[发明专利]非直接结合铜隔离的横向宽带隙半导体器件

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体器件，更具体地说涉及非直接结合铜 基底或者类似物隔离的横向宽带隙半导体器件。

背景技术

控制半导体器件所产生的热量是一个封装功率电子器件的设计挑战。参照图1，当今的半导体器件100通常具有硅芯片110和单独的硅芯片111；硅芯片110是由竖直构造的开关1110(例如，具有在该器件顶层上的栅1112和源1114以及位于顶层下面的层上的漏1116的开关)而构成，硅芯片111是由覆盖在散热器120上的二极管1120而构成。为了将硅芯片110和111与散热器120相隔离，半导体器件100包括将硅芯片110和111与散热器120分开的直接结合铜(DBC)结构130(或者另一种类似的结构)。在界面112处硅芯片110和111通过焊接、烧结、热脂(thermal grease)或者其他类似技术而附接到DBC 130。同样地，在界面113处DBC 130通过焊接、烧结、热脂或者其他类似技术而附接到散热器120。

DBC结构130包括第一铜层1310、第二铜层1320、和陶瓷隔离层1330。第一铜层1310覆盖在散热器120上，而第二铜位于硅芯片110的下面。陶瓷绝缘层1330可以由氧化铝、氮化铝、或氮化硅构成，并且将第一铜层1310与第二铜层1320分开。虽然半导体器件100可正常运行，但是包含使硅芯片110和111与散热器120电隔离的DBC结构130，会不必要地增加在运行期间半导体器件100的结温（junction temperature），这会影响半导体器件100的性能和/或使用寿命。此外，在界面112和113处包含附着层，会增加半导体器件100中的热阻量。

因此，期望提供不需要DBC结构但仍然保持外延层与散热器之间的电隔离的半导体器件。此外，根据以下对本发明的详细描述和所附权利要求，并结合附图和本发明的此背景技术部分，本发明的其他期望的特征和特性将会变得显而易见。

发明内容

各种实施例提供了非直接结合铜隔离的横向宽带隙半导体器件和功率模块（power module）。一种器件，包括：散热器、直接覆盖在散热器上的缓冲层、和覆盖在缓冲层上的外延层。在一个实施例中，外延层是由Ⅲ族元素氮化物而构成，使得外延层与散热器电隔离。

另一种器件，包括：散热器、直接覆盖在散热器上的基底、直接覆盖在基底上的缓冲层、和覆盖在缓冲层上的外延层。在一个实施例中，外延层是由Ⅲ族元素氮化物而构成，使得外延层与散热器电隔离。

本发明还涉及以下技术方案。

方案1. 一种器件，包括：

散热器；

缓冲层，其直接覆盖在所述散热器上；以及

外延层，其由Ⅲ族元素氮化物构成并且覆盖在所述缓冲层上。

方案2. 如方案1所述的器件，其中，所述缓冲层与所述散热器电隔离。

方案3. 如方案1所述的器件，其中，所述外延层包括横向构造的二极管。

方案4. 如方案1所述的器件，其中，所述外延层包括横向构造的开关。

方案5. 如方案1所述的器件，其中，所述外延层包括：

横向构造的二极管；以及

横向构造的开关，其联接到所述横向构造的二极管。

方案6. 如方案5所述的器件，还包括：连接所述横向构造的开关与所述横向构造的二极管的电极、至少一个引线接合（wire bond）、或者集成电路金属化（metallization）。

方案7. 如方案5所述的器件，其中，所述横向构造的二极管和所述横向构造的开关与所述散热器电隔离。

方案8.  如方案4所述的器件，其中，所述横向构造的开关包括栅端子、源端子、和漏端子。

方案9. 如方案8所述的器件，其中：

所述外延层包括顶侧；并且

所述栅端子、所述源端子、和所述漏端子均位于所述顶侧上。

方案10. 如方案1所述的器件，其中，所述器件构成了功率模块的至少一部分。

方案11. 一种器件，包括：

散热器；

基底，其直接覆盖在所述散热器上；

缓冲层，其直接覆盖在所述基底上；以及

外延层，其由Ⅲ族元素氮化物构成并且覆盖在所述缓冲层上。

方案12. 如方案11所述的器件，其中，所述缓冲层与所述散热器电隔离。

方案13. 如方案11所述的器件，其中，所述外延层包括横向构造的二极管。

方案14. 如方案11所述的器件，其中，所述外延层包括横向构造的开关。

方案15. 如方案1所述的器件，其中，所述外延层包括：