包含自背表面研磨的半導(dǎo)體器件制造方法及半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了包含自背表面研磨的半導(dǎo)體器件制造方法及半導(dǎo)體器件。自前表面至半導(dǎo)體襯底中蝕刻腔。在將蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)設(shè)置于腔的底部之后，封閉該腔。從與前表面相反的背表面研磨半導(dǎo)體襯底至少到達(dá)蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)的面向背表面的邊緣。將蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)設(shè)置于蝕刻腔的底部允許精確地調(diào)整半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的厚度。
【專利說(shuō)明】包含自背表面研磨的半導(dǎo)體器件制造方法及半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體地，涉及包含研磨的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]每個(gè)半導(dǎo)體器件都包括具有摻雜區(qū)的半導(dǎo)體本體，該摻雜區(qū)限定了半導(dǎo)體器件的功能性。對(duì)于一些半導(dǎo)體器件，典型的半導(dǎo)體參數(shù)是前表面與背表面之間的半導(dǎo)體本體厚度的函數(shù)。半導(dǎo)體本體的厚度變化擴(kuò)展了這種半導(dǎo)體參數(shù)的分布。期望減少半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的厚度變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)實(shí)施方式，一種半導(dǎo)體器件的制造方法:包括自前表面將腔蝕刻至半導(dǎo)體襯底中。在將蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)設(shè)置于腔的底部之后，封閉腔。自與前表面相反的背表面，研磨半導(dǎo)體襯底至少達(dá)到蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)的朝背表面定向的邊緣。
[0004]根據(jù)另一實(shí)施方式，一種半導(dǎo)體器件，包括:半導(dǎo)體本體和自前表面延伸至半導(dǎo)體本體中的溝槽結(jié)構(gòu)。溝槽結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯于溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面并包圍溝槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙的蝕刻阻擋層。
[0005]根據(jù)另一實(shí)施方式，一種半導(dǎo)體襯底，包括:盤狀的半導(dǎo)體主體(corpus)。溝槽結(jié)構(gòu)形成自前表面延伸至半導(dǎo)體主體中的網(wǎng)格。溝槽結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯于溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面并在溝槽結(jié)構(gòu)中留有空間的蝕刻阻擋層。
[0006]根據(jù)另一實(shí)施方式，一種半導(dǎo)體器件，包括:半導(dǎo)體本體，多個(gè)電氣分離的摻雜區(qū)沿著前表面形成在半導(dǎo)體本體中。半導(dǎo)體本體中的埋蝕刻阻擋島(buried etch stopisland)直接在垂直于前表面的摻雜區(qū)的垂直投影中鄰接半導(dǎo)體本體的背表面?？障犊芍苯余徑佑诼裎g刻阻擋島與前表面之間的埋蝕刻阻擋島。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施方式，自前表面蝕刻網(wǎng)格狀腔到半導(dǎo)體襯底中。封閉腔并且在與前表面相反的背表面研磨半導(dǎo)體襯底至少達(dá)到蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)的朝背表面定向的邊緣。通過(guò)網(wǎng)格狀腔沿著分模線切割從半導(dǎo)體襯底單個(gè)化(即，與半導(dǎo)體襯底分離或從中移走)半導(dǎo)體晶片。
[0008]本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀以下【具體實(shí)施方式】并看到附圖時(shí)將會(huì)認(rèn)識(shí)到附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]包含附圖從而提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且將附圖并入本說(shuō)明書中且構(gòu)成本說(shuō)明書一部分。附圖示出本發(fā)明實(shí)施方式，并且與說(shuō)明書一起用于說(shuō)明本發(fā)明原理。本發(fā)明的其它實(shí)施方式以及本發(fā)明的許多預(yù)期優(yōu)點(diǎn)將容易理解，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)參考以下詳細(xì)描述變?yōu)楦美斫?。[0010]圖1A為根據(jù)與在蝕刻腔之后內(nèi)襯腔蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)相關(guān)的半導(dǎo)體器件的制造方法的實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底的示意性截面圖。
[0011]圖1B為在設(shè)置蝕刻阻擋層之后的圖1A的半導(dǎo)體襯底的截面圖。
[0012]圖1C為在移除腔外的蝕刻阻擋層的部分之后的圖1B的半導(dǎo)體襯底的示意性截面圖。
[0013]圖1D為在使用載體自背表面薄化半導(dǎo)體襯底之后的圖1C的半導(dǎo)體襯底的截面圖。
[0014]圖2A為根據(jù)與環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)相關(guān)的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
