[发明专利]基于表面等电势硅基板制成的级联型GaN器件

说明书

本发明涉及基于表面等电势硅基板制成的级联型GaN器件，其包括框架载体、设置在框架载体上的GaN HEMT和硅基板、设置在硅基板上的MOSFET，其中GaN HEMT和MOSFET均具有D极、S极和G极，硅基板厚度d≤150μm；MOSFET的D极和S极分别与硅基板的上、下表面电性连接并形成等电势。本发明使用150μm以下硅基板替换陶瓷基板，并且所用硅基板的上下表面能够与MOSFET的D极和S极形成等电势，不仅能够降低封装贴片工艺的难度，减少贴片总材料数量，降低了对封装外形选择的限制，方便兼容行业常规的封装外形；而且还能够起到避免达到其雪崩电压，解决器件会因MOSFET D、S电极或GaN HEMT G、S电极击穿而失效的问题。

技术领域

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种基于表面等电势硅基板制成的级联型GaN器件。

背景技术

以GaN、SiC为代表的第三代半导体相比于Si功率器件(包括MOSFET、COOLMOS、IGBT)，具体高切换速度，支持高电流、大电压，导通电阻低等优势。

具体的，GaN HEMT分为增强型和耗尽型(耗尽型HEMT通过级联实现器件的常闭)，其中高可靠性的增强型GaN HEMT制造工艺迄今为止都是非常困难的。

通过与低压MOSFET级联的耗尽型GaN HEMT，可实现高可靠性；但两者级联，其特性往往并非完美匹配，在不同的环境(尤其是温度、散热影响较大)，级联器件在工作状态下MOSFET的D极、S极间电压也会随之变化，MOSFET的D极和S极间的电压若较高会造成器件失效，所以MOSFET的D极和S极间稳态下电压的稳定性均与器件的可靠性紧密相关。

由上述技术方案的简述可知，GaN功率器件，封装体内部一般需要放置GaN HEMT、MOSFET、基板(覆铜陶瓷基板)，其形成的传统的多个元件排布的级联封装件参见图1和图2所示，其中图1为级联型封装件的结构示意图，图2为图1中虚线处的剖视示意图，同时，为提高器件的可靠性，还需放置电容(或稳压二极管)、电阻，这会带来以下问题：

(1)、GaN HEMT、MOSFET、陶瓷基板、电容(或稳压二极管)、电阻均需贴片，这对封装的焊料选择、工艺造成了困难，加工效率也会受到影响；

(2)、以上材料均集中到一个塑封体内部，体积会相对大(尤其陶瓷基板厚度很难做到250μm以下)，对封装外形的选择有较大限制，难以做到小、薄的封装外形，对于众多行业常规的外形由于外形尺寸的原因难以兼容；

(3)、一旦MOSFET的D极和S极间的电压若较高或不稳定会造成器件失效；

(4)、行业所用陶瓷基板的陶瓷层材质为氧化铝，或氮化铝，或氮化硅，或氧化锆增韧氧化铝，常规的厚度为0.38mm及以上，所用金属层材质由靠近陶瓷层向外常规为铜、镍、钯、金，且金属层厚度不小于10μm，再加上陶瓷层本身工艺的限制及陶瓷层覆金属工艺的限制，陶瓷层的厚度难以做到250μm以下，可量产的陶瓷基板总厚度需至少约300μm左右，限制了陶瓷基板在某些封装外形(如贴片类封装外形，封装外形总厚度常规在0.7mm～0.9mm之间)中的应用。由于陶瓷层厚度较大，在级联器件中，陶瓷基板的电容极小，电阻极大，无法起到类似硅基板的改善可靠性的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的基于表面等电势硅基板制成的级联型GaN器件。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种基于表面等电势硅基板制成的级联型GaN器件，其包括框架载体、设置在框架载体上的GaN HEMT和基板、设置在基板上的MOSFET，其中GaN HEMT和MOSFET均具有D极、S极和G极，特别是，基板为硅基板且厚度为d，其中d≤150μm；MOSFET的D极和S极分别与硅基板的上、下表面电性连接并形成等电势。