[发明专利]一种芯片尺寸封装半导体功率器件的结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体的说，涉及一种芯片尺寸封装的沟槽式功率场效应晶体管器件的新结构。 

背景技术

从器件的物理结构来看，功率场效应晶体管(Power MOSFET)的导电沟道可分为纵向的和横向的，它具有低正向压降、高转换速度、容易栅控制等特点，在低中压电力电子应用中成为一种重要的半导体器件，目前，功率场效应晶体管作为功率开关器件已被广泛应用于各类电子、通讯产品、电脑、消费电器和汽车电子等。 

沟槽式功率场效应晶体管(Trench Power MOSFET)的导电沟道在纵的方向上，所以与普通横向的功率场效应晶体管相比，在相同面积下，具有更低的导通电阻，因其具有结构上的高效以及导通电阻特性低的优点，沟槽型功率场效应晶体管作为电源控制用电子器件已被广泛应用。 

九十年代后期，商用的沟槽式功率场效应晶体管产品开始批量投产，当时，器件的单元尺寸约为4.0um左右，发展至2010年左右，最小单元尺寸已缩小至0.8um，器件的导通电阻得到极大的改进，芯片尺寸大为缩小。随着消费电子产品微型化的趋势，对功率场效应晶体管产品的封装的要求也趋微型化，从早期的表面贴装型封装(Surface Mount)S08，然后发展至SOT-23，SC-70，SC75A，SC89等至目前的芯片尺寸封装(Chip Scale Package，简略为CSP)，封装所 占的空间愈来愈小。芯片尺寸封装(CSP)要求器件的栅极，源极和漏极都在芯片的表面上，沟槽式功率场效应晶体管的栅极，源极在芯片的表面上而漏极在芯片的背面，为了使沟槽式功率场效应晶体管可作芯片尺寸封装(CSP)，现有的技术是把漏极从衬底的背面引至外延层表面上的漏区金属垫层，图1表示出用作芯片尺寸封装(CSP)的沟槽式功率场效应晶体管金属布线的俯视结构；图2表示出横切面结构，它的缺点是在漏区金属垫层和栅极金属垫层下没有场效应晶体管单元，换言之，漏区金属垫层和栅极金属垫层处芯片区域只被用作金属垫层，没有好好地被利用。 

发明内容

本发明克服了现有器件结构的缺点，提供了一种芯片尺寸封装(CSP)的沟槽式功率场效应晶体管器件的新型结构，其较之前的芯片尺寸封装沟槽式功率场效应晶体管更有效地利用芯片面积，从而增加了器件的性能价格比。 

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下设计方案来提高器件芯片面积的使用效率： 

芯片尺寸封装(CSP)要求器件的源极金属垫层，漏极金属垫层和栅极金属垫层在芯片的表面上，新型器件的结构是：在源极金属垫层下是沟槽式场效应晶体管结构，在漏极金属垫层和栅极金属垫层下是LDMOS结构并有导电深沟槽把外延层表面的漏区连接至衬底。 

图3表示出这种新型器件在源极金属垫层下和在漏极金属垫层下的横切面结构，当器件导通时，电流从漏极金属垫层流向源极金属垫层，主要有两个路径：第一路径是电流从漏极金属垫层纵向地经导电深沟槽流向衬底与衬底背 面的金属层，然后横向地沿着衬底与衬底背面的金属层流向漏极旁边的源极衬底与衬底背面的金属层，接着向上流经衬底，外延层，导电沟道，金属插塞，源极金属垫层；第二路径是从漏极金属垫层流向漏极金属垫层下的漏区，然后横向地流经导电沟道，金属插塞至源极金属垫层，图4是横切面结构表示出电流第一路径，图5是CSP金属布线的俯视结构，表示出电流第二路径。 

图6表示出这种新型器件在源极金属垫层下和在栅极金属垫层下的横切面结构，电流从漏极金属垫层流向源极金属垫层，主要有两个路径：第一路径是电流从漏极金属垫层流进栅极金属垫层下漏极的金属插塞，然后纵向地流经导电深沟槽流向衬底与衬底背面的金属层，然后横向地沿着衬底与衬底背面的金属层流向栅极旁边的源极衬底与衬底背面的金属层，接着向上流经衬底，外延层，导电沟道，金属插塞，源极金属垫层；第二路径是电流从漏极金属垫层横向地流进栅极金属垫层下漏极的金属插塞，然后横向地流经导电沟道，源区金属插塞至源极金属垫层；图7是横切面结构表示出电流第一路径，图8是CSP金属布线的俯视结构，表示出电流第二路径。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

采用本发明所述的芯片尺寸封装沟槽式功率场效应晶体管的新型器件结构会更有效地利用芯片面积，还可以提高器件电气特性的优点指数(Ron x Qg)，从而增加了器件的性能价格比。 

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本 发明，并不构成对本发明的限制，在附图中： 

图1是芯片尺寸封装的沟槽式场效应晶体管金属布线的俯视结构示意图；