一种半导体器件及电子设备的制作方法

本技术实施例涉及半导体，并且尤其涉及一种半导体器件及电子设备。

背景技术：

1、氮化镓(gan)及其相关的宽带隙半导体被认为是下一代高功率、高频电子器件的潜在材料，gan基半导体器件相比硅(si)基半导体器件的击穿场和飘移速度较高，在高温和高压下可以产生较低的损耗。gan基半导体器件的优越性能不仅与材料的固有特性相关，而且与gan基异质结构的半导体器件技术相关，由于在异质结界面形成的二维电子气(2deg)具有高迁移率，以gan基异质结构为核心的高电子迁移率晶体管(high electronmobility，简称hemt)器件为电源开关和射频应用提供了巨大的潜力。

2、gan基的hemt器件通常包括衬底，设置在衬底上的外延层，以及设置在外延层上的源电极、漏电极和栅电极，外延层包括依次设置在衬底上的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，源电极、漏电极和栅电极设置在势垒层上。完整的gan hemt器件具有有源区和无源区，部分源电极、部分栅电极和部分漏电极位于有源区内，有源区以外的区域为无源区。器件散热的方式主要为以下几种：一是通过衬底纵向散热，二是将有源区热量横向传递至无源区散热，三是通过与空气接触实现散热。

3、然而，通过上述方式实现半导体器件的散热，存在散热能力差的问题，影响器件的性能。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种半导体器件及电子设备，解决了现有的半导体器件散热性能较差而影响器件性能的问题。

2、本技术的第一方面提供一种半导体器件，包括：衬底、外延层、源电极、漏电极和栅电极，外延层包括依次设置在衬底上的沟道层和势垒层，沟道层和势垒层形成异质结结构，源电极、漏电极和栅电极设置在势垒层上。半导体器件包括有源区，部分源电极、部分漏电极和部分栅电极位于有源区内。

3、半导体器件还包括多个第一连接孔，第一连接孔的第一端延伸至衬底上，第一连接孔的第二端延伸至沟道层内，第一连接孔内填充有导热介质，也就是说，第一连接孔的第二端不贯穿沟道层，而位于沟道层内，不与势垒层接触。这样通过第一连接孔及第一连接孔内的导热介质就将产热点沟道层和衬底直接连接，半导体器件在工作时，沟道层产生的热量能够通过第一连接孔内的导热介质直接传递至衬底实现散热，有效的提升了散热效果，提升半导体器件的散热能力。

4、至少有源区内具有第一连接孔，有源区内产生的热量可以通过第一连接孔内的导热介质很好的传递至衬底实现散热，进一步提升散热效果。

5、每个第一连接孔在第一方向上的宽度小于源电极或漏电极在第一方向上的宽度，第一方向平行于衬底且垂直于源电极或漏电极的延伸方向，减小了第一连接孔的尺寸，能够减小第一连接孔的设置对外延层质量的影响，在提升半导体器件散热能力的条件下，保证半导体器件的性能，提升半导体器件的可靠性。

6、在一种可能的实现方式中，第一连接孔的第二端的端面与势垒层面向沟道层一端的端面之间的距离大于等于30nm。保证第一连接孔不会贯穿沟道层而与势垒层接触，从而通过第一连接孔及其内的导热介质实现沟道层与衬底间的直接散热，提升散热性能。

7、此外，能够使第一连接孔的第二端距沟道层和势垒层间形成的异质结结构及二维电子气较远，减小或避免第一连接孔的开设对二维电子气的影响，保证半导体器件的性能，提升器件可靠性。

8、在一种可能的实现方式中，有源区包括第一区域、第二区域和第三区域，第一区域在衬底上的垂直投影位于源电极在衬底上的垂直投影内，第二区域在衬底上的垂直投影位于漏电极在衬底上的垂直投影内，第三区域为有源区除去第一区域和第二区域的区域。

9、多个第一连接孔分别位于第一区域、第二区域和第三区域内，也就是说，源电极的正下方、漏电极的正下方、以及源电极和漏电极之间区域(例如，栅电极所在区域)的正下方均可以开设有第一连接孔，使半导体器件具有较好的散热能力。

10、在一种可能的实现方式中，有源区包括第一区域、第二区域和第三区域，第一区域在衬底上的垂直投影位于源电极在衬底上的垂直投影内，第二区域在衬底上的垂直投影位于漏电极在衬底上的垂直投影内，第三区域为有源区除去第一区域和第二区域的区域。

