CN114864547A - 半导体结构和半导体结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例涉及半导体领域，提供一种半导体结构和半导体结构的制造方法，半导体结构包括：基底，所述基底包括相邻设置的芯片区和划片道区；侦测金属层，位于所述基底上，且位于所述划片道区靠近所述芯片区的一侧，所述侦测金属层能够在激光照射下发生形态变化。本公开实施例至少可以提前侦测激光切割的效果，有利于降低半导体结构的失效率。

Description

半导体结构和半导体结构的制造方法

技术领域

本公开属于半导体领域，具体涉及一种半导体结构和半导体结构的制造方法。

背景技术

半导体结构在封装时，通常利用激光对半导体结构进行切割处理。比如在磨削前隐形切割(Stealth Dicing Before Grinding，简称SDBG)工艺中，利用激光照射半导体结构，使得被激光照射的部分形成改质层，后续可以在半导体结构的底面粘贴承载膜，拉伸承载膜使得半导体结构沿着改质层分离。

然而，激光切割的过程容易导致半导体结构失效，且失效情况通常需要经常电性能测试才能发现，从而可能出现批量性问题。

因此，亟需一种能够提前侦测激光切割效果的半导体结构，以降低半导体结构的失效率。

发明内容

本公开实施例提供一种半导体结构和半导体结构的制造方法，至少有利于提前侦测激光切割的效果，以降低半导体结构的失效率。

根据本公开一些实施例，本公开实施例一方面提供一种半导体结构，其中，半导体结构包括：基底，所述基底包括相邻设置的芯片区和划片道区；侦测金属层，位于所述基底上，且位于所述划片道区靠近所述芯片区的一侧，所述侦测金属层能够在激光照射下发生形态变化。

根据本公开一些实施例，本公开实施例另一方面还提供一种半导体结构的制造方法，其中，制造方法包括：提供基底，所述基底包括相邻设置的芯片区和划片道区；在所述基底上形成侦测金属层，所述侦测金属层位于所述划片道区靠近所述芯片区的一侧，所述侦测金属层在激光的照射下发生形态变化。

本公开实施例提供的技术方案至少具有以下优点：半导体结构的基底上具有侦测金属层，侦测金属层位于划片道区靠近芯片区的一侧，且金属侦测层能够在激光照射下发生形态变化。因此，在激光切割处理后可以对金属侦测层的外观进行检测，若激光朝向芯片区散射，则能够通过外观检测及时发现由于激光控制偏差导致的散射缺陷，后续基于检测结果对设备、工艺或参数等进行调整，有利于降低半导体结构的失效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了一种利用激光对半导体结构进行切割处理的示意图；

图2示出了本公开一实施例所述的利用激光对半导体结构进行切割处理的示意图；

图3示出了本公开一实施例所述的被激光切割处理后的半导体结构的俯视图；

图4示出了本公开一实施例所述的半导体结构的局部俯视图；

图5示出了图4所示的半导体结构在A-A方向上的剖面图；

图6示出了图4所示的半导体结构在B-B方向上的剖面图；

图7-图15分别示出了本公开另一实施例所述的半导体结构的制造方法中各步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

参考图1，由背景技术可知，激光切割的过程容易导致半导体结构失效，经分析发现，主要原因在于：半导体结构包括芯片区a1和划片道区b1，在切割半导体结构时，激光从基底20侧照射划片道区b1，以在划片道区b1形成改质层。然而由于设备、工艺或参数等原因，激光可能会发生散射的现象，从而照射至芯片区a1，进而导致芯片区a1内的器件层10失效。而激光切割的效果难以通过外观检查分辨出，通常采用电性能测试才能发现，因此，无法及时对设备、工艺或参数进行调整，从而可能产生大批量失效的半导体结构。

