具有冷却材料的功率半导体设备制造技术

具有冷却材料的功率半导体设备。半导体设备包括布线结构，该布线结构从至少一侧邻接半导体体身并且具有至少一个导电连接。半导体设备此外在布线结构中具有冷却材料，该冷却材料的特征是在150℃至400℃之间的温度Tc时在吸收能量的情况下发生结构变化。

【技术实现步骤摘要】
具有冷却材料的功率半导体设备
本专利技术涉及一种具有冷却材料的功率半导体设备。
技术介绍
在例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、二极管、晶闸管和功率场效应晶体管(功率FET)的功率半导体设备中，可能在正向或导通运行模式和反向或截止运行模式中出现高热负荷。这些高热负荷可能例如伴随有电流丝化和热点(Hot-Spots)，在极端运行条件下(例如超出规格之外的工作条件)所述电流丝化和热点可能导致功率半导体设备毁坏。希望能够改善功率半导体设备中的散热。
技术实现思路
因此本专利技术的任务是说明一种满足上述要求的功率半导体设备。按照本专利技术，该任务通过具有权利要求1所述特征的一种功率半导体设备来解决。由从属权利要求得出有利的改进。按照一种实施方式，功率半导体设备包括布线结构，该布线结构从至少一侧邻接半导体体身并且具有至少一个导电连接。此外功率半导体设备具有布线结构中的冷却材料，该冷却材料的特征在于在150℃至400℃之间的温度Tc时吸收能量的情况下发生结构变化。专业人员在阅读以下说明并且观察附图之后将会认识到附加的特征和优点。附图说明附图用于进一步理解本专利技术并且包含在本专利技术的公开之中以及构成本专利技术的一部分。附图示出本专利技术的实施例，并且与说明书一起评价所预期的优点，因为通过提示以下详细说明更好地理解这些优点。附图的元件不一定相对于彼此比例正确。相同的附图标记说明对应的类似的部件。图1A示出包括冷却材料和多个晶体管单元的功率晶体管的等效电路的实施例。图1B示出具有封装在布线结构中的冷却材料的功率晶体管的等效电路的实施例。图1C示出包括冷却材料的功率晶体管设备的一部分电连接的等效电路的实施例。图1D至1H示出包括冷却材料的沟道栅晶体管单元的实施例的剖面图。图2示出有半导体体身和布线结构的功率半导体设备的实施例的简化的示意性剖面图，其中所述布线结构具有冷却材料。图3A示出由连续的冷却材料层所覆盖的两个晶体管单元的俯视图。图3B示出多个晶体管单元的俯视图，其中每个晶体管单元包括分开的或者自身的冷却材料部分。图4示出二极管的实施例的剖面图，该二极管包括冷却材料作为二极管的一部分或者与二极管的电连接邻接。具体实施方式在以下详细说明中参考附图，这些附图构成公开内容的一部分并且其中示出专用于说明的实施例，在这些实施例中可以实施本专利技术。可以使用其它实施例，并且可以作出结构上的或者逻辑上的改变，而不会偏离本专利技术。例如可以将针对一实施例所示的或所说明的特征用于其它实施例或者与其它实施例相关联地使用，以便得到另一个实施例。毋庸置疑，本专利技术包括此类修改和变化。使用特殊的语言描述这些示例，不应将这些语言理解为限制所附权利要求的范围。附图并非比例正确的并且仅用于说明目的。为了清楚起见，如果没有另行说明，则在不同附图中给相应的元件配以相同的附图标记。术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”和类似的术语均为开放性术语，并且这些术语均表示确定的结构、元件或者特征的存在，但是不排除附加元件或特征。如果从上下文看不出明显不同之处，则不定冠词和定冠词应当包括复数以及单数。图通过掺杂类型“n”或“p”旁边的上标“-”或“+”表示相对掺杂浓度。例如“n-”表示掺杂浓度低于“n”掺杂区的掺杂浓度，而“n+”掺杂区则具有比“n”掺杂区更高的掺杂浓度。相同的相对掺杂浓度的掺杂区并非一定具有相同的绝对掺杂浓度。例如两个不同的“n”掺杂区可以具有相同或者不同的绝对掺杂浓度。“电连接”这一表达描述电连接元件之间永久的低欧姆连接，例如有关元件之间的直接接触或者通过金属和/或高掺杂半导体的低欧姆连接。“电耦合”这一表达包括：电耦合元件之间可以存在一个或者多个位于其间的适合于信号传输的元件，例如用以在第一状态下提供低欧姆连接并且在第二状态下提供高欧姆去耦的可控元件。图1A示出包括晶体管110的功率半导体设备100的等效电路图。按照一种实施例，晶体管110是场效应晶体管(FET)，例如横向或垂直FET。按照另一种实施例，晶体管100是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。半导体设备也可以是包括交替的p掺杂区和n掺杂区(例如柱或者条)的超结设备。按照一种实施例，功率半导体设备是分立的半导体设备。按照另一种实施例，功率半导体设备是包括晶体管110和其它电路元件的集成电路，例如其它晶体管-例如FET、双极晶体管、电阻、电容器和其它有源或无源电路元件。晶体管110包括半导体体身中的多个晶体管单元120a至120n。按照一种实施例，并联晶体管单元的数量可以在10至10000之间。按照一种实施例，可以参考功率晶体管的所希望的接通电阻来选择晶体管单元的数量。按照一种实施例，晶体管是诸如功率FET或者功率IGBT的晶体管，并且例如通过适当地选择晶体管单元的数量被适当地确定规格，以便在第一和第二负载端子之间传导1A以上的电流。晶体管110可以包括超结结构。半导体体身可以包括半导体衬底，例如硅(Si)衬底、氮化硅(SiC)衬底、氮化镓(GaN)衬底或者其它的单个半导体或化合物半导体衬底。此外可以在半导体衬底上形成一个或多个可选的半导体层，例如外延半导体层。按照一种实施例，半导体体身包括一种具有宽带隙的材料，其中所述带隙大于1.7eV。具有宽带隙的材料可以是由磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)作为示例构成的材料。按照另一种实施例，半导体体身是薄的硅衬底，也就是厚度小于80μm或者小于50μm的硅衬底，该硅衬底可以通过从基衬底的正面和/或背面去除衬底材料来制造。在一种实施例中，晶体管110是功率晶体管，并且功率半导体设备100是分立的功率晶体管设备或者集成的功率半导体电路。例如可以将晶体管单元120a至120n构造成双极NPN晶体管、双极PNP晶体管、n-沟道-FET、p-沟道-FET和IGBT。每一个晶体管单元120a至120n均包括第一负载端子121a至121n、第二负载端子122a至122n和控制端子123a至123n。按照一种实施例，晶体管单元120a至120n被适当地确定规格，以便在第一负载端子121a至121n和第二负载端子122a至122n之间引导1A以上的电流，从而涉及一种功率晶体管设备。在双极晶体管的情况下，第一负载端子121a至121n可以是发射极端子，第二负载端子122a至122n可以是集电极端子，并且控制端子123a至123n可以是基极端子。关于以上对应关系，第一和第二负载端子121a至121n、122a至122n的对应关系可以互换。换句话说，第一负载端子121a至121n可以是集电极端子，并且第二负载端子122a至122n可以是发射极端子。在FET的情况下，第一端子121a至121n可以是源极端子，第二负载端子122a至122n可以是漏极端子，并且控制端子123a至123n可以是栅极端子。关于以上对应关系，第一和第二负载端子121a至121n、122a至122n的对应关系可以互换。换句话说，第一负载端子121a至121n可以是漏极端子，并且第二负载端子122a至122n可以是源极端子。在IGBT的情况下，第一负载端子121a至121n可以是发射极端子，第二负载端子122a至122n可以是集电极端子，并且控制端子123a至123n可以是栅极端子。关于以上对应关系，第一和本文档来自技高网...

