一種GaN基薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種GaN基薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN作為第三代半導(dǎo)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(qiáng)的臨近擊穿電場(chǎng)，更高的熱導(dǎo)率以及熱穩(wěn)定性等特性。GaN基氮化物半導(dǎo)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(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件，它廣泛應(yīng)用于高頻率放大器件或者高功率開關(guān)器件領(lǐng)域。
[0003]GaN基高電子迀移率晶體管常規(guī)結(jié)構(gòu)為襯底、緩沖層、勢(shì)皇層、介質(zhì)膜和電極。對(duì)于GaN基高電子迀移率晶體管，主要應(yīng)用在高頻或者高壓場(chǎng)合，對(duì)襯底材料和外延層的漏電要求很高。由于襯底/GaN為界面存在很高的缺陷密度，這些缺陷成為漏電通道，導(dǎo)致晶體管漏電流很大，甚至導(dǎo)致器件性能下降或者失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有晶體管緩沖層漏電以及散熱性差等問題，提出一種GaN基薄膜晶體管結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。
[0006]—種GaN基薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，包括絕緣基板、絕緣介質(zhì)膜、電極、GaN外延層和鈍化介質(zhì)膜;所述電極包括源電極、柵電極和漏電極，絕緣基板兩面分別設(shè)有導(dǎo)電電極和鍵合電極，導(dǎo)電電極和鍵合電極之間通過絕緣基板中的導(dǎo)電通孔電氣連接;絕緣介質(zhì)膜位于絕緣基板的導(dǎo)電電極和外延層之間，鈍化介質(zhì)膜沉積在外延層外表面上，所述源電極、柵電極和漏電極位于外延層的同一側(cè)或源電極和漏電極位于外延層的同一側(cè)而柵電極位于外延層的另一側(cè)；當(dāng)源電極、柵電極和漏電極位于外延層的同一側(cè)時(shí)，薄膜晶體管自下而上包括所述絕緣基板、源漏柵電極、絕緣介質(zhì)膜、外延層、鈍化介質(zhì)膜，所述源漏柵電極即源電極、柵電極和漏電極，絕緣基板具有的三個(gè)鍵合電極分別與源電極、柵電極和漏電極對(duì)齊并貼合在一起；當(dāng)源電極和漏電極位于外延層的同一側(cè)而柵電極位于外延層的另一側(cè)時(shí)，薄膜晶體管自下而上包括所述絕緣基板、源漏電極、絕緣介質(zhì)膜、外延層、柵電極、鈍化介質(zhì)膜，鈍化介質(zhì)膜不覆蓋柵電極，所述源漏電極即源電極和漏電極，絕緣基板具有的兩個(gè)鍵合電極分別與源電極和漏電極對(duì)齊并貼合在一起。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述外延層厚度為10nm?3000nm。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述的絕緣基板為高電阻率耐壓材料，厚度為Ium?Imm,所述的絕緣基板采用AlN陶瓷材料；所述絕緣介質(zhì)膜是二氧化硅、氮化硅或者氮化鋁，厚度100-3000nm ；所述鈍化層可以是二氧化娃、氮化娃或者氮化招，厚度50_5000nm。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述絕緣基板的兩面鍍有用于形成導(dǎo)電電極和鍵合電極的電極圖案，通過鉆孔并在孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料使兩面對(duì)應(yīng)位置的電極電氣連通。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述源電極和漏電極為Ti/Al/Ti/Au合金材料，其中第一層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;柵電極為Ni/Au合金，其中Ni的厚度10-1000nm，Au的厚度50-5000nmo
[0011]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述外延層包含AlGaN勢(shì)皇層、GaN溝道層、GaN緩沖層;所述AlGaN勢(shì)皇層厚度5-50nm，Al組分5%?50%;所述GaN溝道層厚度50?500nm;所述GaN緩沖層50?5000nm。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述外延層中還在AlGaN勢(shì)皇層下方增加一層蓋帽層，所述蓋帽層厚度0-5nm，材料是GaN、A1N或者氮化硅。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述外延層中的勢(shì)皇層和溝道層之間增加一氮化鋁插層，厚度0-5nm0
[0014]本發(fā)明所述GaN基薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟:
(1)按照現(xiàn)有技術(shù)，在襯底上生長(zhǎng)GaN緩沖層，然后再生長(zhǎng)GaN溝道層、A1N插入層、AlGaN勢(shì)皇層和GaN蓋帽層，得到高電子迀移率晶體管外延片；
(2)將步驟(1)所述的外延片放入丙酮清洗5分鐘，再放入乙醇清洗5分鐘，之后用去離子水清洗5分鐘，最后用氮?dú)獯蹈桑?br> (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；
(4)將步驟(3)所得樣品鍵合到絕緣基板上；
(5)將步驟(4)所述樣品的襯底去除；
(6)將步驟(5)所述樣品采用化學(xué)腐蝕或者物理刻蝕的方法，去除部分GaN層；
(7)將步驟(7)所述的樣品沉積絕緣鈍化膜。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)化的，與襯底接觸的低晶體質(zhì)量GaN外延層部分被刻蝕掉;外延層的總厚度為 100-3000nm。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有晶體管散熱性差，漏電流高，擊穿電壓低的問題，提出一種薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，外延片制備好電極后，鍵合到絕緣基板上，然后去除原來的襯底，并減薄GaN緩沖層，最后沉積絕緣鈍化膜。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，GaN緩沖層的厚度減小，橫向傳輸電阻提高，可以降低器件的漏電流，提高晶體管器件的性能;再次，與襯底接觸的高缺陷密度的GaN緩沖層部分被去除，減少了器件的漏電通道，可以提高晶體管的耐高壓特性。
【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)晶體管結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的薄膜晶體管一種結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3為本實(shí)施例的薄膜晶體管另一種結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0018]圖中:101襯底；102晶體管的外延層；103絕緣介質(zhì)膜；104a源電極；104b柵電極；104c漏電極;201絕緣基板;202a導(dǎo)電電極;202b導(dǎo)電通孔;202c鍵合電極;203絕緣介質(zhì)膜;204a源電極;204b柵電極；204c漏電極;205晶體管的外延層;206鈍化介質(zhì)膜。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此，需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說明之處，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。。
[0020]實(shí)施例1制備薄膜晶體管
如圖2所示，所述薄膜晶體管自下而上依次為基板201、絕緣介質(zhì)膜203、電極2.4;外延層205;鈍化介質(zhì)膜206。在基板201兩側(cè)分別有導(dǎo)電電極202a和鍵合電極202c，中間有導(dǎo)電通孔202b對(duì)二者進(jìn)行電氣連接；電極2.4包括源電極204a、柵電極204b和漏電極204c。
[0021 ]制備方法步驟如下:
(1)在襯底上生長(zhǎng)高電子迀移率晶體管外延層205，具體是在襯底上生長(zhǎng)GaN緩沖層，然后再生長(zhǎng)GaN溝道層、A1N插入層、AlGaN勢(shì)皇層和GaN蓋帽層；
(2)將步驟(1)得到的樣品放入煮沸的丙酮清洗5分鐘，再放入煮沸的乙醇中清洗5分鐘，后用去離子水沖洗5分鐘，然后用氮?dú)獯蹈桑?br> (3)在步驟(2)所得的樣品表面制備掩膜，采用感應(yīng)耦合等離子(ICP)刻蝕技術(shù)刻蝕GaN，將二維電子氣(2DEG)刻斷，之后去除掩膜；
(4)將步驟(3)所得樣品的表面清洗后沉積Ti/Al/Ti/Au合金，厚度10/500/100/lOOOnm，然后采用光刻技術(shù)制備源電極204a、柵電極204b、漏電極204c，退火后得到源電極、柵電極、漏電極歐姆接觸；
(5)將步驟(4)所得的樣品表面清洗后，沉積二氧化硅絕緣介質(zhì)膜203，厚度lOOOnm;
(6)在步驟(5)所得的樣品表面制備掩膜，采用光刻技術(shù)，去除源電極、漏電極和柵電極上方的介質(zhì)膜，之后去除掩膜；
(7)在步驟(6)所得的樣品表面沉積Ni/Au，厚度100/1500nm;
(8)在步驟(7)所得的樣品表面制備掩膜，采用光刻技術(shù)，保留柵極上方的Ni/Au金屬材料，去除其他位置的Ni/Au金屬材料；
(9)將步驟(8)所得的樣品與已經(jīng)準(zhǔn)備好的基板采用鍵合技術(shù)粘合在一起，所述的源電極、漏電極、柵電極與基板的鍵合電極202c對(duì)齊；
(10)將步驟(9)所得樣品的背面拋光，采用激光剝離技術(shù)將原來的襯底去除；
(11)將步驟(10)所得的樣品采用腐