RU2534442C1 - Method for manufacture of powerful shf transistor - Google Patents
Method for manufacture of powerful shf transistor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534442C1 RU2534442C1 RU2013130424/28A RU2013130424A RU2534442C1 RU 2534442 C1 RU2534442 C1 RU 2534442C1 RU 2013130424/28 A RU2013130424/28 A RU 2013130424/28A RU 2013130424 A RU2013130424 A RU 2013130424A RU 2534442 C1 RU2534442 C1 RU 2534442C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- transistor
- polycrystalline diamond
- pedestal
- layers
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при изготовлении таких приборов как, например, гетеропереходные полевые транзисторы (HEMT), биполярные транзисторы (BJT), гетеробиполярные транзисторы (HBT), p-i-n диоды, диоды с барьером Шотки и многие другие.The invention relates to the field of semiconductor technology and can be used in the manufacture of devices such as, for example, heterojunction field effect transistors (HEMT), bipolar transistors (BJT), heterobipolar transistors (HBT), p-i-n diodes, Schottky barrier diodes and many others.
Из уровня техники известен способ изготовления полупроводникового прибора, в котором слои ГЭС наносятся эпитаксиальными методами, такими как метод химического осаждения из паров металлоорганических соединений (MOCVD), метод молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE), метод гидридной эпитаксии из паровой фазы (HVPE) и другими. В отличие от традиционных полупроводниковых материалов широкозонные III-нитриды имеют гексагональный тип кристаллической решетки и их получают в виде тонких гетероэпитаксиальных структур на подложках, имеющих гексагональный тип решетки. Для этой цели, как правило, используют подложки из сапфира (Al2O3), карбида кремния (SiC), объемного нитрида алюминия (AlN) или нитрида галлия (GaN), псевдообъемного GaN, подложки из кремния с ориентацией по плоскости (111) (Si(111)), а также заготовки GaN (или AlN) на подложке, служить которой может одна из вышеперечисленных (см. Compound Semiconductor. October 2004, 27-31).The prior art method for the manufacture of a semiconductor device in which layers of HES are applied by epitaxial methods, such as the method of chemical vapor deposition of organometallic compounds (MOCVD), the method of molecular beam epitaxy (MBE), the method of hydride vapor-phase epitaxy (HVPE) and others . Unlike traditional semiconductor materials, wide-gap III-nitrides have a hexagonal type of crystal lattice and are obtained in the form of thin heteroepitaxial structures on substrates having a hexagonal type of lattice. For this purpose, as a rule, substrates of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), bulk aluminum nitride (AlN) or gallium nitride (GaN), pseudovolume GaN, a silicon substrate with a (111) plane orientation are used (Si (111)), as well as GaN (or AlN) preforms on a substrate, one of which can serve (see Compound Semiconductor. October 2004, 27-31).
Недостатками известного способа являются низкая эффективность полупроводниковых приборов, высокая деградация, обусловленные низким теплоотводом от его активной части.The disadvantages of this method are the low efficiency of semiconductor devices, high degradation due to the low heat sink from its active part.
Кроме того, из уровня техники известен способ изготовления полупроводникового прибора, включающий выращивание на базовой подложке поликристаллического алмаза, эпитаксиальных вспомогательных слоев и эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов. На поверхности базовой подложки формируют вспомогательные эпитаксиальные слои, один из которых является базовым для выращивания эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов. На вспомогательных эпитаксиальных слоях выращивают поликристаллический алмаз, а после выращивания алмаза базовую подложку удаляют вместе со вспомогательными эпитаксиальными слоями до базового слоя, на котором выращивают эпитаксиальную структуру полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов (см. патент РФ №2368031, опубл. 20.09.2009).In addition, a method for manufacturing a semiconductor device is known from the prior art, comprising growing on a base substrate a polycrystalline diamond, epitaxial auxiliary layers and an epitaxial structure of a semiconductor device based on wide-gap III-nitrides. Auxiliary epitaxial layers are formed on the surface of the base substrate, one of which is basic for growing the epitaxial structure of a semiconductor device based on wide-band III-nitrides. Polycrystalline diamond is grown on auxiliary epitaxial layers, and after growing diamond, the base substrate is removed together with auxiliary epitaxial layers to the base layer, on which the epitaxial structure of a semiconductor device based on wide-band III-nitrides is grown (see RF patent No. 2368031, publ. September 20, 2009 )
Недостатками известного способа также являются достаточна быстрая и высокая деградация полупроводникового прибора, обусловленная низким теплоотводом.The disadvantages of this method are also sufficiently fast and high degradation of the semiconductor device due to the low heat sink.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.The objective of the present invention is to remedy the above disadvantages.
