CN107731903A - 基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件及制作方法，主要解决传统GaN高电子迁移率在高温大功率工作条件下性能退化的问题。其自下而上包括衬底、AlGaN/GaN异质结构和金属电极。其中衬底采用基于SOI结构异质外延生长得到的金刚石/硅/氮化镓复合衬底，金刚石层采用MPCVD工艺生长的多晶金刚石薄膜，其生长温度为900‑1100℃，厚度为50‑200μm；硅层为SOI结构上Si层；氮化镓层采用MOCVD工艺生长，其生长温度为1100±10℃，厚度为1.2‑2.5μm。本发明由于采用Si层很薄的复合衬底，提高了GaN高电子迁移率器件的散热特性，可应用于高温大功率工作条件。
Description
技术领域
本发明属于为电子技术领域，更进一步涉及一种复合衬底GaN高电子迁移率器件的制作方法，可用于具有高温大功率要求的工作条件。
背景技术
以GaN为代表的第三代宽禁带半导体材料由于禁带宽度大、电子迁移率高、击穿电场大等优势在光电器件和电子器件等领域有广泛的应用。GaN基高电子迁移率器件的应用主要集中在高温、射频、大功率等领域，而在这些应用中，器件不可避免会产生大量的热量，这些热量如果不能及时耗散，则会引起器件温度的明显升高。因此，GaN基高电子迁移率器件的相关热学问题成为近年来的研究热点。
金刚石材料具有高热导率，目前微波等离子体化学气相淀积法生长的多晶金刚石热导率接近2000W/m·K。将GaN高电子迁移率器件与金刚石相结合，可以改善器件的散热特性。
美国Group4公司J.Wasserbauer等人提出了一种CVD法生长多晶金刚石与GaN薄膜键合的器件设计方案，参见Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium,2006. CSIC 2006.IEEE，10.1109/CSICS.2006.319952。该方案通过键合实现多晶金刚石与GaN材料的结合，但键合工艺的界面对实际器件的散热特性有较大的限制。
美国SP3公司Jerry W.Zimmer等人提出了一种Si片生长多晶金刚石薄膜然后减薄Si 再外延GaN薄膜的器件设计方案，参见CS MANTECH Conference,April 14-17,2008,Chicago,Illinois,USA。该方案的缺陷在于，Si片很难减薄达到几十nm厚度，因此用该材料制作GaN高电子迁移率器件，其散热效果会受到一定影响。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的存在不足，提供一种基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件及制作方法，以提高GaN高电子迁移率器件的散热特性。
为实现上述目的，本发明基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件，自下而上包括衬底、AlGaN/GaN异质结构和金属电极，其特征在于：衬底采用金刚石/硅/ 氮化镓复合衬底，以提高GaN高电子迁移率器件的散热性能。
上述器件，其特征在于：所述SOI结构采用顶层为上Si层，中间层为BOX氧化层，底层为衬底Si层的Si/SiO2/Si的三层结构。
上述器件，其特征在于：所述金刚石/硅/氮化镓复合衬底是基于SOI结构异质外延生长得到，即顶层为GaN薄膜，中间层为SOI结构的上Si层，底层为多晶金刚石薄膜。
为实现上述目的，本发明制备基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件的方法，包括如下步骤；
1)采用MPCVD工艺在SOI结构上Si层表面生长厚度为50-200μm多晶金刚石薄膜，再在多晶金刚石薄膜表面键合支撑Si片；
2)采用化学机械研磨去除SOI衬底Si层，再采用湿法腐蚀去除BOX氧化层；
3)在去除SOI衬底Si层以及BOX氧化层后的上Si层表面异质外延生长GaN薄膜，形成金刚石/硅/氮化镓复合衬底；
4)在金刚石/硅/氮化镓复合衬底上异质外延生长AlGaN/GaN异质结构；
5)在AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成源漏区，采用电子束蒸发工艺依次淀积金属Ti/Al/Ni/Au，并采用金属剥离lift-off工艺剥离掉多余金属，再在850±20℃的N2氛围下退火30s，形成源/漏区欧姆接触；
6)在生长好源漏电极的AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成栅结构区域，在栅结构区域采用电子束蒸发工艺依次淀积金属Ni/Au，再采用lift-off工艺剥离掉多余金属形成栅金属结构，制成带有支撑Si片的GaN高电子迁移率器件；
7)对带有支撑Si片的GaN高电子迁移率器件进行激光切片获得单个器件单元，对单个器件单元采用湿法腐蚀工艺去除支撑Si片，完成GaN高电子迁移率器件制备。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
第一，本发明是使用SOI结构的顶层Si作为复合衬底的中间层，克服了现有技术Si很难减薄到几十nm厚度的不足，使得本发明中金刚石/硅/氮化镓复合衬底中Si层的厚度很薄，改善由于Si热导率不高带来的散热性能降低。
第二，本发明的金刚石与GaN均由CVD工艺异质外延生长所得到的，没有采用键合的方法，消除了键合界面对散热性能的影响，提升了器件的散热性能。
附图说明
图1是本发明基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件剖面结构图；
图2是本发明制备基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
参照图1，本发明基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件，自下而上包括复合衬底，AlGaN/GaN异质结构和金属电极，其中：
