JP2000040825A - 減少した有効基板固有抵抗を有する半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents

減少した有効基板固有抵抗を有する半導体デバイス及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、有効基板固有抵抗を減少させた半
導体デバイス及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体デバイスは、半導体基板の第1の
面に形成された少なくとも1つのデバイス活性領域、半
導体基板の第2の面上の電気接触層、及び基板の対応す
る凹部に位置し電気接触層に接続した少なくとも1つの
固有抵抗減少体を含む。固有抵抗減少体は基板の有効電
気固有抵抗を減少させるために、半導体基板の電気固有
抵抗よりも低い電気固有抵抗を有する材料から成る。デ
バイス活性領域はMOSFET又はIGBTのようなパ
ワー変換デバイスの活性領域である。固有抵抗減少体
は、銅、アルミニウム、銀、はんだ又はドープポリシリ
コンのような導電体から成る。少なくとも1つの凹部及
び関連する固有抵抗減少体は、約0. 4パーセントより
も大きいデバイス活性領域に隣接する半導体基板面積の
割合を画成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、特に減少
したオン抵抗を有するパワーMOSFETのような半導
体デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】代表的には集積回路のような形である半
導体デバイスは、携帯計算機、パーソナルコンピュー
タ、自動車、携帯電話及びメインフレームコンピュータ
のような殆ど全ての電子装置に幅広く利用されている。
典型的な半導体デバイスには、基板の第1の面に隣接し
て形成された多くの能動素子を含む半導体基板がある。
例えば、1つ又は2つ以上のパワー金属‐酸化物半導体
電界効果トランジスタ(MOSFET)は、基板の活性
領域に形成される。パワーMOSFETは、例えばバイ
ポーラトランジスタと比べて比較的速いスイッチング速
度のために、しばしば利用される。パワーMOSFET
はパワー変換又はモータ制御回路において利用される。
【0003】パワーMOSFETのいわゆる“オン抵
抗”は、作動エネルギー効率だけでなくそのパワー処理
能力に影響を与える。オン抵抗が高いければ、チップに
必要とされる電力消費は高くなる。加えて、例えば携帯
用バッテリー駆動装置にとっては、エネルギー効率が高
ければ、バッテリー寿命を伸ばそうとすることが主要な
関心事となる。換言すれば、多くの用途において、低い
オン抵抗を有する低電圧MOSFETが提供されること
が望まれている。
【0004】上記目的を達成するために、パワー半導体
産業は超LSI(VLSI)技術を採用してデバイスセ
ル密度を増加させてきた。例えば、米国特許第5,635,74
2 号明細書には、ラテラル二重拡散MOSFETが開示
されており、ソース及びドレイン開口部は円筒形に配置
され、その結果ソース開口部の少なくとも2列は隣接ド
レイン開口部間に配置され、それによりオン抵抗が減少
する。オン抵抗を減少されるかかる共通の手法は、チャ
ンネル抵抗のような集積回路のスケラブル部品のオン抵
抗への寄与を減少させることに集中されている。
【0005】残念なことに、例えば基板のような集積回
路のアンスケラブル領域からのオン抵抗の寄与は、セル
密度が増加したときでさえも一定のままである。さら
に、セル密度がさらに増加したときは、基板オン抵抗
は、典型的には約30V以下で作動する低電圧パワーM
OSFETにとってはその性能の支配的要因となる。例
えば、4. 5mΩ・cmの固有抵抗のある330μm
(14ミル(mil ))の厚さのN型基板は0. 16mΩ
cm2 の固有オン抵抗を有する。従来の基板の比較的高
い固有抵抗は、例えば裏側接触層と望ましくない接触抵
抗をも引き起こす。
【0006】現在までのところ、例えばFDS6680
と称されるフェアチャイルド社から提供された30V
MOSFETのダイ(die)固有オン抵抗は、0. 279
mΩcm2 の固有オン抵抗を有する。このことは、33
0μm(14ミル)基板が用いられたなら、デバイス固
有オン抵抗の半分以上は基板から生じるであろうことを
示している。したがって、パワーMOSFETの次世代
を製造するための最も重要な努力の一つは、基板の固有
オン抵抗を減少させることにある。
【0007】基板固有オン抵抗はその厚さ及び固有抵抗
の産物であるので、固有オン抵抗を減少させるには2つ
の方法がある。第1の方法は、デバイスが作製されるウ
エハを薄くするという簡単な方法である。第2の手法
は、基板固有抵抗を低くすることである。残念なこと
に、ウエハを薄くすることは複雑であり、比較的高価で
ある。加えて、基板が薄すぎると取扱いが難しくなり、
生産性も低くなる。基板の固有抵抗を減少させることに
関して、固有抵抗は現在のところ、シリコン又は他の半
導体材料の性質により制限されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の点に
鑑みてなされたものであり、パワーMOSFET用の固
有オン抵抗を減少させることに関して、有効基板固有抵
抗を減少させた半導体デバイス及び関連する製造方法を
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、半導体基
板の第1の面に形成された少なくとも1つのデバイス活
性領域、半導体基板の第2の面上の電気接触層、及び基
板の対応する凹部に位置し電気接触層に接続した少なく
とも1つの固有抵抗減少体から成る半導体デバイスによ
り達成される。少なくとも1つの固有抵抗減少体は半導
体基板の電気固有抵抗よりも低い電気固有抵抗を有する
材料から成ることが好ましく、それにより基板の有効電
気固有抵抗は減少する。
【0010】本発明は対向する第1及び第2の面を有す
る半導体基板、第2の面から内部へ伸びる少なくとも1
つの凹部、基板の第1の面に隣接する該半導体基板に形
成された少なくとも1つのデバイス活性領域、該半導体
基板の第2の面上にある電気接触層、該半導体基板の該
少なくとも1つの凹部に位置し該電気接触層に接続した
少なくとも1つの固有抵抗減少体から成る半導体デバイ
スを含み、該少なくとも1つの固有抵抗減少体は、基板
の有効電気固有抵抗を減少させるために該半導体基板の
電気固有抵抗よりも低い電気固有抵抗を有する材料から
成り、該少なくとも1つの固有抵抗減少体は関連する凹
部を満たし、該少なくとも1つの固有抵抗減少体と対応
する凹部の間に位置するバリア層を含む。
【0011】1つの実施例において、固有抵抗減少体は
関連する凹部を満たしていることが好ましい。加えて、
デバイス活性領域は、例えばMOSFET又はIGBT
のようなパワー制御デバイスの活性領域である。少なく
とも1つのデバイス活性領域は、例えば複数のパワー制
御デバイスセルにより形成される。基板の減少した有効
固有抵抗は、約50V、より好ましくは約30V以下の
破壊電圧を有する個別のパワーMOSFETによっては
特に好ましい。
【0012】固有抵抗減少体は約10-4Ωcm以下の固
有抵抗を有する導電体であることが好ましい。例えば、
材料は銅、アルミニウム、銀又ははんだのような金属で
ある。チタンのようなバリア金属層は、固有抵抗減少体
と基板との間に形成される。加えて、固有抵抗減少体は
ポリシリコンから成る。ポリシリコンはドーピングによ
り減少した固有抵抗を有する。
【0013】接触抵抗を減少させるために、より多くド
ープされた層が固有抵抗減少体に隣接する基板に形成さ
れる。例えば基板の固有抵抗が約3mΩcm減少すれ
ば、接触抵抗を減少させるのに利用される。少なくとも
1つの凹部及び関連する固有抵抗減少体は、好ましくは
約0. 4パーセント以上のデバイス活性領域に隣接する
半導体基板面積の割合を画成する。少なくとも1つの凹
部及び関連する固有抵抗減少体は、好ましくは半導体基
板の厚さの約25%以上の距離を半導体基板へ延在す
る。
【0014】半導体デバイスの1つの特に容易に製造さ
れたバージョンにおいて、少なくとも1つの凹部及び関
連する固有抵抗減少体は、凹部と関連する固有抵抗減少
体の配列から成る。凹部は基板の第2の面にある交差す
るトレンチのグリッドの切断、カッティング及び/ 又は
エッチングにより形成される。あるいは、複数の個々の
離間した凹部及び関連する固有抵抗減少体が形成され
る。
【0015】半導体基板は例えば、シリコンから成る。
加えて、銅又はアルミニウムのような金属は固有抵抗減
少体に利用されるので、上記材料の熱伝導抵抗は典型的
には例えばシリコンよりも低い。従って、基板からの電
力浪費も増大する。本発明は減少した有効電気固有抵抗
を有する半導体基板から成る半導体デバイスを製造する
方法をも含み、上記方法は基板の第1の面に隣接する半
