一种HEMT器件及其制备方法技术

本申请公开了一种HEMT器件及其制备方法，涉及半导体技术领域，本申请的HEMT器件，包括衬底以及设置于衬底上的外延层，外延层上间隔设置有源极和漏极，源极和漏极之间设置有栅极，外延层上还设置有位于栅极两侧的导热件，衬底背离外延层的一侧设置有接地金属层，在器件的有源区外穿透衬底和外延层设置有至少一个导热柱，导热柱的两端分别与接地金属层和导热件连接。本申请提供的HEMT器件及其制备方法，增加HEMT器件的侧面散热，从而提高HEMT器件的散热效果。件的散热效果。件的散热效果。

【技术实现步骤摘要】
一种HEMT器件及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，具体而言，涉及一种HEMT器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)是一种异质结场效应晶体管，又称为调制掺杂场效应晶体管，它使用两种具有不同能隙的材料形成异质结，为载流子提供沟道。HEMT器件具有高电子饱和速度，可以实现大功率、高热流密度应用，是构成高性能射频模块及电力电子模块的关键元器件。HEMT器件的性能、可靠性及寿命均与其工作时候的沟道温度息息相关。如果器件工作时沟道温度过高致使器件温度过高，会导致器件性能下降明显，寿命大打折扣。以GaN HEMT器件为例，目前应用于射频功放的单颗GaN HEMT器件局部热流密度可达到1000W/cm2，热积累导致器件结温升高，使得大功率工作条件下输出特性衰减，影响器件使用寿命。
[0003]GaN HEMT器件热源位于器件正面栅极下方靠近漏极一侧，为了将热量及时散出，目前在工艺制备方面，改善其散热性能的主要技术路径有两种：一种是在器件正面或背面添加高导热材料层；另一种是替换器件衬底为导热性能更佳的材料。例如，在器件正面制备AlN层、金刚石层或石墨烯层，拓展正面热量传导路径。然而，由于GaN HEMT器件尺寸较小，仅从正面增加小面积的导热路径并不能完全解决GaN HEMT器件散热问题，依然限制了其功率密度输出。更进一步地，将Si、蓝宝石衬底替换为AlN、铜、SiC、金刚石等材料的衬底，可进一步增强器件背面自散热能力。其中金刚石衬底的导热率最高，但其技术难度大，需要考虑工艺兼容性问题。除此之外，热源至散热衬底路径仍然包括外延层等界面材料，界面热阻较大，降低了散热能力。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种HEMT器件及其制备方法，增加HEMT器件的侧面散热，从而提高HEMT器件的散热效果。
[0005]本申请的实施例一方面提供了一种HEMT器件，包括衬底以及设置于衬底上的外延层，所述外延层上间隔设置有源极和漏极，源极和漏极之间设置有栅极，外延层上还设置有位于栅极两侧的导热件，衬底背离外延层的一侧设置有接地金属层，在器件的有源区外穿透衬底和外延层设置有至少一个导热柱，所述导热柱的两端分别与接地金属层和导热件的导热柱连接。
[0006]作为一种可实施的方式，导热件包括分别环绕源极和漏极的环形导热层，且所述环形导热层与栅极接触。
[0007]作为一种可实施的方式，导热柱分别设置于源极远离栅极的一侧和漏极远离栅极的一侧。
[0008]作为一种可实施的方式，导热件的材质为金刚石，导热柱的材质为金刚石或者石墨烯。
[0009]作为一种可实施的方式，多个导热柱分别沿直线设置于所述外延层的两侧。
[0010]作为一种可实施的方式，导热柱的直径在50
‑
75μm之间，导热件的厚度在100
‑
140nm之间。
[0011]本申请实施例的另一方面提供了一种HEMT器件的制备方法，包括：在衬底上制备外延层；在外延层上形成源极、栅极、漏极以及导热件，导热件延伸至器件的有源区外，栅极位于漏极和源极之间，导热件与栅极同层设置；由衬底背离外延层的一侧刻蚀外延层和衬底形成至少一个通孔，并在通孔内填充导热材料形成导热柱，导热柱与导热件连接，导热柱位于器件的有源区外；在衬底背离外延层的一侧沉积接地金属层，接地金属层与导热柱连接。
[0012]作为一种可实施的方式，在外延层上形成源极、栅极、漏极以及导热件，导热件延伸至器件的有源区外，栅极位于漏极和源极之间，导热件与栅极同层设置包括：在外延层上沉积第一钝化层；在第一钝化层上形成导热件；对外延层的部分区域掺杂形成重掺杂区域；刻蚀第一钝化层使得重掺杂区域外露，并在重掺杂区域上形成源极和漏极；在源极和漏极上形成第二钝化层，并在第二钝化层上开设窗口，窗口位于漏极与源极之间；在第二钝化层上蒸镀第一金属并图形化，第一金属填充窗口以形成T型栅作为栅极；刻蚀第一钝化层和第二钝化层以使源极和漏极外露并沉积第二金属以将源极和漏极引出。
