CN113793870A - 一种半导体器件及其制备方法 - Google Patents
一种半导体器件及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113793870A CN113793870A CN202111351375.9A CN202111351375A CN113793870A CN 113793870 A CN113793870 A CN 113793870A CN 202111351375 A CN202111351375 A CN 202111351375A CN 113793870 A CN113793870 A CN 113793870A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- pad
- active region
- drain
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 134
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 59
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 28
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 26
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 238000001883 metal evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- DBUTVDSHVUGWOZ-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ni].[Cr].[Ni] Chemical compound [Si].[Ni].[Cr].[Ni] DBUTVDSHVUGWOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXXKQOPKNFECSZ-UHFFFAOYSA-N platinum rhodium Chemical compound [Rh].[Pt] PXXKQOPKNFECSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种半导体器件及其制备方法,涉及半导体器件技术领域,本发明的半导体器件,包括衬底,以及设置于衬底上的半导体层,半导体层包括有源区和位于有源区外围的无源区;有源区包括:源极、栅极、漏极,无源区设置有栅极焊盘、漏极焊盘和温度监控焊盘,栅极与栅极焊盘连接,漏极与漏极焊盘连接,还包括设置在温度监控焊盘和源极之间的温度传感器,温度监控焊盘用于连接温度监控电路。本发明提供的半导体器件及其制备方法,能够使得温度传感器的温度变化与半导体器件结温同步,实现准确的温度监控。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域,具体而言,涉及一种半导体器件及其制备方法。
背景技术
GaN高电子迁移率晶体管是5G通信系统的核心元件,是通信基站功放核心元器件,在整个通信系统发挥着至关重要的作用。由于功率放大器的直流功耗比较大,导致RF晶体管、功放电路、乃至基站射频模块温升严重。温度升高后,功放的线性度下降,导致通信质量下降。为了应对该问题,通常在功放电路板上设计温补电路,温度监控元器件位于离功放管最近的位置。温补电路根据温度传感器测量温度,自动对功率放大器的栅极电压进行调节,使其静态电流维持与常温相同水准,以满足通信相同对功放线性度的要求。以GaN RF晶体管的功率放大器为例,当传感器监控的温度下降时,温补电路自动正向调节栅极电压;当传感器监控的温度上升时,温补电路自动负向调节栅极电压,维持静态偏置电路IDS与常温相同,以满足基站对PA线性度的要求。
现有技术中,温度传感器位于芯片之外的PCB板上,温度监控点温度受功放设计、功放管焊接情况影响,导致监控点的温度与半导体器件结温非线性变化;热传导需要时间,半导体器件温度变化需要一定时间才能传到温度监控点,监控点温度与半导体器件结温不能同步,最终温补存在时延、补偿量不准的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制备方法,能够使得温度传感器的温度变化与半导体器件结温同步,实现准确的温度监控。
本发明的实施例是这样实现的:
一种半导体器件,包括衬底,以及设置于衬底上的半导体层,半导体层包括有源区和位于有源区外围的无源区;有源区包括:源极、栅极、漏极,无源区包括:源极焊盘、栅极焊盘和温度监控焊盘,栅极与栅极焊盘连接,漏极与漏极焊盘连接,还包括设置在温度监控焊盘和源极之间的温度传感器,温度监控焊盘用于连接温度监控电路。
作为一种可实施的方式,栅极焊盘和温度监控焊盘位于有源区的一侧,漏极焊盘位于有源区另一侧。
作为一种可实施的方式,源极包括N个,栅极包括2(N-1)个,漏极包括N-1个,N为大于的正整数,其中,源极和漏极沿有源区的第一方向交替排布,栅极插设于相邻的漏极和源极之间,第一方向垂直于栅极焊盘和漏极焊盘的连线,在栅极的控制下,源极与漏极之间有电流的流通。
作为一种可实施的方式,温度传感器的一端通过温度连接线与温度监控焊盘连接,温度传感器的另一端与源极连接。
作为一种可实施的方式,衬底与半导体层之间设置缓冲层。
作为一种可实施的方式,温度传感器位于无源区,温度传感器为热电偶或者热敏电阻。
作为一种可实施的方式,温度传感器位于有源区,温度传感器为欧姆电阻、材料方阻或者肖特基二极管。
一种半导体器件制备方法,包括:在衬底上形成半导体层,半导体层上划分为有源区和无源区,无源区位于有源区的外围;在有源区内分别形成栅极、源极、漏极和温度连接线,在有源区或者无源区内形成温度传感器;在有源区内栅极上方制备源极场板,无源区上制备栅极焊盘、漏极焊盘和温度监控焊盘;源极场板上沉积氮化物形成顶部钝化层,刻蚀顶部钝化层使得栅极焊盘、漏极焊盘和温度监控焊盘外露;在源极下方制备接地背孔。
作为一种可实施的方式,在有源区内分别形成栅极、源极、漏极和温度连接线,在有源区或者无源区内形成温度传感器,包括:在半导体层上沉积绝缘材料形成第一钝化层,刻蚀第一钝化层并形成刻蚀槽,在刻蚀槽内沉积第一金属形成源极、漏极和温度连接线,温度连接线接连线为温度传感器与温度监控焊盘的连接线;在源极与漏极之间刻蚀第一钝化层并形成刻蚀槽,在刻蚀槽内沉积金属,退火形成栅极;在源极与温度连接线之间采用光刻、金属沉积、剥离、退火形成温度传感器。
作为一种可实施的方式,在有源区内栅极上方制备源极场板,在无源区上制备栅极焊盘、漏极焊盘以及温度监控焊盘包括;在源极上的有源区和无源区制备第二钝化层,无源区内刻蚀第二钝化层并在刻蚀槽中沉积第二金属,以在第二钝化层上形成栅极焊盘、漏极焊盘、以及温度监控焊盘;在有源区经过光刻、金属蒸发、剥离工艺在栅极上方形成源极场板。
本发明实施例的有益效果包括:
本发明提供的半导体器件,包括衬底,以及设置于衬底上的半导体层,半导体层包括有源区和位于有源区外围的无源区;有源区包括有源极、栅极和漏极,有源区两侧的无源区设置有栅极焊盘、漏极焊盘和温度监控焊盘,栅极与栅极焊盘连接,漏极与漏极焊盘连接,还包括设置在温度监控焊盘和源极之间的温度传感器,温度传感器设置到半导体器件的内部,使得温度传感器的温度变化与半导体器件的结温变化同步,温度传感器的输出端用于连接温补电路,以将温度传感器的温度信号传输至温补电路,温度信号能够准确地反映半导体器件的结温,实现准确的温度监控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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。
图1为本发明实施例提供的一种半导体器件的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种半导体器件另一视角的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种半导体器件制备方法的流程图之一;
图4为本发明实施例提供的一种半导体器件制备方法的流程图之二;
图5为本发明实施例提供的一种半导体器件制备方法的流程图之三;
图6为本发明实施例提供的一种半导体器件的状态图之一;
图7为本发明实施例提供的一种半导体器件的状态图之二;
图8为本发明实施例提供的一种半导体器件的状态图之三。
图标:110-衬底;120-缓冲层;130-半导体层;131-有源区;132-无源区;140-栅极;141-栅极焊盘;142-源极;143-接地背孔;144-漏极;145-漏极焊盘;146-源极场板;150-温度传感器;151-温度监控焊盘;152-温度连接线;160-第一钝化层;180-第二钝化层;190-顶部钝化层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
应当理解,虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件,但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如,在不脱离本公开的范围的情况下,第一元件可称为第二元件,并且类似地,第二元件可称为第一元件。如本文所使用,术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
应当理解,当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时,其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上,或者也可以存在介于中间的元件。相反,当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时,不存在介于中间的元件。同样,应当理解,当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时,其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸,或者也可以存在介于中间的元件。相反,当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时,不存在介于中间的元件。还应当理解,当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时,其可以直接连接或耦接到另一个元件,或者可以存在介于中间的元件。相反,当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时,不存在介于中间的元件。
除非另外定义,否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解,本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致,而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释,除非本文中已明确这样定义。
半导体器件的结温对半导体器件的性能和可靠性具有很大的影响。不管是器件的MTTF(Mean Time To Failure,平均失效前时间)计算,还是温补电路,通常需要检测准确的检测出器件的结温。以温补电路为例,温补电路对栅极电压进行调整以保证半导体器件的正常工作,现有技术中,将温度传感器150位于半导体器件之外的PCB板上,使得检测得到的温度信号并不能准确的反映半导体器件内部的温度。为了解决上述问题,本申请提出了一种半导体器件,该半导体器件能顾使得温度传感器150的温度变化与半导体器件同步,实现准确的温度监控。
本发明提供了一种半导体器件,如图1、图2和图6所示,包括衬底110,以及设置于衬底110上的半导体层130,半导体层130包括有源区131和位于有源区131外围的无源区132;有源区131包括:源极142、栅极140、漏极144,无源区132包括:栅极焊盘141、漏极焊盘145和温度监控焊盘151,栅极140与栅极焊盘141连接,漏极144与漏极焊盘145连接,还包括设置在温度监控焊盘151和源极142之间的温度传感器150,温度监控焊盘用于连接温度监控电路。能够使得温度传感器150的温度变化与半导体器件结温同步,实现准确的温度监控。
其中,衬底110适用于承载半导体集成电路元器件的基材,例如蓝宝石,GaN、GaAs、SiC等,然后在该衬底110上沉积半导体层130,沉积的方式可以是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE),本申请对其不做限定,具体可以根据实际需求进行合理选择。如图6所示,半导体层130可以包括有源区131和无源区132,其中,无源区132围绕有源区131外围设置。半导体层130上的有源区131和无源区132可以通过台面隔离工艺或离子注入工艺界定,此处不再赘述。半导体层130可以是一层、两层或多层,设置时应当结合器件类型进行合理选择,例如绝缘栅型场效应晶体管、高电子迁移率晶体管等,本申请不对其做限制。
其中,温度传感器150的一端通过温度连接线152与温度监控焊盘151连接,温度传感器150的另一端与源极142连接。
半导体层130对外界的离子非常敏感,非常容易受到外界离子的污染,所以,半导体的生产通常都在净化间加工制作,为了避免半导体层130受到外界离子的污染,在半导体层130上设置有冒层,可以是GaN、SiN等。
半导体层130中的导电沟道距离半导体器件的上表面非常近,材料的表面存在很多悬挂键,而悬挂键会吸附电子,从而导致导电沟道中的二维电子气浓度下降,造成电流崩塌,所以,通常会在冒层上设置一层钝化层,钝化层能够与材料表面的悬挂键成键,实现表面的钝化,解决半导体器件的电流崩塌现象。
本发明提供的半导体器件,包括衬底110,以及设置于衬底110上的半导体层130,半导体层130包括有源区131和位于有源区131外围的无源区132;有源区131包括:源极142、栅极140、漏极144,无源区132包括:栅极焊盘141、漏极焊盘145和温度监控焊盘151,栅极140与栅极焊盘141连接,漏极144与漏极焊盘145连接,还包括设置在温度监控焊盘151和源极142之间的温度传感器150,温度传感器150设置到半导体器件的内部,使得温度传感器150的温度变化与半导体器件的结温变化同步,温度传感器150的输出端用于连接温补电路,以将温度传感器150的温度信号传输至温补电路,温度信号能够准确地反映半导体器件的结温,实现准确的温度监控。
可选的,如图1所示,栅极焊盘141和温度检测焊盘位于有源区131的一侧的无源区132内,漏极焊盘145位于有源区131的另一侧的无源区132内。漏极焊盘145位于有源区131另一侧的无源区132内,方便漏极焊盘145与漏极144之间的互联。
本发明实施例的一种可实现的方式中,如图1所示,源极142包括N个,栅极140包括2(N-1)个,漏极144包括N-1个,N为大于1的正整数,其中,源极142和漏极144沿有源区131的第一方向交替排布,栅极140插设于相邻的漏极144和源极142之间,第一方向垂直于栅极焊盘141和漏极焊盘145的连线,在栅极140的控制下,源极142与漏极144之间有电流的流通。
示例的,如图1所示,有源区131沿第一方向的相对两侧分别设置的是源极142,多个源极142中间间隔设置有漏极144,在每一对源极142和漏极144之间插设栅极140。这样,位于有源区131的最外侧的电极为源极142,两个相邻的源极142可以共用一个漏极144,从而减少漏极144的个数,在同等工作效率的情况小,可以减少有源区131的面积,利于半导体的集成化。
当然,在器件面积要求不高的情况下,为了便于制备,也可以将有源区131沿第一方向的相对两侧设置成漏极144。具体设置情况本领域技术人员可根据实际需求而定。
本发明实施例的一种可实现的方式中,如图1所示,温度传感器的一端通过温度连接线与温度监控焊盘连接,温度传感器的另一端与源极连接,使用温度连接线连接温度传感器与温度监控焊盘,能够使得温度监控焊盘与栅极焊盘在无源区132合理布局,利于半导体器件的集成化。
可选的,如图2所示,衬底110与半导体层130之间设置缓冲层120。
在衬底110上形成半导体层130时,由于半导体层130的底面材料的晶格常数与衬底110材料的晶格常数不同,存在晶格失配现象导致半导体层130底面材料中存在大量缺陷,影响半导体器件的性能和寿命。在衬底110与半导体层130之间设置一层缓冲层120,用于减少半导体层130的底面材料中的缺陷,减少半导体层130的应力。
本发明实施例的一种可实现的方式中,如图1所示,温度传感器150位于无源区132,温度传感器150为热电偶或者热敏电阻。
热电偶由两种不同成分的材质的导体连接制成,能够将温度信号装换为热电动势信号,以反映热电偶的温度,热电偶设置于源极142,热电偶的温度与半导体的结温相同,从而,热电偶能够反映半导体层130的结温,能够提高半导体结温的温度监控的准确性。本发明对热电偶的材质不做具体限定,只要是两种有不同金属的材质即可,示例的,可以是铂和铂铑接触形成的热电偶,也可以是镍铬-镍硅热电偶。
同理,热敏电阻的电阻率随着温度的变化而变化,可以反映热敏电阻的温度,热敏电阻设置于温度连接线152和源极142之间,热敏电阻的温度与半导体的结温相同,从而,热敏电阻能够反映半导体层130的结温,能够提高半导体结温的温度监控的准确性。本发明对热敏电阻的具体材料不做限定,示例的,可以是铂、镍等。
可选的,如图1所示,温度传感器150位于有源区131,温度传感器150为欧姆电阻、肖特基二极管或者材料方阻。
肖特基二极管的正向压降与肖特基二极管的温度负相关,且压降与温度一一对应,通过检测肖特基二极管的正向压降即可得知肖特基二极管的温度,而肖特基二极管位于半导体层130中源极142,肖特基二极管的温度与半导体层130的结温相同,所以,肖特基二极管的正向压降与半导体层130的结温相关,从而,根据肖特基二极管的正向压降能够反映半导体层130的结温,能够提高半导体结温的温度监控的准确性。
欧姆电阻的电阻率与温度的关系式为:ρt=ρ0(1+At)其中ρt为温度为t时的电阻率,ρ0为0℃的电阻率,A为电阻的温度系数,其中A与电阻材料本身的性质有关,也就是说,欧姆电阻的电阻率与温度一一对应,通过检测欧姆电阻的电阻率即可得知欧姆电阻的温度,而欧姆电阻设置于半导体层130中源极142,欧姆电阻的温度与半导体层130中的结温相同,所以,欧姆电阻的电阻率能够反映半导体层130的结温,能够提高半导体结温的温度监控的准确性。
材料方阻是指有源区131半导体材料的电阻率,因为半导体层130中二维电子气的浓度和电子迁移率随着温度的变化而变化,导致半导体层130中在不同温度时呈现出的电阻率不同,所以根据材料方阻的大小即可表示出半导体层130的温度,因为二维电子气即为半导体器件的导电沟道,所以,根据材料方阻能够准确的监控半导体器件的结温。
当然,温度传感器150的具体形式不限于本发明列出的欧姆电阻、肖特基二极管、热敏电阻和热电偶,所有可以反映温度信号的器件均可以被设置于半导体层130中以反映半导体的结温的温度传感器150均在本发明的保护范围内。
本发明实施例还公开了一种半导体器件制备方法,如图3所示,包括:
S110:在衬底110上形成半导体层130,半导体层130上划分为有源区131和无源区132,无源区132位于有源区131的外围,如图6所示;
S120:在有源区131内分别形成栅极140、源极142、漏极144和温度连接线152,在有源区131或者无源区132内形成温度传感器150,如图7所示;
S130:在有源区131内栅极140上方制备源极场板146,在无源区132分别上制备栅极焊盘141、漏极焊盘145、源极场板146和温度监控焊盘151,如图8所示;
S140:在源极场板146上沉积氮化物形成顶部钝化层190,刻蚀顶部钝化层190使得栅极焊盘141、漏极焊盘145和温度监控焊盘151外露;在源极142下方制备接地背孔143。其中,接地背孔143与源极142连接用于使的源极142接地。
其中,无源区132位于有源区131的外围,如图6所示,无源区132是指半导体层130中没有形成势垒和导电沟道的区域,与此相对,有源区131是指半导体层130中形成势垒和导电沟道的区域,可以通过离子注入破坏半导体层130中的导电沟道从而形成无源区132。也可采用刻蚀,通过物理上的切断实现器件的电学隔离。示例的,本发明采用离子注入法,将N离子注入到注入区,破坏导电沟道形成无源区132。
这里需要说明的是,因为温度传感器150的位置设置于温度连接线152与源极142之间,温度传感器150的位置在设置位置确定,而由于温度传感器150的类型多样,有的需要有源区131作为辅助形成温度传感器150,而有的需要无源区132作为底板形成,所以,在不同的实施例中,温度传感器150处的半导体层130可以根据温度传感器150的不同形式设置为有源区131或者无源区132。还需要说明的是,温度连接线152设置于有源区131中。
可选的,在有源区131内分别形成栅极140、源极142、漏极144和温度连接线152,在有源区131或者无源区132内形成温度传感器150,如图4,图7所示,包括:
S121:在半导体层130上沉积绝缘材料形成第一钝化层160,刻蚀第一钝化层160并形成刻蚀槽,在刻蚀槽内沉积第一金属形成源极142、漏极144和温度连接线152,温度连接线152接连线为温度传感器150与温度监控焊盘151的连接线;
S122:在源极142与漏极144之间刻蚀第一钝化层160并形成刻蚀槽,在刻蚀槽内沉积金属并退火,形成栅极140;
S123:在源极142与温度连接线152之间采用光刻、金属沉积、剥离、退火形成温度传感器150。
对于不同的温度传感器150,制作方法不同,对于肖特基二极管,可在有源区131上采用光刻、沉积、剥离、退火形成一层金属,即可形成肖特基二极管。同理,欧姆电阻制作方法类似,这里不做赘述。为了方便欧姆电阻的制作,可在形成源极142、漏极144、栅极140和栅极连接线的同时形成欧姆电阻,栅极连接线是指栅极140与栅极焊盘141的连接线。
对于热敏电阻,在无源区132上采用光刻、沉积、剥离形成一层热敏材料,即可形成热敏电阻。而对于热电偶,需要两次光刻、沉积和剥离分别形成两种连接的金属,最后进行退火形成热电偶。
本发明实施例的一种可实现的方式中,如图5,图8所示,在有源区131制备源极场板146,在无源区132上制备栅极焊盘141、漏极焊盘145和温度监控焊盘151包括:
S131:在源极142的有源区131和无源区132上方制备第二钝化层180,无源区132内刻蚀第二钝化层180并在刻蚀槽中沉积第二金属,以在第二钝化层180上形成栅极焊盘141、漏极焊盘145以及温度监控焊盘151;
S132:在有源区131内经过光刻、金属蒸发、剥离工艺栅极上方形成源极场板146。
栅极140在与栅极焊盘141连接时,与温度连接线152交叉,为了避免交叉后导致半导体器件不能正常工作,所以需要制备第二钝化层180,第二钝化层180将温度连接线152与栅极140连接线分层。
需要说明的是,因为温度传感器150通过电信号将温度信息传输至温补电路,而电信号与半导体器件的结温有一定的对应关系,为了明确这种对应关系,需要对半导体器件进行温度校准。加热半导体器件,在温度监控焊盘151上施加电压,测试温度与电流的对应关系,或者,在温度监控焊盘151上施加电流,测试温度与电压的对应关系。通过对校准半导体器件的温度进行校准,建立温度值与电流或者电压之间的对应表格,并将表格输入温度监控或温补电路中,以供温补电路对栅极140电压进行调节。当然,当操作人员需要知道半导体器件的结温时,也可以进行测量电压值或者电流值,通过查表获知半导体器件的结温。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种半导体器件,其特征在于:包括衬底,以及设置于衬底上的半导体层,所述半导体层包括有源区和位于所述有源区外围的无源区;所述有源区包括:源极、栅极、漏极,所述无源区包括:温度监控焊盘、栅极焊盘和漏极焊盘,所述栅极与所述栅极焊盘连接,所述漏极与漏极焊盘连接,还包括设置在所述温度监控焊盘和所述源极之间的温度传感器,所述温度监控焊盘用于连接温度监控电路。
2.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述栅极焊盘和所述温度监控焊盘位于所述有源区的一侧,所述漏极焊盘位于有源区的另一侧。
3.根据权利要求2所述的半导体器件,其特征在于,所述源极包括N个,所述栅极包括2(N-1)个,所述漏极包括N-1个,所述N为大于1的正整数,其中,所述源极和所述漏极沿所述有源区的第一方向交替排布,所述栅极插设于相邻的所述漏极和所述源极之间,所述第一方向垂直于所述栅极焊盘和漏极焊盘的连线,在所述栅极的控制下,所述源极与所述漏极之间有电流的流通。
4.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述温度传感器的一端通过温度连接线与所述温度监控焊盘连接,所述温度传感器的另一端与源极连接。
5.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述衬底与所述半导体层之间设置缓冲层。
6.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述温度传感器位于所述无源区,所述温度传感器为热电偶或者热敏电阻。
7.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述温度传感器位于所述有源区,所述温度传感器为欧姆电阻、材料方阻或者肖特基二极管。
8.一种半导体器件制备方法,其特征在于,包括:
在衬底上形成半导体层,所述半导体层上划分为有源区和无源区,所述无源区位于所述有源区的外围;
在所述有源区内分别形成栅极、源极、漏极和温度连接线,在所述有源区或者无源区内形成温度传感器;
在所述有源区内栅极上方制备源极场板,在所述无源区上制备栅极焊盘、漏极焊盘和温度监控焊盘;
在所述源极场板上沉积氮化物形成顶部钝化层,刻蚀所述顶部钝化层使得栅极焊盘、漏极焊盘和温度监控焊盘外露;
在源极下方制备接地背孔。
9.根据权利要求8所述的半导体器件制备方法,其特征在于,所述在所述有源区内分别形成栅极、源极、漏极和温度连接线,在所述有源区或者无源区内形成温度传感器,包括:
在半导体层上沉积绝缘材料形成第一钝化层,刻蚀第一钝化层并形成刻蚀槽,在刻蚀槽内沉积第一金属形成源极、漏极和温度连接线,所述温度连接线为温度传感器与温度监控焊盘的连接线;
在所述源极与所述漏极之间刻蚀第一钝化层并形成刻蚀槽,在刻蚀槽内沉积金属,退火形成栅极;
在所述源极与温度连接线之间采用光刻、金属沉积、剥离、退火形成温度传感器。
10.根据权利要求8所述的半导体器件制备方法,其特征在于,所述在所述有源区内所述栅极上方制备源极场板,在无源区上制备栅极焊盘、漏极焊盘以及温度监控焊盘,包括;
在源极上的有源区和无源区上方制备第二钝化层,无源区内刻蚀第二钝化层并在刻蚀槽中沉积第二金属,形成栅极焊盘、漏极焊盘、以及温度监控焊盘;
有源区内经过光刻、金属蒸发、剥离工艺在栅极上方形成源极场板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111351375.9A CN113793870A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种半导体器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111351375.9A CN113793870A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种半导体器件及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113793870A true CN113793870A (zh) | 2021-12-14 |
Family
ID=78955445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111351375.9A Pending CN113793870A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种半导体器件及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113793870A (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115172332A (zh) * | 2021-12-19 | 2022-10-11 | 江苏东海半导体科技有限公司 | 具有实时温度监控功能的功率半导体器件及其制作方法 |
WO2023176312A1 (ja) * | 2022-03-18 | 2023-09-21 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 電力増幅用半導体装置 |
WO2023220872A1 (en) * | 2022-05-16 | 2023-11-23 | Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor ic chip and method for manufacturing thereof |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120025188A1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor device integrated with monitoring device in center thereof |
JP2013140831A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-18 | Panasonic Corp | 高周波電力増幅素子、高周波電力増幅器及び高周波電力増幅器の検査方法 |
CN104934389A (zh) * | 2014-03-19 | 2015-09-23 | 恩智浦有限公司 | 高电子迁移率晶体管温度传感器 |
US20190028066A1 (en) * | 2017-07-24 | 2019-01-24 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Fet operational temperature determination by field plate resistance thermometry |
US20190028065A1 (en) * | 2017-07-24 | 2019-01-24 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Fet operational temperature determination by gate structure resistance thermometry |
CN111665430A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-09-15 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种GaN HEMT器件的热可靠性评估方法 |
CN112204751A (zh) * | 2020-08-28 | 2021-01-08 | 英诺赛科(珠海)科技有限公司 | 半导体装置结构和其制造方法 |
CN113571580A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-10-29 | 深圳市时代速信科技有限公司 | 一种hemt器件及其制备方法 |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111351375.9A patent/CN113793870A/zh active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120025188A1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor device integrated with monitoring device in center thereof |
JP2013140831A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-18 | Panasonic Corp | 高周波電力増幅素子、高周波電力増幅器及び高周波電力増幅器の検査方法 |
CN104934389A (zh) * | 2014-03-19 | 2015-09-23 | 恩智浦有限公司 | 高电子迁移率晶体管温度传感器 |
US20190028066A1 (en) * | 2017-07-24 | 2019-01-24 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Fet operational temperature determination by field plate resistance thermometry |
US20190028065A1 (en) * | 2017-07-24 | 2019-01-24 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Fet operational temperature determination by gate structure resistance thermometry |
