功率半导体器件、功率半导体模块和加工方法技术

本发明专利技术涉及功率半导体器件、功率半导体模块和加工方法。根据本发明专利技术的功率半导体器件包括：第一负载端子结构和与其分开布置的第二负载端子结构；以及半导体结构，电耦接到第一负载端子结构和第二负载端子结构中的每个，并且承载负载电流，第一负载端子结构包括：与半导体结构接触的导电层；接合块，由至少一条接合线的端部接触，并接收来自至少一条接合线和导电层中的至少一个的负载电流的至少一部分；以及支承块，硬度大于导电层和接合块中的每个的硬度，接合块经由支承块安装在导电层上，接合块和导电层包括铜，支承块在与负载电流的流动方向平行的方向上的厚度小于接合块在与负载电流的流动方向平行的方向上的厚度的十分之一。

Power Semiconductor Devices, Power Semiconductor Modules and Processing Methods

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件、功率半导体模块和加工方法本申请为于2017年2月3日提交、申请号为201710063711.7、专利技术名称为“功率半导体器件负载端子”的中国专利申请的分案申请。所述母案申请的优先权日为2016年2月2日。
本说明书涉及功率半导体器件、功率半导体模块的实施方式以及功率半导体器件加工方法的实施方式。特别地，本说明书涉及用于功率半导体器件的增强负载端子结构以及制造这样的增强负载端子结构的方法。
技术介绍
现代器件在汽车、消费和工业应用中的许多功能(如转换电能以及驱动电动马达或电机)依赖于功率半导体器件。例如，仅举几个例子，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及二极管已经用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关。功率半导体器件通常包括半导体结构，该半导体结构被配置成使负载电流沿着该器件的两个负载端子结构之间的负载电流路径传导。此外，负载电流路径可以借助于有时被称为栅电极的控制电极来控制。例如，在从例如驱动器单元接收到相应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置为导通状态和阻断状态之一。半导体器件可以集成到可以包括电缆、电线等的负载电流传输路径中。为了将半导体结构与负载电流传输路径的所述部件对接，所述负载端子结构中的至少一个可以包括被配置成由一条或更多条接合线接触的接触盘等。偶尔地，在接合线与负载端子结构之间建立接触(通常称为接合)涉及在负载端子结构内引起机械应力。
技术实现思路
根据一个实施方式，一种功率半导体器件包括：第一负载端子结构和与第一负载端子结构分开布置的第二负载端子结构；以及半导体结构，其电耦接到第一负载端子结构和第二负载端子结构中的每一个，并且被配置成承载负载电流。第一负载端子结构包括：与半导体结构接触的导电层；接合块，其被配置成由至少一条接合线的端部接触并且接收来自至少一条接合线和导电层中的至少一个的负载电流的至少一部分；支承块，其硬度大于导电层和接合块中的每一个的硬度，其中，接合块经由支承块安装在导电层上；以及布置在导电层和接合块中的至少一个内的区域，所述区域具有氮原子。根据另一实施方式，功率半导体模块包括功率半导体器件、至少一条接合线以及封装件。功率半导体器件包括：第一负载端子结构和与第一负载端子结构分开布置的第二负载端子结构；以及半导体结构，其电耦接到第一负载端子结构和第二负载端子结构中的每一个，并且被配置成承载负载电流。第一负载端子结构包括：与半导体结构接触的导电层；接合块，其被配置成由至少一条接合线的端部接触，并且被配置成接收来自至少一条接合线和导电层中的至少一个的负载电流的至少一部分；支承块，其硬度大于导电层和接合块中的每一个的硬度，其中，接合块经由支承块安装在导电层上；以及布置在导电层和接合块中的至少一个内的区域，所述区域具有氮原子。封装件至少部分地围绕功率半导体器件，并且包括由至少一条接合线的另一端接触的负载电流接口。根据又一实施方式，一种加工功率半导体器件的方法包括提供具有表面的半导体结构以及在表面的上面创建第一负载端子结构。所述创建包括：在所述表面处形成与半导体结构接触的导电层；在所述导电层的上面沉积至少一个支承块；形成具有氮原子的区域，并且所述区域布置在所述导电层和所述接合块中的至少一个内；以及在所述至少一个支承块的上面安装结合块。所述至少一个支承块的硬度大于所述导电层和所述接合块中的每一个的硬度。接合块被配置成：与至少一条接合线的端部接触，并且接收来自至少一条接合线和导电层中的至少一个的负载电流的至少一部分。本领域技术人员在阅读以下详细描述时并且在查看附图时将认识到附加的特征和优点。附图说明附图中的部分不一定是按比例的，而是重点在于说明本专利技术的原理。此外，在附图中，相同的附图标记指代相同的部件。在附图中：图1示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的纵截面的一部分；图2示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的导电层的纵截面的一部分；图3示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的水平投影的一部分；图4借助于根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的纵截面的一部分的相应示意图示意性地示出了功率半导体器件加工方法的不同阶段；图5示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体模块的透视图的一部分；以及图6示意性地示出了根据一个或更多个实施方式的功率半导体器件的支承块的纵截面的一部分。