[发明专利]半导体装置以及用于制造半导体装置的方法

说明书

现有技术

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种半导体装置、根据权利要求13所述的应用以及根据权利要求14所述的用于制造半导体装置的方法。

对于高热负荷的半导体元件的封装（Packaging），当前采用的是陶瓷壳体或衬底，其中陶瓷用作半导体元件的载体，并同时用作电绝缘。半导体元件通常从其底侧或者利用导电的粘合剂或者利用绝缘的粘合剂被固定或焊接在该陶瓷载体上。这种半导体装置在DE 10 2005 038 760 A1中有阐述。在由该文件所公开的半导体装置中，半导体元件通过相对厚的金属层固定到该陶瓷载体上。因为相对厚的金属层具有与半导体元件的半导体材料和载体陶瓷不同的热膨胀系数，所以尤其在半导体装置温度负荷高的情况下可能导致损害半导体装置的机械应力。

在可选的已知的半导体装置中，针对半导体元件采用了金属壳体，半导体元件以其底侧导电地被固定到该壳体上，其中比如通过玻璃套管来实现绝缘连接。

作为诸如晶体管的功率半导体元件的封装标准，壳体已是通行的，其中该半导体元件被导电粘合到冲压的金属载体、所谓的引线框上，其中附加的电连接通过其他冲压的接触部来实现，并且该半导体元件和接触部利用一种绝缘材料、通常是塑料或者基于塑料的材料而被挤压包封。

所有已知的概念针对最大允许温度、尤其在所谓宽能带间隙半导体元件的应用中都涉及其界限。尤其在高于250℃的温度下、尤其在其他诸如震动的环境（wittriger）条件同时影响下、或在腐蚀环境应用下就是这种情况。

本发明的公开

技术任务

本发明所基于的任务是推荐一种半导体装置概念，其实现了半导体装置在高温下的应用。尤其应该避免由于大的温度差而产生的机械应力。另外其任务还在于推荐用于制造这种半导体装置的一种方法。

技术解决方案

该任务在半导体装置方面利用权利要求1特征的、权利要求13所述的应用而得到解决，以及在方法方面利用权利要求14的特征而得到解决。本发明的有利的改进参见从属权利要求。在说明书、权利要求和/或附图中所公开的至少两个特征的所有组合都属于本发明的范畴。为了避免重复，根据方法而公开的特征也应该视作是根据装置而公开的，并应该是能够要求权利的。同样根据装置所公开的特征也应该视作是根据方法而公开的，并应该是能够要求权利的。

本发明所基于的想法是，至少分段地（abschnittsweise）由一种至少在应用温度条件下导电的、尤其金属导电的陶瓷来构造该半导体元件的载体，由此能够直接地通过该陶瓷载体来实现该半导体元件的电压和/或电流供给，尤其在此不必要采用在现有技术中所要求的相对厚的、具有大于30μm厚度的金属层。省略了在该半导体部分与该陶瓷载体之间这种厚的金属中间层，这再次使得避免了由于不同的热膨胀系数而引起的机械应力，由此按照本发明概念所构造的半导体装置适合应用于非常高的温度，尤其（远）高于250℃、优选高于400℃的温度。此外，至少分段地由导电陶瓷材料所构造的载体其特征在于非常高的导热性，其导致良好的散热，并从而进一步有利于在非常高温度下的应用。原则上至少一个半导体元件可以以任意的方式、比如作为二极管、晶体管或集成电路（IC）等来构造。尤其优选的是如下一种实施方案，其中该半导体元件是一种所谓的初始芯片（Die），其比如通过焊接或其他的方法被固定到至少分段导电的陶瓷载体上。优选的是如下一种半导体装置的实施方案，其中该导电陶瓷载体构造了至少一个第一接触部、尤其该半导体元件的接地接触部，其中在此该连接技术或者说用于把该半导体元件连接到该导电陶瓷载体上的连接材料优选同样应该是导电的，并优选地应该仅如此厚，使得避免了由于不同的温度系数而引起的严苛的机械应力。从而比如可以通过银烧结把该半导体元件固定到该陶瓷载体上，其中该烧结层比如可以通过背侧金属化利用非常微小的厚度直接在半导体元件的制造过程中被施加于其上。

尤其很优选的是根据本发明概念所构造的半导体装置适合应用在机动车中。从而比如包含有至少一个SiC功率二极管的这种半导体装置比如能够应用在机动车发电机的发电机中或上，其中该SiC功率二极管直接地、比如通过一个薄层而施加到该SiC陶瓷元件上，陶瓷元件以其出色的机械特性、如耐磨性和耐热性也能够利用相应的、稍后还要阐述的、可选的功能结构区段来承担其他的功能。

在本发明的改进中有利地规定，该半导体元件包含有一种所谓的宽能带间隙半导体材料，或者由这种材料来构造。宽能带间隙半导体材料是具有优选大于2eV的能带间隙的半导体材料。该宽能带间隙半导体材料、诸如SiC特征在于能够在高得多的温度下作为硅来工作。