專利名稱：晶片級降壓轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步降壓轉(zhuǎn)換器，且更特定來說涉及多裸片同步降壓轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
主要用于步降電源電路中的同步降壓轉(zhuǎn)換器通常包含兩個切換場效應(yīng)晶體管 (FET)及用以準許對所述FET的數(shù)字而非模擬控制的串聯(lián)電感器，所述FET將電流供應(yīng)到所述電感器中或從所述電感器汲取回電流。與模擬電源相比，具有FET切換晶體管的同步降壓轉(zhuǎn)換器為小的且使用極小的額外開銷電流。因此，其經(jīng)常用于移動電子裝置。由于在此類裝置中空間是重要的考慮因素，因此同步降壓轉(zhuǎn)換器的大小在市場上頗為重要。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一種形式中，其包括一種降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其包含高側(cè)0B)裸片，在所述HS裸片的前側(cè)上具有源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊；低側(cè)(LQ裸片，其具有第一區(qū)段，其中多個穿硅導(dǎo)通孔(TSV)從所述LS裸片的背側(cè)延伸到前側(cè)，所述LS裸片具有位于與所述第一區(qū)段分離的第二區(qū)段的前側(cè)上的源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊， 所述漏極接合墊在所述第二區(qū)段中電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)。所述HS裸片與所述 LS裸片接合在一起使得所述HS裸片的所述源極接合墊電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)， 且所述漏極接合墊及柵極接合墊中的每一者電連接到所述LS裸片中的單獨TSV。在又一形式中，本發(fā)明包含一種用于制作降壓轉(zhuǎn)換器模塊的方法。所述方法包括以下步驟形成高側(cè)0B)裸片，在所述HS裸片的第一區(qū)段中所述HS裸片的前側(cè)上具有源極接合墊，且在所述HS裸片的第二區(qū)段的所述第一側(cè)上具有漏極接合墊及柵極接合墊；形成低側(cè)(LQ裸片，所述LS裸片的第一區(qū)段中在所述LS裸片的前側(cè)上具有源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊，所述LS裸片的所述前側(cè)具有與所述LS裸片的所述前側(cè)相對的背側(cè)，其中所述第一區(qū)段中具有位于所述LS裸片的所述背側(cè)處的漏極連接；在所述LS裸片的第二區(qū)段中形成多個穿硅導(dǎo)通孔(TSV)，所述TSV從所述LS裸片的所述前側(cè)延伸到所述背側(cè)；及將所述HS裸片的所述源極接合墊電連接到位于所述LS裸片的所述背側(cè)處的所述漏極連接，并將所述HS裸片的所述漏極接合墊及柵極接合墊連接到所述LS裸片的所述背側(cè)上的所述TSV的端。


依據(jù)結(jié)合附圖閱讀的以下更詳細說明，將更好地理解前述及其它特征、特性、優(yōu)點及本發(fā)明大體內(nèi)容。
圖1是包含高側(cè)MOSFET及低側(cè)MOSFET的同步降壓轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的包含圖1中所示的高側(cè)MOSFET及低側(cè)MOSFET的晶片級降壓轉(zhuǎn)換器模塊的側(cè)視圖；圖3AJB及3C是圖2中所示的高側(cè)MOSFET的相應(yīng)俯視圖、側(cè)視圖及仰視圖；圖4A、4B及4C是圖2中所示的低側(cè)MOSFET的相應(yīng)俯視圖、側(cè)視圖及仰視圖；圖5A、5B、5C、5D、5E、5F、5G及5H展示在制作圖2中所示的低側(cè)MOSFET時的選定處理階段；圖6展示在制作圖2中所示的高側(cè)MOSFET時的處理階段；且圖7A、7B及7C展示在組裝低側(cè)MOSFET與高側(cè)MOSFET以形成圖2中所示的晶片級降壓轉(zhuǎn)換器模塊期間的選定處理階段。將了解，出于清晰的目的且在認為適當?shù)那闆r下，已在圖中重復(fù)參考編號以指示對應(yīng)的特征。此外，在一些情況下，已使圖式中各種對象的相對大小發(fā)生變形以更清楚地展示本發(fā)明。
