專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別有關(guān)于封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的技術(shù)中，II1-V族晶體管例如氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaNHEMT)結(jié)合高傳導(dǎo)電子密度、高電子遷移率和較寬的能隙，使其可在指定的反向耐壓下，顯著降低元件的導(dǎo)通電阻RDS(on)。適合于制作高頻率、大功率和高效率的電子器件。因此II1-V族晶體管特別GaN HEMT逐漸成為技術(shù)研究發(fā)展的重點。然而，目前的封裝方式容易有散熱不佳的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有關(guān)于一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有高的散熱效果。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基板、管芯與介質(zhì)?；寰哂谢迳媳砻??；寰哂邪疾邸０疾蹚幕迳媳砻嫦蛳卵由?。凹槽具有凹槽側(cè)表面。管芯位于凹槽中。管芯具有管芯下表面與管芯側(cè)表面。管芯下表面低于基板上表面。介質(zhì)填充凹槽位該凹槽側(cè)表面與管芯側(cè)表面之間的部分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。該方法包括以下步驟。提供基板?；寰哂谢迳媳砻?。從基板上表面向下在基板中形成凹槽。凹槽具有凹槽側(cè)表面。配置管芯于凹槽中。管芯具有管芯下表面與管芯側(cè)表面。管芯下表面低于基板上表面。填充介質(zhì)于凹槽位于凹槽側(cè)表面與管芯側(cè)表面之間的部分。為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合所附圖示，作詳細(xì)說明如下。


圖1繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖3繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖5繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖6繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。附圖標(biāo)記說明102、202、502、602:基板104、204、304、504、604:凹槽204A:上開口部分204B:下開口部分106:基板上表面
108、208、408、508、608:管芯110:管芯下表面112、212、312、412:凹槽側(cè)表面114、214:管芯側(cè)表面116、216:介質(zhì)330:凹槽底表面518:錫球520:接觸墊622:打線624:柵極626:漏極628:源極(:1、021、022、01、02:寬度H4:管芯高度R4:曲率半徑Θ:夾角
具體實施例方式圖1繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。請參照圖1，基板102具有凹槽104。在實施例中，凹槽104從基板102的基板上表面106向下延伸形成于基板102中。舉例來說，基板102為陶瓷基板或金屬基板(例如鋁基板)。凹槽104可利用蝕刻工藝或壓印工藝形成。管芯108配置于凹槽104中。管芯108具有管芯下表面110與管芯側(cè)表面114。管芯下表面110低于基板上表面106。在實施例中管芯108具有II1-V族晶體管，例如氮化鎵晶體管，如外延型式的氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaN HEMT)。凹槽104具有凹槽側(cè)表面 112。在一實施例中，凹槽104的寬度Cl實質(zhì)上為固定。管芯108的寬度Dl實質(zhì)上為固定。凹槽104的寬度Cl大于管芯108的寬度D1。舉例來說，凹槽104的寬度Cl減掉管芯108的寬度Dl的值，實質(zhì)上為管芯108的寬度Dl的百分之十。在其他實施例中，凹槽104的寬度Cl實質(zhì)上等于管芯108的寬度Dl，換句話說，凹槽側(cè)表面112與管芯側(cè)表面114之間的間距實質(zhì)上為零。介質(zhì)116填充凹槽104位于凹槽側(cè)表面112與管芯側(cè)表面114之間的部分。更詳細(xì)地來說，介質(zhì)116與凹槽側(cè)表面112及管芯側(cè)表面114接觸。在實施例中，介質(zhì)116為氣體例如空氣，或是高導(dǎo)熱材料例如金屬，舉例來說，銀膠。因此管芯108操作過程中產(chǎn)生的熱能可以橫向地直接往介質(zhì)116傳送，達(dá)到良好的散熱效果?；?02具有凹槽104的設(shè)計使得管芯108的對位更為簡單、精確。舉例來說，可利用機械手臂將管芯108稍微對到凹槽104的位置，管芯108便能直接嵌入凹槽104中。如此可以提高單一基板102配置管芯108的數(shù)目，亦即提高裝置元件的密度。此外，提升產(chǎn)品良率，并降低制造成本。圖2繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖1繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，凹槽204具有互相連通的上開口部分204A與下開口部分204B。上開口部分204A的寬度C21大于下開口部分204B的寬度C22。上開口部分204A的寬度C21與下開口部分204B的寬度C22實質(zhì)上分別為固定。下開口部分204B的寬度C22實質(zhì)上等于管芯208的寬度D2。介質(zhì)216填充凹槽204位于凹槽側(cè)表面212與管芯側(cè)表面214之間的部分。更詳細(xì)地來說，介質(zhì)216與凹槽側(cè)表面212及管芯側(cè)表面214接觸。因此管芯208操作過程中產(chǎn)生的熱能可以橫向地直接往介質(zhì)216傳送，達(dá)到良好的散熱效果?；?02具有凹槽204的設(shè)計使得管芯208的對位更為簡單、精確，并能提升產(chǎn)品良率、降低制造成本。圖3繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖3繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖1繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，凹槽304的寬度由上至下逐漸變小。