[发明专利]基于倒装芯片的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种AlGaN/GaN异质结结构的高电子迁移率器件，可用于制作高频大功率集成电路。

背景技术

GaN材料作为第三代半导体材料中的代表，具有许多优良的物理特性。其禁带宽度大，击穿场强高，热导率高，电子饱和速度大。这些特点使其在高温、高频、大功率领域有着十分广阔的应用前景。而AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管作为一种基于GaN材料的器件，也具有非常优异的性能。AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管具有高击穿电压，高饱和漂移速度，较小的泄露电流，大电子面密度，高热导率。但在实际应用过程中，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管仍然面临着十分严重的热可靠性问题。在微波大功率应用时，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的自热效应会使器件的结温不断升高，导致有源区载流子迁移率的减少和饱和漂移速度的下降。最终导致出现退化甚至失效。蓝宝石由于其成本低廉，经常被用作高电子迁移率晶体管的衬底材料，但又因为其热导率小，导致自热效应在蓝宝石衬底中尤为严重。传统的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的结构如图1所示。器件由上至下分别由Si₃N₄钝化层，AlGaN势垒层，GaN缓冲层和衬底组成。这种结构的高电子迁移率晶体管在高压工作时会有比较严重的自热效应，从输出特性曲线上表示为饱和区漏电流的下降，影响器件性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述传统高电子迁移率晶体管结构的不足，提出一种基于倒装芯片的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制作方法，以有效抑制自热效应，提高漏电流，使器件的输出特性曲线更加平直。

本发明的技术思路是：通过采用倒装芯片对传统高电子迁移率晶体管器件的正装结构进行改变，并利用AlN材料的热导率高于蓝宝石材料的特性，将高电子迁移率晶体管器件倒焊在AlN基板上，实现器件更高的热可靠性。

基于以上技术思路本发明的技术方案如下：

1.一种基于倒装芯片的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，包括：衬底，GaN缓冲层，AlGaN势垒层，Si₃N₄钝化层，AlGaN势垒层的两侧为漏极和源极，AlGaN势垒层的下方为栅极，其特征在于：

衬底、GaN缓冲层、AlGaN势垒层、Si₃N₄钝化层这四者自上而下依次排列，漏极的下方设有漏极凸点，源极的下方设有源极凸点，漏极凸点和源极凸点的下方设有基板。

作为优选，凸点高度在5～10μm范围内确定。

作为优选，衬底采用蓝宝石，漏极凸点和源极凸点采用Au，基板采用AlN。

作为优选，GaN缓冲层的厚度为1.5μm；AlGaN势垒层的厚度为0.03μm。

2.一种倒装芯片的高电子迁移率晶体管器件，其制作步骤主要包括：

1)在衬底正面利用金属有机物化学气相淀积生长厚度为1.5μm的GaN缓冲层；

2)在GaN缓冲层上利用金属有机物化学气相淀积生长厚度为0.03μm，Al组分为0.3的AlGaN势垒层；

3)在AlGaN势垒层上制作掩膜，通过曝光显影形成刻蚀区，利用反应离子刻蚀工艺在刻蚀区刻蚀掉AlGaN势垒层和GaN缓冲层，形成深度为0.5μm的台面；

4)在AlGaN势垒层上利用电子束蒸发工艺淀积Ni/Au/Ni多层金属，形成栅极，然后进行退火；

5)在AlGaN势垒层的两侧利用电子束蒸发工艺淀积Ti/Al/Mo/Au多层金属，形成源极和漏极，然后进行退火；

6)在AlGaN势垒层上利用等离子增强化学气相淀积生长厚度为0.5μm的Si₃N₄钝化层；

7)在Si₃N₄钝化层上制作掩膜，通过曝光显影形成刻蚀区，利用反应离子刻蚀工艺在刻蚀区刻蚀掉Si₃N₄钝化层，露出源极和漏极；

8)在源极和漏极上电镀制作凸点，并利用倒焊技术将凸点与基板粘合在一起，完成器件的制作。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明使用倒装芯片，将衬底设置在器件顶层，将AlN基板设置在器件最底层，利用AlN材料的热导率高于蓝宝石材料的特性，有效减少了自热效应，提高了漏电流，使器件的输出特性曲线更加平直，增强了热可靠性；