一种具有高散热结构的N面GaN HEMT器件及制作方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高散热结构的N面GaN HEMT器件及制作方法，包括步骤：选取衬底；在衬底上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层，AlN插入层以及AlGaN势垒层；在所述AlGaN势垒层上生长金刚石层；依次去除所述衬底、所述AlN成核层，并对所述GaN缓冲层进行刻蚀；在所述GaN上制作源电极和漏电极；对所述GaN进行有源区台面隔离；在所述源电极、所述漏电极和所述GaN上制作钝化层；在所述GaN上制作栅电极，得到N面GaN HEMT器件。该器件采用转移取代直接生长，克服了较为困难的生长工艺；该器件采用金刚石作为器件衬底，具有良好的导热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件及制作方法
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件及制作方法。
技术介绍
GaN作为一种宽禁带半导体，具有优异的材料品质因数，绝大多数高效功率器件和电力电子器在制作时选择采用GaN材料，N面GaNHEMT器件可以获得更低的欧姆接触电阻，此外，随着器件等比例缩小，GaN沟道层需要减薄，但N面GaN材料在GaN沟道层减薄的情况下不会影响沟道2DEG密度，而AlGaN势垒层在GaN材料层之下，对于2DEG相当于形成了天然的背势垒。这些优势都使得N面GaNHEMT器件在高频应用方面更具有潜力。目前利用MOCVD工艺直接制作N面GaN材料的过程中存在两个关键步骤，分别是生长初期的氮化以及制作后期的退火，这两种步骤均难以有效控制，导致N面GaN材料的生长难度较大，而且制成的N面GaN材料质量达不到器件应用级别。此外，目前的GaNHEMT器件普遍采用的衬底为GaN、SiC或者Si，随着器件的功率密度不断提升，基于这些衬底的GaNHEMT器件散热成为制约器件性能的重要问题。现有技术中存在的问题，首先直接制作N面GaN材料工艺技术不成熟，制作出来的器件质量较差，无法达到器件应用级别，其次目前半导体器件的散热性能差，极大的影响了器件的性能。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件及制作方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件及制作方法，包括步骤：S1.选取衬底；S2.在衬底上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层以及AlGaN势垒层；S3.在所述AlGaN势垒层上生长金刚石层；S4.依次去除所述衬底、所述AlN成核层，并对所述GaN缓冲层刻蚀，以使所述GaN缓冲层保留30～50nm；S5.在所述GaN层上制作源电极和漏电极；S6.对所述GaN层进行有源区台面隔离；S7.在所述源电极、所述漏电极和所述GaN层上制作钝化层；S8.在所述GaN层上制作栅电极，并对源电极和漏电极上的钝化层进行去除，得到N面GaNHEMT器件。在一个具体实施方式中，步骤S3包括：S31.在所述AlGaN势垒层上淀积Si3N4介质层；S32.在所述Si3N4介质层上生长金刚石，形成所述金刚石层。在一个具体实施方式中，所述衬底依次包括第一Si层、SiO2牺牲层和第二Si层。在一个具体实施方式中，去除所述衬底包括：S41.对所述第一Si层进行光刻，得到刻蚀通道光刻区域；S42.刻蚀所述刻蚀通道光刻区域对应的所述第一Si层，直到SiO2牺牲层表面，得到刻蚀通道；S43.氢氟酸浸泡S42步骤得到的样品，以使SiO2牺牲层被腐蚀，所述第二Si层与所述第一Si层分离；S44.刻蚀去除所述第二Si层。在一个具体实施方式中，步骤S5包括：S51.在所述GaN层上光刻源电极区域和漏电极区域；S52.在所述源电极区域和所述漏电极区域进行金属蒸发和金属剥离，形成所述源电极和所述漏电极。在一个具体实施方式中，步骤S6包括：S61.在所述GaN层上光刻有源区的电隔离区域；S62.依次刻蚀所述电隔离区域对应的GaN层、AlN插入层、AlGaN势垒层，完成对有源区的台面隔离，以使刻蚀深度为100nm。在一个具体实施方式中，步骤S8包括：S81.在所述钝化层上进行光刻，形成栅槽区域；S82.对所述栅槽区域的钝化层进行刻蚀，形成凹槽；S83.对所述凹槽和所述GaN层进行光刻，形成栅电极区域；S84.在所述栅电极区域上进行金属蒸发和金属剥离，形成所述栅电极；S85.对源电极和漏电极上的钝化层进行去除。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的基于转移技术的高导热N面GaN外延结构的制作采用转移技术取代直接生长，克服了较为困难的生长工艺，可以获得质量较好的N面GaN材料；与传统的转移技术相比，本专利技术能够快速有效的将衬底去除，采用生长高导热金刚石作为器件衬底，使得转移后的N面GaN外延结构具有良好的导热能力，为后续微波大功率器件的实现奠定基础。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件制作方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件工艺流程示意图。