CN107808900A - 一种GaN‑HEMT芯片及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GaN‑HEMT芯片及制造方法，其中所述的衬底的上部为氮化镓缓冲层，氮化镓缓冲层的上部为氮化镓外延层，最上方为氮化镓铝层，二维电子气（2DEG）层位于氮化镓铝层和氮化镓外延层之间，S、D、G极通过金属沉淀的方式固定于氮化镓铝层顶部；优点为：本发明有效降低芯片电阻，增加低功率模式下附加功率效率，提高芯片可靠性，同时，缩小了芯片体积，有利于减少了电路面积。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片领域，尤其涉及一种GaN-HEMT芯片及制造方法。
背景技术
半导体芯片的发明是二十世纪的一项创举，使人类相继进入了电子工业时代和信息化时代。综合利用多种半导体材料和器件功能制备而成的微波集成电路是当前发展各种高科技武器的重要支柱，广泛用于各种先进的战术导弹、电子战、通信系统、陆海空基的各种先进的相控阵雷达 ( 特别是机载和星载雷达 ) ；在民用商业的移动电话、无线通信、个人 卫星通信网、全球定位系统、直播卫星接收和毫米波自动防撞系统等方面已形成正在飞速 发展的巨大市场。与第一代半导体材料 Si 及第二代半导体材料 GaAs、InP 相比，GaN具有更大的禁带宽度、更高的电子饱和漂移速度、更高的击穿电压和较高的热导率等特点。GaN 基微电子材料和器件的研究和开发已成为世界各国竞相占领的高科技制高点，是半导体科学、材料 科学、高温电子学、超过兆瓦的固态功率电子学、高功率密度射频电子学的前沿研究领域。
发明内容
本发明的目的在于为解决现有技术的不足，而提供一种GaN-HEMT芯片及制造方法。
本发明新的技术方案是：一种GaN-HEMT芯片及制造方法，由GaN外延片为原材料，包括包括氮化镓铝层、氮化镓外延层、氮化镓缓冲层、衬底及二维电子气（2DEG）层及S、D、G极，所述的衬底的上部为氮化镓缓冲层，氮化镓缓冲层的上部为氮化镓外延层，最上方为氮化镓铝层，二维电子气（2DEG）层位于氮化镓铝层和氮化镓外延层之间，S、D、G极通过金属沉淀的方式固定于氮化镓铝层顶部。
所述的制造方法为：
1）在衬底上低温生长氮化镓作为缓冲层，在缓冲层上进行HEMT结构生长，首先生成数微米厚度的高温氮化镓外延层，再在氮化镓外延层上生长AlXGa1-XN薄层，AlGaN和GaN界面GaN一侧会形成二维电子气（2DEG），2DEG是HEMT器件的导电层；
2）MESA光刻：首先在外延片表面涂一层光刻胶，将MESA光刻板覆在光刻胶上进行曝光，光刻胶曝光后性状发生改变，多余光刻胶通过显影和去胶工艺去除；光刻胶上形成了MESA光刻板上同样的的图案；然后使用ICP刻蚀机对覆有光刻胶的外延片进行ICP刻蚀，未被光刻胶保护的区域会被刻蚀出设定的深度，其深度在2DEG以下；
3）SD电极制作：首先在MESA后的外延片上涂一层光刻胶，用SD光刻板在MESA后的外延片上形成SD电极的图形，然后进行金属淀积，金属淀积以后进行撕金操作去除多余的金属，去除多余的光刻胶，最后进行快速退火处理，形成欧姆接触后即完成SD电极的制作；
4）G极制作：采用步骤3）同样的工序制作G极金属，在G电极与AlGaN之间形成肖特基接触，则完成G极制作。
所述的步骤3）中一般采用钛铝金属体系制作金属-半导体欧姆接触。
所述的步骤4）中G极金属使用镍金金属体系。
本发明的有益效果是：本发明有效降低芯片电阻，增加低功率模式下附加功率效率，提高芯片可靠性，同时，缩小了芯片体积，有利于减少了电路面积。
附图说明
图1为原料外延片的结构示意图。
图2为进行MESA光刻工艺后的外延片结构示意图。
图3为显影后待制作SD电极的外延片结构示意图。
图4为SD金属工艺后的外延片结构示意图。
其中：1为氮化镓铝层，2为氮化镓外延层，3为氮化镓缓冲层，4为衬底，5为二维电子气（2DEG）层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种GaN-HEMT芯片及制造方法，由GaN外延片为原材料，包括包括氮化镓铝层1、氮化镓外延层2、氮化镓缓冲层3、衬底4及二维电子气（2DEG）层5及S、D、G极，所述的衬底4的上部为氮化镓缓冲层3，氮化镓缓冲层3的上部为氮化镓外延层2，最上方为氮化镓铝层1，二维电子气（2DEG）层5位于氮化镓铝层1和氮化镓外延层2之间，S、D、G极通过金属沉淀的方式固定于氮化镓铝层1顶部。
所述的制造方法为：
1）在衬底4上低温生长氮化镓作为缓冲层，在缓冲层上进行HEMT结构生长，首先生成数微米厚度的高温氮化镓外延层2，再在氮化镓外延层2上生长AlXGa1-XN薄层，AlGaN和GaN界面GaN一侧会形成二维电子气（2DEG），2DEG是HEMT器件的导电层；
2）MESA光刻：首先在外延片表面涂一层光刻胶6，将MESA光刻板覆在光刻胶上进行曝光，光刻胶曝光后性状发生改变，多余光刻胶通过显影和去胶工艺去除；光刻胶上形成了MESA光刻板上同样的的图案；然后使用ICP刻蚀机对覆有光刻胶的外延片进行ICP刻蚀，未被光刻胶保护的区域会被刻蚀出设定的深度，其深度在2DEG以下；
3）SD电极制作：首先在MESA后的外延片上涂一层光刻胶6，用SD光刻板在MESA后的外延片上形成SD电极的图形，然后进行金属淀积，金属淀积以后进行撕金操作去除多余的金属，去除多余的光刻胶，最后进行快速退火处理，形成欧姆接触后即完成SD电极的制作；
4）G极制作：采用步骤3）同样的工序制作G极金属，在G电极与AlGaN之间形成肖特基接触，则完成G极制作。
所述的步骤3）中一般采用钛铝金属体系制作金属-半导体欧姆接触。
所述的步骤4）中G极金属使用镍金金属体系。
Claims (4)
1.一种GaN-HEMT芯片及制造方法，由GaN外延片为原材料，包括氮化镓铝层（1）、氮化镓外延层（2）、氮化镓缓冲层（3）、衬底（4）及二维电子气（2DEG）层（5）及S、D、G极，其中特征在于：所述的衬底（4）的上部为氮化镓缓冲层（3），氮化镓缓冲层（3）的上部为氮化镓外延层（2），最上方为氮化镓铝层（1），二维电子气（2DEG）层（5）位于氮化镓铝层（1）和氮化镓外延层（2）之间，S、D、G极通过金属沉淀的方式固定于氮化镓铝层（1）顶部。
2.根据权利要求1所述的一种GaN-HEMT芯片及制造方法，其特征在于：所述的制造方法为：
1）在衬底（4）上低温生长氮化镓作为缓冲层，在缓冲层上进行HEMT结构生长，首先生成数微米厚度的高温氮化镓外延层（2），再在氮化镓外延层（2）上生长AlXGa1-XN薄层，AlGaN和GaN界面GaN一侧会形成二维电子气（2DEG），2DEG是HEMT器件的导电层；
2）MESA光刻：首先在外延片表面涂一层光刻胶（6），将MESA光刻板覆在光刻胶上进行曝光，光刻胶曝光后性状发生改变，多余光刻胶通过显影和去胶工艺去除；光刻胶上形成了MESA光刻板上同样的的图案；然后使用ICP刻蚀机对覆有光刻胶的外延片进行ICP刻蚀，未被光刻胶保护的区域会被刻蚀出设定的深度，其深度在2DEG以下；
3）SD电极制作：首先在MESA后的外延片上涂一层光刻胶（6），用SD光刻板在MESA后的外延片上形成SD电极的图形，然后进行金属淀积，金属淀积以后进行撕金操作去除多余的金属，去除多余的光刻胶，最后进行快速退火处理，形成欧姆接触后即完成SD电极的制作；
4）G极制作：采用步骤3）同样的工序制作G极金属，在G电极与AlGaN之间形成肖特基接触，则完成G极制作。
3.根据权利要求2所述的一种GaN-HEMT芯片及制造方法，其特征在于：所述的步骤3）中一般采用钛铝金属体系制作金属-半导体欧姆接触。
4.根据权利要求2所述的一种GaN-HEMT芯片及制造方法，其特征在于：所述的步骤4）中G极金属使用镍金金属体系。
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