TWM656152U - 一種半導體裝置 - Google Patents

Abstract

一種半導體裝置，包括一恆流二極體元件及一載板。該恆流二極體元件包括一基板、一第一摻雜區、一第二摻雜區、一第三摻雜區、一第四摻雜區、一第五摻雜區、一第一絕緣層、一第一金屬及一第二金屬。該第一金屬及該第二金屬分別位於該恆流二極體元件的同一側。該載板被配置為承載該恆流二極體元件，該恆流二極體元件的該第一金屬及該第二金屬共同地面向該載板且透過一第一導電材料及一第二導電材料耦接至該載板上。

Description

一種半導體裝置

本新型是關於一種半導體裝置，且特別關於一種具有恆流二極體元件的半導體裝置。

恆流二極體(Current regulative diode，CRD)是一種半導體的恆流元件，可以在一定的工作電壓範圍內維持一定的電流值，其輸出的電流在幾毫安培(mA)到幾十毫安培之間，輸出的電流可以驅動負載，具有電路結構簡單、可靠性佳、體積小等優點。此外，恆流二極體具有工作區範圍較大的恆定電流及較高的動態電阻，可使電路結構獲得電流恆定的電路特性，並經由單一個二極體來獲得低電源變動、低負載變動及低漣波電壓。

既有的恆流二極體為垂直型的設置結構，如中國第CN110473912A號專利，揭示一種垂直型恆流二極管及其製造方法，陽極接觸及陰極接觸分別設置於恆流二極管結構的上方以及下方，即相對側，因此在恆流二極體的封裝製程中，需要以打線接合(Wire Bonding)的技術將恆流二極體的陰極或陽極額外地以一導電線材連接至外部電路的載板，然而傳統打線接合的封裝方式會造成封裝體積增加，亦會影響散熱能力。因此，如何改善恆流二極體的封裝結構為本領域技術人員所欲解決的問題。

本新型主要的目的在於解決傳統恆流二極體需要以打線接合的方式將電極接觸連接至外部電路的載板，而具有封裝體積增加、散熱能力受影響等缺點的問題。

本新型揭示一種半導體裝置，包括一恆流二極體元件以及一載板。

該恆流二極體元件包括一基板、一第一摻雜區、一第二摻雜區、一第三摻雜區、一第四摻雜區、一第五摻雜區、一第一絕緣層、一第一金屬及一第二金屬。該基板具有一第一導電類型及一上表面。該第一摻雜區設置在與該上表面鄰接的基板中，該第一摻雜區具有與該第一導電類型相反的一第二導電類型。該第二摻雜區設置在該第一摻雜區中，該第二摻雜區具有該第二導電類型。該第三摻雜區設置在該第一摻雜區中且與該第二摻雜區彼此相隔，該第三摻雜區具有該第一導電類型。該第四摻雜區設置在該第一摻雜區中且與該第三摻雜區彼此鄰接，該第四摻雜區具有該第二導電類型。該第五摻雜區設置在與該上表面鄰接的基板中且與該第一摻雜區、該第四摻雜區彼此鄰接。該第一絕緣層，設置在該上表面上，該絕緣層在該第一摻雜區、該第二摻雜區、該第三摻雜區及該第四摻雜區的一部分上延伸。該第一金屬接觸且設置於該第二摻雜區。該第二金屬接觸且設置於該第三摻雜區及該第四摻雜區的一部分與該第五摻雜區上。其中，該第一金屬及該第二金屬分別位於該恆流二極體元件的同一側。

