专利名称：具有多重半导体芯片的半导体组件的制作方法
背景技术：
本发明属于半导体器件领域，特别涉及用于宽范围电压及功率水平的多重半导体芯片(以下称为多芯片)组件。
多芯片组件工艺最近已被应用在用于例如电源，功率变换器和电子镇流器电路的功率和控制应用的集成电路中。这种多芯片组件典型地至少包括输出半导体芯片和控制半导体芯片，这两种芯片被安装在导电(一般为金属)散热器上。在现有技术中，组件中采用的一个或多个芯片必须要与金属散热器电绝缘以保持电隔离，这样，就需要相对复杂而加工昂贵的结构。
这种类型典型现有技术的器件结构见于日本专利摘要JP 6-169057A中。该参考文献示出的基本的多芯片组件中，一个芯片被示出为直接焊接在散热器上，而第二芯片被提供在电极板上，该电极板又被提供在装在散热器上的绝缘陶瓷板上。
虽然上述结构允许制造结合有不同的芯片类型和功能的多芯片组件，但它相当复杂，因此加工不经济，而且在这种类型的某些应用结构中会产生电磁(EMI)辐射。
另一种现有技术的多芯片构造见U.S.专利NO.6,130,458，其
图12B示出一种多芯片结构，在该结构中，控制芯片和功率芯片以同样的SOI(绝缘体上硅)技术制造。在WO 01/37,336(代理人文档PHA 23.843)中，多芯片组件提供有SOI大功率芯片和体衬底控制芯片。然而这些结构的缺点是功率芯片的散热器效率降低，因为在有源器件和导电安装板之间存在着绝缘层。
因此，希望有一种构造简单并因此能经济制造并且其中例如散热器效率和降低的EMI的性能参数得以提高的多芯片组件。
发明概述因此，本发明的目的是提供一种改进的多芯片组件。本发明由独立权利要求限定。有利的实施例由从属权利要求限定。优选实施例能被用在宽的应用范围，它们构造简单，能经济地制造，并能够提供提高的性能，特别是改善的散热器效率和减少的EMI。
依照本发明，这些目的在上述类型的多芯片组件中得以实现，其中多个不同类型的半导体芯片全部直接安装在导电散热器上而不使用单独的电绝缘层。
在本发明的优选实施例中，多芯片组件至少包括一具有体衬底构造的输出半导体芯片和一SOI控制半导体芯片，其中该输出半导体芯片和控制半导体芯片被直接安装在导电散热器上而不使用单独的电绝缘层。
在另一个优选实施例中，控制半导体芯片可包括BIMOS、双极型或CMOS器件，而输出芯片可包括MOS、双极型或IGBT器件。
按照本发明的多芯片组件提供了显著的改进，其中实现了具有改善的性能特性，例如提高的散热器效率和减少的EMI(电磁干扰)，的简单、经济的构造。
参照下面说明的实施例，本发明的这些及其他方面将得以明了和说明。
附图简述参考下面的描述并且与附图结合阅读，本发明会被更全面地理解，其中，单个图示出了根据发明的优选实施例的多芯片组件的简化截面图。
应该理解附图中单个图并非按照比例绘制。
优选实施例说明单个图的简化截面图中，示出了适用于宽范围电压及功率水平的多重半导体芯片(多芯片)组件10。多芯片组件10包括导电散热器20，一般是铜或铝的金属散热器，其上直接安装多个半导体芯片，例如图中粗矩形内以简化方式示出的芯片30和40。应注意半导体芯片30和40直接安装在导电散热器20上而不使用单独的电绝缘层，不像现有技术通常所要求的那样。
在所示实例中，半导体芯片30是一控制半导体芯片，这里所示的是绝缘体上硅(SOI)器件，它具有半导体衬底38、埋置绝缘层39和其中提供有由区域34符号示出的至少一个半导体器件的SOI层32。到(多个)半导体器件34的电连接由单电极36符号表示，但要认识到在实际器件中一般是提供多于一个的连接和多个器件。通过利用SOI技术制造控制半导体芯片，使得将该半导体芯片直接安装在导电散热器20上而不使用单独的电绝缘层成为可能，因为借助芯片本身内的氧化物绝缘层39使得芯片的有源部分与衬底38绝缘。利用已知的传统工艺，例如焊接或用导电胶胶合，控制半导体芯片30可被直接安装在导电散热器20上。在这种结构中，由于绝缘层39存在于控制芯片本身内，芯片的有源部分可有利地提供独立于衬底38和导电散热器20上的电压的电压。
多芯片组件10还包括图中以简化形式示出的一输出半导体芯片40，它也用如上所述已知方法直接安装在导电散热器20上而不用单独的电绝缘层。输出半导体芯片40由体衬底46符号示出，其中形成至少一个半导体器件42，至该至少一个器件的电连接由单连接电极44符号示出。因为输出半导体芯片40具有与导电散热器20直接连接的体衬底46，散热器必须保持适当的电压电平以保证芯片40的正确工作。这个电压可以是任何其它适当电压的地。或者，半导体结隔离可用来使(多个)器件42与散热器电隔离，以本领域技术人员已知的方式并在图中符号示出，器件42和衬底46用反向阴影线代表一个p-n结。
为了进一步减少多芯片组件10的制造成本，控制半导体芯片30可采用利用BIMOS，双极型或CMOS器件的低成本技术实现由附图标记34来符号示出的控制电路器件。输出半导体芯片40可一般采用MOS，双极型或IGBT器件，并且可在衬底中提供附加半导体层以保证如上所述的器件与散热器之间的结隔离。应该认识到，各种不同的工艺可用来制造控制和输出线路，唯一的限制是输出芯片40(衬底46)的背面必须能导电地并直接地安装在导电散热器20上。为此，散热器电压可被设置在与输出芯片40的工作要求相一致的值。在单个组件中的同一散热器上具有控制半导体芯片30和输出半导体芯片40的另一个优点是减少EMI，这是因为可辐射EMI的外部芯片间布线被消除。此外，由于通常比控制芯片更耗功率的输出芯片不是通过绝缘层与散热器隔离，散热器效率得以改善。如同控制半导体芯片30的情况，输出半导体芯片40可利用焊接或任何其它传统导电固定工艺如胶合安装在导电散热器20上。
应该理解虽然单个图中示出的简化的代表结构描述了本发明的一个优选实施例，器件几何图形、构造和所用芯片数目的多种变型也意在落入本发明保护范围内。然而，应注意使用按照本发明的这些构造中的任何之一将得到几个优点。通过将所有半导体芯片直接安装在同一导电散热器上而不使用单独的电绝缘层，使制造过程简化、制作更经济，EMI减少并保证了有效的热传导。此外，通过对(多个)控制半导体芯片应用低成本技术如BIMOS、CMOS或双极型技术，将得到更有利的经济利益和更好的性能。最后，通过对控制半导体芯片使用SOI器件，有利于该芯片的直接安装同时允许器件设计有更大的灵活性、与衬底和散热器上电压的无关，因为器件的有源部分同衬底、散热器是内部绝缘的。这一技术还允许散热器被置于输出芯片正常工作的最佳电压。
以前述方式，本发明提供了一种构造简单、制造经济并提供性能优势的多芯片组件。
虽然已参考几个优选实施例特别示出并说明了本发明，本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下可对细节和形式进行各种变化。在该申请中，应该了解，元件前面的单词“一”并未排除存在多个这样的元件，单词“包括”并不排除存在所说明或权利要求的元件或步骤之外的其它元件或步骤。在本权利要求书中，括号中的任何附图标记不被解释为对权利要求范围的限制。
权利要求
1.一种多重半导体芯片(多芯片)组件(10)，至少包括安装在导电散热器(20)上的输出半导体芯片(40)和控制半导体芯片(30)，其中所述输出半导体芯片(40)包括体衬底(46)构造，而所述控制半导体芯片包括绝缘体上硅(SOI)构造(32，39，38)，并且所述输出半导体芯片(40)和所述控制半导体芯片(30)都被直接安装在所述导电散热器(20)上而不使用单独的电绝缘层。
2.一种多重半导体芯片(多芯片)组件(10)，其中不同类型的多个半导体芯片(30，40)全部直接安装在导电散热器(20)上而不使用单独的电绝缘层。
3.权利要求1的多芯片组件(10)，其中所述输出半导体芯片(40)包括p-n结(42，46)用于为所述输出半导体芯片(40)内的器件提供结隔离。
全文摘要
一种多半导体芯片(多芯片)组件至少包括安装在导电散热器上的输出半导体芯片和一控制半导体芯片。该输出半导体芯片有一体衬底结构，而控制半导体芯片有绝缘体上硅(SOI)结构。为了得到加工简单经济并提供优越的性能特性例如提高的散热器效率和降低的EMI的多芯片组件，该输出半导体芯片和控制半导体芯片被直接安装在导电散热器上而不使用单独的电绝缘层。
文档编号H01L25/07GK1539168SQ02812265
公开日2004年10月20日 申请日期2002年6月11日 优先权日2001年6月19日
发明者S·穆克赫尔杰, T·莫伯斯, , S 穆克赫尔杰 申请人:皇家菲利浦电子有限公司