[发明专利]具有自由浮动封装概念的功率半导体装置

说明书

提供了一种功率半导体装置(100)，其包括半导体晶片(1)，该半导体晶片具有在横向上围绕至少一个结(15)的结终端。保护层(18)至少在结终端的区域(TR)中覆盖半导体晶片(1)的横向侧(13)和覆盖第二主侧(12)。第一金属盘(2)被布置并覆盖半导体晶片(1)的第一主侧(11)上，其中，第一主侧(11)与第二主侧(12)相反。第一金属盘(2)具有与半导体晶片(1)的横向尺寸(d_W)相同或更大的横向尺寸(d₂)，以覆盖半导体晶片(1)的第一主侧(11)。第一金属盘(11)与半导体晶片(1)之间的界面是自由浮置界面。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体装置，该功率半导体装置包括半导体晶片和布置在半导体晶片的第一主侧上的第一金属盘，其中，第一金属盘和半导体晶片之间的界面自由浮动，并且本发明涉及一种用于制造这种功率半导体装置的方法。

背景技术

已知的高功率半导体装置具有布置在半导体晶片的有源区中的结(junction)。为了避免电场聚集在主触点的边缘而导致装置在相对低的击穿电压VBR击穿，这些功率半导体装置需要有效的结终端。对于基于硅的功率半导体装置，已知的结终端技术包括单面单负斜角、单正斜角、双正斜角、正负斜角组合或平面结终端(例如结终端扩展(JTE))、带有和不带有场板扩展的横向掺杂(VLD)和浮置场环终端(FFR)的变型。在半导体晶片上的周向边缘中形成由诸如氧化硅、氮化硅或类金刚石碳(DLC)之类的绝缘材料制成的钝化层，用于表面钝化和结终端的电绝缘。除了由氧化硅、氮化硅或类金刚石碳(DLC)或任何其他合适的无机材料制成的相对薄的钝化层之外，有机硅橡胶还布置成覆盖半导体晶片的边缘并覆盖主触点，使得顶部电极和底部电极之间的距离(爬电距离)得以延长，并且避免壳体内部大气或表面材料的电离(产生火花)。

用于高功率半导体装置的常见的封装技术是压装式封装，其中，将半导体晶片在压力作用下夹持在两个铜极片之间，以在半导体晶片和作为外部电极的铜极片之间获得适当的热和电接触。通常，施加的压力在10N/mm²和20N/mm²之间。在高功率半导体装置的运行请将会产生热量，从而导致在短时间内高达180℃或甚至更高的运行温度。由于半导体晶片和铜极片的热膨胀系数之间的差异，因此铜极片不能直接附接到半导体晶片上。钼的热膨胀系数接近于硅的热膨胀系数，而且钼具有很高的硬度。因此，分别夹在两个铜极片和半导体晶片之间的钼盘分别用于补偿半导体晶片的热膨胀系数和铜极片的热膨胀系数之间的差异。在应用中，包括半导体晶片、钼盘和铜极片的压装(press-pack)被插入冷却器之间，以去除在运行期间由半导体晶片产生的热量。

为了在半导体晶片和钼盘之间获得良好的热和电接触，通常的做法是通过钎焊，使用纳米银或纳米铜贴纸或箔、通过低温结合(LTB)和纳米LTB或通过铜焊将半导体晶片结合到钼盘上。类似地，通过LTB处理将钼盘牢固地结合到半导体晶片上，当在压装中向半导体晶片的两侧施加不均匀的压力时使半导体晶片的弯曲最小化，这例如是针对装置的顶侧和底侧使用不同尺寸的钼盘时的情况。如果不将钼盘结合到半导体晶片，则在压装中在压力下将半导体晶片夹在不同尺寸的钼盘之间时，半导体晶片容易破裂。另一方面，任何结合、铜焊或钎焊过程均会造成晶片弯曲或发生变形的风险。

在1994年5月31日至6月在瑞士达沃斯举行的第六届国际功率半导体装置和IC学术研讨会上的S.Klaka和R.Sittig的出版物“通过采用低温连接技术降低热机械应力(Reduction of Thermomechanical Stress by applying a Low Temperature JoiningTechnique)”中，讨论了一种将硅晶片结合到钼盘上的低温接合技术，其降低了被结合材料之间的热机械应力。该LTJ技术基于银粉的压力烧结。