导电元件、包含导电元件的功率半导体器件及制备方法_2

文档序号:9507379阅读:来源:国知局
事实:相较于Al或Cu的密度,Bi具有非常高的密度。导电元件的热吸收可通过包含大比率相变材料而改进。无论如何,当形成诸如导电元件时,夹杂物中的每一个应当被该导电材料210完全包围以便确保热被有效传递。因此,相变材料相对于导电材料的最佳比率平衡这些影响。相变材料相对于导电元件的体积比可大于35体积%且小于95体积%。
[0028]当选择合适的导电元件厚度时,必须考虑应力和晶片弯曲的影响。此外,厚度必须是这样的,使得该层可以以容易的方式进行图案化。
[0029]尽管铋已经被描述为相变材料,但是应当清楚地理解,可以使用任何具有在150°C和400°C之间的相变化温度的其他材料。此外,相变不局限于液固相变化,而是可以出现任何其他类型的相变。
[0030]图1B图示了一个实施例,根据该实施例,夹杂物220具有不同的形状和大小。尽管该夹杂物220被这样图示,使得具有类似形状并被部分聚结,应当清楚地理解术语“不同的形状和大小”也包括夹杂物具有完全任意的形状的情况。例如,可通过相变化材料的多个聚结液滴形成单个夹杂物。该聚结液滴可形成二维台面或在任意方向上延伸的结构。例如,除了图1A和IB中所示的形状以外,该夹杂物或聚结液滴可形成层的一部分,垂直或水平延伸的列等。无论如何,该夹杂物应当被导电材料210完全包围以便确保热被有效地传递。在相变化材料的聚结液滴的情况下,如上所限定的术语“夹杂物的直径d”指的是单个液滴的直径,其可以具有任意形状且不需要是圆形或半圆形。
[0031]图1A和IB中所示的导电元件适合作为用于半导体器件的金属化层,所述半导体器件诸如是功率器件,特别是功率M0SFET、功率IGBT、功率二极管、功率IC等。此外,这种传导元件可应用于二极管、LED激光二极管和太阳能电池。例如,该导电元件可以是图案化的。此外,该导电元件可用作用于生成热的任何种类的应用的热沉。
[0032]图2A示出根据一个实施例的半导体器件的示例。功率MOSFET的部件或有源部分被设置在半导体衬底或半导体主体100内。该所示的配置仅作为一个示例给出。如将清楚地理解的,功率半导体器件可以以任何替换方式实现。根据图2A所示的配置,源区130被设置为邻近于半导体衬底100的第一主表面110。漏区140被设置在半导体衬底100的第二主表面112处。沟槽113被形成在半导体衬底100的第一主表面110中。场板170被设置在沟槽113的下部分中。栅电极160被设置在沟槽113的上部分中。借助于栅电介质165,栅电极160与邻近的半导体主体区120绝缘。借助于场板电介质175,场板170与邻近的漂移区150绝缘。源区130连接至耦合至源端子的源接触135。此外,栅电极160耦合至栅滑槽(runner) 167。该导电元件200被设置在该半导体器件上方。
[0033]该导电元件200可具有如图1A和IB所示的配置。该导电元件200可以形成布线结构。例如,该导电元件200可耦合至源接触135。根据另外的实施例,该导电元件200可被设置在某一位置处,在该位置处可以生成大量的热。例如,本文中所述的导电元件200可与常规的导电元件结合使用。根据一实施例,该导电元件可以是半导体器件的部件。因此,该导电元件可执行该部件的功能并进一步充当热沉,并且消散生成的热。
[0034]通常,该导电元件可从半导体主体中的有源部分向第一或第二负载端子传导电流。
[0035]例如,该半导体器件190可以是垂直半导体器件,其可在第一和第二负载端子接触之间沿垂直于主表面的垂直方向传导负载电流。如应当清楚地理解的,半导体器件190也可以是水平器件,其在第一和第二负载端子接触之间沿水平方向传导负载电流。