該載板被配置為承載該恆流二極體元件，該恆流二極體元件的該第一金屬及該第二金屬共同地面向該載板且透過一第一導電材料及一第二導電材料耦接至該載板上。

1:半導體裝置

100:恆流二極體元件

110:基板

111:上表面

131:第一摻雜區

1311:邊緣

132:第二摻雜區

133:第三摻雜區

134:第四摻雜區

135:第五摻雜區

151:第一絕緣層

152:第二絕緣層

161:第一金屬

161a:陽極接觸區

161b:陽極接觸

162:第二金屬

162a:陰極接觸區

162b:陰極接觸

200:載板

211:第一導電材料

212:第二導電材料

『圖1』，為本新型一實施例的恆流二極體元件的俯視示意圖。

『圖2』，為本新型一實施例的恆流二極體元件沿『圖1』的A-A線段的剖視示意圖。

『圖3』，為本新型一實施例的半導體裝置的示意圖。

應當理解的是，為了清楚起見，圖中放大了各層及各區域的厚度。還應理解的是，當諸如層、部分、區域或基板的元件被稱為「在…之上」、「覆蓋」或「在…上方」另一個元件時，它可以直接在該元件之上、直接覆蓋該元件或直接在該元件上方；或者中間也可能存在其他元件。相反地，當一個元件被稱為「直接在…之上」、「直接覆蓋」或「直接在…上方」另一個元件上時，不存在中間元件。同樣地，當一個元件被稱為「連接」或「耦接」到另一個元件時，它可以直接連接或耦接到另一個元件，或者可以存在中間元件。相反地，當一個元件被稱為「直接連接」或「直接耦接」到另一個元件時，彼此之間不存在中間元件。

此處可以使用諸如「高於」、「低於」、「上方」、「下方」、「水平」、「橫向」或「垂直」等相對用語來描述圖式中的一個元件、層、部分或區域與另一個元件、層、部分或區域的關係。應當理解的是該些用語與上述的那些用語意旨在涵蓋除了圖中描繪的方向之外的元件的不同方向。下面將對多個實施例進行說明，圖中相同的結構特徵由相同或相似的附圖標記標識。

在本文中，對各種實施例的描述中所使用的用語只是為了描述特定示例的目的，而並非旨在進行限制。除非上下文另外明確地表明，或刻意限 定元件的數量，否則本文所用的單數形式「一」、「該」也可以包含複數形式。進一步地，用語「包括」及/或「包含」在本文中使用時指出了所敘述的特徵、元件及/或組件的存在，但不排除再一個或多個其他特徵、元件、組件及/或它們的群組的添加或存在。不定冠詞和定冠詞應包括複數和單數，除非從上下文中清楚地看出相反的情況。

用語「第一導電類型」及「第二導電類型」指的是相反的導電類型，例如n型或p型，然而，本文每個實施例的描述及圖式也包括其互補實施例，相同的數字表示相同的元件。

參閱『圖1』至『圖3』，本新型揭示一種半導體裝置1，該半導體裝置1包括一恆流二極體元件100以及一載板200，該恆流二極體元件100設置於該載板200上，本實施例中，該恆流二極體元件100係以覆晶技術(Flip Chip)焊接於該載板200上。

參閱『圖1』及『圖2』，該恆流二極體元件100包括一基板110、一第一摻雜區131、一第二摻雜區132、一第三摻雜區133、一第四摻雜區134、一第五摻雜區135、一第一絕緣層151、一第二絕緣層152、一第一金屬161及一第二金屬162。在一例子中，該基板110的材料是矽(Si)，該第一摻雜區131可以透過磊晶製程、擴散法(Diffusion)、離子注入(Ion Implantation)或氣相摻雜(Chemical Vapor Deposition，CVD)等技術形成，例如在一MOCVD反應器中直接在一p型基板上連續生長一n型層，或者透過離子注入技術將鋁離子作為摻雜劑注入該p型基板中，形成一與該基板110的一主要表面鄰接的反向摻雜n型區。同樣地，該第二摻雜區132、該第三摻雜區133、該第四摻雜區134、該第五摻雜區135可透過磊晶製程、擴散法、離子注入或氣相摻雜等技術形成。

該基板110具有一上表面111(即該主要表面)。該第一摻雜區131從該上表面111向下摻雜至該基板110中，該第一摻雜區131具有一第二導電類型 (如n型)。本實施例中，該第一摻雜區131具有一介於4μm至6μm之間的範圍的深度。

