專利名稱：半導(dǎo)體器件以及制造該半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，具體地說(shuō)，涉及包括一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo) 體器件和襯底的半導(dǎo)體器件以及制造該半導(dǎo)體器件的方法，所述一個(gè)或多個(gè)功率半導(dǎo)體器件和襯底被電連接。
背景技術(shù)：
許多研究機(jī)構(gòu)目前正在研究和開(kāi)發(fā)碳化硅(SiC)器件。SiC器件的特征是低導(dǎo)通電阻、聞速開(kāi)關(guān)、聞溫操作等等。連接SiC器件的方法以及用于SiC器件的低熱阻封裝已經(jīng)被公開(kāi)(例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)I和2)。專利文獻(xiàn)I和2公開(kāi)了制造容納SiC器件的封裝的方法。使用TLP結(jié)合技術(shù)將SiC器件連接到另一部件或?qū)щ姳砻?。專利文獻(xiàn)I和2中公開(kāi)的每個(gè)TLP技術(shù)是通過(guò)使用同時(shí)形成的三種或四種類型的導(dǎo)電金屬的混合晶體形成高溫熔點(diǎn)連接來(lái)連接SiC器件的技術(shù)。由于使用三種或四種類型的金屬材料的TLP連接，導(dǎo)電金屬的混合晶體的構(gòu)成材料是復(fù)雜的。另一方面，例如，包含Sn和/或Pb并具有比較低的、不超過(guò)430 V的熔點(diǎn)的復(fù)合焊料制品已經(jīng)被公開(kāi)(例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)3)。在專利文獻(xiàn)3中，復(fù)合焊料制品特征在于焊料合金的液相和固相之間的溫度差小于基本焊料材料的液相和固相之間的溫度差。而且，使用晶片級(jí)焊料轉(zhuǎn)移技術(shù)的金屬轉(zhuǎn)移MEMS封裝已經(jīng)被公開(kāi)(例如，參見(jiàn)非專利文獻(xiàn)I)。在非專利文獻(xiàn)I中，通過(guò)TLP技術(shù)使用相對(duì)薄的Ni-Sn層來(lái)結(jié)合器件晶片和封裝帽。而且，噴射技術(shù)被稱為形成具有大于結(jié)合線的面積的面積的銅(Cu)涂層的技術(shù)(例如參見(jiàn)非專利文獻(xiàn)2)。引文列表
專利文獻(xiàn)I :國(guó)際公開(kāi)物W02006/074165專利文獻(xiàn)2 :美國(guó)專利特開(kāi)公開(kāi)物US2006/0151871專利文獻(xiàn)3 :日本專利未經(jīng)審查的申請(qǐng)公開(kāi)物(PCT的譯文)No. 04-503480非專利文獻(xiàn) I :Warren C. Welch, III, Junseok Chae和Khalil Najafi^tJ〃Transferof Metal MEMS Packages Using a Wafer-Level Solder Transfer Technique"， IEEETRANSACTION ON ADVANCED PACKAGING, VOL. 28，NO. 4，NOVEMBER 2005，pp. 643-649非專利文獻(xiàn) 2 :T. Stoltenhoff，C. Botchers, F. Gartner, H. Kreye 的〃Microstructures and key properties of cold-sprayed and thermally sprayedcopper coatings", Surface & Coatings Technology, 200(2006), pp. 4947-4960。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題
電連接功率半導(dǎo)體器件和襯底或電連接功率半導(dǎo)體器件和封裝的常規(guī)方法包括在半導(dǎo)體器件的焊盤和襯底之間或者在半導(dǎo)體器件的焊盤和封裝的焊盤或跡線之間使用鋁或金線的線結(jié)合技術(shù)。然而，該方法對(duì)高功率 /高頻半導(dǎo)體器件的高頻開(kāi)關(guān)的性能和功率級(jí)具有限制。這是因?yàn)榻Y(jié)合線的固有電氣寄生電感引起過(guò)電壓和過(guò)電流，其可能限制功率半導(dǎo)體器件的頻率特性。如果結(jié)合線能夠被具有比結(jié)合線的矩形截面面積更寬和更大的矩形截面面積的功率互連結(jié)構(gòu)代替，則寄生電感和電阻將被大大降低。而且，功率器件的開(kāi)關(guān)性能可以被改
盡
口 O本發(fā)明的目的是提供一種具有大大降低的寄生電感和電阻以及改善的高頻開(kāi)關(guān)性能的半導(dǎo)體器件以及提供一種制造該半導(dǎo)體器件的方法。問(wèn)題的解決方案
