包含消除應(yīng)力層的半導(dǎo)體器件及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含消除應(yīng)力層的半導(dǎo)體器件及制造方法。該半導(dǎo)體器件包括具有單晶半導(dǎo)體本體的主體。分層結(jié)構(gòu)直接毗連主體的主表面的中心部分，并且包括硬電介質(zhì)層，該硬電介質(zhì)層由具有大于10GPa的楊氏模量的第一電介質(zhì)材料設(shè)置。消除應(yīng)力層直接毗連與主體相對(duì)的分層結(jié)構(gòu)并且延伸到所述分層結(jié)構(gòu)的外部邊緣之外。提供距所述主體的邊緣的一段距離的所述分層結(jié)構(gòu)并且用消除應(yīng)力層覆蓋該分層結(jié)構(gòu)的外表面，增強(qiáng)了器件可靠性。
【專利說(shuō)明】包含消除應(yīng)力層的半導(dǎo)體器件及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地，涉及包含消除應(yīng)力層的半導(dǎo)體器件及制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鈍化層(例如，等離子氧化物層或者等離子氮化物層)防止半導(dǎo)體芯片受到腐蝕和機(jī)械損傷。通常，在圖案化最頂層的金屬化層或者配線層之后形成鈍化層。消除應(yīng)力層(例如:聚酰亞胺層)增強(qiáng)了鈍化層和封裝半導(dǎo)體芯片的成型塊之間的黏合度。期望提高半導(dǎo)體器件的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)實(shí)施方式，半導(dǎo)體器件包括包含單晶半導(dǎo)體本體的主體。分層結(jié)構(gòu)直接毗連主體的主表面的中心部分，并且包括硬電介質(zhì)，該硬電介質(zhì)由具有大于10千兆帕斯卡(GPa)的楊氏模量的第一電介質(zhì)材料設(shè)置的硬電介質(zhì)層。電介質(zhì)消除應(yīng)力層直接毗連與主體相對(duì)的分層結(jié)構(gòu)并且延伸至分層結(jié)構(gòu)的外部邊緣之外。
[0004]根據(jù)提供半導(dǎo)體器件的制造方法的實(shí)施方式，將分層結(jié)構(gòu)設(shè)置在包括單晶半導(dǎo)體本體的主體的主表面的中心部分。該分層結(jié)構(gòu)包括硬電介質(zhì)層，該硬電介質(zhì)層包含具有大于IOGPa的楊氏模量的第一電介質(zhì)材料。將電介質(zhì)消除應(yīng)力層設(shè)置為覆蓋分層結(jié)構(gòu)并且延伸到分層結(jié)構(gòu)的外部邊緣之外。
[0005]本領(lǐng)域中的技術(shù)人員在閱讀完以下詳細(xì)描述并且瀏覽附圖之后將會(huì)認(rèn)識(shí)到另外的特性和優(yōu)勢(shì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]包含附圖以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，而且附圖結(jié)合到本說(shuō)明書并且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施方式并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的基本原理。通過(guò)參考以下細(xì)節(jié)描述，將能更容易地理解、認(rèn)識(shí)本發(fā)明的其他實(shí)施方式和預(yù)期的優(yōu)勢(shì)。
[0007]圖1是根據(jù)提供了具有與單晶半導(dǎo)體表面接觸的部分的消除應(yīng)力層的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的邊緣部分的示意性截面圖。
[0008]圖2A是根據(jù)比較實(shí)例的電子組件的示意性截面圖。
[0009]圖2B是示出了根據(jù)比較實(shí)例沿著器件邊緣的應(yīng)力梯度的示意圖。
[0010]圖2C是示出了根據(jù)實(shí)施方式沿著器件邊緣的應(yīng)力梯度的示意圖。
[0011]圖2D是通過(guò)實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)觀察應(yīng)力降低的示意圖。
[0012]圖3A是根據(jù)提供具有與非單晶表面接觸的部分的消除應(yīng)力層的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的邊緣部分的示意性截面圖。
