[發明專利]一種氧化鎵基MOSFET器件及其制作方法

在審

• 申請號: 202011207957.5
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112382665A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 董斌;劉珠明;陳博謙;陳志濤;劉寧煬;李葉林;任遠
• 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

本發明公開了一種氧化鎵基MOSFET器件，其包括氧化鎵基體，所述氧化鎵基體包括氧化鎵襯底，所述的氧化鎵襯底的自由端面上刻蝕有由微納尺寸的光子晶體孔形成的陣列，所述光子晶體孔內設有高導熱率半導體材料，所述高導熱率半導體材料為AlN、SiC、金剛石中的一種。本發明在氧化鎵襯底的表面上刻蝕微納尺寸的光子晶體孔陣列，利用具有光子晶體效應的微納孔結構來調控器件的散熱效果，提高輻射帶寬和輻射效率，從而提高散熱效果。同時，本發明還在光子晶體孔內設置了高導熱率半導體材料，進一步提高了器件的導熱效率。本發明針對氧化鎵導熱性差的問題，通過對器件中導熱和散熱傳輸路徑的雙重優化，實現了有效降低器件結溫的效果。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種氧化鎵基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)、超高巴利加優值因子(3444)的優勢，為超大功率器件的發展提供了更廣闊的視野。然而由于氧化鎵的熱導率極低，約為 GaN、SiC等材料的1/10，極易導致氧化鎵基高溫、高頻、大功率的電子器件的局部溫度過高，從而誘發器件可靠性變差、輸出功率下降等一系列問題。因此，導熱率低的問題成為制約氧化鎵基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導熱率的材料，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；然而，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氧化鎵基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：一種氧化鎵基MOSFET器件，其包括氧化鎵基體，所述氧化鎵基體包括氧化鎵襯底，所述氧化鎵襯底的自由端面上刻蝕有由微納尺寸的光子晶體孔形成的陣列，所述光子晶體孔內設有高導熱率半導體材料，所述高導熱率半導體材料為AlN、SiC、金剛石中的一種。

作為優選，所述光子晶體孔的孔徑為200nm～5μm，孔高為100nm～10μm，相鄰的所述光子晶體孔的間距為200nm～10μm。

作為優選，所述光子晶體孔以有序排列或錯位排列的方式形成陣列。

作為優選，所述光子晶體孔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，所述高導熱率半導體材料通過化學氣相沉積方式填充于所述光子晶體孔內。

作為優選，所述氧化鎵基體還包括依次層設在所述氧化鎵襯底上的n型摻雜氧化鎵層和n型重摻雜氧化鎵層。

作為優選，所述氧化鎵基MOSFET器件還包括二氧化硅鈍化層、介質層、源電極、漏電極和柵電極。

作為優選，所述介質層的材料為Al₂O₃、HfO₂、La₂O₃、ZrO₂、Ta₂O₅中的一種。