具體實施例方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖式，圖1是包含高側(cè)MOSFET 12及低側(cè)MOSFET 14的同步降壓轉(zhuǎn)換器 10的示意圖，高側(cè)MOSFET 12及低側(cè)MOSFET 14的柵極由同步控制器16驅(qū)動。負載18通過電感器19耦合到高側(cè)MOSFET 12的源極與低側(cè)MOSFET 14的漏極的共用節(jié)點。雖然MOSFET 12及14為N溝道裝置，但本發(fā)明適用于P溝道裝置且還適用于針對MOSFET 12及14的互補N及P溝道裝置。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的包含圖1中所示的高側(cè)MOSFET 12及低側(cè)MOSFET 14的晶片級降壓轉(zhuǎn)換器模塊20的側(cè)視圖。高側(cè)MOSFET 12的高側(cè)(HS)裸片22與低側(cè) MOSFET 14的低側(cè)(LS)裸片M兩者經(jīng)翻轉(zhuǎn)，使得有源區(qū)域在兩個裸片22J4的底部側(cè)處。 圖2中展示了連接到LS裸片M的漏極接合墊的兩個焊料凸塊沈及觀以及通過穿硅導(dǎo)通孔(TSV) 46連接到HS裸片22的柵極的第三焊料凸塊30。已在HS裸片22的接合墊上形成可為銅螺柱或金凸塊的九個金屬板。所述金屬板中的兩者32及34連接到HS裸片22的源極接合墊，且金屬板36連接到HS裸片22的柵極接合墊。在HS裸片22與LS裸片M之間的是各向異性導(dǎo)電膜(ACF) 38，其將所述金屬板中的六者(包含金屬板32及34)電連接到LS裸片M的漏極且將三個額外金屬板(包含金屬板36)電連接到LS裸片M中的三個 TSV。LS裸片M的右部分延伸于LS裸片M的TSV區(qū)域44中的兩個電介質(zhì)層40與42 之間且含有圖4A及4C中所示的三個TSV 46、48及50。LS裸片M的有源區(qū)域不延伸到 TSV區(qū)域44中。圖3AJB及3C是HS裸片22的相應(yīng)俯視圖、側(cè)視圖及仰視圖，其展示九個板32、 34、36、52、54、56、58、60及62，所述板中的三者展示于圖2中。圖3A中所示的HS裸片22的頂表面可為MOSFET 12的漏極區(qū)域、可與MOSFET 12完全隔離或者可連接到MOSFET 12的除漏極外的有源區(qū)域。圖3B的側(cè)視圖包含三個板32、34及36。連接到HS裸片22的板的相應(yīng)MOSFET端子由在圖3C中所示的實施例中指示HS MOSFET 12的源極、漏極及柵極的字母“S”、“D”及“G”指示。
圖4A、4B及4C是圖2中所示的LS裸片M的相應(yīng)俯視圖、側(cè)視圖及仰視圖，其展示三個TSV 46、48及50以及六個接合墊66、68、70、72、74及76。LS裸片M的相應(yīng)接合墊由在圖4C中所示的實施例中指示LS MOSFET 14的源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊的字母“S”、“D”及“G”指示。圖4A到4C中還展示LS裸片M的TSV區(qū)域44中的上部及下部電介質(zhì)層40及42。圖5A到5H展示制作圖2中所示的而仍呈晶片79的形式的LS裸片M時的選定處理階段，且展示兩個LS裸片M的各自沿著圖4A中所示的線5A-H-5A-H截取的橫截面。圖 5A到5H展示一種形成TSV 44的方法，然而還可使用替代方法，例如島本· H. (Shimamoto, H.)的“3D 芯片堆疊式 MCP/SiP 的技術(shù)趨勢(Technical Trend of 3DChip Stacked MCP/SiP) ” (2007 年電子組件與技術(shù)會議(Electronic Components and Technology Conference, 2007))中所示的那些方法。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5A，已完成LS裸片M的有源區(qū)域(由虛線80指示)，且已使用第一掩模84在TSV區(qū)域44中形成溝槽82。漏極接合墊68與晶片79的在有源區(qū)80之外的部分之間的連接(如由虛線85指示)形成漏極接合墊66、68與LS裸片24的背側(cè)之間的連接。在圖5B中，用第二掩模86替換第一掩模84且蝕刻工藝在LS裸片22的上表面中鄰近所述溝槽形成凹入?yún)^(qū)域88且還使溝槽82加深。使用相同第二掩模86執(zhí)行沉積工藝(例如PECVD電介質(zhì)膜或SACVD電介質(zhì)膜的沉積)或類似工藝以沿著溝槽82的壁及底部形成電介質(zhì)層90并填充凹入?yún)^(qū)域88，其形成圖2中所示的電介質(zhì)層42。用如圖5D中所示的第三掩模92替換圖5C中的掩模86，且在溝槽電介質(zhì)層90的頂表面中且鄰近溝槽電介質(zhì)層 90的內(nèi)表面蝕刻比凹部88窄的另一組凹部94。使用相同掩模92在溝槽82及凹部94中沉積敷金屬96，如圖5E中所示。圖5F展示在以下操作之后上下倒置的晶片79 已移除第三掩模92、已將保護膠帶 100施加到LS裸片M的頂部且晶片79的背側(cè)已經(jīng)歷背磨操作以使晶片79變薄并在晶片 79的背側(cè)上暴露敷金屬96。使用第四掩模102，蝕刻工藝在LS裸片22的背側(cè)表面中鄰近敷金屬96形成凹入?yún)^(qū)域104，如圖5G中所示。接著，如圖5H中所示，使用相同第四掩模102 的氧化工藝用電介質(zhì)材料106(其可為經(jīng)沉積以形成電介質(zhì)層90及42的相同材料)填充凹入?yún)^(qū)域104，以形成圖2中所示的電介質(zhì)層40。圖6展示HS晶片110的若干部分，其包含兩個HS裸片22的各自沿著圖3A中所示的線6、7A-7C-6、7A-7C截取的橫截面，其中金屬板36、56及62附接到HS裸片22的接合墊112。已將頂部上具有釋放膜116的ACF膜38施加到前側(cè)，所述側(cè)含有晶片110的在虛線輪廓114內(nèi)的有源區(qū)域及金屬板36。圖7A到7C展示在以下操作之后的圖5H中所示的LS晶片79及圖6中所示的HS 晶片110的若干部分已自ACF 38移除釋放膜116且已翻轉(zhuǎn)HS晶片110并將其與LS晶片 79對準。圖7A展示在以下操作之后的兩個晶片已在約110°C的固化開始溫度下對其進行熱壓縮以將兩個晶片與ACF 38接合在一起。圖7B展示在以下操作之后的兩個晶片79、 110 移除LS晶片79的前側(cè)上的保護膠帶，且已對所有接合墊66、68、70、72、74及76以及 TSV 46,48及50進行焊料凸塊形成。焊料凸塊30及120分別通過TSV 46及48連接到高側(cè)MOSFET 12的漏極，且焊料凸塊122通過TSV50連接到高側(cè)MOSFET 12的柵極。圖7C展示在已將經(jīng)接合的晶片單個化之后的兩個個別晶片尺寸降壓模塊20。
盡管已參考特定實施例描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可做出各種改變且可用等效物替代所述實施例的要素而不背離本發(fā)明的范圍。另外，可做出許多修改以使特定情形或材料適于本發(fā)明的教示內(nèi)容而不背離本發(fā)明的范圍。因此，本文并非打算將本發(fā)明限于作為實施本發(fā)明的最佳預(yù)期模式揭示的特定實施例，而是打算使本發(fā)明將包含歸屬于所附權(quán)利要求書的范圍及精神內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其包括a)高側(cè)0B)裸片，在所述HS裸片的前側(cè)上具有源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊；b)低側(cè)(LQ裸片，其具有第一區(qū)段，其中多個穿硅導(dǎo)通孔(TSV)從所述LS裸片的背側(cè)延伸到前側(cè)，所述LS裸片具有位于與所述第一區(qū)段分離的第二區(qū)段的前側(cè)上的源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊，所述漏極接合墊在所述第二區(qū)段中電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)；且c)所述HS裸片與所述LS裸片接合在一起使得所述HS裸片的所述源極接合墊電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)，且所述漏極接合墊及柵極接合墊中的每一者電連接到所述LS 裸片中的單獨TSV。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其進一步包含所述LS裸片的所述接合墊上及所述LS裸片的所述前側(cè)上的所述TSV上的焊料凸塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其進一步包含將所述LS裸片與所述HS裸片連接并接合在一起的各向異性導(dǎo)電膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其進一步包含附接到所述HS裸片的所述源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊的金屬板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其中所述金屬板包括銅螺柱及金凸塊中的 “"者 ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其中所述LS裸片的所述前側(cè)上的所述TSV 具有大于所述LS裸片的所述背側(cè)上的所述TSV的表面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其中所述TSV的側(cè)與所述LS裸片的其余部分絕緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其進一步包含所述LS裸片的所述前側(cè)及所述背側(cè)的表面上的位于所述TSV之間的電絕緣材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其中所述第一及第二區(qū)域中的所述絕緣材料層在所述第一區(qū)段中延伸到所述LS裸片的三個側(cè)。
