半导体器件和半导体器件的制备方法转让专利
申请号 : CN202210117112.X
文献号 : CN114141736B
文献日 : 2022-05-06
发明人 : 许建华 , 乐伶聪 , 杨天应
申请人 : 深圳市时代速信科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种半导体器件,其特征在于,包括:衬底;
设置在所述衬底一侧的半导体层;
设置在所述半导体层远离所述衬底一侧的源极、漏极和栅极;
以及,设置在所述半导体层远离所述衬底一侧的第一导热层;
其中,所述半导体层上设置有电极分布区,所述源极、所述漏极和所述栅极间隔分布在所述电极分布区,所述第一导热层至少设置在所述电极分布区,并至少部分设置在所述源极和所述漏极之间,且所述第一导热层的分布特征与工作状态下所述电极分布区的温度分布等高线图相适配,以使所述第一导热层由所述电极分布区的热量聚集中心向四周扩散;
所述第一导热层沉积形成在所述半导体器件表面的介质层表面,且所述第一导热层至少部分分布在所述源极和所述漏极之间的沟道区域内的表面,以适应性地热传导所述电极分布区内产生的热量;
所述第一导热层包括至少一个纵置部分和多个横置部分,多个所述横置部分至少分布在所述源极和所述漏极之间的沟道区域,且越靠近热量聚集中心的位置,所述横置部分沿沟道延伸方向上的长度就越大,以使所述第一导热层沿椭圆状的温度分布等高线图设置。
2.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述第一导热层包括第一导热材料,所述第一导热材料分布在所述电极分布区,所述第一导热材料在所述电极分布区中心区域的分布密度大于边缘区域的分布密度。
3.根据权利要求2所述的半导体器件,其特征在于,所述半导体层远离所述衬底的一侧还设置有第二导热层,所述第二导热层分布在所述第一导热层周围,并覆盖所述半导体层,且所述第二导热层的厚度小于或等于所述第一导热层的厚度。
4.根据权利要求3所述的半导体器件,其特征在于,所述第二导热层包括第二导热材料,所述第二导热材料的导热系数小于或等于所述第一导热材料的导热系数。
5.根据权利要求3所述的半导体器件,其特征在于,所述第一导热层上设置有至少一个导热开口槽。
6.根据权利要求5所述的半导体器件,其特征在于,所述导热开口槽内填充有第三导热材料,以在所述导热开口槽内形成第三导热层。
7.根据权利要求3所述的半导体器件,其特征在于,所述第一导热材料为金属材料,所述第一导热层上设置有让位开槽,所述让位开槽贯穿所述第一导热层,并与所述栅极相对应,以使所述第一导热层分布在所述栅极两侧。
8.根据权利要求7所述的半导体器件,其特征在于,所述让位开槽中填充有第二导热材料或第三导热材料。
9.根据权利要求7所述的半导体器件,其特征在于,所述半导体层远离所述衬底的一侧还设置有栅焊盘、源焊盘和漏焊盘,所述栅焊盘、所述源焊盘和所述漏焊盘均设置在电极分布区之外,且所述栅焊盘与所述栅极连接,所述源焊盘与所述源极连接,所述漏焊盘与所述漏极连接,所述第一导热层还分布在所述栅焊盘、所述源焊盘和所述漏焊盘上。
10.一种半导体器件的制备方法,其特征在于,包括:在衬底的一侧形成半导体层;
在所述半导体层远离所述衬底的一侧形成源极、漏极和栅极;
在所述半导体层远离所述衬底的一侧形成第一导热层;
其中,所述半导体层上设置有电极分布区,所述源极、所述漏极和所述栅极间隔分布在所述电极分布区,所述第一导热层至少设置在所述电极分布区,并至少部分设置在所述源极和所述漏极之间,且所述第一导热层的分布特征与工作状态下所述电极分布区的温度分布等高线图相适配,以使所述第一导热层由所述电极分布区的热量聚集中心向四周扩散;
所述第一导热层沉积形成在所述半导体器件表面的介质层表面,且所述第一导热层至少部分分布在所述源极和所述漏极之间的沟道区域内的表面,以适应性地热传导所述电极分布区内产生的热量;
所述第一导热层包括至少一个纵置部分和多个横置部分,多个所述横置部分至少分布在所述源极和所述漏极之间的沟道区域,且越靠近热量聚集中心的位置,所述横置部分沿沟道延伸方向上的长度就越大,以使所述第一导热层沿椭圆状的温度分布等高线图设置。
11.根据权利要求10所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,在所述半导体层远离所述衬底的一侧形成第一导热层的步骤之前,所述方法还包括:在所述半导体层远离所述衬底的一侧设置第二导热层;
其中,所述第二导热层分布在所述第一导热层周围,并覆盖所述半导体层。
说明书 :
半导体器件和半导体器件的制备方法
技术领域
背景技术
金属电极所在区域的中心位置的沟道是距离边界最远的区域,该区域散热最困难,导致其
升温最高。而升温效应会导致器件的性能下降、可靠性失效。
较差。
发明内容
极和所述漏极之间,且所述第一导热层的分布特征与工作状态下所述电极分布区的温度分
布等高线图相适配,以使所述第一导热层由所述电极分布区的热量聚集中心向四周扩散。
区域的分布密度。
度小于或等于所述第一导热层的厚度。
分布在所述栅极两侧。
盘与所述栅极连接,所述源焊盘与所述源极连接,所述漏焊盘与所述漏极连接,所述第一导
热层还分布在所述栅焊盘、所述源焊盘和所述漏焊盘上。
述源极和所述漏极之间,且所述第一导热层的分布特征与工作状态下所述电极分布区的温
度分布等高线图相适配,以使所述第一导热层由所述电极分布区的热量聚集中心向四周扩
散。
部分设置在源极和漏极之间,且第一导热层的分布特征与工作状态下电极分布区的温度分
布等高线图相适配,以使第一导热层由电极分布区的热量聚集中心向四周扩散。通过额外
设置由热量聚集中心向四周扩散的第一导热层,使得电极分布区的热分布更加均匀,电极
分布区内产生的热量,能够适应性地由第一导热层进行热传导,并由温度最高的中心区域
向四周传导,增强了电极分布区的散热能力。相较于现有技术,本发明提供的半导体器件,
能够提升器件整体的热均匀性,并增强器件正面的散热能力。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
161‑纵置部分;163‑横置部分;165‑导热开口槽;167‑增生部分;169‑让位开槽;170‑第二导
热层;180‑第三导热层。
具体实施方式
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范
围。
位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元
件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
传导,整体散热效果差,并且由于器件正面直接暴露在外,正面覆盖层较少时致其抗湿气能
力较低。
增加衬底的散热能力,无法直达发热源进行散热(正面发热),散热能力的提升十分有限,并
且只能在倒装结构中使用。
抗湿气能力。
极150设置在半导体层120远离衬底110的一侧,同时第一导热层160也设置在半导体层120
远离衬底110的一侧,其中,半导体层120上设置有电极分布区123,源极130、漏极140和栅极
150间隔分布在电极分布区123,第一导热层160设置在电极分布区123,并至少部分设置在
源极130和漏极140之间的沟道区域内,且第一导热层160的分布特征与工作状态下电极分
布区123的温度分布等高线图相适配,以使第一导热层160由电极分布区123的热量聚集中
心向四周扩散。
层121覆盖在栅极150、源极130和漏极140上,源极130和漏极140可以通过介质层121上开口
后填充互连金属实现外部连接,介质层121、半导体层120以及金属电极的基本构成与常规
的功率器件一致,在此不再详细介绍。本实施例中第一导热层160沉积形成在介质层121的
表面。
个,栅极150为4个,其具体分布情况与常规的功率器件一致,电极分布区123整体呈矩形状,
在工作状态下,电极分布区123内会产生大量的热量,其温度分布等高线图整体呈椭圆状且
分层分布,且越靠近中心位置散热能力越差,热量聚集越集中,故此处电极分布区123的热
量聚集中心即电极分布区123的几何中心,中心位置为高温区,边缘位置为低温区,本实施
例中第一导热层160的分布特征与电极分布区123的温度分布等高线图相适配,即指的是第
一导热层160主要分布在电极分布的高温区,并向着低温区延伸,从而保证精确地对热量集
中位置进行导热,实现对电极分布区123的温度均衡。
够与该温度分布等高线图相适配,从而保证能够对热量最集中的区域进行导热,从而使得
电极分布区123内温度分布均匀。通过额外设置由热量聚集中心向四周扩散的第一导热层
160,使得电极分布区123的热分布更加均匀,电极分布区123内产生的热量,能够适应性地
由第一导热层160进行热传导,并由散热能力最差、温度最高的中心区域向四周传导,增强
了电极分布区123的散热能力。
体地,第一导热层160的厚度为T1,此处第一导热材料的分布密度,指的是第一导热材料在
一定范围内的质量百分比,即中心区域可以分布更多的第一导热材料,从而起到更好的导
热能力,提升器件正面的散热能力,进一步使得电极分布区123的热量分布均匀。
区域内,同时,第一导热材料还跨接在位于电极分布区123中部的源极130和漏极140上,从
而将相邻沟道区域内的第一导热材料串接起来。
分163串接起来,并横跨多个源极130、漏极140和栅极150,横置部分163的宽度与沟道区域
的宽度相同,并且越靠近热量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸方向上的长度就越
大,从而使得整体的第一导热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。
导体层120的正面,可以进一步提升器件正面的散热能力,第二导热层170具体沉积形成在
介质层121的表面,且第二导热层170和第一导热层160拼接,将裸露在外的介质层121全部
覆盖,从而能够保证器件正面处于完全覆盖状态,进一步提升器件的抗湿气能力。优选地,
第二导热层170可以分布在电极分布区123内第一导热层160未覆盖的区域,同时也分布在
电极分布区123外。
且栅焊盘151与栅极150连接,源焊盘131与源极130连接,漏焊盘141与漏极140连接,第二导
热层170还分布在源焊盘131、漏焊盘141和栅焊盘151周围。具体地,栅焊盘151和漏焊盘141
分别设置在电极分布区123的两侧,源焊盘131设置在电极分布区123的两端,其中栅焊盘
151、源焊盘131和漏焊盘141的基本结构和分布特征与常规的器件焊盘一致,在此不再详细
介绍。
倒装时,焊盘的高度与第一导热层160的高度并无直接关系,例如,焊盘的高度也可以高于
或低于第一导热层160的高度。
粒的树脂材料,其中第二导热材料也为绝缘导热材料,且其导热系数小于第一导热材料的
导热系数,从而能够与第一导热材料共同形成更有层次的导热网络,以进一步使得整个器
件的正面热量分布更加均匀。
无间隙,使得整体介质层121和半导体层120均处于完全包覆状态,一方面有层次地增加了
器件正面的散热能力,另一方面也对半导体层120起到保护作用,提升器件的抗湿气能力。
起设置,通过采用更厚的第一导热层160,使得电极分布区123的高温区域的导热材料更多,
散热能力更强,进一步提升正面散热能力,并且在保证散热能力的情况下,也可以使得第二
导热层170无需太厚,节省了材料。
热层170,第一导热层160设置在电极分布区123,并至少部分设置在源极130和漏极140之
间,且第一导热层160的分布特征与工作状态下电极分布区123的温度分布等高线图相适
配,以使第一导热层160由电极分布区123的热量聚集中心向四周扩散。第二导热层170分布
在第一导热层160周围,通过额外设置由热量聚集中心向四周扩散的第一导热层160,使得
电极分布区123的热分布更加均匀,电极分布区123内产生的热量,能够适应性地由第一导
热层160进行热传导,并由温度最高的中心区域向四周传导,增强了电极分布区123的散热
能力。同时通过设置第二导热层170,一方面进一步增强了器件正面的散热能力,另一方面
也使得器件正面抗湿气能力更强。
相应内容。
道区域的宽度,并且越靠近热量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸方向上的长度就
越大,从而使得整体的第一导热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。
相应内容。
道区域的宽度,并且越靠近热量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸方向上的长度就
越大,从而使得整体的第一导热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。
能够在起到散热效果的同时,节省材料,且能够使得温度分布更加均匀。
相应内容。
区域的宽度相同,并且越靠近热量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸方向上的长度
就越大,从而使得整体的第一导热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。其中,每个横
置部分163的顶端均具有向两侧扩展的部分,从而使得横置部分163的截面呈T形,并延伸至
相邻的源极130或漏极140。
考第一实施例或第二实施例中相应内容。
130和漏极140之间的沟道区域内,横置部分163的宽度大于沟道区域的宽度,并且越靠近热
量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸方向上的长度就越大,从而使得整体的第一导
热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。其中,每个横置部分163均可以开设有导热开
口槽165,其中导热开口槽165的延伸方向与沟道的延伸方向相同。
加第一导热层160的散热面积,从而提升其散热能力。
考第一实施例或第五实施例中相应内容。
相平齐,导热开口槽165可以是多个,第一导热层160包括纵置部分161和多个横置部分163,
多个横置部分163即依次分布在多个源极130和漏极140之间的沟道区域内,横置部分163的
宽度大于沟道区域的宽度,并且越靠近热量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸方向
上的长度就越大,从而使得整体的第一导热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。其
中,每个横置部分163均可以开设有两个相互平行的导热开口槽165,其中导热开口槽165的
延伸方向与沟道的延伸方向相同。
数,通过在导热开口槽165内填充第三导热材料,使得第三导热材料可以穿插在第一导热材
料中,从而进一步提升其散热能力。
内容。
分163串接起来,并横跨多个源极130、漏极140和栅极150。其中,相邻两个横置部分163相互
接合,并跨过对应的源极130和漏极140,从而形成了矩形状的中心散热部和分布在中心散
热部四周的边缘散热部。
内容。
分161将多个横置部分163串接起来,并横跨多个源极130、漏极140和栅极150。横置部分163
的宽度与沟道区域的宽度相同,并且越靠近热量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸
方向上的长度就越大,从而使得整体的第一导热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。
多个增生部分167横置设置,并位于相邻两个横置部分163之间,即位于漏极140和源极130
上,能够额外对漏极140和源极130进行散热,同时多个增生部分167越靠近热量聚集中心的
位置长度也越大。
内容。
将多个横置部分163串接起来,且多个纵置部分161间隔且平行设置。横置部分163的宽度与
沟道区域的宽度相同,并且越靠近热量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸方向上的
长度就越大,从而使得整体的第一导热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。
散热网络,进一步提升器件散热能力和温度均匀性。
内容。
来,并横跨多个源极130、漏极140和栅极150,横置部分163的宽度与沟道区域的宽度相同,
并且越靠近热量聚集中心的位置,横置部分163沿沟道延伸方向上的长度就越大,从而使得
整体的第一导热层160沿椭圆状的温度分布等高线图设置。
位于纵置部分161的两侧,从而使得热量聚集中心位置的横置部分163与纵置部分161间隔
设置,该间隔部分可以用第二导热层170进行填充。通过设置间隔部分,形成增强散热网络,
进一步提升器件温度均匀性。
中相应内容。
两侧。具体地,第一导热材料可以是铜、金或银等导热能力较好的金属材料,同时通过设置
让位开槽169,使得第一导热层160与栅极150能够间隔设置,从而避免第一导热层160跨接
于栅极150上,影响器件的频率特性。
141上,在不影响焊盘焊接的情况下,能够进一步提升器件正面的散热能力。
强器件的散热能力。
相同,为简要描述,本实施例部分未提及之处,可参考前述实施例中相应内容。
焊盘141和栅焊盘151,其中在执行步骤S2时,还需要在半导体层120的表面沉积一层介质层
121,从而将金属电极或金属焊盘之外的区域保护起来。
导热层170。第二导热层170能够将除第一导热层160覆盖区域之外的介质层121均覆盖在
内,从而起到保护作用,提升器件抗湿气能力。
一导热层160,第一导热层160至少部分设置在源极130和漏极140之间的沟道内,且第一导
热层160的分布特征与工作状态下电极分布区123的温度分布等高线图相适配,以使第一导
热层160由电极分布区123的热量聚集中心向四周扩散。
有多种,具体可以参考前述实施例中的相关描述。
导热层170,第一导热层160设置在电极分布区123,并至少部分设置在源极130和漏极140之
间,且第一导热层160的分布特征与工作状态下电极分布区123的温度分布等高线图相适
配,以使第一导热层160由电极分布区123的热量聚集中心向四周扩散。第二导热层170分布
在第一导热层160周围,通过额外设置由热量聚集中心向四周扩散的第一导热层160,使得
电极分布区123的热分布更加均匀,电极分布区123内产生的热量,能够适应性地由第一导
热层160进行热传导,并由温度最高的中心区域向四周传导,增强了电极分布区123的散热
能力。同时通过设置第二导热层170,一方面进一步增强了器件正面的散热能力,另一方面
也使得器件正面抗湿气能力更强。
涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为
准。