CN110610938B - 基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法 - Google Patents
基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110610938B CN110610938B CN201910860000.1A CN201910860000A CN110610938B CN 110610938 B CN110610938 B CN 110610938B CN 201910860000 A CN201910860000 A CN 201910860000A CN 110610938 B CN110610938 B CN 110610938B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thickness
- zinc oxide
- gallium nitride
- solution
- transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 119
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 36
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 170
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 85
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 46
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 44
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 33
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 20
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 19
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 14
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 claims description 5
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 2
- LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N ammonium fluoride Chemical compound [NH4+].[F-] LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 27
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 15
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000872 buffer Substances 0.000 abstract description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 2
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02282—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process liquid deposition, e.g. spin-coating, sol-gel techniques, spray coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本发明公开了基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管,该器件由氮化镓高电子迁移率晶体管和氧化锌晶体管组合而成,其自下而上包括:衬底(1)、GaN缓冲层(2)、AlGaN势垒层(3),AlGaN势垒层的中间刻有隔离槽(4),以对所组合的两种晶体管进行电气隔离;隔离槽一侧的AlGaN势垒层上设有GaN高电子迁移率晶体管的源、漏、栅电极;隔离槽另一侧的AlGaN势垒层一侧上设有Al2O3绝缘层、ZnO薄膜以及氧化锌晶体管的源、漏、栅极,形成硅与氮化镓异质集成的单片芯片。本发明降低了制造成本,减小了芯片所占面积,提高了集成度,可用于汽车、航空航天、发电站中大规模集成电路的制造。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域,特别涉及一种单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法,可用于汽车、航空航天、发电站中大规模集成电路的制造。
技术背景