11、多个第一连接孔分别位于第一区域和第二区域内，第三区域内不设置第一连接孔，也即仅在源电极和漏电极的正下方设置有第一连接孔，而源电极和漏电极之间的区域(如栅电极)的正下方不设置第一连接孔。在提升半导体器件散热能力的条件下，能够减小有源区内第一连接孔的数量，降低第一连接孔对外延层质量的影响，保证半导体器件的性能。

12、在一种可能的实现方式中，位于第一区域与第二区域内的第一连接孔在衬底上的垂直投影的面积和占第一区域与第二区域在衬底上的垂直投影的面积和的比例为0.1％-15％。在提升半导体器件散热能力的条件下，减小了位于源电极和漏电极正下方的第一连接孔的数量，降低第一连接孔的开设对外延层质量的影响，保证半导体器件的性能，提升器件的可靠性。

13、在一种可能的实现方式中，位于第三区域内的第一连接孔在衬底上的垂直投影的面积和占第三区域在衬底上的垂直投影的面积比例小于等于10％。在提升半导体器件散热能力的条件下，减小源电极和漏电极之间的区域正下方的第一连接孔数量，保证半导体器件的性能。

14、此外，使源电极和漏电极之间的区域正下方的第一连接孔减小较多，能够降低第一连接孔对源电极和漏电极连接线路的影响，进一步提升半导体器件的性能。

15、在一种可能的实现方式中，还包括散热基底，散热基底位于衬底背向外延层的一侧，且第一连接孔的第一端贯穿衬底并延伸至散热基底上。沟道层产生的热量能够通过第一连接孔内的导热介质直接传递至散热基底实现散热，进一步提升散热效果，提升半导体器件的散热能力。

16、在一种可能的实现方式中，还包括接地层，接地层位于衬底背向外延层的一侧，第一连接孔的第一端贯穿衬底并延伸至接地层上，沟道层的热量可以通过第一连接孔内的导热介质直接传递至接地层实现散热，也能够有效的提升散热效果。

17、还包括接地源电极，接地源电极设置在势垒层上，且接地源电极位于有源区外。

18、还包括位于有源区外的第二连接孔，第二连接孔的第一端延伸至接地层上，第二连接孔的第二端贯穿衬底、外延层并延伸至接地源电极上，且第二连接孔在衬底上的垂直投影位于第三投影内，第二连接孔中填充有导电导热介质。这样接地源电极就通过第二连接孔内的导电导热介质与接地层实现了电性连接，实现源极的接地。而且第二连接孔贯穿衬底、外延层后延伸至接地源电极，外延层的沟道层等中产生的热量也能够通过第二连接孔内的导电导热介质传递至衬底和接地层进行散热，有助于进一步提升散热效果，在实现半导体器件源电极接地的同时，提升了半导体器件的散热能力。

19、在一种可能的实现方式中，导热介质包括导热率大于等于200w/m·k的导热材料。保证导热介质能够很好的将沟道层内热量传递至衬底实现散热，提升散热效果。

20、在一种可能的实现方式中，导热材料包括金属材料、绝缘材料、半导体材料中的一种或多种组合。

21、在一种可能的实现方式中，外延层还包括成核层和缓冲层，有助于沟道层和势垒层的成型，并提升沟道层和势垒层的质量。

22、成核层设置在衬底和缓冲层之间，缓冲层设置在成核层和沟道层之间，第一连接孔的第二端贯穿成核层和缓冲层并延伸至沟道层内。

23、在一种可能的实现方式中，成核层的成型材料包括氮化铝或氮化镓。

24、缓冲层的成型材料包括铝镓氮或氮化镓。

25、沟道层的成型材料包括氮化镓。

26、势垒层的成型材料包括铝镓氮、铟铝镓氮、铟镓氮或氮化铝。

27、在一种可能的实现方式中，势垒层的成型材料中至少包括铝元素或铟元素中的一种，且势垒层的成型材料中铝或铟组分占总组分的比值大于等于0.01，有利于提升外延层的质量。

28、在一种可能的实现方式中，衬底的成型材料包括硅、碳化硅、氧化铝、金刚石或氮化镓。

29、在一种可能的实现方式中，散热基底的成型材料包括金属材料、绝缘材料或半导体材料。

30、本技术的第二方面提供一种电子设备，至少包括壳体和上述任一的半导体器件，半导体器件设置在壳体内。通过包括半导体器件，该半导体器件具有很好的散热能力，以及较高的可靠性，有助于提升电子设备的散热效果和稳定性，进而提升电子设备的性能。