专利名称：半导体结构及其制造方法
技术领域：
本发明有关于半导体结构及其制造方法，特别有关于封装结构及其制造方法。
背景技术：
在半导体结构的技术中，II1-V族晶体管例如氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)结合高传导电子密度、高电子迁移率和较宽的能隙，使其可在指定的反向耐压下，显著降低元件的导通电阻RDS(on)。适合于制作高频率、大功率和高效率的电子器件。因此II1-V族晶体管特别GaN HEMT逐渐成为技术研究发展的重点。然而，目前的封装方式容易有散热不佳的问题。
发明内容
本发明有关于一种半导体结构及其制造方法。半导体结构具有高的散热效果。根据本发明的一方面，提供一种半导体结构。半导体结构包括基板、管芯与介质。基板具有基板上表面。基板具有凹槽。凹槽从基板上表面向下延伸。凹槽具有凹槽侧表面。管芯位于凹槽中。管芯具有管芯下表面与管芯侧表面。管芯下表面低于基板上表面。介质填充凹槽位该凹槽侧表面与管芯侧表面之间的部分。根据本发明的另一方面，提供一种半导体结构的制造方法。该方法包括以下步骤。提供基板。基板具有基板上表面。从基板上表面向下在基板中形成凹槽。凹槽具有凹槽侧表面。配置管芯于凹槽中。管芯具有管芯下表面与管芯侧表面。管芯下表面低于基板上表面。填充介质于凹槽位于凹槽侧表面与管芯侧表面之间的部分。为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。
图1绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图2绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图3绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图4绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图5绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图6绘示一实施例中半导体结构的剖面图。附图标记说明102、202、502、602:基板104、204、304、504、604:凹槽204A:上开口部分204B:下开口部分106:基板上表面
108、208、408、508、608:管芯110:管芯下表面112、212、312、412:凹槽侧表面114、214:管芯侧表面116、216:介质330:凹槽底表面518:锡球520:接触垫622:打线624:栅极626:漏极628:源极(:1、021、022、01、02:宽度H4:管芯高度R4:曲率半径Θ:夹角
具体实施例方式图1绘示一实施例中半导体结构的剖面图。请参照图1，基板102具有凹槽104。在实施例中，凹槽104从基板102的基板上表面106向下延伸形成于基板102中。举例来说，基板102为陶瓷基板或金属基板(例如铝基板)。凹槽104可利用蚀刻工艺或压印工艺形成。管芯108配置于凹槽104中。管芯108具有管芯下表面110与管芯侧表面114。管芯下表面110低于基板上表面106。在实施例中管芯108具有II1-V族晶体管，例如氮化镓晶体管，如外延型式的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)。凹槽104具有凹槽侧表面 112。在一实施例中，凹槽104的宽度Cl实质上为固定。管芯108的宽度Dl实质上为固定。凹槽104的宽度Cl大于管芯108的宽度D1。举例来说，凹槽104的宽度Cl减掉管芯108的宽度Dl的值，实质上为管芯108的宽度Dl的百分之十。在其他实施例中，凹槽104的宽度Cl实质上等于管芯108的宽度Dl，换句话说，凹槽侧表面112与管芯侧表面114之间的间距实质上为零。介质116填充凹槽104位于凹槽侧表面112与管芯侧表面114之间的部分。更详细地来说，介质116与凹槽侧表面112及管芯侧表面114接触。在实施例中，介质116为气体例如空气，或是高导热材料例如金属，举例来说，银胶。因此管芯108操作过程中产生的热能可以横向地直接往介质116传送，达到良好的散热效果。基板102具有凹槽104的设计使得管芯108的对位更为简单、精确。举例来说，可利用机械手臂将管芯108稍微对到凹槽104的位置，管芯108便能直接嵌入凹槽104中。如此可以提高单一基板102配置管芯108的数目，亦即提高装置元件的密度。此外，提升产品良率，并降低制造成本。图2绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图2绘示的半导体结构与图1绘示的半导体结构的差异在于，凹槽204具有互相连通的上开口部分204A与下开口部分204B。上开口部分204A的宽度C21大于下开口部分204B的宽度C22。上开口部分204A的宽度C21与下开口部分204B的宽度C22实质上分别为固定。下开口部分204B的宽度C22实质上等于管芯208的宽度D2。介质216填充凹槽204位于凹槽侧表面212与管芯侧表面214之间的部分。更详细地来说，介质216与凹槽侧表面212及管芯侧表面214接触。因此管芯208操作过程中产生的热能可以横向地直接往介质216传送，达到良好的散热效果。基板202具有凹槽204的设计使得管芯208的对位更为简单、精确，并能提升产品良率、降低制造成本。图3绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图3绘示的半导体结构与图1绘示的半导体结构的差异在于，凹槽304的宽度由上至下逐渐变小。凹槽304具有凹槽侧表面312与凹槽底表面330。在实施例中，凹槽侧表面312与凹槽底表面330之间的夹角Θ实质上为110°至140°。在此实施例中，凹槽侧表面312实质上为一平坦的表面。图4绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图4绘示的半导体结构与图3绘示的半导体结构的差异在于，凹槽侧表面412实质上为曲面，并具有曲率半径R4。管芯408具有管芯高度H4。在实施例中，管芯408的管芯高度H4小于凹槽侧表面412的曲率半径R4的两倍，亦即H4〈2*R4。在图3绘示的实施例中，平坦的凹槽侧表面312其曲率半径可视为无限大，因此亦可符合上述管芯高度与曲率半径之间的关系。图5绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图5绘示的半导体结构与图3绘示的半导体结构的差异在于，管芯508通过锡球518粘着至位于凹槽504中的接触垫520，以与基板502电性连接。图6绘示一实施例中半导体结构的剖面图。图6绘示的半导体结构与图3绘示的半导体结构的差异在于，位于凹槽604中的管芯608通过打线622电性连接于位于基板602中的栅极624、漏极626与源极628。根据上述实施例，在基板中形成凹槽，并将管芯配置在凹槽中。因此管芯操作过程中产生的热能可有效率地导散掉。举例来说，从热流模拟实验(聚焦平面热像分析)的结果可发现，管芯配置在基板的凹槽中的实施例，其散热效果比起管芯配置在基板上表面上的比较例提高了约67%，这样散热的提升结果来自于热能从管芯侧表面往横向传出。此外，可精确控制管芯的对位情况。适用于各种电子元件，例如高功率、小尺寸的高功率电子元件。虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种半导体结构,包括: 基板，具有基板上表面，其中该基板具有凹槽，该凹槽从该基板上表面向下延伸，该凹槽具有凹槽侧表面； 管芯，位于该凹槽中，其中该管芯具有管芯下表面与管芯侧表面，该管芯下表面低于该基板上表面；以及 介质，其中该介质填充该凹槽位于该凹槽侧表面与该管芯侧表面之间的部分。
2.如权利要求1所述的半导体结构，其中该凹槽侧表面具有曲率半径，该管芯具有管芯高度，该管芯高度小于该曲率半径的两倍。
3.如权利要求1所述的半导体结构，其中该介质与该凹槽侧表面及该管芯侧表面接触。
4.如权利要求1所述的半导体结构，其中该凹槽具有互相连通的上开口部分与下开口部分，其中该上开口部分的宽度大于该下开口部分的宽度。
5.如权利要求4所述的半导体结构，其中该上开口部分的宽度与该下开口部分的宽度实质上分别为固定。
6.如权利要求4所述的半导体结构，其中该下开口部分的宽度实质上等于该管芯的宽度。
7.如权利要求1所述的半导体结构，其中该凹槽的宽度由上至下逐渐变小。
8.如权利要求1所述的半导体结构，其中该凹槽的宽度实质上为固定。
9.如权利要求1所述的半导体结构，其中该凹槽的宽度大于或实质上等于该管芯的宽度。
10.如权利要求1所述的半导体结构，还包括锡球与接触垫，其中该接触垫位于该凹槽中，该管芯通过该锡球粘着至该接触垫，以电性连接至该基板。
11.如权利要求1所述的半导体结构，还包括: 位于该基板中的栅极、漏极及源极；以及 多条打线，分别电性连接于该管芯与该栅极、该漏极及该源极之间。
12.—种半导体结构的制造方法，包括: 提供基板，其中该基板具有基板上表面； 从该基板上表面向下在该基板中形成凹槽，其中该凹槽具有凹槽侧表面； 配置管芯于该凹槽中，其中该管芯具有管芯下表面与管芯侧表面，该管芯下表面低于该基板上表面；以及 填充介质于该凹槽位于该凹槽侧表面与该管芯侧表面之间的部分。
全文摘要
本发明公开了一种半导体结构及其制造方法。半导体结构包括基板、管芯与介质。基板具有基板上表面。基板具有凹槽。凹槽从基板上表面向下延伸。凹槽具有凹槽侧表面。管芯位于凹槽中。管芯具有管芯下表面与管芯侧表面。管芯下表面低于基板上表面。介质填充凹槽位该凹槽侧表面与管芯侧表面之间的部分。根据本发明的半导体结构具有高的散热效果。
文档编号H01L21/48GK103187371SQ20121020454
公开日2013年7月3日 申请日期2012年6月18日 优先权日2011年12月27日
发明者彭明灿, 郑泗东, 张翼, 周伯谦, 郑时龙, 张嘉华, 陈宗麟, 蔡建峰 申请人:财团法人工业技术研究院