專利名稱：半導(dǎo)體裝置、用于制造半導(dǎo)體裝置的方法以及電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體裝置、用于制造半導(dǎo)體裝置的方法以及電子器件。
背景技術(shù)：
由于氮化物半導(dǎo)體具有包括高電子飽和速度以及寬帶隙的特性，所以其可以應(yīng)用到高擊穿電壓、高功率半導(dǎo)體器件。作為氮化物半導(dǎo)體的一個例子的GaN具有比硅(I. IeV)和GaAs(l. 4eV)更寬的帶隙，例如3. 4eV ;因此，GaN具有高的擊穿場強(qiáng)。因此，GaN可以用 作用于以高電壓工作并且輸出高電壓用于電源應(yīng)用的功率器件的材料。在日本公開特許公報號62-71301和5-121589以及日本專利號3127895中公開了相關(guān)的技術(shù)。對于大電流流過的功率器件而言可以考慮低阻傳輸。對于輻射大量熱的功率器件而言可以考慮高散熱。例如，如果半導(dǎo)體器件通過低成本的引線接合方法以面向上的方式安裝在平板電路板上，則對于低阻傳輸封裝而言可以將導(dǎo)線制得更短或更粗。然而，還未提供高度可靠的、用于高散熱低阻傳輸?shù)陌雽?dǎo)體器件的封裝技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施方案的一個方面，一種半導(dǎo)體裝置包括包括第一電極的半導(dǎo)體器件；包括第二電極和凹部的襯底；和散熱粘合材料，所述散熱粘合材料將半導(dǎo)體器件固定在凹部中，以將第一電極布置為靠近第二電極，其中第一電極耦接到第二電極，并且散熱粘合材料覆蓋半導(dǎo)體器件的側(cè)表面的至少一部分和底表面。提供能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低阻傳輸和高散熱的化合物半導(dǎo)體器件10的低成本半導(dǎo)體封裝。本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將部分地在以下的描述中闡明，并且將部分地在本領(lǐng)域技術(shù)人員研究以下內(nèi)容或者在通過實(shí)踐本發(fā)明而了解本發(fā)明之后變得更加明顯。


圖I示出一種示例性半導(dǎo)體封裝制造過程；圖2A至圖2F示出示例性半導(dǎo)體器件制造過程；圖3示出一種示例性化合物半導(dǎo)體器件；圖4A和圖4B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝；圖5不出一種不例性半導(dǎo)體封裝；圖6A和圖6B不出一種不例性半導(dǎo)體封裝；圖7A和圖7B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝；圖8A和圖8B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝；圖9A和圖9B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝；
圖10示出一種示例性半導(dǎo)體封裝；圖11示出一種示例性半導(dǎo)體封裝；圖12示出一種示例性半導(dǎo)體封裝制造過程；圖13A至圖13C示出示例性切割；圖14A和圖14B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝；圖15A和圖15B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝；圖16示出一種示例性電源裝置；以及圖17示出一種示例性高頻放大器。
具體實(shí)施例方式為了方便起見，在附圖中可能沒有描繪出精確的尺寸和精確的厚度。圖I示出一種示例性半導(dǎo)體封裝制造過程。圖2A至圖2F示出一種示例性半導(dǎo)體器件制造過程。AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)可以通過圖2A至圖2F所示的半導(dǎo)體器件制造過程來制造。化合物半導(dǎo)體器件通過圖I中的操作SI和S2制造，并且半導(dǎo)體封裝通過圖I中的操作S3至S6制造。在圖I中的操作SI中，制造用于安裝在樹脂電路板上的半導(dǎo)體器件，例如具有HEMT結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體器件。例如，可以制造作為氮化物半導(dǎo)體器件的AlGaN/GaN HEMT。作為一個替代方案，例如，可以制造InAlN/GaN HEMT或者InAlGaN/GaN HEMT。還可以制造除HEMT之外的氮化物半導(dǎo)體器件、除氮化物半導(dǎo)體器件之外的化合物半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體存儲器或者其他半導(dǎo)體器件。參照圖2A，層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2形成在生長襯底例如硅襯底I上。例如，硅襯底、SiC襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底或者GaN襯底可以用作為生長襯底。襯底可以是半絕緣或?qū)щ娨r底。層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2可以包括緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d以及蓋層2e。在AlGaN/GaN HEMT的操作中，AlGaN/GaN HEMT在電子傳輸層2b與電子供給層2d之間的界面(例如電子傳輸層2b與中間層2c之間的界面)附近生成二維電子氣(2DEG)。