功率半导体器件、功率半导体模块和加工方法与流程

文档序号:18732605发布日期:2019-09-21 00:44阅读:228来源:国知局
功率半导体器件、功率半导体模块和加工方法与流程

技术领域

本说明书涉及功率半导体器件、功率半导体模块的实施方式以及功率半导体器件加工方法的实施方式。特别地,本说明书涉及用于功率半导体器件的增强负载端子结构以及制造这样的增强负载端子结构的方法。



背景技术:

现代器件在汽车、消费和工业应用中的许多功能(如转换电能以及驱动电动马达或电机)依赖于功率半导体器件。例如,仅举几个例子,绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及二极管已经用于各种应用,包括但不限于电源和功率转换器中的开关。

功率半导体器件通常包括半导体结构,该半导体结构被配置成使负载电流沿着该器件的两个负载端子结构之间的负载电流路径传导。此外,负载电流路径可以借助于有时被称为栅电极的控制电极来控制。例如,在从例如驱动器单元接收到相应的控制信号时,控制电极可以将功率半导体器件设置为导通状态和阻断状态之一。

半导体器件可以集成到可以包括电缆、电线等的负载电流传输路径中。为了将半导体结构与负载电流传输路径的所述部件对接,所述负载端子结构中的至少一个可以包括被配置成由一条或更多条接合线接触的接触盘等。

偶尔地,在接合线与负载端子结构之间建立接触(通常称为接合)涉及在负载端子结构内引起机械应力。



技术实现要素:

根据一个实施方式,一种功率半导体器件包括:第一负载端子结构和与第一负载端子结构分开布置的第二负载端子结构;以及半导体结构,其电耦接到第一负载端子结构和第二负载端子结构中的每一个,并且被配置成承载负载电流。第一负载端子结构包括:与半导体结构接触的导电层;接合块,其被配置成由至少一条接合线的端部接触并且接收来自至少一条接合线和导电层中的至少一个的负载电流的至少一部分;支承块,其硬度大于导电层和接合块中的每一个的硬度,其中,接合块经由支承块安装在导电层上;以及布置在导电层和接合块中的至少一个内的区域,所述区域具有氮原子。

根据另一实施方式,功率半导体模块包括功率半导体器件、至少一条接合线以及封装件。功率半导体器件包括:第一负载端子结构和与第一负载端子结构分开布置的第二负载端子结构;以及半导体结构,其电耦接到第一负载端子结构和第二负载端子结构中的每一个,并且被配置成承载负载电流。第一负载端子结构包括:与半导体结构接触的导电层;接合块,其被配置成由至少一条接合线的端部接触,并且被配置成接收来自至少一条接合线和导电层中的至少一个的负载电流的至少一部分;支承块,其硬度大于导电层和接合块中的每一个的硬度,其中,接合块经由支承块安装在导电层上;以及布置在导电层和接合块中的至少一个内的区域,所述区域具有氮原子。封装件至少部分地围绕功率半导体器件,并且包括由至少一条接合线的另一端接触的负载电流接口。

根据又一实施方式,一种加工功率半导体器件的方法包括提供具有表面的半导体结构以及在表面的上面创建第一负载端子结构。所述创建包括:在所述表面处形成与半导体结构接触的导电层;在所述导电层的上面沉积至少一个支承块;形成具有氮原子的区域,并且所述区域布置在所述导电层和所述接合块中的至少一个内;以及在所述至少一个支承块的上面安装结合块。所述至少一个支承块的硬度大于所述导电层和所述接合块中的每一个的硬度。接合块被配置成:与至少一条接合线的端部接触,并且接收来自至少一条接合线和导电层中的至少一个的负载电流的至少一部分。

本领域技术人员在阅读以下详细描述时并且在查看附图时将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图中的部分不一定是按比例的,而是重点在于说明本发明的原理。此外,在附图中,相同的附图标记指代相同的部件。在附图中:

图1示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的纵截面的一部分;

图2示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的导电层的纵截面的一部分;

图3示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的水平投影的一部分;

图4借助于根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的纵截面的一部分的相应示意图示意性地示出了功率半导体器件加工方法的不同阶段;

图5示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体模块的透视图的一部分;以及

图6示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的支承块的纵截面的一部分。

具体实施方式

在下面的详细描述中,参考形成其一部分的附图,其中,通过图示的方式示出了可以实施本发明的特定实施方式。

在这方面,可以参考所描述的附图的取向来使用诸如“顶部”、“底部”、“下方”、“前面”、“后面”、“背面”、“前部”、“后部”、“之下”、“之上”等的方向性术语。因为实施方式的部件可以以多个不同的取向定位,所以方向性术语用于说明的目的,而绝不是限制性的。应当理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以利用其他实施方式并且可以进行结构或逻辑变化。因此,下面的详细描述不应被理解为限制性的,并且本发明的范围由所附权利要求限定。

现在将详细参考各种实施方式,其中的一个或更多个示例在图中示出。每个示例以说明的方式提供,并且并不意味着对本发明的限制。例如,作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可以在其它实施方式上使用或与其它实施方式结合使用,以产生另一实施方式。旨在本发明包括这样的修改和变体。示例使用不应被解释为限制所附权利要求的范围的特定语言来描述。附图不是按比例绘制的,而是仅用于说明目的。为了清楚起见,如果没有另外说明,相同的元件或制造步骤在不同的附图中由相同的附图标记指代。

在本说明书中使用的术语“水平”旨在描述基本上与半导体基板或半导体结构的水平表面平行的取向。这可以是例如半导体晶圆或晶片的表面。例如,下面提及的第一横向方向X和第二横向方向Y二者可以是水平方向,其中,第一横向方向X和第二横向方向Y可以彼此垂直。

在本说明书中使用的术语“垂直”旨在描述基本上布置成与水平表面垂直的取向,即与半导体晶圆的表面的法线方向平行。例如,下述延伸方向Z可以是与第一横向方向X和第二横向方向Y两者垂直的延伸方向。

在本说明书中,n掺杂被称为“第一导电类型”,而p掺杂被称为“第二导电类型”。可替选地,可以采用相反的掺杂关系,使得第一导电类型可以是p掺杂的,并且第二导电类型可以是n掺杂的。

在本说明书的上下文中,术语“欧姆接触”、“电接触”、“欧姆连接”和“电连接”旨在描述在半导体器件的两个区域、区段、区、部分或部件之间、或者在一个或更多个器件的不同端子之间、或者在端子或金属化部或电极与半导体器件的部分或一部分之间存在低欧姆电连接或低欧姆电流路径。此外,在本说明书的上下文中,术语“接触”旨在描述在各个半导体器件的两个元件之间存在直接物理连接;例如,彼此接触的两个元件之间的过渡部分可以不包括另外的中间元件等。

另外,在本说明书的上下文中,如果没有另外说明,在其通常有效理解的上下文中使用术语“电绝缘”,因此旨在描述两个或更多个部件彼此分开定位,以及没有连接这些部件的欧姆连接。然而,彼此电绝缘的部件仍然可以彼此耦接,例如机械耦接和/或电容耦接和/或电感耦接。举例来说,电容器的两个电极可以彼此电绝缘,并且同时,例如借助于绝缘体(例如电介质)彼此机械耦接和电容耦接。

在本说明书中描述的具体实施方式涉及但不限于可以在功率转换器或电源内使用的呈现条形单元或针形单元构造的功率半导体器件(如功率半导体晶体管)。因此,在一个实施方式中,半导体器件被配置成承载待馈送到负载并且/或者分别由电源提供的负载电流。例如,半导体器件可以包括一个或更多个有源功率半导体单元,例如单片(monolithically)集成二极管单元和/或单片集成晶体管单元、和/或单片集成IGBT单元、和/或单片集成RC-IGBT单元、和/或单片集成MOS栅控二极管(MGD)单元、和/或单片集成MOSFET单元、和/或其衍生物。这样的二极管单元和/或这样的晶体管单元可以集成在功率半导体模块中。多个这样的单元可以构成布置在功率半导体器件的有源区内的单元场(cell field)。

在本说明书中使用的术语“功率半导体器件”旨在描述具有高电压阻断和/或高载流能力的单个芯片上的半导体器件。换言之,这样的功率半导体器件旨在用于高电流(通常在安培范围中,例如高达几十或几百安培)和/或高电压(通常高于15V,更通常为100V和更高)。例如,下面描述的经加工的半导体器件可以是呈现条形单元构造或针形单元构造的半导体器件,并且可以被配置成在低、中和/或高电压应用中用作功率部件。

