一種GaN壓力傳感器芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種GaN壓力傳感器芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]作為寬禁帶半導(dǎo)體的典型代表，GaN具有更寬的禁帶寬度、更高的飽和電子漂移速度、更大的臨界擊穿電場強(qiáng)度、更好的導(dǎo)熱性能等特點(diǎn)，更重要的是它與AlGaN能夠形成AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，便于制作HEMT器件。實(shí)際上，GaN、AlN和AlxGal-xN均為壓電材料。
[0003]GaN壓力傳感器一直是人們的研究熱點(diǎn)之一，利用GaN、AlGaN壓電特性，壓力變化轉(zhuǎn)換為HEMT器件二維電子氣(2DEG)濃度、迀移率等變化，通過電學(xué)性能的測量，實(shí)現(xiàn)壓力傳感。GaN壓力傳感器主要采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，一是直接使用HEMT器件，但由于AlGaN肖特基勢皇層通常只有數(shù)十個納米，SiN或Si02鈍化層通常僅有數(shù)個微米，在測試環(huán)境下容易造成勢皇層的損傷，較難界定二維電子氣的變化是由壓力造成還是由勢皇層損傷造成；另一種是采用器件轉(zhuǎn)移的方式，利用背面的GaN材料制作壓力傳感器，GaN器件轉(zhuǎn)移一直是世界性難題，較難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、大批量生產(chǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種GaN壓力傳感器芯片，該方法可以很好地解決上述問題。
[0005]為達(dá)到上述要求，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:提供一種GaN壓力傳感器芯片，包括由下而上依次形成的襯底、A1N緩沖層、GaN過渡層、A1N隔離層、AlGaN肖特基勢皇層和GaN帽層，所述GaN過渡層與所述AlGaN肖特基勢皇層形成二維電子氣，所述二維電子氣位于所述GaN過渡層和所述A1N隔離層之間；所述GaN帽層設(shè)有壓力感應(yīng)區(qū)，所述壓力感應(yīng)區(qū)從GaN帽層的上表面嵌入延伸至所述GaN過渡層內(nèi)部，在鄰近壓力感應(yīng)區(qū)的GaN帽層上形成有柵極、源極和漏極，漏極位于壓力感應(yīng)區(qū)和源極之間，柵極位于源極和漏極之間，并在GaN帽層上生長有具有張應(yīng)力的鈍化層，鈍化層完全覆蓋柵極、源極和漏極，鈍化層上罩設(shè)有保護(hù)至
ΠΠ ο
[0006]優(yōu)選的，襯底的材料為51、51(:、6&1藍(lán)寶石或金剛石。
[0007]優(yōu)選的，鈍化層的材料為SiN或Si02。
[0008]優(yōu)選的，保護(hù)蓋的材料為塑料、陶瓷或高分子材料。
[0009]優(yōu)選的，保護(hù)蓋為圓形，所述柵極、源極和漏極呈圓形排布，所述壓力感應(yīng)區(qū)全部或部分環(huán)繞所述保護(hù)蓋。
[0010]優(yōu)選的，保護(hù)蓋為方形，所述柵極、源極和漏極呈方形排布，所述壓力感應(yīng)區(qū)全部或部分平行于所述保護(hù)蓋。
[0011]優(yōu)選的，壓力感應(yīng)區(qū)的寬度為ΙΟΟμπι?2mm。
[0012]優(yōu)選的，壓力感應(yīng)區(qū)與鈍化層的距離為500nm?500μπι。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014](1)通過設(shè)置保護(hù)蓋可以有效地保護(hù)了數(shù)十納米的AlGaN肖特基勢皇層，確保器件電性能的變化是由壓力引起的二維電子氣濃度、迀移率的變化造成的；
[0015](2)通過GaN材料將壓力傳遞至器件，利用電學(xué)性能的變化實(shí)現(xiàn)壓力傳感，無需器件轉(zhuǎn)移，集成度高，工藝簡單，有利于進(jìn)一步降低成本。
【附圖說明】
[0016]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，在這些附圖中使用相同的參考標(biāo)號來表示相同或相似的部分，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例GaN壓力傳感器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中保護(hù)蓋為圓形時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中保護(hù)蓋為矩形時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中:1、襯底;2、A1N緩沖層；3、GaN過渡層;4、二維電子氣；5、A1N隔離層;6、AlGaN肖特基勢皇層;7、GaN帽層;8、鈍化層;9、保護(hù)蓋；10、源極；11、柵極；12、漏極；13、壓力感應(yīng)區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本申請作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。為簡單起見，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。
[0022]本實(shí)用新型提供一種GaN壓力傳感器芯片，如圖1所示，包括由下而上依次形成的襯底1、A1N緩沖層2、GaN過渡層3、A1N隔離層5、AlGaN肖特基勢皇層6和GaN帽層7，GaN過渡層3與所述AlGaN肖特基勢皇層6形成二維電子氣4，二維電子氣4位于GaN過渡層3和所述A1N隔離層5之間；GaN帽層7設(shè)有壓力感應(yīng)區(qū)13，壓力感應(yīng)區(qū)13從GaN帽層7的上表面嵌入延伸至GaN過渡層3內(nèi)部，在鄰近壓力感應(yīng)區(qū)13的GaN帽層7上形成有柵極11、源極10和漏極12，漏極12位于壓力感應(yīng)區(qū)13和源極10之間，柵極11位于源極10和漏極12之間，并在GaN帽層7上生長有具有張應(yīng)力的鈍化層8，鈍化層8完全覆蓋柵極11、源極10和漏極12，鈍化層8上罩設(shè)有保護(hù)蓋9。
[0023]襯底1的材料為31、31(:、6&1藍(lán)寶石或金剛石，其主要起支撐作用。
[0024]鈍化層8的材料為SiN或Si02。
[0025]保護(hù)蓋9的材料為塑料、陶瓷或高分子材料，可以有效地保護(hù)了AlGaN肖特基勢皇層6，確保器件電性能的變化是由壓力引起的二維電子氣4濃度、迀移率的變化造成的。
[0026]如圖2所示，保護(hù)蓋9為圓形，所述柵極11、源極10和漏極12呈圓形排布，所述壓力感應(yīng)區(qū)13全部或部分環(huán)繞所述保護(hù)蓋9。
[0027]如圖3所示，保護(hù)蓋9為方形，所述柵極11、源極10和漏極12呈方形排布，所述壓力感應(yīng)區(qū)13全部或部分平行于所述保護(hù)蓋9。
[0028]壓力感應(yīng)區(qū)13的寬度D為ΙΟΟμπι?2mm。
[0029]壓力感應(yīng)區(qū)13與鈍化層8的距離L為500nm?500μπι。
[0030 ]本實(shí)用新型利用GaN材料的壓電特性制作GaN壓力傳感器，當(dāng)其受到壓力時，尤其在如航空航天、列車、石油鉆探等高壓力、復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域，由于保護(hù)蓋9的作用，有效地保護(hù)了 AlGaN肖特基勢皇層6，確保器件的電性能變化不是由AlGaN肖特基勢皇層6的損傷造成，同時，GaN壓力感應(yīng)區(qū)13受到壓應(yīng)力時，由于GaN材料的壓電特性，導(dǎo)致二維電子氣4濃度、迀移率發(fā)生變化，使得器件電學(xué)性能如1-V曲線等發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)壓力探測。
[0031]以上所述實(shí)施例僅表示本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能理解為對本實(shí)用新型范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍。因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以所述權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaN壓力傳感器芯片，其特征在于，包括由下而上依次形成的襯底、A1N緩沖層、GaN過渡層、A1N隔離層、AlGaN肖特基勢皇層和GaN帽層，所述GaN過渡層與所述AlGaN肖特基勢皇層形成二維電子氣，所述二維電子氣位于所述GaN過渡層和所述A1N隔離層之間；所述GaN帽層設(shè)有壓力感應(yīng)區(qū)，所述壓力感應(yīng)區(qū)從GaN帽層的上表面嵌入延伸至所述GaN過渡層內(nèi)部，在鄰近所述壓力感應(yīng)區(qū)的GaN帽層上形成有柵極、源極和漏極，所述漏極位于所述壓力感應(yīng)區(qū)和源極之間，所述柵極位于源極和漏極之間，并在所述GaN帽層上生長有具有張應(yīng)力的鈍化層，所述鈍化層完全覆蓋柵極、源極和漏極，且鈍化層上罩設(shè)有保護(hù)蓋。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN壓力傳感器芯片，其特征在于，所述襯底的材料為S1、SiC、GaN、藍(lán)寶石或金剛石。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN壓力傳感器芯片，其特征在于，所述鈍化層的材料為SiN或Si02o4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN壓力傳感器芯片，其特征在于，所述保護(hù)蓋的材料為塑料、陶瓷或高分子材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN壓力傳感器芯片，其特征在于，所述保護(hù)蓋為圓形，所述柵極、源極和漏極呈圓形排布，所述壓力感應(yīng)區(qū)全部或部分環(huán)繞所述保護(hù)蓋。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GaN壓力傳感器芯片，其特征在于，所述保護(hù)蓋為方形，所述柵極、源極和漏極呈方形排布，所述壓力感應(yīng)區(qū)全部或部分平行于所述保護(hù)蓋。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN壓力傳感器芯片，其特征在于，所述壓力感應(yīng)區(qū)的寬度為100um?2mmo8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的GaN壓力傳感器芯片，其特征在于，所述壓力感應(yīng)區(qū)與鈍化層的距離為500nm?500μπιο
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種GaN壓力傳感器芯片，包括由下而上依次形成的襯底、AlN緩沖層、GaN過渡層、AlN隔離層、AlGaN肖特基勢壘層和GaN帽層，所述GaN過渡層與所述AlGaN肖特基勢壘層形成二維電子氣，所述二維電子氣位于所述GaN過渡層和所述AlN隔離層之間；所述GaN帽層設(shè)有壓力感應(yīng)區(qū)，所述壓力感應(yīng)區(qū)從GaN帽層的上表面嵌入延伸至所述GaN過渡層內(nèi)部，在鄰近所述壓力感應(yīng)區(qū)的GaN帽層上生長有具有張應(yīng)力的鈍化層和保護(hù)蓋，所述鈍化層內(nèi)形成有柵極、源極和漏極，所述漏極位于所述壓力感應(yīng)區(qū)和源極之間，所述柵極位于源極和漏極之間，所述保護(hù)蓋罩設(shè)于鈍化層上。本實(shí)用新型通過GaN材料將壓力傳遞至器件，利用電學(xué)性能的變化實(shí)現(xiàn)壓力傳感，無需器件轉(zhuǎn)移，集成度高，工藝簡單。
【IPC分類】H01L41/08, H01L41/04
【公開號】CN205081147
【申請?zhí)枴緾N201520935585
【發(fā)明人】陳一峰
【申請人】成都嘉石科技有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月19日