一種GaN基倒裝HEMT器件結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及半導體微電子技術(shù)領域，具體涉及一種GaN/AlGaN基倒裝晶體管結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN作為第三代半導體材料，具有更高的禁帶寬度，更大的電子飽和漂移速度，更強的臨近擊穿電場，更高的熱導率以及熱穩(wěn)定性等特性。GaN基氮化物半導體材料還具有很大的自發(fā)和壓電極化特性，利用此特性制備的高電子迀移率晶體管是一種場效應半導體器件，它廣泛應用于高頻率放大器件或者高功率開關器件領域。
[0003]GaN基高電子迀移率晶體管(HEMT)常規(guī)結(jié)構(gòu)為襯底、緩沖層、勢皇層、介質(zhì)膜和電極。常規(guī)HEMT襯底熱導率低，散熱性能差，限制了 GaN基HEMT在高溫大功率器件領域的廣泛應用。GaN基HEMT是二維橫向器件，源漏截斷時電場分布不均勻，在柵電極靠近漏電極一側(cè)電場強度很大，容易擊穿導致器件失效。另外常規(guī)GaN基HEMT的源漏柵電極焊盤面積很大，電極焊盤下方的外延層被刻蝕掉，降低了外延片的有效使用面積。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型針對現(xiàn)有GaN基HEMT器件散熱性差、擊穿電壓低及外延片有效使用面積低等問題，提出一種GaN基倒裝高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)，晶體管的外延層通過金屬電極與散熱基板連接，散熱性能好；柵電極焊盤面積原大于柵電極本身，能夠勻化電場強度分布，提高器件的耐高壓特性；另外電極焊盤在電極上方，外延層利用率高。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案如下。
[0006]一種GaN基倒裝HEMT器件結(jié)構(gòu)，包括基板、電極焊盤、電極、絕緣介質(zhì)膜和外延層，所述電極包括漏電極、柵電極和源電極，所述電極焊盤包括柵電極焊盤、源電極焊盤和漏電極焊盤；柵電極焊盤位于絕緣介質(zhì)膜與基板之間，所述外延層包括GaN緩沖層和AlGaN勢皇層，柵電極一端穿過絕緣介質(zhì)膜與柵電極焊盤連接，柵電極另一端與外延層的AlGaN勢皇層連接，所述外延層通過柵電極焊盤與基板粘合在一起；所述基板、柵電極焊盤、絕緣介質(zhì)膜、AlGaN勢皇層、GaN緩沖層自下而上排布。
[0007]進一步地，漏電極、源電極分別通過導電通孔相應地與位于器件上部的漏電極焊盤和源電極焊盤電連接；導電通孔中填充有導電材料，導電通孔穿過外延層。
[0008]進一步地，還包括襯底，所述基板、柵電極焊盤、絕緣介質(zhì)膜、AlGaN勢皇層、GaN緩沖層、襯底自下而上排布；漏電極焊盤和源電極焊盤位于器件上部且位于襯底上部，導電通孔穿過外延層和襯底。
[0009]進一步地，所述柵電極焊盤面積覆蓋整個外延片下端面面積，柵電極焊盤鍵合到基板上時，不需要進行電極對準。
[0010]本實用新型優(yōu)選方案之一:
[0011 ] 所述GaN基HEMT器件包含襯底(原有襯底或者部分原有襯底)，源電極和源電極焊盤通過導電通孔進行電氣連接，漏電極和漏電極焊盤通過導電通孔電氣連接。
[0012]本實用新型優(yōu)選方案之二:
[0013]所述述GaN基HEMT器件不包含原有襯底，源電極和源電極焊盤通過導電通孔進行電氣連接，漏電極和漏電極焊盤通過導電通孔電氣連接。
[0014]進一步地，所述源電極和漏電極可以是Ti/Al/Ti/Au合金材料，第一層Ti的厚度為 5-100nm，Al 的厚度為 100_5000nm，第二層 Ti 的厚度 10_1000nm，Au 的厚度 100_2000nm ；
[0015]所述柵電極可以是Ni/Au合金，Ni的厚度lO-lOOOnm，Au的厚度50_5000nm ；
[0016]所述絕緣介質(zhì)膜可以是二氧化硅、氮化硅或者氮化鋁，厚度100-3000nm ;
[0017]所述AlGaN勢皇層厚度5_50nm，Al組分5%~50% ；
[0018]所述GaN 緩沖層 5(T5000nm ；
[0019]所述外延層可以在AlGaN勢皇層生長結(jié)束再生長一層蓋帽層，所述蓋帽層厚度0-5nm，材料可以是GaN、AlN或者氮化硅。
[0020]所述外延層在AlGaN勢皇層和GaN緩沖層之間可以增加一氮化鋁插層，厚度0_5nmo
[0021]制備上述一種GaN基倒裝HEMT結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟:
[0022](I)在襯底上生長GaN緩沖層，然后再生長GaN溝道層、AlN插入層、AlGaN勢皇層和GaN蓋帽層，得到高電子迀移率晶體管外延片；
[0023](2)將步驟⑴所述的外延片進行清洗，放入丙酮清洗，再放入乙醇清洗，之后用去離子水清洗，最后用氮氣吹干；
[0024](3)將經(jīng)過步驟(2)清洗的外延片按照現(xiàn)有技術(shù)制備源、漏和柵電極；
[0025](4)在步驟(3)所述樣品沉積絕緣膜，通過光刻技術(shù)露出柵電極；
[0026](5)在步驟(4)所述樣品上沉積柵電極焊盤；
[0027](6)將步驟(5)所述的樣品的柵電極焊盤鍵合到基板上；
[0028](7)將步驟(6)所述樣品原來的襯底減小減薄或者去除得到樣品背面；
[0029](8)采用化學腐蝕或者物理刻蝕的方法，在步驟(7)所述的樣品背面制備導兩個電通孔，導電通孔分別延伸至漏電極、源電極；
[0030](9)在步驟⑶所述的樣品導電通孔內(nèi)沉積或者電鍍金屬，使導電通孔具有電氣連接功能；
[0031](10)在所述樣品背面制備源電極焊盤和漏電極焊盤。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0033]本實用新型針對現(xiàn)有晶體管散熱性差，擊穿電壓低以及外延層利用率低等問題，提出一種倒裝HEMT結(jié)構(gòu)，外延片制備好電極后，鍵合到基板上，然后減薄去除原來的襯底，通過通孔電氣連接源漏電極與焊盤。首先，外延層通過電極與基板直接相連，系統(tǒng)熱阻低，散熱容易，可以提高器件的穩(wěn)定性；其次，柵電極焊盤覆蓋在外延片上方，能夠勻化柵-漏電極之間的電場，提高器件的耐高壓特性。再次，源漏柵電極焊盤都分布在外延層上方，不需要浪費外延層，可以提高HEMT外延片的有效利用率，減小器件成本。另外，本實用新型的倒裝HEMT芯片的柵電極焊盤分布在整個外延片表面，與基板鍵合時不需要對版，工藝簡單，成品率尚。
【附圖說明】
[0034]圖1為現(xiàn)有技術(shù)GaN基HEMT結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0035]圖2為現(xiàn)有技術(shù)GaN基HEMT結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
[0036]圖3為本實用新型實施例1的倒裝HEMT —種結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0037]圖4為本實用新型實施例2的倒裝HEMT另一種結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0038]圖5為本實用新型實施例1的倒裝HEMT結(jié)構(gòu)的正面俯視面示意圖；
[0039]圖中:1為襯底；2為GaN緩沖層；3為AlGaN勢皇層；3.1 AlGaN勢皇層邊界；4為漏電極；4.1為漏電極焊盤；5為柵電極；5.1為柵電極焊盤；6為源電極；6.1為源電極焊盤；7為絕緣介質(zhì)膜；8為基板