專利名稱：功率半導(dǎo)體器件的制作方法
功率半導(dǎo)體器件
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件制造商一直地努力在降低制造成本的同時(shí)增加它們的產(chǎn)品的性能。在功率半導(dǎo)體器件中，在耐受電壓和導(dǎo)通狀態(tài)電阻之間的折衷必須得以滿足。因此，期望的是在其中耐受電壓得以確保的狀態(tài)中降低導(dǎo)通狀態(tài)電阻。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件包括具有半導(dǎo)體層的垂直功率半導(dǎo)體芯片。該半導(dǎo)體器件進(jìn)ー步包括在半導(dǎo)體層的第一側(cè)處的第一端子和在半導(dǎo)體層的、沿著第一方向與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)處的第二端子。該半導(dǎo)體器件進(jìn)ー步包括在第一端子和第二端子之間的半導(dǎo)體層內(nèi)的漂移區(qū)。該漂移區(qū)在中央部分中具有沿著垂直于第一方向的第二方向的、至少IOOMPa的壓應(yīng)力，第二部分沿著第一方向從漂移區(qū)的總體延伸部的40%延伸到60%并且相對(duì)于半導(dǎo)體層的第一側(cè)和第二側(cè)中的至少ー個(gè)進(jìn)入半導(dǎo)體層的、至 少10 μ m的深度中。根據(jù)垂直功率半導(dǎo)體晶體管的另ー個(gè)實(shí)施例，該垂直功率半導(dǎo)體晶體管包括在半導(dǎo)體層的第一側(cè)處的第一端子和在半導(dǎo)體層的、沿著第一方向與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)處的第二端子。該垂直功率半導(dǎo)體晶體管進(jìn)ー步包括在第一端子和第二端子之間的半導(dǎo)體層內(nèi)的漂移區(qū)。該漂移區(qū)在中央部分中具有沿著垂直于第一方向的第二方向的、至少IOOMPa的壓應(yīng)力，該中央部分沿著第一方向從漂移區(qū)的總體延伸部的40%延伸到60%并且相對(duì)于半導(dǎo)體層的第一側(cè)和第二側(cè)中的至少ー個(gè)進(jìn)入半導(dǎo)體層的、至少ΙΟμπι的深度中。該垂直功率半導(dǎo)體晶體管進(jìn)ー步包括被布置于半導(dǎo)體層的第一側(cè)和第二側(cè)中的至少ー個(gè)上方的至少ー個(gè)應(yīng)カ源(stressor)層。該至少一個(gè)應(yīng)カ源層被配置為在漂移區(qū)內(nèi)誘發(fā)壓應(yīng)力。該垂直功率半導(dǎo)體晶體管被配置為在等于或者大于100V的電壓下操作。在閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)并且在查看附圖時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。


附圖的元件不是必要地相對(duì)于彼此按照比例繪制。相似的參考數(shù)字指定對(duì)應(yīng)的類似部件。各種所示意實(shí)施例的特征能夠被組合，除非它們相互排斥。在圖中描繪了并且在隨后的描述中詳述了實(shí)施例。圖I示意在半導(dǎo)體層的漂移區(qū)內(nèi)包括壓應(yīng)カ的垂直功率半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例的概略橫截面。圖2示意包括被布置在半導(dǎo)體層的漂移區(qū)和半導(dǎo)體基板之間的應(yīng)力源層的垂直功率半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例的概略橫截面。圖3示意包括鄰接半導(dǎo)體層的漂移區(qū)的金屬應(yīng)カ源層的垂直功率半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例的概略橫截面。圖4示意包括被布置在器件的前側(cè)處的應(yīng)カ源層的垂直功率半導(dǎo)體器件的ー個(gè)實(shí)施例的概略橫截面。圖5示意被安裝在DCB (直接銅結(jié)合)基板上并且在半導(dǎo)體層的漂移區(qū)內(nèi)包括壓應(yīng)カ的功率半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例的概略橫截面。圖6是包括被安裝在導(dǎo)電載體上的垂直功率半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體器件的ー個(gè)實(shí)施例的概略橫截面。圖7是根據(jù)在圖6中示意的實(shí)施例的一個(gè)詳細(xì)實(shí)施例的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式在以下詳細(xì)描述中，對(duì)附圖進(jìn)行參考，所述附圖形成該詳細(xì)描述的一部分并且在所述附圖中通過示意的方式示出可以在其中實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。在這方面，方向術(shù)語諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等是參考所描述的(一幅或者多幅)圖的取向使用的。