[發明專利]具有叉指型電極的半導體器件

有效

• 申請號: 201710975501.5
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN108428737B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 李湛明;傅玥;吳衛東;劉雁飛
• 申請（專利權）人: 蘇州量芯微半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/41
• 分類號: H01L29/41;H01L29/778
• 代理公司: 北京久誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11542
• 代理人: 余罡

公開了具有叉指型電極的半導體器件，該半導體器件包括漏級、源極以及多個叉指型電極，多個叉指型電極中的每一個叉指型電極具有分別連接到漏級基底和源極基底的兩個交叉的叉指，多個叉指型電極中的任意兩個叉指型電極之間具有至少一個半導體導電區域，其中，叉指型是非對稱形狀并且叉指型的指尖是非直線形狀。采用本發明的叉指電極能夠使得電流或功率在整個芯片表面均勻分布，并且本發明的叉指電極具有寬度可變的電極基底，從而實現了有效控制金屬上的流量分布并能夠很好的控制芯片規模。

技術領域

本發明涉及一種半導體器件，特別涉及一種具有叉指型電極的半導體器件。

背景技術

近些年來，隨著半導體技術的發展，第三代半導體材料如GaN、AlGaN等新型材料逐漸受到人們的廣泛關注。由于這些新型半導體材料具有較寬的禁帶寬度，并且能夠在AlGaN/GaN異質結界面處形成二維電子氣(2DEG)，它們已被普遍用來制造高電子遷移率晶體管(HEMT)，極大地提高了器件的轉換和導電效率。這些器件是典型的橫向器件，電流能夠在接近表面的地方流動。

為了實現多種功率電子應用，一般來說，要求半導體器件要能夠達到1到100安培的電流輸入。在橫向半導體功率器件中，比如GaN HEMT，電流的大小取決于電流流經路徑的寬度(從漏極到源極，反之亦然)。然而，根據目前的半導體制造技術和組裝標準，把這個路徑寬度轉換為器件內部一個非常窄的條狀結構是非常不現實的。因此，人們設計出了叉指型電極，用于提高器件的電流輸入叉指型電極用于半導體電子和光電子器件具有有效利用晶片面積和降低整體接觸電阻的優點。一個普通的叉指型電極包括連接到兩個電極基底(electrode base)上的長方形交叉的叉指，漏極11(drain)和源極12(source)，如圖1所示。所有的金屬膜都是長方形的且在排版和制造過程中很容易付諸實施。

叉指型電極已經普遍用于光電探測器(PD)和傳感器的陽極和陰極(現有技術文獻1：J.Phys.D:Appl.Phys.44(2011)375104(5pp),doi:10.1088/0022-3727/44/37/375104,Highly sensitive fast-response UV photodetectors based on epitaxialTiO2films。現有技術文獻2：Diamond and Related Materials,Volume 18,Issues 5-8,May-August 2009,Pages 860C864,“Recent developments of wide-bandgapsemiconductor based UV sensors”。現有技術文獻3：US7520173B2)，以及場效應晶體管(FET)的源極和漏極(現有技術文獻4：Digests of CSMANTECH 2015,papers 17.4,“Micromachined p-GaN Gate Normally off Power HEMT with an Optimized.Air-bridge Matrix Layout Design.”Chih-Wei Yang et al.現有技術文獻5：US7417257B2)。

由于要把導線準確地鍵合到電極的基底上，使用叉指型電極進行版面設計與后續的封裝有很大關系。為了減小電阻，電流從導線到叉指的流經路徑分布必須要考慮進來。對于FET，根據上述文獻4長方形叉指的指尖可以做成半圓形狀，以減小角落效應。根據上述文獻5叉指的形狀也可以做成梯形，用于減小電流擁堵效應(以及熱效應)。對于PD和傳感器，在優化電極幾何形狀方面包括：1)根據上述文獻1采用半圓形指叉電極減小電容，增加速度；2)根據上述文獻2采用曲線型叉指與星型電極基底結合的方式，減小電極遮蔽效應，進而增加光探測的敏感性；3)根據上述文獻3采用對稱的圓形和多邊形叉指用于圓形聲學器件以及便于加工。文獻5的結果顯示采用梯形叉指能夠提高電流流動分布，減小電阻。然而，我們將會表明這種設計存在諸多限制，比如在角落處有高電場存在，而且高電場不能延伸到叉指的其他部分。此外，由于不均勻的電流或電場分布，現存的電極版面設計基本上都潛在地存在著高導通電阻或低擊穿電壓的缺陷。