功率MOSFET器件及其形成方法技术

一种功率MOSFET器件及其形成方法，所述器件包括：半导体衬底；有源器件层，位于所述半导体衬底的正面；准TSV结构，位于所述半导体衬底内；背面金属层，位于所述半导体衬底的背面，覆盖所述准TSV结构的顶部表面且与所述准TSV结构热耦合。本发明专利技术可以具有较高的热传导能力，从而实现有效散热，并且具有较高的集成功率密度以及较低的封装工艺复杂度。

【技术实现步骤摘要】
功率MOSFET器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种功率MOSFET器件及其形成方法。
技术介绍
功率金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)器件是直流/直流(DirectCurrent/DirectCurrent，DC/DC)电源系统的核心元器件之一，是电源系统中的主要发热单元。如果功率MOSFET工作中产生的热量不能及时通过传导、对流等方式导出，会引起器件温度的上升，严重影响电源系统的转换效率和长期可靠性。垂直双扩散功率MOSFET(VerticalDouble-diffusedMOSFET，VDMOS)的源极和栅极在芯片的正面、漏极在芯片的背面，功率VDMOS器件导通时，电流从源极经源区、沟道区、阱区、有源器件层、衬底材料到达漏极。在电流的流经路径上，有源器件层电阻占器件导通电阻的50％以上，因此有源器件层是功率VDMOS器件导通时的主要发热部位。在有源器件层之上，依次覆盖有栅氧化层、多晶硅栅、隔离介质层、源极金属、钝化层介质，因此有源器件层产生的热量在背对半导体衬底的方向上，传导到达器件上表面后，通常通过与环境气体的对流进行散热，其散热效率极低。在朝向半导体衬底的方向上，通常存在180μm～350μm厚的衬底材料，例如为硅、碳化硅等材料，与金属相比，其导热性能较差。在现有技术的一种具体应用中，可以采用对功率MOSFET进行降额使用减少发热量、增加芯片面积降低功率密度、增加散热片促进对流散热等方式进行热传导。然而，上述方案不仅增加了封装工艺的复杂度，还大幅度增加了系统封装的体积和重量。亟需一种功率MOSFET器件，可以具有较高的热传导能力、较高的集成功率密度以及较低的封装工艺复杂度。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种功率MOSFET器件及其形成方法，可以具有较高的热传导能力，从而实现有效散热，并且具有较高的集成功率密度以及较低的封装工艺复杂度。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种功率MOSFET器件，包括：半导体衬底；有源器件层，位于所述半导体衬底的正面；准TSV结构，位于所述半导体衬底内；背面金属层，位于所述半导体衬底的背面，覆盖所述准TSV结构的顶部表面且与所述准TSV结构热耦合。可选的，所述有源器件层的区域包括元胞区，所述元胞区形成有多个功率MOSFET元胞；其中，所述元胞区中的至少一部分功率MOSFET元胞共用同一个准TSV结构。可选的，所述元胞区中的多个功率MOSFET元胞呈阵列排布，且划分为多个元胞阵列，每个元胞阵列包含N×N个功率MOSFET元胞；其中，每个功率MOSFET元胞阵列中的功率MOSFET元胞共用同一个准TSV结构，N为正整数，且N≥3。可选的，所述半导体衬底内具有准TSV；相邻的准TSV结构之间的间距大于等于所述准TSV的宽度的M倍；所述相邻的准TSV结构之间的间距的延伸方向平行于所述半导体衬底的表面；其中，M大于等于0.4。可选的，所述准TSV结构包括：阻挡层金属层；种子层金属层，位于所述阻挡层金属层的表面；电镀层金属层位于所述种子层金属层的表面。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种功率MOSFET器件的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底的正面形成有源器件层；在所述半导体衬底内形成准TSV结构；在所述半导体衬底的背面形成背面金属层，其中，所述背面金属层覆盖所述准TSV结构的顶部表面且与所述准TSV结构热耦合。可选的，在所述半导体衬底内形成准TSV结构包括：提供键合晶圆，对所述键合晶圆的正面与所述半导体衬底的正面进行键合；自所述半导体衬底的背面，对所述半导体衬底进行刻蚀，以形成准TSV沟槽；在所述准TSV沟槽内形成准TSV结构；其中，所述准TSV沟槽的底部表面与所述半导体衬底的正面表面之间存在间隔。可选的，在自所述半导体衬底的背面，对所述半导体衬底进行刻蚀之前，所述的功率MOSFET器件的形成方法还包括：自所述半导体衬底的背面，对所述半导体衬底进行减薄处理。可选的，对所述键合晶圆的正面与所述半导体衬底的正面进行键合包括：在所述功率MOSFET有源器件的正面涂敷临时键合胶；对所述键合晶圆的正面与所述功率MOSFET有源器件的正面通过所述临时键合胶进行临时键合；在所述半导体衬底内形成准TSV结构之后，所述方法还包括：去除所述键合晶圆。可选的，在自所述半导体衬底的背面，对所述半导体衬底进行刻蚀之前，所述的功率MOSFET器件的形成方法还包括：在所述半导体衬底的背面表面形成介质层；其中，所述介质层选自：氮化硅层与氧化硅层的堆叠层、氮化硅层、氧化硅层。可选的，在所述准TSV沟槽内形成准TSV结构包括：在所述准TSV沟槽内壁表面以及所述介质层的表面，形成阻挡层金属层；在所述阻挡层金属层的表面，形成种子层金属层；在所述种子层金属层的表面，形成电镀层金属层，其中，所述电镀层金属层的顶部表面超出所述介质层表面的种子层金属层的顶部表面。可选的，所述的功率MOSFET器件的形成方法还包括：去除所述介质层表面的电镀层金属层、种子层金属层以及阻挡层金属层，直至所述准TSV结构的顶部表面与所述介质层的顶部表面齐平；去除所述介质层，以使所述准TSV结构的顶部表面超出所述半导体衬底的背面表面。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：在本专利技术实施例中，通过设置准TSV结构，可以将功率MOSFET有源器件发出的热量经由所述准TSV结构导出至与所述准TSV结构热耦合的背面金属层。相比于现有技术中，功率MOSFET器件工作时在有源器件层中产生热量后，在朝向半导体衬底的方向上，只能通过半导体衬底的衬底材料进行散热，散热效果较差，或者采用散热片等方式，导致工艺成本和复杂度较高。采用本专利技术实施例的方案，可以具有较高的热传导能力，从而实现有效散热，并且由于所述准TSV结构设置于所述半导体衬底内，具有较高的集成功率密度以及较低的封装工艺复杂度。进一步，在本专利技术实施例中，通过设置元胞区中的至少一部分功率MOSFET元胞共用同一个准TSV结构，可以根据功率MOSFET器件的工作时的功率及工作环境，灵活设置准TSV结构的数目。进一步，在本专利技术实施例中，通过设置所述准TSV结构的横截面直径大于等于所述功率MOSFET器件内的TSV的宽度的M倍，可以根据TSV的宽度确定最佳准TSV结构的排列和数目，从而在实现有效散热的同时，提高准TSV结构的灵活性和适配性。附图说明图1是本专利技术实施例的一种功率MOSFET器件的形成方法的流程图；图2至图8是本专利技术实施例中一种功率MOSFET器件的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图；图9是本专利技术实施例中一种功率MOSFET器件的俯视图。具体实施方式如前所述，有源器件层是功率VDMOS器件导通时的主要发热部位。有源器件层产生的热量在背对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率MOSFET器件，其特征在于，包括：/n半导体衬底；/n有源器件层，位于所述半导体衬底的正面；/n准TSV结构，位于所述半导体衬底内；/n背面金属层，位于所述半导体衬底的背面，覆盖所述准TSV结构的顶部表面且与所述准TSV结构热耦合。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率MOSFET器件，其特征在于，包括：
半导体衬底；
有源器件层，位于所述半导体衬底的正面；
准TSV结构，位于所述半导体衬底内；
背面金属层，位于所述半导体衬底的背面，覆盖所述准TSV结构的顶部表面且与所述准TSV结构热耦合。