導体基板に少なくとも1つのデバイス活性領域を形成
し、第1の面の反対側にある基板の第2の面から半導体
基板の内部へ伸びる少なくとも1つの凹部を形成し、半
導体基板の少なくとも1つの凹部に半導体基板の電気固
有抵抗よりも低い電気固有抵抗を有する材料から成る少
なくとも1つの固有抵抗減少体を形成し、少なくとも1
つの固有抵抗減少体に電気的に接続された半導体基板の
第2の面上に電気接触層を形成し、関連する凹部を満た
すことから成る少なくとも1つの固有抵抗減少体を形成
し、少なくとも1つの凹部をライニングするバリア層を
形成する段階を含む各段階から成る。
【0016】本発明の態様は、減少した有効電気固有抵
抗を有する半導体基板から成る半導体デバイスを製造す
ることにある。上記方法は、基板の第1の面に隣接する
半導体基板に少なくとも1つのデバイス活性領域を形成
し、第1の面の反対にある基板の第2の面から半導体基
板の内部へ伸びる少なくとも1つの凹部を形成し、半導
体基板の少なくとも1つの凹部に少なくとも1つの固有
抵抗減少体を形成する各段階から成る。少なくとも1つ
の固有抵抗減少体は、半導体基板の電気固有抵抗よりも
低い電気固有抵抗を有する材料から成ることが好まし
い。上記方法は、好ましくは少なくとも1つの固有抵抗
減少体に電気的に接続した半導体基板の第2の面上に電
気接触層を形成する段階をも含む。
【0017】
【発明の実施の形態】図1及び図2は、減少した有効基
板固有抵抗を有する半導体デバイス20の実施例を示
す。例えば、本発明がパワーMOSFETデバイスに実
施された際には、有効基板固有抵抗を減少させることに
より、固有オン抵抗が減少する。具体的には半導体デバ
イス20は、半導体基板23の第1つまり上部面に形成
された複数のデバイス活性領域22を含む。電気接触層
25は第2の面つまり半導体基板23の裏側に形成され
る。さらに、複数の固有抵抗減少体26は基板23に対
応する凹部に配置され、電気接触層25と接続されてい
る。固有抵抗減少体26は、半導体基板23の材料の電
気固有抵抗よりも低い電気固有抵抗を有する材料からそ
れぞれ成り、それにより基板の有効電気固有抵抗を減少
させる。用語“有効電気固有抵抗”とは、本明細書中で
は固有抵抗減少体26を取り入れた結果生じた減少固有
抵抗基板構造を説明するのに用いられる。
【0018】示してあるように、例えば、チタンの薄層
で形成されるようなバリア層29は、凹部をライニング
するようにスパッター堆積され、基板23の裏側に沿っ
て伸びる。チタンは例えば約1000の厚さである。金
属層30は、凹部に伸びバリア層29の隣接部に沿って
画成される部分、例示実施例における固有抵抗減少体2
6を含む。
【0019】半導体デバイス20は単一デバイス活性領
域のみを含む。加えて、他の実施例における半導体デバ
イス20も、単一固有抵抗減少体26のみを含む。例示
実施例において、各固有抵抗減少体26は基板23の関
連する凹部を満たす。凹部を満たすことにより、機械的
統一性が良くなり、よってより強い取扱い強度が基板2
3へ与えられ、したがって、全体の半導体デバイス20
へより強い取扱い強度が与えられる。ストレス減少も凹
部を満たすことにより生じる。さらに製造観点から、凹
部を導電性材料で完全に満たした固有抵抗減少体26を
形成させることは、当業者により容易に理解されるよう
に概して容易である。
【0020】図2の底面図に示すように、接触層25を
形成する金属化段階前の半導体デバイス20は、具体的
には基板23の裏側における、例えば直交カットのよう
な交差カットのグリッドパターンに配置された凹部28
を含む。グリッドパターンは当業者には理解されている
ように、半導体製造に用いられているような従来ソーで
カットすることにより容易に製造される。凹部28は、
金属層を受け入れるための凹部をより調製させやすくす
るためにさらにエッチングされる。図示してないが、1
つ又は2つ以上の対角線状のカットも、固有抵抗減少体
26の全面積を増加させるために行われる。
【0021】図3はデバイス20’の別の実施例を示
し、裏側接触層25’はバリア層29’に隣接してお
り、接触層は基板23’の凹部を部分的満たす部分を含
む。本実施例において、例示実施例に図示するように、
固有抵抗減少体26’ははんだ層31の充填部分をも更
に含む。典型的には、はんだ層31は集積回路デバイス
の組立中に形成される。換言すれば、集積回路ダイは部
分充填凹部及び例示されたはんだ層31による最終組立
