CN109979838B - 半导体器件以及检测半导体器件的裂纹的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种半导体器件以及检测半导体器件的裂纹的方法。该半导体器件包括裂纹传感器，该裂纹传感器具有SBD结构；该SBD结构至少配置在半导体本体的第一面上，并且配置为检测该半导体本体的第一面上的裂纹。因此，该裂纹传感器能够检测该半导体器件的表面上的裂纹，精度高且结构简单。

Description

半导体器件以及检测半导体器件的裂纹的方法
技术领域
本发明实施例总体上涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体器件以及检测半导体器件的裂纹的方法。
背景技术
半导体器件(也可称为半导体元件、部件、装置，等等)可包括半导体本体和一个或多个电极。例如，主要用在半导体本体中的材料可以是碳化硅(SiC)。此外，某些区域可以配置在该半导体本体内。
半导体器件例如可以是二极管或者是晶体管，例如绝缘栅场效应晶体管(IGFET，Insulated Gate Field Effect Transistor)、金属氧化物半导体效应晶体管(MOSFET，Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、绝缘栅双极晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，等等。
总体上来讲，在半导体器件的制造和/或运行期间，可能会出现一个或多个裂纹(crack，或者也可称为缝隙)，且这些裂纹可能在半导体本体内/半导体本体上蔓延。由于这样的裂纹，半导体器件就会在裂纹出现时有缺陷，或者在裂纹在半导体本体内/半导体本体上蔓延的时间段有缺陷。因此，需要对半导体器件的裂纹进行检测。
图1是示出了现有技术中的半导体器件的实例的示意图。如图1所示，半导体器件可包括半导体本体1和裂纹传感器5。该半导体本体1至少可包括顶面11和底面12。
如图1所示，裂纹传感器5延伸到半导体本体1内，因此，裂纹传感器5与底面12之间的距离d2小于半导体本体1的厚度d1。此外，裂纹传感器5包括pn结(pn-junction)57。因此，对pn结57的漏电流的评估或对pn结57的漏电流的变化的评估使检测半导体本体1内的裂纹的出现变为可能。
因此，裂纹传感器5能够对离开顶面11而出现在半导体本体1内的裂纹进行检测。当距离d2越小，裂纹传感器5检测到裂纹的概率就越大。
参考文献1：US2016/0254200A1。
本节的内容引入了多个方面，这些方面是为了对本发明实施例更好地理解。因此，应在此方面阅读本节的陈述，且不应理解为是对哪些是现有技术或哪些不是现有技术的认可。
发明内容
然而，发明人发现，在现有技术中难以检测在半导体器件的表面上的裂纹；此外，对于现有技术中的裂纹传感器(例如包括有pn结)而言，其占用的区域大且结构复杂。因此，存在如下的需求：使用精度高且结构简单的裂纹传感器来检测在半导体器件的表面上的裂纹。
为了至少解决上述这些问题中的一部分，本发明实施例提供了方法、装置和器件。结合附图阅读下面对具体实施例的描述就会理解本发明实施例的特征和优点，这些具体实施例通过实例描述了本发明实施例的原理。
总体上来讲，本发明实施例提供了一种半导体器件以及检测半导体器件的裂纹的方法。期望使用精度高且结构简单的裂纹传感器来检测在半导体器件的表面上的裂纹。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种半导体器件。该半导体器件包括：半导体本体，该半导体本体具有第一面和第二面；以及裂纹传感器，该裂纹传感器具有肖特基势垒二极管(SBD)结构；该SBD结构至少配置在该半导体本体的该第一面上，并且配置为检测该半导体本体的该第一面上的裂纹。
在一个实施例中，该SBD结构还配置在该半导体本体中，并且配置为检测该半导体本体中的裂纹。
在一个实施例中，该SBD结构延伸到该半导体本体中，且该裂纹传感器与该半导体本体的该第二面之间的距离小于该半导体本体的厚度。
在一个实施例中，该裂纹传感器部分地设置于在该半导体本体内形成的沟槽中。
在一个实施例中，该裂纹传感器配置为当该SBD结构的电流和/或电阻与规定值之间的差值大于预定差值时，确定在该半导体本体上和/或在该半导体本体内存在裂纹。
在一个实施例中，该半导体器件还包括：裂纹传感器电极板和/或电介质层，该裂纹传感器电极板和/或电介质层配置在该半导体本体的该第一面上。
在一个实施例中，该半导体器件还包括：具有pn结的裂纹传感器，其配置在所述半导体本体内。
在一个实施例中，该具有pn结的裂纹传感器配置在具有该SBD结构的裂纹传感器的内侧。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种检测半导体器件的裂纹的方法；该半导体器件包括半导体本体，该半导体本体具有第一面和第二面；该半导体器件还包括裂纹传感器，该裂纹传感器具有肖特基势垒二极管(SBD)结构，该SBD结构至少配置在该半导体本体的该第一面上；
该方法包括：指定该裂纹传感器的特征变量的第一值；在与指定该第一值的时间不同的时间确定该裂纹传感器的该特征变量的第二值；以及当该第一值与该第二值之间的差值大于预定差值时确定该半导体本体存在裂纹。
在一个实施例中，该特征变量是该SBD结构的电流和/或电阻。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种形成半导体器件的方法。该方法包括：设置半导体本体，该半导体本体具有第一面和第二面；以及设置裂纹传感器，该裂纹传感器具有肖特基势垒二极管(SBD)结构；其中，该SBD结构至少配置在该半导体本体的该第一面上，并且配置为检测该半导体本体的该第一面上的裂纹。
在一个实施例中，该SBD结构还配置在该半导体本体中，并且配置为检测该半导体本体中的裂纹。
根据本发明的各种实施例，设置具有SBD结构的裂纹传感器，该SBD结构至少配置在半导体本体的第一面上，并且配置为检测该半导体本体的该第一面上的裂纹。这样，能够使用精度高且结构简单的裂纹传感器来检测在半导体器件的表面上的裂纹。
附图说明
参照下面结合附图通过实例进行的具体描述，可以充分理解本发明的各种实施例的前述和其它方面、特征和优点，在这些附图中，相同的附图标记或字母用于指明相同或等同的元素。示出这些附图用于便于更好地理解本发明的实施例，且这些附图并不一定按比例绘制。在这些图中：
图1是示出了现有技术中的半导体器件的实例的示意图；
图2是示出了根据本发明实施例的半导体器件200的截面的示意图；
图3是示出了根据本发明实施例的半导体器件300的截面的示意图；
图4是示出了根据本发明实施例的半导体器件400的截面的示意图；
图5是示出了根据本发明实施例的具有裂纹传感器的半导体器件500的俯视图；
图6是沿图5中的截面E1-E1截取的半导体器件500的垂直截面图；
图7是示出了根据本发明实施例的检测半导体器件的裂纹的方法700的示意图；
图8是示出了根据本发明实施例的形成半导体器件的方法800的示意图。
具体实施方式
以下将参考几个实例对本发明进行说明。应理解的是，对这些实施例的描述仅是为了使本领域中的技术人员能够更好地理解并实施本发明，而并不是对本发明的范围进行限制。
应理解当一个元件“连接到”或“偶合到”或“接触到”另一个元件时，它可以直接与另一个元件连接或偶合或接触，而且可以有中间元件的出现。相反，当一个元件“直接连接到”或“直接偶合到”或“直接接触到”另一个元件时，不会有中间元件的出现。用于对元件之间的关系进行描述的其它词语(如“在…之间”与“直接在…之间”，以及“临近”与“直接临近”，等等)也应使用类似的方式进行解释。
本文中所使用的术语“第一”和“第二”是指不同的要素。单数形式“一”旨在也包括复数形式，除非另有明确的说明。本文中所使用的术语“包括”、“具有”和/或“包含”说明所陈述的特征、要素和/或成分的存在，但并不排除一个或多个其它特征、要素和/或成分和/或它们的组合的存在或增加。
本文中所使用的术语“基于”应理解为“至少部分地基于”。术语“覆盖”应理解为“至少部分地覆盖”。术语“一个实施例”和“实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”应理解为“至少另一个实施例”。其它限定，无论是显式的还是隐含的，均包括在以下的说明中。
在本发明中，除非另有限定，本文中所采用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义均与示例性实施例所属的领域中的技术人员所通常理解的含义相同。还应理解应将术语(如在常用词典中所限定的术语)解释为具有与它们在相关领域的背景下的含义一致的含义，而不应在理想化或过度正式的意义上进行解释，除非此处另有明确限定。
实施例的第一方面
本发明实施例提供一种半导体器件。
图2是示出了根据本发明实施例的半导体器件200的截面的示意图。如图2所示，半导体器件200包括半导体本体201和裂纹传感器202。
