專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量的半導(dǎo)體器件。
為使諸如砷化鎵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)芯片等半導(dǎo)體器件能獲得大輸出，要加寬其柵極寬度，這將伴隨著芯片尺寸的增大，以及當(dāng)此器件工作時(shí)產(chǎn)生熱量的增加，如此使得很有必要有效地釋放工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。
由于此需求，過去，在如圖4所示的砷化鎵電源場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片1中，砷化鎵芯片1的砷化鎵基片4的厚度制的很薄，一鍍金層5被加在砷化鎵基片4的底表面上，對(duì)該鍍金層5施加的錫化金橫式材料3是用來使砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片固定于一管殼2中。通過調(diào)整如圖4所示的此種結(jié)構(gòu)，有可能得到良好的熱量釋放效果，并降低熱阻。
但對(duì)于如圖4所示的結(jié)構(gòu)，由于芯片1和管殼2之間的連接面積很大，所以在錫化金橫式材料3中有出現(xiàn)大量空隙6的可能性。
在圖4中，出現(xiàn)空隙6的位置聚集在生熱區(qū)7中時(shí)，空隙6的存在會(huì)使熱量從芯片1釋放變得更難，這就引起了在空隙6位置上溫度局部上升，高于其它區(qū)域的溫度，結(jié)果導(dǎo)致該芯片性能變差，芯片阻值下降直至損壞。
由于此原因，日本未審定專利申請(qǐng)公開號(hào)H3-82145中披露了抑制此種空隙出現(xiàn)的技術(shù)。上述日本未審定專利申請(qǐng)公開號(hào)H3-82145中公開技術(shù)的問題在于盡管有可能將空隙分裂成更細(xì)小的部分，但不可避免在緊挨著芯片表面生熱區(qū)之下的焊接層中出現(xiàn)空隙，因此不可能改善熱量從芯片的散發(fā)。
介于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件，其可防止在緊挨著芯片生熱區(qū)之下出現(xiàn)空隙。
為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明所述的半導(dǎo)體器件包含一管殼，其上固定著一半導(dǎo)體芯片，該芯片包括設(shè)有工作電路的一半導(dǎo)體基片；其中所說的半導(dǎo)體芯片是通過粘附于所說半導(dǎo)體芯片底表面上的粘結(jié)材料，與所說的管殼相連的；其中至少有一個(gè)空隙聚集區(qū)設(shè)在從與所說管殼相反的所說半導(dǎo)體芯片的一表面、以及與所說半導(dǎo)體芯片相反的所說管殼的一表面中選出的至少一個(gè)表面上，并且所說的空隙聚集區(qū)包含一凹進(jìn)部分，且是設(shè)于避開所說半導(dǎo)體芯片的接觸表面上的生熱區(qū)的區(qū)域中，當(dāng)所說半導(dǎo)體芯片與所說管殼以一定壓力接觸時(shí)，所說空隙聚集區(qū)捕獲從所說管殼和所說芯片之間的粘結(jié)材料中除去的存在于所說半導(dǎo)體芯片接觸表面的所說生熱區(qū)中的空隙。
本發(fā)明中，一半導(dǎo)體器件還含有一芯片和一空隙聚集區(qū)，該芯片有一工作時(shí)會(huì)生熱的元件，其底表面與管殼是通過粘結(jié)材料相連，空隙聚集區(qū)是一凹進(jìn)部分設(shè)在避開芯片生熱區(qū)的位置上，如此當(dāng)向下的壓力施于芯片上時(shí)，從管殼和芯片生熱區(qū)之間的粘結(jié)材料中釋出的空隙在避開芯片生熱區(qū)的區(qū)域被捕獲。
與上述芯片生熱區(qū)相反的底表面有一突出部分，此突出部分的表面是形成一平坦部分，其從芯片的底表面向外突出，因此將存在于芯片生熱區(qū)中的空隙壓出，且被在其和管殼之間及此區(qū)外部的空間所捕獲。
空隙聚集區(qū)的設(shè)置是以避開芯片的生熱區(qū)但位于生熱區(qū)相鄰的區(qū)域?yàn)橐恕?br> 空隙聚集區(qū)設(shè)于避開芯片的生熱區(qū)的位置上，該芯片被向下壓向管殼，結(jié)果空隙被壓出至芯片生熱區(qū)以外的區(qū)域，此空隙被空隙聚集區(qū)捕獲。
由丁此原因，空隙被壓出至芯片生熱區(qū)以外的位置，使得能防止其暴露于由于芯片生熱區(qū)的熱量所引起的局部高溫。


