CN1518059A - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一个半导体器件，包括：一个半导体衬底，用来提供一个半导体元件；一个硬膜，它覆盖着该半导体衬底一个侧面的一部分或全部，且具有顶面和底面，它们与半导体衬底的顶面和底面大约处在相同的平面内，其中覆盖有硬膜的该半导体衬底侧面经处理后与半导体衬底的表面垂直或基本垂直。

Description

半导体器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法，更具体地说是柔性半导体器件及其制造方法。

背景技术

目前象移动电话一类装置的趋势是变得越来越小，使其更便于携带，而且已经提出作为“你可以穿着的个人计算机”的可穿着计算机。

此外，还提出了象3DMD(通过安装于头部的显示器来观察)，内装CCD相机的HD，头戴送受话器眼镜和头戴式话筒等图象语音直接认知界面装置，而且可穿着装置被认为在将来会有所发展。

有人建议采用将用于AMLCD(主动矩阵显示)的TFT芯片变成薄膜的方法作为满足这种需要的一种措施(见美国专利5,702,963)。

按照这种方法，首先如图4A所示，采用一个具有SOI结构的衬底，在硅衬底40上，依次层叠上Si缓冲层41，按CVD方法形成的氧化硅膜42，和由氮氧化硅膜做的释放层43，及用作元件形成层的上Si层44，同时如图4B所示，在这些层上形成一个象素部分(象素区)44b和一个用于AMLCD的TFT区。

其次如图4C所示，在象素部分44b和TFT区44a上形成一层氧化膜46，以形成绝缘体区45。

再其次如图4D所示，在按上述方式得到的衬底上形成一个门电极48和源/漏区49，接着用一层绝缘膜50覆盖它，并在绝缘膜50所希望的区域形成一些接触孔和线51，这样就得到一个TFT 47。

在此之后，如图4E所示，在处于包含象素部分44b和TFT区44a外面的释放层43内形成一个开口52a，同时在氧化硅膜42内形成一个大于开口52a的开口52b。

接着如图5F所示，形成氧化硅膜的支撑柱53，以填充氧化硅膜42和释放层43中的开口，并在被支撑柱53环绕的不包含象素部分44b和TFT 44a的释放层43的一个区域内形成一个刻蚀液引入口54，然后通过该口54引入刻蚀液经过如图5G所示的刻蚀将氧化硅膜42除掉并形成空腔55。这样一来，象素部分44b和TFT 47将处在被支撑柱53支撑着的释放层43上。

下面按图5H所示，在这样得到的衬底的整个表面上形成一层环氧树脂56和一层非光敏性透明树脂膜57，并用紫外线照射使象素部分44b和TFT区44a上面的环氧树脂56固化，而将未硬化的透明膜57除掉，同时将支撑柱53劈开使得一个薄膜形式的芯片被脱离。

另外，除上述方法之外，还提出了一种用绝缘膜覆盖芯片各侧面或侧面和底面的方法(见未审查日本专利公开平10(1998)-223626)。

按照这种方法，首先如图6A所示，形成一些包含晶体管的电路元件(未示)并将它们在纵向和横向对准，而在无电极的半导体衬底66上形成一个绝缘膜60a。

其次如图6B所示，将半导体衬底66的底面抛光(研磨)，以使晶片厚度减至一个预定值。接着如图6C所示，沿着将半导体衬底66表面上的电路元件分开的分划线(划线区)在纵向和横向形成一些截面为V字形的沟槽62。

这之后如图6D所示，在半导体衬底66上形成另一个绝缘膜60b，以将沟槽62的表面覆盖，而且如图6E所示，在半导体衬底66表面上的绝缘膜60b被有选择地除掉以使半导体衬底66的表面露出来，然后在此半导体衬底66表面上形成一个电极，并在这个电极上形成小突起以得到一个突起电极(凸起电极)65。

接下来如图6F所示，用胶64收一条抛光带63粘到半导体衬底66的整个表面上，而且如图6G所示，半导体衬底66的底面被抛光至开口62的底部外露。结果半导体衬底66在这种状况下被分割而与抛光带63粘接，从而形成一些半导体芯片。