因?yàn)閷?shí)施例的構(gòu)件能夠被以多種不同的取向定位，所以方向術(shù)語用于示意的意圖而絕 非進(jìn)行限制。要理解，可以利用其它的實(shí)施例并且可以做出結(jié)構(gòu)或者邏輯變化而不偏離本發(fā)明的范圍。以下詳細(xì)描述由此不要被以限制性的意義理解，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。將在下面解釋多個(gè)實(shí)施例。在此情形中，在圖中相同的結(jié)構(gòu)特征由相同或者類似的參考符號(hào)標(biāo)識(shí)。在本描述的上下文中，“橫向”或者“橫向方向”應(yīng)該被理解成意指基本平行于半導(dǎo)體材料或者半導(dǎo)體載體的橫向范圍行進(jìn)的方向或者范圍。橫向方向因此基本平行于這些表面或者側(cè)面延伸。與此對(duì)比，術(shù)語“垂直”或者“垂直方向”被理解成意指基本垂直于這些表面或者側(cè)面并且因此基本垂直于橫向方向行進(jìn)的方向。垂直方向因此在半導(dǎo)體材料或者半導(dǎo)體載體的厚度方向上行迸。如在本說明書中采用的，術(shù)語“耦接”和/或“電耦接”并非意味著意指元件必須被直接地耦接到一起——可以在“耦接”或者“電耦接”的元件之間提供居間元件。在下面描述了包括功率半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體器件。功率半導(dǎo)體芯片可以具有不同的類型，可以通過不同的技術(shù)制造并且可以包括例如集成電、光電或者機(jī)電電路或者無源元件(passive)。功率半導(dǎo)體芯片不需要由具體的半導(dǎo)體材料例如Si、SiC、SiGe、GaAs制造，并且此外可以包含不是半導(dǎo)體的無機(jī)和/或有機(jī)材料，諸如例如分立的無源元件、天線、絕緣體、塑料或者金屬。此外，在下面描述的器件可以包括進(jìn)ー步的集成電路以控制功率半導(dǎo)體芯片的功率集成電路。功率半導(dǎo)體芯片可以包括功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、DM0SFET (雙擴(kuò)散MOSFET)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、JFET (結(jié)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、功率雙極晶體管或者功率ニ極管。更加具體地，涉及到具有垂直結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體芯片，即功率半導(dǎo)體芯片(更加具體地是垂直功率半導(dǎo)體芯片)被以如此方式制造，使得電流能夠在垂直于功率半導(dǎo)體芯片的主端面的方向上流動(dòng)。具有垂直結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體芯片，即垂直功率半導(dǎo)體芯片，可以在它的兩個(gè)主端面上即在它的頂側(cè)和底側(cè)上或者換言之在它的前側(cè)和后側(cè)上具有端子諸如接觸襯墊。例如，功率MOSFET的源電極和柵電極可以位于一個(gè)主端面上，而功率MOSFET的漏電極可以被布置于另ー個(gè)主端面上。接觸襯墊可以由鋁、銅或者任何其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞Ｒ粋€(gè)或者多個(gè)金屬層可以被施加到功率半導(dǎo)體芯片的接觸襯墊。金屬層可以例如由鈦、鎳釩、金、銀、銅、鈀、鉬、鎳、鉻或者任何其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞＝饘賹硬恍枰蔷|(zhì)的或者由剛好ー種材料制造，即在金屬層中包含的材料的各種組分和濃度都是可能的。功率半導(dǎo)體芯片可以由塊狀(bulk)半導(dǎo)體諸如半導(dǎo)體基板和半導(dǎo)體層諸如在塊狀半導(dǎo)體上產(chǎn)生的外延層制成。外延層可以具有大于或者小于塊狀半導(dǎo)體的厚度的厚度并且可以包括漂移區(qū)。例如，外延層可以具有等于或者大于20 μ m、30 μ m、40 μ m或者50 μ m的厚度。通常，外延層的厚度越大，功率半導(dǎo)體芯片的操作電壓就越高。封裝材料可以至少部分地覆蓋垂直功率半導(dǎo)體芯片以形成封裝本體。封裝材料可以基于聚合物材料，即它可以包括由任何適當(dāng)?shù)挠操|(zhì)塑料、熱塑性或者熱固性材料或者層制品(預(yù)浸料坯)制成的基礎(chǔ)材料(以下還被稱作基質(zhì)材料)。特別地，可以使用基于環(huán)氧樹脂的基質(zhì)材料?；|(zhì)材料可以嵌入填料材料例如Si02、Al203或者AIN顆粒以調(diào)節(jié)封裝本體的物理性質(zhì)，諸如例如彈性模量或者CTE (熱膨脹系數(shù))。
封裝材料在它的沉積之后可以通過施加能量(例如熱、UV光、等)僅僅被部分地硬化并且然后可以被固化和/或被完全地硬化以形成固體封裝本體?？梢圆捎酶鞣N技術(shù)以由封裝材料形成封裝本體，例如壓縮模塑、傳遞模塑、注射模塑、粉料模塑、液體模塑、分配或者層制。可以使用熱和/或壓カ來施加封裝材料。圖I示意垂直功率半導(dǎo)體器件100的一個(gè)實(shí)施例的橫截面。垂直半導(dǎo)體功率器件100包括半導(dǎo)體層105例如外延半導(dǎo)體層。漂移區(qū)110構(gòu)成半導(dǎo)體層105的一部分。為了示意的意圖，在圖I中示意的漂移區(qū)110從在半導(dǎo)體層105的第一側(cè)諸如頂側(cè)或者前側(cè)處的第一表面115延伸到在半導(dǎo)體層105的第二側(cè)諸如底側(cè)或者后側(cè)處的第二表面120。漂移區(qū)110沿著第一方向I (特別地是垂直方向)從第一表面115到第二表面120的總體延伸部由Cl1表示。術(shù)語“漂移區(qū)沿著第一方向的總體延伸部”意味著意指從電荷載流子進(jìn)入漂移區(qū)所在的地方(例如在溝道的端部處)到這些電荷載流子進(jìn)入端子所在的位置(例如金屬觸點(diǎn)諸如漏極觸點(diǎn)或者具有比漂移區(qū)更高的摻雜劑濃度的半導(dǎo)體區(qū)域諸如高度摻雜半導(dǎo)體基板)沿著第一方向的延伸部。第一端子125被布置在第一側(cè)處并且第二端子130被布置在第二側(cè)處。在垂直功率半導(dǎo)體器件100內(nèi)的電流沿著第一方向y在第一端子125和第二端子130之間流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一端子125是包括一個(gè)或者多個(gè)傳導(dǎo)元件諸如金屬區(qū)域和/或接觸插塞的源端子并且第二端子130是漏端子并且可以包括鄰接半導(dǎo)體材料諸如半導(dǎo)體基板或者半導(dǎo)體層105的ー個(gè)或者多個(gè)金屬層。在另ー實(shí)施例中，第一端子125是功率ニ極管的陰極并且第二端子130是功率ニ極管的陽極。要指出圖I是第一端子125、漂移區(qū)110和第二端子130的簡(jiǎn)化示意。雖然這些元件沿著第一方向I的順序是按照第一端子125、漂移區(qū)110和第二端子130的次序，但是所示意元件的形狀可以不同于圖I的簡(jiǎn)化示意并且可以在半導(dǎo)體層105和第一端子125之間以及在半導(dǎo)體層105和第二端子130之間布置居間元件，例如可以在半導(dǎo)體層105和第二端子130之間布置半導(dǎo)體基板。換言之,可以在半導(dǎo)體層105的第一表面115和在第一側(cè)處的第一端子125之間和在半導(dǎo)體層105的第二表面120和在第二側(cè)處的第二端子130之間布置進(jìn)ー步的元件。在漂移區(qū)110的、從漂移區(qū)110沿著第一方向y的總體延伸部Cl1的40%即從yQ延伸到漂移區(qū)Iio沿著第一方向y的總體延伸部Cl1的60%即到y(tǒng)i的中央部分中，沿著垂直于電流流動(dòng)方向即垂直于第一方向y的第二方向X，壓應(yīng)カσ合計(jì)為至少lOOMPa。在漂移區(qū)110的中央部分中的壓應(yīng)カσ由相反的箭頭示意并且導(dǎo)致載流子遷移率提高并且因此導(dǎo)致導(dǎo)通狀態(tài)電阻提高。相對(duì)于半導(dǎo)體層105在第一側(cè)處的第一表面115和半導(dǎo)體層105在第二側(cè)處的第ニ表面120中的至少ー個(gè)，中央部分延伸到半導(dǎo)體層105的、至少10 μ m的深度中。換言之，在圖I中示意的實(shí)施例中，在與第一表面115—致的垂直水平和％之間的距離合計(jì)為至少ΙΟμπι的O. 4xd。類似地，在水平Y(jié)1和在第二側(cè)處的第二表面120之間的距離合計(jì)為至少10 μ m 的 O. 4xd。在漂移區(qū)110的中央部分中的壓應(yīng)カσ由應(yīng)カ源層(在圖I中未示意)誘發(fā)。在一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)カ源層構(gòu)成第一端子125和/或第二端子130的一部分。在另ー實(shí)施例中，應(yīng)カ源層構(gòu)成在圖I中未示意的其它元件(例如在第一端子125下面或者上方布置的元件和/或在第二端子130下面或者上方布置的元件)的一部分或者等于所述其它元件。在圖2到7中示意的實(shí)施例中，給出了被配置為在漂移區(qū)的中央部分內(nèi)誘發(fā)壓應(yīng) 力的應(yīng)カ源層的實(shí)例。圖2示意垂直功率半導(dǎo)體器件200的一個(gè)實(shí)施例的橫截面。類似于在圖I中示意的實(shí)施例的垂直功率半導(dǎo)體器件100，垂直功率半導(dǎo)體器件200包括半導(dǎo)體層205和在半導(dǎo)體層205的第一側(cè)處的第一端子225以及在半導(dǎo)體層205的第二側(cè)處的第二端子230。如在圖I中示意的實(shí)施例中的規(guī)定的那樣延伸的、半導(dǎo)體層205的漂移區(qū)210的中央部分沿著垂直于電流流動(dòng)方向即垂直于第一方向I的第二方向X包括至少IOOMPa的壓應(yīng)カσ。壓應(yīng)カσ由鄰接半導(dǎo)體層205在第二側(cè)處的第二表面220的應(yīng)カ源層240誘發(fā)。與應(yīng)カ源層240的第二表面220相對(duì)，應(yīng)カ源層240鄰接基板245。在一個(gè)實(shí)施例中，基板245是半導(dǎo)體基板。應(yīng)カ源層240可以包括一種或者多種傳導(dǎo)材料并且沿著第一方向y在漂移區(qū)210和基板245之間提供導(dǎo)電路徑。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，應(yīng)カ源層240是連續(xù)層。根據(jù)另ー實(shí)施例，應(yīng)カ源層240是例如包括単獨(dú)的應(yīng)カ源區(qū)域諸如應(yīng)力源島的圖案化層。在圖2中示意的實(shí)施例中，基板245和應(yīng)カ源層240被布置在半導(dǎo)體層205的第ニ表面220和在第二側(cè)處的第二端子230之間。第二端子230、基板245、應(yīng)カ源層240、包括漂移區(qū)210的半導(dǎo)體層205和第一端子225構(gòu)成垂直功率半導(dǎo)體芯片255的一部分。垂直功率半導(dǎo)體器件200包括載體板250諸如引線框架和經(jīng)由第二端子230而被安裝在載體板250上的垂直功率半導(dǎo)體芯片255。圖3示意垂直功率半導(dǎo)體器件300的另ー個(gè)實(shí)施例的橫截面。類似于在圖I中示意的實(shí)施例的垂直功率半導(dǎo)體器件100，垂直功率半導(dǎo)體器件300包括半導(dǎo)體層305和在半導(dǎo)體層305的第一側(cè)處的第一端子325以及在半導(dǎo)體層305的第二側(cè)處的第二端子330。如在圖I中示意的實(shí)施例中的規(guī)定的那樣延伸的、半導(dǎo)體層305的漂移區(qū)310的中央部分沿著垂直于電流流動(dòng)方向即垂直于第一方向y的第二方向X包括至少IOOMPa的壓應(yīng)カσ。第二端子330等于應(yīng)カ源層340或者構(gòu)成應(yīng)カ源層340的一部分并且鄰接半導(dǎo)體層305的第二表面320。應(yīng)カ源層340能夠包括至少ー種金屬或者金屬合金。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，該至少一種金屬或者金屬合金通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄖT如濺射、沉積、蒸發(fā)等而在半導(dǎo)體層305的第二表面320上形成。根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施例，應(yīng)カ源層在半導(dǎo)體層305的第二表面320上包括至少ー種金屬箱。金屬箔可以是Cu箔或者可以包括Cu。應(yīng)カ源層340的厚度被適當(dāng)?shù)剡x擇從而在漂移區(qū)310的中央部分中誘發(fā)至少IOOMPa的壓應(yīng)カσ。應(yīng)カ源層340的厚度可以在50μπι到Imm或者ΙΟΟμπι到Imm或者200 μ m到Imm的范圍中。第二端子330、包括漂移區(qū)310的半導(dǎo)體層305和第一端子325構(gòu)成垂直功率半導(dǎo)體芯片355的一部分。垂直功率半導(dǎo)體器件300包括載體板350諸如引線框架和經(jīng)由第二端子330而被安裝在載體板350上的垂直功率半導(dǎo)體芯片355。圖4示意垂直功率半導(dǎo)體器件400的又一個(gè)實(shí) 施例的橫截面。類似于在圖I中示意的實(shí)施例的垂直功率半導(dǎo)體器件100，垂直功率半導(dǎo)體器件400包括半導(dǎo)體層405和在半導(dǎo)體層405的第一側(cè)處的第一端子425以及在第一半導(dǎo)體層405的第二側(cè)處的第二端子430。如在圖I中示意的實(shí)施例中的規(guī)定的那樣延伸的、半導(dǎo)體層405的漂移區(qū)410的中央部分沿著垂直于電流流動(dòng)方向即垂直于第一方向I的第二方向X包括至少IOOMPa的壓應(yīng)力σ。半導(dǎo)體層405例如通過外延生長(zhǎng)而在半導(dǎo)體基板445諸如半導(dǎo)體晶片的一個(gè)表面上形成。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體基板445是高度摻雜半導(dǎo)體基板。第二端子430鄰接半導(dǎo)體基板445的另ー個(gè)表面。應(yīng)カ源層440被布置于第一端子425上方。根據(jù)其它的實(shí)施例，應(yīng)カ源層440可以等于第一端子425或者構(gòu)成第一端子425的一部分。應(yīng)カ源層440的材料和厚度被適當(dāng)?shù)剡x擇從而在漂移區(qū)410的中央部分中誘發(fā)至少IOOMPa的壓應(yīng)カσ。漂移區(qū)410的中央部分指代如關(guān)于在圖I中示意的實(shí)施例描述的部分。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，應(yīng)カ源層440包括ー種或者多種金屬或者金屬合金諸如金屬層，例如Cu層、金屬合金層、金屬箔例如Cu箔、或其任何組合。應(yīng)カ源層440的厚度可以在50 μ m到Imm或者ΙΟΟμπι到Imm或者200 μ m到Imm的范圍中。除了金屬或者金屬合金或者針對(duì)金屬或者金屬合金備選地，應(yīng)カ源層440還可以包括氧化物、硅化物、多晶硅、有機(jī)涂層中的至少ー種。第二端子430、半導(dǎo)體基板445、包括漂移區(qū)410的半導(dǎo)體層405、第一端子425和應(yīng)カ源層440構(gòu)成垂直功率半導(dǎo)體芯片455的一部分。垂直功率半導(dǎo)體器件400包括載體板450諸如引線框架和經(jīng)由第二端子430而被安裝在載體板450上的垂直功率半導(dǎo)體芯片455。圖5示意垂直功率半導(dǎo)體器件500的又一個(gè)實(shí)施例的橫截面。類似于在圖I中示意的實(shí)施例的垂直功率半導(dǎo)體器件100，垂直功率半導(dǎo)體器件500包括半導(dǎo)體層505和在半導(dǎo)體層505的第一側(cè)處的第一端子525以及在半導(dǎo)體層505的第二側(cè)處的第二端子530。如在圖I中示意的實(shí)施例中的規(guī)定的那樣延伸的、半導(dǎo)體層505的漂移區(qū)510的中央部分沿著垂直于電流流動(dòng)方向即垂直于第一方向y的第二方向X包括至少IOOMPa的壓應(yīng)カσ。第二端子530、包括漂移區(qū)510的半導(dǎo)體層505和第一端子525構(gòu)成垂直功率半導(dǎo)體芯片555的一部分。垂直功率半導(dǎo)體芯片555被安裝在DCB基板560上。DCB基板560包括被布置于絕緣板563諸如陶瓷板的相對(duì)表面上的第一 Cu層561和第二 Cu層562。DCB基板560經(jīng)由第二 Cu層562和粘結(jié)層566諸如焊料層而被布置于底板565諸如Cu板上。在漂移區(qū)510的中央部分中的壓應(yīng)カ由應(yīng)カ源層(在圖5中未示意)誘發(fā)。在圖2到4中示意的實(shí)施例中給出了應(yīng)カ源的實(shí)例。還可以通過經(jīng)由硬粘結(jié)層例如擴(kuò)散焊料層諸如AuSn、AgSn> CuSn> Sn、AuSi、AuGe、AgIn在功率封裝(例如SuperS08)中安裝和連接垂直功率半導(dǎo)體芯片555、并且經(jīng)由連接層諸如擴(kuò)散焊料層將所述功率封裝連接到DCB基板560，誘發(fā)在漂移區(qū)510的中央部分中的壓應(yīng)カσ。在垂直功率半導(dǎo)體芯片555和功率封裝之間的硬粘結(jié)層構(gòu)成應(yīng)カ源層的一部分。圖6在橫截面中概略地不意功率半導(dǎo)體器件600的一個(gè)實(shí)施例。功率半導(dǎo)體器件600的功率半導(dǎo)體芯片655具有被布置在第一主端面612上的ー個(gè)或者多個(gè)第一接觸襯墊611和被布置在與第一主端面612相対的第二主端面614上的ー個(gè)或者多個(gè)第二接觸襯墊613。此外，功率半導(dǎo)體器件600包括在其上安裝功率半導(dǎo)體芯片655的載體板650。功率半導(dǎo)體芯片655是垂直器件，即電流能夠在垂直于功率半導(dǎo)體芯片655的主端面612、614的方向上流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，功率半導(dǎo)體芯片655是功率晶體管并且(一個(gè)或者多個(gè))第一接觸襯墊611可以形成源端子并且(一個(gè)或者多個(gè))第二接觸襯墊613可以形成漏端子。在該實(shí)施例中，通常柵端子(未示出)被布置于第一主端面上。在其它實(shí)施例中，功率半導(dǎo)體芯片655可以是功率ニ極管，并且(一個(gè)或者多個(gè))第一接觸襯墊611可以例如形成功率ニ極管的陽極端子并且(一個(gè)或者多個(gè))第二接觸襯墊613可以形成功率ニ極管的陰極端子，或者反過來。更加具體地，功率半導(dǎo)體芯片655可以包括例如在塊狀半導(dǎo)體645上布置的外延層605。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知用于生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)的多種半導(dǎo)體加工技術(shù)。簡(jiǎn)要地，可以在由半導(dǎo)體材料制成的晶片上制造外延層605。晶片的上表面可以對(duì)應(yīng)于圖6中的塊狀半導(dǎo)體645的上表面。晶片例如硅晶片可以被適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)原子(摻雜劑)摻雜以增強(qiáng)塊狀半導(dǎo)體645的半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性。例如，晶片可以被摻雜以獲得高導(dǎo)電性的n+摻雜塊狀硅。仍然在前端晶片加工期間，可以在晶片的上表面上產(chǎn)生外延層605?？梢允褂脤?duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有外延技術(shù)，例如MBE (分子束外延)、LPE (液相外延)等。外延層605可以包含p-n結(jié)序列以形成功率器件600的有源半導(dǎo)體區(qū)域。(一個(gè)或者多個(gè))第一接觸襯墊611在外延層605的上表面上形成。仍然可以在晶片加工期間即在前端加工期間執(zhí)行這個(gè)步驟。在其它實(shí)施例中，可以在將晶片分離成多個(gè)功率半導(dǎo)體芯片655之后形成(一個(gè)或者多個(gè))第一接觸襯墊611。類似于(一個(gè)或者多個(gè))第一接觸襯墊611，或者在晶片加工期間在完整的晶片上或者在從晶片單顆化的功率半導(dǎo)體芯片655上形成(一個(gè)或者多個(gè))第二接觸襯墊613。