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(Ga

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Cl

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Cl

(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。