在后摩尔定律的时代背景下,通过传统的缩小晶体管尺寸的方式来提高集成度变得非常困难。现在的电子系统正朝着小型化、多样化、智能化的方向发展,并最终形成具有感知、通信、处理、传输等功能的微系统。微系统的核心技术是集成,而集成技术正在由平面集成向三维集成、由芯片级向集成度和复杂度更高的系统集成发展。近年来,半导体工艺技术快速发展,不仅体现在射频、模拟、混合信号等传统的半导体工艺,还体现在系统的异质集成等非传统的半导体工艺。异质集成分为混合集成和单片集成。其中,混合集成是将不同衬底材料的芯片通过封装键合而实现的一种集成方式,其代表技术是三维芯片堆叠,类似于系统级封装SiP的概念;单片集成是将各种不同功能的器件在单芯片上集成,省去了这些芯片的封装,但通过外延法生长异质材料实现单片集成的工艺制造难度较大,且外延材料质量的好坏受限于其与衬底材料之间的晶格失配度,若晶格失配度太大,则会在外延层中产生大量缺陷,甚至无法生长单晶,影响器件的性能和寿命。
20世纪80年代后期,科学家在碳化硅、蓝宝石衬底上通过插入氮化镓缓冲层的方法生长出高质量的GaN及AlGaN后,GaN高电子迁移率晶体管就进入了飞速发展的时期。GaN高电子迁移率晶体管器件拥有诸多的优势:一是具有较高的工作电压及工作频率,二是具有较低的导通电阻和较小的输入输出电容,三是具有更高的抗辐照性与更高的耐高温性。由于以上优势,GaN高电子迁移率晶体管器件经常被用于电力电子领域与微波领域,而增强型GaN高电子迁移率晶体管器件相比于耗尽型GaN高电子迁移率晶体管器件还具有降低设计成本、拓展应用领域的优势。比如,在设计微波大功率芯片时,增强型GaN高电子迁移率晶体管器件因为具有正向的阈值电压,所以不需要负栅压的电源设计,这会很大程度上降低芯片的设计成本;此外,增强型GaN高电子迁移率晶体管器件只有在正栅压时才导通,因此可以将其应用在低功耗数字电路中。由于增强型GaN高电子迁移率晶体管器件具有如此多的优势,故而人们对其展开了大量研究。为了实现增强型GaN高电子迁移率晶体管器件,业界已有多种制造方法,其中比较常用的方法就是采用由低压增强型的Si MOS场效应管和高压耗尽型的GaN高电子迁移率晶体管器件组成的Cascode结构。通过这种结构,可以更加方便的使原本为耗尽型的GaN高电子迁移率晶体管器件在加正向栅压时导通工作。
目前,国际整流公司IR和Transform公司都在致力研发基于该结构的增强型GaN高电子迁移率晶体管器件。但迄今为止,Cascode结构的GaN高电子迁移率晶体管器件的制作还是基于混合集成,即通过将硅芯片与氮化镓芯片封装键合而实现,如图1所示,这种混合集成的Cascode结构由于所占面积较大,集成度较低,所以在生产应用中具有很大的局限性。同时由于采用传统无机方法制备器件,所需成本较高,并需要较多对控制温度有着严格要求的仪器,不利于大规模生产和降低能耗。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提出一种基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法,以减小芯片所占面积,提高集成度,降低成本,有利于大规模生产应用。
本发明的技术关键是:在单片异质集成的基础上,采用有机方法即配置前驱体溶液旋涂法,来制备氧化锌晶体管取代原有结构中的硅金属半导体场效应晶体管,
制作出氧化锌晶体管与氮化镓高迁移率晶体管单片集成在一起的基片,其实现方案如下:
一、基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管,由氮化镓高电子迁移率晶体管和氧化锌晶体管组合而成,其自下而上包括:衬底1、GaN缓冲层2和AlGaN势垒层3,其特征在于:
AlGaN势垒层3的中间刻有隔离槽4,用于对GaN高电子迁移率晶体管和氧化锌晶体管进行电气隔离;
隔离槽一侧的AlGaN势垒层3上设有GaN高电子迁移率晶体管的源电极7、栅电极8和漏电极9;隔离槽另一侧的设有Al2O3隔离层5,Al2O3隔离层5上设有ZnO薄膜6,ZnO薄膜6上的两侧设有氧化锌晶体管的源电极10和漏电极13,源、漏电极之间设有栅介质层11,栅介质层11上设有栅电极12;
氧化锌晶体管的漏电极13与GaN高电子迁移率晶体管的源电极7之间通过第一金属互联条14进行电气连接;
氧化锌晶体管的源电极10与GaN高电子迁移率晶体管的栅电极8之间,通过第二金属互联条15进行电气连接。
进一步,其特征在于:AlGaN势垒层3的中间的隔离槽深至GaN缓冲层2,以切断二维电子气,防止器件之间的漏电。
进一步,其特征在于:
衬底材料为蓝宝石或SiC或硅;
进一步,其特征在于:
衬底1的厚度为400-500μm,
GaN缓冲层2的厚度为1-2μm;
AlGaN势垒层3的厚度为20-30nm;
ZnO薄膜6的厚度为10-30nm。
进一步,其特征在于:
氮化镓高电子迁移率晶体管的源电极7和漏电极9的厚度均为262nm;
氮化镓高电子迁移率晶体管的栅电极8的厚度为145nm;
氧化锌晶体管的源电极10和漏电极13的厚度均为100nm;
氧化锌晶体管的栅介质层11的厚度为10-20nm;
氧化锌晶体管的栅电极12的厚度为100-150nm;
第一金属互联条14与第二金属互联条15的厚度均为200-300nm。
二、基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法,其步骤如下:
