CN109830596A - 一种半导体器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件及其制备方法。其中，包括：基板；设置在所述基板上的导热层，导热层包括相互键合的第一金属层和第二金属层；设置在所述导热层上第一导电类型半导体层；设置在所述第一导电类型半导体层上的第二导电类型半导体层。通过两种导电类型的半导体层层叠设置，保证了半导体器件使用过程中的绝缘性能；并通过互相键合的导热层，保证了半导体器件的正常散热，保持半导体器件的灵敏度。

Description

一种半导体器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件及其制备方法。

背景技术

霍尔元件是一种常用的半导体器件，在传统的锑化铟霍尔元件制作中，锑化铟功能层薄膜通过蒸镀的方式在云母上形成，为了进一步提升元件的灵敏度，将锑化铟功能层薄膜转移至铁氧体基板上，同时再在薄膜表面贴装磁芯，从而可以将锑化铟霍尔元件的灵敏度提高至5倍及以上。在锑化铟薄膜转移至铁氧体基板上时，因为铁氧体是导电材料，因此在锑化铟薄膜和铁氧体之间，需要一层绝缘胶水，起粘贴和绝缘的作用。一般来说，绝缘胶水的导热能力都是很差的，随着驱动电流的增加，霍尔元件在工作时，产生的热量越来越多，绝缘胶的低导热性，导致这些热量无法及时耗散出去，从而使霍尔元件的灵敏度降低，零点出现不稳定，可靠性也受到影响。以锑化铟霍尔元件生产厂商旭化成的经典款产品HW322B为例，当驱动电流超过3mA，不平衡电压即开始不太稳定，霍尔元件灵敏度也呈现非线性，这大大制约了锑化铟霍尔元件的应用场景。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的半导体器件在大电流下工作时，性能明显下降的问题，提供一种高可靠性的半导体器件及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种半导体器件，包括：

基板；

导热层，设置在所述基板上；

第一导电类型半导体层，设置在所述导热层上；

第二导电类型半导体层，设置在所述第一导电类型半导体层上。

上述半导体器件中，所述导热层包括相互键合的第一金属层和第二金属层。

进一步地，所述半导体器件为霍尔元件，所述霍尔元件还包括：电极和磁芯，所述电极和磁芯设置在第二导电类型半导体层上。

进一步地，所述基板为铁氧体基板。

上述半导体器件中，所述第一金属层包括Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge以及Ni中的至少一个；和/或所述第二金属层包括Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge以及Ni中的至少一个。

上述半导体器件中，所述第二导电类型半导体层为N型半导体功能层；所述第一导电类型半导体层为高阻或P型半导体盖层。

上述半导体器件中，所述N型半导体功能层和高阻或P型半导体盖层均为锑化铟、砷化镓以及砷化铟中的任一者。

上述半导体器件中，所述电极具有多个，其分布于所述第二导电类型半导体层表面，且具有用于使电流流向所述第二导电类型半导体层的输入用电极和用于输出霍尔电压的输出用电极。

上述半导体器件中，所述磁芯和所述第二导电类型半导体层之间还设置有绝缘层。

上述半导体器件中，第二导电类型半导体层呈十字结构；所述电极具有四个，其分布于第二导电类型半导体层的十字结构的端部。

本发明还提供一种半导体器件的制备方法，包括如下步骤：

在第二导电类型半导体层上形成第一导电类型半导体层；

在所述第一导电类型半导体层上形成第一导热层；

在基板上形成第二导热层；

键合所述第一导热层与所述第二导热层。

上述制备方法中，在所述在第二导电类型半导体层上形成第一导电类型半导体层之前还包括，在衬底表面形成所述第二导电类型半导体层；

上述制备方法中，在键合所述第一导热层与所述第二导热层之后还包括，以研磨或化学腐蚀方式除去所述衬底。

上述制备方法中，所述半导体器件为霍尔元件，所述霍尔元件的制备方法还包括：在第二导电类型半导体层上形成电极和贴装磁芯。

上述制备方法中，在衬底表面形成所述第二导电类型半导体层之前，还包括：在衬底表面外延生长缓冲层。所述缓冲层用于修复衬底表面缺陷的缓冲层。

上述制备方法中，在所述第一导电类型半导体层上形成第一导热层包括：在所述第一导电类型半导体层上蒸镀金属层；在所述基板上形成第二导热层包括：在所述基板上蒸镀金属层。

上述制备方法中，在第二导电类型半导体层上形成电极和贴装磁芯包括：通过干法刻蚀或者湿法刻蚀所述第二导电类型半导体层，形成十字结构第二导电类型半导体层。

上述制备方法中，在所述图案层的端部蒸镀金属，形成电极；在所述图案层的交叉区域涂覆绝缘胶水，贴装所述磁芯。

上述制备方法中，所述第二导电类型半导体层为N型半导体功能层，所述第一导电类型半导体层为高阻或P型半导体盖层；

所述N型半导体功能层和高阻或P型半导体盖层的形成方式为外延生长。

上述制备方法中，所述N型半导体功能层为锑化铟、砷化镓以及砷化铟中的任一者；所述高阻或P型半导体盖层为锑化铟、砷化镓以及砷化铟中的任一者。

本发明技术方案，具有如下优点：

通过两种导电类型的半导体层层叠设置，保证了半导体器件使用过程中的绝缘性能；并通过互相键合的导热层，保证了半导体器件的正常散热，保持半导体器件的灵敏度。采用上述设置方式的霍尔元件，通过采用金属键合的方式，将锑化铟功能层薄膜和铁氧体基板，通过金属键合的方式粘合在一起，大幅提升了霍尔元件的散热能力。通过该方法制备的锑化铟霍尔元件，在10mA驱动下，其灵敏度依然保持了很好的线性度，其不平衡电压，在20mA驱动下，依然保持稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明的实施例1中提供的霍尔元件的结构示意图；

图2为本发明的实施例1中提供的霍尔元件的俯视图；

图3为本发明的实施例2中提供的霍尔元件制备流程图；

图4为本发明的实施例2中提供的外延片的结构示意图。

附图标记说明：

1-衬底；2-缓冲层；3-第二导电类型半导体层；4-第一导电类型半导体层；5-第一导热层；6-第二导热层；7-基板；8-电极；9-绝缘层；10-磁芯。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种半导体器件，其包括：

基板7；

导热层5、6，设置在所述基板7上；

第一导电类型半导体层4，设置在所述导热层5、6上；

第二导电类型半导体层3，设置在所述第一导电类型半导体层4上。

通过两种导电类型的半导体层层叠设置，保证了半导体器件使用过程中的绝缘性能；并通过互相键合的导热层，保证了半导体器件的正常散热，保持半导体器件的灵敏度。

半导体类型分为N型、P型和高阻三种，其中，N型、P型半导体之间可实现绝缘性，并且高阻半导体相对于其余两种形态半导体均具有绝缘性能。

进一步地，所述第二导电类型半导体层3优选为N型半导体功能层，其可选择为锑化铟、砷化镓以及砷化铟中的任一者；

所述第一导电类型半导体层4优选为高阻或P型半导体盖层，其可选择为锑化铟、砷化镓以及砷化铟中的任一者。

在本实施例中，所述导热层包括相互键合的第一金属层5和第二金属层6。

作为优选，所述第一金属层5包括Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge以及Ni中的至少一个；和/或所述第二金属层6包括Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge以及Ni中的至少一个。

在本实施例中，所述半导体器件为霍尔元件，所述霍尔元件还包括：电极8和磁芯10，所述电极8和磁芯10设置在第二导电类型半导体层3上。

作为优选，所述电极8具有多个，其分布于所述第二导电类型半导体层3表面，且具有用于使电流流向所述第二导电类型半导体层3的输入用电极和用于输出霍尔电压的输出用电极。

在本实施例中，所述磁芯10和所述第二导电类型半导体层3之间还设置有绝缘层9。作为优选，所述绝缘层9在半导体功能层3上的十字中央区域或覆盖除电极区域以外的所有区域。

作为优选，如图2所示，所述第二导电类型半导体层3呈十字结构；所述电极8具有四个，其分布于所述第二导电类型半导体层3的十字结构端部。

在本实施例中，所述基板7优选为铁氧体基板。

本实施例中，将锑化铟功能层薄膜和铁氧体基板，通过金属键合的方式粘合在一起，大幅提升了霍尔元件的散热能力。通过该方法制备的锑化铟霍尔元件，在10mA驱动下，其灵敏度依然保持了很好的线性度，其不平衡电压，在20mA驱动下，依然保持稳定。

实施例2

本实施例提供一种半导体器件的制备方法，包括如下步骤：

在第二导电类型半导体层3上形成第一导电类型半导体层4；

在所述第一导电类型半导体层4上形成第一导热层5；

在基板7上形成第二导热层6；

键合所述第一导热层5与所述第二导热层6。

通过两种导电类型的半导体层层叠设置，保证了半导体器件使用过程中的绝缘性能；并通过互相键合的导热层，保证了半导体器件的正常散热，保持半导体器件的灵敏度。

进一步地，在所述在第二导电类型半导体层3上形成第一导电类型半导体层4之前还包括，在衬底1表面形成所述第二导电类型半导体层3；

进一步地，在衬底1表面形成所述第二导电类型半导体层3之前，还包括：在衬底1表面外延生长缓冲层2。

作为优选，在衬底1表面生长缓冲层2、在缓冲层2上形成所述第二导电类型半导体层3、在第二导电类型半导体层3上形成第一导电类型半导体层4，均是以外延生长的方式成型，以形成外延片(外延片结构如图4所示)，如MOCVD(Metal-organic Chemical VaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)或者MBE(Molecular beam epitaxy，分子束外延)。