[0036]该半导体器件100可以是分立半导体器件,其是半导体主体中的单个晶体管,而没有任何其他有源半传导元件与其互连。尽管在半导体主体中和/或上可以形成诸如电阻器、电容器和电感器的无源器件,但该分立的半导体器件被指定为执行基本的电子功能。尽管该分立半导体器件100可包括大量晶体管单元,但该分立的半导体器件被指定为执行基本的电子功能并且不可分割为分开的它们自身的部件功能,例如对于集成电路典型的。
[0037]根据另外的实施例,集成电路可以包括如上所述的导电元件。例如该集成电路(IC)可以由制备和互连在单个半导体主体上的几个至几十亿个的有源器件组成。
[0038]图2B示出了根据一个实施例的功率IC 300的示例。该功率IC 300包括诸如图2A中所示的半导体器件部分190,和用于实现诸如功率IC的逻辑电路的其他功能的电路元件320。该导电元件200可被这样形成,以便被设置在半导体器件部分190和该功率IC300的电路元件320上方。电路元件可包括有源和无源元件,例如,晶体管、二极管、电阻器、电容器、电感器。根据另外的实施例,导电元件200可被设置在可以生成大量热的某一位置处。例如,本文中描述的导电元件200可与常规的导电元件结合使用。
[0039]图2C示出半导体器件的另外的实施例。图2C的半导体器件195可以是如上所述的功率器件或任何其他种类的半导体器件,诸如二极管、太阳能电池、发光器件等。图2C中示出的该半导体器件195还包括导电元件200,其被图案化以便形成行180。如应该清楚地理解的,根据半导体器件的需求,导电元件200可被图案化为任何其他合适的形状。例如,该图案化的导电元件200可形成布线。根据一实施例,导电元件200可以包括多个分开的具有类似或不同形状的传导子元件。根据另外的实施例,导电元件200可与常规的导电元件组合。
[0040]图3A至3H图示了形成根据实施例的导电元件的方法。在基底金属元件400的整个表面上方溅射铋材料。在本文中,术语“在整个表面上方”意在意指在该阶段没有采用用于图案化夹杂物的掩模。根据各实施例,基底金属元件40的一些区域可以是被掩蔽的,但是没有使用用于图案化夹杂物的掩模。例如,基底金属元件400可包括铝。根据另外的实施例,基底金属元件400可包括铜或任何其他合适的导电材料。如图3A所示,祕以20-1000nm的厚度被溅射到基底传导元件400的主表面上。在某一载体上方不形成连续层而是形成颗粒的凝聚体的情况下,术语“厚度”涉及颗粒量,其会形成在不同载体上方(例如在可涂覆或可湿的载体上)的层以便具有指定厚度。例如,厚度可以是100至800nm。根据该方法,薄层的铋颗粒410凝聚形成凝聚体412。因此,如图3B所示,溅射的铋材料不被形成为薄层而是形成为凝聚体412。
[0041]随后,如图3C所示,在图3B的结构上方形成层415。例如,层415可包括与基底传导元件400相同的材料。例如,层415可通过溅射形成。根据一实施例,2腔室溅射装置可以用于执行溅射不同材料的工艺。例如,层415可被这样溅射以便具有约0.05至I微米的厚度。该传导层415被这样溅射,以便整体覆盖该铋材料的凝聚体或液滴412。因此,选择其厚度使得铋凝聚体或液滴被该传导层415覆盖。
[0042]随后,如图3D所示,执行另外的溅射工艺以便形成该传导层415上方的第二层颗粒418。例如,铋再次可以被当作是用于形成颗粒418的材料。铋形成在层415上方的凝聚体或液滴412。之后,在凝聚体412和第一传导层415上方形成第二传导层420。例如,Al或Cu可被当作是用于第二导电层420的金属。图3F示出了得到的结构的示例。
[0043]之后,如图3G所示,通过溅射形成另外的薄传
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