[0015]圖2B為圖2A的半導(dǎo)體器件沿著平行于前表面的線B-B的示意性截面圖。
[0016]圖3A為根據(jù)設(shè)置了沿圓周線布置并由鰭片分離的多個(gè)腔的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的示意性截面圖。
[0017]圖3B示出了圖3A的細(xì)節(jié)。
[0018]圖4A為根據(jù)有關(guān)在移除網(wǎng)格狀腔外的部分的蝕刻阻擋層之后設(shè)置網(wǎng)格狀溝槽結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造方法的實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底的示意性截面圖。
[0019]圖4B為在封閉網(wǎng)格狀腔之后的圖4A的半導(dǎo)體襯底的截面圖。
[0020]圖4C為通過(guò)鋸切而單個(gè)化之后從圖4B的半導(dǎo)體襯底中獲得的半導(dǎo)體晶片的邊緣部分的示意性截面圖。
[0021]圖5A為用于示出有關(guān)在蝕刻腔之后在腔的底部設(shè)置蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造方法的實(shí)施方式的半導(dǎo)體襯底的示意性截面圖。
[0022]圖5B為在設(shè)置蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)之后圖5A的半導(dǎo)體襯底的示意性截面圖。
[0023]圖5C為在封閉腔之后的圖5B的半導(dǎo)體襯底的示意性截面圖。
[0024]圖為使用載體自背表面薄化之后的圖5C的半導(dǎo)體襯底的示意性截面圖。
[0025]圖6為根據(jù)設(shè)置埋蝕刻阻擋島的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
[0026]圖7A為示出根據(jù)有關(guān)具有空隙的溝槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的制造方法的簡(jiǎn)化流程圖。
[0027]圖7B為示出根據(jù)有關(guān)在半導(dǎo)體襯底中形成網(wǎng)格的溝槽結(jié)構(gòu)的實(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】
[0028]在下面的【具體實(shí)施方式】中，參考形成本發(fā)明的一部分的附圖，其中通過(guò)圖解的方式示出可實(shí)施本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可利用其它實(shí)施方式且可進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯的改變。例如，對(duì)于一個(gè)實(shí)施方式而示出或描述的特征可用于或結(jié)合其它實(shí)施方式以產(chǎn)生又一實(shí)施方式。其目的在于本發(fā)明包括這些修改和變化。使用特定的語(yǔ)言(其不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求書的范圍)描述實(shí)施方式。附圖未按比例繪制且僅供說(shuō)明之用。為清楚起見，如果沒(méi)有另外說(shuō)明，相同元件已在不同的附圖中由相應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)指定。
[0029]術(shù)語(yǔ)“具有”、“包含(containing)”、“包括(including) ”、“包括(comprising)” 等是開放的，且這些術(shù)語(yǔ)表明存在所聲稱的結(jié)構(gòu)、元件或特征，但不排除其它元件或特征。冠詞“一個(gè)”和“所述”旨在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文清楚地另有指示。[0030]術(shù)語(yǔ)“電連接”描述電連接元件之間的永久低歐姆連接，例如有關(guān)元件之間的直接接觸或經(jīng)由金屬和/或高摻雜的半導(dǎo)體的低歐姆連接。
[0031]圖1A示出了半導(dǎo)體襯底100a，例如，由單晶半導(dǎo)體材料(例如，硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、硅鍺晶體SiGe、氮化鎵GaN或者砷化鎵GaAs)提供的晶片。自前表面101，一個(gè)或多個(gè)腔104蝕刻至半導(dǎo)體襯底IOOa中。蝕刻工藝可以是RIE (反應(yīng)離子蝕刻)，例如DRIE (深反應(yīng)離子蝕刻)。
[0032]根據(jù)實(shí)施方式，蝕刻掩膜層設(shè)置在前表面101上并被光刻裝置圖案化，使得至少一個(gè)開口露出前表面101。圖案化蝕刻掩膜層用作蝕刻掩膜，各向同性地蝕刻半導(dǎo)體襯底IOOa從而在蝕刻掩膜中的開口下方形成凹陷。通過(guò)聚合、氧化半導(dǎo)體材料或者通過(guò)共形沉積法將抗蝕層設(shè)置于凹陷的內(nèi)表面。根據(jù)實(shí)施方式，可沉積包含基于例如cf2_基團(tuán)的鏈的薄等離子體聚合物膜，其內(nèi)襯在凹陷的內(nèi)表面。通過(guò)各向異性蝕刻(例如，通過(guò)RIE或者等離子體蝕刻工藝)選擇性地打開凹陷的底部的抗蝕層。殘留的抗蝕層覆蓋凹陷的側(cè)壁并在后續(xù)蝕刻工藝中有效地作為蝕刻掩膜。工藝程序包括各向同性地蝕刻半導(dǎo)體襯底以在蝕刻掩膜中的開口下方形成凹陷，在凹陷的內(nèi)表面上設(shè)置抗蝕層，并通過(guò)各向異性蝕刻選擇性地打開底部的抗蝕層?？芍貜?fù)該工藝若干次從而由布置在逐個(gè)下方的一系列凹陷而形成腔104?？赏ㄟ^(guò)針對(duì)各向同性蝕刻的工藝時(shí)間和/或蝕刻率來(lái)控制腔104的寬度。
[0033]根據(jù)實(shí)施方式，也可使用產(chǎn)生腔104的其他工藝，諸如連續(xù)的各向異性蝕刻工藝或者階梯式連續(xù)各向異性工藝。
[0034]腔104可具有大致垂直于前表面101以及與前表面101相反的初始背表面102的側(cè)壁。根據(jù)示出的實(shí)施方式，腔104隨著距前表面101的距離增加而變寬。腔104未到達(dá)初始背表面102a。腔104也可以是具有大致相等的寬度和長(zhǎng)度的孔狀。例如，在平行于前表面101的平面內(nèi)，腔104的形狀可以是圓形、卵形、橢圓形或者具有或沒(méi)有圓抹角的長(zhǎng)方形。根據(jù)另一實(shí)施方式，腔104是長(zhǎng)度明顯超過(guò)寬度的溝槽，其中，溝槽可以是直的或者可具有銳彎、曲線和/或分支。其他實(shí)施方式可針對(duì)自半導(dǎo)體襯底IOOa獲得的各個(gè)半導(dǎo)體晶片提供一個(gè)或多個(gè)環(huán)形腔(circumferential cavity) 104。
[0035]蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111設(shè)置在腔104的底部。根據(jù)實(shí)施方式，設(shè)置蝕刻阻擋層IlOa(各個(gè)阻擋層110a)，其內(nèi)襯在包含腔104的底部的內(nèi)表面并且在鄰接前表面101的部分中封閉腔104。蝕刻阻擋層IlOa的殘留部分形成蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111。其他實(shí)施方式可提供選擇性沉積或者在腔104的底部生長(zhǎng)蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111。
[0036]圖1B示出了內(nèi)襯腔104并覆蓋半導(dǎo)體襯底IOOa的前表面101的蝕刻阻擋層IlOa0由至少一種對(duì)于半導(dǎo)體材料具有高蝕刻選擇性的蝕刻阻擋材料提供蝕刻阻擋層IlOa0例如，可完全從熱生長(zhǎng)的半導(dǎo)體氧化物或者半導(dǎo)體氮化物，例如，就單晶硅半導(dǎo)體襯底IOOa而言的氧化硅或氮化硅，提供蝕刻阻擋層110a。根據(jù)另一實(shí)施方式，蝕刻阻擋層IlOa是基本上共形沉淀的層。其他實(shí)施方式可提供蝕刻阻擋層IlOa作為包含高共形層(例如，生長(zhǎng)的氧化硅)以及少共形沉淀層(例如，沉淀的氧化硅)的層堆，舉例來(lái)說(shuō)，TEOS(tetraethylorthosilane,四乙氧基娃燒)用作前驅(qū)物材料。蝕刻阻擋層IlOa可包含由氮氧化硅或者氮化硅提供的子層。由共形和少共形子層提供蝕刻阻擋層110a，使得蝕刻阻擋層IlOa例如用二氧化硅(SiO2)完全填充腔104。此外，蝕刻阻擋層IlOa也可示出對(duì)于半導(dǎo)體材料的高研磨選擇性。[0037]根據(jù)示出的實(shí)施方式，蝕刻阻擋層IlOa在腔104中留有空隙105。蝕刻阻擋層IlOa在腔104底部的那部分形成蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111?？沙ノg刻阻擋層IlOa在腔104夕卜的部分。
[0038]圖1C示出在除去蝕刻阻擋層IlOa在腔104外的部分之后的半導(dǎo)體襯底100a。根據(jù)實(shí)施方式，使用平面凹槽工藝(例如，像CMP (化學(xué)-機(jī)械拋光)的拋光工藝)和/或?qū)τ谝サ牟牧系拿芏然蝾愋途哂械瓦x擇性的干法蝕刻工藝除去蝕刻阻擋層IlOa在腔外的部分。平面凹槽工藝可打開空隙105。根據(jù)實(shí)施方式，控制平面凹槽工藝以使空隙105封閉。圖1B中的蝕刻阻擋層IlOa的殘留部分110內(nèi)襯在腔104的內(nèi)表面并包圍腔104內(nèi)的空隙105。
[0039]可以在殘留部分110之間形成槽口并且使用來(lái)自抗蝕材料中的薄輔助層可平坦化前表面101處的半導(dǎo)體材料。在對(duì)于抗蝕材料和殘留部分110具有低選擇性的干法蝕刻工藝中將輔助層回蝕刻(etch back)。載體900可附至或安裝在前表面101上，并且半導(dǎo)體襯底IOOa自初始背表面102a變薄。蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111有效地作為蝕刻阻擋和/或研磨阻擋并可提供表明露出蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111的蝕刻阻擋信號(hào)和/或研磨阻擋信號(hào)。
[0040]研磨工藝除去自初始背表面102a直至蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111的朝初始背表面102a定向的邊緣的半導(dǎo)體材料。此處使用的術(shù)語(yǔ)研磨涵蓋了具有幾何學(xué)上未定義的切割邊緣的任何刨削。在工藝開始時(shí)，使用具有粗糙表面的研磨體(例如，研磨墊或者研磨輪)以高向下力進(jìn)行研磨從而實(shí)現(xiàn)高去除率。在預(yù)計(jì)研磨達(dá)到蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111之前，具有粗糙表面的研磨體可替換為具有更光滑表面的研磨體和/或可減小向下力。例如，首先減小向下力然后替換研磨體。隨著研磨體到達(dá)蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111，去除率明顯下降，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)研磨體所需的功率或扭矩明顯增加。在使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)研磨體的情況下，正如稍后呈現(xiàn)的一樣，所需的較高扭矩會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)研磨體的電動(dòng)機(jī)內(nèi)較高的電流。
[0041]蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111 (其可以是島狀盤、條或者框)阻礙半導(dǎo)體材料的進(jìn)一步去除。去除率明顯降低，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)研磨體的電機(jī)電流的明顯增加。可監(jiān)測(cè)經(jīng)研磨的背表面102的光譜響應(yīng)和/或驅(qū)動(dòng)電流以阻擋研磨。在半導(dǎo)體襯底IOOa朝向研磨體的研磨表面傾斜的情況下，蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111阻礙半導(dǎo)體襯底IOOa中的研磨工藝首先到達(dá)的蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111的那部分材料的進(jìn)一步去除。結(jié)果，研磨工藝自動(dòng)調(diào)整并自動(dòng)補(bǔ)償初始背表面102a與研磨體的研磨表面之間的傾斜角。在研磨之后，通過(guò)濕法蝕刻、干法蝕刻以及剖光(例如CMP)之一或者其組合，可選擇地除去經(jīng)研磨的背表面102處的一小部分的半導(dǎo)體襯底100a。