【技术保护点】
功率半导体设备，包括：布线结构(104，270，275)，该布线结构从至少一侧邻接半导体体身(105)并且具有至少一个导电连接；以及布线结构中的冷却材料(107，130a，…，130f,135a)，该冷却材料的特征是在150℃至400℃的温度Tc时在吸收能量的情况下发生结构变化。

【技术特征摘要】
2013.01.31 US 13/754,986;2014.01.17 DE 102014100521.功率半导体设备，包括：半导体体身(105)；布线结构(104，270，275)，该布线结构从至少一侧邻接半导体体身(105)并且具有至少一个导电连接；以及布线结构中的冷却材料(107，130a,...,130f，135a)，该冷却材料的特征是在150℃至400℃的温度Tc时在吸收能量的情况下发生结构变化。2.根据权利要求1所述的功率半导体设备，其中所述冷却材料是导电连接的一部分或者被整合在其中。3.根据权利要求1至2之一所述的功率半导体设备，其中所述半导体体身(105)的背面固定在引线框上，并且冷却材料邻接布线结构的正面布线层和布线结构的背面接触材料中的至少一个，所述背面接触材料使半导体体身(105)与引线框电耦合。4.根据权利要求1至2之一所述的功率半导体设备，其中所述冷却材料是相变材料。5.根据权利要求4所述的功率半导体设备，其中所述相变材料从Tc以下的晶相相变到Tc以上的非晶相。6.根据权利要求5所述的功率半导体设备，其中所述相变材料包括硫族化物。7.根据权利要求5所述的功率半导体设备，其中所述相变材料包括GeSbTe。8.根据权利要求7所述的功率半导体设备，其中所述相变材料掺杂有C、N、O、In构成的至少一种材料。9.根据权利要求4所述的功率半导体设备，其中所述相变材料从Tc以下的固相相变为Tc以上的液相。10.根据权利要求9所述的功率半导体设备，其中所述相变材料包括金属或者金属化合物。11.根据权利要求10所述的功率半导体设备，其中所述相变材料具有锡、铋、锌和铟中的至少一种金属。12.根据权利要求10和11之一所述的功率半导体设备，其中所述相变材料被金属结构包围。13.根据权利要求12所述的功率半导体设备，其中将与相变材料和金属结构不会发生反应或者不可混合的中间层布置在金属结构与相变材料之间。14.根据权利要求1至2之一所述的功率半导体设备，其中所述冷却材料具有固相化合物，并且特征在于在温度Tc时发生可逆结构变化。15.根据权利要求14所述的功率半导体设备，其中所述可逆结构变化是化学异构化。16.根据权利要求14所述的功率半导体设备，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·马勒，R·奥特伦巴，G·鲁尔，HJ·舒尔策，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE