【技術實現步驟摘要】
本申請涉及半導體器件，特別是涉及一種集成金剛石的包裹型gan?hemt及其制備方法。
技術介紹
1、金剛石具有很高熱導率，單晶金剛石室溫下的熱導率高達2000w/(m·k)，將金剛石與gan集成有助于gan?hemt器件的散熱，緩解gan大功率下熱量積累導致的性能退化問題?，F有的在gan器件頂部集成金剛石的技術是先在勢壘層上生長金剛石散熱層，再通過刻蝕的方式暴露出勢壘層上的源、漏、柵電極預留區制備源、漏、柵電極。這種方式會對源、漏、柵功能區進行刻蝕，如果過刻蝕，在刻蝕氣體的轟擊下，極有可能會對電極區的勢壘層造成損傷，影響后續制備的器件可靠性；如果刻蝕不夠，則勢壘層上方介質層及金剛石散熱層刻蝕不干凈，會有殘留物，影響后續電極的制備。這種先生長金剛石，后制備金屬電極的制備方式對刻蝕工藝要求極高，在實際工藝中不可控，造成制備出的gan?hmet器件性能不可靠。
2、gan?hemt器件具有高電子遷移率和大輸出電流的優勢，但在實際的gan?hemt功率器件研制與應用進程中，由于器件集成化越來越高，尺寸越來越小，器件產生的熱量越來越聚集，器件內部溫升急劇增加，導致gan?hemt器件的可靠性面臨嚴峻挑戰，gan基功率器件在大功率輸出下的性能優勢遠未充分發揮。
技術實現思路
1、解決的技術問題：
2、本申請需要解決的技術問題是gan?hemt在大功率場景下的散熱能力，金剛石散熱層下電極制備可靠性有待提高等問題，提供一種集成金剛石的包裹型gan?hemt及其制備方法。p>
3、技術方案：
4、一種集成金剛石的包裹型gan?hemt，所述集成金剛石的包裹型gan?hemt的結構自下而上依次是襯底、gan層、勢壘層、金屬電極、介質層以及金剛石散熱層；
5、其中金屬電極包括第一金屬區和第二金屬區，第一金屬區內包含源、漏、柵電極，柵極位于源電極與漏電極之間，源、漏、柵電極與下方勢壘層形成gan?hemt；第二金屬區內金屬負責將第一金屬區內的源、漏、柵電極分別引出；
6、所述第一金屬區以外區域的勢壘層與gan層都被刻蝕掉，第一金屬區側壁被暴露出來；
7、所述第一金屬區的頂部以及側壁被介質層以及金剛石散熱層包裹覆蓋；
8、所述第二金屬區內金屬電極上方介質層及金剛石散熱層被刻蝕掉，暴露出電極引腳。
9、作為本申請的一種優選技術方案：所述第一金屬區內源、漏、柵電極分兩次制備，其中源、漏電極的第一次制備方法為自下而上蒸發鈦、鋁、鎳和金四層金屬，然后退火形成合金，與勢壘層形成歐姆接觸；柵電極的第一次制備方法為自下而上蒸發鎳、金兩層金屬，與勢壘層形成肖特基接觸；所述第一金屬區內源、漏、柵電極的第二次制備方法為與第二金屬區內源、漏、柵電極引腳一起制備，自下而上蒸發鈦、金兩層金屬。
10、作為本申請的一種優選技術方案：所述襯底材質為硅、藍寶石或碳化硅；勢壘層的材質為algan。
11、作為本申請的一種優選技術方案：所述金剛石散熱層的材質為多晶金剛石，金剛石散熱層厚度為0.5μm-2μm，金剛石散熱層生長溫度低于600℃。
12、作為本申請的一種優選技術方案：所述介質層的材質sin或aln，介質層厚度為10-30nm。
13、作為本申請的一種優選技術方案：所述第一金屬區內源、漏電極第一次制備的四層金屬鈦、鋁、鎳、金厚度分別為20nm、135nm、40nm、45nm。
14、作為本申請的一種優選技術方案：所述第一金屬區內柵電極第一次制備的兩層金屬鎳、金厚度分別為20nm、200nm。
15、作為本申請的一種優選技術方案：所述第一金屬區內源、漏、柵電極的第二次制備與第二金屬區內源、漏、柵電極引腳一起制備，自下而上蒸發鈦、金兩層金屬，厚度分別為20nm、400nm。
16、作為本申請的一種優選技術方案：所述金屬電極、介質層以及金剛石散熱層的工藝先后順序為：先制備金屬電極，再生長制備介質層，最后生長制備金剛石散熱層。
17、本申請還公開了上述任一集成金剛石的包裹型gan?hemt的制備方法，步驟如下：
18、步驟一.在襯底上生長gan層，然后在gan層上生長勢壘層，將包含襯底、gan層、勢壘層的樣品依次置于丙酮、無水乙醇、去離子水中清洗干凈并吹干；
19、步驟二.依次利用光刻工藝與金屬蒸發沉積工藝，在第一金屬區蒸發源、漏金屬，蒸發金屬的種類自下而上依次為ti、al、ni和au；剝離清洗后，將樣品置于退火爐中進行退火，使得四種金屬形成合金并與下方勢壘層形成歐姆接觸；
20、步驟三.利用gan刻蝕工藝，對所述第一金屬區以外的區域的勢壘層與gan層刻蝕掉，將gan?hemt側壁暴露出來；
21、步驟四.依次利用光刻工藝與金屬蒸發沉積工藝，在第一金屬區蒸發柵金屬，蒸發金屬的種類自下而上依次為ni和au，與勢壘層形成肖特基接觸；
22、步驟五.依次利用光刻工藝與金屬蒸發沉積工藝，在第一金屬區與第二金屬區源、漏、柵電極引腳位置蒸發鈦、金兩層金屬；
23、步驟六.利用pecvd工藝，在包含金屬電極的勢壘層以及經過刻蝕工藝暴露出來的gan?hemt側壁上生長介質層；
24、步驟七.利用mpcvd工藝，在介質層上生長金剛石散熱層；
25、步驟八.金剛石散熱層上繼續生長一層掩膜，利用光刻工藝對金剛石散熱層進行圖形化，暴露出第二金屬區源、漏、柵電極引腳所在位置，對該區域金剛石散熱層及介質層進行刻蝕，露出源、漏、柵電極引腳。
26、有益效果：
27、本申請所述一種集成金剛石的包裹型gan?hemt及其制備方法采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：
