功率半導體設備用的DBC襯底、DBC襯底制造方法和具DBC襯底的功率半導體設備技術

一種用于功率半導體設備的DBC襯底包括：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側面和相對置的第二主側面，其中，在兩個主側面之間進行測量的情況下，所述陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；含銅層，所述含銅層布置在所述第一主側面上方，其中，所述含銅層具有5μm或更大的厚度；以及具有Al2O3的中間層，所述中間層布置在所述陶瓷工件與所述含銅層之間。件與所述含銅層之間。件與所述含銅層之間。

【技術實現步驟摘要】
功率半導體設備用的DBC襯底、DBC襯底制造方法和具DBC襯底的功率半導體設備


[0001]本公開內容一般而言涉及用于功率半導體設備的DBC襯底、用于制造DBC襯底的方法以及具有DBC襯底的功率半導體設備。

技術介紹

[0002]在許多功率半導體設備中使用陶瓷襯底，例如作為用于功率半導體芯片的載體。一種特別合適的陶瓷襯底類型是DBC襯底，在所述DBC襯底中借助DBC工藝將銅施加到氧化物陶瓷上面，如Al2O3。然而，與氧化物陶瓷相比，非氧化物陶瓷、如氮化物陶瓷或碳化物陶瓷具有對功率半導體設備有用的一些優點，例如，較低的熱阻和/或與功率半導體芯片的熱膨脹系數更好地一致的熱膨脹系數。盡管存在一些也在非氧化物陶瓷上執行DBC工藝的技術解決方案，但是這些解決方案部分地與顯著的缺點相關聯，如高的制造成本或長的制造持續時間。由于這些和其他原因，存在對以下的需求：用于功率半導體設備的改進的DBC襯底，用于制造這種DBC襯底的改進的方法，以及改進的功率半導體設備。
[0003]本專利技術所基于的任務通過獨立專利權利要求的特征來解決。本專利技術的有利構型和擴展方案在從屬權利要求中詳細說明。