[0042]因?yàn)榭煞浅＞_地調(diào)整腔104的深度，可高精度地并且在半導(dǎo)體襯底IOOa上高度均勻地調(diào)整由半導(dǎo)體襯底IOOa所得到的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體100的厚度。厚度變化明顯減少，該厚度變化擴(kuò)散了作為前表面101和背表面102之間的半導(dǎo)體本體的厚度的函數(shù)的器件參數(shù)的分布。載體900可以是玻璃載體。根據(jù)實(shí)施方式，載體900是可重復(fù)使用的拋光的硅盤。由于通常利用旋轉(zhuǎn)蝕刻裝置并且在沒(méi)有濕法蝕刻的情況化執(zhí)行薄化，所以載體900未暴露于侵蝕蝕刻劑。例如，載體900會(huì)免受斑點(diǎn)之患，該斑點(diǎn)可到達(dá)旋轉(zhuǎn)蝕刻裝置中的載體900。使用CMP而不是濕法蝕刻工藝允許將重復(fù)使用的拋光娃磁盤用作載體900,其中，硅磁盤(silicon disk)可設(shè)置有高共面前表面101和背表面102。
[0043]圖1D示出了安裝在半導(dǎo)體襯底IOOa的前表面101上的載體900。經(jīng)研磨的背表面102露出蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111的邊緣?？煞謳撞糠只蛲耆ノg刻阻擋結(jié)構(gòu)111。自研磨的背表面102有效完成的進(jìn)一步工藝步驟可如下，例如，包括植入用于產(chǎn)生背面發(fā)射極或者場(chǎng)終止區(qū)的工藝以及用于設(shè)置背面金屬化的淀積工藝。
[0044]用于薄化半導(dǎo)體襯底的常規(guī)方法依賴襯底材料在半導(dǎo)體襯底整個(gè)截面上的變化，(例如，通過(guò)外延生長(zhǎng)摻雜層，導(dǎo)致高成本和高工藝復(fù)雜度)，本實(shí)施方式提供了對(duì)于半導(dǎo)體襯底IOOa具有相對(duì)較低的種群密度的分布的、隔離的蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111。
[0045]空隙105對(duì)于局部變形進(jìn)行補(bǔ)償并以這種方式減少半導(dǎo)體襯底IOOa中的機(jī)械應(yīng)力。在兩個(gè)正交方向(例如，沿著槽口 /抗槽口的方向和垂直于槽口 /抗槽口的方向)上設(shè)置足夠數(shù)量的溝槽狀腔104，補(bǔ)償由沉淀在前表面101上方的厚氧化結(jié)構(gòu)引起的機(jī)械應(yīng)力和自半導(dǎo)體襯底IOOa獲得的半導(dǎo)體器件的功能元件誘發(fā)的應(yīng)力。
[0046]圖2A示出了可以通過(guò)圖1A至ID示出的方法獲得的半導(dǎo)體器件500。具有共面前表面101和背表面102的半導(dǎo)體本體100是基于單晶半導(dǎo)體材料，例如硅S1、碳化硅SiC、鍺Ge、硅鍺SiGe、氮化鎵GaN或者砷化鎵GaAs。一個(gè)或多個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)160自前表面101延伸穿過(guò)半導(dǎo)體本體100至背表面102。背面金屬化320可設(shè)置在背表面102上。前部金屬化310可設(shè)置在距前表面101 —定距離處。
[0047]分層結(jié)構(gòu)200可將前部金屬化310與半導(dǎo)體本體100的臺(tái)面部150中形成的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)分離。分層結(jié)構(gòu)200可封裝設(shè)置于距前表面101—定距離處的柵電極結(jié)構(gòu)。根據(jù)其他實(shí)施方式，柵電極結(jié)構(gòu)可設(shè)置在自前表面101延伸至臺(tái)面部150中的柵溝槽。分層結(jié)構(gòu)200可進(jìn)一步包含柵極電介質(zhì)、配線平面、電連接結(jié)構(gòu)以及電介質(zhì)層。例如，分層結(jié)構(gòu)200可進(jìn)一步包括由BSG (硼硅玻離)、PSG (磷硅酸鹽玻璃)或者BPSG (硼磷硅酸鹽玻璃)提供的主電介質(zhì)層以及通過(guò)將例如TEOS用作前驅(qū)體材料沉積在主電介質(zhì)層與前表面101之間的薄硅氧化層。
[0048]鈍化層380可覆蓋前部金屬化310。鈍化層380可包括通過(guò)化學(xué)氣相淀積所設(shè)置的二氧化硅層、氮化硅層或者氮氧化硅層。鈍化層380的厚度可在0.02至2.0微米之間。應(yīng)力消除層390可直接鄰接鈍化層380并可延伸出鈍化層380的外緣。應(yīng)力消除層390可以是電介質(zhì)聚合物并可包含聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯橡膠、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)二甲苯或其混合物或由以上所述構(gòu)成。各個(gè)鈍化層380和應(yīng)力消除層390可延伸至半導(dǎo)體本體100的外表面109或者可形成于距外表面109的一定距離處。
[0049]在臺(tái)面部150中，形成例如二極管或者FET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體部分，其限定可以是例如半導(dǎo)體二極管、IGFET (絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、例如常規(guī)意義上包含具有金屬和非金屬柵極的FET、IGBT (絕緣柵雙極性晶體管)或者晶閘管的MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體器件500的功能。各個(gè)二極管或者FET可包含以一個(gè)或更多單元陣列布置的多個(gè)單元。根據(jù)實(shí)施方式，半導(dǎo)體器件500可以是超結(jié)器件。
[0050]蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111形成于溝槽結(jié)構(gòu)160內(nèi)，該溝槽結(jié)構(gòu)可完全填充有剩余的蝕刻阻擋層的殘留部分110。蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111的材料顯示了對(duì)于半導(dǎo)體材料的高蝕刻選擇性。例如，在由硅晶體提供的半導(dǎo)體本體100的情況下，蝕刻阻擋材料可以是或者可包含氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅。蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111的材料也可顯示出對(duì)于半導(dǎo)體材料的高研磨選擇性。
[0051]半導(dǎo)體器件500的電流通路穿過(guò)半導(dǎo)體本體100的臺(tái)面部150設(shè)置于前部金屬化310與背部金屬化320之間。這種所謂的“垂直”半導(dǎo)體器件的特性參數(shù)是前表面101與背表面102之間距離的函數(shù)。由于溝槽結(jié)構(gòu)160允許自背表面102的研磨工藝的自對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)，半導(dǎo)體器件500顯示出特性器件參數(shù)的低變化。例如，在反向模式中，在前表面101和背表面102之間的半導(dǎo)體本體100的厚度上可承受數(shù)千伏的反向阻斷電壓。半導(dǎo)體器件500的指定反向擊穿電壓越低，針對(duì)厚度變化的所容許的范圍越低。
[0052]提供了自背表面102薄化半導(dǎo)體本體100的傳統(tǒng)方法由于半導(dǎo)體襯底的初始厚度的偏差，在薄化期間穩(wěn)定半導(dǎo)體襯底的載體的厚度變化，可包含粘合層的載體系統(tǒng)的厚度變化，在初始襯底、載體和拋光表面之間的角偏差導(dǎo)致半導(dǎo)體本體100的厚度變化。然而，半導(dǎo)體器件500的溝槽結(jié)構(gòu)160允許將半導(dǎo)體本體100的調(diào)整厚度至溝槽結(jié)構(gòu)160的深度，這可以精確地調(diào)諧，因?yàn)樯罟栉g刻工藝對(duì)于蝕刻深度顯示出小于±3%的深度變化。
[0053]根據(jù)實(shí)施方式，蝕刻阻擋層的殘留部分110包圍空隙105。空隙105抵償變形，因此減少半導(dǎo)體器件500中的機(jī)械應(yīng)力?？障?05進(jìn)一步抵償在晶圓復(fù)合物中發(fā)生在半導(dǎo)體器件500的加工期間的機(jī)械應(yīng)力。因此，半導(dǎo)體器件500的缺陷(例如，裂紋)較少并顯示出更好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
[0054]溝槽結(jié)構(gòu)160可具有大致相等的寬度和長(zhǎng)度。例如，溝槽結(jié)構(gòu)160的平行于前表面101的橫斷面形狀可以是規(guī)則的圓、橢圓體、卵形或者具有或不具有圓抹角的長(zhǎng)方形。根據(jù)另一實(shí)施方式，至少一些溝槽結(jié)構(gòu)160是長(zhǎng)度明顯超出寬度的條。條可以是直的、彎曲的、急彎的和/或分支的。多個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)160可分布在半導(dǎo)體本體100中。
[0055]根據(jù)圖2A和2B示出的實(shí)施方式，溝槽結(jié)構(gòu)160是環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)。如圖2B中所示，溝槽結(jié)構(gòu)160在距外表面109 —定距離處包圍半導(dǎo)體本體100的臺(tái)面部150。例如，當(dāng)從形成復(fù)合物或者多個(gè)半導(dǎo)體晶片500a中的半導(dǎo)體襯底中單個(gè)化半導(dǎo)體晶片500a時(shí)，溝槽結(jié)構(gòu)160中的空隙105阻擋外表面109處產(chǎn)生的裂紋的蔓延。裂紋蔓延穿過(guò)包圍臺(tái)面部150的邊緣部190。而且，溝槽結(jié)構(gòu)160阻擋雜質(zhì)原子(例如，銅原子)從邊緣部190擴(kuò)散至臺(tái)面部150。
[0056]圖3A和3B涉及其中被鰭片165分開的多個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)160沿著包圍臺(tái)面部150并將邊緣部190與臺(tái)面部150分開的環(huán)形線布置的實(shí)施方式。兩個(gè)直接相鄰的溝槽結(jié)構(gòu)160之間的鰭片165的寬度“wf”被選擇為使得用于產(chǎn)生至少部分蝕刻阻擋材料110的氧化工藝完全消耗兩個(gè)相鄰溝槽結(jié)構(gòu)160之間的半導(dǎo)體材料。根據(jù)實(shí)施方式，鰭片165的寬度“wf”小于熱生長(zhǎng)的半導(dǎo)體氧化物的厚度的80%。例如，鰭片165的寬度“wf”比溝槽結(jié)構(gòu)160的與環(huán)形線正交的寬度“wt”小了約40%。
[0057]圖4A至4C涉及具有在半導(dǎo)體襯底IOOa形成柵格的腔104的實(shí)施方式。網(wǎng)格狀的腔104可以與或可以不與其他腔104 (例如，如上所述的環(huán)形腔104)結(jié)合。圖4A至4C涉及在中間的網(wǎng)格狀腔104，在網(wǎng)格狀腔104的左手側(cè)的第一環(huán)形腔104以及在網(wǎng)格狀腔的右手側(cè)的第二環(huán)形腔104。在設(shè)置了封閉環(huán)形腔104的蝕刻阻擋層之后，除去在腔104外部的蝕刻阻擋層的過(guò)多部分。
[0058]如圖4A所示，封閉環(huán)形腔104，其中，蝕刻阻擋層的殘留部分110在環(huán)形腔104中留有空隙105，內(nèi)襯圖4A中間的網(wǎng)格狀腔104并且在朝向前表面101開口的網(wǎng)格狀腔104中留有自由空間505。在網(wǎng)格狀腔104的底部，殘留部分110形成第一蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111a。在環(huán)形腔104的底部，殘留部分110形成第二蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111b。根據(jù)提供用于蝕刻腔104的反應(yīng)離子蝕刻工藝的實(shí)施方式，圖4A中間的網(wǎng)格狀腔104比環(huán)形腔104更寬且更深。因此，第一蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)Illa比第二蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)Illb更接近背表面102。
[0059]網(wǎng)格狀104可保持打開直至從半導(dǎo)體襯底IOOa單個(gè)化半導(dǎo)體晶片。根據(jù)另一實(shí)施方式，非共形淀積工藝可沉積未填充空間505但形成封閉空間505的插塞507的輔助材料。通過(guò)各向同性蝕刻工藝除去空間505外的輔助層的過(guò)剩材料。
[0060]圖4B示出了來(lái)自封閉空間505的輔助材料的插塞507。輔助材料可以是對(duì)于半導(dǎo)體襯底IOOa的半導(dǎo)體材料顯示出高蝕刻選擇性的材料。根據(jù)實(shí)施方式,形成插塞507的輔助材料是或者包含氧化硅。網(wǎng)格狀腔104包括沿著半導(dǎo)體晶片被單個(gè)化的分模線的切口部510。半導(dǎo)體襯底IOOa從初始背表面102a變薄。
[0061]根據(jù)實(shí)施方式，在第一蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)Illa處停止薄化。由于網(wǎng)格狀腔104包括通過(guò)鋸切、激光切割或者蝕刻使用的切口部510，因此網(wǎng)格狀腔104的寬度相對(duì)大些使得研磨和/或拋光處理暴露相對(duì)大面積的蝕刻阻擋材料。根據(jù)另一實(shí)施方式，在到達(dá)第一蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)Illa之后繼續(xù)研磨和/或拋光處理直至研磨和/或剖光到達(dá)第二蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111b，其中，可將研磨和/或拋光時(shí)間延長(zhǎng)預(yù)定的時(shí)間段或者直到檢測(cè)出電機(jī)電流的進(jìn)一步增長(zhǎng)或另一光譜響應(yīng)。在結(jié)束研磨半導(dǎo)體襯底IOOa之前對(duì)半導(dǎo)體襯底IOOa進(jìn)行切塊。沿著分模線鋸掉、切割、蝕刻或激光切塊半導(dǎo)體襯底100a。圖4C示出了在薄化以及單個(gè)化之后通過(guò)從圖4B的半導(dǎo)體襯底IOOa單個(gè)化所獲得的半導(dǎo)體器件500的半導(dǎo)體晶片500a。半導(dǎo)體晶片500a包括自前表面101延伸至半導(dǎo)體本體100中的環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)160。正如所示出的，溝槽結(jié)構(gòu)160可到達(dá)經(jīng)研磨和/或拋光的背表面102或者可在距經(jīng)拋光的背表面102 —定距離處結(jié)束。殘留的網(wǎng)格狀溝槽結(jié)構(gòu)160設(shè)置在前表面101和背表面102之間沿著半導(dǎo)體本體100的邊緣延伸的邊緣絕緣體515。邊緣絕緣體515包圍半導(dǎo)體本體100。邊緣絕緣體515作為擴(kuò)散阻擋層是有效的，抑制包含在前部或者背部金屬化內(nèi)并在沿著鋸切邊緣的鋸切處理期間分布的銅的擴(kuò)散。銅可與半導(dǎo)體本體100的材料反應(yīng)以形成具有比前驅(qū)體材料體積更大的一硅化二銅，使得穿透硅裂紋的銅擴(kuò)大并加深硅中存在的裂紋。此夕卜，環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)160阻擋邊緣區(qū)域190中生成的任何裂紋蔓延至臺(tái)面部150中。根據(jù)實(shí)施方式，從其分離、單個(gè)化半導(dǎo)體器件的區(qū)域可位于具有空間505和插塞507的兩個(gè)以上溝槽之間。
[0062]圖5A至示出了埋蝕刻阻擋島的形成。將腔104自前側(cè)101蝕刻至半導(dǎo)體材料提供的半導(dǎo)體襯底IOOa中。圖5A示出了在與初始背表面102a相反的方向上自前表面101伸至半導(dǎo)體襯底IOOa中的腔104。腔104可分布在半導(dǎo)體襯底IOOa上或沿著從半導(dǎo)體襯底IOOa獲得的半導(dǎo)體晶片的截口和邊緣區(qū)域集中。腔104的深度對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體晶片的最終厚度。由一種或多種蝕刻阻擋材料提供的蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111形成于各個(gè)腔104的底部。根據(jù)實(shí)施方式，高密度等離子體(HDP)工藝用于設(shè)置蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111。蝕刻阻擋材料顯示出對(duì)于半導(dǎo)體襯底IOOa的半導(dǎo)體材料的高蝕刻選擇性。蝕刻阻擋材料也顯示出對(duì)于半導(dǎo)體襯底IOOa的半導(dǎo)體材料的高研磨選擇性。根據(jù)實(shí)施方式,蝕刻阻擋材料為氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。圖5B示出了位于腔104的底部的蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111。蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111未完全填充腔104。例如，使用濕法蝕刻工藝可除去沿著腔104的側(cè)壁和/或俱生氧化物的殘留的蝕刻阻擋材料。然后在高溫下的含氫環(huán)境中退火半導(dǎo)體襯底100a。
[0063]圖5C不出了在回火之后的半導(dǎo)體襯底100a。由于在含氫氣氛下的娃原子的高表面遷移率，腔104倒塌并且在蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111上方形成半導(dǎo)體材料的鄰接層130。在形成蝕刻阻擋島的蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111上方形成空隙105。根據(jù)其他實(shí)施方式，鄰接層130完全填充腔104使得在蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111上方未形成空隙。可平坦化前表面101。例如，通過(guò)使用中間粘合層901，載體900可附至前表面101上的半導(dǎo)體襯底100a。例如，通過(guò)研磨或者研磨并拋光，半導(dǎo)體襯底IOOa自背表面102a變薄，并且像二極管和晶體管這樣的電路元件的摻雜區(qū)形成于蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111上方的鄰接層130中，形成埋蝕刻阻擋島166。圖示出了露出面向背表面102的蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111的邊緣的經(jīng)研磨的背表面102以及將半導(dǎo)體襯底IOOa固定至載體900的粘合層901。電氣元件形成在鄰接層130中。
