在一個面上具有兩層金屬層的功率半導體芯片制造技術

本發明專利技術涉及在一個面上具有兩層金屬層的功率半導體芯片。該半導體芯片包括具有多個有源晶體管元件的功率晶體管電路。第一負載電極和控制電極布置在半導體芯片的第一面上，其中，第一負載電極包括第一金屬層。第二負載電極布置在半導體芯片的第二面上。第二金屬層布置在第一金屬層上方，其中第二金屬層與功率晶體管電路電絕緣，第二金屬層布置在功率晶體管電路的包括多個有源晶體管元件中的至少一個的區域的上方。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種功率半導體芯片，在該功率半導體芯片的一個面上具有兩個金屬層。
技術介紹
功率半導體芯片是設計用于處理重要的功率電平的特殊類型的半導體芯片。功率半導體芯片尤其適用于轉換或控制電流和/或電壓。它們可以實現為功率金屬氧化物半導體場效晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、結型場效應晶體管(JFET)或功率雙極晶體管。可以在眾多電源、DC-DC轉換器和電動機控制器中發現功率半導體芯片
技術實現思路
本專利技術的一個方面涉及半導體芯片，包括功率晶體管電路，包括多個有源晶體管元件；第一負載電極和控制電極，布置在所述半導體芯片的第一面上，其中，所述第一負載電極包括第一金屬層；第二負載電極，布置在所述半導體芯片的第二面上；以及第二金屬層，布置在所述第一金屬層的上方，其中，所述第二金屬層與所述功率晶體管電路電絕緣，并且所述第二金屬層布置在所述功率晶體管電路的包括所述多個有源晶體管元件中的至少一個的區域的上方。本專利技術的另一方面涉及一種器件，包括第一功率半導體芯片以及安裝在第二金屬層上的第二功率半導體芯片，所述第一功率半導體芯片包括功率晶體管電路，包括多個有源晶體管兀件；第一負載電極和控制電極，布置在所述第一功率半導體芯片的第一面上，其中，所述第一負載電極包括第一金屬層；第二負載電極，布置在所述第一功率半導體芯片的第二面上；第二金屬層，布置在所述第一金屬層的上方，其中，所述第二金屬層布置在所述功率晶體管電路的包括所述多個有源晶體管元件中的至少一個的區域的上方；以及介電層，布置在所述第一金屬層和所述第二金屬層之間，其中，所述介電層使所述第一金屬層與所述第二金屬層電絕緣。本專利技術的又一方面涉及一種半橋電路，包括低端開關以及安裝在第二金屬層上的高端開關，低端開關包括半導體襯底；功率晶體管電路，嵌入所述半導體襯底并包括多個有源晶體管元件；第一負載電極和控制電極，布置在所述半導體襯底的第一面上，其中，所述第一負載電極包括第一金屬層；第二負載電極，布置在所述半導體襯底的第二面上；第二金屬層，布置在所述第一金屬層的上方，其中，所述第二金屬層布置在所述功率晶體管電路的包括所述多個有源晶體管元件中的至少一個的區域的上方；以及介電層，布置在所述第一金屬層和所述第二金屬層之間，其中，所述介電層使所述第一金屬層與所述第二金屬層電絕緣。本專利技術的再一方面涉及一種制造器件的方法，所述方法包括設置包括晶粒座和多個引線的引線框；將第一功率半導體芯片安裝在所述晶粒座上；以及將第二功率半導體芯片安裝在第二金屬層上；所述第一功率半導體芯片包括功率晶體管電路，包括多個有源晶體管兀件；第一負載電極和控制電極，布置在所述第一功率半導體芯片的第一面上，其中，所述第一負載電極包括第一金屬層；第二負載電極，布置在所述第一功率半導體芯片的第二面上；以及第二金屬層，布置在所述第一金屬層的上方，其中，所述第二金屬層與所述功率晶體管電路電絕緣，并且所述第二金屬層布置在所述功率晶體管電路的包括所述多個有源晶體管元件中的至少一個的區域的上方。附圖說明 附圖用于提供對實施方式的進一步理解，附圖包含在說明書中并構成說明書的一部分。附圖示出了實施方式并與說明書一起用于解釋實施方式的原理，參考下文的詳細說明將會更好地理解其他實施方式和實施方式的眾多優勢。附圖的元件不一定相互成比例，相同的參考號表不相應的類似部件。圖IA和圖IB示意性地示出了半導體芯片一個實施方式的截面圖和俯視圖，該半導體芯片包括具有沉積在有源晶體管元件(transistor cell)上方的兩個金屬層的功率晶體管電路；圖2示意性地示出了晶體管元件的一個實施方式的截面圖；圖3A和圖3B、圖4A和圖4B、圖5A和圖5B、圖6A和圖6B、圖7A和圖7B以及圖8示意性地示出了器件制造方法的一個實施方式的截面圖和俯視圖，該方法包括將第一功率半導體芯片安裝在引線框上并將第二功率半導體芯片堆疊在第一功率半導體芯片的頂部；圖9示意性地示出了器件的一個實施方式的截面圖，該器件包括堆疊在引線框上的兩個功率半導體芯片和將兩個功率半導體芯片電耦接至引線框的接合線；圖10示意性地示出了系統的一個實施方式的截面圖，該系統包括安裝在電路板上的半導體器件；以及圖11示出了半橋電路的示意性基礎電路。具體實施例方式在以下的詳細說明中，參考了構成本說明書一部分的附圖，附圖中示例性示出了實現本專利技術的具體實施方式。在這點上，方向性術語，諸如“頂部”、“底部”、“正面”、“背面”、“前部”和“尾部”等等是參考附圖中的方向而言的。因為實施方式的組件可以沿著多個不同方向放置，方向術語是用于說明目的，而不是用于限制。應理解的是，也可以采用其他實施方式，并且在不背離本專利技術范圍的情況下可以做出結構和邏輯上的改變。因此，下文的詳細說明不應當做限制性的，本專利技術的范圍由所附權利要求書定義。應理解的是，除非另有規定外，此處所述的各種示例性實施方式的特征可以互相組合。本說明書中所用的術語“耦接”和/或“電耦接”不意味著這些元件一定直接耦接在一起；插入元件可以設置在“耦接”或“電耦接”元件之間。下文將說明包含一個或多個半導體芯片的器件。半導體芯片可以不同類型的，可以使用不同技術制造，并可以包括，例如，集成電路、電光電路或電機電路或無源電路(passive)。集成電路可以設計為，例如，邏輯集成電路、模擬集成電路、混合信號集成電路、功率集成電路、存儲電路或集成無源電路。此外，半導體芯片可以配置成所謂的MEMS(微機電系統)，并可以包括諸如臂梁、薄膜和舌狀結構的微機械結構。半導體芯片可以配置成傳感器或制動器，例如，壓力傳感器、加速度傳感器、旋轉傳感器、磁場傳感器、電磁場傳感器和擴音器等。半導體芯片不需要用例如Si、SiC, SiGe和GaAs的特殊半導體材料制成，此夕卜，可以包括不是半導體的無機和/或有機材料，例如絕緣體、塑料或金屬。此外，半導體芯片可以封裝或不封裝。具體地，可以涉及具有垂直結構的半導體芯片，也就是說，半導體芯片可以被加工為使電流可以在垂直于半導體芯片主面的方向上流動。具有垂直結構的半導體芯片在其兩個主面上(即在其頂面和底面上)具有電極。具體地，功率半導體芯片可以具有垂直結構。垂直功率半導體芯片可以配置為，例如，功率MOSFET (金屬氧化物半導體場效晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、JFET (結型柵場效應晶體管)或功率雙極晶體管。舉例來說，功率MOSFET的源電極和柵電極可以位于一個主面上，而功率MOSFET的漏電極位于另一個主面上。此外，下文所述器件可以包括集成電路以控制功率半導體芯片的集成電路。半導體芯片可以具有電極(或接觸元件或接觸墊)，其允許與包含在半導體芯片內的集成電路進行電接觸。電極可以包括應用于半導體襯底上的一個或多個金屬層。金屬層·可以制成任意期望的幾何形狀，并可以用任意期望的材料成分。金屬層可以是，例如，覆蓋一個區域的層的形式。任何期望的金屬或金屬合金，例如，鋁、鈦、金、銀、銅、鈀、鉬、鎳、鉻或鎳釩可以用作材料。金屬層不一定是同質的或僅由一種材料制成，也就是說，金屬層內包含的材料可以為各種不同的成分和含量。半導體芯片可以置于引線框上。引線框可以是任意形狀、尺寸和材料形成。引線框可以包括晶粒座(die pad)和引線。在制造器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體芯片，包括：功率晶體管電路，包括多個有源晶體管元件；第一負載電極和控制電極，布置在所述半導體芯片的第一面上，其中，所述第一負載電極包括第一金屬層；第二負載電極，布置在所述半導體芯片的第二面上；以及第二金屬層，布置在所述第一金屬層的上方，其中，所述第二金屬層與所述功率晶體管電路電絕緣，并且所述第二金屬層布置在所述功率晶體管電路的包括所述多個有源晶體管元件中的至少一個的區域的上方。

【技術特征摘要】
2011.07.27 US 13/191,8911.一種半導體芯片,包括 功率晶體管電路，包括多個有源晶體管元件； 第一負載電極和控制電極，布置在所述半導體芯片的第一面上，其中，所述第一負載電極包括第一金屬層； 第二負載電極，布置在所述半導體芯片的第二面上；以及 第二金屬層，布置在所述第一金屬層的上方，其中，所述第二金屬層與所述功率晶體管電路電絕緣，并且所述第二金屬層布置在所述功率晶體管電路的包括所述多個有源晶體管元件中的至少一個的區域的上方。2.根據權利要求I所述的半導體芯片，其中，所述第一金屬層具有第一厚度的第一部分和第二厚度的第二部分，其中，所述第一厚度小于所述第二厚度。3.根據權利要求2所述的半導體芯片，其中，所述第二金屬層布置在所述第一金屬層的第一部分的上方。4.根據權利要求2所述的半導體芯片，其中，所述第一厚度和所述第二厚度之差為3 μ m 8 μ m。5.根據權利要求2所述的半導體芯片，其中，所述第一金屬層的第二部分的表面與所述第二金屬層的表面共面。6.根據權利要求I所述的半導體芯片，還包括布置在所述第一金屬層和所述第二金屬層之間的介電層。7.根據權利要求I所述的半導體芯片，其中，所述半導體芯片為功率MOSFET、IGBT,JFET或功率雙極晶體管。8.一種器件，包括 第一功率半導體芯片，包括 功率晶體管電路，包括多個有源晶體管元件； 第一負載電極和控制電極，布置在所述第一功率半導體芯片的第一面上，其中，所述第一負載電極包括第一金屬層； 第二負載電極，布置在所述第一功率半導體芯片的第二面上； 第二金屬層，布置在所述第一金屬層的上方，其中，所述第二金屬層布置在所述功率晶體管電路的包括所述多個有源晶體管元件中的至少一個的區域的上方；以及 介電層，布置在所述第一金屬層和所述第二金屬層之間，其中，所述介電層使所述第一金屬層與所述第二金屬層電絕緣；以及 第二功率半導體芯片，安裝在所述第二金屬層上。9.根據權利要求8所述的器件，其中，所述第二功率半導體芯片包括第一面上的第一負載電極和控制電極以及第二面上的第二負載電極。10.根據權利要求9所述的器件，其中，所述第二功率半導體芯片安裝在所述第二金屬層上并且其第二面面對所述第二金屬層。11.根據權利要求9所述的器件，其中，所述第一功率半導體芯片的第二負載電極電耦接至所述第二功率半導體芯片的第一負載電極。12.根據權利要求8所述的器件，還包括晶粒座，其中，所述第一功率半導體芯片安裝在所述晶粒座上并且其第二面面對所述晶粒座。13.根據權利要求12所述的器件，其中，所述第二功率半導體芯片包括第一面上的第一負載電極和控制電極以及第二面上的第二負載電極，所述器件還包括將所述第二功率半導體芯片的第一負載電極電耦接至所述晶粒座的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：約瑟夫·赫格勞爾，拉爾夫·奧特倫巴，克薩韋爾·施勒格爾，于爾根·施雷德爾，
申請(專利權)人：英飛凌科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：