进一步地，所述衬底优选为砷化镓衬底；所述第二导电类型半导体层3优选为N型半导体功能层，其为锑化铟、砷化镓以及砷化铟中的任一者；所述第一导电类型半导体层4优选为高阻或P型盖层，其为锑化铟、砷化镓以及砷化铟中的任一者。

在所述第一导电类型半导体层4上形成第一导热层5包括：在所述第一导电类型半导体层4上蒸镀金属层；所述第一导热层为第一金属层5，进一步地，所述金属层中的金属为Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge以及Ni中的任一者，优选为Au。

在所述基板7上形成第二导热层6包括：在所述基板7上蒸镀金属层。进一步地，所述金属层中的金属为Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge以及Ni中的任一者，优选为Au。

在键合所述第一导热层与所述第二导热层之后还包括，以研磨或化学腐蚀方式除去所述衬底1以及缓冲层2，露出第二导电类型半导体层3。

在本实施例中，所述半导体器件为霍尔元件，所述霍尔元件的制备方法还包括：在第二导电类型半导体层3上形成电极8和贴装磁芯10。

在本实施例中，在第二导电类型半导体层3上形成电极和贴装磁芯包括：通过干法刻蚀或者湿法刻蚀所述第二导电类型半导体层3，形成十字结构第二导电类型半导体层3；

在所述十字结构第二导电类型半导体层3的端部蒸镀金属，形成电极8；

在第二导电类型半导体层3的非电极区域涂覆绝缘胶水，贴装所述磁芯10，完成霍尔元件制备。进一步地，涂覆绝缘胶水位置是在十字交叉区域或覆盖除电极区域以外的所有区域。

采用本实施方式制备方法(如图3所示)制备的霍尔元件，通过采用金属键合的方式，将半导体功能层薄膜和基板，通过金属键合的方式粘合在一起，大幅提升了霍尔元件的散热能力。通过该方法制备的锑化铟霍尔元件，在10mA驱动下，其灵敏度依然保持了很好的线性度，其不平衡电压，在20mA驱动下，依然保持稳定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种半导体器件，其特征在于，包括：

基板(7)；

导热层(5、6)，设置在所述基板(7)上；

第一导电类型半导体层(4)，设置在所述导热层(5、6)上；

第二导电类型半导体层(3)，设置在所述第一导电类型半导体层(4)上。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述导热层包括相互键合的第一金属层(5)和第二金属层(6)。

3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述第一金属层(5)包括Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge以及Ni中的至少一个；和/或所述第二金属层(6)包括Au、Cu、In、Ti、Pt、Cr、Ge以及Ni中的至少一个。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件为霍尔元件，所述霍尔元件还包括：电极(8)和磁芯(10)，所述电极(8)和磁芯(10)设置在第二导电类型半导体层(3)上。

5.根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，所述电极(8)具有多个，其分布于所述第二导电类型半导体层(3)表面，且具有用于使电流流向所述第二导电类型半导体层(3)的输入用电极和用于输出霍尔电压的输出用电极。

6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述磁芯(10)和所述第二导电类型半导体层(3)之间还设置有绝缘层(9)。

7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述第二导电类型半导体层(3)呈十字结构；所述电极(8)具有四个，其分布于所述第二导电类型半导体层(3)的十字结构端部。

8.根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，所述基板(7)为铁氧体基板。

9.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：

在第二导电类型半导体层(3)上形成第一导电类型半导体层(4)；

在所述第一导电类型半导体层(4)上形成第一导热层(5)；

在基板(7)上形成第二导热层(6)；

键合所述第一导热层(5)与所述第二导热层(6)。

10.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，

在所述在第二导电类型半导体层(3)上形成第一导电类型半导体层(4)之前还包括，在衬底(1)表面形成所述第二导电类型半导体层(3)；

在键合所述第一导热层与所述第二导热层之后还包括，以研磨或化学腐蚀方式除去所述衬底(1)。

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，所述半导体器件为霍尔元件，所述霍尔元件的制备方法还包括：在第二导电类型半导体层(3)上形成电极(8)和贴装磁芯(10)。

12.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，在衬底(1)表面形成所述第二导电类型半导体层(3)之前，还包括：

在衬底(1)表面外延生长缓冲层(2)。

13.根据权利要求11所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，

在所述第一导电类型半导体层(4)上形成第一导热层(5)包括：在所述第一导电类型半导体层(4)上蒸镀金属层；

在所述基板(7)上形成第二导热层(6)包括：在所述基板(7)上蒸镀金属层。

14.根据权利要求11所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，

在第二导电类型半导体层(3)上形成电极和贴装磁芯包括：通过干法刻蚀或者湿法刻蚀所述第二导电类型半导体层(3)，形成十字结构第二导电类型半导体层(3)；

在所述十字结构第二导电类型半导体层(3)的端部蒸镀金属，形成电极(8)；

在所述十字结构第二导电类型半导体层(3)的非电极区域涂覆绝缘胶水，贴装所述磁芯(10)。