[0064]根據(jù)實(shí)施方式，半導(dǎo)體襯底IOOa可進(jìn)一步自背部102變薄使得成品的半導(dǎo)體器件中沒(méi)有蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111。其他實(shí)施方式可在成品的半導(dǎo)體器件中保留蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)111。關(guān)于制作變化性以及庫(kù)存，圖5A至的工藝允許在不消耗芯片面積并簡(jiǎn)化工藝控制的情況下針對(duì)預(yù)定的阻斷電壓預(yù)處理半導(dǎo)體襯底100a。
[0065]圖6對(duì)應(yīng)圖2A，其中，環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)160替換為埋蝕刻阻擋島166。另一個(gè)提供半導(dǎo)體器件500的實(shí)施方式設(shè)置圖2A的環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)160和圖6的埋設(shè)蝕刻阻擋島166兩者。
[0066]圖7A涉及制造半導(dǎo)體期間的方法。自前表面蝕刻腔至半導(dǎo)體襯底中(702)。蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)設(shè)置于腔的底部(704)并且封閉腔(706)。從與前表面相反的背表面將半導(dǎo)體襯底研磨至少到達(dá)蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)的朝向背表面的邊緣(708)。
[0067]圖7B涉及制造半導(dǎo)體裝置的另一種方法。自前表面至半導(dǎo)體襯底中蝕刻形成網(wǎng)格的腔(712)。蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)設(shè)置于腔的底部(704)并且至少部分地封閉腔(706)。從與前表面相反的背表面將半導(dǎo)體襯底研磨至少到達(dá)蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)的朝向背表面的邊緣(718)。沿著分模線切割穿過(guò)蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)而從半導(dǎo)體襯底單個(gè)化半導(dǎo)體晶片(720)。
[0068]盡管在本文中已經(jīng)示出具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解各種替換的和/或等效實(shí)施方式可用示出并描述的【具體實(shí)施方式】替代，而不偏離本發(fā)明的范圍。本申請(qǐng)意圖覆蓋任何應(yīng)用或本文中討論的【具體實(shí)施方式】的變形。因此，本發(fā)明意旨僅限制于權(quán)利要求及其等同物。
【權(quán)利要求】
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 自前表面將腔蝕刻至半導(dǎo)體襯底中； 在所述腔的底部設(shè)置蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)； 封閉所述腔；以及 從與所述前表面相對(duì)的背表面研磨所述半導(dǎo)體襯底至少到達(dá)所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)的朝所述背表面定向的邊緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述腔封閉在鄰近所述前表面的部分中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中， 在所述腔的一部分中留有空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述腔隨著距所述前表面的距離增加而變寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中， 設(shè)置所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)并封閉所述腔包括設(shè)置內(nèi)襯于所述腔的內(nèi)表面的蝕刻阻擋層，所述蝕刻阻擋層在所述前表面處封閉所述腔并在所述腔中留有空隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中， 所述腔形成環(huán)形溝槽，所述環(huán)形溝槽在距所述半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的外表面的一定距離處包圍所述半導(dǎo)體器件的臺(tái)面部，并且所述方法進(jìn)一步包括: 在所述臺(tái)面部中形成半導(dǎo)體元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中， 設(shè)置所述蝕刻阻擋層包括在含氧環(huán)境中退火所述半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體材料，從而將所述半導(dǎo)體材料的一部分轉(zhuǎn)換為形成所述蝕刻阻擋層的至少一部分的半導(dǎo)體氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中， 在距所述半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體的外表面一定距離處沿著包圍所述半導(dǎo)體本體的臺(tái)面部的環(huán)形線蝕刻多個(gè)所述腔，相鄰的腔由所述半導(dǎo)體材料的鰭片分開，在含氧環(huán)境中回火期間，所述鰭片被轉(zhuǎn)換成半導(dǎo)體氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述腔在所述半導(dǎo)體襯底中形成網(wǎng)格，所述方法進(jìn)一步包括: 在所述網(wǎng)格的網(wǎng)眼中形成半導(dǎo)體元件；以及 沿著分模線穿過(guò)所述腔從所述半導(dǎo)體襯底中單個(gè)化所述半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體晶片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 設(shè)置所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)包括在所述腔的底部設(shè)置抗蝕刻材料，所述抗蝕刻材料不存在于所述腔的在所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)上方的那部分中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中， 封閉所述腔包括在設(shè)置所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)之后在含氫環(huán)境中回火所述半導(dǎo)體襯底從而控制在所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)上方的所述腔的塌陷并形成在塌陷的所述腔的上方形成所述半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體材料的鄰接層，所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)形成埋蝕刻阻擋島。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括: 平坦化所述鄰接層。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述方法，還包括:在所述埋蝕刻阻擋島上方的垂直方向上在所述半導(dǎo)體材料的所述鄰接層中形成半導(dǎo)體元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括: 除去所述埋蝕刻阻擋島。
15.一種半導(dǎo)體器件，包括: 半導(dǎo)體本體； 溝槽結(jié)構(gòu)，自前表面延伸至所述半導(dǎo)體本體中，所述溝槽結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯于所述溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面并包圍所述溝槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙的蝕刻阻擋層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中， 所述溝槽結(jié)構(gòu)延伸至所述半導(dǎo)體本體的與所述前表面相對(duì)的背表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述溝槽結(jié)構(gòu)隨著距所述前表面的距離增加而變寬。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述溝槽結(jié)構(gòu)是在與朝著所述前表面傾斜的外表面相距一定距離處包圍所述半導(dǎo)體本體的臺(tái)面部的環(huán)形溝槽結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中， 在與朝著所述前表面傾斜的外表面相距一定距離處沿著包圍所述半導(dǎo)體本體的臺(tái)面部的環(huán)形線布置多個(gè)腔，相鄰的腔由半導(dǎo)體氧化物的鰭片分開。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中， 所述溝槽結(jié)構(gòu)是沿著所述半導(dǎo)體本體的外表面包圍所述半導(dǎo)體本體的環(huán)形邊緣結(jié)構(gòu)。
21.—種半導(dǎo)體襯底,包括: 盤狀半導(dǎo)體主體； 溝槽結(jié)構(gòu)，形成自前表面延伸至所述半導(dǎo)體主體中的網(wǎng)格，所述溝槽結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯于所述溝槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面并在所述溝槽結(jié)構(gòu)內(nèi)留有空間的蝕刻阻擋層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體襯底，其中， 所述溝槽結(jié)構(gòu)隨著距所述前表面的距離增加而變寬。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體襯底，其中， 所述溝槽結(jié)構(gòu)封閉于所述前表面上。
24.一種半導(dǎo)體器件，包括: 半導(dǎo)體本體，其中，沿著前表面形成多個(gè)電氣分離的摻雜區(qū)； 多個(gè)埋蝕刻阻擋島，形成于所述半導(dǎo)體本體中并在所述摻雜區(qū)的正交于所述前表面的垂直投影上直接鄰接所述半導(dǎo)體本體的與所述前表面相對(duì)的背表面。
25.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 蝕刻形成有自前表面至半導(dǎo)體襯底中的網(wǎng)格的腔； 在所述腔的底部設(shè)置蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)； 至少部分地封閉所述腔； 從與所述前表面相對(duì)的背表面研磨所述半導(dǎo)體襯底至少到達(dá)所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)的面向所述背表面定向的邊緣；以及 沿著分模線切割穿過(guò)所述蝕刻阻擋結(jié)構(gòu)從所述半導(dǎo)體襯底中單個(gè)化半導(dǎo)體晶片。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述腔被完 全填充。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103578927SQ201310349687
【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】漢斯-約阿希姆·舒爾茨, 安東·毛德 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司