本公开实施例提供一种半导体结构，半导体结构具有侦测金属层，且侦测金属层位于划片道区靠近芯片区的一侧。当激光朝向芯片区散射时会照射至侦测金属层，由于金属侦测层能够在激光照射下发生形态变化，因此，后续可以在外观检查工站对金属侦测层的外观进行检测，从而能够及时发现由于激光控制偏差导致的散射缺陷。后续基于检测结果对设备、工艺或参数进行调整，能够降低半导体结构的失效率。

下面将结合附图对本公开的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施例中，为了使读者更好地理解本公开实施例而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本公开实施例所要求保护的技术方案。

如图2-图6所示，本公开一实施例提供一种半导体结构，半导体结构包括：基底2，基底2包括相邻设置的芯片区a和划片道区b；侦测金属层3，位于基底2上，且位于划片道区b靠近芯片区a的一侧，侦测金属层3能够在激光照射下发生形态变化。如此，可以检查侦测金属层3的形态变化，来判断激光切割的效果，以及时对设备、工艺或参数等因素进行调整，从而降低半导体结构的失效率。

具体地，参考图2，半导体结构可以包括基底2和器件层1。其中，基底2包括芯片区a和划片道区b，芯片区a和划片道区b也可以理解为半导体结构自身的两个区域，即器件层1也包括芯片区a和划片道区b。芯片区a可以用于形成晶体管、电容、字线或位线等结构，且上述结构通常位于器件层1内；划片道区b用于进行划片处理，以使得多个芯片区a相互分离。

示例地，基底2可以为硅基底或锗基底。

继续参考图2，在激光切割处理的过程中，入射光从半导体结构的背面进入，即从基底2远离器件层1的一侧进入，聚焦到划片道区b的中心区域，从而在形成改质层。图2中的三角形图案用于示意入射光，圆形图案用于示意散射光。

参考图3，激光在半导体结构上的部分作用点位于划片道区b的中心线上，部分作用点位于划片道区b的边缘，从而使得位于划片道区b边缘的侦测金属层3发生形态变化。图3中的正方形图案用于示意激光在划片道区b中心线上的作用点，黑色方块用于示意激光在划片道区b边缘的作用点，并表示侦测金属层3形态发生变化。

在一些实施例中，侦测金属层3可以为低熔点金属。低熔点金属在激光照射下会发生颜色变化或融化扩散等形态变化，因此，对其形态变化进行侦测，能够判断激光是否发生散射现象。此外，还可以在显微镜下观测形态变化的位置与芯片区a的距离，以判断激光切割质量，换言之，形态变化位置距离芯片区a越远，则激光切割质量越好；反之，则激光切割质量较差。

参考图4-图6，侦测金属层3包括锡层32和钛层31，钛层31覆盖锡层32的侧壁和底面。由于钛层31具有较高的熔点，因此，钛层31能够避免锡层32朝向半导体结构内部扩散，从而避免锡原子影响半导体结构内部的其他结构，有利于保证半导体结构的电性能。而锡层32的熔点较低，其在激光的灼烧下能够变黑，在外观检测过程中，能够更易发现激光散射的现象，从而提高侦测的准确性。

示例地，钛层31的厚度小于锡层32的厚度，钛层31较小的厚度能够提高其向锡层32的热传导效率，而锡层32较大的厚度能够使得其形态变化更为明显，从而提高侦测的效率和准确性。举例而言，锡层32的厚度为10nm～30nm，比如10nm、15nm、20nm、28nm或30nm等；钛层31的厚度为5nm～10nm，比如5nm、7nm、9nm或10nm等。当锡层32和钛层31的厚度保持在上述范围时，能够提高侦测的效果。

侦测金属层3的总厚度T为15nm～40nm，比如15nm、20nm、30nm或40nm。当总厚度T处于上述范围时，侦测金属层3占据的空间大小较为合理，且形态变化更易被观测到。

在一些实施例中，侦测金属层3包括第一侦测区和多个间隔设置的第二侦测区，第一侦测区与第二侦测区相连，第二侦测区排列于第一侦测区靠近芯片区a的一侧，多个第二侦测区的排列方向为第一方向。换言之，侦测金属层3的形状类似于手指形状或梳子形状。

