近乎无衬底的复合功率半导体器件及其方法技术

提出了一种近乎无衬底的复合功率半导体器件(VSLCPSD)及方法。该近乎无衬底的复合功率半导体器件具有一个功率半导体器件(PSD)，一个由载体材料制成的前端面器件载体(FDC)，以及一个中介粘合层(IBL)。载体和中介粘合层的材料都可以是导电的或不导电的。功率半导体器件具有一个背面衬底部分以及一个正面半导体器件部分，正面半导体器件部分带有带图案的前端面器件金属垫，以及一个衬底近乎消失的减少的器件的厚度TPSD。前端面器件载体具有带图案的后端面载体金属化，连接前端面器件金属垫、带图案的前端面金属垫以及多个穿过载体的导电通孔，它们分别将后端面载体金属化连接到前端面载体金属垫上。前端面器件载体还具有一个足够大的厚度TFDC，能够为近乎无衬底的复合功率半导体器件提供充足的结构刚性。减少的器件厚度TPSD会引起很低的背部衬底电阻，并且穿过载体的导电通孔会对前端面器件金属垫，产生很低的前端面接触电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及半导体器件结构领域。更确切地说，本专利技术是涉及制备功率半导体器件(例如功率金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)) 的近乎无衬底芯片的器件结构和制备方法。
技术介绍
带有降低的衬底厚度(厚度小于10密耳)的薄芯片的功率半导体器件，因其具有在保持小体积的同时，降低体型器件电阻、减少体型器件热阻等优势，因此半导体产业中迫切需要制备这种功率半导体器件。以下是一些利用原有技术制备薄半导体晶圆的简介。其特点是，半导体器件形成在一个具有重掺杂厚衬底的晶圆上，一个较薄的外延层形成在它上面。半导体器件的有源元件形成在外延层中的晶圆顶面附近。在半导体器件中处理厚衬底的同时，厚衬底还能为晶圆提供稳定性和机械支持。然而，尤其是对于垂直功率器件而言，即使当衬底是重掺杂时，衬底也增加了器件的电阻。因此，当处理完晶圆前端时，衬底的背面通常被磨成薄衬底。但是，当晶圆较薄时，尤其是厚度小于50微米时，晶圆会变得更加易碎，而且难以处理。在第一个原有技术示例中，提出了一种用于制备薄芯片的研磨前的切割 (DicingBefore Grinding，简称DBG)系统。第一步，用切割刀切割半导体晶圆的前端，切割到一个定义将来的独立芯片的浅部分切割深度。接下来，带-1压辊到切割后的晶圆正面。 然后，将半导体晶圆上下颠倒过来，利用研磨头使其背部磨平，直到独立芯片分离出来，却仍然保留在带-1上。然后，将带-2压辊到切割后的晶圆背面。将半导体晶圆再次翻转，使它的正面露出来，然后剥去带-1，而独立芯片此时保留在了带-2上。将分离后却带有带子的芯片传送到晶圆正面的堆垛机上，用于拾取并封装独立芯片。DBG工艺除了非常复杂并且含有两个传送带之外，还不允许在晶圆背部研磨之后，进行背部处理。第二个原有技术示例包括利用晶圆支持系统(Wafer Support System，简称WSS)， 制备20微米以下的薄芯片。第一步，利用紫外光固化液体粘合剂，在一个光至热能转换 (Light to heat conversion，简称LTHC)释放装置和支撑玻璃上方，背面朝上安装半导体晶圆。LTHC释放装置涂敷在支撑玻璃上。然后将晶圆背面用砂轮研磨至所需厚度。当减薄晶圆仍然附着在装置上时，可以进行背面半导体晶圆处理。然后，将装置反转，其背面粘合到切割框上的切割带上。接下来，通过支撑玻璃进行集中的激光辐照，将LTHC释放装置从紫外光固化液体粘合剂和支撑玻璃上分开。从而在后续工艺中，除去支撑玻璃，并剥去紫外光固化液体粘合剂，使已经减薄后的晶圆裸露出来，用于接下来的处理过程。尽管，晶圆减薄后允许背面半导体晶圆处理很有优势，但是，来自LTHC释放装置以及紫外光固化液体粘合剂的电势进程内的逸出值所带来的该过程的复杂性仍令人担忧。而且，相关的专用处理装置相当昂贵。图1表示于2008年8月观日公开的Tao Feng等人专利技术的题为“超薄晶圆背面处理的方法及装置”美国专利申请号为20080207094的专利中的俯视图。装置100用于处理5超薄晶圆140的背面145。装置100含有普通环形结构的外环110，外环110是由金属或半导体等任一种刚性材料制成的。外环110可以具有任一种结构，但最好是具有一个矩形横截面，以便使用带有夹具的装置。设计外环110的尺寸，使其可以容纳晶圆140。在一个典型实施例中，外环110的外径为8英寸，以容纳一个6英寸的晶圆。装置100还含有一个高温研磨和/或切割带120，固定或粘合在底面上的外环110周围。外环110可用于为高温带 120提供锁紧机构和刚性支撑。出于这个目的，外环110也可以形成在其他结构中，并与其他结构集成。带120含有一个背部研磨和/或切割带，可以抵抗与金属化等晶圆背面处理有关的热度。在实际应用中，超薄晶圆或切割晶圆粘合在外环110内的高温带120上，用于晶圆背面处理。当晶圆在支撑结构中时，晶圆背面处理包括离子植入、退火、刻蚀、溅射和蒸发。尽管，晶圆减薄后允许背面半导体晶圆处理很有优势，但是当晶圆背面减薄至一个非常薄的水平时，例如厚度小于2密耳时，半导体材料会变得非常易损，从而很难处理晶圆。因此，制备工艺的产量也会受到影响。图2A和2B分别表示于2000年12月19日授权的题为“自支撑式超薄硅晶圆工艺”美国专利6162702的仰视图和剖面图。美国专利6162702提出了一个具有超薄中心部分2的硅晶圆1，较厚的硅的圆周边3支撑着中心部分2。根据传统方法，利用传统的移除装置，减薄中心区域。作为一个可选方法，可以利用光致抗蚀剂掩膜或光致抗蚀剂掩膜、硬掩膜和刻蚀的组合，除去中心部分。与上述原有技术一样，美国专利6162702也面临难以处理晶圆的问题，当晶圆减薄至一个非常低的水平时，例如厚度小于2密耳时，半导体材料会变得非常易损。另一缺点在于，必须根据与圆周边缘特殊结构，修改标准的晶圆处理设备。 简而言之，通过减薄后晶圆的处理过程，在避免超薄晶圆的处理难题，以及利用非标准的晶圆处理设备的同时，制备超薄功率半导体芯片，仍然具有挑战性。本申请与以下专利申请案有关于2007年3月30日存档的Tao !^ng等人专利技术的题为“制备功率器件的超薄芯片的方法”申请号为11/694888的专利。特此引用上述专利内容，作为用于任何及所有目的的参考。
技术实现思路
提出了一种近乎无衬底(或称作近似无衬底)的复合功率半导体器件(VSLCPSD)。 该近乎无衬底的复合功率半导体器件具有一个三明治结构(或称作三层复合结构)包括一个由半导体器件材料制成的功率半导体器件(PSD)，一个由载体材料制成的前端面器件载体(FDC)，以及一个中介粘合层 (IBL)。载体材料可以是导电的或不导电的。与之类似，中介粘合层也可以由绝缘材料或导电材料制成。功率半导体器件具有一个背面衬底部分以及一个正面半导体器件部分，正面半导体器件部分带有带图案的前端面器件金属垫。此外，功率半导体器件具有衬底近乎消失的减少的器件厚度Tpsd，该厚度可以与正面半导体器件部分的厚度相比拟。前端面器件载体具有连接前端面器件金属垫的带图案的后端面载体金属，还具有带图案的前端面金属垫以及多个穿过载体的导电通孔，多个导电通孔分别将后端面载体金属连接到前端面载体金属垫上。很重要的一点是，前端面器件载体的厚度Tfd。足够大，能够为近乎无衬底的复合功率半导体器件提供充足的结构刚性。另一方面，减少的器件厚度Tpsd 会引起很低的背部衬底电阻，并且穿过载体的导电通孔会对前端面器件金属垫，产生很低的前端面接触电阻。在一个较典型的实施例中，每个穿过载体的导电通孔都是由一个导电核心加上一个包围着导电核心的绝缘套管制成的，绝缘套管将穿过载体的导电通孔相互分隔开。导电核心可以以导电层的形式植入，导电层通过绝缘套管，布满穿过载体的导电通孔的侧壁。作为一个重要的实施例，配置多个将后端面载体金属连接到单独的前端面载体金属垫上的穿过载体的导电通孔，相互并联，因此所有这样连接的后端面载体金属都接触到一个单独的前端面器件金属垫上，从而降低了对前端面器件金属垫的前端面接触电阻。在一个较详细的实施例中，后端面载体金属是由穿过载体的导电通孔通过中介粘合层的延伸部分构成的。在一个较佳实施例中，所选的载体材料与半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种近乎无衬底的复合功率半导体器件（ＶＳＬＣＰＳＤ），其特征在于，包括：一个三明治结构包括一个由半导体器件材料制成的功率半导体器件（ＰＳＤ），一个由载体材料制成的前端面器件载体（ＦＤＣ），以及一个中介粘合层（ＩＢＬ）；所述的功率半导体器件具有一个背面衬底部分以及一个正面半导体器件部分，正面半导体器件部分带有带图案的前端面器件金属垫，所述的功率半导体器件还具有衬底近乎消失的减少的器件厚度ＴＰＳＤ，该厚度可以与正面半导体器件部分的厚度相比拟；以及所述的前端面器件载体具有带图案的后端面载体金属，连接前端面器件金属垫、带图案的前端面金属垫以及多个穿过载体的导电通孔，它们分别将后端面载体金属连接到前端面载体金属垫上，前端面器件载体还具有一个足够大的厚度ＴＦＤＣ；其中：前端面器件载体为近乎无衬底的复合功率半导体器件提供充足的结构刚性，减少的器件厚度ＴＰＳＤ引起背部衬底电阻近乎消失，并且穿过载体的导电通孔与前端面器件金属垫具有很低的前端面接触电阻。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冯涛，何约瑟，
申请(专利权)人：万国半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US