中に充填されるボイドを有する関連する固有抵抗減少体
26’を含むように製造される。
【0022】図4の底面図は、基板23''の裏側にある
一連の概して円筒形の離間した後退部の形の凹部28''
のある半導体デバイス20''の別の実施例を示す。円筒
形凹部28''は、当業者には容易に理解されるであろう
従来のレーザエッチング技術により形成される。レーザ
エッチングにより形成される鋭い縁は更なるエッチング
段階により丸められ、固有抵抗減少体26を提供する金
属化層を受け入れる凹部28''がよりよく調製され、接
触層25をも提供する。他の実施例における凹部28''
は例示された円形シリンダー以外の形を有している。
【0023】特に図5に目を向けると、パワーMOSF
ETを含む半導体デバイス40の実施例を今から説明す
る。デバイス40は基板43、裏側つまりドレイン接触
層45、及び上部面の活性領域42を含む。固有抵抗減
少体46の1部分は、断面図の右側下部分に示す。固有
抵抗減少体46は基板43へ伸び、ドレイン接触層45
と接続する。例示基板43はドレイン接触層45に隣接
するN+ 領域50、及びN+ 領域上のN−ドリフト領域
51を含む。ソース接触層53とゲート層54及びその
ゲート絶縁層55は基板43の上部面上に存在する。P
領域56及びN+ 領域57は図示してあるように基板4
3の上部面に隣接する基板に形成される。
【0024】唯一つのパワーMOSFETデバイスは半
導体デバイス40に示されているが、かかるMOSFE
Tデバイス構造の複数のセルは、個々のパワーデバイス
用のように形成される。パワーMOSFETは他の等価
な構造をも有する。加えて、1つ又は2つ以上のパワー
MOSFETは、さらに他の回路部品とともに集積回路
に含まれる。
【0025】固有抵抗減少体46は基板43に形成され
たパワーMOSFETの固有オン抵抗を減少させるのに
役に立つ。基板の減少した有効固有抵抗は、約50V以
下、さらに好ましくは約30V以下の破壊電圧を有する
個々のパワーMOSFETにとって特に有利である。上
記デバイスにとって、基板固有抵抗はデバイスの固有オ
ン抵抗の重要な全要素である。
【0026】デバイス40の固有オン抵抗の別の要素は
接触抵抗である。したがって、基板は、固有抵抗減少体
46に隣接するN+ 領域50のようなより高度にドープ
された領域を含み、あるいは約3mΩcmの低い初期の
固有抵抗を有する基板が、当業者には容易に理解される
であろう接触固有抵抗の寄与を減少させるために利用さ
れる。より多くドープされた基板領域は、例えばNタイ
プ基板で約6x1019原子/ cm3 のドーパント濃度を
有する。初期の低い固有抵抗基板は、追加的なドーピン
グ段階を避けられるという点で利点がある。
【0027】さらに図6に目を向けると、絶縁ゲート型
バイポーラートランジスター(IGBT)構造を含む半
導体デバイス60を示し、さらにデバイスの低い順方向
電圧降下を提供する固有抵抗減少体66の一部を含む。
固有抵抗減少体66は具体的にはドープポリシリコンで
形成されるが、金属も利用される。例えば、ポリシリコ
ンは約6x1019原子/ cm3 ドープされる。
【0028】具体的にはIGBTはコレクタ接触層6
5、コレクタ接触に隣接し基板63に形成されたP+ 層
70、及びP+領域上の基板のN領域71を含む。エミ
ッタ接触73、とゲート絶縁層75及びゲート層74
も、当業者により容易に理解されるように形成される。
P+ 領域76及びN+ 領域77も基板63の上部面に隣
接して形成される。半導体デバイス60は複数のIGB
Tを含み、又は当業者に容易に理解されるような他の回
路部品を含む。
【0029】1つ又は2つ以上のパワーMOSFETを
含む本発明の実施例に注目すると、本発明はかかるデバ
イスに対する低い固有オン抵抗を提供する。特に、バッ
クグラウンドで説明したように、ウエハを薄くすること
は基板の電気及び熱抵抗を減少させる手法である。残念
なことに、ウエハを薄くすることは比較的難しく、結果
生じる薄いウエハは脆すぎて更なる処理で取扱うことが
できない。ウエハ収量も薄いウエハに対して著しく低下
する。
【0030】本発明は、ウエハを薄くすることなく、減
少した有効基板固有抵抗を提供すが、本発明はウエハを
薄くすることともに及び/ 又は低固有抵抗基板とともに
利用されることが好ましい。固有抵抗減少体は約10-4
cm以下の固有抵抗を有する導電体であることが好まし
い。例えば、固有抵抗減少体の材料は、10-6Ωcmに
近づく固有抵抗を有する銅、アルミニウム又は銀のよう
な金属である。市販品の基板の典型的な固有抵抗は、例
えば約2から5mΩ・cmである。もちろん、固有抵抗
減少体は、アルミニウム、銅及び銀のような金属の場合
には基板の半導体材料以下の固有抵抗を有し、固有抵抗
はシリコン基板よりも数桁低い。したがって、以下で見
るように、固有抵抗減少材料の比較的少量だけでも固有
オン抵抗における重要な改善をするのに必要であろう。
【0031】本発明による固有抵抗減少体を含む基板の
固有オン抵抗Rsp(substrate) は、
【0032】
【数1】
【0033】の1次で与えられ、ここで添字si及びbody
はそれぞれシリコン基板及び固有抵抗減少体材料の固有
抵抗であり、tsubstrate 及びt bodyはそれぞれ基板及
び固有抵抗減少体の厚さであり、λは全基板面積に対す
る固有抵抗減少体の面積比である。固有抵抗減少体材料
がアルミニウムであり、基板は330μm(14ミル)
の厚さであり、4. 5mΩ・cmの固有抵抗を有する1
組の例が、図7にプロットされている。特に、ひし形印
の一番上の水平プロットは、何の抵抗減少体もない状態
での基板の固有オン抵抗を示す。四角形印を有する一番
上から2番目のプロットは、100μm(4ミル)の厚
さのアルミニウム固有抵抗減少体で得られたプロットで
ある。三角形印を有する一番上から3番目のプロット
は、150μm(6ミル)の厚さのプロットである。最
後に、X印を有する一番下のプロットは、200μm
(8ミル)の厚さのプロットである。X軸はダイ面積に
対する固有抵抗減少体面積の比つまり割合である。
【0034】固有抵抗減少体が基板に伸びる均一な形を
有しているときは、面積項は正しい。換言すれば、凹部
及び固有抵抗減少体の側壁は裏側面から90の角度であ
り、固有抵抗減少体の面積は、基板に浸透する深さに沿
って同じであると分析では仮定している。しかしなが
ら、面積は当業者により容易に理解されるように、有効
でもあり、平均面積であり、凹部及び固有抵抗減少体の
他の形を覆う。例えば、台形型の凹部及び固有抵抗減少
体の面積は、基板の末端よりは裏側面で大きい。したが
って、上記例において、面積項は台形固有抵抗減少体に
より画成された有効面積を画成するように理解されるで
あろう。
【0035】例えば、プロット結果は200μm(8ミ
ル)の厚さの固有抵抗減少体の場合には、元の値の半分
以下(160が約70μΩcm2 へ低下)へ固有オン抵
抗を減少させるために、アルミニウム固有抵抗減少体は
面積の約1パーセントのみを覆う必要がある。図7にプ
ロットされた固有抵抗減少体のすべての3つの厚さに対
して、固有オン抵抗の限界減少は、約1パーセントを超
えて水平になっている。加えて、固有抵抗の実質的な限
界減少は、図7のプロットからも分かるように0. 4パ
ーセント程の低い割合で発生している。したがって、凹
部及び関連する固有抵抗減少体は、好ましくは約0. 4
パーセントと同等又はよりも大きいデバイス活性領域に
隣接する半導体基板面積の割合を画成する。上述のよう
に、1パーセント以上の面積割合での限界ゲインは僅か
である。よって、固有抵抗減少体の材料にアルミニウム
のような導電性金属を用いるときは、例えば約0. 4と
1. 0パーセントの間の範囲が好ましい。
【0036】凹部及び関連する固有抵抗減少体は、33
0μm(14ミル)基板に対してたった100μm(4
ミル)の固有抵抗減少体の厚さで、固有オン抵抗の著し
い減少を生じさせる。したがって、固有抵抗減少体の厚
さは、基板の厚さの約25パーセントと同等又はそれ以
上である。半導体基板は、例えばシリコンから成る。さ
らに、銅又はアルミニウムのような金属が固有抵抗減少
体に用いられるので、これらの材料の熱伝導率は一般に
は、例えばシリコンよりも大きい。したがって、基板か
らの電力消費も固有抵抗減少体の存在により増大する。
図8のプロットは、図7を参考にして上記説明したよう
に、4種類の固有抵抗減少体の各厚さでの基板に対する
固有熱抵抗を示す。特に、上記プロットは1パーセント
を超えて、より好ましくは10パーセント以上を超えて
固有抵抗減少体の面積割合が増加するまで、固有熱抵抗
は著しく低下しないことを示している。
【0037】図9及び図10に目を向けると、固有オン
抵抗及び固有熱抵抗のプロットは、それぞれ固有抵抗減
少体の材料として銅が用いられた際の第2番目の例を示
す。特に、基板は330μm(14ミル)の厚さと4.
