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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit mehreren
Chips. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur
Fertigung einer Halbleitervorrichtung.
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Für
gewöhnlich wird eine Leistungsvorrichtung, wie beispielsweise
ein Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Leistungs-MOSFET)
und ein Transistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), zur Ansteuerung
einer Last, wie beispielsweise eines Motors, verwendet. Wenn eine
Vollbrückenschaltung aus Leistungsvorrichtungen zur Ansteuerung
eines Motors aufgebaut wird, sind vier Leistungsvorrichtungen erforderlich,
um einen Bürstenmotor anzusteuern, und sechs Leistungsvorrichtungen
erforderlich, um einen bürstenlosen Motor anzusteuern.
Folglich ist es schwierig, die Abmessungen eines Substrats zu verringern,
wenn mehrere Leistungsvorrichtungen auf einer Ebene eines Chips
gebildet werden, oder wenn mehrere Leistungsvorrichtungen auf jeweiligen
Chips gebildet und die Chips auf einer Ebene angeordnet werden.
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Die
US 2007/0075419 A ,
welche der
JP-A-2007-73674 entspricht,
offenbart eine Halbleitervorrichtung, die einen als Drain-Elektrode
dienenden Metallrahmen und mehrere vertikale Leistungsvorrichtungen
aufweist, die auf eine Stirnseite und einer Rückseite des
Leiterrahmens gebildet sind. Bei der Halbleitervorrichtung sind
die vertikalen Leistungsvorrichtungen und der Leiterrahmen geschichtet
angeordnet. Auf diese Weise kann eine Abmessung eines Substrats
verringert werden.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung ist der Leiterrahmen
jedoch zwischen den jeweiligen Halbleiterelementen angeordnet. Diese
Art von Befestigung kann zu einer Erhöhung einer Abmessung
der Vorrichtung führen.
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Es
ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung
bereitzustellen, die mehrere Chips aufweist. Es ist ferner Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung
bereitzustellen.
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Eine
Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung weist einen ersten und einen zweiten
Chip auf. Der erste Chip weist einen Leistungs-MOSFET mit einem
Kanal ersten Leitfähigkeitstyps auf. Der Leistungs-MOSFET
mit dem Kanal ersten Leitfähigkeitstyps weist auf: ein
erstes Halbleitersubstrat ersten Leitfähigkeitstyps mit
einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche,
eine Driftschicht ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der
ersten Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats angeordnet
ist und einen Zellabschnitt aufweist, eine Kanalschicht zweiten
Leitfähigkeitstyps, die an einem Oberflächenabschnitt
des Zellabschnitts der Driftschicht angeordnet ist, einen Source-Bereich
ersten Leitfähigkeitstyps, der an einem Oberflächenabschnitt
der Kanalschicht angeordnet ist, eine Gate-Isolierschicht, die auf
einem Kanalbereich angeordnet ist, der an einem Abschnitt der Kanalschicht
vorgesehen ist, der zwischen dem Source-Bereich und der Driftschicht angeordnet
ist, eine Gate-Elektrode, die vom Kanalbereich aus gesehen auf einer
gegenüberliegenden Seite der Gate-Isolierschicht angeordnet
ist, eine Source-Elektrode, die elektrisch mit der Kanalschicht und
dem Source-Bereich verbunden ist, und eine Drain-Elektrode der zweiten
Oberfläche, die auf der zweiten Oberfläche des
ersten Halbleitersubstrats angeordnet ist. Der zweite Chip weist
einen Leistungs-MOSFET mit einem Kanal zweiten Leitfähigkeitstyps
auf. Der Leistungs-MOSFET mit dem Kanal zweiten Leitfähigkeitstyps
weist auf: ein zweites Halbleitersubstrat zweiten Leitfähigkeitstyps
mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche,
eine Driftschicht zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der
ersten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats angeordnet
ist und einen Zellabschnitt aufweist, eine Kanalschicht ersten Leitfähigkeitstyps,
die an einem Oberflächenabschnitt des Zellabschnitts der
Driftschicht angeordnet ist, einen Source-Bereich zweiten Leitfähigkeitstyps,
der an einem Oberflächenabschnitt der Kanalschicht angeordnet
ist, eine Gate-Isolierschicht, die auf einem Kanalbereich angeordnet
ist, der an einem Abschnitt der Kanalschicht vorgesehen ist, der
zwischen dem Source-Bereich und der Driftschicht angeordnet ist,
eine Gate-Elektrode, die vom Kanalbereich aus gesehen auf einer gegenüberliegenden
Seite der Gate-Isolierschicht angeordnet ist, eine Source-Elektrode,
die elektrisch mit der Kanal schicht und dem Source-Bereich verbunden
ist, und eine Drain-Elektrode der zweiten Oberfläche, die
auf der zweiten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats
angeordnet ist. Der erste Chip und der zweite Chip bilden derart
eine Einheit bilden bzw. sind derart integriert, dass sich die Drain-Elektrode
der zweiten Oberfläche des ersten Chips und die Drain-Elektrode
der zweiten Oberfläche des zweiten Chips gegenüberliegen
und über ein leitfähiges Material elektrisch miteinander
verbunden sind.
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Bei
der Halbleitervorrichtung der ersten Ausgestaltung können
der erste Chip und der zweite Chip zu einer Einheit ausgebildet
werden, indem die Drain-Elektrode der zweiten Oberfläche
des ersten Chips an der Drain-Elektrode der zweiten Oberfläche des
zweiten Chips befestigt wird. Folglich ist es nicht erforderlich,
einen Leiterrahmen zwischen dem ersten Chip und dem zweiten Chip
anzuordnen. Auf diese Weise kann eine Abmessung der Halbleitervorrichtung
verglichen mit einem Fall, in welchem der Leiterrahmen vorgesehen
wird, verringert werden.
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Die
Halbleitervorrichtung der ersten Ausgestaltung kann beispielsweise
mit Hilfe eines Verfahrens gefertigt werden, das die folgenden Schritte
aufweist: Vorbereiten eines ersten Wafers zum Bilden mehrerer erster
Chips und eines zweiten Wafers zum Bilden mehrerer zweiter Chips;
Bilden des Leistungs-MOSFET mit dem Kanal ersten Leitfähigkeitstyps
im ersten Wafer; Bilden des Leistungs-MOSFET mit dem Kanal zweiten
Leitfähigkeitstyps im zweiten Wafer; Anordnen des ersten
Wafers und des zweiten Wafers derart, dass die Drain-Elektrode der zweiten
Oberfläche des ersten Wafers der Drain-Elektrode der zweiten
Oberfläche des zweiten Wafers gegenüberliegt;
elektrisches Verbinden der Drain-Elektrode der zweiten Oberfläche
des ersten Wafers derart über das leitfähige Material
mit der Drain-Elektrode der zweiten Oberfläche des zweiten Wafers,
dass der erste Wafer und der zweite Wafer eine Einheit bilden; und
Vereinzeln des ersten Wafers und des zweiten Wafers, die eine Einheit
bilden, in Chips.
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Eine
Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung
weist einen ersten Chip und einen zweiten Chip auf. Der erste Chip
weist einen Leistungs-MOSFET mit einem Kanal ersten Leitfähigkeitstyps
auf. Der Leistungs-MOSFET mit dem Kanal ersten Leitfähigkeitstyps
weist auf: ein erstes Halbleitersubstrat ersten Leitfähigkeitstyps
mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche,
eine Driftschicht ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der
ersten Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats angeordnet
ist und einen Zellabschnitt aufweist, eine Kanalschicht zweiten
Leitfähigkeitstyps, die an einem Oberflächenabschnitt
des Zellabschnitts der Driftschicht angeordnet ist, einen Source-Bereich ersten
Leitfähigkeitstyps, der an einem Oberflächenabschnitt
der Kanalschicht angeordnet ist, eine Gate-Isolierschicht, die auf
einem Kanalbereich angeordnet ist, der an einem Abschnitt der Kanalschicht vorgesehen
ist, der zwischen dem Source-Bereich und der Driftschicht angeordnet
ist, eine Gate-Elektrode, die vom Kanalbereich aus gesehen auf einer gegenüberliegenden
Seite der Gate-Isolierschicht angeordnet ist, eine Source-Elektrode,
die elektrisch mit der Kanalschicht und dem Source-Bereich verbunden
ist, und eine Drain-Elektrode der zweiten Oberfläche, die
auf der zweiten Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats
angeordnet ist. Der zweite Chip weist einen Leistungs-MOSFET mit
einem Kanal ersten Leitfähigkeitstyps auf. Der Leistungs-MOSFET
mit dem Kanal ersten Leitfähigkeitstyps weist auf: ein
zweites Halbleitersubstrat ersten Leitfähigkeitstyps mit
einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche,
eine Driftschicht ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der
ersten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats angeordnet
ist und einen Zellabschnitt aufweist, eine Kanalschicht zweiten
Leitfähigkeitstyps, die an einem Oberflächenabschnitt
des Zellabschnitts der Driftschicht angeordnet ist, einen Source-Bereich
ersten Leitfähigkeitstyps, der an einem Oberflächenabschnitt
der Kanalschicht angeordnet ist, eine Gate-Isolierschicht, die auf
einem Kanalbereich angeordnet ist, der an einem Abschnitt der Kanalschicht
vorgesehen ist, der zwischen dem Source-Bereich und der Driftschicht angeordnet
ist, eine Gate-Elektrode, die vom Kanalbereich aus gesehen auf einer
gegenüberliegenden Seite der Gate-Isolierschicht angeordnet
ist, eine Source-Elektrode, die elektrisch mit der Kanalschicht und
dem Source-Bereich verbunden ist, und eine Drain-Elektrode der zweiten
Oberfläche, die auf der zweiten Oberfläche des
zweiten Halbleitersubstrats angeordnet ist. Der erste Chip und der
zweite Chip bilden derart eine Einheit, dass sich die Drain-Elektrode
der zweiten Oberfläche des ersten Chips und die Source-Elektrode
des zweiten Chips gegenüberliegen und über ein
leitfähiges Material elektrisch miteinander verbunden sind.
