專利名稱：具有電隔離背表面的凸點自隔離的GaN晶體管芯片的制作方法
具有電隔離背表面的凸點自隔離的GaN晶體管芯片
背景技術(shù)：
多年以來在硅中制成的器件被直接加裝到印刷電路板上。問題是器件的背表面仍可為電活性的，這可導(dǎo)致背表面的侵蝕和溫度升高。如果使用用于冷卻的熱沉，器件的背表面上通常需要絕緣，這增加器件尺寸和成本。圖1示出表面加裝到印刷電路板17上的已知器件1的實例。印刷電路板17具有銅走線15。由聚酰亞胺鈍化物16隔開的焊料凸點14將器件的活性區(qū)域13電和物理地耦聯(lián)到位于印刷電路板17上的銅走線15。器件1具有側(cè)壁12和背表面11。側(cè)壁12和背表面11電連接到位于前側(cè)的電路。圖2示出熱沉19，其附連到器件1以便從硅襯底10的背表面11傳導(dǎo)散熱。當熱沉19附連到器件1的背表面11時，在硅襯底10和熱沉19之間必須加裝絕緣層18以便防止熱沉19通過與電連接到前側(cè)的背表面11接觸而變?yōu)殡娀钚?。但是，加裝絕緣層18不利地阻止熱沉19從器件1傳導(dǎo)散熱的能力。因此，需要解決上述問題的方案，即需要這樣一種器件，其中熱沉可直接連接到表面加裝器件的背表面，而無需阻止熱量從器件通過的絕緣層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過在硅襯底和鋁鎵氮(AlGaN)緩沖層之間設(shè)置氮化鋁(AlN)籽晶層以便防止硅襯底變成電活性以及通過將活性區(qū)域與器件側(cè)壁電隔離而解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)器件的側(cè)視圖。圖2示出具有附連的熱沉的圖1所示現(xiàn)有技術(shù)器件的側(cè)視圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明器件的側(cè)視圖。圖4示出具有附連的熱沉的本發(fā)明器件的側(cè)視圖。
具體實施例方式本發(fā)明消除了對絕緣層的需求，由此通過在硅襯底和鋁鎵氮緩沖層之間設(shè)置氮化鋁(AlN)籽晶層以便防止硅襯底變成電活性以及通過使得器件的側(cè)壁與活性區(qū)域電隔離而改善了熱量到熱沉的傳導(dǎo)性。圖3示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，表面加裝到印刷電路板17上的增強型GaN晶體管2。如現(xiàn)有技術(shù)中的那樣，由聚酰亞胺鈍化物16隔開的焊料凸點14將器件的活性區(qū)域 13電和物理地耦聯(lián)到位于印刷電路板17上的銅走線15。到活性區(qū)域13的電連接包括至少一個柵極、至少一個漏極以及至少兩個源極，其中一個源極用作Kelvin連接。本發(fā)明的器件2如下形成。低溫、幾乎無定形氮化鋁(AlN)層沉積在硅襯底10上。 然后生長更高溫度的AlN層，完成AlN層21的形成。上述第二個AlN層具有許多晶體缺陷。接著，在AlN籽晶層21上方生長鋁鎵氮層，使得晶體變得更好。然后生長晶體結(jié)構(gòu)甚至更好的未摻雜GaN層。形成二維電子氣(2DEG)所必需的器件活性區(qū)域13的鋁鎵氮帽在周邊被蝕刻掉以便防止2DEG到達器件的邊緣。未摻雜的GaN層延伸到上述邊緣，并且類似于下面的AlGaN緩沖層和AlN層21，未摻雜的GaN層不導(dǎo)電，從而使得器件的邊緣為非活性的。 同樣，硅襯底10通過AlN籽晶層21與器件活性區(qū)域13電絕緣。作為該電隔離的結(jié)果，降低了器件2的背表面11以及側(cè)壁12上的侵蝕和溫度。圖4示出熱沉19附連到器件2的背表面11以便散熱。設(shè)置用于將硅襯底10電隔離的絕緣的AlN籽晶層21以及電隔離側(cè)壁使得允許熱沉19直接連接到器件2的背表面 11，而無需如圖2中所示的絕緣層18。因此，器件2不具有如圖2中所示的器件1的問題； 也就是，不存在阻止熱沉19從器件傳導(dǎo)散熱的能力的厚絕緣層18。此外，器件2比器件1 更耐濕。所有需要的就是在器件2的頂表面上方具有表面鈍化物，優(yōu)選氮化硅、二氧化硅或兩者的組合。無需二次成型(overmolding)，因此提供芯片級包裝的GaN功率晶體管。通過將本發(fā)明的多個有源器件集成到硅襯底上可形成各種電路。例如，本發(fā)明的 GaN晶體管可以半橋或全橋構(gòu)造集成到硅襯底上。本發(fā)明的GaN功率晶體管還可由同一硅襯底上的小型激勵晶體管所激勵。上述說明和附圖僅僅被認為是實現(xiàn)本文所述特征和優(yōu)勢的本發(fā)明特定實例的示例性說明?？蓪Ρ景l(fā)明進行改變和替換。因此，不應(yīng)該認為在此所述的本發(fā)明實施例受到前述說明和附圖的限制。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 硅襯底；包括活性區(qū)域的復(fù)合半導(dǎo)體材料；在所述硅襯底和活性區(qū)域之間的絕緣材料；以及頂表面，包括電連接到所述活性區(qū)域的裝置；及第一鈍化材料，其中該鈍化材料是氮化硅、二氧化硅或兩者的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述復(fù)合半導(dǎo)體材料由包括鎵、氮和鋁組合物的各種層形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件是增強型晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件是增強型GaN晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括聚酰亞胺塑料的第二鈍化材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述活性區(qū)域不延伸到該半導(dǎo)體器件的邊緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括直接加裝到所述硅襯底的表面的熱沉， 無需在襯底和熱沉之間的絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述電連接包括由銅、鉛、銀、銻和錫的各種組合物形成的焊料凸點。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述電連接包括至少一個柵極、至少一個漏極、以及至少兩個源極，其中一個源極用作Kelvin連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中多個有源器件集成到該硅襯底上。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述晶體管為半橋或全橋構(gòu)造。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述晶體管由位于同一硅襯底上的小型激勵晶體管所激勵。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，包括硅襯底、復(fù)合半導(dǎo)體材料、在所述硅襯底和復(fù)合物半導(dǎo)體材料之間的絕緣材料、以及頂表面，頂表面包括電連接的裝置以及鈍化材料，其中該鈍化材料是氮化硅、二氧化硅或兩者的組合。本發(fā)明通過包括用于將器件的硅襯底電隔離的AlN籽晶層而消除了對在熱沉和表面加裝器件的背表面之間的厚的電絕緣體的需求。該器件的側(cè)壁也與器件的活性區(qū)域電隔離。
文檔編號H01L23/34GK102439713SQ201080015360
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者亞力山大·利道, 曹建軍, 羅伯特·比奇, 阿蘭娜·納卡塔 申請人:宜普電源轉(zhuǎn)換公司