[发明专利]SiC器件的可焊接顶层金属

说明书

相关申请

本申请基于2004年10月21日提交的，标题为“Solderable Top Metal ForSiC Die”的美国临时申请60/620756，并要求其优先权，由此做出优先权的权利要求，并且其内容在此引用作为参考文献。

技术领域

本发明一般地涉及半导体器件，更具体地涉及碳化硅半导体器件的可焊接触点。

背景技术

碳化硅(SiC)已经成为高功率器件的一项成熟技术，例如，用于制造先进器件，如肖特基二极管、晶体管JFET和MOSFET。特别是，SiC器件可以封装，从而进行引线接合，例如，将器件的电极连接到器件封装引线架。但是，为了完全发挥SiC器件的高性能特征，所需的器件封装类型被要求例如使得器件的一个或多个电极直接电连接或机械连接到器件封装引线架，或者例如通过夹片/带(clip/strap)连接到器件封装引线架。这些类型的器件封装可以包括标准可焊接封装、倒装SiC封装、夹片连接封装以及封装。

特别是，为了形成与SiC器件电极的这些类型的直接连接，需要导电的粘合剂，例如焊料等等。但是，SiC器件的一个或多个电极常常是由金属制成，例如铝，它们不容易结合焊料。这样，为了形成与这些电极基于焊料的连接，例如，常常在电极和封装连接的表面直接形成可焊接触点，然后再连接到该可焊接触点上。作为示例，可焊接触点可以是含有银的合金。

正如公知的，通过绝缘钝化层可以将器件的电极与器件其它表面绝缘，例如器件端子。值得注意的是，形成如上所述的可靠钝化层以及可焊接触点是困难的。例如，形成可焊接触点所需的金属沉积、清洁和刻蚀步骤可能损坏或改变钝化/端子层。

另外，还发现在长时间暴露于电场和潮湿环境时，银离子，例如来自可焊接触点，可以迁移并形成树枝晶。该迁移称为金属电迁移。值得注意的是，例如，当焊料应用于可焊接触点表面以便将电极连接到器件封装时，焊料通常将会溶解沿触点表面暴露的银而形成焊料合金。结果，银被捕获在合金内而不能从可焊接触点迁移而形成树枝晶。

但是，器件的钝化层常常覆盖，例如，电极边缘。结果，钝化层可能邻接/接触给定电极的可焊接触点以及触点外表面的隐蔽部分，而防止这些表面的银在焊接过程中到达。这些银可能是迁移离子的来源，可以迁移越过钝化层并且形成树枝晶。随着时间流逝，这些树枝晶可能破坏钝化层，降低器件可靠性。作为示例，树枝晶可以在器件电极与器件端子之间形成导电桥。

因此，需要提供一种不影响SiC器件可靠性的可焊接触点。

发明内容

根据本发明实施例，SiC器件包括SiC衬底顶面的至少一个电源电极。器件可以是，例如，肖特基二极管。器件还包括覆盖，例如，电源电极的外周边边缘的半绝缘钝化层，特别是，可以包围电极的外周边边缘，对于肖特基二极管，此钝化层也可以延伸到包围电源电极的端子区。钝化层可以是非晶硅层。

器件还包括沉积在电源电极顶面的可焊接触点。可焊接触点可以是，例如，含银触点，例如含银的三金属堆(stack)。作为示例，三金属堆可以是钛/镍/银堆、铬/镍/银堆，或者本领域公知的其它一些传统的三金属堆。

根据本发明的实施例，可焊接触点的形成可以使可焊接触点的边缘/侧边距离非晶硅钝化层的面对/相邻的边缘/侧边一定距离，从而在可焊接触点与钝化层之间形成间隙/开口。优选地，此间隙垂直延伸到电极顶面，优选地包围可焊接触点的外周边。因此，例如，如果电极是由铝制成的，则此间隙在可焊接触点周围形成铝框架。此间隙可以是大约5μm到大约80μm宽，优选的是10μm宽。

根据本发明实施例，例如，当焊料应用于可焊接触点，将触点连接到器件封装引线架或夹片/带时，此间隙在焊料回流时有助于将焊料容纳在可焊接触点的区域内。因此，如果器件包括环绕端子区，例如，则该间隙有助于防止焊料进入端子区。另外，该间隙还使可焊接触点的整个顶面和侧面暴露，从而防止非晶硅钝化层隐蔽任何的触点表面。结果，当焊料应用于可焊接触点并回流时，焊料能覆盖可焊接触点的整个外露表面，从而溶解沿这些表面露出的银并形成银合金。以这种方式，将银完全捕获在合金内，抑制银离子电迁移和在钝化层形成树枝晶的影响。

根据本发明另一个实施例，在非晶硅钝化层的顶面上形成第二绝缘钝化层，特别是，优选地从上述间隙延伸到非晶硅钝化层的外末端/边缘。根据本发明的另外方面，第二钝化层可以延伸到非晶硅钝化层外末端/边缘以外。该第二钝化层可以在高粗糙度和需要可靠性的情况下增加，并且可以是，例如，光成像聚酰亚胺层、PSG(磷酸盐玻璃)氧化物层或氮化硅层。根据本发明，可焊接触点的边缘/侧面以及第二钝化层的面对/相邻的边缘/侧面用于进一步形成间隙。