一种GaNHEMT器件的散热结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件技术领域，具体而言，涉及一种GaN HEMT器件的散热结构及其制备方法。该结构的外延片的正面设有GaN HEMT晶圆结构，外延片包括外延结构和衬底，GaN HEMT晶圆结构固定于外延结构的正面，衬底固定在外延结构的背面；衬底上开设有多个直径为2μm～200μm的深孔结构，每个深孔结构内填充有高导热材料。该方法先在外延结构上面制作GaNHEMT晶圆结构，再在衬底的背面刻蚀深孔结构，并在深孔结构中填充高导热材料。该散热结构具有优异的散热效果，使GaN HEMT能够充分发挥大功率性能优势，而且具有很长的寿命。该方法对晶圆结构不产生影响，与常规工艺具有良好的兼容性，大幅度降低了制作成本。大幅度降低了制作成本。大幅度降低了制作成本。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN HEMT器件的散热结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，具体而言，涉及一种GaN HEMT器件的散热结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN具有远高于GaAs和Si等半导体材料的宽带隙、高击穿场强、高电子饱和速度、耐高压高温等独特优势，微波功率器件最理想的半导体材料，极为适用于固态大功率器件及高频微波器件，在雷达、电子对抗和移动通信等军民领域具有广阔应用前景。
[0003]然而，当GaN HEMT器件在大功率下工作时，器件内部产生的热积累效应，热积累效应会导致结温升高，GaN HEMT器件的输出功率会因为结温的升高而下降，温度越高，器件性能的衰减速度就越快，且功率密度越大，器件的这种输出特性衰减越严重。导致GaN HEMT器件无法充分发挥其大功率性能优势，同时，GaN HEMT器件结温的升高也严重影响器件的寿命，结温越高，器件寿命越低。因此，功率器件的热积累问题是限制GaN技术应用的技术难题，导致GaN HEMT器件的性能和可靠性急剧衰退，导致其大功率及耐高温等性能优势未得到充分发挥，因此，GaN功率器件的热管理技术研究成为器件开发的关键技术之一。
[0004]目前GaN HEMT器件主要采用SiC和Si衬底，其热导率分别只有390W/m
·
K和150W/m
·
K。为了改善GaN HEMT器件的散热能力，已有报道的方法包括采用高导热热沉、基板、高导热胶等热从衬底一侧尽快导出，还包括采用倒装焊工艺在GaN HEMT表面沉积AlN等高热导率的材料，将器件产生的热量从正面传导出去，但均无法解决衬底导热的限制。还有报道采用衬底剥离与替换的方法，如将Si，蓝宝石衬底或SiC衬底剥离掉，并替换为导热性能更好的金刚石衬底，但该方法技术难度高，技术成熟度差，衬底剥离与替换还需要特殊工艺设备，造成成本上升。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种GaN HEMT器件的散热结构及其制备方法。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种GaN HEMT器件的散热结构，包括外延片，所述外延片的正面设有GaN HEMT晶圆结构，所述外延片包括外延结构和衬底，所述GaN HEMT晶圆结构固定于所述外延结构的正面，所述衬底固定在所述外延结构的背面；所述衬底上开设有多个直径为2μm～200μm的深孔结构，每个所述深孔结构内填充有高导热材料。
[0008]本专利技术的有益效果在于，将深孔结构开设在衬底上，能够使其内部填充的高导热材料快速的将器件产生的热量从最接近热源的位置传导出去，大大提升散热效率。将深孔结构的径向宽度设置为2μm～200μm，使其为微米级结构，与纳米结构相比，微米级的深孔结构可以避免深孔刻蚀工艺对深孔结构的深宽比的限制，保证了深孔结构的刻蚀的灵活性。
[0009]本专利技术还可以通过以下进一步技术方案实施：
[0010]进一步，所述深孔结构的一端为开口端，并且朝向所述衬底的背面；另一端为截止
端，所述截止端位于所述衬底内，或位于所述衬底与所述外延结构固定的边界处，或位于所述外延结构内。
[0011]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：便于向深孔结构内部填充高导热材料，并使其能够快速的将器件产生的热量从最接近热源的位置传导出去，大大提升散热效率；截止端具有很强的灵活性，使本专利技术的导热效果不受刻蚀工艺的限制。
[0012]进一步，所述高导热材料至少覆盖所述深孔结构的所述截止端的内壁及侧壁。
[0013]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：可以使高导热材料迅速有效的散热。
[0014]进一步，所述外延结构包括AlGaN/GaN异质结。
[0015]采用上述及步技术方案的有益效果在于：AlGaN/GaN异质结可以产生二维电子气。
[0016]进一步，所述AlGaN/GaN异质结包括AlGaN势垒层和GaN沟道层；所述外延结构由正面至背面依次包括GaN帽层、所述AlGaN势垒层、所述GaN沟道层、GaN缓冲层以及AlN成核层。
[0017]进一步，所述高导热材料的热导率大于或等于1000W/m
·
K。
[0018]采用上述及步技术方案的有益效果在于：使散热结构具有良好的散热效率。
[0019]进一步，所述衬底的厚度为20μm～200μm。
[0020]采用上述及步技术方案的有益效果在于：上述厚度的衬底具有良好的散热效果。
[0021]本专利技术提供了一种如上述的GaN HEMT器件的散热结构制备方法，取所述外延片，先在所述外延结构的正面制作所述GaN HEMT晶圆结构，再在所述衬底的背面刻蚀所述深孔结构，并在所述深孔结构中填充高导热材料。
[0022]本专利技术的制备方法的有益效果在于：散热结构是在完成GaN HEMT晶圆结构的制作后进行，对外延结构及GaN HEMT晶圆结构不存在任何影响，保证了GaN HEMT器件性能和可靠性，同时提升了GaN HEMT器件散热性能。
[0023]进一步，包括以下步骤：
[0024]S1)、制作所述GaN HEMT晶圆结构，并将所述GaN HEMT晶圆结构固定在所述外延结构的正面；
[0025]S2)、对所述衬底的背面进行减薄，减薄后，所述衬底的厚度为100μm；
[0026]S3)、在减薄后的所述衬底的背面制作刻蚀掩膜；
[0027]S4)、在所述衬底的背面按照所述刻蚀掩膜所在的位置进行刻蚀，得到所述深孔结构；
[0028]S5)、将高导热材料填充至所述深孔结构中。
[0029]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：散热结构的制备方法完全与传统GaN HEMT晶圆结构的制备工艺兼容，技术风险小，工艺成本较小。
[0030]进一步，在所述步骤S1中，将所述GaN HEMT晶圆结构的正面与承载晶圆连接在一起；在所述步骤S5完成后，将所述GaN HEMT器件晶圆结构与所述承载晶圆分离。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的GaN HEMT器件的散热结构的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术的GaN HEMT器件中，外延结构的结构示意图；
[0033]图3为本专利技术的GaN HEMT器件的散热结构制备方法中，GaN HEMT晶圆结构的正面与承载晶圆临时键合在一起的结构示意图；
[0034]图4为本专利技术的GaN HEMT器件的散热结构制备方法中，实施例1的流程图。
[0035]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0036]1、外延结构；101、GaN帽层；102、AlGaN势垒层；103、GaN沟道层；104、GaN缓冲层；105、AlN成核层；
[0037]2、衬底；
[0038]301、深孔结构；302、金属化晶背电极；
[0039]4、源极；5、漏极；6、栅极；7、钝化层；8、承载晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN HEMT器件的散热结构，包括外延片，所述外延片的正面设有GaN HEMT晶圆结构，其特征在于，所述外延片包括外延结构(1)和衬底(2)，所述GaN HEMT晶圆结构位于所述外延结构(1)的正面，所述衬底(2)位于所述外延结构(1)的背面；所述衬底(2)上开设有多个直径为2μm～200μm的深孔结构(301)，每个所述深孔结构(301)内填充有高导热材料。2.根据权利要求1所述一种GaN HEMT器件的散热结构，其特征在于，所述深孔结构(301)的一端为开口端，并且朝向所述衬底(2)的背面；另一端为截止端，所述截止端位于所述衬底(2)内，或位于所述衬底(2)与所述外延结构(1)固定的边界处，或位于所述外延结构(1)内。3.根据权利要求2所述一种GaN HEMT器件的散热结构，其特征在于，所述高导热材料至少覆盖所述深孔结构(301)的所述截止端的内壁及侧壁。4.根据权利要求1所述一种GaN HEMT器件的散热结构，其特征在于，所述外延结构(1)包括AlGaN/GaN异质结。5.根据权利要求4所述一种GaN HEMT器件的散热结构，其特征在于，所述AlGaN/GaN异质结包括AlGaN势垒层(102)和GaN沟道层(103)；所述外延结构(1)正面至背面依次包括GaN帽层(101)、所述AlGaN势垒层(102)、所述GaN沟道层(103)、GaN缓冲层(104)以及AlN成核层(105)。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：董鹏，边旭明，徐浩，
申请(专利权)人：北京无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：