專利名稱：半導體結構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體結構及其制造方法，特別是涉及具有II1-V族晶體管的半導體結構及其制造方法。
背景技術：
在半導體結構的技術中，II1-V族晶體管例如氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaNHEMT)結合高傳導電子密度、高電子遷移率和較寬的能隙，使其可在指定的反向耐壓下，顯著降低元件的導通電阻RDS(on)。適合于制作高頻率、大功率和高效率的電子器件。因此II1-V族晶體管特別是GaN HEMT逐漸成為技術研究發(fā)展的重點。然而，目前的封裝方式容易有合格率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導體結構及其制造方法，半導體結構具有高的操作效能。為達上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種半導體結構。半導體結構包括基材、II1-V族晶體管、第一元件、第二元件、第一焊接線、第二焊接線與第三焊接線。II1-V族晶體管位于基材上。II1-V族晶體管具有源極、漏極與柵極。第一元件位于基材上。第一元件為轉接板。第二元件位于基材上。第二元件為二極管，并具有陽極與陰極。陽極電連接于基材。第一焊接線電連接于II1-V族晶體管的源極與基材之間。第二焊接線電連接于II1-V族晶體管的柵極與第一元件之間。第三焊接線電連接于II1-V族晶體管的漏極與第二元件的陰極之間。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種半導體結構的制造方法。方法包括以下步驟。在基材上配置II1-V族晶體管。II1-V族晶體管具有源極、漏極與柵極。配置第一焊接線電連接于II1-V族晶體管的源極與基材之間。在基材上配置第一元件。第一元件為轉接板。在基材上配置第二元件。第二元件為二極管，并具有陽極與陰極。陽極電連接于基材。配置第二焊接線電連接于II1-V族晶體管的柵極與第一元件之間。配置第三焊接線電連接于II1-V族晶體管的漏極與第二元件的陰極之間。為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下:


圖1至圖4為一實施例中半導體結構的制造方法；圖5為一實施例中半導體結構的上視圖。主要元件符號說明102:基材104:1I1-V 族晶體管
106:第一焊接線108:第一元件110:第二元件112:第二焊接線114:第三焊接線116:源極118:漏極1加:柵極122:第一電極124:第二電極126:基板部分128:電路層部分130:基板132:導電層136:第四焊接線138:輸入接腳140:第五焊接線142:輸出接腳144:接地接腳D1、D2、D3:水平距離R1、R2:曲率半徑
具體實施例方式圖1至圖4繪示一實施例中半導體結構的制造方法。圖5繪示一實施例中半導體結構的上視圖。請參照圖1，在基材102上配置II1-V族晶體管104。在實施例中，II1-V族晶體管104為氮化鎵晶體管，例如外延型式的氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaN HEMT)。II1-V族晶體管104具有基板部分126與位在基板部分126上的電路層部分128。在實施例中，基板部分126是非導體材質,可包括娃(Si)或藍寶石(Sapphire)。在實施例中，是利用環(huán)氧樹酯粘結法(epoxy)或焊接粘結法(Solder paste)將II1-V族晶體管104黏合至基材102上。環(huán)氧樹酯粘結法是利用點膠等方法將環(huán)氧樹酯(epoxy)涂布于基材102的管芯承載座上，置妥II1-V族晶體管104后再加熱使其完成粘接。膠中填入銀等金屬以提高其熱傳導性。而II1-V族晶體管104與基材102粘接機制為機械力與靜電力。機械力是通過物體表面凹凸粗糙性來壓入或填入粘結劑來達到粘結效果。而靜電力為兩物體間因帶有電荷而互相排斥或吸引的作用力。焊接粘結法為利用合金反應進行II1-V族晶體管104粘結的方法，可以形成熱傳導性優(yōu)良的粘結。在實施例中，焊接粘結法是在氮氣遮護的環(huán)境中進行以防止焊錫氧化及孔洞。焊料包括有金-硅、金-錫、金-鍺等硬質合金，或鉛-錫、鉛-銀-銦等軟質合金。
