[发明专利]基于金刚石钝化结构的高效散热氮化镓晶体管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种基于金刚石钝化结构的高效散热氮化镓晶体管及其制造方法，高效散热氮化镓晶体管结构设计自上而下依次包括金刚石钝化层、栅源漏功能层、势垒层、缓冲层及衬底；所述金刚石钝化层是多层结构，包含势垒保护层、种子层和导热层，具有高导热作用，有效降低氮化镓晶体管的结温；基于金刚石钝化结构的高效散热氮化镓晶体管实现的方法是采用低温金刚石生长钝化技术解决与器件传统工艺的兼容性。本发明的金刚石钝化结构的氮化镓基器件具有高效散热的能力的优点，可用于超大功率微波功率器件。

技术领域

本发明属于新型半导体器件热管理技术研究领域，特别是涉及一种基于金刚石钝化结构的高效散热氮化镓晶体管及其制造方法。

背景技术

以氮化镓为代表的第三代半导体功率器件已展现出其优异的大功率应用特性，在实际应用中的氮化镓器件的功率密度仅达到3-8W/mm,远低于于其理论值，氮化镓大功率的特性优势远未得到发挥。这主要是因为氮化镓器件在输出大功率的同时会产生大量热积累，功率越大热积累约严重，热积累导致氮化镓晶体管芯结温的升高，使器件性能和可靠性都急剧衰减。目前氮化镓基功率器件由于自身材料的导热能力无法满足器件大功率化的发展，散热问题严重限制了氮化镓器件的性能，因此进行氮化镓半导体器件的热管理开发成为了解决其大功率应用的主要技术瓶颈。因此，探索高导热材料与氮化镓器件近结区集成的热管理方法将是解决氮化镓器件热积累，适应其大功率化的主要途径和研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金刚石钝化结构的高效散热氮化镓晶体管及其制造方法，解决氮化镓功率器件芯片有源区的热积累问题，进行芯片级热管理技术开发，提升氮化镓器件的输出特性和可靠性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于金刚石钝化结构的高效散热氮化镓晶体管，该结构设计自上而下依次包括金刚石钝化层、栅源漏功能层、势垒层、缓冲层及衬底，所述的金刚石钝化层为多层结构，包含势垒保护层、种子层和导热层。

进一步的，势垒保护层材料为厚度10-30纳米的SiN或AlN介质，种子层材料为厚度10-50纳米的碳基介质，导热层为厚度400-600纳米的金刚石介质。

进一步的，所述金刚石钝化层采用分步、低温生长过程，首先生长势垒保护层介质、再生长种子层材料、最后生长导热层材料。

一种基于金刚石钝化结构的高效散热氮化镓晶体管制造方法，包括如下步骤：

1)源漏功能区制备：进行源和漏的功能区的生长；

2)金刚石钝化制备：先采用CVD工艺进行势垒保护层的生长，势保护层厚度在10-30纳米，材料为SiN或AlN介质；其次进行种子层生长，种子层厚度为厚度10-50纳米的碳基介质；最后采用CVD技术进行金刚石导热层生长，导热层厚度在400-600纳米，生长温度不高于750℃；

3)栅区金刚石刻蚀：进行金刚石钝化层的刻蚀，实现氮化镓功能层栅区的制备；

4)栅金属生长：采用栅工艺生长，进行氮化镓功能层栅金属的制备，栅金属厚度比金刚石钝化层厚度大50-100纳米；

5)源漏区金刚石刻蚀：进行金刚石钝化层的刻蚀，实现氮化镓功能层源漏加厚互连区的制备；

6)源漏功能区互连制备：采用金蒸发生长工艺进行源和漏功能区的加厚互连，源漏总厚度金刚石钝化层厚度大50-100纳米；完成基于金刚石钝化结构的高效散热氮化镓晶体管制造。

进一步的，步骤3)和步骤5)中采用光刻和ICP工艺进行金刚石钝化层的刻蚀。