「 MOSFET功率半导体晶片火红，如何有效降低RDS(on)(导通阻抗)?」
MOSFET在电子产品扮演「开关插座」的角色由来已久，来自于它具备高开关切换速度，低输入阻抗与低功率耗损之特性，不仅可承受大电流、亦可提高电路转换效率，也使得MOSFET成为功率元件中的重要角色。
而各家MOSFET厂商也都以追求高效率的电力转换、低功率耗损为目标。为达此一目标的捷径，就是降低RDS(on)(导通阻抗)。
如何不变更设计，快速降低MOSFET的RDS(on)
速读RDS(on)(导通阻抗)
RDS(on)是由几个阻抗形成，分别是源极端(Source)的接点阻抗Rcs、N+本身阻抗Rn+、通道的阻抗Rchannel、聚积(Accumulation)区的阻抗Ra、场效区(JFET region)的阻抗RJFET、漂移区(Drift region)的阻抗Rd、基材阻抗Rsub、泄极端(Drain)的接点阻抗Rcd、封装阻值总和Rpack。
那如何在不增加太多开发成本，降低RDS(on)(导通阻抗)呢？宜特建议可从三大方向来看:
一、 从矽制程(Si Process)和设计端(Design)着手
此方式是过去10年来一直在努力的，iST宜特观察发现，从各家MOSFET大厂，在这几年也都开发出不同型式的低导通阻抗MOSFET，例如英飞凌(Infenion)的CoolMOS利用多层磊晶堆叠技术；意法半导体(STMicroelectronics)的MDMesh、东芝(Toshiba)的DTMOS、 快捷半导体(Fairchild)的SuperMOS都是利用深沟槽回填技术；而安森美(OnSemi)的UltiMOS则是利用深沟槽回填搭配Liner oxide的设计，去形成Super Junction，来提高N-type Epi的浓度，却又维持空乏区的深度，让RDS(on)可以获得降低。特别是英飞凌的CoolMOS在1998年推出到现在，一直都是深受业界肯定的，在过去三年期间己出货超过16亿颗 (注一)。
二、 从封装(Package)端改善
待IC来到封装制程时，透过夹焊(Clip Bond)和扩散接合(Diffusion Solder)的导入，藉由使用铜夹(Clip)加大电流路径取代金线(Gold wire)来降低导线电阻，以及利用在异质金属间形成介金属化合物(Intermetallic compound)来使得金属间阻抗降低，来降低RDS(on)(导通阻抗)。
三、从降低晶片本身厚度下手
如前所述RDS(on)是由一连串的阻值加总所决定，其中有一部份是由Rsub所决定，而Rsub则和晶圆本身的掺杂浓度和厚度相关，藉由降低晶片本身厚度， 可以降低RDS(on)(导通阻抗)，因此在近年来市场上也开始使用「晶圆薄化」技术来将晶圆的厚度降低。
对于第三点降低晶片的厚度，ProPowertek宜锦科技的「MOSFET晶圆后段制程整合服务」，可以「晶圆薄化」。而「晶圆薄化」，要做到很薄、很精准的薄度是有技术门槛的。首先，针对要做到很薄，就有相当难度， 当晶圆薄化后，晶圆的边缘容易翘曲，而造成后续的制程处理的困难，晶圆极可能因为翘曲，在传送时撞击而破片，或是无法因为翘曲而进行手动上片导致破片，为了克服此项难度，ProPowertek宜锦科技使用太鼓技术(Taiko)，透过局部的精密研磨，将旁边留下太鼓环，此太鼓环类似于鼓框，将晶圆边缘支撑住，使得晶圆不会翘曲。而目前薄化到50微米(um)制程已为多家客户进行量产，良率亦可达到99.5%。目前针对太鼓技术37.5微米(um)也己开始进行小量客户验证及测试中、25微米(um)制程也己在进行工程研发及验证中。
而在要做到很「精准」的薄化数据，ProPowertek宜锦了解客户需求，要求晶圆薄化的数据来到100微米(um)，和50微米(um)，以达到降低RDS(on)(导通阻抗)的目标。为此，ProPowertek宜锦搭配蚀刻技术，将晶圆的总厚度分布(TTV, Total Thickness Variation) 精准控制在3微米(um)，达到很好的均匀性。此外，我们也发现，，在相同测试条件，及相同元件设计下，仅仅只是将晶圆厚度从100微米(um)降低到50微米(um)，RDS(on)(导通阻抗)便可有效降低了19% (注二)。此种作法完全不须更改设计，或是晶圆代工厂和后段封装厂之生产条件。
图说: ProPowertek宜锦藉由晶圆薄化技术，将晶圆厚度从100微米(um)降低到50微米(um)，立刻协助客户降低Power MOSFET的导通阻抗RDS(on) 19%。
当然，ProPowertek宜锦也持续钻研薄化技术，目前已完成15um薄化技术，从图中可见到矽晶片薄如蝉翼，甚至是可以透光，在白光光源照射下，晶片有红光发出。若是后续客户有此需求，ProPowertek宜锦可以配合客户进行后续的工程开发，为客户提供Power MOSFET更低的导通阻抗。
观看15um晶圆薄化影像，请点选上方影片，若无法观看请点此连结: https://pse.is/Waferthintw
以上与您分享ProPowertek宜锦的相关技术，如您有降低RDS(on)(导通阻抗) 需求，或是晶圆薄化需求，欢迎洽询
資料來源:
注一：满足MOSFET需求 英飞凌CoolMOS系列性价俱佳，赖品如，2018/6/27，https://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?CnlID=13&Cat=20&id=535181，2018/7/24 visited.
注二：此处仅为晶圆电性测试(CP, Chip probe)之结果，图中的比较为Normalize的结果
