具有下部填充的吸热器的半导体器件制造技术

提供了一种用于具有下部填充的吸热器（４６，４６’，７８，７８’）的半导体器件（４０，６１－１３，６１－１５，６１－１８，６１－１９）的衬底（４０，６１－１３，６１－１５，６１－１８，６１－１９）和方法（６０－５…６０－１９，１００，２００）。该器件（４０，６１－１３，６１－１５，６１－１８，６１－１９）包括具有上表面（３７）和下表面（６３，７３）的衬底（４８，７２）。半导体（３８，７２）邻近其中具有器件区（２６）的上表面（３７）。在衬底（４８，７２）中从下表面（６３，７３）蚀刻位于该器件区（２６）下面的一个或多个凹陷（６７，７７）。比衬底（４８，７２）具有更高导热性的材料（６８）填充该一个或多个凹陷（６７）并在该器件区（２６）的下面在下表面（６３，７３）处或之外具有暴露的表面（６９，６９’，７９，７９’）。这提供了下部填充的吸热器（４６，４６’，７８，７８’）。优选复合衬底（４８），其具有延伸至包含器件区（２６）的上表面（３７）的第一半导体（３８），延伸至下表面（６３）的第二半导体（４２）以及位于第一半导体和第二半导体之间的绝缘层（３６），其中一个或多个凹陷（６７）从下表面（６３）延伸至绝缘层（３６），并且蚀刻深度（６７１）是自限制的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及半导体器件和方法，更具体地涉及其中配置有一 个或多个下吸热区的半导体器件和方法。
技术介绍
在电子领域中，性能经常受到能够从电子器件或电路散发的热量 的限制。在与半导体器件和电路联系起来时，这就更加明显，这是因 为大多数的半导体器件和电路对温度敏感，也就是说，它们的特性和 操作条件通常随着温度的增加会发生改变。因此，需要有效地从这样 的器件和电路吸取热。为此，风扇、散热片和其他的冷却机制经常被 添加到半导体器件和电路上以带走半导体器件和电路散发出的热。然 而，当冷却受到热从产生热的半导体器件或电路的内部流向耦合到冷 却系统的外部引线框架或封装的速度的限制时，即使这些辅助的冷却 机构也不能胜任。因此，需要能够减轻或克服这些难点的改进的器件 结构和制造该结构的方法。因此，期望提供一种允许从产生热能的器件区更有效吸热的改进 的器件结构和制造方法。附图说明以下将结合附图描述本专利技术，其中相同的参考标号表示类似的部件，其中图1~2是现有技术的半导体器件的部分截面视图的简化示意 图，示出了热如何从器件的内部流至这些热可以从那里被散出的支撑 引线框架；图3是根据本专利技术的一个实施例的通常类似于图2的器件的半导体器件的部分截面视图的简化示意图，示出了如何更有效地从该器件的内部吸热；图4是以摄氏度为单位的温度与以毫秒为单位的时间的曲线图， 用于比较图1 ~ 3示出的器件在经受测试功率脉冲时的器件的热反应；图5~13示出了根据本专利技术的另一实施例的类似于图3的器件的 器件在不同制造阶段的部分截面视图的简化示意图14~15示出了根据本专利技术的又一实施例的类似于图3的器件 的器件在不同制造阶段的部分截面视图的简化示意图16~19示出了根据本专利技术的再一实施例的部分截面视图的简 化示意图，其能够改进图l所示类型的器件的热性能；以及图20~21示出了根据本专利技术的实施例的本专利技术的方法的流程图 的简化示意图。具体实施例方式下面的具体描述本质上仅仅是示例性的，并且不意图限制本专利技术 或本专利技术的应用或使用。此外，不意图被前述的
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技术介绍
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技术实现思路
或下述的具体描述中呈现的任何明示或暗示的理论所束绰。为了清楚简明地描述，附图示出了通用方式的结构，以及可能会 省略公知的特征和技术的描述和细节以避免不必要地使该专利技术模糊。 此外，在附图中的元件不必然按比例绘制。例如，在一些附图中的一 些元件或区域的尺寸可能会相对于相同或其他图的其他元件或区域 被放大，以有助于提高对本专利技术的实施例的理解。说明书和权利要求中如有术语"第一"、"第二"、"第三"、"第四，， 以及类似术语，那么这些术语可以用于区别类似元件并且不必然用于 描述特定的顺序或时间顺序。应该理解，如此使用的术语可以在适当 的条件下互换，这样在此描述的本专利技术的实施例例如能够以不同于在 此示出或描述的顺序被使用或结构。此外，术语"包括"、"包含"、"具 有"以及任何这些术语的变型旨在覆盖非排他的包括，这样，包括一 系列元素的工艺、方法、物体、或装置不必然地限定于这些元素，而7是还可以包括没有明确列出的或这些工艺、方法、物体、或装置所固 有的其他元素。在此使用的术语"耦合"被定义为以电或非电方式直接 或间接连接。为了方便说明而不是旨在限制，本专利技术被描述为用于晶体管和其 他使用硅半导体材料形成的电子器件，但是这不是必须的，并且在此 教导的原理应用于广泛的各种半导体材料。其他适合的半导体材料的非限制性示例是SiC、 AlGaN、钻石、以及各种其他的IV族、III-V 族、II-VI族化合物及其混合物以及有机半导体。因此，尽管单晶、 多晶或非晶形式的硅被看作是适合的以及示例性的半导体材料，以及 氧化硅和氮化硅被看作是适合的以及示例性的电介质和绝缘体，但是 本专利技术不限于此。图1~2是现有技术的半导体器件20、 30的部分截面图的简化示 意图，示出了热能29如何从器件20、 30的内部中的器件区域26流 向可以吸收热能29的支撑散热片或引线框架22。器件区域26表示任 何类型的集成器件或如下器件的一部分，在该器件中，在器件20、 30 作为其一部分的电路和/或器件的操作期间产生热能。因此，器件区域26可以是双极器件区、场效应器件区、电光器件区、扩散电阻区或表 面电阻区、或在操作期间散热(热能)的其他任何类型的集成结构或 集成电路的一部分。本专利技术与在器件区域26中的存在的是何种类型 的器件或部分无关。如在此所使用的，术语"器件区，，旨在包括在其中 散发热能的整个器件或其任何部分。在图1中，器件20示出了形成在具有厚度241的单片半导体村 底(例如，Si) 24中的器件区域26。本领域的技术人员应理解，尽管 在此仅示出了一个这样的区，但是单一晶片、集成电路或其他电子组 件在其中可以具有多个区域26。在衬底24和器件区域26的上表面 27上的层28表示通常与器件区域26相关地可以找到的互连和钝化 层。互连和钝化层28的特定性质与本专利技术无关。在器件20中，在器 件区域26中产生的热能29穿过衬底24流向散热片22的上表面23。 散热片22可以是，例如但不限于，引线框架或其他封装元件，在其表面23上安装衬底24。为了方便描述，此处使用的术语"散热片"旨 在包括提供从电子器件吸收热的引线框架和任何其他类型的封装元 件。这样的元件也可以具有其他功能。使用现有的技术从散热片吸收 传送至散热片22的热能29。通常，除非另一散热片(未示出)被安 装在互连和钝化层28上，否则穿过衬底24至散热片22流动的热能 29是从器件20吸收由器件区域26中散发的能量的主要路径。图2的器件30不同于图l的器件20之处在于复合衬底34代替 了基本上均质的衬底24。相同的参考标号用于标识器件20、 30中类 似的区域，并且对其的描述通过引用结合于此。具有厚度341的复合 衬底34包括恰当(convenient)的半导体(例如，Si)的具有厚度321 的第二部分32、具有厚度361的电绝缘体(例如，Si02)层36、以 及同样恰当的半导体(例如，Si)的具有厚度381的第一部分38。与 器件20的器件区域26类似的器件区域26形成在第一部分38中。器 件30通常被称为绝缘体上半导体(SOI)结构或器件。在图2的器件 30的器件区域26中产生的热能29流过第一部分38、电绝缘体36、 以及第二部分32以便到达散热片22。与器件20相比，绝缘层36的 存在旨在大体上增加器件30的热阻抗，但是由于其减少的结寄生部 分以及增强的电绝缘性能，器件30的SOI结构31与图l的均质器件 20相比可以提供性能优势。这样的SOI器件被广泛使用，特别是应 用在不特别注重功率消耗的小信号应用中。然而对于高功率器件应 用，这样的SOI结构的较差的热性能可以成为严重的限制。图3是大体上类似于图2的SOI器件30但却是根据本专利技术的半 导体器件40的部分截面视图的简化示意图，示出了如何能更有效地 从内部的器件区域26吸收热能29。相同的参考标号用于标识器件20、 30、 40中的相似区域，并且对其的描述通过引用结合于此。在器件 40中，具有厚度481的复合衬底48包括具有厚度421的第二部分42、 具有厚度361的绝缘层36 (例如，Si02)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成具有集成吸热器的半导体器件的方法，包括：　提供包括半导体并具有上表面和下表面的衬底，以及在所述半导体中邻近于所述上表面提供器件区；　形成一个或多个凹陷，所述凹陷从所述下表面向所述器件区延伸并位于所述器件区和所述下表面 之间；以及　用导热性高于所述半导体的材料填充所述一个或多个凹陷，以暴露所述材料的第一表面，从而产生所述集成吸热器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑永雪，RW拜尔德，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]