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Bei
der Halbleitervorrichtung der zweiten Ausgestaltung können
der erste Chip und der zweite Chip zu einer Einheit ausgebildet
werden, indem die Drain-Elektrode der zweiten Oberfläche
des ersten Chips an der Source-Elektrode des zweiten Chips befes tigt
wird. Folglich ist es nicht erforderlich, einen Leiterrahmen zwischen
dem ersten Chip und dem zweiten Chip anzuordnen. Auf diese Weise
kann eine Abmessung der Halbleitervorrichtung verglichen mit einem
Fall, in welchem der Leiterrahmen vorgesehen wird, verringert werden.
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Die
Halbleitervorrichtung der zweiten Ausgestaltung kann beispielsweise
mit Hilfe eines Verfahrens gefertigt werden, das die folgenden Schritte
aufweist: Vorbereiten eines ersten Wafers zum Bilden mehrerer erster
Chips und eines zweiten Wafers zum Bilden mehrerer zweiter Chips;
Bilden des Leistungs-MOSFET mit dem Kanal ersten Leitfähigkeitstyps
im ersten Wafer; Bilden des Leistungs-MOSFET mit dem Kanal ersten
Leitfähigkeitstyps im zweiten Wafer; Anordnen des ersten
Wafers und des zweiten Wafers derart, dass die Drain-Elektrode der zweiten
Oberfläche des ersten Wafers der Source-Elektrode des zweiten
Wafers gegenüberliegt; elektrisches Verbinden der Drain-Elektrode
der zweiten Oberfläche des ersten Wafers derart über
das leitfähige Material mit der Source-Elektrode des zweiten
Wafers, dass der erste Wafer und der zweite Wafer eine Einheit bilden;
und Vereinzeln des ersten Wafers und des zweiten Wafers, die eine
Einheit bilden, in Chips.
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Eine
Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausgestaltung
weist einen ersten Chip und einen zweiten Chip auf. Der erste Chip
weist einen IGBT mit einem Kanal zweiten Leitfähigkeitstyps
auf. Der IGBT mit dem Kanal zweiten Leitfähigkeitstyps
weist auf: ein erstes Halbleitersubstrat ersten Leitfähigkeitstyps
mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche,
eine Driftschicht zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der
ersten Oberflächenseite des ersten Halbleitersubstrats
angeordnet ist und einen Zellabschnitt aufweist, eine Kanalschicht
ersten Leitfähigkeitstyps, die an einem Oberflächenabschnitt des
Zellabschnitts der Driftschicht angeordnet ist, einen Emitter-Bereich
zweiten Leitfähigkeitstyps, der an einem Oberflächenabschnitt
der Kanalschicht angeordnet ist, eine Gate-Isolierschicht, die auf
einem Kanalbereich angeordnet ist, der an einem Abschnitt der Kanalschicht
vorgesehen ist, der zwischen dem Emitter-Bereich und der Driftschicht
angeordnet ist, eine Gate-Elektrode, die vom Kanalbereich aus gesehen
auf einer gegenüberliegenden Seite der Gate-Isolierschicht
angeordnet ist, eine Emitter-Elektrode, die elektrisch mit der Kanalschicht
und dem Emitter-Bereich verbunden ist, und eine Kollektor-Elektrode
der zweiten Oberfläche, die auf der zweiten Ober fläche
des ersten Halbleitersubstrats angeordnet ist. Der zweite Chip weist
einen Leistungs-MOSFET mit einem Kanal zweiten Leitfähigkeitstyps
auf. Der Leistungs-MOSFET mit dem Kanal zweiten Leitfähigkeitstyps
weist auf: ein zweites Halbleitersubstrat zweiten Leitfähigkeitstyps
mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche,
eine Driftschicht zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der
ersten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats angeordnet
ist und einen Zellabschnitt aufweist, eine Kanalschicht ersten Leitfähigkeitstyps,
die an einem Oberflächenabschnitt des Zellabschnitts der
Driftschicht angeordnet ist, einen Source-Bereich zweiten Leitfähigkeitstyps,
der an einem Oberflächenabschnitt der Kanalschicht angeordnet
ist, eine Gate-Isolierschicht, die auf einem Kanalbereich angeordnet
ist, der an einem Abschnitt der Kanalschicht vorgesehen ist, der
zwischen dem Source-Bereich und der Driftschicht angeordnet ist,
eine Gate-Elektrode, die vom Kanalbereich aus gesehen auf einer gegenüberliegenden
Seite der Gate-Isolierschicht angeordnet ist, eine Source-Elektrode,
die elektrisch mit der Kanalschicht und dem Source-Bereich verbunden
ist, und eine Drain-Elektrode der zweiten Oberfläche, die
auf der zweiten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats
angeordnet ist. Der erste Chip und der zweite Chip bilden derart
eine Einheit, dass sich die Emitter-Elektrode des ersten Chips und
die Source-Elektrode des zweiten Chips gegenüberliegen
und über ein leitfähiges Material elektrisch miteinander
verbunden sind.
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Bei
der Halbleitervorrichtung der dritten Ausgestaltung können
der erste Chip und der zweite Chip zu einer Einheit ausgebildet
werden, indem die Emitter-Elektrode des ersten Chips an der Source-Elektrode
des zweiten Chips befestigt wird. Folglich ist es nicht erforderlich,
einen Leiterrahmen zwischen dem ersten Chip und dem zweiten Chip
anzuordnen. Auf diese Weise kann eine Abmessung der Halbleitervorrichtung
verglichen mit einem Fall, in welchem der Leiterrahmen vorgesehen
wird, verringert werden.
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Die
Halbleitervorrichtung der dritten Ausgestaltung kann beispielsweise
mit Hilfe eines Verfahrens gefertigt werden, das die folgenden Schritte
aufweist: Vorbereiten eines ersten Wafers zum Bilden mehrerer erster
Chips und eines zweiten Wafers zum Bilden mehrerer zweiter Chips;
Bilden des IGBT mit dem Kanal zweiten Leitfähigkeitstyps
im ersten Wafer; Bilden des Leistungs-MOSFET mit dem Kanal zweiten
Leitfähigkeitstyps im zweiten Wafer; Anordnen des ersten
Wafers und des zweiten Wafers der art, dass die Emitter-Elektrode
des ersten Wafers der Source-Elektrode des zweiten Wafers gegenüberliegt;
elektrisches Verbinden der Emitter-Elektrode des ersten Wafers derart über
das leitfähige Material mit der Source-Elektrode des zweiten
Wafers, dass der erste Wafer und der zweite Wafer eine Einheit bilden;
und Vereinzeln des ersten Wafers und zweiten Wafers, die eine Einheit
bilden, in Chips.
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Eine
Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausgestaltung
weist einen ersten Chip und einen zweiten Chip auf. Der erste Chip
weist ein erstes Halbleitersubstrat und eine elektronische Schaltung oder
eine Schaltungsverdrahtung auf, die im Halbleitersubstrat gebildet
ist. Das erste Halbleitersubstrat weist einen ersten Leitfähigkeitstyp
oder einen zweiten Leitfähigkeitstyp und eine erste und
eine gegenüberliegende zweite Oberfläche auf.
Der zweite Chip weist einen Leistungs-MOSFET mit einem Kanal zweiten
Leitfähigkeitstyps auf. Der Leistungs-MOSFET mit dem Kanal
zweiten Leitfähigkeitstyps weist auf: ein zweites Halbleitersubstrat
zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten und einer gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche, eine Driftschicht zweiten Leitfähigkeitstyps,
die auf der ersten Oberfläche des zweiten Halbleitersubstrats
angeordnet ist und einen Zellabschnitt aufweist, eine Kanalschicht
ersten Leitfähigkeitstyps, die an einem Oberflächenabschnitt des
Zellabschnitts der Driftschicht angeordnet ist, einen Source-Bereich
zweiten Leitfähigkeitstyps, der an einem Oberflächenabschnitt
der Kanalschicht angeordnet ist, eine Gate-Isolierschicht, die auf
einem Kanalbereich angeordnet ist, der an einem Abschnitt der Kanalschicht
vorgesehen ist, der zwischen dem Source-Bereich und der Driftschicht
angeordnet ist, eine Gate-Elektrode, die vom Kanalbereich aus gesehen
auf einer gegenüberliegenden Seite der Gate-Isolierschicht
angeordnet ist, eine Source-Elektrode, die elektrisch mit der Kanalschicht
und dem Source-Bereich verbunden ist, und eine Drain-Elektrode der
zweiten Oberfläche, die auf der zweiten Oberfläche
des zweiten Halbleitersubstrats angeordnet ist. Der erste Chip und
der zweite Chip bilden derart eine Einheit, dass sich die zweite
Oberfläche des ersten Chips und die Source-Elektrode des
zweiten Chips gegenüberliegen und über ein leitfähiges
Material elektrisch miteinander verbunden sind.
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Bei
der Halbleitervorrichtung der vierten Ausgestaltung können
der erste Chip und der zweite Chip zu einer Einheit ausgebildet
werden, indem die zweite Oberfläche des ersten Chips an
der Source-Elektrode des zweiten Chips befestigt wird. Folglich
ist es nicht erforderlich, einen Leiterrahmen zwischen dem ersten
Chip und dem zweiten Chip anzuordnen. Auf diese Weise kann eine
Abmessung der Halbleitervorrichtung verglichen mit einem Fall, in welchem
der Leiterrahmen angeordnet ist, verringert werden.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der beispielhaften
Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung gemacht wurde, näher ersichtlich sein. In der
Zeichnung zeigt/zeigen:
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1 eine
Abbildung einer Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
Abbildung eines Ersatzschaltbildes der in der 1 gezeigten
Halbleitervorrichtung;
-
3A und 3B Abbildungen
einer Draufsicht von Wafern, die zur Fertigung der in der 1 gezeigten
Halbleitervorrichtung verwendet werden;
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4A und 4B Abbildungen
von Prozessen zur Fertigung der in der 1 gezeigten Halbleitervorrichtung;
-
5 eine
Abbildung einer Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Abbildung eines Ersatzschaltbildes der in der 5 gezeigten
Halbleitervorrichtung;
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7A und 7B Abbildungen
einer Draufsicht von Wafern, die zur Fertigung der in der 5 gezeigten
Halbleitervorrichtung verwendet werden;
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8A bis 8C Abbildungen
von Prozessen zur Fertigung der in der 5 gezeigten
Halbleitervorrichtung;
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9 eine
Abbildung einer Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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10 eine
Abbildung eines Ersatzschaltbildes der in der 9 gezeigten
Halbleitervorrichtung;
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11A und 11B Abbildungen
einer Draufsicht von Wafern, die zur Fertigung der in der 9 gezeigten
Halbleitervorrichtung verwendet werden;
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12A bis 12C Abbildungen
von Prozessen zur Fertigung der in der 9 gezeigten Halbleitervorrichtung;
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13A eine Abbildung einer Querschnittsansicht einer
Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und 13B eine
Abbildung einer vergrößerten Ansicht eines rechten
Abschnitts der in der 13A gezeigten
Halbleitervorrichtung;
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14A eine Abbildung einer Querschnittsansicht einer
Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 14B eine Abbildung einer vergrößerten
Ansicht eines rechten Abschnitts der in der 14A gezeigten
Halbleitervorrichtung;
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15A eine Abbildung einer Querschnittsansicht der
in der 1 gezeigten Halbleitervorrichtung mit Leiterrahmen
als Anschlüsse zur Verbindung der Halbleitervorrichtung
mit einer externen Vorrichtung;
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15B eine Abbildung einer Draufsicht der in der 15A gezeigten Halbleitervorrichtung;
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16A eine Abbildung einer Querschnittsansicht einer
Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation;
und
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16B eine Abbildung einer Draufsicht der Halbleitervorrichtung
gemäß der Modifikation.
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(Erste Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die 1 und 2 beschrieben.
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Die
Halbleitervorrichtung weist einen ersten Chip 1 und einen
zweiten Chip 21 auf. Sowohl der erste Chip 1 als
auch der zweite Chip 21 weisen einen Leistungs-MOSFET mit
einer Trench-Gate-Struktur als vertikale Leistungsvorrichtung auf.
Eine zweite Oberfläche des ersten Chips 1 ist
derart an einer zweiten Oberfläche des zweiten Chips 21 befestigt,
dass der erste Chip 1 und der zweite Chip 2 eine
Einheit bilden.
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Der
erste Chip 1 weist einen p-Kanal-Leistungs-MOSFET auf.
Der erste Chip 1 weist ein p+-leitendes
Siliziumsubstrat 2 auf. Das p+-leitende
Siliziumsubstrat 2 weist eine erste und eine gegenüberliegende
zweite Oberfläche auf. Auf der ersten Oberfläche
des p+-leitenden Siliziumsubstrats 2 ist
eine p–-leitende Driftschicht 3 epitaxial
gebildet. Die p–-leitende Driftschicht 3 weist
einen Zellabschnitt auf. Eine n-Kanal-Schicht 4 ist an
einem Oberflächenabschnitt des Zellabschnitts der p–-leitenden Driftschicht 3 angeordnet.
Ein p+-leitender Source-Bereich 5 ist
an einem Oberflächenabschnitt der n-Kanal-Schicht 4 angeordnet.
Der p+-leitende Source-Bereich 5 ist
flacher bzw. dünner als die n-Kanal-Schicht 4 ausgebildet.
Ferner sind mehrere Trench-Gate-Strukturen in der p–-leitenden
Driftschicht 3 gebildet. Jede der Trench-Gate-Strukturen ist
aus einem Graben 6, einer Gate-Isolierschicht 7 und
einer Gate-Elektrode 8 aufgebaut. Der Graben 6 dringt
durch den p+-leitenden Source-Bereich 5 und die
n-Kanal-Schicht 4 und reicht bis zur p–-leitenden Driftschicht 3.
Die Gate-Isolierschicht 7 ist auf einer Innenwand des Grabens 6 gebildet.
Die Gate-Elektrode 8 ist derart auf einer Oberfläche
der Gate-Isolierschicht 7 gebildet, dass sie den Graben 6 füllt.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur kann ein Oberflächenabschnitt
der n-Kanal-Schicht 4, der zwischen dem p+-leitenden
Source-Bereich 5 und der p–-leitenden
Driftschicht 3 angeordnet ist, als Kanalbereich dienen.
Die Gate-Isolierschicht 7 ist auf dem Kanalbe reich angeordnet.
Die Gate-Elektrode 8 ist vom Kanalbereich aus gesehen auf
einer gegenüberliegenden Seite der Gate-Isolierschicht 7 angeordnet.
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Auf
der Gate-Elektrode 8 ist eine Zwischenschichtisolierschicht 9 gebildet.
Auf der Zwischenschichtisolierschicht 9 sind eine Source-Elektrode 10 und
ein Gate-Draht 11 gebildet. Die Source-Elektrode 10 ist über
ein Kontaktloch 9a in der Zwischenschichtisolierschicht 9 elektrisch
mit der n-Kanal-Schicht 4 und dem p+-leitenden
Source-Bereich 5 verbunden. Der Gate-Draht 11 ist
derart auf der Driftschicht 3 angeordnet, dass er getrennt
vom Zellabschnitt angeordnet ist. Der Gate-Draht 11 ist über
ein Kontaktloch (nicht gezeigt) in der Zwischenschichtisolierschicht 9 elektrisch
mit der Gate-Elektrode 8 verbunden, in einem Querschnitt,
der sich von einem in der 1 gezeigten
Querschnitt unterscheidet.
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Eine
p+-leitende Kontaktschicht 12 ist
derart in der p–-leitenden Driftschicht 3 gebildet,
dass sie getrennt von den Trench-Gate-Strukturen angeordnet ist.
