高功率元件总成的制作方法

1.本发明与半导体元件有关，特别是指一种高功率元件总成。


背景技术：

2.高功率元件例如应用在高频功率的氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemts)，制造过程中磊晶所使用的基板材质主要为单晶硅(si)、单晶碳化硅(sic)或单晶蓝宝石(sapphire)，这些传统材质基板中，硅与氮化镓的晶格常数与热膨胀系数的差异大(17％与54％)，容易让氮化镓产生缺陷，甚至破裂，蓝宝石的散热性不佳，只有单晶碳化硅的晶格常数不匹配度较低且导热性较佳，为磊晶质量较佳的选择，然而，单晶碳化硅基板的价格非常高，特别是高频功率应用的碳化硅磊晶基板必须为半绝缘，以6吋晶圆为例其价格约为硅基板的50倍，因此，业界长期以来有寻找替代材料的需求。
3.目前使用非上述传统材质的基板来磊晶成长氮化镓高电子迁移率晶体管的质量均不佳，无法达到商品化的质量需求，导致成本居高不下。


技术实现要素：

4.本发明的一目的在于提供一种高功率元件总成，可将氮化镓高电子迁移率晶体管等高功率元件搭配非传统材质基板，以降低成本并扩增应用领域，且可达到商品化的质量要求。
5.为了达成上述目的，本发明的高功率元件总成包含有一基板、一成核层、以及一高功率元件，该基板的材质为单晶碳化硅、单晶硅与单晶蓝宝石以外的其他材质，例如金(au)、金合金、铜(cu)、铜合金、钨铜(cuw)、钨铜合金、铜钼铜(cumocu)、铜钼铜合金、多晶或单晶钻石(polycrystalline or single crystalline diamond)、氮化铝陶瓷(aln ceramic)、碳化硅陶瓷(sic ceramic)或氧化铍陶瓷(beo ceramic)，该成核层是为单晶氮化铝(aln)、单晶氮化铝镓(algan)或单晶氮化镓(gan)材质且覆盖于该基板的表面；该高功率元件是覆设于该成核层的表面。借此，本发明可将氮化镓高电子迁移率晶体管等高功率元件搭配非传统材质基板，以降低成本并扩增应用领域，且可达到商品化的质量要求。
附图说明
6.图1为本发明第一较佳实施例的高功率元件总成的剖视图；
7.图2为本发明第二较佳实施例的高功率元件总成的剖视图。
8.【符号说明】
9.1,1a高功率元件总成
10.10基板 12成核层
11.14,14a高功率元件 16氮化镓层
12.18氮化铝镓层 20源极 22漏极
13.24绝缘层 26栅极
14.28缓冲层 30间隔层 32载子供应层
15.34阻障层 36源极
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38漏极
16.40栅极
具体实施方式
17.以下通过二较佳实施例配合附图，详细说明本发明的技术内容及特征，如图1所示，是本发明第一较佳实施例所提供的高功率元件总成1，包含有一基板10、一成核层12、以及一高功率元件14。
18.该基板10材质为金(au)、金合金、铜(cu)、铜合金、钨铜(cuw)、钨铜合金、铜钼铜(cumocu)、铜钼铜合金、多晶或单晶钻石(polycrystalline or single crystalline diamond)、氮化铝陶瓷(aln ceramic)、碳化硅陶瓷(sic ceramic)或氧化铍陶瓷(beo ceramic)，这些材质均具有高导热率，适于快速散热，于本实施例是采用铜。
19.该成核层12是为单晶氮化铝(aln)材质且覆盖于该基板10的上表面，该成核层12是以低温溅镀成长aln而成，成长温度小于500℃。
20.该高功率元件14则有许多变化结构，于本实施例该高功率元件是氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemts)而包含有一氮化镓(gan)层16位于该成核层12上方、一氮化铝镓(algan)层18位于该氮化镓层16上方、一源极20与一漏极22互相间隔地位于该氮化铝镓层18上方、一绝缘层24位于该氮化铝镓层18上方且位于该源极20与该漏极22之间、以及一栅极26位于该绝缘层24上方。
21.由于本发明的该高功率元件14如氮化镓高电子迁移率晶体管可通过该成核层12而与非传统材质的该基板10接合，因此，不仅可达到商品化的质量要求，更可以降低成本，同时，因可选择不同特性材质的基板搭配，如高导热性、高导电性或支撑性等，使得该高功率元件总成1的应用领域得以大幅扩增，从而达成本发明的目的。
22.如图2所示，是本发明第二较佳实施例所提供的高功率元件总成1a，与前述实施例的结构大致相同，包含有一基板10、一成核层12、以及一高功率元件14a，所不同者在于该高功率元件14a是另一种结构的氮化镓高电子迁移率晶体管，其具有一缓冲层28(氮化镓)、一间隔层30(氮化铝)、一载子供应层32(氮化铝镓)、一阻障层34(氮化镓)、一源极36、一漏极38以及一栅极40。
23.事实上，该高功率元件14,14a仍有许多其他变化结构且非本案欲保护的重点，例如该高功率元件可为氮化镓萧特基二极管(gan schottky barrier diode)、发光二极管(led)或蓝光或绿光激光二极管(laser diode)，该成核层则可为单晶氮化铝镓(algan)或单晶氮化镓(gan)材质，所有变化结构均应为本发明所涵盖，本发明的特征在于该高功率元件总成1可采用非传统材质基板，只要该基板10的材质(并不限于前述所列)能与该成核层12接合者均可达成本发明的目的。


技术特征：
1.一种高功率元件总成，其特征在于，包含有：一基板，其材质为单晶碳化硅、单晶硅与单晶蓝宝石以外的其他材质；一成核层，是为单晶氮化铝(aln)、单晶氮化铝镓(algan)或单晶氮化镓(gan)材质且覆盖于该基板的表面；以及一高功率元件，是覆设于该成核层的表面。2.根据权利要求1所述的高功率元件总成，其特征在于，该基板的材质为金(au)、金合金、铜(cu)、铜合金、钨铜(cuw)、钨铜合金、铜钼铜(cumocu)、铜钼铜合金、多晶或单晶钻石(polycrystalline or single crystalline diamond)、氮化铝陶瓷(aln ceramic)、碳化硅陶瓷(sic ceramic)或氧化铍陶瓷(beo ceramic)。3.根据权利要求1所述的高功率元件总成，其特征在于，该高功率元件是氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemts)、氮化镓萧特基二极管(gan schottky barrier diode)、发光二极管(led)或激光二极管(laser diode)。

技术总结
本发明是一种高功率元件总成，包含有一基板、一成核层、以及一高功率元件，该基板的材质为单晶碳化硅、单晶硅与单晶蓝宝石以外的其他材质，例如金(Au)、金合金、铜(Cu)、铜合金、钨铜(CuW)、钨铜合金、铜钼铜(CuMoCu)、铜钼铜合金、多晶或单晶钻石(polycrystalline or single crystalline diamond)、氮化铝陶瓷(AlN ceramic)、碳化硅陶瓷(SiC ceramic)或氧化铍陶瓷(BeO ceramic)，该成核层是为单晶氮化铝(AlN)、单晶氮化铝镓(AlGaN)或单晶氮化镓(GaN)材质且覆盖于该基板的表面；该高功率元件是覆设于该成核层的表面。借此，本发明可将高功率元件搭配非传统材质基板，以降低成本并扩增应用领域，且可达到商品化的质量要求。且可达到商品化的质量要求。且可达到商品化的质量要求。


技术研发人员：何焱腾 陈乃榕
受保护的技术使用者：瑞砻科技股份有限公司
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2022/5/30