一种提高器件纵向耐压能力的半导体装置封装结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高器件纵向耐压能力的半导体装置封装结构，本发明的半导体装置为采用III-V半导体材料的高电子迁移率器件，通过半导体装置衬底与绝缘的DBC基板相连，所得到的DBC基板再与外部封装相连，可以使得该半导体装置在承受反偏高压时，DBC板承担大部分耐压，器件纵向耐压获得增强。通过优化横向尺寸及结构可以大幅度提高半导体器件的综合耐压水平。
【专利说明】一种提高器件纵向耐压能力的半导体装置封装结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及到一种提高器件耐压能力的半导体装置封装结构，本发明的半导体装置封装结构主要应用于分立高压器件。
【背景技术】
[0002]II1-V族氮化物型器件的氮化镓(GaN)半导体器件是近年来迅速发展起来的新型半导体材料器件。基于GaN半导体材料的器件能够载送大的电流并支持高压，同时此类器件还能够提供非常低的比导通电阻和非常短的切换时间。
[0003]GaN及其相关合金之间能够形成高质量的异质结结构，因此，在AlGaN/GaN异质结结构中杂质散射减小，从而能够得到高电子迁移率的二维电子气，在AlGaN/GaN异质结结构中存在自发极化和压电极化效应，这使得它的二维电子气浓度比传统异质结结构高一个数量级左右。因而由AlGaN/GaN异质结结构构成的器件GaN HEMTs能够提供较低的比导通电阻，减小功率器件的损耗。同时GaN HEMTs为宽能带隙半导体材料器件，具有高耐压的特性。
[0004]对于GaN HEMTs的衬底，考虑到产业化发展的需要，衬底材料的制备要求简洁，成本不宜很高。衬底尺寸一般不小于2英寸。目前GaN HEMT通常选择S1、SiC或蓝宝石作为衬底。单晶Si，是应用很广的半导体材料，作为衬底面积易做大，导热性好，最重要的是价格低廉，适用于商业化生产。所以当前在致力研究在Si衬底上生长GaN器件。但是基于硅衬底的半导体器件，当器件漏端施加高压时会存在纵向击穿问题，从而使器件的耐压能力受到纵向击穿的限制。
[0005]由于AlGaN/GaN异质结利用自发极化和压电极化效应形成高密度二维电子气，使这种结构具有很低的导通电阻。然而，实现一定功率密度和满足特定电压转换的功率器件，击穿电压是一个非常重要的参数，当前研究者在硅功率器件中已经设计了很多提高功率器件击穿电压的方法和技术。但是，AlGaN/GaN HEMTs器件的特殊耐压机理使得设计优化高击穿电压的硅技术不能直接移植。为了解决这一问题，本专利提出了一种通过封装来提高器件的纵向耐压能力来优化器件的耐压。
【发明内容】
[0006]本发明提出一种提高器件纵向耐压能力的半导体装置封装结构。
[0007]本发明提出了一种II1-V半导体材料的高电子迁移率器件的封装结构，其描述的特点包括:提高器件的耐压能力。本发明提出的半导体装置封装结构，其中半导体装置包含了 2DEG的结构，实现了导通电阻和导通损耗的降低。
[0008]且该半导体封装结构包含以下的一个或多个特征:1)绝缘的DBC基板。2)所述的半导体装置安装在所述的DBC基板上。3)所得到的基板通过引线连接到外部封装基板。
[0009]一种提高器件耐压能力的半导体装置封装结构，其中半导体装置特征在于:该半导体装置包括了第一 II1-V半导体材料层，第二 II1-V半导体材料层和三个端口，其中，第二 II1-V半导体材料层堆叠在第一 II1-V半导体材料层上，且2DEG沟道形成于第一 II1-V半导体材料层。第一端口为源极电极，同第一 πι-v半导体材料层进行欧姆接触，第二端口为漏极电极，同第一 II1-V半导体材料层进行欧姆接触。第三端口为栅极电极，同第二IH-V半导体材料层进行肖特基接触。
[0010]一个绝缘的DBC基板有三层结构，此DBC基板上下两层为铜板或类似功能的材料，中间填充AlN半导体材料，或具备类似功能的材料。所述的DBC基板上端与所述的半导体装置接触，下端与外部封装基板连接。DBC基板位于封装引线框与半导体装置之间。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为一种提高器件耐压能力的半导体装置封装结构的剖面示意图(其中半导体材料器件内部结构未画出)。
【具体实施方式】
[0012]图1为本发明的一种提高器件耐压能力的半导体装置封装结构的剖面示意图，下面结合图1详细说明。
[0013]一种提高器件耐压能力的半导体装置封装结构，包括，外部封装基板100，为绝缘层。外部金属电极101。102-104为导电的DBC基板，其中102和104为铜板或类似功能的材料，103为AlN半导体材料或其他类似功能的材料。102通过连线与101相连。105为半导体装置，105为半导体装置衬底，与104接触。106-108为半导体装置的三个端口。106为半导体装置的漏极端口，通过连线与102相连。
[0014]通过上述实例阐述了本发明，同时也可以采用其它实例实现本发明，本发明不局限于上述具体实例，因此本发明由所附权利要求范围限定。
【权利要求】
1.一种提高器件纵向耐压能力的半导体装置封装结构，其特征在于: II1-V族半导体材料制备的半导体装置； 绝缘的DBC基板； 所述的半导体装置安装在所述的DBC基板上； 所得到的基板通过引线连接到外部封装基板。
2.如权利要求1所述的半导体装置封装结构，其中，所述半导体装置最上层是其中在器件的接入区中形成2DEG的沟道层。
3.如权利要求1所述的半导体装置封装结构，所述半导体装置衬底为硅半导体材料。
4.如权利要求1所述的半导体装置封装结构，所述的DBC基板是不导电的。
5.如权利要求1所述的半导体装置封装结构，其中，所述的DBC基板可以是任意结构的。
6.如权利要求1所述的半导体装置封装结构，其中，所述的DBC基板上端与所述的半导体装置接触，下端与外部封装基板连接。DBC基板位于封装引线框与半导体装置之间。
【文档编号】H01L23/522GK104347582SQ201310326155
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】谢刚, 何志, 陈琛, 盛况, 崔京京 申请人:浙江大学苏州工业技术研究院