2DEG可以基于電子傳輸層2b的化合物半導(dǎo)體(例如GaN)的晶格常數(shù)與電子供給層2d的化合物半導(dǎo)體(例如AlGaN)的晶格常數(shù)之差來生成。在硅襯底I上順序形成厚度為約O. Iym的AlN層、厚度為約3μπι的有意未摻雜GaN(i-GaN)層、厚度為約5nm的i-AlGaN層、厚度為約30nm的n-AlGaN層以及厚度為約IOnm的n-GaN層。這些化合物半導(dǎo)體通過例如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)而形成。可以使用例如分子束外延(MBE)來代替M0VPE。由此，形成緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d以及蓋層2e。作為AlN、GaN、AlGaN以及GaN的生長條件，可以使用三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體以及氨氣的混合物作為源氣體。是否供給作為鋁源的三甲基鋁氣體以及作為鎵源的三甲基鎵氣體、以及它們的流量可以根據(jù)所生長的化合物半導(dǎo)體層來確定。作為共用源氣體的氨氣的流量可以為約IOOccm至10Lm。生長壓力可以為約50至300托。生長溫度可以為約IOOO0CM 1200 0C ο在形成η型GaN和AlGaN時，例如，將含有用作η型雜質(zhì)的硅的SiH4氣體以特定的流量添加到源氣體，以用硅摻雜GaN和AlGaN。硅摻雜濃度可以為約I X 1018/cm3至I X 102°/cm3，例如約 5 X IO1Vcm3。參照圖2B，形成隔離結(jié)構(gòu)3。在圖2C至圖2F中，可以省略隔離結(jié)構(gòu)3。例如，將氬(Ar)注入到層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的隔離區(qū)域中。在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2中以及硅襯底I的表面區(qū)域中形成隔離結(jié)構(gòu)3。隔離結(jié)構(gòu)3限定層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2中的有源區(qū)。隔離結(jié)構(gòu)3可以通過例如淺溝槽隔離(STI)代替離子注入來形成。對于層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的干法蝕刻，例如，可以使用含有氯的蝕刻氣體。參照圖2C，形成源電極4和漏電極5。電極凹部2A和電極凹部2B形成在其中在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的表面上待形成源電極4和漏電極5的位置(例如電極形成位置)處。向?qū)盈B化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的表面施加抗蝕劑。然后通過光刻法對抗蝕劑進(jìn)行處理以形成使層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的與電極形成位置對應(yīng)的表面暴露的開口。由此形成具有開口的抗蝕劑掩模。使用抗蝕劑掩模，通過干法蝕刻將蓋層2e從電極形成位置移除，直到暴露出電子供給層2d的表面。由此，在電極形成位置處形成電極凹部2A和2B，其中，暴露出電子供給層2d的表面。所使用的蝕刻氣體可以是惰性氣體如氬和含有氯的氣體如Cl2。作為蝕刻條件，例如，Cl2的流量設(shè)定為30SCCm，壓力設(shè)定為2Pa并且RF輸入功率設(shè)定為20W。電極凹部2A和電極凹部2B可以通過在蓋層2e中的某處終止蝕刻來形成、或者通過連續(xù)地蝕刻至電子供給層2d或下方的層來形成?？刮g劑掩模通過例如灰化來移除。形成用于形成源電極4和漏電極5的抗蝕劑掩模。例如，可以使用適用于蒸發(fā)的疊置式雙層抗蝕劑(overhanging double-layer resist)并且可以使用剝離過程。將疊置式雙層抗蝕劑施加到層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2，并且形成使電極凹部2A和電極凹部2B暴露的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。使用該抗蝕劑掩模，將電極材料(例如鉭和鋁)通過例如蒸發(fā)沉積在包括使電極凹部2A和電極凹部2B暴露的開口的抗蝕劑掩模上。鉭可以沉積至約20nm的厚度，并且鋁可以沉積至約200nm的厚度?？刮g劑掩模以及沉積在其上的鉭和鋁通過剝離過程移除。硅襯底I在例如氮?dú)夥罩幸?00°C至1000°C (例如約6000C )退火，以使剩余的鉭和鋁與電子供給層2d形成歐姆接觸。可以在不退火的情況下形成歐姆接觸。由此，電極凹部2A和電極凹部2B填充有電極材料的一部分，由此形成源電極4和漏電極5。參照圖2D，在層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上形成用于柵電極的電極凹部2C。向?qū)盈B化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的表面施加抗蝕劑。然后通過光刻法對抗蝕劑進(jìn)行處理，以形成使層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的與待形成柵電極的位置(例如電極形成位置)對應(yīng)的表面暴露的開口。由此形成具有開口的抗蝕劑掩模。使用抗蝕劑掩模，通過干法蝕刻將電子供給層2d的一部分和蓋層2e從電極形成位置移除。由此，形成電極凹部2C，所述電極凹部2C延伸通過蓋層2e以及電子供給層2d的一部分。惰性氣體如氬和含有氯的氣體如Cl2可以用作為蝕刻氣體。作為蝕刻條件,例如，Cl2的流量設(shè)定為30SCCm，壓力設(shè)定為2Pa，并且射頻(RF)輸入功率設(shè)定為20W。電極凹部2C可以通過在蓋層2e中的某處終止蝕刻來形成或者通過連續(xù)地蝕刻到電子供給層2d中更深的位置來形成?？刮g劑掩模通過例如灰化移除。參照圖2E，形成柵極絕緣體6?？梢詫⒔^緣材料(例如Al2O3)沉積在層疊化合物、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上，以覆蓋電極凹部2C的內(nèi)壁表面。例如,通過原子層沉積(ALD)形成厚度為約2nm至200nm(例如約IOnm)的Al2O3層。由此形成柵極絕緣體6?？梢酝ㄟ^例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(CVD)或者濺射代替ALD來沉積A1203。柵極絕緣體6可以由氮化鋁或氮氧化鋁代替Al2O3來形成。作為一個替代方案，可以使用硅、鉿、鋯、鈦、鉭或鎢的氧化物、氮化物或者氮氧化物，或者選自這些材料中的材料的多層結(jié)構(gòu)。參照圖2F，形成柵電 極7。形成用于形成柵電極7以及場板電極的抗蝕劑掩模。例如，使用適用于蒸發(fā)的疊置式雙層抗蝕劑以及剝離過程。將疊置式雙層抗蝕劑施加到柵極絕緣體6，并且形成使柵極絕緣體6的面向電極凹部2C的部分暴露的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。使用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)將電極材料(例如鎳和金)沉積在包括使柵極絕緣體6的面向電極凹部2C的部分暴露的開口的抗蝕劑掩模上方。鎳可以沉積至約30nm的厚度，并且金可以沉積至約400nm的厚度?？刮g劑掩模以及沉積在其上的鎳和金通過剝離過程移除。由此，電極凹部2C填充有電極材料的一部分且其間有柵極絕緣體6，由此形成柵電極7。形成層間絕緣體、耦接到源電極4、漏電極5或柵電極7的互連、上保護(hù)層以及暴露在最外表面中的連接電極。由此，形成AlGaN/GaNHEMT?？梢孕纬删哂袞艠O絕緣體6的金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)AlGaN/GaNHEMT。作為一個替代方案，可以形成不具有柵極絕緣體6、柵電極7與層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2直接接觸的肖特基AlGaN/GaN HEMT。可以不使用其中柵電極7形成在電極凹部2C中的柵極凹部結(jié)構(gòu)，而是柵電極7可以直接形成在不具有凹部的層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上，或者以其間具有柵極絕緣體6的方式形成在不具有凹部的層疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上。在操作S2中，將在操作SI中形成的具有AlGaN/GaN HEMT的硅襯底I分割成各個化合物半導(dǎo)體器件，例如各個化合物半導(dǎo)體芯片。使用例如某種激光，通過沿形成在硅襯底I上的切割線切割而將硅襯底I分割成各個化合物半導(dǎo)體器件。圖3示出一種示例性化合物半導(dǎo)體器件。圖3所示的化合物半導(dǎo)體器件可以通過圖2A至圖2F所示的制造方法制造?；衔锇雽?dǎo)體器件10具有用于外部連接的連接電極11，所述連接電極11沿化合物半導(dǎo)體器件10的矩形外周的四側(cè)中的三側(cè)以直線布置。連接電極11經(jīng)由例如底下的互連而耦接到例如源電極、漏電極或柵電極。圖4A和圖4B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。圖4A顯示剖視圖，且圖4B顯示平面圖。在圖I中的操作S3中，如圖4A和圖4B所示，在樹脂電路板20的正面上形成凹部21(例如喇叭孔(countersink)或腔21)。樹脂電路板20具有形成在樹脂22的正面或背面上的銅(Cu)互連23。銅互連23經(jīng)由導(dǎo)通孔24彼此耦接。含有散熱金屬(例如銅)的金屬芯25設(shè)置在樹脂22中。金屬芯25可以含有選自金(Au)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鈦(Ti)和鈀(Pd)中的至少一種金屬來代替銅。樹脂22的正面和背面分別覆蓋有阻焊劑26和27。樹脂22的正面上的阻焊劑26具有使樹脂22的正面的多個部分暴露的開口 26a和26b。在開口 26a中的一些位置處形成待耦接到化合物半導(dǎo)體器件10的連接電極11的連接電極28a。在開口 26b中形成用于外部連接的連接電極28b。樹脂22的背面上的阻焊劑27具有使樹脂22的背面的多個部分暴露的開口 27a和27b。在開口 27a和27b中分別形成用于外部連接的連接電極29a和29b。在圖4A和圖4B中，樹脂電路板20具有通孔。圖5示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。圖5所示的樹脂電路板20的結(jié)構(gòu)與圖4A和圖4B所示的結(jié)構(gòu)基本相同或相似,而在圖5中，樹脂電路板20可以不具有通孔。圖4A所示的樹脂電路板20具有延伸穿過樹脂22的通孔，例如通孔31a和31b。銅沉積在通孔31a和31b的內(nèi)壁表面上。