KR100699552B1

Vertical conduction flip-chip device with bump contacts on single surface

Abstract

A flip-chip MOSFET structure has a vertically conductive semiconductor die (30). The lower layer of the die 30 is in contact with the drain electrode 32 overlying the die by a diffusion sinker or conductive electrode. The source 31 and gate 33, 9 electrodes also have solder balls 40, 41, 43 formed over the die and lying in a common plane for connection with a circuit board. This structure has a chip-scale package size. The underside of the die, which is inverted when the die is mounted, may be roughened or metallized to improve heat removal from the die. Several separate MOSFETs can be integrated side-by-side on the die to form a series of MOSFET connections with respective source and gate electrodes on top with solder ball connections. A plurality of solder ball connecting portions may be provided on the upper electrode and may be arranged in parallel with each other. The die has the shape of an elongated rectangle with solder balls arranged symmetrically on the diagonal of the rectangle.

KR100699552B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 20

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Expired 10 August 2022, 4.1 years ago.

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54 claims: 26 independent, 28 dependent

  1. 1
    플립칩 반도체 디바이스에 있어서, 평행한 제 1 및 제 2주표면을 갖는 실리콘웨이퍼와, 상기 실리콘웨이퍼 내의 PN접합에서 만나는, 상기 실리콘웨이퍼에 있는 적어도 하나의 P영역 및 적어도 하나의 N영역과, 상기 제 1주표면에 형성되고 서로 절연되어 있으며 상기 P영역 및 상기 N영역에 각각 접속하는, 공통 평면의 측면 이격된 제 1 및 제 2금속층과, 그리고 상기 제 1 및 제 2금속층의 각각에 접속되는 복수의 접촉돌출부를 포함하며, 상기 제 1금속층에 접속된 상기 복수의 접촉돌출부는 제 1직선열을 따라 정렬되고 상기 제 2금속층에 접속된 상기 복수의 접촉돌출부는 제 2직선열을 따라 정렬되는 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  2. 2
    제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2금속층과 공통 평면이며, 이들 층으로부터 측면 이격된 상기 제 1 주표면 위에 제 3금속층을 포함하고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3금속층은 MOS 게이트 디바이스의 소스, 드레인 및 게이트전극을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  3. 3
    제 1항에 있어서, 상기 제 2주표면을 가로지는 하부 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  4. 4
    제 3항에 있어서, 상기 하부 금속층이 상기 제 1 및 제 2금속층 모두보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  5. 5
    제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2열이 서로 평행한 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  6. 6
    제 1항에 있어서, 상기 실리콘웨이퍼는 소정의 길이 및 너비로 정의된 영역을 갖는 직사각형의 웨이퍼이고, 상기 길이는 상기 너비보다 크고, 상기 돌출부의 제 1열 및 제 2열이 서로 평행하고 상기 웨이퍼를 가로지르는 대각선에 대하여 대칭인 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  7. 7
    제 6항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2금속층과 공통 평면이며, 이들 층으로부터 측면 이격된 상기 제 1 주표면 위에 제 3금속층을 포함하고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3금속층은 MOS 게이트 디바이스의 소스, 드레인 및 게이트전극을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  8. 8
    제 3항에 있어서, 상기 실리콘웨이퍼는 소정의 길이 및 너비로 정의된 영역을 갖는 직사각형의 웨이퍼이고, 상기 길이는 상기 너비보다 크고, 상기 돌출부의 제 1열 및 제 2열이 서로 평행하고 상기 웨이퍼를 가로지르는 대각선에 대하여 대칭인 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  9. 9
    반도체 디바이스에 있어서, 평행한 제 1 및 제 2표면을 갖는 실리콘 다이와, 상기 제 1표면에서 상기 다이의 본체로 확장되는 제 1전도형 영역과, 측면 이격된 다른 전도형의 복수의 확산부에 의해 상기 제 1전도형 영역으로 형성되는 상기 디바이스에서 정의되는 접합 패턴부와, 상기 복수의 확산부와 접속하고 상기 제 1표면 위에 형성된 제 1전도전극과, 상기 제 1전도형 영역과 접속하고 상기 제 1전도전극과 공통평면을 이루고, 이로부터 측면 이격되어 절연된 상기 제 1표면 위에 형성된 제 2전도전극과, 그리고 상기 제 1 및 제 2전도전극 위에 형성된 적어도 하나의 솔더볼 접속부를 포함하며, 상기 제 1전도전극에서부터 상기 제 2전도전극으로의 전류 경로가 상기 제 1표면에 일반적으로 수직하는 수직성분을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  10. 10
    제 9항에 있어서, 상기 디바이스는 전력 MOS 게이트 디바이스이고, 상기 제 1 및 제 2전도전극은 상기 디바이스의 주전력 전극인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  11. 11
    제 10에 있어서, 상기 디바이스는 상기 복수의 확산부에 인접하여 형성되고 상기 디바이스를 온오프하도록 작동할 수 있는 폴리실리콘 게이트구조와, 상기 제 1실리콘 게이트영역과 접촉하고 상기 제 1 및 제 2전도전극과 공통 평면에 있으며, 이들로부터 측면 이격되고 절연된 상기 제 1표면 위에 형성된 제 3전도전극과, 그리고 상기 제 3전도전극에 접촉된 솔더볼 접속부를 포함하며, 상기 솔더볼 접속부 모두는 서로 공통 평면에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  12. 12
    제 11항에 있어서, 상기 디바이스는 플립칩 전력 MOSFET인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  13. 13
    제 9항에 있어서, 상기 제 1전도형은 P형인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  14. 14
    제 11항에 있어서, 상기 제 1전도형은 P형인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  15. 15
    제 9항에 있어서, 상기 제 1전도형 영역은 비교적 낮은 농도의 에피텍셜 실리콘의 상층 및 높은 농도의 비에피텍셜 실리콘의 하층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  16. 16
    제 11항에 있어서, 상기 제 1전도형 영역은 비교적 낮은 농도의 에피텍셜 실리콘의 상층 및 높은 농도의 비에피텍셜 실리콘의 하층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  17. 17
    제 15항에 있어서, 상기 제 2전도전극에 접촉되고 상기 제 2전도전극에서 상기 영역의 상기 하층으로 확장된 비교적 높은 농도의 싱커 확산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  18. 18
    제 16항에 있어서, 상기 제 2전도전극에 접촉되고 상기 제 2전도전극에서 상기 영역의 상기 하층으로 확장된 비교적 높은 농도의 싱커 확산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  19. 19
    제 15항에 있어서, 상기 제 1전도형 영역의 상기 상층을 통해 확장된 트렌치 및 상기 트렌치의 측벽에 적어도 선을 긋는 전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  20. 20
    제 19항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 복수의 확산부에 인접하여 형성되고 상기 디바이스를 온오프하도록 작동할 수 있는 폴리실리콘 게이트구조와, 상기 제 1실리콘 게이트영역과 접속하고 상기 제 1 및 제 2전도전극과 공통 평면에 있으며 이들로부터 측면 이격되고 절연된 상기 제 1표면 위에 형성된 제 3전도전극과, 상기 제 3전도전극에 접속된 솔더볼 접속부를 포함하며, 상기 솔더볼 접속부들 모두는 서로 공통 평면에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  21. 21
    제 18항에 있어서, 상기 디바이스는 플립칩 전력 MOSFET인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  22. 22
    제 20항에 있어서, 상기 디바이스는 플립칩 전력 MOSFET인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  23. 23
    제 21항에 있어서, 상기 제 1전도형은 P인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  24. 24
    제 22항에 있어서, 상기 제 1전도형은 P인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  25. 25
    제 11항에 있어서, 상기 제 2표면은 상기 디바이스의 향상된 냉각을 위한 확장영역을 정의하도록 거칠게 한 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  26. 26
    제 11항에 있어서, 상기 제 2표면을 가로지르고 상기 제 2표면에 확장된 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  27. 27
    제 9항에 있어서, 상기 디바이스는 MOSFET, 쇼트키 다이오드, 바이폴라 트랜지스터와 PN 다이오드로 구성된 그룹 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  28. 28
    제 9항에 있어서, 상기 솔더볼은 약 0.8mm보다 큰 피치로 정렬되고 약 200μ보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  29. 29
    제 27항에 있어서, 상기 솔더볼은 약 0.8mm보다 큰 피치로 정렬되고 약 200μ보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  30. 30
    제 1항에 있어서, 상기 제 2주표면은 상기 반도체 디바이스의 향상된 대류냉각을 위한 노출된 확장영역을 정의하도록 의도적으로 거칠게 한 것을 특징으로 하는 플립칩 반도체 디바이스.
  31. 31
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  32. 32
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  34. 34
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Independent claims54