具有接触装置的功率半导体部件.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010379006.X (22)申请日 2020.05.07 (30)优先权数据 102019112477.8 2019.05.13 DE (71)申请人 赛米控电子股份有限公司 地址 德国纽伦堡 (72)发明人 C戈贝尔N科尔布 (74)专利代理机构 重庆西联律师事务所 50250 代理人 唐超尘刘贻行 (51)Int.Cl. H01L 23/48(2006.01) H01L 23/482(2006.01) H01L 23/485(2006.01) (54)发明名称 具有。

2、接触装置的功率半导体部件 (57)摘要 本发明提出一种具有接触装置的功率半导 体部件， 在其具有法线方向的第一主侧上具有负 载端子表面和带有控制端子表面边界的控制端 子表面， 接触装置为具有第一和第二导电层以及 介于之间的第一电绝缘层的叠层， 第一导电层具 有第一负载传导层和第一控制传导层， 前者导电 连接到负载端子表面， 后者导电连接到控制端子 表面， 第二导电层具有第二负载传导层和第二控 制传导层， 第二控制传导层具有在法线方向上与 控制端子表面对齐的第一部分、 其控制传导子层 边界在法线方向上的投影中相对于控制端子表 面边界横向偏移的第二部分和连接第一和第二 部分的第三部分， 第一绝缘层。

3、具有在第一和第二 负载传导层之间的第一导孔和在第一和第二控 制传导层之间的第二导孔。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 111933601 A 2020.11.13 CN 111933601 A 1.一种具有接触装置(3)的功率半导体部件(2)， 其特征在于， 所述功率半导体部件在 其具有法线方向(N)的第一主侧(200)上具有负载端子表面(20)和控制端子表面(22)， 控制 端子表面(22)具有控制端子表面边界(220)， 其中接触装置(3)设计为叠层， 该叠层具有第 一导电层(31)和第二导电层(32)、 以及置于之间的第一电绝缘层(41)， 其中第一导电层 (31)具有第一负。

4、载传导层(310)和第一控制传导层(312)， 其中第一负载传导层(310)连接 到负载端子表面(20)， 第一控制传导层(312)连接到控制端子表面(22)， 其都是导电的连 接， 其中第二导电层(32)具有第二负载传导层(320)和第二控制传导层(322)， 第二控制传 导层(322)具有第一部分(3220)、 第二部分(3224)和第三部分(3222)， 第一部分(3220)在法 线方向(N)上与控制端子表面(22)对齐， 第二部分(3224)的控制传导子层边界(3226)在法 线方向(N)上的投影中相对于控制端子表面边界(220)横向偏移， 第三部分(3222)连接第一 部分(3220。

5、)和第二部分(3224)， 并且其中第一绝缘层(41)具有在第一负载传导层(310)和 第二负载传导层(320)之间的第一导孔(410)和在第一控制传导层(312)和第二控制传导层 (322)之间的第二导孔(412)。 2.根据权利要求1所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 在法线方向 (N)上的投影中， 控制端子表面边界(220)和第二控制传导子层边界(3226)不重叠。 3.根据权利要求1或2所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 在法线方 向(N)上的投影中， 没有第一导孔(410)布置在第二控制传导层(322)的区域中。 4.根据权利要求1所述的具有接触装置的。

6、功率半导体部件， 其特征在于， 第二电绝缘层(42)直接或间接布置在第二导电层(32)上， 并且第三导电层(33)布置在 所述绝缘层上， 第三导电层(33)具有第三负载传导层(330)和第三控制传导层(332)， 第三 控制传导层(332)具有第三控制传导子层边界(3320)， 其中该第三控制传导子层边界 (3320)在法线方向(N)上与第二控制传导层(322)的第二部分(3224)对齐， 并且其中第二绝 缘层(42)具有在第二负载传导层(320)和第三负载传导层(330)之间的第三导孔(420)和在 第二控制传导层(322)和第三控制传导层(332)之间的第四导孔(422)。 5.根据权利要。

7、求1所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 在法线方向 (N)上的投影中， 控制端子表面边界(220)和第三控制传导子层边界(3320)不重叠。 6.根据权利要求4或5所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 在法线方 向(N)上的投影中， 第四导孔(422)没有布置在第二控制传导层(322)的区域中。 7.根据权利要求4或5所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 在所述功 率半导体部件(2)与另一功率半导体部件之间或所述功率半导体部件(2)与基板(1)的另一 导体轨迹(14)之间， 第二电绝缘层(42)和第三导电层(33)形成为连接装置(5)的部分(530，。