具体实施方式在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，其中，通过图示的方式示出了可以实施本专利技术的特定实施方式。在这方面，可以参考所描述的附图的取向来使用诸如“顶部”、“底部”、“下方”、“前面”、“后面”、“背面”、“前部”、“后部”、“之下”、“之上”等的方向性术语。因为实施方式的部件可以以多个不同的取向定位，所以方向性术语用于说明的目的，而绝不是限制性的。应当理解，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以利用其他实施方式并且可以进行结构或逻辑变化。因此，下面的详细描述不应被理解为限制性的，并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。现在将详细参考各种实施方式，其中的一个或更多个示例在图中示出。每个示例以说明的方式提供，并且并不意味着对本专利技术的限制。例如，作为一个实施方式的一部分示出或描述的特征可以在其它实施方式上使用或与其它实施方式结合使用，以产生另一实施方式。旨在本专利技术包括这样的修改和变体。示例使用不应被解释为限制所附权利要求的范围的特定语言来描述。附图不是按比例绘制的，而是仅用于说明目的。为了清楚起见，如果没有另外说明，相同的元件或制造步骤在不同的附图中由相同的附图标记指代。在本说明书中使用的术语“水平”旨在描述基本上与半导体基板或半导体结构的水平表面平行的取向。这可以是例如半导体晶圆或晶片的表面。例如，下面提及的第一横向方向X和第二横向方向Y二者可以是水平方向，其中，第一横向方向X和第二横向方向Y可以彼此垂直。在本说明书中使用的术语“垂直”旨在描述基本上布置成与水平表面垂直的取向，即与半导体晶圆的表面的法线方向平行。例如，下述延伸方向Z可以是与第一横向方向X和第二横向方向Y两者垂直的延伸方向。在本说明书中，n掺杂被称为“第一导电类型”，而p掺杂被称为“第二导电类型”。可替选地，可以采用相反的掺杂关系，使得第一导电类型可以是p掺杂的，并且第二导电类型可以是n掺杂的。在本说明书的上下文中，术语“欧姆接触”、“电接触”、“欧姆连接”和“电连接”旨在描述在半导体器件的两个区域、区段、区、部分或部件之间、或者在一个或更多个器件的不同端子之间、或者在端子或金属化部或电极与半导体器件的部分或一部分之间存在低欧姆电连接或低欧姆电流路径。此外，在本说明书的上下文中，术语“接触”旨在描述在各个半导体器件的两个元件之间存在直接物理连接；例如，彼此接触的两个元件之间的过渡部分可以不包括另外的中间元件等。另外，在本说明书的上下文中，如果没有另外说明，在其通常有效理解的上下文中使用术语“电绝缘”，因此旨在描述两个或更多个部件彼此分开定位，以及没有连接这些部件的欧姆连接。然而，彼此电绝缘的部件仍然可以彼此耦接，例如机械耦接和/或电容耦接和/或电感耦接。举例来说，电容器的两个电极可以彼此电绝缘，并且同时，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件(1)，包括：第一负载端子结构(11)和与所述第一负载端子结构(11)分开布置的第二负载端子结构(12)；以及半导体结构(10)，其电耦接到所述第一负载端子结构(11)和所述第二负载端子结构(12)中的每一个，并且被配置成承载负载电流，其中，所述第一负载端子结构(11)包括：与所述半导体结构(10)接触的导电层(111)；接合块(112)，其被配置成：由至少一条接合线(3)的端部(31)接触，并且接收来自所述至少一条接合线(3)和所述导电层(111)中的至少一个的负载电流的至少一部分；以及支承块(113)，其硬度大于所述导电层(111)和所述接合块(112)中的每一个的硬度，其中，所述接合块(112)经由所述支承块(113)安装在所述导电层(111)上，其中，所述接合块(112)和所述导电层(111)包括铜，并且其中，所述支承块(113)在与所述负载电流的流动方向平行的方向上的厚度小于所述接合块(112)在与所述负载电流的流动方向平行的方向上的厚度的十分之一。

【技术特征摘要】
2016.02.02 DE 102016101801.51.一种功率半导体器件(1)，包括：第一负载端子结构(11)和与所述第一负载端子结构(11)分开布置的第二负载端子结构(12)；以及半导体结构(10)，其电耦接到所述第一负载端子结构(11)和所述第二负载端子结构(12)中的每一个，并且被配置成承载负载电流，其中，所述第一负载端子结构(11)包括：与所述半导体结构(10)接触的导电层(111)；接合块(112)，其被配置成：由至少一条接合线(3)的端部(31)接触，并且接收来自所述至少一条接合线(3)和所述导电层(111)中的至少一个的负载电流的至少一部分；以及支承块(113)，其硬度大于所述导电层(111)和所述接合块(112)中的每一个的硬度，其中，所述接合块(112)经由所述支承块(113)安装在所述导电层(111)上，其中，所述接合块(112)和所述导电层(111)包括铜，并且其中，所述支承块(113)在与所述负载电流的流动方向平行的方向上的厚度小于所述接合块(112)在与所述负载电流的流动方向平行的方向上的厚度的十分之一。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件(1)，其中，所述导电层(111)在与所述负载电流的流动方向平行的方向上的厚度小于所述接合块(112)在与所述负载电流的流动方向平行的方向上的厚度的十分之一。3.一种功率半导体器件(1)，包括：第一负载端子结构(11)和与所述第一负载端子结构(11)分开布置的第二负载端子结构(12)；以及半导体结构(10)，其电耦接到所述第一负载端子结构(11)和所述第二负载端子结构(12)中的每一个，并且被配置成承载负载电流，其中，所述第一负载端子结构(11)包括：与所述半导体结构(10)接触的导电层(111)；接合块(112)，其被配置成：由至少一条接合线(3)的端部(31)接触，并且接收来自所述至少一条接合线(3)和所述导电层(111)中的至少一个的负载电流的至少一部分；以及支承块(113)，其硬度大于所述导电层(111)和所述接合块(112)中的每一个的硬度，其中，所述接合块(112)经由所述支承块(113)安装在所述导电层(111)上，其中，所述接合块(112)和所述导电层(111)包括铜，并且其中，所述导电层(111)在与所述负载电流的流动方向平行的方向上的厚度小于所述接合块(112)在与所述负载电流的流动方向平行的方向上的厚度的十分之一。4.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述第一负载端子结构(11)包括布置在所述导电层(111)和所述接合块(112)中的至少一个内的区域，所述区域具有大于1×1014cm-3的最大氮原子浓度。5.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述第一负载端子结构(11)包括布置在所述导电层(111)和所述接合块(112)中的至少一个内的区域，所述区域的横向截面的面积为所述支承块(113)的横向截面的面积的至少50％或者所述导电层(111)的横向截面的面积的至少50％。6.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述支承块(113)包括第一子层(113-1)和第二子层(113-2)，所述第一子层(113-1)与所述接合块(112)接触，而所述第二子层(113-2)与所述导电层(111)接触。7.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述导电层(111)和所述接合块(112)各自包括银、金、钯、锌、镍、铁和铝中的至少一种，并且/或者其中，所述支承块(113)包括钛、钨、钛钨、氮化钛、钽和氮化钽中的至少一种。8.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述支承块(113)的截面的面积在所述至少一条接合线(3)的截面的面积的两倍到十倍的范围内，并且/或者其中，所述支承块(113)的截面的面积在所述导电层(111)的总表面积的5％至95％的范围内。9.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述第一负载端子结构(11)包括布置在所述导电层(111)和所述接合块(112)中的至少一个内的区域，所述区域布置在所述支承块(113)的接近所述接合块(112)的过渡部分的区段内。10.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述支承块(113)按莫氏标度具有至少5.0的硬度。11.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述导电层(111)和所述接合块(112)各自按莫氏标度具有小于4.0的硬度。12.根据权利要求1或3所述的功率半导体器件(1)，其中，所述导电层(111)、所述支承块(113)和所述接合块(112)形成与所述支承块(113)内的负载电流的流动的方向(Z)平行地延伸的导电堆叠部。13.根据权利要求12所述的功率半导体器件(1)，其中，所述导电堆叠部包括多于一个支承块(113)，所述支承块(113)中的每一个被布置成沿着所述方向(Z)彼此间隔开或者相互叠置。14.根据权利要求12所述的功率半导体器件(1)，其中：所述导电层(111)沿着所述方向(Z)具有在200nm至10μm的范围中的厚度(T1)；所述支承块(113)沿着所述方向(Z)具有在50nm至2000nm的范围中的厚度(T3)；并且所述接合块(112)沿着所述方向(Z)具有在5μm至50μm的范围中的厚度(T2)。15.根据权利要求1、3、13和14中任一项所述的功率半导体器件(1)，其中，所述第一负载端子结构(11)的导电层(111)包括金属化部(111-1)和将所述金属化部(111-1)耦接到所述半导体结构(10)的扩散阻隔部(111-2)。16.根据权利要求15所述的功率半导体器件(1)，其中，所述第一负载端子结构(11)包括布置在所述导电层(111)和所述接合块(112)中的至少一个内的区域，所述区域被布置在所述扩散阻隔部(111-2)内，并且具有大于1×1014cm-3的最大氮原子浓度。17.根据权利要求16所述的功率半导体器件(1)，其中，所述扩散阻隔部(111-2)包括具有相同或不同阻隔材料的多层堆叠部。18.根据权利要求17所述的功率半导体器件(1)，其中，所述阻隔材料包括钛、钨、钽、钛钨、氮化钛、铝、铝铜、铝硅铜中的至少一种。19.一种功率半导体模块(5)，包括功率半导体器件(1)、至少一条接合线(3)以及封装件(4)，其中，所述功率半导体器件(1)包括：第一负载端子结构(11)和与所述第一负载端子结构(11)分开布置的第二负载端子结构(12)；以及半导体结构(10)，其电耦接到所述第一负载端子结构(11)和所述第二负载端子结构(12)中的每一个，并且被配置成承载负载电流，其中，所述第一负载端子结构(11)包...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗曼·罗特，弗兰克·希勒，汉斯约阿希姆·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