间隔设置的第一侦测区能够减小侦测金属所占的空间，从而为其他结构提供空间，此外，还能够减少侦测金属用量，节约成本。第二侦测区占据较大的空间，其侦测范围较大，且第二帧测区更靠近激光切割中心，因此，有利于提高其侦测效果。

示例地，相邻第二侦测区的距离d＝nv/f，其中，n为常数且为正整数，f为激光的频率；v为半导体结构在激光照射过程中沿第一方向的移动速度。值得说明的是，半导体结构在切割过程中会进行移动，因此，每次激光作用到半导体结构上时会具有一定的间距，当n为正整数时，每个第二侦测区都能与激光作用的位置进行对应，从而能够提高侦测的准确性。

在一些实施例中，n＝1，即激光作用到半导体结构上的间距与相邻第二侦测区的距离相等，从而使得第二侦测区能够与每次激光作用的位置相对应。在另一些实施例中，n＝2，即激光作用到半导体结构上的间距为相邻第二侦测区的距离的一半，从而使得第二侦测区能够与间隔次的激光作用位置相对应。

为便于理解，下面进行举例说明。激光的频率为90KHZ，半导体结构在机台上的托盘的移动速为800mm/s，每次激光作用到半导体结构上的间距为800/90000＝0.0089mm，即8.9μm。因此，相邻第二侦测区的距离d可以为8.9μm(n＝1)或17.8μm(n＝2)。为便于工艺制作，相邻第二侦测区的间距d可以设为9μm或18μm，即n也可以是与正整数相近的常数。由于第二侦测区在第一方向上具有一定的宽度，因此，当n是与正整数相近的常数时，第二侦测区也能够与激光作用的位置相对应。

值得说明的是，相邻第二侦测区的距离d是指相邻第二侦测区的中心线间的距离。当相邻第二侦测区的距离d为9μm、18μm或27μm时，第二侦测区具有较好的侦测效果。

第一侦测区的宽度X可以选择一较大的数值，比如，第一侦测区的宽度X可以大于第二侦测区的宽度，以便于拓展侦测金属层3的侦测范围。

上述侦测金属层3的形状仅为示例性说明。在另一些实施例中，侦测金属层3的俯视形状也可以设置为矩形、圆形或者其他不规则图形。

继续参考图4-图6，侦测金属层3与芯片区a的边缘间隔设置。值得注意的是，若侦测金属层3与芯片区a的边缘相接，当侦测金属层3靠近芯片区a的一侧产生散射黑点时，则意味着激光很可能已经散射至芯片区a。因此，将侦测金属层3与芯片区a的边缘间隔设置，能够为芯片区a提供一个安全区域，从而进行提前预警，以便于及时调试设备，规避半导体结构被切坏的风险。

举例而言，侦测金属层3与芯片区a的边缘的间距L为3μm～7μm。比如3μm、5μm、6μm或7μm。需要注意的是，若侦测金属层3与芯片区a的边缘过近，则提前预警的效果可能较差；若侦测金属层3与芯片区a的边缘过远，则可能缩小侦测范围。当侦测金属层3与芯片区a的边缘的间距保持在上述范围时，能够兼顾侦测范围和提前预警的效果。

示例地，划片道区b的宽度与侦测金属层3的宽度之差为8μm～12μm，比如8μm、10μm、11μm或12μm。需要说明的是，若划片道区b的宽度与侦测金属层3的宽度之差过小，则侦测金属层3可能会占据激光切割的中心线b0，从而遮挡朝向半导体结构内部照射的激光，进而影响改质层的形成过程；若划片道区b的宽度与侦测金属层3的宽度之差过大，则可能会缩小侦测范围。当二者的宽度之差保持在上述范围时，能够避免影响激光切割过程，并保证充足的侦测范围。