凹槽304具有凹槽側(cè)表面312與凹槽底表面330。在實施例中，凹槽側(cè)表面312與凹槽底表面330之間的夾角Θ實質(zhì)上為110°至140°。在此實施例中，凹槽側(cè)表面312實質(zhì)上為一平坦的表面。圖4繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖3繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，凹槽側(cè)表面412實質(zhì)上為曲面，并具有曲率半徑R4。管芯408具有管芯高度H4。在實施例中，管芯408的管芯高度H4小于凹槽側(cè)表面412的曲率半徑R4的兩倍，亦即H4〈2*R4。在圖3繪示的實施例中，平坦的凹槽側(cè)表面312其曲率半徑可視為無限大，因此亦可符合上述管芯高度與曲率半徑之間的關(guān)系。圖5繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖5繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖3繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，管芯508通過錫球518粘著至位于凹槽504中的接觸墊520，以與基板502電性連接。圖6繪示一實施例中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖6繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與圖3繪示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的差異在于，位于凹槽604中的管芯608通過打線622電性連接于位于基板602中的柵極624、漏極626與源極628。根據(jù)上述實施例，在基板中形成凹槽，并將管芯配置在凹槽中。因此管芯操作過程中產(chǎn)生的熱能可有效率地導(dǎo)散掉。舉例來說，從熱流模擬實驗(聚焦平面熱像分析)的結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，管芯配置在基板的凹槽中的實施例，其散熱效果比起管芯配置在基板上表面上的比較例提高了約67%，這樣散熱的提升結(jié)果來自于熱能從管芯側(cè)表面往橫向傳出。此外，可精確控制管芯的對位情況。適用于各種電子元件，例如高功率、小尺寸的高功率電子元件。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括: 基板，具有基板上表面，其中該基板具有凹槽，該凹槽從該基板上表面向下延伸，該凹槽具有凹槽側(cè)表面； 管芯，位于該凹槽中，其中該管芯具有管芯下表面與管芯側(cè)表面，該管芯下表面低于該基板上表面；以及 介質(zhì)，其中該介質(zhì)填充該凹槽位于該凹槽側(cè)表面與該管芯側(cè)表面之間的部分。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該凹槽側(cè)表面具有曲率半徑，該管芯具有管芯高度，該管芯高度小于該曲率半徑的兩倍。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該介質(zhì)與該凹槽側(cè)表面及該管芯側(cè)表面接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該凹槽具有互相連通的上開口部分與下開口部分，其中該上開口部分的寬度大于該下開口部分的寬度。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該上開口部分的寬度與該下開口部分的寬度實質(zhì)上分別為固定。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該下開口部分的寬度實質(zhì)上等于該管芯的寬度。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該凹槽的寬度由上至下逐漸變小。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該凹槽的寬度實質(zhì)上為固定。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該凹槽的寬度大于或?qū)嵸|(zhì)上等于該管芯的寬度。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括錫球與接觸墊，其中該接觸墊位于該凹槽中，該管芯通過該錫球粘著至該接觸墊，以電性連接至該基板。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括: 位于該基板中的柵極、漏極及源極；以及 多條打線，分別電性連接于該管芯與該柵極、該漏極及該源極之間。
12.—種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括: 提供基板，其中該基板具有基板上表面； 從該基板上表面向下在該基板中形成凹槽，其中該凹槽具有凹槽側(cè)表面； 配置管芯于該凹槽中，其中該管芯具有管芯下表面與管芯側(cè)表面，該管芯下表面低于該基板上表面；以及 填充介質(zhì)于該凹槽位于該凹槽側(cè)表面與該管芯側(cè)表面之間的部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基板、管芯與介質(zhì)。基板具有基板上表面?；寰哂邪疾?。凹槽從基板上表面向下延伸。凹槽具有凹槽側(cè)表面。管芯位于凹槽中。管芯具有管芯下表面與管芯側(cè)表面。管芯下表面低于基板上表面。介質(zhì)填充凹槽位該凹槽側(cè)表面與管芯側(cè)表面之間的部分。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有高的散熱效果。
文檔編號H01L21/48GK103187371SQ20121020454
公開日2013年7月3日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者彭明燦, 鄭泗東, 張翼, 周伯謙, 鄭時龍, 張嘉華, 陳宗麟, 蔡建峰 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院