該第二摻雜區132係從該上表面111向下摻雜至該第一摻雜區131中，該第二摻雜區具有該第二導電類型。本實施例中，該第二摻雜區132具有一介於1μm至3μm之間的範圍的深度。

該第三摻雜區133係從該上表面111向下摻雜至該第一摻雜區131中，且與該第二摻雜區132彼此相隔，該第三摻雜區133具有該第一導電類型。本實施例中，該第三摻雜區133被配置為形成一環形結構，該環形結構圍繞地設置在該第二摻雜區132的一周圍，且該第三摻雜區133與該第二摻雜區132間隔一距離。

該第四摻雜區134從該上表面111向下摻雜至該第一摻雜區131中，且與該第三摻雜區133彼此鄰接，該第四摻雜區134具有該第二導電類型。本實施例中，該第四摻雜區134被配置為形成一環形結構，該環形結構圍繞地設置在該第三摻雜區133的一周圍且位於該第一摻雜區131的一邊緣1311。

該第五摻雜區135從該上表面111向下摻雜至該基板110中且與該第一摻雜區131、該第四摻雜區134彼此鄰接，該第五摻雜區135具有該第一導電類型。本實施例中，該第五摻雜區135被配置為形成一環形結構，該環形結構圍繞地設置在該第一摻雜區131的一周圍且鄰接該邊緣1311。

該第一絕緣層151設置在該基板110的該上表面111之上，該第一絕緣層151在該第一摻雜區131、該第二摻雜區132、該第三摻雜區133及該第四摻雜區134的一部分上延伸且接觸。

該第一金屬161接觸該第一絕緣層151及該第二摻雜區132，是用於連接陽極(Anode)和外部電路的接觸結構。

該第二金屬162接觸該第一絕緣層151、部分的該第三摻雜區133、部分的該第四摻雜區134以及該第五摻雜區135，是用於連接陰極(Cathode)和外部電路的接觸結構，本實施例中，該第一金屬161及該第二金屬162設置於相同側，且該第二金屬162被配置為一環型結構，該環形結構圍繞地設置在該第一金屬161的一周圍且與該第一金屬161間隔一距離。在一例子中，該第一金屬161、該第二金屬162由金屬或合金材料製成，如鉑(Platinum)、鎳(Nickel)、鋁(Aluminum)、Al-Si-Cu合金或前述組合。

該第二絕緣層152設置在部分的該第一金屬161、部分的該第二金屬162及該第一絕緣層151之上，使該第一金屬161具有一裸露於該第二絕緣層152的陽極接觸區161a，該第二金屬162具有一裸露於該第二絕緣層152的陰極接觸區162a，該陰極接觸區162a位於環狀的該第二金屬162的特定側，本實施例中，該陰極接觸區162a位於該第二金屬162接觸該第三摻雜區133、該第四摻雜區134及該第五摻雜區135的一側。

該陽極接觸區161a透過該第一金屬161的一陽極接觸161b形成與外部電路的接觸結構，該陰極接觸區162a透過該第二金屬162的一陰極接觸162b形成與外部電路的接觸結構。

本新型中，該第一摻雜區131、該第二摻雜區132、該第三摻雜區133、該第四摻雜區134所構成的一電晶體結構與該第五摻雜區135均鄰近於該上表面111而設置，換言之，該第一摻雜區131、該第二摻雜區132、該第三摻雜區133、該第四摻雜區134與該第五摻雜區135均設置在該基板110(或該恆流二極體元件100)的同一側。

參閱『圖3』，該載板200被配置為承載該恆流二極體元件100，該恆流二極體元件100的該第一金屬161(該陽極接觸161b)及該第二金屬162(該陰極接觸162b)共同地面向該載板200(在『圖3』中該恆流二極體元件100相對 『圖1』的方向為倒置地設置於該載板200)，該第一金屬161及該第二金屬162分別透過一第一導電材料211及一第二導電材料212耦接至該載板200上，在一例子中，該第一金屬161及該第二金屬162分別焊接至該第一導電材料211及該第二導電材料212。

