半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体器件及其制造方法，半导体器件包括：衬底，衬底背面设有接地电极；位于衬底上的半导体层，半导体层包括有源区和无源区，有源区为封闭形式，有源区之外的区域为无源区；位于半导体层上的源极和漏极；位于半导体层上的栅极，栅极在源极和漏极间呈叉指状分布；与有源区内的每个源极直接连接且相互对应的源极焊盘，源极焊盘位于半导体层上的无源区内，源极焊盘对称分布在栅极之间或两侧；位于接地电极和源极焊盘间的通孔，通孔贯穿衬底和半导体层，直至源极焊盘。本发明专利技术解决了目前半导体器件的通孔位置分布带来的问题，同时又利用了其优点，最大程度地减小了器件源极的接地电感，提高了器件的增益和功率等性能。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种具有通孔结构的半导体器件及其制造方法。
技术介绍
氮化镓半导体材料具有禁带宽度大、电子饱和漂移速率高、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，更适合于制作高温、高压、高频和大功率的电子器件，具有广阔的应用前景，因此成为目前半导体行业研究的热点。氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）是利用AlGaN/GaN异质结处的二维电子气形成的一种氮化镓器件，可以应用于高频、高压和大功率的领域。由于二维电子气具有较高的迁移率和饱和漂移速率，通常利用二维电子气沟道常开的特性来制作耗尽型的氮化镓HEMT器件，适用于无线通信等高频应用领域。在进行氮化镓器件的封装工艺时，为了提高器件增益，减小接地电感，通常采用通孔结构。这种结构一般是通过刻蚀的方式从衬底背面引入通孔（衬底背面接地），该通孔贯穿衬底和氮化物半导体外延层，直至源极，然后用金属填充通孔，从而将源极和接地的衬底背面相连，以减少源极到地的电感。目前氮化镓器件的通孔的位置分布主要有两种形式，示意图参见图1(a)和图1(b)，例如：美国CREE公司采用了图1(a)的形式，美国TriQuint公司采用了图1(b)的形式。在示意图1(a)中，有源区5内的源极1和漏极21为欧姆接触电极，有源区5外的漏极22为欧姆接触漏极21的互联金属，栅极3在源极1和漏极21间呈叉指状分布，通孔4在有源区5内的每个源极1中，每个源极1的面积大于与之相对的漏极21的面积。该通孔的位置分布优点是每个有源区内的源极可以通过通孔直接接地，减小了有源区内的源极到地的距离，从而减小了接地电感，并且每个源极的接地电感是相同的；该通孔的位置分布不足之处有如下几点：首先，将通孔放在有源区的源极上，通孔的大小受限。小的通孔一方面增加了接地电感，另一方面增加了制作工艺难度。其次，器件的散热较差。一方面，有源区面积一定时，为了增大通孔的直径，需要增大每个源极1的面积，这会导致源极1的面积大，漏极21的面积小，欧姆接触电极的分布不均匀，从而影响了器件的散热；另一方面，有源区5内的源极1中形成通孔后，由于通孔是中空的，影响了器件的散热。第三，源极1为欧姆接触，欧姆接触的金属不适合做刻蚀阻挡层。用欧姆接触的源极1来作为刻蚀阻挡层，会损害欧姆电极的接触性能，也会影响刻蚀的阻挡效果。在示意图1(b)中，有源区5内的源极11和漏极21为欧姆接触电极，有源区5外的漏极22为欧姆接触漏极21的互联金属，栅极3在源极11和漏极21间呈叉指状分布，有源区5外的源极互联12和源极焊盘13为源极11的互联金属，几个源极11通过相应的源极互联12连接至同一个源极焊盘13，源极焊盘13对称分布在栅极3两侧，通孔4分布在每个源极焊盘13中。该通孔的位置分布避免了图1(a)中的把通孔放在有源区的源极上的缺点，把通孔放在了有源区外，通孔的大小不受限制，器件的散热不受影响，刻蚀阻挡层的选择比较灵活，但是也存在缺点，有如下几点：首先，增大了有源区内的源极到地的距离，及增大了源极的接地电感；其次，源极互联12必须跨过栅极，而跨过栅极时需要使用空气桥，一方面空气桥的存在会使器件结构更加复杂，增大工艺的难度，另一方面在器件封装工艺过程中，空气桥非常容易被压塌，降低了器件的可靠性，还有就是空气桥会在源极和栅极之间引入电容，降低了器件的高频性能；第三，源极互联12的长度不同，导致每个源极11的接地电感不同，从而影响了器件的增益等性能。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有新型通孔结构的半导体器件及其制造方法。
技术实现思路
本专利技术设计了一种具有新型通孔结构的半导体器件，解决了目前器件的通孔的位置分布（如图1(a)和图1(b)所示）带来的问题，同时又利用了其优点，最大程度地减小了器件源极的接地电感，提高了器件的增益和功率等性能。本专利技术的一种半导体器件如图2所示，有源区5内的源极11和漏极21为欧姆接触电极，无源区内的漏极22为有源区内的漏极21的互连金属，栅极3在源极和漏极间呈叉指状分布，无源区内的源极焊盘13为源极11的互联金属，源极11和源极焊盘13一一对应，每个源极11直接连接至各自的源极焊盘13，源极焊盘13对称分布在有源区5外的栅极3之间，通孔4分布在每个源极焊盘13中。