如图2所示，半导体本体201至少包括第一面(例如顶面)2011和第二面(例如底面)2012；裂纹传感器202包括肖特基势垒二极管(SBD，Schottky Barrier Diode)结构；该SBD结构至少配置在半导体本体201的第一面2011上，并且配置为检测半导体本体201的第一面2011上的裂纹。
例如，可以使用一个或多个肖特基金属，例如金、银、铝和铂，等等，来配置该SBD结构。不过，本发明实施例并不仅限于此，可以采用相关技术中的任何SBD结构。
如图2所示，半导体装置200还可以包括裂纹传感器电极板(crack sensorelectrode pad，或者也可称为裂纹传感器电极焊盘)203和电介质层(dielectric layer)204。不过，本发明实施例并不仅限于此，为了简单起见，该半导体器件的其它部件或元件被省略。
应该理解的是，硅或其它材料可主要用在该半导体器件中。不过，本发明实施例并不仅限于此。例如，还可使用具有较大带隙的半导体材料。在本发明实施例中，作为一个实例，碳化硅可用作该半导体器件的材料。
在一个实施例中，可以将裂纹传感器202配置为当该SBD结构的电流和/或电阻与规定值之间的差值大于预定差值时，确定在该半导体本体上和/或在所述半导体本体内存在裂纹。
例如，可以在第一时间点规定该SBD结构的电流的第一值，并且可通过中断连接线来在第二时间点确定该SBD结构的电流的第二值，然后将第一值和第二值进行比较。当第二值与第一值之间的差值大于预定差值时，可以确定该半导体本体具有裂纹。
应该理解的是，上述确定方法仅是一个实例。但本发明实施例并不仅限于此。关于在电流和/或电阻的基础上确定裂纹的详细说明可参考相关技术。
在本发明实施例中，该SBD结构所占用的区域小，并且该SBD的结构简单，此外检测精度高。因此，可以用该裂纹传感器检测该半导体器件表面上的裂纹，精度高且结构简单。
在一个实施例中，SBD结构还可配置在该半导体本体中，并且配置为检测该半导体本体中的裂纹。
图3是示出了根据本发明实施例的半导体器件300的截面的示意图。如图3所示，半导体器件300包括半导体本体301和裂纹传感器302。
如图3所示，半导体本体301至少包括第一面(例如顶面)3011和第二面(例如底面)3012；半导体器件300还可以包括裂纹传感器电极板303和电介质层304。
如图3所示，裂纹传感器302包括SBD结构，且该SBD结构包括第一部分302A和第二部分302B。该SBD结构的第一部分302A配置在半导体本体301的第一面3011上，并且配置为对半导体本体301的第一面3011上的裂纹进行检测。该SBD结构的第二部分302B配置在半导体本体301内，并且配置为对半导体本体301内的裂纹进行检测。
如图3所示，裂纹传感器302部分地布置在半导体本体301内形成的沟槽(trench或者groove)中。即，该SBD结构延伸到半导体本体301内，且裂纹传感器302与半导体本体301的第二面3012之间的距离d2小于半导体本体301的厚度d1。
如图3所示，例如，半导体本体301内的裂纹305可以由该SBD结构的第二部分302B进行检测，而半导体本体301上的裂纹306可以由该SBD结构的第一部分302A进行检测。
因此，可以用该裂纹传感器检测该半导体器件的表面上的裂纹和该半导体器件内的裂纹，精度高且结构简单。
在一个实施例中，可以将该SBD结构与具有pn结的裂纹传感器结合，以检测该半导体本体上和/或该半导体本体内的裂纹。
图4是示出了根据本发明实施例的半导体器件400的截面的示意图。如图4所示，半导体器件400包括半导体本体401、具有pn结的第一裂纹传感器402以及具有SBD结构的第二裂纹传感器403。
如图4所示，半导体本体401至少包括第一面(例如顶面)4011和第二面(例如底面)4012；半导体器件400还可包括第一裂纹传感器电极板407、第二裂纹传感器电极板408和电介质层404。第一裂纹传感器402配置在半导体本体401内，且第二裂纹传感器403配置在半导体本体401上。第一裂纹传感器402被配置在第二裂纹传感器403的内侧。
如图4所示，例如，半导体本体401内的裂纹405可以由第一裂纹传感器402进行检测，而半导体本体401上的裂纹406可以由第二裂纹传感器403进行检测。
因此，可以使用与该SBD结构和该pn结相结合的裂纹传感器，来检测该半导体器件的表面上的裂纹和该半导体器件内的裂纹。