樹脂22的正面上的連接電極28a和樹脂22的背面上的連接電極29a經(jīng)由通孔31a耦接在一起。樹脂22的正面上的連接電極28b、金屬芯25以及樹脂22的背面上的連接電極29b經(jīng)由通孔31b耦接在一起。在圖5所示的樹脂電路板20中，樹脂22的正面上的連接電極28b、金屬芯25以及樹脂22的背面上的連接電極29b經(jīng)由銅互連23和導(dǎo)通孔24稱接在一起。使金屬芯25的表面的一部分暴露的凹部21通過激光過程或刨槽過程形成在阻焊劑26和樹脂22的表面上的特定位置處。凹部21具有大于化合物半導(dǎo)體器件10的橫向矩形形狀，并且凹部21的外周的四側(cè)中的三側(cè)沿著以直線布置的連結(jié)電極28a延伸。在移除樹脂22處理期間樹脂被分散之后，例如利用鎳以及隨后利用金鍍覆暴露在凹部21的正面 中的連接電極28a和29a的表面以及暴露在凹部21的底面中的金屬芯25的表面。盡管暴露在凹部21的底面中的金屬芯25隨著金屬芯25在樹脂電路板20的正面中的面積分?jǐn)?shù)增加而具有更高的散熱，但是金屬芯25可以任選被圖案化。圖6A和圖6B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。圖6A顯示剖視圖，且圖6B顯示平面圖。在圖6A和圖6B中，樹脂電路板20具有通孔31a和31b。在圖I中的操作S4中，如圖6A和圖6B所示，將仿真器件(dummydeVice)30設(shè)置在凹部21中，向凹部21施加具有高散熱的粘合材料(散熱粘合材料)，例如金屬材料32。例如，將與化合物半導(dǎo)體器件10具有基本相同的形狀和尺寸的仿真器件30設(shè)置在凹部21中待固定化合物半導(dǎo)體器件10的位置處。仿真器件30可以包括例如硅、玻璃或者陶瓷。固定位置可以在凹部21的底面上。仿真器件30的三側(cè)(例如與化合物半導(dǎo)體器件10的形成連接電極11的三側(cè)對應(yīng)的側(cè)面)可以與凹部21的外周間隔約O. Olmm至O. Imm,例如約O. 05mm。仿真器件30的剩余一側(cè)(例如與化合物半導(dǎo)體器件10的未形成連接電極11的側(cè)面對應(yīng)的側(cè)面)可以與凹部21的外周間隔約4mm或更大，例如約10. 05mm。將仿真器件30設(shè)置在待固定化合物半導(dǎo)體器件10的位置處，并且向凹部21施加金屬材料32(例如銀(Ag)燒結(jié)膏)以具有至少部分覆蓋仿真器件30的側(cè)面的厚度。該厚度可以是特定厚度。所述特定厚度(例如燒結(jié)膏的厚度)可以大于或等于仿真器件30的側(cè)面的高度的一半(中間位置)，例如，大于或等于化合物半導(dǎo)體器件10的厚度的一半(中間位置)。金屬材料32可以是例如選自金燒結(jié)膏和銅燒結(jié)膏中的至少一種材料，以代替銀燒結(jié)膏。散熱粘合材料可以是絕緣材料(如BN或AlN膏)以代替金屬材料。也可以使用含有金剛石(C)的導(dǎo)電膏。圖7A和圖7B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。圖7A顯示剖視圖，且圖7B顯示平面圖。在圖7A和圖7B中，樹脂電路板20具有通孔31a和31b。在圖I中的操作S5中，如圖7A和圖7B所示，移除仿真器件30。在移除仿真器件30之后，具有特定厚度的金屬材料32留在凹部21中除待固定化合物半導(dǎo)體器件10的位置之外的整個表面上。在凹部21中由金屬材料32限定的固定位置可以是固定位置32a。
圖8A和圖8B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。圖8A顯示剖視圖，且圖8B顯示平面圖。在圖8A和圖8B中，樹脂電路板20具有通孔31a和31b。在圖I中的操作S6中，如圖8A和圖SB所示，在其背面具有金屬材料33的化合物半導(dǎo)體器件10接合在樹脂電路板20的凹部21中。金屬材料33以特定厚度(例如小于金屬材料32的厚度的厚度)施加到半導(dǎo)體器件10的背面。可以使用與金屬材料32基本相同的銀燒結(jié)膏作為金屬材料33，或者可以使用不同的材料，例如選自金燒結(jié)膏和銅燒結(jié)膏中的至少一種材料。具有施加到其背面的金屬材料33的化合物半導(dǎo)體器件10以面朝上的方式暫時固定到凹部21中的固定位置32a?？梢栽诶缂s2kgf的壓力下暫時固定化合物半導(dǎo)體器件10。金屬材料32和金屬材料33在約150°C至250°C (例如約200°C)和大氣壓下硬化約一小時。由此，將化合物半導(dǎo)體器件10接合到凹部21中的固定位置32a。將金屬材料33施加到化合物半導(dǎo)體器件10的背面。作為一個替代方案,可以以基本相同的厚度將金屬材料施加到凹部21中的固定位置32a處的金屬芯25的表面，并且可以將化合物半導(dǎo)體器件10設(shè)置在金屬材料上。在這種情況下，可以在如上所述的基本相 同的條件下執(zhí)行暫時固定和硬化。由于金屬材料32是使用仿真器件30形成的，所以金屬材料32具有特定的厚度以覆蓋化合物半導(dǎo)體器件10的側(cè)表面。金屬材料32覆蓋在化合物半導(dǎo)體器件10的形成連接電極11的側(cè)面與凹部21外周之間的化合物半導(dǎo)體器件10側(cè)表面。例如，在化合物半導(dǎo)體器件10的形成連接電極11的側(cè)面與凹部21的外周之間的距離可以減小或者為了更短而相接觸從而使金屬線變短。金屬材料32可以不在遠(yuǎn)處。由于金屬材料32的散熱效應(yīng)與金屬材料32的尺寸(例如其表面積)成比例，所以金屬材料32可以不在遠(yuǎn)處。化合物半導(dǎo)體器件10可以在不使用仿真器件30的情況下與金屬材料接合。圖9A和圖9B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。圖9A顯示剖視圖，且圖9B顯示平面圖。在圖9A和圖9B中，樹脂電路板20具有通孔31a和31b。在圖I中的操作S7中，如圖9A和圖9B所示，化合物半導(dǎo)體器件10的連接電極11與樹脂電路板20的連接電極28a通過引線接合而耦接在一起。金屬線34用于耦接化合物半導(dǎo)體器件10三側(cè)上以及樹脂電路板20三側(cè)上面對的連接電極11和連接電極28a。例如，使用直徑為約100 μ m至2500 μ m例如約100 μ m且長度為例如約O. Imm的鋁線作為金屬線34。使用選自金線、銅線和鈀線的金屬線代替鋁線作為金屬線34。由此制得半導(dǎo)體封裝?；衔锇雽?dǎo)體器件10用金屬材料32和金屬材料33固定在形成于樹脂電路板20上的凹部21中。化合物半導(dǎo)體器件10可以設(shè)置在凹部21的底面上的特定位置處。化合物半導(dǎo)體器件10可以設(shè)置為使得化合物半導(dǎo)體器件10外周設(shè)置有連接電極11的三側(cè)與凹部21的外周間隔更小的距離，而未設(shè)置連接電極11的側(cè)面與凹部21的外周間隔更大的距離。在與化合物半導(dǎo)體器件10的外周與凹部21的外周之間的更大距離對應(yīng)的寬區(qū)域中，施加金屬材料32以具有將化合物半導(dǎo)體器件10的側(cè)面覆蓋至特定位置的厚度。熱從化合物半導(dǎo)體器件10的底表面和側(cè)表面(例如從覆蓋有金屬材料32的部分)而通過金屬材料32和33被有效地耗散。由于金屬材料32占據(jù)了大面積，可以改善熱耗散。在與化合物半導(dǎo)體器件10的外周與凹部21的外周之間的更小距離對應(yīng)的窄區(qū)域中，金屬線34耦接面對的連接電極11和28a。由于金屬線34變得更短，所以實(shí)現(xiàn)了低阻傳輸。由此，提供了能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低阻傳輸和高散熱的化合物半導(dǎo)體器件10的低成本半導(dǎo)體封裝。圖10示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。圖10所示的半導(dǎo)體封裝可以與圖9B所示的半導(dǎo)體封裝對應(yīng)。在圖10中，與圖9B所示的半導(dǎo)體封裝的要素基本相同或相似的要素可以用相同的附圖標(biāo)記表示，并且可省略或減少其描述?？梢酝ㄟ^圖I中的操作SI至S7制作半導(dǎo)體封裝。參照圖10，化合物半導(dǎo)體器件40具有用于外部連接的、沿化合物半導(dǎo)體器件40的矩形外周四側(cè)中的相對兩側(cè)以直線布置的連接電極11。樹脂電路板20具有使金屬芯的表面的一部分暴露的凹部41。凹部41具有大于化合物半導(dǎo)體器件40的橫向矩形形狀， 且凹部41外周的兩個相對側(cè)面沿著以直線布置的連結(jié)電極28a延伸。在凹部41中，化合物半導(dǎo)體器件40的側(cè)表面用金屬材料32固定,且底面用金屬材料33固定。其中形成連接電極11的兩個相對側(cè)面與凹部41的外周間隔約O. Olmm至O. Imm,例如約O. 05mm。其中未形成連接電極11的兩個相對側(cè)面與凹部41的外周間隔約4mm或更多，例如約6. 5mm。化合物半導(dǎo)體器件40用金屬材料32和33固定在形成于樹脂電路板上的凹部41中?；衔锇雽?dǎo)體器件40可以設(shè)置在凹部41底面上的特定位置處。化合物半導(dǎo)體器件40可以設(shè)置為使得化合物半導(dǎo)體器件40外周的設(shè)置有連接電極11的兩側(cè)與凹部41的外周間隔更小的距離，而其中未設(shè)置連接電極11的兩側(cè)與凹部41的外周間隔更大的距離。在與化合物半導(dǎo)體器件40的外周與凹部41的外周之間更大的距離對應(yīng)的寬區(qū)域中，施加金屬材料32以具有將化合物半導(dǎo)體器件40的側(cè)面覆蓋到特定位置的厚度。熱從化合物半導(dǎo)體器件40的底表面和側(cè)表面(例如從覆蓋有金屬材料32的部分)通過金屬材料32和33而被有效地耗散。由于金屬材料32占據(jù)了大面積，所以熱耗散可以改善。在與化合物半導(dǎo)體器件40的外周與凹部41的外周之間更小的距離對應(yīng)的窄區(qū)域中，金屬線34耦接面對的連接電極11和28a。由于金屬線34變得更短，所以實(shí)現(xiàn)了低阻傳輸。由此，提供能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低阻傳輸和高散熱的化合物半導(dǎo)體器件40的低成本半導(dǎo)體封裝。圖11示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。圖11所示的半導(dǎo)體封裝可以與圖9B所示的半導(dǎo)體封裝對應(yīng)。在圖11中，與圖9B所示的半導(dǎo)體封裝的要素基本相同或相似的要素可以用相同的附圖標(biāo)記表示，并且可省略或減少其描述?？梢酝ㄟ^圖I中的操作SI至S7制作半導(dǎo)體封裝。參照圖11，化合物半導(dǎo)體器件50具有用于外接的、沿著化合物半導(dǎo)體器件50的矩形外周的四側(cè)中的一側(cè)以直線布置的連接電極11。樹脂電路板20具有其中金屬芯的表面的一部分被暴露的凹部51。凹部51具有大于化合物半導(dǎo)體器件50的橫向矩形形狀，且凹部51的外周的一側(cè)沿著以直線布置的連結(jié)電極28a延伸。在凹部51中，化合物半導(dǎo)體器件50的側(cè)表面用金屬材料32固定,且底表面用金屬材料33固定。