專利名稱：具有改進(jìn)的浪涌能力的肖特基二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更為具體地涉及一種改進(jìn)肖特基二極管的浪 涌能力的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
碳化硅(SiC)肖特基二極管是公知的，并且與其硅(Si )對(duì)應(yīng)物相 比，碳化硅(SiC)肖特基二極管具有減小的開關(guān)損耗、增加的擊穿電壓 以及減小的體積和重量。因此，在諸如轉(zhuǎn)換器/逆變器、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器等等 的許多應(yīng)用中，這類器件正在取代Si肖特基器件。然而，例如，高壓SiC肖特l^i極管，比如額定600伏的SiC肖特基 二極管，比等效的Si器件的浪涌能力低。這樣，在諸如AC/DC功率因子 校正電路等浪涌耐受性是重要的應(yīng)用中，常規(guī)SiC肖特基二極管的浪涌能 力是等效的Si肖特基二極管的浪涌能力的四分之一。發(fā)明內(nèi)容按照本發(fā)明，SiC肖特基晶片或者甚至是硅(Si)肖特基晶片安^4 封裝中，該封裝被設(shè)置成更有效地從其外延陽極側(cè)排除熱量，該外延陽極 側(cè)是所述晶片的最熱側(cè)，從而減小"自熱"效應(yīng)，我們已認(rèn)識(shí)到該"自熱，， 效應(yīng)是SiC肖特基二極管和等效的Si肖特基晶片浪涌能力下降的根源。這通過將晶片安裝成使其陽極側(cè)良好地耦合到傳導(dǎo)性散熱器表面來 實(shí)現(xiàn)。因此，SiC晶片或Si晶片可以從其通常方位反轉(zhuǎn)，且圍繞有源區(qū) 域的護(hù)團(tuán)被良好絕緣，使得有源陽極區(qū)域能夠用傳導(dǎo)性粘合劑焊接或固定到散熱器表面而不會(huì)使護(hù)團(tuán)短路。該支撐表面可以是如被用作TO-220型 封裝等的常規(guī)引線框，或者可以是DirectFET(g)型外殼的傳導(dǎo)性"罐狀物，， 的內(nèi)表面。這類DirectFET⑧型外殼或封裝在美國專利 No. 6， 624， 522 (IR-1830)中示出，其全部內(nèi)糾過引用結(jié)合于此。為確保陽極到散熱器表面的良好電和/或熱連接，在2005年10月20 日提交的、其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此的共同未決申請(qǐng)序列 No. 11/255, 021 (IR-2769 )中所示類型的可焊接的頂部金屬在所述晶片、 尤其是SiC晶片的陽^面形成。


圖1示出了多個(gè)不同溫度時(shí)的SiC肖特基二極管正向電壓降和正向電流。圖2示出了在圖4的現(xiàn)有技術(shù)的封裝中、在25。C時(shí)、針對(duì)正向電流 的0. 5msec脈沖的不同值、作為時(shí)間函數(shù)的所測量的正向電壓降。圖3類似于圖2，但示出了當(dāng)按照如圖5所示的本發(fā)明安裝有肖特基 晶片時(shí)的下降的正向電壓降。圖4是現(xiàn)有技術(shù)的SiC肖特基二極管的橫截面，其中陽極層或外延形 成層背離主封裝散熱器。圖5示出了圖4的結(jié)構(gòu)，其中晶片被翻轉(zhuǎn)，且晶片的較熱外a面?zhèn)?面向并熱耦合到器件封裝或裝配的主散熱器表面。
具體實(shí)施方式
