[發明專利]一種GaN基HEMT器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202310154697.7
• 申請日: 2023-02-23
• 公開（公告）號: CN115863169B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 王中健;曹遠迎
• 申請（專利權）人: 成都功成半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L23/373;H01L29/778
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 張巨箭

本發明公開了一種GaN基HEMT器件及其制備方法，包括在硅襯底上生長金剛石薄膜層；在金剛石薄膜層中開窗，得到第一開窗，第一開窗貫穿所述金剛石薄膜層；在第一開窗中的硅襯底上生長外延層，并制作歐姆接觸；繼續生長所述金剛石薄膜層，使得金剛石薄膜層完全覆蓋所述外延層和歐姆接觸；在歐姆接觸上方的金剛石薄膜層上開窗，得到第二窗口，在AlGaN層上方的金剛石薄膜層上開窗，得到第三窗口；在第二窗口中制作源極和漏極，在第三窗口中制作柵介質，并制作柵極，得到GaN?HEMT功率器件。通過將金剛石散熱區設計在器件的周圍及表面，避免鍵合問題，可以根據實際功率需要，靈活設定散熱區域的面積，取得性能和產出的優化。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種GaN基HEMT器件及其制備方法。

背景技術

GaN?禁帶寬度大，載流子遷移率高，基于GaN材料制造的HEMT器件（High?ElectronMobility?Transistor）具有耐壓高、工作頻率高，且可以高溫工作的特點。但是，隨著GaN基微波功率器件功率的提高和器件尺寸的縮小，散熱問題成為制約其可靠工作的重要因素，因此需要增強其散熱能力。傳統的散熱方法是在器件正面或者背面沉積或者鍵合具有高熱導率的材料。在目前所知的天然材料中，金剛石具有最高的熱導率（800W/m.K?~1800W/m.K)，是應用于GaN基高功率器件的優異導熱材料。

目前使用金剛石進行散熱的主流方法有兩種，一種是在器件表面通過化學器件沉積的方式生長金剛石，一種是將原來硅基襯底磨掉，然后利用中間鍵合層將GaN層與金剛石襯底鍵合。由于GaN薄膜本身是在硅襯底上外延，因為生長過程中的晶格失配及熱失配等原因，GaN具有非常大的翹曲度，當GaN與金剛石襯底鍵合的時候，往往由于金剛石與GaN翹曲度差異較大等原因導致鍵合失敗，甚至晶圓破裂。因此，急需尋找新的散熱工藝來制備GaN基HEMT器件。

發明內容

本發明的目的在于避免現有GaN基HEMT器件的散熱工藝中金剛石與GaN鍵合存在的問題，并進一步提高器件散熱效果，提供了一種GaN基HEMT器件及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

在第一方案中，提供一種GaN基HEMT器件的制備方法，所述方法包括以下步驟：

S1、在硅襯底上生長金剛石薄膜層；

S2、在所述金剛石薄膜層中開窗，得到第一開窗，所述第一開窗貫穿所述金剛石薄膜層；

S3、在所述第一開窗中的硅襯底上生長外延層，所述外延層包括依次連接的緩沖層、GaN層以及AlGaN層，并在所述AlGaN層上制作歐姆接觸；

S4、繼續生長所述金剛石薄膜層，使得所述金剛石薄膜層完全覆蓋所述外延層和歐姆接觸；

S5、在所述歐姆接觸上方的金剛石薄膜層上開窗，得到第二窗口，在所述AlGaN層上方的金剛石薄膜層上開窗，得到第三窗口；

S6、在所述第二窗口中制作源極和漏極，在所述第三窗口中制作柵介質，并在所述柵介質上制作柵極，得到GaN?HEMT功率器件。

作為一優選項，一種GaN基HEMT器件的制備方法，所述第一開窗的高度與所述步驟S1中金剛石薄膜層的厚度相同。

作為一優選項，一種GaN基HEMT器件的制備方法，所述步驟S1中金剛石薄膜層的厚度為3um?-5um。

作為一優選項，一種GaN基HEMT器件的制備方法，所述第一開窗延伸至所述硅襯底中。

作為一優選項，一種GaN基HEMT器件的制備方法，所述步驟S1中金剛石薄膜層的厚度為100nm-2000nm。

作為一優選項，一種GaN基HEMT器件的制備方法，所述第一開窗在所述硅襯底中的開窗深度為3um?-5um。