[发明专利]功率半导体设备用的DBC衬底、DBC衬底制造方法和具DBC衬底的功率半导体设备

说明书

一种用于功率半导体设备的DBC衬底包括：由非氧化物陶瓷制成的陶瓷工件，其中，所述陶瓷工件具有第一主侧面和相对置的第二主侧面，其中，在两个主侧面之间进行测量的情况下，所述陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；含铜层，所述含铜层布置在所述第一主侧面上方，其中，所述含铜层具有5μm或更大的厚度；以及具有Al₂O₃的中间层，所述中间层布置在所述陶瓷工件与所述含铜层之间。

技术领域

本公开内容一般而言涉及用于功率半导体设备的DBC衬底、用于制造DBC衬底的方法以及具有DBC衬底的功率半导体设备。

背景技术

在许多功率半导体设备中使用陶瓷衬底，例如作为用于功率半导体芯片的载体。一种特别合适的陶瓷衬底类型是DBC衬底，在所述DBC衬底中借助DBC工艺将铜施加到氧化物陶瓷上面，如Al₂O₃。然而，与氧化物陶瓷相比，非氧化物陶瓷、如氮化物陶瓷或碳化物陶瓷具有对功率半导体设备有用的一些优点，例如，较低的热阻和/或与功率半导体芯片的热膨胀系数更好地一致的热膨胀系数。尽管存在一些也在非氧化物陶瓷上执行DBC工艺的技术解决方案，但是这些解决方案部分地与显著的缺点相关联，如高的制造成本或长的制造持续时间。由于这些和其他原因，存在对以下的需求：用于功率半导体设备的改进的DBC衬底，用于制造这种DBC衬底的改进的方法，以及改进的功率半导体设备。

本发明所基于的任务通过独立专利权利要求的特征来解决。本发明的有利构型和扩展方案在从属权利要求中详细说明。

发明内容

个别示例涉及一种用于功率半导体设备的DBC衬底，其中，DBC衬底具有：由非氧化物陶瓷制成的陶瓷工件，其中，所述陶瓷工件具有第一主侧面和第二主侧面，其中，所述第一主侧面和所述第二主侧面相互对置，其中，在两个主侧面之间进行测量的情况下，陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；布置在所述第一主侧面上方的含铜层，其中，所述含铜层具有5μm或更大的厚度；以及布置在所述陶瓷工件与所述含铜层之间的、具有Al₂O₃的中间层。

个别示例涉及一种用于制作DBC衬底的方法，其中，该方法具有：提供陶瓷层，其中，所述陶瓷层具有第一主侧面和第二主侧面，其中，所述第一主侧面和所述第二主侧面相互对置，其中，在两个主侧面之间进行测量的情况下，该陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；借助原子层沉积至少在该陶瓷工件的第一主侧面上面沉积一个或多个含铝单层；并且借助直接键合铜工艺(Direct-Bonded-Copper-Prozesses)在所述一个或多个含铝单层上方施加含铜层。

个别示例涉及一种功率半导体设备，具有：DBC衬底，其中，DBC衬底具有：由非氧化物陶瓷制成的陶瓷工件，其中，所述陶瓷工件具有第一主侧面和第二主侧面，其中，所述第一主侧面和所述第二主侧面相互对置，其中，在两个主侧面之间进行测量的情况下，该陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；布置在所述第一主侧面上方的含铜层，其中，所述含铜层具有5μm或更大的厚度；以及布置在所述陶瓷工件与所述含铜层之间的、具有Al₂O₃的中间层；布置在DBC衬底上面并与DBC衬底电连接的功率半导体芯片。

附图说明

附图示出示例，并与说明书一起用于阐述本公开内容的基本特征。附图的元件彼此不一定是按比例的。相同的附图标记可以表示彼此相应的、相似的或相同的部分。

图1示出DBC衬底的截面图，该DBC衬底具有布置在DBC衬底的陶瓷层与含铜层之间的中间层，其中，中间层具有Al₂O₃并且可能还具有CuAl₂O₄；

图2A和2B示出构造用于间接的冷却(图2A)或用于直接的液体冷却(图2B)的DBC衬底的截面图；

图3A至3E示出根据一种示例性的用于制造DBC衬底的方法的不同制造阶段中的DBC衬底的截面图；