功率金氧半导体场效晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种功率金氧半导体场效晶体管及其制作方法。一种功率金氧半导体场效晶体管包括基材、介电层、多个焊球、第一及第二图案化金属层；基材包括有源表面、背面、位于有源表面的源极区与栅极区及位于背面的漏极区；第一图案化金属层设置于有源表面并包括源极电极、栅极电极、漏极电极及连接线路；源极及栅极电极电性连接源极及栅极区，连接线路位于基材的边缘并电性连接漏极电极；介电层设置于有源表面上并暴露第一图案化金属层；第二图案化金属层包括多个覆盖源极、栅极及漏极电极的球底金属层及覆盖连接线路并延伸至边缘以电性连接漏极区的连接金属层；焊球设置于球底金属层上。本发明专利技术可提升功率金氧半导体场效晶体管的电性效能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种半导体元件及其制作方法，且特别是有关于一种功率金氧半导体场效晶体管及其制作方法。
技术介绍
在现有的半导体装置中，功率金氧半导体场效晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,简称：MOSFET)被用在大量电子设备，包括电源、汽车电子、电脑和电池推动装置如移动电话中。功率金氧半导体场效晶体管可以用于各种各样的应用，例如将电源连接至具有负荷的特定电子装置的开关。功率金氧半导体场效晶体管通过将适当电压施加至功率金氧半导体场效晶体管的栅极，以导通此装置而形成连接功率金氧半导体场效晶体管的源极(source)和漏极(drain)的通道，允许电流流动。在功率金氧半导体场效晶体管导通时，电流和电压之间的关系呈线性关系，使此装置可当作电阻之用。一般而言，晶体管(包括功率金氧半导体场效晶体管在内)在导通的状态下应具有较低的漏极/源极电阻(drain-source resistance)。垂直式功率金氧半导体场效晶体管就是通过将漏极设置于与源极接点的表面相反的表面上来达到低漏极/源极电阻的功效。将漏极设置于与源极接点相反的表面上可缩短电流的传导路径，因而可降低漏极/源极电阻。然而，利用晶圆级芯片规模封装(Wafer Level Chip Scale Packaging,简称：WLCSP)来封装晶体管时，需要将所有接点(包括源极接点、漏极接点和栅极接点)设置于封装体的相同表面(同一侧)，如此配置才可将封装体中连接至各个晶体管端子的表面轻易地利用焊球连接至电路板上。因此，将漏极和漏极接点设置于与源极接点的表面相反的表面会提高功率金氧半导体场效晶体管的封装难度，因为此配置必须同时对该封装体的相对两侧提供电性连接。因此，目前业界仍极需一种可使功率金氧半导体场效晶体管维持良好
电性效能及低漏极/源极电阻的封装方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种功率金氧半导体场效晶体管及其制作方法，其可提升功率金氧半导体场效晶体管的电性效能。本专利技术的功率金氧半导体场效晶体管包括一基材、一第一图案化金属层、一图案化介电层、一第二图案化金属层以及多个焊球。基材包括一有源表面、相对有源表面的一背面、一源极区、一栅极区以及一漏极区。源极区以及栅极区位于有源表面，而漏极区位于背面。第一图案化金属层设置于有源表面上并包括一源极电极、一栅极电极、一漏极电极以及一连接线路。源极电极以及栅极电极分别电性连接至源极区以及栅极区。连接线路位于基材的一边缘并与漏极电极电性连接。图案化介电层设置于有源表面上并暴露第一图案化金属层。第二图案化金属层包括多个球底金属层以及一连接金属层。球底金属层分别覆盖源极电极、栅极电极及漏极电极。连接金属层覆盖并连接连接线路并延伸至边缘以通过边缘电性连接至漏极区。焊球分别设置于球底金属层上。本专利技术的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法包括下列步骤。首先，提供晶圆。晶圆包括多个芯片。各芯片包括有源表面、相对有源表面的背面、第一图案化金属层、源极区、栅极区以及漏极区。第一图案化金属层包括源极电极、栅极电极、漏极电极以及连接线路。源极电极以及栅极电极分别电性连接至位于有源表面的源极区以及栅极区。连接线路位于各芯片的边缘并与漏极电极电性连接。漏极区位于背面。接着，形成图案化介电层在有源表面上并暴露第一图案化金属层。接着，形成第二图案化金属层在第一图案化金属层上。第二图案化金属层包括多个球底金属层以及连接金属层。球底金属层分别覆盖源极电极、栅极电极及漏极电极。连接金属层覆盖并连接连接线路并延伸至边缘以通过边缘电性连接至漏极区。之后，形成多个焊球在球底金属层上。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管还包括图案化保护层，设置于有源表面上并暴露第一图案化金属层，图案化介电层设置于图案化保护层上。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管还包括种子层，设置于第一图案化金属层以及第二图案化金属层之间。在本专利技术的一实施例中，上述的连接金属层由边缘延伸至芯片的侧面，以电性连接至位于背面的漏极区。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管还包括硅通孔，贯穿基材以连通有源表面以及背面，连接金属层电性连接硅通孔，以通过硅通孔电性连接至位于背面的漏极区。在本专利技术的一实施例中，上述的连接线路的厚度介于3微米(μm)至5微米之间。在本专利技术的一实施例中，上述的第二图案化金属层的厚度介于8微米至10微米之间。在本专利技术的一实施例中，上述的第二图案化金属层的材料包括锡或银。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管还包括金属涂层，覆盖背面。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法，还包括：在形成图案化介电层在有源表面上之前，形成图案化保护层在有源表面上并暴露第一图案化金属层，图案化介电层覆盖图案化保护层。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法，还包括：在形成第二图案化金属层在第一图案化金属层上之前，形成种子层，种子层覆盖图案化介电层以及被图案化介电层暴露的第一图案化金属层。接着，形成图案化光阻层在种子层上，图案化光阻层暴露位于第一图案化金属层及其周围的部分图案化介电层上的种子层。