图5是示出了根据本发明实施例的具有裂纹传感器的半导体器件500的俯视图，图6是沿图5中的截面E1-E1截取的半导体器件500的垂直截面图。如图5所示，示例性将半导体器件500示出为晶体管。
如图5和6所示，半导体器件500包括半导体本体501和具有SBD结构的裂纹传感器502。裂纹传感器502的一部分配置在半导体本体501上，且裂纹传感器502的另一部分延伸到半导体本体501内。
如图5和6所示，半导体器件500还可以包括第一电极(例如源电极)507、第二电极(例如漏电极)504、第三电极(例如门电极)508、裂纹传感器电极板503和电介质层505。第一电极507、第三电极508和裂纹传感器电极板503配置在半导体本体501的顶面5011上，且第二电极504配置在半导体本体501的底面5012之下。如图5所示，裂纹传感器电极板503围绕半导体器件500的外边缘而配置。
再例如，在裂纹传感器电极板503应用于二极管的情况下，第三电极508可以被省略。第一电极507和第二电极504可以分别作为阳电极和阴电极。
应该理解的是，上述实例或实施例仅仅是示例性的，而并不是对本发明实施例进行限制。本领域中的技术人员应该理解，在本发明实施例的范围之内还会有多种其它的实施例或实例。
从上述实施例中可以看出，一种具有SBD结构的裂纹传感器被提供，这种SBD结构至少配置在半导体本体的第一面上，并且配置为对该半导体本体的第一面上的裂纹进行检测。因此，可以用该裂纹传感器检测该半导体器件的表面上的裂纹，精度高且结构简单。
此外，这种SBD结构还可以配置在该半导体本体内，并且配置为对该半导体本体内的裂纹进行检测。因此，可以用该裂纹传感器检测该半导体器件的表面上的裂纹和该半导体器件内的裂纹，精度高且结构简单。
实施例的第二方面
本发明实施例提供一种检测半导体器件的裂纹的方法。该半导体器件已在实施例的第一方面进行了说明，且本实施例中与实施例的第一方面相同的内容不再进行描述。
图7是示出了根据本发明实施例的检测半导体器件的裂纹的方法的示意图。如图7所示，该方法700包括：
步骤701：指定裂纹传感器的特征变量的第一值；
步骤702：在与指定该第一值的时间不同的时间确定该裂纹传感器的该特征变量的第二值；以及
步骤703：当该第一值与该第二值之间的差值大于预定差值时确定该半导体本体存在裂纹。
在一个实施例中，该特征变量是该SBD结构的电流和/或电阻，但本发明实施例并不仅限于此。
应该理解的是，图7仅仅是本发明的一个实例，但本发明并不仅限于此。例如，这些步骤的执行顺序可以调整和/或其中的某些步骤可以省略。此外，还可增加在图7中未示出的步骤。
从上述实施例中可以看出，该SBD结构可以配置在该半导体本体的第一面上，并且配置为对该半导体本体的第一面上的裂纹进行检测。因此，可以用该裂纹传感器检测该半导体器件的表面上的裂纹，精度高且结构简单。
实施例的第三方面
本发明实施例提供一种形成半导体器件的方法。。该半导体器件已在实施例的第一方面进行了说明，且本实施例中与实施例的第一方面相同的内容不再进行描述。
图8是示出了根据本发明实施例的形成半导体器件的方法的示意图。如图8所示，该方法800包括：
步骤801：设置半导体本体，该半导体本体具有第一面和第二面；以及
步骤802：设置裂纹传感器，该裂纹传感器具有SBD结构；其中，该SBD结构至少配置在该半导体本体的该第一面上，并且配置为检测该半导体本体的该第一面上的裂纹。
在一个实施例中，该SBD结构还配置在该半导体本体中，并且配置为检测该半导体本体中的裂纹。
应该理解的是，图8仅仅是本发明的一个实例，但本发明并不仅限于此。例如，这些步骤的执行顺序可以调整和/或其中的某些步骤可以省略。此外，还可增加在图8中未示出的步骤。
从上述实施例中可以看出，一种具有SBD结构的裂纹传感器被提供。该SBD结构至少配置在半导体本体的第一面上，并且配置为对该半导体本体的第一面上的裂纹进行检测。因此，可用该裂纹传感器检测该半导体器件的表面上的裂纹，精度高且结构简单。
此外，该SBD结构还可以配置在该半导体本体内，并且配置为对该半导体本体内的裂纹进行检测。因此，可用该裂纹传感器检测该半导体器件的表面上的裂纹和该半导体器件内的裂纹，精度高且结构简单。
此外，尽管本领域中的技术人员可能做出很大的努力并且在可用的时间、目前的技术和经济方面的考虑的驱使下有多种设计方面的选择，但他们在本文中所公开的理念和原理的指导下能够容易地通过极少的实验生成这些软件指令和程序以及集成电路(IC)。
总之，本发明的各种实施例可在软件或专用电路、硬件、逻辑或它们的任意组合中实施。一些方面可以在硬件中实施，而另一些方面可在可由控制器、微处理器或其它计算设备执行的固件或软件中实施。
