功率半导体器件和用于制造功率半导体器件的方法技术

本发明专利技术公开了一种SiC功率半导体器件，其包括：包括SiC和金属化层的功率半导体管芯，其中，金属化层包括第一金属；管芯载体，其中，功率半导体管芯布置在管芯载体之上，使得金属化层面对管芯载体，管芯载体至少部分地由包括Ni的镀覆部覆盖；以及第一金属间化合物，该第一金属间化合物布置在功率半导体管芯和镀覆部之间并且包括Ni

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件和用于制造功率半导体器件的方法
本公开总体涉及SiC功率半导体器件及用于制造SiC功率半导体器件的方法。
技术介绍
包括作为半导体材料的SiC(碳化硅)的功率半导体器件与包括诸如Si的另一种半导体材料的功率半导体器件相比可以呈现出数个重要的优点。SiC功率半导体器件可以包括机械和电连接到管芯载体的SiC功率半导体管芯。例如，这样的连接可以通过将SiC功率半导体管芯扩散焊接到管芯载体来实现。可能理想的是，所得到的焊料接合部提供低电阻和/或低热阻和/或高机械稳定性。还可能理想的是，所得到的焊料接合部对裂纹传播有抵抗力。此外，半导体器件制造业一直旨在改善制作工艺并减小制作成本。生成焊料接合部所需的焊料材料和工艺时间可能对功率半导体器件的总制造成本贡献很大的百分比。改善的功率半导体器件和改善的制造功率半导体器件的方法可以有助于解决这些和其他问题。通过独立权利要求的特征解决本专利技术所基于的问题。在从属权利要求中描述了其他有利的示例。
技术实现思路
各个方面涉及SiC功率半导体器件，其包括：包括SiC和金属化层的功率半导体管芯，其中，金属化层包括第一金属；管芯载体，其中，功率半导体管芯布置在管芯载体之上，使得金属化层面对管芯载体，该管芯载体至少部分地由包括Ni的镀覆部(plating)覆盖；以及布置在功率半导体管芯和镀覆部之间并包括Ni3Sn4的第一金属间化合物。各个方面涉及用于制造SiC功率半导体器件的方法，该方法包括：提供包括SiC的功率半导体管芯；在功率半导体管芯之上沉积金属化层，其中，金属化层包括第一金属；在管芯载体之上布置功率半导体管芯，使得金属化层面对管芯载体，该管芯载体至少部分地由包括Ni的镀覆部覆盖；以及将功率半导体管芯扩散焊接到管芯载体，由此在功率半导体管芯和镀覆部之间形成第一金属间化合物，其中，第一金属间化合物包括Ni3Sn4。附图说明附图示出了示例，并与说明书一起用作解释本公开的原理。本公开的其他示例和许多期望的优点将容易理解，因为参考以下具体实施方式，它们变得更好理解。附图的元件未必相对彼此成比例。相同的附图标记可以指示对应的类似部分。图1是包括扩散焊接到管芯载体的SiC半导体管芯的功率半导体器件的截面图。图2是包括SiC半导体管芯、第一金属间化合物和第二金属间化合物的另一功率半导体器件的截面图。图3是前体装置的截面图，其中，SiC半导体管芯布置在管芯载体之上。通过使用扩散焊接工艺，可以将前体装置转换成功率半导体器件。图4A至图4F是制造的各个阶段中另一功率半导体器件的截面图。图5是用于制造功率半导体器件的方法的流程图具体实施方式在以下具体实施方式中，参考了附图。然而，对本领域中的技术人员显而易见的是，可以在更少程度的特定细节的情况下实践本公开的一个或多个方面。在其他实例中，为了帮助描述本公开的一个或多个方面，以示意性形式示出了已知结构和元件。就这一点而言，参考所描述的(一个或多个)附图的取向使用方向性术语，例如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上部”、“下部”等。可以使用术语“耦合”和“连接”连同其派生词。应当理解，这些术语可以用于指示：两个元件彼此协作或相互作用，无论其是否直接物理或电接触，或者它们彼此不直接接触；在“键合”、“附接”或“连接”的元件之间可以提供居间元件或层。然而，也有可能“键合”、“附接”或“连接”的元件彼此直接接触。而且，术语“示例性”仅仅表示示例，而非最佳或最优。下列中描述的功率半导体器件的示例可以使用各种类型的半导体管芯或并入半导体管芯中的电路，其中有AC/DC或DC/DC转换器电路、功率MOS晶体管、功率肖特基二极管、JFET(结栅场效应晶体管)、功率双极型晶体管、逻辑集成电路、模拟集成电路、功率集成电路、具有集成无源器件的管芯等。下文描述的功率半导体器件可以包括一个或多个功率半导体管芯。此外，可以在功率半导体器件中包括一个或多个逻辑集成电路。逻辑集成电路可以被配置为控制其他半导体管芯的集成电路，例如，功率半导体管芯的集成电路。符号XY可以指至少包括作为另一成分的Y的X的合金。具体而言，它可以指包括作为唯一残余成分的Y的X的合金(即，封闭式组分)。即，在第二种情况下，符号XY可以表示合金XY具有由(X的重量百分比的)X和(Y的重量百分比的)Y构成的组分，该平衡仅仅是不可避免的元素。符号XYZ…可以具有类似含义，即“开放式组分”或“封闭式组分”，其中X、Y、Z…形成合金的唯一成分(除了不可避免的元素之外)。同样的情况可以适用于焊料组分。图1示出了包括功率半导体管芯110、管芯载体120以及布置在功率半导体管芯110和管芯载体120之间的第一金属间化合物130的SiC功率半导体器件100。功率半导体管芯110包括作为其半导体材料的SiC。功率半导体管芯110可以被配置为以高电压和/或高电流来操作。功率半导体管芯110可以被配置为能够在高温下操作，高温例如，175℃或更高的温度、或200℃或更高的温度。功率半导体管芯110可以包括垂直晶体管结构，其中，垂直晶体管结构的第一功率电极被布置在面对管芯载体120的第一主面上，而第二功率电极被布置在相对的第二主面上。第一功率电极可以经由第一金属间化合物130电耦合到管芯载体120。功率半导体管芯110可以很薄。例如，功率半导体管芯110可以具有150μm或更小、100μm或更小、或50μm或更小的厚度。在制造功率半导体器件100的期间，功率半导体管芯110可以耦合到框架以用于机械支撑。功率半导体管芯110包括金属化层111，金属化层111包括第一金属。金属化层111可以布置在SiC单晶112上。金属化层111可以直接布置在单晶112上，或者可以在金属化层111和单晶112之间布置一个或多个另外的金属化层。金属化层111可以完全覆盖功率半导体管芯110的第一主面，或者它可以仅部分地覆盖第一主面。例如，金属化层111中包括的第一金属可以是Ni、Ag、Au或Pt。金属化层111可以仅由第一金属构成，或者它可以包括第一金属和一种或多种另外的金属。例如，金属化层111可以包括NiV或由NiV构成。金属化层111可以具有任何适当厚度(厚度为垂直于功率半导体管芯110的第一主面进行测量)。例如，金属化层111可以具有50nm到700nm的范围内的厚度。例如，金属化层111可以包括NiV或由NiV构成，并具有约500nm的厚度。例如，金属化层111的V含量可以是10wt％或更少、或者5wt％或更少。根据另一个示例，金属化层111可以包括Ag、Au或Pt或由Ag、Au或Pt构成，并且可以具有约50nm至约100nm的厚度。管芯载体120可以是导电的，并且它可以电耦合到功率半导体管芯110。例如，管芯载体120可以是引线框架、直接铜键合(DCB)衬底、直接铝键合(DAB)衬底或活性金属钎焊(AMB)衬底。例如，管芯载体120可以包括Cu或由Cu构成。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC功率半导体器件，包括：/n功率半导体管芯，所述功率半导体管芯包括SiC和金属化层，其中，所述金属化层包括第一金属，/n管芯载体，其中，所述功率半导体管芯布置在所述管芯载体之上，使得所述金属化层面对所述管芯载体，所述管芯载体至少部分地由包括Ni的镀覆部覆盖，以及/n第一金属间化合物，所述第一金属间化合物布置在所述功率半导体管芯和所述镀覆部之间并包括Ni

