DE112006002489T5 - Leistungshalbleiter-Bauteil mit integriertem passiven Bauelement - Google Patents

Leistungshalbleiter-Bauteil mit integriertem passiven Bauelement Download PDF

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Abstract

Leistungshalbleiter-Bauteil mit:
einem diskreten Leistungshalbleiter-Schalter;
einem Kondensator, der mechanisch mit einem Hauptteil des Leistungshalbleiter-Schalters gekoppelt ist und eine erste leitende Platte, eine zweite leitende Platte und einen dielektrischen Körper aufweist, der zwischen der ersten leitenden Platte und der zweiten leitenden Platte angeordnet ist, wobei die erste leitende Platte elektrisch mit einem Leistungsanschluss des Leistungshalbleiter-Schalters gekoppelt ist.

Description

  • Verwandte Anmeldung
  • Diese Anmeldung beansprucht die Vergünstigungen der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 60/719,390 vom 22. September 2005 mit dem Titel „Power Semiconductor Device with Integrated Passive Component", deren Priorität hiermit beansprucht wird.
  • Hintergrund
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leistungshalbleiter-Bauteile und insbesondere auf ein Leistungshalbleiter-Bauteil, das ein integriertes passives Bauelement einschließt, wie zum Beispiel einen Kondensator.
  • Die meisten Leistungs-Anwendungen erfordern die Verwendung eines Kondensators. 1 ist ein Beispiel einer Leistungs-Anwendung, bei der ein Kondensator 10 in einer Schaltung 12 in Verbindung mit einer Anzahl von Leistungshalbleiter-Plättchen (beispielsweise MOSFETs) 14 verwendet wird. 1 zeigt weiterhin eine andere Schaltung 12, die ein Leistungshalbleiter-Plättchen 14' einschließt, das von der Schaltung 12 angesteuert wird und das betriebsmäßig mit einem jeweiligen Kondensator 10' verbunden ist.
  • Typischerweise wird ein Kondensator in einer Leistungs-Anwendungs-Schaltung in Form eines diskreten passiven Bauelementes angeordnet. Als Ergebnis wird die physikalische Größe der Schaltung aufgrund der Hinzufügung von Kondensatoren in diskreter Form vergrößert.
  • Zusätzlich ist die Herstellung einer Leistungs-Anwendungs-Schaltung kompliziert, wenn die Anzahl von diskreten Bauelementen vergrößert wird.
  • Um die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, schließt ein Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leistungshalbleiter-Plättchen mit einem integrierten Kondensator-Bauelement ein.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Leistungshalbleiter-Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung schließt einen diskreten Leistungshalbleiter-Schalter (beispielsweise einen Leistungs-MOSFET) und einen Kondensator ein, der mechanisch mit einem größeren Teil des Leistungshalbleiter-Schalters gekoppelt ist und eine erste leitende Platte, eine zweite leitende Platte und einen dielektrischen Körper aufweist, der zwischen der ersten leitenden Platte und der zweiten leitenden Platte angeordnet ist, wobei die erste leitende Platte elektrisch mit einem Leistungsanschluss des Leistungshalbleiter-Schalters gekoppelt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt der Leistungshalbleiter-Schalter eine erste Leistungselektrode und eine zweite Leistungselektrode ein, wobei die erste leitende Platte mit der ersten Leistungselektrode elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise ist ein dielektrisches Abstandsstück zwischen der ersten Leistungselektrode und der ersten leitenden Platte angeordnet und dient zum mechanischen Koppeln der ersten leitenden Platte mit der ersten Leistungselektrode. Die erste leitende Platte ist elektrisch mit der ersten Leistungselektrode über ein mit einem leitenden Material gefülltes Durchkontaktierungsselement oder eine Anzahl von mit leitendem Material gefüllten Durchkontaktierungselementen in dem dielektrischen Abstandsstück verbunden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste leitende Platte direkt mechanisch und elektrisch mit dem Halbleiterkörper des Leistungshalbleiter-Schalters verbunden. Beispielsweise ist die erste leitende Platte direkt mechanisch und elektrisch mit dem Drain-Bereich eines Leistungs-MOSFET gekoppelt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Schaltbild nach dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleiter-Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3A zeigt schematisch eine Draufsicht eines Leistungshalbleiter-Bauteils gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3B-3B bei Betrachtung in Richtung der Pfeile.
  • 4 zeigt schematisch ein Leistungshalbleiter-Bauteil gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • Es wird speziell auf 2 Bezug genommen, aus der zu erkennen ist, dass ein Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leistungshalbleiter-Bauteil wie zum Beispiel ein Leistungs-MOSFET 16 ist, der eine Source-Elektrode 18 und eine Drain-Elektrode 20 aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein dielektrisches oder isolierendes Abstandsstück 22 oberhalb der Source-Elektrode 18 des MOSFET 16 angeordnet, und ein Kondensator 24 wird über dem dielektrischen Abstandsstück 22 gebildet. Der Kondensator 24 schließt eine erste leitende Platte 26 (die vorzugsweise mit Kupfer gebildet wird), die elektrisch mit der Source-Elektrode 18 über ein Durchkontaktierungselement 28 in dem dielektrischen Abstandsstück 22 verbunden ist, einen dielektrischen Körper 30 (der vorzugsweise mit Ta2O3 gebildet ist), der über der ersten leitenden Platte 26 ausgebildet ist, und eine leitende Platte 32 (die vorzugsweise mit Kupfer gebildet ist) ein, die über dem dielektrischen Körper 30 ausgebildet ist, wodurch der Kondensator 24 und der MOSFET 16 elektrisch und mechanisch miteinander gekoppelt und in eine einzige Betriebseinheit integriert sind.
  • Gemäß den 3A (die eine Draufsicht von oben zeigt) und 3B (die eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3B-3B bei Betrachtung in Richtung der Pfeile zeigt) bildet gemäß der zweiten Ausführungsform das dielektrische Abstandsstück 22 eine Passivierung über zumindest der Source-Elektrode 18 und alternativ über der gesamten oberen Oberfläche des Leistungs-MOSFET 16 mit Ausnahme der Gate-Elektrode 19 und schließt eine Vielzahl von Durchführungen oder Durchkontaktierungselemente 28 ein. (Es sei bemerkt, dass das dielektrische Abstandsstück 18 durchsichtig gemacht wurde, um die Durchkontaktierungselemente 28 besser zu zeigen). Ein Kondensator 24 ist über dem dielektrischen Abstandsstück 22 gebildet und bedeckt vorzugsweise die gesamte obere Oberfläche der Source-Elektrode 18.
  • Gemäß 4 schließt ein Bauteil gemäß der dritten Ausführungsform ein Leistungshalbleiter-Bauteil wie zum Beispiel einen Leistungs-MOSFET 40 ein, der eine Source-Elektrode 42 einschließt, jedoch keine Drain-Elektrode einschließt. Vielmehr ist ein Kondensator 44 über der unteren Oberfläche des MOSFET 40 anstelle einer Drain-Elektrode gebildet. Der Kondensator 44 schließt eine erste leitende Platte 46 (die vorzugsweise aus Kupfer gebildet ist), die direkt mit der unteren Oberfläche des MOSFET 40 verbunden ist, einen dielektrischen Körper 48 (der vorzugsweise aus Ta2O5 gebildet ist), der über der ersten Elektrode 46 ausgebildet ist, und eine zweite leitende Platte 50 ein (die vorzugsweise aus Kupfer gebildet ist), die über dem dielektrischen Körper 48 ausgebildet ist.
  • Ein Bauteil gemäß der dritten Ausführungsform wird gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt:
    • A) eine Anzahl von MOSFETs wird in Halbleiterscheiben-Form (wafer) in irgendeiner gewünschten Weise gebildet, doch wird die rückseitige Metallabscheidung fortgelassen;
    • B) eine Kupfer-Keim-Schicht wird auf die Rückseite der Halbleiterscheibe aufgebracht;
    • C) Kupfer wird auf die Keim-Schicht unter Verwendung irgendeines bekannten Verfahrens aufplattiert, wie zum Beispiel durch eine Metallabscheidung ohne äußere Stromquelle;
    • D) das plattierte Kupfer wird poliert;
    • E) ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, wie zum Beispiel Ta2O3 wird auf dem aufplattierten Kupfer abgeschieden;
    • F) das Dielektrikum wird poliert;
    • G) eine weitere Kupfer-Keim-Schicht wird über der dielektrischen Schicht gebildet;
    • H) Kupfer wird auf die weitere Keim-Schicht aufplattiert;
    • I) das plattierte Kupfer wird poliert.
  • Ein Kondensator in einem Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch auf einen konventionellen Halbleiterplättchen (vorzugsweise auf der Halbleiterscheiben-Stufe) unter Verwendung von beispielsweise Einfügung-nach-Bedarf-Techniken (drop-on-demand) gebildet werden, wie dies in der US-Patentanmeldung 11/367,725 beschrieben ist, die auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und deren Inhalt durch diese Bezugnahme hiermit aufgenommen wird.
  • Ein Bauteil gemäß der dritten Ausführungsform kann beispielsweise in einer Anwendung gemäß 1 verwendet werden. Beispielsweise kann ein MOSFET und ein Kondensator in der Schaltung gemäß 1 durch ein Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt werden. Im Einzelnen kann die Kombination eines MOSFET 14 und eines Kondensators 10 durch ein Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt und in einer Vor-Treiberschaltung 12 verwendet werden, wie sie in 1 gezeigt ist, und/oder die Kombination des MOSFET 14' und des Kondensators 10' kann durch ein Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt werden und in der Leistungsschaltung 12' nach 1 verwendet werden.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann anstelle eines Kondensators eine Diode mechanisch und elektrisch mit einem Leistungsschalter unter Verwendung von deispielsweise dünnen Diodenmaterialien integriert werden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf spezielle Ausführungsformen hiervon beschrieben wurde, sind viele andere Abänderungen und Modifikationen und andere Anwendungen für den Fachmann ersichtlich. Es wird daher bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die vorliegende spezielle Beschreibung beschränkt ist, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche.
  • Zusammenfassung
  • Eine Leistungshalbleiter-Bauteil schließt eine passive Komponente oder ein passives Bauelement, beispielsweise einen Kondensator, ein, der mechanisch und elektrisch mit zumindest einen Anschluss des Leistungshalbleiter-Bauteils verbunden ist.

Claims (14)

  1. Leistungshalbleiter-Bauteil mit: einem diskreten Leistungshalbleiter-Schalter; einem Kondensator, der mechanisch mit einem Hauptteil des Leistungshalbleiter-Schalters gekoppelt ist und eine erste leitende Platte, eine zweite leitende Platte und einen dielektrischen Körper aufweist, der zwischen der ersten leitenden Platte und der zweiten leitenden Platte angeordnet ist, wobei die erste leitende Platte elektrisch mit einem Leistungsanschluss des Leistungshalbleiter-Schalters gekoppelt ist.
  2. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, bei dem der Leistungshalbleiter-Schalter eine erste Leistungselektrode und eine zweite Leistungselektrode einschließt, wobei die leitende Platte elektrisch mit der ersten Leistungselektrode verbunden ist.
  3. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 2, das weiterhin ein dielektrisches Abstandsstück umfasst, das zwischen der ersten Leistungselektrode und der ersten leitenden Platte angeordnet ist und dazu dient, die erste leitende Platte mechanisch mit der ersten Leistungselektrode zu koppeln.
  4. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 3, bei dem die erste leitende Platte elektrisch mit der ersten Leistungselektrode über ein mit leitendem Material gefülltes Durchkontaktierungselement in dem dielektrischen Abstandsstück verbunden ist.
  5. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 3, bei dem die erste leitende Platte elektrisch mit der ersten Leistungselektrode durch eine Anzahl von mit leitendem Material gefüllten Durchführungen in dem dielektrischen Abstandsstück verbunden ist.
  6. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, bei dem der Leistungshalbleiter-Schalter ein Leistungs-MOSFET ist.
  7. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 2, bei dem die erste Leistungselektrode die Source-Elektrode eines Leistungs-MOSFET ist.
  8. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 2, bei dem die erste Leistungselektrode die Drain-Elektrode eines Leistungs-MOSFET ist.
  9. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, bei dem die erste leitende Platte direkt mechanisch und elektrisch mit dem Halbleiterkörper des Leistungshalbleiter-Schalters gekoppelt ist.
  10. Leistunghalbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, bei dem die erste leitende Platte direkt mechanisch und elektrisch mit dem Drain-Bereich eines Leistungs-MOSFET gekoppelt ist.
  11. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, bei dem das diskrete Leistungshalbleiter-Bauteil für eine Anwendung in einer Treiberschaltung konfiguriert ist.
  12. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, bei dem das Bauteil zur Verwendung in einer Vor-Treiberschaltung konfiguriert ist.
  13. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, bei dem das Bauteil zur Verwendung in einer Leistungsschaltung konfiguriert ist.
  14. Leistungshalbleiter-Bauteil nach Anspruch 1, bei dem der Kondensator unter Verwendung einer Einfügung-nach-Bedarf-Fabrikation gebildet ist.
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