一种Si基GaN Bi-HEMT芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体芯片的制造领域，尤其是指一种Si基GaN B1-HEMT芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]半导体芯片的发明是二十世纪的一项创举，使人类相继进入了电子工业时代和信息化时代。综合利用多种半导体材料和器件功能制备而成的微波集成电路是当前发展各种高科技武器的重要支柱，广泛用于各种先进的战术导弹、电子战、通信系统、陆海空基的各种先进的相控阵雷达(特别是机载和星载雷达)；在民用商业的移动电话、无线通信、个人卫星通信网、全球定位系统、直播卫星接收和毫米波自动防撞系统等方面已形成正在飞速发展的巨大市场。
[0003]与第一代半导体材料Si及第二代半导体材料GaAs、InP相比，GaN具有更大的禁带宽度、更高的电子饱和漂移速度、更高的击穿电压和较高的热导率等特点。GaN基微电子材料和器件的研究和开发已成为世界各国竞相占领的高科技制高点，是半导体科学、材料科学、高温电子学、超过兆瓦的固态功率电子学、高功率密度射频电子学的前沿研究领域。
[0004]GaN基合金AlGaN、InGaN、InAlGaN可与GaN构成非常有用的异质结，六方钎锌矿结构的GaN基材料具有自发极化和压电极化效应，利用这些效应可以获得很高的载流子浓度和迀移率。这些特性决定了 GaN基材料非常适合于制作高温、高频、大功率微波集成电路。开展GaN功率器件、MMIC电路和模块的研究，重点解决器件和电路的可靠性，研制出系列高频大功率GaN器件和电路和组件是信息时代发展的迫切需要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种Si基GaN B1-HEMT芯片及其制备方法，能有效降低芯片电阻，增加低功率模式下附加功率效率，有利于提高线性度，并采用SiC作为缓冲层，可以避免GaN外延层与Si衬底晶格失配带来的缺陷，提高芯片可靠性，同时，缩小了芯片体积，有利于减少了电路面积。
[0006]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其Si基GaN B1-HEMT芯片，由上下叠置的GaN HBT芯片和GaN HEMT芯片构成，所述GaN HEMT芯片包括有Si衬底、SiC外延层、A1N缓冲层、GaN缓冲层、GaN HEMT沟道层、AlGaN HEMT势皇层、GaN HEMT接触层、GaN HEMT源电极、GaN HEMT栅电极、GaN HEMT漏电极，所述GaN HBT芯片包括有GaN HBT下集电极层、GaN HBT集电极层、GaN HBT基极层、GaN HBT发射极层、GaN HBT下集电极层电极、GaNHBT基极层电极、GaN HBT发射极层电极；其中，所述Si衬底、SiC外延层、A1N缓冲层、GaN缓冲层、GaN HEMT沟道层、AlGaN HEMT势皇层、GaN HEMT接触层、GaN HBT下集电极层、GaNHBT集电极层、GaN HBT基极层、GaN HBT发射极层从下至上依次层叠设置，所述GaN HEMT源电极、GaN HEMT漏电极分别制备在GaN HEMT接触层上面，而该GaN HEMT接触层上面的外延层将通过刻蚀去除，所述GaN HEMT栅电极制备在GaN HEMT接触层或GaN HEMT沟道层上面，而该GaN HEMT接触层或GaN HEMT沟道层上面的外延层将通过刻蚀去除，所述GaN HBT下集电极层电极制备在GaN HBT下集电极层的上面，而该GaN HBT下集电极层上面的外延层将通过刻蚀去除，所述GaN HBT基极层电极制备在GaN HBT基极层的上面，而该GaN HBT基极层上面的外延层将通过刻蚀去除，所述GaN HBT发射极层电极制备在GaN HBT发射极层的上面；所述GaN HEMT芯片通过刻蚀或高能粒子注入方式在其上形成有隔离带，且隔离深度需超过GaN缓冲层，所述隔离带将GaN HEMT芯片区分为隔离的第一部分和第二部分，所述GaN HEMT源电极、GaN HEMT栅电极、GaN HEMT漏电极制备于第一部分，而所述GaN HBT芯片则是制备于第二部分上面。
[0007]所述Si衬底、SiC外延层、A1N缓冲层、GaN缓冲层为高电阻率层。
[0008]所述GaN HEMT源电极、GaN HEMT栅电极、GaN HEMT漏电极、GaN HBT下集电极层、GaN HBT集电极层、GaN HBT基极层、GaN HBT发射极层、GaN HBT下集电极层电极、GaN HBT基极层电极、GaN HBT发射极层电极所采用的金属材料为Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ni/Au的一种。
[0009]所述A1N缓冲层、GaN缓冲层、GaN HEMT沟道层、AlGaN HEMT势皇层、GaN HEMT接触层、GaN HBT下集电极层、GaN HBT集电极层、GaN HBT基极层、GaN HBT发射极层为GaN、AIN、InN以及它们的三元、四元合金组成的薄膜材料。
[0010]本发明所述的Si基GaN B1-HEMT芯片的制备方法，包括以下步骤:
[0011]1)选用所需的Si衬底，该Si衬底为高电阻率衬底；
[0012]2)在所述Si衬底上依次制备高电阻率的SiC外延层、A1N缓冲层、GaN缓冲层；
[0013]3)在所述GaN缓冲层上依次生长GaN HEMT沟道层、AlGaN HEMT势皇层、GaN HEMT接触层，以完成GaN HEMT芯片的外延层生长；
[0014]4)在所述GaN HEMT芯片的外延层上依次生长GaN HBT下集电极层、GaN HBT集电极层、GaN HBT基极层、GaN HBT发射极层，以完成GaN HBT芯片的外延层生长；
[0015]5)采用刻蚀方法，去除部分区域的GaN HBT芯片的外延层，在GaN HEMT接触层上制备GaN HEMT源电极、GaN HEMT漏电极，及在GaN HEMT接触层或GaN HEMT沟道层上制备GaN HEMT栅电极；完成GaN HEMT芯片的制备；
[0016]6)刻蚀至GaN HBT下集电极层，在其上制备GaN HBT下集电极层电极；刻蚀至GaNHBT基极层，在其上制备GaN HBT基极层电极；在GaN HBT发射极层上制备GaN HBT发射极层电极；完成GaN HBT芯片的制备；
[0017]7)采用刻蚀或高能粒子注入方式在GaN HEMT芯片上制备隔离带，以将GaN HEMT芯片和GaN HBT芯片隔离开；至此，便完成所需的Si基GaN B1-HEMT芯片的制备。
[0018]在步骤1)中，通过区熔法或直拉法生长高阻率Si单晶，然后再切割成所需的Si衬底；所述Si衬底也能够采用SOI绝缘衬底上的硅。
[0019]在步骤2)中，所述SiC外延层采用CVD或磁控溅射方法制备，通过控制生长条件制备本征SiC外延层，或者引入银、络、猛、铁元素掺杂提高电阻率；所述A1N缓冲层、GaN缓冲层采用M0CVD或MBE方法制备，通过控制生长条件制备本征A1N缓冲层和GaN外延层，或者引入1凡、络、猛、铁兀素惨杂提尚电阻率。
[0020]在步骤5)、6)、7)中，所述刻蚀方法为干法ICP刻蚀；刻蚀气体选择为氟气、氯气，或氟基、氯基气体化合物。
[0021]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0022]通过外延和刻蚀工艺，将GaN HEMT和GaN HBT芯片集成在一个衬底上，可以有效减少半导体芯片和电路尺寸，有利于降低芯片制备成本，起到降低电阻和提高低功率模式下附加功率效率和线性度的作用。同时，在Si衬底上外延SiC材料，然后再SiC上外延GaN材料，可以避免Si与GaN晶格失配所带来的缺陷和位错对性能芯片的影响。
【附图说明】
[0023]图1为本发明所述Si基GaN B1-HEMT芯片的结构示意图。
[0024]图2为本发明所述Si基GaN B1-HEMT芯片的外延结构图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0026]如图1和图2所示，本实施例所述的Si基GaN B1-HEMT芯片，由上下叠置的GaNHBT芯片和GaN HEMT芯片构成，所述GaN HEMT芯片包括有Si衬底l、SiC外延层2、A1N缓冲层3、GaN缓冲层4、GaN HEMT沟道层5、AlGaN HEMT势皇层6、GaN HEMT接触层7、GaNHEMT源电极8、GaN HEMT栅电极9、GaN HEMT漏电极10，所述GaN HBT芯片包括有GaN HBT下集电极层11、GaN HBT集电极层12、GaN HB