藉由該第一金屬161及該第二金屬162設置於該恆流二極體元件100的相同側，可以使該陽極接觸161b(該第一金屬161)及該陰極接觸162b(該第二金屬162)直接利用覆晶技術焊接至該第一導電材料211及該第二導電材料212而耦接至該載板200上，不需如習知的恆流二極體元件需透過打線接合的技術將陰極連接至載板，而造成封裝體積增加、散熱能力差等問題。

綜上所述，本案透過將該第一摻雜區、該第二摻雜區、該第三摻雜區、該第四摻雜區及該第五摻雜區置在與該上表面鄰接的該基板中，且該第五摻雜區為環形設置且與該第一摻雜區、該第四摻雜區彼此鄰接，又將該第一金屬設置於該第二摻雜區及該第一絕緣層上，該第二金屬設置於該第三摻雜區、該第四摻雜區及該第五摻雜區上，使該第一金屬及該第二金屬位於該恆流二極體元件在水平方向的相同側，可藉由覆晶技術將該恆流二極體元件封裝至該載板，具有減少封裝體積、增加散熱能力、縮短傳輸路徑等優點。

100:恆流二極體元件

110:基板

111:上表面

131:第一摻雜區

1311:邊緣

132:第二摻雜區

133:第三摻雜區

134:第四摻雜區

135:第五摻雜區

151:第一絕緣層

152:第二絕緣層

161:第一金屬

161a:陽極接觸區

161b:陽極接觸

162:第二金屬

162a:陰極接觸區

162b:陰極接觸

Claims (7)

1. 一種半導體裝置，包括： 一恆流二極體元件，包括： 一基板，該基板具有一第一導電類型及一上表面； 一第一摻雜區，設置在與該上表面鄰接的該基板中，該第一摻雜區具有與該第一導電類型相反的一第二導電類型； 一第二摻雜區，設置在該第一摻雜區中，該第二摻雜區具有該第二導電類型； 一第三摻雜區，設置在該第一摻雜區中且與該第二摻雜區彼此相隔，該第三摻雜區具有該第一導電類型； 一第四摻雜區，設置在該第一摻雜區中且與該第三摻雜區彼此鄰接，該第四摻雜區具有該第二導電類型； 一第五摻雜區，設置在與該上表面鄰接的基板中且與該第一摻雜區、該第四摻雜區彼此鄰接； 一第一絕緣層，設置在該上表面上，該絕緣層在該第一摻雜區、該第二摻雜區、該第三摻雜區及該第四摻雜區的一部分上延伸； 一第一金屬，接觸且設置於該第二摻雜區上；以及 一第二金屬，接觸且設置於該第三摻雜區及該第四摻雜區的一部分與該第五摻雜區上，其中，該第一金屬及該第二金屬分別位於該恆流二極體元件的同一側；以及 一載板，被配置為承載該恆流二極體元件，該恆流二極體元件的該第一金屬及該第二金屬共同地面向該載板且透過一第一導電材料及一第二導電材料耦接至該載板上。
2. 如請求項1所述的半導體裝置，其中還包括一第二絕緣層，設置在部分的該第一金屬、部分的該第二金屬及該第一絕緣層上。
3. 如請求項1所述的半導體裝置，其中該第三摻雜區被配置為形成一圍繞該第二摻雜區的環形結構。
4. 如請求項1所述的半導體裝置，其中該第四摻雜區被配置為形成一圍繞該第三摻雜區的環形結構。
5. 如請求項1所述的半導體裝置，其中該第五摻雜區被配置為形成一圍繞該第一摻雜區的環形結構。
6. 如請求項1所述的半導體裝置，其中該第二金屬被配置為形成一圍繞該第一金屬的環形結構。
7. 如請求項1所述的半導體裝置，其中該半導體裝置被配置為一金屬氧化物半導體場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET）。

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