半导体器件结构的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体器件结构。


背景技术：

2.砷化镓、磷化铟及氮化镓等高频、高功率半导体器件在进行高温可靠性及寿命测试时，高频工作特性和直流工作特性都会出现一定的性能损失。研究结果表明，氢气是导致器件的高频和直流工作性能损失的主要原因之一，而氢气主要由器件的栅极金属或其他封装材料产生。在气密性封装的装置内部，生成的氢气没有清晰的逸出路径，初始运行时氢气浓度很容易上升到重启装置气体体积的1-2％。
3.早期对gaas高频晶体管的研究发现，原子氢直接扩散到器件的沟道区域，从而中和si施主，降低载流子浓度，这是一种可能的机制。同样，对于gan功率晶体管而言，原子氢能够扩散至p型gan层，与其中的mg受主结合，形成mg-h复合体，从而使受主失去活性。很显然，这种效应对于gaas和gan晶体管的性能和可靠性有直接影响。
4.目前常见的除氢工艺，从工艺上而言，主要是器件组件密封前在氮气氛围下进行长时间的烘烤，从而排除封装材料中吸附的氢气。但长期的高温烘烤，一方面对设备的要求较高，同时也增加了生产周期；另一方面，有研究人员发现，封装壳体经长时间高温烘烤而发生互扩散和氧化，造成组装过程的可焊性和可靠性降低。另一种常见方式是采用铂族金属及其化合物作为氢气吸附剂与有机物黏结剂在一定温度下组合固化。这种吸氢方式的工艺比较复杂，且不适合用在形状不规则及空间较小的器件结构中。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种半导体器件结构，用于解决现有技术中的半导体器件采用氮气氛围高温烘烤除氢工艺对设备要求高，且导致生产周期长，同时容易造成器件的可焊性和可靠性下降，而采用铂族金属及其化合物作为氢气吸附剂与有机物黏结剂在一定温度下组合固化进行除氢的工艺比较复杂，且不适合用在形状不规则及空间较小的器件结构中等问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种半导体器件结构，所述半导体器件结构包括衬底、位于所述衬底之上的晶体管及位于所述晶体管周向上的切割道，所述切割道与所述晶体管相邻的一侧设置有氢气吸收层，所述氢气吸收层包括钛金属层和位于钛金属层表面的能渗透氢的保护层。
7.可选地，所述保护层包括钯金属层、钒金属层、铌金属层和钯合金层中的任意一种或多种的堆叠。
8.可选地，所述钯合金层包括钒钯合金层、钯金合金层、铌钯合金层、钯铱合金层和钯银合金层中的任意一种或多种的堆叠。
9.可选地，所述保护层的厚度为150nm-250nm。
10.可选地，所述钛金属层的厚度大于等于1μm。
11.可选地，所述晶体管包括gaas器件、inp器件和gan器件中的任意一种。
12.可选地，所述晶体管表面形成有钝化层，所述切割道位于所述钝化层的周向。
13.可选地，所述钝化层包括二氧化硅层和氮化硅层任意一种或两者的堆叠。
14.更可选地，所述钝化层的厚度大于等于500nm。
15.可选地，所述氢气吸收层位于所述晶体管的整个周向上。
16.如上所述，本实用新型的半导体器件结构，具有以下有益效果：本实用新型提供的半导体器件结构，通过在切割道中设置氢气吸收层作为氢吸收剂，以吸收从封装材料中逸出的氢，利用氢气吸收层对氢的吸收能力是相同体积的硅基吸气剂的25倍，且所占体积小，工艺简单，可以方便地整合进芯片工艺流程，不需要进行高温组合固化工艺，也不需要长时间的烘烤等优点，可以有效提高诸如砷化镓、氮化镓等高频、高功率晶体管的可靠性。
附图说明
17.图1显示为本实用新型提供的半导体器件结构的例示性俯视结构图。
18.图2显示为图1沿aa’线方向的截面结构示意图。
19.元件标号说明
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晶体管
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11
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钝化层
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12
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钝化层以下的其他结构
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氢气吸收层
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切割道
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衬底
具体实施方式
[0026]
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0027]
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
