[發明專利]具有被減薄的襯底的垂直半導體器件

有效

• 申請號: 201180059579.3
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN103339732A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: S.B.莫林;M.A.斯圖伯
• 申請（專利權）人: IO半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L23/48
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 史新宏

相關申請的交叉引用

本申請要求2010年10月12日提交的美國臨時專利申請No.61/392,419的優先權，其通過引用全部結合于此。

背景技術

半導體功率器件在二十世紀五十年代早期就投入使用。它們是在功率電子電路中用作開關或整流器的專門器件。半導體功率器件的特點在于它們能夠承受高電壓和大電流以及與高功率運行相關的高溫。例如，開關調壓器包括兩個功率器件，該兩個功率器件以同步的方式不斷地導通和截止以調整電壓。在此情形下的功率器件需要在導通狀態下承受系統級的電流，在截止狀態下承受電源的全部電勢，并且散發大量的熱。理想的功率器件能在高功率條件下運行，能在導通和截止狀態之間快速切換，并且具有低的熱阻。

采用金屬氧化物半導體場效晶體管（MOSFET）技術制得的標準功率器件結構是垂直擴散金屬氧化物半導體（VDMOS，Vertical?Diffused?Metal-Oxide?Semiconductor）結構。VDMOS結構也稱為雙擴散MOS（DMOS，Double-diffused?MOS）。采用術語垂直是因為電流垂直地流過該器件，并且采用術語擴散是因為溝道和源極區域通過擴散處理步驟制成。可參考圖1描述該結構。

圖1示出了VDMOS功率器件100的截面圖。功率器件100包括一個或多個源極電極101、漏極電極102和柵極電極103。源極區域104是n型VDMOS器件中的N+摻雜區域。與標準的MOSFET構造相比，源極區域104在柵極絕緣體106下方設置柵極105的任一側。溝道區域107是n型VDMOS器件中的P+摻雜區域，并且它們設置在漏極區域108和源極區域104之間。在n型VDMOS器件中，施加給柵極電極103的高電壓將反轉源極區域104和漏極區域108之間的溝道區域107。與采用相同芯片面積實現的標準MOSFET相比，該構造允許功率器件100承受截止狀態下的高電壓和導通狀態下的高電流二者。功率器件100的溝道寬度是具有相同芯片面積的傳統MOSFET的兩倍，因此允許功率器件100承受大電流。另外，在傳統MOSFET中通常為溝道長度的尺寸不影響擊穿電壓。然而，漏極區域108的厚度和摻雜決定了功率器件100的擊穿電壓。當在常規的體半導體工藝中制作VDMOS器件時，漏極區域108通常為器件襯底。

VDMOS功率器件100具有一定的缺點而限制其成為理想的功率器件。例如，存在由漏極區域108和溝道區域107之間的邊界形成的大的結電容。該電容通常是由于由尺寸111設定的面積成分和由尺寸110設定的深度成分引起。因為由漏極區域108和溝道區域107形成的結必須在功率器件100切換時充電或放電，所以該結的電容降低了功率器件100的性能。另外，因為面積成分受限，所以不能分別接觸源極區域104和溝道區域107，這是由于諸如源極電極101的電極常常要占用很大的面積。此外，功率器件100具有很差的熱性能，因為它制作在體半導體上。制作在體半導體中的功率器件典型地具有約200μm的最小晶片厚度，這是由于在將大尺寸晶片處理變薄時晶片破裂的可能性很高。因為硅襯底的熱阻與硅襯底的厚度成比例，所以在體半導體上制作功率器件在熱性能方面是有問題的。集成電路中的高熱量可能使其器件的電特性偏移到期望的范圍之外，導致關鍵設計的失敗。器件中殘留的不確定的過剩熱量可能會以翹曲或者材料熔化的形式在器件的電路中導致永久且關鍵的失敗。

另外，層轉移技術典型地在各個處理階段涉及一對半導體晶片，該一對半導體晶片通過直接接合、分子接合或粘結接合而接合在一起。如果晶片之一是絕緣體上半導體（SOI）晶片或絕緣體上硅晶片且其襯底被去除以暴露出埋設的氧化物，則所形成的結構將包括一器件層，該器件層相對于其原始方位而被倒置并且被從SOI晶片轉移到新的處理晶片。