[发明专利]一种功率半导体器件结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种功率半导体器件结构及其制造方法。

背景技术

功率半导体器件是现代电力电子系统的核心，其成本很大程度上取决于芯片的制造成本。目前，绝大多数商用化的功率半导体器件芯片均是基于单晶硅晶圆进行制造的。在一个晶圆上集成的功率半导体器件芯片越多，则生产过程中一次可批量化处理的功率半导体器件芯片数越多，每颗功率半导体器件芯片的成本越低。基于这一业界共识，缩小功率半导体器件芯片面积和使用大尺寸晶圆是降低功率半导体器件芯片制造成本最直接的两项手段。

功率半导体器件芯片的面积受最高工作温度的限制，存在其物理极限。功率半导体器件的最高工作温度理论上不得高于半导体材料的本征温度，当半导体材料中的本征载流子浓度接近器件内部的掺杂浓度时，PN结将失去阻断电流的能力，从而使器件失效。目前，无论是以功率金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)为代表的多数载流子器件，还是以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的少数载流子器件，其芯片面积都已经接近其理论下限，不存在大幅度降低的空间。

另一方面，用于制造功率半导体器件的单晶硅晶圆尺寸虽然一直在增长，但增速极其缓慢，过去50年中工业界使用的晶圆直径平均每年仅增长6％左右。目前业界能使用的最大单晶硅晶圆直径为12英寸，由于材料和配套设备尚不成熟，18英寸晶圆预计要到2021年才能投入使用。

综上所述，基于现有技术发展轨迹，功率半导体器件成本受芯片面积和晶圆尺寸的限制，在未来已不存在大幅度下降的空间。

发明内容

本发明为解决以上现有技术提供的功率半导体器件的制造成本受芯片面积、单晶硅晶圆尺寸的限制而不能降低的技术缺陷，提供了一种功率半导体器件结构。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种功率半导体器件结构，包括基板和镶嵌在基板中的芯片阵列，所述芯片阵列和基板的上表面上设置有用于将所述芯片阵列中的芯片的一端并联的顶部公共电极，所述芯片阵列和基板的下表面上设置有用于将所述芯片阵列中的芯片的另一端并联的底部公共电极。

上述方案中，功率半导体器件是由镶嵌在基板上的芯片阵列构成的，其制造的尺寸仅仅与基板的尺寸相关，而与单晶硅晶圆的尺寸无关，因此本发明提供的功率半导体器件结构与现有技术相比，其尺寸更大，且制造成本更低。

同时，本发明还提供了一种以上功率半导体器件结构的制造方法，其具体的方案如下：

S1.在陶瓷基板上钻取多个孔；

S2.将陶瓷基板烧结硬化；

S3.将直径大于上述孔的直径的单晶硅小球镶嵌于陶瓷基板上；

S4.在陶瓷基板的正面及反面涂覆玻璃胶；

S6.使玻璃胶在高温下硬化；

S7.对陶瓷基板的正面进行研磨、抛光使其正面平整；

S8.对陶瓷基板的反面进行研磨、抛光使其反面平整；

S9.经过对陶瓷正反面的研磨、抛光后，在单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积金属并进行图形化，形成顶部公共电极；

S11.在陶瓷基板和芯片的下表面上淀积金属并进行图形化，形成底部公共电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的功率半导体器件结构通过在基板上集成芯片阵列，来解决功率半导体器件的大尺寸制造及降低制造成本的技术难题。

附图说明

图1是现有技术提供的功率半导体器件100及其对应的晶圆的俯视图。

图2是现有技术提供的功率半导体器件100的截面图。

图3是本发明的一个实施例的功率半导体器件300的俯视图。

图4是功率半导体器件300的截面图。

图5是功率半导体器件300的等效电路图。

图6是本发明的另一个实施例的功率半导体器件600的等效电路图。

图7是本发明的再一个实施例的功率半导体器件700的等效电路图。

图8是本发明提供的功率半导体器件制造方法的前端工艺流程图。

具体实施方式

本发明的附图用于描述本发明的各种方面或特征，其中相同的参考标号始终用于指代相同的器件或组成部分。在本说明书中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，应理解，可以在没有这些具体细节的情况下，或者利用其它方法、组件、材料等实现本发明的特定方面。

实施例1