[發明專利]一種壓接型高壓大功率芯片結構及功率器件

在審

• 申請號: 202110696913.1
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113421875A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 劉招成;李超;崔翔;李學寶;趙志斌
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L23/58
• 分類號: H01L23/58
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明涉及一種壓接型高壓大功率芯片結構，所述功率芯片結構包括：芯片半導體和四個金屬保護層結構；四個所述金屬保護層結構分別設置在所述芯片半導體的終端區結構的四個倒角區域。本發明的壓接型高壓大功率芯片結構在電場強度集中區域，即芯片半導體的終端區結構的四個倒角區域設置金屬保護層結構，以改善壓接型高壓大功率芯片結構的電場分布，提升外部封裝整體的絕緣能力。

技術領域

本發明涉及半導體器件結構技術領域，特別是涉及一種壓接型高壓大功率芯片結構及功率器件。

背景技術

壓接型高壓大功率器件是高壓直流裝備的核心器件，而壓接型高壓大功率器件的絕緣問題是制約器件能否正常工作的核心問題。

相比于焊接型高壓大功率器件，芯片通過長金屬柱狀電極引到芯片外側，根據電磁場理論，在高壓情況下將會在長金屬柱狀電極和芯片終端高摻雜區域引入雜散電容。

針對壓接型高壓大功率器件，由于受到器件封裝中長金屬柱狀電極所引入的雜散電容的影響，芯片終端區域原有的電場分布被改變，導致芯片終端區域邊緣的電場大大增加，甚至隨著施加電壓的增加，原有最大電場由芯片內部轉移到芯片表面，從而導致芯片表面易發生沿面閃絡或擊穿，成為絕緣的薄弱環節，這將大大降低器件整體的耐壓能力。也就是說隨著壓接型高壓功率器件電壓等級的提升，外部封裝結構對于芯片內部電場的影響越來越大，導致芯片內部最大電場位置發生轉移，這將會導致原有的芯片終端區耐壓設計失效，無法起到有效的保護作用，同時由于芯片表面絕緣能力相比于芯片體內較弱，非常容易發生放電現象，從而導致絕緣的老化以及器件失效。加之放電隨機性較大，會導致芯片的絕緣參數的不一致性，導致器件整體耐壓能力的不穩定性。

如何改善壓接型高壓大功率器件內的電場分布，提高器件整體耐壓能力，成為一個亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種壓接型高壓大功率芯片結構及功率器件，以改善壓接型高壓大功率器件內的電場分布，提高器件整體耐壓能力。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種壓接型高壓大功率芯片結構，所述功率芯片結構包括：芯片半導體和四個金屬保護層結構；

四個所述金屬保護層結構分別設置在所述芯片半導體的終端區結構的四個倒角區域。

可選的，所述金屬保護層結構為U型金屬保護層結構。

可選的，所述U型金屬保護層結構的橫截面為由第一直線、第二直線、第三直線和圓弧曲線圍成的封閉區域；

所述第一直線的一端與所述第二直線的一端直角連接，所述第二直線的另一端與所述第三直線的一端直角連接，所述第一直線的另一端與所述圓弧曲線的一端連接，所述圓弧曲線的另一端與所述第三直線的另一端連接。

可選的，所述圓弧曲線的弧度與所述終端區結構的四個倒角的弧度相同。

可選的，所述金屬保護層結構的厚度在100微米到200微米之間。

可選的，所述芯片半導體包括有源區元胞結構和終端區結構，所述終端區結構設置在所述有源區元胞結構的外部。

可選的，所述終端區結構包括半導體襯底、設置在所述半導體襯底上的半導體終端結和截止環，及覆蓋在所述半導體襯底、所述半導體終端結和所述截止環上的鈍化層；

所述金屬保護層結構設置在所述鈍化層上與所述截止環的四個角的位置所對應的位置。

可選的，所述有源區元胞結構的上部設置有有源區金屬層。

一種壓接型高壓大功率器件，所述功率器件包括集電極基板、多個電極和多個功率芯片結構；

多個所述功率芯片結構成陣列的排列在所述集電極基板上；