技術實現思路

[0004]個別示例涉及一種用于功率半導體設備的DBC襯底，其中，DBC襯底具有：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側面和第二主側面，其中，所述第一主側面和所述第二主側面相互對置，其中，在兩個主側面之間進行測量的情況下，陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；布置在所述第一主側面上方的含銅層，其中，所述含銅層具有5μm或更大的厚度；以及布置在所述陶瓷工件與所述含銅層之間的、具有Al2O3的中間層。
[0005]個別示例涉及一種用于制作DBC襯底的方法，其中，該方法具有：提供陶瓷層，其中，所述陶瓷層具有第一主側面和第二主側面，其中，所述第一主側面和所述第二主側面相互對置，其中，在兩個主側面之間進行測量的情況下，該陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；借助原子層沉積至少在該陶瓷工件的第一主側面上面沉積一個或多個含鋁單層；并且借助直接鍵合銅工藝(Direct
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Bonded
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Copper
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Prozesses)在所述一個或多個含鋁單層上方施加含銅層。
[0006]個別示例涉及一種功率半導體設備，具有：DBC襯底，其中，DBC襯底具有：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側面和第二主側面，其中，所述第一主側面和所述第二主側面相互對置，其中，在兩個主側面之間進行測量的情況下，該陶瓷工件具有10μm或更大的厚度；布置在所述第一主側面上方的含銅層，其中，所述含銅層具有5μm或更大的厚度；以及布置在所述陶瓷工件與所述含銅層之間的、具有Al2O3的中間層；布置在DBC襯底上面并與DBC襯底電連接的功率半導體芯片。
附圖說明
[0007]附圖示出示例，并與說明書一起用于闡述本公開內容的基本特征。附圖的元件彼此不一定是按比例的。相同的附圖標記可以表示彼此相應的、相似的或相同的部分。
[0008]圖1示出DBC襯底的截面圖，該DBC襯底具有布置在DBC襯底的陶瓷層與含銅層之間的中間層，其中，中間層具有Al2O3并且可能還具有CuAl2O4；
[0009]圖2A和2B示出構造用于間接的冷卻(圖2A)或用于直接的液體冷卻(圖2B)的DBC襯底的截面圖；
[0010]圖3A至3E示出根據一種示例性的用于制造DBC襯底的方法的不同制造階段中的DBC襯底的截面圖；
[0011]圖4A和4B示出具有DBC襯底的功率半導體設備的截面圖；
[0012]圖5是一種示例性的用于制造DBC襯底的方法的流程圖。
具體實施方式
[0013]只要要么在詳細的說明書中要么在權利要求書中使用術語“具有”、“包含”、“帶有”或其其他變體時，這些術語就應以與術語“包括”類似的方式具有包容性的含義。可以使用術語“耦合”和“連接”連同其派生物。這些術語可以用于表示兩個元件共同作用或彼此相互影響，其中，所述兩個元件是彼此直接物理接觸或電接觸還是彼此沒有直接接觸是無足輕重的；在“耦合”、“固定”或“連接”的元件之間可以設置中間元件或中間層。此外，術語“示例性”意味著示例，而不意味著最好的或最佳的。可以理解，除非另有特別說明，在此描述的各種示例性實施方式的特征可以彼此結合組合
[0014]下面描述的DBC襯底可以具有任何形狀、大小和任何合適的材料。DBC襯底可以包括載體和連接線。載體和連接線也可以由一個件(St
ü
ck)制成。各個DBC襯底的分離可以通過機械鋸切、激光束、切割、沖壓、磨削、銑削、蝕刻或任何其他合適的方法來實施。
[0015]下面描述的功率半導體設備可以具有覆蓋功率半導體設備的部件的至少若干部分的澆鑄材料(模具材料)。澆鑄材料可以是任何合適的熱塑性或熱固性材料。可以使用各種技術，以便借助澆鑄材料來覆蓋部件，例如壓縮成型、注塑成型、粉末熔融方法或液體澆鑄。
[0016]一種用于制造DBC襯底的高效方法以及具有DBC襯底的高效功率半導體設備可以例如減少材料消耗、化學廢料或歐姆損耗，并且因此能夠實現能量節約和/或資源節約。如其在本說明書中所說明的那樣，改進的DBC襯底和改進的具有DBC襯底的功率半導體設備因此可以至少間接地有助于綠色技術解決方案(“green technology”)，即有助于能夠實現降低能量消耗和/或資源消耗的氣候友好型解決方案。
[0017]圖1示出DBC襯底100(DBC
?“
direct bonded copper”，直接鍵合銅)，其構造用于在功率半導體設備和/或珀爾帖(Peltier)元件(也稱為“thermo electric cooler”，TEC，熱電冷卻器)中使用。DBC襯底100具有陶瓷工件110、含銅層120以及中間層130。
[0018]陶瓷工件110具有第一主側面111和相對置的第二主側面112。在兩個主側面111、112之間測量，陶瓷工件110還具有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幾何形狀，例如以長方體的形狀，然而，該陶瓷工件也可以具有任何其他合
適的三維幾何形狀。陶瓷工件110由非氧化物陶瓷制成。
[0019]含銅層120布置在陶瓷工件的第一主側面111上方。垂直于主側面111、112測量，含銅層120還具有5μm或更大的厚度。含銅層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]含銅層120可以完全由Cu制成，或者含銅層可以具有Cu和一種或多種其他成分。含銅層120也可以具有銅合金或由銅合金制成。含銅層120可以是非結構化的(均質的)層，或者含銅層本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
制成。16.一種功率半導體設備，所述功率半導體設備具有：根據權利要求1至7中任一項所述的DBC襯底，功率半導體芯片，所述功率半導體芯片布置在所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A，
申請(專利權)人：英飛凌科技奧地利有限公司，
類型：發明
國別省市：