[發明專利]一種功率半導體器件結構及其制造方法

在審

• 申請號: 201710465385.2
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107403795A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 王凱;周賢達;單建安
• 申請（專利權）人: 廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院;中山大學
• 主分類號: H01L25/18
• 分類號: H01L25/18;H01L21/50
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，更具體地，涉及一種功率半導體器件結構及其制造方法。

背景技術

功率半導體器件是現代電力電子系統的核心，其成本很大程度上取決于芯片的制造成本。目前，絕大多數商用化的功率半導體器件芯片均是基于單晶硅晶圓進行制造的。在一個晶圓上集成的功率半導體器件芯片越多，則生產過程中一次可批量化處理的功率半導體器件芯片數越多，每顆功率半導體器件芯片的成本越低。基于這一業界共識，縮小功率半導體器件芯片面積和使用大尺寸晶圓是降低功率半導體器件芯片制造成本最直接的兩項手段。

功率半導體器件芯片的面積受最高工作溫度的限制，存在其物理極限。功率半導體器件的最高工作溫度理論上不得高于半導體材料的本征溫度，當半導體材料中的本征載流子濃度接近器件內部的摻雜濃度時，PN結將失去阻斷電流的能力，從而使器件失效。目前，無論是以功率金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)為代表的多數載流子器件，還是以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的少數載流子器件，其芯片面積都已經接近其理論下限，不存在大幅度降低的空間。

另一方面，用于制造功率半導體器件的單晶硅晶圓尺寸雖然一直在增長，但增速極其緩慢，過去50年中工業界使用的晶圓直徑平均每年僅增長6％左右。目前業界能使用的最大單晶硅晶圓直徑為12英寸，由于材料和配套設備尚不成熟，18英寸晶圓預計要到2021年才能投入使用。

綜上所述，基于現有技術發展軌跡，功率半導體器件成本受芯片面積和晶圓尺寸的限制，在未來已不存在大幅度下降的空間。

發明內容

本發明為解決以上現有技術提供的功率半導體器件的制造成本受芯片面積、單晶硅晶圓尺寸的限制而不能降低的技術缺陷，提供了一種功率半導體器件結構。

為實現以上發明目的，采用的技術方案是：

一種功率半導體器件結構，包括基板和鑲嵌在基板中的芯片陣列，所述芯片陣列和基板的上表面上設置有用于將所述芯片陣列中的芯片的一端并聯的頂部公共電極，所述芯片陣列和基板的下表面上設置有用于將所述芯片陣列中的芯片的另一端并聯的底部公共電極。

上述方案中，功率半導體器件是由鑲嵌在基板上的芯片陣列構成的，其制造的尺寸僅僅與基板的尺寸相關，而與單晶硅晶圓的尺寸無關，因此本發明提供的功率半導體器件結構與現有技術相比，其尺寸更大，且制造成本更低。

同時，本發明還提供了一種以上功率半導體器件結構的制造方法，其具體的方案如下：

S1.在陶瓷基板上鉆取多個孔；

S2.將陶瓷基板燒結硬化；

S3.將直徑大于上述孔的直徑的單晶硅小球鑲嵌于陶瓷基板上；

S4.在陶瓷基板的正面及反面涂覆玻璃膠；

S6.使玻璃膠在高溫下硬化；

S7.對陶瓷基板的正面進行研磨、拋光使其正面平整；

S8.對陶瓷基板的反面進行研磨、拋光使其反面平整；

S9.經過對陶瓷正反面的研磨、拋光后，在單晶硅小球剩余的部分上制造芯片；

S10.在陶瓷基板和芯片的上表面上淀積金屬并進行圖形化，形成頂部公共電極；

S11.在陶瓷基板和芯片的下表面上淀積金屬并進行圖形化，形成底部公共電極。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提供的功率半導體器件結構通過在基板上集成芯片陣列，來解決功率半導體器件的大尺寸制造及降低制造成本的技術難題。

附圖說明

圖1是現有技術提供的功率半導體器件100及其對應的晶圓的俯視圖。

圖2是現有技術提供的功率半導體器件100的截面圖。

圖3是本發明的一個實施例的功率半導體器件300的俯視圖。

圖4是功率半導體器件300的截面圖。

圖5是功率半導體器件300的等效電路圖。

圖6是本發明的另一個實施例的功率半導體器件600的等效電路圖。

圖7是本發明的再一個實施例的功率半導體器件700的等效電路圖。

圖8是本發明提供的功率半導體器件制造方法的前端工藝流程圖。

具體實施方式

本發明的附圖用于描述本發明的各種方面或特征，其中相同的參考標號始終用于指代相同的器件或組成部分。在本說明書中，闡述了許多具體細節以便提供對本發明的透徹理解。然而，應理解，可以在沒有這些具體細節的情況下，或者利用其它方法、組件、材料等實現本發明的特定方面。

實施例1