Auf der p+-leitenden Kontaktschicht 12 ist
eine Drain-Elektrode 13 der ersten Oberfläche
gebildet. Folglich weist der erste Chip 1 eine Up-Drain-Struktur auf.
Auf der zweiten Oberfläche des p+-leitenden
Siliziumsubstrats 2 ist eine Drain-Elektrode 14 der
zweiten Oberfläche gebildet. Die Drain-Elektrode 14 der zweiten
Oberfläche ist elektrisch mit dem zweiten Chip 21 verbunden.
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An
einer äußersten Trench-Gate-Struktur ist eine
n-leitende Feldabschwächungsschicht 15 gebildet.
Die n-leitende Feldabschwächungsschicht 15 grenzt
an den Graben 6 und bedeckt einen Außenkantenabschnitt
des Grabens 6. Die n-leitende Feldabschwächungsschicht 15 kann
ein an den Außenkantenabschnitt des Grabens 6 gelegtes
elektrisches Feld abschwächen. Auf diese Weise können
eine Konzentration eines elektrischen Feldes am Außenkantenabschnitt
des Grabens 6 und eine Beschädigung der Gate-Isolierschicht 7 bedingt
durch die Konzentration eines elektrischen Feldes eingeschränkt werden.
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Der
zweite Chip 21 weist einen n-Kanal-Leistungs-MOSFET auf.
Der zweite Chip 21 weist ein n+-leitendes
Siliziumsubstrat 22 auf. Das n+-leitende Siliziumsubstrat 22 weist
eine erste und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche
auf. Auf der ersten Oberfläche des n+-leitenden
Siliziumsubstrats 22 ist eine n–-leitende
Driftschicht 23 epitaxial gebildet. Die n–-leitende
Driftschicht 23 weist einen Zellabschnitt auf. Eine p-Kanal-Schicht 24 ist
an einem Oberflächenabschnitt des Zellabschnitts in der
n–-leitenden Driftschicht 23 gebildet.
Ein n+-leitender Source-Bereich 25 ist
an einem Oberflächenabschnitt der p-Kanal-Schicht 24 gebildet.
Der n+-leitende Source-Bereich 25 ist
dünner bzw. flacher als die p-Kanal-Schicht 24 ausgebildet.
Ferner sind mehrere Trench-Gate-Strukturen in der n–-leitenden
Driftschicht 23 gebildet. Jede der Trench-Gate-Strukturen ist
aus einem Graben 26, einer Gate-Isolierschicht 27 und
einer Gate-Elektrode 28 aufgebaut. Der Graben 26 dringt
durch den n+-leitenden Source-Bereich 25 und
die p-Kanal-Schicht 24 und reicht bis zur n–-leitenden
Driftschicht 23. Die Gate-Isolierschicht 27 ist auf
einer Innenwand des Grabens 26 gebildet. Die Gate-Elektrode 28 ist
derart auf einer Oberfläche der Gate-Isolierschicht 27 gebildet,
dass sie den Graben 26 füllt. Bei der vorstehend
beschriebenen Struktur kann ein Oberflächenabschnitt der
p-Kanal-Schicht 24, der zwischen dem n+-leitenden
Source-Bereich 25 und der n–-leitenden
Driftschicht 23 angeordnet ist, als Kanalbereich dienen.
Die Gate-Isolierschicht 27 ist auf dem Kanalbereich gebildet.
Die Gate-Elektrode 28 ist vom Kanalbereich aus auf einer
gegenüberliegenden Seite der Gate-Isolierschicht 27 angeordnet.
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Auf
der Gate-Elektrode 28 ist eine Zwischenschichtisolierschicht 29 gebildet.
Auf der Zwischenschichtisolierschicht 29 sind eine Source-Elektrode 30 und
ein Gate-Draht 31 gebildet. Die Source-Elektrode 30 ist über
ein Kontaktloch 29a in der Zwischenschichtisolierschicht 29 elektrisch
mit der p-Kanal-Schicht 24 und dem n+-leitenden
Source-Bereich 25 verbunden. Der Gate-Draht 31 ist
derart auf der n–-leitenden Driftschicht 23 angeordnet,
dass er getrennt vom Zellabschnitt angeordnet ist. Der Gate-Draht 31 ist über
ein Kontaktloch (nicht gezeigt) in der Zwischenschichtisolierschicht 29 elektrisch
mit der Gate-Elektrode 28 verbunden, in einem Querschnitt,
der sich von einem in der 1 gezeigten Querschnitt
unterscheidet.
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Eine
n+-leitende Kontaktschicht 32 ist
derart in der n–-leitenden Driftschicht 23 gebildet,
dass sie getrennt von den Trench-Gate-Strukturen angeordnet ist.
Auf der n+-leitenden Kontaktschicht 32 ist
eine Drain-Elektrode 33 der ersten Oberfläche
gebildet. Auf der zweiten Oberfläche des n+-leitenden
Siliziumsubstrats 22 ist eine Drain- Elektrode 34 der
zweiten Oberfläche gebildet. Die Drain-Elektrode 34 der zweiten
Oberfläche ist elektrisch mit dem ersten Chip 1 verbunden.
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An
einer äußersten Trench-Gate-Struktur ist eine
p-leitende Feldabschwächungsschicht 35 gebildet.
Die p-leitende Feldabschwächungsschicht 35 grenzt
an den Graben 6 und bedeckt einen Außenkantenabschnitt
des Grabens 26. Die p-leitende Feldabschwächungsschicht 35 kann
ein an den Außenkantenabschnitt des Grabens 26 gelegtes
elektrisches Feld abschwächen. Auf diese Weise können eine
Konzentration eines elektrischen Feldes am Außenkantenabschnitt
des Grabens 26 und eine Beschädigung der Gate-Isolierschicht 27 bedingt
durch die Konzentration eines elektrischen Feldes beschränkt
werden.
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Die
Drain-Elektrode 14 der zweiten Oberfläche des
ersten Chips 1 ist über ein leitfähiges
Element 40 an der Drain-Elektrode 34 der zweiten
Oberfläche des zweiten Chips 21 befestigt. Das
leitfähige Element 40 weist beispielsweise ein
Lötmittel oder ein elektrisch leitfähiges Klebemittel
auf.
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Bei
der Halbleitervorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau
ist ein Drain des p-Kanal-Leistungs-MOSFET (Pch) elektrisch mit
einem Drain des n-Kanal-Leistungs-MOSFET (Nch) verbunden. Folglich
kann das in der 2 gezeigte Ersatzschaltbild
erstellt werden.
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Gemäß obiger
Beschreibung weist sowohl der erste Chip 1 als auch der
zweite Chip 21 den vertikalen Leistungs-MOSFET auf und
ist die zweite Oberfläche des ersten Chips 1 an
der zweiten Oberfläche des zweiten Chips 21 befestigt.
Folglich bilden der erste Chip 1 und der zweite Chip 21 eine
Einheit. Bei solch einem Aufbau muss kein Leiterrahmen zwischen
dem ersten Chip 1 und dem zweiten Chip 21 angeordnet
werden. Folglich kann eine Abmessung der Halbleitervorrichtung verringert
werden. Eine elektrische Verbindung zwischen sowohl dem ersten Chip 1 als
auch dem zweiten Chip 21 und einer externen Vorrichtung
wurde vorstehend noch nicht beschrieben. Die Source-Elektrode 10 des
ersten Chips 1 und die Source-Elektrode 30 des
zweiten Chips 21 können über einen Leiterrahmen
elektrisch mit der externen Vorrichtung verbunden werden. In solch
einem Fall können die Source-Elektroden 10 und 30 direkt
mit dem Leiterrahmen oder über eine Wärmesenke
mit dem Leiterrahmen verbunden werden.
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Nachstehend
wird ein beispielhaftes Verfahren zur Fertigung der Halbleitervorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 3A bis 4B beschrieben.
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Zunächst
wird ein erster Wafer 41 vorbereitet und, wie in 3A gezeigt,
der vorstehend beschriebene p-Kanal-Leistungs-MOSFET (PchDMOS) im ersten
Wafer 41 gebildet. Ferner wird ein zweiter Wafer 42 vorbereitet
und, wie in 3B gezeigt, der vorstehend beschriebene
n-Kanal-Leistungs-MOSFET (NchDMOS) im zweiten Wafer 42 gebildet.
Insbesondere werden mehrere erste Chips 1 im ersten Wafer 41 und
mehrere zweite Chips 21 im zweiten Wafer 42 gebildet.