化合物半導(dǎo)體器件50的形成連接電極11的側(cè)面與凹部51的外周間隔約O. Olmm至O. Imm,例如約O. 05mm。其中未形成連接電極11的三側(cè)與凹部51的外周間隔約4mm或更多，例如約10. 05mm?；衔锇雽?dǎo)體器件50用金屬材料32和33固定在形成于樹脂電路板20上的凹部51中?；衔锇雽?dǎo)體器件50可以設(shè)置在凹部51的底表面上的特定位置處?；衔锇雽?dǎo)體器件50可以設(shè)置為使得化合物半導(dǎo)體器件50外周的三側(cè)與凹部51的外周間隔更小的距離，而剩余的側(cè)面與凹部51的外周間隔更大的距離。在與化合物半導(dǎo)體器件50的外周與凹部51的外周之間的更大的距離對應(yīng)的寬區(qū)域中，施加金屬材料32以具有將化合物半導(dǎo)體器件50的側(cè)面覆蓋至特定位置的厚度。熱從化合物半導(dǎo)體器件50的底面和側(cè)面(例如從覆蓋有金屬材料32的部分)通過金屬材料32和33而被有效地耗散。由于金屬材料32占據(jù)了大面積，所以熱耗散可以改善。在與化合物半導(dǎo)體器件50的外周與凹部51的外周之間的更小的距離對應(yīng)的窄區(qū)域中，金屬線34耦接相對面對的連接電極11和28a。由于金屬線34變得更短，所以實(shí)現(xiàn)了低阻傳輸。由此，提供能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低阻傳輸和高散熱的化合物半導(dǎo)體器件50的低成本半導(dǎo)體封裝。
圖12示出一種示例性半導(dǎo)體封裝制造過程。在圖12中的操作Sll中，以與圖I所示的操作SI類似的方式制作AlGaN/GaN HEMT。在圖12中的操作S12中，如圖13A所示，將在操作Sll中制作的具有AlGaN/GaNHEMT的硅襯底I不完全地切割。使用例如某種刀片或激光(激光切割)沿著形成在硅襯底I上的切割線DL，從背面Ib (與正面Ia相對)不完全地切割硅襯底I。在終止時所述切割可以是不完全的。例如，當(dāng)在切割中出現(xiàn)的溝槽IA變成與待覆蓋化合物半導(dǎo)體器件側(cè)面的熔融金屬材料的高度對應(yīng)的深度時可以終止切割。溝槽IA的深度可以大于或等于化合物半導(dǎo)體器件的厚度的一半(中間位置)。圖13A至圖13C示出一種示例性切割。在操作S13中，如圖13B所示，在硅襯底I的背面Ib上形成用于改善對熔融金屬材料的潤濕性的金屬薄膜61，以覆蓋溝槽IA的內(nèi)壁表面。例如，具有改善對熔融金屬材料的潤濕性的性質(zhì)的金屬(例如鈦、鎳和金的多層膜)通過例如濺射、真空沉積或等離子體增強(qiáng)CVD來形成。由此，形成金屬薄膜61?？梢允褂眠x自金、銅、鎳、鋁、鈦和鈀中的一種或更多種金屬的多層膜代替鈦、鎳和金的多層膜作為金屬薄膜61。在操作S14中，如圖13C所示，通過沿著硅襯底I的底表面Ib上的切割線DL的激光切割將硅襯底I分割成各個化合物半導(dǎo)體器件60。在每個化合物半導(dǎo)體器件60中形成從整個底表面Ib到沿著側(cè)面特定高度處覆蓋化合物半導(dǎo)體器件60的金屬薄膜61。與圖3所示的化合物半導(dǎo)體器件10 —樣，多個連接電極11沿著化合物半導(dǎo)體器件60的矩形外周的四側(cè)中的三側(cè)以直線布置。在操作S15中，與圖4A和圖4B中的操作S3相類似地，在樹脂電路板的正面上形成凹部。圖14A和圖14B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。在操作S16中，如圖14A和圖14B所示，化合物半導(dǎo)體器件60接合在樹脂電路板20的凹部21中。例如，化合物半導(dǎo)體器件60利用熔融金屬材料62例如錫-銀(Sn-Ag)接合到樹脂電路板20的凹部21的底表面上的預(yù)定位置處。例如，可以使用錫-銀-鉍(Sn-Ag-Bi)或者選自錫、鉛(Pb)、銀、銦(In)、鉍、鋅(Zn)、銻(Sb)和銅中的多種金屬代替錫-銀作為熔融金屬材料62。例如，化合物半導(dǎo)體器件60的形成連接電極11的三側(cè)可以與凹部21的外周間隔約O. Olmm至O. Imm,例如約O. 05mm。未形成連接電極11的側(cè)面可以與凹部21的外周間隔約4mm或更多,例如約10. 05mmo用于改善對熔融金屬材料62的潤濕性的金屬薄膜61形成為從整個底面Ib到沿著側(cè)面特定高度處覆蓋化合物半導(dǎo)體器件60。在化合物半導(dǎo)體器件60上形成金屬薄膜61的區(qū)域中，例如從化合物半導(dǎo)體器件60的整個底表面Ib到沿著側(cè)面特定高度處，熔融金屬材料62接觸化合物半導(dǎo)體器件60。熔融金屬材料62的與化合物半導(dǎo)體器件60的側(cè)表面中的一個接觸的部分形成略凸的表面62a，所述表面62a的高度在熔融金屬的表面張力作用下從側(cè)表面朝凹部21的側(cè)壁逐漸減小。凸表面可以具有比高度均勻的平坦表面更大的表面積。熔融金屬材料62在通過冷卻被固化后可以保持其形狀。金屬材料62覆蓋化合物半導(dǎo)體器件60的、在化合物半導(dǎo)體器件60的形成連接電極11的側(cè)面與凹部21的外周之間的側(cè)面。例如，化合物半導(dǎo)體器件60的形成連接電極11的側(cè)面與凹部21的外周可以間隔更小的距離或者相接觸以縮短金屬線。金屬材料62可以 不在近距離處。由于金屬材料62的散熱效應(yīng)與其的尺寸(例如其表面積)成比例，所以金屬材料62可以不在窄區(qū)域中。圖15A和圖15B示出一種示例性半導(dǎo)體封裝。如圖15A和圖15B所示的，在圖12中的操作S17中，與圖I中的操作S7類似地，化合物半導(dǎo)體器件60的連接電極11與樹脂電路板20的連接電極28a通過引線接合而耦接在一起。由此制得半導(dǎo)體封裝。化合物半導(dǎo)體器件60用凝固的金屬材料62固定在形成于樹脂電路板20上的凹部21中?；衔锇雽?dǎo)體器件60可以設(shè)置在凹部21的底表面上的特定位置處?；衔锇雽?dǎo)體器件60可以設(shè)置為使得化合物半導(dǎo)體器件60外周的設(shè)置連接電極11的三側(cè)與凹部21的外周間隔更小的距離，而未設(shè)置連接電極11的側(cè)面與凹部21的外周間隔更大的距離。在與化合物半導(dǎo)體器件60的外周與凹部21的外周之間的更大的距離對應(yīng)的寬區(qū)域中，施加熔融金屬材料62以具有將化合物半導(dǎo)體器件60的側(cè)表面覆蓋至特定位置的厚度。熱從化合物半導(dǎo)體器件60的底表面和側(cè)表面(例如從覆蓋有熔融金屬材料62的部分)通過熔融金屬材料62而被有效地耗散。由于金屬材料62占據(jù)了大面積，所以熱耗散可以改善。熔融金屬材料62可以形成其高度從側(cè)面朝凹部21的側(cè)壁逐漸減小的略凸表面62a。所述凸表面62a具有更大的表面積，并因此比高度均勻的平坦表面面積耗散更大量的熱。在與化合物半導(dǎo)體器件60的外周與凹部21的外周之間的更小的距離對應(yīng)的窄區(qū)域中，金屬線34耦接相對的連接電極11和28a。由于金屬線34變得更短，所以實(shí)現(xiàn)了低阻傳輸。由此，提供能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低阻傳輸和高散熱的化合物半導(dǎo)體器件60的低成本半導(dǎo)體封裝。如圖10和圖11所示的半導(dǎo)體封裝那樣，具有沿著化合物半導(dǎo)體器件的一側(cè)或兩側(cè)形成的連接電極11的化合物半導(dǎo)體器件可以用熔融金屬材料固定在樹脂電路板的凹部中。用于改善對熔融金屬材料的潤濕性的金屬薄膜可以通過圖12中的操作S12至S14形成在化合物半導(dǎo)體器件上。圖16示出一種示例性電源裝置。圖16所示的電源裝置可以包括通過圖I或圖12所示的制造過程所制造的半導(dǎo)體封裝。電源裝置包括高壓初級電路71、低壓次級電路72和設(shè)置在初級電路71和次級電路72之間的變壓器73。初級電路71包括交流電源74、橋式整流電路75和多個開關(guān)器件，例如四個開關(guān)器件76a、76b、76c和76d。橋式整流電路75包括開關(guān)器件76e。次級電路72包括多個開關(guān)器件，例如三個開關(guān)器件77a、77b和77c。初級電路71中的開關(guān)器件76a、76b、76c、76d和76e可以是化合物半導(dǎo)體器件，例如在圖I中的操作SI中制作的AlGaN/GaN HEMT。次級電路72中的開關(guān)器件77a、77b和77c可以是含有硅的金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MISFET)。由此，將能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低阻傳輸和高散熱的化合物半導(dǎo)體器件的低成本半導(dǎo)體封裝應(yīng)用到高壓電路。圖17示出一種示例性高頻放大器。圖17所示的高頻放大器可以包括通過圖I或圖12所示的制造過程所制造的半導(dǎo)體封裝。高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路81、混頻器82a和82b和功率放大器83。數(shù)字預(yù)失真電路81對輸入信號的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?；祛l器82a將已經(jīng)補(bǔ)償了非線性失真的 輸入信號與交流信號進(jìn)行混合。功率放大器83將與交流信號混合的輸入信號放大。功率放大器83包括化合物半導(dǎo)體器件，例如在圖I中的操作SI中制作的AlGaN/GaN HEMT。例如，基于開關(guān)，混頻器82b將輸出側(cè)的信號與交流信號混合，并且將混合的信號輸出到數(shù)字預(yù)失真電路81。由此，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低阻傳輸和高散熱的化合物半導(dǎo)體器件的低成本半導(dǎo)體封裝應(yīng)用到高壓電路。已經(jīng)根據(jù)以上的優(yōu)點(diǎn)對本發(fā)明的示例實(shí)施方案進(jìn)行了描述。要理解的是這些示例僅是對本發(fā)明進(jìn)行說明。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說許多變化和修改將是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括 包括第一電極的半導(dǎo)體器件； 包括第二電極和凹部的襯底；和 散熱粘合材料，所述散熱粘合材料將所述半導(dǎo)體器件固定在所述凹部中，以將所述第一電極布置為靠近所述第二電極， 其中所述第一電極耦接到所述第二電極，并且所述散熱粘合材料覆蓋所述半導(dǎo)體器件的側(cè)表面的至少一部分和底表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述半導(dǎo)體器件外周的設(shè)置有所述第一電極的第一部分和所述凹部外周的設(shè)置有所述第二電極的第二部分以第一距離彼此面對； 所述半導(dǎo)體器件外周的沒有設(shè)置所述第一電極的第三部分與所述凹部外周的沒有設(shè)置所述第二電極的第四部分以大于所述第一距離的第二距離彼此面對；并且 