[實用新型]氮化鎵功率器件封裝結構

有效

• 申請號: 202123017916.2
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN216288437U
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 劉煦冉;程海英;周澤陽
• 申請（專利權）人: 上海新微半導體有限公司
• 主分類號: H01L23/60
• 分類號: H01L23/60;H01L23/29;H01L23/31
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 盧炳瓊

本實用新型提供一種氮化鎵功率器件封裝結構，包括襯底、晶體管、ESD屏蔽層及氫氣吸收層；ESD屏蔽層與襯底相接觸，形成電連接；晶體管位于襯底表面，且位于ESD屏蔽層和襯底封閉而成的空間內；氫氣吸收層位于ESD屏蔽層的內表面，氫氣吸收層包括吸氫金屬層和位于吸氫金屬層上的能滲透氫的保護層。本實用新型利用氫氣吸收層對氫的吸收能力是相同體積的硅基吸氣劑的25倍，所占體積非常小，方便沉積在各種形狀的基體上，不需要進行高溫組合固化工藝，也不需要長時間的烘烤等優點，可從封裝材料中引出并吸收氫，從而可提高器件的可靠性，且可釋放器件在封裝過程中產生的靜電積累，有助于提高器件貼片封裝的靜電防護特性和可靠性。

技術領域

本實用新型涉及半導體技術領域，特別是涉及一種氮化鎵功率器件封裝結構。

背景技術

引入p-GaN帽層結構是制作增強型GaN功率晶體管的常用工藝方法之一。而GaN的p型摻雜最常用元素是Mg，影響p型GaN材料雜質激活的主要因素是H原子鈍化p型受主雜質活性。Mg作為受主雜質摻雜時，與H形成了電中性的Mg-H絡合物，使Mg不能有效地替代Ga的位置，從而失去電活性。所以，封裝材料中的H極易通過鈍化Mg受主的方式導致p-GaN增強型晶體管的性能退化。

氮化鎵功率器件封裝密閉后，在高溫惡劣的工作環境下，封裝管殼材料本身會釋放出少量氫氣。密封電子器件組件中的氫氣主要來源包括金屬外殼、內部元件、吸波材料等，具體原因為：(1)外殼材料在制造過程中本身會引入氫；(2)退火、燒結等工藝過程可能在氫氣氛圍中進行，從而引入氫；(3)金屬外殼電鍍過程也會引入氫；(4)芯片等焊接過程同樣可能在氫氣保護下進行。這些引入氫的過程不能完全避免。隨著器件的使用，外殼、各封裝元件中的氫會緩慢釋放，在密封外殼的阻隔下，這些氫無法釋放到器件組件外部，所以氫在密封腔體內部聚集，易造成器件功能失效。

目前常見的封裝材料除氫技術，從工藝上而言，主要是器件組件密封前在氮氣氣氛下進行長時間的烘烤，從而排除封裝材料中吸附的氫氣。但長期的高溫烘烤，一方面對設備的要求較高，同時也增加了生產周期；另一方面，有研究人員發現，封裝殼體經長時間高溫烘烤會發生互擴散和氧化，造成組裝過程的可焊性和可靠性降低。另一種技術是將鉑族金屬及其化合物作為氫氣吸收劑與有機物黏結劑在一定溫度下組合固化。這種吸氫方式的工藝比較復雜，且不適合用在形狀不規則及空間較小的結構中。

實用新型內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種氮化鎵功率器件封裝結構，用于解決現有技術中的氮化鎵功率器件采用氮氣氛圍高溫烘烤除氫工藝對設備要求高，且導致生產周期長，同時容易造成器件的可焊性和可靠性下降，而采用鉑族金屬及其化合物作為氫氣吸附劑與有機物黏結劑在一定溫度下組合固化進行除氫的工藝比較復雜，且不適合用在形狀不規則及空間較小的器件結構中等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種氮化鎵功率器件封裝結構，所述氮化鎵功率器件封裝結構包括框架、襯底、氮化鎵功率器件、ESD屏蔽層及氫氣吸收層；所述ESD屏蔽層與所述襯底相接觸，所述氮化鎵功率器件位于襯底表面，且位于ESD屏蔽層和襯底封閉而成的空間內；所述氫氣吸收層位于所述ESD屏蔽層的內表面，所述氫氣吸收層包括吸氫金屬層和位于吸氫金屬層上的能滲透氫的保護層。

可選地，所述吸氫金屬層包括鉑族金屬層、鐵金屬層、鎳金屬層、鈦金屬層、釩金屬層、鋯金屬層、鉻金屬層、鈷金屬層、稀土金屬層和合金層的任意一種或多種的層疊。

可選地，所述保護層包括鈀層。

可選地，所述吸氫金屬層的厚度大于等于1μm。

可選地，所述保護層的厚度為150nm-250nm。

可選地，所述氫氣吸收層和所述ESD屏蔽層之間還形成有粘結金屬層。

更可選地，所述粘結金屬層包括鈦層和鎢化鈦層中的一種或兩種的層疊。

可選地，所述粘結金屬層的厚度為10nm-30nm。