10.一種降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其包括a)高側(cè)0B)裸片，在所述HS裸片的前側(cè)上具有源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊，其中金屬板附接到所述接合墊中的每一者；b)低側(cè)(LQ裸片，其具有第一區(qū)段，其中多個穿硅導(dǎo)通孔(TSV)從所述LS裸片的背側(cè)延伸到前側(cè)，所述LS裸片具有位于與所述第一區(qū)段分離的第二區(qū)段的前側(cè)上的源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊，所述漏極接合墊在所述第一區(qū)段中電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)，其中所述TSV的側(cè)與延伸于所述TSV之間且在所述LS裸片的所述前側(cè)及所述背側(cè)上延伸到所述LS裸片的三個側(cè)的絕緣體接觸；c)所述HS裸片與所述LS裸片通過各向異性導(dǎo)電膜接合在一起使得所述HS裸片的所述源極接合墊電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)，且所述漏極接合墊及柵極接合墊中的每一者電連接到所述LS裸片中的單獨TSV ；及d)多個焊料凸塊，其附接到所述LS裸片的所述接合墊及位于所述LS裸片的所述前側(cè)的所述TSV上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其進一步包含附接到所述源極接合墊、 漏極接合墊及柵極接合墊的金屬板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其中所述金屬板包括銅螺柱及金凸塊中的一者。
13.一種制作降壓轉(zhuǎn)換器模塊的方法，其包括以下步驟a)形成高側(cè)0B)裸片，在所述HS裸片的第一區(qū)段中所述HS裸片的前側(cè)上具有源極接合墊，且在所述HS裸片的第二區(qū)段的所述第一側(cè)上具有漏極接合墊及柵極接合墊；b)形成低側(cè)(LQ裸片，在所述LS裸片的第一區(qū)段中所述LS裸片的前側(cè)上具有源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊，所述LS裸片的所述前側(cè)具有與所述LS裸片的所述前側(cè)相對的背側(cè)，其中在所述第一區(qū)段中所述LS裸片的所述背側(cè)處具有漏極連接；c)在所述LS裸片的第二區(qū)段中形成多個穿硅導(dǎo)通孔(TSV)，所述TSV從所述LS裸片的所述前側(cè)延伸到所述背側(cè)；及d)將所述HS裸片的所述源極接合墊電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)處的所述漏極連接，并將所述HS裸片的所述漏極接合墊及柵極接合墊連接到所述LS裸片的所述背側(cè)上的所述TSV的端。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中借助各向異性導(dǎo)電膜進行所述HS裸片與所述 LS裸片之間的所述電連接，所述各向異性導(dǎo)電膜還將所述HS裸片與所述LS裸片接合在一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進一步包括將焊料凸塊附接到所述LS裸片上的所述接合墊及所述LS裸片的所述前側(cè)上的所述TSV的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述HS裸片與所述LS裸片之間的所述電連接包含附接到所述HS裸片的所述源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊的金屬板。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述金屬板包括銅螺柱及金凸塊中的一者。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述LS裸片的所述前側(cè)上的所述TSV具有大于所述LS裸片的所述背側(cè)上的所述TSV的表面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中使所述TSV的側(cè)與所述LS裸片的其余部分電絕緣。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述LS裸片的所述第二區(qū)段中所述前側(cè)表面及背側(cè)表面上形成電絕緣材料，所述電絕緣材料延伸于所述TSV之間且延伸到所述LS裸片的三個側(cè)。