继续参考图4-图6，半导体结构还包括：介质层4，位于基底2上；侦测金属层3位于介质层4内，且侦测金属层3的顶面与介质层4的顶面齐平。即，侦测金属层3位于介质层4的顶部中，且侦测金属层3的顶面被介质层4露出，如此，能够方便观测侦测金属层3的形态变化。

此外，介质层4的材料为绝缘材料，比如碳、氧化硅或氮化硅等等。介质层4能够将侦测金属层3与半导体结构内的其他结构相隔离，避免影响半导体结构的电性能。

具体地，介质层4可以包括层叠设置的第一介质层41、第二介质层42和第三介质层43。侦测金属层3可以位于第三介质层43内，并被第三介质层43露出顶面。在另一些实施例中，由于介质层4具有一定的透光性，侦测金属层3也可以位于介质层4的中部或底部内，比如位于第一介质层41或第二介质层42内。在另一些实施例中，介质层4可以为单层结构，且其厚度可以与侦测金属层3的厚度相等。

侦测金属层3正下方的结构为非金属结构。需要说明的是，金属结构通常不透光，因此，若在侦测金属层3的正下方设置金属结构，可能会遮挡朝向侦测金属层3照射的激光，从而影响侦测的准确性。而非金属结构通常具有较好的透光性能，能够避免影响侦测金属层3的侦测效果。

继续参考图4-图6，半导体结构还包括：密封圈结构6，位于基底2上，且位于芯片区a靠近划片道区b的边缘；密封圈结构6能够在切割过程中对芯片区a内的结构进行保护。

密封圈结构6与侦测金属层3间隔设置，从而预留一定的安全区域。示例地，侦测金属层3与密封圈结构6的距离大于或等于5μm。

密封圈结构6还位于介质层4内，即介质层4能够将密封圈结构6与半导体结构中的其他结构相隔绝。

需要说明的是，还可以在芯片区b的介质层4中形成布线结构，以将底层器件层5中的结构引出，用于与外部的器件电连接。布线结构通常为金属结构，可以与密封圈结构6在相同的工艺步骤中形成。即布线结构与密封圈结构6为同层结构。

换言之，介质层4及其内部结构可以共同构成布线层，布线层可以与底层器件层5共同构成半导体结构的器件层。

此外，半导体结构还可以包括保护层8(参考图15)，保护层8覆盖介质层4和侦测金属层3，用于保护侦测金属层3以及密封圈结构6。保护层8的材料可以为聚酰亚胺薄膜，或氮化硅、氮氧化硅等钝化层。

综上所述，本公开实施例通过在切割道区b增加侦测金属层3来及时发现激光散射缺陷问题，侦测金属层3可以设置半导体结构的最顶部或者设置在布线层内，以便于观测侦测金属层3的形态变化。

如图7-图15所示，本公开另一实施例提供一种半导体结构的制造方法，以下将结合附图对本申请一实施例提供的半导体结构的制造方法进行详细说明。需要说明的是，为了便于描述以及清晰地示意出半导体结构制作方法的步骤，图7至图15均为半导体结构的局部结构示意图。

参考图7，提供基底2，基底2包括相邻设置的芯片区a和划片道区b。基底2上还形成有底层器件层5。芯片区a的底层器件层5中设有晶体管、电容、字线和位线等结构。

在底层器件层5上形成第一介质层41，第一介质层41的形成方法可以为旋转涂覆工艺或化学气相沉积工艺。

参考图8，在第一介质层41内形成第一金属层61。具体地，对第一介质层41进行图形化处理，以形成位于芯片区a的第一底部凹槽；形成填充第一底部凹槽的第一金属层61。第一金属层61位于芯片区a靠近划片道区b的一侧。

