[发明专利]一种功率器件与控制器件的集成工艺

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种功率器件与控制器件的集成工艺。

背景技术

场效应晶体管(FET)被广泛应用于各种电子电路中。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高(107～1015Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。而场效应管的控制电路的制备工艺却与场效应管截然不同，然而，场效应管的工作有赖于控制电路的连接。故而，同时获得场效应管与其控制电路成为本领域的一项技术难点。

目前，主要的解决方案有三类：分立器件解决方案、多芯片模块解决方案和单芯片解决方案。

分立器件解决方案是通过分别设计和制作垂直型MOSFET功率器件和控制电路芯片，之后进行封装并利用金属引线与器件pad相连，以形成每个芯片的输入、输出引脚，并焊接在PCB板上。但由于每个器件、芯片均需要封装，方案占用空间大，且由于采用引线，带来了较大的寄生电感，增加了功耗，并降低了器件的抗电磁干扰能力以及带来了较大的电压过冲等，从而影响了器件的可靠性，且由于分立器件之间采用了较长的引线，增加了寄生电容、功耗和电流过冲。

多芯片模块解决方案(MCM)是通过根据特殊应用需求分别设计和制作垂直型功率器件和控制电路芯片，之后采取特殊的封装方案将没有封装的不同芯片封装在一起。但该方案需要将器件的源区置于硅片的背面，与常规垂直型功率器件中器件的源区置于硅片的正面不一致，因此现有垂直型功率器件不能适用于该方案。且多个芯片在平面上摊开相接，占用的面积较大。

单芯片方案是通过进行特殊芯片设计和制作，将功率器件和控制电路集成在同一芯片中，整个工艺是两种器件的工艺的总和，器件经过了不需要的工艺，成本高。且功率器件和控制器件的性能的兼容性不强，影响了双方器件性能的最佳化。

因此，如何找到一种功率MOSFET器件与控制器件的集成工艺，以有效规避上述问题成为本领域技术人员致力研究的方向。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开一种功率器件与控制器件的集成工艺。

一种功率器件与控制器件的集成工艺，其中，包括如下步骤：

提供设置有功率器件的功率芯片和设置有控制电路的控制芯片；

于所述功率芯片的正面上和所述控制芯片的正面上均制备介质膜，并在所述介质膜中制备散热结构；

采用正面键合工艺将所述功率芯片垂直键合至所述控制芯片上形成一键合芯片后，对所述功率芯片的背面进行减薄工艺；

刻蚀所述键合芯片形成若干硅通孔，并于所述若干硅通孔中填充金属，以形成将所述功率器件与所述控制电路电连接的互连线，以及将所述功率器件、所述控制电路分别与所述键合芯片外部结构电连接的金属引线。

上述的功率器件与控制器件的集成工艺，其中，于所述功率芯片的正面上和所述控制芯片的正面上均制备介质膜，并在所述介质膜中制备散热结构的步骤包括：

于所述功率芯片的正面上形成第一介质膜后，对所述第一介质膜进行图形化工艺形成若干第一凹槽，并于所述若干第一凹槽中沉积导热材料形成第一散热结构；

于所述控制芯片的正面上形成第二介质膜后，对所述第二介质膜进行图形化工艺形成若干第二凹槽，并于所述若干第二凹槽中沉积导热材料形成第二散热结构。

上述的功率器件与控制器件的集成工艺，其中，所述导热材料为银、铜或铝。

上述的功率器件与控制器件的集成工艺，其中，所述功率器件包括源区电极和栅极电极，所述控制电路包括第一控制电极和第二控制电极；

所述工艺还包括：

于所述键合芯片上采用刻蚀工艺形成第一硅通孔、第二硅通孔和第三硅通孔，且所述第一硅通孔将所述栅极电极的部分表面和第一控制电极的部分表面均予以暴露，所述第二硅通孔将所述源区电极的部分表面予以暴露，所述第三硅通孔将所述第二控制电极的部分表面予以暴露；

于所述第一硅通孔、第二硅通孔以及第三硅通孔中均填充金属后形成所述互连线和所述金属引线，所述金属引线包括第一金属引线和第二金属引线；

其中，通过所述互连线将所述栅极电极和所述第一控制电极电连接，通过所述第一金属引线将所述源区电极与所述键合芯片外部结构电连接，通过所述第二金属引线将所述第二控制电极与所述键合芯片外部结构电连接。

上述的功率器件与控制器件的集成工艺，其中，所述工艺还包括：

于所述互连线、第一金属引线、第二金属引线的上表面分别形成金属电极。