專(zhuān)利名稱(chēng)：芯片級(jí)肖特基器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及芯片級(jí)肖特基器件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件，例如表面安裝器件(SMD)，通常包括半導(dǎo)體管芯、具有外部引線(xiàn)的引線(xiàn)框以及可由塑性材料模制的殼。在這些傳統(tǒng)的器件中，外部引線(xiàn)不僅起到支撐器件的作用，還起到為半導(dǎo)體管芯提供電連接的作用，而殼則通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體管芯進(jìn)行封裝來(lái)提供對(duì)其的保護(hù)。當(dāng)然，為了封裝半導(dǎo)體管芯，殼自身必須比該半導(dǎo)體管芯大。同時(shí)，外部引線(xiàn)通常從殼側(cè)向地延伸出，從而進(jìn)一步增加了器件占用的面積。
由于對(duì)更高性能的便攜式設(shè)備(例如蜂窩電話(huà)、便攜式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助手等)需求的增加，對(duì)能夠提供高功率密度而占用電路板上的較小空間的半導(dǎo)體器件的需求在日益增加，以便改進(jìn)性能并同時(shí)減小尺寸。為了實(shí)現(xiàn)小型化的需求，已經(jīng)提出用于例如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管芯(switching die)的芯片級(jí)器件。芯片級(jí)封裝具有或近似具有半導(dǎo)體管芯的尺寸，從而比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體封裝占用更小的電路板上的面積。為了確保芯片級(jí)器件具有或近似具有半導(dǎo)體管芯的尺寸，管芯的電極僅被設(shè)置在一個(gè)表面上，以便管芯可通過(guò)例如適當(dāng)放置的焊料隆起焊盤(pán)(solder bump)連接到例如印刷電路板的導(dǎo)電焊盤(pán)(conductive pad)。這種結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)上被稱(chēng)作倒裝芯片。第4,250,520號(hào)美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種倒裝芯片器件的例子。但是，被第4,250,520號(hào)美國(guó)專(zhuān)利提出的倒裝芯片器件不是芯片級(jí)器件，因?yàn)槠渖闲纬捎邪雽?dǎo)體管芯的基底占用了比管芯自身相對(duì)更大的面積。
肖特基二極管是廣泛應(yīng)用在電子電路中的元件。因此希望具有芯片級(jí)肖特基封裝以便實(shí)現(xiàn)電子電路的小型化。

發(fā)明內(nèi)容
按照現(xiàn)有技術(shù)的肖特基二極管包括布置在管芯的一個(gè)主表面上的陽(yáng)極和布置在該管芯的相反的主表面上的陰極。所以，為了封裝傳統(tǒng)的肖特基二極管，必須提供引線(xiàn)結(jié)構(gòu)以適合表面安裝的封裝。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種包括肖特基管芯的肖特基器件，所述肖特基管芯具有第一部分和第二部分，所述第一部分低摻雜以第一導(dǎo)電類(lèi)型的摻雜劑，所述第二部分高摻雜以第一導(dǎo)電類(lèi)型的摻雜劑。管芯的第一部分布置在其第二部分上方且包括其上布置有肖特基勢(shì)壘層的主表面。電極(可以為陽(yáng)極)布置在肖特基勢(shì)壘層的上方且與之電連接。管芯的第一部分還包括從第一部分的主表面向第二部分延伸的下沉區(qū)(sinker)。該下沉區(qū)高摻雜以第一導(dǎo)電類(lèi)型的摻雜劑。電極(可為陰極)被布置在下沉區(qū)的上方且與之電連接。此外，鈍化層布置在陰極和陽(yáng)極的上方。焊料隆起焊盤(pán)通過(guò)在鈍化層中的各自的開(kāi)口連接到陰極和陽(yáng)極。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，陽(yáng)極覆蓋管芯的第一部分的主表面的主體范圍且圍繞同樣布置在管芯的同一主表面上的至少一個(gè)陰極。在本實(shí)施方案中，在管芯的第一部分中圍繞陰極的周邊形成有保護(hù)環(huán)。該保護(hù)環(huán)是與管芯的第一和第二部分的極性具有相反極性的擴(kuò)散區(qū)。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施方案，陽(yáng)極覆蓋管芯的第一部分的主表面的主體范圍且被同樣布置在管芯的同一主表面上的至少一個(gè)陰極所圍繞。在本實(shí)施方案中，在管芯的第一部分中圍繞陽(yáng)極的周邊形成有保護(hù)環(huán)。該保護(hù)環(huán)是與管芯的第一和第二部分的極性具有相反極性的擴(kuò)散區(qū)。
本發(fā)明的其他特征和有益效果將會(huì)通過(guò)下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的描述而變得更加清楚。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是按照本發(fā)明的第一實(shí)施方案的器件的立體圖；圖2是按照本發(fā)明的第一實(shí)施方案的器件的俯視圖；圖3是沿著圖2中的線(xiàn)3-3、從箭頭方向觀(guān)察的橫斷面圖；圖4表示裝配在印刷電路板上的本發(fā)明所述的器件；圖5表示按照本發(fā)明的第二實(shí)施方案的器件的俯視圖；圖6表示按照本發(fā)明的第三實(shí)施方案的器件的俯視圖；
圖7表示按照本發(fā)明的第四實(shí)施方案的器件的俯視圖；圖8用圖表的形式表示正向電壓(VF)隨著陽(yáng)極區(qū)域中電荷的變化；圖9用圖表的形式表示按照?qǐng)D1-7所示的實(shí)施方案的器件的實(shí)施例的VF的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果；圖10表示按照?qǐng)D1-7所示的實(shí)施方案的器件的實(shí)施例的VF和漏電流的實(shí)驗(yàn)測(cè)量的標(biāo)繪圖。
附圖的詳細(xì)說(shuō)明圖1表示按照本發(fā)明的器件10的第一實(shí)施方案。器件10優(yōu)選地為具有兩個(gè)陰極12和一個(gè)陽(yáng)極14的肖特基二極管，其中陰極和陽(yáng)極僅布置在管芯20的一個(gè)主表面16上。在按照本發(fā)明的第一實(shí)施方案中，陽(yáng)極14上設(shè)置有兩個(gè)焊料隆起焊盤(pán)18，在各陰極12上分別布置并與其電連接有焊料隆起焊盤(pán)18。優(yōu)選地，當(dāng)器件10如下所述地裝配在電路板上時(shí)，焊料隆起焊盤(pán)18相互分開(kāi)并被布置為形成支撐結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D2和3，陽(yáng)極14布置在肖特基勢(shì)壘層22上方并與之電連接。肖特基勢(shì)壘層22布置在管芯20的主表面16上方并與之歐姆連接。管芯20包括布置在第二部分26上方的第一部分24。管芯20的第一部分24被低摻雜，而第二部分26被高摻雜。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，管芯20的第二部分26是高摻雜以N型摻雜劑的硅襯底，而管芯20的第一部分24是低摻雜以N型摻雜劑的外延生長(zhǎng)硅層。
器件10中的陰極12同樣被歐姆連接到管芯20的主表面16。下沉區(qū)(sinker)28在陰極12和管芯20的第二部分26之間延伸。下沉區(qū)28為高摻雜區(qū)，在本優(yōu)選實(shí)施方案中，其摻雜有N型摻雜劑。
器件10還包括鈍化層30。鈍化層30布置在陰極12和陽(yáng)極14的上方。鈍化層30包括開(kāi)口，焊料隆起焊盤(pán)18通過(guò)這些開(kāi)口連接到各個(gè)電極。
在如圖2和3所示的實(shí)施方案中，第一保護(hù)環(huán)32在管芯20的第一部分24中圍繞陰極12的周邊設(shè)置。同樣，第二保護(hù)環(huán)34在管芯20的第一部分24中圍繞陽(yáng)極14的外周設(shè)置。保護(hù)環(huán)32和34是與管芯20的第一部分24中的摻雜劑具有相反導(dǎo)電性的摻雜劑的擴(kuò)散，因此在本發(fā)明的這一優(yōu)選實(shí)施方案中為P型。每個(gè)陰極12通過(guò)沿著其外圍布置的間隙36和絕緣層38的組合與陽(yáng)極14絕緣。
在本發(fā)明的這一優(yōu)選實(shí)施方案中，肖特基勢(shì)壘層22由鉬組成，而陰極12和陽(yáng)極14由適當(dāng)?shù)匿X或鋁硅合金組成。當(dāng)然，可使用任何其它合適的材料組成肖特基勢(shì)壘層22、陰極12和陽(yáng)極14。例如可使用釩或鈀(paladium)組成肖特基勢(shì)壘層22。同樣，為了提高附著力(adhesion)，優(yōu)選地，如果電極由例如鋁硅合金組成，可在焊料隆起焊盤(pán)18和電極之間布置與其相連的鎳被膜40(nickel flashing)。鈍化層30優(yōu)選地由氮化硅或其它適當(dāng)?shù)牟牧辖M成。
圖4示出了裝配在電路板42上的器件10。電路板42包括導(dǎo)電焊盤(pán)44，焊料隆起焊盤(pán)18連接到導(dǎo)電焊盤(pán)44。當(dāng)器件10工作時(shí)，電流通過(guò)管芯20的主體在陰極12和陽(yáng)極14之間流動(dòng)。
圖5、6和7分別表示按照本發(fā)明的第二、第三和第四實(shí)施方案的器件46、48和50的俯視圖。首先參照?qǐng)D5，按照本發(fā)明的第二實(shí)施方案的器件46除了不具有兩個(gè)陰極以外，包括了按照第一實(shí)施方案的器件10的所有特征，器件46包括環(huán)繞陽(yáng)極14的單個(gè)陰極12。
因此，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，陽(yáng)極14和陰極12的各自的面積可變化以改變?cè)撈骷墓ぷ魈匦?，從而獲得該器件的理想性能。例如，可通過(guò)改變按照本發(fā)明的器件中的陰極和陽(yáng)極的各自的面積而使VF正向電壓最優(yōu)化。圖8表示當(dāng)陽(yáng)極區(qū)覆蓋更多的有源區(qū)時(shí)，VF降低，這是理想的結(jié)果。按照?qǐng)D8，當(dāng)陽(yáng)極面積為有源區(qū)的約80％時(shí)，VF處于最小。
圖9用圖表的形式表示按照本發(fā)明的第一、第二、第三和第四實(shí)施方案的不同實(shí)施例的60密耳(mil)器件10、46、48和50與標(biāo)準(zhǔn)60密耳和36密耳器件相比的電測(cè)試的結(jié)果。如圖9所示，按照本發(fā)明的器件呈現(xiàn)出的VF值可與36密耳標(biāo)準(zhǔn)器件相比，與60密耳標(biāo)準(zhǔn)器件相比具有稍高的VF值。
盡管增加尺寸可以獲得與標(biāo)準(zhǔn)36密耳器件相同的性能，但是按照本發(fā)明的器件將最終占用較小的電路板上的空間，如表1中表示的數(shù)據(jù)所示。
倒裝芯片與表面安裝


參照?qǐng)D10，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按照本發(fā)明的第一、第二、第三和第四實(shí)施方案的器件10、46、48和50的漏電流落在相同的通用范圍。但是，如表2所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明，按照本發(fā)明的第一實(shí)施方案的器件10顯示出比其它實(shí)施方案更高的雪崩能量(avalanche energy)。
雪崩測(cè)試

表2
按照本發(fā)明的器件可通過(guò)在管芯的主表面上淀積或生長(zhǎng)氧化物或其它絕緣層而制成。然后可在絕緣層中開(kāi)設(shè)至少一個(gè)窗口以使其上方布置有絕緣層的主表面的選定區(qū)域暴露。之后可通過(guò)注入以及后續(xù)的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)以在管芯20的第一部分24中形成下沉區(qū)28。接著，可在絕緣層中開(kāi)設(shè)第二窗口以使管芯20的主表面的預(yù)先選定的區(qū)域暴露。然后可在被第二窗口暴露的選定區(qū)域上淀積肖特基勢(shì)壘層22。然后形成陰極12以及陽(yáng)極14，接著形成鈍化層30。接下來(lái)，在陰極12和陽(yáng)極14的上方形成暴露陰極12和陽(yáng)極14的部分的開(kāi)口。然后將鎳被膜施加到陰極12和陽(yáng)極14被鈍化層30中的開(kāi)口所暴露的部分。接著，在鈍化層30中的開(kāi)口中形成焊料隆起焊盤(pán)18。
優(yōu)選地，按照本發(fā)明的多個(gè)器件形成在單個(gè)晶片中。該晶片在焊料隆起焊盤(pán)18形成之后被切決(dice)以獲得多個(gè)按照本發(fā)明的器件。因?yàn)殛?yáng)極和陰極的電觸點(diǎn)布置在按照本發(fā)明的器件中的公用表面上，因此就不必像垂直傳導(dǎo)器件的情況那樣需要背部研磨或背部金屬濺射。
雖然本發(fā)明已經(jīng)對(duì)其具體的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但是許多其它的變化和修改以及其它用途對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。因此優(yōu)選地，本發(fā)明不被本文的具體公開(kāi)所限定，而應(yīng)僅由所附的權(quán)利要求進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件封裝，包括具有第一主表面的半導(dǎo)體管芯；布置在所述第一主表面的一部分上方并與之歐姆接觸的肖特基結(jié)構(gòu)物；與所述肖特基結(jié)構(gòu)物電連接的第一電極；與所述半導(dǎo)體管芯的所述第一主表面電連接但與所述第一電極電絕緣的第二電極；多個(gè)焊料隆起焊盤(pán)，至少一個(gè)所述焊料隆起焊盤(pán)連接到所述第一電極和所述第二電極中的一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，進(jìn)一步包括布置在所述第一電極和所述第二電極上方的鈍化層，其中所述多個(gè)焊料隆起焊盤(pán)布置在所述鈍化層的自由表面的上方并且穿過(guò)所述鈍化層中的開(kāi)口延伸到所述第一和第二電極。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述第一電極圍繞所述第二電極。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件封裝，進(jìn)一步包括形成在所述半導(dǎo)體管芯之中并且布置成圍繞在所述第二電極周?chē)谋Ｗo(hù)環(huán)。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述第二電極圍繞所述第一電極。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件封裝，進(jìn)一步包括形成在所述半導(dǎo)體管芯之中并且布置成圍繞在所述第一電極周?chē)谋Ｗo(hù)環(huán)。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述肖特基結(jié)構(gòu)物是鉬層。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述第一電極是陽(yáng)極，所述第二電極是陰極。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述半導(dǎo)體管芯包括第一低摻雜部分和第二高摻雜部分，其中所述第一部分布置在所述第二部分上方，以及進(jìn)一步包括從所述第一部分的主表面向所述第二部分延伸的下沉區(qū)，其中所述第二電極電連接到所述下沉區(qū)。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述下沉區(qū)包括處在所述第一部分之中的高摻雜區(qū)。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，進(jìn)一步包括布置在所述多個(gè)焊料隆起焊盤(pán)的至少之一和與其相關(guān)的電極之間的鎳層。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述肖特基結(jié)構(gòu)物包括鈀層。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述肖特基結(jié)構(gòu)物包括釩層。
14.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述第一電極包括鋁。
15.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述第二電極包括鋁。
16.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述鈍化層包括氮化硅。
17.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述半導(dǎo)體管芯包括與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面，所述第二主表面沒(méi)有任何電連接。
18.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件封裝，其中所述半導(dǎo)體管芯包括為所述半導(dǎo)體器件封裝定出側(cè)邊界的側(cè)緣。
全文摘要
一種芯片級(jí)肖特基封裝，其僅在管芯的一個(gè)主表面上布置有至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)陽(yáng)極，焊料隆起焊盤(pán)連接到電極用于將該封裝表面安裝在電路板上。
文檔編號(hào)H01L29/872GK1708850SQ200380102602
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月6日
發(fā)明者斯瓦沃米爾·斯科奇 申請(qǐng)人:國(guó)際整流器公司