一種氮化鎵器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氮化鎵器件的制造方法，包括：首先，在氮化鎵晶片上定義有源區(qū)；其次，在有源區(qū)上制備歐姆接觸及柵金屬插指；然后，在所述歐姆接觸上制備源金屬插指及漏金屬插指；再制備柵、源、漏及背面電極，最后進行倒封裝。本發(fā)明引入了器件單元和矩陣的概念，有效減小插指的長度和寬度，減少寄生效應(yīng)；同時插指均處于一個方向，故可以盡量減少源、漏電極的寬度，以增大有源區(qū)的比例，而柵極及背面電極由于嵌入了源、漏電極的間隔中，對器件有源區(qū)面積的影響可以忽略不計，因此有效面積比例大大提高，進而增大了器件功率密度。此外，本發(fā)明倒裝的封裝方法也有利于靈活排布各電極互聯(lián)金屬、提高器件的散熱性能。
【專利說明】一種氮化鎵器件及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，特別是涉及一種高功率密度氮化鎵器件及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵半導(dǎo)體具有獨特的材料性質(zhì)，這些性質(zhì)引發(fā)了半導(dǎo)體系統(tǒng)光電子和電子器件的研究與開發(fā)興趣。在功率電子領(lǐng)域，氮化鎵器件主要為基于鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率器件(AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistor),得益于招鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)中的高濃度二維電子氣(2DGE)，鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率器件可以同時具有高電流導(dǎo)通密度和高耐壓能力，特別適用于高壓高功率的功率電子應(yīng)用。
[0003]如圖1所示，氮化鎵器件I包括底層的襯底11 ;制備于所述襯底11上的氮化鎵層12 ;制備于所述氮化鎵層12上的鋁鎵氮層13 ;所述鋁鎵氮層13及所述氮化鎵層12構(gòu)成鋁鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)，并在所述鋁鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)界面處形成高濃度二維電子氣溝道14 ;制備于所述鋁鎵氮層13上的鈍化層15 ;所述鈍化層15中制備有柵極(Gate) 18 ;所述柵極18與所述鋁鎵氮層13的接觸面上制備有柵極絕緣層19 ;所述鈍化層15及所述鋁鎵氮層13的兩側(cè)制備有源極(Source) 16和漏極(Drain) 17,所述源極16和漏極17連接至所述二維電子氣溝道14。在鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率器件設(shè)計方面，由于其主要基于橫向的二維電子氣溝道14實現(xiàn)導(dǎo)通，故不同于垂直雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(VDMOS)及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等傳統(tǒng)功率電子器件，鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率器件具有橫向的器件結(jié)構(gòu)，因此，器件的柵極、源極、漏極均需要布置于氮化鎵晶片的正上方以實現(xiàn)功能，這種結(jié)構(gòu)不可避免的會對器件的功率密度、寄生效應(yīng)帶來影響。因此，如何設(shè)計鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率器件的橫向結(jié)構(gòu)就成為了提高器件性能、減小器件寄生的關(guān)鍵所在。