所述散熱粘合材料覆蓋所述第二部分中所述半導(dǎo)體器件的所述側(cè)表面的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述散熱粘合材料包括金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述金屬材料的覆蓋所述半導(dǎo)體器件的所述側(cè)表面的至少一部分的部分具有凸表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述半導(dǎo)體器件包括從所述底表面延伸到所述側(cè)表面的被所述金屬材料覆蓋的部分的金屬膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述金屬材料包括選自錫、鉛、銀、銦、鉍、鋅、銻和銅中的至少ー種材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，還包括 設(shè)置在所述凹部的底表面上的散熱金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述半導(dǎo)體器件包括化合物半導(dǎo)體器件。
9.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括 提供包括第一電極的半導(dǎo)體器件； 在包括第二電極的襯底上形成凹部； 將所述半導(dǎo)體器件設(shè)置在所述凹部中，使得所述第一電極靠近所述第二電極； 用散熱粘合材料從所述半導(dǎo)體器件的底表面到側(cè)表面的至少一部分覆蓋所述半導(dǎo)體器件；以及 將所述第一電極耦接到所述第二電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 使所述半導(dǎo)體器件外周的設(shè)置有所述第一電極的第一部分與所述凹部外周的設(shè)置有所述第二電極的第二部分以第一距離彼此面對； 使所述半導(dǎo)體器件外周的沒有設(shè)置所述第一電極的第三部分與所述凹部外周的沒有設(shè)置所述第二電極的第四部分以大于所述第一距離的第二距離彼此面對；以及 用所述散熱粘合材料覆蓋所述第二部分中所述半導(dǎo)體器件的所述側(cè)表面的至少一部分和所述半導(dǎo)體器件的所述底表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在所述凹部中待固定所述半導(dǎo)體器件的位置處設(shè)置仿真器件；供給所述散熱粘合材料； 移除所述仿真器件以限定待固定在所述散熱粘合材料中的所述半導(dǎo)體器件的位置；以及 將所述半導(dǎo)體器件接合在所述位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述散熱粘合材料包括金屬材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述金屬材料的覆蓋所述半導(dǎo)體器件的所述側(cè)表面的至少一部分的部分具有凸表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 在所述半導(dǎo)體器件上從所述底表面到所述側(cè)表面的覆蓋有所述金屬材料的部分形成金屬膜；以及 用所述金屬材料將所述半導(dǎo)體器件固定在所述凹部中。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述金屬材料包括選自錫、鉛、銀、銦、鉍、鋅、銻和銅中的至少ー種材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述半導(dǎo)體器件包括化合物半導(dǎo)體器件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括 通過切割在所述半導(dǎo)體襯底的背表面上形成具有深度的溝槽； 在所述半導(dǎo)體襯底的背表面上形成金屬膜以覆蓋所述溝槽的內(nèi)表面；以及 從所述半導(dǎo)體襯底分割出所述半導(dǎo)體器件。
18.一種電子器件，包括 半導(dǎo)體器件，包括 包括第一電極的化合物半導(dǎo)體器件； 包括第二電極和凹部的襯底；和 散熱粘合材料，所述散熱粘合材料將所述半導(dǎo)體器件固定在所述凹部中，以將所述第一電極布置為靠近所述第二電極， 其中所述第一電極耦接到所述第二電極，并且所述散熱粘合材料覆蓋所述半導(dǎo)體器件的側(cè)表面的至少一部分和底表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子裝置，其中所述半導(dǎo)體器件包括放大輸入高頻電壓的聞頻放大器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子裝置，其中所述半導(dǎo)體器件包括 變壓器；和 高壓電路和低壓電路，所述變壓器布置在所述高壓電路和所述低壓電路之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置、用于制造半導(dǎo)體裝置的方法以及電子器件，所述半導(dǎo)體裝置包括包括第一電極的半導(dǎo)體器件；包括第二電極和凹部的襯底；和散熱粘合材料，該散熱粘合材料將半導(dǎo)體器件固定在凹部中，以將第一電極布置為靠近第二電極，其中第一電極耦接到第二電極，并且散熱粘合材料覆蓋半導(dǎo)體器件的底表面和側(cè)表面的至少一部分。
文檔編號H01L21/56GK102651352SQ20121003447
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者岡本圭史郎, 谷元昭 申請人:富士通株式會社