一種改善GaN HEMT器件散熱性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子工藝，具體地涉及一種改善GaN (氮化鎵)HEMT (高電子迀移率晶體管)器件散熱性能的方法，屬于半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN HEMT器件具有的高頻、高功率密度以及高工作溫度的優(yōu)點使其成為微波大功率器件以及電力電子器件發(fā)展的新方向。然而，散熱問題制約著GaN HEMT功率器件的性能，如功率密度以及效率等。功率器件的熱量通常都積聚在有源區(qū)域，為了提升器件的散熱能力，通常采用倒扣焊或者采用高熱導(dǎo)率材料的方法。倒扣焊工藝對于器件壓點有著獨特的要求，因此在應(yīng)用中需要對器件工藝及流程展開專項的開發(fā)。而采用熱導(dǎo)率材料改善器件散熱能力的方法主要是提升半導(dǎo)體器件襯底的熱導(dǎo)率。目前主要采用具有高熱導(dǎo)率的SiC襯底來解決這一問題。然而，SiC襯底的價格通常是GaN外延所用的Si以及藍寶石的數(shù)倍，不利于降低器件的成本。而Si以及藍寶石材料雖然具有成本優(yōu)勢，但在散熱能力方面卻比較差。
[0003]為了提升GaN HEMT器件的導(dǎo)熱能力，目前主要采用替換襯底的方法，如將Si，藍寶石襯底或SiC襯底替換為金剛石襯底(J.ff.Pomeroy, M.Bernardoni，D.C.Dumka,D.M.Fanning, M.Kuball, Low thermal resistance GaN-on—diamond transistorscharacterized by three-dimens1nal Raman thermography mapping， Applied PhysicsLetters, Volume 104，Issue 8, 2014, Pages 083513-083513)。該方法技術(shù)難度高，同時金剛石材料的價格導(dǎo)致器件成本的進一步提升。其他的方法還包括在GaN HEMT表面沉積AlN等高熱導(dǎo)率的材料來提升器件的散熱(N.Tsurumi，H.Ueno, T.Murata, H.1shida, Y.Uemoto,T.Ueda, K.1noue, T.Tanaka, AlN Passivat1n Over AlGaN/GaN HFETs for Surface HeatSpreading, IEEE Transact1ns on Electron Devices, Volume 57，Issue 5，2010，Pages980-985)。該方法雖然可以提升器件的散熱能力，但不能解決襯底部分散熱差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明針對采用低成本的Si以及藍寶石襯底制備的GaN HEMT器件散熱效率低的問題，提供了一種可有效改善器件散熱能力，同時制備工藝和現(xiàn)有GaN HEMT器件全兼容的改善GaN HEMT器件散熱性能的方法。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的提出一種改善GaN HEMT器件散熱性能的方法，包括如下步驟:
[0006](I)提供一襯底，利用激光刻蝕工藝在襯底上刻蝕出深孔；
[0007](2)用磁控濺射方法在步驟(I)獲得深孔的襯底上濺射一層AlN材料；
[0008](3)采用退火爐在氮氣氛下對樣品進行高溫處理，然后采用CMP工藝使AlN材料平坦化；
[0009](4)采用MOCVD在AlN材料上生長AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)；
[0010](5)在步驟(4)中生長了 AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的樣品上采用GaN HEMT通用工藝刻蝕出臺面隔離區(qū)域、制備歐姆接觸和肖特基接觸，完成GaN HEMT正面工藝；
[0011](6)在步驟(5)完成GaN HEMT正面工藝的樣品表面通過甩膠的方法涂覆一層蠟，通過低溫鍵合的方法將樣品和藍寶石臨時載體鍵合；
[0012](7)采用機械研磨的方法減薄襯底，直到AlN材料漏出；
[0013](8)在減薄后的樣品背面通過電鍍的方法電鍍一層Au ；
[0014](9)將經(jīng)過步驟⑶處理的樣品放入有機溶劑中使樣品和藍寶石臨時載體分離。
[0015]其中，所述的襯底為Si或藍寶石襯底。
[0016]優(yōu)選地，所述的深孔的深寬比小于3: 1，所述AlN材料的厚度大于深孔的深度；孔間距為30?100 μπι。
[0017]優(yōu)選地，步驟(3)中，所述高溫處理溫度為800°C?1100°C。更優(yōu)選地，所述高溫處理溫度為1000到1050°C，該溫度范圍和MOCVD生長GaN材料的溫度區(qū)間接近，有利于降低襯底材料內(nèi)部應(yīng)力對外延材料生長的影響。
[0018]優(yōu)選地，所述CMP平坦化工藝采用金剛石拋光液實現(xiàn)，其中，所述金剛石的平均顆粒粒徑小于5 μ m，拋光后表面粗糙度低于lnm，以襯底材料無孔區(qū)域表面為基準(zhǔn)，AlN層剩余厚度50nm至丨J I μ mD
[0019]步驟(6)中，所述錯的厚度I μπι?10 μπι。錯層太薄，由于樣品表面存在一定起伏，容易導(dǎo)致部分區(qū)域黏貼不牢，影響后續(xù)的襯底減薄工藝。而蠟層如果過厚，容易導(dǎo)致鍵合中蠟中的溶劑難于揮發(fā)完全，導(dǎo)致蠟層強度降低，有可能在后續(xù)機械研磨中導(dǎo)致樣品和零時載體分離。
[0020]優(yōu)選地，步驟(6)中，所述低溫鍵合方法的鍵合溫度在150°C?200°C，鍵合壓力為0.5bar 到 5bar。
[0021 ] 具體地，步驟(7)中，所述機械研磨分為粗磨和細(xì)拋兩部分先粗磨后細(xì)拋，粗磨磨料顆粒直徑在10 μ m到20 μ m，粗磨過程中樣品減薄速率控制在50?100 μ m每小時，等樣品剩余厚度達到120 μπι左右，采用顆粒直徑在3?10 μπι的磨料在拋光墊上進行細(xì)拋，拋光速率10 μ π!?20um每小時，減薄后表面粗糙度低于lOOnm。
[0022]優(yōu)選地，步驟(8)中，電鍍Au的厚度大于I?20 μ m。
[0023]步驟(9)中，所述有機溶劑為丙酮、甲苯、去蠟劑和二甲苯中的任意一種。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0024](I)器件工藝與傳統(tǒng)GaN HEMT器件以及電路制備工藝完全兼容；
[0025](2)通過高熱導(dǎo)率材料的引入可有效提升Si以及藍寶石襯底的導(dǎo)熱能力，可廣泛應(yīng)用于采用Si以及藍寶石襯底研制的各類GaN HEMT器件的研制生產(chǎn)中；
[0026](3) AlN模板技術(shù)的引入，降低了 GaN異質(zhì)外延生長的難度，更有利于提升外延材料質(zhì)量。
【附圖說明】
[0027]圖1為襯底深孔制作不意圖；
[0028]圖2為填充AlN材料后的不意圖；
[0029]圖3為AlN材料的平坦化的示