CN112435993A - 一种功率模块 - Google Patents

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    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
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    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths

Abstract

本发明实施例公开了一种功率模块，包括：至少一个功率器件以及围绕所述功率器件的隔离沟槽；其中，所述功率器件至少包括沿所述功率模块厚度方向上，设置在所述功率模块一侧的第一金属电极以及设置在所述功率模块另一侧的第二金属电极；所述隔离沟槽沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极延伸至所述第二金属电极；如此，所述隔离沟槽为所述功率器件提供了足够的耐压，增强了所述功率器件之间的隔离效果；基于所述隔离沟槽的设置，所述功率模块可以具有更高的集成度以及更小的结构尺寸，为功率模块的封装布局提供了有利条件。

Description

一种功率模块
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种功率模块。
背景技术
IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)广泛应用于交流电机变频调速和直流电机斩波调速以及各种高性能电源、工业电气自动化、新能源等领域，有着广阔的市场应用。IPM是一种先进的功率开关器件，本质上是集成了功率器件及其驱动电路的模块；IPM在能源管理领域起到其他集成电路难以企及的重要作用，器件性能直接影响能源系统的利用效率。
现有的IPM中通常包含多种电子元器件，并且每种电子元器件可能需要多颗；因此，IPM中电子元器件的总数量较多，过多的电子元器件给IPM的封装布局和封装成本带来了很大压力，此外，IPM中包含的各功率器件之间的隔离与耐压问题也成为本领域现阶段亟需解决的技术问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种功率模块。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种功率模块，包括：至少一个功率器件以及围绕所述功率器件的隔离沟槽；其中，
所述功率器件至少包括沿所述功率模块厚度方向上，设置在所述功率模块一侧的第一金属电极以及设置在所述功率模块另一侧的第二金属电极；
所述隔离沟槽沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极延伸至所述第二金属电极。
上述方案中，所述功率器件包括绝缘栅型场效应晶体管和/或逆导型绝缘栅双极型晶体管。
上述方案中，所述功率器件为绝缘栅型场效应晶体管时，所述第一金属电极为漏极，所述第二金属电极为源极；所述功率器件为逆导型绝缘栅双极型晶体管时，所述第一金属电极为集电极，所述第二金属电极为发射极。
上述方案中，所述功率器件还包括设置在所述第二金属电极同一侧的第三金属电极，所述隔离沟槽沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极延伸至所述第三金属电极。
上述方案中，所述第三金属电极为栅极。
上述方案中，所述至少一个功率器件呈矩阵排布；所述功率器件之间通过所述隔离沟槽彼此隔离。
上述方案中，所述隔离沟槽包括第一隔离沟槽以及第二隔离沟槽，所述第一隔离沟槽与第二隔离沟槽以所述功率器件为中心呈内外嵌套排布。
上述方案中，所述第一隔离沟槽与第二隔离沟槽的形状相同和/或宽度相等。
上述方案中，所述隔离沟槽内填充有氧化物。
上述方案中，所述功率模块为智能功率模块IPM的逆变模块。
本发明实施例所提供的功率模块，包括：至少一个功率器件以及围绕所述功率器件的隔离沟槽；其中，所述功率器件至少包括沿所述功率模块厚度方向上，设置在所述功率模块一侧的第一金属电极以及设置在所述功率模块另一侧的第二金属电极；所述隔离沟槽沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极延伸至所述第二金属电极；如此，所述隔离沟槽为所述功率器件提供了足够的耐压，增强了所述功率器件之间的隔离效果；基于所述隔离沟槽的设置，所述功率模块可以具有更高的集成度以及更小的结构尺寸，为功率模块的封装布局提供了有利条件。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的功率模块的剖面示意图；
图2为图1中功率模块的顶视图；
图3为图1中功率模块的底视图；
图4为本发明另一实施例提供的功率模块的剖面示意图；
图5为图4中功率模块的顶视图；
图6为图4中功率模块的底视图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本发明必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明实施例提供了一种功率模块，所述功率模块包括：至少一个功率器件以及围绕所述功率器件的隔离沟槽；其中，所述功率器件至少包括沿所述功率模块厚度方向上，设置在所述功率模块一侧的第一金属电极以及设置在所述功率模块另一侧的第二金属电极；所述隔离沟槽沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极延伸至所述第二金属电极。
可以理解，所述隔离沟槽为所述功率器件提供了足够的耐压，增强了所述功率器件之间的隔离效果；基于所述隔离沟槽的设置，所述功率模块可以具有更高的集成度以及更小的结构尺寸，从而减少了元器件的数量，为功率模块的封装布局提供了有利条件。
图1为本发明一实施例提供的功率模块的剖面示意图；图2为图1中功率模块的顶视图；图3为图1中功率模块的底视图。结合图1至3所示，所述功率模块100包括：至少一个功率器件以及围绕所述功率器件的隔离沟槽150；其中，所述功率器件至少包括沿所述功率模块厚度方向上，设置在所述功率模块一侧的第一金属电极110以及设置在所述功率模块另一侧的第二金属电极120；所述隔离沟槽150沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极110延伸至所述第二金属电极120。
在本实施例中，所述功率器件例如包括绝缘栅型场效应晶体管，或称为MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET，金属氧化物半导体场效应管)。所述第一金属电极110与所述第二金属电极120分别为所述MOSFET的漏极与源极；由此可知，本发明实施例中所述功率器件为垂直型功率器件。此外，所述功率器件100还包括设置在所述第二金属电极120同一侧的第三金属电极130；所述第三金属电极130为所述MOSFET的栅极。
在所述功率器件中，所述第一金属电极110(即漏极)与漏极区导电连接；所述第二金属电极120(即源极)与源极区导电连接；即所述第一金属电极110与所述第二金属电极120分别作为器件漏、源极的引出电极。
可以理解，所述隔离沟槽150为深隔离沟槽，且其深度贯穿所述功率器件的功能区域，具体地，至少从所述第一金属电极110延伸至所述第二金属电极120。当所述功率器件具有第三金属电极130时，所述隔离沟槽150沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极110延伸至所述第三金属电极130。
结合图2与图3，所述第一金属电极110所在的一侧例如称为所述功率模块100的底侧；所述第二金属电极120/所述第三金属电极130所在的另一侧例如称为所述功率模块100的顶侧。可以理解，在一些实施例中，所述第三金属电极130与所述第二金属电极120虽然均位于所述功率器件100的顶侧，但二者并不必然位于所述顶侧的同一高度上；此时，所述隔离沟槽150至少从所述第一金属电极110延伸至所述第三金属电极130和所述第二金属电极120中距离所述第一金属电极110的最远者，如此以保证将功率模块100中的各功率器件完全隔开。
在本发明实施例中，各功率器件的所述第一金属电极110(如漏极)彼此独立，以保证制造加工时的一致性。
所述功率器件至少包括元胞区域以及终端区域；所述隔离沟槽150可以作为所述功率器件的终端区域或终端区域的一部分(如，隔离沟槽150替代一部分终端区域内的场限环和/或截止环结构)，也可以位于终端区域以外(如，隔离沟槽150位于终端区域内的截止环的外侧)；即所述隔离沟槽150至少不位于所述功率器件的元胞区域。
在一些实施例中，所述功率模块100的顶侧和/或底侧还包括其他结构，如保护层、氧化层等(图中未示出)；即所述第一金属电极110与所述第二金属电极120分别位于所述功率模块100的两侧，但可以不位于所述功率模块100的表面。
所述隔离沟槽150可以采用单边深沟槽刻蚀技术形成，也可以采用双边深沟槽刻蚀技术形成。当采用单边深沟槽刻蚀技术时，可以从所述功率模块100的一侧(第一金属电极110的一侧或第二金属电极120的一侧，优选第二金属电极120的一侧)进行刻蚀，形成所需深度的沟槽，然后在沟槽中填充隔离材料以形成所述隔离沟槽150；此时，可以刻穿器件晶圆，也可以不用完全刻穿器件晶圆；当采用刻穿器件晶圆的刻蚀技术时，可以在实施刻蚀工艺的相反侧键合临时支撑衬底，以固定器件结构。当采用双边深沟槽刻蚀技术时，可以从所述功率模块100的两侧分别进行刻蚀以及填充隔离材料，最终形成贯穿器件结构的所述隔离沟槽150。
所述隔离沟槽150的形成步骤可以位于所述功率器件的制备工艺之中；也可以先刻蚀形成所述隔离沟槽150，再完成所述功率器件的制备，或者，先完成所述功率器件的制备，再刻蚀形成所述隔离沟槽150。
在一实施例中，所述至少一个功率器件呈矩阵排布；所述功率器件之间通过所述隔离沟槽150彼此隔离。在一具体实施例中，所述功率模块100包括呈3*2矩阵排布的6个MOSFET。
请继续参考图2至3，在本发明一实施例中，所述隔离沟槽150包括第一隔离沟槽1501以及第二隔离沟槽1502，所述第一隔离沟槽1501与第二隔离沟槽1502以所述功率器件为中心呈内外嵌套排布。如此，为所述功率器件提供足够的耐压，增强了隔离效果。
在一些实施例中，所述隔离沟槽150还可以包括除第一隔离沟槽1501以及第二隔离沟槽1502以外的其他隔离沟槽。
在一具体实施例中，所述第一隔离沟槽1501与第二隔离沟槽1502的形状相同和/或宽度相等。所述第一隔离沟槽1501和/或所述第二隔离沟槽1502的形状例如为方形、圆形或其它环状闭合图形。
在一具体实施例中，所述隔离沟槽150内填充的隔离材料为氧化物。
在一具体实施例中，所述功率模块100为智能功率模块IPM的逆变模块。所述IPM例如应用于变频空调中。
本发明另一实施例提供了一种功率模块200。图4示出了所述功率模块200的剖面示意图；图5、图6分别为功率模块200的顶视图与底视图。本实施例提供的功率模块200与前述实施例提供的功率模块100的主要区别在于，功率模块200中的功率器件包括RC-IGBT(Reverse Conducting-IGBT，逆导型绝缘栅双极型晶体管)。
可以理解地，RC-IGBT相当于传统的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)和FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管)的组合。
在本实施例中，功率模块200包括：至少一个RC-IGBT以及围绕所述RC-IGBT的隔离沟槽250；其中，所述RC-IGBT至少包括沿所述功率模块厚度方向上，设置在所述功率模块一侧的第一金属电极210以及设置在所述功率模块另一侧的第二金属电极220；所述隔离沟槽250沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极210延伸至所述第二金属电极220。其中，所述第一金属电极210与所述第二金属电极220分别为所述RC-IGBT的集电极与发射极；所述RC-IGBT同样为垂直型功率器件。
在所述RC-IGBT中，所述第一金属电极210(即集电极)导电连接于所述RC-IGBT中IGBT元件的集电极区以及FRD元件的阴极区；所述第二金属电极220(即发射极)导电连接于发射极区或阳极区；即所述第一金属电极210作为器件的集电极区以及阴极区的引出电极，所述第二金属电极220作为器件的发射极区或阳极区的引出电极。
各RC-IGBT的集电极彼此独立；同一RC-IGBT内部的集电极区以及阴极区仍然连接在一起。
本实施例中各RC-IGBT同样可以呈矩阵排布，并且彼此之间通过所述隔离沟槽250隔离。在一具体实施例中，所述功率模块200包括呈3*2矩阵排布的6个RC-IGBT；如此，替代了相关技术中需要将分立的6个IGBT以及6个FRT共计12个分立元器件，通过导线连接在一起而组成的IPM，通过隔离沟槽技术实现了将多个元器件集成在一个功率模块中，极大地减少了元器件的数量，提高了IPM的集成度。
需要说明的是，本实施例中隔离沟槽250以及其他结构与本发明前述实施例中隔离沟槽150及其他对应结构并无差异，这里不再赘述。
另外，本发明实施例所记载的技术方案中各技术特征之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：至少一个功率器件以及围绕所述功率器件的隔离沟槽；其中，
所述功率器件至少包括沿所述功率模块厚度方向上，设置在所述功率模块一侧的第一金属电极以及设置在所述功率模块另一侧的第二金属电极；
所述隔离沟槽沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极延伸至所述第二金属电极。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率器件包括绝缘栅型场效应晶体管和/或逆导型绝缘栅双极型晶体管。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述功率器件为绝缘栅型场效应晶体管时，所述第一金属电极为漏极，所述第二金属电极为源极；所述功率器件为逆导型绝缘栅双极型晶体管时，所述第一金属电极为集电极，所述第二金属电极为发射极。
4.根据权利要求1或3所述的功率模块，其特征在于，所述功率器件还包括设置在所述第二金属电极同一侧的第三金属电极，所述隔离沟槽沿所述功率模块厚度方向上至少从所述第一金属电极延伸至所述第三金属电极。
5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第三金属电极为栅极。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述至少一个功率器件呈矩阵排布；所述功率器件之间通过所述隔离沟槽彼此隔离。
7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述隔离沟槽包括第一隔离沟槽以及第二隔离沟槽，所述第一隔离沟槽与第二隔离沟槽以所述功率器件为中心呈内外嵌套排布。
8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述第一隔离沟槽与第二隔离沟槽的形状相同和/或宽度相等。
9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述隔离沟槽内填充有氧化物。
10.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块为智能功率模块IPM的逆变模块。
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