DE-102025145134-A1 - HALBLEITERMODUL MIT LEISTUNGSBRÜCKE FÜR INTEGRIERTE DIE-VERSCHALTUNG

Abstract

Ein Halbleitermodul kann ein erstes Substrat mit einer ersten Substratoberfläche einschließen, die einen Bereich, einen ersten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist, und einen zweiten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist, einschließt. Das Halbleitermodul kann ferner ein zweites Substrat mit einer zweiten Substratoberfläche, die sich über den Bereich erstreckt und dem ersten Halbleiter-Die, dem zweiten Halbleiter-Die und dem Bereich zugewandt ist, einschließen, wobei die zweite Substratoberfläche eine darauf ausgebildete dielektrische Schicht aufweist, auf der sich eine Metallisierungsschicht befindet, die strukturierte Metalle einschließt, die konfiguriert sind, um den ersten Halbleiter-Die und den zweiten Halbleiter-Die elektrisch miteinander und mit mindestens einem leitfähigen Element auf der ersten Substratoberfläche zu verbinden, das sich außerhalb des Bereichs befindet.

Inventors

• Christopher Lee Tessler
• Michael J. Seddon
• Dinesh Ramanathan
• Anders Soren Lind
• Vijay B. Rentala

Assignees

• SEMICONDUCTOR COMPONENTS INDUSTRIES, LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251103

Priority Date

20251031

Claims (20)

1. Halbleitermodul, umfassend: ein erstes Substrat mit einer ersten Substratoberfläche, die einen Bereich einschließt; einen ersten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist; einen zweiten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist; und ein zweites Substrat mit einer zweiten Substratoberfläche, die sich über den Bereich erstreckt und dem ersten Halbleiter-Die, dem zweiten Halbleiter-Die und dem Bereich zugewandt ist, wobei die zweite Substratoberfläche eine darauf ausgebildete dielektrische Schicht aufweist, auf der sich eine Metallisierungsschicht befindet, die strukturierte Metalle einschließt, die konfiguriert sind, um den ersten Halbleiter-Die und den zweiten Halbleiter-Die elektrisch miteinander und mit mindestens einem leitfähigen Element auf der ersten Substratoberfläche zu verbinden, das sich außerhalb des Bereichs befindet.
2. Halbleitermodul nach Anspruch 1 , wobei das zweite Substrat mindestens eines von Silicium oder Galliumnitrid umfasst.
3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 , wobei der erste Halbleiter-Die eine erste Höhe aufweist und der zweite Halbleiter-Die eine zweite Höhe aufweist, die sich von der ersten Höhe unterscheidet, und ferner umfassend: eine Höhenanpassungsstruktur zwischen dem zweiten Substrat und sowohl dem ersten Halbleiter-Die als auch dem zweiten Halbleiter-Die, die die gegenüberliegenden Außenoberflächen des Halbleitermoduls parallel zueinander hält.
4. Halbleitermodul nach Anspruch 3 , wobei die Höhenanpassungsstruktur einen ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum einschließt, die im zweiten Substrat gebildet sind und jeweils eine erste Tiefe bzw. eine zweite Tiefe aufweisen, und wobei der erste Halbleiter-Die im ersten Hohlraum und der zweite Halbleiter-Die im zweiten Hohlraum angeordnet ist.
5. Halbleitermodul nach Anspruch 4 , wobei der erste Hohlraum und der zweite Hohlraum schräge Wände aufweisen und darauf die dielektrische Schicht und die Metallisierungsschicht gebildet sind.
6. Halbleitermodul nach Anspruch 3 , wobei die Höhenanpassungsstruktur mindestens eine leitfähige Schicht einschließt, die zwischen mindestens einem von dem ersten Halbleiter-Die und dem zweiten Halbleiter-Die angeordnet ist und eine Dicke aufweist, die die gegenüberliegenden Außenoberflächen des Halbleitermoduls parallel zueinander hält.
7. Halbleitermodul nach Anspruch 1 , wobei das zweite Substrat eine Außenoberfläche aufweist, die der Oberfläche des zweiten Substrats gegenüberliegt, und ferner eine auf der Außenoberfläche ausgebildete Vorrichtung umfasst.
8. Halbleitermodul nach Anspruch 1 , wobei das zweite Substrat eine Außenoberfläche aufweist, die der Oberfläche des zweiten Substrats gegenüberliegt, und ferner einen auf der Außenoberfläche ausgebildeten Kühlkörper umfasst.
9. Halbleitermodul nach Anspruch 1 , wobei das zweite Substrat direkt mit dem ersten Substrat verbunden ist.
10. Halbleitermodul nach Anspruch 1 , ferner umfassend einen Sensor, der auf dem zweiten Substrat angeordnet ist.
11. Halbleitermodul, umfassend: ein erstes Substrat mit einer ersten Substratoberfläche, die einen Bereich einschließt; einen ersten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist und eine erste Höhe aufweist; einen zweiten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist und eine zweite Höhe aufweist; ein zweites Substrat mit einer zweiten Substratoberfläche, die sich über den Bereich erstreckt und dem ersten Halbleiter-Die, dem zweiten Halbleiter-Die und dem Bereich zugewandt ist, wobei die zweite Substratoberfläche eine darauf ausgebildete dielektrische Schicht aufweist, auf der sich eine Metallisierungsschicht befindet, die strukturierte Metalle einschließt, die konfiguriert sind, um den ersten Halbleiter-Die und den zweiten Halbleiter-Die elektrisch miteinander zu verbinden; und eine Höhenanpassungsstruktur zwischen dem zweiten Substrat und sowohl dem ersten Halbleiter-Die als auch dem zweiten Halbleiter-Die, die die gegenüberliegenden Außenoberflächen des Halbleitermoduls parallel zueinander hält.
12. Halbleitermodul nach Anspruch 11 , wobei das zweite Substrat direkt mit dem ersten Substrat verbunden ist und die strukturierten Metalle konfiguriert sind, um mindestens einen von dem ersten Halbleiter-Die und dem zweiten Halbleiter-Die elektrisch mit mindestens einem leitfähigen Element auf der Oberfläche des ersten Substrats zu verbinden, das sich außerhalb des Bereichs befindet.
13. Halbleitermodul nach Anspruch 12 , wobei die Höhenanpassungsstruktur einen ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum einschließt, die im zweiten Substrat gebildet sind und jeweils eine erste Tiefe bzw. eine zweite Tiefe aufweisen, und wobei der erste Halbleiter-Die im ersten Hohlraum und der zweite Halbleiter-Die im zweiten Hohlraum angeordnet ist.
14. Halbleitermodul nach Anspruch 13 , wobei der erste Hohlraum und der zweite Hohlraum schräge Wände aufweisen und darauf die dielektrische Schicht und die Metallisierungsschicht gebildet sind.
15. Halbleitermodul nach Anspruch 11 , wobei die Höhenanpassungsstruktur mindestens eine leitfähige Schicht einschließt, die zwischen mindestens einem von dem ersten Halbleiter-Die und dem zweiten Halbleiter-Die angeordnet ist und eine Dicke aufweist, die die gegenüberliegenden Außenoberflächen des Halbleitermoduls parallel zueinander hält.
16. Halbleitermodul nach Anspruch 11 , wobei das zweite Substrat mindestens eines von Silicium oder Galliumnitrid umfasst.
17. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls, umfassend: auf einem ersten Substrat mit einer ersten Substratoberfläche, die einen Bereich, einen ersten Halbleiter-Die und einen zweiten Halbleiter-Die, die innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet sind, einschließt; Bilden eines zweiten Substrats mit einer zweiten Substratoberfläche, auf der eine dielektrische Schicht gebildet ist, wobei eine Metallisierungsschicht auf der dielektrischen Schicht gebildet ist, die strukturierte Metalle einschließt; und Verbinden des zweiten Substrats mit dem ersten Substrat, wobei die Oberfläche des zweiten Substrats den Bereich überspannt und dem ersten Halbleiter-Die sowie einem zweiten Halbleiter-Die innerhalb des Bereichs zugewandt ist und wobei die strukturierten Metalle konfiguriert sind, um den ersten Halbleiter-Die und den zweiten Halbleiter-Die elektrisch miteinander und mit mindestens einem leitfähigen Element auf der Oberfläche des ersten Substrats zu verbinden, das sich außerhalb des Bereichs befindet.
18. Verfahren nach Anspruch 17 , ferner umfassend: Bereitstellen einer Höhenanpassungsstruktur zwischen dem zweiten Substrat und sowohl dem ersten Halbleiter-Die als auch dem zweiten Halbleiter-Die, die die gegenüberliegenden Außenoberflächen des Halbleitermoduls parallel zueinander hält.
19. Verfahren nach Anspruch 18 , ferner umfassend das Bereitstellen der Höhenanpassungsstruktur, die einschließt: Bilden eines ersten Hohlraums und eines zweiten Hohlraums im zweiten Substrat mit einer ersten bzw. einer zweiten Tiefe; Anordnen des ersten Halbleiter-Dies innerhalb des ersten Hohlraums; und Anordnen des zweiten Halbleiter-Dies innerhalb des zweiten Hohlraums.
20. Verfahren nach Anspruch 18 , ferner umfassend das Bereitstellen der Höhenanpassungsstruktur, die einschließt: Bereitstellen mindestens einer leitfähigen Schicht, die zwischen mindestens einem von dem ersten Halbleiter-Die und dem zweiten Halbleiter-Die angeordnet ist und mit einer Dicke, die die gegenüberliegenden Außenoberflächen des Halbleitermoduls parallel zueinander hält.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil von (1) der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/715,912 vom 4. November 2024 und (2) der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/736,415 vom 19. Dezember 2024 sowie der gleichzeitig eingereichten nicht-vorläufigen US-Anmeldung xx/xxx,xxx mit dem Titel SEMICONDUCTOR PACKAGING WITH EMBEDDED DEVICE AND REDISTRIBUTION LAYER, die alle hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen werden. TECHNISCHES GEBIET Diese Beschreibung bezieht sich auf Leistungshalbleiter-Bauelemente. STAND DER TECHNIK Herkömmliche Leistungshalbleitermodule können Drahtbonds nutzen, um Verbindungselemente zwischen einem Die und dem Gehäuse und/oder zwischen einzelnen Dies herzustellen. Allerdings sind Drahtbonds mit einer Anzahl von Nachteilen verknüpft, einschließlich z. B. einer erhöhter Induktivität und Widerstands, was die Schaltleistung beeinträchtigen kann. Darüber hinaus tendieren Drahtbonds dazu, ungewünscht viel Platz einzunehmen, unzuverlässig zu sein und nach dem Verbinden nur schwerlich überprüft oder nachbearbeitet werden zu können. Eine weitere weit verbreitete Technik beinhaltet die Die-Einbettung in Leistungshalbleitergehäuse. Solche Ansätze stellen den elektrischen Zugang sowohl zur Ober- als auch zur Unterseite des Leistungs-Dies bereit, was die Konnektivität verbessern kann. Solche Verfahren sind zwar für den zweiseitigen Zugang effektiv, führen aber auch zu Prozesskomplexitäten sowie Schwierigkeiten bei der Gewährleistung einheitlicher elektrischer Eigenschaften über mehrere parallele Dies hinweg und können daher beim Bereitstellen synchronisierter Umschaltung, z. B. in Halbbrücken-Konfigurationen an ihre Grenzen stoßen. Die Unfähigkeit, Widerstand und Induktivität vor der Montage zu testen und einzustellen, schränkt die Optimierung solcher Module unter anspruchsvollen Bedingungen ein. Auch herkömmliche Gehäuse für Leistungsvorrichtungen stellen oft nicht den gewünschten Zuverlässigkeitsgrad bereit. Zum Beispiel können Unterschiede in den Wärmeausdehnungseigenschaften zwischen einem Die und einem Gehäuse (z. B. aus Keramik) zu Rissen oder anderen Defekten führen. Ferner stoßen die bekannten Verfahren an ihre Grenzen, wenn es um die Herstellung kompakter Vorrichtungen geht, die gleichzeitig das gewünschte Wärmemanagement bereitstellen. Zum Beispiel sind Kühlkörper, die eine ausreichende Wärmeableitung gewährleisten, oft zu groß, um ein fertiges Gehäuse mit der gewünschten Größe zu bereitzustellen. Ferner tendieren Formmaterialien oder organische Materialien, die in eingebetteten Gehäusen verwendet werden, dazu, schlechte Wärmeleiter zu sein. Die oben genannten Schwierigkeiten und weitere werden durch die Notwendigkeit, Leistungsvorrichtungen in großem Umfang zu produzieren, noch verschärft. Daher können die derzeitigen Leistungsvorrichtungen und die zugehörigen Gehäusetechniken die Marktnachfrage nicht decken. KURZDARSTELLUNG Gemäß einem allgemeinen Aspekt umfasst ein Halbleitermodul ein erstes Substrat mit einer ersten Substratoberfläche, die einen Bereich, einen ersten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist, einen zweiten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist, und ein zweites Substrat mit einer zweiten Substratoberfläche, die den Bereich überspannt und dem ersten Halbleiter-Die, dem zweiten Halbleiter-Die und dem Bereich zugewandt ist, einschließt, wobei die zweite Substratoberfläche eine darauf ausgebildete dielektrische Schicht mit einer Metallisierungsschicht aufweist, die auf der dielektrischen Schicht gebildet ist, die strukturierte Metalle einschließt, die konfiguriert sind, um den ersten Halbleiter-Die und den zweiten Halbleiter-Die elektrisch miteinander und mit mindestens einem leitfähigen Element auf der ersten Substratoberfläche zu verbinden, das sich außerhalb des Bereichs befindet. Gemäß einem anderen allgemeinen Aspekt umfasst ein Halbleitermodul ein erstes Substrat mit einer ersten Substratoberfläche, die einen Bereich, einen ersten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist und eine erste Höhe aufweist, einen zweiten Halbleiter-Die, der innerhalb des Bereichs auf der ersten Substratoberfläche angeordnet ist und eine zweite Höhe aufweist, und ein zweites Substrat mit einer zweiten Substratoberfläche, die den Bereich überspannt und dem ersten Halbleiter-Die, dem zweiten Halbleiter-Die und dem Bereich zugewandt ist, wobei die zweite Substratoberfläche eine darauf ausgebildete dielektrische Schicht mit einer Metallisierungsschicht aufweist, die auf der dielektrischen Schicht gebildet ist, die strukturierte Metalle einschließt, die konfiguriert sind, um den ersten Halbleiter-Die und den zweiten Halbleiter-Die elektrisch miteinander zu verbinden, und eine Höhenanpassungsstruktur zwischen dem zweiten Substrat und sowohl dem ersten Halbleiter-Die als auch dem zweiten