[發明專利]SiC器件的可焊接頂層金屬

有效

• 申請號: 200580043774.1
• 申請日: 2005-10-21
• 公開（公告）號: CN101233617A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: R·卡爾塔;L·貝萊莫;L·梅林
• 申請（專利權）人: 國際整流器公司
• 主分類號: H01L29/15
• 分類號: H01L29/15
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 周建秋;王鳳桐

相關申請

本申請基于2004年10月21日提交的，標題為“Solderable?Top?Metal?ForSiC?Die”的美國臨時申請60/620756，并要求其優先權，由此做出優先權的權利要求，并且其內容在此引用作為參考文獻。

技術領域

本發明一般地涉及半導體器件，更具體地涉及碳化硅半導體器件的可焊接觸點。

背景技術

碳化硅(SiC)已經成為高功率器件的一項成熟技術，例如，用于制造先進器件，如肖特基二極管、晶體管JFET和MOSFET。特別是，SiC器件可以封裝，從而進行引線接合，例如，將器件的電極連接到器件封裝引線架。但是，為了完全發揮SiC器件的高性能特征，所需的器件封裝類型被要求例如使得器件的一個或多個電極直接電連接或機械連接到器件封裝引線架，或者例如通過夾片/帶(clip/strap)連接到器件封裝引線架。這些類型的器件封裝可以包括標準可焊接封裝、倒裝SiC封裝、夾片連接封裝以及封裝。

特別是，為了形成與SiC器件電極的這些類型的直接連接，需要導電的粘合劑，例如焊料等等。但是，SiC器件的一個或多個電極常常是由金屬制成，例如鋁，它們不容易結合焊料。這樣，為了形成與這些電極基于焊料的連接，例如，常常在電極和封裝連接的表面直接形成可焊接觸點，然后再連接到該可焊接觸點上。作為示例，可焊接觸點可以是含有銀的合金。

正如公知的，通過絕緣鈍化層可以將器件的電極與器件其它表面絕緣，例如器件端子。值得注意的是，形成如上所述的可靠鈍化層以及可焊接觸點是困難的。例如，形成可焊接觸點所需的金屬沉積、清潔和刻蝕步驟可能損壞或改變鈍化/端子層。

另外，還發現在長時間暴露于電場和潮濕環境時，銀離子，例如來自可焊接觸點，可以遷移并形成樹枝晶。該遷移稱為金屬電遷移。值得注意的是，例如，當焊料應用于可焊接觸點表面以便將電極連接到器件封裝時，焊料通常將會溶解沿觸點表面暴露的銀而形成焊料合金。結果，銀被捕獲在合金內而不能從可焊接觸點遷移而形成樹枝晶。

但是，器件的鈍化層常常覆蓋，例如，電極邊緣。結果，鈍化層可能鄰接/接觸給定電極的可焊接觸點以及觸點外表面的隱蔽部分，而防止這些表面的銀在焊接過程中到達。這些銀可能是遷移離子的來源，可以遷移越過鈍化層并且形成樹枝晶。隨著時間流逝，這些樹枝晶可能破壞鈍化層，降低器件可靠性。作為示例，樹枝晶可以在器件電極與器件端子之間形成導電橋。

因此，需要提供一種不影響SiC器件可靠性的可焊接觸點。

發明內容

根據本發明實施例，SiC器件包括SiC襯底頂面的至少一個電源電極。器件可以是，例如，肖特基二極管。器件還包括覆蓋，例如，電源電極的外周邊邊緣的半絕緣鈍化層，特別是，可以包圍電極的外周邊邊緣，對于肖特基二極管，此鈍化層也可以延伸到包圍電源電極的端子區。鈍化層可以是非晶硅層。

器件還包括沉積在電源電極頂面的可焊接觸點。可焊接觸點可以是，例如，含銀觸點，例如含銀的三金屬堆(stack)。作為示例，三金屬堆可以是鈦/鎳/銀堆、鉻/鎳/銀堆，或者本領域公知的其它一些傳統的三金屬堆。

根據本發明的實施例，可焊接觸點的形成可以使可焊接觸點的邊緣/側邊距離非晶硅鈍化層的面對/相鄰的邊緣/側邊一定距離，從而在可焊接觸點與鈍化層之間形成間隙/開口。優選地，此間隙垂直延伸到電極頂面，優選地包圍可焊接觸點的外周邊。因此，例如，如果電極是由鋁制成的，則此間隙在可焊接觸點周圍形成鋁框架。此間隙可以是大約5μm到大約80μm寬，優選的是10μm寬。

根據本發明實施例，例如，當焊料應用于可焊接觸點，將觸點連接到器件封裝引線架或夾片/帶時，此間隙在焊料回流時有助于將焊料容納在可焊接觸點的區域內。因此，如果器件包括環繞端子區，例如，則該間隙有助于防止焊料進入端子區。另外，該間隙還使可焊接觸點的整個頂面和側面暴露，從而防止非晶硅鈍化層隱蔽任何的觸點表面。結果，當焊料應用于可焊接觸點并回流時，焊料能覆蓋可焊接觸點的整個外露表面，從而溶解沿這些表面露出的銀并形成銀合金。以這種方式，將銀完全捕獲在合金內，抑制銀離子電遷移和在鈍化層形成樹枝晶的影響。

根據本發明另一個實施例，在非晶硅鈍化層的頂面上形成第二絕緣鈍化層，特別是，優選地從上述間隙延伸到非晶硅鈍化層的外末端/邊緣。根據本發明的另外方面，第二鈍化層可以延伸到非晶硅鈍化層外末端/邊緣以外。該第二鈍化層可以在高粗糙度和需要可靠性的情況下增加，并且可以是，例如，光成像聚酰亞胺層、PSG(磷酸鹽玻璃)氧化物層或氮化硅層。根據本發明，可焊接觸點的邊緣/側面以及第二鈍化層的面對/相鄰的邊緣/側面用于進一步形成間隙。