[发明专利]压铸的功率器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压铸的功率器件，该器件包括一个在工作中产生热量的半导体芯片和一个用于冷却该半导体芯片的散热器。

背景技术

提出一种功率器件，它包含一个半导体芯片和仅一个散热器，该散热器为用于散热的铜板，并且也用作电极。在功率器件中，提供电源线和接地线作为接合线。但是当为减少制造成本而缩小芯片尺寸时，这种类型的功率器件有下列问题。为小型化，有必要减少接合线数量，这样提供预定的额定电流变为不可能。此外，虽然随着器件小型化半导体芯片以更高速度工作，但小型化导致较大的电感和增加的浪涌。另外，半导体芯片在吸收预定的额定电流时，它在单位体积产生更多热量。因此，除非热量被更有效的释放，否则半导体芯片较低的温度在工作时变高。

为了解决上述问题，建议一种包含两个散热器的半导体器件。由于热量分别从半导体芯片的两侧释放到两个散热器，后面建议的半导体器件与前面建议的只有一个散热器的功率器件相比提供改善的散热效率。虽然后面建议的半导体器件用铸模树脂铸型，但为改善散热效率，两个散热器的与分别面对半导体芯片的表面相对的表面被暴露在外。

然而，在后面建议的半导体器件中，半导体芯片和散热器彼此间热膨胀系数相对而言差别很大。因此，后面建议的半导体器件工作时在热循环情况下，在半导体芯片中产生相对大的应力，而且最坏情况下，半导体芯片被损坏。特别地，当制造后面建议地半导体器件时，散热器在回流工艺中被焊接到半导体芯片上，其中焊料在加热步骤中被加热到预定温度以使焊料熔化，并且在随后的冷却步骤中冷却硬化焊料。具体地，后面建议的半导体器件中的半导体芯片和散热器基本上分别由单晶硅和铜制成。因此，由于单晶硅和铜之间热膨胀系数的差别，如图29所示分别为3.0ppm和17ppm，半导体芯片和散热器在回流工艺的冷却步骤后立即分别受压应力和拉应力，如图30所示。

当后面建议的半导体器件在冷却步骤之后被置于室温时，由于连接半导体芯片和散热器的焊料的蠕变，应力逐渐松弛。如果应力充分松弛，当半导体器件由工作中半导体芯片所产生的热或来自周围环境的热被再次加热时，由于单晶硅和铜之间热膨胀系数的差别在半导体芯片中产生拉应力。构成半导体芯片的单晶硅即使在超过600MPa的压应力下保持完好，而单晶硅在100MPa的拉应力下就可被破坏。因此，在后面的半导体器件中，使半导体芯片破坏的是拉应力。

半导体芯片包含p-型基区和n⁺-型源区，它们位于n-型硅衬底的前表面，和位于n-型硅衬底的后表面上的漏电极。前表面和后表面反向相向。在建议的半导体芯片制造方法中，n-型硅的半导体晶片，许多半导体芯片由其制成，被减薄以减小半导体芯片的厚度，因为通过缩短电流路径半导体芯片的接通电阻被降低。

特别地，在一种建议的方法中，在晶片的前表面上形成基区和源区，一个金属化层，以及一个钝化膜(SiN膜或PIQ膜)，并随后减薄晶片。其次，在晶片的后表面上形成后侧电极层。晶片的前表面和后表面反向相向。在建议的方法中，在形成后侧电极前晶片被整体减薄，因此在以后的制造步骤中，晶片易翘曲并变得易碎。

在建议的半导体芯片制造方法中，在晶片的后表面中形成n⁺区，作为用于晶片和后侧电极层间电接触的杂质扩散区。然后，与n⁺区接触形成后侧电极层。

为形成n⁺区，或者采用离子注入法或者采用热扩散法。为接近100％激活注入的离子，离子注入法要求在500～700℃的退火。此外，为获得相对高的杂质浓度，需要相对高的掺杂量。另一方面，热扩散法比离子注入法需要更高温度和更长周期。然而，两种方法中，由于n⁺区是在晶片前表面上形成金属化层之后被形成，因此退火必须在低于金属化层软化的温度下进行。例如，当使用铝膜时，退火温度需低于450℃。因而，在建议的方法中，退火效果不充分。

发明内容

考虑到上述方面提出，本发明目的在于提供一种包含半导体芯片的半导体器件，该芯片即使在大的热应力下保持完好，同时防止铸模树脂(mold resin)分层并防止焊料破裂，因此保证了半导体器件的长期可靠性。本发明的另一目的在于提供一种用于制造该半导体芯片的方法。利用该方法，半导体器件制造工艺中半导体晶片的易碎性得到改善，而且同时，在相对低的温度下实现晶片和后表面电极之间的电接触。

为达到前面的目的，半导体芯片具有的厚度为t1，而且散热器之一具有的厚度为t2，使得厚度t1和厚度t2满足下式。

t2/t1≥5