2.根据权利要求1所述的功率MOSFET器件，其特征在于，所述有源器件层的区域包括元胞区，所述元胞区形成有多个功率MOSFET元胞；
其中，所述元胞区中的至少一部分功率MOSFET元胞共用同一个准TSV结构。


3.根据权利要求2所述的功率MOSFET器件，其特征在于，所述元胞区中的多个功率MOSFET元胞呈阵列排布，且划分为多个元胞阵列，每个元胞阵列包含N×N个功率MOSFET元胞；
其中，每个功率MOSFET元胞阵列中的功率MOSFET元胞共用同一个准TSV结构，N为正整数，且N≥3。


4.根据权利要求1所述的功率MOSFET器件，其特征在于，所述半导体衬底内具有准TSV；
相邻的准TSV结构之间的间距大于等于所述准TSV的宽度的M倍；
所述相邻的准TSV结构之间的间距的延伸方向平行于所述半导体衬底的表面；
其中，M大于等于0.4。


5.根据权利要求1所述的功率MOSFET器件，其特征在于，所述准TSV结构包括：
阻挡层金属层；
种子层金属层，位于所述阻挡层金属层的表面；
电镀层金属层位于所述种子层金属层的表面。


6.一种功率MOSFET器件的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，在所述半导体衬底的正面形成有源器件层；
在所述半导体衬底内形成准TSV结构；
在所述半导体衬底的背面形成背面金属层，其中，所述背面金属层覆盖所述准TSV结构的顶部表面且与所述准TSV结构热耦合。


7.根据权利要求6所述的功率MOSFET器件的形成方法，其特征在于，在所述半导体衬底内形成准TSV结构包括：
提供键合晶圆，对所述键合晶圆的正面与所述半导体衬底的正面进行键合...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐昭焕，吴罚，朱克宝，杨帆，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50