圖1(a)是顯示本發(fā)明第一種實(shí)施例的平面圖，圖1(b)是沿圖1(a)A-A線的剖面圖，圖1(c)是該基片底表面的平面圖。
圖2(a)是顯示本發(fā)明第二種實(shí)施例的平面圖，圖2(b)是沿圖2(a)B-B線的剖面圖，圖2(c)是該基片底表面的平面圖。
圖3是顯示本發(fā)明第三種實(shí)施例的剖面圖。
圖4(a)是已有技術(shù)的平面圖，圖4(b)是沿圖4(a)C-C線的剖面圖。
下面將參照有關(guān)附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明的第一種實(shí)施例如圖1所示，圖1(a)是其平面圖，圖1(b)是沿圖1(a)A-A線的剖面圖。
在圖1中，砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)芯片1的砷化鎵基片4是制成35μm厚，以便降低其熱阻，在此砷化鎵基片4上形成一砷化鎵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，熱量是在形成此砷化鎵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的區(qū)域中產(chǎn)生的，這就成為生熱區(qū)7。
在本發(fā)明的第一種實(shí)施例中，凹進(jìn)部分4a是設(shè)于砷化鎵基片4的底表面上，在離開生熱區(qū)7的另一面的位置上。
凹進(jìn)部分4a是設(shè)于避開基片4的生熱區(qū)7且與生熱區(qū)7相鄰的區(qū)域中。凹進(jìn)部分4a是通過干刻蝕基片4的底表面形成條狀制得的，其形成槽狀，深5μm，寬5μm。
此外，與生熱區(qū)7相反的基片底表面上凹進(jìn)部分4a相鄰，有一突出部分4b，其形成突出平坦表面，相對(duì)凹進(jìn)部分4a向外突出。
另外，為強(qiáng)化砷化鎵基片4，將鍍金層5施于基片4的底表面上。此鍍金層5以凹進(jìn)/突出形狀放置，以便與基片4底表面的凹進(jìn)部分4a和突出部分4b的形狀相吻合。所以，在基片4的底表面的突出部分4b的區(qū)域中，鍍金層5以平坦表面形式向下突出，在凹進(jìn)部分4a的區(qū)域中，鍍金層5縮進(jìn)呈低凹部分，以致生成設(shè)有空隙聚集區(qū)5a的結(jié)構(gòu)，該空隙聚集區(qū)5a是在凹進(jìn)部分4a上的一低凹形狀的鍍金層5。
在本發(fā)明的第一種實(shí)施例中，劃線后，采用錫化金橫式材料3將砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片1與銅管殼2焊接。在此處，管殼2是加熱到320℃。
因?yàn)樯榛増?chǎng)效應(yīng)晶體管芯片1的基片4底表面的表面積很大，當(dāng)將橫式材料3附著在砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片1上時(shí)，存在著錫化金橫式材料3中出現(xiàn)空隙6的可能性。
在本發(fā)明的第一種實(shí)施例中，當(dāng)將砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片1壓向管殼2時(shí)，由于相對(duì)基片4生熱區(qū)7向下突出的突出部分4b，在置于突出部分4b和管殼2之間的錫化金橫式材料3中的空隙6被壓向左和壓向右，以致使它們移動(dòng)至空隙聚集區(qū)5的一側(cè)，結(jié)果空隙6被移出在突出部分4b和管殼2之間的錫化金橫式材料3。
由于突出部分4b上的壓力移出錫化金橫式材料3的空隙6被向下壓出砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片1的區(qū)域，或被相鄰的空隙聚集區(qū)5a所捕獲。
因此，空隙6被移出對(duì)應(yīng)于與基片4生熱區(qū)相對(duì)的區(qū)域，被設(shè)于避開生熱區(qū)7的位置上的空隙聚集區(qū)5a所捕獲，如此即使當(dāng)芯片1工作時(shí)，生熱區(qū)7產(chǎn)生熱量，因生熱區(qū)7中無空隙存在，所以沒有由于空隙6存在而在芯片1上引起的局部高溫。
因?yàn)椴东@空隙6的空隙聚集區(qū)5a的設(shè)置是避開生熱區(qū)7的位置，即使其捕獲空隙，也沒有由于空隙6存在而在芯片1上而引起的局部高溫。
由于上述方式，調(diào)節(jié)砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片1的表面溫度使之基本均勻是可能的。
