导电元件、包含导电元件的功率半导体器件及制备方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、二极管、场效应晶体管例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的功率半导体器件中，可能释放热能。例如，在切断功率器件期间，可能释放热能脉冲。在某些情况下，这些高热照射可以伴有电流丝，该电流丝可以引起热点并甚至可以导致半导体功率器件的破坏。
[0002]因此，功率器件的热管理变成在小型化上的进步和功率密度上的提升的一个限制因素。在减小半导体器件大小的情况下，减小了可以散热的面积。因此，期望用于在缩小器件尺寸的情况下处理增加的功率密度以及尤其是在切断期间生成的增加的热的观念。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的是提供满足上述要求的传导元件和功率半导体器件。
[0004]根据本发明，通过根据独立权利要求的所要求保护的主题来达到上述目的。在从属权利要求中限定实施例。
[0005]根据实施例，功率半导体器件包括半导体主体，形成在半导体主体中的该功率半导体器件的有源部分，以及电耦合至半导体主体中的至少一个有源部分的导电元件。该导电元件包括导电材料、和多个相变材料的夹杂物(inclus1n)、该相变材料具有在150°和400°之间的相变温度Tc，该夹杂物彼此分离并嵌入该导电材料中。
[0006]实施例涉及制备功率半导体器件的方法，该功率半导体器件包括半导体主体，在半导体主体中的有源部分，以及导电元件。形成该导电元件包括形成导电材料，以及形成多个相变材料的凝聚体，该相变材料具有在150°和400 °之间的相变温度。
【附图说明】
[0007]包含附图是为了提供对发明实施例的进一步理解且附图被并入本说明书且构成本说明书的一部分。附图图示了本发明的实施例并且与描述一起用于解释原理。将很容易理解本发明的其他实施例和预期的优点中的多个，因为通过参考下面的详细说明，他们变得更好理解。附图的元件不必相对于彼此按比例缩放。相同的附图标记指明对应类似的部件。
[0008]图1A是根据一个实施例的传导元件的透视图。
[0009]图1B是根据另外的实施例的传导元件的透视图。
[0010]图2A是根据一个实施例的包括传导元件的半导体器件的横截面视图。
[0011]图2B是根据一个实施例的集成电路的示例的横截面视图。
[0012]图2C是根据一个实施例的另外的半导体器件的示例的透视图。
[0013]图3A至3H图示了根据一个实施例的制备传导元件的步骤。
[0014]图4概述了根据一个实施例的制备传导元件的方法。
【具体实施方式】
[0015]下面详细的描述是参照附图做出的，附图形成其的一部分并且其中通过例证的方式图示具体实施例，在该具体实施例中可以实践本发明。就此而言，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、““头部、“尾部”等方向术语是参考正被描述的附图的取向来使用的。因为本发明实施例的部件可被定位在多种不同取向中，方向术语用于例证的目的且决不是限制性的。应当理解，在不偏离权利要求所限定范围的情况下可以利用其他实施例以及可以做出结构或逻辑的改变。
[0016]该实施例的描述不是限制性的。特别地，下文中所描述的实施例的元件可与不同实施例的元件相组合。
[0017]在后面的描述中使用的术语“晶片”、“衬底”或“半导体衬底”可包括任何具有半导体表面的半导体基结构。晶片和结构应当被理解为包括硅、绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上硅(SOS)、掺杂和未掺杂的半导体、由基底半导体基础支撑的娃外延层、以及其他半导体结构。该半导体需要不是硅基的。该半导体还可以是硅-锗、锗、或砷化镓。根据其他实施例，碳化娃(SiC)或氮化镓(GaN)可形成半导体衬底材料。
[0018]如本文中所使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等为开放式术语其指示所述元件或特征的存在，而不排除附加的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”意在包括多数以及单数，除非上下文清楚另有指示。
[0019]如在该说明书中所使用的，术语“耦合”和/或“电耦合”并不意味着意指元件必须直接耦合在一起，在“耦合”和“电耦合”的元件之间可以提供中间元件。术语“电连接”意在描述在电连接在一起的元件之间的低欧姆电连接。
[0020]图1A是根据一个实施例的传导元件的透视图。图1A中所示的传导元件200包括导电材料210和多个相变材料构成的夹杂物220。该相变材料具有在150°C和400°C之间的相变温度Tc。该夹杂物220彼此分离并嵌入该导电材料210中。因此，图1A中所示的传导元件200包括导电材料的矩阵。
[0021]该导电材料210可以是金属或任何其他合适的传导材料。例如，该传导材料210可以是Al或Cu。该夹杂物可由具有在150°和400°之间的相变温度Tc的相变材料制成。例如，该相变材料可以是铋(Bi)或任何其他具有相对较低熔点的材料。例如，铋具有在271.3°C处的熔点。无论如何，可以使用另外的材料，诸如铅、石蜡和特定盐。相变材料的夹杂物可形成三维阵列。可替换地，夹杂物可被设置在一层中且可形成两维阵列。根据一个实施例，该夹杂物被不规则布置，例如以不规则图案的形式。根据一个实施例，该夹杂物可以是被规则布置，例如以规则图案的形式。夹杂物220可具有相同形状。可替换地，该夹杂物220可具有变化的形状和变化的大小。下面将参考附图1B进行更详细解释。
[0022]图1A中所示的导电元件以很快的速率吸收热脉冲。例如，该热脉冲可以导致该相变材料的熔化。在后续的阶段，该相变材料可以以慢的速率递送该吸收的热。
[0023]由于该具有相变材料的夹杂物的导电材料的特殊组合，热将被传导至该相变材料以便被吸收。因此，和整个层由熔融时具有增加的电阻率的材料制成的相变材料组成的情况相比，热可以非常有效地被吸收。相反，当设置在夹杂物内的相变材料吸收热时，导电材料的电阻率可以基本上不改变。
[0024]铋是适合的相变材料的一个示例。如前所述，铋具有在271.3°C处的熔点并示出熔化的不规则。这意味着铋在转变为液相期间具有增加的密度。因此，铋的熔化不导致体积的增加且因此可避免周围金属矩阵的破裂。此外，铋几乎不溶于铝或铜以及反之亦然。因此，铋不会与Cu-或Al-矩阵材料反应，即使在熔化期间。因此，在许多连续热事件中，铋保持其熔点和其存储过量热的能力。此外，即使在多个脉冲之后该相变也是可逆的。因此，热可以被临时存储在相变材料中并且之后被再传递至该传导材料。此外，铋是无毒重金属。
[0025]如图1所示，由于导电材料和多个相变材料夹杂物的特殊组合，可以达到导电材料的有益性质(例如，良好的热传导性)和另外相变材料夹杂物的有益性质(即，在相关温度范围内通过熔化的热存储容量)的组合。
[0026]导电元件200的厚度可以是约I至100微米，例如15至30微米。此外，夹杂物的直径d可以是0.05至10微米，例如0.1至2微米或0.5至I微米。在这方面，需要注意术语“夹杂物的直径d”并不一定意味着该夹杂物具有圆形或半圆形的横截面。术语“夹杂物的直径d”指的是该夹杂物的最大延伸长度，并且该夹杂物可具有任意形状。
[0027]作为相变材料的铋相对于导电元件的质量比大于60质量％以及小于95质量％。特别地，Bi的高质量比由于以下的