本专利技术半导体器件的设计，与现有技术中半导体器件的通孔位置分布图1(a)相比，本专利技术将通孔4放在了最接近源极的有源区之外的源极互联金属上，两种方式的接地距离基本相同，每个源极的接地电感也相同，但是本专利技术避开了图1(a)的带来的问题，没有将通孔4直接放在有源区的源极11上，而是放在了接近源极的有源区之外的源极互联金属即源极焊盘13上，这样一来，具有以下优点：首先，通孔4和源极焊盘13的形状和数量不再受限，更利于减小接地电感和减小工艺制作难度；其次，有源区内源极和漏极的大小可以相同，解决了大小不同导致的散热问题，更利于提高器件的输出功率；第三，解决了欧姆金属做刻蚀阻挡层带来的问题，互联金属在有源区之外，互联金属的选择范围更广，更利于通孔刻蚀工艺，不会影响源极欧姆接触的性能，提高了器件的跨导和功率等性能。本专利技术半导体器件的设计，与现有技术中半导体器件的通孔位置分布图1(b)相比，相同点是都把通孔放在了有源区外的互联金属上，不同点是本专利技术没有使用源极互联12，而是直接将有源区的源极11和源极焊盘13直接相连，从而解决了使用源极互联12带来的问题，具有以下优点：首先，将有源区的源极11和源极焊盘13直接相连，减小了有源区的源极与地的距离，减小了接地电感；其次，没有使用源极互联12，源极不需要跨过栅极，也就不需要使用跨过栅极的空气桥，因而降低了工艺难度，提高了器件的可靠性和高频性能；第三，没有使用源极互联12，就避开了源极互联12长度不同带来的每个源极11接地电感不同的问题，提高了器件的增益等性能。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种半导体器件，所述半导体器件包括：衬底，所述衬底背面设有接地电极；位于所述衬底上的半导体层，所述半导体层包括有源区和无源区，有源区为封闭形式，有源区之外的区域为无源区；位于所述半导体层上的源极和漏极，有源区内的源极和漏极为欧姆接触电极，欧姆接触电极的尺寸相等且间隔相等，无源区内的漏极为有源区内的漏极的互连金属；位于所述半导体层上的栅极，所述栅极在源极和漏极间呈叉指状分布，无源区内的栅极为有源区内的栅极的互连金属；与有源区内的每个源极直接连接且相互对应的源极焊盘，所述源极焊盘位于半导体层上的无源区内，源极焊盘为有源区内的源极的互联金属，所述源极焊盘对称分布在栅极之间或两侧；位于接地电极和源极焊盘间的通孔，所述通孔贯穿衬底和半导体层，直至源极焊盘，通孔使源极焊盘和衬底背面的接地电极电性连接。作为本专利技术的进一步改进，所述有源区内的每个源极与一个或多个源极焊盘直接连接。作为本专利技术的进一步改进，所述每个源极焊盘与一个或多个通孔相连。作为本专利技术的进一步改进，所述有源区内的源极对应的源极焊盘的截面形状相同或截面形状不同。作为本专利技术的进一步改进，所述源极焊盘的截面为规则形状或不规则形状。作为本专利技术的进一步改进，所述通孔的截面为规则形状或不规则形状。作为本专利技术的进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：衬底，所述衬底背面设有接地电极；位于所述衬底上的半导体层，所述半导体层包括有源区和无源区，有源区为封闭形式，有源区之外的区域为无源区；位于所述半导体层上的源极和漏极，有源区内的源极和漏极为欧姆接触电极，欧姆接触电极的尺寸相等且间隔相等，无源区内的漏极为有源区内的漏极的互连金属；位于所述半导体层上的栅极，所述栅极在源极和漏极间呈叉指状分布，无源区内的栅极为有源区内的栅极的互连金属；与有源区内的每个源极直接连接且相互对应的源极焊盘，所述源极焊盘位于半导体层上的无源区内，源极焊盘为有源区内的源极的互联金属，所述源极焊盘对称分布在栅极之间或两侧；位于接地电极和源极焊盘间的通孔，所述通孔贯穿衬底和半导体层，直至源极焊盘，通孔使源极焊盘和衬底背面的接地电极电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：衬底，所述衬底背面设有接地电极；位于所述衬底上的半导体层，所述半导体层包括有源区和无源区，有源区为封闭形式，有源区之外的区域为无源区；位于所述半导体层上的源极和漏极，有源区内的源极和漏极为欧姆接触电极，欧姆接触电极的尺寸相等且间隔相等，无源区内的漏极为有源区内的漏极的互连金属；位于所述半导体层上的栅极，所述栅极在源极和漏极间呈叉指状分布，无源区内的栅极为有源区内的栅极的互连金属；与有源区内的每个源极直接连接且一一对应的源极焊盘，所述源极焊盘位于半导体层上的无源区内，源极焊盘为有源区内的源极的互联金属，所述源极焊盘对称分布在栅极之间或两侧；位于接地电极和源极焊盘间的通孔，所述通孔贯穿衬底和半导体层，直至源极焊盘，通孔使源极焊盘和衬底背面的接地电极电性连接。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述有源区内的每个源极与一个或多个源极焊盘直接连接。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述每个源极焊盘与一个或多个通孔相连。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述有源区内的源极对应的源极焊盘的截面形状相同或截面形状不同。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乃千，裴风丽，
申请(专利权)人：苏州能讯高能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：