附图标记：1-金刚石层，2-Si3N4介质层，3-金刚石，4-AlGaN势垒层，5-AlN插入层，6-GaN缓冲层，7-AlN成核层，8-第二层Si层，9-SiO2牺牲层，10-第一层Si层，11-GaN层，12-漏电极，13-源电极，14-钝化层，15-栅电极。具体实施方式本申请中涉及的术语解释：HEMT：HEMT(HighElectronMobilityTransistor)，高电子迁移率晶体管。这是一种异质结场效应晶体管，又称为调制掺杂场效应晶体管(MODFET)、二维电子气场效应晶体管(2-DEGFET)、选择掺杂异质结晶体管(SDHT)等。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件制作方法流程图。包括步骤：S1.选取衬底；S2.在衬底上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层，AlN插入层以及AlGaN势垒层；S3.在所述AlGaN势垒层上生长金刚石层；S4.依次去除所述衬底、所述AlN成核层，并对所述GaN缓冲层刻蚀，以使所述GaN缓冲层保留30～50nm；S5.在所述GaN层上制作源电极和漏电极；S6.对所述GaN层进行有源区台面隔离；S7.在所述源电极、所述漏电极和所述GaN层上制作钝化层；S8.在所述GaN层上制作栅电极，并对源电极和漏电极上的钝化层进行去除，得到N面GaNHEMT器件。具体的，步骤S3包括：S31.在所述AlGaN势垒层上淀积Si3N4介质层；S32.在所述Si3N4介质层上生长金刚石，形成所述金刚石层。具体的，所述衬底依次包括第一Si层、SiO2牺牲层和第二Si层，其中，所述第二Si层之上为所述AlN成核层。具体的，去除所述衬底包括：S41.对所述第一Si层进行光刻，得到刻蚀通道光刻区域；S42.刻蚀所述刻蚀通道光刻区域对应的所述第一Si层，直到SiO2牺牲层表面，得到刻蚀通道；S43.氢氟酸浸泡S42步骤得到的样品，以使SiO2牺牲层被腐蚀，所述第二Si层与所述第一Si层分离；S44.刻蚀去除所述第二Si层。具体的，步骤S5包括：S51.在所述GaN层上光刻源电极区域和漏电极区域；S52.在所述源电极区域和所述漏电极区域进行金属蒸发和金属剥离，形成所述源电极和所述漏电极。具体的，步骤S6包括：S61.在所述GaN层上光刻有源区的电隔离区域；S62.依次刻蚀所述电隔离区域对应的GaN层、AlN插入层、AlGaN势垒层，完成对有源区的台面隔离，以使刻蚀深度为100nm。具体的，步骤S8包括：S81.在所述钝化层上进行光刻，形成栅槽区域；S82.对所述栅槽区域的钝化层进行刻蚀，形成凹槽；S83.对所述凹槽和所述GaN层进行光刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高散热结构的N面GaN HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括步骤：S1.选取衬底；S2.在衬底上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层，AlN插入层以及AlGaN势垒层；S3.在所述AlGaN势垒层上生长金刚石层；S4.依次去除所述衬底、所述AlN成核层，并对所述GaN缓冲层刻蚀，以使所述GaN缓冲层保留30～50nm；S5.在所述GaN层上制作源电极和漏电极；S6.对所述GaN层进行有源区台面隔离；S7.在所述源电极、所述漏电极和所述GaN层上制作钝化层；S8.在所述GaN层上制作栅电极，并对源电极和漏电极上的钝化层进行去除，得到N面GaN HEMT器件。

【技术特征摘要】
1.一种具有高散热结构的N面GaNHEMT器件的制作方法，其特征在于，包括步骤：S1.选取衬底；S2.在衬底上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层，AlN插入层以及AlGaN势垒层；S3.在所述AlGaN势垒层上生长金刚石层；S4.依次去除所述衬底、所述AlN成核层，并对所述GaN缓冲层刻蚀，以使所述GaN缓冲层保留30～50nm；S5.在所述GaN层上制作源电极和漏电极；S6.对所述GaN层进行有源区台面隔离；S7.在所述源电极、所述漏电极和所述GaN层上制作钝化层；S8.在所述GaN层上制作栅电极，并对源电极和漏电极上的钝化层进行去除，得到N面GaNHEMT器件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：S31.在所述AlGaN势垒层上淀积Si3N4介质层；S32.在所述Si3N4介质层上生长金刚石，形成所述金刚石层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底依次包括第一Si层、SiO2牺牲层和第二Si层，其中，所述第二Si层之上为所述AlN成核层。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，去除所述衬底包括：S41.对所述第一Si层进行光刻，得到刻蚀通道光刻区域；S42.刻蚀所述刻蚀通道光刻区域对应的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，王瑜，郝跃，武玫，马佩军，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61