吸热元件及包括该吸热元件的半导体装置以及吸热元件的制造方法制造方法及图纸

就经由作为电绝缘体的热传导层(15)与半导体元件主体部(10)的表面热连接的珀耳帖型薄膜状的吸热元件部(20)而言，构成该吸热元件部(20)的物质的体热传导系数在50W/mK以上、塞贝克系数在300μV/K以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】吸热元件及包括该吸热元件的半导体装置以及吸热元件的制造方法
本专利技术涉及一种吸热元件及包括该吸热元件的半导体装置以及吸热元件的制造方法。
技术介绍
近年来，如下所述的功率半导体装置已为人所知，其中，为了提高从功率半导体装置向其外部放热的放热性，上述功率半导体装置包括珀耳帖(Peltier)元件等冷却元件。现有功率半导体装置的使功率半导体元件的发热部与珀耳帖元件接近来模块化的结构已为人所知(例如参照专利文献1)。此外，在功率半导体元件的发热部的具体而言是沟道栅极彼此之间的区域设置放热用埋层金属并在该放热用埋入金属之上设置珀耳帖元件的结构(例如参照专利文献2)已为人所知。专利文献1：日本公开专利公报特开2008-235834号公报专利文献2：日本公开专利公报特开2007-227615号公报
技术实现思路
-专利技术要解决的技术问题-然而，虽然在上述的现有技术中都使功率半导体元件的发热部与珀耳帖元件接近，但是这样一来，在两者接触部处的热电阻大，从而功率半导体元件发热后，不能一瞬间冷却下来。因此，目前存在如下所述的问题，即，为了防备功率半导体元件的最大负载时的发热量，不得不进行冗长且成本高的热设计。此外，还存在并没有确立形成在半导体元件上的薄膜状珀耳帖元件的制造方法这样的问题。本专利技术是鉴于所述问题而完成的。其所要解决的技术问题是，形成在半导体元件上的薄膜状的吸热元件中，能够降低半导体元件与吸热元件之间的热电阻，并且确立其制造方法。-用以解决技术问题的技术方案-为了解决上述的技术问题，本专利技术的特征在于，将形成在半导体元件上的珀耳帖型吸热元件形成为薄膜状。具体而言，本专利技术以吸热元件及包括该吸热元件的半导体装置以及吸热元件的制造方法为对象，谋求了如下所述的解决方案。即，第一方面的专利技术以经由电绝缘体与半导体元件的表面热连接的珀耳帖型薄膜状的吸热元件为对象，构成吸热元件的物质在体热传导系数在50W/mK以上、塞贝克系数在300μV/K以上。根据该构成方式，能够降低半导体元件与吸热元件之间的热电阻，能够提高半导体元件的放热性。第二方面的专利技术是这样的，在上述第一方面的专利技术中，上述的物质是硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)以及金刚石(C)中的任一种。根据该构成方式，能够可靠地形成高效的吸热元件。第三方面的专利技术是这样的，在上述第一方面的专利技术中，上述的物质是硅。根据该构成方式，容易与半导体制造工序融合，因而是优选的。第四方面的专利技术是这样的，在上述第一至第三方面的专利技术中，上述的物质构成p型半导体层或者n型半导体层，p型半导体层及n型半导体层相对于半导体元件及电绝缘体大致平行地排列。根据该构成方式，能够可靠地形成作为薄膜状吸热元件的珀耳帖元件，并且能够扩大半导体元件与电绝缘体的接触面积，从而吸热效果(放热效果)的效率得以提高。第五方面的专利技术是这样的，在上述第一至第四方面的专利技术中，吸热元件直接形成在半导体元件的排热侧且与吸热元件热连接。根据该构成方式，吸热元件的吸热效率得以提高，从而半导体元件的放热效果良好。第六方面的专利技术是这样的，在上述第一至第五方面的专利技术中，吸热元件覆盖半导体元件的发热源的面积的10％以上的区域。如上所述，如果覆盖发热源面积的10％以上，则能够提高半导体元件的放热效果。第七方面的专利技术是一种包括第一至第六方面的专利技术所涉及的吸热元件的半导体装置。根据该构成方式，由于本专利技术的半导体装置包括本专利技术的吸热元件，因此能够提高半导体元件的放热性。第八方面的专利技术是这样的，在上述第七方面的专利技术中，半导体元件是功率半导体元件。根据该构成方式，能够提高工作中达到高温的功率半导体元件的放热性。第九方面的专利技术是这样的，在上述第七方面的专利技术中，半导体元件是将碳化硅作为材料的SiC类功率半导体元件。根据该构成方式，能够提高高耐压、低导通电阻以及能够高速工作的SiC类功率半导体元件的放热性。第十方面的专利技术以经由电绝缘体与半导体元件的表面热连接的珀耳帖型薄膜状的吸热元件的制造方法为对象，形成吸热元件的工序包括：在半导体元件上，隔着电绝缘体依次形成下部金属膜、第一导电型半导体层以及第一金属牺牲膜的工序；根据第一金属牺牲膜形成用于将第一导电型半导体层图案化的第一金属掩模膜，使用所形成的第一金属掩模膜，来将第一导电型半导体层图案化，由此根据第一导电型半导体层形成多个第一导电型半导体块的工序；在包含第一导电型半导体块的部金属膜上依次形成第二导电型半导体层和第二金属牺牲膜的工序；根据第二金属牺牲膜形成用于将第二导电型半导体层图案化的第二金属掩模膜，使用所形成的第二金属掩模膜，来将第二导电型半导体层图案化，由此根据第二导电型半导体层形成多个第二导电型半导体块的工序；通过光刻法，选择性地对下部金属膜的半导体元件的电极形成区域进行蚀刻，由此使半导体元件露出的工序；通过光刻法，选择性地对下部金属膜的第一导电型半导体块与第二导电型半导体块之间的部位进行蚀刻，由此根据下部金属膜形成多个下部电极的工序；在各半导体块之间以及下部电极之间选择性地形成绝缘膜后，在各半导体块上和半导体元件的露出部分上形成上部金属膜的工序；以及通过光刻法，选择性地对上部金属膜进行蚀刻，由此根据上部金属膜形成上部电极和半导体元件的电极的工序。