功率半导体设备用的DBC衬底、DBC衬底制造方法和具DBC衬底的功率半导体设备技术

一种用于功率半导体设备的DBC衬底包括：由非氧化物陶瓷制成的陶瓷工件，其中，所述陶瓷工件具有第一主侧面和相对置的第二主侧面，其中，在两个主侧面之间进行测量的情况下，所述陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；含铜层，所述含铜层布置在所述第一主侧面上方，其中，所述含铜层具有5μm或更大的厚度；以及具有Al2O3的中间层，所述中间层布置在所述陶瓷工件与所述含铜层之间。件与所述含铜层之间。件与所述含铜层之间。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体设备用的DBC衬底、DBC衬底制造方法和具DBC衬底的功率半导体设备


[0001]本公开内容一般而言涉及用于功率半导体设备的DBC衬底、用于制造DBC衬底的方法以及具有DBC衬底的功率半导体设备。

技术介绍

[0002]在许多功率半导体设备中使用陶瓷衬底，例如作为用于功率半导体芯片的载体。一种特别合适的陶瓷衬底类型是DBC衬底，在所述DBC衬底中借助DBC工艺将铜施加到氧化物陶瓷上面，如Al2O3。然而，与氧化物陶瓷相比，非氧化物陶瓷、如氮化物陶瓷或碳化物陶瓷具有对功率半导体设备有用的一些优点，例如，较低的热阻和/或与功率半导体芯片的热膨胀系数更好地一致的热膨胀系数。尽管存在一些也在非氧化物陶瓷上执行DBC工艺的技术解决方案，但是这些解决方案部分地与显著的缺点相关联，如高的制造成本或长的制造持续时间。由于这些和其他原因，存在对以下的需求：用于功率半导体设备的改进的DBC衬底，用于制造这种DBC衬底的改进的方法，以及改进的功率半导体设备。
[0003]本专利技术所基于的任务通过独立专利权利要求的特征来解决。本专利技术的有利构型和扩展方案在从属权利要求中详细说明。