[0013]圖3B是根據(jù)另一實(shí)施方式的電子組件的一部分的示意性截面圖。
[0014]圖4A是根據(jù)通過(guò)從主表面切割開提供單分半導(dǎo)體器件的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的邊緣部分的示意性截面圖。
[0015]圖4B是根據(jù)通過(guò)從主表面蝕刻提供單分半導(dǎo)體芯片的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的邊緣部分的示意性截面圖。
[0016]圖4C是根據(jù)通過(guò)切割圓周形溝槽結(jié)構(gòu)的外部提供單分半導(dǎo)體芯片的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的邊緣部分的示意性截面圖。
[0017]圖4D是根據(jù)通過(guò)切割圓周形溝槽結(jié)構(gòu)提供單分半導(dǎo)體芯片的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的邊緣部分的示意性截面圖。
[0018]圖4E是根據(jù)提供部分填充圓周形溝槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式的半導(dǎo)體基板的切口部分的示意性截面圖。
[0019]圖5是示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的制造方法的簡(jiǎn)化流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在下列詳細(xì)描述中將參照附圖，所述附圖構(gòu)成本發(fā)明的一部分并且其中通過(guò)示出具體的實(shí)施方式展示本發(fā)明，本發(fā)明可以實(shí)踐這些具體的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以采用其他的實(shí)施方式并且做出結(jié)構(gòu)或者邏輯上的改變。例如，用于一個(gè)實(shí)施方式的特征說(shuō)明和描述可以用與其他實(shí)施方式或者與其他實(shí)施方式結(jié)合來(lái)說(shuō)明另外的實(shí)施方式。本發(fā)明旨在包括這樣的更改和變化。使用特殊語(yǔ)言描述實(shí)例不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖僅用于說(shuō)明目的無(wú)須按比例繪制，為清楚起見，如果沒有另行規(guī)定，不同的附圖中相似的參考標(biāo)號(hào)指示相應(yīng)類似的部件。
[0021]術(shù)語(yǔ)“具有”、“包含”、“含有”、“包括”等諸如此類是開放性的并且術(shù)語(yǔ)指示存在陳述的結(jié)構(gòu)、元件或者特性，但是并不排除附加的元件或者特性。除非上下文明確指示，否則冠詞“一”、“一個(gè)”和“這個(gè)”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)。
[0022]圖1示出了具有主體100的半導(dǎo)體器件500的半導(dǎo)體芯片500a的邊緣部分690，其中，主體100具有平主表面101。主體100包括由單晶半導(dǎo)體材料形成的單晶半導(dǎo)體本體120，所述單晶半導(dǎo)體材料例如為硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、鍺化硅SiGe、氮化鎵GaN或者砷化鎵GaAs。半導(dǎo)體本體120可包括摻雜層和兩個(gè)導(dǎo)電類型的區(qū)域以及其他導(dǎo)電和絕緣結(jié)構(gòu)。
[0023]在與主表面101的中心部分610對(duì)應(yīng)的主體100的單元面積中，可以設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)二極管元件或者場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)結(jié)構(gòu)來(lái)限定半導(dǎo)體器件500的功能。例如，半導(dǎo)體器件500可以是半導(dǎo)體二極管、IGFET (絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，例如，通常意義上包括具有金屬和具有非金屬柵極電極的FET的MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或者IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)。每個(gè)二極管或者場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)均包括布置在一個(gè)或者多個(gè)單元陣列中的多個(gè)單元。導(dǎo)體器件500可以是超結(jié)器件。