能夠經(jīng)由接觸襯墊611、613電接入集成功率電路和可能地進(jìn)ー步的集成電路。接觸襯墊611、613可以由金屬例如鋁或者銅制成，并且可以具有任何所期望的形狀和尺寸。功率半導(dǎo)體芯片655可以被安裝在載體板650的上表面上?？梢允褂煤噶喜牧?例如，包括例如AuSn和/或其它金屬材料的擴(kuò)散焊料材料)的連接層617來將(一個(gè)或者多個(gè))第二接觸襯墊613電連接并且機(jī)械緊固到載體板650。載體板650可以具有各種類型。在一個(gè)實(shí)施例中，載體板650可以是圖案化的金屬薄片或者板，例如引線框架。載體板650可以具有以某些間隔相互分離的金屬板區(qū)域。在另ー實(shí)施例中載體板650可以是連續(xù)的、非圖案化的金屬板或者薄片?？梢酝ㄟ^沖壓和/或銑削エ藝生產(chǎn)載體板650。用于制成載體板的金屬可以例如包括銅、鋁、鎳、金的組中的ー種或者多種金屬或者基于這些金屬中的一種或者多種的任何合金。載體板650 (例如引線框架)可以由ー個(gè)單ー塊狀金屬層或者多金屬層結(jié)構(gòu)制成。載體板650可以用作熱沉以耗散在功率半導(dǎo)體芯片655中產(chǎn)生的熱。能夠通過一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)カ源層諸如第一和/或第二接觸襯墊611、613的尺寸和材料性質(zhì)設(shè)定在外延層605內(nèi)的漂移區(qū)610的中央部分中的至少IOOMPa的壓應(yīng)カσ。在與圖I相關(guān)的實(shí)施例中給出了中央部分的定義。圖7是根據(jù)圖6所示的實(shí)施例的、更加詳細(xì)的示例性實(shí)施例的橫截面視圖。圖7所示的半導(dǎo)體器件700是具有600V的操作電壓的功率M0SFET。載體板750是由具有例如
1.3mm的厚度的銅制成的引線框架。通常，該厚度可以等于或者大于I. Omm或者甚至2. 0mm。連接層717由AuSn擴(kuò)散焊料制成并且具有I. 2 μ m的厚度。第二接觸襯墊713可以是具有·大于100 μ m、大于200 μ m、大于300 μ m或者大于400 μ m的厚度的Cu層或者Cu箔。塊狀半導(dǎo)體745可以由n+摻雜硅制成并且可以具有在Ιμπι到ΙΟΟμπι、特別地IOym到50μπι的范圍中的厚度。塊狀半導(dǎo)體745可以基本上表現(xiàn)為金屬。在塊狀半導(dǎo)體745和第二接觸襯墊713之間的退化半導(dǎo)體-金屬結(jié)還具有高導(dǎo)電性。塊狀半導(dǎo)體745和第二接觸襯墊713代表功率MOSFET的漏端子。外延層705代表功率半導(dǎo)體芯片755的有源區(qū)域。在該實(shí)施例中，外延層705具有52. 5μπι的厚度，從而允許大約600V的操作電壓。外延層705包括一系列p-n。通常，夕卜延層705可以具有等于或者大于20 μ m、特別地等于或者大于30 μ m、仍特別地等于或者大于40 μ m、或者特別地等于或者大于50 μ m的厚度。作為經(jīng)驗(yàn)法則，每100V的操作電壓要求大約9 μ m的硅外延層厚度。因此，功率半導(dǎo)體芯片755可以具有等于或者大于200V、特別地等于或者大于300V、仍特別地等于或者大于400V、或者特別地等于或者大于500V的操作電壓。在外延層705內(nèi)提供接觸區(qū)741。接觸區(qū)741被電連接到外延層705的p-η結(jié)以形成其源觸點(diǎn)。接觸區(qū)741被在外延層705的頂部上提供的第一絕緣層742諸如例如氧化物層覆蓋。絕緣層742在圖7中被稱作EOX并且被配置為具有可以通過其接入接觸區(qū)741的開ロ。第一圖案化金屬層743被布置于絕緣層742上。第一圖案化金屬層743可以用于提供電功能，諸如例如功率MOSFET的靜電屏蔽。此外，可以在外延層705的上端面附近布置在圖7的截面視圖中未示意的另外的圖案化金屬層，例如用于提供另外的連接性和/或信號(hào)路由的圖案化金屬層，諸如例如用于形成柵觸點(diǎn)的圖案化金屬層。第二圖案化絕緣層744諸如例如氧化物層可以被布置于第一圖案化金屬層743上。第二絕緣層744在圖7中被稱作ZwOX并且包括第二金屬層749通過其電接觸該接觸區(qū)741的開ロ。第二金屬層749可以構(gòu)成功率MOSFET的源端子。此外，可以提供聚合物層746以覆蓋第二金屬層749?？梢允褂镁酆衔锊牧现T如聚對(duì)ニ甲苯、光致抗蝕劑材料、酰亞胺、環(huán)氧樹脂、硬質(zhì)塑料或者硅酮。例如，層742、743、744和746可以具有以下厚度尺寸。第一絕緣層742可以具有