[0028]
在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0029]
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构
想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。
[0030]
请参阅图1至图2。
[0031]
如图1及图2所示，本实用新型提供一种半导体器件结构，所述半导体器件结构包括衬底4、位于衬底4上的晶体管1及位于所述晶体管1周向上的切割道3，所述切割道3与所述晶体管1相邻的一侧设置有氢气吸收层2，即位于所述切割道3内侧的区域为晶体管1，而氢气吸收层2则位于晶体管1和切割道3之间且三者相互邻接，所述氢气吸收层2包括钛金属层和位于钛金属层表面的能渗透氢的保护层，所述钛金属层用于吸收自封装材料中逸出的氢原子并与之化学结合而起到去除晶体管1内的氢气的效果，所述保护层用于保护所述钛金属层以防止其氧化，以使氢气吸收层2保持良好的吸氢效果，确保半导体器件结构的性能。本实用新型提供的半导体器件结构，通过在切割道中设置氢气吸收层作为氢吸收剂，以吸收从封装材料中逸出的氢，利用氢气吸收层对氢的吸收能力是相同体积的硅基吸气剂的25倍，且所占体积小，工艺简单，可以方便地整合进芯片工艺流程，不需要进行高温组合固化工艺，也不需要长时间的烘烤等优点，可以有效提高诸如砷化镓、磷化铟、氮化镓等器件的可靠性。
[0032]
作为示例，所述保护层包括但不限于钯金属层、钒金属层、铌金属层和钯合金层中的任意一种或多种的堆叠，即所述保护层可以为单层结构，也可以是由多个薄膜层堆叠而成，其既可以是单金属材料层，也可以是多种金属的复合层。当所述保护层选用靶合金层时，所述钯合金层包括但不限于钒钯合金层、钯金合金层、铌钯合金层、钯铱合金层和钯银合金层中的任意一种或多种的堆叠。所述保护层的厚度可以根据保护层的结构和材质而定，例如为单层薄膜时，厚度可为150nm左右，当为多层薄膜的堆叠时，厚度较佳地为不超过250nm，即所述保护层的厚度为150nm-250nm，例如可以为150nm，200nm，250nm或这区间的任意值。
[0033]
为达到较好的氢气吸收效果，所述钛金属层的厚度较佳地为大于等于1μm，当然其厚度的上限值以不高于所述晶体管1的高度为佳。
[0034]
本实用新型提供的半导体器件结构适用于任何在生产工艺中涉及氢气氛围，因而容易残留氢气的晶体管，包括但不限于gaas(砷化镓)器件、inp(磷化铟)器件和gan(氮化镓)器件中的任意一种。
[0035]
为保护所述晶体管1，在一示例中，所述晶体管1表面形成有钝化层11，所述切割道3位于所述钝化层11的周向，即所述钝化层11覆盖在晶体管1的表面，钝化层以下的其他结构12位于钝化层11下方，且和钝化层11同时被切割道3包围。所述钝化层11通常为耐腐蚀耐高温的材料层，例如可以为但不限于二氧化硅层，也可以是氮化硅层，还可以是二氧化硅层和氮化硅层的堆叠。所述钝化层11的厚度可以根据需要设置，但较佳地为大于等于500nm，且优选不大于2000nm。
[0036]
所述氢气吸收层2可以仅位于晶体管1的一个侧面上，但为起到更好的氢气吸收效果，在一较佳示例中，所述氢气吸收层2位于所述晶体管1的整个周向，即位于晶体管1的四周。
[0037]
本实用新型提供的半导体器件结构的示例性制备过程如下：
[0038]
(1)在周向具有切割道3的晶体管1的顶层完成钝化(即于晶体管1表面形成钝化层11)后，使用icp刻蚀对应位于切割道3上的钝化层11而刻蚀出用于沉积氢气吸收的沟槽；
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(2)使用真空镀膜(如电子束蒸发镀、溅射等)方法，在切割道3的内圈沟槽中连续沉积多层氢气吸收层2；
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(3)进行半导体器件的背面工艺流程。
[0041]
可以看到，本实用新型提供的半导体器件结构的制备流程简单，且适用于形状不规则及空间有限的器件。
[0042]
综上所述，本实用新型提供一种半导体器件结构，所述半导体器件结构包括衬底、位于所述衬底之上的晶体管及位于所述晶体管周向上的切割道，所述切割道与所述晶体管相邻的一侧设置有氢气吸收层，所述氢气吸收层包括钛金属层和位于钛金属层表面的能渗透氢的保护层。本实用新型提供的半导体器件结构，通过在切割道中设置氢气吸收层作为氢吸收剂，以吸收从封装材料中逸出的氢，利用氢气吸收层对氢的吸收能力是相同体积的硅基吸气剂的25倍，且所占体积小，工艺简单，可以方便地整合进芯片工艺流程，不需要进行高温组合固化工艺，也不需要长时间的烘烤等优点，可以有效提高诸如砷化镓、磷化铟和氮化镓等高频和高功率晶体管的可靠性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0043]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。