[0024]示出的實(shí)施方式提供了柵極電極215a，柵極電極215a被設(shè)置成距主體100—段距離。根據(jù)另一實(shí)施方式，半導(dǎo)體本體120可包括柵極溝槽結(jié)構(gòu),柵極溝槽結(jié)構(gòu)從主表面101延伸至半導(dǎo)體本體120，柵極溝槽結(jié)構(gòu)包括柵極電極結(jié)構(gòu)、柵極電介質(zhì)、場(chǎng)電極和使柵極電極結(jié)構(gòu)與場(chǎng)電極彼此絕緣的絕緣體結(jié)構(gòu)以及埋柵極溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料。
[0025]分層結(jié)構(gòu)200直接毗連主表面101的中心部分610。分層結(jié)構(gòu)200包括一個(gè)或者多個(gè)電介質(zhì)層并且包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)215 (例如,柵極電極215a),導(dǎo)電結(jié)構(gòu)215設(shè)置在主表面101上和/或距主表面101 —段距離的一個(gè)或者多個(gè)配線平面內(nèi)。根據(jù)示出的實(shí)施方式，分層結(jié)構(gòu)200至少在截面上可包括在柵極電極215a下面形成的柵極電介質(zhì)210。柵極電介質(zhì)210可以是熱脹半導(dǎo)體氧化物，例如在單晶硅半導(dǎo)體本體120情況情形下的二氧化硅。一個(gè)或者多個(gè)夾層電介質(zhì)220使相同配線平面內(nèi)的相鄰導(dǎo)電結(jié)構(gòu)215、215a絕緣并且分離相鄰的配線平面。
[0026]分層結(jié)構(gòu)200可包括由BSG (硼硅酸鹽玻璃)、PSG (磷硅酸鹽玻璃)或者BPSG (硼磷硅酸鹽玻璃)形成的主電介質(zhì)層。例如，通過(guò)使用作為前體材料的TEOS (焦磷酸四乙酯)沉積的薄的硅氧化層可以布置在主電介質(zhì)層和主表面101之間。
[0027]分層結(jié)構(gòu)200包括至少一個(gè)硬電介質(zhì)層290,硬電介質(zhì)層290由具有楊氏模量大于IOGPa的第一電介質(zhì)材料設(shè)置。根據(jù)實(shí)施方式,第一電介質(zhì)材料是一種無(wú)機(jī)電介質(zhì)。例如，硬電介質(zhì)層290是鈍化層，諸如由化學(xué)氣相沉積提供并且具有至少0.2微米厚度以及至多
2.0微米厚度的二氧化硅層、氮化硅層或者氮氧化硅層。
[0028]消除應(yīng)力層300直接毗連與主體100相對(duì)的分層結(jié)構(gòu)200的層表面201并且延伸至分層結(jié)構(gòu)200的外部邊緣之外。消除應(yīng)力層300由第二電介質(zhì)材料組成或者包括第二電介質(zhì)材料，該第二電介質(zhì)材料具有的楊氏模量至多是成第一電介質(zhì)層290的第一電介質(zhì)材料的楊氏模量的一半。毗連分層結(jié)構(gòu)201的消除應(yīng)力層300的第一部分和毗連分層結(jié)構(gòu)200的傾斜于層表面201的外表面203的第二部分可以是相同的第二電介質(zhì)材料或者是不同的第二電介質(zhì)材料。
[0029]根據(jù)實(shí)施方式，第二電介質(zhì)材料的楊氏模量至多是第一電介質(zhì)材料的楊氏模量的十分之一。每個(gè)第二電介質(zhì)材料可以是具有楊氏模量小于IOGPa的聚合物，舉例說(shuō)明，每個(gè)第二電介質(zhì)材料是或者包括聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)二甲苯、環(huán)氧樹脂或者來(lái)自其中的一種混合物。在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，例如，第一電介質(zhì)材料是具有約SOGPa楊氏模量的二氧化硅并且第二電介質(zhì)材料是具有約3.2GPa的楊氏模量的聚酰亞胺。
