專利名稱：氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的場(chǎng)效應(yīng)管，特別是涉及一種具有新 型背金結(jié)構(gòu)的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，以其禁帶寬度大(3. 4eV)、 擊穿電壓高(3.3MV/cm)、 二維電子氣濃度高(〉1013cm2)、飽和電子速度大 (2.8X107cm/s)等特性在國(guó)際上受到廣泛關(guān)注。目前，AlGaN/GaN HEMT器 件的高頻、高壓、高溫以及大功率特性使之在微波功率器件方面有著巨大 的前景。
雖然鋁鎵氮/氮化鎵(AlGaN/GaN) HEMT功率器件(高電子遷移率晶體 管)的性能近年來(lái)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)展，尤其在高頻大功率方面，但是仍有 很多問(wèn)題沒(méi)有解決，大功率器件的散熱和接地問(wèn)題一直困擾著AlGaN/GaN HEMT實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。背金技術(shù)是目前AlGaN/GaN HEMT常用的一種散 熱方法。
采用常規(guī)背金技術(shù)制作的AlGaN/GaN HEMT功率器件，通常的工藝步驟
為
步驟l、制作AlGaN/GaN HEMT管芯，完成器件；
步驟2、勻膠保護(hù)正面管芯，粘片，采用物理機(jī)械拋光方法減薄、拋光;
步驟3、采用背面光刻技術(shù)進(jìn)行光刻，在AlGaN/GaN HEMT管芯對(duì)應(yīng)位 置形成背金圖形；
步驟4、濺射鈦/金(Ti/Au)復(fù)合層金屬形成背金起鍍層；
步驟5、利用光學(xué)光刻技術(shù)進(jìn)行光刻，在AlGaN/GaN HEMT管芯對(duì)應(yīng)位 置形成電鍍圖形；步驟6、電鍍金(Au)，剝離形成背金結(jié)構(gòu)；
步驟7、劃片，分離成單個(gè)AlGaN/GaN HEMT管芯； 步驟8、粘片、封裝。
實(shí)踐中利用金錫合金，經(jīng)過(guò)300度高溫粘片，將單個(gè)分離的功率器件 管芯固定封裝在管殼內(nèi)；或者利用金錫焊料，經(jīng)過(guò)400度高溫粘片，將單 個(gè)分離的功率器件管芯固定在PCB板上進(jìn)行內(nèi)匹配。
本發(fā)明人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷，在300度高溫條件下， 金錫合金或金錫焊料容易向內(nèi)擴(kuò)散，進(jìn)入鈦/金起鍍層，從而影響電鍍層結(jié) 構(gòu)的粘附性，導(dǎo)致背金層結(jié)構(gòu)容易從AlGaN/GaNHEMT管芯脫落，從而使器 件的實(shí)用可靠性降低。
由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然 仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn) 品設(shè)計(jì)制造的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新 的場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法， 使其更具有實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管背金結(jié)構(gòu)及其 制備方法存在的缺陷，而提供一種具有新型背金結(jié)構(gòu)的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管 及其制備方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是阻止金錫焊料或金錫合金向起鍍層 和襯底的接觸面滲透，增強(qiáng)背金結(jié)構(gòu)與場(chǎng)效應(yīng)管芯襯底的粘附性，從而提 高場(chǎng)效應(yīng)管的可靠性。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù) 本發(fā)明提出的一種氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管，包括正面管芯、襯底和背金結(jié)構(gòu)， 所述的背金結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底底面，該背金結(jié)構(gòu)包括背金起鍍層和電鍍層， 所述的背金起鍍層是由鈦金屬層、鎢金屬層和金金屬層構(gòu)成的復(fù)合金屬層， 所述的鈦金屬層與所述的襯底接觸。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的，前述的場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述的鈦金屬層的厚度為10-20nm，鎢 金屬層的厚度為35-60nm，金金屬層的厚度為60-100nm。
優(yōu)選的，前述的場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述的電鍍層的材質(zhì)為金屬金。 優(yōu)選的，前述的場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述的襯底為碳化硅或者藍(lán)寶石。 優(yōu)選的，前述的場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述的管芯包括氮化鎵層，設(shè)置在 所述的襯底頂面；鋁鎵氮層，設(shè)置在所述的氮化鎵層上；以及柵極、源極 和漏極，設(shè)置在鋁鎵氮層上，所述的源極和漏極位于所述的柵極兩側(cè)。 優(yōu)選的，前述的場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述的襯底的厚度為100-200nm。 優(yōu)選的，前述的場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述的電鍍層的厚度為2-4nm。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。依據(jù) 本發(fā)明提出的一種場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，包括以下步驟 步驟l:對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的襯底進(jìn)行減薄和拋光；
步驟2:采用光刻法在所述的場(chǎng)效應(yīng)管管芯對(duì)應(yīng)的襯底背面形成背金圖
形；
步驟3:通過(guò)濺射法，在所述的襯底背面形成鈦/鎢/金復(fù)合金屬層作為 起鍍層；
步驟4:通過(guò)電鍍法，在上述的復(fù)合金屬層上形成電鍍層。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其中所述的經(jīng)過(guò)步驟1得到的襯底的粗 糙度低于+20nm。
前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其中所述的步驟1包括首先采用物理
機(jī)械法對(duì)襯底進(jìn)行減薄和拋光，然后以氫氧化鈉溶液作為拋光液對(duì)襯底進(jìn) 行化學(xué)機(jī)械拋光。
前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其中所述的氫氧化鈉溶液的pH值為 7. 5-11。
前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其中所述的步驟3所述的鈦/鎢/金復(fù)合 金屬層包括厚度為10-20nm的鈦金屬層，厚度為35-60nm的鎢金屬層， 厚度為60-100nm的金金屬層。前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，在其中所述的步驟3得到的復(fù)合金屬層 上先形成一電鍍圖形，然后再進(jìn)行步驟4。
前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其中所述的電鍍圖形與所述的起鍍層圖 形相同，由起鍍層和電鍍層共同形成背金結(jié)構(gòu)。。
前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其中所述的場(chǎng)效應(yīng)管包括 襯底；
氮化鎵層，設(shè)置在所述的襯底頂面； 鋁鎵氮層，設(shè)置在所述的氮化鎵層上；以及
柵極、源極和漏極，設(shè)置在鋁鎵氮層上，所述的源極和漏極位于所述 的柵極兩側(cè)。
前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，在所述的步驟1之前對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的正面 涂光刻膠；在步驟4之后利用丙酮對(duì)無(wú)圖形區(qū)域的起鍍層和電鍍層金屬進(jìn) 行剝離。
前述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其還包括采用金錫焊料進(jìn)行粘片和封 裝步驟。
經(jīng)由上述可知，本發(fā)明公開(kāi)了一種具有新型背金結(jié)構(gòu)的氮化鎵基場(chǎng)效 應(yīng)管及其制備方法，包括采用氫氧化鈉(NaOH)拋光液，利用化學(xué)機(jī)械拋 光對(duì)GaN基場(chǎng)效應(yīng)管的襯底進(jìn)行減薄和拋光；采用濺射的方法濺射鈦/鎢/ 金(Ti/W/Au)復(fù)合層金屬的方法形成背金起鍍層，采用電鍍的方法電鍍金 形成整個(gè)氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管的背金結(jié)構(gòu)。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)-
1、 本發(fā)明提供的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管，采用鈦/鎢/金作為起鍍層，在粘 片封裝的過(guò)程中，鈦/鎢/金系統(tǒng)有效地阻擋了在高溫烘烤過(guò)程中金錫焊料 或金錫合金向襯底的滲透，增強(qiáng)了背金結(jié)構(gòu)在碳化硅襯底或藍(lán)寶石襯底的 粘附性。
2、 本發(fā)明提供的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，利用氫氧化鈉拋光 液，采用化學(xué)機(jī)械拋光的方法對(duì)襯底進(jìn)行拋光，提高碳化硅襯底或藍(lán)寶石 襯底的平整度，使襯底粗糙度達(dá)到〈士20nm，有效地減小了塵埃在襯底的附著，提高了背金結(jié)構(gòu)在碳化硅襯底或藍(lán)寶石襯底的粘附性。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例 并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。


圖1為本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)管管芯剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的制作GaN基場(chǎng)效應(yīng)管的剖面示意圖。 圖3為本發(fā)明提供的制作GaN基場(chǎng)效應(yīng)管的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方 法其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
如圖1和圖2所示，圖1為本發(fā)明所基于的GaN基場(chǎng)效應(yīng)管管芯的結(jié) 構(gòu)示意圖，圖2基場(chǎng)效應(yīng)管的剖面示意圖。該場(chǎng)效應(yīng)管包括管芯、襯底IOO 和背金結(jié)構(gòu)。所述的管芯包括設(shè)置在所述的襯底100頂面的氮化鎵層101; 設(shè)置在所述的氮化鎵層101上的鋁鎵氮層102;以及設(shè)置在鋁鎵氮層102上 的柵極104、源極103和漏極105，所述的源極和漏極位于所述的柵極兩側(cè)。 源極103與鋁鎵氮層102以及漏極105與鋁鎵氮層102之間通過(guò)退火合金 形成歐姆接觸，柵極104通過(guò)蒸發(fā)金屬形成在鋁鎵氮層102上。所述的襯 底為碳化硅或者藍(lán)寶石，襯底的厚度為100-200nm，襯底的粗糙度為士20nm。 所述的背金結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底100底面，該背金結(jié)構(gòu)包括背金起鍍層和電鍍 層140。所述的背金起鍍層是由鈦金屬層110、鎢金屬層120和金金屬層130 構(gòu)成的復(fù)合金屬層，所述的鈦金屬層110直接與所述的襯底100接觸。電 鍍層140設(shè)置在上述的金金屬層130之上。上述的鈦金屬層110的厚度為 10-20nm，鉤金屬層120的厚度為35-60nm，金金屬層130的厚度為60-100nm。 所述的電鍍層的材質(zhì)為金屬金，電鍍層的厚度為2-4um。所述的背金起鍍層是通過(guò)濺射鈦/鎢/金(Ti/W/Au)金屬形成，所述的電鍍層是通過(guò)在背金 起鍍層金屬上電鍍金的方法形成。
基于本發(fā)明上述提供的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)，圖3示出了本發(fā)明 提供的場(chǎng)效應(yīng)管制作流程圖，該方法包括如下步驟
步驟S1、制作AlGaJVGaN HEMT (鋁鎵氮/氮化鎵高電子遷移率晶體管) 管芯；管芯結(jié)構(gòu)如圖1所示，該管芯包括設(shè)置在所述的襯底頂面的氮化 鎵層；設(shè)置在所述的氮化鎵層上的鋁鎵氮層；以及設(shè)置在鋁鎵氮層上的柵 極、源極和漏極，所述的源極和漏極位于所述的柵極兩側(cè)。
步驟S2、采用正性光刻膠9918涂覆正面管芯，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，光刻膠 的厚度為4咖；并采用倒扣粘附的方式粘片。
步驟S3、采用物理機(jī)械方法對(duì)襯底進(jìn)行減薄，將管芯的厚度減薄到 150mn，然后用pH值為7.5-ll的氫氧化鈉溶液作為拋光液，對(duì)襯底進(jìn)行化 學(xué)機(jī)械拋光，使襯底的粗糙度低于士20nm;
步驟S4、采用背面光學(xué)光刻技術(shù)進(jìn)行光刻，在AlGaN/GaNHEMT管芯的 襯底底面形成背金圖形。
步驟S5、利用磁控濺射方法在襯底底面濺射鈦/鎢/金(Ti/W/Au)復(fù)合 層金屬形成背金起鍍層，控制鈦/鎢/金三種金屬的厚度為10-20nm、35-60nm 和60-100nm，較佳的，所述的Ti/W/Au的厚度為20nm/50nm/80nm。該起鍍 層具有與上述的背金圖形相同的起鍍層圖形。
步驟S6、利用光學(xué)光刻技術(shù)對(duì)背金起鍍層進(jìn)行光刻，與前述的背金圖 形對(duì)應(yīng)形成電鍍圖形；所述的電鍍圖形與所述的起鍍層圖形相同。
步驟S7、在背金起鍍層上電鍍金(Au)，形成2.5-4um的電鍍層，所 述的起鍍層和電鍍層共同形成背金結(jié)構(gòu)，優(yōu)選電鍍層的厚度為3um;
步驟S8、利用丙酮對(duì)無(wú)圖形區(qū)域的起鍍層和電鍍層金屬進(jìn)行剝離，形 成本實(shí)施例的具新型背金結(jié)構(gòu)的氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管；采用金錫焊料正面粘 片，封裝。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例 所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管，包括正面管芯、襯底和背金結(jié)構(gòu)，所述的背金結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底底面，該背金結(jié)構(gòu)包括背金起鍍層和電鍍層，其特征在于所述的背金起鍍層是由鈦金屬層、鎢金屬層和金金屬層構(gòu)成的復(fù)合金屬層，所述的鈦金屬層與所述的襯底接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，其中所述的鈦金屬層的厚度為10-20nm，鎢金屬層的厚度為35-60nm，金金屬層的厚度為 60-100nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述的電鍍層的材 質(zhì)為金屬金。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述的襯底為碳化硅或者藍(lán)寶石。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述的正面管芯包括氮化鎵層，設(shè)置在所述的襯底頂面； 鋁鎵氮層，設(shè)置在所述的氮化鎵層上；以及柵極、源極和漏極，設(shè)置在鋁鎵氮層上，所述的源極和漏極位于所述 的柵極兩側(cè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，所述的襯 底的厚度為100-200nm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于其中所述的電鍍 層的厚度為2-4um。
8、 一種場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于包括以下步驟 步驟l:對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的襯底進(jìn)行減薄和拋光；步驟2:采用光刻法在所述的場(chǎng)效應(yīng)管管芯對(duì)應(yīng)的襯底背面形成背金圖形；步驟3:通過(guò)濺射法，在所述的襯底背面形成鈦/鎢/金復(fù)合金屬層作為 起鍍層；步驟4:通過(guò)電鍍法，在上述的復(fù)合金屬層上形成電鍍層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，經(jīng)過(guò)步 驟1得到的襯底的粗糙度低于i20nm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，所述 的步驟1包括首先采用物理機(jī)械法對(duì)襯底進(jìn)行減薄和拋光，然后以氫氧 化鈉溶液作為拋光液對(duì)襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于其中所 述的氫氧化鈉溶液的pH值為7. 5-11。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于步驟3 所述的鈦/鎢/金復(fù)合金屬層包括厚度為10-20nm的鈦金屬層，厚度為 35-60nm的鎢金屬層，厚度為60-100nm的金金屬層。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，在步 驟3得到的復(fù)合金屬層上先形成一電鍍圖形，然后再進(jìn)行步驟4。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，所述 的電鍍圖形與所述的起鍍層圖形相同，由起鍍層和電鍍層共同形成背金結(jié) 構(gòu)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于所述的 場(chǎng)效應(yīng)管管芯包括氮化鎵層，設(shè)置在所述的襯底頂面； 鋁鎵氮層，設(shè)置在所述的氮化鎵層上；以及柵極、源極和漏極，設(shè)置在鋁鎵氮層上，所述的源極和漏極位于所述 的柵極兩側(cè)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求8-15任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在 于，在所述的步驟1之前對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的正面涂光刻膠；在步驟4之后利用 丙酮對(duì)無(wú)圖形區(qū)域的起鍍層和電鍍層金屬進(jìn)行剝離。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的場(chǎng)效應(yīng)管的制備方法，其特征在于，還包 括采用金錫焊料進(jìn)行粘片和封裝步驟。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種氮化鎵基場(chǎng)效應(yīng)管及其制備方法。該場(chǎng)效應(yīng)管包括正面管芯、襯底和背金結(jié)構(gòu)，所述的襯底包括碳化硅襯底或藍(lán)寶石襯底，所述的背金結(jié)構(gòu)設(shè)置在襯底底面，該背金結(jié)構(gòu)包括背金起鍍層和電鍍層，所述的背金起鍍層是由鈦金屬層、鎢金屬層和金金屬層構(gòu)成的復(fù)合金屬層，所述的鈦金屬層與所述的襯底接觸。本發(fā)明采用氫氧化鈉拋光液，對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的襯底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，采用濺射鈦/鎢/金復(fù)合層金屬的方法形成背金起鍍層，利用鎢的良好阻擋性能，鈦/鎢/金系統(tǒng)有效地阻擋金錫合金或金錫焊料在高溫條件下向襯底滲透，有效地增強(qiáng)了背金結(jié)構(gòu)在碳化硅襯底或藍(lán)寶石襯底的粘附性。
文檔編號(hào)H01L29/778GK101442071SQ200810240270
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者劉新宇, 劉果果, 李誠(chéng)瞻, 鄭英奎, 珂 魏, 俊 黃 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所