专利名称：功率半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率半导体器件，更具体地，涉及具有电极阵列结构的功率半导体器件，该电极阵列结构配置为改善均匀的电流扩展和正向电流。
背景技术：
肖特基二极管，一种功率半导体器件，被使用在包括电源器件、汽车、通讯装置等的各个领域中。随着能量消耗的增加，高能量效率以及高 速度和高功率被要求作为肖特基二极管的特性。为了实现以上特性，需要解决非均匀的电流扩展和正向电流的减小。在常规肖特基二极管中，阳极电极和阴极电极都设置在一个表面上。阳极电极包括设置在该一个表面的一侧上的单个阳极电极焊垫，而阴极电极包括设置在面对阳极电极焊垫的另一侧上的单个阴极电极焊垫。在常规肖特基二极管中，电流流动区域受到限制，电流传输速度低。从阳极电极焊垫流动到阴极电极焊垫的电流在一个方向上流动。因此，会造成电流拥挤。而且，由于连接到阳极电极焊垫的多个电极指和连接到阴极电极焊垫的多个指分别与阳极电极焊垫和阴极电极焊垫间隔开，所以传输的电流被减弱。
发明内容
本发明的一个方面提供通过将阳极电极焊垫设置在氮化物半导体层的中央并围绕阳极电极焊垫设置多个阴极电极焊垫而能够改善电流扩展和正向电流的功率半导体器件、以及该功率半导体器件的制造方法。本发明的另一个方面提供通过提供有在离开阳极电极焊垫的方向上具有减小的宽度的电极汇流线和在离开阳极电极焊垫的方向上具有减小的长度的多个阳极电极指而能够增大电流传输效率的功率半导体器件、以及该功率半导体器件的制造方法。根据本发明的一个方面，提供一种功率半导体器件，包括阳极电极，包括阳极电极焊垫、电极汇流线、以及多个第一阳极电极指和多个第二阳极电极指，该阳极电极焊垫设置在外延结构的中央，该电极汇流线连接到阳极电极焊垫上彼此面对的第一侧和第二侧，该电极汇流线每个在离开阳极电极焊垫的方向上具有减小的宽度，该多个第一阳极电极指和该多个第二阳极电极指与阳极电极焊垫上彼此面对的第三侧和第四侧连接并还与电极汇流线的两侧连接；阴极电极，包括第一阴极电极焊垫和第二阴极电极焊垫、多个第一阴极电极指、以及多个第二阴极电极指，该第一阴极电极焊垫和该第二阴极电极焊垫关于阳极电极焊垫彼此面对设置，该多个第一阴极电极指与第一阴极电极焊垫连接并与多个第一阳极电极指交替布置，该多个第二阴极电极指与第二阴极电极焊垫连接并与多个第二阳极电极指交替布置；以及绝缘层，设置在阳极电极的外部处以绝缘阴极电极。电极汇流线可以具有其中宽度在离开阳极电极焊垫的方向上阶梯地减小的台阶结构。电极汇流线可以具有其中宽度在离开阳极电极焊垫的方向上以恒定的倾斜角而减小的渐缩结构。多个第一阳极电极指和多个第二阳极电极指可以在离开阳极电极焊垫的方向上具有减小的长度。第一阴极电极焊垫和第二阴极电极焊垫可以关于阳极电极焊垫设置得邻近外延结构的上部的两个侧表面。第一阴极电极焊垫和第二阴极电极焊垫可以关于阳极电极焊垫设置得邻近外延结构的上部的对角线拐角。外延结构可以包括依次形成在衬底上的缓冲层、非掺杂的氮化物半导体层、氮化物半导体层和盖层。
阳极电极可以接合到盖层，阴极电极可以设置在通过盖层暴露的氮化物半导体层上并与阳极电极隔开预定间隔。氮化物半导体层可以包括设置在非掺杂的氮化物半导体上的第一氮化物半导体层；以及设置在第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层。第一氮化物半导体层可以包括氮化铝(A1N)，第二氮化物半导体层可以包括氮化铝镓(AlGaN)。绝缘层可以提供在构成阳极电极的阳极电极焊垫、多个第一阳极电极指和多个第二阳极电极指的外部处，从而绝缘构成阴极电极的多个第一阴极电极指和多个第二阴极电极指。阳极电极和阴极电极可以每个包括从镍(Ni )、铝(Al)、钛(Ti )、钛氮化物(TiN)、钼(Pt)、金(Au)、二氧化钌(RuO2)、钒(V)、钨(W)、钨氮化物(WN)、铪(Hf)、铪氮化物(HfN)、钥(Mo )、镍硅化物(Ni Si )、钴硅化物(CoSi2)、钨硅化物(WSi )、钼硅化物(PtSi )、铱(Ir )、锆(Zr)、钽(Ta)、钽氮化物(TaN)、铜(Cu)、钌(Ru)和钴(Co)中选择的至少一种金属性材料。
从以下结合附图对示范性实施例的描述，本发明的这些和/或其他的方面、特征和优点将变得显然并更易于理解，在附图中图I是示出根据本发明实施例的功率半导体器件的平面图；图2是图I的功率半导体器件沿线Ι-Γ截取的截面图；图3是根据本发明另一实施例的功率半导体器件的平面图；以及图4和图5是示出根据本发明各个实施例的电极汇流线的平面图。
具体实施例方式现在将详细参照本发明的示范性实施例，其示例在附图中示出，其中相似的附图标记始终指示相似的元件。这里使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，定义可以根据用户、操作者或客户的意图而改变。因此，术语和措辞应当基于本说明书的描述来定义。图I是示出根据本发明实施例的功率半导体器件100的平面图。图2是图I的功率半导体器件100沿线Ι-Γ截取的截面图。在下文，将参照图I和图2详细描述功率半导体器件的结构，特别是电极布置。参照图2，功率半导体器件100，其是异质结肖特基二极管，可以包括设置在衬底110上的外延结构101，还包括设置在外延结构101上的阳极电极160、阴极电极170和绝缘层 180。外延结构101可以包括依次形成在基底衬底诸如硅(Si)衬底、碳化硅(SiC)衬底、氮化铝(AlN)衬底、氮化镓(GaN)衬底或蓝宝石衬底上的缓冲层120、非掺杂的氮化物半导体层130、氮化物半导体层140和盖层150。在外延结构101中，缓冲层120可以由AlN制成，非掺杂的氮化物半导体层130可以由非掺杂的GaN制成。氮化物半导体层140可以包括第一氮化物半导体层141和第二氮化物半导体层142。第一氮化物半导体层141可以由AlN制成并设置在非掺杂的氮化物半导体层130上。第二氮化物半导体层142可以由氮化铝镓(AlGaN)制成并设置在第一氮化物半导体层141上。
盖层150可以设置在氮化物半导体层140上，更具体地在第二氮化物半导体层142上。盖层150可以由碳化硅(SiC)、GaN或P型GaN制成。此外，盖层150可以仅设置在用于形成阳极电极160和绝缘层180的区域上。也就是，盖层150不设置在第二氮化物半导体层142的用于形成阴极电极170的区域上。因此，在用于形成阴极电极170的区域中的第二氮化物半导体层142可以由于没有盖层150而暴露。阳极电极160、阴极电极170和绝缘层180设置在外延结构101上。根据本发明的实施例，阳极电极160和阴极电极170配置为改善功率半导体器件100的电流扩展和正向电流并增大电流传输效率。阳极电极160可以设置在第二氮化物半导体层142的上部处并接合到盖层150。此外，阴极电极170可以设置在通过盖层150暴露的第二氮化物半导体层142上，并与阳极电极160以预定间隔分开。绝缘层180可以绝缘设置在阳极电极160的外部处的阴极电极170。参照图1，阳极电极160可以包括阳极电极焊垫161、电极汇流线162a和162b、多个第一阳极电极指163以及多个第二阳极电极指164。阳极电极焊垫161可以设置在第二氮化物半导体层142的中央。第二氮化物半导体层142可以具有矩形的上表面。第二氮化物半导体层142的中央可以被确定为两条对角线的交叉位置，每条对角线对角地连接矩形上表面的面对的拐角。由于阳极电极焊垫161设置在中央，所以电流可以均匀地分布在整个外延结构101中。