[0030]消除應(yīng)力層300覆蓋分層結(jié)構(gòu)200的外表面203，其中，外表面203傾斜于層表面201。根據(jù)實(shí)施方式，外表面203正交于層表面201。消除應(yīng)力層300覆蓋主表面101的內(nèi)部邊緣部分691，內(nèi)部邊緣部分691環(huán)繞中心部分610并且構(gòu)成了邊緣部分690的一部分，邊緣部分690介于主體100的中心部分610和外部邊緣103之間。介于消除應(yīng)力層300的外部邊緣303與分層結(jié)構(gòu)200的外表面203之間的距離至少為3微米，并且在具體的實(shí)施方式中至少可為5微米。介于消除應(yīng)力層300的外部邊緣303與主體100的外部邊緣103之間的距離至少為5微米，并且在具體的實(shí)施方式中至少可為10微米。半導(dǎo)體器件500進(jìn)一步包括封裝半導(dǎo)體芯片500a的成型塊400。成型塊400的材料可以是陶瓷或者塑料。
[0031]使分層結(jié)構(gòu)200的外表面203與主體100的外部邊緣103保持距離，即，以距外部邊緣103 —段距離設(shè)置分層結(jié)構(gòu)200，考慮到使用蝕刻工藝形成外表面203。與切割工藝相t匕，蝕刻工藝在被蝕刻的側(cè)壁中不留裂痕，從而使得外表面203通常沒有裂痕。分層結(jié)構(gòu)200的外表面203不會(huì)在通過(guò)切割半導(dǎo)體基板以獲得單一半導(dǎo)體芯片500a時(shí)受到不利影響，其中，多個(gè)相同的半導(dǎo)體芯片500a形成在半導(dǎo)體基板上。消除應(yīng)力層300延伸至分層結(jié)構(gòu)200的邊緣之外，保護(hù)外表面203免受由諸如焊接等連續(xù)快速的熱處理步驟而引起的熱力機(jī)械應(yīng)力。[0032]圖2A示出了由最初非關(guān)鍵的切割特性引起的破壞性機(jī)制。分層結(jié)構(gòu)200設(shè)置在主體100的主表面101上，主體100包括半導(dǎo)體本體120。分層結(jié)構(gòu)200包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)215等，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)215至少包括一個(gè)柵極電極215a和將柵極電極215a與單晶半導(dǎo)體本體120分開的柵極電介質(zhì)210。分層結(jié)構(gòu)200完全覆蓋主表面101,從而使得分層結(jié)構(gòu)200的外表面203與主體100的外部邊緣103齊平。消除應(yīng)力層300沉積在分層結(jié)構(gòu)200的至少一部分上。通過(guò)切割設(shè)置有多個(gè)相同的半導(dǎo)體芯片500a的半導(dǎo)體基板可以獲得包括主體100、分層結(jié)構(gòu)200和消除應(yīng)力層300的半導(dǎo)體芯片500a。
[0033]切割可能導(dǎo)致沿著分層結(jié)構(gòu)200的外表面203產(chǎn)生小裂痕281。小裂痕281通常不會(huì)超過(guò)10微米至15微米的長(zhǎng)度，并且不一定會(huì)對(duì)半導(dǎo)體芯片500a的功能產(chǎn)生不利影響，從而使得單一半導(dǎo)體芯片500a最初能夠通過(guò)所有的功能性測(cè)試。
[0034]半導(dǎo)體芯片500a可安裝于散熱塊510上，散熱塊510直接接觸主體100的與主表面101相對(duì)的背面102。其中，主體100可包括或者可不包括沿著背面102的背部鍍金屬110。舉例說(shuō)明，散熱塊510可以由銅或者包括銅的合金制成。成型塊400將半導(dǎo)體芯片500a封裝并且暴露至少一部分的散熱塊510。成型塊400是塑料或者陶瓷材料。
[0035]由封裝半導(dǎo)體芯片500a形成的半導(dǎo)體器件500通過(guò)焊接安裝在PCB (印刷電路板)720上，從而產(chǎn)生介于散熱塊510和PCB720之間的焊料層715。例如，在260攝氏度的焊接過(guò)程中，成型塊400膨脹，從而沿著分層結(jié)構(gòu)200的外表面203引起張應(yīng)力。焊料溫度的作用是引起張應(yīng)力，尤其是在當(dāng)焊料溫度升高時(shí)。
[0036]圖2B示出了針對(duì)圖2A的布置，有效張應(yīng)力每秒可快速加熱至200攝氏度時(shí)高達(dá)100兆帕斯卡(MPa)。張應(yīng)力可以將位于最初非關(guān)鍵裂痕281的兩側(cè)的分層結(jié)構(gòu)200的分離部分拉開，從而使得裂痕在平行于分層結(jié)構(gòu)200的主表面101的方向上擴(kuò)增至幾百微米，如圖2A中的點(diǎn)線所示。裂痕可能傳播進(jìn)入半導(dǎo)體本體120幾十微米，并且可能在柵極電極210下方傳播出半導(dǎo)體本體120。傳播至柵極電極中，裂痕會(huì)損壞柵極電極210致使半導(dǎo)體器件500存在缺陷。
[0037]使分層結(jié)構(gòu)200的外表面203與半導(dǎo)體芯片500a的外部邊緣103保持一段距離，降低了分層結(jié)構(gòu)200的最初損傷，其中，半導(dǎo)體芯片500a沿著外表面203被切割。
[0038]將消除應(yīng)力層300延伸至分層結(jié)構(gòu)200的外表面203之外顯著地降低對(duì)外部邊緣203有效的應(yīng)力，如圖2C所示。由于進(jìn)行了兩次測(cè)量，顯著地提高了半導(dǎo)體器件500的可靠性。
[0039]圖2D通過(guò)具有2微米厚度的二氧化硅層的實(shí)例示出了分層結(jié)構(gòu)200的邊緣處的張應(yīng)力Sy (單位為MPa)。在常規(guī)的布置802中，張應(yīng)力Sy大于60MPa，如列812所示。將二氧化硅層200a的外部邊緣拉回20微米，就布置804來(lái)說(shuō)，降低最大張應(yīng)力約lOMPa，如列814所示。將二氧化硅層200a的外部邊緣拉回30微米并且延伸以聚合物層示出的消除應(yīng)力層300至二氧化硅層200a的邊緣外10微米，就布置806來(lái)說(shuō)，大約降低最大應(yīng)力的10倍，如列816所示。
[0040]圖3A涉及的實(shí)施方式與圖1的實(shí)施方式的不同在于主體100包括主表面101和半導(dǎo)體本體120之間的附加層190。附加層190可以排它地形成在內(nèi)部邊緣部分691中，排它地形成在外部邊緣部分699或者完整的邊緣部分690中。附加層190可以是分層結(jié)構(gòu)200的子層。根據(jù)實(shí)施方式，附加層190可以是具有小于200納米厚度的薄電介質(zhì)層。例如，附加層190可以是薄的氮化硅層或者薄的二氧化硅層，諸如自然氧化層或者末期氧化層。
[0041]圖3B中電子組件與圖2A的電子組件的不同之處在于分層結(jié)構(gòu)200不存在于主表面101的邊緣部分690內(nèi)，并且在于消除應(yīng)力層300延伸至分層結(jié)構(gòu)200的外部邊緣203之外。因?yàn)楸苊饬送ㄟ^(guò)切割而在分層結(jié)構(gòu)100內(nèi)引起的損傷并且因?yàn)橄龖?yīng)力層300有效地防止了外部邊緣203在將半導(dǎo)體器件500焊接到PCB720上的過(guò)程中遭受張應(yīng)力，所以在分層結(jié)構(gòu)200中很少發(fā)生裂痕并且抑制了裂痕的擴(kuò)散。電子組件700示出了在操作過(guò)程中較少的故障。
[0042]圖1、圖3A和圖3B中的半導(dǎo)體器件500可以在具有多個(gè)器件區(qū)域的諸如硅晶片的半導(dǎo)體基板上制造，其中多個(gè)器件區(qū)域布置在矩陣中并由切口柵格(切口框架)分離。切口框架可包括PCM (工藝控制監(jiān)控)特征、測(cè)試電路和/或平板印刷標(biāo)記。在每個(gè)器件區(qū)域中，半導(dǎo)體芯片500a通過(guò)在每個(gè)器件區(qū)域的中心部分提供包括硬電介質(zhì)層的分層結(jié)構(gòu)、并通過(guò)在每個(gè)器件區(qū)域中提供距切口框架一段距離的消除應(yīng)力層而形成。在每個(gè)器件區(qū)域中，消除應(yīng)力層覆蓋分層結(jié)構(gòu)并且延伸至分層結(jié)構(gòu)的外部邊緣之外。
[0043]根據(jù)實(shí)施方式，沿著切口框架切割半導(dǎo)體基板以單一化半導(dǎo)體芯片。如圖4A所示，生成的包括半導(dǎo)體本體120的主體100的粗糙邊緣表面105具有大于0.1微米的表面粗糙度。
[0044]根據(jù)另一實(shí)施方式，蝕刻或者激光切割工藝從半導(dǎo)體基板單一化半導(dǎo)體芯片500a。蝕刻和激光切割工藝會(huì)留下平滑的邊緣表面106，極大地降低表面粗糙度，例如小于
0.1毫米，如圖4B所示。
[0045]通過(guò)使用用于完整地蝕刻半導(dǎo)體基板的HF或者等離子體增強(qiáng)蝕刻工藝的剝離工藝、或者通過(guò)切割工藝可以至少部分地移除PCM特征、測(cè)試電路和平板印刷標(biāo)記。
[0046]根據(jù)另一實(shí)施方式，圖4C示出了另一實(shí)例，半導(dǎo)體芯片500a包括完全形成在外部邊緣部分699或者部分形成在外部邊緣部分699的圓周形溝槽122和切割框架820。圓周形溝槽122可以從主表面101延伸至主體100。圓周形溝槽122的深度至少為0.1微米并且至多為60微米。圓周形溝槽122的深度和寬度可以不同。例如，具有寬開口的溝槽可以完全或者部分填充有相似的沉積層。根據(jù)實(shí)施方式，圓周形溝槽122的中心是空的或是有空間的。圓周形溝槽122停止將由邊緣表面105、106的切割缺陷產(chǎn)生的裂痕擴(kuò)散到主體100。
[0047]如圖4C所示，在圓周形溝槽122的外部切割半導(dǎo)體基板，從而在主表面101和相對(duì)的背表之間留下粗糙的邊緣表面105。
[0048]根據(jù)另一實(shí)施方式，分別在切口框架的整個(gè)寬度上進(jìn)行切割并且切割兩個(gè)相鄰的溝槽。溝槽可以切割成中空區(qū)域，從而使得溝槽側(cè)壁保持完整和不被改變。
[0049]如圖4D所示，由溝槽結(jié)構(gòu)122產(chǎn)生的邊緣表面的第一部分106a是平滑的并且由切割產(chǎn)生的第二部分示105b出了大于0.1微米的表面粗糙度。正交于主表面101的主體100的邊緣表面105、106提供介于主表面101與由溝槽底部給定的步距之間的第一部分，以及介于步距和與主表面101相對(duì)的背面之間的第二部分。溝槽結(jié)構(gòu)122從主表面101或者從相對(duì)的背面延伸至主體100。在每種情況下，在對(duì)應(yīng)于溝槽結(jié)構(gòu)122的第一部分和第二部分中更窄的一個(gè)中粗糙度至多為0.1微米，并且在溝槽結(jié)構(gòu)122的外部的第一部分和第二部分中更寬的一個(gè)中粗糙度大于0.1微米。[0050]未經(jīng)最初損壞的外表面不產(chǎn)生裂痕。切割區(qū)域可具有40微米至100微米的寬度，并且溝槽的寬度例如從5微米至20微米不等。該工藝可以與出于其他原因提供溝槽的IC技術(shù)結(jié)合，例如，將同一半導(dǎo)體芯片500a上的邏輯電路與功率晶體管技術(shù)相結(jié)合的智能晶體管技術(shù)。
[0051]圖4E示出了具有分離兩個(gè)器件區(qū)域830的切口框架820a、820b的半導(dǎo)體基板500b。每個(gè)器件區(qū)域830都提供半導(dǎo)體芯片500a。每個(gè)半導(dǎo)體芯片500a包括具有形成在主體100上的分層結(jié)構(gòu)200的中心部分610。消除應(yīng)力層300分別從分層結(jié)構(gòu)200的邊緣處延伸至環(huán)繞中心部分610的邊緣部分690。在邊緣部分690中，圓周形溝槽122從主表面101延伸至相應(yīng)主表面100并且環(huán)繞中心部分610。等角的氧化層124和等角的多晶硅層126可以沿著圓周形溝槽122的側(cè)壁和底部排列，并且在圓周形溝槽122的中心留下空隙129。根據(jù)實(shí)施方式，切口框架820a是介于兩個(gè)相鄰的圓周形溝槽122之間的半導(dǎo)體基板500b的部分或者完整部分。根據(jù)另一實(shí)施方式，切口框架820b包括朝向相鄰半導(dǎo)體芯片500a的圓周形溝槽122的內(nèi)側(cè)壁。切口框架820a、820b可具有約50微米至60微米的寬度并且圓周形溝槽122可具有約5微米至20微米的寬度。
[0052]根據(jù)圖5中制造半導(dǎo)體器件的方法包括在包括單晶硅半導(dǎo)體本體的主體的主表面的中心部分設(shè)置分層結(jié)構(gòu)(502)。分層結(jié)構(gòu)包括包含楊氏模量大于IOGPa的第一電介質(zhì)材料的硬電介質(zhì)層。將具有低楊氏模量的消除應(yīng)力層設(shè)置為覆蓋分層結(jié)構(gòu)并且延伸至分層結(jié)構(gòu)的外部邊緣之外(504)。消除應(yīng)力層可包含具有楊氏模量至多是第一電介質(zhì)材料的楊氏模量的一半的第二電介質(zhì)材料。
[0053]根據(jù)實(shí)施方式，消除應(yīng)力層可以設(shè)置成至少覆蓋毗連主表面的中心部分的內(nèi)部邊緣部分。設(shè)置分層結(jié)構(gòu)包括沉積包含第一電介質(zhì)材料的硬電介質(zhì)層并移除邊緣部分中的硬電介質(zhì)層。例如，這可通過(guò)掩膜蝕刻工藝完成。不同于切割工藝，等離子蝕刻工藝不會(huì)在蝕刻側(cè)壁中留下裂痕。設(shè)置消除應(yīng)力層可包括沉積未圖案化的消除應(yīng)力層并且從外部邊緣部分移除未圖案化的消除應(yīng)力層的一部分。舉例說(shuō)明，第一電介質(zhì)材料可以是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、未摻雜質(zhì)的硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、磷硅酸鹽玻璃或者硼磷硅酸鹽玻璃。用于第二電介質(zhì)材料的實(shí)例是聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)二甲苯和環(huán)氧樹脂。
[0054]雖然本文中已經(jīng)說(shuō)明和描述了具體的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下，各種替代性和/或等同實(shí)施方式可以取代所示出和描述的【具體實(shí)施方式】。本申請(qǐng)意旨涵蓋本文中討論的【具體實(shí)施方式】的任何調(diào)整和變化，因此，意旨本發(fā)明僅有權(quán)利要求和其等同物來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 主體，包括單晶半導(dǎo)體本體； 分層結(jié)構(gòu)，直接毗連所述主體的主表面的中心部分，并且包括硬電介質(zhì)層，所述硬電介質(zhì)層包含具有大于IOGPa的楊氏模量的第一電介質(zhì)材料；以及 電介質(zhì)消除應(yīng)力層，直接毗連與所述主體相對(duì)的所述分層結(jié)構(gòu)并且延伸到所述分層結(jié)構(gòu)的外部邊緣之外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述消除應(yīng)力層至少覆蓋直接毗連所述主表面的所述中心部分的內(nèi)部邊緣部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述消除應(yīng)力層包含具有至多是所述第一電介質(zhì)材料的楊氏模量的十分之一的楊氏模量的第二電介質(zhì)材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二電介質(zhì)材料是電介質(zhì)聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二電介質(zhì)材料從包括聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)二甲苯以及環(huán)氧樹脂的組中選擇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一電介質(zhì)材料是無(wú)機(jī)電介質(zhì)材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一電介質(zhì)材料從包括二氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅的組中選擇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述分層結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和介于所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和所述消除應(yīng)力層之 間的鈍化層，所述鈍化層由所述第一電介質(zhì)材料提供。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包括柵極電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述消除應(yīng)力層的外部邊緣距所述主體的外部邊緣一段距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述主表面的內(nèi)部邊緣部分由所述單晶半導(dǎo)體本體形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電介質(zhì)消除應(yīng)力層直接毗連并且覆蓋傾斜于所述主表面的所述分層結(jié)構(gòu)的外表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件,其中，正交于所述主表面的所述主體的邊緣表面具有至多0.1微米的表面粗糙度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，在環(huán)繞直接毗連所述主表面的所述中心部分的內(nèi)部邊緣部分的外部邊緣部分中，溝槽結(jié)構(gòu)從所述主表面延伸入所述主體中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件,其中，正交于所述主表面的所述主體的邊緣表面包括介于所述主表面和步距之間的第一部分，以及介于所述步距和與所述主表面相對(duì)的背部表面之間的第二部分，在所述第一部分和所述第二部分中較窄的一個(gè)中粗糙度至多為0.1微米，并且在所述第一部分和第二部分中較寬的一個(gè)中粗糙度大于0.1微米。