具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管及制备方法

本发明属于半导体，涉及一种具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管及制备方法。

背景技术：

1、氧化镓作为第四代半导体材料，具有比碳化硅和氮化镓更宽的带隙，更高的临界击穿场强，更大的baliga优值，以及更低的制备成本，是制备功率器件的优选材料。但由于氧化镓的热导率低，氧化镓基功率器件会由于过高的温度而产生可靠性问题，导致器件的输出功率下降，从而散热问题限制了氧化镓基功率器件的发展，因此业界对氧化镓基功率器件的热管理提出了更高的要求。

2、现有技术在制备氧化镓基功率器件时，一般利用异质集成法将氧化镓与高导热衬底结合，并在此基础上将氧化镓层尽可能地减薄，以缩短热源到衬底的传热距离，同时通过优化工艺以减小氧化镓与衬底材料的界面热阻，然而依靠热传导方式的散热效率依然有限，难以满足器件在更大功率密度下的散热需求。

3、因此，提供一种具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管及制备方法，实属必要。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管及制备方法，用于解决现有技术中氧化镓场效应晶体管的散热问题。

2、为实现上述目，本发明提供一种具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

3、提供氧化镓衬底及支撑衬底，将所述氧化镓衬底及所述支撑衬底进行键合制备包括氧化镓层及所述支撑衬底的氧化镓异质集成结构；

4、图形化所述氧化镓异质集成结构，形成贯穿所述氧化镓层且底部位于所述支撑衬底中的狭缝；

5、基于所述狭缝刻蚀所述支撑衬底，形成贯穿所述氧化镓层的具有第一宽度的第一沟槽，及位于所述支撑衬底中的具有第二宽度的第二沟槽，且所述第二宽度大于所述第一宽度；

6、对所述支撑衬底进行刻蚀，于所述支撑衬底中形成具有冷却介质出入口的第三沟槽，且所述第三沟槽与所述第二沟槽相连通；

7、于所述氧化镓层上形成间隔设置的金属电极，且所述金属电极密封所述第一沟槽；

8、于所述金属电极之间形成位于所述氧化镓层上的栅极结构。

9、可选地，制备所述氧化镓异质集成结构的方法包括键合研磨法或智能剥离转移法。

10、可选地，所述支撑衬底包括si衬底、sic衬底、aln衬底或金刚石衬底。

11、可选地，键合前，所述氧化镓衬底和/或所述支撑衬底的表面具有绝缘层，所述绝缘层包括氧化硅层。

12、可选地，制备所述狭缝的方法包括刻蚀法或激光烧蚀法，其中，采用刻蚀法制备所述狭缝的步骤包括：

13、于所述氧化镓层的表面形成硬掩膜；

14、于所述硬掩膜上形成图形化光刻胶，采用电感耦合等离子体刻蚀所述硬掩膜，以图形化所述硬掩膜；

15、去除所述光刻胶，刻蚀所述氧化镓层，以显露所述支撑衬底；

16、采用bosch工艺刻蚀所述支撑衬底，形成所述狭缝。

17、可选地，还包括于所述氧化镓层与所述金属电极之间形成欧姆接触的步骤；形成所述金属电极的方法包括电镀法。

18、可选地，所述冷却介质包括液体冷却介质或气体冷却介质。

19、可选地，基于所述狭缝刻蚀所述支撑衬底的方法包括各向同性刻蚀法；于所述支撑衬底中形成所述第三沟槽的方法包括bosch工艺。

20、本发明还提供一种具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管，所述异质集成氧化镓场效应晶体管包括：

21、氧化镓异质集成结构，所述氧化镓异质集成结构包括支撑衬底及位于所述支撑衬底上的氧化镓层，所述氧化镓层中具有贯穿所述氧化镓层的具有第一宽度的第一沟槽，所述支撑衬底中具有第二宽度的第二沟槽及具有冷却介质出入口的第三沟槽，所述第二宽度大于所述第一宽度，且所述第二沟槽连接所述第一沟槽及所述第三沟槽；

22、间隔设置的金属电极，所述金属电极位于所述氧化镓层上，且所述金属电极密封所述第一沟槽；

23、栅极结构，所述栅极结构位于所述氧化镓层上且位于所述金属电极之间。

24、可选地，所述第二沟槽包括纵横交错的网状沟槽或条状沟槽。

25、如上所述，本发明的具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管及制备方法，通过在氧化镓异质集成结构中直接制备嵌入式的微流道，可使得冷却介质直接靠近热源流过，从而实现高效的散热，降低场效应晶体管的沟道温度，优化器件的热性能。本发明的基于内嵌微流道和异质集成的氧化镓场效应晶体管，具有结构紧凑，传热效率高，冷却系统能耗低等优点。

技术特征：

1.一种具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：制备所述氧化镓异质集成结构的方法包括键合研磨法或智能剥离转移法。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述支撑衬底包括si衬底、sic衬底、aln衬底或金刚石衬底。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：键合前，所述氧化镓衬底和/或所述支撑衬底的表面具有绝缘层，所述绝缘层包括氧化硅层。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：制备所述狭缝的方法包括刻蚀法或激光烧蚀法，其中，采用刻蚀法制备所述狭缝的步骤包括：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：还包括于所述氧化镓层与所述金属电极之间形成欧姆接触的步骤；形成所述金属电极的方法包括电镀法。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述冷却介质包括液体冷却介质或气体冷却介质。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：基于所述狭缝刻蚀所述支撑衬底的方法包括各向同性刻蚀法；于所述支撑衬底中形成所述第三沟槽的方法包括bosch工艺。

9.一种具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述异质集成氧化镓场效应晶体管包括：

10.根据权利要求9所述的异质集成氧化镓场效应晶体管，其特征在于：所述第二沟槽包括纵横交错的网状沟槽或条状沟槽。

技术总结
本发明提供一种具有微流道的异质集成氧化镓场效应晶体管及制备方法，通过在氧化镓异质集成结构中直接制备嵌入式的微流道，可使得冷却介质直接靠近热源流过，从而实现高效的散热，降低场效应晶体管的沟道温度，优化器件的热性能。本发明的基于内嵌微流道和异质集成的氧化镓场效应晶体管，具有结构紧凑，传热效率高，冷却系统能耗低等优点。

技术研发人员：欧欣,赵天成,游天桂,徐文慧
受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13