一種支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法
【專利摘要】一種支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法，該方法包括以下步驟：利用溝槽掩模對晶圓襯底上的外延層進行侵蝕而形成多個柵極溝槽，并注入摻雜劑分別形成源區(qū)和基區(qū)；利用接觸孔掩模，對層間介質(zhì)進行侵蝕形成接觸溝槽，并對接觸溝槽進行填充形成溝槽插塞；利用漏區(qū)掩模，對層間介質(zhì)進行侵蝕形成一個與漏極連接的槽；利用金屬掩模進行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。本發(fā)明的制造方法，使器件的柵極、源極和漏極都在同一個表面，使半導體器件可支持晶圓級芯片尺寸封裝，從而減少封裝成本和時間。
【專利說明】一種支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體器件的制造方法，尤其涉及一種支持晶圓級芯片尺寸封裝(wafer level chip scale package ；WLCSP)的半導體器件的制造方法。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術中，半導體的封裝大多數(shù)是將芯片附在導線框架上，然后利用銅線或金線以打線的方式把芯片與導線框架相接合，之后用塑料膠囊把芯片和引線封裝，封裝好的芯片便可以被使用在不同的電路上。但是，因為每粒芯片都必須單獨處理，所以封裝通常是一個昂貴和費時的過程。此外，因為封裝后的器件面積比封裝前的芯片的面積要大。因此會占用更多電路板的面積。而隨著消費電子產(chǎn)品的尺寸日漸縮小，電路板的面積變得愈來愈珍貴，在這個背景下，晶圓級芯片尺寸封裝(wafer level chip scale package;WLCSP)變得愈來愈受關注。因為晶圓級芯片尺寸封裝的封裝尺寸比其他封裝方法更小，而且在制程和成本上也具有優(yōu)勢。
[0003]晶圓級芯片尺寸封裝在實行上也具有特定的問題，尤其是當遇上一個“垂直”器件時，例如溝槽型功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(Trench power M0SFET)，溝槽型功率金屬氧化物半導體場效應晶體管的柵極和源極在芯片的一面，而該表面的對面則具有漏極。換句話說，它的柵極、源極和漏極并不在同一個表面。而要采用晶圓級芯片尺寸封裝，器件的柵極、源極和漏極必須在同一個表面。
[0004]為了解決現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明介紹了一種半導體器件的制造方法，在不影響器件的質(zhì)量和可靠性下，使器件的柵極、源極和漏極都在同一個表面，使其支持晶圓級芯片尺寸封裝，從而減少封裝成本和時間，并減少封裝后的器件面積。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供一種支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法，在不影響器件的質(zhì)量和可靠性下，使器件的柵極、源極和漏極都在同一個表面，使半導體器件支持晶圓級芯片尺寸封裝，從而減少封裝成本和時間。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法，包括以下步驟:
1)利用溝槽掩模對晶圓襯底上的外延層進行侵蝕而形成多個柵極溝槽，并注入摻雜劑分別形成源區(qū)和基區(qū)；
2)利用接觸孔掩模，對層間介質(zhì)進行侵蝕形成接觸溝槽，并對接觸溝槽進行填充形成溝槽插塞；
3)利用漏區(qū)掩模，對層間介質(zhì)進行侵蝕形成一個與漏極連接的槽；
4)利用金屬掩模進行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。
[0007]其中，所述步驟I)進一步包括以下步驟:
A.利用溝槽掩模將暴露的第一氧化層蝕刻掉； B.將外延層開出溝槽，然后去掉氧化層；
C.對溝槽進行犧牲性處理,并填充溝槽,形成柵極溝槽；
D.注入P型摻雜物形成基區(qū)，并采用退火作業(yè)將P型基區(qū)推進擴散到外延層中；
E.將N型摻雜劑注入P型基區(qū)形成源區(qū)，并采用退火作業(yè)將N型源區(qū)推進擴散到P型基區(qū)中。
[0008]其中，所述步驟2)進一步包括以下步驟:
A.在最頂層形成層間介質(zhì)，并利用接觸孔掩模形成接觸溝槽；
B.對所述接觸溝槽進行填充形成溝槽插塞。
[0009]其中，所述步驟3)進一步包括以下步驟:
A.在層間介質(zhì)上積淀一層光刻涂層，并利用漏區(qū)掩模形成圖案暴露出層間介質(zhì)；
B.將暴露出的層間介質(zhì)干蝕掉,暴露出外延層；
C.對暴露出的外延層進行浸蝕以形成漏極槽。
[0010]其中，所述步驟4)是:在層間介質(zhì)上先沉積一層鋁銅合金，然后再利用金屬掩模進行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。
[0011]本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法，使半導體功率器件的柵極、源極和漏極都在同一個表面，使其支持晶圓級芯片尺寸封裝，從而減少半導體功率器件封裝成本和時間，并減少封裝后的器件面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起，用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的起始物料的示意圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中沉積的第一氧化層不意圖；
圖3為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中放置溝槽掩模并利用溝槽掩模蝕刻第一氧化層和N外延層以形成溝槽示意圖；
圖4為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中形成的柵極氧化層示和在溝槽中沉積多晶硅的示意圖；
圖5為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用基區(qū)掩模注入P型摻雜劑，形成的基區(qū)示意圖；
圖6為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用源區(qū)掩模注入N型摻雜劑，形成源區(qū)的示意圖；
圖7為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用接觸孔掩模而型成的接觸孔示意圖；
圖8為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用光刻涂層而型成的漏極槽示意圖；
圖9為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用金屬掩模進行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。然后，在鋁銅合金上形成鈍化保護層示意圖；
圖10為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中在鈍化保護層的開口處放上錫球的示意圖；
具體實施方法
以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的起始物料的示意圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中沉積的第一氧化層示意圖，如圖1和2所示，N外延層置于晶圓的N襯底上方。然后，在N外延層的上面采用積淀或熱生長的方式形成第一氧化層(氧化物硬光罩)。
[0014]圖3為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中放置溝槽掩模并利用溝槽掩模蝕刻第一氧化層和N外延層以形成溝槽示意圖，如圖3所示，在第一氧化層上積淀一層光刻涂層，然后通過溝槽掩模形成圖案暴露出第一氧化層的一些部分，對暴露出的第一氧化層、部分外延層進行蝕刻形成多個溝槽。
[0015]圖4為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中形成的柵極氧化層示和在溝槽中沉積多晶硅的示意圖，如圖4所示，清除掉光刻涂層和第一氧化層，然后對溝槽表面進行犧牲氧化處理以消除在開槽過程中被等離子破壞的硅層。并通過熱生長的方式，在溝槽暴露著的側壁和底部，以及外延層的上表面形成一層薄的柵極氧化層；接著在溝槽中沉積一層已摻雜的多晶硅(含有摻雜劑的多晶硅)，以填充溝槽并覆蓋頂面，然后，對多晶硅層進行化學機械拋光，形成柵極溝槽。
[0016]圖5為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用基區(qū)掩模注入P型摻雜劑，形成的基區(qū)示意圖，如圖5所示，在柵極氧化層上面放置基區(qū)掩模，并向外延層注入P型摻雜劑，形成P型基區(qū)；通過退火處理，使P型基區(qū)推進擴散到外延層中。P型基區(qū)的深度依賴于多種因素，決定于所采用的摻雜劑的類型、注入時的能量、濃度以及退火時間等。通過調(diào)整這些因素來實現(xiàn)所需的濃度和深度。
[0017]圖6為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用源區(qū)掩模注入N型摻雜劑，形成源區(qū)的示意圖，如圖6所示，在退火處理后，清除掉基區(qū)掩模暴露出柵極氧化層；之后，在柵極氧化層上面放置源區(qū)掩模，并向外延層注入N型摻雜齊U，形成N型源區(qū)。在該處理過程中，注入的N型摻雜劑通過退火作業(yè)被推進擴散到外延層形成N型源區(qū)。N型源區(qū)的深度依賴于多種因素，決定于所采用的摻雜劑的類型、注入時的能量、濃度以及退火時間等。通過調(diào)整這些因素來實現(xiàn)所需的濃度和深度。
[0018]圖7為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用接觸孔掩模而型成的接觸孔示意圖，如圖7所示，在柵極氧化層上面放置沉積硼磷玻璃和二氧化硅形成層間介質(zhì)，通過接觸孔掩模，對層間介質(zhì)進行浸蝕以形成接觸溝槽；然后對含有摻雜劑的外延層進行浸蝕，使接觸溝槽更深地穿過源區(qū)進入到P型基區(qū)。
[0019]圖8為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用光刻涂層而型成的漏極槽示意圖，如圖8所示，去除接觸孔掩模，并放置一層新的光刻涂層；然后，通過漏區(qū)溝槽掩模形成圖案暴露出層間介質(zhì)，對暴露出的層間介質(zhì)進行浸蝕，暴露出N外延層；然后，對暴露出的N外延層進行浸蝕以形成漏極槽，漏極槽必須穿過N外延層而進入到N襯底而且漏極槽的開口直徑必須不少于30微米；然后，向漏極槽的底部注入磷或砷或其它N型摻雜物，以減低漏極溝槽和N襯底之間的電阻值。
[0020]圖9為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中利用金屬掩模進行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。然后，在鋁銅合金上形成鈍化保護層示意圖，如圖9所示，去掉光刻涂層，并對接觸溝槽進行鈦/氮化鈦和鎢的填充，形成溝槽插塞；然后，在頂層積淀鋁銅合金，利用金屬掩模進行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線；最后，利用鈍化層掩模對鈍化層進行侵蝕，從而在芯片表面形成開口以放置錫球或其他導電物質(zhì)的球。
[0021]圖10為根據(jù)本發(fā)明的支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法中在鈍化保護層的開口處放上錫球的示意圖，如圖10所示，漏極和源極都在芯片的同一面上。
[0022]本領域普通技術人員可以理解:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明不排它地涉及用于制造半導體器件(例如，MOS器件或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)類型的器件或雙極結型晶體管(BJT)類型的器件或雙極二極管或肖特基二極管)的工藝及對應的器件。本發(fā)明的實施例是以N型通道溝槽型半導體功率器件作出說明，不排它地涉及P型通道半導體功率器件的制造，主要不同是摻雜物的類型。盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種支持晶圓級芯片尺寸封裝的半導體器件的制造方法，該方法包括以下步驟: 利用溝槽掩模對晶圓襯底上的外延層進行侵蝕而形成多個柵極溝槽，并注入摻雜劑分別形成源區(qū)和基區(qū)； 利用接觸孔掩模，對層間介質(zhì)進行侵蝕形成接觸溝槽，并對接觸溝槽進行填充形成溝槽插塞； 利用漏區(qū)掩模，對層間介質(zhì)進行侵蝕形成一個與漏極連接的槽； 利用金屬掩模進行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。
2.根據(jù)權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟I)進一步包括以下步驟: 利用溝槽掩模將暴露的第一氧化層蝕刻掉； 將外延層開出溝槽，然后去掉氧化層； 對溝槽進行犧牲性處理，并填充溝槽，形成柵極溝槽； 注入P型摻雜物形成基區(qū)，并采用退火作業(yè)將P型基區(qū)推進擴散到外延層中； 將N型摻雜劑注入P型基區(qū)形成源區(qū)，并采用退火作業(yè)將N型源區(qū)推進擴散到P型基區(qū)中。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)進一步包括以下步驟: 在最頂層形成層間介質(zhì)，并利用接觸孔掩模形成接觸溝槽； 對所述接觸溝槽進行填充形成溝槽插塞。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)進一步包括以下步驟: 在層間介質(zhì)上積淀一層光刻涂層，并利用漏區(qū)掩模形成圖案暴露出層間介質(zhì)； 將暴露出的層間介質(zhì)干蝕掉，暴露出外延層； 對暴露出的外延層進行浸蝕以形成漏極槽。
5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟C進一步包括以下步驟: 對外延層進行浸蝕以形成開口直徑不少于30微米的漏極槽； 漏極槽穿過外延層而進入到襯底部分； 對所述漏極槽的底部注入磷或砷或其它N型摻雜物。
6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)是:在層間介質(zhì)上先沉積一層鋁銅合金，然后再利用金屬掩模進行金屬侵蝕，形成金屬墊層和連線。
7.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟C，進一步包括以下步驟: 對所述溝槽進行犧牲性氧化； 通過熱生長的方式，在所述溝槽暴露著的側壁和底部以及外延層上表面形成一層薄的柵極氧化層； 在所述溝槽中沉積含有摻雜劑的多晶硅形成一層多晶硅層，以填充溝槽并覆蓋溝槽頂面，并對所述多晶硅層進行化學機械拋光。
8.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟A，進一步包括以下步驟: 在最頂層沉積硼磷玻璃和無摻雜二氧化硅形成層間介質(zhì)； 通過接觸孔掩模，對所述層間介質(zhì)進行浸蝕，以形成接觸溝槽； 對N型源區(qū)進行侵蝕，使接觸溝槽穿過N型源區(qū)進入到P型基區(qū)。
9.根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟c)中對N型源區(qū)進行侵蝕包括侵蝕掉終端區(qū)的全部N型源區(qū)和部份柵極溝槽。
10.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟B，進一步包括以下步驟:對所述接觸溝槽進行干蝕后在所述接觸溝槽側壁、底部沉積一層鈦/氮化鈦層，再對所述接觸溝槽進行鎢填充以形成溝槽插塞，并對所述接觸溝槽表層進行侵蝕，去除所述層間介質(zhì)頂層的鈦/氮化鈦和鎢。
11.根據(jù)權利要求1-10任一項所述的制備方法，其特征在于，還包括，在所述晶圓襯底下面沉積一層金屬的步驟。
12.—種半導體功率器件，其特征在于，采用權利要求1-11任一項所述方法制備而成。
13.一種半導體功率器件，其特征在于，采用權利要求1-11任一項所述的方法制備而成的N通道溝槽型功率金屬氧化半導體場效應管。
14.一種半導體功率器件，其特征在于，采用權利要求1-11任一項所述的方法制備而成的P通道溝槽型功率金屬氧化半導體場效應管。
【文檔編號】H01L21/336GK104201105SQ201410340277
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權日:2014年7月17日
【發(fā)明者】歐陽偉倫, 梁安杰, 羅文健 申請人:香港商莫斯飛特半導體有限公司