[发明专利]一种改善GaN HEMT器件散热性能的方法

说明书

本发明公开了一种改善GaN HEMT器件散热性能的方法，具体实施步骤包括(1)衬底上深孔的刻蚀；(2)AlN材料的沉积以及平坦化；(3)AlGaN/GaN异质结生长及GaN HEMT器件的制备；(4)样品和临时载体的键合；(5)衬底的减薄以及背面金属的制作；(6)样品和临时载体的分离。本发明针对Si以及蓝宝石衬底低热导率导致在该类衬底上研制的GaN HEMT散热能力差的问题，提出在衬底中引入具有高热导率AlN的方法解决上述问题，可有效改善器件散热能力，同时与传统AlGaN/GaN工艺完全兼容的优点。

技术领域

本发明涉及微电子工艺，具体地涉及一种改善GaN(氮化镓)HEMT(高电子迁移率晶体管)器件散热性能的方法，属于半导体器件制备技术领域。

背景技术

GaN HEMT器件具有的高频、高功率密度以及高工作温度的优点使其成为微波大功率器件以及电力电子器件发展的新方向。然而，散热问题制约着GaN HEMT功率器件的性能，如功率密度以及效率等。功率器件的热量通常都积聚在有源区域，为了提升器件的散热能力，通常采用倒扣焊或者采用高热导率材料的方法。倒扣焊工艺对于器件压点有着独特的要求，因此在应用中需要对器件工艺及流程展开专项的开发。而采用热导率材料改善器件散热能力的方法主要是提升半导体器件衬底的热导率。目前主要采用具有高热导率的SiC衬底来解决这一问题。然而，SiC衬底的价格通常是GaN外延所用的Si以及蓝宝石的数倍，不利于降低器件的成本。而Si以及蓝宝石材料虽然具有成本优势，但在散热能力方面却比较差。

为了提升GaN HEMT器件的导热能力，目前主要采用替换衬底的方法，如将Si，蓝宝石衬底或SiC衬底替换为金刚石衬底(J.W.Pomeroy，M.Bernardoni，D.C.Dumka，D.M.Fanning，M.Kuball，Low thermal resistance GaN-on-diamond transistorscharacterized by three-dimensional Raman thermography mapping，Applied PhysicsLetters，Volume 104，Issue 8，2014，Pages 083513-083513)。该方法技术难度高，同时金刚石材料的价格导致器件成本的进一步提升。其他的方法还包括在GaN HEMT表面沉积AlN等高热导率的材料来提升器件的散热(N.Tsurumi，H.Ueno，T.Murata，H.Ishida，Y.Uemoto，T.Ueda，K.Inoue，T.Tanaka，AlN Passivation Over AlGaN/GaN HFETs for Surface HeatSpreading，IEEE Transactions on Electron Devices，Volume 57，Issue 5，2010，Pages980-985)。该方法虽然可以提升器件的散热能力，但不能解决衬底部分散热差的问题。

发明内容

发明目的：本发明针对采用低成本的Si以及蓝宝石衬底制备的GaN HEMT器件散热效率低的问题，提供了一种可有效改善器件散热能力，同时制备工艺和现有GaN HEMT器件全兼容的改善GaN HEMT器件散热性能的方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的提出一种改善GaN HEMT器件散热性能的方法，包括如下步骤：

(1)提供一衬底，利用激光刻蚀工艺在衬底上刻蚀出深孔；

(2)用磁控溅射方法在步骤(1)获得深孔的衬底上溅射一层AlN材料；

(3)采用退火炉在氮气氛下对样品进行高温处理，然后采用CMP工艺使AlN材料平坦化；

(4)采用MOCVD在AlN材料上生长AlGaN/GaN异质结；

(5)在步骤(4)中生长了AlGaN/GaN异质结的样品上采用GaN HEMT通用工艺刻蚀出台面隔离区域、制备欧姆接触和肖特基接触，完成GaN HEMT正面工艺；