Технический результат заключается в увеличении теплоотвода от активной части СВЧ-транзистора и минимизации утечки тока затвора.The technical result consists in increasing the heat sink from the active part of the microwave transistor and minimizing the leakage of the gate current.
Технический результат обеспечивается тем, что способ изготовления мощного СВЧ-транзистора включает нанесение на фланец слоя припоя, формирование пьедестала, нанесение подслоя, обеспечивающего крепление кристалла транзистора к пьедесталу, формирование на базовой подложке из монокристаллического кремния p-типа проводимости, ориентированного по плоскости (111), вспомогательных эпитаксиальных слоев, нанесение базового слоя и буферного слоя для выращивания эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, нанесение на базовый слой теплопроводящего CVD поликристаллического алмаза, удаление базовой подложки вместе со вспомогательными эпитаксиальными слоями до базового слоя, наращивание на базовом слое гетероэпитаксиальной структуры на основе широкозонных III-нитридов и формирование истока, затвора и стока. В качестве пьедестала используют теплопроводящий слой CVD поликристаллического алмаза, в приповерхностную область которого имплантируют никель и отжигают. Перед формированием стока, затвора и истока поверх кристалла транзистора последовательно осаждают дополнительный слой из изолирующего поликристаллического алмаза и дополнительные барьерные слои из двуокиси гафния и оксида алюминия, с суммарной толщиной 1,0-4,0 нм.The technical result is ensured by the fact that the method of manufacturing a high-power microwave transistor involves applying a solder layer to the flange, forming a pedestal, applying a sublayer that secures the transistor's crystal to the pedestal, forming p-type conductivity oriented on a (111) plane on single-crystal silicon auxiliary epitaxial layers, applying a base layer and a buffer layer for growing the epitaxial structure of a semiconductor device based on wide-band III-nit readings, applying polycrystalline diamond to the base CVD heat-conducting CVD layer, removing the base substrate together with auxiliary epitaxial layers to the base layer, building up a heteroepitaxial structure on the base layer based on wide-band III-nitrides and forming the source, gate and drain. As a pedestal, a thermally conductive CVD layer of polycrystalline diamond is used, in the surface region of which nickel is implanted and annealed. Before the runoff, gate, and source are formed on top of the transistor crystal, an additional layer of insulating polycrystalline diamond and additional barrier layers of hafnium dioxide and alumina, with a total thickness of 1.0-4.0 nm, are sequentially deposited.
В соответствии с частными случаями выполнения изобретение имеет следующие особенности.In accordance with particular cases, the invention has the following features.
Буферный слой выполняют из AlN или из HfN.The buffer layer is made of AlN or HfN.
Базовый слой выполняют из твердого раствора AlxGa1-xN, где 0≤x≤1.The base layer is made of a solid solution Al x Ga 1-x N, where 0≤x≤1.
На базовом слое наращивают гетероэпитаксиальную структуру в виде слоев из нелегированного GaN, из твердого раствора AlGaN, из твердого раствора AlGaN n+типа проводимости и из твердого раствора AlGaN.A heteroepitaxial structure is grown on the base layer in the form of layers of undoped GaN, from AlGaN solid solution, from AlGaN n + solid solution of the conductivity type and from AlGaN solid solution.
Покрывают пьедестал подслоем из сплава AuGe.Cover the pedestal with an AuGe alloy sublayer.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:The essence of the present invention is illustrated by the following illustrations:
фиг.1-4 - отображает последовательность изготовления многослойной эпитаксиальной структуры.figure 1-4 - displays the sequence of manufacturing a multilayer epitaxial structure.
На поверхности базовой подложки 1 из монокристаллического кремния p-типа, ориентированного по плоскости (III), осаждают эпитаксиальные слои 2 (фиг.1), по крайней мере, базовый слой 3 (фиг.2) из которых предназначен для выращивания эпитаксиальной структуры III-нитридов. В качестве базового слоя 3, на котором выращивают поликристаллический алмаз 4, либо на одном из вспомогательных эпитаксиальных слоев, расположенных над слоем 3. После выращивания поликристаллического алмаза базовую подложку 1, например из кремния, удаляют широко известными методами мокрого и сухого травления вместе с эпитаксиальными слоями до базового слоя 3 (фиг.3), на котором выращивают эпитаксиальную структуру 5 III-нитридов (фиг.4).On the surface of the
Мощный СВЧ-транзистор изготавливают следующим образом.Powerful microwave transistor is made as follows.
На фланце марки МД-40 толщиной 1600 мкм наносят слой припоя из AuSn толщиной 25 мкм, на который запаивают пьедестал из теплопроводящего слоя CVD поликристаллического алмаза толщиной около 0,15 мкм. Поверх слоя поликристаллического алмаза после имплантации в его приповерхностную область никеля и последующего отжига осаждают подслой состава AuGe, толщиной ~25 мкм, который в дальнейшем служит основой для укрепления кристалла транзистора к пьедесталу из CVD поликристаллического алмаза. В качестве базовой подложки используют монокристаллический кремний p-типа проводимости, ориентированный по плоскости (111). На поверхности базовой подложки с эпитаксиальным слоем из AlN толщиной 0,1 мкм наращивают базовый слой из твердого раствора AlxGa1-xN, где 0≤x≤1, поверх которого осаждается теплопроводящий слой CVD поликристаллического алмаза толщиной ≥0,15 мм. После осаждения слоя CVD поликристаллического алмаза на базовый слой базовую подложку из кремния удаляют широко известными методами мокрого и сухого травления, а в свободную поверхность слоя CVD поликристаллического алмаза подготавливают для крепления кристалла транзистора к пьедесталу, имплантируют в приповерхностную область слоя поликристаллического алмаза никель и проводят отжиг. В дальнейшем на базовый слой наращивают буферный слой AlN (в другом частном случае выполнения - HfN). Сверху буферного слоя последовательно наращивают многослойные гетероэпитаксиальные слои III-нитридов, состоящие из нелегированного буферного слоя GaN, твердого раствора AlGaN (спейс), твердого раствора AlGaN n+типа проводимости, слоя твердого раствора AlGaN (крыша). On the MD-40 brand flange with a thickness of 1600 μm, a 25 μm thick AuSn solder layer is applied, onto which a pedestal from a heat-conducting CVD layer of polycrystalline diamond with a thickness of about 0.15 μm is sealed. After implantation of nickel into its surface region of nickel and subsequent annealing, a sublayer of AuGe composition, ~ 25 μm thick, is deposited on top of the polycrystalline diamond layer, which subsequently serves as the basis for strengthening the transistor crystal to a CVD pedestal of polycrystalline diamond. P-type single crystal silicon, oriented along the (111) plane, is used as the base substrate. On the surface of the base substrate with an AlN epitaxial layer of 0.1 μm thickness, a base layer of Al x Ga 1-x N solid solution is grown, where 0≤x≤1, over which a thermally conductive CVD layer of polycrystalline diamond with a thickness of ≥0.15 mm is deposited. After the CVD layer of polycrystalline diamond is deposited on the base layer, the silicon base substrate is removed by the well-known wet and dry etching methods, and in the free surface of the CVD layer of polycrystalline diamond, they are prepared to attach the transistor crystal to the pedestal, they are implanted in the surface region of the polycrystalline diamond layer and nickel is applied from. Subsequently, an AlN buffer layer (in another particular embodiment, HfN) is built up on the base layer. On top of the buffer layer, multilayer heteroepitaxial layers of III-nitrides are successively grown, consisting of an undoped GaN buffer layer, AlGaN solid solution (space), AlGaN n + solid solution of the conductivity type, AlGaN solid solution layer (roof).
После изготовления в области расположения истока и стока низкоомных подконтактных участков n+типа проводимости поверх кристалла транзистора осаждают слой изолирующего поликристаллического алмаза. Удаляют слой изолирующего поликристаллического алмаза с участка будущего расположения затвора, осаждают дополнительные барьерные слои из двуокиси гафния и оксида алюминия. Барьерные слои имеют суммарную толщину 1,0-4,0 нм. В области будущего затвора эти слои располагаются непосредственно на поверхности твердого раствора AlGaN. После вытравливания окон в слое изолирующего поликристаллического алмаза и в дополнительных барьерных слоях над подконтактными слоями формируют исток, затвор, сток, омические контакты к истоку, к стоку и кристалл СВЧ-транзистора соединяют с пьедесталом.After manufacturing in the region of the source and drain location of low-resistance nontact type contact regions of the n + type, a layer of insulating polycrystalline diamond is deposited on top of the transistor crystal. The layer of insulating polycrystalline diamond is removed from the site of the future gate location, additional barrier layers of hafnium dioxide and alumina are deposited. The barrier layers have a total thickness of 1.0-4.0 nm. In the region of the future shutter, these layers are located directly on the surface of the AlGaN solid solution. After etching the windows in the layer of insulating polycrystalline diamond and in additional barrier layers above the contact layers, a source, a gate, a drain, ohmic contacts to the source, to the drain, and the microwave transistor crystal are connected to the pedestal.
В настоящем способе изготовления транзистора применяется технология сглаживания поверхности слоя CVD поликристаллического алмаза до состояния, пригодного для технологии термоприсоединения слоев при дальнейшем изготовлении приборов, методом имплантации никеля в приповерхностную область слоя CVD поликристаллического алмаза с последующим отжигом.In the present method of manufacturing a transistor, the technology of smoothing the surface of the CVD layer of polycrystalline diamond is applied to a state suitable for the technology of thermal bonding of the layers in the further manufacture of devices by nickel implantation in the surface region of the CVD layer of polycrystalline diamond, followed by annealing.
Достоинством настоящего способа является то, что все слои в структурах получены с использованием хорошо известных эпитаксиальных методов и не требуются специальные технологии обработки и/или способы присоединения слоев. Полупроводниковая структура оказывается сформированной практически как на поверхности подложки большой конструкционной толщины, так и на поверхности кристалла и в качестве пьедестала транзистора - из высокотеплопроводного поликристаллического алмаза. Исключается необходимость в проведении трудоемкой операции полировки поверхности слоя CVD поликристаллического алмаза до состояния, пригодного для технологии термоприсоединения слоев при дальнейшем изготовлении приборов.The advantage of this method is that all layers in the structures are obtained using well-known epitaxial methods and do not require special processing technologies and / or methods for attaching layers. The semiconductor structure is formed almost both on the surface of the substrate of large structural thickness, and on the surface of the crystal and, as a transistor pedestal, from high-conductivity polycrystalline diamond. Eliminates the need for a time-consuming operation of polishing the surface of the CVD layer of polycrystalline diamond to a state suitable for the technology of thermal bonding of layers in the further manufacture of devices.
Использование технического решения обеспечивает дополнительный отвод тепла и снижение утечек тока в кристалле СВЧ-транзистора через дополнительные слои теплопроводящего поликристаллического алмаза и двуокиси гафния и оксида алюминия, нанесенные на поверхность кристалла между истоком, затвором и стоком мощного СВЧ GaN транзистора. Такое выполнение уменьшает тепловое сопротивление транзисторной структуры более чем 1.5 раза и существенно снижает утечки тока затвора.The use of a technical solution provides additional heat removal and reduction of current leakage in the crystal of a microwave transistor through additional layers of heat-conducting polycrystalline diamond and hafnium dioxide and aluminum oxide deposited on the crystal surface between the source, gate and drain of a high-power microwave GaN transistor. This embodiment reduces the thermal resistance of the transistor structure by more than 1.5 times and significantly reduces the leakage current of the gate.