【技术特征摘要】
20200120 EP 20152638.11.一种SiC功率半导体器件，包括：
功率半导体管芯，所述功率半导体管芯包括SiC和金属化层，其中，所述金属化层包括第一金属，
管芯载体，其中，所述功率半导体管芯布置在所述管芯载体之上，使得所述金属化层面对所述管芯载体，所述管芯载体至少部分地由包括Ni的镀覆部覆盖，以及
第一金属间化合物，所述第一金属间化合物布置在所述功率半导体管芯和所述镀覆部之间并包括Ni3Sn4。


2.根据权利要求1所述的SiC功率半导体器件，其中，所述第一金属为Ni、Ag、Au、或Pt。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的SiC功率半导体器件，还包括：
第二金属间化合物的沉淀物，所述第二金属间化合物的沉淀物布置在所述第一金属间化合物内，所述第二金属间化合物包括与所述第一金属间化合物不同的材料组分。


4.根据权利要求3所述的SiC功率半导体器件，其中，所述第二金属间化合物包括Ag3Sn。


5.根据权利要求3或权利要求4所述的SiC功率半导体器件，其中，所述沉淀物基本布置在平行于所述管芯载体的平面中。


6.根据权利要求3至5中任一项所述的SiC功率半导体器件，其中，所述沉淀物基本布置在所述金属化层和所述镀覆部之间的中间。


7.根据前述权利要求中任一项所述的SiC功率半导体器件，其中，所述镀覆部包括NiP、或NiPd、或NiPdAu、或NiPdAuAg。


8.根据前述权利要求中任一项所述的SiC功率半导体器件，其中，所述第一金属间化合物具有1μm至...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·奥特伦巴，G·郎格尔，P·弗兰克，A·海因里希，A·卢德施特克佩希洛夫，D·佩多内，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT