CN109346405A - 一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于SBD技术领域，提供一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，包括如下步骤：制作AlGaN/GaN异质结外延层‑制作图形化的AlGaN层‑形成欧姆电极‑形成肖特基电极‑制作AlN绝缘介质层‑制作焊盘电极；本发明的SBD倒装芯片采用蓝宝石衬底，可降低芯片的制作成本，采用高热导率的AlN薄膜层作为绝缘层，大幅度改善了因蓝宝石衬底导热系数较低导致倒装SBD芯片的系统热阻过高的问题，满足大功率的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种倒装芯片的制备方法，尤其是一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，属于SBD技术领域。
背景技术
GaN材料的超高禁带宽度、超高响应频率的特性，作为第三代半导体的核心被广泛关注，GaN生长在蓝宝石衬底上的工艺随LED技术的发展日益成熟，成本也已做到非常低廉，但作为电力电子器件的应用，在硅基衬底的生产成本是蓝宝石基的几十倍至上百倍之多，严重制约了其应用的发展。
硅基衬底具有优良的热导系数，但因GaN异质外延的缺陷匹配大，很难在硅基衬底上获取高质量的GaN异质外延结构，而在蓝宝石衬底上生长GaN异质外延技术已非常成熟，可以获得高质量的GaN异质外延结构，但蓝宝石衬底热导系数较低，导致散热差，尤其是在倒装芯片上，蓝宝石衬底位于上方，散热差严重影响芯片的性能，在电力电子器件上很难满足大功率的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种GaN基SBD倒装芯片结构及制备方法，SBD倒装芯片采用蓝宝石衬底，可降低芯片的制作成本，采用高热导率的AlN薄膜层作为绝缘层，大幅度改善了因蓝宝石衬底导热系数较低导致倒装SBD芯片的系统热阻过高的问题，满足大功率的应用需求。
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案是：一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一. 提供蓝宝石衬底，并在蓝宝石衬底上依次生长GaN层、AlGaN层；
步骤二. 利用正性光刻胶掩膜技术，制作掩膜图形，再通过ICP刻蚀技术，对AlGaN层进行刻蚀，得到图形化的AlGaN层；
步骤三. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作用于得到欧姆电极的掩膜图形，并通过电子束蒸发，在AlGaN层和GaN层上淀积金属层，所述金属层分别与GaN层、AlGaN层欧姆接触，得到欧姆电极；
步骤四. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作用于得到肖特基电极的掩膜图形，并通过电子束蒸发，在AlGaN层上淀积金属层，所述金属层与AlGaN层肖特基接触，得到肖特基电极；
步骤五. 利用PVD溅射技术，在器件表面淀积高热导AlN绝缘介质层，并通过正性光刻胶掩膜技术和ICP刻蚀技术，对高热导AlN绝缘介质层进行刻蚀，用于引出欧姆电极和肖特基电极的接触孔；
步骤六. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作负焊盘电极层图形和正焊盘电极层的掩膜图形，并通过电子束蒸发和热阻蒸发技术，在接触孔内制作得到用于引出欧姆电极的负焊盘电极层和用于引出肖特基电极的正焊盘电极层；
步骤七. 利用减薄、研磨设备，对蓝宝石衬底的背面进行减薄，使晶圆减薄到100~200um，完成GaN基SBD倒装芯片的制作。
进一步地，所述步骤三中，制作欧姆电极的金属层结构为Ti/Al/Ti/Au；
进一步地，所述步骤三中，淀积金属层后，在N2氛围下，再经过高温800℃~950℃快速退火处理，退火的时间为5~10min，使欧姆电极分别与GaN层、AlGaN层获得良好的欧姆接触。
进一步地，所述步骤四中，制作肖特基电极的金属层结构为Ni/Au。
进一步地，所述步骤四中，淀积金属层后，在N2氛围下，再经过500℃ ~600℃的快速退火处理，退火时间为 3~5min。
进一步地，制作正焊盘电极层和负焊盘电极层的金属层依次为Cr/Al/Pt/Au/Sn，其中Sn层厚度不低于1μm。
进一步地，所述步骤五中，制作高热导AlN绝缘介质层的工艺条件为，在高真空腔体内，对Al靶材施加6~10KW的DC溅射功率，同时通入高纯工艺气体200~500sccm Ar和500~2000sccm N2，工艺腔体温度：300~400℃，制备具有高绝缘特性和高热导率的AlN薄膜层。
从以上描述可以看出，本发明的有益效果在于：
本发明通过PVD技术采用磁控溅射工艺制备具有高绝缘性和高热导率的AlN薄膜层，代替常规工艺的SiO2绝缘层或Si3N4绝缘层，绝缘层热导率由0.1~0.5W/(m·K)提升到150~170W/(m·K)，大幅度改善了因蓝宝石衬底导热系数较低导致倒装SBD芯片的系统热阻过高的问题，满足大功率的应用需求。
附图说明
图1为本发明实施例1中在蓝宝石衬底上形成AlGaN/GaN异质结外延层后的剖视结构示意图。
图2为本发明实施例1中形成图形化的AlGaN层的剖视结构示意图。
图3为本发明实施例1中形成欧姆电极的剖视结构示意图。
图4为本发明实施例1中形成肖特基电极的剖视结构示意图。
图5为本发明实施例1中形成AlN绝缘介质层的剖视结构示意图。
图6为本发明实施例1中形成正焊盘电极层和负焊盘电极层的剖视结构示意图。
附图标记说明：1-蓝宝石衬底、2-GaN层、3- AlGaN层、4-欧姆电极、5-肖特基电极、6-AlN绝缘介质层、7-负焊盘电极层和8-正焊盘电极层。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
如图1所示，步骤一. 提供蓝宝石衬底1，并在蓝宝石衬底1上依次生长GaN层2、AlGaN层3，完成AlGaN/GaN异质结外延层结构；
如图2所示，步骤二. 利用正性光刻胶掩膜技术，制作掩膜图形，再通过ICP刻蚀技术，对AlGaN层3进行刻蚀，得到图形化的AlGaN层3；
如图3所示，步骤三. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作用于得到欧姆电极4的掩膜图形，并通过电子束蒸发，在AlGaN层3和GaN层2上淀积金属层，所述金属层分别与GaN层2、AlGaN层3欧姆接触，得到欧姆电极4；
制作欧姆电极4的金属层结构为Ti/Al/Ti/Au；
淀积金属层后，在N2氛围下，再经过高温800℃~950℃快速退火处理，退火的时间为5~10min，使欧姆电极4分别与GaN层2、AlGaN层3获得良好的欧姆接触；
如图4所示，步骤四. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作用于得到肖特基电极5的掩膜图形，并通过电子束蒸发，在AlGaN层3上淀积金属层，所述金属层与AlGaN层3肖特基接触，得到肖特基电极5；
制作肖特基电极5的金属层结构为Ni/Au；
淀积金属层后，在N2氛围下，再经过500℃ ~600℃的快速退火处理，退火时间为 3~5min；
如图5所示，步骤五. 利用PVD溅射技术，在器件表面淀积高热导AlN绝缘介质层6，并通过正性光刻胶掩膜技术和ICP刻蚀技术，对高热导AlN绝缘介质层6进行刻蚀，用于引出欧姆电极4和肖特基电极5的接触孔；
制作高热导AlN绝缘介质层6的工艺条件为，在高真空腔体内，对Al靶材施加6~10KW的DC溅射功率，同时通入高纯工艺气体200~500sccm Ar和500~2000sccm N2，工艺腔体温度：300~400℃，制备具有高绝缘特性和高热导率的AlN薄膜层6；
如图6所示，步骤六. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作负焊盘电极层7图形和正焊盘电极层8的掩膜图形，并通过电子束蒸发和热阻蒸发技术，在接触孔内制作得到用于引出欧姆电极4的负焊盘电极层7和用于引出肖特基电极5的正焊盘电极层8；
本实施例中制作正焊盘电极层8和负焊盘电极层7的金属层依次为Cr/Al/Pt/Au/Sn，其中Sn层厚度不低于1μm。
