[發明專利]GaN器件與SiC器件的集成芯片及其制作方法

在審

• 申請號: 202310185737.4
• 申請日: 2023-03-01
• 公開（公告）號: CN115985909A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 潘茂林;王路宇;徐敏;王強;張鵬浩;謝欣靈;黃海;樊蓉;楊妍楠;徐賽生;王晨;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06;H01L21/82;H01L21/8252
• 代理公司: 上?；坳现R產權代理事務所(普通合伙) 31343
• 代理人: 陳成;周冬文

本發明提供了一種GaN器件與SiC器件的集成芯片，包括：第一SiC襯底；GaN驅動電路，所述GaN驅動電路包括第一溝道層；所述第一溝道層外延形成于所述第一SiC襯底上，且直接接觸所述第一SiC襯底；第一功率器件，所述第一功率器件與所述GaN驅動電路均形成于所述第一SiC襯底上；其中，所述第一SiC襯底的晶格常數適配于所述第一溝道層的晶格常數。本發明提供的技術方案，實現了GaN器件與SiC器件的集成的同時，保證了第一SiC襯底表面生長的第一溝道層的質量，實現了器件性能的提升。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種GaN器件與SiC器件的集成芯片及其制作方法。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管IGBT(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor)是功率半導體中最常見的器件結構之一，其本質是將金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)和雙極型晶體管(BJT)的結構進行融合，使其兼具高輸入阻抗，驅動功率小，開關速度快(MOSFET優勢)和導通壓降低，驅動電流大(BJT優勢)兩方面的優點。因此，IBGT非常適合電子電力系統中的中高壓應用范圍。

SiC作為第三代半導體中的明星材料，相比于硅有著更大的禁帶寬度和更高的熱導系數，其SiC基器件已經獲得了大規模的商業應用，相比于硅基器件有著更低的導通損耗，更高耐壓和更好的熱性能。

氮化鎵GaN與SiC同樣作為第三代半導體有著大禁帶寬度，在中低壓領域，例如電源適配器和車載充電等上已經得到商業化。同時與SiC相比，其擁有更高的電子遷移率和和飽和電子速度，這也就意味這GaN基的器件在能在做功率應用的同時，也在IC方向具有很大的潛力，實際上基于GaN?HEMT器件的GaN?IC已經在科研層面的到驗證。目前的GaN襯底大多以Si和SiC襯底為基礎進行外延，GaN?on?Si襯底成本更加低廉，

而GaN?on?SiC襯底上的GaN外延層質量更好，SiC襯底也具有更好的散熱能力，能夠完全釋放GaN器件的應用潛力。但是，由于在SiC襯底不適合制備IC器件，目前的SiC?IGBT都為分立器件，其驅動電路由硅基MOS組成；

而SiC?IGBT與GaN?HEMT的單片集成存在工藝難度，因而，研發一種SiC?IGBT與GaNHEMT的單片集成電路以及制作工藝，成為本領域技術人員亟待要解決的技術重點。

發明內容

本發明提供一種GaN器件與SiC器件的集成芯片及其制作方法，解決了如何在實現了GaN器件與SiC器件的集成的同時，保證了第一SiC襯底表面生長的第一溝道層的質量的問題。

根據本發明的第一方面，提供了一種GaN器件與SiC器件的集成芯片，包括：

第一SiC襯底；GaN驅動電路，所述GaN驅動電路包括第一溝道層；所述第一溝道層外延形成于所述第一SiC襯底上，且直接接觸所述第一SiC襯底；

第一功率器件，所述第一功率器件與所述GaN驅動電路均形成于所述第一SiC襯底上；

其中，所述第一SiC襯底的晶格常數適配于所述第一溝道層的晶格常數。

可選的，所述第一溝道層的材料是GaN。

可選的，所述第一襯底是4H-SiC襯底，所述4H-SiC襯底的晶格常數適配于所述第一溝道層的晶格常數。

可選的，所述第一SiC襯底表面還設置籽晶層，所述籽晶層的材料是AlN。

可選的，所述AlN的厚度是200nm。

可選的，所述第一SiC襯底包括：n-型第一SiC襯底與本征第一SiC襯底；其中，所述n-型第一SiC襯底與本征第一SiC襯底沿垂直方向依次堆疊；