电极汇流线162a和162b可以连接到阳极电极焊垫161的彼此面对的第一侧S1和第二侧S2。电极汇流线162a和162b的宽度分别在离开阳极电极焊垫161的第一侧S1和第二侧S2的方向上减小。根据实施例，电极汇流线162a和162b可以各自具有宽度在离开阳极电极焊垫161的第一侧S1和第二侧S2的方向上阶梯地减小的台阶结构。根据另一实施例，电极汇流线162a和162b可以各自具有其中宽度在离开阳极电极焊垫161的第一侧S1和第二侧S2的方向上以恒定的倾斜角而减小的渐缩(tapered)结构。因此，由于电极汇流线162a和162b的宽度在离开阳极电极焊垫161的方向上减小，所以可以防止传输到远离阳极电极焊垫161的区域的电流的衰减。多个第一阳极电极指163可以连接到阳极电极焊垫161的第三侧S3以及连接到电极汇流线162a和162b的每个的一侧。多个第二阳极电极指164连接到阳极电极焊垫161的第四侧S4以及电极汇流线162a和162b的每个的另一侧。第三侧S3和第四侧S4可以彼此面对，与第一侧S1和第二侧
S2垂直地连接。多个第一阳极电极指163和多个第二阳极电极指164可以在离开阳极电极焊垫161的方向上具有减小的长度。更具体地，多个第一阳极电极指163中最靠近阳极电极焊垫161的可以是最长的。多个第一阳极电极指163的长度可以在离开阳极电极焊垫161的方向上减小。因而，多个第一阳极电极指163可以通过其一端形成台阶结构。相同的结构可以应用到多个第二阳极电极指164。然而，在多个第一阳极电极指163和多个第二阳极电极指164当中，与阳极电极焊垫161连接的指可以具有一致的长度。
根据多个第一阳极电极指163和多个第二阳极电极指164的上述结构，电流可以被均匀地扩展而不是集中在阳极电极焊垫161周围。此外，由于第一阳极电极指163和第二阳极电极指164在离开阳极电极焊垫161的方向上具有减小的长度，所以可以增大电流传输效率。参照图1，阴极电极170可以包括第一阴极电极焊垫171和第二阴极电极焊垫172、多个第一阴极电极指173以及多个第二阴极电极指174。第一阴极电极焊垫171和第二阴极电极焊垫172可以设置得关于阳极电极焊垫161彼此面对。具体地，关于阳极电极焊垫161，第一阴极电极焊垫171可以设置在第二氮化物半导体层142的上部的一个侧表面处，而第二阴极电极焊垫172设置在面对所述一个侧表面的另一个侧表面处。也就是，第一阴极电极焊垫171和第二阴极电极焊垫172可以分离地布置在关于阳极电极焊垫161的两侧。多个第一阴极电极指173可以与多个第一阳极电极指163交替地布置，且与第一阴极电极焊垫171连接。多个第二阴极电极指174可以与多个第二阳极电极指164交替地布置，且与第二阴极电极焊垫172连接。绝缘层180可以设置在构成阳极电极160的阳极电极焊垫161、多个第一阳极电极指163和多个第二阳极电极指164的外部处，从而绝缘构成阴极电极170的多个第一阴极电极指173和多个第二阴极电极指174。绝缘层180可以由二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)形成。多个第一阳极电极指163和多个第一阴极电极指173可以具有相同的宽度并通过绝缘层180彼此均匀的间隔。因此，可以增大功率半导体器件100的内部压力(internalpressure)。阳极电极160和阴极电极170可以每个包括从镍(Ni )、铝(Al)、钛(Ti )、钛氮化物(TiN)、钼(Pt)、金(Au)、二氧化钌(RuO2)、钒(V)、钨(W)、钨氮化物(WN)、铪(Hf)、铪氮化物(HfN)、钥(Mo)、镍硅化物(NiSi)、钴硅化物(CoSi2)、钨硅化物(WSi)、钼硅化物(PtSi)、铱(Ir)、错(Zr)、钽(Ta)、钽氮化物(TaN)、铜(Cu)、钌(Ru)和钴(Co)中选择的至少一种金属性材料。根据如图I和图2所示的功率半导体器件100的电极布置，阳极电极160和阴极电极170可以具有与盖层150和第二氮化物半导体层142增加的接触面积。因而，在功率半导体器件100的工作期间可以增大正向电流。
图3是示出根据本发明另一实施例的功率半导体器件300的平面图。具体地，图3示出功率半导体器件300的电极布置。图3的功率半导体器件300可以具有几乎与图2所示的功率半导体器件100的外延结构101相同的结构。参照图3，外延结构(未示出)可以包括阳极电极310、阴极电极320和绝缘层330。阳极电极310可以包括阳极电极焊垫311、电极汇流线312a和312b、多个第一阳极电极指313以及多个第二阳极电极指314。阳极电极310可以具有与图I的阳极电极160类似的构造和布置。然而，阴极电极320的布置被改变。因此，在多个第一阳极电极指313和多个第二阳极电极指314当中，连接到阳极电极焊垫311的指可以一直延伸到第二氮化物半导体层(未示出)的两侧。阴极电极320和阳极电极310以预定间隔设置。绝缘层330可以设置在阴极电极320与阳极电极310之间的间隔中。 阴极电极320可以包括第一阴极电极焊垫321和第二阴极电极焊垫322、多个第一阴极电极指323以及多个第二阴极电极指324。第一阴极电极焊垫321和第二阴极电极焊垫322可以设置得关于阳极电极焊垫311彼此面对。具体地，关于阳极电极焊垫311，第一阴极电极焊垫321可以设置为邻近外延结构的上部的一个拐角，而第二阴极电极焊垫322设置得邻近对角地面对所述一个拐角的另一个拐角。多个第一阴极电极指323可以与多个第一阳极电极指313交替布置，且与第一阴极电极焊垫321连接。多个第二阴极电极指324可以与多个第二阳极电极指314交替布置，且与第二阴极电极焊垫322连接。绝缘层330可以设置在构成阳极电极310的阳极电极焊垫311、多个第一阳极电极指313和多个第二阳极电极指314的外部处，从而绝缘构成阴极电极320的多个第一阴极电极指323和多个第二阴极电极指324。根据如图3所示的功率半导体器件的电极布置，阳极电极310和阴极电极320可以具有增大的与外延结构的接触面积。因而，可以在功率半导体器件300工作期间改善电流扩展和正向电流。此外，通过根据到阳极电极焊垫311的距离来改变电极汇流线312a和312b的宽度和多个第一阳极电极指313和多个第二阳极电极指314的长度，可以减小电流的集中同时增大电流传输效率。阳极电极310的部件(也就是，阳极电极焊垫311、电极汇流线312a和312b、多个第一阳极电极指313以及多个第二阳极电极指314)和阴极电极320的部件(也就是，第一阴极电极焊垫321、第二阴极电极焊垫322、多个第一阴极电极指323以及多个第二阴极电极指324)可以具有根据功率半导体器件300的尺寸而改变的尺寸。也就是，由于要求的正向电流根据功率半导体器件300的尺寸而改变，所以阳极电极310和阴极电极320的部件的尺寸可以被相应地改变。尽管没有在附图中具体示出，但是第一阴极电极焊垫321和第二阴极电极焊垫322可以在尺寸上减小，而进一步提供具有与第一阴极电极焊垫321和第二阴极电极焊垫322相同的尺寸的第三阴极电极焊垫(未示出)和第四阴极电极焊垫(未示出)。在此实施例中，第三阴极电极焊垫和第四阴极电极焊垫可以设置得邻近关于阳极电极焊垫311对角地彼此面对的两个拐角。也就是，第一阴极电极焊垫321至第四阴极电极焊垫可以分别设置在外延结构的四个拐角处。在图I和图3所示的功率半导体器件100和300被封装到封装中或安装为部件的情形下，阳极电极焊垫311以及第一阴极电极焊垫321和第二阴极电极焊垫322可以利用诸如导线的导电材料而连接到外部电路图案诸如引线框。图4和图5是示出根据本发明各个实施例的电极汇流线的平面图。为了描述的方便在图4和图5中仅示出阳极电极。参照图4，阳极电极包括阳极电极焊垫411、电极汇流线412a和412b、多个第一阳极电极指413以及多个第二阳极电极指414。电极汇流线412a和412b可以每个具有宽度在离开阳极电极焊垫411的方向上阶梯地减小的台阶结构。 更具体地，电极汇流线412a和412b的每个可以具有在关于阳极电极焊垫411的连接部分处的最大宽度(也就是，第一宽度W1),以及在离开阳极电极焊垫411的方向上依次减小的第二宽度W2、第三宽度W3、第四宽度W4和第五宽度W5。此外，电极汇流线412a和412b可以每个通过上述宽度W1至W5而形成台阶结构。多个第一阳极电极指413可以与阳极电极焊垫411的一侧以及电极汇流线412a和412b的每个的一侧连接。多个第一阳极电极指413的长度在离开阳极电极焊垫411的方向上减小。更具体地，在连接到电极汇流线412a和412b的多个第一阳极电极指413当中，最靠近阳极电极焊垫411的指具有第一长度I1，而其他的指具有在离开阳极电极焊垫411的方向上依次减小的第二长度I2、第三长度I3、第四长度I4和第五长度15。然而，在多个第一阳极电极指413当中，连接到阳极电极焊垫411的一侧的指可以具有第六长度I6。第六长度16可以根据从阳极电极焊垫411到第一阴极电极焊垫(未示出)和第二阴极电极焊垫(未示出)的距离来确定，而与指的布置无关。多个第二阳极电极指414连接到阳极电极焊垫411的另一侧以及电流汇流线412a和412b的每个的另一侧。多个第二阳极电极指414可以具有与多个第一阳极电极指413相同的长度和结构，除了连接位置之外。参照图5，阳极电极可以包括阳极电极焊垫511、电极汇流线512a和512b、多个第一阳极电极指513和多个第二阳极电极指514。电极汇流线512a和512b可以具有其中宽度在离开阳极电极焊垫511的方向上以恒定的倾斜角而减小的渐缩结构。此外，如图5所示，多个第一阳极电极焊垫513和多个第二阳极电极焊垫514可以在离开阳极电极焊垫511的方向上具有减小的长度。如图4和图5所示，功率半导体器件400和500可以构造为使得阳极电极焊垫411和511设置在中央。因此，电流可以在整个区域上被均匀地扩展。而且，由于电极汇流线412a、412b、512a和512b的宽度以及多个第一阳极电极指413和513及多个第二阳极电极指414和514的长度被适当地改变，所以可以防止远离阳极电极焊垫411和511流动的电流的衰减。尽管已经示出和描述了本发明的一些示范性实施例，但是本发明不限于所描述的示范性实施例。而是，本领域技术人员将理解，可以对这些示范性实施例进行改变而不背离本发明的原理和精神，本发明的范围由权利要求书及其等同物限定。
本申请要求于2011年7月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请 No. 10-2011-0068935的权益，其公开内容通过引用结合于此。
权利要求
1.一种功率半导体器件，包括 阳极电极，包括阳极电极焊垫、电极汇流线、以及多个第一阳极电极指和多个第二阳极电极指，所述阳极电极焊垫设置在外延结构的中央，所述电极汇流线连接到所述阳极电极焊垫上彼此面对的第一侧和第二侧，所述电极汇流线每个在离开所述阳极电极焊垫的方向上具有减小的宽度，所述多个第一阳极电极指和所述多个第二阳极电极指与所述阳极电极焊垫上彼此面对的第三侧和第四侧连接并还与所述电极汇流线的两侧连接； 阴极电极，包括第一阴极电极焊垫和第二阴极电极焊垫、多个第一阴极电极指、以及多个第二阴极电极指，所述第一阴极电极焊垫和所述第二阴极电极焊垫关于所述阳极电极焊垫彼此面对设置，所述多个第一阴极电极指与所述第一阴极电极焊垫连接并与所述多个第一阳极电极指交替布置，所述多个第二阴极电极指与所述第二阴极电极焊垫连接并与所述多个第二阳极电极指交替布置；以及 绝缘层，设置在所述阳极电极的外部处以绝缘所述阴极电极。
2.如权利要求I所述的功率半导体器件，其中所述电极汇流线具有其中宽度在离开所述阳极电极焊垫的方向上阶梯地减小的台阶结构。
3.如权利要求I所述的功率半导体器件，其中所述电极汇流线具有其中宽度在离开所述阳极电极焊垫的方向上以恒定的倾斜角而减小的渐缩结构。
4.如权利要求I所述的功率半导体器件，其中所述多个第一阳极电极指和所述多个第二阳极电极指在离开所述阳极电极焊垫的方向上具有减小的长度。
5.如权利要求I所述的功率半导体器件，其中所述第一阴极电极焊垫和所述第二阴极电极焊垫关于所述阳极电极焊垫设置得邻近所述外延结构的上部的两个侧表面。
6.如权利要求I所述的功率半导体器件，其中所述第一阴极电极焊垫和所述第二阴极电极焊垫关于所述阳极电极焊垫设置得邻近所述外延结构的上部的对角线拐角。
7.如权利要求I所述的功率半导体器件，其中所述外延结构包括依次形成在衬底上的缓冲层、非掺杂的氮化物半导体层、氮化物半导体层和盖层。
8.如权利要求7所述的功率半导体器件，其中 所述阳极电极接合到所述盖层，并且 所述阴极电极设置在通过所述盖层暴露的所述氮化物半导体层上并与所述阳极电极隔开预定间隔。
9.如权利要求7所述的功率半导体器件，其中所述氮化物半导体层包括 第一氮化物半导体层，设置在所述非掺杂的氮化物半导体层上；以及 第二氮化物半导体层，设置在所述第一氮化物半导体层上。
10.如权利要求9所述的功率半导体器件，其中所述第一氮化物半导体层包括氮化铝(A1N)，所述第二氮化物半导体层包括氮化铝镓(AlGaN)。
11.如权利要求I所述的功率半导体器件，其中所述绝缘层提供在构成所述阳极电极的所述阳极电极焊垫、所述多个第一阳极电极指和所述多个第二阳极电极指的外部处，从而绝缘构成所述阴极电极的所述多个第一阴极电极指和所述多个第二阴极电极指。
12.如权利要求I所述的功率半导体器件，其中所述阳极电极和所述阴极电极每个包括从镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、钛氮化物(TiN)、钼(Pt)、金(Au)、二氧化钌(RuO2)、钒(V)、钨(W)、钨氮化物(WN)、铪(Hf)、铪氮化物(HfN)、钥(Mo)、镍硅化物(NiSi)、钴硅化物(CoSi2)、钨硅化物(WSi)、钼硅化物(PtSi)、铱(Ir)、锆(Zr)、钽(Ta)、钽氮化物(TaN)、铜( Cu)、钌(Ru)和钴(Co)中选择的至少一种金属性材料。
全文摘要
本发明提供了功率半导体器件以及其制造方法。该功率半导体器件包括阳极电极、阴极电极以及设置在阳极电极的外部处的绝缘层，该阳极电极包括阳极电极焊垫、电极汇流线、以及多个第一阳极电极指和多个第二阳极电极指，该电极汇流线连接到阳极电极焊垫上的第一侧和第二侧，该电极汇流线每个在离开阳极电极焊垫的方向上具有减小的宽度，该多个第一阳极电极指和该多个第二阳极电极指与阳极电极焊垫上的第三侧和第四侧连接并与电极汇流线的两侧连接，该阴极电极包括第一阴极电极焊垫和第二阴极电极焊垫、多个第一阴极电极指、以及多个第二阴极电极指，该多个第一阴极电极指与第一阴极电极焊垫连接，该多个第二阴极电极指与第二阴极电极焊垫连接。
文档编号H01L29/417GK102881726SQ20121024167
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者许承培, 金基世 申请人:三星电子株式会社