下面如图6H所示，把抛光带63和胶64剥掉，并在每个半导体芯片的底面上形成一个绝缘膜60C，如图6I所示。

但是，按照图4A-4E和图5F-5H所示的方法，由于使用的是SOI衬底，衬底本身的成本较高，而且现有的设计和处理大块衬底内半导体器件的方法不能采用。另外，作为元件形成层的上Si层44是直接淀积在释放层43上；因此，有可能在元件形成过程中由于上Si层44和释放层43之间相粘接(粘接程度与下面的释放层的表面形状有关)而使上Si层44剥落，从而由于上Si层44的膜厚相对不均而造成柔软性不足。另外，半导体层的膜厚取决于SOI衬底上的上Si层44的膜厚；因此，我们不能随意设定膜厚来使得半导体层具有所要求的柔软性和透光性。

此外，按照图6A-6I所示的方法，在V形沟槽之内存在用作阻挡层的绝缘膜；因此，有可能由于在抛光衬底时控制不好而使应力集中在V形沟槽的底部而造成衬底膜厚不均或开裂。所以，就出现不能随意设定膜厚的问题而无法让半导体层具有所要求的柔软性和透光性。

发明内容

本发明就是为了解决这些问题，其目的是提供一个半导体器件及其制造方法，以便为薄膜形式的芯片本身提供柔软性和透光性。

本发明提供的半导体器件包含一个半导体衬底，它提供一个半导体元件和一个硬膜，后者将半导体衬底一个侧面的部分或全部覆盖，且其顶面和底面大约与半导体衬底的顶面和底面处在相同的平面内，这个被硬膜覆盖的半导体衬底侧面要经处理，使之与半导体衬底的表面垂直或基本垂直。

本发明还提供一种半导体器件的制造方法，它包括以下步骤：

(a)在具有半导体元件的半导体衬底内做出一个凹部，它处在一个未形成半导体元件的半导体衬底区域，而且垂直于半导体衬底的一个表面；

(b)用一种硬膜材料填充此凹部；

(c)将一个支撑衬底粘到包含该凹部的半导体衬底表面上，并使该半导体衬底的底面后退直至硬膜的一个底面露出来；以及

(d)通过将硬膜切割成很多块而将半导体衬底分割。

本发明的这些以及其它一些目的将从下面的详描述中看得更清楚。但应指出，这种详细描述的那些具体例子虽然是本发明的优选实施例，但只是作为示例性的说明而已，因为本专业技术人员明白，可以根据所作的详细描述在本发明的思路和范围内作各种变化和修改。

附图说明

图1A至1E是按本发明一种实施例的一个半导体器件的平面图和横截面图；

图2A至2H是按本发明的一种半导体器件制造方法的制造步骤的横截面图；

图3A至3G是按本发明的另一种半导体器件制造方法的制造步骤的横截面图；

图4A至4E是普通半导体器件制造步骤的横截面图；

图5F至5H是接在图4A至4E的制造步骤后面的制造步骤的横截面图；

图6A至6I是另一种普通半导体器件制造步骤的横截面图。

具体实施方式

本发明的一个半导体器件主要包括一个半导体衬底和一个将它的一个侧面的至少一部分覆盖的硬膜。

对半导体衬底没有特别的限制，只要它是普通用于半导体器件的一种类型，例如硅和锗等元素半导体；GaAS，InGaAs和ZnSe等化合物半导体的衬底；外延衬底，其中以上半导体的外延层形成在半导体衬底上面使其厚度在1μm左右；以及半导体层形成在玻璃和塑料等绝缘衬底上的衬底。尤其希望是单晶或多晶硅衬底。在半导体衬底上的单层或多层结构中可以形成元件隔离区，如晶体管，电容和电阻一类的元件，层间绝缘膜，以及由它们的组合构成的电路。另外，还可以掺杂杂质以使半导体衬底的电阻设定为一个预定值。虽然对半导体衬底的膜厚没有特别限制，但膜厚最好能使衬底被加上外力时能依照其材料弯曲，也即让衬底保证有所谓的柔软性，以及/或者膜厚最好能让衬底有良好透光性。具体的膜厚大概在1～60μm的范围。

半导体衬底的一个侧面的一部分或全部被硬膜所覆盖(下面会说明)，而且必需让被硬膜覆盖的那一个侧面垂直或基本垂直于半导体衬底的表面。此处“基本垂直”是指基本垂直的状态，即与半导体衬底的表面形成约90°±5°角。

虽然对硬膜材料没有特别限制，只要它的刻蚀或抛光率比半导体衬底低即可，但最好硬膜用绝缘材料来做。具体例子包括氧化硅膜，氮化硅膜，及它们的叠层。硬膜覆盖着半导体衬底一个侧面的一部分或全部，所谓“一部分”这里是指半导体衬底外周边的一部分，而不是指厚度方向的一部分。也就是说，要让硬膜覆盖半导体衬底的一个侧面，使其顶面和底面分别处在与覆盖部分半导体衬底的顶面和底面相同的平面内。因而，硬膜的膜厚要与半导体衬底的膜厚重合。形成的硬膜的宽度应不致让半导体衬底的柔软性有太大的损失，故让在半导体衬底纵向和横向的硬膜宽度在50～200μm是适宜的。

可以在硬膜内打出一个通孔，并用导电材料填充该通孔的内部而制成一个贯通电极。贯通电极的膜厚与半导体衬底及硬膜的膜厚相同，因而，贯通电极的顶面和底面是分别处于与半导体衬底和硬膜的顶面和底面相同的平面内。对形成贯通电极的导电材料没有特别限制，只要是可用于普通电极的导电材料就行，其实例包括无定形单晶或多晶N-型或P-型元素半导体(为硅或锗)或化合物半导体(为GaAs，InP，ZnSe，CsS)；金、铂、银、铜、铝等金属；钛、钽、钨等高熔点金属；高熔点金属硅化物或聚合物的单层膜或多层膜。其中最好的是高熔点金属。通孔的尺寸可根据硬膜的尺寸(在垂直于硬膜长度方向的宽度)作适当调整。

此外，根据本发明半导体器件的制造方法，首先按步骤(a)，在已形成半导体元件的半导体衬底上的一个未形成半导体元件的半导体衬底区域内做出一个凹部，该凹部垂直于该半导体衬底表面。此凹部可以是一个不透的小孔或者一个开口，它们可以按本专业内大家熟知的方法(如光刻和刻蚀过程)做出。凹部的深度可根据将要得到的半导体衬底厚度并考虑上面所说的柔软性和/或透光性而适当调节，大概在1～60μm的范围。最好让凹部底面平行于半导体衬底的表面。凹部可以做在图中无半导体元件的划线区的全部或一部分之内。虽然在半导体衬底内可做一个凹部，但最好能有几个凹部。尽管在形成多个凹部的情况下适宜让所有凹部都有相同的深度，但也不一定要它们的尺寸在衬底平面方向的长度、宽度或直径都一样。

其次，按步骤(b)在凹部内填充硬膜材料。这可以根据业内熟知的方法来实现，例如采用溅射法，CVD法，淀积法等在包含凹部的整个半导体衬底表面上形成一层硬膜，使得膜厚大于凹部的深度，并对所形成的硬膜进行刻蚀或抛光直至该半导体衬底表面露出来。刻蚀可以是湿法刻蚀或干法刻蚀，抛光可以用CMD法等。这样，就可以让硬膜表面大致处在与半导体衬底表面相同的平面内。

应该指出，可以在硬膜填入凹部后在硬膜内打出一个通孔，并在其中注入导电材料而在硬膜内形成一个贯通电极。按照业内熟知的光刻和刻蚀等方法可以把通孔做成所需的尺寸。此外，可以按照上述把硬膜填入凹部同样的方法将导电材料注入通孔内。

首先，按步骤(c)把一个支撑衬底粘接到包含凹部的半导体衬底表面上。支撑衬底可以用任何材料做成任何膜厚，只要它能在半导体衬底底面按下面要描述的方式后退至硬膜底面外露时，提供足以防止在半导体衬底中出现开裂等现象的强度就行。支撑衬底的具体例子包括各种金属，塑料，玻璃，木材，半导体等的衬底。粘接的方式应使半导体衬底能被胶或粘接带等牢固地粘在支撑衬底上，从而防止下面要讲到的将半导体衬底转变成薄膜时在半导体衬底内出现裂痕。