Использование дополнительного слоя теплопроводящего поликристаллического алмаза на поверхности кристалла транзистора между истоком, затвором и стоком СВЧ-транзистора увеличивает пробивное напряжение транзистора более 30%. Это также обеспечивается изготовлением под затвором (на поверхности твердого раствора AlGaN n-типа проводимости) дополнительных барьерных слоев из двуокиси гафния и оксида алюминия (маска), которые существенно снижают утечки тока.The use of an additional layer of thermally conductive polycrystalline diamond on the transistor's crystal surface between the source, gate and drain of the microwave transistor increases the breakdown voltage of the transistor by more than 30%. This is also ensured by the production of additional barrier layers of hafnium dioxide and alumina (mask) under the gate (on the surface of an AlGaN solid solution of n-type conductivity), which significantly reduce current leakage.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013130424/28A RU2534442C1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Method for manufacture of powerful shf transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013130424/28A RU2534442C1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Method for manufacture of powerful shf transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2534442C1 true RU2534442C1 (en) | 2014-11-27 |
Family
ID=53383054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013130424/28A RU2534442C1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Method for manufacture of powerful shf transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2534442C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2668635C1 (en) * | 2017-12-26 | 2018-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Method for manufacturing a gallium nitride power field-effect transistor |
WO2022019799A1 (en) | 2020-07-24 | 2022-01-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Heteroepitaxial structure with a diamond heat sink |
RU2787550C1 (en) * | 2022-04-21 | 2023-01-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" им. А.И. Шокина"(АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Method for manufacturing a high-power microwave field-effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2272090C2 (en) * | 2000-03-13 | 2006-03-20 | Кри, Инк. | Boule of the iii-v groups element nitride used for production of substrates and the method of its manufacture and application |
US7033912B2 (en) * | 2004-01-22 | 2006-04-25 | Cree, Inc. | Silicon carbide on diamond substrates and related devices and methods |
RU2368031C1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-09-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | Method for manufacturing of semiconductor device |
RU129299U1 (en) * | 2012-12-25 | 2013-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | POWERFUL MICROWAVE TRANSISTOR |
-
2013
- 2013-07-04 RU RU2013130424/28A patent/RU2534442C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2272090C2 (en) * | 2000-03-13 | 2006-03-20 | Кри, Инк. | Boule of the iii-v groups element nitride used for production of substrates and the method of its manufacture and application |
US7033912B2 (en) * | 2004-01-22 | 2006-04-25 | Cree, Inc. | Silicon carbide on diamond substrates and related devices and methods |
US7579626B2 (en) * | 2004-01-22 | 2009-08-25 | Cree, Inc. | Silicon carbide layer on diamond substrate for supporting group III nitride heterostructure device |
RU2368031C1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-09-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | Method for manufacturing of semiconductor device |
RU129299U1 (en) * | 2012-12-25 | 2013-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" | POWERFUL MICROWAVE TRANSISTOR |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2668635C1 (en) * | 2017-12-26 | 2018-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Method for manufacturing a gallium nitride power field-effect transistor |
WO2022019799A1 (en) | 2020-07-24 | 2022-01-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вандер Технолоджис" | Heteroepitaxial structure with a diamond heat sink |
RU2787550C1 (en) * | 2022-04-21 | 2023-01-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" им. А.И. Шокина"(АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Method for manufacturing a high-power microwave field-effect transistor based on a semiconductor heterostructure based on gallium nitride |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5355888B2 (en) | Method for fabricating a nitride-based transistor having a cap layer and a buried gate | |
KR101123459B1 (en) | Nitride-based transistors with a protective layer and a low-damage recess and methods of fabrication thereof | |
US8698162B2 (en) | Gallium nitride based semiconductor devices and methods of manufacturing the same | |
US20090078943A1 (en) | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR101933230B1 (en) | Semiconductor device, hemt device, and method of manufacturing semiconductor device | |
US9466481B2 (en) | Electronic device and epitaxial multilayer wafer of group III nitride semiconductor having specified dislocation density, oxygen/electron concentration, and active layer thickness | |
KR20150091706A (en) | Nitride semiconductor and method thereof | |
US20120168771A1 (en) | Semiconductor element, hemt element, and method of manufacturing semiconductor element | |
TWI797814B (en) | Semiconductor structure and manufacturing method thereof | |
WO2022041674A1 (en) | Low thermal resistance gallium nitride on silicon microwave/millimeter wave device material structure and preparation method | |
RU2534442C1 (en) | Method for manufacture of powerful shf transistor | |
KR20140112272A (en) | High Electron Mobility Transistor and method of manufacturing the same | |
CN104465403A (en) | Enhanced AlGaN/GaN HEMT device preparation method | |
KR101871712B1 (en) | Nitride-based heterojunction semiconductor device and method for the same | |
RU2368031C1 (en) | Method for manufacturing of semiconductor device | |
KR20150000753A (en) | Nitride semiconductor and method thereof | |
CN108831932B (en) | Transverse MIS-Schottky mixed anode diode of gallium nitride | |
CN116053306A (en) | Gallium nitride-based high electron mobility transistor device and preparation method thereof | |
CN105448977A (en) | High electron mobility transistor and fabrication method thereof | |
CN213212169U (en) | Epitaxial structure of semiconductor device and semiconductor device | |
KR20150012119A (en) | Nitride semiconductor and method thereof | |
RU2507634C1 (en) | Semiconductor device and method of its manufacturing | |
KR20120060303A (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor device and the same manufactured thereof | |
CN104733510A (en) | Semi-insulating GaN extension structure | |
JP2016533028A (en) | Electronic device using group III nitride semiconductor, manufacturing method thereof, and epitaxial multilayer wafer for manufacturing the electronic device |