半导体结构及半导体多相电源管理模块制造技术

一种半导体结构及半导体多相电源管理模块，其中半导体结构包括至少一个第一芯片，该第一芯片包括半导体衬底和形成在该衬底上表面上的有源层、形成在该第一芯片的有源层中的一个或多个横向金属氧化物半导体器件。所述半导体结构还包括设置在该第一芯片的半导体衬底背面的至少一第一集成电容器。该第一集成电容器包括与衬底背面电连接的第一导电层、在第一导电层上表面的至少一部分上形成的绝缘层，以及在绝缘层上表面的至少一部分上形成的第二导电层。二导电层。二导电层。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及半导体多相电源管理模块


[0001]本技术主要涉及电气、电子和计算机技术，更具体地，涉及改进的Bipolar
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CMOS
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DMOS(BCD) 结构。

技术介绍

[0002]20世纪50年代集成电路(IC)问世后，出现了以下几种基础技术路线的分支：专利技术于20世纪50 年代的双极结晶体管(Bipolar)技术；专利技术于20世纪60年代的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件；以及专利技术于20世纪70年代的双扩散金属氧化物半导体(DMOS)器件。然而，从20世纪80年代初开始，有时候需要同时运用这三种技术，以满足更高的电压和更快的开关速度要求。顾名思义，BCD技术结合了Bipolar、CMOS和DMOS技术的优点，将其集成在同一个IC封装中。因此，BCD技术已成为广泛应用的平台，如电源管理集成电路(PMIC)、模拟集成电路和射频集成电路。
[0003]然而，Bipolar、CMOS和DMOS技术的集成带来了一些设计上的挑战。例如，将低压CMOS器件与高压DMOS器件集成会增加整个芯片设计中的闩锁效应(latch
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up)和噪声，因此必须小心有效地将低压和高压器件彼此隔离。对于固定面积芯片，低压和高压器件之间所需的隔离空间会显著减少可用的有源芯片(active chip)面积，或者以其他方式增加芯片的总体尺寸。在传统设计中，安装在电路板上或芯片封装内部的片外(off
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chip)或分立电容器(discrete capacitors)通常用于降低噪声和稳定电源电压。然而，这增加了模块的尺寸。此外，电容器和高压器件之间的电气连接通常会引入显著的寄生阻抗 (主要是电感和电容)，从而降低高频性能。