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Der
erste Wafer 41 und der zweite Wafer 42 werden
derart angeordnet, dass die Drain-Elektrode 14 der zweiten
Oberfläche des ersten Wafers 41 der Drain-Elektrode 34 der
zweiten Oberfläche des zweiten Wafers 42 gegenüberliegt.
Der erste Wafer 41 und der zweite Wafer 42 werden,
wie in 4A gezeigt, über das
leitfähige Element 40 aneinander befestigt. Anschließend
werden der erste Wafer 41 und zweite Wafer 42,
die nunmehr eine Einheit bilden, entlang von Schnittlinien auf dem
ersten Wafer 41 und auf dem zweiten Wafer 42 vereinzelt.
Auf diese Weise werden der erste Wafer 41 und der zweite
Wafer 42 in Chips vereinzelt und wird die Halbleitervorrichtung,
welche den ersten Chip 1 und den zweiten Chip 21 aufweist,
die aneinander befestigt sind, gebildet.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden der erste Wafer 41 und
der zweite Wafer 42 in einem Zustand, in welchem der erste
Wafer 41 und der zweite Wafer 42 die Wafer-Form
aufweisen, aneinander befestigt, und werden der erste Wafer 41 und
zweite Wafer 42, die eine Einheit bilden, in Chips vereinzelt.
Folglich kann die Anzahl von Prozessen zum Zusammenführen
bzw. Schichten der Chips verringert werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die 5 und 6 beschrieben.
Bei der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform
weist der erste Chip 1 den p-Kanal-Leistungs-MOSFET und
der zweite Chip 21 den n-Kanal-Leistungs-MOSFET auf. Bei
der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform weist
sowohl der erste Chip 1 als auch der zweite Chip 21 einen
p-Kanal-MOSFET auf.
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Die
p-Kanal-MOSFETs im ersten und im zweiten Chip 1, 21 der
vorliegenden Ausführungsform ähneln dem p-Kanal-MOSFET
im ersten Chip 1 der ersten Ausführungsform Bei
der vorliegenden Ausführungsform weisen der erste Chip 1 und
der zweite Chip 21 jedoch keine Up-Drain-Struktur auf. Folglich
sind die p+-leitende Kontaktschicht 12 und die
Drain-Elektrode 13 der ersten Oberfläche, die
in der 1 gezeigt sind, nicht vorgesehen.
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Die
Drain-Elektrode 14 der zweiten Oberfläche des
ersten Chips 1 ist über das leitfähige
Element 40 elektrisch mit der Source-Elektrode 10 des zweiten
Chips 21 verbunden. Der erste Chip 1 ist derart
in einer horizontalen Richtung bezüglich des zweiten Chips 21 zu
einer Seite verschoben, dass der Gate-Draht 11 des zweiten
Chips 21 zu einer Außenseite von dem ersten Chip 1 freigelegt
ist.
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Bei
der Halbleitervorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau
ist ein Darin des im ersten Chip 1 gebildeten p-Kanal-Leistungs-MOSFET elektrisch
mit einer Source des im zweiten Chip 21 gebildeten p-Kanal-Leistungs-MOSFET
verbunden. Folglich kann ein in der 6 gezeigtes
Ersatzschaltbild erstellt werden. Die Halbleitervorrichtung der
vorliegenden Ausführungsform kann Effekte gleich den vorstehend
beschriebenen Effekten der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform hervorbringen.
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Nachstehend
wird ein beispielhaftes Verfahren zur Fertigung der Halbleitervorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 7A bis 8C beschrieben.
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Zunächst
werden ein erster Wafer 41 und ein zweiter Wafer 42 vorbereitet.
In sowohl dem ersten Wafer 41 als auch dem zweiten Wafer 42 wird
der vorstehend beschriebene p-Kanal-Leistungs-MOSFET (PchDMOS) gebildet.
D. h., in sowohl dem ersten Wafer 41 als auch dem zweiten
Wafer 42 werden Halbleiterelemente gebildet, bevor die
Wafer in Chips vereinzelt werden. Im ersten Wafer 41 und
im zweiten Wafer 42 werden die gleichen p-Kanal-Leistungs-MOSFETs
gebildet. Ausziehpositionen der Gate-Drähte 11 der
p-Kanal-Leistungs-MOSFETs im ersten Wafer 41 und Ausziehpositionen
der Gate-Drähte 11 der p-Kanal-Leistungs-MOSFETs
im zweiten Wafer 42 können bilateral symmetrisch
sein.
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Im
ersten Wafer 41 werden mehrere Durchgangslöcher 41a an
Abschnitten entsprechend einem Teil eines Umfangs der jeweiligen
ersten Chips 1 vorgesehen. Im zweiten Wafer 42 werden
mehrere Durchgangslöcher 42a an Abschnitten entsprechend einem
Teil eines Umfangs der jeweiligen zweiten Chips 21 vorgesehen.
Die Durchgangslöcher 41a werden beispielsweise,
wie in den 7A und 8A gezeigt,
auf einer linken Seite der jeweiligen ersten Chips 1 vorgesehen,
und die Durchgangslöcher 42a werden beispielsweise,
wie in den 7B und 8A gezeigt,
auf einer rechten Seite der jeweiligen zweiten Chips 21 vorgesehen.
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Anschließend
wird der erste Wafer 41, wie in 8B gezeigt,
auf dem zweiten Wafer 42 angeordnet. Die Drain-Elektrode 14 der
zweiten Oberfläche des ersten Wafers 41 wird über
das leitfähige Element 40 mit der Source-Elektrode 10 des
zweiten Wafers 42 verbunden. Das leitfähige Element
weist beispielsweise ein Lötmittel oder ein elektrisch
leitfähiges Klebemittel auf. Ein Lötmittel wird
beispielsweise durch Plattieren auf einer Oberfläche der
Source-Elektrode 10 oder auf einer Oberfläche
der Drain-Elektrode 14 der zweiten Oberfläche
gebildet. Anschließend werden der erste Wafer 41 und
der zweite Wafer 42 angeordnet und erwärmt. Hierdurch wird
die Drain-Elektrode 14 der zweiten Oberfläche des
ersten Wafers 41 über das leitfähige
Element 40 mit der Source-Elektrode 10 des zweiten
Wafers 42 verbunden. Wenn der erste Wafer 41 und
der zweite Wafer 42 derart angeordnet werden, dass die
ersten Chips 1 den zweiten Chips 21 entsprechen,
werden die Gate-Drähte 11 der im zweiten Wafer 42 gebildeten
p-Kanal-Leistungs-MOSFETs durch die im ersten Wafer 41 gebildeten
Durchgangslöcher 41a zu einer Außenseite
freigelegt.
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Anschließend
werden der erste Wafer 41 und der zweite Wafer 42 zusammen
entlang von Schnittlinien vereinzelt. Auf diese Weise werden der erste
Wafer 41 und der zweite Wafer 42 in Chips vereinzelt
und wird die Halbleitervorrichtung, welche den ersten Chip 1 und
den zweiten Chip 21 aufweist, die aneinander befestigt
sind, gebildet.
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(Dritte Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die 9 und 10 beschrieben.
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Die
Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
weist einen ersten Chip 1 und einen zweiten Chip 21 auf.
Der erste Chip 1 weist einen n-Kanal-IGBT auf. Der zweite
Chip 21 weist einen n-Kanal-Leistungs-MOSFET auf. Der n-Kanal-Leistungs-MOSFET
im zweiten Chip 21 der vorliegenden Ausführungsform ähnelt
dem n-Kanal-Leistungs-MOSFET im zweiten Chip 21 der ersten
Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist
der zweite Chip 21 jedoch keine Up-Drain-Struktur auf.
Folglich sind die n+-leitende Kontaktschicht 32 und
die Drain-Elektrode 33 der ersten Oberfläche,
die in der 1 gezeigt sind, nicht vorgesehen.
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Der
im ersten Chip 1 gebildete n-Kanal-IGBT weist ein p+-leitendes Siliziumsubstrat 51 auf.
Auf einer ersten Oberfläche des p+-leitenden
Siliziumsubstrats 51 sind eine n+-leitende
Pufferschicht 52 und eine n–-leitende
Driftschicht 53 epitaxial gebildet. Die n–-leitende
Driftschicht 53 weist einen Zellabschnitt auf. Eine p-Kanal-Schicht 54 ist
an einem Oberflächenabschnitt des Zellabschnitts der n–-leitenden Driftschicht 53 gebildet.
Ein n+-leitender Emitter-Bereich 55 ist
an einem Oberflächenabschnitt der p-Kanal-Schicht 54 gebildet.
Der n+-leitende Emitter-Bereich 55 ist
dünner bzw. flacher als die p-Kanal-Schicht 54 ausgebildet.