根據(jù)實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括襯底；布置在襯底上的源極跡線、漏極跡線和柵極跡線；布置在漏極跡線上并包括源極焊盤和柵極焊盤的晶體管；布置在襯底上的漏極跡線和源極跡線之間以及漏極跡線和柵極跡線之間以覆蓋晶體管的側(cè)壁表面的絕緣膜；布置在源極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上并連接晶體管的源極焊盤和源極跡線的源極噴射電極；和布置在柵極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上并連接晶體管的柵極焊盤和柵極跡線的柵極噴射電極。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括形成襯底；在襯底上形成源極跡線、漏極跡線和柵極跡線；在漏極跡線上形成晶體管，該晶體管包括源極焊盤和柵極焊盤；在襯底上在源極跡線和漏極跡線之間以及在柵極跡線和漏極跡線之間形成絕緣膜，該絕緣膜覆蓋晶體管的側(cè)壁表面；在源極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上形成源極噴射電極，該源極噴射電極連接晶體管的源極焊盤和源極跡線；在柵極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上形成柵極噴射電極，該柵極噴射電極連接晶體管的柵極焊盤和柵極跡線。本發(fā)明的有益效果
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種具有大大降低的寄生電感和電阻以及改善的高頻開(kāi)關(guān)性能的半導(dǎo)體器件以及提供一種制造該半導(dǎo)體器件的方法。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意平面圖案配置圖。圖2是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的示意平面圖案圖。圖3是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的示意截面配置圖。圖4是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的示意截面配置圖。圖5A是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的平面圖案照片實(shí)例。
圖5B是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的另一平面圖案照片實(shí)例。圖6是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的示意截面配置圖。圖7是應(yīng)用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的噴射設(shè)備的示意配置圖。圖8是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的示意截面配置圖。圖9A是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的平面圖案照片實(shí)例。圖9B是圖9A的說(shuō)明圖。圖IOA是沿線I-I的圖9A的示意截面配置圖。圖IOB是圖IOA的部分J的放大圖。圖11是沿線II-II的圖9A的示意截面圖。圖12A是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的截面照片的實(shí)例。圖12B是用于解釋圖12A的示意截面配置圖。圖13是用于解釋在制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的修改實(shí)例的半導(dǎo)體器件的方法中的使用噴射設(shè)備的陶瓷沉積步驟的示意配置圖。圖14是包括根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例或其修改實(shí)例的半導(dǎo)體器件的三相反相器的不意電路圖。圖15是應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例或其修改實(shí)例的半導(dǎo)體器件的作為半導(dǎo)體器件實(shí)例的SiC MOSFET的示意截面配置圖。