图1示意性地示出根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件1(在下文中称为“半导体器件”)的纵截面的一部分。

所示的纵截面与由第一横向方向X和与其垂直的延伸方向Z限定的平面平行。半导体器件1或其各个部件当然也可以沿着与第一横向方向X和延伸方向Z中的每一个垂直的第二横向方向Y延伸。

半导体器件1包括耦接到第一负载端子结构11和第二负载端子结构12的半导体结构10(如半导体本体)。在所示的实施方式中,半导体器件1呈现基本纵向的构造,据此第二负载端子结构12可以布置在半导体结构10的背侧上,并且据此第一负载端子结构11可以布置在半导体结构10的前侧上。然而,应当理解,半导体器件1还可以呈现基本横向的构造,据此,例如第一负载端子结构11和第二负载端子结构12中的每一个布置在半导体结构10的同一侧上。

半导体结构10可以被配置成承载例如在半导体器件1的第一负载端子结构11与第二负载端子结构12之间的负载电流。为此,第一负载端子结构11和第二负载端子结构12中的每一个可以电连接到半导体结构10。在一个实施方式中,负载电流借助于第一负载端子结构11而被接收并且通过第二负载端子结构12而被输出,反之亦然。在另一实施方式中,第一负载端子结构用作用于控制负载电流的流动的控制端子结构。

例如,半导体结构10被配置成承载至少10A的负载电流、至少50A的负载电流或大于100A的负载电流。

例如,为了实现半导体结构10的负载电流承载能力,半导体结构10可以包括一个或更多个二极管单元和/或晶体管单元。这样的单元在附图中未示出,因为它们的准确构造目前不太重要。相反,半导体结构10可以主要表现为现在和将来使用的任何任意晶体管结构和/或二极管结构,仅举几例,包括但不限于IGBT、MOSFET、MOS栅控二极管和/或二极管结构、晶闸管结构等。为此,半导体结构10可以包括具有第一导电类型的掺杂剂的一个或更多个第一区域和具有与第一导电类型互补的第二导电类型的掺杂剂的一个或更多个第二区域。在一个实施方式中,这样的第一半导体区域和第二半导体区域中的至少一个电连接到第一负载端子结构11。

此外,为了控制半导体结构10内的负载电流的流动,半导体器件1还可以包括与半导体结构10电绝缘的控制电极结构。例如,这样的控制电极结构可以包括至少一个栅电极,该栅电极被配置成接收来自半导体结构10外部的控制信号,并且将半导体器件1设置为导通状态和阻断状态之一。

例如,第二负载端子结构12可以包括可以电连接到半导体结构10的一个或更多个部分(例如高掺杂半导体接触层(未示出))的背侧金属化部。

第一负载端子结构11可以包括与半导体结构10接触的导电层111。例如,如图2所示,导电层111包括扩散阻隔部111-2和金属化部111-1,其中,扩散阻隔部111-2将前侧金属化部111-1耦接到半导体结构10。

例如,扩散阻隔部111-2包括钛、钨、钛钨、氮化钛、钽和氮化钽中的至少一种。扩散阻隔部111-2可以被配置成防止金属等从第一负载端子结构11扩散到半导体结构10中。

金属化部111-1可以包括铜、银、金、钯、锌、镍、铁和铝中的至少一种。

第一负载端子结构11还可以包括可以安装在导电层111的上面的支承块113。例如,支承块113的硬度大于导电层111的硬度(例如高于金属化部111-1的硬度)。为此,支承块113可以包括钛、钨、钛钨、氮化钛、钽和氮化钽中的至少一种。例如,支承块113完全覆盖导电层111的整个表面,或者仅覆盖导电层111的整个表面的一部分(例如仅覆盖导电层111的总表面积的5%至95%的范围中的部分)。因此,支承块113可以具有面积在导电层111的总表面积的5%至95%的范围中的截面,其中,所述截面可以与导电层111的表面平行。此外,所述范围可以更小,例如10%至90%或20%至80%。

