晶体管散热结构的制作方法

本文中所描述的主题的实施例涉及场效应晶体管和这类晶体管的制造方法。

背景技术：

1、基于晶体管的电路通常用于模拟信号处理应用并且用于功率开关，所述模拟信号处理应用包括无线电和微波频率(rfmw)信号的放大。先进的晶体管设计和高性能材料(如iii-v半导体)已被用于实现增加的功率密度，同时提供可接受的热性能和电压诱发的击穿特性。然而，按高比例缩放装置可能更易受泄漏、击穿以及其它问题影响。基于晶体管的氮化镓(gan)和/或其它复合半导体常常用于其中按高比例缩放硅晶体管无法提供足够开关速度或功率处理能力的应用中。

技术实现思路

1、在示例实施例中，一种晶体管装置包括：具有顶表面和底表面的电绝缘半导体衬底的一部分；第一电流端；第二电流端；沟道区，所述沟道区形成于所述半导体衬底的所述顶表面上方且被配置成在所述第一电流端和所述第二电流端之间提供导电路径；细长栅极电极，所述细长栅极电极安置于所述沟道区上方，且沿平行于所述半导体衬底的所述顶表面的第一方向从所述栅极电极的第一末端横向延伸到所述栅极电极的第二末端；以及第一细长冷却沟槽，所述第一细长冷却沟槽耦合到所述第一电流端，且沿着所述第一方向从所述第一细长冷却沟槽的第一末端横向延伸到第二末端并从所述第一电流端竖直穿过所述顶表面延伸到所述半导体衬底中。所述第一细长冷却沟槽整个被导热材料填充，所述导热材料被配置成将来自所述沟道区的热量消散到所述半导体衬底中。

2、在示例实施例中，所述第一电流端包括耦合到所述第一电流端并且耦合到所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料的电极。

3、在示例实施例中，所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料是金属。

4、在示例实施例中，所述晶体管另外包括所述半导体衬底的底表面上的背侧金属化层；

5、其中所述第一细长冷却沟槽的所述金属不物理接触所述背侧金属化层。

6、在示例实施例中，所述晶体管另外包括：

7、第二细长冷却沟槽，所述第二细长冷却沟槽耦合到所述第二电流端，且沿着所述第一方向从所述第二细长冷却沟槽的第一末端横向延伸到第二末端并从所述第二电流端竖直穿过所述顶表面延伸到所述半导体衬底中。

8、在示例实施例中，所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料竖直延伸到所述半导体衬底中达小于所述半导体衬底的厚度的第一深度，且所述第二细长冷却沟槽的导热材料竖直延伸到所述半导体衬底中达小于所述第一深度的第二深度。

9、在示例实施例中，所述晶体管另外包括处于所述半导体衬底的底表面上的背侧金属化层；

10、其中所述第一细长冷却沟槽的所述金属和所述第二细长冷却沟槽的所述金属均不物理接触所述背侧金属化层。

11、在示例实施例中，所述晶体管是高电子迁移率晶体管(hemt)，且所述沟道区包括半导体异质结构，所述半导体异质结构被配置成在所述半导体异质结构内的埋入半导体异质结处形成二维电子气体(2deg)。

12、在示例实施例中，所述第一细长冷却沟槽延伸到所述半导体衬底中超过所述半导体异质结构的深度。

13、在示例实施例中，当所述晶体管在其中电流经由所述沟道区在所述第一电流端和所述第二端之间流动的接通状态中被施偏压时，所述电流的至少一部分从所述第一电流端穿过所述第一细长冷却沟槽流到所述沟道区。

14、在另一示例实施例中，一种制造晶体管的方法包括：

15、提供电绝缘半导体衬底并且形成第一细长冷却沟槽。所述衬底具有顶表面和底表面；第一电流端；第二电流端；沟道区，所述沟道区形成于所述半导体衬底的所述顶表面上方且被配置成在所述第一电流端和所述第二电流端之间提供导电路径；以及

16、细长栅极电极，所述细长栅极电极安置于所述沟道区上方，且沿平行于所述半导体衬底的所述顶表面的第一方向从所述栅极电极的第一末端横向延伸到所述栅极电极的第二末端。所述第一细长冷却沟槽耦合到所述第一电流端，且沿着所述第一方向从所述第一细长冷却沟槽的第一末端横向延伸到第二末端并从所述第一电流端竖直穿过所述顶表面延伸到所述半导体衬底中。所述第一细长冷却沟槽整个被导热材料填充，所述导热材料被配置成将来自所述沟道区的热量消散到所述半导体衬底中。