所述SOI结构采用顶层为上Si层，中间层为BOX氧化层，底层为衬底Si层的Si/SiO2/Si 的三层结构，在制作器件时采用化学机械研磨去除SOI衬底Si层，采用湿法腐蚀去除BOX 氧化层，保留了上Si层；
所述复合衬底，由三层材料构成，即底层为MPCVD工艺异质外延形成的多晶金刚石薄膜，中间层为SOI结构的上Si层，顶层为MOCVD工艺异质外延形成的GaN层；
所述的AlGaN/GaN异质结构，自下而上为AlN插入层、AlGaN势垒层及GaN帽层，其厚度为2nm/20nm/2nm，生长温度为1000℃，该AlGaN/GaN异质结构上的金属电极包括源极、漏极和栅极，源极和漏极由Ti/Al/Ni/Au四层金属组成，其厚度为20nm/130nm/50 nm/40nm，栅极由Ni/Au两层金属组成，其厚度为50nm/210nm。
参照图2，本发明制备基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件的方法，给出如下三种实施例：
实施例1：制作多晶金刚石薄膜厚度为200μm，键合的支撑Si层厚度为50μm，外延GaN厚度为1.2μm的GaN高电子迁移率器件。
步骤1.制作多晶金刚石薄膜及支撑层，如图2(b)。
1.1)在SOI结构上Si层表面使用MPCVD工艺在1100℃条件下生长厚度为200μm的多晶金刚石薄膜；
1.2)在多晶金刚石薄膜表面键合厚度为50μm的Si片，用于作为支撑层。
步骤2.去除SOI衬底Si层以及BOX氧化层，如图2(c)。
2.1)对生长多晶金刚石薄膜和支撑层的SOI结构衬底Si层使用Ba2CO3与KOH溶液混合研磨溶液进行化学机械研磨，去除衬底Si层；
2.2)使用HF溶液湿法腐蚀去除BOX氧化层，得到上Si层/金刚石/支撑Si复合结构。
步骤3.异质外延生长GaN薄膜，实现复合衬底的制作，如图2(d)。
将上Si层/金刚石/支撑Si结构翻转，并将其置于MOCVD反应室，通入H2、NH3和TMGa，采用MOCVD工艺在H2、NH3气氛和1000℃温度条件下，在上Si层表面生长厚度为1.2μm的GaN薄膜，得到金刚石/硅/氮化镓复合衬底。
步骤4.异质外延生长AlGaN/GaN异质结构，如图2(e)。
将金刚石/硅/氮化镓复合衬底置于MOCVD反应室，通入H2、NH3、TMGa和TMA，采用MOCVD工艺在H2、NH3气氛和1000℃温度条件下，在复合衬底GaN表面依次生长 AlN插入层/AlGaN势垒层/GaN帽层，其中AlN插入层厚度为2nm，AlGaN势垒层厚度为 20nm，GaN帽层厚度为2nm，完成AlGaN/GaN异质结构生长。
步骤5.形成源/漏区欧姆接触，如图2(f)。
5.1)在AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成源漏区，采用电子束蒸发工艺在源漏区依次淀积金属Ti/Al/Ni/Au，其中Ti的厚度为20nm，Al的厚度为130nm，Ni 的厚度为50nm，Au的厚度为40nm；
5.2)在N2气氛和850℃温度条件下退火30s，形成源/漏区欧姆接触。
步骤6.形成器件栅金属结构，如图2(g)。
在形成源/漏区欧姆接触的AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成栅结构区域，在栅结构区域采用电子束蒸发工艺依次淀积金属Ni/Au，其中Ni的厚度为50nm，Au的厚度为210nm，形成器件栅金属结构。
步骤7.对形成栅金属结构的器件进行激光切片，完成GaN高电子迁移率器件制备，如图2(h)。
对形成栅金属结构的器件进行激光切片获得单个器件单元，对器件单元采用KOH溶液湿法腐蚀工艺去除支撑Si片，完成GaN高电子迁移率器件制备。
实施例2：制作多晶金刚石薄膜厚度为50μm，键合的支撑Si层厚度为100μm，外延GaN厚度为2.5μm的GaN高电子迁移率器件
步骤一.制作多晶金刚石薄膜及支撑层。
1a)在SOI结构上Si层表面使用MPCVD工艺在900℃条件下生长厚度为50μm的多晶金刚石薄膜；
1b)在多晶金刚石薄膜表面键合厚度为100μm的Si片用于支撑层。
步骤二.去除SOI衬底Si层以及BOX氧化层。
2a)对SOI结构衬底Si层使用SiO2与KOH溶液混合研磨溶液进行化学机械研磨，去除衬底Si层；
2b)使用HF溶液湿法腐蚀去除BOX氧化层，得到上Si层/金刚石/支撑Si复合结构。
步骤三.异质外延生长GaN薄膜，实现复合衬底的制作。
将上Si层/金刚石/支撑Si结构翻转，并将其置于MOCVD反应室，通入H2、NH3和TMGa，采用MOCVD工艺在H2、NH3气氛和1000℃温度条件下，在上Si层表面生长厚度为2.5μm的GaN薄膜，得到金刚石/硅/氮化镓复合衬底。
步骤四.异质外延生长AlGaN/GaN异质结构。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤4相同。
步骤五.形成源/漏区欧姆接触。
5a)在AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成源漏区，采用电子束蒸发工艺在源漏区依次淀积金属Ti/Al/Ni/Au，其中Ti的厚度为30nm，Al的厚度为150nm，Ni 的厚度为60nm，Au的厚度为50nm；
5b)在N2气氛和850℃温度条件下退火30s，形成源/漏区欧姆接触。
步骤六.形成器件栅金属结构。
在形成源/漏区欧姆接触的AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成栅结构区域，在栅结构区域采用电子束蒸发工艺依次淀积金属Ni/Au，其中Ni的厚度为60nm，Au的厚度为220nm，形成器件栅金属结构。
步骤七.对形成栅金属结构的器件进行激光切片,完成GaN高电子迁移率器件制备。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤7相同。
实施例3：制作多晶金刚石薄膜厚度为150μm，键合的支撑Si层厚度为75μm，外延GaN厚度为1.5μm的GaN高电子迁移率器件
步骤A.制作多晶金刚石薄膜及支撑层。
A1)在SOI结构上Si层表面使用MPCVD工艺在1000℃条件下生长厚度为150μm的多晶金刚石薄膜；
A2)在多晶金刚石薄膜表面键合厚度为75μm Si片用于支撑层。
步骤B.去除SOI衬底Si层以及BOX氧化层。
B1)对SOI结构衬底Si层使用SiO2与KOH溶液混合研磨溶液进行化学机械研磨，去除衬底Si层；
B2)使用HF溶液湿法腐蚀去除BOX氧化层，得到上Si层/金刚石/支撑Si复合结构。
步骤C.异质外延生长GaN薄膜，实现复合衬底的制作。
将上Si层/金刚石/支撑Si结构翻转，并将其置于MOCVD反应室，通入H2、NH3和TMGa，采用MOCVD工艺在H2、NH3气氛和1000℃温度条件下，在上Si层表面生长厚度为1.5μm的GaN薄膜，得到金刚石/硅/氮化镓复合衬底。
步骤D.异质外延生长AlGaN/GaN异质结构。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤4相同。
步骤E.形成源/漏区欧姆接触。
E1)在AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成源漏区，采用电子束蒸发工艺在源漏区依次淀积金属Ti/Al/Ni/Au，其中Ti的厚度为25nm，Al的厚度为140nm，Ni 的厚度为55nm，Au的厚度为45nm；
E2)在N2气氛和850℃温度条件下退火30s，形成源/漏区欧姆接触。
步骤F.形成器件栅金属结构。
在形成源/漏区欧姆接触的AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成栅结构区域，在栅结构区域采用电子束蒸发工艺依次淀积金属Ni/Au，其中Ni的厚度为55nm，Au的厚度为215nm，形成器件栅金属结构。
步骤G.对形成栅金属结构的器件进行激光切片，完成GaN高电子迁移率器件制备。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤7相同。
上述描述仅是本发明的三个实施例，并不构成对本发明的任何限制，显然任何人均可按照本发明的构思和方案作出变更，例如对材料的替换和参数的改变，但这些均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件，自下而上包括衬底(1)、AlGaN/GaN异质结构(2)和金属电极(3)，其特征在于：衬底(1)采用金刚石/硅/氮化镓复合衬底，以提高GaN高电子迁移率器件的散热性能。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述SOI结构采用顶层为上Si层，中间层为BOX氧化层，底层为衬底Si层的Si/SiO2/Si的三层结构。
3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述金刚石/硅/氮化镓复合衬底是基于SOI结构异质外延生长得到，即顶层为GaN薄膜，中间层为SOI结构的上Si层，底层为多晶金刚石薄膜。
4.一种制备基于SOI结构金刚石复合衬底的GaN高电子迁移率器件的方法，包括如下步骤；
1)采用MPCVD工艺在SOI结构上Si层表面生长厚度为50-200μm多晶金刚石薄膜，再在多晶金刚石薄膜表面键合支撑Si片；
2)采用化学机械研磨去除SOI衬底Si层，再采用湿法腐蚀去除BOX氧化层；
3)在去除SOI衬底Si层以及BOX氧化层后的上Si层表面异质外延生长GaN薄膜，形成金刚石/硅/氮化镓复合衬底；
4)在金刚石/硅/氮化镓复合衬底上异质外延生长AlGaN/GaN异质结构；
5)在AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成源漏区，采用电子束蒸发工艺依次淀积金属Ti/Al/Ni/Au，并采用金属剥离lift-off工艺剥离掉多余金属，再在850±20℃的N2氛围下退火30s，形成源/漏区欧姆接触；
6)在生长好源漏电极的AlGaN/GaN异质结构上旋涂光刻胶，光刻形成栅结构区域，在栅结构区域采用电子束蒸发工艺依次淀积金属Ni/Au，再采用lift-off工艺剥离掉多余金属形成栅金属结构，制成带有支撑Si片的GaN高电子迁移率器件；
7)对带有支撑Si片的GaN高电子迁移率器件进行激光切片获得单个器件单元，对单个器件单元采用湿法腐蚀工艺去除支撑Si片，完成GaN高电子迁移率器件制备。
5.根据权利要求4所述的方法，其中步骤1)中采用MPCVD工艺生长的多晶金刚石薄膜，其生长温度为900-1100℃，厚度为50-200μm。
6.根据权利要求4所述的方法，其中步骤1)中的键合支撑Si片，其厚度为50-100μm。
7.根据权利要求4所述的方法，其中步骤2)中的化学机械研磨溶液，采用Ba2CO3、KOH混合溶液或SiO2、KOH混合溶液。
8.根据权利要求4所述的方法，其中步骤3)中采用MOCVD工艺生长的GaN薄膜，其生长温度为1100±10℃，厚度为1.2-2.5μm。
9.根据权利要求4所述的方法，其中步骤5)中金属电极Ti/Al/Ni/Au，其Ti的厚度为20-30nm，Al的厚度为130-150nm，Ni的厚度为50-60nm，Au的厚度为40-60nm。
10.根据权利要求4所述的方法，其中步骤6)中金属电极Ni/Au，其Ni的厚度为50-60nm，Au的厚度为210-220nm。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108878511A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-23 | 苏州汉骅半导体有限公司 | 基于金刚石的镓面极性氮化镓器件制造方法 |