28、1、本專利技術提供的一種集成金剛石的包裹型gan?hemt的制備方法，將gan?hemt側壁暴露出來，在gan?hemt頂部及側壁設置了一個包裹式的高熱導率金剛石散熱層，gan?hemt在大功率工作場景下的產生的熱量可以從包裹式高熱導率金剛石散熱層散發出去，從而實現了有效散熱；
29、2、通過先電極制備后金剛石散熱層生長的方式，使得電極制備工藝更靠前，避免后續金剛石刻蝕工藝過程對電極制備的影響，提高了gan?hemt電極制備的可靠性，同時，設置第二金屬區，避免了第一金屬區勢壘層在刻蝕過程中被破壞，進一步提高了gan?hemt電極的穩定性；
30、3、本專利技術提供的一種集成金剛石的包裹型gan?hemt的制備方法，增強金剛石集成與gan?hemt工藝的兼容性，同時提高gan?hemt器件散熱能力及可靠性。
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1.一種集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述集成金剛石的包裹型GaNHEMT的結構自下而上依次是襯底(1)、GaN層(2)、勢壘層(3)、金屬電極(4)、介質層(5)以及金剛石散熱層(6)；
2.根據權利要求1所述的集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述第一金屬區內源、漏、柵電極分兩次制備，其中源、漏電極的第一次制備方法為自下而上蒸發鈦、鋁、鎳和金四層金屬，然后退火形成合金，與勢壘層(3)形成歐姆接觸；柵電極的第一次制備方法為自下而上蒸發鎳、金兩層金屬，與勢壘層(3)形成肖特基接觸；所述第一金屬區內源、漏、柵電極的第二次制備方法為與第二金屬區內源、漏、柵電極引腳一起制備，自下而上蒸發鈦、金兩層金屬。
3.根據權利要求1所述的集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述襯底(1)材質為硅、藍寶石或碳化硅；勢壘層(3)的材質為AlGaN。
4.根據權利要求1所述的集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述金剛石散熱層(6)的材質為多晶金剛石，金剛石散熱層(6)厚度為0.5μm-2μm，金剛石散熱層(6
5.根據權利要求1所述的一種集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述介質層(5)的材質SiN或AlN，介質層(5)厚度為10-30nm。
6.根據權利要求2所述的一種集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述第一金屬區內源、漏電極第一次制備的四層金屬鈦、鋁、鎳、金厚度分別為20nm、135nm、40nm、45nm。
7.根據權利要求2所述的一種集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述第一金屬區內柵電極第一次制備的兩層金屬鎳、金厚度分別為20nm、200nm。
8.根據權利要求2所述的一種集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述第一金屬區內源、漏、柵電極的第二次制備與第二金屬區內源、漏、柵電極引腳一起制備，自下而上蒸發鈦、金兩層金屬，厚度分別為20nm、400nm。
9.根據權利要求1所述的集成金剛石的包裹型GaN?HEMT，其特征在于：所述金屬電極(4)、介質層(5)以及金剛石散熱層(6)的工藝先后順序為：先制備金屬電極(4)，再生長制備介質層(5)，最后生長制備金剛石散熱層(6)。
10.一種權利要求1-9任一所述集成金剛石的包裹型GaN?HEMT的制備方法，其特征在于，步驟如下：
...【技術特征摘要】
1.一種集成金剛石的包裹型gan?hemt，其特征在于：所述集成金剛石的包裹型ganhemt的結構自下而上依次是襯底(1)、gan層(2)、勢壘層(3)、金屬電極(4)、介質層(5)以及金剛石散熱層(6)；
2.根據權利要求1所述的集成金剛石的包裹型gan?hemt，其特征在于：所述第一金屬區內源、漏、柵電極分兩次制備，其中源、漏電極的第一次制備方法為自下而上蒸發鈦、鋁、鎳和金四層金屬，然后退火形成合金，與勢壘層(3)形成歐姆接觸；柵電極的第一次制備方法為自下而上蒸發鎳、金兩層金屬，與勢壘層(3)形成肖特基接觸；所述第一金屬區內源、漏、柵電極的第二次制備方法為與第二金屬區內源、漏、柵電極引腳一起制備，自下而上蒸發鈦、金兩層金屬。
3.根據權利要求1所述的集成金剛石的包裹型gan?hemt，其特征在于：所述襯底(1)材質為硅、藍寶石或碳化硅；勢壘層(3)的材質為algan。
4.根據權利要求1所述的集成金剛石的包裹型gan?hemt，其特征在于：所述金剛石散熱層(6)的材質為多晶金剛石，金剛石散熱層(6)厚度為0.5μm-2μm，金剛石散熱層(6)生長溫度低于600℃。
5.根據權利要求1所述的一種集成金剛...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李義壯，郭懷新，黃健，孔月嬋，陳堂勝，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第五十五研究所，
類型：發明
國別省市：
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