半导体器件组件制造技术

在一些方面中，本文中所描述的技术涉及一种半导体器件组件，其包括：直接接合金属(DBM)衬底，其包括：陶瓷层；第一金属层，该第一金属层设置在该DBM衬底的第一表面上，该第一金属层具有均匀的厚度；以及第二金属层，该第二金属层设置在该DBM衬底的与第一表面相对的第二表面上，该第二金属层包括：具有第一厚度的第一部分；以及具有第二厚度的第二部分，第二厚度大于第一厚度，该第二金属层的第二部分包括热膨胀系数(CTE)在7至11百万分率每摄氏度(ppm/℃)范围内的金属合金；以及半导体管芯，该半导体管芯具有与第二金属层的第二部分耦接的第一表面。接的第一表面。接的第一表面。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件组件


[0001]本说明书涉及半导体器件模块组件。更具体地，本说明书涉及具有减小的与热失配相关联的应力并且具有改进的堆叠高度控制的半导体器件模块组件(例如，半导体器件模块)。

技术介绍

[0002]半导体器件组件，诸如包括功率半导体器件(其可称为功率模块、多芯片功率模块等)的组件，可使用半导体管芯、衬底(例如，直接接合金属衬底)和导体间隔件(例如，导电间隔件和/或导热间隔件)来实现。例如，此类间隔件可提供给定组件的部件之间的电连接，和/或促进组件的热耗散(例如，由半导体管芯的操作产生)，以促进组件的双面冷却。然而，此类组件的当前具体实施具有某些缺点。例如，由于衬底(例如，陶瓷)材料、半导体管芯及导电间隔件的相应热膨胀系数之间的失配，可在半导体管芯上施加各种应力(例如，施加在半导体管芯上的拉伸应力、剥离应力、剪切应力等)，此可导致对半导体管芯的损坏，诸如破裂。此外，在当前具体实施中，由于用于将间隔件与衬底耦接的焊料层的接合线厚度的工艺变化，难以控制对功率模块的总堆叠高度(例如，模块厚度)的工艺控制。由于在模块的模制封装期间引起的压缩应力，这种工艺变化可能导致管芯破裂(例如，对于高于工艺目标高度的堆叠高度)，或者可能导致过度的模制溢料(例如，对于低于工艺目标高度的堆叠高度，在衬底的表面上)。当前方法的其它缺点还包括组装工艺复杂性和与工艺变化相关的质量问题。

