专利名称：半导体装置、用于制造半导体装置的方法以及电子器件的制作方法
技术领域：
本文公开的实施方案涉及半导体装置、用于制造半导体装置的方法以及电子器件。
背景技术：
由于氮化物半导体具有包括高电子饱和速度以及宽带隙的特性，所以其可以应用到高击穿电压、高功率半导体器件。作为氮化物半导体的一个例子的GaN具有比硅(I. IeV)和GaAs(l. 4eV)更宽的带隙，例如3. 4eV ;因此，GaN具有高的击穿场强。因此，GaN可以用 作用于以高电压工作并且输出高电压用于电源应用的功率器件的材料。在日本公开特许公报号62-71301和5-121589以及日本专利号3127895中公开了相关的技术。对于大电流流过的功率器件而言可以考虑低阻传输。对于辐射大量热的功率器件而言可以考虑高散热。例如，如果半导体器件通过低成本的引线接合方法以面向上的方式安装在平板电路板上，则对于低阻传输封装而言可以将导线制得更短或更粗。然而，还未提供高度可靠的、用于高散热低阻传输的半导体器件的封装技术。
发明内容
根据实施方案的一个方面，一种半导体装置包括包括第一电极的半导体器件；包括第二电极和凹部的衬底；和散热粘合材料，所述散热粘合材料将半导体器件固定在凹部中，以将第一电极布置为靠近第二电极，其中第一电极耦接到第二电极，并且散热粘合材料覆盖半导体器件的侧表面的至少一部分和底表面。提供能够以简单的结构实现低阻传输和高散热的化合物半导体器件10的低成本半导体封装。本发明另外的优点和新颖特征将部分地在以下的描述中阐明，并且将部分地在本领域技术人员研究以下内容或者在通过实践本发明而了解本发明之后变得更加明显。
图I示出一种示例性半导体封装制造过程；图2A至图2F示出示例性半导体器件制造过程；图3示出一种示例性化合物半导体器件；图4A和图4B示出一种示例性半导体封装；图5不出一种不例性半导体封装；图6A和图6B不出一种不例性半导体封装；图7A和图7B示出一种示例性半导体封装；图8A和图8B示出一种示例性半导体封装；图9A和图9B示出一种示例性半导体封装；
图10示出一种示例性半导体封装；图11示出一种示例性半导体封装；图12示出一种示例性半导体封装制造过程；图13A至图13C示出示例性切割；图14A和图14B示出一种示例性半导体封装；图15A和图15B示出一种示例性半导体封装；图16示出一种示例性电源装置；以及图17示出一种示例性高频放大器。
具体实施例方式为了方便起见，在附图中可能没有描绘出精确的尺寸和精确的厚度。图I示出一种示例性半导体封装制造过程。图2A至图2F示出一种示例性半导体器件制造过程。AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)可以通过图2A至图2F所示的半导体器件制造过程来制造。化合物半导体器件通过图I中的操作SI和S2制造，并且半导体封装通过图I中的操作S3至S6制造。在图I中的操作SI中，制造用于安装在树脂电路板上的半导体器件，例如具有HEMT结构的化合物半导体器件。例如，可以制造作为氮化物半导体器件的AlGaN/GaN HEMT。作为一个替代方案，例如，可以制造InAlN/GaN HEMT或者InAlGaN/GaN HEMT。还可以制造除HEMT之外的氮化物半导体器件、除氮化物半导体器件之外的化合物半导体器件、半导体存储器或者其他半导体器件。参照图2A，层叠化合物半导体结构2形成在生长衬底例如硅衬底I上。例如，硅衬底、SiC衬底、蓝宝石衬底、GaAs衬底或者GaN衬底可以用作为生长衬底。衬底可以是半绝缘或导电衬底。层叠化合物半导体结构2可以包括缓冲层2a、电子传输层2b、中间层2c、电子供给层2d以及盖层2e。在AlGaN/GaN HEMT的操作中，AlGaN/GaN HEMT在电子传输层2b与电子供给层2d之间的界面(例如电子传输层2b与中间层2c之间的界面)附近生成二维电子气(2DEG)。2DEG可以基于电子传输层2b的化合物半导体(例如GaN)的晶格常数与电子供给层2d的化合物半导体(例如AlGaN)的晶格常数之差来生成。在硅衬底I上顺序形成厚度为约O. Iym的AlN层、厚度为约3μπι的有意未掺杂GaN(i-GaN)层、厚度为约5nm的i-AlGaN层、厚度为约30nm的n-AlGaN层以及厚度为约IOnm的n-GaN层。这些化合物半导体通过例如金属有机气相外延(MOVPE)而形成。可以使用例如分子束外延(MBE)来代替M0VPE。由此，形成缓冲层2a、电子传输层2b、中间层2c、电子供给层2d以及盖层2e。作为AlN、GaN、AlGaN以及GaN的生长条件，可以使用三甲基铝气体、三甲基镓气体以及氨气的混合物作为源气体。是否供给作为铝源的三甲基铝气体以及作为镓源的三甲基镓气体、以及它们的流量可以根据所生长的化合物半导体层来确定。作为共用源气体的氨气的流量可以为约IOOccm至10Lm。生长压力可以为约50至300托。生长温度可以为约IOOO0CM 1200 0C ο在形成η型GaN和AlGaN时，例如，将含有用作η型杂质的硅的SiH4气体以特定的流量添加到源气体，以用硅掺杂GaN和AlGaN。硅掺杂浓度可以为约I X 1018/cm3至I X 102°/cm3，例如约 5 X IO1Vcm3。参照图2B，形成隔离结构3。在图2C至图2F中，可以省略隔离结构3。例如，将氩(Ar)注入到层叠化合物半导体结构2的隔离区域中。在层叠化合物半导体结构2中以及硅衬底I的表面区域中形成隔离结构3。隔离结构3限定层叠化合物半导体结构2中的有源区。隔离结构3可以通过例如浅沟槽隔离(STI)代替离子注入来形成。对于层叠化合物半导体结构2的干法蚀刻，例如，可以使用含有氯的蚀刻气体。参照图2C，形成源电极4和漏电极5。电极凹部2A和电极凹部2B形成在其中在层叠化合物半导体结构2的表面上待形成源电极4和漏电极5的位置(例如电极形成位置)处。向层叠化合物半导体结构2的表面施加抗蚀剂。然后通过光刻法对抗蚀剂进行处理以形成使层叠化合物半导体结构2的与电极形成位置对应的表面暴露的开口。由此形成具有开口的抗蚀剂掩模。使用抗蚀剂掩模，通过干法蚀刻将盖层2e从电极形成位置移除，直到暴露出电子供给层2d的表面。由此，在电极形成位置处形成电极凹部2A和2B，其中，暴露出电子供给层2d的表面。所使用的蚀刻气体可以是惰性气体如氩和含有氯的气体如Cl2。作为蚀刻条件，例如，Cl2的流量设定为30SCCm，压力设定为2Pa并且RF输入功率设定为20W。电极凹部2A和电极凹部2B可以通过在盖层2e中的某处终止蚀刻来形成、或者通过连续地蚀刻至电子供给层2d或下方的层来形成。抗蚀剂掩模通过例如灰化来移除。形成用于形成源电极4和漏电极5的抗蚀剂掩模。例如，可以使用适用于蒸发的叠置式双层抗蚀剂(overhanging double-layer resist)并且可以使用剥离过程。将叠置式双层抗蚀剂施加到层叠化合物半导体结构2，并且形成使电极凹部2A和电极凹部2B暴露的开口。由此，形成具有开口的抗蚀剂掩模。使用该抗蚀剂掩模，将电极材料(例如钽和铝)通过例如蒸发沉积在包括使电极凹部2A和电极凹部2B暴露的开口的抗蚀剂掩模上。钽可以沉积至约20nm的厚度，并且铝可以沉积至约200nm的厚度。抗蚀剂掩模以及沉积在其上的钽和铝通过剥离过程移除。硅衬底I在例如氮气氛中以400°C至1000°C (例如约6000C )退火，以使剩余的钽和铝与电子供给层2d形成欧姆接触。可以在不退火的情况下形成欧姆接触。由此，电极凹部2A和电极凹部2B填充有电极材料的一部分，由此形成源电极4和漏电极5。参照图2D，在层叠化合物半导体结构2上形成用于栅电极的电极凹部2C。向层叠化合物半导体结构2的表面施加抗蚀剂。然后通过光刻法对抗蚀剂进行处理，以形成使层叠化合物半导体结构2的与待形成栅电极的位置(例如电极形成位置)对应的表面暴露的开口。由此形成具有开口的抗蚀剂掩模。使用抗蚀剂掩模，通过干法蚀刻将电子供给层2d的一部分和盖层2e从电极形成位置移除。由此，形成电极凹部2C，所述电极凹部2C延伸通过盖层2e以及电子供给层2d的一部分。惰性气体如氩和含有氯的气体如Cl2可以用作为蚀刻气体。作为蚀刻条件,例如，Cl2的流量设定为30SCCm，压力设定为2Pa，并且射频(RF)输入功率设定为20W。电极凹部2C可以通过在盖层2e中的某处终止蚀刻来形成或者通过连续地蚀刻到电子供给层2d中更深的位置来形成。抗蚀剂掩模通过例如灰化移除。参照图2E，形成栅极绝缘体6。可以将绝缘材料(例如Al2O3)沉积在层叠化合物、半导体结构2上，以覆盖电极凹部2C的内壁表面。例如,通过原子层沉积(ALD)形成厚度为约2nm至200nm(例如约IOnm)的Al2O3层。由此形成栅极绝缘体6。可以通过例如等离子体增强化学气相沉积(CVD)或者溅射代替ALD来沉积A1203。栅极绝缘体6可以由氮化铝或氮氧化铝代替Al2O3来形成。作为一个替代方案，可以使用硅、铪、锆、钛、钽或钨的氧化物、氮化物或者氮氧化物，或者选自这些材料中的材料的多层结构。参照图2F，形成栅电 极7。形成用于形成栅电极7以及场板电极的抗蚀剂掩模。例如，使用适用于蒸发的叠置式双层抗蚀剂以及剥离过程。将叠置式双层抗蚀剂施加到栅极绝缘体6，并且形成使栅极绝缘体6的面向电极凹部2C的部分暴露的开口。由此，形成具有开口的抗蚀剂掩模。使用该抗蚀剂掩模，通过例如蒸发将电极材料(例如镍和金)沉积在包括使栅极绝缘体6的面向电极凹部2C的部分暴露的开口的抗蚀剂掩模上方。镍可以沉积至约30nm的厚度，并且金可以沉积至约400nm的厚度。抗蚀剂掩模以及沉积在其上的镍和金通过剥离过程移除。由此，电极凹部2C填充有电极材料的一部分且其间有栅极绝缘体6，由此形成栅电极7。形成层间绝缘体、耦接到源电极4、漏电极5或栅电极7的互连、上保护层以及暴露在最外表面中的连接电极。由此，形成AlGaN/GaNHEMT。可以形成具有栅极绝缘体6的金属绝缘体半导体(MIS)AlGaN/GaNHEMT。作为一个替代方案，可以形成不具有栅极绝缘体6、栅电极7与层叠化合物半导体结构2直接接触的肖特基AlGaN/GaN HEMT。可以不使用其中栅电极7形成在电极凹部2C中的栅极凹部结构，而是栅电极7可以直接形成在不具有凹部的层叠化合物半导体结构2上，或者以其间具有栅极绝缘体6的方式形成在不具有凹部的层叠化合物半导体结构2上。在操作S2中，将在操作SI中形成的具有AlGaN/GaN HEMT的硅衬底I分割成各个化合物半导体器件，例如各个化合物半导体芯片。使用例如某种激光，通过沿形成在硅衬底I上的切割线切割而将硅衬底I分割成各个化合物半导体器件。图3示出一种示例性化合物半导体器件。图3所示的化合物半导体器件可以通过图2A至图2F所示的制造方法制造。化合物半导体器件10具有用于外部连接的连接电极11，所述连接电极11沿化合物半导体器件10的矩形外周的四侧中的三侧以直线布置。连接电极11经由例如底下的互连而耦接到例如源电极、漏电极或栅电极。图4A和图4B示出一种示例性半导体封装。图4A显示剖视图，且图4B显示平面图。在图I中的操作S3中，如图4A和图4B所示，在树脂电路板20的正面上形成凹部21(例如喇叭孔(countersink)或腔21)。树脂电路板20具有形成在树脂22的正面或背面上的铜(Cu)互连23。铜互连23经由导通孔24彼此耦接。含有散热金属(例如铜)的金属芯25设置在树脂22中。金属芯25可以含有选自金(Au)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)和钯(Pd)中的至少一种金属来代替铜。树脂22的正面和背面分别覆盖有阻焊剂26和27。树脂22的正面上的阻焊剂26具有使树脂22的正面的多个部分暴露的开口 26a和26b。在开口 26a中的一些位置处形成待耦接到化合物半导体器件10的连接电极11的连接电极28a。在开口 26b中形成用于外部连接的连接电极28b。树脂22的背面上的阻焊剂27具有使树脂22的背面的多个部分暴露的开口 27a和27b。在开口 27a和27b中分别形成用于外部连接的连接电极29a和29b。在图4A和图4B中，树脂电路板20具有通孔。图5示出一种示例性半导体封装。图5所示的树脂电路板20的结构与图4A和图4B所示的结构基本相同或相似,而在图5中，树脂电路板20可以不具有通孔。图4A所示的树脂电路板20具有延伸穿过树脂22的通孔，例如通孔31a和31b。铜沉积在通孔31a和31b的内壁表面上。树脂22的正面上的连接电极28a和树脂22的背面上的连接电极29a经由通孔31a耦接在一起。树脂22的正面上的连接电极28b、金属芯25以及树脂22的背面上的连接电极29b经由通孔31b耦接在一起。在图5所示的树脂电路板20中，树脂22的正面上的连接电极28b、金属芯25以及树脂22的背面上的连接电极29b经由铜互连23和导通孔24稱接在一起。使金属芯25的表面的一部分暴露的凹部21通过激光过程或刨槽过程形成在阻焊剂26和树脂22的表面上的特定位置处。凹部21具有大于化合物半导体器件10的横向矩形形状，并且凹部21的外周的四侧中的三侧沿着以直线布置的连结电极28a延伸。在移除树脂22处理期间树脂被分散之后，例如利用镍以及随后利用金镀覆暴露在凹部21的正面 中的连接电极28a和29a的表面以及暴露在凹部21的底面中的金属芯25的表面。尽管暴露在凹部21的底面中的金属芯25随着金属芯25在树脂电路板20的正面中的面积分数增加而具有更高的散热，但是金属芯25可以任选被图案化。图6A和图6B示出一种示例性半导体封装。图6A显示剖视图，且图6B显示平面图。在图6A和图6B中，树脂电路板20具有通孔31a和31b。在图I中的操作S4中，如图6A和图6B所示，将仿真器件(dummydeVice)30设置在凹部21中，向凹部21施加具有高散热的粘合材料(散热粘合材料)，例如金属材料32。例如，将与化合物半导体器件10具有基本相同的形状和尺寸的仿真器件30设置在凹部21中待固定化合物半导体器件10的位置处。仿真器件30可以包括例如硅、玻璃或者陶瓷。固定位置可以在凹部21的底面上。仿真器件30的三侧(例如与化合物半导体器件10的形成连接电极11的三侧对应的侧面)可以与凹部21的外周间隔约O. Olmm至O. Imm,例如约O. 05mm。仿真器件30的剩余一侧(例如与化合物半导体器件10的未形成连接电极11的侧面对应的侧面)可以与凹部21的外周间隔约4mm或更大，例如约10. 05mm。将仿真器件30设置在待固定化合物半导体器件10的位置处，并且向凹部21施加金属材料32(例如银(Ag)烧结膏)以具有至少部分覆盖仿真器件30的侧面的厚度。该厚度可以是特定厚度。所述特定厚度(例如烧结膏的厚度)可以大于或等于仿真器件30的侧面的高度的一半(中间位置)，例如，大于或等于化合物半导体器件10的厚度的一半(中间位置)。金属材料32可以是例如选自金烧结膏和铜烧结膏中的至少一种材料，以代替银烧结膏。散热粘合材料可以是绝缘材料(如BN或AlN膏)以代替金属材料。也可以使用含有金刚石(C)的导电膏。图7A和图7B示出一种示例性半导体封装。图7A显示剖视图，且图7B显示平面图。在图7A和图7B中，树脂电路板20具有通孔31a和31b。在图I中的操作S5中，如图7A和图7B所示，移除仿真器件30。在移除仿真器件30之后，具有特定厚度的金属材料32留在凹部21中除待固定化合物半导体器件10的位置之外的整个表面上。在凹部21中由金属材料32限定的固定位置可以是固定位置32a。
图8A和图8B示出一种示例性半导体封装。图8A显示剖视图，且图8B显示平面图。在图8A和图8B中，树脂电路板20具有通孔31a和31b。在图I中的操作S6中，如图8A和图SB所示，在其背面具有金属材料33的化合物半导体器件10接合在树脂电路板20的凹部21中。金属材料33以特定厚度(例如小于金属材料32的厚度的厚度)施加到半导体器件10的背面。可以使用与金属材料32基本相同的银烧结膏作为金属材料33，或者可以使用不同的材料，例如选自金烧结膏和铜烧结膏中的至少一种材料。具有施加到其背面的金属材料33的化合物半导体器件10以面朝上的方式暂时固定到凹部21中的固定位置32a。可以在例如约2kgf的压力下暂时固定化合物半导体器件10。金属材料32和金属材料33在约150°C至250°C (例如约200°C)和大气压下硬化约一小时。由此，将化合物半导体器件10接合到凹部21中的固定位置32a。将金属材料33施加到化合物半导体器件10的背面。作为一个替代方案,可以以基本相同的厚度将金属材料施加到凹部21中的固定位置32a处的金属芯25的表面，并且可以将化合物半导体器件10设置在金属材料上。在这种情况下，可以在如上所述的基本相 同的条件下执行暂时固定和硬化。由于金属材料32是使用仿真器件30形成的，所以金属材料32具有特定的厚度以覆盖化合物半导体器件10的侧表面。金属材料32覆盖在化合物半导体器件10的形成连接电极11的侧面与凹部21外周之间的化合物半导体器件10侧表面。例如，在化合物半导体器件10的形成连接电极11的侧面与凹部21的外周之间的距离可以减小或者为了更短而相接触从而使金属线变短。金属材料32可以不在远处。由于金属材料32的散热效应与金属材料32的尺寸(例如其表面积)成比例，所以金属材料32可以不在远处。化合物半导体器件10可以在不使用仿真器件30的情况下与金属材料接合。图9A和图9B示出一种示例性半导体封装。图9A显示剖视图，且图9B显示平面图。在图9A和图9B中，树脂电路板20具有通孔31a和31b。在图I中的操作S7中，如图9A和图9B所示，化合物半导体器件10的连接电极11与树脂电路板20的连接电极28a通过引线接合而耦接在一起。金属线34用于耦接化合物半导体器件10三侧上以及树脂电路板20三侧上面对的连接电极11和连接电极28a。例如，使用直径为约100 μ m至2500 μ m例如约100 μ m且长度为例如约O. Imm的铝线作为金属线34。使用选自金线、铜线和钯线的金属线代替铝线作为金属线34。由此制得半导体封装。化合物半导体器件10用金属材料32和金属材料33固定在形成于树脂电路板20上的凹部21中。化合物半导体器件10可以设置在凹部21的底面上的特定位置处。化合物半导体器件10可以设置为使得化合物半导体器件10外周设置有连接电极11的三侧与凹部21的外周间隔更小的距离，而未设置连接电极11的侧面与凹部21的外周间隔更大的距离。在与化合物半导体器件10的外周与凹部21的外周之间的更大距离对应的宽区域中，施加金属材料32以具有将化合物半导体器件10的侧面覆盖至特定位置的厚度。热从化合物半导体器件10的底表面和侧表面(例如从覆盖有金属材料32的部分)而通过金属材料32和33被有效地耗散。由于金属材料32占据了大面积，可以改善热耗散。在与化合物半导体器件10的外周与凹部21的外周之间的更小距离对应的窄区域中，金属线34耦接面对的连接电极11和28a。由于金属线34变得更短，所以实现了低阻传输。由此，提供了能够以简单的结构实现低阻传输和高散热的化合物半导体器件10的低成本半导体封装。图10示出一种示例性半导体封装。图10所示的半导体封装可以与图9B所示的半导体封装对应。在图10中，与图9B所示的半导体封装的要素基本相同或相似的要素可以用相同的附图标记表示，并且可省略或减少其描述。可以通过图I中的操作SI至S7制作半导体封装。参照图10，化合物半导体器件40具有用于外部连接的、沿化合物半导体器件40的矩形外周四侧中的相对两侧以直线布置的连接电极11。树脂电路板20具有使金属芯的表面的一部分暴露的凹部41。凹部41具有大于化合物半导体器件40的横向矩形形状， 且凹部41外周的两个相对侧面沿着以直线布置的连结电极28a延伸。在凹部41中，化合物半导体器件40的侧表面用金属材料32固定,且底面用金属材料33固定。其中形成连接电极11的两个相对侧面与凹部41的外周间隔约O. Olmm至O. Imm,例如约O. 05mm。其中未形成连接电极11的两个相对侧面与凹部41的外周间隔约4mm或更多，例如约6. 5mm。化合物半导体器件40用金属材料32和33固定在形成于树脂电路板上的凹部41中。化合物半导体器件40可以设置在凹部41底面上的特定位置处。化合物半导体器件40可以设置为使得化合物半导体器件40外周的设置有连接电极11的两侧与凹部41的外周间隔更小的距离，而其中未设置连接电极11的两侧与凹部41的外周间隔更大的距离。在与化合物半导体器件40的外周与凹部41的外周之间更大的距离对应的宽区域中，施加金属材料32以具有将化合物半导体器件40的侧面覆盖到特定位置的厚度。热从化合物半导体器件40的底表面和侧表面(例如从覆盖有金属材料32的部分)通过金属材料32和33而被有效地耗散。由于金属材料32占据了大面积，所以热耗散可以改善。在与化合物半导体器件40的外周与凹部41的外周之间更小的距离对应的窄区域中，金属线34耦接面对的连接电极11和28a。由于金属线34变得更短，所以实现了低阻传输。由此，提供能够以简单的结构实现低阻传输和高散热的化合物半导体器件40的低成本半导体封装。图11示出一种示例性半导体封装。图11所示的半导体封装可以与图9B所示的半导体封装对应。在图11中，与图9B所示的半导体封装的要素基本相同或相似的要素可以用相同的附图标记表示，并且可省略或减少其描述。可以通过图I中的操作SI至S7制作半导体封装。参照图11，化合物半导体器件50具有用于外接的、沿着化合物半导体器件50的矩形外周的四侧中的一侧以直线布置的连接电极11。树脂电路板20具有其中金属芯的表面的一部分被暴露的凹部51。凹部51具有大于化合物半导体器件50的横向矩形形状，且凹部51的外周的一侧沿着以直线布置的连结电极28a延伸。在凹部51中，化合物半导体器件50的侧表面用金属材料32固定,且底表面用金属材料33固定。化合物半导体器件50的形成连接电极11的侧面与凹部51的外周间隔约O. Olmm至O. Imm,例如约O. 05mm。其中未形成连接电极11的三侧与凹部51的外周间隔约4mm或更多，例如约10. 05mm。化合物半导体器件50用金属材料32和33固定在形成于树脂电路板20上的凹部51中。化合物半导体器件50可以设置在凹部51的底表面上的特定位置处。化合物半导体器件50可以设置为使得化合物半导体器件50外周的三侧与凹部51的外周间隔更小的距离，而剩余的侧面与凹部51的外周间隔更大的距离。在与化合物半导体器件50的外周与凹部51的外周之间的更大的距离对应的宽区域中，施加金属材料32以具有将化合物半导体器件50的侧面覆盖至特定位置的厚度。热从化合物半导体器件50的底面和侧面(例如从覆盖有金属材料32的部分)通过金属材料32和33而被有效地耗散。由于金属材料32占据了大面积，所以热耗散可以改善。在与化合物半导体器件50的外周与凹部51的外周之间的更小的距离对应的窄区域中，金属线34耦接相对面对的连接电极11和28a。由于金属线34变得更短，所以实现了低阻传输。由此，提供能够以简单的结构实现低阻传输和高散热的化合物半导体器件50的低成本半导体封装。
图12示出一种示例性半导体封装制造过程。在图12中的操作Sll中，以与图I所示的操作SI类似的方式制作AlGaN/GaN HEMT。在图12中的操作S12中，如图13A所示，将在操作Sll中制作的具有AlGaN/GaNHEMT的硅衬底I不完全地切割。使用例如某种刀片或激光(激光切割)沿着形成在硅衬底I上的切割线DL，从背面Ib (与正面Ia相对)不完全地切割硅衬底I。在终止时所述切割可以是不完全的。例如，当在切割中出现的沟槽IA变成与待覆盖化合物半导体器件侧面的熔融金属材料的高度对应的深度时可以终止切割。沟槽IA的深度可以大于或等于化合物半导体器件的厚度的一半(中间位置)。图13A至图13C示出一种示例性切割。在操作S13中，如图13B所示，在硅衬底I的背面Ib上形成用于改善对熔融金属材料的润湿性的金属薄膜61，以覆盖沟槽IA的内壁表面。例如，具有改善对熔融金属材料的润湿性的性质的金属(例如钛、镍和金的多层膜)通过例如溅射、真空沉积或等离子体增强CVD来形成。由此，形成金属薄膜61。可以使用选自金、铜、镍、铝、钛和钯中的一种或更多种金属的多层膜代替钛、镍和金的多层膜作为金属薄膜61。在操作S14中，如图13C所示，通过沿着硅衬底I的底表面Ib上的切割线DL的激光切割将硅衬底I分割成各个化合物半导体器件60。在每个化合物半导体器件60中形成从整个底表面Ib到沿着侧面特定高度处覆盖化合物半导体器件60的金属薄膜61。与图3所示的化合物半导体器件10 —样，多个连接电极11沿着化合物半导体器件60的矩形外周的四侧中的三侧以直线布置。在操作S15中，与图4A和图4B中的操作S3相类似地，在树脂电路板的正面上形成凹部。图14A和图14B示出一种示例性半导体封装。在操作S16中，如图14A和图14B所示，化合物半导体器件60接合在树脂电路板20的凹部21中。例如，化合物半导体器件60利用熔融金属材料62例如锡-银(Sn-Ag)接合到树脂电路板20的凹部21的底表面上的预定位置处。例如，可以使用锡-银-铋(Sn-Ag-Bi)或者选自锡、铅(Pb)、银、铟(In)、铋、锌(Zn)、锑(Sb)和铜中的多种金属代替锡-银作为熔融金属材料62。例如，化合物半导体器件60的形成连接电极11的三侧可以与凹部21的外周间隔约O. Olmm至O. Imm,例如约O. 05mm。未形成连接电极11的侧面可以与凹部21的外周间隔约4mm或更多,例如约10. 05mmo用于改善对熔融金属材料62的润湿性的金属薄膜61形成为从整个底面Ib到沿着侧面特定高度处覆盖化合物半导体器件60。在化合物半导体器件60上形成金属薄膜61的区域中，例如从化合物半导体器件60的整个底表面Ib到沿着侧面特定高度处，熔融金属材料62接触化合物半导体器件60。熔融金属材料62的与化合物半导体器件60的侧表面中的一个接触的部分形成略凸的表面62a，所述表面62a的高度在熔融金属的表面张力作用下从侧表面朝凹部21的侧壁逐渐减小。凸表面可以具有比高度均匀的平坦表面更大的表面积。熔融金属材料62在通过冷却被固化后可以保持其形状。金属材料62覆盖化合物半导体器件60的、在化合物半导体器件60的形成连接电极11的侧面与凹部21的外周之间的侧面。例如，化合物半导体器件60的形成连接电极11的侧面与凹部21的外周可以间隔更小的距离或者相接触以缩短金属线。金属材料62可以 不在近距离处。由于金属材料62的散热效应与其的尺寸(例如其表面积)成比例，所以金属材料62可以不在窄区域中。图15A和图15B示出一种示例性半导体封装。如图15A和图15B所示的，在图12中的操作S17中，与图I中的操作S7类似地，化合物半导体器件60的连接电极11与树脂电路板20的连接电极28a通过引线接合而耦接在一起。由此制得半导体封装。化合物半导体器件60用凝固的金属材料62固定在形成于树脂电路板20上的凹部21中。化合物半导体器件60可以设置在凹部21的底表面上的特定位置处。化合物半导体器件60可以设置为使得化合物半导体器件60外周的设置连接电极11的三侧与凹部21的外周间隔更小的距离，而未设置连接电极11的侧面与凹部21的外周间隔更大的距离。在与化合物半导体器件60的外周与凹部21的外周之间的更大的距离对应的宽区域中，施加熔融金属材料62以具有将化合物半导体器件60的侧表面覆盖至特定位置的厚度。热从化合物半导体器件60的底表面和侧表面(例如从覆盖有熔融金属材料62的部分)通过熔融金属材料62而被有效地耗散。由于金属材料62占据了大面积，所以热耗散可以改善。熔融金属材料62可以形成其高度从侧面朝凹部21的侧壁逐渐减小的略凸表面62a。所述凸表面62a具有更大的表面积，并因此比高度均匀的平坦表面面积耗散更大量的热。在与化合物半导体器件60的外周与凹部21的外周之间的更小的距离对应的窄区域中，金属线34耦接相对的连接电极11和28a。由于金属线34变得更短，所以实现了低阻传输。由此，提供能够以简单的结构实现低阻传输和高散热的化合物半导体器件60的低成本半导体封装。如图10和图11所示的半导体封装那样，具有沿着化合物半导体器件的一侧或两侧形成的连接电极11的化合物半导体器件可以用熔融金属材料固定在树脂电路板的凹部中。用于改善对熔融金属材料的润湿性的金属薄膜可以通过图12中的操作S12至S14形成在化合物半导体器件上。图16示出一种示例性电源装置。图16所示的电源装置可以包括通过图I或图12所示的制造过程所制造的半导体封装。电源装置包括高压初级电路71、低压次级电路72和设置在初级电路71和次级电路72之间的变压器73。初级电路71包括交流电源74、桥式整流电路75和多个开关器件，例如四个开关器件76a、76b、76c和76d。桥式整流电路75包括开关器件76e。次级电路72包括多个开关器件，例如三个开关器件77a、77b和77c。初级电路71中的开关器件76a、76b、76c、76d和76e可以是化合物半导体器件，例如在图I中的操作SI中制作的AlGaN/GaN HEMT。次级电路72中的开关器件77a、77b和77c可以是含有硅的金属绝缘体半导体场效应晶体管(MISFET)。由此，将能够以简单的结构实现低阻传输和高散热的化合物半导体器件的低成本半导体封装应用到高压电路。图17示出一种示例性高频放大器。图17所示的高频放大器可以包括通过图I或图12所示的制造过程所制造的半导体封装。高频放大器包括数字预失真电路81、混频器82a和82b和功率放大器83。数字预失真电路81对输入信号的非线性失真进行补偿。混频器82a将已经补偿了非线性失真的 输入信号与交流信号进行混合。功率放大器83将与交流信号混合的输入信号放大。功率放大器83包括化合物半导体器件，例如在图I中的操作SI中制作的AlGaN/GaN HEMT。例如，基于开关，混频器82b将输出侧的信号与交流信号混合，并且将混合的信号输出到数字预失真电路81。由此，能够以简单的结构实现低阻传输和高散热的化合物半导体器件的低成本半导体封装应用到高压电路。已经根据以上的优点对本发明的示例实施方案进行了描述。要理解的是这些示例仅是对本发明进行说明。对本领域技术人员来说许多变化和修改将是明显的。
权利要求
1.一种半导体装置，包括 包括第一电极的半导体器件； 包括第二电极和凹部的衬底；和 散热粘合材料，所述散热粘合材料将所述半导体器件固定在所述凹部中，以将所述第一电极布置为靠近所述第二电极， 其中所述第一电极耦接到所述第二电极，并且所述散热粘合材料覆盖所述半导体器件的侧表面的至少一部分和底表面。
2.根据权利要求I所述的半导体装置，其中， 所述半导体器件外周的设置有所述第一电极的第一部分和所述凹部外周的设置有所述第二电极的第二部分以第一距离彼此面对； 所述半导体器件外周的没有设置所述第一电极的第三部分与所述凹部外周的没有设置所述第二电极的第四部分以大于所述第一距离的第二距离彼此面对；并且 所述散热粘合材料覆盖所述第二部分中所述半导体器件的所述侧表面的至少一部分。
3.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述散热粘合材料包括金属材料。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述金属材料的覆盖所述半导体器件的所述侧表面的至少一部分的部分具有凸表面。
5.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述半导体器件包括从所述底表面延伸到所述侧表面的被所述金属材料覆盖的部分的金属膜。
6.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述金属材料包括选自锡、铅、银、铟、铋、锌、锑和铜中的至少ー种材料。
7.根据权利要求I所述的半导体装置，还包括 设置在所述凹部的底表面上的散热金属。
8.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述半导体器件包括化合物半导体器件。
9.一种用于制造半导体装置的方法，包括 提供包括第一电极的半导体器件； 在包括第二电极的衬底上形成凹部； 将所述半导体器件设置在所述凹部中，使得所述第一电极靠近所述第二电极； 用散热粘合材料从所述半导体器件的底表面到侧表面的至少一部分覆盖所述半导体器件；以及 将所述第一电极耦接到所述第二电极。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括 使所述半导体器件外周的设置有所述第一电极的第一部分与所述凹部外周的设置有所述第二电极的第二部分以第一距离彼此面对； 使所述半导体器件外周的没有设置所述第一电极的第三部分与所述凹部外周的没有设置所述第二电极的第四部分以大于所述第一距离的第二距离彼此面对；以及 用所述散热粘合材料覆盖所述第二部分中所述半导体器件的所述侧表面的至少一部分和所述半导体器件的所述底表面。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括 在所述凹部中待固定所述半导体器件的位置处设置仿真器件；供给所述散热粘合材料； 移除所述仿真器件以限定待固定在所述散热粘合材料中的所述半导体器件的位置；以及 将所述半导体器件接合在所述位置。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述散热粘合材料包括金属材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述金属材料的覆盖所述半导体器件的所述侧表面的至少一部分的部分具有凸表面。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括 在所述半导体器件上从所述底表面到所述侧表面的覆盖有所述金属材料的部分形成金属膜；以及 用所述金属材料将所述半导体器件固定在所述凹部中。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述金属材料包括选自锡、铅、银、铟、铋、锌、锑和铜中的至少ー种材料。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述半导体器件包括化合物半导体器件。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括 通过切割在所述半导体衬底的背表面上形成具有深度的沟槽； 在所述半导体衬底的背表面上形成金属膜以覆盖所述沟槽的内表面；以及 从所述半导体衬底分割出所述半导体器件。
18.一种电子器件，包括 半导体器件，包括 包括第一电极的化合物半导体器件； 包括第二电极和凹部的衬底；和 散热粘合材料，所述散热粘合材料将所述半导体器件固定在所述凹部中，以将所述第一电极布置为靠近所述第二电极， 其中所述第一电极耦接到所述第二电极，并且所述散热粘合材料覆盖所述半导体器件的侧表面的至少一部分和底表面。
19.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述半导体器件包括放大输入高频电压的闻频放大器。
20.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述半导体器件包括 变压器；和 高压电路和低压电路，所述变压器布置在所述高压电路和所述低压电路之间。
全文摘要
本发明提供一种半导体装置、用于制造半导体装置的方法以及电子器件，所述半导体装置包括包括第一电极的半导体器件；包括第二电极和凹部的衬底；和散热粘合材料，该散热粘合材料将半导体器件固定在凹部中，以将第一电极布置为靠近第二电极，其中第一电极耦接到第二电极，并且散热粘合材料覆盖半导体器件的底表面和侧表面的至少一部分。
文档编号H01L21/56GK102651352SQ20121003447
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月15日 优先权日2011年2月25日
发明者冈本圭史郎, 谷元昭 申请人:富士通株式会社