[发明专利]氮化镓基场效应管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体技术领域的场效应管，特别是涉及一种具有新型背金结构的氮化镓基场效应管及其制备方法。

背景技术

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料，以其禁带宽度大(3.4eV)、击穿电压高(3.3MV/cm)、二维电子气浓度高(>10¹³cm2)、饱和电子速度大(2.8×10⁷cm/s)等特性在国际上受到广泛关注。目前，AlGaN/GaN HEMT器件的高频、高压、高温以及大功率特性使之在微波功率器件方面有着巨大的前景。

虽然铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN)HEMT功率器件(高电子迁移率晶体管)的性能近年来得到了长足的进展，尤其在高频大功率方面，但是仍有很多问题没有解决，大功率器件的散热和接地问题一直困扰着AlGaN/GaNHEMT实用化和产业化进程。背金技术是目前AlGaN/GaN HEMT常用的一种散热方法。

采用常规背金技术制作的AlGaN/GaN HEMT功率器件，通常的工艺步骤为：

步骤1、制作AlGaN/GaN HEMT管芯，完成器件；

步骤2、匀胶保护正面管芯，粘片，采用物理机械抛光方法减薄、抛光；

步骤3、采用背面光刻技术进行光刻，在AlGaN/GaN HEMT管芯对应位置形成背金图形；

步骤4、溅射钛/金(Ti/Au)复合层金属形成背金起镀层；

步骤5、利用光学光刻技术进行光刻，在AlGaN/GaN HEMT管芯对应位置形成电镀图形；

步骤6、电镀金(Au)，剥离形成背金结构；

步骤7、划片，分离成单个AlGaN/GaN HEMT管芯；

步骤8、粘片、封装。

实践中利用金锡合金，经过300度高温粘片，将单个分离的功率器件管芯固定封装在管壳内；或者利用金锡焊料，经过400度高温粘片，将单个分离的功率器件管芯固定在PCB板上进行内匹配。

本发明人在实践中发现现有技术存在以下缺陷，在300度高温条件下，金锡合金或金锡焊料容易向内扩散，进入钛/金起镀层，从而影响电镀层结构的粘附性，导致背金层结构容易从AlGaN/GaN HEMT管芯脱落，从而使器件的实用可靠性降低。

由此可见，上述现有的场效应管及其制备方法在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。本发明人基于从事此类产品设计制造的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的场效应管及其制备方法，能够改进一般现有的场效应管及其制备方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的氮化镓基场效应管背金结构及其制备方法存在的缺陷，而提供一种具有新型背金结构的氮化镓基场效应管及其制备方法，所要解决的技术问题是阻止金锡焊料或金锡合金向起镀层和衬底的接触面渗透，增强背金结构与场效应管芯衬底的粘附性，从而提高场效应管的可靠性。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种氮化镓基场效应管，包括正面管芯、衬底和背金结构，所述的背金结构设置在衬底底面，该背金结构包括背金起镀层和电镀层，所述的背金起镀层是由钛金属层、钨金属层和金金属层构成的复合金属层，所述的钛金属层与所述的衬底接触。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的场效应管，其中所述的钛金属层的厚度为10-20nm，钨金属层的厚度为35-60nm，金金属层的厚度为60-100nm。

优选的，前述的场效应管，其中所述的电镀层的材质为金属金。

优选的，前述的场效应管，其中所述的衬底为碳化硅或者蓝宝石。

优选的，前述的场效应管，其中所述的管芯包括：氮化镓层，设置在所述的衬底顶面；铝镓氮层，设置在所述的氮化镓层上；以及栅极、源极和漏极，设置在铝镓氮层上，所述的源极和漏极位于所述的栅极两侧。

优选的，前述的场效应管，其中所述的衬底的厚度为100-200nm。

优选的，前述的场效应管，其中所述的电镀层的厚度为2-4μm。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种场效应管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对场效应管的衬底进行减薄和抛光；

步骤2：采用光刻法在所述的场效应管管芯对应的衬底背面形成背金图形；

步骤3：通过溅射法，在所述的衬底背面形成钛/钨/金复合金属层作为起镀层；