1)采用晶圆清洗工艺,将AlGaN/GaN/Substrate基片分别依次用丙酮、乙醇、去离子水超声5min,后在食人鱼溶液(H2O2:H2SO4=1:3)中浸泡5min,得到高度洁净的AlGaN/GaN/Substrate基片;
2)采用光刻及反应离子刻蚀工艺,在1)中得到的样品上刻蚀2μm沟槽,并刻蚀形成氮化镓器件有源区台面和氧化锌器件有源区台面;
3)采用光刻及电子束蒸发工艺,在2)所得样品有源区台面依次淀积厚度为22nm的Ti,140nm的Al,55nm的Ni,45nm的Au,形成氮化镓高电子迁移率晶体管的源漏电极,然后在温度为875℃的氮气范围下退火30s,使得氮化镓器件的源漏电极与AlGaN融合形成欧姆接触;
4)采用光刻及电子束蒸发工艺,在3)所得样品有源区台面依次淀积厚度为45nm的Ni,150nm的Au,形成氮化镓高电子迁移率晶体管的栅电极;
5)采用原子层淀积工艺,在4)所得样品上淀积厚度为10nm的Al2O3绝缘层;
6)配置前驱体溶液,取分析纯的乙酸锌、硝酸锌、氢氧化钠、乙二醇甲醚、乙醇胺、无水乙醇和硅烷偶联剂,采用溶胶凝胶法制备氧化锌缓冲层溶液;
7)取步骤5)所得样品进行前驱体溶液的旋涂,设置旋涂机转数为3000rpm,时间为30s,然后将旋涂过的样品放在150℃的热台上退火5min,旋涂层数选取一层至三层,旋涂过后,将样品放在300℃的热台上退火60min;
8)采用光刻及电子束蒸发工艺,在7)所得样品上氧化锌薄膜一侧依次淀积厚度为100nm的Al,形成氧化锌晶体管的源漏电极;
9)采用原子层淀积工艺,在8)所得样品上淀积厚度为10nm的Al2O3的栅介质层;
10)采用光刻及电子束蒸发工艺,在9)所得样品氧化锌薄膜一侧Al2O3介质层上依次淀积20nm的Ni,120nm的Au,形成氧化锌晶体管的栅电极;
11)采用光刻及湿法刻蚀工艺,将10)所得样品放入BOE缓冲溶液,计时,12s后取出,完成对氧化锌晶体管的源漏极和氮化镓高电子迁移率晶体管的源漏栅极的开孔;
12)采用电子束蒸发工艺,在氧化锌晶体管的漏极与氮化镓高电子迁移率晶体管的源极之间,和氧化锌晶体管的源极与氮化镓高电子迁移率晶体管的栅极之间,分别依次淀积45nm厚的Ni,200nm厚的Au,形成金属互连,完成基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管的制作。
本发明与现有技术相比,由于将配置前驱体溶液旋涂法制备氧化锌晶体管与现有Cascode结构通过单片异质集成的技术结合起来,减小了芯片所占面积,提高了集成度,降低了成本,有利于大规模生产应用。
附图说明
图1是现有Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管器件的器件结构图。
图2是本发明Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管器件结构图。
图3是本发明制作的基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管的流程示意图。
具体实施方式
参照图2,本发明基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管,由氮化镓高电子迁移率晶体管和氧化锌晶体管组合而成,其自下而上包括:400-500μm厚衬底1、1-2μm GaN缓冲层2和20-30nm AlGaN势垒层3,其中,衬底材料1选用蓝宝石衬底或SiC衬底或硅衬底;AlGaN势垒层3的中间刻有槽深至GaN缓冲层2的隔离槽4,以切断二维电子气,防止器件之间的漏电。
隔离槽4一侧的AlGaN势垒层3上两侧设有GaN高电子迁移率晶体管的262nm厚的源电极7和漏电极9;在源、漏电极之间设有145nm厚的栅电极8,构成氮化镓高电子迁移率晶体管。
隔离槽另一侧的设有厚度为10nm的Al2O3隔离层5,Al2O3隔离层5上设有厚度为10-30nm的ZnO薄膜6,ZnO薄膜6上的两侧设有氧化锌晶体管的厚度为100nm的源电极10和漏电极13,源、漏电极之间设有厚度为10nm的栅介质层11,栅介质层11上设有厚度为100-150nm的栅电极12;
氧化锌晶体管的漏电极13与GaN高电子迁移率晶体管的源电极7之间设有厚度为200-300nm第一金属互联条14进行电气连接;氧化锌晶体管的源电极10与GaN高电子迁移率晶体管的栅电极8之间设有厚度为200-300nm第二金属互联条15进行电气连接,至此形成基于溶液法的氧化锌晶体管与氮化镓高迁移率晶体管的异质集成的单片芯片。
参照图3,本发明制作基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管的方法,给出以下三种实施例。
实施例1:制备ZnO薄膜厚度为10nm的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管。
步骤1,清洗AlGaN/GaN/Substrate基片。
选取AlGaN势垒层厚度为20nm、GaN缓冲层厚度为1μm、衬底厚度为400μm的AlGaN/GaN/Substrate基片;
采用晶圆清洗工艺,将AlGaN/GaN/Substrate基片分别依次用丙酮、乙醇、去离子水超声5min,后在食人鱼溶液(H2O2:H2SO4=1:3)中浸泡5min,得到高度洁净的AlGaN/GaN/Substrate基片,如图3中的(a)。