具體實(shí)施例方式接下來(lái)，參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在下面對(duì)附圖的描述中，相同或類似的部分被給予相同或類似的參考數(shù)字或符號(hào)。附圖是示意性的，并且厚度和平面尺度之間的關(guān)系、各層的厚度的比例等等與實(shí)際的那些是不同的。具體厚度和尺度應(yīng)當(dāng)參考下面的描述來(lái)確定。而且，顯然一些部分在每個(gè)圖中具有不同的尺度關(guān)系和比例。而且，下面的實(shí)施例說(shuō)明具體實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思的器件和方法，以及本發(fā)明的實(shí)施例沒(méi)有對(duì)下面描述中的那些規(guī)定構(gòu)成部件的材料、形狀、結(jié)構(gòu)、布置等。本發(fā)明的實(shí)施例可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變化。第一實(shí)施例 半導(dǎo)體器件的配置
如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意平面圖案配置包括襯底I ;布置在襯底I上的源極跡線(ST) 2 ;漏極跡線(DT) 4 ;柵極跡線(GT) 6 ;布置在漏極跡線(DT) 4上并包括源極焊盤18和柵極焊盤16的晶體管12 ;布置在襯底上的源極跡線12和柵極跡線16之間以及源極跡線2和漏極跡線4之間以便覆蓋晶體管12的側(cè)壁表面(參見(jiàn)圖3)的絕緣膜14 ;源極噴射電極(SE) 8，其布置在被設(shè)置在源極跡線2和漏極跡線4之間的絕緣膜14上并連接晶體管12的源極焊盤(SP) 18和源極跡線2 ;以及柵極噴射電極(GE) 10，其布置在被設(shè)置在源極跡線6和漏極跡線4之間的絕緣膜14上(參見(jiàn)圖3)并連接晶體管12的柵極焊盤(GP) 16和柵極跡線6。而且，如圖I所示，半導(dǎo)體器件的示意平面圖案配置可以包括用于在晶體管12上的包封的密封層88。晶體管12被提供有在芯片外圍中的保護(hù)環(huán)44用于降低電場(chǎng)。襯底I由絕緣襯底構(gòu)成，以便在其上安裝源極跡線(ST) 2、漏極跡線(DT) 4和柵極跡線(GT) 6。絕緣襯底I可以由例如氮化鋁(A1N)、氧化鋁(A1203)、氮化硅(SiN)等制成。源極跡線(ST) 2、漏極跡線(DT) 4和柵極跡線(GT) 6由例如鋁或銅制成，并且可以被鍍有鎳(Ni)用于防止氧化。絕緣膜14可以由下述中的任何一個(gè)制成硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。如圖4所示，保護(hù)膜17可以被設(shè)置在絕緣膜14上。保護(hù)膜17可以類似于絕緣膜14由下述中的任何一個(gè)制成硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。源極噴射電極(SE) 8和柵極噴射電極(GE) 10中的每一個(gè)可以由下述中的任何一個(gè)制成銅、銀、鎳、招、鉬、鈕、鎳鉻合金、鎳招合金、鎳鉻娃合金、鎳娃合金和銅鎳合金。晶體管12可以例如是SiC MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。制造半導(dǎo)體器件的方法
如圖I所示，制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟形成襯底I ;在襯底I上形成源極跡線(ST) 2、漏極跡線(DT) 4和柵極跡線(GT) 6 ;以及在漏極跡線(DT)4上形成晶體管12，該晶體管12包括源極焊盤(SP) 18和柵極焊盤(GP) 16。如圖2所示，用于解釋制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的示意平面圖案配置在于漏極跡線(DT) 4上形成晶體管12的步驟之后包括分別在源極跡線(ST)2和柵極焊盤18之間、在源極跡線(ST) 2和柵極焊盤(GP) 16之間、在柵極跡線(GT) 6和源極焊盤(SP) 18之間、以及在柵極跡線(GT) 6和柵極焊盤(GP) 16之間形成線結(jié)合82、80、86和84的步驟，以允許源極跡線(ST) 2、柵極焊盤(GP) 16、柵極跡線(GT) 6和源極焊盤(SP) 18具有相同的電勢(shì)；形成源極噴射電極(SE) 8 ;形成柵極噴射電極10 ;以及切割被形成以提供相同電勢(shì)的線結(jié)合82、80、86和84。制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的一些步驟在被實(shí)施的同時(shí)可能會(huì)損害晶體管12。例如，在利用噴射技術(shù)形成絕緣膜和噴射電極時(shí)，不小于20 V的高電壓可以被施加在晶體管12的柵電極和源電極兩端以及晶體管12的柵電極和漏電極兩端。由于高電壓引起的這種損害將降低半導(dǎo)體器件20的制造產(chǎn)率。為了保護(hù)半導(dǎo)體器件20不受由于高電壓引起的損害的影響并提高制造產(chǎn)率，有必要在制造過(guò)程時(shí)潛在地確保晶體管12中的柵極端子和漏極端子兩端、柵極端子和源極端子兩端、源極端子和漏極端子兩端為0V。因此，可以使用例如具有小直徑的線結(jié)合82、80、86和84 (例如大約30iim的金線)電連接各、端子，如圖2所示，并且在完成所有制造步驟之后執(zhí)行除去線結(jié)合82、80、86和84的步驟。形成絕緣膜的步驟
如圖3所示，制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法還包括以下步驟在襯底I上的源極跡線2和漏極跡線4之間、柵極跡線6和漏極跡線電極4之間形成覆蓋晶體管12的側(cè)壁表面的絕緣膜14。這里，絕緣膜14例如由下述中的任何一個(gè)制成硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。通過(guò)施加諸如硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或封裝材料的電絕緣材料并對(duì)其進(jìn)行熱固來(lái)執(zhí)行形成絕緣膜14的步驟。 在SiC MOSFET的情況下，該步驟是必需的，以便防止由于空氣中的放電而在SiCMOSFET的邊緣或各角處引起的擊穿。包括硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂的材料可以利用注射器來(lái)施加。形成保護(hù)膜的步驟
在半導(dǎo)體器件20的絕緣膜14上形成保護(hù)膜17的步驟如圖4中所示。這里，保護(hù)膜17可以由下述中的任何一個(gè)制成硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。圖5A示出用于解釋制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的平面圖案照片實(shí)例及其說(shuō)明圖。圖5A是在形成絕緣膜14之后、在形成保護(hù)膜17之前(如圖3所示)的平面圖案照片。在圖5A中，在源極跡線2和漏極跡線4之間、在柵極跡線16和漏極跡線4之間、以及在晶體管12的保護(hù)環(huán)44上形成絕緣膜14。圖5A還示出在形成絕緣膜14之后的柵極焊盤(GP) 16、源極焊盤(SP) 18、在柵極焊盤(GP) 16上的焊料層16a、和在源極焊盤(SP) 18上的焊料層18a。在圖5A的實(shí)例中，絕緣膜14由透明聚酰亞胺樹(shù)脂制成。圖5B示出用于解釋制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的平面圖案照片實(shí)例及其說(shuō)明圖。圖5B是在形成絕緣膜14并且然后形成保護(hù)膜17 (如圖4所示)之后的平面圖案照片。圖5B示出在除了柵極焊盤(GP) 16上的焊料層16a和源極焊盤(SP)18上的焊料層18a之外的整個(gè)平面圖案上形成的保護(hù)膜17。在圖5B的實(shí)例中，保護(hù)膜17由硅氧烷樹(shù)脂制成。在制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法中，晶體管12的表面包括需要被保護(hù)的重要部分。例如，保護(hù)環(huán)44形成在晶體管12內(nèi)以便防止擊穿電壓。如果該保護(hù)環(huán)44的結(jié)構(gòu)被暴露于晶體管12的表面中的外部空氣，則將降低耐電壓，并且電流泄露將增加。這需要利用保護(hù)環(huán)44上的絕緣膜的保護(hù)。在沒(méi)有這種保護(hù)的情況下，在形成根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電極的步驟中，電短路可能出現(xiàn)在晶體管12的端子兩端。因此，為了防止在施加的源極噴射電極(SE) 8和保護(hù)環(huán)44之間以及在柵極噴射電極10和保護(hù)環(huán)44之間的電流泄露，期望絕緣膜14和保護(hù)膜17具有足夠的厚度并沿保護(hù)環(huán)44形成。在晶體管12上，布置柵極焊盤(GP) 16和源極焊盤(SP) 12。在柵極焊盤(GP) 16上，布置焊料層16a，并且在源極焊盤(SP) 18上，布置焊料層18a。絕緣膜14或保護(hù)膜17形成在柵極焊盤(GP) 16、源極焊盤(SP) 18、在柵極焊盤(GP) 16上的焊料層16a、以及在源極焊盤(SP) 18上的焊料層18a周圍。如圖6所示，制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法包括在設(shè)置在源極跡線2和漏極跡線4之間的絕緣膜14和保護(hù)膜17上形成源極噴射電極8的步驟，該源極噴射電極8連接晶體管12的源極焊盤18和源極跡線2 ;和在設(shè)置在柵極跡線6和漏極跡線4之間的絕緣膜14和保護(hù)膜17上形成柵極噴射電極10的步驟，該柵極噴射電極10連接晶體管12的柵極焊盤16和柵極跡線6。噴射技術(shù)
如圖7所示，應(yīng)用于制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件20的方法的噴射設(shè)備56的示意配置包括氣體入口端口 58 ;閥門60和62，用于切換從氣體入口端口 58提供的氣體；粉末供給容器，在該粉末供給容器中引入通過(guò)閥門62和管道63提供的氣體；加熱器66，通過(guò)閥門60提供的氣體被引入到該加熱器；噴槍68，從粉末供給容器64通過(guò)管道65提供的用于沉積的粉末以及從加熱器66通過(guò)管道67提供的氣體被引入到該噴槍；噴嘴70，用于噴射從噴槍68提供的粉末；孔72，其被布置在噴嘴70的出口處；和噴射的粉末76，其通過(guò)孔72被輸出。這里，被噴射的粉末76被沉積在半導(dǎo)體器件20的表面上。
從氣體入口 58提供的氣體的類型例如是氦氣、氮?dú)?、空氣等等。從粉末供給容器64提供的粉末的實(shí)例是金屬、合金、聚合物、及其混合物，其具有I到50 ii m的粒子尺寸。噴射的粉末76以例如大約300到1200 m/s的高粒子速度通過(guò)噴嘴70從噴槍68噴射，如氣體和金屬、合金、聚合物、及其混合物(其具有I到50iim的粒子尺寸)的噴出。使用圖7所示的噴射設(shè)備56，噴射電極可以利用例如下述形成在半導(dǎo)體器件20上銅、銀、招、鉬、鈕、鎳鉻合金、鎳招合金、鎳鉻娃合金、鎳娃合金、銅鎳合金等等。這里，如圖8所示，形成源極噴射電極8的步驟以及形成柵極噴射電極10的步驟可以包括在源極跡線2、柵極跡線6和晶體管12上施加掩蔽帶92的步驟；通過(guò)噴射技術(shù)沉積噴射的粉末76a以同時(shí)形成源極噴射電極8和柵極噴射電極10的步驟；和除去掩蔽帶92的步驟。掩蔽帶92被布置在晶體管12、源極跡線2以及柵極跡線6的表面上。掩蔽帶92形成預(yù)定的圖案，用于最后的電連接。掩蔽帶92的圖案通過(guò)幾何形狀和圖案來(lái)確定并具有防止可能在形成噴射電極的步驟時(shí)發(fā)生的過(guò)噴射的作用。過(guò)噴射可能引起在晶體管12的各端子之間的電流泄露或電短路。因此期望使用掩蔽帶92在預(yù)定位置處形成源極跡線2和柵極跡線6。在形成噴射電極的步驟，金屬直接噴射在晶體管12的表面上、絕緣膜14或保護(hù)膜17的表面上、以及源極跡線2和柵極跡線6的表面上。被噴射的金屬可以是很多種材料，其實(shí)例是銅、銀、鎳、鋁、鉬、鈀、鎳鉻(Ni-Cr)合金、鎳鋁(Ni-Al)合金、鎳鉻硅(Ni-Cr-Si)合金、鎳娃(Ni-Si)合金、銅鎳(Cu-Ni)合金等等。通過(guò)沉積加熱的適當(dāng)材料的粉末通過(guò)噴槍68來(lái)噴射金屬材料。可以使用或者可以不使用孔72?？?2的開(kāi)口形狀是矩形，尺寸為例如大約2x2 mm、大約1x2 mm、或大約0. 5x2 mm。以這樣的方式使孔72的開(kāi)口形狀變窄的原因是為了最小化由于沉積在晶體管12的表面上的噴射電極而導(dǎo)致的熱效應(yīng)和所沉積粒子的體積。通過(guò)前述噴射技術(shù)形成的源極跡線2和柵極跡線6的厚度可以不超過(guò)I密耳(mil) (25 iim)以及在最大值高達(dá)100密耳(2500 iim)。取決于晶體管12上的金屬焊盤的數(shù)目，該噴射技術(shù)允許通過(guò)多個(gè)金屬焊盤的互連。為了最小化晶體管12的表面的溫度，噴槍68可以被配置成按照形成隨機(jī)軌跡的程序通過(guò)直接空氣射流在半導(dǎo)體器件20的表面上移動(dòng)。在沉積源極噴射電極8和柵極噴射電極10的金屬之后除去掩蔽帶92。用于解釋制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的平面圖案照片實(shí)例如圖9A中所示，并且圖9A的說(shuō)明圖如圖9B所示。如圖9A和9B所示，源極噴射電極(SE) 8連接到源極跡線(ST) 2和形成在晶體管12的源極焊盤(SP)IS上的焊料層18a之間。采用類似的方式，如圖9A和9B所示，柵極噴射電極(GE) 10連接到柵極跡線(GT) 6和形成在晶體管12的柵極焊盤(GP) 16 (參見(jiàn)圖5)上的焊料層16a之間。源極噴射電極(SE) 8具有例如大約200到300 u m的寬度和大約0. 2 mm的厚度。柵極噴射電極(GE) 10具有例如大約50到100 u m的寬度和大約0. 2 mm的厚度。沿圖9A的線I-I的示意截面結(jié)構(gòu)如圖IOA所示，并且圖IOA的部分J的放大圖如圖IOB所示。沿圖9A的線II-II的示意截面結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖10和11沒(méi)有示出保護(hù)膜17。在圖IOB中，所述部分J (其中源極噴射電極(SE)S變得與源極跡線2接觸)的錐形形狀的角度9期望是大約20到30度。源極噴射電極(SE) 8和源極跡線2之間的接觸區(qū)域因此增加以減小接觸電阻并防止其分離。在柵極噴射電極(GE) 10變得與柵極跡線6接觸的部分的錐形形狀的角度(其在圖中沒(méi)有被示出)也期望是大約20到30度。柵極噴射電極(GE) 10和柵極跡線6之間的接觸區(qū)域因此被增加以減小接觸電阻并防止其分離。作為用于解釋制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法的步驟的截面照片實(shí)例，在源極噴射電極(SE)8和源極跡線(ST)2周圍的放大照片如圖12A所示。說(shuō)明圖12A的示意截面結(jié)構(gòu)如圖12B所示。晶體管12通過(guò)焊料層13連接到漏極跡線4的頂部，并且背面電極3被布置在襯底I的后表面上。在圖12的實(shí)例中，襯底I由陶瓷(由氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成)制成并具有大約0.65 mm的厚度。背面電極3、源極噴射電極(SE)8、源極跡線(ST)2、和漏極跡線4中的每一個(gè)由銅(Cu)制成并具有大約0. 2 mm的厚度。絕緣膜14由聚酰亞胺樹(shù)脂制成并具有大約2 mm的
最大厚度。在圖12的實(shí)例中，省略了保護(hù)膜17的形成。保護(hù)膜17并不總是必要的并且可以被形成為每個(gè)絕緣膜14的層?？商鎿Q地，保護(hù)膜17和絕緣膜14可以由相同的材料制成以便將被形成為基本單層。第一實(shí)施例的修改實(shí)例
形成絕緣膜14的步驟可以被利用噴射技術(shù)形成多個(gè)陶瓷層的步驟代替。在制造根據(jù)第一實(shí)施例的修改實(shí)例的半導(dǎo)體器件的方法中，用于解釋使用噴射設(shè)備56的陶瓷沉積步驟的示意配置如圖13所示。代替絕緣膜14，如圖13所示，包括利用噴射技術(shù)形成的陶瓷層IStlUS1.......和
157的層疊膜。陶瓷層IStlUS1.......和157可以由氧化鋁制成。在制造根據(jù)第一實(shí)施例的修改實(shí)例的半導(dǎo)體器件的方法中，如圖13所示，通過(guò)孔72從噴射設(shè)備56的噴嘴70噴出的噴射的粉末76b通過(guò)掩模74 (74a, 74b)沉積在半導(dǎo)體
器件20上。掩模74a和74b之間的寬度根據(jù)所沉積的陶瓷層IStlUS1.......和157的幾何
圖案而改變。 在使用噴射技術(shù)直接在半導(dǎo)體器件20上沉積陶瓷層IStlUS1.......和157的步驟中，當(dāng)被噴射到半導(dǎo)體器件20的表面上時(shí)，陶瓷層IStlUS1.......和157的材料不能被
噴射到晶體管12的側(cè)表面上。在這種情況下，晶體管12將因空氣中的放電導(dǎo)致的高電壓而在邊緣處擊穿。用于解決該問(wèn)題的手段是如圖13所示地以多層的形式噴射陶瓷層1%、
15:.......和157并且沿晶體管12的垂直方向堆疊所述陶瓷層IStlUS1.......和157直到
陶瓷層IStlUS1.......和157最后覆蓋晶體管12的頂表面的一部分為止。陶瓷層的數(shù)目不
限于上述實(shí)例中的八個(gè)。陶瓷層的材料可以是例如氧化鋁(A1203)、氮化鋁(A1N)、氮化硅(SiN)等等。三相反相器
如圖14所示，包括根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件20的三相反相器的示意電路配置包括柵極驅(qū)動(dòng)單元50 ;連接到柵極驅(qū)動(dòng)單元50的功率模塊單元52 ;和三相電動(dòng)機(jī)單元54。功率模塊單元52包括分別相應(yīng)地連接到三相電動(dòng)機(jī)單元54的U、V和W相的U、V和W相反相器。在功率模塊單元52中，構(gòu)成每個(gè)反相器的每對(duì)SiC MOSFET Ql和Q2、Q3和Q4、Q5和Q6連接到正(+)端子和負(fù)(一)端子之間，所述正(+)端子和負(fù)(一)端子連接到電容器C。二極管Dl到D6反平行地分別連接在SiC MOSFET Ql到Q6的源極和漏極之間。根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件20被應(yīng)用于SiC MOSFET Ql到Q6中的每一個(gè)。SiC MOSFET
如圖15所示，作為根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件20的實(shí)例的SiC MOSFET的示意截面結(jié)構(gòu)包括n+型半導(dǎo)體襯底26 ;形成在n+型半導(dǎo)體襯底26上的n型半導(dǎo)體層27 ;形成在n型半導(dǎo)體層27的表面?zhèn)鹊膒基極區(qū)28 ;形成在n型半導(dǎo)體層27的表面?zhèn)鹊膒+保護(hù)環(huán)擴(kuò)散層48a到48d ;形成在p基極區(qū)28的表面上的n+源極區(qū)30 ;形成在p基極區(qū)28的表面上的P基極接觸區(qū)42 ;均被布置在n型半導(dǎo)體層27的表面上的相鄰p基極區(qū)28之間的柵極絕緣膜32 ;被布置在柵極絕緣膜32上的柵電極38 ;連接到n+源極區(qū)30和p基極接觸區(qū)42的源電極34 ;和被布置在與其表面相反側(cè)的n+型半導(dǎo)體襯底26的后表面上的漏電極36。阻擋金屬層47被布置在半導(dǎo)體襯底26和漏電極36之間。阻擋金屬層22被布置在源電極34和每個(gè)n+源極區(qū)30之間以及被布置在源電極34和每個(gè)p基極接觸區(qū)42之間。這里，源電極34連接到源極焊盤(SP)18，并且柵電極38連接到柵極焊盤(GP)16。安裝在根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件上的晶體管可以是GaNFET，而不是SiCMOSFET。在安裝在根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件上的晶體管中，源極區(qū)和漏極區(qū)可以相互替換。在這種情況下，晶體管的源極焊盤(SP)可以被形成為漏極焊盤(DP)，并且背面電極被形成為源極電極。源極跡線(ST)被形成為漏極跡線(DT)，以及漏極跡線(ST)被形成為源極跡線(ST)。根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有大大降低的寄生電感或電阻和改善的高頻開(kāi)關(guān)性能的半導(dǎo)體器件。其它實(shí)施例 如上所述，本發(fā)明是使用第一實(shí)施例和修改實(shí)例來(lái)描述的，但是構(gòu)成本公開(kāi)的一部分的具體實(shí)施方式
和附圖僅是說(shuō)明性的并且不應(yīng)被認(rèn)為是限制本發(fā)明。由本公開(kāi)，本發(fā)明的各種替換、實(shí)例和操作技術(shù)將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。如上所述，本發(fā)明包括本公開(kāi)中未描述的多種實(shí)施例。工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于包括功率半導(dǎo)體模塊和智能功率模塊的所有功率器件。參考標(biāo)記列表 I :襯底；
2:源極跡線(ST);
3:背面電極；
4 :漏極跡線(DT)；
6:柵極跡線(GT);
8 :源極噴射電極(SE)；
10 :柵極噴射電極(GE)；
12 :晶體管；
13、16A、18A :焊料層；
14 :絕緣膜；
150,15!......、和 157 :陶瓷層；
16:柵極焊盤(SP);
17:保護(hù)膜
18:源極焊盤(SP)；
20 :半導(dǎo)體器件；
22、47 :阻擋金屬層；
24 :漏極區(qū)；
26:半導(dǎo)體襯底；
27:外延層；
28:基極區(qū)；
30 :源極區(qū)；
32 :柵極絕緣膜；
34 :源極電極；
36 :源極電極；
38 :柵極電極；
40 :接觸層；
42 :基極接觸區(qū)；
44 :保護(hù)環(huán)；
46 :層間介電膜；
48A到48D :保護(hù)環(huán)擴(kuò)散層；
50 :柵極驅(qū)動(dòng)單元；
52 :功率模塊單元；
54 :三相電動(dòng)機(jī)單元；
56 :噴射設(shè)備；58 :氣體入口 ； 60,62 :閥門；
64 :粉末供給容器；63、65、67 :管道；
66 :加熱器；
68 :噴槍；
70 :噴嘴；
72 :孔；
74、74A、74B :掩模；
76、76A、76B :噴射的粉末；80、82、84、86 :線結(jié)合；
88 :密封層；和92 :掩蔽帶。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底； 布置在襯底上的源極跡線、漏極跡線和柵極跡線； 布置在漏極跡線上并包括源極焊盤和柵極焊盤的晶體管； 布置在襯底上的漏極跡線和源極跡線之間以及漏極跡線和柵極跡線之間以覆蓋晶體管的側(cè)壁表面的絕緣膜； 布置在源極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上并連接晶體管的源極焊盤和源極跡線的源極噴射電極；和 布置在柵極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上并連接晶體管的柵極焊盤和柵極跡線的柵極噴射電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，還包括 被布置在每個(gè)絕緣膜的表面上的保護(hù)膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中 絕緣膜由下述中的任何一個(gè)制成硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中 每個(gè)絕緣膜由層疊膜形成，所述層疊膜由通過(guò)噴射技術(shù)形成的陶瓷層構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中 每個(gè)陶瓷層由下述中的任何一個(gè)制成氧化鋁、氮化鋁和氮化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中 源極噴射電極和柵極噴射電極中的每一個(gè)由下述中的任何一個(gè)制成銅、銀、鎳、鋁、鉬、IE、鎳鉻合金、鎳招合金、鎳鉻娃合金、鎳娃合金和銅鎳合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中 保護(hù)膜由下述中的任何一個(gè)制成硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中 晶體管由SiC半導(dǎo)體或GaN半導(dǎo)體構(gòu)成。
9.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 形成襯底； 在襯底上形成源極跡線、漏極跡線和柵極跡線； 在漏極跡線上形成晶體管，所述晶體管包括源極焊盤和柵極焊盤； 在襯底上在源極跡線和漏極跡線之間以及在柵極跡線和漏極跡線之間形成絕緣膜，所述絕緣膜覆蓋晶體管的側(cè)壁表面； 在源極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上形成源極噴射電極，所述源極噴射電極連接晶體管的源極焊盤和源極跡線； 在柵極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上形成柵極噴射電極，所述柵極噴射電極連接晶體管的柵極焊盤和柵極跡線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中 形成源極噴射電極以及形成柵極噴射電極包括將掩蔽帶附著到源極跡線、柵極跡線和晶體管； 利用噴射技術(shù)同時(shí)形成源極噴射電極和柵極噴射電極；以及 除去掩蔽帶。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中 形成絕緣膜包括利用噴射技術(shù)形成多個(gè)陶瓷層。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在漏極跡線上形成晶體管之后，單獨(dú)地在源極跡線和源極焊盤之間、在源極跡線和柵極焊盤之間、在柵極跡線和源極焊盤之間、在柵極跡線和柵極焊盤之間形成線結(jié)合；以及在形成源極噴射電極以及形成柵極噴射電極之后切割所述線結(jié)合。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在每個(gè)絕緣膜的表面上形成保護(hù)膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中 絕緣膜由下述中的任何一個(gè)制成硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中 每個(gè)絕緣膜由層疊膜形成，所述層疊膜由通過(guò)噴射技術(shù)形成的陶瓷層構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中 陶瓷層由下述中的任何一個(gè)制成氧化鋁、氮化鋁和氮化硅。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中 源極噴射電極和柵極噴射電極中的每一個(gè)由下述中的任何一個(gè)制成銅、銀、鎳、鋁、鉬、IE、鎳鉻合金、鎳招合金、鎳鉻娃合金、鎳娃合金和銅鎳合金。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中 保護(hù)膜由下述中的任何一個(gè)制成硅氧烷樹(shù)脂、聚合物樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂。
全文摘要
提供半導(dǎo)體器件以及制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括布置在襯底上的源極跡線、漏極跡線和柵極跡線；布置在漏極跡線上并包括源極焊盤和柵極焊盤的晶體管；布置在襯底上的漏極跡線和源極跡線之間以及漏極跡線和柵極跡線之間以便覆蓋晶體管的側(cè)壁表面的絕緣膜；布置在源極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上并連接晶體管的源極焊盤和源極跡線的源極噴射電極；以及布置在柵極跡線和漏極跡線之間的絕緣膜上并連接晶體管的柵極焊盤和柵極跡線的柵極噴射電極。
文檔編號(hào)H01L21/44GK102648515SQ201080044013
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月2日
發(fā)明者A.B.洛斯特特, J.霍恩伯格, 大塚拓一 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司, 阿肯色州電力電子國(guó)際有限公司