虽然通过框图、流程图或使用其它形象化表示方式对本发明的实施例进行了图示和描述，但应理解本文中所描述的块、装置、系统或方法可在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或它们的组合中实施，而并不限于这些示例。
此外，虽然以具体顺序对这些操作进行了描述，但这并不应理解为要求以所示出的具体顺序或者先后顺序来执行这些操作或者执行示出的这些所有的操作来达到所希望的结果。在某些情况下，多任务处理和平行处理是有益的。
同样，虽然以上的描述中包含了几种具体实施方式的细节，但不应将这些细节解释为是对本发明的范围的限制，而应解释为是具体实施例的特定特征的描述。在独立的实施例的上下文中所描述的某些特征也可以在单独的实施例中组合起来实施。相反，在单独的实施例的上下文中所描述的各种特征也可在多个实施例中以单独或适当的组合方式实施。
虽然用结构性特征和/或方法论行为特有的语言对本发明进行了描述，但应理解在权利要求书中所限定的本发明不必仅限于上述特定特征或行为。相反，公开以上所描述的这些特定特征和行为作为实施这些权利要求的示例形式。

Claims (8)

1.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：
半导体本体，所述半导体本体具有第一面和第二面；以及
裂纹传感器，所述裂纹传感器具有肖特基势垒二极管结构；
其中，所述肖特基势垒二极管结构的第一部分至少配置在所述半导体本体的所述第一面上，并且配置为检测所述半导体本体的配置有所述第一部分的所述第一面上的表面裂纹，所述肖特基势垒二极管结构的第二部分配置在所述半导体本体中，并且配置为检测所述半导体本体中的内部裂纹。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述肖特基势垒二极管结构延伸到所述半导体本体中，且所述裂纹传感器与所述半导体本体的所述第二面之间的距离小于所述半导体本体的厚度；
所述裂纹传感器部分地设置于在所述半导体本体内形成的沟槽中。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述裂纹传感器配置为当所述肖特基势垒二极管结构的电流和/或电阻与规定值之间的差值大于预定差值时，确定在所述半导体本体上和/或在所述半导体本体内存在裂纹。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括：
裂纹传感器电极板和/或电介质层，所述裂纹传感器电极板和/或所述电介质层配置在所述半导体本体的所述第一面上。
5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括：
具有pn结的裂纹传感器，其配置在所述半导体本体内；
所述具有pn结的裂纹传感器配置在具有所述肖特基势垒二极管结构的裂纹传感器的内侧。
6.一种检测半导体器件的裂纹的方法；其特征在于，所述半导体器件包括半导体本体，所述半导体本体具有第一面和第二面；所述半导体器件还包括裂纹传感器，所述裂纹传感器具有肖特基势垒二极管结构，所述肖特基势垒二极管结构的第一部分至少配置在所述半导体本体的配置有所述第一部分的所述第一面上；所述方法包括：
指定所述裂纹传感器的特征变量的第一值；
在与指定所述第一值的时间不同的时间确定所述裂纹传感器的所述特征变量的第二值；以及
当所述第一值与所述第二值之间的差值大于预定差值时确定所述半导体本体存在表面裂纹，
所述肖特基势垒二极管结构的第二部分配置在所述半导体本体中，并且配置为检测所述半导体本体中的内部裂纹。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述特征变量是所述肖特基势垒二极管结构的电流和/或电阻。
8.一种形成半导体器件的方法，其特征在于，所述方法包括：
设置半导体本体，所述半导体本体具有第一面和第二面；以及
设置裂纹传感器，所述裂纹传感器具有肖特基势垒二极管结构；
其中，所述肖特基势垒二极管结构的第一部分至少配置在所述半导体本体的所述第一面上，并且配置为检测所述半导体本体的配置有所述第一部分的所述第一面上的表面裂纹，所述肖特基势垒二极管结构的第二部分配置在所述半导体本体中，并且配置为检测所述半导体本体中的内部裂纹。
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