[0004]傳統(tǒng)的鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率橫向器件結(jié)構(gòu)主要有以下幾種:插指結(jié)構(gòu)、島式結(jié)構(gòu)、橋式結(jié)構(gòu)等。如圖2所示為插指結(jié)構(gòu)的鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率橫向器件，柵極金屬插指兩側(cè)分別為源極金屬插指及漏極金屬插指，其具有有源區(qū)比例大、連線簡單的特點，但由于器件單根金屬插指較長(通常為Imm或以上)，源漏極串聯(lián)電阻會較大，同時導(dǎo)通情況下金屬的電遷移(Electromigrat1n)現(xiàn)象也會比較明顯,影響了器件的可靠性。如圖3所示為島式結(jié)構(gòu)的鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率橫向器件。如圖4所示為橋式結(jié)構(gòu)的鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率橫向器件。島式結(jié)構(gòu)或橋式結(jié)構(gòu)均將插指結(jié)構(gòu)中的整根插指縮小化到一個個方形單元里面，可以減小寄生電阻及金屬電遷移的問題。但這類結(jié)構(gòu)最大的問題是金屬電極占面積大，有源區(qū)比例小，影響了有效面積的使用比例。
[0005]因此，如何減小寄生電阻及金屬電遷移的問題，同時增大氮化鎵器件的有源區(qū)比例，提高氮化鎵器件的功率密度已成為氮化鎵器件設(shè)計鄰域亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種氮化鎵器件及其制造方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中氮化鎵器件寄身電阻大、金屬電遷移嚴重、有源區(qū)比例小、功率密度小等問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種高功率密度氮化鎵器件的制造方法，所述制造方法至少包括以下步驟:
[0008]步驟一:提供氮化鎵晶片，在所述氮化鎵晶片的上表面定義有源區(qū)；
[0009]步驟二:在所述有源區(qū)上制備相間分布的歐姆接觸及柵金屬插指，所述歐姆接觸及所述柵金屬插指平行設(shè)置；
[0010]步驟三:在上述結(jié)構(gòu)上形成帶有矩形窗口的鈍化層，所述矩形窗口用于露出所述歐姆接觸；并在所述歐姆接觸上制備相間分布的源金屬插指及漏金屬插指；
[0011]步驟四:在所述鈍化層上制備用于引出各所述源金屬插指的源電極及用于引出各所述漏金屬插指的漏電極，所述源電極及所述漏電極分別位于各所述源金屬插指及各所述漏金屬插指的兩端；在所述源電極的兩端制備柵電極，所述柵電極通過所述鈍化層中的通孔與下層的各柵金屬插指連接；制備背面電極，所述背面電極形成于所述氮化鎵晶片的下表面且被引至所述氮化鎵晶片上表面的漏電極的兩端。
[0012]優(yōu)選地，步驟一中定義有源區(qū)的方法為刻蝕鋁鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)以去除隔離區(qū)溝道或者離子注入F、O、N等離子進入隔離區(qū)以耗盡溝道載流子。
[0013]優(yōu)選地，還包括步驟五:在各電極上形成金屬橋及冷卻基板的倒裝封裝結(jié)構(gòu)。
[0014]更優(yōu)選地，利用焊接或鍵合等方法實現(xiàn)芯片的倒封裝。
[0015]更優(yōu)選地，可以直接將形成于冷卻基板上的金屬橋和冷卻基板一起連接于各電極，也可以先將金屬橋與各電極連接，然后將冷卻基板形成于所述金屬橋上。
[0016]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種高功率密度氮化鎵器件，所述高功率密度氮化鎵器件至少包括:高功率密度器件陣列，所述高功率密度器件陣列包括多個高功率密度器件單元，其中，所述高功率密度器件單元包括:
[0017]氮化鎵晶片；
[0018]相間分布于所述氮化鎵晶片有源區(qū)上的歐姆接觸及柵金屬插指；