根据该构成方式，能够通过对在半导体元件上隔着电绝缘体形成的、成为吸热元件的下部电极的下部金属膜、第一导电型半导体层、第二导电型半导体层、吸热元件的上部电极以及成为半导体元件的电极的上部金属膜进行蚀刻来形成吸热元件。第十一方面的专利技术是这样的，在第十方面的专利技术中，第一导电型半导体层和第二导电型半导体层由硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)以及金刚石(C)中的任一种物质形成。根据该构成方式，能够形成高效的吸热元件。第十二方面的专利技术是这样的，在第十或者第十一方面的专利技术中，下部金属膜、第一金属牺牲膜、第二金属牺牲膜以及上部金属膜由镍形成，在对下部金属膜、第一金属牺牲膜、第二金属牺牲膜以及上部金属膜中的至少一个进行的图案化中，使用将浓盐酸、浓过氧化氢水以及纯水的混合物(盐酸过氧化氢)作为蚀刻剂的湿法蚀刻。根据该构成方式，能够在不会使光刻胶劣化的情况下，对镍膜进行蚀刻。第十三方面的专利技术是这样的，在第十至第十二方面的专利技术中，第一金属牺牲膜和第二金属牺牲膜由镍形成，第一导电型半导体层和第二导电型半导体层由硅形成，形成第一导电型半导体块和第二导电型半导体块的工序是使用氯和溴化氢的干法蚀刻。根据该构成方式，在进行根据由硅形成的第一导电型半导体层和第二导电型半导体层形成第一导电型半导体块和第二导电型半导体块的蚀刻之际，能够将由镍形成的成为第一金属掩模膜的第一金属牺牲膜和成为第二金属掩模膜的第二金属牺牲膜用作硬掩模。第十四方面的专利技术是这样的，在第十至第十三方面的专利技术中，半导体元件是功率半导体元件。根据该构成方式，能够提高在工作期间达到高温的功率半导体元件的放热性。第十五方面的专利技术是这样的，在第十至第十三方面的专利技术中，半导体元件是将碳化硅作为材料的SiC类功率半导体元件。根据该构成方式，能够提高高耐压、低导通电阻以及能够高速工作的SiC类功率半导体元件的放热性。-专利技术的效果-根据本专利技术，能够大幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸热元件，经由电绝缘体与半导体元件的表面热连接，所述吸热元件是珀耳帖型薄膜状的吸热元件，所述吸热元件的特征在于：构成所述吸热元件的物质的体热传导系数在50W/mK以上，塞贝克系数在300μV/K以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.23 JP 2015-1456211.一种吸热元件，经由电绝缘体与半导体元件的表面热连接，所述吸热元件是珀耳帖型薄膜状的吸热元件，所述吸热元件的特征在于：构成所述吸热元件的物质的体热传导系数在50W/mK以上，塞贝克系数在300μV/K以上。2.根据权利要求1所述的吸热元件，其特征在于：所述物质是硅、碳化硅、氮化镓、氮化铝、氮化硼以及金刚石中的任一种。3.根据权利要求1所述的吸热元件，其特征在于：所述物质是硅。4.根据权利要求1到3中任一项所述的吸热元件，其特征在于：所述物质构成p型半导体层或者n型半导体层，所述p型半导体层及所述n型半导体层相对于所述半导体元件及所述电绝缘体大致平行地排列。5.根据权利要求1到4中任一项所述的吸热元件，其特征在于：所述吸热元件直接形成在所述半导体元件的排热侧且与所述半导体元件热连接。6.根据权利要求1到5中任一项所述的吸热元件，其特征在于：所述吸热元件覆盖所述半导体元件的发热源的面积的10％以上的区域。7.一种半导体装置，其特征在于：包括权利要求1到6中任一项所述的吸热元件。8.根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于：所述半导体元件是功率半导体元件。9.根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于：所述半导体元件是将碳化硅作为材料的SiC类功率半导体元件。10.一种吸热元件的制造方法，所述吸热元件经由电绝缘体与半导体元件的表面热连接，所述吸热元件是珀耳帖型薄膜状的吸热元件，所述吸热元件的制造方法的特征在于：形成所述吸热元件的工序包括：在所述半导体元件上，隔着所述电绝缘体依次形成下部金属膜、第一导电型半导体层以及第一金属牺牲膜的工序：由所述第一金属牺牲膜形成用于将所述第一导电型半导体层图案化的第一金属掩模膜，使用所形成的所述第一金属掩模膜，来将所述第一导电型半导体层图案化，由此由所述第一导电型半导体层形成多个第一导电型半导体块的工序；在包含所述第一导电型半导体块的所述下部金属膜上依次形...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑木伸一郎，古林宽，种平贵文，濑尾宣英，米盛敬，
申请(专利权)人：马自达汽车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP