[发明专利]基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管及其制造方法

摘要

本发明公开了一种基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管及其制造方法，氮化镓晶体管自上而下依次包括有源区功能层、势垒层、缓冲层和衬底，衬底中设置有微流体通道，所述微流体通道设置在有源区功能层下方，通过原子键合工艺形成，微流体通道内设置有微流体。本发明采用原子键合技术将流体散热技术引入芯片内部，其原子键合采用氧化物或氮化物介质，其键合层厚度为几十纳米，有效减小了键合封接层热阻，实现了芯片内部的高效散热能力，解决了大功率氮化镓器件有源区热积累。相比传统的氮化镓器件，其功率密度可提升2倍以上，极大提高了器件最大输出功率，并维持较高的可靠性。

主权项

1.一种基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管，自上而下依次包括有源区功能层(1)、势垒层(2)、缓冲层(3)和衬底(4)，其特征在于，衬底(4)中设置有微流体通道(5)，所述微流体通道(5)设置在有源区功能层下方，通过原子键合工艺形成，微流体通道(5)内设置有微流体。

2.根据权利要求1所述的基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管，其特征在于，所述微流体通道(5)距离缓冲层(3)10‑20微米，距离衬底背面10‑20微米。

3.根据权利要求1或2所述的基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管，其特征在于，所述衬底(4)为Si、蓝宝石、SiC、金刚石材料中的任意一种。

4.根据权利要求1或2所述的基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管，其特征在于，有源区功能层(1)由栅、源和漏组成。

5.一种制备权利要求1所述基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管的方法，其特征在于，包括氮化镓晶体管的制备和微流体通道的制备，微流体通道的制备包括以下步骤：

1)在已完成的氮化镓晶体管的正面涂一层保护层，对功能区进行保护，并采用键合技术进行将晶体管正面和临时载片进行键合；

2)利用磨片机将氮化镓晶体管的衬底进行研磨减薄，减薄后剩余衬底厚度在10‑20微米；

3)在新的衬底片的一面涂一层保护层，对该衬底面进行保护；并采用键合技术进行将新的衬底和临时载片进行键合；

4)利用磨片机将新衬底片进行研磨减薄，减薄后剩余衬底厚度在80‑200微米；

5)依据在氮化镓晶体管有源区的位置和尺寸，在减薄后的新衬底上的对应位置处光刻出设计的微流道的刻蚀图形，利用等离子体刻蚀机对衬底进行近结区微流道刻蚀，直至距离衬底背面层10‑20微米停止，完成衬底微流道的刻蚀；

6)分别在氮化镓晶体管的衬底减薄面和嵌入微流道新衬底的减薄面的表面溅射一层纳米级氧化物或氮化物，厚度小于50um；随后将氮化镓晶体管的衬底减薄面与嵌入微流道新衬底的减薄面相对键合，同时保证微流道位置和有源区位置的一一对应，完成片内微流道的密封；

7)将两组临时键合载片除去，完成基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管的制备。

6.根据权利要求5所述基于原子键合的片内微流散热氮化镓晶体管的制造方法，其特征在于，步骤6中将氮化镓晶体管的衬底减薄面与嵌入微流道新衬底的减薄面相对在200℃温度和2000Mpa压力条件下键合。