步骤七. 利用减薄、研磨设备，对蓝宝石衬底1的背面进行减薄，使晶圆减薄到100~200um，完成GaN基SBD倒装芯片的制作。
本发明的特点在于，本发明GaN基SBD倒装芯片选用蓝宝石衬底，相比现有的硅基衬底，大大降低了芯片的成本；通过改进绝缘层的制作工艺和材料，采用磁控溅射工艺制备AlN绝缘介质层6，用AlN绝缘介质层6代替常规工艺的SiO2绝缘层或Si3O4绝缘层，绝缘层热导率由0.1~0.5W/（m·K）提升到150~170W/（m·K），大幅度改善了因蓝宝石衬底1导热系数较低导致倒装SBD芯片的系统热阻过高的问题，满足大功率的应用需求。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一. 提供蓝宝石衬底（1），并在蓝宝石衬底（1）上依次生长GaN层（2）、AlGaN层（3）；
步骤二. 利用正性光刻胶掩膜技术，制作掩膜图形，再通过ICP刻蚀技术，对AlGaN层（3）进行刻蚀，得到图形化的AlGaN层（3）；
步骤三. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作用于得到欧姆电极（4）的掩膜图形，并通过电子束蒸发，在AlGaN层（3）和GaN层（2）上淀积金属层，所述金属层分别与GaN层（2）、AlGaN层（3）欧姆接触，得到欧姆电极（4）；
步骤四. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作用于得到肖特基电极（5）的掩膜图形，并通过电子束蒸发，在AlGaN层（3）上淀积金属层，所述金属层与AlGaN层（3）肖特基接触，得到肖特基电极（5）；
步骤五. 利用PVD溅射技术，在器件表面淀积高热导AlN绝缘介质层（6），并通过正性光刻胶掩膜技术和ICP刻蚀技术，对高热导AlN绝缘介质层（6）进行刻蚀，用于引出欧姆电极（4）和肖特基电极（5）的接触孔；
步骤六. 利用负性光刻胶掩膜技术，制作负焊盘电极层7图形和正焊盘电极层8的掩膜图形，并通过电子束蒸发和热阻蒸发技术，在接触孔内制作得到用于引出欧姆电极（4）的负焊盘电极层（7）和用于引出肖特基电极（5）的正焊盘电极层（8）；
步骤七. 利用减薄、研磨设备，对蓝宝石衬底（1）的背面进行减薄，使晶圆减薄到100~200um，完成GaN基SBD倒装芯片的制作。
2.根据权利要求1所述的一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，制作欧姆电极（4）的金属层结构为Ti/Al/Ti/Au。
3.根据权利要求1所述的一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，淀积金属层后，在N2氛围下，再经过高温800℃~950℃快速退火处理，退火的时间为5~10min，使欧姆电极（4）分别与GaN层（2）、AlGaN层（3）获得良好的欧姆接触。
4.根据权利要求1所述的一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，制作肖特基电极（5）的金属层结构为Ni/Au。
5.根据权利要求1所述的一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，淀积金属层后，在N2氛围下，再经过500℃ ~600℃的快速退火处理，退火时间为 3~5min。
6.根据权利要求1所述的一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征在于，制作正焊盘电极层（8）和负焊盘电极层（7）的金属层依次为Cr/Al/Pt/Au/Sn，其中Sn层厚度不低于1μm。
7.根据权利要求1所述的一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，制作高热导AlN绝缘介质层（6）的工艺条件为，在高真空腔体内，对Al靶材施加6~10KW的DC溅射功率，同时通入高纯工艺气体200~500sccm Ar和500~2000sccm N2，工艺腔体温度：300~400℃，制备具有高绝缘特性和高热导率的AlN薄膜层。
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