技术实现思路

[0004]个别示例涉及一种用于功率半导体设备的DBC衬底，其中，DBC衬底具有：由非氧化物陶瓷制成的陶瓷工件，其中，所述陶瓷工件具有第一主侧面和第二主侧面，其中，所述第一主侧面和所述第二主侧面相互对置，其中，在两个主侧面之间进行测量的情况下，陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；布置在所述第一主侧面上方的含铜层，其中，所述含铜层具有5μm或更大的厚度；以及布置在所述陶瓷工件与所述含铜层之间的、具有Al2O3的中间层。
[0005]个别示例涉及一种用于制作DBC衬底的方法，其中，该方法具有：提供陶瓷层，其中，所述陶瓷层具有第一主侧面和第二主侧面，其中，所述第一主侧面和所述第二主侧面相互对置，其中，在两个主侧面之间进行测量的情况下，该陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；借助原子层沉积至少在该陶瓷工件的第一主侧面上面沉积一个或多个含铝单层；并且借助直接键合铜工艺(Direct
‑
Bonded
‑
Copper
‑
Prozesses)在所述一个或多个含铝单层上方施加含铜层。
[0006]个别示例涉及一种功率半导体设备，具有：DBC衬底，其中，DBC衬底具有：由非氧化物陶瓷制成的陶瓷工件，其中，所述陶瓷工件具有第一主侧面和第二主侧面，其中，所述第一主侧面和所述第二主侧面相互对置，其中，在两个主侧面之间进行测量的情况下，该陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；布置在所述第一主侧面上方的含铜层，其中，所述含铜层具有5μm或更大的厚度；以及布置在所述陶瓷工件与所述含铜层之间的、具有Al2O3的中间层；布置在DBC衬底上面并与DBC衬底电连接的功率半导体芯片。
附图说明
[0007]附图示出示例，并与说明书一起用于阐述本公开内容的基本特征。附图的元件彼此不一定是按比例的。相同的附图标记可以表示彼此相应的、相似的或相同的部分。
[0008]图1示出DBC衬底的截面图，该DBC衬底具有布置在DBC衬底的陶瓷层与含铜层之间的中间层，其中，中间层具有Al2O3并且可能还具有CuAl2O4；
[0009]图2A和2B示出构造用于间接的冷却(图2A)或用于直接的液体冷却(图2B)的DBC衬底的截面图；
[0010]图3A至3E示出根据一种示例性的用于制造DBC衬底的方法的不同制造阶段中的DBC衬底的截面图；
[0011]图4A和4B示出具有DBC衬底的功率半导体设备的截面图；
[0012]图5是一种示例性的用于制造DBC衬底的方法的流程图。
具体实施方式
[0013]只要要么在详细的说明书中要么在权利要求书中使用术语“具有”、“包含”、“带有”或其其他变体时，这些术语就应以与术语“包括”类似的方式具有包容性的含义。可以使用术语“耦合”和“连接”连同其派生物。这些术语可以用于表示两个元件共同作用或彼此相互影响，其中，所述两个元件是彼此直接物理接触或电接触还是彼此没有直接接触是无足轻重的；在“耦合”、“固定”或“连接”的元件之间可以设置中间元件或中间层。此外，术语“示例性”意味着示例，而不意味着最好的或最佳的。可以理解，除非另有特别说明，在此描述的各种示例性实施方式的特征可以彼此结合组合
[0014]下面描述的DBC衬底可以具有任何形状、大小和任何合适的材料。DBC衬底可以包括载体和连接线。载体和连接线也可以由一个件(St
ü
ck)制成。各个DBC衬底的分离可以通过机械锯切、激光束、切割、冲压、磨削、铣削、蚀刻或任何其他合适的方法来实施。
[0015]下面描述的功率半导体设备可以具有覆盖功率半导体设备的部件的至少若干部分的浇铸材料(模具材料)。浇铸材料可以是任何合适的热塑性或热固性材料。可以使用各种技术，以便借助浇铸材料来覆盖部件，例如压缩成型、注塑成型、粉末熔融方法或液体浇铸。
[0016]一种用于制造DBC衬底的高效方法以及具有DBC衬底的高效功率半导体设备可以例如减少材料消耗、化学废料或欧姆损耗，并且因此能够实现能量节约和/或资源节约。如其在本说明书中所说明的那样，改进的DBC衬底和改进的具有DBC衬底的功率半导体设备因此可以至少间接地有助于绿色技术解决方案(“green technology”)，即有助于能够实现降低能量消耗和/或资源消耗的气候友好型解决方案。
[0017]图1示出DBC衬底100(DBC
‑“
direct bonded copper”，直接键合铜)，其构造用于在功率半导体设备和/或珀尔帖(Peltier)元件(也称为“thermo electric cooler”，TEC，热电冷却器)中使用。DBC衬底100具有陶瓷工件110、含铜层120以及中间层130。
[0018]陶瓷工件110具有第一主侧面111和相对置的第二主侧面112。在两个主侧面111、112之间测量，陶瓷工件110还具有10μm或更大的厚度。陶瓷工件110的厚度例如可以是20μm或更大，50μm或更大，100μm或更大，或者300μm或更大，尤其是50μm至300μm。例如，陶瓷工件可以具有平面的几何形状，例如以长方体的形状，然而，该陶瓷工件也可以具有任何其他合
适的三维几何形状。陶瓷工件110由非氧化物陶瓷制成。
[0019]含铜层120布置在陶瓷工件的第一主侧面111上方。垂直于主侧面111、112测量，含铜层120还具有5μm或更大的厚度。含铜层120的厚度例如可以是7μm或更大，10μm或更大，15μm或更大，或者20μm或更大，50μm或更大，尤其是100μm至300μm。
[0020]含铜层120可以完全由Cu制成，或者含铜层可以具有Cu和一种或多种其他成分。含铜层120也可以具有铜合金或由铜合金制成。含铜层120可以是非结构化的(均质的)层，或者含铜层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
制成。16.一种功率半导体设备，所述功率半导体设备具有：根据权利要求1至7中任一项所述的DBC衬底，功率半导体芯片，所述功率半导体芯片布置在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：