[發明專利]一種HEMT器件及制備方法

有效

• 申請號: 201410257470.6
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104134689B
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發明（設計）人: 魯微
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/10;H01L21/335
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種HEMT器件及制備方法。

背景技術

HEMT(High Electron Mobility Transistor，高電子遷移率晶體管)器件是一種半導體電子器件，其上的寬禁帶半導體氮化物異質結(AlGaN/GaN)具有高擊穿電場、高溝道電子(2DEG，AlGaN/GaN界面的二維電子氣)濃度、高電子遷移率和高溫度穩定性等優點而被業界認為是制作高功率射頻器件和耐高壓開關器件的最佳材料。作為第三代半導體，AlGaN/GaN HEMT器件的理論輸出功率密度可以達到10～20W/mm，幾乎比GaAs HEMT器件與Si LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)器件的輸出功率密度高出一個數量級。在如此高的輸出功率密度條件下，AlGaN/GaN HEMT器件除了可以實現高輸出功率外，在同等的輸出功率條件下，AlGaN/GaN HEMT器件較其他半導體器件能有效降低器件尺寸，增加器件阻抗(更易匹配)，而獲得更大帶寬。此外，高的擊穿電壓也使得它在無線應用時，可以簡化，甚至省略供電轉換電路，從而提升電壓轉化效率。然而，高功率密度給器件帶來好處的同時，對器件的散熱也提出了更高的要求。因為器件工作時溫度的增高會嚴重惡化器件的性能、輸出功率能力以及可靠性。

現有技術中，AlGaN/GaN HEMT材料通常在Sapphire(藍寶石，Al₂O₃)、Si(硅)或SiC(碳化硅)襯底上采用外延生長來獲得。有限的襯底導熱性能很大程度上限制了HEMT器件的最大輸出功率和可靠性。

當前提高器件散熱能力的方法通常為：在橫向上采用增加HEMT器件相鄰柵的距離；縱向上使用SiC作為外延襯底，并使用襯底減薄工藝(減薄至50至100μm)來降低器件的熱阻，使器件工作時溝道(2DEG處)產生的熱量快速通過低熱阻襯底導入散熱性能更好的金屬管殼。

為了增大器件的輸出功率，通常采用多指(multi-finger)柵結構。分離的源電極金屬通常使用空氣橋(或介質橋)或源背孔(或同時使用介質橋和源背孔)的方式實現電氣連接。與空氣橋(或介質橋)工藝相比，通過刻蝕減薄過的SiC襯底形成源電極背孔，再使用電鍍(通常為<10μm Au)使源極金屬通過源背孔引到襯底背面的電鍍金屬地。然而，背孔處的空隙在HEMT器件焊接到金屬管殼時容易形成空氣間隙，影響導熱效果。

另外一種提高器件散熱的方法為：在SiC襯底上完成AlGaN/GaN HEMT外延生長后，立即進行SiC襯底的減薄與背孔刻蝕，然后利用CVD(化學氣相沉積，Chemical Vapor Deposition)的方法在背面沉積較厚的高導熱材料diamond(金剛石)填充SiC背孔，之后再進行常規的HEMT器件制作的。利用高導熱材料diamond(1000W/mK)替代部分SiC襯底來提升器件的散熱能力。

因為厚diamond沉積通常需要采用生長速度較快的CVD方法，且需要較高的生長溫度。而該溫度容易導致出現影響柵特性、鈍化、擊穿電壓等缺陷，與通常的HEMT器件前端工藝不兼容，因此此工藝必須在與柵加工相關的前端工藝之前完成。所以生長diamond前，為了保護AlGaN/GaN HEMT材料表面，需要臨時沉積SiNx進行AlGaN/GaN表面保護，完成diamond沉積后再去除。該步驟可能增加AlGaN/GaN HEMT材料表面電子陷阱密度，增加器件的電流崩塌(器件工作在RF情況下的漏極電流低于理想情況下的DC漏極電流)；此外，由于該工藝的襯底刻蝕與襯底背孔的diamond填充在源金屬工藝之前完成，因此需要付出額外的復雜工藝來實現源金屬與襯底背面金屬地的電氣連接。

發明內容

提供一種HEMT器件及制備方法，可提高HEMT器件的導熱能力，并可與現有的HEMT器件背孔加工工藝兼容。

第一方面，提供一種HEMT器件，包括層疊設置的襯底、成核層、緩沖層、溝道層、勢壘層及形成于所述勢壘層上的源極、柵極、漏極，所述柵極設置于所述源極與所述漏極之間，所述襯底設有朝向成核層設置的器件面及背離所述器件面的襯底背面，自所述襯底背面開設有源極背孔及溝道背孔，所述源極背孔將所述襯底、成核層、緩沖層、溝道層、勢壘層貫通并延伸至所述源極，所述溝道背孔貫通所述襯底的至少一部分，所述HEMT器件還設有導熱導電層，所述導熱導電層填充于所述源極背孔及溝道背孔中并覆蓋所述襯底背面。

在第一方面的第一種可能的實現方式中，所述導熱導電層采用高熱導金屬制成。