[發明專利]一種金剛石鈍化氮化鎵器件多指柵互連結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202111157486.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN114005804A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 郭懷新;李義壯;郁鑫鑫;孔月嬋;陳堂勝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48;H01L21/768
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

本發明涉及一種金剛石鈍化氮化鎵器件多指柵互連結構及其制備方法，屬于新型半導體器件熱管理技術研究領域。本發明的結構設計自上而下依次包括指柵互連結構區、復合介質層、金剛石鈍化層、勢壘層、緩沖層、及襯底；所述柵互連結構區包括源電極、漏電極以及柵電極，結合引入的復合介質層，改進柵電極和漏電極的互連結構，實現電極的垂直交叉互連。本發明結構的制備方法是采用低溫金剛石生長鈍化技術以及空間拓撲結構將源電極、漏電極、柵電極各自互連，提高散熱，同時降低寄生電容。本發明的金剛石鈍化結構的多指柵互聯結構氮化鎵基器件具有高效散熱以及結構穩定的優點，可用于超大功率微波功率器件。

技術領域

本發明涉及一種金剛石鈍化氮化鎵器件多指柵互連結構及其制備方法，屬于新型半導體器件熱管理技術研究領域。

技術背景

GaN作為第三代半導體材料，具有寬禁帶(室溫下3.39eV)、高電子飽和速率(2.5×107cm/s)、高擊穿場強(3.3MV/cm)等優異性能，非常適用于研制高頻、大功率微波毫米波器件及電路，在5G通訊、新能源汽車、射頻及無線通信等領域具有極高的應用價值。

隨著GaN微波功率器件的設計和工藝不斷提高和改進，多指柵結構以多個相鄰晶體管并聯的方式提升了器件的輸出功率，氮化鎵器件輸出功率越來越高、頻率越來越大，體積越來越小。在尺寸小型化和功率增大化的同時，GaN基微波功率器件的可靠性和穩定性受到嚴重挑戰，其中最主要的原因是GaN器件的“自熱效應”，即GaN基功率器件隨著功率密度的增加，芯片有源區的熱積累效應迅速增加，導致其各項性能指標迅速惡化。同時，傳統的多指柵空氣橋互連結構在漏區上方長一層犧牲層，然后將源極連接后去掉犧牲層，這樣使源極與漏極之間形成寄生電容，影響器件性能，尤其是高頻時的輸出特性；同時，空氣橋結構和金剛石鈍化結構GaN器件兼容性差。

發明內容

鑒于以上所述現有技術缺陷，本發明提出了一種金剛石鈍化氮化鎵器件多指柵互連結構及其制備方法，解決了氮化鎵功率器件芯片有源區的熱積累，同時降低寄生電容，提升氮化鎵器件的輸出特性和可靠性。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種金剛石鈍化氮化鎵器件多指柵互連結構，自上而下依次包括多指柵互連結構區、復合介質層、金剛石鈍化層、勢壘層、緩沖層及襯底；所述多指柵互連結構區包括源電極、漏電極以及柵電極，為垂直交叉互連結構；所述源電極由條狀源及將條狀源連接起來的源連接線組成，所述漏電極由條狀漏及將條狀漏連接起來的漏連接線組成，所述柵電極由條狀柵、以及將條狀柵連接起來的柵連接線以及柵引腳組成；所述條狀源、條狀漏貫穿復合介質層，所述源連接線和漏連接線在復合介質層上表面；所述條狀柵貫穿金剛石鈍化層，上與復合介質層接觸，下與勢壘層接觸；所述柵連接線則貫穿金剛石鈍化層，上與復合介質層接觸，下與勢壘層、條狀柵接觸；所述柵引腳穿過復合介質層、金剛石鈍化層，下與勢壘層、柵連接線接觸。

所述復合介質層材料選取SiN介質，厚度在400-500納米。

所述柵連接線在復合介質層下表面厚度為400-600納米，和金剛石鈍化厚度一致。

所述源連接線和漏連接線，厚度均為400-600納米。

一種金剛石鈍化氮化鎵器件多指柵互連結構的制備方法，包括如下步驟：

1)基于傳統工藝先進行源、漏的功能區生長制備；

2)采用低溫CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相沉積法)技術進行所述金剛石鈍化層的分步低溫生長；

3)采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；等離子體增強化學氣相沉積法)技術進行所述刻蝕掩膜層生長；

4)采用ICP(Inductively Coupled Plasma；電感耦合等離子體)刻蝕技術進行柵區金剛石鈍化層的刻蝕，刻蝕出所述條狀柵圖形；