Ferner sind mehrere Trench-Gate-Strukturen in der n–-leitenden
Driftschicht 53 gebildet. Jede der Trench-Gate-Strukturen ist
aus einem Graben 56, einer Gate-Isolierschicht 57 und
einer Gate-Elektrode 58 aufgebaut. Der Graben 56 dringt
durch den n+-leitenden Emitter-Bereich 55 und
die p-Kanal-Schicht 54 und reicht bis zur n–-leitenden
Driftschicht 53. Die Gate-Isolierschicht 57 ist auf
einer Innenwand des Grabens 56 gebildet. Die Gate-Elektrode 58 ist
derart auf einer Oberflä che der Gate-Isolierschicht 57 gebildet,
dass sie den Graben 56 füllt. Bei der vorstehend
beschriebenen Struktur kann ein Oberflächenabschnitt der
p-Kanal-Schicht 54, der zwischen dem n+-leitenden
Emitter-Bereich 55 und der n–-leitenden
Driftschicht 53 angeordnet ist, als Kanalbereich dienen.
Die Gate-Isolierschicht 57 ist auf dem Kanalbereich angeordnet.
Die Gate-Elektrode 58 ist vom Kanalbereich aus gesehen
auf einer gegenüberliegenden Seite der Gate-Isolierschicht 57 angeordnet.
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Auf
der Gate-Elektrode 58 ist eine Zwischenschichtisolierschicht 59 gebildet.
Auf der Zwischenschichtisolierschicht 9 sind eine Emitter-Elektrode 60 und
ein Gate-Draht 61 gebildet. Die Emitter-Elektrode 60 ist über
ein Kontaktloch 59a in der Zwischenschichtisolierschicht 59 elektrisch
mit der p-Kanal-Schicht 54 und dem n+-leitenden
Emitter-Bereich 55 verbunden. Der Gate-Draht 61 ist
derart auf der n–-leitenden Driftschicht 53 angeordnet,
dass er getrennt vom Zellabschnitt angeordnet ist. Der Gate-Draht 61 ist über
ein Kontaktloch (nicht gezeigt) in der Zwischenschichtisolierschicht 59 elektrisch
mit der Gate-Elektrode 58 verbunden, in einem Querschnitt,
der sich von einem in der 9 gezeigten Querschnitt
unterscheidet.
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Ferner
ist eine Kollektor-Elektrode 62 der zweiten Oberfläche
auf einer zweiten Oberfläche des p+-leitenden
Siliziumsubstrats 51 gebildet. Auf diese Weise wird der
n-Kanal-IGBT gebildet.
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An
einer äußersten Trench-Gate-Struktur ist eine
p-leitende Feldabschwächungsschicht 63 gebildet.
Die p-leitende Feldabschwächungsschicht 63 grenzt
an den Graben 56 und bedeckt einen Außenkantenabschnitt
des Grabens 56. Die p-leitende Feldabschwächungsschicht 63 kann
ein an den Außenkantenabschnitt des Grabens 56 gelegtes
elektrisches Feld abschwächen. Auf diese Weise können eine
Konzentration eines elektrischen Feldes am Außenkantenabschnitt
des Grabens 56 und eine Beschädigung der Gate-Isolierschicht 57 bedingt
durch die Konzentration eines elektrischen Feldes eingeschränkt
werden.
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Die
auf der ersten Oberfläche des zweiten Chips 21 angeordnete
Source-Elektrode 30 ist über das leitfähige
Element 40 elektrisch mit der auf der ersten Oberfläche
des ersten Chips 1 angeordneten Emitter-Elektrode 60 verbunden.
Der erste Chip 1 ist derart in einer horizontalen Richtung
bezüglich des zweiten Chips 21 zu einer Seite
verschoben, dass der Gate-Draht 31 des zweiten Chips 21 zur
Außenseite des ersten Chips 1 und der Gate-Draht 61 des ersten
Chips 1 zur Außenseite des zweiten Chips 21 freigelegt
sind.
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Bei
der Halbleitervorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau
ist der im zweiten Chip 21 gebildete n-Kanal-Leistungs-MOSFET
elektrisch mit dem im ersten Chip 1 gebildeten n-Kanal-IGBT verbunden.
Folglich kann ein in der 10 gezeigtes Ersatzschaltbild
erstellt werden. Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
kann Effekte gleich den vorstehend beschriebenen Effekten der Halbleitervorrichtung
der ersten Ausführungsform hervorbringen.
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Nachstehend
wird ein beispielhaftes Verfahren zur Fertigung der Halbleitervorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 11A bis 12C beschrieben.
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Zunächst
wird ein erster Wafer 41 vorbereitet und, wie in 11A gezeigt, der vorstehend beschriebene n-Kanal-IGBT
im ersten Wafer 41 gebildet. Ferner wird ein zweiter Wafer 42 vorbereitet
und, wie in 11B gezeigt, der vorstehend
beschriebene n-Kanal-Leistungs-MOSFET (NchDMOS) im zweiten Wafer 42 gebildet.
D. h., in sowohl dem ersten Wafer 41 als auch im zweiten
Wafer 42 werden Halbleiterelemente gebildet, bevor die
Wafer anschließend vereinzelt werden.
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Bei
dem ersten Wafer 41 werden mehrere Durchgangslöcher 41a an
Abschnitten entsprechend einem Teil eines Umfangs der jeweiligen
ersten Chips 1 vorgesehen. Im zweiten Wafer 42 werden
mehrere Durchgangslöcher 42a an Abschnitten entsprechend einem
Teil eines Umfangs der jeweiligen zweiten Chips 21 vorgesehen.
Im ersten Wafer 41 werden die Durchgangslöcher 41a beispielsweise,
wie in 11A gezeigt, auf einer linken
Seite der jeweiligen ersten Chips 1, die in ungeraden (ungeradzahligen) Linien,
einschließlich einer ersten Linie und einer dritten Linie,
von oben angeordnet sind, vorgesehen, und werden die Durchgangslöcher 41a auf
einer rechten Seite der jeweiligen ersten Chips 1, die
in geraden (geradzahligen) Linien, einschließlich einer zweiten
Linie und einer vierten Linie, von oben angeordnet sind, vorgesehen.
Im zwei ten Wafer 42 werden die Durchgangslöcher 42a auf
einer rechten Seite der jeweiligen zweiten Chips 21, die
in ungerade (ungeradzahligen) Linien, einschließlich einer
ersten Linie und einer dritten Linie, von oben angeordnet sind,
vorgesehen, und werden die Durchgangslöcher 42a auf
einer linken Seite der jeweiligen ersten Chips 21, die
in geraden (geradzahligen) Linien, einschließlich einer
zweiten Linie und einer vierten Linie, von oben angeordnet sind,
vorgesehen.
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Anschließend
wird der erste Wafer 41, wie in 12B gezeigt,
auf dem zweiten Wafer 42 angeordnet. Die Emitter-Elektrode 60 der
ersten Oberfläche des ersten Wafers 41 wird über
das leitfähige Element 40 mit der Source-Elektrode 30 des
zweiten Wafers 42 verbunden. Das leitfähige Element 40 weist
beispielsweise ein Lötmittel oder ein elektrisch leitfähiges
Klebemittel auf. Ein Lötmittel wird beispielsweise durch
Plattieren auf einer Oberfläche der Source-Elektrode 30 oder
auf einer Oberfläche der Emitter-Elektrode 60 der
ersten Oberfläche gebildet. Anschließend werden
der erste Wafer 41 und der zweite Wafer 42 angeordnet
und erwärmt. Hierdurch wird die Emitter-Elektrode 60 der
ersten Oberfläche des ersten Wafers 41 über
das leitfähige Element 40 elektrisch mit der Source-Elektrode 30 des
zweiten Wafers 42 verbunden. Wenn der erste Wafer 41 und der
zweite Wafer 42 derart angeordnet werden, dass die ersten
Chips 1 den zweiten Chips 21 entsprechen, werden
die Gate-Drähte 31 der im zweiten Wafer 42 gebildeten
n-Kanal-Leistungs-MOSFETs über die im ersten Wafer 41 vorgesehenen
Durchgangslöcher 41a zur Außenseite freigelegt.
Ferner werden die Gate-Drähte 61 des im ersten
Wafer 41 gebildeten n-Kanal-IGBT über die im zweiten
Wafer 42 vorgesehenen Durchgangslöcher 42a zur
Außenseite freigelegt.
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Anschließend
werden der erste Wafer 41 und der zweite Wafer 42,
die gemäß obiger Beschreibung zu einer Einheit
gebildet werden, wie in 12C gezeigt,
entlang von Schnittlinien vereinzelt. Auf diese Weise werden der
erste Wafer 41 und der zweite Wafer 42 in Chips
vereinzelt und wird die Halbleitervorrichtung, welche den ersten
Chip 1 und den zweiten Chip 21 aufweist, die aneinander
befestigt sind, gebildet.