| CN110828292A (zh) * | 2018-08-13 | 2020-02-21 | 西安电子科技大学 | 基于复合衬底的半导体器件及其制备方法 |
| WO2022166472A1 (zh) * | 2021-02-05 | 2022-08-11 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 基于金刚石衬底的GaN场效应晶体管的制备方法 |
| CN117646275A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 北京大学 | 一种大尺寸高热导率iii族氮化物外延材料的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010075125A1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Raytheon Company | Fabricating a gallium nitride device with a diamond layer |
| WO2010075124A1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Raytheon Company | Fabricating a gallium nitride layer with diamond layers |
| CN102916046A (zh) * | 2012-11-02 | 2013-02-06 | 程凯 | 硅衬底上氮化物高压器件及其制造方法 |
| CN105789296A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-07-20 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管 |
| CN105931999A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-09-07 | 西安电子科技大学 | 薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法 |
| CN106783998A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种基于金刚石衬底的氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法 |
-
2017
- 2017-09-14 CN CN201710828635.4A patent/CN107731903A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010075125A1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Raytheon Company | Fabricating a gallium nitride device with a diamond layer |
| WO2010075124A1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Raytheon Company | Fabricating a gallium nitride layer with diamond layers |
| CN102916046A (zh) * | 2012-11-02 | 2013-02-06 | 程凯 | 硅衬底上氮化物高压器件及其制造方法 |
| CN105789296A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-07-20 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管 |
| CN105931999A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-09-07 | 西安电子科技大学 | 薄势垒增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制作方法 |
| CN106783998A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种基于金刚石衬底的氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108878511A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-23 | 苏州汉骅半导体有限公司 | 基于金刚石的镓面极性氮化镓器件制造方法 |
| CN108878511B (zh) * | 2018-06-26 | 2019-05-10 | 苏州汉骅半导体有限公司 | 基于金刚石的镓面极性氮化镓器件制造方法 |
| CN110828292A (zh) * | 2018-08-13 | 2020-02-21 | 西安电子科技大学 | 基于复合衬底的半导体器件及其制备方法 |
| WO2022166472A1 (zh) * | 2021-02-05 | 2022-08-11 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 基于金刚石衬底的GaN场效应晶体管的制备方法 |
| CN117646275A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 北京大学 | 一种大尺寸高热导率iii族氮化物外延材料的制备方法 |
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