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述消除應(yīng)力層不存在于環(huán)繞直接毗連所述主表面的所述中心部分的內(nèi)部邊緣部分的外部邊緣中。
17.一種電子組件，包括PCB和焊接到所述PCB上的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括: 主體，包括單晶半導(dǎo)體本體； 分層結(jié)構(gòu)，直接毗連所述主體的主表面的中心部分，并且包括硬電介質(zhì)層，所述硬電介質(zhì)層包含具有大于IOGPa的楊氏模量的第一電介質(zhì)材料；以及 電介質(zhì)消除應(yīng)力層，直接毗連與所述主體相對(duì)的所述分層結(jié)構(gòu)并且延伸到所述分層結(jié)構(gòu)的外部邊緣之外。
18.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括: 在包含單晶半導(dǎo)體本體的主體的主表面的中心部分中，設(shè)置包括硬電介質(zhì)層的分層結(jié)構(gòu)，所述硬電介質(zhì)層包含具有大于IOGPa的楊氏模量的第一電介質(zhì)材料；以及 設(shè)置包含具有比所述第一電介質(zhì)材料低的楊氏模量的第二電介質(zhì)材料的電介質(zhì)消除應(yīng)力層，所述消除應(yīng)力層覆蓋所述分層結(jié)構(gòu)并且延伸到所述分層結(jié)構(gòu)的外部邊緣之外。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述第二電介質(zhì)材料具有至多是所述第一電介質(zhì)材料的楊氏模量的一半的楊氏模量。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，將所述消除應(yīng)力層設(shè)置為至少覆蓋直接毗連所述主表面的所述中心部分的內(nèi)部邊緣部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的 方法，其中，設(shè)置所述分層結(jié)構(gòu)包括沉積所述第一電介質(zhì)材料并且通過(guò)蝕刻工藝去除所述邊緣部分中的所述第一電介質(zhì)材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，設(shè)置所述消除應(yīng)力層包括沉積未圖案化的消除應(yīng)力層并且從所述外部邊緣部分去除所述未圖案化的消除應(yīng)力層的部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述第一電介質(zhì)材料從包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、未摻雜質(zhì)的硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、磷硅酸鹽玻璃和硼磷硅酸鹽玻璃的組中選擇。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述第二電介質(zhì)材料從包括聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)二甲苯和環(huán)氧樹脂的組中選擇。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103579304SQ201310349361
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月10日
【發(fā)明者】彼得·內(nèi)勒, 于爾根·霍爾茨米勒, 烏韋·施馬爾茨鮑爾, 馬庫(kù)斯·曾德爾 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司