具有高温电绝缘的功率半导体器件制造技术

一种器件(100)，包括：高温半导体器件(102)，高温半导体器件(102)包括第一表面(104)，其中，高温半导体器件(102)包括有源区域(106)和与有源区域(106)相邻设置的端接区域(108)；无机介电绝缘层(130)，无机介电绝缘层(130)设置在第一表面上，其中，无机介电绝缘层(130)填充在整个端接区域(108)上延伸的体积，并且包括大于或等于25μm且小于或等于500μm的厚度(144)；以及电连接器(116)，电连接器(116)将高温半导体器件(102)的有源区域(106)连接到器件(100)的附加部件。连接到器件(100)的附加部件。连接到器件(100)的附加部件。

【技术实现步骤摘要】
具有高温电绝缘的功率半导体器件


[0001]本说明书大体涉及高温半导体电子学，并且更具体地，涉及高温半导体电子学的器件级绝缘。

技术介绍

[0002]宽带隙半导体有利地拥有以比常规硅基器件更小的晶片面积在更高的电压和温度下处理电力的能力。为了最大化这种宽带隙器件的效率，晶圆级的器件尺寸被最小化，以通过控制关键器件参数(例如器件级电阻)来降低制造成本并提高功率效率。
[0003]这种最小化需要这种宽带隙半导体器件的绝缘，因为在高电压下操作时存在电压击穿的可能性。当前系统通常包括封装宽带隙半导体器件的块(bulk)绝缘物，使得绝缘物覆盖器件的高电压和低电压区域。这种绝缘方法有几个缺陷。例如，一些块绝缘材料(例如有机材料，诸如基于聚酰亚胺的绝缘物)无法在高于200℃的温度下持续操作，因为这些材料可能会升华、燃烧、分层或形成空隙，从而降低电性能。将器件完全封装在块绝缘物中也有缺点，因为绝缘物和器件的其他部件(例如，封装基板)的热膨胀系数可能显著不同，从而导致热循环期间的显著应力和最终的绝缘物开裂，从而降低性能。
[0004]因此，需要用于绝缘宽带隙半导体器件的替代方案，尤其是用于在200℃或更高的温度下操作此类器件。

技术实现思路

[0005]本文公开的各种实施例通过在半导体器件的表面上局部地提供无机介电绝缘层作为器件的单独元件来满足这些需要。这种无机介电绝缘层覆盖与半导体的表面相邻的高电压区以防止电压击穿，同时在高温使用中提供耐久性。下面将更详细地描述附加特征和优点。
[0006]根据本文公开的实施例，一种器件，包括：高温半导体器件，高温半导体器件包括第一表面，其中，高温半导体器件包括有源区域和与有源区域相邻设置的端接区域；无机介电绝缘层，无机介电绝缘层设置在第一表面上，其中，无机介电绝缘层填充在整个端接区域上延伸的体积，并且包括大于或等于25μm且小于或等于500μm的厚度；以及电连接器，电连接器将高温半导体器件的有源区域连接到器件的附加部件。
[0007]根据本文的附加实施例，一种器件，包括：高温半导体器件，高温半导体器件包括第一表面；高电压区，高电压区邻近第一表面设置；低电压区，低电压区邻近第一表面设置并且偏离高电压区；以及无机介电绝缘层，无机介电绝缘层设置在第一表面上、在高电压区中，其中，第一表面在垂直于第一表面的表面法线的方向上具有宽度，其中，无机介电绝缘层包括在第一表面的周向边缘上延伸的部分，其中，该部分小于或等于第一表面的宽度的四分之一。
[0008]根据本文公开的附加实施例，一种方法，包括：在预先形成的高温半导体器件上沉积无机介电绝缘层，其中：高温半导体器件包括第一表面；高温半导体器件包括有源区域和
邻近有源区域设置的端接区域；无机介电绝缘层沉积在第一表面上，使得无机介电绝缘层与端接区域重叠；并且无机介电绝缘层包括大于或等于10kV/mm且小于或等于35kV/mm的介电强度。
[0009]本文描述的处理和系统的附加特征和优点将在以下详细描述中阐述，根据该描述，这些附加特征和优点将部分地对于本领域技术人员显而易见或通过实践本文所描述的实施例而认识到，描述包括以下详细说明、权利要求以及附图。
[0010]应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都描述了各种实施例并且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的概述或框架。附图被包括以提供对各种实施例的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图图示了本文描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
[0011]附图中阐述的实施例本质上是说明性和示例性的，并不旨在限制由权利要求限定的主题。当结合以下附图阅读时，可以理解示例性实施例的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：
[0012]图1示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的包括无机介电绝缘层的功率器件；
[0013]图2示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的包括无机介电绝缘层的功率器件；
[0014]图3描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的高温半导体器件的立体图；
[0015]图4描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的包括无机介电绝缘层的高温半导体器件的立体图；
[0016]图5描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的包括无机介电绝缘窗和结合层的高温半导体器件的立体图；
[0017]图6描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的图5中所示的高温器件半导体器件的横截面视图；并且
[0018]图7描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的形成绝缘高温半导体器件的方法。
具体实施方式
[0019]现在将详细参考用于高温半导体器件的无机介电绝缘物的实施例。高温半导体器件可以经由晶圆处理技术形成在宽带隙半导体衬底上并且包括第一表面。高温半导体器件可以包括有源区和端接区。高温半导体器件的操作可能导致在靠近端接区设置的高电压区中生成相对高的电场。无机介电绝缘材料局部设置在第一表面上，以便延伸通过高电压区以防止高温半导体器件的电压击穿。本文将具体参考附图描述半导体器件及其形成方法的各种实施例。
[0020]如本文所用，术语“大约”是指数量、大小、配方、参数以及其他量和特性不是也不必是精确的，但根据需要可以是近似的和/或更大或更小，反映容差、转换因数、四舍五入、测量误差等以及本领域技术人员已知的其他因素。当术语“大约”用于描述值或范围的端点
时，所指的特定值或端点包括在内。无论说明书中的数值或范围的端点是否叙述“大约”，都描述了两种实施例：一种被“大约”修饰，一种不被“大约”修饰。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点而言是重要的，并且独立于另一个端点。
[0021]如本文所用的方向术语，例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部仅参考附图而做出，并不旨在暗示绝对取向。
[0022]除非另有明确说明，否则本文中阐述的任何方法绝不旨在被解释为要求其步骤以特定顺序进行，也绝不旨在要求任何设备特定取向。因此，在任何方面中，在方法权利要求实际上没有叙述其步骤所遵循的顺序，或者任何设备权利要求实际上没有叙述单个部件的顺序或取向，或者在权利要求或描述中没有另外具体说明步骤限于特定顺序，或者未叙述设备部件的特定顺序或取向的情况下，决不是要推断顺序或取向。这适用于任何可能的非明确解释基础，包括：关于步骤布置、操作流程、部件顺序或部件取向的逻辑问题；源自语法组织或标点符号的简单含义；以及说明书中描述的实施例的数量或类型。
[0023]如本文所用，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数指代。因此，例如，除非上下文另有明确规定，否则对“一”部件的引用包括具有两个或更多个此类部件的方面。
[0024]本文描述的方法和器件涉及在形成高温半导体器件之后将无机介电绝缘材料局部地施加到高温半导体器件的第一表面。如本文所用，术语“局部”通常是指无机介电绝缘材料到从第一表面移除的其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种器件(100)，其特征在于，包括：高温半导体器件(102)，所述高温半导体器件(102)包括第一表面(104)，其中，所述高温半导体器件(102)包括有源区域(106)和与所述有源区域(106)相邻设置的端接区域(108)；无机介电绝缘层(130)，所述无机介电绝缘层(130)设置在所述第一表面(104)上，其中，所述无机介电绝缘层(130)填充在整个所述端接区域(108)上延伸的体积，并且包括大于或等于50μm且小于或等于200μm的厚度(144)；以及电连接器(116)，所述电连接器(116)将所述高温半导体器件(102)的所述有源区域(106)连接到所述器件(100)的附加部件(122)。2.根据权利要求1所述的器件(100)，其特征在于，其中，所述高温半导体器件(102)包括宽带隙半导体衬底(132)。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的器件(100)，其特征在于，进一步包括设置在所述高温半导体器件(102)上的无机介电封装材料，其中，所述无机介电封装材料由与所述无机介电绝缘层(130)不同的材料构成。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的器件(100)，其特征在于，其中，所述高温半导体器件(102)在垂直于所述第一表面的表面法线的方向上具有宽度(140)，其中，所述无机介电绝缘层(130)在所述第一表面(104)的周向边缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：