一种大功率HEMT器件和HEMT器件拓扑连接结构制造技术

本发明专利技术公开了一种大功率HEMT器件和HEMT器件拓扑连接结构，前者包括HEMT芯片和至少两个散热电极平面；各平面至少包括沿导线排布方向平行间隔设置的源极和漏极金属导线；相邻平面导线排布方向非平行；各平面内电极金属导线仅与相邻平面内所有同种电极金属导线连接，相邻平面同种电极金属导线通过绝缘层上的通孔金属导线连接；相邻平面内同种电极金属导线的导线表面宽度上层大于下层；各平面导线排布方向与金属导线的平行方向垂直，互相平行的电极金属导线的导线表面宽度表示在对应导线排布方向上的尺寸。本发明专利技术通过多层散热电极平面逐步增大电极金属导线的导线表面宽度，使其电流承载能力逐层加大，能增加芯片实际使用面积和散热能力。散热能力。散热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率HEMT器件和HEMT器件拓扑连接结构


[0001]本专利技术属于半导体领域，具体涉及一种大功率HEMT器件和HEMT器件拓扑连接结构。

技术介绍

[0002]高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)具有超高速、低功耗与低噪声等优点，已经被广泛地应用于高频信号处理、卫星通信、微波与毫米波器件等领域。
[0003]由于HEMT器件的工作方式是利用接近器件表面的二维电子气2DEG作为导电通道，所以器件的整体结构属于平面型，即栅电极、源电极和漏电极均位于一个平面；也有现有技术是采用背孔的方式将漏极引入到衬底背面，但其栅电极和源电极仍处于同一个水平面。
[0004]为了获得更大的输出功率，或更大的输出电流，一般需要通过增加栅极宽度来增加沟道的电流导通能力。一种常用的方法是采用梳状版图分布来增加栅极宽度，即源极和漏极采用梳状交叉分布的叉指状电极版图，每个交叉分支都是一组源极、漏极和栅极的HEMT器件电极结构，各个交叉分支的电流最终会汇总到一根金属导线即电极母线上，导通到外接金属连接处。也有采用环形版图分布的方法，即栅极把源极环包住，漏极又把栅极环包住，然后多个漏极用电极母线相连，多个栅极用电极母线相连，将多个源极引出到衬底背面后用金属相连或者用另外一层金属布线引出。
[0005]随着交叉分支的个数增加，远离外接金属连接处的分支上的电流汇总到电极母线后会在靠近外接金属连接处的地方和靠近外接金属连接处的分支上的电流汇合，因此，靠近外接金属连接处的电极母线需要比远离外接金属连接处的电极母线更宽或导线截面积更大，即具有更强的电流承载能力，这样才能承受住各个交叉分支汇集过来的电流。类似的原因，其他各种基于平面电极的HEMT器件设计方案，无论采用哪种版图分布形式，都存在越是靠近外接金属连接处的电极母线所需要的金属线越宽的问题，这样不仅进一步增加了金属电极占用的芯片面积，也给整体布局带来了很多不对称性，导致芯片面积出现进一步浪费。同时，这种平面电极的设计方式所设计的电极母线不能太长或不能汇集太多的分叉单元，否则会因为汇集的电流过大而导致导线无法承受，尤其是通过增大芯片面积来获取更大的输出功率和输出电流的时候，由于分叉单元数量非常多，平面电极的布线会遇到电流承载能力的瓶颈。虽然现有技术中也有采用芯片级封装技术，在交叉分支的金属导线上通过布置多个金属接触点来引出电流的做法，但这种方法的缺点在于器件的电极接触点太多且触点面积很小，在封装时与导电基板焊接时存在对准误差、焊接良率和绝缘填充等一系列影响可靠性的问题。同时，传统HEMT器件由于正面需要做外接金属连接的金属打线，所以一般都采用衬底散热，即利用远离HEMT器件表面的二维电子气2DEG的衬底背面散热，但该种方式受限于衬底材料的导热性能以及器件材料层厚度参数等的限制，存在很多技术挑战，并不能很有效地解决散热问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种大功率HEMT器件和HEMT器件拓扑连接结构。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提出了一种大功率HEMT器件，由下至上包括：
[0008]HEMT芯片以及在所述HEMT芯片上表面从下至上平行设置的至少两个散热电极平面；每个散热电极平面内至少包括沿该散热电极平面的导线排布方向平行间隔设置的源极金属导线和漏极金属导线；且每两个相邻散热电极平面的导线排布方向非平行；每个散热电极平面内的每根电极金属导线均仅与相邻散热电极平面内所有同种电极金属导线连接，且每两个相邻散热电极平面内同种电极金属导线的相互连接通过设置于该两个相邻散热电极平面之间的绝缘层上的通孔金属导线实现；任意两个相邻散热电极平面内各同种电极金属导线被设置为，上层散热电极平面的导线表面宽度大于下层散热电极平面的导线表面宽度；其中针对每个散热电极平面，该散热电极平面的导线排布方向与其金属导线的平行方向互相垂直；针对该散热电极平面内互相平行的电极金属导线，导线表面宽度表示电极金属导线在该散热电极平面的导线排布方向上的尺寸。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述任意两个相邻散热电极平面内各同种电极金属导线还被设置为，所述上层散热电极平面的导线高度大于或等于所述下层散热电极平面的导线高度。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，针对每两个相邻散热电极平面，上层散热电极平面内的源极金属导线和下层散热电极平面内的源极金属导线相互垂直；且上层散热电极平面内的漏极金属导线和下层散热电极平面内的漏极金属导线相互垂直。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述至少两个散热电极平面中，最高层散热电极平面内的电极金属导线的引出方式包括：
[0012]基于基板的倒装电气连接面引出方式和/或基板的背面引出方式，引出所述最高层散热电极平面内的不同电极金属导线；
[0013]其中，所述最高层散热电极平面最多连接有三个基板；各基板的作用包括对所述大功率HEMT器件远离衬底的器件表面进行正面散热；与所述最高层散热电极平面直接连接的基板的倒装电气连接面，是所述最高层散热电极平面与该基板通过预设连接方式进行电气连接的连接面。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述HEMT芯片的衬底粘合有散热基板以增加衬底散热通道。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述基于基板的倒装电气连接面引出方式和/或基板的背面引出方式，引出所述最高层散热电极平面内的不同电极金属导线，包括：
[0016]利用所述HEMT芯片中衬底背面设置的开孔，在所述衬底背面引出所述最高层散热电极平面内的源极金属导线或漏极金属导线之一；
[0017]利用最多两个基板，将所述最高层散热电极平面内未从所述衬底背面引出的两种电极金属导线，根据所述基板的倒装电气连接面引出方式和/或所述基板的背面引出方式进行引出。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述至少两个散热电极平面中，最高层散热电极平面内的电极金属导线的引出方式还包括：
[0019]将所述大功率HEMT器件的至少两个散热电极平面中最高层散热电极平面上覆盖一层绝缘材料后与一个散热基板键合在一起，并在所述大功率HEMT器件远离所述基板的另一面采用刻蚀方法将所述最高层散热电极平面上的电极暴露出来作为外接金属电极，且将刻蚀出的侧壁覆盖绝缘材料；其中，所述大功率HEMT器件远离所述散热基板的另一面包括所述HEMT芯片的衬底背面，或者剥离所述衬底后的芯片材料层。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述大功率HEMT器件包括多个独立区块，各独立区块包括HEMT芯片结构，以及其上含有不同电极金属导线的一个散热电极平面，各独立区块的HEMT芯片结构共用衬底，各独立区块的器件层之间设置有绝缘隔离区；所述大功率HEMT器件的最低层散热电极平面由所述多个独立区块的散热电极平面构成；所述最低层散热电极平面的各上层散热电极平面内的电极金属导线，与各独立区块的电极金属导线的连接具有区块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率HEMT器件，其特征在于，由下至上包括：HEMT芯片以及在所述HEMT芯片上表面从下至上平行设置的至少两个散热电极平面；每个散热电极平面内至少包括沿该散热电极平面的导线排布方向平行间隔设置的源极金属导线和漏极金属导线；且每两个相邻散热电极平面的导线排布方向非平行；每个散热电极平面内的每根电极金属导线均仅与相邻散热电极平面内所有同种电极金属导线连接，且每两个相邻散热电极平面内同种电极金属导线的相互连接通过设置于该两个相邻散热电极平面之间的绝缘层上的通孔金属导线实现；任意两个相邻散热电极平面内各同种电极金属导线被设置为，上层散热电极平面的导线表面宽度大于下层散热电极平面的导线表面宽度；其中针对每个散热电极平面，该散热电极平面的导线排布方向与其金属导线的平行方向互相垂直；针对该散热电极平面内互相平行的电极金属导线，导线表面宽度表示电极金属导线在该散热电极平面的导线排布方向上的尺寸。2.根据权利要求1所述的大功率HEMT器件，其特征在于，所述任意两个相邻散热电极平面内各同种电极金属导线还被设置为，所述上层散热电极平面的导线高度大于或等于所述下层散热电极平面的导线高度。3.根据权利要求1或2所述的大功率HEMT器件，其特征在于，针对每两个相邻散热电极平面，上层散热电极平面内的源极金属导线和下层散热电极平面内的源极金属导线相互垂直；且上层散热电极平面内的漏极金属导线和下层散热电极平面内的漏极金属导线相互垂直。4.根据权利要求3所述的大功率HEMT器件，其特征在于，所述至少两个散热电极平面中，最高层散热电极平面内的电极金属导线的引出方式包括：基于基板的倒装电气连接面引出方式和/或基板的背面引出方式，引出所述最高层散热电极平面内的不同电极金属导线；其中，所述最高层散热电极平面最多连接有三个基板；各基板的作用包括对所述大功率HEMT器件远离衬底的器件表面进行正面散热；与所述最高层散热电极平面直接连接的基板的倒装电气连接面，是所述最高层散热电极平面与该基板通过预设连接方式进行电气连接的连接面。5.根据权利要求4所述的大功率HEMT器件，其特征在于，所述HEMT芯片的衬底粘合有散热基板以增加衬底散热通道。6.根据权利要求4所述的大功率HEMT器件，其特征在于，所述基于基板的倒装电气连接面引出方式和/或基板的背面引出方式，引出所述最高层散热电极平面内的不同电极金属导线，包括：利用所述HEMT芯片中衬底背面设置的开孔，在所述衬底背面引出所述最高层散热电极平面内的源极金属导线或漏极金属导线之一；利用最多两个基板，将所述最高层散热电极平面内未从所述衬底背面引出的两种电极金属导线，根据所述基板的倒装电气连接面引出方式和/或所述基板的背面引出方式进行引出。7.根据权利要求4所述的大功率HEMT器件，其特征在于，所述至少两个散热电极平面中，最高层散热电极平面内的电极金属导线的引出方式还包括：将所述大功率HEMT器件的至少两个散热电极平面中最高层散热电极平面上覆盖一层
绝缘材料后与一个散热基板键合在一起，并在所述大功率HEMT器件远离所述基板的另一面采用刻蚀方法将所述最高层散热电极平面上的电极暴露出来作为外接金属电极，且将刻蚀出的侧壁覆盖绝缘材料；其中，所述大功率HEMT器件远离所述散热基板的另一面包括所述HEMT芯片的衬底背面，或者剥离所述衬底后的芯片材料层。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜涛，
申请(专利权)人：乂馆信息科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：