在過去的半導(dǎo)體器件中，例如直流偏置功率在40瓦級(jí)的功率砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在錫化金橫式材料3中存在有空隙6的情形下，該部位上的芯片溫度比芯片其它部位的溫度高約10℃。
與上述情形相反，在根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施例的一種半導(dǎo)體器件中，空隙可從芯片1的生熱區(qū)7壓至其非生熱區(qū)，因此空隙6不會(huì)存在于生熱區(qū)7上，結(jié)果是抑制了在生熱區(qū)7芯片表面上約10℃的溫升，使芯片表面溫度比過去的要下降10℃。
所以，在本發(fā)明的第一種實(shí)施例中，在芯片1的生熱區(qū)中，熱量均勻擴(kuò)散，沒有局部高溫的部位，有可能防止性能變差，阻值降低受損，其還有可能獲得長(zhǎng)的壽命。
圖2顯示了本發(fā)明的第二種實(shí)施例，圖2(a)顯示了平面圖，圖2(b)是沿圖2(a)B-B線的剖面圖。
在本發(fā)明的第一種實(shí)施例中，空隙聚集區(qū)5a是設(shè)在芯片1的沿生熱區(qū)7的豎向上(圖中的上下方向)，而在本發(fā)明的第二種實(shí)施例中，它是設(shè)在芯片1的橫向上(圖中的左右方向)。
凹進(jìn)部分4a是設(shè)在避開基片4的生熱區(qū)7且與生熱區(qū)7相鄰的區(qū)域中。凹進(jìn)部分4a是通過干刻蝕基片4的底表面形成條狀制得的，其形成槽狀，深5μm，寬5μm。
此外，與生熱區(qū)7相反的基片底表面上凹進(jìn)部分4a相鄰，有一突出部分4b，其形成突出的平坦表面，相對(duì)于凹進(jìn)部分4a向外突出。
在此第二種實(shí)施例中，空隙6被移出芯片1的生熱區(qū)7，并被設(shè)于避開生熱區(qū)7且與之相鄰的位置上的空隙聚集區(qū)5a所捕獲，如此獲得與第一種實(shí)施例相同的效果。
圖3顯示了本發(fā)明的第三種實(shí)施例，是其剖面圖。
凹進(jìn)部分4a是在與管殼2相對(duì)的所述半導(dǎo)體芯片1的底表面上形成的，凹進(jìn)部分9a是在與所述半導(dǎo)體芯片1相對(duì)的管殼2的表面上形成的。
在此第三種實(shí)施例中，空隙6也被移出芯片1的生熱區(qū)7，并被設(shè)于避開生熱區(qū)7且與之相鄰的位置上的空隙聚集區(qū)5a所捕獲，如此獲得與第一種實(shí)施例相同的效果。
盡管在上述的每個(gè)實(shí)施例中，空隙聚集區(qū)5a的剖面形狀是長(zhǎng)方形，但是設(shè)定的形狀并不限于此，它有可能是任何其它形狀，只要它是可捕獲空隙6的形狀。
此外，盡管空隙聚集區(qū)5a是條狀，但可使用任何形狀，只要它設(shè)于避開生熱區(qū)7的位置上。
如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是這樣一種半導(dǎo)體器件，其包含一管殼，在管殼上固定有包括一半導(dǎo)體基片的一半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體基片設(shè)有工作電路，其特征在于所說的半導(dǎo)體芯片是通過粘于所說半導(dǎo)體芯片的底表面上的粘結(jié)材料與所說的管殼相連的；其特征還在于至少一個(gè)空隙聚集區(qū)是設(shè)在從與所說管殼相對(duì)的所說半導(dǎo)體芯片的一表面和與所說半導(dǎo)體芯片相對(duì)的所說管殼的一表面中選出的至少一個(gè)表面上，并且所說的空隙聚集區(qū)包含一凹進(jìn)部分，且是設(shè)于避開所說芯片接觸表面上的生熱區(qū)的區(qū)域，當(dāng)所說半導(dǎo)體芯片是與所說管殼以一定壓力接觸時(shí)，所說空隙聚集區(qū)捕獲從所說管殼和所說芯片之間的粘結(jié)材料中除去的存在于所說半導(dǎo)體芯片接觸表面的所說生熱區(qū)中的空隙。
根據(jù)有以上詳述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，在芯片和管殼之間出現(xiàn)的空隙被壓至避開芯片生熱區(qū)的位置中，使得防止由于生熱區(qū)存在空隙引起的局部高溫，這就防止了導(dǎo)致性能變差和受損的阻值降低，可獲得長(zhǎng)壽命。
此外，由于芯片生熱區(qū)無空隙，有可能改進(jìn)芯片和管殼的緊密接觸，因而改進(jìn)了其散熱的效率。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其包含一管殼，在管殼上固定有包括一半導(dǎo)體基片的一半導(dǎo)體芯片，半導(dǎo)體基片設(shè)有工作電路，其特征在于所說的半導(dǎo)體芯片是通過粘于所說半導(dǎo)體芯片的底表面上的粘結(jié)材料與所說的管殼相連的；其中至少有一個(gè)空隙聚集區(qū)是設(shè)在從與所說管殼相對(duì)的所說半導(dǎo)體芯片的一表面、和與所說半導(dǎo)體芯片相對(duì)的所說管殼的一表面中選出的至少一個(gè)表面上，并且所說的空隙聚集區(qū)包含一凹進(jìn)部分，且是設(shè)于避開所說芯片接觸表面上的生熱區(qū)的區(qū)域，當(dāng)所說半導(dǎo)體芯片是與所說管殼以一定壓力接觸時(shí)，所說空隙聚集區(qū)捕獲從所說管殼和是芯片之間的粘結(jié)材料中除去的存在于所說半導(dǎo)體芯片接觸表面的所說生熱區(qū)中的空隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體器件，其特征在于在所述空隙聚集區(qū)中，至少一突出部分在與所述芯片的所述生熱區(qū)相反的區(qū)域中形成，所述突出部分有一平坦表面，所述突出表面的作用是使所述管殼和所述芯片之間形成的表面變窄，以使在與所述生熱區(qū)相應(yīng)的所述空間中存在的空隙壓出所述區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體器件，其特征在于所述空隙聚集區(qū)是設(shè)于避開所述芯片的所述生熱區(qū)、而且還與所述生熱區(qū)相鄰的位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體器件，其特征在于所述凹進(jìn)部分是在與所述管殼相對(duì)的所述半導(dǎo)體芯片的表面上形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體器件，其特征在于所述凹進(jìn)部分是與所述半導(dǎo)體芯片相對(duì)的所述管殼的一表面上形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體器件，其特征在于所述凹進(jìn)部分是在與所述管殼相對(duì)的所述半導(dǎo)體芯片的表面上，以及與所述半導(dǎo)體芯片相對(duì)的所述管殼的表面上形成的。
7.一種制造一種半導(dǎo)體器件的方法，它是將在其上固定有包括一設(shè)有工作電路的半導(dǎo)體基片的一半導(dǎo)體芯片的一管殼與一半導(dǎo)體芯片，通過粘于所說半導(dǎo)體芯片的底表面上的粘結(jié)材料接觸，其特征在于所述方法包括以下步驟在與所說管殼相對(duì)的所說半導(dǎo)體芯片的一表面、和與所說半導(dǎo)體芯片相對(duì)的所說管殼的一表面中選出的至少一個(gè)表面上，形成至少一個(gè)凹進(jìn)部分；將所述半導(dǎo)體芯片的所述表面通過粘于其間的粘結(jié)劑，與所述管殼的所述表面接觸，以使所述粘結(jié)劑的一部分移進(jìn)其間含有空隙的所述凹進(jìn)部分中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造一種半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述凹進(jìn)部分是設(shè)于避開被固定在所述芯片上的工作電路工作時(shí)產(chǎn)生的熱量加熱的生熱區(qū)的位置上。
全文摘要
一空隙聚集區(qū)設(shè)于砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片上避開芯片生熱區(qū)的位置上。在相應(yīng)芯片生熱區(qū)的基片底表面上施加壓力,會(huì)除去在生熱區(qū)之下的空隙,所述空隙聚集區(qū)捕獲此空隙,因此抑制了由于空隙的存在所致的芯片局部溫升。
文檔編號(hào)H01L21/58GK1190798SQ9810040
公開日1998年8月19日 申請(qǐng)日期1998年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月7日
發(fā)明者九正仁 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社