氮化镓功率器件封装前的处理方法及封装结构与流程

1.本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别涉及一种氮化镓功率器件封装前的处理方法及一种氮化镓功率器件封装结构。


背景技术：

2.近年来，高压功率开关芯片氮化镓(gan)功率器件(以下简称为氮化镓功率器件，也可以简称为氮化镓功率芯片)以其击穿电压高、导通电阻小、转换效率高等优点，逐渐引起科研人员的广泛关注，并有望取代硅(si)和碳化硅(sic)作为主要的功率器件。
3.现有的封装技术和封装方法通常直接将氮化镓芯片通过电绝缘和热传导胶粘附到金属背板上。图1是现有技术中氮化镓功率器件的封装示意图。请参考图1所示，通过电绝缘和热传导胶层101将氮化镓芯片103粘附在金属背板106上；所述氮化镓芯片103的源极s采用引线键合的方法通过第三键合引线105c连接到所述金属背板106；所述氮化镓芯片103的漏极d和栅极g则分别采用引线键合的方法通过第一键合引线105a、第二键合引线105b连接到封装框架(未图示)上的漏极金属引线102a和栅极金属引线102b；有的封装还可能有一条连接到金属背板106的背板金属引线107。当在外部电路中使用时，可以通过金属背板106和漏极金属引线102a、栅极金属引线102b将氮化镓芯片103焊接到电路板上。如果封装还包含背板金属引线107，则可以根据设计需要，选择性地将所述背板金属引线107连接到一个电极，再连接到电路板上，或者也可以使其悬空。最后，上述部分会被外壳104密封起来。
4.然而，对于氮化镓芯片来说，直接将氮化镓芯片粘附在金属背板上的方式会导致氮化镓功率器件的电流不好控制，以致影响氮化镓功率器件的性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种氮化镓功率器件封装前的处理方法及封装结构，使得氮化镓功率器件更好的控制电流，提高了氮化镓功率器件的性能。
6.为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种氮化镓功率器件封装前的处理方法，包括以下步骤：
7.提供待封装的氮化镓晶圆；
8.采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层；
9.对所述氮化镓晶圆进行切割形成多个氮化镓芯片；以及，
10.通过导电胶层将所述氮化镓芯片上形成有所述绝缘材料或半绝缘材料层的一面粘附于金属背板上。
11.可选的，在所述氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层之前，还包括：对所述氮化镓晶圆的背面进行减薄。
12.可选的，所述绝缘材料或半绝缘材料层的厚度大于等于10nm，小于等于1000nm。
13.可选的，所述镀膜方法包括热蒸镀、原子层沉积镀膜方法、化学气相沉积镀膜方法或物理气相沉积镀膜方法。
14.为解决上述技术问题，根据本发明的第二个方面，还提供了一种氮化镓功率器件封装结构，包括：
15.金属背板；
16.位于所述金属背板上的导电胶层；
17.位于所述导电胶层上的氮化镓芯片，所述氮化镓芯片的背面通过所述导电胶层粘附于所述金属背板上；以及，
18.位于所述氮化镓芯片与所述导电胶层之间的绝缘材料或半绝缘材料层。
19.可选的，所述氮化镓芯片上设置有芯片栅极、芯片源极与芯片漏极。
20.可选的，所述封装结构还包括封装框架，所述芯片漏极通过第一键合引线与所述封装框架的漏极金属引线连接，所述芯片栅极通过第二键合引线与所述封装框架的栅极金属引线连接，所述芯片源极通过第三键合引线与所述金属背板连接。
21.可选的，所述封装结构还包括外壳，所述外壳密封所述氮化镓芯片与所述金属背板。
22.可选的，所述绝缘材料或半绝缘材料层的厚度大于等于10nm，小于等于1000nm。
23.可选的，所述封装结构还包括背板金属引线，所述背板金属引线与所述金属背板连接。
24.综上所述，在本发明提供的氮化镓功率器件封装前的处理方法及封装结构中，在对氮化镓功率器件进行封装前，首先提供待封装的氮化镓晶圆，然后采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层，接着对所述氮化镓晶圆进行切割形成多个氮化镓芯片，之后通过导电胶将所述氮化镓芯片上形成有所述绝缘材料或半绝缘材料层的一面贴附于金属背板上。本发明中采用镀膜工艺在氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层，其绝缘材料或半绝缘材料层的均匀度和厚度更容易控制，所述绝缘材料或半绝缘材料层的均匀度提高能够防止漏电，而通过导电胶层将形成有绝缘材料或半绝缘材料层的氮化镓芯片粘附于金属背板，导电胶层能够导电，对电流并不会造成影响，绝缘材料或半绝缘材料层与导电胶层的组合使得氮化镓功率器件更好的控制电流，提高了氮化镓功率器件的性能。