[0013]作为一种可实施的方式，在第一钝化层上形成导热件包括：采用等离子体化学沉积在第一钝化层上形成散热层；采用电感耦合等离子图形化刻蚀散热层形成导热件，其中，导热件包括间隔设置的环形导热层。
[0014]作为一种可实施的方式，在衬底背离外延层的一侧沉积接地金属层，接地金属层与导热柱连接之前，HEMT器件的制备方法还包括：由衬底背离外延层的一侧刻蚀衬底与外延层形成接地背孔，接地背孔穿透衬底和所述外延层与源极连接，接地金属层覆盖接地背孔的表面。
[0015]作为一种可实施的方式，在外延层上形成源极、栅极、漏极以及导热件，栅极位于漏极和源极之间，导热件与栅极同层设置之后，HEMT器件的制备方法还包括：在源极、栅极和漏极上形成介质层；在介质层上形成对应栅极的位置处形成场板。
[0016]作为一种可实施的方式，由衬底的背离外延层的一侧刻蚀外延层形成至少一个通孔，并在通孔内填充导热材料形成导热柱，导热柱与导热件连接，导热柱位于器件的有源区外，包括：由衬底背离外延层的一侧刻蚀衬底和外延层形成多个通孔，多个通孔分别设置于外延层的两侧；在多个通孔内分别填充导热材料形成导热柱，导热柱与导热件连接。
[0017]本申请实施例的有益效果包括：
[0018]本申请提供的HEMT器件，包括衬底以及设置于衬底上的外延层，外延层上间隔设置有源极和漏极，源极和漏极之间设置有栅极，外延层上还设置有位于栅极两侧的导热件，栅极产生的热量能够及时的传导至导热件，衬底背离外延层的一侧设置有接地金属层，在器件的有源区外穿透衬底和外延层设置有与接地金属层和导热件的导热柱，使得导热柱、导热件以及接地金属层形成立体的导热结构，从而拓展了HEMT器件的散热路径，进而提高HEMT器件的散热效果。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0020]图1为本申请实施例提供的一种HEMT器件的结构示意图；
[0021]图2为图1沿A
‑
A的截面图；
[0022]图3为图1沿B
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B的截面图；
[0023]图4为本申请实施例提供的一种HEMT器件的制备方法的流程图之一；
[0024]图5为本申请实施例提供的一种HEMT器件的制备方法的状态图之一；
[0025]图6为本申请实施例提供的一种HEMT器件的制备方法的状态图之二；
[0026]图7为本申请实施例提供的一种HEMT器件的制备方法的状态图之三；
[0027]图8为本申请实施例提供的一种HEMT器件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种HEMT器件，其特征在于，包括衬底以及设置于衬底上的外延层，所述外延层上间隔设置有源极和漏极，所述源极和所述漏极之间设置有栅极，所述外延层上还设置有位于所述栅极两侧的导热件，所述衬底背离所述外延层的一侧设置有接地金属层，在器件的有源区外穿透所述衬底和所述外延层设置有至少一个导热柱，所述导热柱的两端分别与所述接地金属层和所述导热件连接。2.根据权利要求1所述的HEMT器件，其特征在于，所述导热件包括分别环绕所述源极和所述漏极的环形导热层，且所述环形导热层与所述栅极接触。3.根据权利要求2所述的HEMT器件，其特征在于，所述导热柱分别设置于所述源极远离栅极的一侧和所述漏极远离所述栅极的一侧。4.根据权利要求1所述的HEMT器件，其特征在于，所述导热件的材质为金刚石，所述导热柱的材质为金刚石或者石墨烯。5.根据权利要求1所述的HEMT器件，其特征在于，所述导热柱的直径在50
‑
75μm之间，所述导热件的厚度在100
‑
140nm之间。6.一种HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括：在衬底上制备外延层；在外延层上形成源极、栅极、漏极，以及导热件，所述导热件延伸至器件的有源区外，所述栅极位于所述漏极和所述源极之间，所述导热件与所述栅极同层设置；由所述衬底背离所述外延层的一侧刻蚀所述外延层和所述衬底形成至少一个通孔，并在所述通孔内填充导热材料形成导热柱，所述导热柱与所述导热件连接，所述导热柱位于器件的有源区外；在所述衬底背离所述外延层的一侧沉积接地金属层，所述接地金属层与所述导热柱连接。7.根据权利要求6所述的HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述在外延层上形成源极、栅极、漏极，以及导热件，所述导热件延伸至器件的有源区外，所述栅极位于所述漏极和所述源极...

【专利技术属性】
技术研发人员：练婷婷，许亚红，邹冠，靳义昌，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：