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Bei
der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
werden die Durchgangslöcher 41a, wie in 11A gezeigt, in Zickzack-Manier im ersten Wafer 41 vorgesehen,
und werden die Durchgangslöcher 42a, wie in 11B gezeigt, in Zick zack-Manier im zweiten Wafer 42 vorgesehen.
Wenn ein Leistungshalbleiterelement aus einem Siliziumsubstrat mit
einer (100)-Oberfläche gebildet wird, ist das Halbliterelement
anfällig für einen Bruch in einer vertikalen Richtung
und in einer horizontalen Richtung. Wenn die Durchgangslöcher 41a und
die Durchgangslöcher 42a jedoch nicht in Form
einer Linie vorgesehen werden, so wie es in den 11A und 11B gezeigt
ist, werden der erste Wafer 41 und der zweite Wafer 42 hinsichtlich
eines Bruch beschränkt, d. h. sind der erste Wafer 41 und
der zweite Wafer 42 bruchfester.
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(Vierte Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die 13A und 13B beschrieben.
Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
weist einen ersten Chip 1 und einen zweiten Chip 21 auf.
Der erste Chip 1 ist ein Schaltungschip mit einer elektronischen Schaltung
oder einer Schaltungsverdrahtung. Der zweite Chip 21 weist
einen n-Kanal-Leistungs-MOSFET auf. Ein vorbestimmter Abschnitt
der elektronischen Schaltung oder der Schaltungsverdrahtung im ersten
Chip 1 ist ohne einen Leiterrahmen elektrisch mit dem n-Kanal-MOSFET
im zweiten Chip 21 verbunden. Der n-Kanal-MOSFET im zweiten
Chip 21 der vorliegenden Ausführungsform ähnelt
dem n-Kanal-MOSFET im zweiten Chip 21 der ersten Ausführungsform.
Der zweite Chip 21 ist derart angeordnet, dass die erste
Oberfläche, auf welcher die Source-Elektrode 30 und
der Gate-Draht 31 gebildet sind, dem ersten Chip 1 gegenüberliegt.
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Der
erste Chip 1 weist, wie in 13A gezeigt,
ein Halbleitersubstrat 70 und Elektroden 71 und 72 auf,
die auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 70 gebildet
sind. Die Source-Elektrode 30 und der Gate-Draht 31 im
n-Kanal-MOSFET sind über leitfähige Elemente 81 und 82 elektrisch
mit den Elektroden 71 und 72 verbunden. Jedes
der leitfähigen Elemente 81 und 82 weist
beispielsweise ein Lötmittel auf. Eine Fläche
des ersten Chips 1 ist größer als eine
Fläche des zweiten Chips 21. Der erste Chip 1 ist
derart angeordnet, dass ein Ende des ersten Chips 1 bezüglich
eines Endes des zweiten Chips 21 nach Außen hervorragt.
Die Elektroden 71 erstrecken sich in Richtung des einen
Endes des ersten Chips 1. Der erste Chip 1 weist
ferner eine Kontaktstelle 73 auf. Die Kontaktstelle 73 ist
an einem Abschnitt des ersten Chips 1 angeordnet, der außer halb eines
Verbindungsabschnitts zum zweiten Chip 21 liegt. Die Kontaktstelle 73 kann
für eine elektrische Verbindung der elektrischen Schaltung
oder der Schaltungsverdrahtung im ersten Chip 1 und einer externen
Vorrichtung verwendet werden. An die Elektrode 71 und die
Kontaktstelle 73 sind Drähte 74 und 75 gebondet.
Folglich kann jeder Abschnitt der elektronischen Schaltung oder
der Schaltungsverdrahtung und jeder Abschnitt des Leistungs-MOSFET elektrisch
mit der externen Verrichtung verbunden werden. Die zweite Oberfläche
des zweiten Chips 21 ist über ein leitfähiges
Element 83 elektrisch mit einem Leiterrahmen 84 verbunden.
Das leitfähige Element 83 weist beispielsweise
ein Lötmittel auf.
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Das
Halbleitersubstrat 70 ist beispielsweise, wie in 13B gezeigt, ein p-leitendes Substrat. Auf einem
Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats 70 benachbart
zum zweiten Chip 21 sind ein n+-leitender
Source-Bereich 76 und ein n+-leitender Drain-Bereich 77 gebildet.
Zwischen dem n+-leitenden Source-Bereich 76 und
dem n+-leitenden Drain-Bereich 77 ist
ein Kanalbereich vorgesehen. Eine Gate-Isolierschicht 78 ist
auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 2,
einer Oberfläche des n+-leitenden
Source-Bereichs 76 und einer Oberfläche des n+-leitenden Drain-Bereichs 79 gebildet.
Der n+-leitende Drain-Bereich 77 ist
mit der Elektrode 72 verbunden. Folglich ist der n+-leitende Drain-Bereich 77 elektrisch
mit dem Gate-Draht 31 verbunden. Der Gate-Draht 31 ist
elektrisch mit jeder der Gate-Elektroden 28 verbunden,
in einem Querschnitt, der sich von einem in der 13B gezeigten Querschnitt unterscheidet.
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Selbst
wenn der erste Chip 1, wie vorstehend beschrieben, der
Schaltungschip mit der elektronischen Schaltung oder der Schaltungsverdrahtung
ist und der zweite Chip 2 den vertikalen MOSFET aufweist,
können der erste Chip 1 und der zweite Chip 21 eine
Einheit bilden, da die Elektroden 71 und 72 auf
der zugewandten Oberfläche des ersten Chips 1 gebildet
und die Source-Elektrode 30 und der Gate-Draht 31 auf
der zugewandten Oberfläche des zweiten Chips 2 gebildet
und die Elektroden 71 und 72 an der Source-Elektrode 30 und
dem Gate-Draht 31 befestigt sind. In solch einem Fall ist
es nicht erforderlich, zwischen dem ersten Chip 1 und dem zweiten
Chip 2 einen Leiterrahmen anzuordnen. Folglich kann eine
Abmessung der Halbleitervorrichtung verringert werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist das Gate des vertikalen
Leistungs-MOSFET elektrisch mit dem Drain des lateralen MOSFET verbunden,
der in der elektronischen Schaltung oder der Schaltungsverdrahtung
gebildet ist. Wenn der zweite Chip 21 eine Diode zur Erfassung
einer Temperatur oder eine Stromerfassungszelle mit einer Stromspiegelschaltung
aufweist, kann die Diode oder die Stromerfassungszelle elektrisch
mit einem Abschnitt in der elektronischen Schaltung oder der Schaltungsverdrahtung
verbunden werden. Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist
das Halbleitersubstrat 70 ein p-leitendes Substrat. Alternativ
kann das Halbleitersubstrat 70 basierend auf einem im ersten
Chip 1 gebildeten Element ein n-leitendes Substrat sein.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Nachstehend
wird eine Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die 14A und 14B beschrieben.
Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
weist einen ersten Chip 1 und einen zweiten Chip 21 auf.
Der erste Chip 1 ist ein Schaltungschip mit einer elektronischen Schaltung
oder einer Schaltungsverdrahtung auf. Der zweite Chip 21 weist
einen n-Kanal-Leistungs-MOSFET auf. Der erste Chip 1 weist
ferner ein vertikales Halbleiterelement auf. Abgesehen vom vertikalen
Halbleiterelement weist der erste Chip 1 einen ähnlichen
Aufbau wie der erste Chip 1 der vierten Ausführungsform
auf.
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Die
Source-Elektrode 30 und der Gate-Draht 31 im zweiten
Chip 21 sind, wie in 14 gezeigt, über
die leitfähige Elemente 81 und 82 elektrisch
mit den Elektroden 71 und 72 verbunden, die auf
der Oberfläche des Halbleitersubstrats 70 gebildet
sind. Der erste Chip 1 wird durch eine Isolierschicht 91 isoliert.
Das vertikale Halbleiterelement ist, wie in 14B gezeigt,
an einem Abschnitt des ersten Chips 1 gebildet, der durch
die Isolierschicht 91 isoliert wird. Ein p-Kanal-Leistungs-MOSFET
ist beispielsweise als der vertikale MOSFET gebildet. Der p-Kanal-Leistungs-MOSFET ähnelt
dem p-Kanal-Leistungs-MOSFET im ersten Chip 1 der ersten Ausführungsform.
Das p+-leitende Substrat 2 entspricht
dem Halbleitersubstrat 70 und kann als Drain dienen. Auf
der zweiten Oberfläche des p+-leitenden Siliziumsubstrats 2 ist
die Elektrode 72 gebildet, die als Drain-Elektrode der
zweiten Oberfläche dienen kann. Ferner ist das leitfähige
Element 82 auf der Elektrode 72 gebildet. Folglich
ist der Drain des p-Kanal-Leistungs-MOSFET elektrisch mit dem Gate-Draht 31 verbunden.
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Wenn
der erste Chip 1, wie vorstehend beschrieben, der Schaltungschip
mit der elektronischen Schaltung oder der Schaltungsverdrahtung
ist und der zweite Chip 21 den vertikalen Leistungs-MOSFET
aufweist, kann der erste Chip 1 ferner einen vertikalen
Leistungs-MOSFET aufweisen und der vertikalen Leistungs-MOSFET im
zweiten Chip 21 elektrisch mit dem vertikalen MOSFET im
ersten Chip 1 verbunden sein. Wenn der zweite Chip 21 eine
Diode zur Erfassung einer Temperatur oder eine Stromerfassungszelle
mit einer Stromspiegelschaltung aufweist, kann die Diode oder die
Stromerfassungszelle elektrisch mit einem Abschnitt in der elektronischen Schaltung
oder der Schaltungsverdrahtung verbunden sein.
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(Weitere Ausführungsformen)
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Obgleich
die vorliegende Erfindung vorstehend vollständig in Verbindung
mit ihren beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung beschrieben wurde, sollte
beachtet werden, dass sie auf verschiedene Weise modifiziert werden
kann, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen.
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So
kann beispielsweise ein Anschluss für eine Verbindung von
jeder der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtungen mit einer
externen Vorrichtung verschiedene Konfigurationen aufweisen. Die
Leiterrahmen 101 bis 106 können beispielsweise,
wie in den 15A und 15B gezeigt,
als Anschluss zum Verbinden der Halbleitervorrichtung der ersten
Ausführungsform und einer externen Vorrichtung vorgesehen
werden. Bei der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform
sind die Source-Elektrode 10, der Gate-Draht 11 und
die Drain-Elektrode 13 der ersten Oberfläche auf
der ersten Oberfläche des ersten Chips 1 angeordnet,
und sind die Source-Elektrode 30, der Gate-Draht 31 und die
Drain-Elektrode 33 der ersten Oberfläche auf der zweiten
Oberfläche des zweiten Chips 21 angeordnet. Der
Leiterrahmen 101 ist elektrisch mit der Source-Elektrode 10 verbunden,
der Leiterrahmen 102 ist elektrisch mit dem Gate-Draht 11 verbunden,
der Leiterrahmen 103 ist elektrisch mit der Drain-Elektrode 13 der
ersten Oberfläche verbunden, der Leiterrahmen 104 ist
elektrisch mit der Source- Elektrode 30 verbunden, der Leiterrahmen 105 ist
elektrisch mit dem Gate-Draht 31 verbunden, und der Leiterrahmen 106 ist
elektrisch mit der Drain-Elektrode 33 der ersten Oberfläche
verbunden, jeweils beispielsweise über ein Lötmittel.
Die Leiterrahmen 101 bis 106 erstrecken sich zu
einer Außenseite der Halbleitervorrichtung. Selbst wenn
die Halbleitervorrichtung mit Harz verkapselt ist, ragen die Leiterrahmen 101 bis 106 derart
vom Harz hervor, dass sie als die Anschlüsse dienen können.
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel sind die Leiterrahmen 101 bis 106 einzeln
mit der Source-Elektrode 10, dem Gate-Draht 11,
der Drain-Elektrode 13 der ersten Oberfläche,
der Source-Elektrode 30, dem Gate-Draht 31 und
der Drain-Elektrode 33 der ersten Oberfläche verbunden.
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Alternativ
kann ein Leiterrahmen gemeinsam genutzt werden. Bei einer in den 16A und 16B gezeigten
Halbleitervorrichtung ähneln ein erster Chip 1 und
ein zweiter Chip 21 denjenigen der ersten Ausführungsform.
Die p+-leitende Kontaktschicht 12 und
die n+-leitende Kontaktschicht 32 zum Bilden
der Up-Drain-Struktur sind nicht vorgesehen und ein Leiterrahmen
wird gemeinsam genutzt. Ein Verbindungselement 107 ist,
wie in 21 gezeigt, entlang einer Seitenoberfläche
des ersten Chips 1 und der Seitenoberfläche des
zweiten Chips 21 angeordnet. Das Verbindungselement 107 verbindet den
Leiterrahmen 103 mit dem Leiterrahmen 106. Folglich
sind die Drain-Elektrode 13 der ersten Oberfläche
des ersten Chips 1, die Drain-Elektrode 33 der ersten
Oberfläche des zweiten Chips 21, die Drain-Elektrode 14 der
zweiten Oberfläche des ersten Chips 1 und die
Drain-Elektrode 34 der zweiten Oberfläche des
zweiten Chips 21 elektrisch miteinander verbunden. Ferner
sind die p-leitende Driftschicht 3 und die n–-leitende
Driftschicht 23 an der Seitenoberfläche des ersten
Chips 1 und der Seitenoberfläche des zweiten Chips 21 elektrisch
miteinander verbunden. Folglich wird die Up-Drain-Struktur bei der vorliegenden
Halbleitervorrichtung nicht benötigt.
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Bei
der ersten bis dritten Ausführungsform dienen der Leistungs-MOSFET
mit der Trench-Gate-Struktur und der IGBT mit der Trench-Gate-Struktur
als Beispiel für ein vertikales Leistungselement. Das vertikale
Leistungselement kann ebenso einen planaren Leistungs-MOSFET und
einen planaren IGBT aufweisen.
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Bei
der zweiten Ausführungsform weist sowohl der erste Chip 1 als
auch der zweite Chip 21 den p-Kanal-Leistungs-MOSFET auf.
Alternativ kann sowohl der erste Chip 1 als auch der zweite
Chip 21 einen n-Kanal-Leistungs-MOSFET aufweisen. Die Halbleitervorrichtung
der zweiten Ausführungsform kann eine Up-Drain-Struktur
gleich der Up-Drain-Struktur der ersten Ausführungsform
aufweisen.
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Bei
der zweiten und dritten Ausführungsform sind der erste
Chip 1 und der zweite Chip 21 derart angeordnet,
dass der erste Wafer 41 bezüglich des zweiten
Wafers 42 verschoben ist. Folglich weisen der erste Chip 1 und
der zweite Chip 21 einen Offset auf bzw. sind der erste
Chip 1 und der zweite Chip 21 zueinander verschoben.
Alternativ können der erste Wafer 41 und der zweite
Wafer 442 im Voraus in die ersten Chips 1 und
die zweiten Chips 21 geteilt werden und kann der erste
Chip 1 über das leitfähige Element 40 mit
dem zweiten Chip 21 verbunden werden. In solch einem Fall
erfolgt eine Verbindung mit den Chips. Folglich kann ein Fertigungsverfahren
erschweren.
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Das
Layout der Durchgangslöcher 41a und 42a der
zweiten Ausführungsform unterschiedet sich vom Layout der
Durchgangslöcher 41a und 42a der dritten
Ausführungsform. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
können beide der Layouts verwendet werden.
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Bei
jeder der Halbleitervorrichtungen der ersten bis fünften
Ausführungsform sind zwei Chips, d. h. der erste Chip 1 und
der zweite Chip 21, geschichtet angeordnet. Alternativ
können drei oder mehr als drei Chips geschichtet angeordnet
werden. Alternativ können zwei oder mehr als zwei Chips
in einer horizontalen Richtung geschichtet angeordnet werden.
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Vorstehend
wurden eine Halbleitervorrichtung mit mehreren Chips und ein Verfahren
zur Fertigung der Halbleitervorrichtung offenbart.
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Eine
Halbleitervorrichtung weist einen ersten Chip 1 und einen
zweiten Chip 21 auf. Der erste Chip 1 weist einen
Leistungs-MOSFET mit einem Kanal ersten Leitfähigkeitstyps
auf. Der zweite Chip 21 weist einen Leistungs-MOSFET mit
einem Kanal zweiten Leitfähigkeitstyps auf. Der erste Chip 1 und der
zweite Chip 21 bilden derart eine Einheit, dass sich eine
Drain-Elektrode 14 einer zweiten Oberfläche des
ersten Chips 1 und eine Drain-Elektrode 34 einer
zweiten Oberfläche des zweiten Chips 21 gegenüberliegen
und über ein leitfähiges Material 40 elektrisch
miteinander verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2007/0075419
A [0003]
- - JP 2007-73674 A [0003]