宽禁带半导体器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种宽禁带半导体器件及其制作方法，属于半导体制备技术领域。它解决了现有宽禁带半导体器件中易受热膨胀影响的问题。本宽禁带半导体器件包括使用宽禁带半导体材料为衬底的芯片和使用宽禁带半导体材料制成的底座，并在所述的底座上设有放置芯片的凹槽结构。本发明专利技术还提供了一种制作本宽禁带半导体器件的方法。本发明专利技术的宽禁带半导体器件的芯片衬底和底座均采用宽禁带半导体材料制成，能够达到快速散热的目的；同时由于热膨胀系数和散热系数基本相同，因此不需要在底部或者附属配件上增加调整热膨胀系数的各种材料，极大的简化了宽禁带半导体器件结构，减小了热膨胀的影响，提高了稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制备
，涉及一种半导体器件及其制备方法，特别涉及一种使用宽禁带半导体材料制成的。
技术介绍
宽禁带半导体材料是指能隙大于或等于2.3eV的半导体材料，它被称为第三代半导体材料。主要包括金刚石、碳化硅、氮化镓等。和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有禁带宽度大，电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点，其本身具有优越的性质和潜在的巨大前景。 现有的芯片技术中，芯片的底部需要依次固连铜散热层、绝缘层、铜散热层、焊接连接层和铜散热层，为了增加散热性，还需要最后固连散热片，这些绝缘层和金属散热层是半导体器件中必不可少的散热结构，设置绝缘层是为了能够引出正负极，多层的散热层是为了保证芯片的散热效率。 虽然宽禁带半导体器件具有较好的应用前景，但是现有的使用宽禁带材料的宽禁带半导体器件，由于衬底材料的高价格，从而导致普及的速度十分缓慢。另外，绝缘层和铜散热层以及芯片的衬底采用不同的材质，其热膨胀率是不同的。因此半导体器件或模组需要调整附属配件的热膨胀系数和散热系数，导致半导体器件或模组变得结构复杂和高价格，可靠性不高。因为宽禁带半导体器件可以在摄氏350度的高温下可以正常工作，但是在开关的高低温下，半导体器件的附属配件的热疲劳而使得现有的半导体器件的可靠性大幅降低，缩短了器件的寿命甚至不能实现产业化。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在上述问题，提出了一种宽禁带半导体器件，本专利技术所要解决的技术问题是如何消除宽禁带半导体器件中各部分热膨胀差异性的影响同时提高其散热性能。 本专利技术通过下列技术方案来实现:一种宽禁带半导体器件，其特征在于，包括使用宽禁带半导体材料为衬底的芯片和使用宽禁带半导体材料制成的底座，并在所述的底座上设有放置芯片的凹槽结构。 本宽禁带半导体器件中芯片的衬底采用宽禁带半导体材料制成，并且底座也采用宽禁带半导体材料制成，这样单单一个底座就能够代替现有的绝缘层和多个金属层，实现绝缘和散热的双重功能，结构得到极大的简化，同时由于芯片的衬底和底座均采用宽禁带半导体材料制成，两者的散热系数和热膨胀系数相同或者相近，消除了宽禁带半导体器件中各部分热膨胀系数差异性大的问题，不需要对底座做出特别的热膨胀系数匹配处理，底座结构得到简化。在底座上设置放置芯片的凹槽，通过该凹槽能够快速准确定位芯片的位置，同时也能将芯片固定牢靠。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述的底座和芯片之间通过导热层连接，所述的导热层通过填充在凹槽结构处的金属粉烧结而成或者通过焊接连接固定。通过底座和芯片之间的导热层进行热传递能够实现散热功能，能够保证本宽禁带半导体器件的散热效果。可以采用将金属粉烧结在该凹槽结构处，也可以采用点焊、回流焊等焊接而成，凹槽结构能够对导热层起到限定位置作用，限制了其四周的自由度，上述的连接方式牢固可靠，不易滑动脱落，也方便固定芯片。 在上述的宽禁带半导体器件中，导热层具有导电性。导热层在导热散热的同时也具有较好的导电性，能够简化半导体器件的结构。 在上述的宽禁带半导体器件中，金属粉为粉状的金属银。导热层优选为金属银制成，因为银具有较高的性价比，使用锡、铜、铝等金属的导热性能没有银好，而黄金的价格昂贵，使用成本高。