KR20180131668A - Semiconductor device with improved thermal dissipation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체에 관한 것이다. 본 발명의 일측면에 따른 실시예는 열 배출 성능이 향상된 하부 금속층을 가진 반도체를 제공한다. 열 배출 성능이 향상된 하부 금속층을 가진 반도체는, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되며, 전자가 이동하는 경로를 제공하는 에피층, 상기 에피층의 상부에 형성되며 액티브 영역 및 엣지 영역을 포함하는 상부 구조층, 및 상기 기판의 하부에 형성되는 하부 금속층을 포함하되, 상기 하부 금속층의 하면의 적어도 일부 영역에 격자 패턴이 형성된다.The present invention relates to semiconductors. An embodiment according to one aspect of the present invention provides a semiconductor having a lower metal layer with improved heat dissipation performance. A semiconductor having a lower metal layer with improved heat dissipation performance includes a substrate, an epi layer formed on the substrate and providing a path through which electrons travel, an upper layer formed on the epi layer and including an active region and an edge region, And a lower metal layer formed under the substrate, wherein a grid pattern is formed in at least a part of the lower surface of the lower metal layer.
Description
본 발명은 반도체에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductors.
반도체 장치는, 반도체 소자를 패키징하여 제조된다. 패키징은, 반도체 소자를 복수의 리드를 포함하는 리드 프레임에 고정하고, 반도체 소자의 컨택 패드와 리드를 와이어 본딩하는 과정으로 구성된다. A semiconductor device is manufactured by packaging a semiconductor device. The packaging includes a process of fixing a semiconductor element to a lead frame including a plurality of leads, and wire bonding the contact pads and the leads of the semiconductor elements.
한편, 반도체 소자가 동작함에 있어 발열은 불가피하다. 특히, 전력 반도체는, 다른 유형의 반도체 장치보다 더 많은 열을 발생하는 것으로 알려져 있다. 하지만 전력 반도체 소자의 온도가 일정 온도, 예를 들어, 125℃이상으로 상승하면, 열에 의해 전력 반도체 소자가 파괴되는 현상이 발생할 수 있다. 이 현상을 방지하기 위해 많은 열 배출 기술이 존재하는데, 보통 전력 반도체 장치의 리드 프레임 외부에 알루미늄으로 이루어진 히트 싱크를 설치하여 열적 파괴를 막는 것이 일반적이다.On the other hand, heat generation is inevitable when the semiconductor device operates. In particular, power semiconductors are known to generate more heat than other types of semiconductor devices. However, when the temperature of the power semiconductor device rises to a certain temperature, for example, 125 占 폚 or more, the power semiconductor device may be destroyed by heat. To prevent this phenomenon, there are many heat dissipating technologies. In general, it is common to install a heat sink made of aluminum outside the lead frame of a power semiconductor device to prevent thermal breakdown.
본 발명은 전력 반도체 소자의 하부 금속층의 형상을 개량하여 열 배출 성능을 향상시키고자 한다. 동시에, 이를 통해 전력 반도체 장치의 성능을 개선하고자 한다. The present invention intends to improve the shape of the lower metal layer of the power semiconductor device to improve the heat discharge performance. At the same time, it is intended to improve the performance of the power semiconductor device.
본 발명의 일측면에 따른 실시예는 열 배출 성능이 향상된 하부 금속층을 가진 반도체를 제공한다. 열 배출 성능이 향상된 하부 금속층을 가진 반도체는, 기판, 상기 기판의 상부에 형성되며, 전자가 이동하는 경로를 제공하는 에피층, 상기 에피층의 상부에 형성되며 액티브 영역 및 엣지 영역을 포함하는 상부 구조층, 및 상기 기판의 하부에 형성되는 하부 금속층을 포함하되, 상기 하부 금속층의 하면의 적어도 일부 영역에 격자 패턴이 형성된다. An embodiment according to one aspect of the present invention provides a semiconductor having a lower metal layer with improved heat dissipation performance. A semiconductor having a lower metal layer with improved heat dissipation performance includes a substrate, an epi layer formed on the substrate and providing a path through which electrons travel, an upper layer formed on the epi layer and including an active region and an edge region, And a lower metal layer formed under the substrate, wherein a grid pattern is formed in at least a part of the lower surface of the lower metal layer.
일 실시예로, 상기 격자 패턴은 양각 패턴일 수 있다. 여기서, 상기 격자 패턴은 수직 방향으로 연장된 복수의 수직 패턴 및 수평 방향으로 연장된 복수의 수평 패턴으로 구성되며, 교차하는 상기 수직 패턴과 상기 수평 패턴에 의해 정의된 영역에 얕은 트렌치가 형성될 수 있다.In one embodiment, the grid pattern may be a relief pattern. The grid pattern may include a plurality of vertical patterns extending in the vertical direction and a plurality of horizontal patterns extending in the horizontal direction, and a shallow trench may be formed in an area defined by the intersecting vertical pattern and the horizontal pattern. have.
다른 실시예로, 상기 격자 패턴은 음각 패턴일 수 있다. 여기서, 상기 격자 패턴은 수직 방향으로 연장된 복수의 수직 패턴 및 수평 방향으로 연장된 복수의 수평 패턴으로 구성되며, 상기 수직 패턴 및 상기 수평 패턴은 상기 하부 금속층을 상기 하면으로부터 내부를 향해 식각하여 형성될 수 있다.In another embodiment, the grid pattern may be a relief pattern. Here, the grid pattern may include a plurality of vertical patterns extending in the vertical direction and a plurality of horizontal patterns extending in the horizontal direction, and the vertical pattern and the horizontal pattern may be formed by etching the lower metal layer from the lower surface to the inside, .
또 다른 실시예로, 상기 격자 패턴은 상기 하면의 중앙 영역에 형성되며, 상기 중앙 영역을 둘러싸는 나머지 영역은 평평할 수 있다. In another embodiment, the grid pattern is formed in a central region of the lower surface, and the remaining region surrounding the central region may be flat.
또 다른 실시예로, 상기 격자 패턴은 상기 하면 전체에 형성될 수 있다.In another embodiment, the grid pattern may be formed on the entire lower surface.
또 다른 실시예로, 상기 격자 패턴은 수직 방향으로 연장된 복수의 수직 패턴 및 수평 방향으로 연장된 복수의 수평 패턴으로 구성되며, 상기 수직 패턴간 거리대 상기 수직 패턴의 폭의 비는 1:1 내지 20:1일 수 있다.In another embodiment, the grid pattern is composed of a plurality of vertical patterns extending in the vertical direction and a plurality of horizontal patterns extending in the horizontal direction, and the ratio of the vertical pattern distance to the vertical pattern width is 1: 1 To 20: 1.
본 발명의 실시예에 따르면, 전력 반도체 소자의 하부 금속층의 형상을 개량하여 열 배출 성능이 향상되었다. 동시에, 이를 통해 전력 반도체 장치의 성능도 향상되었다.According to the embodiment of the present invention, the shape of the lower metal layer of the power semiconductor element is improved to improve the heat discharging performance. At the same time, the performance of the power semiconductor device is improved.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다. 도면은 발명을 이해하기 위한 수단이므로, 도면에 표현된 구성 요소의 폭이나 두께 등은 실제 구현시 달라질 수 있음을 이해하여야 한다. 한편, 발명의 상세한 설명 전체에 걸쳐서 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 참조하여 설명된다.
도 1은 열 배출 특성이 향상된 전력 반도체 소자를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 반도체 소자를 제조하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 하부 금속층의 상면에 형성된 패턴과 이에 의한 열 배출 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 하부 금속층의 상면에 형성된 패턴을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 하부 금속층을 리드 프레임에 결합한 상태를 예시적으로 도시한 단면도이다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. For the sake of clarity, throughout the accompanying drawings, like elements have been assigned the same reference numerals. It is to be understood that the present invention is not limited to the embodiments illustrated in the accompanying drawings, but may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In particular, the accompanying drawings, in order to facilitate an understanding of the invention, show some of the elements in somewhat exaggerated form. It is to be understood that the breadth, thickness, etc. of the components illustrated in the figures may vary with actual implementations, since the drawings are a means for understanding the invention. In the meantime, the same components throughout the detailed description of the invention will be described with reference to the same reference numerals.
1 is a sectional view exemplarily showing a power semiconductor element with improved heat dissipation characteristics.
FIG. 2 is a view illustrating a process of manufacturing the power semiconductor device shown in FIG. 1. Referring to FIG.
FIG. 3 is a view for explaining patterns formed on the upper surface of the lower metal layer and heat discharge characteristics therefrom.
FIG. 4 is a view illustrating a pattern formed on the upper surface of the lower metal layer shown in FIG. 1. FIG.
5 is a cross-sectional view illustrating a state in which the lower metal layer shown in FIG. 4 is coupled to the lead frame.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "위(on)"에 존재하는 것으로 또는 "위로(onto)" 확장되는 것으로 기술되는 경우, 그 요소는 다른 요소의 직접 위에 있거나 직접 위로 확장될 수 있고, 또는 중간의 개입 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 하나의 요소가 다른 요소 "바로 위(directly on)"에 있거나 "바로 위로(directly onto)" 확장된다고 언급되는 경우, 다른 중간 요소들은 존재하지 않는다. 또한, 하나의 요소가 다른 요소에 "연결(connected)"되거나 "결합(coupled)"된다고 기술되는 경우, 그 요소는 다른 요소에 직접 연결되거나 직접 결합될 수 있고, 또는 중간의 개입 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 하나의 요소가 다른 요소에 "직접 연결(directly connected)"되거나 "직접 결합(directly coupled)"된다고 기술되는 경우에는 다른 중간 요소가 존재하지 않는다.Where an element such as a layer, region or substrate is described as being "on" or "onto" another element, the element may be directly on top of another element or may extend directly over it , Or an intervening element may exist. On the other hand, if one element is referred to as being "directly on" another element or "directly onto" another element, there are no other intermediate elements. Also, when an element is described as being "connected" or "coupled" to another element, the element may be directly connected to or directly coupled to another element, or an intermediate intervening element may be present have. On the other hand, if one element is described as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no other intermediate elements.
"아래의(below)" 또는 "위의(above)" 또는 "상부의(upper)" 또는 "하부의(lower)" 또는 "수평의(horizontal)" 또는 "측면의(lateral)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적인 용어들은 여기에서 도면에 도시된 바와 같이 하나의 요소, 층 또는 영역의 다른 요소, 층 또는 영역에 대한 관계를 기술하는데 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면에 묘사된 방향(orientation)에 부가하여 장치의 다른 방향을 포괄하기 위한 의도를 갖는 것으로 이해되어야 한다.The terms "below" or "above" or "upper" or "lower" or "horizontal" or "lateral" Relative terms such as " vertical "may be used herein to describe a relationship to another element, layer or region of an element, layer or region, as shown in the figures. It should be understood that these terms are intended to encompass different orientations of the device in addition to the orientation depicted in the figures.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 이해를 돕기 위해, 일반적인 구조의 전력 반도체 소자를 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 전력 반도체 장치에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For ease of understanding, a power semiconductor device of a general structure is described as an example, but the present invention is not limited to a power semiconductor device.
도 1은 열 배출 특성이 향상된 전력 반도체 소자를 예시적으로 도시한 단면도이다.1 is a sectional view exemplarily showing a power semiconductor element with improved heat dissipation characteristics.
도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 전력 반도체 소자(200)는 기판(10), 에피층(11), 상부 구조층(12)를 기본적으로 포함한다. 전력 반도체 소자(200)를 패키징하기 위해서, 기판(10)의 하면에 하부 금속층(100)이 형성된다. 도전성 솔더 물질(14)은 하부 금속층(100)과 리드 프레임(13) 사이에 개재되어 전력 반도체 소자(200)를 리드 프레임(13)에 고정시킨다. Referring to FIGS. 1 (a) and 1 (b), a
상부 구조층(12)은 액티브 영역 및 엣지 영역을 포함한다. 액티브 영역의 구조에 따라 전력 반도체 소자(200)는 다이오드 또는 트랜지스터로 동작하게 된다. 트랜지스터는 구조에 따라 IGBT(Insulated gate bipolar transistor), 전력 MOSFET(Power MOSFET), MISFET 등 다양한 전력 반도체 소자(200)가 구현될 수 있다. 한편, 엣지 영역은 전력 반도체 소자(200)의 측면에 걸리는 전계를 완화시켜 내압을 향상시키는 기능을 하며, 액티브 영역과 마찬가지로, 다양한 구조로 형성될 수 있다.The
에피층(11)은 전자가 이동하는 경로를 제공한다. 에피층(11)은 기판(10)에 에피텍셜 성장을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 에피층(11)은 N형 불순물로 도핑될 수 있다. The
기판(10)의 하면에는 하부 금속층(100)이 형성된다. 하부 금속층(100)은 전력 반도체 소자(200)의 유형에 따라 콜렉터 또는 드레인으로 지칭된다. 하부 금속층(100)은 기판(10)과 Ohmic contact을 형성하여 액티브 영역과 리드 프레임(13)가 전기적 경로를 연결하는 역할을 한다. 동시에, 하부 금속층(100)은 전력 반도체 소자(200)가 발생한 열을 리드 프레임(13)으로 전달하는 역할을 한다. 또한, 하부 금속층(100)은 전력 반도체 소자(200)를 리드 프레임(13)에 고정시키기 위한 중간 매체 역할을 한다. 여기서, 기판(10)은 N형 불순물로 도핑될 수 있다. A
한편, 하부 금속층(100)의 표면은 평평하지 않다. 상세하게, 하부 금속층(100)의 하면 일부 영역에 얕은 트렌치(101)가 형성되어 있다. 얕은 트렌치(101)의 폭, 얕은 트렌치(101)간 간격(피치), 얕은 트렌치(101)의 깊이는 변경될 수 있다. 일반적인 전력 반도체 소자의 하부 금속층은 실질적으로 평평하게 형성된다. 이에 반해, 하부 금속층(100)이 솔더 물질(14)과 접하는 면적은 얕은 트렌치(101)로 인해 일반적인 전력 반도체 소자의 하부 금속층이 솔더 물질(14)과 접하는 면적보다 증가된다. 증가된 면적은 전력 반도체 소자(200)가 발생한 열을 솔더 물질(14)을 통해 리드 프레임(13)으로 더 많이 및/또는 더 빨리 배출할 수 있도록 한다. On the other hand, the surface of the
도 1의 (a)는 솔더 물질(14)이 얕은 트렌치(101) 내부 공간을 실질적으로 전부 충진한 경우를 도시하고 있으며, (b)는 솔더 물질(14)이 얕은 트렌치(101) 내부 공간의 일부만 충진한 경우를 도시하고 있다. (b)와 같이 얕은 트렌치(101) 내부 공간의 일부만 충진된 경우, 나머지 공간에 공극(103)이 생성될 수 있다. 일 실시예로, 공극(103)은, 하부 금속층(100)에 형성된 모든 얕은 트렌치(101)에 생성될 수 있다. 다른 실시예로, 공극(103)은 하부 금속층(100)에 형성된 얕은 트렌치(101)의 일부에 생성될 수 있다. 공극(103)에 따른 효과는 이하에서 도 3 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.1 (a) shows a case where the
도 2는 도 1에 도시된 전력 반도체 소자를 제조하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view illustrating a process of manufacturing the power semiconductor device shown in FIG. 1. Referring to FIG.
단계 (a)에서, 에피층(12)이 기판(10)의 상부에 소정 두께로 형성된다. 상부 구조층(12)은 에피층(12)의 상부에 형성된다. 상부 구조층(12)이 형성된 후, 기판(10)을 뒤집는다. 이하부터는 기판(10)의 일면과 접하는 하부 금속층(100)의 일면을 하부 금속층(100)의 하면이라 지칭하며, 대향하는 하부 금속층(100)의 타면을 상면이라 지칭하기로 한다. 같은 방식으로, 하부 금속층(100)의 하면과 접하는 기판(10)의 일면을 기판(10)의 상면이라 지칭하기로 한다.In step (a), an
단계 (b)에서, 하부 금속층(100')은 Ni, Ag, Ti, Pt, Al 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 이용하여 기판(10)의 상면에 형성될 수 있다. 하부 금속층(100')은 Ni, Ag, Ti, Pt, Al 중 둘 이상 또는 이들의 합금을 적층하여 형성될 수도 있다. Ni, Ag, Ti, Pt, Al 중 둘 이상 또는 이들의 합금을 적층하여 하부 금속층(100')을 형성하는 경우, 각 금속층 또는 합금층의 두께는 상이할 수 있다.In step (b), the lower metal layer 100 'may be formed on the upper surface of the
단계 (c)에서, 얕은 트렌치(101)가 하부 금속층(100)의 상면에 형성된다. 얕은 트렌치(101)는 실질적으로 동일한 피치 또는 상이한 피치로 하부 금속층(100)의 상면에 형성되어 일정한 패턴, 예를 들어, 격자 패턴을 형성할 수 있다. 얕은 트렌치(101)는 하부 금속층(100)의 상면을 일정 깊이로 식각하여 형성되거나, 스크래핑, 열처리 등 다양한 공정을 이용하여 형성될 수 있다.In step (c), a
도 3은 하부 금속층의 상면에 형성된 패턴과 이에 의한 열 배출 특성을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining patterns formed on the upper surface of the lower metal layer and heat discharge characteristics therefrom.
(a)는 상면(31)이 실질적으로 평평한 하부 금속층(30)을 갖는 전력 반도체 소자를 나타내고 있다. 전력 반도체 소자의 중앙부에는 액티브 영역이 형성되며, 주변에는 엣지 영역이 형성된다. 한편, 도시되지 않았으나, 전력 반도체 소자의 상면에는 리드 프레임(13)과의 전기적인 연결을 위해 게이트 컨택 및 소스 컨택이 형성된다. 이러한 구조에서, 소스 컨택을 통해 공급된 전자들의 대부분은 최단 경로를 형성하는 하부 금속층의 중심부를 통과한다. 이로 인해 고온 영역(32)이 하부 금속층의 중앙 영역에 형성되어 열 파괴 현상을 유발한다. (a) shows a power semiconductor device in which the
(b)와 (c)는 패턴이 형성된 하부 금속층(100)의 상면을 나타내고 있다. (b)는 패턴(110)이 하부 금속층(100)의 상면 전체에 형성된 실시예를 나타내며, (c)는 패턴(140)이 하부 금속층(100)의 상면 중앙 영역에 형성되며, 나머지 영역은 실질적으로 평평하게 형성된 실시예를 나타내고 있다. (b)와 (c)에서, 패턴은 격자 형태로 형성될 수 있다.(b) and (c) show the upper surface of the
(b)와 (c)에 도시된 격자 형태의 패턴이 형성된 하부 금속층(100)은 (a)에 도시된 하부 금속층(30)에 비해 열을 더 많이 및/또는 더 빨리 배출할 수 있다. (b)와 (c)에 도시된 격자 형태의 패턴에 의해서, 하부 금속층(100)과 솔더 물질이 접하는 면적은 증가할 수 있다. 접하는 면적이 증가하게 되면, 열 저항이 감소하게 되어 결과적으로 패턴이 형성된 영역의 온도 상승이 억제된다.the
여기서, 고온 영역(120)의 면적은 격자 패턴에 의한 솔더 물질(14)과 하부 금속층(100)간의 결합 상태에 따라 달라질 수 있다. 또한 전력 반도체 소자의 성능도 격자 패턴에 의한 솔더 물질(14)과 하부 금속층(100)간의 결합 상태에 따라 달라질 수 있다. Here, the area of the high-
하부 금속층(100)의 격자 패턴과 솔더 물질(14) 사이에 공극(void)이 존재하면, 전류가 흐를 수 있는 경로는 격자 패턴으로 제한된다. 이로 인해, 전류 분산 효과가 발생하고, 그에 따라 열 분산 효과도 발생한다. 상세하게 설명하면, (a)에 도시된 바와 같이 하부 금속층(30)의 중앙 영역에 집중되던 전류는, (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 격자 패턴을 따라 분산되게 된다. 전류가 분산되므로, 전류에 의한 열 또한 분산되어 고온 영역(120)이 확장되는 효과가 발생한다. 여기서, 전류 분산은 전력 반도체 소자의 소자 활용율을 증가시키는 효과도 가진다. 최단 경로를 따라서 흐르는 전자의 특성으로 인해서, 실질적으로 평평한 하부 금속층(30)이 적용된 일반적인 전력 반도체에서는, 전체 액티브 영역 중 중앙부에 위치한 액티브 영역만이 실질적으로 동작하는 현상이 발생한다. 이에 반해, 격자 패턴으로 인해 전류 경로가 분산됨으로써, 중앙부 외곽에 위치한 액티브 영역도 동작하게 된다. If there is a void between the grid pattern of the
하부 금속층(100)이 격자 패턴과 솔더 물질(14) 사이에 공극이 존재하지 않으면, 열 배출 성능은 향상되지만, 전류 분산 효과는 미미하게 된다. 즉, 열 저항은 상대적으로 크게 감소하지만, 고온 영역(120)은 실질적으로 확장되지 않는다. If there is no gap between the grid pattern and the
도 4는 도 1에 도시된 하부 금속층의 상면에 형성된 패턴을 예시적으로 도시한 도면으로서, (a)는 양각의 격자 패턴을 도시하고 있으며, (b)는 음각의 격자 패턴을 도시하고 있다. Fig. 4 exemplarily shows a pattern formed on the upper surface of the lower metal layer shown in Fig. 1, wherein (a) shows a grating pattern of a relief, and Fig. 4 (b) shows a grating pattern of a relief.
(a)에서, 제1 간격 Wt1로 이격되어 배열된 복수의 수직 패턴(101C)과 제2 간격 Wt2로 이격되어 배열된 복수의 수평 패턴(101R)은 서로 교차하여 사각형의 영역을 정의한다. 수직 패턴(101C)은 폭 Wp1을 가지며, 수평 패턴(101R)은 폭 Wp2를 갖는다. 여기서, 폭 Wp1과 폭 Wp2는 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 한편, 복수의 수직 패턴(101C) 각각의 폭 Wp1은 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 유사하게, 복수의 수평 패턴(101R) 각각의 폭 Wp2 역시 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 일 실시예로, 복수의 수직 패턴(101C)과 복수의 수평 패턴(101R)에 의해 정의되는 영역은 정사각형상일 수 있다. 여기서, 폭 Wp1은 폭 Wp2와 실질적으로 동일할 수 있으며, 간격 Wt1/폭 Wp1(또는 간격 Wt2/폭 Wp2)는 약 1 내지 약 20일 수 있다. (a), a plurality of
얕은 트렌치(101)는 정의된 사각형 영역에 형성된다. 얕은 트렌치(101)는 사각형 영역을 깊이 Dt 만큼 식각하여 형성될 수 있다. 깊이 Dt의 최대값은 하부 금속층의 두께 Tm을 초과하지 않는 것이 바람직하다. 일 실시예로, 두께 Tm/깊이 Dt는 약 1 내지 약 6일 수 있다. A
수평 또는 수직 단면이 사각형인 얕은 트렌치(101)에 의해 하부 금속층(100)이 솔더 물질(13)과 접촉하는 면적은 증가한다. 1개의 얕은 트렌치(100)에 의해 증가된 면적은 (2 x Dt x Wt1 + 2 x Dt x Wt2)이며, 하부 금속층(100)에 형성된 얕은 트렌치(101)의 수를 곱하면 총 증가 면적이 산출될 수 있다. 접촉 면적이 증가됨에 따라 전력 반도체 소자에서 발생된 열이 신속하게 배출될 수 있으므로, 열 저항이 감소되며, 이로 인해 전력 반도체 소자의 성능이 향상될 수 있다. 또한, 격자 형태의 패턴으로 인해 최단 경로가 분산되므로, 중앙부에 집중되던 활성화된 액티브 영역이 확장될 수 있다. The area in which the
(b)에서, 제1 간격 Wt1로 이격되어 배열된 복수의 수직 패턴(1012C)과 제2 간격 Wt2로 이격되어 배열된 복수의 수평 패턴(102R)은 서로 교차하여 사각형의 영역을 정의한다. 수직 패턴(102C)은 폭 Wp1을 가지며, 수평 패턴(102R)은 폭 Wp2를 갖는다. 여기서, 폭 Wp1과 폭 Wp2는 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 한편, 복수의 수직 패턴(102C) 각각의 폭 Wp1은 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 유사하게, 복수의 수평 패턴(102R) 각각의 폭 Wp2 역시 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 일 실시예로, 복수의 수직 패턴(102C)과 복수의 수평 패턴(102R)에 의해 정의되는 영역은 정사각형상일 수 있다. 여기서, 폭 Wp1은 폭 Wp2와 실질적으로 동일할 수 있으며, 간격 Wt1/폭 Wp1(또는 간격 Wt2/폭 Wp2)는 약 1 내지 약 20일 수 있다. (b), a plurality of vertical patterns 1012C arranged at a first interval Wt1 and a plurality of
복수의 수직 패턴(1012C)과 복수의 수평 패턴(102R)을 식각한다. 복수의 수직 패턴(1012C)과 복수의 수평 패턴(102R)은 깊이 Dt 만큼 식각될 수 있다. 즉, 복수의 수직 패턴(1012C)과 복수의 수평 패턴(102R)은 식각되어 수평 및 수직 방향으로 연장된 복수의 얕은 트렌치가 형성된다. 식각된 복수의 수직 패턴(1012C)과 복수의 수평 패턴(102R)에 의해 복수의 사각형 기둥(102)이 형성된다. 깊이 Dt의 최대값은 하부 금속층의 두께 Tm을 초과하지 않는 것이 바람직하다. 일 실시예로, 두께 Tm/깊이 Dt는 약 1 내지 약 6일 수 있다. A plurality of vertical patterns 1012C and a plurality of
식각된 복수의 수직 패턴(1012C)과 복수의 수평 패턴(102R)에 의해 하부 금속층(100)이 솔더 물질(13)과 접촉하는 면적은 증가한다. 1개의 사각형 기둥(102)에 의해 증가된 면적은 (2 x Dt x Wt1 + 2 x Dt x Wt2)이며, 하부 금속층(100)에 형성된 사각형 기둥(102)의 수를 곱하면 총 증가 면적이 산출될 수 있다. 접촉 면적이 증가됨에 따라 전력 반도체 소자에서 발생된 열이 신속하게 배출될 수 있으므로, 열 저항이 감소되며, 이로 인해 전력 반도체 소자의 성능이 향상될 수 있다. 또한, 격자 형태의 패턴으로 인해 최단 경로가 분산되므로, 중앙부에 집중되던 활성화된 액티브 영역이 확장될 수 있다.The area in which the
도 5는 도 4에 도시된 하부 금속층을 리드 프레임에 결합한 상태를 예시적으로 도시한 단면도이며, (a)는 실질적으로 평평한 하부 금속층(100')이 리드 프레임(13)에 고정된 상태이고, (b)는 도 4의 (a)에 도시된 하부 금속층(100)이 리드 프레임(13)에 고정된 상태이며, (c)는 도 4의 (b)에 도시된 하부 금속층(100)이 리드 프레임에 고정된 상태를 나타내고 있다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which the lower metal layer shown in FIG. 4 is coupled to the lead frame. FIG. 5 (a) is a state in which the substantially flat lower metal layer 100 'is fixed to the
(a)에서, 표면이 실질적으로 평평한 하부 금속층(100')은 솔더 물질(14)을 이용하여 리드 프레임(13)에 고정된다. (a), the bottom metal layer 100 ', the surface of which is substantially flat, is fixed to the
(b)에서, 얕은 트렌치(101)가 형성된 하부 금속층(100)이 솔더 물질(14)에 의해 리드 프레임(13)에 고정된다. 하부 금속층(100)과 리드 프레임(13) 사이에 개재된 솔더 물질(14)은 얕은 트렌치(101) 내부를 충진한다. 따라서 (a)와 동일한 양의 솔더 물질(14)이 적용된 경우, 수직 패턴(100C)과 리드 프레임(13) 사이 거리 d1은 (a)에 표시된 하부 금속층(100')과 리드 프레임(13) 사이 거리 d0보다 작아질 수 있다. 따라서, 대부분의 전자는 수직 패턴(100C)을 통과하여 리드 프레임(13)으로 이동하게 된다. 한편, 복수의 얕은 트렌치(101)는 수직 및 수평 패턴(101R, 101C)에 의해 고립되어 형성되므로, 솔더 물질(14)이 얕은 트렌치(101) 내부를 완벽히 충진하지 못해서 얕은 트렌치(101) 내부에 공극이 발생할 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 전류 분산 및 이에 따른 열 분산 효과가 발생할 수 있다. 하부 금속층(100)과 리드 프레임(13)간 고정 공정을 실질적으로 진공인 챔버 내에서 진행할 수 있다.the
(c)에서, 수평 및 수직 패턴(101R, 101C)이 식각된 하부 금속층(100)이 솔더 물질(14)에 의해 리드 프레임(13)에 고정된다. 하부 금속층(100)과 리드 프레임(13) 사이에 개재된 솔더 물질(14)은 식각된 수평 및 수직 패턴(101R, 101C) 내부를 충진한다. 따라서 (a)와 동일한 양의 솔더 물질(14)이 적용된 경우, 수직 패턴(100C)과 리드 프레임(13) 사이 거리 d2는 (a)에 표시된 하부 금속층(100')과 리드 프레임(13) 사이 거리 d0보다 작지만, (b)에 표시된 d1보다는 클 수 있다. 따라서, 대부분의 전자는 사각형 기둥(102)을 통과하여 리드 프레임(13)으로 이동하게 된다. 한편, 식각된 수평 및 수직 패턴(101R, 110C) 내부의 일부만을 솔더 물질로 충진하여 공극을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 전류 경로가 분산되는 효과와 함께 열 분산 효과가 발생할 수 있다. the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is intended that the present invention covers the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. .
Claims (8)
상기 기판의 상부에 형성되며, 전자가 이동하는 경로를 제공하는 에피층;
상기 에피층의 상부에 형성되며 액티브 영역 및 엣지 영역을 포함하는 상부 구조층; 및
상기 기판의 하부에 형성되는 하부 금속층을 포함하되,
상기 하부 금속층의 하면의 적어도 일부 영역에 격자 패턴이 형성된 열 배출 성능이 향상된 하부 금속층을 가진 반도체. Board;
An epi layer formed on the substrate, the epi layer providing a path through which electrons travel;
An upper structure layer formed on the epi layer and including an active region and an edge region; And
And a lower metal layer formed under the substrate,
And a lower metal layer having improved heat discharging performance in which a lattice pattern is formed in at least a part of the lower surface of the lower metal layer.
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KR100194668B1 (en) * | 1995-12-05 | 1999-07-01 | 윤종용 | Insulated Gate Bipolar Transistors for Power |
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JP2014175604A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Semiconductor device and attachment structure of semiconductor element |
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