一种半导体器件制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种半导体器件，该半导体器件包括：衬底；位于衬底上的多层半导体层，在多层半导体上设置有有源区和位于有源区外部的无源区；位于有源区内的栅极、源极和漏极；以及覆盖有源区的至少一部分并且包括散热材料的散热层。在本发明专利技术中，半导体器件中设置了覆盖有源区的至少一部分的散热层，散热层的设置可在平面方向上增加半导体器件的导热途径，加快热量从半导体器件内部的热源处向半导体器件外部的传导，改善半导体器件的散热效果，降低半导体器件内部的温度，使半导体器件内部热场分布更加均匀，提高半导体器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件
本专利技术实施例涉及半导体技术，尤其涉及一种半导体器件。
技术介绍
氮化镓GaN半导体器件具有禁带宽度大、电子迁移率高、击穿场强高、耐高温等显著优点，与第一代半导体硅和第二代半导体砷化镓相比，更适合制作高温、高压、高频和大功率的电子器件，具有广阔的应用前景。GaN半导体器件通常工作在大功率和大电流的环境下，其工作条件会使GaN半导体器件的有源区内产生较高热量，进而导致器件结构的温度升高，而温度升高会导致GaN半导体器件的性能退化甚至失效，因此GaN半导体器件通常需要考虑散热问题。现有的GaN半导体器件主要通过以下途径进行散热：有源区的热量扩散到器件衬底并通过器件衬底纵向传给导热性能良好的基座；热量经由器件的金属电极连线和半导体材料向有源区外部横向传递；以及通过GaN半导体器件的上表面的空气对GaN半导体器件所产生的热量进行散热。然而，GaN半导体器件封装后导致器件在壳体内空气流动性差，则通过空气散热的效果较差。金属电极连线与GaN半导体器件的接触面积较小，不能有效散热。因此现有的GaN半导体器件的散热性能受限。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种半导体器件，以解决现有技术中半导体器件散热差的问题。本专利技术实施例提供了一种半导体器件，该半导体器件包括：衬底；位于衬底上的多层半导体层，在多层半导体上设置有有源区和位于有源区外部的无源区；位于有源区内的栅极、源极和漏极；以及覆盖有源区的至少一部分并且包括散热材料的散热层。散热层可以覆盖栅极，并且可以进一步覆盖源极和漏极。散热层可以覆盖整个有源区，并且可以进一步延伸到无源区。散热材料可以包括氮化硼。例如，散热层可以为单层氮化硼、双层氮化硼、多层氮化硼和氮化硼纳米片中的任意一种。半导体器件还可以包括：位于多层半导体层面对散热层的一侧上的第一介质层，第一介质层至少形成在栅极和源极之间、以及栅极和漏极之间的多层半导体层上。第一介质层可以进一步延伸至无源区。半导体器件还可以包括：位于第一介质层和散热层之间并覆盖栅极的第二介质层，或者位于散热层的背离第一介质层的一侧上的第二介质层。半导体器件还可以包括：位于源极背离散热层的一层并且贯穿多层半导体层和衬底并在其中填充有散热材料的第一通孔。在第一通孔中填充的散热材料可以包括氮化硼。半导体器件还可以包括：位于衬底的背离多层半导体层的一侧上的背面金属层。第一通孔可以贯穿背面金属层，背面金属层可以覆盖第一通孔的通孔壁。半导体器件还可以包括：位于无源区内并与源极电连接的源极焊盘；以及位于源极焊盘背离散热层一侧且贯穿多层半导体层和衬底并在其中填充有散热材料的第二通孔。在第二通孔中填充的散热材料可以包括氮化硼。多层半导体层可以包括：位于衬底上的缓冲层；以及位于缓冲层上的势垒层，其中势垒层和缓冲层形成异质结结构，源极、漏极和栅极均位于势垒层的表面上。半导体器件还可以包括位于衬底和缓冲层之间的成核层和/或位于势垒层的背离衬底的一侧上的帽层。本专利技术提供的半导体器件，在其中设置了覆盖有源区的至少一部分的散热层，散热层的设置可在平面方向上增加半导体器件的导热途径，加快了热量从半导体器件内部的热源处向半导体器件外部的传导，改善了半导体器件的散热效果，降低了半导体器件内部的温度，使半导体器件内部热场分布更加均匀，提高了半导体器件的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A是本专利技术实施例一提供的半导体器件的俯视图；图1B是图1A沿A-A'的局部剖视图；表1是形成散热层前后半导体器件饱和电流的对比图；表2是形成散热层前后半导体器件RF特性的对比图；图2是本专利技术实施例二提供的半导体器件的示意图；图3是本专利技术实施例三提供的半导体器件的示意图；图4是本专利技术实施例四提供的半导体器件的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本专利技术实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本专利技术的技术方案，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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，都属于本专利技术保护的范围。图1A是本专利技术实施例一提供的半导体器件的俯视图，图1B是图1A沿A-A'的剖视图，其中，图1B剖视了图1A中一个晶体管的结构。本实施例提供的半导体器件包括：衬底100；位于衬底100上的多层半导体层110，多层半导体层110上设置有有源区120和位于有源区120外部的无源区130；位于多层半导体层110上的有源区120内的栅极121、源极122和漏极123；覆盖有源区120的至少一部分的散热层140，用于将有源区120产生的热量导出。在此实施例中，如图1B所示，散热层140在栅极121的横向方向(图1A中的上下方向)上覆盖了整个有源区120，也就是同时覆盖了栅极121、源极122和漏极123，但是本专利技术不限于此，散热层140可以仅覆盖有源区120的一部分，例如，散热层可以仅仅覆盖栅极121，而不延伸到源极122和漏极123上。另外，在栅极121的纵向方向(图1A中的左右方向)上，散热层140可以覆盖有源区120的全部，也可以仅仅覆盖其一部分。或者，散热层140也可以延伸到无源区130。本专利技术对此不进行限制。在本实施例中可选衬底100为碳化硅衬底，本领域技术人员可以理解衬底100不限于上述碳化硅衬底，如还可选衬底100为蓝宝石、GaN、Si或其他等任何适于生长氮化镓的材料，在本专利技术中不对衬底100进行具体限制。在本实施例中可选衬底100的形成方法可以是化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，简称CVD)，本领域技术人员可以理解衬底100的形成方法不限于上述方法，如还可使用金属有机化合物化学气相沉淀法、原子层外延法或其他方法，在本专利技术中不对衬底100的形成方法进行具体限制。在本实施例中，多层半导体层110位于衬底100上，且有源区120和围绕有源区120的无源区130位于多层半导体层110上，栅极121、源极122和漏极123位于有源区120内，其中，源极122和漏极123与多层半导体层110之间形成欧姆接触。在本实施例中，可选多层半导体层110的材料为III-V族化合物的半导体材料，但在本专利技术中不对多层半导体层110进行具体限制。在本实施例中有源区120的栅极121位于源极122和漏极123之间并且栅极121在源极122和漏极123间呈叉指状分布，可选栅极121是单层金属栅极。在本专利技术中不对栅极121结构进行具体限制，如还可选栅极121是双层金属叠层栅极或者多层栅极。在本实施例中可选栅极121形状为T型栅极，在本专利技术中不对栅极121形状进行具体限制，如还可选栅极121形状为矩形栅或其他形状。需要说明的是，若栅极121结构为多层栅极结构，则制造半导体器件时可选在栅极121与多层半导体层110之间设置一层绝缘介质(例如SiO2)，从而形成金属-绝缘层-半导体(MIS)结构。在本实施例中可选源极122和漏极123的材料是金属材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的多层半导体层，在所述多层半导体层上设置有有源区和位于所述有源区外部的无源区；位于所述有源区内的栅极、源极和漏极；和覆盖所述有源区的至少一部分并且包括散热材料的散热层。

【技术特征摘要】
2016.04.05 CN 201610205793X1.一种半导体器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的多层半导体层，在所述多层半导体层上设置有有源区和位于所述有源区外部的无源区；位于所述有源区内的栅极、源极和漏极；和覆盖所述有源区的至少一部分并且包括散热材料的散热层。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述散热层覆盖所述栅极。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述散热层进一步覆盖所述源极和所述漏极。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述散热层覆盖整个有源区。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述散热层进一步延伸到所述无源区。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述散热材料包括氮化硼。7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述散热层为单层氮化硼、双层氮化硼、多层氮化硼和氮化硼纳米片中的任意一种。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，还包括：位于所述多层半导体层面对所述散热层的一侧上的第一介质层，所述第一介质层至少形成在所述栅极和所述源极之间、以及所述栅极和所述漏极之间的所述多层半导体层上。9.根据权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述第一介质层进一步延伸至所述无源区。10.根据权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，还包括：位于所述第一介质层和所述散热层之间并覆盖所述栅极的第二介质层。11.根据权利要求8所述的半导体器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴轶，周梦杰，
申请(专利权)人：苏州捷芯威半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32