2.4 μ m的厚度，第二絕緣層744可以具有I. 5 μ m的厚度，第一圖案化金屬層743可以具有5. O μ m的厚度并且聚合物層746可以具有6. O μ m的厚度。要指出這些層的尺寸、材料和提供是示例性的并且可以根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的需要進(jìn)行改變。為了方便描述，空間相對(duì)術(shù)語諸如“之下”、“下面”、“較低”、“上方”、“較高”等用于解釋ー個(gè)元件相對(duì)于第二元件的定位。這些術(shù)語g在涵蓋除了與在圖中描繪的取向不同的取向之外的不同器件取向。此外，還使用了術(shù)語諸如“第一”、“第二”等來描述各種元件、區(qū)域、片段等，并且也非旨在進(jìn)行限制。貫穿本描述，相似的術(shù)語指代相似的元件。如在這里所使用的，術(shù)語“具有”、“包含”、“包括(including)”、"包括(comprising)”等是示意所述元件或者特征的存在的開放式術(shù)語,但是并不排除另外的元件或者特征。冠詞“一”、“ー個(gè)”和“該”g在包括復(fù)數(shù)以及単數(shù)，除非上下文另有清楚指示。要理解在這里描述的各種實(shí)施例的特征可以相互組合，除非另有具體指出。雖然在這里示意并且描述了具體的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解， 在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下各種備選的和/或等價(jià)的實(shí)現(xiàn)可以替代所示出和描述的具體實(shí)施例。該申請(qǐng)g在覆蓋在這里討論的具體實(shí)施例的任何調(diào)整或者改變。因此，旨在本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等價(jià)物限制。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 包括半導(dǎo)體層的垂直功率半導(dǎo)體芯片； 在所述半導(dǎo)體層的第一側(cè)處的第一端子； 在所述半導(dǎo)體層的、沿著第一方向與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)處的第二端子；和 在所述第一端子和所述第二端子之間的所述半導(dǎo)體層內(nèi)的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)在中央部分中具有沿著垂直于所述第一方向的第二方向的至少IOOMPa的壓應(yīng)力，所述中央部分沿著所述第一方向從所述漂移區(qū)的總體延伸部的40%延伸到60%并且相對(duì)于所述半導(dǎo)體層的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)中的至少一個(gè)進(jìn)入所述半導(dǎo)體層的至少IOym的深度中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括鄰接所述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)應(yīng)力源層，所述至少一個(gè)應(yīng)力源層被配置為在所述漂移區(qū)內(nèi)誘發(fā)所述壓應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層包括在溝槽中填充的氧化物、金屬、金屬硅化物、摻雜硅、和氧化物中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括鄰接所述至少一個(gè)應(yīng)力源層的半導(dǎo)體基板，所述至少一個(gè)應(yīng)力源層被布置在所述半導(dǎo)體層和所述半導(dǎo)體基板之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層被圖案化有多個(gè)單獨(dú)的應(yīng)力源區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括被附著到所述半導(dǎo)體基板的導(dǎo)電載體，其中在所述導(dǎo)電載體和所述半導(dǎo)體層之間的距離大于50 u m。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層是具有至少50y m的厚度的金屬層，所述金屬層被布置在所述半導(dǎo)體半導(dǎo)體層和導(dǎo)電載體之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬層是金屬箔。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬層包括Cu。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括被布置在所述垂直功率半導(dǎo)體芯片的與后側(cè)相對(duì)的前側(cè)處的至少一個(gè)應(yīng)力源層，所述垂直功率半導(dǎo)體芯片經(jīng)由所述后側(cè)而被布置于導(dǎo)電載體上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層包括氧化物、硅化物、多晶硅、有機(jī)涂層、金屬和金屬箔中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層包括具有大于所述導(dǎo)電載體的厚度的10%的厚度的金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層包括具有比鄰接所述至少一個(gè)應(yīng)力源層的所述半導(dǎo)體層和半導(dǎo)體基板兩者的總體厚度大的厚度的金屬層。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層包括具有在所述功率半導(dǎo)體芯片的所述后側(cè)處的金屬層的厚度的至少20倍的厚度的金屬層。