5mΩ・cmの固有抵抗を有する。ひし形印での一番上
のプロットは、固有抵抗減少体なしでの基板の固有オン
抵抗を示す。四角形印を有するプロットは、100μm
(4ミル)の銅の厚さでのプロットである。三角形印の
一番上から3番目のプロットは、150μm(6ミル)
の銅の厚さでのプロットである。X印で示される一番下
でのプロットは、200μm(8ミル)の銅の厚さでの
プロットである。アルミニウムと比較して銅は僅かに電
気固有抵抗が低いために、基板の固有オン抵抗の減少は
銅を用いた同じ組でのものより大きい。銅は低い熱伝導
抵抗をも有するので、アルミニウムに比べて僅かに改善
されている。
【0038】図11及び図12に目を向けると、固有オ
ン抵抗及び固有熱抵抗の同様なプロットは、固有抵抗減
少体の材料が銀である第3番目の組を示す。銀は銅及び
アルミニウム双方より電気固有抵抗は低く、固有オン抵
抗を減少させる点において僅かな良い改善が見込まれ
る。固有抵抗減少体用の材料として銀の使用を別にすれ
ば、多様なプロットは上述したように同じ条件/ パラメ
ータに対して行われた。したがって、上記プロットに関
してここではそれ以上の議論は行わないこととする。
【0039】固有抵抗減少体の使用は、図13のプロッ
トを参照することにより理解させるであろうように、比
較的低い初期の固有抵抗を有する基板でさえも有利であ
る。特に、上記組の例では、基板は330μm(14ミ
ル)の厚さとたった2. 6mΩ・cmの固有抵抗を有す
る。アルミニウムが上記例の組での固有抵抗減少体に用
いられた材料である。ひし形印のある一番上の水平プロ
ットは、固有抵抗減少体なしでの基板の固有オン抵抗を
示す。四角形印を有するプロットは、100μm(4ミ
ル)の厚さの固有抵抗減少体でのプロットである。三角
形印を有する一番上から3番目のプロットは、150μ
m(6ミル)の厚さの固有抵抗減少体でのプロットであ
る。X印で示される一番下のプロットは、200μm
(8ミル)の厚さの固有抵抗減少体でのプロットであ
る。この追加組の例は、比較的低い初期の固有抵抗を有
する基板でさえも固有抵抗減少体は望ましい結果を示
す。
【0040】図14は出発基板は上記例示した組のもの
より薄い基板であるさらに別の例を示す。特に、本例示
例での基板の厚さはたった250μm(10ミル)であ
る。アルミニウムが固有抵抗減少体の材料に用いられ
る。各プロットは上述したような固有抵抗減少体の夫々
の厚さに対して行われたものである。基板の全厚さに関
する固有抵抗減少体の浸透割合は250μm(10ミ
ル)基板では高いので、固有オン抵抗の減少も大きい。
【0041】本発明の方法態様は、減少した有効電気固
有抵抗を有する半導体基板から成る半導体デバイスを製
造することである。前記方法は、基板の第1の面に隣接
する半導体基板に少なくとも1つのデバイス活性領域を
形成し、第1の面の反対側である基板の第2の面から半
導体基板の内部へ伸びる少なくとも1つの凹部を形成
し、半導体基板の少なくとも1つの凹部に少なくとも1
つの固有抵抗減少体を形成する各段階から成ることが好
ましい。少なくとも1つの固有抵抗減少体は、半導体基
板の電気固有抵抗より低い電気固有抵抗を有する材料か
ら成ることが好ましい。前記方法は、少なくとも1 つの
固有抵抗減少体に電気的に接続した半導体基板の第2の
面上に電気接触層を形成する段階をも含むことが好まし
い。
【0042】図2の半導体デバイス20の実施例に関し
て上述のように、個々のダイがウエハからカットされる
前に、ウエハの裏側へカットすることにより凹部28の
パターンを形成させるために、半導体ソーが利用され
る。トレンチの形の凹部28は比較的鋭い角又は縁を有
する。したがって、金属化層をより受け入れるように、
角を和らげ縁を丸くするために更なるエッチング段階が
行われる。台形型もポリシリコン堆積を受け入れるには
望ましい。凹部のパターン及び関連する固有抵抗減少体
は約200- 2000μmの間隔を有するグリッドを画
成し、例えば各固有抵抗減少体の幅は、約10ー100
μmである。
【0043】半導体デバイスは半導体基板の第1の面に
形成された少なくとも1つのデバイス活性領域、半導体
基板の第2の面上に電気接触層、及び基板の対応する凹
部に位置し電気接触層に接続された少なくとも1つの固
有抵抗減少体を含む。固有抵抗減少体は半導体基板の電
気固有抵抗よりも低い電気固有抵抗を有する材料から成
り、基板の有効な電気固有抵抗を減少させる。デバイス
活性領域は、MOSFET又はIGBTのようなパワー
制御デバイスの活性領域である。固有抵抗減少体は銅、
アルミニウム、銀、はんだ又はドープポリシリコンのよ
うな導電体から成る。少なくとも1つの凹部及び関連す
る固有抵抗減少体は約0. 4パーセントより大きいデバ
イス活性領域に隣接する半導体基板面積の割合を画成す
る。
【図面の簡単な説明】
本発明は例により、添付図面を参照することにより説明
される。
【図1】半導体デバイスの略断面図を示す。
【図2】基板における固有抵抗減少体用の凹部のグリッ
ドパターンを説明するために取り除かれた接触層のある
半導体デバイスの実施例の拡大略底面図である。
【図3】半導体デバイスの別の実施例の略断面図であ
る。
【図4】基板における固有抵抗減少体用の離間した凹部
の配列を説明するために取り除かれた接触層のある半導
体デバイスの別の実施例の拡大略底面図である。
【図5】パワーMOSFET半導体デバイス部分の略断
面図である。
【図6】パワーIGBT半導体デバイス部分の略断面図
である。
【図7】固有オン抵抗対第1組目の例でのダイ面積に対
する固有抵抗減少体面積の割合のグラフである。
【図8】固有熱伝導抵抗対第1組目の例でのダイ面積に
対する固有抵抗減少体面積の割合のグラフである。
【図9】固有オン抵抗対第2組目の例でのダイ面積に対
する固有抵抗減少体面積の割合のグラフである。
【図10】固有熱伝導抵抗対第2組目の例でのダイ面積
に対する固有抵抗減少体面積の割合のグラフである。
【図11】固有オン抵抗対第3組目の例でのダイ面積に
対する固有抵抗減少体面積の割合のグラフである。
【図12】固有熱伝導抵抗対第3組目の例でのダイ面積
に対する固有抵抗減少体面積の割合のグラフである。
【図13】固有オン抵抗対第4組目の例でのダイ面積に
対する固有抵抗減少体面積の割合のグラフである。
【図14】固有オン抵抗対第5組目の例でのダイ面積に
対する固有抵抗減少体面積の割合のグラフである。
【符号の説明】
20 半導体デバイス 22 デバイス活性領域 23 半導体基板 25 電気接触層 26 固有抵抗減少体 29 バリア層 30 金属層

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向する第1及び第2の面を有する半導
    体基板と、第2の面から内部に伸びる少なくとも1つの
    凹部と、基板の第1の面に隣接する該半導体基板に形成
    された少なくとも1つのデバイス活性領域と、該半導体
    基板の第2の面上の電気接触層と、該半導体基板の該少
    なくとも1つの凹部に位置し該電気接触層に接続した少
    なくとも1つの固有抵抗減少体から成り、該少なくとも
    1つの固有抵抗減少体は基板の有効電気固有抵抗を減少
    させるように該半導体基板の電気固有抵抗よりも低い電
    気固有抵抗を有する材料から成り、該少なくとも1つの
    固有抵抗減少体は関連する凹部を満たし、該少なくとも
    1つの固有抵抗減少体と対応する凹部の間に位置するバ
    リア層を含む半導体デバイス。
  2. 【請求項2】 該少なくとも1つの固有抵抗減少体は約
    10-4Ω・cm以下の固有抵抗を有する導電体から成る
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体デバイス。
  3. 【請求項3】 該少なくとも1つの凹部及び関連する固
    有抵抗減少体は約0. 4パーセント以上の該少なくとも
    1つのデバイス活性領域に隣接する半導体基板面積の割
    合を画成し、該少なくとも1つの凹部及び関連する固有
    抵抗減少体は該半導体基板へ該半導体基板の厚さの約2
    5パーセント以上の距離延在することを特徴とする請求
    項2記載の半導体デバイス。
  4. 【請求項4】 該少なくとも1つの凹部及び関連する固
    有抵抗減少体は凹部及び関連する固有抵抗減少体の配列
    から成り、凹部及び固有抵抗減少体の該配列は好ましく
    はグリッドパターンに配列されていることを特徴とする
    請求項3記載の半導体デバイス。
  5. 【請求項5】 該少なくとも1つのデバイス活性領域は
    金属- 酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFE
    T)の少なくとも1つの活性領域であり、好ましくは該
    MOSFETは約50ボルト以下の破壊電圧を有するこ
    とを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項記載
    の半導体デバイス。
  6. 【請求項6】 該少なくとも1つのデバイス活性領域は
    絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)の少
    なくとも1つの活性領域であり、該基板は該少なくとも
    1つの固有抵抗減少体に隣接する比較的多くドープされ
    た層を有することを特徴とする請求項1から4のうちい
    ずれか1項記載の半導体デバイス。
  7. 【請求項7】 シリコン基板は約3mΩ・cm以下の電
    気固有抵抗を有し、該少なくとも1つの固有抵抗減少体
    は該半導体基板の熱伝導抵抗よりも低い熱伝導抵抗を有
    し、該少なくとも1つの固有抵抗減少体は少なくとも1
    つの銅、銀、アルミニウム、及びはんだ、又はポリシリ
    コンから成ることを特徴とする請求項1から6のうちい
    ずれか1項記載の半導体デバイス。
  8. 【請求項8】 対向する第1及び第2の面と第2の面か
    ら内部へ伸びる少なくとも1つの凹部を有する半導体基
    板と、基板の第1の面に隣接する該半導体基板に形成さ
    れた少なくとも1つの金属- 酸化物半導体電界効果トラ
    ンジスタ(MOSFET)活性領域と、該半導体基板の
    第2の面上の伝導端子接点と、該半導体基板の該少なく
    とも1つの凹部に位置し該伝導端子接点に接続する少な
    くとも1つの固有抵抗減少体と、該少なくとも1つの固
    有抵抗減少体と対応する凹部の間に位置するバリア層と
    から成り、該少なくとも1つの固有抵抗減少体は該半導
    体基板の電気固有抵抗よりも低い電気固有抵抗を有する
    材料から成り、該少なくとも1つの固有抵抗減少体は関
    連する凹部を満たし、約10-4Ω・cm以下の固有抵抗
    を有する導電体から成る半導体デバイス。
  9. 【請求項9】 該少なくとも1つの凹部及び関連する固
    有抵抗減少体は約0. 4パーセント以上の該少なくとも
    1つのMOSFET活性領域に隣接する半導体基板面積
    の割合を画成し、該少なくとも1つの凹部及び関連する
    固有抵抗減少体は該半導体基板へ該半導体基板の厚さの
    約25パーセント以上の距離延在し、該少なくとも1つ
    の凹部及び関連する固有抵抗減少体は凹部及び関連する
    固有抵抗減少体の配列から成ることを特徴とする請求項
    8記載の半導体デバイス。
  10. 【請求項10】 対向する第1及び第2の面を有する半
    導体基板と、基板の第1の面に隣接する該半導体基板に
    形成された少なくとも1つのデバイス活性領域と、該半
    導体基板の第2の面上の電気接触層と、該電気接触層に
    接続し該半導体基板の内部に伸びる少なくとも1つの固
    有抵抗減少体と、該少なくとも1つの固有抵抗減少体と
    対応する凹部の間に配置されたバリア層と、凹部及び関
    連する固有抵抗減少体の配列から成る凹部及び関連する
    固有抵抗減少体とから成り、該少なくとも1つの固有抵
    抗減少体は約10-4Ω・cm以下の電気固有抵抗を有す
    る材料から成り、該少なくとも1つの凹部及び関連する
    固有抵抗減少体は約0.4パーセント以上の該少なくと
    も1つのデバイス活性領域に隣接する半導体基板面積の
    割合を画成し、該半導体基板へ該半導体基板の厚さの約
    25パーセント以上の距離延在し、少なくとも1つのデ
    バイス活性領域は金属- 酸化物半導体電界効果トランジ
    スタ(MOSFET)の少なくとも1つの活性領域、又
    は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)の
    少なくとも1つの活性領域から成り、該少なくとも1つ
    のデバイス活性領域は好ましくはマイクロプロセッサー
    の少なくとも1つの活性領域から成る半導体デバイス。
  11. 【請求項11】 減少した有効電気固有抵抗を有する半
    導体基板から成る半導体デバイス製造方法であって、基
    板の第1の面に隣接する半導体基板に少なくとも1つの
    デバイス活性領域を形成し、第1の面の反対にある基板
    の第2の面から半導体基板の内部に伸びる少なくとも1
    つの凹部を形成し、半導体基板の少なくとも1つの凹部
    に半導体基板の電気固有抵抗よりも低い電気固有抵抗を
    有する材料から成る少なくとも1つの固有抵抗減少体を
    形成し、少なくとも1つの固有抵抗減少体に電気的に接
    続された半導体基板の第2の面上に電気接触層を形成
    し、関連する凹部を満たすことから成る少なくとも1つ
    の固有抵抗減少体を形成し、少なくとも1つの凹部をラ
    イニングするバリア層を形成する段階を含む各段階から
    成る半導体デバイス製造方法。
  12. 【請求項12】 少なくとも1つの固有抵抗減少体を形
    成する段階は約10 -4Ω・cm以下の電気固有抵抗を有
    する導電体を用いて形成することから成り、少なくとも
    1つの凹部及び関連する固有抵抗減少体を形成する段階
    は約0. 4パーセント以上の少なくとも1つのデバイス
    活性領域に隣接する半導体基板の割合を画成するように
    形成することから成り、少なくとも1つの凹部及び関連
    する固有抵抗減少体を形成する段階は半導体基板へ半導
    体基板の厚さの約25パーセント以上の距離延在するよ
    うに形成することから成り、少なくとも1つの凹部及び
    関連する固有抵抗減少体を形成する段階は凹部及び関連
    する固有抵抗減少体の配列を形成することから成り、グ
    リッドパターンに配列されるように形成することから成
    る凹部及び関連する固有抵抗減少体の配列を形成する好
    ましい段階を含み、グリッドパターン形成は該半導体基
    板の第2の面のトレンチをカッティングすることから成
    ることを特徴とする請求項11記載の半導体デバイス製
    造方法。
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