21.一種制作降壓轉(zhuǎn)換器模塊的方法，其包括以下步驟a)形成高側(cè)(HS)裸片晶片，所述HS裸片晶片具有至少兩個間隔開的HS裸片，所述HS 裸片中的每一者在所述HS裸片中的每一者的第一區(qū)段中所述HS裸片中的每一者的前側(cè)上具有源極接合墊且在所述HS裸片中的每一者的第二區(qū)段的所述第一側(cè)上具有漏極接合墊及柵極接合墊；b)形成低側(cè)(LS)裸片晶片，所述LS裸片晶片具有至少兩個間隔開的LS裸片，所述LS 裸片中的每一者在所述LS裸片中的每一者的第一區(qū)段中所述LS裸片中的每一者的前側(cè)上具有源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊；c)在所述LS裸片中的每一者的第二區(qū)段中將多個溝槽形成到所述前側(cè)中；d)在每一晶片的所述前側(cè)上所述多個溝槽中的每一者周圍移除所述LS裸片晶片的第一部分；e)對所述溝槽及所述溝槽周圍的所述第一部分進行氧化；f)用敷金屬填充所述溝槽；g)通過從所述LS裸片晶片的所述背側(cè)移除半導(dǎo)體材料來使所述LS裸片晶片變薄，以便在所述LS裸片晶片的背側(cè)上暴露所述填充有敷金屬的溝槽，所述LS裸片中的每一者在所述第一區(qū)段中的每一者中所述LS裸片晶片的所述背側(cè)中的每一者處具有漏極連接；h)在每一晶片的所述背側(cè)上所述多個溝槽中的每一者周圍移除所述LS裸片晶片的第二部分并對所述第二部分中的每一者進行氧化；i)將所述HS裸片晶片附接到所述LS裸片晶片使得所述HS裸片中的每一者的所述源極接合墊在對應(yīng)LS裸片的所述背側(cè)中電連接到所述第一區(qū)段，且所述HS裸片中的每一者的所述漏極接合墊及柵極接合墊在所述對應(yīng)LS裸片的所述第二區(qū)段中電連接到所述填充有敷金屬的溝槽中的一者。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中借助各向異性導(dǎo)電膜進行所述HS裸片與所述 LS裸片之間的所述電連接，所述各向異性導(dǎo)電膜還將所述HS裸片晶片與所述LS裸片晶片接合在一起。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其進一步包括將焊料凸塊附接到所述LS裸片上的所述接合墊及所述LS裸片的所述前側(cè)上的所述填充有敷金屬的溝槽的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述HS裸片與所述LS裸片之間的所述電連接包含附接到所述HS裸片中的每一者的所述源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊的金屬板。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述金屬板包括銅螺柱及金凸塊中的一者。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述LS裸片中的每一者的所述第一經(jīng)氧化部分及第二經(jīng)氧化部分覆蓋所述LS裸片中的所述第二區(qū)段的所述前側(cè)及所述背側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降壓轉(zhuǎn)換器模塊，其包含高側(cè)(HS)裸片，在所述HS裸片的前側(cè)上具有源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊；低側(cè)(LS)裸片，其具有第一區(qū)段，其中多個穿硅導(dǎo)通孔(TSV)從所述LS裸片的背側(cè)延伸到前側(cè)，所述LS裸片具有位于與所述第一區(qū)段分離的第二區(qū)段的前側(cè)上的源極接合墊、漏極接合墊及柵極接合墊，所述漏極接合墊在所述第二區(qū)段中電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)。所述HS裸片與所述LS裸片接合在一起使得所述HS裸片的所述源極接合墊電連接到所述LS裸片的所述背側(cè)，且所述漏極接合墊及柵極接合墊中的每一者電連接到所述LS裸片中的單獨TSV。
文檔編號G05F1/00GK102197347SQ200980143004
公開日2011年9月21日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者劉永, 王 琦 申請人:飛兆半導(dǎo)體公司