CN112382664A - 一种倒装mosfet器件及其制作方法 - Google Patents

一种倒装mosfet器件及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112382664A
CN112382664A CN202011207956.0A CN202011207956A CN112382664A CN 112382664 A CN112382664 A CN 112382664A CN 202011207956 A CN202011207956 A CN 202011207956A CN 112382664 A CN112382664 A CN 112382664A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gallium oxide
layer
mosfet device
micro
flip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011207956.0A
Other languages
English (en)
Inventor
董斌
陈博谦
陈志涛
刘珠明
刘宁炀
曾昭烩
李祈昕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of Guangdong Academy of Sciences
Original Assignee
Institute of Semiconductors of Guangdong Academy of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of Guangdong Academy of Sciences filed Critical Institute of Semiconductors of Guangdong Academy of Sciences
Priority to CN202011207956.0A priority Critical patent/CN112382664A/zh
Publication of CN112382664A publication Critical patent/CN112382664A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3738Semiconductor materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/24Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种倒装MOSFET器件及其制作方法,其中,倒装MOSFET器件包括从上至下依次层设的氧化镓衬底、n型掺杂氧化镓层、n型重掺杂氧化镓层、二氧化硅钝化层、氧化铝介质层、键合层和氮化铝导热层;所述n型重掺杂氧化镓层和所述二氧化硅钝化层之间设有源电极和漏电极,所述氧化铝介质层上设有栅电极;所述氧化镓衬底的自由端面上刻蚀有由微纳结构阵列形成的散热结构,所述微纳结构的横截面尺寸为微米级或纳米级。本发明在氧化镓衬底的表面上刻蚀有微纳结构阵列,提高了散热效率。相比于电子器件散热器,本发明在器件的设计阶段预留散热窗口,在保证大功率器件寿命以及可靠性的前提下,缩短了器件的开发时间,降低了器件的研发成本。

Description

一种倒装MOSFET器件及其制作方法
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域,具体涉及一种倒装MOSFET器件及其制作方法。
背景技术
氧化镓(Ga2O3)作为第三代宽带隙半导体材料,具有超宽带隙(4.9eV)、超高耐击穿电场强度(8MV/cm)、超高Baliga优值因子(3444)的优势。氧化镓的Baliga优值分别是GaN和SiC的四倍和十倍,为功率器件的发展提供了更广阔的视野。然而氧化镓的热导率极低,它的热导率约为GaN、SiC等材料的1/10,极易导致氧化镓基高温、高频、大功率等电子器件的局部温度过高,从而诱发器件可靠性变差、输出功率下降等问题。因此,散热问题成为制约氧化镓功率器件发展的关键瓶颈。
针对氧化镓基MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)器件的散热问题,现有技术一般通过以下两种方式解决:1、在氧化镓材料上异质外延生长或者键合具有优异热导率的材料,以此提高导热效率;然而,外延和键合需要的高温环境会引入残余应力,导致材料层裂、曲边,严重影响器件性能。2、在后端封装阶段利用散热模组进行散热,如:导热硅脂、导热硅胶片、风扇等;而在后端封装阶段再考虑器件的散热问题,会延长开发时间,提高器件的研发成本。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的不足之处,本发明的目的在于提供一种倒装MOSFET器件及其制作方法。
为达到其目的,本发明所采用的技术方案为:
一种倒装MOSFET器件,其包括从上至下依次层设的氧化镓衬底、n型掺杂氧化镓层、n型重掺杂氧化镓层、二氧化硅钝化层、氧化铝介质层、键合层和氮化铝导热层;所述n型重掺杂氧化镓层和所述二氧化硅钝化层之间设有源电极和漏电极,所述氧化铝介质层上设有栅电极;所述氧化镓衬底的自由端面上刻蚀有由微纳结构阵列形成的散热结构,所述微纳结构的横截面尺寸为微米级或纳米级。
作为优选,所述微纳结构的高度为500nm~10μm,长度为1μm~100μm,横截面的底边长度为200nm~5μm,相邻的所述微纳结构之间的间距为200nm~10μm。研究发现,微纳结构尺寸小于辐射波长是保证高效率散热效果的基础。热辐射中的波长范围在8μm~13μm红外波,对大气辐射效率较高,散热效果好。上述微纳结构尺寸小于该波段波长,因此可以保证高效率散热效果。
作为优选,所述微纳结构的横截面为上窄下宽的几何形状,如:梯形、三角形等。
作为优选,所述微纳结构采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺制成。
所述干法刻蚀工艺采用的气体包括Cl2、BCl3、SF6、Ar、CF4/O2混合气体中的一种或多种的组合。
在一些实施方式中,所述湿法刻蚀工艺采用的酸为HF酸,酸液的温度为室温~200℃。
作为优选,所述源电极、漏电极和栅电极的材料为Al、Ti、Pd、Pt、Au中的一种。
本发明还提供了一种所述倒装MOSFET器件的制作方法,其包括如下步骤:
(1)制作氧化镓基MOSFET器件:
a:利用化学气相沉积法在氧化镓衬底上依次沉积n型掺杂氧化镓层和n型重掺杂氧化镓层;
b:利用电子束蒸发设置源电极和漏电极;
c:然后利用ICP工艺刻蚀沟道,利用化学气相沉积法沉积二氧化硅钝化层和氧化铝介质层;
d:利用电子束蒸发设置栅电极,制得所述氧化镓基MOSFET器件;
(2)制作散热结构:
利用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺在氧化镓基MOSFET器件的氧化镓衬底的自由端面上刻蚀微纳结构阵列;
(3)将所述氧化镓基MOSFET器件倒装焊接于氮化铝载体上,制得所述倒装MOSFET器件;氮化铝载体由键合层和氮化铝导热层组成。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺在氧化镓衬底的表面上刻蚀特定尺寸的微纳结构阵列,且微纳结构的横截面为上窄下宽的几何形状,材料占比从上至下梯度变化,因而可引起材料折射率的梯度变化,从而有效提高辐射带宽,提高散热效率。本发明解决了氧化镓基MOSFET器件的散热问题,在氧化镓基MOSFET器件的设计阶段预留散热窗口,在保证大功率器件寿命以及可靠性的前提下,缩短了器件的开发时间,降低了器件的研发成本。
附图说明
图1为本发明所述倒装MOSFET器件的结构示意图;
图2为本发明所述微纳结构的结构示意图(A-截面为三角形;B-截面为梯形)。
图1中,氧化镓衬底1、微纳结构阵列2、n型掺杂氧化镓层3、n型重掺杂氧化镓层4、二氧化硅钝化层5、氧化铝介质层6、源电极7、栅电极8、漏电极9、键合层10、氮化铝导热层11。
具体实施方式
下面将结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。实施例中使用的原料均可通过商业途径获得,所使用的方法或工艺条件如无特别指明,均为本领域的常规方法或常规工艺条件。
如图1~2所示,本实施例提供了一种倒装MOSFET器件,其包括从上至下依次层设的氧化镓衬底1、n型掺杂氧化镓层3、n型重掺杂氧化镓层4、二氧化硅钝化层5、氧化铝介质层6、键合层10和氮化铝导热层11。其中,n型重掺杂氧化镓层4和二氧化硅钝化层5之间设有源电极7和漏电极9,氧化铝介质层6上设有栅电极8。而氧化镓衬底1的自由端面上刻蚀有微纳结构阵列2,微纳结构阵列2的横截面积为微米级或纳米级。相应地,微纳结构阵列2的高度为500nm~10μm,长度为1μm~100μm,横截面的底边长度为200nm~5μm,相邻的微纳结构阵列2之间的间距为200nm~10μm。并且,微纳结构阵列2的横截面为上窄下宽的几何形状,如:梯形、三角形等。源电极7、栅电极8和漏电极9的材料为Al、Ti、Pd、Pt、Au中的一种。
该倒装MOSFET器件的制作方法,包括如下步骤:
(1)制作氧化镓基MOSFET器件:
a:利用化学气相沉积法在氧化镓衬底1上依次沉积n型掺杂氧化镓层3和n型重掺杂氧化镓层4;
b:利用电子束蒸发设置源电极7和漏电极9;
c:然后利用ICP工艺刻蚀沟道,利用化学气相沉积法沉积二氧化硅钝化层5和氧化铝介质层6;
d:利用电子束蒸发设置栅电极8,制得所述氧化镓基MOSFET器件;
(2)制作散热结构:
利用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺在氧化镓基MOSFET器件的氧化镓衬底1的自由端面上刻蚀微纳结构阵列2;其中,干法刻蚀工艺采用的气体可以是Cl2、BCl3、SF6、Ar、CF4/O2混合气体中的一种或多种的组合,湿法刻蚀工艺采用的酸可以是HF酸,酸液的温度为室温~200℃;
(3)将氧化镓基MOSFET器件倒装焊接于氮化铝载体上,制得倒装MOSFET器件;氮化铝载体由键合层10和氮化铝导热层11组成。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种倒装MOSFET器件,其特征在于,包括从上至下依次层设的氧化镓衬底、n型掺杂氧化镓层、n型重掺杂氧化镓层、二氧化硅钝化层、氧化铝介质层、键合层和氮化铝导热层;所述n型重掺杂氧化镓层和所述二氧化硅钝化层之间设有源电极和漏电极,所述氧化铝介质层上设有栅电极;所述氧化镓衬底的自由端面上刻蚀有由微纳结构阵列形成的散热结构,所述微纳结构的横截面尺寸为微米级或纳米级。
2.如权利要求1所述的倒装MOSFET器件,其特征在于,所述微纳结构的高度为500nm~10μm,长度为1μm~100μm,横截面的底边长度为200nm~5μm,相邻的所述微纳结构之间的间距为200nm~10μm。
3.如权利要求1所述的倒装MOSFET器件,其特征在于,所述微纳结构的横截面为上窄下宽的几何形状。
4.如权利要求1所述的倒装MOSFET器件,其特征在于,所述微纳结构采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺制成。
5.如权利要求1所述的倒装MOSFET器件,其特征在于,所述源电极、漏电极和栅电极的材料为Al、Ti、Pd、Pt、Au中的一种。
6.一种如权利要求1~5任一项所述的倒装MOSFET器件的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)制作氧化镓基MOSFET器件:
a:利用化学气相沉积法在氧化镓衬底上依次沉积n型掺杂氧化镓层和n型重掺杂氧化镓层;
b:利用电子束蒸发设置源电极和漏电极;
c:然后利用ICP工艺刻蚀沟道,利用化学气相沉积法沉积二氧化硅钝化层和氧化铝介质层;
d:利用电子束蒸发设置栅电极,制得所述氧化镓基MOSFET器件;
(2)制作散热结构:
利用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺在氧化镓基MOSFET器件的氧化镓衬底的自由端面上刻蚀微纳结构阵列;
(3)将所述氧化镓基MOSFET器件倒装焊接于氮化铝载体上,制得所述倒装MOSFET器件;氮化铝载体由键合层和氮化铝导热层组成。
CN202011207956.0A 2020-11-03 2020-11-03 一种倒装mosfet器件及其制作方法 Pending CN112382664A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011207956.0A CN112382664A (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种倒装mosfet器件及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011207956.0A CN112382664A (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种倒装mosfet器件及其制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112382664A true CN112382664A (zh) 2021-02-19

Family

ID=74577599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011207956.0A Pending CN112382664A (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种倒装mosfet器件及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112382664A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114446904A (zh) * 2021-12-30 2022-05-06 光梓信息科技(深圳)有限公司 基于纳米级散热器的晶圆封装结构及方法
CN116631847A (zh) * 2023-05-04 2023-08-22 中国科学院上海微***与信息技术研究所 氧化镓异质集成结构及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103578985A (zh) * 2013-11-01 2014-02-12 中航(重庆)微电子有限公司 半导体器件及其制作方法
JP2015002293A (ja) * 2013-06-17 2015-01-05 株式会社タムラ製作所 Ga2O3系半導体素子
US20180114693A1 (en) * 2016-10-20 2018-04-26 QROMIS, Inc. Method and system for integration of elemental and compound semiconductors on a ceramic substrate
CN109103091A (zh) * 2018-07-11 2018-12-28 西安电子科技大学 Ga2O3基MOSFET器件的外延层转移方法
CN109923678A (zh) * 2016-11-09 2019-06-21 Tdk株式会社 肖特基势垒二极管和具备其的电子电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015002293A (ja) * 2013-06-17 2015-01-05 株式会社タムラ製作所 Ga2O3系半導体素子
CN103578985A (zh) * 2013-11-01 2014-02-12 中航(重庆)微电子有限公司 半导体器件及其制作方法
US20180114693A1 (en) * 2016-10-20 2018-04-26 QROMIS, Inc. Method and system for integration of elemental and compound semiconductors on a ceramic substrate
CN109923678A (zh) * 2016-11-09 2019-06-21 Tdk株式会社 肖特基势垒二极管和具备其的电子电路
CN109103091A (zh) * 2018-07-11 2018-12-28 西安电子科技大学 Ga2O3基MOSFET器件的外延层转移方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114446904A (zh) * 2021-12-30 2022-05-06 光梓信息科技(深圳)有限公司 基于纳米级散热器的晶圆封装结构及方法
CN116631847A (zh) * 2023-05-04 2023-08-22 中国科学院上海微***与信息技术研究所 氧化镓异质集成结构及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090078943A1 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
CN108461543B (zh) 一种GaN HEMT器件及其制备方法
CN112382664A (zh) 一种倒装mosfet器件及其制作方法
JP4210823B2 (ja) シヨットキバリアダイオード及びその製造方法
CN103904135B (zh) 肖特基二极管及其制造方法
KR20120027988A (ko) 질화갈륨계 반도체소자 및 그 제조방법
JP2007227939A (ja) 発光素子及びその製造方法
CN104538844B (zh) 太赫兹量子级联激光器器件结构及其制作方法
CN102810564A (zh) 一种射频器件及其制作方法
CN103904134A (zh) 基于GaN基异质结构的二极管结构及制作方法
CN112382665A (zh) 一种氧化镓基mosfet器件及其制作方法
US20220310796A1 (en) Material structure for low thermal resistance silicon-based gallium nitride microwave and millimeter-wave devices and manufacturing method thereof
CN111863953B (zh) 功率开关器件及其制作方法
JP6222540B2 (ja) 絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法
KR20130082307A (ko) 기판 구조체, 이로부터 제조된 반도체소자 및 그 제조방법
CN110600470B (zh) 一种GaN基激光器和AlGaN/GaN HEMT集成器件制备方法
JP6469795B2 (ja) 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
CN209216978U (zh) 一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片
CN113838930A (zh) 具有混合栅电极结构的氮化镓常关型器件及其制备方法
CN112825330B (zh) 一种高线性度复合栅结构的GaN晶体管器件及其制备方法
CN208368511U (zh) 半导体器件
CN113097163B (zh) 一种半导体hemt器件及其制造方法
CN113380876A (zh) 一种氮化镓功率器件结构及制备方法
CN110875384A (zh) 半导体器件及其制造方法
CN110808292A (zh) 一种基于金属檐结构的GaN基完全垂直肖特基变容管及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210219

RJ01 Rejection of invention patent application after publication