技术实现思路

[0003]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其包括：直接接合金属(DBM)衬底，其包括：陶瓷层；第一金属层，该第一金属层设置在该DBM衬底的第一表面上，该第一金属层具有均匀的厚度；以及第二金属层，该第二金属层设置在该DBM衬底的与该第一表面相对的第二表面上，该第二金属层包括：具有第一厚度的第一部分；以及具有第二厚度的第二部分，该第二厚度大于该第一厚度，该第二金属层的该第二部分包括热膨胀系数(CTE)在7至11百万分率每摄氏度(ppm/℃)范围内的金属合金；以及半导体管芯，该半导体管芯具有与第二金属层的第二部分耦接的第一表面。
[0004]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中金属合金的CTE在8至10ppm/℃的范围内。
[0005]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中金属合金包括铜钼(CuMo)金属合金。
[0006]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中第二金属层的第一部分包括金属合金。
[0007]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中：该金属合金是第一金属；并且第二金属层的第二部分包括设置在陶瓷层上的第二金属层，第二金属的CTE大于
金属合金的CTE，并且第一金属设置在第二金属上。
[0008]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中第一金属生长在第二金属上。
[0009]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中第二金属层包括铜层。
[0010]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中第二金属层的第一部分被包括在铜层中。
[0011]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中使用以下中的一者将第一金属层和第二金属层与陶瓷层耦接：活性金属钎焊；扩散接合；或烧结。
[0012]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中DBM衬底是第一DBM衬底，陶瓷层是第一陶瓷层，并且半导体管芯是第一半导体管芯，该半导体器件组件还包括：第二DBM衬底，其包括：第二陶瓷层；第三金属层，该第三金属层设置在该第二DBM衬底的第一表面上，该第三金属层具有均匀的厚度；以及第四金属层，该第四金属层设置在该第二DBM衬底的与该第一表面相对的第二表面上，该第四金属层包括：具有第一厚度的第一部分；以及具有第二厚度的第二部分，该第四金属层的该第二部分包括该金属合金；以及第二半导体管芯，该第二半导体管芯具有与该第四金属层的该第二部分耦接的第一表面。
[0013]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中：该第一半导体管芯的与该第一半导体管芯的该第一表面相对的第二表面与该第四金属层的该第一部分耦接；并且该第二半导体管芯的与该第二半导体管芯的该第一表面相对的第二表面与该第二金属层的该第一部分耦接。
[0014]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中：第一半导体管芯包括半桥电路的高边开关。并且该第二半导体管芯包括半桥电路的低边开关。
[0015]在一些方面，本文中所描述的技术涉及一种半导体器件组件，其包括：直接接合金属(DBM)衬底，其包括：陶瓷层；第一金属层，该第一金属层设置在该DBM衬底的第一表面上，该第一金属层具有均匀的厚度；以及第二金属层，该第二金属层设置在该DBM衬底的与该第一表面相对的第二表面上，该第二金属层包括：具有第一厚度的第一部分；以及具有第二厚度的第二部分，该第二厚度大于该第一厚度，该第二金属层包括热膨胀系数(CTE)在7至11百万分率每摄氏度(ppm/℃)范围内的金属合金；以及半导体管芯，该半导体管芯具有与第二金属层的第二部分耦接的第一表面。
[0016]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中第一金属层包括金属合金。
[0017]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中金属合金包括铜钼(CuMo)金属合金。
[0018]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中DBM衬底是第一DBM衬底，陶瓷层是第一陶瓷层，并且半导体管芯是第一半导体管芯，该半导体器件组件还包括：第二DBM衬底，其包括：第二陶瓷层；第三金属层，该第三金属层设置在该第二DBM衬底的第一表面上，该第三金属层具有均匀的厚度；以及第四金属层，该第四金属层设置在该第二DBM衬底的与该第一表面相对的第二表面上，该第四金属层包括：具有第一厚度的第一部分；以及具有第二厚度的第二部分，该第四金属层包括该金属合金；以及第二半导体管芯，
该第二半导体管芯具有与该第四金属层的该第二部分耦接的第一表面。
[0019]在一些方面，本文所述的技术涉及一种半导体器件组件，其中：该第一半导体管芯的与该第一半导体管芯的该第一表面相对的第二表面与该第四金属层的该第一部分耦接；并且该第二半导体管芯的与该第二半导体管芯的该第一表面相对的第二表面与该第二金属层的该第一部分耦接。
[0020]在一些方面，本文中所描述的技术涉及一种半导体器件组件，其包括：直接接合金属(DBM)衬底，其包括：陶瓷层；第一金属层，该第一金属层设置在该DBM衬底的第一表面上，该第一金属层具有均匀的厚度；以及第二金属层，该第二金属层设置在该DBM衬底的与该第一表面相对的第二表面上，该第二金属层具有均匀的厚度；第三金属层，该第三金属层设置在该第二金属层的一部分上，该第三金属层包括热膨胀系数(CTE)在7至11百万分率每摄氏度(ppm/℃)范围内的金属合金，该第三金属层的CTE小于该第二金属层的CTE；以及半导体管芯，该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件组件，其特征在于，所述半导体器件组件包括：直接接合金属DBM衬底，所述DBM衬底包括：陶瓷层；第一金属层，所述第一金属层设置在所述DBM衬底的第一表面上，所述第一金属层具有均匀的厚度；和第二金属层，所述第二金属层设置在所述DBM衬底的与所述第一表面相对的第二表面上，所述第二金属层包括：具有第一厚度的第一部分；和具有第二厚度的第二部分，所述第二厚度大于所述第一厚度，所述第二金属层的所述第二部分包括热膨胀系数CTE在7至11百万分率每摄氏度范围内的金属合金；和半导体管芯，所述半导体管芯具有与所述第二金属层的所述第二部分耦接的第一表面。2.根据权利要求1所述的半导体器件组件，其中所述金属合金包括铜钼CuMo金属合金。3.根据权利要求1所述的半导体器件组件，其中所述第二金属层的所述第一部分包括所述金属合金。4.根据权利要求1所述的半导体器件组件，其中：所述金属合金是第一金属；并且所述第二金属层的所述第二部分包括设置在所述陶瓷层上的第二金属层，所述第二金属的CTE大于所述金属合金的CTE，并且所述第一金属设置在所述第二金属上。5.根据权利要求4所述的半导体器件组件，其中：所述第一金属生长在所述第二金属上；所述第二金属层包括铜层；并且所述第二金属层的所述第一部分被包括在所述铜层中。6.根据权利要求1所述的半导体器件组件，其中使用以下中的一者将所述第一金属层和所述第二金属层与所述陶瓷层耦接：活性金属钎焊；扩散接合；或者烧结。7.根据权利要求1所述的半导体器件组件，其中所述DBM衬底是第一DBM衬底，所述陶瓷层是第一陶瓷层，并且所述半导体管芯是第一半导体管芯，所述半导体器件组件还包括：第二DBM衬底，所述第二DBM衬底包括：第二陶瓷层；第三金属层，所述第三金属层设置在所述第二DBM衬底的第一表面上，所述第三金属层具有均匀的厚度；和第四金属层，所述第四金属层设置在所述第二DBM衬底的与所述第一表面相对的第二表面上，所述第四金属层包括：具有第一厚度的第一部分；和
具有第二厚度的第二部分，所述第四金属层的所述第二部分包括所述金属合金；和第二半导体管芯，所述第二半导体管芯具有与所述第四金属层的所述第二部分耦接的第一表面，其中：所述第一半导体管芯的与所述第一半导体管芯的所述第一表面相对的第二表面与所述第四金属层的所述第一部分耦接；并且所述第二半导体管芯的与所述第二半导体管芯的所述第一表面相对的第二表面与所述第二金属层的所述第一部分耦接。8.一种半导体器件组件，其特征在于，所述半导体器件组件包括：直接接合金属DBM...

【专利技术属性】
技术研发人员：林承园，全五燮，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：