[0019]相間分布于所述歐姆接觸上的源金屬插指及漏金屬插指；
[0020]介于所述源金屬插指、所述漏金屬插指與所述氮化鎵晶片、所述柵金屬插指之間的鈍化層；
[0021]制備于所述鈍化層上的源電極，所述源電極與所述源金屬插指連接，構(gòu)成梳狀結(jié)構(gòu)；制備于所述鈍化層上的漏電極，所述漏電極與所述漏金屬插指連接，構(gòu)成梳狀結(jié)構(gòu)；所述源電極與所述漏電極位于金屬插指的兩端；
[0022]制備于所述鈍化層上的柵電極，所述柵電極通過所述鈍化層中的通孔與下層的柵金屬插指連接，所述柵電極位于所述源電極的兩端；
[0023]制備于所述氮化鎵晶片下表面的背面電極，所述背面電極從所述氮化鎵晶片的側(cè)面被引至所述鈍化層上，并位于所述漏電極的兩端。
[0024]優(yōu)選地，所述高功率密度器件陣列的橫向和縱向設(shè)置有劃片道，所述高功率密度器件單元通過劃片道分割。
[0025]優(yōu)選地，所述氮化鎵晶片至少包括襯底，形成于襯底上的氮化鎵層，形成于所述氮化鎵層上的鋁鎵氮層。
[0026]優(yōu)選地，所述歐姆接觸與所述柵金屬插指平行設(shè)置。
[0027]優(yōu)選地，所述源電極與所述漏電極的位置可以互換。
[0028]優(yōu)選地，還包括通過金屬與各電極連接的金屬橋。
[0029]更優(yōu)選地，還包括覆蓋于所述金屬橋上的冷卻基板。
[0030]如上所述，本發(fā)明的氮化鎵器件及其制造方法，具有以下有益效果:
[0031]本發(fā)明的氮化鎵器件引入了器件單元和矩陣的概念，可以將器件的有源區(qū)分散于各個單元之中，進而有效減小插指的長度和寬度，減少寄生效應(yīng)；同時本發(fā)明的氮化鎵器件的插指均處于一個方向，故可以盡量減少源、漏電極的寬度，以增大有源區(qū)的比例，而柵極及背面電極由于嵌入了源、漏電極的間隔中，對器件有源區(qū)面積的影響可以忽略不計，因此有效面積比例大大提高，進而增大了器件功率密度。此外，本發(fā)明的氮化鎵器件基于倒裝的封裝方法也有利于靈活排布各電極互聯(lián)金屬、提高器件的散熱性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1顯示為氮化鎵器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的插指結(jié)構(gòu)的鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率橫向器件示意圖。
[0034]圖3顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的島式結(jié)構(gòu)的鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率橫向器件示意圖。
[0035]圖4顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的橋式結(jié)構(gòu)的鋁鎵氮/氮化鎵的高電子遷移率橫向器件示意圖。
[0036]圖5顯示為本發(fā)明的高功率密度氮化鎵器件的制造方法流程示意圖。
[0037]圖6?圖7顯示為本發(fā)明的高功率密度氮化鎵器件的制造方法步驟一的俯視示意圖及左視不意圖。
[0038]圖8?圖11顯示為本發(fā)明的高功率密度氮化鎵器件的制造方法步驟二的俯視示意圖及左視不意圖。
[0039]圖12?圖15顯示為本發(fā)明的高功率密度氮化鎵器件的制造方法步驟三的俯視示意圖及左視不意圖。
[0040]圖16?圖17顯示為本發(fā)明的高功率密度氮化鎵器件的制造方法步驟四的俯視示意圖及左視不意圖。
[0041]圖18顯示為本發(fā)明的高功率密度氮化鎵器件倒封裝的金屬橋及冷卻基板示意圖。
[0042]圖19顯示為本發(fā)明的高功率密度氮化鎵器件結(jié)構(gòu)的左視示意圖。
[0043]圖20顯示為本發(fā)明的高功率密度氮化鎵器件陣列的俯視示意圖。
[0044]元件標號說明
[0045]I氮化鎵器件
[0046]11襯底
[0047]12氮化鎵層
[0048]13鋁鎵氮層
[0049]14二維電子氣溝道
[0050]15鈍化層
[0051]16源極
[0052]17漏極
[0053]18柵極
[0054]19柵極絕緣層
[0055]21氮化鎵晶片
[0056]22有源區(qū)
[0057]23歐姆接觸
[0058]24柵金屬插指
[0059]25鈍化層
[0060]26源金屬插指
[0061]27漏金屬插指
[0062]28柵電極
[0063]29源電極
[0064]30背面電極
[0065]31漏電極
[0066]32柵金屬橋
[0067]33源金屬橋
[0068]34背面金屬橋
[0069]35漏金屬橋
[0070]36焊接金屬
[0071]37冷卻基板
[0072]38劃片道
[0073]SI?S5步驟一?步驟五

【具體實施方式】
[0074]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0075]請參閱圖5?圖20。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0076]如圖5?圖19所示，本發(fā)明提供一種高功率密度氮化鎵器件的制造方法，如圖5所示為所述制造方法的流程示意圖，至少包括以下步驟:
[0077]步驟一 S1:提供氮化鎵晶片21，在所述氮化鎵晶片21的上表面定義有源區(qū)22。
[0078]如圖6?圖7所示，提供一氮化鎵晶片21，如圖1所示，所述氮化鎵晶片21至少包括襯底11，形成于襯底11上的氮化鎵層12，形成于所述氮化鎵層12上的鋁鎵氮層13。在所述氮化鎵晶片21的上表面定義有源區(qū)22，定義有源區(qū)22的方法可以為刻蝕鋁鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)以去除隔離區(qū)溝道或者離子注入F、O、N等離子進入隔離區(qū)以耗盡溝道載流子，但不僅限于這兩種方法，任何可實現(xiàn)有源區(qū)22定義的方法均適用。如圖7所示，在本實施例中，采用刻蝕的方法形成有源區(qū)22。如圖6所示，本實施例中，所述有源區(qū)22為矩形凸起區(qū)域。
[0079]步驟二 S2:在所述有源區(qū)22上制備相間分布的歐姆接觸23及柵金屬插指24，所述歐姆接觸23及所述柵金屬插指24平行設(shè)置。
[0080]如圖8?圖9所示，在所述有源區(qū)22上制備多個歐姆接觸23，所述歐姆接觸23為長條形結(jié)構(gòu)，在所述有源區(qū)22上均勻分布。所述歐姆接觸23與所述有源區(qū)22的一邊平行設(shè)置，可盡可能多的設(shè)置所述歐姆接觸23，以提高所述有源區(qū)22的利用率。如圖8所示，在本實施例中，8個所述歐姆接觸23在所述歐姆接觸23的縱向上均勻分布。
[0081 ] 然后，如圖10所示，在所述有源區(qū)22上形成柵金屬插指24，所述柵金屬插24指位于相鄰兩個所述歐姆接觸23之間，且與所述歐姆接觸23平行設(shè)置。如圖10?圖11所示，所述柵金屬插指24超出所述有源區(qū)22區(qū)域與所述氮化鎵晶片21接觸，并在所述氮化鎵晶片21上形成金屬連線，使得各柵金屬插指24電性連接。
[0082]步驟三S3:在上述結(jié)構(gòu)上形成帶有矩形窗口的鈍化層25，所述矩形窗口用于露出所述歐姆接觸23 ;并在所述歐姆接觸23上制備相間分布的源金屬插指26及漏金屬插指27。所述源金屬插指26與所述漏金屬插指27的位置可以互換。
[0083]如圖12?圖13所示，所述鈍化層25覆蓋于步驟二 S2所形成的結(jié)構(gòu)上，所述矩形窗口用于露出所述歐姆接觸23，為了確保所述鈍化層25上層的所述源金屬插指26及漏金屬插指27與所述鈍化層25下層的有源區(qū)22被完全阻隔，所述鈍化層25還覆蓋所述歐姆接觸23兩端的端口處，以確保所述鈍化層25的上下層材料被阻隔，器件性能穩(wěn)定。
[0084]如圖14?圖15所示，在所述歐姆接觸23上制備所述源金屬插指26及所述漏金屬插指27，所述源金屬插指26及所述漏金屬插指27相間分布，所述源金屬插指26及所述漏金屬插指27延長至所述鈍化層25，所述源金屬插指26及所述漏金屬插指27延長方向相反。
[0085]步驟四S4:在所述鈍化層25上制備用于引出各所述源金屬插指26的源電極29及用于引出各所述漏金屬插指27的漏電極31。所述源電極29及所述漏電極31分別位于各所述源金屬插指26及各所述漏金屬插指27的兩端。在所述源電極29的兩端制備柵電極28，所述柵電極28通過所述鈍化層25中的通孔與下層的各柵金屬插指24連接。在所述氮化鎵晶片21的下表面制備背面電極30，并將所述背面電極30引至所述氮化鎵晶片21的上表面的漏電極31的兩端。
[0086]所述源電極29及所述漏電極31的位置可以互換，即所述柵電極28位于所述漏電極31的兩端，所述背面電極30位于所述源電極29的兩端。鑒于柵電壓與源電壓之間的電壓差比較小，為提高器件穩(wěn)定性，在本實施例中，所述柵電極28位于所述源電極29的兩端，所述背面電極30位于所述漏電極31的兩端。
[0087]如圖16?圖17所示，在所述源金屬插指26延長的一端制備多邊形的源電極29，如圖16所示，在本實施例中，所述源電極29為等腰梯形結(jié)構(gòu)。在所述漏金屬插指27延長的一端制備多邊形的漏電極31，如圖16所示，在本實施例中，所述漏電極31為等腰梯形結(jié)構(gòu)，與所述源電極29對稱設(shè)置。如圖16所示，所述柵電極28為三角形結(jié)構(gòu)，制備于所述源電極29的兩端，與所述源電極29構(gòu)成矩形區(qū)域。如圖17所示，所述柵電極28通過所述鈍化層25中的通孔與下層的柵金屬插指24連接。如圖17所示，所述背面電極30制備于所述氮化鎵晶體21的下表面，并從所述氮化鎵晶體21的一側(cè)引至所述氮化鎵晶體21的上表面。如圖16所示，引至所述氮化鎵晶體21上表面的所述背面電極30為三角形結(jié)構(gòu)，制備于所述漏電極31的兩端，與所述漏電極31構(gòu)成矩形區(qū)域。各電極做鑲嵌設(shè)計，在保證電極面積的情況下有效減小了各電極對源、漏極金屬插指布局的影響。
[0088]還包括步驟五S5:在各電極上形成金屬橋及冷卻基板37的倒裝封裝結(jié)構(gòu)。
[0089]如圖18?圖19所不,冷卻基板37及柵金屬橋32、源金屬橋33、背面金屬橋34、漏金屬橋35分別位于上下層。
[0090]可利用焊接或鍵合等方法實現(xiàn)芯片的倒封裝，可以直接將形成于冷卻基板37上的金屬橋和冷卻基板37 —起連接于各電極，也可以先將金屬橋與各電極連接，然后將冷卻基板37形成于所述金屬橋上。
[0091]如圖18?圖19所示，在本實施例中，采用焊接的方法將形成于冷卻基板37上的各金屬橋與相對應(yīng)的電極通過焊接金屬36焊接到一起，各金屬橋處于器件有源區(qū)22上方，但與有源區(qū)22不接觸，以在保證金屬橋?qū)挾鹊那闆r下節(jié)省器件面積，同時，冷卻基板37可以優(yōu)化器件散熱性能。
[0092]如圖19?圖20所示，本發(fā)明還提供一種高功率密度氮化鎵器件，所述器件至少包括:高功率密度器件陣列，如圖20所示，所述高功率密度器件陣列包括多個高功率密度器件單元,其中，如圖19所示,所述高功率密度器件單元包括:
[0093]氮化鎵晶片21 ；
[0094]相間分布于所述氮化鎵晶片21有源區(qū)22上的歐姆接觸23及柵金屬插指24。
[0095]相間分布于所述歐姆接觸23上的源金屬插指26及漏金屬插指27，相間分布的設(shè)置可充分利用所述源金屬插指26及漏金屬插指27，減少所述源金屬插指26及漏金屬插指27的數(shù)量。
[0096]介于所述源金屬插指26、所述漏金屬插指27與所述氮化鎵晶片21、所述柵金屬插指24之間的鈍化層25。
[0097]制備于所述鈍化層25上的源電極29，所述源電極29與所述源金屬插指26連接，構(gòu)成梳狀結(jié)構(gòu)；制備于所述鈍化層25上的漏電極31，所述漏電極31與所述漏金屬插指27連接，構(gòu)成梳狀結(jié)構(gòu)；所述源電極29與所述漏電極31位于各金屬插指的兩端。
[0098]制備于所述鈍化層25上的柵電極28，所述柵電極28通過所述鈍化層25中的通孔與下層的柵金屬插指24連接，所述柵電極28位于所述源電極29的兩端。
[0099]制備于所述氮化鎵晶片21下表面的背面電極30，所述背面電極30從所述氮化鎵晶片21的側(cè)面被引至所述鈍化層25上，并位于所述漏電極31的兩端。
[0100]如圖20所示，所述高功率密度器件陣列的橫向和縱向設(shè)置有劃片道38，所述高功率密度器件單元通過劃片道38分割?？梢愿鶕?jù)輸出電流及功率的要求靈活設(shè)置各插指的長度，再依據(jù)產(chǎn)品輸出的需求通過切片的方式取出所需要的器件單元矩陣。
[0101]如圖1所示，所述氮化鎵晶片21至少包括襯底11，形成于襯底11上的氮化鎵層12，形成于所述氮化鎵層12上的鋁鎵氮層13。
[0102]所述歐姆接觸23與所述柵金屬插指24平行設(shè)置，對應(yīng)的各金屬插指均在所述有源區(qū)22上平行設(shè)置，可以盡量減少各金屬插指的寬度，相應(yīng)的有源區(qū)22的比例明顯增大。
[0103]所述源電極29與所述漏電極31的位置可以互換，鑒于柵電壓與源電壓之間的電壓差比較小，為提高器件穩(wěn)定性，在本實施例中，所述柵電極28位于所述源電極29的兩端，所述背面電極30位于所述漏電極31的兩端。
[0104]如圖20所示，所述背面電極30鑲嵌于所述漏電極31之間，所述柵電極28鑲嵌于所述源電極29之間，在確保各電極面積的情況下，這種布置大大提高了版圖上有源區(qū)22的布置面積，能盡可能提高有源區(qū)22的面積，進而提高晶片的利用率。
[0105]如圖18?圖19所示，還包括通過金屬與各電極連接的金屬橋。金屬橋包括柵金屬橋32、源金屬橋33、背面金屬橋34、漏金屬橋35,各金屬橋面積遠遠大于相應(yīng)的電極的面積，各金屬橋處于器件有源區(qū)22上方，但與有源區(qū)22不接觸，以在保證金屬橋?qū)挾鹊那闆r下節(jié)省器件面積，進而提高有源區(qū)22的比例。
[0106]如圖19所示，還包括覆蓋于所述金屬橋上的冷卻基板37，冷卻基板37可以優(yōu)化器件散熱性能。
[0107]本發(fā)明提出了世界上第一種高功率密度氮化鎵器件設(shè)計結(jié)構(gòu)，如圖19?圖20所示，該器件由高功率密度單元組成，每一個單元具有源、漏、柵和背面電極。在一個單元之內(nèi)，源、漏電極為梯形布置，且長邊處于相面對的方向，以盡量增大可以放置插指的有源區(qū)面積。
[0108]在源、漏電極兩側(cè)，放置多邊形柵及背面電極，在保證電極面積的情況下減小對源、漏極放置插指的影響。
[0109]在源、漏極間為器件有源區(qū)，分布以源、漏及柵金屬插指。插指長度和寬度由導(dǎo)通電流需求而定，以盡量減少器件的寄生參數(shù)。
[0110]基于高功率密度器件單元，可以根據(jù)輸出電流及功率的要求靈活組成高性能氮化鎵功率電子器件，如圖20所示。在器件實際生產(chǎn)過程中，可以在氮化鎵晶片表面密布高功率密度器件單元，再依據(jù)產(chǎn)品輸出的需求通過切片的方式取出所需要的器件單元矩陣，然后通過倒裝封裝的方法形成產(chǎn)品。
[0111]相較于傳統(tǒng)的氮化鎵插指器件結(jié)構(gòu)，高功率密度器件因引入了器件單元和矩陣的概念，可以將器件的有源區(qū)分散于各個單元之中，進而有效減小插指的長度和寬度，減少寄生效應(yīng)。同時基于倒裝的封裝方法也有利于靈活排布各電極互聯(lián)金屬、提高器件的散熱性倉泛。
[0112]相比于島式或橋式器件結(jié)構(gòu)，由于高功率密度器件的插指均處于一個方向，故可以盡量減少源、漏電極的寬度，以增大有源區(qū)的比例。同時柵及背面電極由于嵌入了源、漏電極的間隔中，對器件有源區(qū)面積的影響可以忽略不計。因此高功率密度器件可以獲得比島式或橋式器件結(jié)構(gòu)高得多的有效面積比例，進而增大器件功率密度。
[0113]以600V/20A氮化鎵器件為例，表I比較了傳統(tǒng)插指、島式結(jié)構(gòu)、橋式結(jié)構(gòu)及本發(fā)明的高功率密度器件結(jié)構(gòu)的性能。
[0114]

【權(quán)利要求】
1.一種高功率密度氮化鎵器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括以下步驟: 步驟一:提供氮化鎵晶片，在所述氮化鎵晶片的上表面定義有源區(qū)； 步驟二:在所述有源區(qū)上制備相間分布的歐姆接觸及柵金屬插指，所述歐姆接觸及所述柵金屬插指平行設(shè)置； 步驟三:在上述結(jié)構(gòu)上形成帶有矩形窗口的鈍化層，所述矩形窗口用于露出所述歐姆接觸；并在所述歐姆接觸上制備相間分布的源金屬插指及漏金屬插指； 步驟四:在所述鈍化層上制備用于引出各所述源金屬插指的源電極及用于引出各所述漏金屬插指的漏電極，所述源電極及所述漏電極分別位于各所述源金屬插指及各所述漏金屬插指的兩端；在所述源電極的兩端制備柵電極，所述柵電極通過所述鈍化層中的通孔與下層的各柵金屬插指連接；制備背面電極，所述背面電極形成于所述氮化鎵晶片的下表面且被引至所述氮化鎵晶片上表面的漏電極的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率密度氮化鎵器件的制造方法，其特征在于:步驟一中定義有源區(qū)的方法為刻蝕鋁鎵氮/氮化鎵異質(zhì)結(jié)以去除隔離區(qū)溝道或者離子注入F、0、N等離子進入隔離區(qū)以耗盡溝道載流子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率密度氮化鎵器件的制造方法，其特征在于:還包括步驟五:在各電極上形成金屬橋及冷卻基板的倒裝封裝結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率密度氮化鎵器件的制造方法，其特征在于:利用焊接或鍵合等方法實現(xiàn)芯片的倒封裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率密度氮化鎵器件的制造方法，其特征在于:可以直接將形成于冷卻基板上的金屬橋和冷卻基板一起連接于各電極，也可以先將金屬橋與各電極連接，然后將冷卻基板形成于所述金屬橋上。
6.一種高功率密度氮化鎵器件，其特征在于，所述高功率密度氮化鎵器件至少包括:高功率密度器件陣列，所述高功率密度器件陣列包括多個高功率密度器件單元，其中，所述高功率密度器件單元包括: 氮化鎵晶片； 相間分布于所述氮化鎵晶片有源區(qū)上的歐姆接觸及柵金屬插指； 相間分布于所述歐姆接觸上的源金屬插指及漏金屬插指； 介于所述源金屬插指、所述漏金屬插指與所述氮化鎵晶片、所述柵金屬插指之間的鈍化層； 制備于所述鈍化層上的源電極，所述源電極與各所述源金屬插指連接，構(gòu)成梳狀結(jié)構(gòu)；制備于所述鈍化層上的漏電極，所述漏電極與各所述漏金屬插指連接，構(gòu)成梳狀結(jié)構(gòu)，所述源電極與所述漏電極分別位于金屬插指的兩端； 制備于所述鈍化層上的柵電極，所述柵電極通過所述鈍化層中的通孔與下層的柵金屬插指連接，所述柵電極位于所述源電極的兩端； 制備于所述氮化鎵晶片下表面的背面電極，所述背面電極從所述氮化鎵晶片的側(cè)面被引至所述鈍化層上，并位于所述漏電極的兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率密度氮化鎵器件，其特征在于:所述高功率密度器件陣列的橫向和縱向設(shè)置有劃片道，所述高功率密度器件單元通過劃片道分割。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率密度氮化鎵器件，其特征在于:所述氮化鎵晶片至少包括襯底，形成于襯底上的氮化鎵層，形成于所述氮化鎵層上的鋁鎵氮層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率密度氮化鎵器件，其特征在于:所述歐姆接觸與所述柵金屬插指平行設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率密度氮化鎵器件，其特征在于:所述源電極與所述漏電極的位置可以互換。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率密度氮化鎵器件，其特征在于:還包括通過金屬與各電極連接的金屬橋。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的高功率密度氮化鎵器件，其特征在于:還包括覆蓋于所述金屬橋上的冷卻基板。
【文檔編號】H01L33/00GK104201253SQ201410327555
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】袁理 申請人:中航（重慶）微電子有限公司