在實施例中，II1-V族晶體管104在置放于基材102上之后進行烘烤步驟，以使II1-V族晶體管104能牢固地粘著在基材102。在一些實施例中，II1-V族晶體管104利用共晶結構(Eutectic)連接至基材102。共晶結構可為例如金硅共晶(Au-Si)、金錫共晶(Au-Sn)等等。舉例來說，II1-V族晶體管104可先于基板126的表面形成金錫共晶(Au-Sn)結構，再依序與錫膏及基材102連結，以提高II1-V族晶體管104與基材102之間的粘著性。在一實施例中，II1-V族晶體管104利用高導熱銀膠，例如市售的田中貴金屬工業(yè)股份有限公司(TANAKA KIKINZOKU GROUP)生產(chǎn)的TS-3332LD或TS-3601LD-35連接至基材102。舉例來說，在II1-V族晶體管104的背面鍍上薄層金屬鈦及金，加熱至共晶溫度之上后，使II1-V族晶體管104背面的金屬與基材102的金屬互相擴散產(chǎn)生共晶的液相，并在冷卻后達到固定的功效。請參照圖2，配置第一焊接線106電連接于II1-V族晶體管104與基材102之間。第一焊接線106焊接的方式包括熱壓法、超音波法或上述的組合等等。請參照圖3，在基材102上配置第一元件108。在基材102上配置第二元件110。在第一元件108為轉接板的例子中，第一元件108可利用共晶結構連接至基材102。在第二元件110為轉接板的例子中，第二元件110可利用共晶結構連接至基材102。共晶結構可為金硅共晶(Au-Si)、金錫共晶(Au-Sn)等等。在第二元件110為二極管的例子中，第二元件110可直接焊接至基材102。在實施例中，第一焊接線106在第一元件108與第二元件110之后配置，因此第一焊接線106的配置并不會受到第一元件108與第二元件110的影響，如此能幫助控制或縮減第一焊接線106的兩末端之間的水平距離D1。請參照圖4，配置第二焊接線112電連接于II1-V族晶體管104與第一元件108之間。配置第三焊接線114電連接于II1-V族晶體管104與第二元件110之間。第二焊接線112與第三焊接線114焊接的方式可分別包括熱壓法、超音波法或上述的組合等等。請參照圖4，第一焊接線106的相對兩末端之間的水平距離表示為Dl。II1-V族晶體管104與第一元件108之間的水平距離表示為D2。II1-V族晶體管104與第二元件110之間的水平距離表示為D3。第一焊接線106的頂點朝基材102的方向的曲率半徑表示為Rl。第三焊接線114的頂點朝基材102的方向的曲率半徑表示為R2。在實施例中，Dl小于D2的三分之一?；蛘?，Dl大于2*R1 (兩倍的Rl)?；蛘撸琑2大于D3的五倍。由于前述的布置，通過各個焊接線與線之間其空間上的分隔及線長的縮短，以減少焊接線本身的磁場鏈結以及和其它焊接線間的磁場鏈結，進而減少各導電元件之間產(chǎn)生的電感(含自感與互感)，以降低II1-V族晶體管104于高速開關時所引發(fā)的震蕩峰值電壓，如此可提高裝置的操作效能。請參照圖4，在實施例中，基材102為導線架，包括例如T0-220、T0-3P、T0-263、T0-247 或 T0-247AA 等等。請參照圖4，在實施例中，第一元件108為轉接板，例如輸入端轉接板。轉接板的基板130可為三氧化二鋁(A1203)等等?？稍诨?30上形成導電層132。請參照圖4，第二元件110為轉接板或二極管。轉接板可例如為輸出轉接板。二極管可例如為整流二極管芯片。在第二元件110為二極管的例子中，第二元件110具有第一電極122與相反于第一電極122的第二電極124。第一電極122電連接于基材102,第二電極124電連接于第三焊接線114。舉例來說，第一電極122為陽極，第二電極124為陰極。然本揭露并不限于此，在其他實施例中，第一電極122為陰極，第二電極124為陽極。請參照圖4，II1-V族晶體管104具有源極116、漏極118與柵極120(圖4中以II1-V族晶體管104表面的焊球表示源極116、漏極118與柵極120的位置)。第一焊接線106電連接于源極116與基材102之間。第二焊接線112電連接于柵極120與第一元件108之間。第三焊接線114電連接于漏極118與第二元件110之間。請參照圖4，第一焊接線106、第二焊接線112與第三焊接線114的材質可為金、銀、銅、鋁等等導電性佳的金屬。第一焊接線106、第二焊接線112與第三焊接線114的剖面可為圓弧形。在其他實施例中，第一焊接線106、第二焊接線112與第三焊接線114可具有帶形，換句話說，其剖面為長方形。請參照圖5，第一元件108利用第四焊接線136電連接于輸入接腳138。第二元件110利用第五焊接線140電連接于輸出接腳142?；?02電連接至接地接腳144。在圖5中，以II1-V族晶體管104表面的接觸墊表示源極116、漏極118與柵極120的位置。在實施例中，圖5所示的半導體結構也可利用封膠例如環(huán)氧樹脂封裝。實施例利用一般針筒抽取銀膠(致嘉生產(chǎn)的TDS DL-6900M)，然后擠壓針筒將銀膠點至導線架(T0-220)上管芯座預定的位置，接著使用塑膠夾將具有II1-V族晶體管的管芯夾取至已點上銀膠的管芯座置放，再將完成接合的管芯放置于烤箱中，并以升溫速率3 5° C/min將溫度增加至150° C，再以150°C進行I小時的烘烤。烘烤后降溫速率為3_5° C/min。降溫后銀膠是固化。焊線作業(yè)流程是先將金線的一末端燒結成球，而后將球利用超音波及熱與壓力焊在管芯上。接著依設計好的路徑拉金線，最后將金線的另一末端依照類似的方式焊在導線架上，同時并切斷與鋼嘴間的金線，如此完成金線的焊線動作。焊線作業(yè)是采用新美化(SPB-TS668D)手動焊接線機進行作業(yè)。選擇的線材為1.0mil金線。封膠采用手動滴膠的方式，使用的膠材為液態(tài)封裝用環(huán)氧樹脂。