一种氧化镓悬空晶体管阵列的制备方法

1.本发明属于晶体管应用技术领域，具体涉及一种氧化镓悬空晶体管阵列的制备方法。


背景技术：

2.在晶体管应用领域，由硅组成的主流功率器件正接近其基本性能的极限，导致商用的功率系统变得笨重而低效。第三代宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、导电性能好等优势。
3.日盲探测器是能够对深紫外光辐射做出光电响应的器件。来自太阳的所有短波紫外线(100-280nm)辐射都被大气中的双原子氧或臭氧所吸收，很少能从太阳到达地球表面。波长为200-280nm的光谱区域内的信号可以在不受太阳辐射影响的情况下被有效检测到，该区域称为“日盲”区。日盲光电探测器具有太阳光屏蔽效果，与可见光和红外光探测相比，又具有背景噪音低、信号不受干扰等显著优势。可以应用于如导弹羽跟踪、火焰检测和环境监测等环境中。氧化镓材料的禁带宽度(4.9ev)决定其对应吸收波长在200-280nm之间，位于深紫外日盲区，是目前为数不多的理想深紫外“日盲”光电材料。
4.一方面主流的硅基晶体管越来越接近发展的性能上限，另一方面传统的日盲探测器主要利用铝镓氮和氧镁锌等宽禁带半导体材料，在制作过程中面临生长困难和无大尺寸体单晶衬底等问题。现有技术虽然也使用β-氧化镓制备日盲探测器，但因热导率问题影响了日盲探测器的探测性能。现有技术还提出使用微纳谐振式传感器制作日盲探测器，但其灵敏度较低。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多用途氧化镓悬空晶体管阵列的制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.本发明提供的一种多用途氧化镓悬空晶体管阵列的制备方法，包括：
7.步骤1：获取单晶氧化镓衬底以及圆晶片；
8.其中，所述圆晶片由底层硅以及顶层二氧化硅组成；
9.步骤2：在单晶氧化镓衬底上外延生长氧化镓薄膜；
10.步骤3，对氧化镓薄膜形成的氧化镓层注入氢离子，形成氢离子层；
11.步骤4：在圆晶片的二氧化硅层覆盖一层光刻胶，并在圆晶片的二氧化硅层确定第一蒸镀金属的第一形状以及第一位置；
12.步骤5：在第一蒸镀金属的位置沉积金属层以形成第一蒸镀金属层；
13.其中，所述第一蒸镀金属层的形状为第一形状；
14.步骤6：去除第一蒸镀金属以外的光刻胶；
15.步骤7：在所述圆晶片的表面沉积介质形成覆盖其表面的介质层；
16.步骤8：将注入氢离子后的氧化镓薄膜与沉积形成介质层的晶圆片进行键合；
17.步骤9：从注入氢离子处开始剥离氢离子层，在氢离子层剥离过程中将氢离子层上层的氧化镓层剥离；
18.步骤10：在圆晶片的二氧化硅层上确定第二蒸镀金属的第二形状以及第二位置，在圆晶片的二氧化硅层覆盖一层光刻胶；
19.步骤11：在蒸镀金属的第二位置沉积金属层以形成第二蒸镀金属的第二形状；
20.步骤12：去除第二位置以外的光刻胶；
21.步骤13：在第二位置覆盖一层光刻胶；
22.步骤14：刻蚀圆晶片的表面形成的介质层，并去除第二位置的光刻胶，获得氧化镓悬空晶体管；
23.步骤15：在圆晶片的不同位置重复步骤5至步骤14制备氧化镓悬空晶体管，获得氧化镓悬空晶体管阵列。
24.可选的，所述步骤2包括：
25.通过化学气相沉积cvd的方法在单晶氧化镓的衬底上外延生长氧化镓薄膜。
26.可选的，所述在圆晶片的二氧化硅层确定第一蒸镀金属的第一形状以及第一位置包括：通过掩膜版上的透光孔在圆晶片的氧化硅层确定第一蒸镀金属的第一形状以及第二位置。
27.可选的，所述步骤5包括：
28.在所述圆晶片的表面沉积一层金属铝形成铝层；
29.在所述铝层上沉积一层金属金保护所述铝层。
30.可选的，所述步骤7包括：
31.通过等离子体增强化学气相沉积法pecvd，或者原子层沉积ald方法在所述晶圆片表面沉积一层二氧化硅介质层，覆盖晶圆片表面。
32.可选的，所述步骤11包括：
33.在所述圆晶片的表面沉积一层金属钛，以使形成钛层与晶圆片上的氧化镓材料形成欧姆接触；
34.在所述钛层上蒸镀一层金属金覆盖所述钛层。
35.可选的，所述步骤14包括：
36.使用缓冲氧化物或者气体刻蚀所述介质层，并去除第二位置的光刻胶，获得氧化镓悬空晶体管。
37.本发明提供的一种多用途氧化镓悬空晶体管阵列的制备方法。作为日盲探测器使用时，将氧化镓的光电导型模态与谐振型模态两种深紫外探测模式结合起来，能够有效弥补单一模式面临的缺点，可以提高探测器的动态范围和目标精度。可以实现快速和高响应的紫外日盲光检测，进一步制备日盲探测器阵列，有着良好的应用前景，作为晶体管使用时，可以进一步提高功率器件的性能，大幅降低功率器件的尺寸、成本、功耗。本发明采用晶圆级悬空氧化镓晶体管制备工艺，使得器件具有多功能、多用途的特点，降低了成本。同时，本发明得到的悬空晶体管阵列也符合未来器件集成化、小型化的发展方向。以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
38.图1是本发明实施例提供的一种氧化镓双模态悬空晶体管的制备方法的流程图；
39.图2a是本发明提供的氧化镓离子注入过程示意图；
40.图2b是本发明提供的晶圆片沉积金属过程示意图；
41.图3是本发明提供的晶体管制备工艺流程示意图；
42.图4是本发明提供的悬空晶体管阵列顶面示意图；
43.图5是本发明提供的光刻过程中一种掩膜版示意图；
44.图6是本发明提供的光刻过程中另一种掩膜版示意图。
具体实施方式
45.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
46.实施例一
47.如图1所示，本发明提供的一种氧化镓双模态晶体管的制备方法包括：
48.步骤1：获取单晶氧化镓衬底以及圆晶片；
49.其中，所述圆晶片由底层硅以及顶层二氧化硅组成；
50.步骤2：在单晶氧化镓衬底上外延生长氧化镓薄膜；
51.作为本发明一种可选的实施方式，所述步骤2包括：
52.通过化学气相沉积cvd的方法在单晶氧化镓衬底上外延生长氧化镓薄膜。
53.参考图2a中子图a的标注1，本步骤通过化学气相沉积(cvd)的方法在单晶氧化镓衬底上外延生长氧化镓薄膜。
54.步骤3，对氧化镓薄膜形成的氧化镓层注入氢离子，形成氢离子层；
55.参考图2a中的子图b的标注2，生长完成后，进行离子注入，向氧化镓层注入氢离子。
56.步骤4：在圆晶片的二氧化硅层覆盖一层光刻胶，并在圆晶片的二氧化硅层确定第一蒸镀金属的第一形状以及第一位置；
57.作为本发明一种可选的实施方式，所述在圆晶片的二氧化硅层确定第一蒸镀金属的第一形状以及第一位置包括：通过掩膜版上的透光孔在圆晶片的氧化硅层确定第一蒸镀金属的第一形状以及第二位置。
58.参考图2b，在由底层硅在图2b的子图a中标注2所表示，和顶层二氧化硅，如图2b子图a中1标注所表示，组成的晶圆片上进行光刻，如图2b子图a.首先在晶圆片上覆盖一层光刻胶，如图2b子图b中标注3所表示。
59.参考图5通过掩膜版，在晶圆片上确定蒸镀金属的形状与位置。掩膜版上有透光孔(图5中1)可以确定蒸镀金属的形状与位置。
60.步骤5：在第一蒸镀金属的位置沉积金属层以形成第一蒸镀金属层；
61.其中，所述第一蒸镀金属层的形状为第一形状；
62.作为本发明一种可选的实施方式，所述步骤5包括：
63.在所述圆晶片的表面沉积一层金属铝形成铝层；
64.在所述铝层上沉积一层金属金保护所述铝层。
65.步骤6：去除第一蒸镀金属以外的光刻胶；
66.可以理解，正胶光刻胶经过曝光后，光照过的光刻胶在显影液中溶解，而后蒸镀沉积金属。首先沉积一层金属铝，图2b子图d中标注4所表示，同时为了避免后续工艺对金属铝层的腐蚀，在铝层上再沉积一层金属金，参考图2b子图d中标注5所示，覆盖铝层进行保护。在步骤5完成后，去除光刻胶，参考图2b子图e。
67.步骤7：在所述圆晶片的表面沉积介质形成覆盖其表面的介质层；
68.作为本发明一种可选的实施方式，所述步骤7包括：
69.通过等离子体增强化学气相沉积法pecvd，或者原子层沉积ald方法在所述晶圆片表面沉积一层二氧化硅介质层，覆盖晶圆片表面。
70.在去除光刻胶之后，通过等离子体增强化学气相沉积法pecvd，或者原子层沉积ald的方法沉积一层二氧化硅覆盖晶圆片表面，参照图2b子图f。
71.步骤8：将注入氢离子后的氧化镓薄膜与沉积形成介质层的晶圆片进行键合；
72.参考图3，将注入氢离子后的氧化镓，如图2a子图c所示，与沉积二氧化硅层的晶圆片进行键合，如图3子图a所示。
73.步骤9：从注入氢离子处开始剥离氢离子层，在氢离子层剥离过程中将氢离子层上层的氧化镓层剥离；
74.参考图3，从注入的氢离子层，图3子图a中标注1处剥离部分氧化镓层，将氢离子层上层的氧化镓层剥离，如图3子图b。
75.步骤10：在圆晶片的二氧化硅层上确定第二蒸镀金属的第二形状以及第二位置，在圆晶片的二氧化硅层覆盖一层光刻胶；
76.步骤11：在蒸镀金属的第二位置沉积金属层以形成第二蒸镀金属的第二形状；
77.步骤12：去除第二位置以外的光刻胶；
78.步骤13：在第二位置覆盖一层光刻胶；
79.步骤14：刻蚀圆晶片的表面形成的介质层，并去除第二位置的光刻胶，获得氧化镓悬空晶体管。
80.参考图6，首先在晶圆片上覆盖一层光刻胶，通过掩膜版如图6。在晶圆片上确定第二蒸镀金属的形状与位置。掩膜版上有透光孔，图6中1位置可以确定第二蒸镀金属的第二形状和第二位置。经过曝光后，光照过的光刻胶在显影液中溶解，如图3子图d。而后蒸镀沉积金属。首先沉浸一层金属钛，如图3子图e中标注2所表示。钛可以和晶圆片上的氧化镓材料形成欧姆接触。同时为了避免对金属钛层的破坏，在钛层上再蒸镀一层金属金，如图3子图e中标注3所表示，覆盖钛层进行保护。完成后，去除光刻胶，如图3子图f所示。
81.利用光刻胶，如图3子图g中标注4所示，覆盖晶圆片表面进行保护，而后使用缓冲氧化物刻蚀沉积在金属上的二氧化硅层，如图3子图h。也可以选择氢氟酸(hf)、二氟化氙(xef2)等蚀去除中间氧化层，而后去除光刻胶，如图3子图i所示。完成全部工艺后，得到氧化镓悬空晶体管。当然本发明的器件顶面可以有多种结构。
82.步骤15：在圆晶片的不同位置重复步骤5至步骤14制备氧化镓悬空晶体管，获得氧化镓悬空晶体管阵列。
83.可以理解，对于谐振器模态来说，可以结合氧化镓材料低热导的性质和机电系统谐振模态对应变的高响应度，构建基于光热效应的谐振式纳机电谐振器。将氧化镓的光电
导模态和谐振模态深紫外探测两种模式结合起来，不仅能够有效弥补单一模式面临的缺点，还可以大大提高作为日盲探测器使用时探测的动态范围和目标精度。
84.参考图4，图4为悬空晶体管阵列顶面示意图，本发明的悬空晶体管阵列可以规则分布形成阵列形状，当然也可以形成其他阵列形状，本发明在此不做限制。
85.本发明提供的一种多用途氧化镓晶体管阵列的制备方法。作为日盲探测器使用时，将氧化镓的光电导型模态与谐振型模态两种深紫外探测模式结合起来，能够有效弥补单一模式面临的缺点，可以提高探测器的动态范围和目标精度。作为晶体管使用时，弥补了当前硅基电路的不足，大幅降低功率器件的尺寸、成本、功耗。本发明采用晶圆级悬空氧化镓晶体管制备工艺，使得器件具有多功能、多用途的特点，降低了成本。同时，本发明得到的悬空晶体管也符合未来器件集成化、小型化的发展趋势。
86.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。