CN111665430A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-09-15 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种GaN HEMT器件的热可靠性评估方法 |
CN112204751A (zh) * | 2020-08-28 | 2021-01-08 | 英诺赛科(珠海)科技有限公司 | 半导体装置结构和其制造方法 |
CN113571580A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-10-29 | 深圳市时代速信科技有限公司 | 一种hemt器件及其制备方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115172332A (zh) * | 2021-12-19 | 2022-10-11 | 江苏东海半导体科技有限公司 | 具有实时温度监控功能的功率半导体器件及其制作方法 |
WO2023176312A1 (ja) * | 2022-03-18 | 2023-09-21 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 電力増幅用半導体装置 |
WO2023220872A1 (en) * | 2022-05-16 | 2023-11-23 | Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor ic chip and method for manufacturing thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113793870A (zh) | 一种半导体器件及其制备方法 | |
US10790787B2 (en) | FET operational temperature determination by gate structure resistance thermometry | |
US10855230B2 (en) | FET operational temperature determination by field plate resistance thermometry | |
TWI783040B (zh) | 以阻測溫術在雙極電晶體中操作溫度判定 | |
JP2521783B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
TWI774808B (zh) | 利用電阻溫度量測術的fet操作溫度測定 | |
US10890553B2 (en) | Sensing device, sensing apparatus and sensing system | |
US6686634B2 (en) | Semiconductor device and a method of producing the same | |
US9647075B2 (en) | Segmented field plate structure | |
US20210175337A1 (en) | Semiconductor device and production method therefor | |
US9343381B2 (en) | Semiconductor component with integrated crack sensor and method for detecting a crack in a semiconductor component | |
JP2010016103A (ja) | 半導体装置 | |
JP2012069567A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JPH07153920A (ja) | 半導体装置 | |
US20050007721A1 (en) | Contact pressure sensor and method for manufacturing the same | |
CN108519174B (zh) | GaN电桥式绝压压力传感器及制作方法 | |
CN113571580A (zh) | 一种hemt器件及其制备方法 | |
JP2011003844A (ja) | 電界効果トランジスタ、及び電界効果トランジスタの製造方法 | |
JP2001217255A (ja) | ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法、並びに、通信装置 | |
WO2023123374A1 (en) | Nitride-based semiconductor device and method for operating the same | |
US10854722B2 (en) | Electronic component with a high-electron-mobility heterojunction | |
JPH11183626A (ja) | 放射線検出素子アレイ | |
JP3534034B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP2020031131A (ja) | 半導体装置およびその製造方法、並びに、半導体装置を用いた圧力伝送器 | |
CN109301062A (zh) | 一种集成放大器件的霍尔器件及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211214 |