一种Si-GaN单片异质集成反相器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Si

【技术实现步骤摘要】
一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)作为第三代半导体的典型代表，具有电子迁移率高、热稳定性好，高击穿电场等优点，可以在高频、高压、高温和大功率条件下工作。相比于由GaN分立器件构成的电力电子系统，单片集成技术更具有成本优势，同时可抑制寄生电容和寄生电导问题，有利于提高系统的工作频率、效率以及可靠性。目前，与Si基功率器件相比，AlGaN/GaN异质结n沟道高电子迁移率晶体管，因异质极化产生高浓度的二维电子气，具有更高的电子迁移率和击穿电场；但GaN材料非故意掺杂形成的n型背景载流子限制了p型材料的载流子浓度，同时，宽禁带氮化物半导体中，重空穴和轻空穴均具有较高的有效质量，使得空穴迁移率较低，仅有10～15cm2V
‑1S
‑1，远低于p型硅材料的迁移率。这都限制了p沟道GaN器件的性能，阻碍了单片集成技术的发展。

技术实现思路

[0003]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Si
‑
GaN单片异质集成反相器及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0004]本专利技术实施例的第一方面提供一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器，包括：衬底、所述衬底上的GaN缓冲层、位于所述GaN缓冲层上的第一AlGaN势垒层和第二AlGaN势垒层；
[0005]所述第一AlGaN势垒层和所述第二AlGaN势垒层之间具有隔离槽，所述隔离槽延伸至所述GaN缓冲层内；
[0006]所述第一AlGaN势垒层上设有第一p
‑
GaN层，所述第一p
‑
GaN层上设有SiN隔离层；所述SiN隔离层上设有Si有源层；所述Si有源层上覆盖有栅介质层，所述栅介质层上设有第一栅电极；所述第一栅电极的两侧分别设有第一源电极和第一漏电极；所述第一源电极和所述第一漏电极穿过所述栅介质层延伸至所述Si有源层上；
[0007]所述第二AlGaN势垒层上设有第二p
‑
GaN层、第二源电极和第二漏电极；
[0008]所述第二源电极和所述第二漏电极分别位于所述第二p
‑
GaN层的两侧；
[0009]所述第二p
‑
GaN层上设有第二栅电极；
[0010]所述隔离槽上覆盖有所述栅介质层，所述第二AlGaN势垒层、所述第二p
‑
GaN层、所述第二源电极、所述第二漏电极和所述第二栅电极上覆盖有所述栅介质层，且所述第二源电极、所述第二漏电极和所述第二栅电极上的栅介质层均开设有通孔；
[0011]所述第一漏电极与所述第二漏电极通过第一金属互联条电气连接；
[0012]所述第一栅电极与所述第二栅电极通过第二金属互联条电气连接；
[0013]所述反相器的边沿具有台阶结构，所述台阶结构从所述反相器的表面延伸至所述GaN缓冲层中。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述Si有源层印制到所述SiN隔离层上，形成Si
‑
GaN单片异质集成。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述第一栅电极的材料为多晶硅；
[0016]所述第一源电极和所述第一漏电极的材料均为铝，且分别与所述Si有源层形成欧姆接触。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述Si有源层的厚度为100
‑
300nm；
[0018]所述第一栅电极的厚度为100
‑
200nm；
[0019]所述第一源电极和所述第一漏电极的厚度均为30
‑
100nm；
[0020]所述栅介质层的厚度为15
‑
30nm。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述第二源电极和所述第二漏电极的材料均包括自下而上层叠的钛、铝、镍和金，且与所述第二AlGaN势垒层形成欧姆接触；
[0022]所述第二栅电极的材料包括自下而上层叠的镍和金，且与所述第二p
‑
GaN层形成欧姆接触。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述第二源电极和所述第二漏电极的厚度均为260nm；
[0024]所述第二栅电极的厚度为120
‑
250nm。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述衬底的材料为蓝宝石或硅，厚度为400
‑
500μm；
[0026]所述GaN缓冲层的厚度为1
‑
5μm；
[0027]所述第一AlGaN势垒层和所述第二AlGaN势垒层的厚度均为15
‑
30nm；
[0028]所述第一p
‑
GaN层和所述第二p
‑
GaN层的厚度均为70
‑
120nm；
[0029]所述SiN隔离层的厚度为150
‑
200nm；
[0030]所述第一金属互联条和所述第二金属互联条的厚度均为200
‑
300nm。
[0031]本专利技术实施例的第二方面提供一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器制备方法，包括：
[0032]步骤一、制备SiN/p
‑
GaN/AlGaN/GaN/衬底基片；
[0033]步骤二、对SOI晶片制备得到待转移单晶硅薄膜产品；
[0034]步骤三、采用转移印刷技术，将所述待转移单晶硅薄膜产品的单晶硅薄膜转印在所述SiN/p
‑
GaN/AlGaN/GaN/衬底基片上以形成Si有源层，且所述Si有源层位于所述SiN/p
‑
GaN/AlGaN/GaN/衬底基片的一侧；
[0035]步骤四、在所述Si有源层的一侧刻蚀深至GaN缓冲层的隔离槽，在所述隔离槽的两侧分别形成Si/SiN/p
‑
GaN/AlGaN/GaN孤岛和SiN/p
‑
GaN/AlGaN/GaN孤岛；
[0036]所述Si/SiN/p
‑
GaN/AlGaN/GaN孤岛的AlGaN势垒层和p
‑
GaN层分别为第一AlGaN势垒层和第一p
‑
GaN层；
[0037]所述SiN/p
‑
GaN/AlGaN/GaN孤岛的AlGaN势垒层为第二AlGaN势垒层；
[0038]步骤五、在步骤四制备得到的产品的边缘进行台面刻蚀，形成延伸至GaN缓冲层的台阶结构；
[0039]步骤六、采用离子注入工艺，在所述Si/SiN/p
‑
GaN/AlGaN/GaN孤岛的Si有源层上注入硼离子，并在氮气氛围下退火以激活杂质，形成P型重掺杂的源极区和漏极区；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器，其特征在于，包括：衬底(10)、所述衬底(10)上的GaN缓冲层(20)、位于所述GaN缓冲层(20)上的第一AlGaN势垒层(30)和第二AlGaN势垒层(40)；所述第一AlGaN势垒层(30)和所述第二AlGaN势垒层(40)之间具有隔离槽(50)，所述隔离槽(50)延伸至所述GaN缓冲层(20)内；所述第一AlGaN势垒层(30)上设有第一p
‑
GaN层(31)，所述第一p
‑
GaN层(31)上设有SiN隔离层(32)；所述SiN隔离层(32)上设有Si有源层(33)；所述Si有源层(33)上覆盖有栅介质层(60)，所述栅介质层(60)上设有第一栅电极(34)；所述第一栅电极(34)的两侧分别设有第一源电极(35)和第一漏电极(36)；所述第一源电极(35)和所述第一漏电极(36)穿过所述栅介质层(60)延伸至所述Si有源层(33)上；所述第二AlGaN势垒层(40)上设有第二p
‑
GaN层(41)、第二源电极(42)和第二漏电极(43)；所述第二源电极(42)和所述第二漏电极(43)分别位于所述第二p
‑
GaN层(41)的两侧；所述第二p
‑
GaN层(41)上设有第二栅电极(44)；所述隔离槽(50)上覆盖有所述栅介质层(60)，所述第二AlGaN势垒层(40)、所述第二p
‑
GaN层(41)、所述第二源电极(42)、所述第二漏电极(43)和所述第二栅电极(44)上覆盖有所述栅介质层(60)，且所述第二源电极(42)、所述第二漏电极(43)和所述第二栅电极(44)上的栅介质层(60)均开设有通孔；所述第一漏电极(36)与所述第二漏电极(43)通过第一金属互联条(70)电气连接；所述第一栅电极(34)与所述第二栅电极(44)通过第二金属互联条(80)电气连接；所述反相器的边沿具有台阶结构，所述台阶结构从所述反相器的表面延伸至所述GaN缓冲层(20)中。2.根据权利要求1所述的一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器，其特征在于，所述Si有源层(33)印制到所述SiN隔离层(32)上，形成Si
‑
GaN单片异质集成。3.根据权利要求1所述的一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器，其特征在于，所述第一栅电极(34)的材料为多晶硅；所述第一源电极(35)和所述第一漏电极(36)的材料均为铝，且分别与所述Si有源层(33)形成欧姆接触。4.根据权利要求1所述的一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器，其特征在于，所述Si有源层(33)的厚度为100
‑
300nm；所述第一栅电极(34)的厚度为100
‑
200nm；所述第一源电极(35)和所述第一漏电极(36)的厚度均为30
‑
100nm；所述栅介质层(60)的厚度为15
‑
30nm。5.根据权利要求1所述的一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器，其特征在于，所述第二源电极(42)和所述第二漏电极(43)的材料均包括自下而上层叠的钛、铝、镍和金，且与所述第二AlGaN势垒层(40)形成欧姆接触；所述第二栅电极(44)的材料包括自下而上层叠的镍和金，且与所述第二p
‑
GaN层(41)形成欧姆接触。6.根据权利要求1所述的一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器，其特征在于，所述第二源电
极(42)和所述第二漏电极(43)的厚度均为260nm；所述第二栅电极(44)的厚度为120
‑
250nm。7.根据权利要求1所述的一种Si
‑
GaN单片异质集成反相器，其特征在于，所述衬底(10)的材料为蓝宝石或硅，厚度为400
‑
500μm；所述GaN缓冲层(20)的厚度为1
‑
5μm；所述第一AlGaN势垒层(30)和所述第二AlGaN势垒层(40)的厚度均为15
‑
30nm；所述第一p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张苇杭，刘茜，张进成，黄韧，樊昱彤，赵胜雷，刘志宏，郝跃，张晓东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：