此外,如图6所示,支承块113可以包括第一子层113-1和第二子层113-2,其中,第一子层113-1可以与接合块112接触,而第二子层113-2可以与导电层111接触。例如,第一子层113-1包括与可以包括在第二子层113-2中的金属不同的金属。例如,第一子层113-1由钛、钨、钛钨、氮化钛、钽和氮化钽中的一种制成,第二子层113-2由钛、钨、钛钨、氮化钛、钽和氮化钽中的另一种制成。此外,支承块113可以包括多于两个的子层,例如附加的第三子层(未示出),其中,这样的附加的第三子层可以包括钛、钨、钛钨、氮化钛、钽和氮化钽中的另一种。

第一负载端子结构11还可以包括:接合块112,其被配置成由接合线3的端部31接触,并且被配置成接收来自接合线3和导电层111中的至少一个的负载电流的至少一部分。例如,接合块112还包括铜、银、金、钯、锌、镍、铁以及铝中的至少一种。在一个实施方式中,接合块112形成被配置成由一条或更多条接合线3接触的接触盘。

在一个实施方式中,接合块112不仅覆盖支承块113的表面的至少一部分,而且覆盖导电层111的表面的未被支承块113覆盖的至少一部分。因此,与第一横向方向X和第二横向方向Y中的每一个平行的接合块112的总表面可以大于与第一横向方向X和第二横向方向Y中的每一个平行的支承块113的总表面。

因此,在本说明书中,根据一个或更多个实施方式,描述“接合块112经由支承块113安装在导电层111上”的设计也可以解决这样的情况,其中,接合块112的水平面大于支承块的水平面,并且其中,接合块112因此还可以在支承块113未延伸到的区域处与导电层接触。

在一个实施方式中,接合块112和导电层111的至少一部分(例如金属化部111-1)包括相同的金属,例如由相同的材料制成的金属。因此,支承块113的硬度也可以大于接合块的硬度。

在一个实施方式中,支承块113按莫氏标度具有至少5.0的硬度。按莫氏标度,硬度甚至可以大于5.0,例如大于6.0、大于7.0或甚至大于8.0或大于9.0。相比之下,导电层111和接合块112中的每一个的硬度可以按莫氏标度低于5.0,例如按莫氏标度低于4.0、或甚至按莫氏标度低于3.0、或甚至按莫氏标度低于2.0。

应当理解,在本说明书中,术语“硬度”用于表示半导体器件1的各个部件的平均硬度。例如,如上所述,导电层111可以包括:扩散阻隔部111-2,其硬度可以与导电层111的金属化部111-1的硬度不同。因此,例如,导电层111的硬度可以在扩散阻隔部111-2的硬度与金属化部111-1的硬度之间。类似地,根据图6的示例性实施方式,支承块113的硬度可以在第一子层113-1的硬度与第二子层113-2的硬度之间。

此外,存在可以表示部件的硬度的许多物理单位,其中,存在另外不同类型的硬度,如所谓的刮痕硬度、压痕硬度和回弹硬度。这些类别中的每一个可以用一个或更多个单独的测量标度表示,即以不同的物理单位表示。这样的标度之一是上述莫氏标度。然而,应当理解,支承块113相对于导电层111和接合块112的硬度的不同等级的硬度也可以使用另一种测量标度来表示,例如已知的洛氏标度(Rockwell scale)、布氏标度(Brinell scale)、维氏标度(Vickers scale)和/或肖氏单元(Shore Cell)。

因此,在一个实施方式中,与用于表示支承块113的硬度的测量标度无关,支承块113的硬度为导电层111和/或接合块112的硬度的至少20%或50%或甚至至少两倍大。在另一实施方式中,该因子甚至可以大于2(如3、4、5或甚至大于5)。然而,应当理解,支承块113的硬度与导电层111的硬度之间的差可以与支承块113的硬度与接合块112的硬度之间的差不同。因此,在一个实施方式中,导电层111的硬度可以与接合块112的硬度不同。在另一实施方式中,导电层111的硬度可以与接合块112的硬度相同,使得上述相对于支承块113的硬度差也可以彼此相同。

此外,如图1所示,与接合块112的沿着基本上为如图1所示实施方式中的延伸方向Z的同一方向的厚度相比,支承块113在与负载电流的流动平行的方向上的厚度可以小得多。

例如,支承块113的厚度T3小于接合块112的厚度T2的十分之一。此外,导电层111的厚度T1也可以小于接合块112的厚度T2的十分之一。

在一个实施方式中,导电层111的厚度T1沿着负载电流的所述流动的方向在200nm至10μm的范围中。支承块113的厚度T3可以沿着所述方向在50nm至2000nm的范围中。