首先利用一般針筒抽取封膠，然后擠壓針筒將膠點至完成導線焊接后的管芯的位置，待膠流入金線與管芯間的空隙后再重新點膠至管芯，直到將管芯、金線與連接金線部分的導線架包裹后，再將完成模塊的導線架放置于烤箱中烘烤固化。雖然結合以上較佳實施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應以附上的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種半導體結構,包括: 基材； II1-V族晶體管，位于該基材上，其中該II1-V族晶體管具有源極、漏極與柵極； 第一元件，位于該基材上，其中該第一元件為轉接板； 第二元件，位于該基材上，其中該第二元件為二極管，并具有陽極與陰極，該陽極電連接于該基材； 第一焊接線，電連接于該II1-V族晶體管的該源極與該基材之間； 第二焊接線，電連接于該II1-V族晶體管的該柵極與該第一元件之間；以及 第三焊接線，電連接于該II1-V族晶體管的該漏極與該第二元件的該陰極之間。
2.如權利要求1所述的半導體結構，其中該第二元件為轉接板或二極管。
3.如權利要求1所述的半導體結構，其中該第一焊接線的相對兩末端之間的水平距離表示為D1，該II1-V族 晶體管與該第一元件之間的水平距離表示為D2，Dl小于D2的三分之一 O
4.如權利要求1所述的半導體結構，其中該第一焊接線的相對兩末端之間的水平距離表示為D1，該第一焊接線的頂點朝該基材的方向的曲率半徑表示為Rl，Dl大于2*R1。
5.如權利要求1所述的半導體結構，其中該II1-V族晶體管與該第二元件之間的水平距離表示為D3，該第三焊接線的頂點朝該基材的方向的曲率半徑表示為R2，R2大于D3的五倍。
6.如權利要求1所述的半導體結構，其中該基材為導線架，包括T0-220、T0-3P、T0-263、T0-247或T0-247AA，該II1-V族晶體管為氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaN ΗΕΜΤ)。
7.如權利要求1所述的半導體結構，其中該II1-V族晶體管具有一基板部分與一電路層部分，該電路層部分位在該基板部分上，該基板部分是非導體材質，該II1-V族晶體管通過該基板部分接合至該基材。
8.一種半導體結構的制造方法，包括: 在一基材上配置一 II1-V族晶體管，其中該II1-V族晶體管具有一源極、一漏極與一柵極； 配置一第一焊接線電連接于該II1-V族晶體管的該源極與該基材之間； 在該基材上配置一第一元件，其中該第一元件為轉接板； 在該基材上配置一第二元件，其中該第二元件為二極管，并具有一陽極與一陰極，該陽極電連接于該基材； 配置一第二焊接線電連接于該II1-V族晶體管的該柵極與該第一元件之間；以及 配置一第三焊接線電連接于該II1-V族晶體管的該漏極與該第二元件的該陰極之間。
9.如權利要求8所述的半導體結構的制造方法，其中該第一焊接線的相對兩末端之間的水平距離表示為D1，該II1-V族晶體管與該第一元件之間的水平距離表示為D2，D1小于D2的三分之一。
10.如權利要求8所述的半導體結構的制造方法，其中該第一焊接線的相對兩末端之間的水平距離表示為D1，該第一焊接線的頂點朝該基材的方向的曲率半徑表示為R1，D1大于 2XR1。
11.如權利要求8所述的半導體結構的制造方法，其中該II1-V族晶體管與該第二元件之間的水平距離表示為D3，該第三焊接線的頂點朝該基材的方向的曲率半徑表示為R2，R2大于D3的五倍。
12.如權利要求8所述的半導體結構的制造方法，其中該基材為導線架，包括T0-220、T0-3P、T0-263、T0-247或T0-247AA，該II1-V族晶體管為氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaNΗΕΜΤ)。
13.如權利要求8所述的半導 體結構的制造方法，其中該II1-V族晶體管具有一基板部分與一電路層部分，該電路層部分位在該基板部分上，該基板部分是非導體材質，該II1-V族晶體管通過該基板部分接合至該基材。
全文摘要
本發(fā)明公開一種半導體結構及其制造方法。半導體結構包括基材、III-V族晶體管、第一元件、第二元件、第一焊接線、第二焊接線與第三焊接線。III-V族晶體管位于基材上，并具有源極、漏極與柵極。第一元件位于基材上。第一元件為轉接板。第二元件位于基材上。第二元件為二極管，并具有陽極與陰極。陽極電連接于基材。第一焊接線電連接于III-V族晶體管的源極與基材之間。第二焊接線電連接于III-V族晶體管的柵極與第一元件之間。第三焊接線電連接于III-V族晶體管的漏極與第二元件的陰極之間。
文檔編號H01L25/07GK103178040SQ20121020189
公開日2013年6月26日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權日2011年12月21日
發(fā)明者彭明燦, 鄭時龍, 張翼, 施境瑋, 鄭泗東, 張嘉華, 陳宗麟, 石亞文 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院