附图说明
25.本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
26.图1是现有技术中氮化镓功率器件的封装示意图。
27.图2是本发明一实施例提供的氮化镓功率器件封装前的处理方法的流程图。
28.图3是本发明一实施例提供的形成有绝缘材料或半绝缘材料层的晶圆的示意图。
29.图4是本发明一实施例提供的氮化镓功率器件的封装示意图。
30.附图中：
31.10-氮化镓晶圆；101-电绝缘和热传导胶层；102a-漏极金属引线；102b-栅极金属引线；103-氮化镓芯片；104-外壳；105a-第一键合引线；105b-第二键合引线；105c-第三键合引线；106-金属背板；107-背板金属引线；108-绝缘材料或半绝缘材料层；109-导电胶层。
具体实施方式
32.发明人经研究发现，电绝缘和热传导胶层的导电性和均匀度难以控制，电绝缘并不是绝对的，会有微小的漏电，而均匀度不好会导致胶层有的地方厚而有的地方薄，薄的地方的胶层会存在漏电，因此会导致氮化镓功率器件的电流不好控制，以致影响氮化镓功率器件的性能。
33.经过进一步研究，发明人提供一种氮化镓功率器件封装前的处理方法及封装结构，使得氮化镓功率器件更好的控制电流，提高氮化镓功率器件的性能。
34.本发明提供一种氮化镓功率器件封装前的处理方法，包括以下步骤：提供待封装的氮化镓晶圆；采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层；对所述氮化镓晶圆进行切割形成多个氮化镓芯片；以及通过导电胶层将所述氮化镓芯片上形成有所述绝缘材料或半绝缘材料层的一面粘附在金属背板上。
35.本发明还提供一种氮化镓功率器件封装结构，包括：金属背板；位于所述金属背板上的导电胶层；位于所述导电胶层上的氮化镓芯片，所述氮化镓芯片的背面通过所述导电胶层粘附于所述金属背板上；以及，位于所述氮化镓芯片与所述导电胶层之间的绝缘材料或半绝缘材料层。
36.本发明提供的氮化镓功率器件封装前的处理方法及封装结构，采用镀膜工艺在氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层，其绝缘材料或半绝缘材料层的均匀度和厚度更容易控制，所述绝缘材料或半绝缘材料层的均匀度提高能够防止漏电，而通过导电胶层将形成有绝缘材料或半绝缘材料层的氮化镓芯片粘附于金属背板，导电胶层能够导电，对电流并不造成影响，绝缘材料或半绝缘材料层与导电胶层的组合使得氮化镓功率器件更好的控制电流，提高了氮化镓功率器件的性能。
37.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
38.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。
39.图2是本发明一实施例提供的氮化镓功率器件封装前的处理方法的流程图。如图2所示，所述氮化镓功率器件封装前的处理方法包括以下步骤：
40.步骤s1：提供待封装的氮化镓晶圆；
41.步骤s2：采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层；
42.步骤s3：对所述氮化镓晶圆进行切割形成多个氮化镓芯片；以及，
43.步骤s4：通过导电胶层将所述氮化镓芯片上形成有所述绝缘材料或半绝缘材料层
的一面粘附在金属背板上。
44.图3是本发明一实施例提供的形成有绝缘材料或半绝缘材料层的晶圆的示意图，图4是本发明一实施例提供的氮化镓功率器件的封装示意图。接下来，将结合图2与图3、图4对本发明实施例所提供的氮化镓功率器件封装前的处理方法进行详细说明。
45.在步骤s01中，请参考图3所示，提供待封装的氮化镓晶圆10。
46.所述氮化镓晶圆10集成有多个芯片，所述氮化镓晶圆10包括形成有功能层的氮化镓晶圆正面以及相对于所述氮化镓晶圆正面的氮化镓晶圆背面，图3中，所述氮化镓晶圆10朝上的一面为氮化镓晶圆的正面，朝下的一面为氮化镓晶圆的背面。
47.示例性的，所述氮化镓晶圆10包括：衬底和位于衬底表面的氮化镓层，所述氮化镓层表面形成有器件。所述器件远离所述衬底的一面则为所述氮化镓晶圆10的正面，所述衬底远离所述器件的一面则为所述氮化镓晶圆10的背面。
48.本实施例中，所述氮化镓晶圆10正面具有多个芯片，所述氮化镓晶圆10正面预设有切割道，作为切割位置。
49.然后，对所述氮化镓晶圆10的背面进行减薄。
50.可以在流片厂出厂前进行减薄处理，也可以在封装厂进行减薄处理。本实施例中，对所述氮化镓晶圆10背面进行减薄可以采用研磨工艺，所述研磨工艺可以包括：先进行粗研磨工艺，再进行精研磨工艺，最后进行干抛工艺。粗研磨用于去除大部分需要去除的所述氮化镓晶圆10，细研磨工艺研磨至接近要求的厚度，并使得研磨平面接近平整，干抛工艺使得所述氮化镓晶圆10具有平整的结构。
51.在对所述氮化镓晶圆10的背面减薄之前，还可以在所述氮化镓晶圆10的正面形成保护膜(未图示)，在减薄所述氮化镓晶圆10的背面时，所述保护膜用于保护所述氮化镓晶圆10的正面。在所述氮化镓晶圆10的背面减薄完成之后，还包括去除所述保护膜。
52.在步骤s2中，请参考图3所示，采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆10背面形成绝缘材料或半绝缘材料层108。
53.所述绝缘材料或半绝缘材料层108可以是绝缘材料，也可以是半绝缘材料，所述绝缘材料可以是本领域技术人员已知的可以形成在所述氮化镓晶圆10上的任意绝缘材料，所述半绝缘材料也可以是本领域技术人员已知的可以形成在所述氮化镓晶圆10上的任意半绝缘材料，本发明并不限定所述绝缘材料或半绝缘材料层108的材料。
54.本实施例中，可以采用镀膜方法形成所述绝缘材料或半绝缘材料层108，例如可以采用热蒸镀、原子层沉积镀膜方法、化学气相沉积镀膜方法或物理气相沉积镀膜方法形成所述绝缘材料或半绝缘材料层108，但不限于此。
55.本实施例中，所述绝缘材料或半绝缘材料层108的厚度大于等于10nm，小于等于1000nm，例如所述绝缘材料或半绝缘材料层108的厚度为10nm、50nm、100nm、200nm、400nm、800nm或1000nm，但不限于此。所述绝缘材料或半绝缘材料层108的材料为绝缘材料时的厚度，与所述绝缘材料或半绝缘材料层108的材料为半绝缘材料时的厚度可以相同，也可以不同，可以根据实际需求进行选择。
56.采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆10的背面形成所述绝缘材料或半绝缘材料层108，其膜层的均匀度和厚度更容易控制，即形成的所述绝缘材料或半绝缘材料层108的均匀度得到提高，能够防止漏电。
57.在步骤s3中，请参考图3与图4所示，对所述氮化镓晶圆10进行切割形成多个氮化镓芯片103。
58.沿着所述氮化镓晶圆10正面预设的切割道对所述氮化镓晶圆10进行切割，形成多个氮化镓芯片103。请参考图4所示，所述氮化镓芯片103上设置有芯片栅极g、芯片源极s与芯片漏极d。
59.在步骤s4中，请参考图4所示，通过导电胶层109将所述氮化镓芯片103上形成有所述绝缘材料或半绝缘材料层108的一面粘附在金属背板106上。
60.示例性的，提供所述金属背板106，在所述氮化镓芯片103形成有所述绝缘材料层或所述半绝缘材料层108的一面上涂覆导电胶层109，然后将涂覆有所述导电胶层109的一面粘附于所述金属背板106上，以使所述氮化镓芯片103固定于所述金属背板106上。当然，也可以在所述金属背板106上涂覆导电胶层109，然后将所述氮化镓芯片103形成有所述绝缘材料层或所述半绝缘材料层108的一面贴附于所述金属背板106形成有所述导电胶层109的一面，以使所述氮化镓芯片103固定于所述金属背板106上，本发明对此不作限定。
61.本实施例中，通过所述导电层胶101粘附所述氮化镓芯片103与所述金属背板106，由于所述导电胶层109具有导电性，其厚度厚一点或薄一点都可以，对于均匀性要求不高，对电流并不会造成影响。而采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆10背面形成的所述绝缘材料或半绝缘材料层108的均匀度和厚度更容易控制，所述绝缘材料或半绝缘材料层108的均匀度提高能够防止漏电，绝缘材料或半绝缘材料层108与导电胶层109的组合使得氮化镓功率器件能够更好的控制电流，提高了氮化镓功率器件的性能。
62.相应的，本发明还提供一种氮化镓功率器件封装结构，请参考图4所示，所述氮化镓功率器件封装结构包括：
63.金属背板106；
64.位于所述金属背板106上的导电胶层109；
65.位于所述导电胶层109上的氮化镓芯片103，所述氮化镓芯片103的背面通过所述导电胶层109粘附于所述金属背板106上；以及，
66.位于所述氮化镓芯片103与所述导电胶层109之间的绝缘材料或半绝缘材料层108。
67.所述氮化镓芯片103上设置有芯片栅极g、芯片源极s与芯片漏极d。所述封装结构还包括封装框架(未图示)，所述芯片漏极d通过第一键合引线105a与所述封装框架的漏极金属引线102a连接，所述芯片栅极g通过第二键合引线105b与所述封装框架的栅极金属引线102b连接，所述芯片源极s通过第三键合引线105c与所述金属背板106连接。
68.所述封装结构还包括背板金属引线107，所述背板金属引线107与所述金属背板106连接。所述封装结构还包括外壳104，所述外壳104密封所述氮化镓芯片103与所述金属背板106。
69.本实施例中，所述绝缘材料或半绝缘材料层108的厚度大于等于10nm，小于等于1000nm，例如所述绝缘材料或半绝缘材料层108的厚度为10nm、50nm、100nm、200nm、400nm、800nm或1000nm，但不限于此。所述绝缘材料或半绝缘材料层108的材料为绝缘材料时的厚度，与所述绝缘材料或半绝缘材料层108的材料为半绝缘材料时的厚度可以相同，也可以不同，可以根据实际需求进行选择。
