多沟道鳍式结构及其制备方法技术

本申请公开了一种集成金刚石的多沟道鳍式GaN器件结构及其制备方法，从器件结构和材料两方面对GaN器件热管理进行了改进。结构上采用多异质结沟道和FinFET器件设计，其中多沟道能够提供更大的电流密度和功率，FinFET结构设计能够在增强栅控的同时，提供更大的散热面积，可以通过氧化湿法腐蚀工艺制备。材料上引入高热导率的金刚石，通过键合工艺集成金刚石衬底，并在栅指之间生长高热导率的金刚石盖帽层，能够将器件热量从上下两个方向有效导出。在多沟道结构和金刚石盖帽层之间以及多沟道结构与栅极之间设计了介质层，保护多沟道结构表面，减少金刚石盖帽层生长过程带来的损伤，能够实现金刚石氧等离子体刻蚀自停止，同时减小栅极漏电。小栅极漏电。小栅极漏电。

【技术实现步骤摘要】
多沟道鳍式结构及其制备方法


[0001]本申请涉及微电子器件
，具体涉及一种双沟道的鳍式结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN材料具有禁带宽度大、击穿场强高、迁移率高、电子饱和速度大等特点。由于GaN基材料自发极化和压电极化的特性，AlGaN/GaN异质中可以形成高浓度二维电子气沟道，由此可以制备GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)，适用于射频和电力电子领域。GaN HEMT器件常工作在高压、大电流条件下，器件的自热效应显著，特别是在栅下靠近漏侧，会在工作时产生局部热点，引起电学特性退化和可靠性问题。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种多沟道鳍式结构及其制备方法，用于解决现有技术中的高电子迁移率晶体管自热效应明显的技术问题。
[0004]多沟道鳍式结构，包括：
[0005]衬底；
[0006]多沟道结构，位于所述衬底之上；
[0007]源/漏/栅极，位于所述多沟道结构中的底部的沟道层之上；
[0008]所述多沟道结构中位于所述栅极内以及所述栅极和漏极之间具有鳍式结构，所述鳍式结构包括多个鳍，所述每个鳍的深度贯穿所述多沟道结构的顶势垒层至底势垒层；
[0009]盖帽层，位于所述源极和栅极之间以及所述栅极和漏极之间的多沟道结构之上以及鳍间；
[0010]所述衬底和所述盖帽层的导热率高于所述多沟道结构。
[0011]进一步的，所述盖帽层还位于所述多沟道结构中位于边缘的鳍的外侧。
[0012]进一步的，还包括：
[0013]一介质层，
[0014]位于所述多沟道结构与所述盖帽层之间，
[0015]和/或，
[0016]位于所述多沟道结构与所述栅极之间。
[0017]进一步的，所述盖帽层的材质为金刚石。
[0018]进一步的，所述盖帽层的厚度为180nm～250nm。
[0019]进一步的，所述介质层的材质为Al2O3。
[0020]进一步的，所述介质层的厚度为4nm～6nm。
[0021]进一步的，所述多沟道结构包括多层AlGaN/GaN异质结。
[0022]进一步的，所述衬底的材质为金刚石。
[0023]本专利技术的第二个方面，提供一种多沟道鳍式结构的制备方法，包括：
[0024]准备Si衬底；
[0025]形成多沟道结构于所述Si衬底之上；
[0026]研磨和刻蚀所述Si衬底并在所述多沟道结构下方键合金刚石衬底；
[0027]在所述多沟道结构上生长SiO2掩膜层并刻蚀形成凹槽，所述SiO2掩膜层位于栅极区域以及所栅极和漏极区域之间，且所述SiO2掩膜层成鳍式分布；
[0028]沿所述SiO2掩膜层的每个鳍刻蚀其下方的多沟道结构直至底势垒层；
[0029]高温氧化所述底势垒层，然后湿法腐蚀所述底势垒层并自停止于底部的沟道层表面，使得所述多沟道结构形成鳍式结构；
[0030]去除所述SiO2掩膜层；
[0031]形成完全覆盖在所有沟道结构表面的介质层，并刻蚀去除源漏区域的介质层；
[0032]形成完全覆盖在所述介质层表面的盖帽层；
[0033]在所述盖帽层上位于源漏区域之间的位置生长Al2O3掩膜层并腐蚀形成图案；
[0034]刻蚀所述源漏区域位置处的盖帽层并自停止于所述介质层表面；
[0035]形成在源漏区域的源/漏极并实现欧姆接触；
[0036]形成在栅区域的Al2O3掩膜层凹槽；
[0037]刻蚀所述Al2O3掩膜层凹槽正下方的盖帽层并自停止于所述介质层表面；
[0038]形成在栅区的介质层之上的栅极；
[0039]腐蚀高于源/漏/栅极位置的Al2O3掩膜层。
[0040]有益效果
[0041]本专利技术提出的一种多沟道鳍式结构及其制备方法，该结构采用多异质结沟道和FinFET的结构设计，其中多沟道能够提供更大的电流密度和功率；FinFET结构设计能够在增强栅控的同时，提供更大的散热面积，可以通过氧化湿法腐蚀工艺制备；引入高热导率材料，优选金刚石材料，通过键合集成金刚石衬底，并在栅指之间生长金刚石盖帽层，能够从器件上方和下方将热量有效导出；在多沟道结构和盖帽层之间以及多沟道结构与栅极之间设计了介质层，保护多沟道结构表面，减少金刚石盖帽层生长过程带来的损伤，能够实现金刚石层氧等离子体刻蚀自停止，同时还能减小栅极漏电。
附图说明
[0042]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0043]图1为本申请实施例的立体结构示意图；
[0044]图2为本申请申请实施例的在立体结构示意图上的垂直于沟道方向和沿沟道方向的竖直截面位置示意图；
[0045]图3为本申请实施例中按照图2中垂直于沟道方向且在A
‑
A1位置处的截面示意图；
[0046]图4为本申请实施例中按照图2中垂直于沟道方向且在B
‑
B1位置处的截面示意图；
[0047]图5为本申请实施例中按照图2中垂直于沟道方向且在C
‑
C1位置处的截面示意图；
[0048]图6为本申请实施例中按照图2中沿沟道方向且在D
‑
D1位置处的截面示意图；
[0049]图7为本申请实施例中按照图2中沿沟道方向且在E
‑
E1位置处的截面示意图；
[0050]图8为本申请实施例中硅衬底和多沟道结构示意图；
[0051]图9为本申请实施例中去除硅衬底后的结构示意图；
[0052]图10为本申请实施例中金刚石衬底和多沟道结构示意图；
[0053]图11为本申请实施例中制作Fin结构时生长的SiO2掩膜层的示意图；
[0054]图12为本申请实施例中制作Fin结构时Cl基ICP刻蚀的示意图；
[0055]图13为本申请实施例中制作Fin结构时湿法氧化腐蚀剩余AlGaN层的示意图；
[0056]图14为本申请实施例中制作Fin结构时去除SiO2掩膜层的示意图；
[0057]图15为本申请实施例中生长Al2O3介质层的示意图；
[0058]图16为本申请实施例中生长金刚石帽层的示意图；
[0059]图17为本申请实施例中制作欧姆接触时生长Al2O3掩膜的示意图；
[0060]图18为本申请实施例中制作欧姆接触时氧ICP刻蚀金刚石的示意图；
[0061]图19为本申请实施例中制作欧姆接触时BOE腐蚀去除欧姆区域Al2O3的示意图；
[0062]图20为本申请实施例中制作欧姆接触时溅射生长源漏金属的示意图；
[0063]图21为本申请实施例中制作栅金属时BOE腐蚀Al2O3，在栅位置形成掩膜版凹槽的示意图；
[0064]图22为本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多沟道鳍式结构，其特征在于，包括：衬底；多沟道结构，位于所述衬底之上；源/漏/栅极，位于所述多沟道结构中的底部的沟道层之上；所述多沟道结构中位于所述栅极内以及所述栅极和漏极之间具有鳍式结构，所述鳍式结构包括多个鳍，所述每个鳍的深度贯穿所述多沟道结构的顶势垒层至底势垒层；盖帽层，位于所述源极和栅极之间以及所述栅极和漏极之间的多沟道结构之上以及鳍间；所述衬底和所述盖帽层的导热率高于所述多沟道结构。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述盖帽层还位于所述多沟道结构中位于边缘的鳍的外侧。3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，还包括：一介质层，位于所述多沟道结构与所述盖帽层之间，和/或，位于所述多沟道结构与所述栅极之间。4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述盖帽层的材质为金刚石。5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，所述盖帽层的厚度为180nm～250nm。6.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述介质层的材质为Al2O3。7.根据权利要求6所述的结构，其特征在于，所述介质层的厚度为4nm～6nm。8.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述多沟道结构包括多层AlGaN/GaN异质结。9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢勇，
申请(专利权)人：东科半导体安徽股份有限公司，
类型：发明
国别省市：