步骤2,刻蚀形成隔离槽,氮化镓器件有源区和氧化锌器件有源区。
采用光刻及反应离子刻蚀工艺,在步骤1中得到的样品上刻蚀2μm沟槽,并刻蚀形成氮化镓器件有源区台面和氧化锌器件有源区台面,如图3中的(b)。
步骤3,制作氮化镓高迁移率晶体管器件的源漏电极,并退火形成欧姆接触。
采用光刻及电子束蒸发工艺,在步骤2所得样品氮化镓器件有源区台面依次淀积厚度为22nm的Ti,140nm的Al,55nm的Ni,45nm的Au,形成氮化镓高电子迁移率晶体管的源漏电极,然后在温度为875℃的氮气范围下退火30s,使得氮化镓器件的源漏电极与AlGaN融合形成欧姆接触,如图3中的(c)。
步骤4,制作氮化镓高迁移率晶体管器件的栅极。
采用光刻及电子束蒸发工艺,在步骤3所得样品氮化镓器件有源区台面依次淀积厚度为45nm的Ni,150nm的Au,形成氮化镓高电子迁移率晶体管的栅电极,如图3中的(d)。
步骤5,淀积氧化铝绝缘层。
采用原子层淀积工艺,将步骤4所得样品在温度为250℃的氮气氛围下淀积15min,淀积得到厚度为10nm的Al2O3绝缘层,如图3中的(e)。
步骤6,配置前驱体溶液。
6)配置前驱体溶液,取分析纯的乙酸锌、乙二醇甲醚、乙醇胺,将适量乙酸锌溶解在乙二醇甲醚中,放在磁力搅拌器上加热搅拌,然后将乙醇胺逐滴加入到上述溶液中,继续搅拌,直至溶液完全澄清,得到配置好的氧化锌种子液。
步骤7,制作氧化锌薄膜。
取步骤5所得样品进行前驱体溶液的旋涂,设置旋涂机转数为3000rpm,时间为30s,进行旋涂,然后依次将旋涂过的样品放在150℃的热台上退火5min,在300℃的热台上退火60min,如图3中的(f)。
步骤8,制作氧化锌晶体管的源漏极。
采用光刻及电子束蒸发工艺,在步骤7所得样品上氧化锌薄膜一侧淀积厚度为100nm的Al,形成氧化锌晶体管的源漏电极,如图3中的(g)。
步骤9,淀积氧化锌晶体管的栅介质层。
采用原子层淀积工艺,将步骤8所得样品在温度为250℃的氮气氛围下淀积15min,淀积得到厚度为10nm的Al2O3的栅介质层,如图3中的(h)。
步骤10,制作氧化锌晶体管的栅极。
采用光刻及电子束蒸发工艺,在步骤9所得样品氧化锌薄膜一侧Al2O3介质层上依次淀积10nm厚的Ni,100nm厚的Au,形成氧化锌晶体管的栅电极,如图3中的(i)。
步骤11,开通孔,使氮化镓高迁移率晶体管的栅源漏电极和氧化锌晶体管的源漏极暴露出来。
采用光刻及湿法刻蚀工艺,将步骤10所得样品放入BOE缓冲溶液,进行计时12s后,取出,完成对氧化锌晶体管的源漏极和氮化镓高迁移率晶体管源漏栅极的开孔,如图3中的(j)。
步骤12,制作氧化锌晶体管与氮化镓高迁移率晶体管之间的金属互联条。
采用电子束蒸发工艺,在氧化锌晶体管的漏极与氮化镓高迁移率晶体管的源极之间,和氧化锌晶体管的源极与氮化镓高迁移率晶体管的栅极之间,分别依次淀积45nm厚的Ni,200nm厚的Au,形成金属互连,完成基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管的制作,如图3中的(k)。
实施例2:制备ZnO薄膜厚度为20nm的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管。
步骤一,清洗AlGaN/GaN/Substrate基片。
选取AlGaN势垒层厚度为30nm、GaN缓冲层厚度为1μm、衬底厚度为450μm的AlGaN/GaN/Substrate基片;
采用晶圆清洗工艺,将AlGaN/GaN/Substrate基片分别依次用丙酮、乙醇、去离子水超声5min,后在食人鱼溶液(H2O2:H2SO4=1:3)中浸泡5min,得到高度洁净的AlGaN/GaN/Substrate基片,如图3中的(a)。
步骤二,刻蚀形成隔离槽,氮化镓器件有源区和氧化锌器件有源区。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤2相同,如图3中的(b)。
步骤三,制作氮化镓高迁移率晶体管器件的源漏电极,并退火形成欧姆接触。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤3相同,如图3中的(c)。
步骤四,制作氮化镓高迁移率晶体管器件的栅极。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤4相同,如图3中的(d)。
步骤五,淀积氧化铝绝缘层。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤5相同,如图3中的(e)。
步骤六,配置前驱体溶液。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤6相同。
步骤七,制作氧化锌薄膜。
取步骤五所得样品进行前驱体溶液的旋涂,设置旋涂机转数为3000rpm,时间为30s进行旋涂,然后在相同条件下进行第二层旋涂,将旋涂过的样品放在150℃的热台上退火5min,在300℃的热台上退火60min,如图3中的(f)。
步骤八,制作氧化锌晶体管的源漏极。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤8相同,如图3中的(g)。
步骤九,淀积氧化锌晶体管的栅介质层。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤9相同,如图3中的(h)。
步骤十,制作氧化锌晶体管的栅极。
采用光刻及电子束蒸发工艺,在步骤九所得样品氧化锌薄膜一侧Al2O3介质层上依次淀积10nm的Ni,120nm的Au,形成氧化锌晶体管的栅电极,如图3中的(i)。
步骤十一,开通孔,使氮化镓高迁移率晶体管的栅源漏电极和氧化锌晶体管的源漏极暴露出来。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤11相同,如图3中的(j)。
步骤十二,制作氧化锌晶体管与氮化镓高迁移率晶体管之间的金属互联条。
采用电子束蒸发工艺,在氧化锌晶体管的漏极与氮化镓高迁移率晶体管的源极之间,和氧化锌晶体管的源极与氮化镓高迁移率晶体管的栅极之间,分别依次淀积50nm厚的Ni,210nm厚的Au,形成金属互连,完成基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管的制作,如图3中的(k)。
实施例3:制备ZnO薄膜厚度为30nm的单片异质集成Cascode氮化镓高电子迁移率晶体管。
步骤A,清洗AlGaN/GaN/Substrate基片。
选取AlGaN势垒层厚度为40nm、GaN缓冲层厚度为2μm、衬底厚度为500μm的AlGaN/GaN/Substrate基片;
采用晶圆清洗工艺,将AlGaN/GaN/Substrate基片分别依次用丙酮、乙醇、去离子水超声5min,后在食人鱼溶液(H2O2:H2SO4=1:3)中浸泡5min,得到高度洁净的AlGaN/GaN/Substrate基片,如图3中的(a)。
步骤B,刻蚀形成隔离槽,氮化镓器件有源区和氧化锌器件有源区。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤2相同,如图3中的(b)。
步骤C,制作氮化镓高迁移率晶体管器件的源漏电极,并退火形成欧姆接触。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤3相同,如图3中的(c)。
步骤D,制作氮化镓高迁移率晶体管器件的栅极。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤4相同,如图3中的(d)。
步骤E,淀积氧化铝绝缘层。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤5相同,如图3中的(e)。
步骤F,配置前驱体溶液。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤6相同。
步骤G,制作氧化锌薄膜。
取步骤E所得样品进行前驱体溶液的旋涂,设置旋涂机转数为3000rpm,时间为30s,进行旋涂,然后在相同条件下进行第二层和第三层旋涂,将旋涂过的样品放在150℃的热台上退火5min,在300℃的热台上退火60min,如图3中的(f)。
步骤H,制作氧化锌晶体管的源漏极。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤8相同,如图3中的(g)。
步骤I,淀积氧化锌晶体管的栅介质层。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤9相同,如图3中的(h)。
步骤J,制作氧化锌晶体管的栅极。
采用光刻及电子束蒸发工艺,在步骤I所得样品氧化锌薄膜一侧Al2O3介质层上依次淀积20nm的Ni,120nm的Au,形成氧化锌晶体管的栅电极,如图3中的(i)。
步骤K,开通孔,使氮化镓高迁移率晶体管的栅源漏电极和氧化锌晶体管的源漏极暴露出来。
本步骤的具体实施与实施例1的步骤11相同,如图3中的(j)。
步骤L,制作氧化锌晶体管与氮化镓高迁移率晶体管之间的金属互联条。
采用电子束蒸发工艺,在氧化锌晶体管的漏极与氮化镓高迁移率晶体管的源极之间,和氧化锌晶体管的源极与氮化镓高迁移率晶体管的栅极之间,分别依次淀积60nm厚的Ni,220nm厚的Au,形成金属互连,完成基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管的制作,如图3中的(k)。
以上描述仅是本发明的三个具体实例,并未构成对本发明的任何限制,显然对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,都可能在不背离本发明原理、结构的情况下,进行形式和细节上的各种修改和改变,但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)采用晶圆清洗工艺,将AlGaN/GaN/Substrate基片分别依次用丙酮、乙醇、去离子水超声5min,后在食人鱼溶液H2O2:H2SO4=1:3中浸泡5min,得到高度洁净的AlGaN/GaN/Substrate基片;
2)采用光刻及反应离子刻蚀工艺,在1)中得到的样品上刻蚀2μm沟槽,并刻蚀形成氮化镓器件有源区台面和氧化锌器件有源区台面;
3)采用光刻及电子束蒸发工艺,在2)所得样品有源区台面依次淀积厚度为22nm的Ti,厚度为140nm的Al,厚度为55nm的Ni,厚度为45nm的Au,形成GaN HEMT的源漏电极,然后在温度为875℃的氮气范围下退火30s,使得氮化镓器件的源漏电极与AlGaN融合形成欧姆接触;
4)采用光刻及电子束蒸发工艺,在3)所得样品有源区台面依次淀积厚度为45nm的Ni,厚度为150nm的Au,形成氮化镓高迁移率晶体管的栅电极;
5)采用原子层淀积工艺,在4)所得样品上淀积厚度为10nm的Al2O3绝缘层;
6)配置前驱体溶液,取分析纯的乙酸锌、乙二醇甲醚、乙醇胺,将适量乙酸锌溶解在乙二醇甲醚中,放在磁力搅拌器上加热搅拌,然后将乙醇胺逐滴加入到上述溶液中,继续搅拌,直至溶液完全澄清,得到配置好的氧化锌种子液;
7)取步骤5)所得样品进行前驱体溶液的旋涂,设置旋涂机转数为3000rpm,时间为30s,然后将旋涂过的样品放在150℃的热台上退火5min,旋涂层数根据所需氧化锌薄膜厚度选取一层至三层,旋涂过后,将样品放在300℃的热台上退火60min;
8)采用光刻及电子束蒸发工艺,在7)所得样品的氧化锌薄膜一侧淀积厚度为100nm的Al,形成氧化锌晶体管的源漏电极;
9)采用原子层淀积工艺,在8)所得样品上淀积厚度为10nm的Al2O3的栅介质层;
10)采用光刻及电子束蒸发工艺,在9)所得样品氧化锌薄膜一侧Al2O3介质层上依次淀积厚度为20nm的Ni,厚度为120nm的Au,形成氧化锌晶体管的栅电极;
11)采用光刻及湿法刻蚀工艺,将10)所得样品放入BOE缓冲溶液,计时,12s后取出,完成对氧化锌晶体管的源漏极和氮化镓高迁移率晶体管的源漏栅极的开孔;
12)采用电子束蒸发工艺,在氧化锌晶体管的漏极与氮化镓高迁移率晶体管的源极之间,和氧化锌晶体管的源极与氮化镓高迁移率晶体管的栅极之间,分别依次淀积45nm厚的Ni,200nm厚的Au,形成金属互连,完成基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管的制作。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述3)中的退火工艺条件为:在温度为875℃的氮气氛围下退火30s;
所述7)中退火工艺条件为:在温度为300℃的热台上退火60min。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述5)和9)中淀积的工艺条件为:在温度为250℃的氮气氛围下淀积15min。
4.根据权利要求1所述方法,其特征在于:
所述7)中的旋涂层数选取一层至三层,对应氧化锌薄膜厚度为10nm-30nm。
5.根据权利要求1所述的方法,其中11)中的BOE缓冲溶液,是由NH4F溶液与HF溶液的按照比例为6:1配置的混合溶液,其配合过程是:
首先,称取34.29g的NH4F固体和85.71ml的去离子水,混合成40%的NH4F溶液;
然后,选取20ml的40%的HF溶液,将NH4F溶液和HF溶液充分混合,配制总量为150ml的BOE溶液。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910860000.1A CN110610938B (zh) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | 基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910860000.1A CN110610938B (zh) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | 基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110610938A CN110610938A (zh) | 2019-12-24 |
CN110610938B true CN110610938B (zh) | 2021-11-02 |
Family
ID=68892657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910860000.1A Active CN110610938B (zh) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | 基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110610938B (zh) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104835835A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-08-12 | 南京华印半导体有限公司 | 一种固态电解质薄膜晶体管及其制备方法 |
CN109786376A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-21 | 西安电子科技大学 | 基于单片异质集成的Cascode结构GaN高电子迁移率晶体管及制作方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8389348B2 (en) * | 2010-09-14 | 2013-03-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Mechanism of forming SiC crystalline on Si substrates to allow integration of GaN and Si electronics |
ITTO20121081A1 (it) * | 2012-12-14 | 2014-06-15 | St Microelectronics Srl | Componente elettronico di potenza normalmente spento |
-
2019
- 2019-09-11 CN CN201910860000.1A patent/CN110610938B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104835835A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-08-12 | 南京华印半导体有限公司 | 一种固态电解质薄膜晶体管及其制备方法 |
CN109786376A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-21 | 西安电子科技大学 | 基于单片异质集成的Cascode结构GaN高电子迁移率晶体管及制作方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110610938A (zh) | 2019-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110610936B (zh) | 基于键合的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法 | |
CN109786376B (zh) | 基于单片异质集成的Cascode结构GaN高电子迁移率晶体管及制作方法 | |
CN110634861B (zh) | 基于智能剥离技术的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法 | |
US7968384B2 (en) | Stacked transistors and process | |
CN111863806A (zh) | 双向阻断的单片异质集成Cascode结构场效应晶体管及制作方法 | |
CN103930978B (zh) | 场效应晶体管及其制造方法 | |
CN111863808B (zh) | 基于肖特基-欧姆混合漏电极的单片异质集成Cascode晶体管及制作方法 | |
CN111863807B (zh) | 基于源场板的单片异质集成Cascode结构场效应晶体管及制作方法 | |
CN102683423A (zh) | 一种顶栅结构金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法 | |
CN112786538B (zh) | 一种基于GaN HEMT的开关集成芯片与制作方法 | |
TW201411734A (zh) | 半導體元件與其形成方法及電晶體的形成方法 | |
CN111710651A (zh) | 集成型GaN器件及其制备方法 | |
CN110600549B (zh) | 一种增强型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件结构及其制备方法 | |
CN112236844A (zh) | 硅上氮化镓器件中的寄生电容降低 | |
Imthurn | The history of silicon-on-sapphire | |
CN110610938B (zh) | 基于溶液法的单片异质集成Cascode氮化镓高迁移率晶体管及制作方法 | |
US7323396B2 (en) | Signal and/or ground planes with double buried insulator layers and fabrication process | |
WO2023241006A1 (zh) | 一种基于igzo薄膜晶体管的反相器及其制备方法 | |
CN106783997A (zh) | 一种高迁移率晶体管及其制备方法 | |
CN106449737A (zh) | 低接触电阻型GaN基器件及其制作方法 | |
CN112018177A (zh) | 全垂直型Si基GaN UMOSFET功率器件及其制备方法 | |
CN114582861A (zh) | 一种单粒子效应加固的印刷转移GaN/Ga2O3 Cascode功率器件 | |
CN108878458B (zh) | Soi基单片横向集成phemt和mosfet的外延结构及制备方法 | |
CN111293085A (zh) | 基于二维过渡金属硫族化合物和碲的三维cmos及其制备方法 | |
CN110634946B (zh) | 一种增强型异质金属栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |