CN1150615C - 半导体器件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体器件，该器件能够将有源元件产生的热有效地传递给散热部件，同时提供了这种半导体器件的制作方法。在基片(如GaAs)上形成的有源元件的一个端子(如漏极)通过一层具有良好绝缘性和高热导率的绝缘部件(如氮化铝)与散热部件相接触。散热部件可以是与有源元件的另一端子相连的导电膜，也可以是封壳的散热片。

Description

半导体器件及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别是涉及一种通过面朝下方式与封壳相连接的高输出功率的场效应晶体管(FET)。

背景技术

从材料特征考虑，以GaAs基半导体材料制成的半导体器件，多被用作高速响应半导体器件。然而，由于半导体器件的元件损耗所产生的热量，就引发了一个问题，即，如何提高这种器件的冷却效率。

例如，对于由半导体基片所产生的热量，存在一种散热方法，即通过减少具有低热导率的GaAs基片的厚度来达到辅助散热的目的。但是，对于这种类型的半导体，又出现了这样一个缺点：减少基片的厚度，则器件的力学强度也会随之降低。为了在不降低其力学强度的前提下而达到提高散热效率的目的，在日本专利专利JP-A-59-124750和JP-06-005633中公开了一种方法，即，通过一个导电层将基片与散热片连接起来的方法。

另一方面，对于由半导体基片所产生的热量，存在这种散热方法，即，通过电极进行散热，该电极处于为绝缘膜或电极提供的半导体基片上，这种散热方式使用了这样一种技术：通过将导电膜与电极或散热部件以电导通方式连接起来进行散热。

尤其是，在高输出功率的场效应晶体管(FET)中，常采用一种面朝下的倒装式连接，其中，在GaAs基片上形成的栅极与封壳的散热片紧密接触并连接在一起。

图12是传统半导体器件的横截面示意图；图13是图12中所示的半导体器件被连接在封壳上的横截面示意图。

参照图12和图13，可对一种传统的半导体器件的制作方法进行逐级解释。

参考图12，首先在基片(如GaAs基片)上形成一个栅极2，然后在基片1表面沉积第一层绝缘膜7。在形成源极4和漏极3的第一层绝缘膜7的范围内，各形成一个扩散槽，  然后在槽上喷溅一层TiAu导电层，继而再电镀一层Au以形成源极4和漏极3。

然后再在以上组件的表面沉积第二层绝缘膜8以覆盖第一层绝缘膜7、源极4和漏极3，并使之形成同一平面。在与源极4对应的平面化的第二层绝缘膜8的区域被钻开，即将图12中的第二绝缘膜8的暴露处除去。然后，将用作导电层的TiAu层喷溅在所述部分的整个表面上，以形成一厚层Au镀膜，从而形成了导电部件6。这就给出了具有图12所示的截面形状的有源元件。

通过热压技术将图12中所示的半导体器件与封壳的散热片9以倒装式的面向下方式连接在一起，图13为其横截面示意图。

发明内容

然而，以上所述的传统的半导体器件还存在以下缺陷：如图14所示，其散热路径13仅仅包括一条通道，其从源极4通过导电部件6连接到散热件9，而在漏极3一侧所产生的热量却无导热通道，因此，由半导体器件产生的热量就无法有效地传向封壳。

考虑到以上缺陷，本发明的目的之一在于提供一种半导体器件，这种半导体器件能够将半导体器件产生的热量有效地传向封壳，另外还提供了这种半导体器件的制作方法。

为实现以上目的，本发明提供了一种半导体器件，其中，在漏极上部提供一块具有高电绝缘性和高热导率的绝缘体，此绝缘体与同源极引出的互连层热接触。

根据本发明，所提供的半导体器件一般包括：

多个散热路径，对于有源元件预定数的电极的每一个，所述散热路径适于将热量从所述有源元件的电极向散热部件传递热，其中，

所述预定数的电极被设置成不使各电极之间被所述的散热路径和所述的散热部件电连接，

其中，至少一个电极被电连接到与所述散热部件邻接的导电部件，所述的导电部件至少从一个电极延伸到第二电极。

在该半导体器件中，至少有一条散热路径，在其到达散热部件的路径中，插入了一具有高热导率和良好电绝缘性的部件，称之为“绝缘部件”。

还提供了一种半导体器件，其中有源元件的第一端子通过一导电部件与散热部件相连，同时，有源元件的第二端子经插在其与所述散热部件之间的一绝缘部件向所述的散热部件传递热。

一方面，本发明提供了一种装配：将与在基片上形成的有源元件的一个端子相连的导电部件通过一绝缘部件与所述有源元件的另一端子相连接，其中，导电部件与为容置所述有源元件的封壳的散热部件相连。

另一方面，本发明还提供了一种装配：将在基片上形成的有源元件的一个端子通过一绝缘部件与用于安装所述有源元件的封壳的散热部件相连。

对于将形成于基片上的有源元件与安置该有源元件的封壳的散热部件相连接的这种半导体器件，本发明提供了以下制作步骤：

(a)在所述基片上形成一个栅极；

(b)形成具有在基片中提供有孔的第一层绝缘膜，所述孔在分别对应于漏极和源极的位置；

(c)在基片上形成漏极和源极；

(d)在基片的整个表面形成一层第二绝缘膜，平化该表面直到漏极和源极被暴露出；

(e)在漏极上形成一绝缘部件；

(f)在基片上形成一层带孔的第三绝缘层，该孔在对应于源极的位置，并平化整个表面直到漏极的绝缘部件的表面被暴露出为止；

(g)在第三层绝缘膜上形成一导电部件。

所有的或部分的膜可以是包括氮化铝的部件，同时形成于GaAs基片上的高输出功率FET可作为有源元件。

附图说明

本发明的其它特征通过公开的包括权利要求和附图的整个内容将会变得更加清楚。

图1是根据本发明中第一实施例的半导体器件的横截面视图。

图2是根据本发明中第一实施例的半导体器件的逐级制作方法的横截面视图。

图3是根据本发明中第一实施例的半导体器件的逐级制作方法的横截面视图。

图4是根据本发明中第一实施例的半导体器件的逐级制作方法的横截面视图。

图5是根据本发明中第一实施例的半导体器件的逐级制作方法的横截面视图。

图6是根据本发明中第一实施例的半导体器件安装状态的横截面视图。

图7是根据本发明中第一实施例的半导体器件散热状态的横截面视图。

图8是根据本发明中第二实施例的半导体器件的横截面视图。

图9是根据本发明中第二实施例的半导体器件安装状态的横截面视图。

图10是根据本发明中第三实施例的半导体器件的横截面视图。

图11是根据本发明中第三实施例的半导体器件安装状态的横截面视图。

图12是传统的半导体器件的横截面视图。

图13是传统的半导体器件安装状态的横截面视图。

图14是传统的半导体器件散热状态的横截面视图。

具体实施方式

下面以最佳实施例的形式对本发明进行详细说明，同时实现本实施例方法进行描述。

在形成本发明的精细布线/内部连接的最佳实施例中，在有源元件的电极之一(如漏极(图6中的3))上形成一个具有高热导率和高绝缘性的绝缘体(如氮化铝(图6中的5))，有源元件是在半导体器件的半导体基片上形成的。有源元件与封壳相连。绝缘体与另一电极(如源极)的内部连接层(图6中的6)或者与封壳的散热片(图9中的9)相连。

换一种情形，具有高绝缘性和高热导率的绝缘体(如氮化铝(图6中的5))可形成于散热片(图9中的9)之上，并与有源元件的一个电极(如漏极(图6中的3))相连。

下面参照附图对本发明的实施例进行详细描述。

实施例1

本发明中的第一实施例的操作如下。图1-5是根据本发明第一实施例的半导体器件的制作方法的截面视图，其中图1是有源元件的截面视图。图2-5是逐级制作方法的截面视图。图6是将有源元件安装在封壳上的状态截面视图。图7是封壳的散热状态的截面视图。

首先，利用已有技术在GaAs等的基片1上形成栅极2，然后在基片1的整个表面沉积一第一层绝缘膜7。

在第一层绝缘膜中对应源极4和漏极3的位置各开出一个孔，在孔中通过喷溅镀金属如TiAu作为导电层来引发金属如Au的生长以形成源极4和漏极3。

然后，沉积第二层绝缘膜8，覆盖住第一层绝缘膜7、源极4和漏极3。使用已有的技术将这种装配平化，并进行蚀刻，直到漏极3和源极4暴露出来(参考图3)。

使用化学气相沉积方法(CVD法)，在基片的全部表面上沉积一层具有高绝缘性和高热导率的绝缘膜如氮化铝5。利用光刻制版技术，在绝缘膜上覆盖一层光刻胶之后，只在与漏极3相对应的基片表面的部位上留下光刻胶10，而在暴露部位的氮化铝5则被刻蚀去。

参考图4，先在基片1的全部表面上沉积一层绝缘膜12，然后将绝缘膜12被蚀刻以变平化，直至氮化铝5暴露出来。绝缘膜12中与源极4相应的部分被刻蚀除去以形成一个开孔。

最后，利用喷溅技术，再沉积一层如TiAu合金的金属膜，以作为用于电镀的导电层。然后通过电镀在此金属膜上生长一层Au，以形成导电部分(层)6。由于氮化铝5处于暴露状态以形成用于电镀TiAu合金和Au的导电部分6，其导电部分6也可形成于氮化铝5之上，以保证充分的热接触。

最后，将用以上工艺制成的有源元件和封壳的散热片按图6所示的面朝下方式进行连接。

上述本发明的第一实施例，具有下述优点。图7即表示出了本发明第一实施例的这种优越效果。参考图7，由有源元件产生的热量，不仅可通过源极4辐射出去，也可经过导电膜6和具有高热导率的氮化铝5通过漏极3散发出去。这样，由有源元件产生的热量即可通过两个通道散发出去，较之传统工艺器件，其散热效率有了明显提高。

实施例2

图8和图9描述了本发明第二实施例的半导体器件。本实施例中的半导体器件的制作方法可参考第一实施例中的图2和图3。本实施例与第一实施例的区别在于：封壳散热片上与源极位置相对应的部分通过镀Au形成了一个金属隆起。首先，将本实施例的制作方法描述如下。

采用传统工艺(见图2)，在基片1上形成栅极2、第一层绝缘膜7、漏极3和源极4。

然后，在GaAs基片1的全部表面上沉积第二层绝缘膜8，再进行蚀刻，直到漏极3和源极4暴露出来。

利用CVD技术，在基片1的全部表面上沉积氮化铝5。使用已知的光刻制版技术，在绝缘体5上覆盖一层光刻胶10之后，在与漏极3相对应的部位留下光刻胶10，而暴露部分的氮化铝则被刻掉。

在本实施例中，Au镀层11是为封壳的散热片9的一部分提供的。此封壳是以倒装式连接，并且其面朝向与散热片9相结合的有源元件的源极4。(如图8所示)。

由上述方法制成的有源元件和封壳被定位连接，以使有源元件的源极4朝向/邻接封壳的散热片9上的Au镀层11，另外有源元件和封壳是通过热压结合的方式结合在一起的(如图9所示)。

在本实施例中，与第一实施例类似，由有源元件产生的热量向封壳的散热片进行热辐射，既可通过源极4的路径，也可经过具有高热导率的氮化铝5通过漏极3进行热散发。另外，由于氮化铝5与封壳的散热片直接相连，由此提高了热辐射效率。

实施例3

图10和图11描述了本发明第三实施例中的半导体器件及其制作工艺。在本实施例中的半导体器件的制作方法可参考第一实施例中的图2。本实施例与第一实施例的区别在于：在与封壳散热片上源极位置相对应的部分通过镀Au形成了一个金属隆起；并在与漏极3对应的散热片上的相应部位提供了一层氮化铝。首先，将本实施例的制作方法描述如下。

在本实施例中，与实施例1类似，采用传统工艺(见图2)，在基片1上形成栅极2、第一层绝缘膜7、漏极3和源极4。

在本实施例中，与实施例1类似，Au镀层11是为封壳的散热片9的一部分提供的。此封壳是以倒装式连接，并且其面朝向有源元件的源极4。此时，散热片9与源极4相连，同时氮化铝5沉积在面向漏极3的散热片9的一部分上。(如图10所示)。

由上述方法制成的有源元件和封壳被定位连接，以使有源元件的源极4朝向封壳的散热片9的Au镀层11，并使漏极3面向氮化铝5。在这种状态下，有源元件和封壳是通过热压结合的方式连接在一起的(如图9所示)。

在本实施例中，与第一实施例类似，由有源元件产生的热量通过具有高热导率的氮化铝5向封壳的散热片9进行热辐射存在两条路径：一条是通过源极4；另一条是通过漏极3。在本实施例中，没有必要形成第一层绝缘膜，也不需要使绝缘膜平面化或者在有源元件一侧提供孔洞，这样，就明显地减少了制作步骤和工作量。

尽管在上述实施例中，氮化铝被用作具有优异热导率的绝缘膜，但是如果另一种材料也具备了与氮化铝相当或更好的性能，如Al，那么这种材料也可被选用。

如果一个绝缘体足以保证散热部件的绝缘性且与散热部件相连的有源元件的端子设置在绝缘部件所在的部分，则没有必要使整个绝缘部件呈绝缘性。

本发明的优点可概括如下：

本发明的第一个优点在于：由有源元件产生的热量，通过导电膜和一种具有高热导率的材料(如氮化铝)向散热片进行热幅射，不仅通过源极进行散发，而且通过漏极进行散热。因此由有源元件所产生的热量可通过两种或更多种路径进行散失，从而大大提高了散热效率。

本发明的第二个优点在于：减少了半导体器件的制作步聚。这一优点是通过在封壳一侧提供了镀金区或者绝缘材料区(氮化铝)而达到的。

值得注意的是，本发明的其它目的在所做的全部公开中会变得更为明显；另外对本发明所做的任何改动均在本发明保护范围之内。

另外值得注意的是，对所公开和要求的组成部分的任意组合也在前面所说的改动范围内。

Claims (16)

1.一种半导体器件，其中包括：

多个散热路径，对于有源元件预定数的电极的每一个，所述散热路径适于将热量从所述有源元件的电极向散热部件传递热，其中，

所述预定数的电极被设置成不使各电极之间被所述的散热路径和所述的散热部件电连接，

其中，至少一个电极被电连接到与所述散热部件邻接的导电部件，所述的导电部件至少从一个电极延伸到第二电极。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：

其中至少有一条散热路径，在其到达散热部件的路径中，插入了一具有高热导率和良好电绝缘性的部件，称之为“绝缘部件”。

3.根据权利要求1所限定的半导体器件，其特征在于：

所述散热部件是与有源元件相连接的封壳的散热部件。

4.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于：

所述散热部件是与有源元件相连接的封壳的散热部件。

5.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于：

所述绝缘部件包括氮化铝。

6.一种半导体器件，其特征在于：

在基片上形成的有源元件的一个电极，称为“第一电极”，与导电部件连接，同时有源元件的至少一个其它电极，称为“第二电极”，通过一绝缘部件与所述导电部件相连，所述导电部件沿着封壳的散热部件至少从所述第一电极延伸到所述第二电极。

7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于：

所述有源元件包括一个场效应晶体管FET，其中，所述第一电极和第二电极分别是源极和漏极。

8.一种生产半导体器件的方法，其特征在于：

形成于基片上的有源元件与安置此有源元件的封壳的散热部件相连接，其包括以下步骤：

(a)在所述基片上形成一个栅极；

(b)形成具有在基片中提供有孔的第一层绝缘膜，所述孔在分别对应于漏极和源极的位置；

(c)在所述基片上形成所述漏极和所述源极；

(d)在所述基片的整个表面形成一层第二绝缘膜，平化该表面直到所述的漏极和源极被暴露出；

(e)在所述的漏极上形成一绝缘部件；

(f)在基片上形成一层带孔的第三绝缘层，该孔在对应于源极的位置，并平化整个表面直到所述漏极的所述绝缘部件的表面被暴露出为止；

(g)在所述第三层绝缘膜上形成一导电部件。

9.根据权利要求8所述的半导体器件的制作方法，其特征在于所述绝缘部件包括氮化铝。

10.根据权利要求8所述的半导体器件的制作方法，其特征在于：

所述有源元件是形成于GaAs基片上的高输出功率的场效应晶体管FET，其中所述的绝缘部件包括氮化铝。

11.一种制作半导体器件的方法，其特征在于：

形成于基片上的有源元件与安置该有源元件的封壳的散热部件相连接，其包括以下步骤：

(a)在所述基片上形成一个栅极；

(b)形成具有在基片中提供有孔的第一层绝缘膜，所述孔在分别对应于漏极和源极的位置；

(c)在所述基片上形成所述漏极和所述源极；

(d)在所述基片的整个表面形成一层第二绝缘膜，平化该表面直到所述的漏极和源极被暴露出；

(e)在所述的漏极上形成一绝缘部件；

(f)在所述封壳上与有源元件的源极相对应的部位形成一个金属隆起；

(g)将所述有源元件与封壳连接，使得所述有源元件的源极和封壳的金属突起面面相对。

12.根据权利要求11所述的半导体器件的制作方法，其特征在于所述绝缘部件包括氮化铝。

13.根据权利要求11所述的半导体器件的制作方法，其特征在于：

所述有源元件是形成于GaAs基片上的高输出功率的场效应晶体管FET，其中所述的绝缘部件包括氮化铝。

14.一种制作半导体器件的方法，其特征在于：

将形成于基片上的有源元件与安置该有源元件的封壳的散热部件相连接，包括以下步骤：

(a)在所述基片上形成一个栅极；

(b)形成具有在基片中提供有孔的第一层绝缘膜，所述孔在分别对应于漏极和源极的位置；

(c)在所述基片上形成所述漏极和所述源极；

(d)在所述封壳上提供一层绝缘部件，其处于面向所述有源元件的漏极的位置；

(e)在所述封壳上提供一个金属隆起，其处于与有源元件的源极相面对的部位；

(f)将所述有源元件与封壳连接，使得所述有源元件的源极和封壳的金属突起相面对，以及使漏极与所述封壳的绝缘部件相面对。

15.根据权利要求14所述的半导体器件的制作方法，其特征在于所述绝缘部件包括氮化铝。

16.根据权利要求14所述的半导体器件的制作方法，其特征在于：

所述有源元件是形成于GaAs基片上的高输出功率的场效应晶体管FET，其中所述的绝缘部件包括氮化铝。

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