[发明专利]具有电隔离背表面的凸点自隔离的GaN晶体管芯片

说明书

背景技术

多年以来在硅中制成的器件被直接加装到印刷电路板上。问题是器件的背表面仍可为电活性的，这可导致背表面的侵蚀和温度升高。如果使用用于冷却的热沉，器件的背表面上通常需要绝缘，这增加器件尺寸和成本。

图1示出表面加装到印刷电路板17上的已知器件1的实例。印刷电路板17具有铜走线15。由聚酰亚胺钝化物16隔开的焊料凸点14将器件的活性区域13电和物理地耦联到位于印刷电路板17上的铜走线15。器件1具有侧壁12和背表面11。侧壁12和背表面11电连接到位于前侧的电路。

图2示出热沉19，其附连到器件1以便从硅衬底10的背表面11传导散热。当热沉19附连到器件1的背表面11时，在硅衬底10和热沉19之间必须加装绝缘层18以便防止热沉19通过与电连接到前侧的背表面11接触而变为电活性。但是，加装绝缘层18不利地阻止热沉19从器件1传导散热的能力。

因此，需要解决上述问题的方案，即需要这样一种器件，其中热沉可直接连接到表面加装器件的背表面，而无需阻止热量从器件通过的绝缘层。

发明内容

本发明通过在硅衬底和铝镓氮(AlGaN)缓冲层之间设置氮化铝(AlN)籽晶层以便防止硅衬底变成电活性以及通过将活性区域与器件侧壁电隔离而解决现有技术中的上述问题。

附图说明

图1示出现有技术器件的侧视图。

图2示出具有附连的热沉的图1所示现有技术器件的侧视图。

图3示出根据本发明器件的侧视图。

图4示出具有附连的热沉的本发明器件的侧视图。

具体实施方式

本发明消除了对绝缘层的需求，由此通过在硅衬底和铝镓氮缓冲层之间设置氮化铝(AlN)籽晶层以便防止硅衬底变成电活性以及通过使得器件的侧壁与活性区域电隔离而改善了热量到热沉的传导性。

图3示出了本发明的优选实施例，表面加装到印刷电路板17上的增强型GaN晶体管2。如现有技术中的那样，由聚酰亚胺钝化物16隔开的焊料凸点14将器件的活性区域13电和物理地耦联到位于印刷电路板17上的铜走线15。到活性区域13的电连接包括至少一个栅极、至少一个漏极以及至少两个源极，其中一个源极用作Kelvin连接。

本发明的器件2如下形成。低温、几乎无定形氮化铝(AlN)层沉积在硅衬底10上。然后生长更高温度的AlN层，完成AlN层21的形成。上述第二个AlN层具有许多晶体缺陷。接着，在AlN籽晶层21上方生长铝镓氮层，使得晶体变得更好。然后生长晶体结构甚至更好的未掺杂GaN层。形成二维电子气(2DEG)所必需的器件活性区域13的铝镓氮帽在周边被蚀刻掉以便防止2DEG到达器件的边缘。未掺杂的GaN层延伸到上述边缘，并且类似于下面的AlGaN缓冲层和AlN层21，未掺杂的GaN层不导电，从而使得器件的边缘为非活性的。同样，硅衬底10通过AlN籽晶层21与器件活性区域13电绝缘。作为该电隔离的结果，降低了器件2的背表面11以及侧壁12上的侵蚀和温度。

图4示出热沉19附连到器件2的背表面11以便散热。设置用于将硅衬底10电隔离的绝缘的AlN籽晶层21以及电隔离侧壁使得允许热沉19直接连接到器件2的背表面11，而无需如图2中所示的绝缘层18。因此，器件2不具有如图2中所示的器件1的问题；也就是，不存在阻止热沉19从器件传导散热的能力的厚绝缘层18。此外，器件2比器件1更耐湿。所有需要的就是在器件2的顶表面上方具有表面钝化物，优选氮化硅、二氧化硅或两者的组合。无需二次成型(overmolding)，因此提供芯片级包装的GaN功率晶体管。

通过将本发明的多个有源器件集成到硅衬底上可形成各种电路。例如，本发明的GaN晶体管可以半桥或全桥构造集成到硅衬底上。本发明的GaN功率晶体管还可由同一硅衬底上的小型激励晶体管所激励。

上述说明和附图仅仅被认为是实现本文所述特征和优势的本发明特定实例的示例性说明。可对本发明进行改变和替换。因此，不应该认为在此所述的本发明实施例受到前述说明和附图的限制。