17、在示例实施例中，所述第一电流端包括耦合到所述第一电流端并且耦合到所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料的电极。

18、在示例实施例中，所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料是金属。

19、在示例实施例中，所述第一细长冷却沟槽的所述金属不物理接触安置于所述半导体衬底的底表面上的背侧金属化层。

20、在示例实施例中，所述方法另外包括：

21、形成第二细长冷却沟槽，所述第二细长冷却沟槽耦合到所述第二电流端，且沿着所述第一方向从所述第二细长冷却沟槽的第一末端横向延伸到第二末端并从所述第二电流端竖直穿过所述顶表面延伸到所述半导体衬底中。

22、在示例实施例中，所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料竖直延伸到所述半导体衬底中达小于所述半导体衬底的厚度的第一深度，且所述第二细长冷却沟槽的所述导热材料竖直延伸到所述半导体衬底中达小于所述第一深度的第二深度。

23、在示例实施例中，

24、其中所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料和所述第二细长冷却沟槽的所述导热材料均不物理接触所述背侧金属化层。

25、在示例实施例中，所述沟道区包括半导体异质结构，所述半导体异质结构被配置成在所述半导体异质结构内的埋入半导体异质结处形成二维电子气体(2deg)。

26、在示例实施例中，形成所述第一细长冷却沟槽包括蚀刻穿过所述半导体异质结构以使得所述第一细长冷却沟槽延伸到所述半导体衬底中达超过所述半导体异质结构的深度的深度。

27、在示例实施例中，所述方法另外包括配置所述第一细长冷却沟槽以使得当所述晶体管在其中电流经由所述沟道区在所述第一电流端和所述第二端之间流动的接通状态中被施偏压时，所述电流的至少一部分经由所述冷却沟槽从所述第一电流端流到所述沟道区。

技术特征：

1.一种晶体管，其特征在于，所述晶体管包括：

2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述第一电流端包括耦合到所述第一电流端并且耦合到所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料的电极。

3.根据权利要求2所述的晶体管，其特征在于，所述晶体管另外包括所述半导体衬底的底表面上的背侧金属化层；

4.根据权利要求2所述的晶体管，其特征在于，所述晶体管另外包括：

5.根据权利要求4所述的晶体管，其特征在于，所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料竖直延伸到所述半导体衬底中达小于所述半导体衬底的厚度的第一深度，且所述第二细长冷却沟槽的导热材料竖直延伸到所述半导体衬底中达小于所述第一深度的第二深度。

6.一种制造晶体管的方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一电流端包括耦合到所述第一电流端并且耦合到所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料的电极。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法另外包括：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一细长冷却沟槽的所述导热材料竖直延伸到所述半导体衬底中达小于所述半导体衬底的厚度的第一深度，且所述第二细长冷却沟槽的所述导热材料竖直延伸到所述半导体衬底中达小于所述第一深度的第二深度。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法另外包括配置所述第一细长冷却沟槽以使得当所述晶体管在其中电流经由所述沟道区在所述第一电流端和所述第二端之间流动的接通状态中被施偏压时，所述电流的至少一部分经由所述冷却沟槽从所述第一电流端流到所述沟道区。

技术总结
形成于半导体衬底中的晶体管设置有冷却沟槽。所述冷却沟槽是细长的并且沿平行于所述半导体衬底的顶表面的第一方向从安置于所述晶体管的沟道区上方的细长栅极电极的第一末端横向延伸到所述栅极电极的第二末端。所述冷却沟槽耦合到所述第一电流端并且沿着所述第一方向从所述第一细长冷却沟槽的第一末端横向延伸到第二末端并且从所述第一电流端竖直穿过所述顶表面延伸到所述半导体衬底中。所述冷却沟槽整个被导热材料填充，所述导热材料被配置成将来自所述沟道区的热量消散到所述半导体衬底中。

技术研发人员：柳博·拉迪克,理查德·埃米尔·斯威尼,维卡斯·希利姆卡,贝恩哈德·格罗特,达雷尔·格伦·希尔,易卜拉欣·哈利勒
受保护的技术使用者：恩智浦有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25