参考图9，形成覆盖第一介质层41的第二介质层42，形成位于第二介质层42内的第二金属层62。具体地，对第二介质层42进行图形化处理，以形成位于芯片区a的第一中部凹槽，第一中部凹槽露出第一金属层61的顶面；形成填充第一中部凹槽的第二金属层62，第二金属层62与第一金属层61电连接。换言之，第二金属层62与第一金属层61正对设置。

参考图10，形成覆盖第二介质层42的第三介质层43。第三介质层43的形成方法可以为旋转涂覆工艺或化学气相沉积工艺。基于图7-图10所示的制造步骤可知，第一介质层41、第二介质层42和第三介质层43共同构成了介质层4，介质层4同时覆盖了芯片区a和划片道区b。在另一些实施例中，介质层4也可以为单层结构，并通过一道工艺形成。

第一介质层41、第二介质层42和第三介质层43的材料可以相同，比如均为旋涂碳、氧化硅或氮化硅等等。

参考图11，形成位于介质层4顶部的第二凹槽。具体地，在第三介质层43上涂布第一光刻胶层71，并对第一光刻胶层71进行图形化处理。以图形化的第一光刻胶层71为掩膜，刻蚀位于划片道区b的第三介质层43，从而形成第二凹槽。

参考图12，去除光刻胶层，在第三介质层43顶面以及第二凹槽的内壁溅射初始钛层311。

参考图13，形成填充第二凹槽的锡层32。具体地，在初始锡层32上涂布第二光刻胶层72，并对第二光刻胶层72进行图形化处理，以露出第二凹槽。通过电镀的工艺在第二凹槽内形成锡层32。

参考图14，去除第二光刻胶层72，刻蚀位于第三介质层43顶面的初始钛层311，保留位于第二凹槽内壁的初始钛层311。位于第二凹槽内壁的初始钛层311作为最终的钛层31。钛层31覆盖了锡层32的侧壁和底面，二者共同构成侦测金属层3。

在另一些实施例中，侦测金属层3也可以为单层金属，比如仅由锡层32构成。如此，可以直接形成填充第二凹槽的锡层32即可。

继续参考图14，形成侦测金属层3后，刻蚀位于芯片区a的第三介质层43，以形成第一顶部凹槽，第一顶部凹槽露出第二金属层62的顶面。形成填充第一顶部凹槽的第三金属层63，第三金属层63与第二金属层62电连接。换言之，第一底部凹槽、第一中部凹槽和第一顶部凹槽构成第一凹槽，第三金属层63、第二金属层62和第一金属层61共同构成密封圈结构6，并填充于第一凹槽内。

第三金属层63、第二金属层62和第一金属层61的材料可以相同，比如均为铝或铜。

在另一些实施例中，密封圈结构6也可以为单层结构，即，可通过一道工艺形成。

值得说明的是，在图11和图14所示的步骤中，第一顶部凹槽与第二凹槽分别通过两步图形化工艺形成。在另一些实施例中，第一顶部凹槽与第二凹槽可以通过一步图形化工艺形成。此后，可以在第一顶部凹槽中填充牺牲层，在侦测金属层3形成后，去除位于第一顶部凹槽中的牺牲层以将第一顶部凹槽露出，并在第一顶部凹槽中形成第三金属层63。

此外，在图11-图14所示的步骤中，侦测金属层3是先于第三金属层63形成的。在另一些实施例中，第三金属层63也可以先于侦测金属层3形成。

参考图15，形成位于介质层4上的保护层8，保护层8还覆盖密封圈结构6和侦测金属层3。可以通过化学气相沉积工艺形成保护层8。保护层8可以具有较高的透光性，以方便观测侦测金属层3的形态变化。

需要说明的是，切割道区b中可以不形成侦测金属层3以外的金属结构，或者少形成金属结构，以避免金属结构遮挡照射至侦测金属层3的激光，从而避免对侦测效果产生不良影响。

综上，基于图7-图15所示的制造步骤，可以形成贯穿介质层4的第一凹槽，形成填充第一凹槽的密封圈结构6；密封圈结构6还位于芯片区a靠近划片道区b的边缘；还可以形成位于介质层4顶部的第二凹槽，形成填充第二凹槽的侦测金属层3；侦测金属层3与密封圈结构6相间隔。

应理解，图7-图15所示的步骤为示例性说明，本公开实施例的制造方法并不仅限于此，举例而言，在另一些实施例中，可以不设置介质层4，而直接将侦测金属层3形成在半导体结构的最顶部，并将侦测金属层3的侧壁和顶面露出；或者，侦测金属层3可以不形成在介质层4内，而形成在位于划片道区b的保护层8中，保护层8可以露出侦测金属层3的顶面；或者，也可以不在介质层4以及侦测金属层3上形成保护层8，而直接将介质层4以及侦测金属层3的顶面露出。此外，由于介质层4具有一定的透光性，因此，侦测金属层3也可以不形成在介质层4的顶部，而形成于介质层4的中部或底部内。也就是说，只要能够在基底2上形成侦测金属层3，侦测金属层3位于划片道区b靠近芯片区a的一侧，侦测金属层3在激光的照射下发生的形态变化即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示例地”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，故但凡依本公开的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本公开专利涵盖的范围之内。

Claims (15)

1.一种半导体结构，其特征在于，包括：

基底，所述基底包括相邻设置的芯片区和划片道区；

侦测金属层，位于所述基底上，且位于所述划片道区靠近所述芯片区的一侧，所述侦测金属层能够在激光照射下发生形态变化。

2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，

所述侦测金属层包括第一侦测区和多个间隔设置的第二侦测区，所述第一侦测区与所述第二侦测区相连，所述第二侦测区排列于所述第一侦测区靠近所述芯片区的一侧，多个所述第二侦测区的排列方向为第一方向。

3.根据权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，

相邻所述第二侦测区的距离d＝nv/f，其中，

n为常数且为正整数，f为激光的频率；

v为所述半导体结构在激光照射过程中沿所述第一方向的移动速度。

4.根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，n＝1或2。

5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述侦测金属层与所述芯片区的边缘间隔设置。

6.根据权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，所述侦测金属层与所述芯片区的边缘的间距为3μm～7μm。

7.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：

介质层，位于所述基底上；

所述侦测金属层位于所述介质层内，且所述侦测金属层的顶面与介质层的顶面齐平。

8.根据权利要求1所述的一种半导体结构，其特征在于，还包括：

密封圈结构，位于所述基底上，且位于所述芯片区靠近所述划片道区的边缘；

所述密封圈结构与所述侦测金属层间隔设置。

9.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述划片道区的宽度与所述侦测金属层的宽度之差为8μm～12μm。

10.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述侦测金属层包括低熔点金属。

11.根据权利要求10所述的半导体结构，其特征在于，所述侦测金属层包括锡层和钛层，所述钛层覆盖所述锡层的侧壁和底面。

12.根据权利要求11所述的半导体结构，其特征在于，所述锡层的厚度为10nm～30nm；所述钛层的厚度为5nm～10nm。

13.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述侦测金属层正下方的结构为非金属结构。

14.一种半导体结构的制造方法，其特征在于，包括：

提供基底，所述基底包括相邻设置的芯片区和划片道区；

在所述基底上形成侦测金属层，所述侦测金属层位于所述划片道区靠近所述芯片区的一侧，所述侦测金属层在激光的照射下发生形态变化。

15.根据权利要求14所述的半导体结构的制造方法，其特征在于，在形成所述侦测金属层前，还包括：

在所述基底上形成介质层，所述介质层覆盖所述芯片区和所述划片道区；

形成贯穿所述介质层的第一凹槽，形成填充所述第一凹槽的密封圈结构；所述密封圈结构还位于所述芯片区靠近所述划片道区的边缘；

形成位于所述介质层顶部的第二凹槽，形成填充所述第二凹槽的侦测金属层；所述侦测金属层与所述密封圈结构相间隔。

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