本发明属于半导体，具体涉及一种蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件及其制造方法。
背景技术：
1、氮化物半导体功率器件相比于传统硅材料器件更加节能，物理化学性质更加稳定，可以工作于更高的环境温度下，具有更高的开关速度可以降低应用系统的体积重量等多种优势，可应用于各种家用电器，电动汽车，太阳能风能等新能源发电，大型数据中心等广泛领域。氮化镓目前主要应用于中低压的消费电子领域，限制其在中高压应用的原因之一是氮化镓同质衬底价格昂贵，为了更高的性价比，氮化物外延材料一般采用异质外延的方法，在大尺寸的硅衬底或者蓝宝石衬底上生长氮化物半导体材料。采用硅衬底可以利用成熟的硅半导体加工工艺和设备，而且硅衬底可以做到8寸甚至12寸，相比其他类型衬底具有明显的成本优势。但是在硅衬底和氮化物外延层的界面，会形成导电沟道，因此基于硅衬底外延的氮化物半导体功率器件在高电压下会倾向于在垂直方向先产生击穿，氮化镓功率器件的耐压受限于垂直方向外延材料的耐压。通过增加外延材料的厚度，可以相应提高外延材料的耐压，但由于硅衬底和氮化物外延材料在晶格尺寸和热膨胀系数方面存在较大的不匹配，生长的外延层越厚，外延片内部的应力就越大，导致外延片的应力和翘曲难以控制。同时由于在生长厚膜过程中外延片的翘曲也相应增大，导致外延片不同位置生长条件产生更大的差异，降低外延片各项参数的均匀性。而翘曲控制问题，以及外延片的均匀性问题又会影响到最终产品的良率和成本。此外，生长的外延材料越厚，所需生长时间也会相应增加，由于外延生产设备非常昂贵，这也会额外增加产品的成本。采用蓝宝石衬底生长氮化物外延，已广泛应用于氮化物led的生产，具有成本较低，生长工艺成熟的优势，同时不同于具有导电性的硅衬底，蓝宝石衬底为绝缘材料并具有高击穿电场，因此利用蓝宝石衬底的耐压能力，不需要生长氮化物厚外延层，也能实现芯片的高耐压。限制蓝宝石衬底氮化物外延应用于功率器件的主要问题之一在于其较低的热导率，在功率器件工作过程中热量不能有效散出，导致芯片温度升高，影响芯片的可靠性，因此现有的蓝宝石衬底氮化物功率器件一般限于一些低功率的应用。
2、专利号为《cn116544194a》的发明专利中公开一种氮化镓功率器件外延片及其制造方法。在蓝宝石衬底背面预制应力调控层，从而改善其翘曲问题，但并未解决其散热问题。
3、专利号为《cn115346872a》得到发明专利中公开一种氮化物半导体功率器件的芯片制造方法，该方法是针对硅衬底的半导体器件，主要针对现有技术中硅衬底氮化物外延耐压和散热方面的不足进行的替换方案。
4、专利号为《cn117790439a》的发明专利中公开一种高可靠性的蓝宝石衬底gan功率器件及其制备方法，该方案公开了在蓝宝石衬底下方刻蚀形成散热口，在所述散热口中沉积形成aln层，述蓝宝石衬底远离所述gan高阻缓冲层的一面沉积形成背场板金属层，从而解决蓝宝石衬底gan功率器件的散热能力差的问题。但是该方案需要完全刻蚀掉蓝宝石衬底，沉积的材料绝缘材料为aln，并且背面沉积的aln层与外延层的高阻gan层接触。此外，干法刻蚀蓝宝石衬底一般采用含cl气体，湿法刻蚀蓝宝石衬底一般采用高温酸性溶液，这些刻蚀方法同样可以刻蚀氮化物如gan，aln等。由于需要刻蚀的蓝宝石衬底很厚，需要很高的刻蚀速率，很难控制刻蚀深度停留在氮化物外延层和蓝宝石衬底的界面处而不对氮化物外延层产生明显过刻蚀。
技术实现思路
1、针对背景技术中的问题，尤其是高电子迁移率晶体管(high electron mobilitytransistor,hemt)导热性问题，本发明提供一种蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件，其特征在于，包括：蓝宝石衬底、生长在蓝宝石衬底上的氮化物半导体功率器件的外延结构，以及外延结构上的功率器件结构，外延结构至少包括：衬底上的成核层，成核层上的氮化物功能层。所述蓝宝石衬底下方对应功率器件结构的位置设有部分或者完全刻蚀区，刻蚀区位置处布置有高导热性材料。
2、可选的，所述蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件，如果在垂直于衬底表面的厚度方向上完全刻蚀掉蓝宝石衬底，成核层不包括gan单层材料，包括以下之一：aln、algan、algainn，以及上述材料的多层堆叠结构；如果在垂直于衬底表面的厚度方向上刻蚀掉部分蓝宝石衬底而保留部分蓝宝石衬底，成核层包括以下之一：gan、aln、algan、algainn，以及上述材料的多层堆叠结构。
3、可选的，所述功率器件至少包括hemt器件结构，所述hemt器件结构包括：源极，栅极，以及漏极，并可包括沉积多层绝缘介质材料。
4、可选的，外延结构的功能层包括：成核层上的缓冲层，缓冲层上的沟道层，以及沟道层上的势垒层。
5、可选的，刻蚀区至少包含对应源极和漏极之间下方的全部区域，也可以延伸到源极和漏极以外。
6、可选的，高导热性材料包括以下至少之一：金属材料、金属合金材料、非金属材料、上述材料的多层复合材料，金属材料包括：cu，ag，au，al，ni，非金属材料包括：aln，石墨烯。
7、可选的，高导热性材料上方还包含一层或多层的绝缘材料层。
8、可选的，高导热性材料采用多层复合材料时，在多层复合材料层间插入一层或多层绝缘材料层。
9、可选的，缓冲层包括以下之一：aln、algan、gan单层或多层堆叠的结构、aln/gan、aln/algan、algan/gan超晶格结构、包括上述结构的组合结构。
10、可选的，沟道层包括以下之一：gan材料、algan、ingan材料。
11、可选的，势垒层包括以下之一：algan层、aln层、alinn层、alingan、上述材料层的复数叠加。
12、可选的，在沟道层与势垒层之间还包含aln插入层。
13、可选的，在势垒层上方还包含非故意掺杂gan盖层或者原位sin介质层，或者p型algainn的任意比例合金层。
14、本发明还提供一种蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件的制备方法，至少用于制作如权利要求1所述的蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件，包括如下步骤：s1、在蓝宝石衬底上生长氮化物半导体功率器件的外延结构；s2、在外延结构的上方制作功率器件结构；s3、通过在垂直于蓝宝石衬底的厚度方向上完全刻蚀掉对应器件下方的蓝宝石衬底部分，或者刻蚀掉部分衬底厚度，留下部分蓝宝石衬底；s4、然后沉积高导热性材料。
15、可选的，高导热性材料采用电镀、物理或者化学气相沉积法、或者机械剥离转移法布置到刻蚀区。
16、与现有技术相比，本发明提供一种蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件及其制造方法，具有以下有益效果：
17、通过采用蓝宝石衬底，在垂直于蓝宝石衬底的厚度方向上完全刻蚀掉对应器件下方的蓝宝石衬底部分，或者刻蚀掉绝大部分衬底厚度，仅留下部分蓝宝石衬底，然后采用沉积导热性良好的材料，提高功率芯片的导热性。本方案可以部分刻蚀掉蓝宝石衬底，相比于完全刻蚀掉蓝宝石衬底保持更好的衬底机械强度，省去沉积aln绝缘材料的步骤，沉积高导热材料实现更好的散热性，同时降低刻蚀深度的控制精度需求，不对氮化物外延层产生刻蚀损伤。本方案也可以同样完全刻蚀掉蓝宝石衬底层，然而蓝宝石上氮化物外延的成核层不采用氮化镓，而是采用aln，或者algan或者algainn合金层或者上述材料的多层堆叠。优化的aln成核层可以实现比gan材料更好的晶体质量，以及更好的器件水平耐压。
1.一种蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件，其特征在于，包括：蓝宝石衬底、生长在蓝宝石衬底上的氮化物半导体功率器件的外延结构，以及外延结构上的功率器件结构，外延结构至少包括：衬底上的成核层，成核层上的氮化物功能层，所述蓝宝石衬底下方对应功率器件结构的位置设有部分或者完全刻蚀区，刻蚀区位置处布置有高导热性材料。
2.如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件，其特征在于，刻蚀区深度为完全刻蚀掉蓝宝石衬底，成核层包括以下之一：aln、algan、algainn，以及上述材料的多层堆叠结构。
3.如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件，其特征在于，刻蚀区深度为刻蚀掉绝大部分衬底厚度，仅留下部分蓝宝石衬底，成核层包括以下之一：gan、aln、algan、algainn，以及上述材料的多层堆叠结构。
4.如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件，其特征在于，所述功率器件至少包括hemt器件结构，所述hemt器件结构包括：源极，栅极，以及漏极，并可包括沉积多层绝缘介质材料。
5.如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体功率器件，其特征在于，外延结构的功能层包括：成核层上的缓冲层，缓冲层上的沟道层，以及沟道层上的势垒层。
6.如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件，其特征在于，刻蚀区至少包含对应源极和漏极之间下方的全部区域，也可以延伸到源极和漏极以外。
7.如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件，其特征在于，高导热性材料包括以下至少之一：金属材料、金属合金材料、非金属材料、上述材料的多层复合材料，金属材料包括：cu，ag，au，al，ni，非金属材料包括：aln，石墨烯。
8.如权利要求1所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件，其特征在于，高导热性材料上方还包含一层或多层的绝缘材料层。
9.如权利要求6所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件，其特征在于，高导热性材料采用多层复合材料时，在多层复合材料层间插入一层或多层绝缘材料层。
10.一种蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件的制备方法，至少用于制作如权利要求1所述的蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件，包括如下步骤：
11.如权利要求9所述的一种蓝宝石衬底氮化物半导体外延器件的制备方法，其特征在于，高导热性材料采用电镀、物理或者化学气相沉积法、或者机械剥离转移法布置到刻蚀区。