如图1所示,导电层111、支承块113和接合块112可以形成导电堆叠部,导电堆叠部可以与支承块113内的负载电流的流动的方向平行地延伸。接合块112可以安装在支承块113上,并且支承块113可以安装在导电层111上。负载电流可以通过接合线3的端部31接收,并且可以通过导电堆叠部,然后可以进入半导体结构10,并且可以借助于第二负载端子结构12离开半导体结构10。然而,在另一实施方式中,负载电流的流动可以附加地或替选地在相反的方向上发生,并且此外,半导体结构10可以被配置成使负载电流在所述方向中的每一个上传导。此外,应当理解,接合块112可以被配置成由多于一条接合线3接触(如2条接合线、3条接合线或甚至多于5条接合线(如30条接合线))。

在一个实施方式中,接合块112和导电层111可以包括相同的金属(如铜)。

在一个实施方式中,第一负载端子结构11还包括布置在导电层111和接合块113中的至少一个内的区域(未在图中单独示出),其中,该区域具有氮原子。例如,该区域具有大于1×1014cm-3、或大于5×1014cm-3、大于2×1015cm-3、大于5×1015cm-3或甚至大于2×1016cm-3的最大氮原子浓度。

在一个实施方式中,该区域可以被布置为使得导电层111和接合块113中的至少一个具有大于1×1014cm-3或大于5×1014cm-3或大于2×1015cm-3、大于5×1015cm-3或甚至大于2×1016cm-3的最大氮原子浓度。

例如,该区域的横向截面的面积为支承块113的横向截面的面积的至少50%或者为导电层111的横向截面的面积的至少50%。所述各个百分比甚至可以大于50%(例如大于75%、大于85%或者甚至基本上等于100%)。因此,在实施方式中,布置在支承块113内的区域的一部分与支承块113相比可以具有相等的横向尺寸(X方向和Y方向),或者相应地,布置在导电层111内的区域的一部分与导电层111相比可以具有相等的横向尺寸(X方向和Y方向)。

在示例中,该区域被布置在扩散阻隔部111-2内,并且具有大于1×1014cm-3的最大氮原子浓度。最大氮原子浓度也可以高于例如高于5×1014cm-3、高于2×1015cm-3、高于5×1015cm-3或甚至高于2×1016cm-3的浓度。该区域可以布置在扩散阻隔部111-2内,使得上述最大氮原子浓度关系可以存在于扩散阻隔部111-2中。

此外,在区域被布置在扩散阻隔部1112内的示例中,扩散阻隔部111-2可以包括具有相同或不同阻隔材料的多层堆叠部。阻隔材料可以包括钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钛钨(TiW)、氮化钛(TiN)、铝(Al)、铝铜(AlCu)、铝硅铜(AlSiCu)中的至少一种。

在另一个示例中,对于上述示例附加地或替选地,该区域被布置在支承块113的接近接合块112的过渡部分的区段内。在一个实施方式中,也可以或替选地在扩散阻隔部111-2与金属化部111-1之间的过渡部分处提供氮原子。

例如,可以借助于进行热退火步骤(如快速热退火步骤)来提供氮原子。因此,可以在指定区域中(例如在支承块113和扩散阻隔部111-2中的至少一个的晶粒边界的区域中)提供限定剂量的氮原子,例如上述示例性的所述最大氮原子浓度关系。

在提供氮原子之后,可以在预先提供氮原子的同一区域处例如通过溅射提供TiW和Cu。

图5示出了根据一个或更多个实施方式的半导体模块5的透视图。半导体模块5可以包括封装件4,封装件4可以容纳半导体器件1,例如呈现出如关于图1和图2示例性说明的构造的半导体器件1。

因此,半导体模块5的半导体器件1可以包括:半导体结构10,其被配置成承载负载电流;以及第一负载端子结构11,其由可以作为功率半导体模块5的一部分的接合线3的端部31接触。

封装件4可以至少部分地围绕半导体器件1,并且包括由接合线3的另一端部32接触的负载电流接口41。如上面已经指出的,应当理解,第一负载端子结构11与负载电流接口41之间的互连可以通过多于一条接合线3建立。

在一个实施方式中,功率半导体模块5可以被配置成集成到负载电流传输路径(图5中未示出)中,负载电流传输路径可以包括功率半导体器件堆叠部、机架和通常在这样的结构内采用的部件(如电缆、电线等)。为了将功率半导体模块5与负载电流传输路径的这样的部件对接,根据一个或更多个实施方式可以采用所述负载电流接口41。

封装件4可以包括一个或更多个机械端子(未示出),其可以允许将封装件4机械地安装在例如电力转换的系统机架等内。封装件4可以包括电绝缘材料。

图4借助于根据一个或更多个实施方式的半导体器件1的纵截面的一部分的相应图示示意性地示出功率半导体器件加工方法2的不同阶段。

方法2可以包括:在步骤21中,提供具有表面10-1的半导体结构10,并且在随后的步骤中,在表面10-1的上面创建第一负载端子结构11。

所述创建第一负载端子结构11可以包括:在步骤22中形成在所述表面10-1处与半导体结构10接触的导电层111。例如,形成导电层111可以包括在半导体结构10的表面10-1处形成扩散阻隔部111-2。此外,形成导电层111可以包括在扩散阻隔部111-2的上面形成金属化部111-1。

形成金属化部111-1可以包括执行化学气相沉积和/或溅射处理步骤。

在下一步骤23中,可以在导电层111的上面沉积至少一个支承块113。该步骤可以涉及沉积与导电层111相比(例如与金属化部111-1和扩散阻隔部111-2的平均硬度相比)具有更大硬度的材料。例如,沉积的支承块113的硬度是导电层111的硬度的至少两倍大(例如是导电层111的至少三倍大或甚至四倍大)。

在步骤23中沉积至少一个支承块113可以包括使用掩模(未示出)以便构造至少一个支承块113。将参照图3更详细地说明该可选方面,图3示意性并且示例性地示出了根据一个或更多个实施方式的经加工的功率半导体器件1上的水平投影。因此,所提供的半导体本体10可以包括有源区1-1和可以围绕有源区1-1的非有源边缘结构1-2。有源区1-1可以被配置成传导负载电流,而根据一个或更多个实施方式,非有源边缘结构1-2不用于承载负载电流的目的。例如,有源区1-1包括上述有源单元(如二极管单元和/或晶体管单元)中的一个或更多个,其可以实现半导体结构10传导受控负载电流的能力,而非有源边缘结构1-2可以包括器件1的结终端区。

在步骤23中掩模的使用可以使得至少一个支承块113仅设置在有源区1-1的上面,而不设置在非有源边缘结构1-2的上面。例如,至少一个支承块112仅设置在稍后将由一条或更多条接合线接触的区域中,所述一条或更多条接合线被用于将负载电流馈送到半导体结构10中并且/或者分别使负载电流流出半导体结构10。

在一个实施方式中,支承块113具有截面,例如与第一横向方向X和第二横向方向Y中的每一个平行的截面、例如与负载电流的流动的方向垂直的截面,其中,所述截面的面积可以在至少一条接合线3的截面的面积的两倍到十倍的范围内。支承块113的所述截面的面积可以与支承块113的表面的面积相同。

此外,如上所述,支承块113的截面的面积可以在导电层111的总表面积的5%至95%的范围内,其中,所述截面可以与导电层111的表面平行。

因此,在步骤23中,可以提供多于一个支承块113,其中,支承块113中的每一个可以具有与导电层111的总表面积相比明显更小的表面,根据一个或更多个实施方式,该表面覆盖半导体结构10的整个表面的主要部分。因此,一个或更多个沉积的支承块113可以在导电层111的上面形成岛状结构,其中,沉积的支承块113中的每一个可以具有以下截面,该截面的面积可以在一条接合线3的截面的面积的两倍到十倍的范围内或者各自地多于一条接合线3的截面的所有面积的和。

在所示方法2的实施方式的下一步骤24中,接合块112可以安装在至少一个支承块113的上面。所述接合块112可以被配置成:由接合线3的端部31接触,并且接收来自接合线3和导电层111中的至少一个的负载电流的至少一部分。

在步骤24内将接合块112安装在至少一个支承块113的上面可以包括使用另一掩模(未示出)例如以便以与至少一个支承块113相同的方式构造接合块112。

在另一实施方式中,如上面已经指出的,接合块112不仅覆盖支承块113的至少一部分,而且覆盖导电层111的至少一部分。例如,接合块112可以覆盖一个或更多个支承块113中的每一个以及导电层111的未被一个或更多个支承块113覆盖的另外部分。接合块112甚至可以横向延伸,使得其与可以围绕有源区1-1的非有源边缘结构1-2相邻。因此,在图3中,所述至少一个支承块113因其可以被接合块112完全覆盖而未示出。

如上面已经说明的,方法2可以包括:形成布置在导电层111和支承块113中的至少一个内的所述氮原子区。例如,在安装所述接合块112之前,可以在沉积的至少一个支承块113的表面113-10处提供氮。例如,在安装接合块112之前,对沉积的至少一个支承块113进行热退火步骤(如快速热退火步骤)。

在一个实施方式中,在步骤24内将接合块112安装在至少一个支承块113的上面可以包括:在支承块113的上面提供种子层112-1,并且随后在种子层112-1的上面电沉积金属。沉积的金属可以与导电层111的金属化部111-1的金属相同。例如,将接合块112安装在至少一个支承块113的上面可以因此包括执行电镀步骤。

在一个实施方式中,通过在支承块113的上面提供金属来形成所述种子层112-1,例如,例如通过溅射在支承块113的上面沉积TiW和Cu。例如,支承块113可以借助于种子层112-1来终止,接合块112的剩余部分可以安装在种子层112-1上。此外,种子层112-1的硬度与支承块113的硬度相比可以更小。

根据现在将参照图3说明的一个实施方式,半导体器件1还可以包括控制端子结构13,该控制端子结构13可以被配置成控制半导体结构10内的负载电流所通过的负载电流路径。例如,这样的控制可以响应于接收可以由例如驱动器单元(未示出)提供的相应的控制信号而发生,其中,这样的驱动器单元可以单片集成在半导体器件1内,或者在另一实施方式中,布置在半导体器件1的外部。如果布置在半导体器件1的外部,则驱动器单元可以电连接到控制端子结构13,以便向控制端子结构13提供控制信号。例如,所提供的控制信号可以是可以例如施加在控制端子结构13与第一负载端子结构11和第二负载端子结构12中的一个之间的控制电压。例如,在后一个实施方式中,控制端子结构13可以与第一负载端子结构11、负载端子结构12和半导体结构10中的每一个电绝缘。在另一实施方式中,所提供的控制信号可以是:例如在半导体结构10具有晶闸管结构或另一电流控制功率半导体结构的情况下馈送到半导体结构10中的控制电流。

为了向控制端子结构提供控制信号,也可以使用接合线。为此,控制端子结构13可以具有与上面关于图1至图5示例性说明的第一负载端子结构11相比相似的结构。因此,控制端子结构13可以具有导电层131和经由支承块(图3中未示出)安装在导电层上的接合块132。上面关于第一负载端子结构11的导电层111、接合块112和支承块113以及关于制造第一负载端子结构11的这样的部件的方法所述的内容可以同样适用于控制端子结构13。因此,在本说明书中,术语“控制端子结构”可以在术语“第一负载端子结构”的范围内。控制端子结构13可以借助于中间结构14(例如由例如酰亚胺形成的绝缘中间结构14)与第一负载端子结构11分开。

其它实施方式的特征在从属权利要求中限定。别的实施方式的特征和上述实施方式的特征可以彼此组合来执行另外的实施方式,只要这些特征没有被明确地描述为彼此替代即可。

例如,第一负载端子结构11表现出足够高的热容量,以便补偿在半导体器件1的操作期间(例如在暂态电过程期间)可能发生的温度峰值(如短路或峰值电流),从而,被配置成避免由于过热而损坏或甚至破坏半导体器件1。

此外,第一负载端子结构11可以被配置成防止金属(例如重金属)扩散到半导体结构10中。例如,对此可以采用所述示例性描述的扩散阻隔部111-2。

此外,第一负载端子结构11可以表现出足够高的机械鲁棒性,以便承受例如在接合过程期间可能发生的高机械应力。在接合块112的上面,可以沉积钝化层,其中,钝化层可以包括例如Si3N4、NiP、Au以及Al2O3中的至少一种。

例如,在与两个横向方向X和Y限定的平面平行的水平截面中,支承块113可以具有例如圆形或矩形的截面。所述上述岛状结构可以通过局部沉积例如彼此水平间隔开的一个或更多个支承块113而形成。因此,第一负载端子结构11还可以包括彼此水平间隔开的多于一个的上述导电堆叠部,这是因为分布式支承块113中的每一个可以被相应的接合块112覆盖,其中,应当理解,如上所述,所述接合块112可以以与支承块113相同的方式构造,或者替选地,通过连贯部(coherent)(即覆盖多于一个分布式支承块113或甚至分布式支承块113中的每一个的整体式(monolithically)接合块112)形成。在后一实施方式中,接合块112因此可以具有与块的尺寸不同的层的尺寸。局部沉积的一个或更多个支承块113可以允许实现例如由于较低的热阻(例如由于减小的热界面区域)而导致第一负载端子结构11的充分散热。

在一个实施方式中,支承块113的厚度T3在由导电层111、接合块112和支承块113形成的导电堆叠部的总延伸部T1+T2+T3的0.1%至20%的范围内。

此外,第一负载端子结构11的导电堆叠部中的每一个或者第一负载端子结构11的导电堆叠部可以具有多于一个的支承块113(如布置成彼此纵向地间隔开或者布置成相互叠置的两个支承块113,或者甚至布置成布置成彼此纵向地间隔开或者布置成相互叠置的多于两个的支承块113)。这样的几个支承块(例如多达五个支承块)中的每一个可以具有相同的厚度或不同的厚度。例如,如果彼此纵向地间隔开,则导电堆叠部可以包括将支承块113彼此分开的一个或更多个导电中间块(未示出),其中,一个或更多个导电中间块可以由与例如接合块112或导电层111(例如其金属化部111-1)之一相同的材料制成。

此外,尽管附图表明第一负载端子结构11可以布置在半导体器件1的前侧,但是应当理解,包括支承块113的第一负载端子结构11可以布置在半导体器件1的背侧上。换言之,支承块113还可以设置在半导体器件1的背侧金属化部之下,其中,根据一个或更多个实施方式,在半导体器件1的背侧处,可以在不使用掩模的情况下提供支承块113。

在上文中,说明了与半导体器件加工方法有关的实施方式。例如,这些半导体器件基于硅(Si)。因此,单晶半导体区域或层(例如示例性实施方式的半导体结构10)可以是单晶Si区域或Si层。在其他实施方式中,可以使用多晶硅或非晶硅。

然而,应当理解,半导体结构10或其各个部分可以由适于制造半导体器件的任何半导体材料制成。仅举几例,这样的材料的示例包括但不限于基本半导体材料(如硅(Si)或锗(Ge))、IV族化合物半导体材料(如碳化硅(SiC)或硅锗(SiGe))、二元、三元或四元III-V族半导体材料(如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、磷化铟镓(InGaPa)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟(AlInN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓铟(AlGaInN)或磷化铟镓(InGaAsP))以及二元或三元II-VI族半导体材料(如碲化镉(CdTe)和碲化镉汞(HgCdTe))。上述半导体材料也被称为“同质结半导体材料”。当组合两种不同的半导体材料时,形成异质结半导体材料。异质结半导体材料的示例包括但不限于氮化铝镓(AlGaN)-氮化铝镓铟(AlGaInN)、氮化铟镓(InGaN)-氮化铝镓铟(AlGaInN)、氮化铟镓(InGaN)-氮化铝镓(AlGaN)-氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)-氮化铝镓(AlGaN)、硅-硅碳化物(SixC1-x)以及硅-SiGe异质结半导体材料。对于功率半导体器件应用而言,目前主要使用Si、SiC、GaAs和GaN材料。

为了便于描述,使用空间相对术语(如“下面”、“之下”、“下”、“上面”、“上”等)来说明一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在包括除了与附图中所示的取向不同的取向之外的相应器件的不同取向。此外,诸如“第一”、“第二”等术语也用于描述各种元件、区域、部分等,并且也不旨在限制。在整个说明书中,相同的术语指代相同的元件。

如本文所使用的,术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”、“呈现”等是开放式术语,其指示所述元件或特征的存在,但不排除附加元件或特征。除非上下文另有明确说明,冠词“一”、“一个”和“该”意在包括复数以及单数。

考虑到上述变化和应用的范围,应当理解,本发明不受前述描述的限制,也不受附图的限制。相反,本发明仅由所附权利要求及其法律等同内容限制。

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