技术实现思路

[0004]本技术在一个或多个示意性的实施例中，有益地提供了一种增强Bipolar
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CMOS
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DMOS(BCD) 器件，以及用于制造这种器件的方法。本技术的实施例包括三维(3D)结构，其中低压Bipolar器件和CMOS器件和/或电路有益地以相对于高压DMOS器件和/或电路堆叠的方式进行布置。3D结构包括背面器件和无源元件，例如使用横向金属氧化物半导体(MOS)技术形成的集成电容器，其有益地消除或至少减少杂散阻抗(尤其是寄生电感)，以减少开关节点(SW)上的噪声和电压尖峰，从而提供优异的高频性能。
[0005]根据本技术的一个实施方式，一种半导体结构至少包括第一芯片，该第一芯片包括半导体衬底和形成在该衬底上表面上的有源层，一个或多个横向金属氧化物半导体器件形成于该第一芯片的有源层中。该BCD结构至少还包括第一集成电容器，该电容器设置在该第一芯片的半导体衬底的背面。该第一集成电容器包括与所述衬底背面电连接的第一导电层、形成在至少一部分的第一导电层上表面上的绝缘层，以及形成在至少一部分绝缘层上表面上的第二导电层。
[0006]根据本技术的又一实施方式，一种三维BCD结构包括至少一个第一芯片，该第一芯片包括至少一个功率MOS晶体管，以及至少一个第二芯片，该第二芯片包括相对于第一
芯片设为堆叠布置的驱动电路。该BCD结构还至少包括第一集成电容器，该第一集成电容器布置在该第一和第二芯片之间，并电耦合到至少一个驱动电路和至少一个功率MOS晶体管。
[0007]根据本技术的另一实施方式，一种半导体多相电源管理模块包括多相功率级芯片，该多相功率级芯片包括半导体衬底和形成在所述衬底上表面上的有源层，有多个横向MOS器件形成于所述多相功率级芯片的有源层中。所述多相电源管理模块还包括多个以堆叠的方式布置在多相功率级芯片背面的驱动芯片，每个驱动芯片包括用于控制所述多相功率级芯片中形成的相应一个横向MOS器件的驱动电路。至少一个集成电容器被布置在所述多个驱动芯片和所述多相功率级芯片之间，所述集成电容器包括与所述多相功率级芯片的衬底背面电连接的第一导电层，形成在第一导电层的至少一部分上表面上的绝缘层，以及形成在绝缘层的至少一部分上表面上的第二导电层。
[0008]本技术的技术方案可以提供实质性的有益技术效果。此处仅作为示例而不具有限制性，根据本技术一个或多个实施例的具有背面集成电容器的三维BCD结构可提供以下一个或多个优点：
[0009]·
最小化集成电容器和相关负载之间的距离；
[0010]·
有效减小应用模块的尺寸；
[0011]·
有效消除寄生阻抗引起的噪声；
[0012]·
具有较低的开关节点电过应力和增强的功率级(power stage)稳健性；
[0013]·
能够在不同平台上分别制造低压和高压器件；
[0014]·
通过复用已知的良好设计，仅更改必要的设备或组件，从而加快开发周期；
[0015]·
低压和高压器件之间增强的隔离效果可减少噪声和降低发生闩锁现象的风险；
[0016]·
由于减小或消除了低压和高压器件之间的隔离空间，在特定应用中的有源面积更大；
[0017]·
由于在特定应用中更高的有源区域利用率，因此具有更高的功率容量和/或更高的功率密度和更低的传导损耗；
[0018]·
可兼容灵活的封装设计方案。
[0019]下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
附图说明
[0020]以下附图仅作为示例且不受限制进行示出，其中类似的附图标记(当使用时)在多个视图中始终指示相应的元件，并且其中：
[0021]图1的示意图示意性地示出了至少一部分的电源管理电路，适用于例如具有片外电容器的标准直流 (DC)
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DC转换器的应用；
[0022]图2的横截面图示意性地示出了根据本技术一个或多个实施例的至少一部分的半导体结构，包括与单个背面电容器集成的至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件；
[0023]图3的流程示意图示出了根据本技术一个或多个实施例的至少一部分的示例性方法，用于包括制造至少一个MOSFET器件和背面集成电容器的半导体结构；
[0024]图4A到4D的横截面图示意性地示出了根据本技术的一个或多个实施例的图3
所示的示例性的制造方法中至少一部分的中间步骤；
[0025]图5的横截面图示意性地示出了根据本技术的一个或多个实施例的至少一部分的半导体结构，包括与MOS结构集成的单个背面电容器，其中所述单个集成的电容器分别包括形成于一个芯片的衬底上的第一导电层和由金属膜形成的第二导电层；
[0026]图6的横截面图示意性地示出了根据本技术的一个或多个实施例与图5所示的示例性半导体结构一致的至少一部分的半导体结构，其中单个集成电容器包括由不同金属形成的第一和第二导电层；
[0027]图7的横截面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：至少一第一芯片，所述第一芯片包括半导体衬底和在所述衬底上表面上形成的有源层，一个或多个横向金属氧化物半导体器件形成于所述第一芯片的所述有源层中；和至少一第一集成电容器，其设置在所述第一芯片的所述半导体衬底的背面上，所述第一集成电容器包括与所述衬底的所述背面电连接的第一导电层、在所述第一导电层的上表面的至少一部分上形成的绝缘层，以及在所述绝缘层的上表面的至少一部分上形成的第二导电层。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一集成电容器的第一导电层包括在所述第一芯片的所述半导体衬底的所述背面形成的掺杂区域。3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一集成电容器的所述第一导电层包括掺杂了预定的掺杂浓度水平的n型或p型杂质的所述半导体衬底的背面部分，从而降低了所述第一芯片的所述半导体衬底的所述背面部分的电阻率。4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一集成电容器的第一导电层包括在所述第一芯片的所述半导体衬底的所述背面形成的金属层。5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一集成电容器的所述第一和第二导电层由不同的材料形成。6.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还至少包括设置在所述第一集成电容器的上表面的第二集成电容器，所述第二集成电容器包括与所述第一集成电容器的所述第二导电层共享的第一导电层、在所述第二集成电容器的所述第一导电层的上表面的至少一部分上形成的绝缘层，以及在所述第二集成电容器的所述绝缘层的上表面的至少一部分上形成的第二导电层。7.根据权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述第二集成电容器的所述绝缘层和第二导电层的宽度小于所述第一集成电容器的所述第二导电层的宽度，以提供与所述第一集成电容器的所述第二导电层的电连接通路。8.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括相对于所述第一芯片堆叠布置的第二芯片，所述至少一第一集成电容器排列在所述第一和第二芯片之间。9.根据权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述第二芯片包括驱动电路，所述第一芯片包括至少一个功率MOS管，所述至少一第一集成电容器电耦合到至少一个所述驱动电路和所述至少一个功率MOS管。10.根据权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，进一步包括设置在所述第一集成电容器的上表面以及在所述第一和第二芯片之间的至少一个第二集成电容器，所述第一集成电容器与至少一个功率MOS管电耦合，且所述第二集成电容器与所述驱动电路电耦合。11.根据权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，进一步包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋璐瑶，樊航，吴健，时磊，许曙明，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：