我們對(duì)SiC肖特基二極管進(jìn)行了熱和電分析，了解到與等效的Si器 件相比其浪涌能力的下降與在高電流和相對(duì)較長的脈沖條件下、當(dāng)晶片不 能有效地散發(fā)所產(chǎn)生的熱量時(shí)的晶片的"自熱"有關(guān)。這種在正向傳導(dǎo)期 間對(duì)器件性能的限制是由于在高電流時(shí)正溫度系數(shù)促使熱下降的電壓降， 該電壓降增加直到器件毀壞。這是由于SiC (諸如4H、 3C、 6H以及其它等的各種多型中的任一個(gè) 的)的特性所造成的，并且其強(qiáng)烈依賴于溫度，特別是對(duì)于如通常出現(xiàn)在 典型的SiC器件的頂部外延生長層中的輕摻雜材料。因此，如圖1所示，我們從計(jì)算和模擬中已認(rèn)識(shí)到由于自熱(Rth=2. 5K/W)而導(dǎo)致的溫度對(duì)正向電壓降和正向電流的巨大影響。在圖 1中，電流飽和是顯然的。該效應(yīng)強(qiáng)烈依賴于輕摻雜材料(即，承載肖特基陽極觸點(diǎn)的外延層)。 因此，該層中的遷移率才艮據(jù)如下/>式隨著溫度而下降T_300. 其中，A"OO。從上述可以看出，高結(jié)溫Tj時(shí)的高遷移率將導(dǎo)致高電阻率高正向電 壓降Vf以及差的浪涌能力。應(yīng)注意到同樣的分析適用于Si肖特基晶片以 及SiC肖特基晶片，并且本發(fā)明的益處同等適用。根據(jù)本發(fā)明，以及才艮據(jù)上述理解，m^必要改進(jìn)晶片的外延硅側(cè)(陽 極)的冷卻，因?yàn)槟鞘蔷淖顭醾?cè)。因此，晶片的外延側(cè)必須接觸用于 該晶片的封裝中可用的最佳散熱表面。這樣，在塑料封裝中，其將是支撐 晶片的引線框，或者是在DirectFET⑧型封裝中的罐狀物的內(nèi)部頂表面。為此，SiC或其它晶片必須被翻轉(zhuǎn)，使其外延層處于標(biāo)準(zhǔn)封裝中的陽 極位置。該外延表面上的頂部金屬優(yōu)選為可焊接的，例如使用在2005年 10月20日提交的申請(qǐng)序列No. 11/255， 021 (IR-2769 )中所公開的可焊接 頂部金屬?，F(xiàn)在在晶片陽極側(cè)的器件背部金屬可以是任何適合的可粘結(jié)金。當(dāng)使用被翻轉(zhuǎn)的晶片時(shí)，需要特殊的保護(hù)以防止器件端接區(qū)域接觸引 線框。正如將示出的，可以4吏用適合的環(huán)氧鈍化膜(印oxy passivation mask)等。接下來參考圖4，該圖示出了現(xiàn)有技術(shù)中的SiC肖特基二極管器件20 以及用于該器件的封裝的至少一部分。肖特基晶片示出為晶片21，其具 有襯底22和頂部外延層23。 SiC的電阻率和厚度基于所需要的例如600 伏的阻塞電壓。阻擋金屬界面24是頂部外延層23并且接納合適的陽極觸 點(diǎn)25，其可以是鋁或任何可粘結(jié)金屬。所述器件的有源區(qū)域通過擴(kuò)散端 接護(hù)團(tuán)26來端接，該護(hù)團(tuán)通過合適的、可以是氧化物的絕緣層27鈍化。 Si肖特基晶片中存在類似的結(jié)構(gòu)。襯底22的陰極側(cè)接納陰極電極28，該陰極電極可以例如是CrNiAg或任何合適的可焊M屬的三重層(tri-layer)。用于晶片22的封裝包拾歉熱表面，比如圖4中的金屬引線框30。該 封裝的任何其它金屬層將作為用于晶片22的良*熱器，并且在圖4中， 晶片22通過傳導(dǎo)性^^劑或環(huán)氧樹脂焊接或固定到引線框30，從而獲得 良好的熱連接。經(jīng)常地，散熱器30還作為用于該封裝的陰極觸點(diǎn)。然后，以任何期望的方式來完成該封裝，以便完全容納晶片22。如先前所指出，該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了未預(yù)料到的差浪涌能力。按照本發(fā)明，并且如圖4所示，圖4的晶片22被翻轉(zhuǎn)使得晶片的外 延側(cè)23與該封裝的最佳散熱器表面接觸。在圖5中，與圖4相同的組成部分具有相同的標(biāo)號(hào)。然而，環(huán)氧鈍化 物40#>在觸點(diǎn)25的邊緣周圍以及端M化27的下面，以防止護(hù)圏26 意外接觸到金屬體30。還使用焊接糊41以將陽極觸點(diǎn)25熱連接或電連 接到散熱器30。圖2示出在25。C時(shí)、針對(duì)0. 5msec電流脈沖的不同電流值、作為時(shí) 間函數(shù)的圖4的器件的正向電壓降。所示出的多個(gè)曲線是針對(duì)15安培(最 底線)到40安培(最高線)的脈沖，且具有17、 20、 22、 25、 27、 30、 32以及37安培的中間脈沖電流。注意在37和40安培級(jí)別時(shí)的正向電壓 降的顯著增加。圖3示出針對(duì)圖5的晶片的、類似于圖2的曲線，其包含本新穎的發(fā) 明。注意在較高電流脈沖值時(shí)顯著下降的正向電壓降以及由此導(dǎo)致晶片熱 量降低。盡管本發(fā)明是關(guān)于特定實(shí)施例而描述的，許多其它變化和修改以及其 它用途對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的，因此，優(yōu)選地，本發(fā)明不受限于 這里的特定公開。
權(quán)利要求
1.一種肖特基二極管，包括具有主體區(qū)域和在主體區(qū)域頂部上的外延形成區(qū)域的半導(dǎo)體晶圓；在所述外延形成區(qū)域頂部上的陽極觸點(diǎn)和在所述主體區(qū)域的底部表面上的陰極電極；用于所述晶圓的外殼；所述外殼包括具有表面的主散熱器；所述陽極觸點(diǎn)被熱連接并固定到所述主散熱器表面，用于從所述晶圓的所述陽極側(cè)的最大散熱，從而顯著地改進(jìn)所述二極管的浪涌能力。
2. 如權(quán)利要求1所述的肖特基二極管，其中至少所述主體區(qū)域由硅 或碳化硅中之一構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求2所述的二極管，其中所述陽極觸點(diǎn)為可焊接材料。
4. 如權(quán)利要求2所述的二極管，其還包括在所述外延形成區(qū)域的所 述頂部中以及圍繞所述陽極觸點(diǎn)的擴(kuò)散護(hù)圏；以及設(shè)置在所述護(hù)團(tuán)和所述 主散熱器表面之間的絕緣圏。
5. 如權(quán)利要求3所述的二極管，其還包括在所述外延形成區(qū)域的所 述頂部中以及圍繞所述陽極觸點(diǎn)的擴(kuò)散護(hù)圏；以及設(shè)置在所述護(hù)圏和所述 主散熱器表面之間的絕緣團(tuán)。
6. 如權(quán)利要求2所述的二極管，其中所述主散熱器為引線框。
7. 如權(quán)利要求3所述的二極管，其中所述主散熱器為引線框。
8. 如權(quán)利要求5所述的二極管，其中所述主散熱器為引線框。
9. 如權(quán)利要求2所述的二極管，其中所述封裝為具有用于接納所述 晶片的淺杯狀物的DirectFET⑧型封裝；所述陽極電極連接到所述杯狀物 的頂部的內(nèi)部。
10. 如權(quán)利要求3所述的二極管，其中所述封裝為具有用于接納所述 晶片的淺杯狀物的DirectFET⑧型封裝；所述陽極電極連接到所述杯狀物 的頂部的內(nèi)部。
11. 如權(quán)利要求5所述的二極管，其中所述封裝為具有用于接納所述 晶片的淺杯狀物的DirectFET⑧型封裝；所述陽極電極連接到所述杯狀物 的頂部的內(nèi)部。
全文摘要
一種SiC肖特基二極管晶片或Si肖特基二極管晶片，被安裝成其外延陽極表面連接到器件封裝中的最佳散熱器表面，從而大幅度地改進(jìn)了器件的浪涌電流能力。
文檔編號(hào)H01L23/36GK101223638SQ200680022408
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者羅薩諾·卡爾塔, 路易吉·梅林, 迭戈·拉福 申請(qǐng)人:國際整流器公司