15.根據(jù)權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述功率半導(dǎo)體芯片被布置于直接銅結(jié)合(DCB)基板上。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層的厚度與所述半導(dǎo)體層的厚度的比率在2和20之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求I的半導(dǎo)體器件，其中所述功率半導(dǎo)體芯片包括具有等于或者大于200V的操作電壓的垂直功率半導(dǎo)體晶體管。
18.—種垂直功率半導(dǎo)體晶體管，包括 半導(dǎo)體層； 在所述半導(dǎo)體層的第一側(cè)處的第一端子； 在所述半導(dǎo)體層的、沿著第一方向與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)處的第二端子； 在所述第一端子和所述第二端子之間的所述半導(dǎo)體層內(nèi)的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)在中央部分中具有沿著垂直于所述第一方向的第二方向的至少IOOMPa的壓應(yīng)力，所述中央部分沿著所述第一方向從所述漂移區(qū)的總體延伸部的40%延伸到60%并且相對(duì)于所述半導(dǎo)體層的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)中的至少一個(gè)進(jìn)入所述半導(dǎo)體層的至少10 的深度中； 被布置于所述半導(dǎo)體層的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)中的至少一個(gè)上方的至少一個(gè)應(yīng)力源層，所述至少一個(gè)應(yīng)力源層被配置為在所述漂移區(qū)內(nèi)誘發(fā)壓應(yīng)力；并且 其中所述垂直功率半導(dǎo)體晶體管被配置為在等于或者大于200V的電壓下操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的垂直功率半導(dǎo)體晶體管，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層鄰接所述半導(dǎo)體層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的垂直功率半導(dǎo)體晶體管，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層是具有至少50pm的厚度的金屬層，所述金屬層被布置在所述半導(dǎo)體半導(dǎo)體層和導(dǎo)電載體之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的垂直功率半導(dǎo)體晶體管，其中所述金屬層是金屬箔。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的垂直功率半導(dǎo)體晶體管，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層被布置在所述垂直功率半導(dǎo)體晶體管的與后側(cè)相對(duì)的前側(cè)處，所述垂直功率半導(dǎo)體晶體管經(jīng)由所述后側(cè)而被布置于導(dǎo)電載體上。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的垂直功率半導(dǎo)體晶體管，其中所述至少一個(gè)應(yīng)力源層的厚度與所述半導(dǎo)體層的厚度的比率在2和20之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的垂直功率半導(dǎo)體晶體管，其中所述垂直功率半導(dǎo)體晶體管被布置于直接銅結(jié)合(DCB)基板上。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件。一種半導(dǎo)體器件包括具有半導(dǎo)體層的垂直功率半導(dǎo)體芯片。第一端子在半導(dǎo)體層的第一側(cè)處并且第二端子在半導(dǎo)體層的、沿著第一方向與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)處。漂移區(qū)在第一端子和第二端子之間的半導(dǎo)體層內(nèi)。該漂移區(qū)在中央部分中具有沿著垂直于第一方向的第二方向的至少100MPa的壓應(yīng)力。該中央部分沿著第一方向從漂移區(qū)的總體延伸部的40%延伸到60%并且相對(duì)于半導(dǎo)體層的第一側(cè)和第二側(cè)中的至少一個(gè)進(jìn)入半導(dǎo)體層的至少10μm的深度中。
文檔編號(hào)H01L23/485GK102683310SQ201210069939
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者J.赫格勞爾, R.保羅, R.奧特倫巴 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司