使用银粉时其颗粒的粒径越小越好，银粉的粒径在纳米级别的时候，与微米级别的银粉相比较，烧结的温度能够下降30°c?80°C。 [0011 ] 在上述的宽禁带半导体器件中，所述的导热层的厚度为10 μ m?75 μ m。既要保证散热效果，也要考虑导热层的制成成本，综合考量，这一厚度的性价比高，能够符合要求。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述的芯片的衬底材料和所述的底座的材料含有相同的化学成分。宽禁带材料的化学成分相同，保证了热膨胀系数和散热系数基本相同，在散热过程中，不会如同现有技术一样出现受不同材质不同的热膨胀率影响而导致变形脱落等现象，也不需要另外增加调整热膨胀的材料，能够简化本半导体器件。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述的底座包括导电性宽禁带材料层和半绝缘性宽禁带材料层，导电性宽禁带材料层和半绝缘性宽禁带材料层重叠或多层交替重叠。底座的导电性宽禁带材料层保证了其导电性能，使芯片能够正常使用，而半绝缘性宽禁带材料层起到阻隔电流的作用，分化两极，防止短路。采用多层交替重叠的方式能够进一步增强散热效果。 导电性宽禁带材料是通过半导体加工工艺中的掺杂工艺掺杂硼、氮等元素使宽禁带材料具有导电性，用于芯片的制作；半绝缘性宽禁带材料可以是半绝缘性的碳化硅、三氧化_■嫁等。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述的芯片的衬底采用导电性宽禁带材料制成，所述的底座采用半绝缘性宽禁带材料制成，所述芯片的衬底和所述底座之间通过所述的导热层连接。导热层能够为芯片导电和传递并散发热量。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述的导电性宽禁带材料层和半绝缘性宽禁带材料层之间设有能导电和/或导热的导体。该导体能够有效保证底座上热传导的持续性和稳定性，也可以用于电传导。同时还可以作为引出正极或负极用。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述的芯片底部具有导电性的芯片金属镀层，所述的芯片金属镀层具有凹凸结构。通过芯片金属镀层连接芯片和导热层，从而将芯片与底座电连接，将芯片电极的形成位置加以变更，使之能够通过导热层起到更好地散热效果，以至于在任何场合都能够高效率的散热；芯片金属镀层具有凹凸结构能够增加接触面积，提高电传导和热传导的效果。该芯片金属镀层可以采用镀银或者镀金或者镀镍，其导电性能好。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述芯片金属镀层的凹凸结构为均匀分布在芯片金属镀层表面的凹坑或者为均匀分布在芯片金属镀层表面的外凸的倒刺。采用相间隔的凹坑或外凸的倒刺都能够达到增加接触面积使芯片与底座接触更加牢固的作用，当然也可以采用其他的变形形式来实现这一目的，其效果基本一样的。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述凹槽结构的内侧槽壁向外倾斜设置，形成槽口大槽底小的凹槽形状。作为倾斜设置的角度，相对90度的垂直面，向外倾斜角度为在10度以内，包含10度。最佳为8度。采用槽口大槽底小的凹槽形状便于向凹槽结构内填置金属粉，以方便后续的烧结固定，也便于焊接固定。该倾斜角度优选为8°，散热导热层与宽禁带半导体芯片的接触面积大，便于及时的传递和散发热量，能够保证散热导热层的散热效果不受影响。 作为凹槽结构的第一种方案，在上述的宽禁带半导体器件中，所述的凹槽结构包括开设在底座上的凹槽和凹槽金属导体，所述的凹槽金属导体填充满凹槽并外延至凹槽夕卜，在凹槽金属导体上开设有导体凹槽。凹槽金属导体填充满凹槽至槽口，保证了底座导体的牢固稳定，该凹槽金属导体能够起到电传导作用，该凹槽金属导体与底座的接触面积大，能够保证电传导的足够稳定，也保证了散热效果的稳定性和高效率；在凹槽金属导体上也形成有同样的导体凹槽，便于导热层的固定安装，增加牢固性。 在上述的宽禁带半导体器件中，所述凹槽金属导体的表面具有凹凸结构。该凹凸结构能够增加接触面积，提高电传导和热传导的效果。 作为凹槽结构的第二种方案，在上述的宽禁带半导体器件中，所述凹槽结构的底部和一部分或全部的内侧槽壁镀有凹槽金属镀层，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽禁带半导体器件，其特征在于，包括使用宽禁带半导体材料为衬底的芯片(1)和使用宽禁带半导体材料制成的底座(2)，并在所述的底座(2)上设有放置芯片(1)的凹槽结构(4)。

【技术特征摘要】
1.一种宽禁带半导体器件，其特征在于，包括使用宽禁带半导体材料为衬底的芯片(I)和使用宽禁带半导体材料制成的底座(2)，并在所述的底座(2)上设有放置芯片(I)的凹槽结构⑷。2.根据权利要求1所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的底座(2)和芯片(I)之间通过导热层(3)连接，所述的导热层(3)通过填充在凹槽结构(4)处的金属粉烧结而成或者通过焊接连接固定。3.根据权利要求2所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述导热层(3)具有导电性。4.根据权利要求2或3所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，金属粉为粉状的金属银。5.根据权利要求2或3所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的导热层(3)的厚度为10 μ m?75 μ m。6.根据权利要求1所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的芯片(I)的衬底材料和所述的底座(2)的材料含有相同的化学成分。7.根据权利要求1或2或3所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的底座(2)包括导电性宽禁带材料层(21)和半绝缘性宽禁带材料层(22)，导电性宽禁带材料层(21)和半绝缘性宽禁带材料层(22)重叠或多层交替重叠。8.根据权利要求2或3所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的芯片(I)的衬底采用导电性宽禁带材料制成，所述的底座(2)采用半绝缘性宽禁带材料制成，所述芯片(I)的衬底和所述底座(2)之间通过所述导热层(3)连接。9.根据权利要求7所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的导电性宽禁带材料层(21)和半绝缘性宽禁带材料层(22)之间设有一层能导电和导热的导体。10.根据权利要求2或3所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的芯片(I)底部具有导电性的芯片金属镀层(5)，所述的芯片金属镀层(5)具有凹凸结构。11.根据权利要求10所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述芯片金属镀层(5)的凹凸结构为均勻分布在芯片金属镀层(5)表面的凹坑或者为均勻分布在芯片金属镀层(5)表面的外凸的倒刺。12.根据权利要求1或2或3所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述凹槽结构(4)的内侧槽壁向外倾斜设置，形成槽口大槽底小的凹槽形状。13.根据权利要求12所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述凹槽结构(4)的底部和一部分或全部的内侧槽壁镀有凹槽金属镀层(42)，所述的凹槽金属镀层(42)外延至凹槽结构⑷槽口周边的底座⑵表面。14.根据权利要求13所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的凹槽金属镀层(42)为一层或多层且表面的一层凹槽金属镀层(42)具有凹凸结构。15.根据权利要求12所述的宽禁带半导体器件，其特征在于，所述的凹槽结构(4)包括开设在底座(2)上的凹槽(41)和凹槽金属导体(43)，所述的凹槽金属导体(43)填充满凹槽(41)并外延至凹槽(41)外，在凹槽金属导体(43)上开设有导体凹槽(44)...

【专利技术属性】
技术研发人员：星野政宏，张乐年，
申请(专利权)人：台州市一能科技有限公司，星野政宏，
类型：发明
国别省市：浙江;33