在本专利技术的一实施例中，上述的第二图案化金属层形成于被图案化光阻层暴露的种子层上。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法还包括：在形成第二图案化金属层在第一图案化金属层上之后，移除图案化光阻层。接着，移除被第二图案化金属层所暴露的种子层。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法还包括：形成硅通孔，贯穿基材以连通有源表面以及背面，其中连接金属层电性连接硅通孔。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法，还包括：由背面对芯片进行减薄处理。在本专利技术的一实施例中，上述的减薄处理包括机械研磨。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法，还包括：形成金属涂层于背面。在本专利技术的一实施例中，上述的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法，还包括：对晶圆进行单体化处理，以形成多个彼此分离的功率金氧半导体场效晶体管。基于上述，本专利技术的功率金氧半导体场效晶体管的制作方法利用同一处理同时形成覆盖栅极电极、源极电极与漏极电极的球底金属层以及位于芯片的边缘区且与漏极电极电性连接的连接金属层。并且，此连接金属层延伸至芯片的边缘，以通过此边缘电性连接至位于芯片的背面的漏极区。如此配置，漏极区可配置于芯片的背面，使漏极区与源极区位于芯片的相对两表面，缩短电流的传导路径，因而可降低漏极/源极电阻。并且，漏极电极可配置于芯片的有源表面，再通过连接线路延伸至芯片的边缘区，以通过连接金属层由芯片的边缘电性连接至位于芯片的背面的漏极区，因而使栅极电极、源极电极与漏极电极都可配置于芯片的有源表面，以方便功率金氧半导体场效晶体管通过焊球电性连接至外接电路板上。并且，用以电性连接漏极电极与漏极区的连接金属层是利用与球底金属层同一电镀处理而形成，因此无需增加额外的处理步骤。此外，由于连接金属层是通过电镀处理而形成，因而相较于通过溅镀处理所形成的漏极电极以及连接线路(即，第一图案化金属层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，包括：基材，包括有源表面、相对所述有源表面的背面、源极区、栅极区以及漏极区，所述源极区以及所述栅极区位于所述有源表面，所述漏极区位于所述背面；第一图案化金属层，设置于所述有源表面上并包括源极电极、栅极电极、漏极电极以及连接线路，所述源极电极以及所述栅极电极分别电性连接至所述源极区以及所述栅极区，所述连接线路位于所述基材的边缘并与所述漏极电极电性连接；图案化介电层，设置于所述有源表面上并暴露所述第一图案化金属层；第二图案化金属层，包括多个球底金属层以及连接金属层，该些球底金属层分别覆盖所述源极电极、所述栅极电极及所述漏极电极，所述连接金属层覆盖并连接所述连接线路并延伸至所述边缘以通过所述边缘电性连接至所述漏极区；以及多个焊球，分别设置于该些球底金属层上。

【技术特征摘要】
2015.04.15 TW 1041120611.一种功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，包括：基材，包括有源表面、相对所述有源表面的背面、源极区、栅极区以及漏极区，所述源极区以及所述栅极区位于所述有源表面，所述漏极区位于所述背面；第一图案化金属层，设置于所述有源表面上并包括源极电极、栅极电极、漏极电极以及连接线路，所述源极电极以及所述栅极电极分别电性连接至所述源极区以及所述栅极区，所述连接线路位于所述基材的边缘并与所述漏极电极电性连接；图案化介电层，设置于所述有源表面上并暴露所述第一图案化金属层；第二图案化金属层，包括多个球底金属层以及连接金属层，该些球底金属层分别覆盖所述源极电极、所述栅极电极及所述漏极电极，所述连接金属层覆盖并连接所述连接线路并延伸至所述边缘以通过所述边缘电性连接至所述漏极区；以及多个焊球，分别设置于该些球底金属层上。2.根据权利要求1所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，还包括：图案化保护层，设置于所述有源表面上并暴露所述第一图案化金属层，所述图案化介电层设置于所述图案化保护层上。3.根据权利要求1所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，还包括种子层，设置于所述第一图案化金属层以及所述第二图案化金属层之间。4.根据权利要求1所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，还包括硅通孔，设置于所述边缘并贯穿所述芯片以连通所述有源表面以及所述背面，所述连接金属层电性连接所述硅通孔，以通过所述硅通孔电性连接至位于所述背面的所述漏极区。5.根据权利要求1所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，所述连接线路的厚度介于3微米至5微米之间。6.根据权利要求1所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，所述第二图案化金属层的厚度介于8微米至10微米之间。7.根据权利要求1所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，所述第二图案化金属层的材料包括锡或银。8.根据权利要求1所述的功率金氧半导体场效晶体管，其特征在于，还包括金属涂层，覆盖所述背面。9.一种功率金氧半导体场效晶体管的制作方法，其特征在于，包括：提供晶圆，所述晶圆包括多个芯片，各所述芯片包括有源表面、相对所述有源表面的背面、第一图案化金属层、源极区、栅极区以及漏极区，所述第一图案化金属层包括源极电极、栅极电极、漏极电极以及连接线路，所述源极电极以及所述栅极电极分别电性连接至位于所述有源表面的所述源极区以及所述栅极区，所述连接线路位于各所述芯片的边缘并与所述漏极电极电性连接，所述漏极区位于所述背面；形成图案化介电层在所述有源表面上并...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翊麒，
申请(专利权)人：杰力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71