高散熱性能的半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高散熱性能的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率半導(dǎo)體器件，尤其是以GaN、SiC為代表的第三代半導(dǎo)體器件，在電力電子領(lǐng)域和通信領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在電力電子領(lǐng)域，第三代半導(dǎo)體器件具有以下優(yōu)點:開態(tài)電阻小，有利于提高設(shè)備電能利用效率和節(jié)省能源；工作頻率可以達(dá)到IMHz以上，有利于提高集成度、減小設(shè)備體積。在通信領(lǐng)域，第三代半導(dǎo)體器件禁帶寬度大、工作溫度高、操作電壓高，有利于廣泛地應(yīng)用到高頻大功率場合。
[0003]然而，半導(dǎo)體器件在大功率工作條件下，發(fā)熱量非常大，溝道溫度可以達(dá)到150 °C以上，而隨著溝道溫度的升高，器件的性能將急劇衰減，甚至器件將失效，這嚴(yán)重制約了功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展。實際上，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件在高溫高壓下的應(yīng)用逐漸增多，例如，電力電子器件一般用來處理高電壓、大電流，電壓處理范圍從幾十伏到幾千伏，電流能力最高可達(dá)幾千安培，常用來做變頻、變壓、變流、功率管理等。因此，進(jìn)一步降低半導(dǎo)體器件的工作溫度一直是研究熱點之一。
[0004]利用合理的散熱設(shè)計是降低半導(dǎo)體器件工作溫度主要途徑之一。當(dāng)前，現(xiàn)有的散熱設(shè)計一般是在半導(dǎo)體器件外采用載板的形式，不利于器件的進(jìn)一步集成。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種高散熱性能的半導(dǎo)體器件，能夠提高器件散熱性能，有效降低器件工作溫度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的一個技術(shù)方案是:提供一種高散熱性能的半導(dǎo)體器件，包括:襯底，所述襯底具有多個通孔，所述通孔從所述襯底的上表面貫穿至所述襯底的下表面；外延片，所述外延片生長在所述襯底上；其中，所述外延片包括位于所述襯底上橫向生長的成核層和位于所述成核層上的器件結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選地，所述襯底為SiC襯底、GaN襯底、Si襯底、藍(lán)寶石襯底或GaAs襯底。
[0008]優(yōu)選地，所述通孔在所述襯底上均勻分布。
[0009]優(yōu)選地，所述通孔的形狀為圓形、橢圓形、三角形或四邊形。
[0010]優(yōu)選地，所述通孔的大小為1-500 μ m，所述通孔的間距為5-800 μ m。
[0011]優(yōu)選地，所述成核層為GaN薄膜或SiC薄膜。
[0012]優(yōu)選地，所述成核層的厚度為0-1_。
[0013]優(yōu)選地，所述通孔中填充有冷凝劑。
[0014]優(yōu)選地，所述器件結(jié)構(gòu)包括由下至上依次層疊的溝道層和勢皇層，所述勢皇層上形成有源極、柵極、漏極以及覆蓋所述勢皇層、源極、柵極和漏極的介質(zhì)層。
[0015]區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本實用新型的有益效果是:由于襯底具有多個通孔，熱量可以通過通孔散發(fā)，從而能夠提高器件散熱性能，有效降低器件工作溫度，并且由于通孔的存在，橫向生長而成的成核層與襯底的晶格適配小，外延片的各層之間應(yīng)力小，比傳統(tǒng)的外延片質(zhì)量高，所以具有更好的器件性能。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型一實施例高散熱性能的半導(dǎo)體器件的截面示意圖。
[0017]圖2是圖1所示的半導(dǎo)體器件的襯底的俯視示意圖。
[0018]圖3是本實用新型另一實施例高散熱性能的半導(dǎo)體器件的截面示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0020]—并參見圖1和圖2，本實用新型提供一種高散熱性能的半導(dǎo)體器件，其包括襯底I和外延片2。襯底I具有多個通孔11，通孔11從襯底I的上表面貫穿至襯底I的下表面。外延片2生長在襯底I上，外延片2包括位于襯底I上橫向生長的成核層20和位于成核層20上的器件結(jié)構(gòu)30。
[0021]在本實施例中，襯底I為SiC襯底、GaN襯底、Si襯底、藍(lán)寶石襯底或GaAs襯底，當(dāng)然，也可以是其他材料的襯底。
[0022]通孔11在襯底I上均勻分布，如圖2所示，通孔11在襯底I上排列為陣列?？蛇x地，通孔11的大小為1-500 μm，通孔11的間距為5-800 μm。需要注意的是，本實用新型并不對通孔11的排列方式作限定，在其他一些實施例中，通孔11也可以在襯底I上非均勻分布。通孔11的形狀可以是規(guī)則圖形，例如為圓形、橢圓形、三角形或四邊形，也可以為不規(guī)則圖形，在本實施例中，通孔11的形狀為方形。
[0023]由于通孔11的存在，半導(dǎo)體器件的熱量可以從通孔11散發(fā)，在本實施例中，通孔11中填充有冷凝劑，以提高通孔11的散熱速度。當(dāng)然，在其他一些實施例中，通孔11中可以不填充冷凝劑，而利用空氣氣流來提高散熱速度。進(jìn)一步地，襯底I可以盡量減薄，可以更利于散熱，例如，襯底I可以通過機械研磨減薄，也可以通過化學(xué)刻蝕減薄。
[0024]成核層20可以為GaN薄膜或SiC薄膜。GaN薄膜或SiC薄膜不僅具有良好的橫向生長特性，而且與襯底I的晶格適配小，最終得到的外延片2的各層之間的應(yīng)力也小?？蛇x地，成核層20的厚度為O-1mm0
[0025]參見圖3，是本實用新型另一實施例高散熱性能的半導(dǎo)體器件的截面示意圖。本實施例的半導(dǎo)體器件中，器件結(jié)構(gòu)30具體包括由下至上依次層疊的溝道層31和勢皇層32，勢皇層32上形成有源極33、柵極34、漏極35以及覆蓋勢皇層32、源極33、柵極34和漏極35的介質(zhì)層36。
[0026]通過上述方式，本實用新型實施例的高散熱性能的半導(dǎo)體器件由于襯底具有多個通孔，熱量可以通過通孔散發(fā)，從而能夠提高器件散熱性能，有效降低器件工作溫度，并且由于通孔的存在，橫向生長而成的成核層與襯底的晶格適配小，外延片的各層之間應(yīng)力小，比傳統(tǒng)的外延片質(zhì)量高，所以具有更好的器件性能。
[0027]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高散熱性能的半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括: 襯底，所述襯底具有多個通孔，所述通孔從所述襯底的上表面貫穿至所述襯底的下表面； 外延片，所述外延片生長在所述襯底上； 其中，所述外延片包括位于所述襯底上橫向生長的成核層和位于所述成核層上的器件結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述襯底為SiC襯底、GaN襯底、Si襯底、藍(lán)寶石襯底或GaAs襯底。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高散熱性能的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述通孔在所述襯底上均勻分布。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述通孔的形狀為圓形、橢圓形、三角形或四邊形。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述通孔的大小為1-500μ m，所述通孔的間距為5-800 μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述成核層為GaN薄膜或SiC薄膜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述成核層的厚度為0-lmm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述通孔中填充有冷凝劑。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述器件結(jié)構(gòu)包括由下至上依次層疊的溝道層和勢皇層，所述勢皇層上形成有源極、柵極、漏極以及覆蓋所述勢皇層、源極、柵極和漏極的介質(zhì)層。
【專利摘要】本實用新型提供了一種高散熱性能的半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括：襯底，襯底具有多個通孔，通孔從襯底的上表面貫穿至襯底的下表面；外延片，外延片生長在襯底上；其中，外延片包括位于襯底上橫向生長的成核層和位于成核層上的器件結(jié)構(gòu)。通過上述方式，本實用新型能夠提高器件散熱性能，有效降低器件工作溫度。
【IPC分類】H01L23/373
【公開號】CN204834604
【申請?zhí)枴緾N201520680233
【發(fā)明人】陳一峰, 李春江
【申請人】成都嘉石科技有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月2日