8、 532， 542)。 8.根据权利要求1或2所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 导电层 (31， 32， 33)形成为金属膜并且电绝缘层(41， 42)形成为塑料膜。 9.根据权利要求1或2所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 第一负载 传导层(310)与负载端子表面(20)之间、 以及第一控制传导层(312)与控制端子表面(22)之 间的导电连接均形成为材料接合或力配合连接。 10.根据权利要求1或2所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 接触装置 (3)具有固定装置(414)， 该固定装置(414)通过局部粘合的粘接剂接合而牢固地接合到功 权利要。

9、求书 1/2 页 2 CN 111933601 A 2 率半导体部件(2)或基板(1)。 11.根据权利要求10所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 固定装置 (414)设计为第一导电层或第二导电层(41)的一部分。 12.根据权利要求11所述的具有接触装置的功率半导体部件， 其特征在于， 在法线方向 (N)上的投影中， 固定装置(414)布置在功率半导体部件(2)的角区域中。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111933601 A 3 具有接触装置的功率半导体部件 技术领域 0001 本发明描述了一种具有接触装置的功率半导体部件， 其中功率半导体部件在其第 一主侧上具有负载端。

10、子表面和控制端子表面。 接触装置设计成布置在这些端子表面和标准 连接装置之间。 背景技术 0002 DE 10 2014 117 246 A1公开了一种用于制造基板适配器的方法， 该基板适配器 特别用于接触半导体部件， 该方法包括以下步骤： 构造导电金属元件； 用电绝缘材料， 特别 是塑料至少部分地包覆结构化金属元件， 以及将接触材料施加到金属元件的第一侧。 0003 在功率半导体部件、 特别是基于碳化硅(SiC)的功率半导体部件的各种应用中， 很 难以使得用于该目的的连接装置给负载端子表面提供足够的载流能力的方式来连接上侧 的端子表面。 当使用新颖的连接装置、 特别是基于薄膜技术的那些连接装。

11、置时， 也可能难以 构建到控制端子表面的连接， 这取决于连接装置在表面上的位置。 这适用于不同设计中的 材料接合和力配合连接。 发明内容 0004 考虑到现有技术， 本发明的目的是提出一种具有接触装置的功率半导体部件， 该 接触装置在到连接装置的连接的特定构造中允许更大的自由度。 0005 根据本发明， 该目的通过具有接触装置的功率半导体部件来实现， 其中功率半导 体部件在其具有法线方向(normal direction)的第一主侧上具有负载端子表面和具有控 制端子表面边界的控制端子表面， 其中接触装置设置为叠层， 叠层为具有第一导电层和第 二导电层以及置于之间的第一电绝缘层， 其中第一导电层。

12、具有第一负载传导层和第一控制 传导层， 其中第一负载传导层连接到负载端子表面， 并且第一控制传导层连接到控制端子 表面， 其都是导电的连接， 其中第二导电层具有第二负载传导层和第二控制传导层， 第二控 制传导层具有第一部分、 第二部分和第三部分， 第一部分在法线方向上与控制端子表面对 齐， 第二部分的控制传导子层边界在法线方向上的投影中相对于控制端子表面边界横向偏 移， 第三部分连接第一部分和第二部分， 并且其中第一绝缘层在第一负载传导层和第二负 载传导层之间具有第一导孔， 并且在第一控制传导层和第二控制传导层之间具有第二导 孔。 0006 在这种布置中， 在法线方向上的投影中控制端子表面边界。

13、和第二控制传导子层边 界不重叠则是有利的。 0007 在法线方向上的投影中在第二控制传导层的区域中没有布置第一导孔， 则也是有 利的。 0008 可以优选地， 第二电绝缘层直接或间接布置在第二导电层上， 并且第三导电层布 置在所述绝缘层上， 第三导电层具有第三负载传导层和第三控制传导层， 第三控制传导层 具有第三控制传导子层边界， 其中该第三控制传导子层边界在法线方向上与第二控制传导 说明书 1/5 页 4 CN 111933601 A 4 层的第二部分对齐， 并且其中第二绝缘层在第二负载传导层和第三负载传导层之间具有第 三导孔以及在第二和第三控制传导层之间具有第四导孔。 0009 在法线方向。

14、N上的投影中， 控制端子表面边界和第三控制传导子层边界不重叠， 则 可能是有利的。 0010 在一个实施例中， 在法线方向上的投影中， 第四导孔没有布置在第二控制传导层 的区域中， 则可能是有利的。 作为上述的替代， 如果第二电绝缘层和第三导电层形成为连接 装置的部分， 则可能是有利的， 连接装置在所述功率半导体部件与另一功率半导体部件或 基板的另一导体轨迹之间。 0011 原则上优选将导电层形成为金属膜并且将电绝缘层形成为塑料膜。 0012 第一负载传导层与负载端子表面之间、 以及第一控制传导层与控制端子表面之间 的导电连接在每种情况下形成为材料接合或力配合连接， 则也可能是有利的。 001。

15、3 接触装置具有固定装置， 该固定装置通过局部粘合的粘接剂接合牢固地接合到功 率半导体部件或基板， 则是优选的。 0014 如果固定装置设计为第一导电层或第二导电层的一部分， 则也是优选的。 0015 最后， 固定装置在法线方向上的投影中布置在功率半导体部件的角区域中， 则可 能是有利的。 0016 当然， 只要没有明确或固有地排除或不与本发明的构思相抵触， 则在根据本发明 的接触装置中可以不止一次地存在以单数形式指代的每个特征或特征组， 特别是相应导 孔。 0017 不言而喻， 本发明的各种实施例可以单独地或以任何组合的方式实现， 以实现改 进。 特别地， 在不脱离本发明范围的情况下， 以上。

16、特征和以下提到的那些特征不仅可以指定 的组合来应用， 而且可以其他组合或单独地应用。 附图说明 0018 本发明的进一步的解释说明、 有利的细节和特征从在图1至图7中示意性示出的本 发明示例性实施例的下面描述或其相关部分中得出。 0019 图1示出了具有根据本发明的具有接触装置的功率半导体部件的装置的分解视 图。 0020 图2示出了根据本发明的功率半导体部件的五层接触装置的不同层的示意性截面 图。 0021 图3示出了根据本发明的功率半导体部件的五层接触装置的第一实施例的截面 图。 0022 图4示出了根据本发明的功率半导体部件的三层接触装置的第一实施例的截面 图。 0023 图5示出了根据。

17、本发明的功率半导体部件的五层接触装置的第二实施例的截面 图。 0024 图6以平面图示出了根据本发明的功率半导体部件的五层接触装置的第一实施例 的各个层。 0025 图7以平面图示出了根据本发明的功率半导体部件的五层接触装置的第一实施例 说明书 2/5 页 5 CN 111933601 A 5 的第一电绝缘层的替代方案。 具体实施方式 0026 图1示出了具有布置在基板1上的根据本发明的功率半导体部件2的装置的分解视 图， 功率半导体部件2具有接触装置3和连接装置5。 在不丧失一般性的情况下， 基板1是功率 电子器件技术领域中的标准基板， 具有绝缘体10和布置在绝缘体10上的金属导体轨迹12，。

18、 14。 0027 在这些导体轨迹12之一上， 布置有可切换的功率半导体部件2， 在此是晶体管， 更 确切地是IGBT， 并且功率半导体部件2通过其面向导体轨迹的那侧、 第二主侧以导电方式连 接到所述导体轨迹。 该功率半导体部件2在其背离导体线路12的那侧、 第一主侧200上具有 控制端子表面22和负载端子表面20， 其中控制端子表面22具有与负载端子表面20相比的明 显更小、 即最大为10的表面积。 控制端子表面22在此是IGBT的中央栅极， 并具有控制端子 表面边界220。 第一主侧200限定法线方向N， 该法线方向N取向成垂直地远离第一主侧200并 因此在此也远离基板1。 0028 在此。

19、仅以功能术语示出了接触装置3。 在其面对功率半导体部件2的一侧上， 它具 有用于连接到控制端子表面22的接触表面和用于连接到负载端子表面20的接触表面。 此 外， 在其背离功率半导体部件2以及面对连接装置5的一侧上， 其具有用于连接到负载电流 导体轨迹50的接触表面和用于连接到控制电流导体轨迹52的接触表面。 用于连接到控制端 子表面22的接触表面和用于连接到控制电流导体轨迹52的接触表面在法线方向N上的投影 (projection)中并排并且不重叠地布置。 接触装置3设计成将其分配给控制端子表面22的 两个接触表面以导电的方式连接到彼此。 在此设计中， 从连接装置5的角度来看， 功率半导 体。

20、部件2的中央栅极在某种意义上通过接触装置3重新布线到边缘栅极， 或更确切地重新布 线到角栅极， 这由代表栅极电流路径的箭头6所示。 实际上， 即， 从通过接触装置3将连接装 置5连接到功率半导体元件2上的角度来看， 控制端子表面， 即栅极， 没有像没有接触装置3 时那样布置在中心位置中， 而是布置功率半导体部件2的一个角中。 0029 连接装置5自身具有电绝缘膜54， 在电绝缘膜54的面对基板1的一侧上， 控制电流 导体轨迹52和负载电流导体轨迹50与功率半导体部件2一起布置， 并且由结构化的导电膜 形成。 电绝缘膜54在背离基板1的一侧上具有由导电膜形成的另一导体轨迹56。 这种连接装 置5。

21、基本上对应于现有技术。 0030 图2示出了根据本发明的功率半导体部件的五层接触装置的不同层的示意性截面 图。 这些层形成为叠层， 该叠层具有第一导电层31、 第二导电层32和第三导电层33， 以及相 应地介于第一导电层31、 第二导电层32和第三导电层33之间的第一电绝缘层41和第二电绝 缘层42。 0031 图3示出了根据本发明的功率半导体部件2的五层接触装置3的第一实施例的截面 图。 各个层对应于图2中所述的那些层。 功率半导体部件2(此处再次如图1所示)是具有中央 栅极的IGBT， 该中央栅极形成控制端子表面22。 因此功率半导体部件2在其具有法线方向N 的第一主侧200上具有负载端子。

22、表面20和带有控制端子表面边界220的控制端子表面22。 0032 接触装置3的第一导电层31具有第一负载传导层310和第一控制传导层312， 换句 话说， 第一导电层是固有结构的。 这也适用于接触装置3的所有其他导电层。 第一负载传导 说明书 3/5 页 6 CN 111933601 A 6 层310连接到负载端子表面20， 以及控制传导层312连接到控制端子表面22， 在每种情况下 都以导电的方式进行连接。 0033 第二导电层32具有第二负载传导层320和第二控制传导层322。 第二控制传导层 322具有三个部分3220、 3222、 3224。 第一部分3220在法线方向N上与控制端子。

23、表面22对齐， 并且因此也与第一导电层31的第一控制传导层310对齐。 第二部分3224具有控制传导子层 边界3226， 并且在法线方向N上的投影中相对于控制端子表面22及其控制端子表面边界220 横向地偏移， 并且与控制端子表面22及其控制端子表面边界220不具有重叠的区域。 第三部 分3222将第一部分3220和第二部分3224彼此连接， 在每种情况下也参见图6的A-A方向。 0034 布置在第一导电层32和第二导电层33之间的第一电绝缘层41具有第一导孔(via) 410和第二导孔412。 第一导孔410在第一负载传导层310和第二负载传导层320之间形成导 电连接。 这些第一导孔410。

24、分布在大面积上， 但是当在法线方向N的投影中观察时， 它们不存 在于第二控制传导层322的区域中。 第二导孔412在第一控制传导层312和第二控制传导层 322的第一部分3220之间形成导电连接， 因此在法线方向N上的投影中仅布置在控制端子表 面边界220内。 0035 第三导电层33具有第三负载传导层330和第三控制传导层332。 第三控制传导层 332具有第三控制传导子层边界3320， 该第三控制传导子层边界3320在法线方向N上的投影 中不与控制端子表面边界220重叠， 但在法线方向N上的投影中与第二控制传导层322的第 二部分3224及其控制传导子层边界3226对齐。 0036 布置在。

25、第二导电层32和第三导电层33之间的第二电绝缘层42又具有第三导孔420 和第四导孔422。 第三导孔420在第二负载传导层320和第三负载传导层330之间形成导电连 接。 这些第三导孔420分布在大面积上， 但是当在法线方向N上的投影中观察时， 它们不存在 于第二控制传导层322的区域中。 第四导孔420形成第二控制传导层320的第二部分3224与 第三控制传导层332之间的导电连接。 0037 整个接触装置3在法线方向N上的投影中布置在功率半导体部件2的表面内， 并且 因此在任何点处都不与其边缘重叠。 0038 图4示出了根据本发明的功率半导体部件的三层接触装置3与连接装置5相结合的 第一。

26、实施例的截面图。 第一导电层31和第二导电层32， 以及第一电绝缘层41在设计上与根 据图3的五层接触装置的实施例的那些设计相同。 0039 第三导电层33以及第二电绝缘层42各自的类似物不是在此明确的接触装置的一 部分， 而是如图1中实质上所示的连接装置5的一部分。 0040 因此， 这两种设计在功能上是相同的， 但是在此是第二导电层32以及还有第三导 电层33与实际的接触装置3重叠并且因此与功率半导体部件在一侧重叠， 第二导电层32用 作连接装置5的电绝缘膜层542， 第三导电层33在此设计为连接装置5的导电膜的控制电流 导体轨迹530或负载电流导体轨迹532。 0041 图5示出了根据本。

27、发明的功率半导体部件的五层接触装置3的第二实施例的截面 图。 这基本上被设计为根据图3的接触装置的镜像， 其具有对应于第二导电层32的反射表 面。 五层接触装置3的该第二种设计因此被设计为将功率半导体部件布置在边缘处或角处 的控制端子表面重新布线到实际上居中定位的控制端子表面， 而根据图3的五层接触装置 的第一种设计恰好形成反向重新布线。 说明书 4/5 页 7 CN 111933601 A 7 0042 图6以平面图示出了根据图3的本发明的功率半导体部件的五层接触装置3的第一 实施例的各个层。 在左上方示出的是第一导电层31， 该第一导电层31在此构造为第一负载 传导层310和第一控制传导层。

28、312。 在这种情况下， 第一控制传导层312居中定位并且被第一 负载围绕导电层310围绕， 并且具有与要连接的功率半导体部件的控制端子表面， 或其控制 端子表面边界220， 相同的程度， 参见图3。 0043 在左下方示出的是第三导电层33， 该第三导电层33在此构造为第三负载传导层 330和第三控制传导层332， 并且因此表示功率半导体部件的重新布线的接触构造。 0044 在左侧中间示出的是第二导电层32， 该第二导电层32在此构造为第二负载传导层 320和第二控制传导层322。 如上所述， 第二控制传导层322具有三个部分。 第一部分3220在 法线方向N上与第一导电层31的第一控制传导。

29、层312对齐， 而第二部分3224在法线方向N上 与第三控制传导层332对齐。 第三部分3222将第一和第二部分3220、 3224连接到彼此。 0045 在右上方示出的是第一电绝缘层41， 该第一电绝缘层41在此具有第一导孔410和 第二导孔412。 第二导孔412形成第一控制传导层312和第二控制传导层322的第一部分3220 之间的导电连接。 第一导孔410形成第一负载传导层310和第二负载传导层320之间的导电 连接。 所有第一导孔410均无例外地布置在一个区域中， 该区域在法线方向N上的投影中位 于第二控制传导层322的外部并与第二控制传导层322间隔开， 该法线方向N在此从附图平 。

30、面伸出。 0046 在右下方示出的是第二电绝缘层42， 该第二电绝缘层42在此也具有第三导孔420 和第四导孔422。 第四导孔422形成第二控制传导层322的第二部分3224与第三控制传导层 332之间的导电连接。 第三导孔420形成第二负载传导层320与第三负载传导层330之间的导 电连接。 所有第三导孔420再次均无例外地布置在一个区域中， 该区域在法线方向N上的投 影中位于第二控制传导层322的外部并且也与第二控制传导层322间隔开。 0047 第一导电层31和第三导电层33的比较可以用来非常清楚地图示说明接触装置3的 操作。 功率半导体部件的控制端子表面的连接层从中心重新布线到角。 。

31、控制端子表面在功 率半导体部件中居中定位， 而在通过接触装置重新布线后， 实际的控制端子表面现在布置 在角之一中。 因此， 具有接触装置的重新布线的功率半导体部件的负载端子表面现在不再 在中心被中断， 因此可以更容易地接近， 用于额外的接触。 0048 图7以平面图示出根据本发明的功率半导体部件的五层接触装置的第一实施例的 第一电绝缘层41的替代方案。 不丧失一般性地， 该第一电绝缘层41在四个角区域中的三个 区域中具有孔眼形状的固定装置414。 各个固定装置414具有连续的凹部， 在凹部中可以布 置粘合剂， 该粘合剂在电绝缘层和分配给该接触装置的功率半导体部件2之间形成粘合剂 接头部， 以便。

32、将接触装置临时地或永久地固定在位。 如果在功率半导体部件和接触装置之 间例如通过压力、 焊料或烧结连接来提供附加固定， 则通过粘合剂结合部进行临时固定就 足够了。 0049 除了固定装置414之外， 整个接触装置在法线方向上的投影中布置在功率半导体 部件的表面区域内， 因此仅在三个空间上紧密限制的点处与其边缘重叠。 说明书 5/5 页 8 CN 111933601 A 8 图1 图2 图3 说明书附图 1/4 页 9 CN 111933601 A 9 图4 图5 说明书附图 2/4 页 10 CN 111933601 A 10 图6 说明书附图 3/4 页 11 CN 111933601 A 11 图7 说明书附图 4/4 页 12 CN 111933601 A 12 。