70.综上所述，在本发明提供的氮化镓功率器件封装前的处理方法及封装结构中，在对氮化镓功率器件进行封装前，首先提供待封装的氮化镓晶圆，然后采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层，接着对所述氮化镓晶圆进行切割形成多个氮化镓芯片，之后通过导电胶将所述氮化镓芯片上形成有所述绝缘材料或半绝缘材料层的一面贴附于金属背板上。本发明中采用镀膜工艺在氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层，其绝缘材料或半绝缘材料层的均匀度和厚度更容易控制，所述绝缘材料或半绝缘材料层的均匀度提高能够防止漏电，而通过导电胶层将形成有绝缘材料或半绝缘材料层的氮化镓芯片粘附于金属背板，导电胶层能够导电，对电流并不会造成影响，绝缘材料或半绝缘材料层与导电胶层的组合使得氮化镓功率器件更好的控制电流，提高了氮化镓功率器件的性能。
71.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

技术特征：
1.一种氮化镓功率器件封装前的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：提供待封装的氮化镓晶圆；采用镀膜工艺在所述氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层；对所述氮化镓晶圆进行切割形成多个氮化镓芯片；以及，通过导电胶层将所述氮化镓芯片上形成有所述绝缘材料或半绝缘材料层的一面粘附于金属背板上。2.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件封装前的处理方法，其特征在于，在所述氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层之前，还包括：对所述氮化镓晶圆的背面进行减薄。3.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件封装前的处理方法，其特征在于，所述绝缘材料或半绝缘材料层的厚度大于等于10nm，小于等于1000nm。4.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件封装前的处理方法，其特征在于，所述镀膜方法包括热蒸镀、原子层沉积镀膜方法、化学气相沉积镀膜方法或物理气相沉积镀膜方法。5.一种氮化镓功率器件封装结构，其特征在于，包括：金属背板；位于所述金属背板上的导电胶层；位于所述导电胶层上的氮化镓芯片，所述氮化镓芯片的背面通过所述导电胶层粘附于所述金属背板上；以及，位于所述氮化镓芯片与所述导电胶层之间的绝缘材料或半绝缘材料层。6.根据权利要求5所述的氮化镓功率器件封装结构，其特征在于，所述氮化镓芯片上设置有芯片栅极、芯片源极与芯片漏极。7.根据权利要求6所述的氮化镓功率器件封装结构，其特征在于，所述封装结构还包括封装框架，所述芯片漏极通过第一键合引线与所述封装框架的漏极金属引线连接，所述芯片栅极通过第二键合引线与所述封装框架的栅极金属引线连接，所述芯片源极通过第三键合引线与所述金属背板连接。8.根据权利要求7所述的氮化镓功率器件封装结构，其特征在于，所述封装结构还包括外壳，所述外壳密封所述氮化镓芯片与所述金属背板。9.根据权利要求5所述的氮化镓功率器件封装结构，其特征在于，所述绝缘材料或半绝缘材料层的厚度大于等于10nm，小于等于1000nm。10.根据权利要求5所述的氮化镓功率器件封装结构，其特征在于，所述封装结构还包括背板金属引线，所述背板金属引线与所述金属背板连接。

技术总结
本发明提供一种氮化镓功率器件封装前的处理方法及封装结构，所述处理方法包括：提供待封装的氮化镓晶圆；采用镀膜工艺在氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层；对氮化镓晶圆进行切割形成多个氮化镓芯片；通过导电胶层将氮化镓芯片上形成有绝缘材料或半绝缘材料层的一面粘附于金属背板上。本发明中采用镀膜工艺在氮化镓晶圆背面形成绝缘材料或半绝缘材料层，其均匀度和厚度更容易控制，绝缘材料或半绝缘材料层的均匀度提高能够防止漏电，而通过导电胶层将氮化镓芯片粘附于金属背板，导电胶层能够导电，对电流并不会造成影响，绝缘材料或半绝缘材料层与导电胶层的组合使得氮化镓功率器件更好的控制电流，提高了氮化镓功率器件的性能。功率器件的性能。功率器件的性能。


技术研发人员：李湛明
受保护的技术使用者：苏州量芯微半导体有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/28