專利名稱：具有改進的浪涌能力的肖特基二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件，更為具體地涉及一種改進肖特基二極管的浪 涌能力的結構。
背景技術：
碳化硅(SiC)肖特基二極管是公知的，并且與其硅(Si )對應物相 比，碳化硅(SiC)肖特基二極管具有減小的開關損耗、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、馬達驅(qū)動器等等 的許多應用中，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，該封裝被設置成更有效地從其外延陽極側排除熱量，該外延陽極 側是所述晶片的最熱側，從而減小"自熱"效應，我們已認識到該"自熱，， 效應是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良好地耦合到傳導性散熱器表面來 實現(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) 域的護團被良好絕緣，使得有源陽極區(qū)域能夠用傳導性粘合劑焊接或固定到散熱器表面而不會使護團短路。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)容通過引用結合于此的共同未決申請序列 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示出了多個不同溫度時的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)有技術的封裝中、在25。C時、針對正向電流 的0. 5msec脈沖的不同值、作為時間函數(shù)的所測量的正向電壓降。圖3類似于圖2，但示出了當按照如圖5所示的本發(fā)明安裝有肖特基 晶片時的下降的正向電壓降。圖4是現(xiàn)有技術的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的結構，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。
具體實施方式
我們對SiC肖特基二極管進行了熱和電分析，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較長的脈沖條件下、當晶片不 能有效地散發(fā)所產(chǎn)生的熱量時的晶片的"自熱"有關。這種在正向傳導期 間對器件性能的限制是由于在高電流時正溫度系數(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 的)的特性所造成的，并且其強烈依賴于溫度，特別是對于如通常出現(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，我們從計算和模擬中已認識到由于自熱(Rth=2. 5K/W)而導致的溫度對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。該效應強烈依賴于輕摻雜材料(即，承載肖特基陽極觸點的外延層)。 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，高結溫Tj時的高遷移率將導致高電阻率高正向電 壓降Vf以及差的浪涌能力。應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^必要改進晶片的外延硅側(陽 極)的冷卻，因為那是晶片的最熱側。因此，晶片的外延側必須接觸用于 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)，使其外延層處于標準封裝中的陽 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)在在晶片陽極側的器件背部金屬可以是任何適合的可粘結金。當使用被翻轉(zhuǎn)的晶片時，需要特殊的保護以防止器件端接區(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25，其可以是鋁或任何可粘結金屬。所述器件的有源區(qū)域通過擴散端 接護團26來端接，該護團通過合適的、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構。襯底22的陰極側接納陰極電極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。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，該結構產(chǎn)生了未預料到的差浪涌能力。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號。然而，環(huán)氧鈍化 物40#>在觸點25的邊緣周圍以及端M化27的下面，以防止護圏26 意外接觸到金屬體30。還使用焊接糊41以將陽極觸點25熱連接或電連 接到散熱器30。圖2示出在25。C時、針對0. 5msec電流脈沖的不同電流值、作為時 間函數(shù)的圖4的器件的正向電壓降。所示出的多個曲線是針對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安培級別時的正向電壓 降的顯著增加。圖3示出針對圖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顯著下降的正向電壓降以及由此導致晶片熱 量降低。盡管本發(fā)明是關于特定實施例而描述的，許多其它變化和修改以及其 它用途對于本領域的技術人員是顯然的，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)域的半導體晶圓；在所述外延形成區(qū)域頂部上的陽極觸點和在所述主體區(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的最大散熱，從而顯著地改進所述二極管的浪涌能力。
2. 如權利要求1所述的肖特基二極管，其中至少所述主體區(qū)域由硅 或碳化硅中之一構成。
3. 如權利要求2所述的二極管，其中所述陽極觸點為可焊接材料。
4. 如權利要求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的擴散護圏；以及設置在所述護團和所述 主散熱器表面之間的絕緣圏。
5. 如權利要求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的擴散護圏；以及設置在所述護圏和所述 主散熱器表面之間的絕緣團。
6. 如權利要求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，從而大幅度地改進了器件的浪涌電流能力。
文檔編號H01L23/36GK101223638SQ200680022408
公開日2008年7月16日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權日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 申請人:國際整流器公司