[發明專利]一種倒裝MOSFET器件及其制作方法

在審

• 申請號: 202011207956.0
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112382664A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 董斌;陳博謙;陳志濤;劉珠明;劉寧煬;曾昭燴;李祈昕
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/24;H01L23/373;H01L23/367
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;朱燕華

本發明公開了一種倒裝MOSFET器件及其制作方法，其中，倒裝MOSFET器件包括從上至下依次層設的氧化鎵襯底、n型摻雜氧化鎵層、n型重摻雜氧化鎵層、二氧化硅鈍化層、氧化鋁介質層、鍵合層和氮化鋁導熱層；所述n型重摻雜氧化鎵層和所述二氧化硅鈍化層之間設有源電極和漏電極，所述氧化鋁介質層上設有柵電極；所述氧化鎵襯底的自由端面上刻蝕有由微納結構陣列形成的散熱結構，所述微納結構的橫截面尺寸為微米級或納米級。本發明在氧化鎵襯底的表面上刻蝕有微納結構陣列，提高了散熱效率。相比于電子器件散熱器，本發明在器件的設計階段預留散熱窗口，在保證大功率器件壽命以及可靠性的前提下，縮短了器件的開發時間，降低了器件的研發成本。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種倒裝MOSFET器件及其制作方法。

背景技術

氧化鎵(Ga₂O₃)作為第三代寬帶隙半導體材料，具有超寬帶隙(4.9eV)、超高耐擊穿電場強度(8MV/cm)、超高Baliga優值因子(3444)的優勢。氧化鎵的Baliga優值分別是GaN和SiC的四倍和十倍，為功率器件的發展提供了更廣闊的視野。然而氧化鎵的熱導率極低，它的熱導率約為GaN、SiC等材料的1/10，極易導致氧化鎵基高溫、高頻、大功率等電子器件的局部溫度過高，從而誘發器件可靠性變差、輸出功率下降等問題。因此，散熱問題成為制約氧化鎵功率器件發展的關鍵瓶頸。

針對氧化鎵基MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)器件的散熱問題，現有技術一般通過以下兩種方式解決：1、在氧化鎵材料上異質外延生長或者鍵合具有優異熱導率的材料，以此提高導熱效率；然而，外延和鍵合需要的高溫環境會引入殘余應力，導致材料層裂、曲邊，嚴重影響器件性能。2、在后端封裝階段利用散熱模組進行散熱，如：導熱硅脂、導熱硅膠片、風扇等；而在后端封裝階段再考慮器件的散熱問題，會延長開發時間，提高器件的研發成本。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種倒裝MOSFET器件及其制作方法。

為達到其目的，本發明所采用的技術方案為：

一種倒裝MOSFET器件，其包括從上至下依次層設的氧化鎵襯底、n型摻雜氧化鎵層、n型重摻雜氧化鎵層、二氧化硅鈍化層、氧化鋁介質層、鍵合層和氮化鋁導熱層；所述n型重摻雜氧化鎵層和所述二氧化硅鈍化層之間設有源電極和漏電極，所述氧化鋁介質層上設有柵電極；所述氧化鎵襯底的自由端面上刻蝕有由微納結構陣列形成的散熱結構，所述微納結構的橫截面尺寸為微米級或納米級。

作為優選，所述微納結構的高度為500nm～10μm，長度為1μm～100μm，橫截面的底邊長度為200nm～5μm，相鄰的所述微納結構之間的間距為200nm～10μm。研究發現，微納結構尺寸小于輻射波長是保證高效率散熱效果的基礎。熱輻射中的波長范圍在8μm～13μm紅外波，對大氣輻射效率較高，散熱效果好。上述微納結構尺寸小于該波段波長，因此可以保證高效率散熱效果。

作為優選，所述微納結構的橫截面為上窄下寬的幾何形狀，如：梯形、三角形等。

作為優選，所述微納結構采用干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝制成。

所述干法刻蝕工藝采用的氣體包括Cl₂、BCl₃、SF₆、Ar、CF₄/O₂混合氣體中的一種或多種的組合。

在一些實施方式中，所述濕法刻蝕工藝采用的酸為HF酸，酸液的溫度為室溫～200℃。

作為優選，所述源電極、漏電極和柵電極的材料為Al、Ti、Pd、Pt、Au中的一種。

本發明還提供了一種所述倒裝MOSFET器件的制作方法，其包括如下步驟：