其次，将半导体衬底从底面侧一边向后退直至硬膜的底面露出来。可以采用如上所述的刻蚀或抛光方法来使半导体衬底往后退。就是说，硬膜的刻蚀率或抛光率应低于半导体衬底的，使得硬膜成为在半导体衬底从底面后退时刻蚀或抛光的阻挡层，这样就可通过使半导体衬底后退直至硬膜的底面外露(半导体衬底的后退不超过预定凹部的深度)而将半导体衬底转变成所需膜厚的薄膜，同时可以使硬膜底面处在与半导体衬底底面相同的平面内。

在步骤(d)中，将硬膜在其形成区域切割使半导体衬底分成好多块。这里所说的分开是指所谓的切割，而且通过切割硬膜(即任意切割半导体衬底本身)可将半导体衬底分成许多半导体芯片。应指出。这种切割可以在支撑衬底粘接在半导体衬底上的情况下进行，然后把支撑衬底拿走，也可以在拿走支撑衬底之后进行切割。

按本发明的半导体器件是一个具有柔软性和透光性的半导体器件，因而可用于特别要求柔软性和透光性的模块中。众多的应用包括液晶板，储存卡和IC卡。此外，它也可以用在对柔软性和透光性无特殊要求的场合。

优选实施例的描述

下面将参照附图描述按本发明的半导体器件及其制造方法的一些

实施例。

实施例1

实施例1的半导体器件是一个半导体芯片，它包括一个元件部分A和一个将该元件部分A周边的一部分或全部覆盖的硬膜部分B，如图1A和1B所示。元件部分A是柔软的，电硅衬底上的晶体管，电容器，电阻器或它们的组合构成，衬底的膜厚约为30μm，尺寸为1mm×2mm。由硬膜部分B覆盖的硅衬底的至少各侧面是垂直或基本垂直于硅衬底的表面。硬膜部分B由氧化硅膜等绝缘膜构成，其宽度约为50μm，将元件部分A周边的一部分或全部覆盖，如图1D和1E所示。

这种半导体芯片可以按下述制造方法制成。

首先，如图2A所示，在P-型硅衬底11上形成半导体元件(未示)，衬底的杂质浓度约为5×10¹⁵cm^-3。

其次，如图2B所示，在未在硅衬底11上形成半导体元件的区域形成一些凹部12，其深度约30μm(相当于如图1B所示的将要得到的半导体器件的膜厚)，尺寸为100μm×1mm。各凹口12的侧面经过处理后基本上与硅衬底11的表面垂直。

接下来如图2C所示，用等离子体CVD法在包括凹部12的整个硅衬底11表面上形成一层氧化硅膜13，并用CMP法抛光该氧化硅膜直至硅衬底11的表面露出来，使得氧化硅膜13填入凹口12内。此外，在硅衬底11露出之前可令CMP法抛光终止(见图2C’)，使得氧化硅膜13保留在硅衬底11的整个表面上，以便在支撑衬底14粘接到硅衬底时用它作为一个保护膜。

下面如图2D所示，把铝制支撑衬底14从填有氧化硅膜13的凹部12一面用胶等粘接到硅衬底11上，并对硅衬底11的底面抛光(见图2E)直至氧化硅膜13露出，使得该硅衬底11变成一个薄膜，如图2F所示。此时因氧化硅膜13的抛光率低于硅衬底11的抛光率而成为一个抛光阻挡层；因而抛光过程将不会超出凹部12的预定深度，从而可以获得具有所希望膜厚的硅衬底11。

接着如图2G所示，将支撑衬底14从硅衬底11脱离，并在氧化硅膜13部分上进行切割(见图2H)，从而由硅衬底11得到形成半导体器件的芯片。

这样得到的半导体芯片是柔软的半导体芯片，其端部由硬膜覆盖着并被一个从一个方向施加的压力所弯曲，故不会断裂，如图1C所示。在半导体芯片被安装在塑料液晶板等上面时，即使板上加了某种外力，由于半导体芯片本身的柔软性，它仍能稳定地工作。

实施例2

此例的半导体器件基本上与实施例1的一样，只是硬膜部分B内通孔的形成及孔内钨制贯通电极的形成不相同。

这种半导体芯片可以按下面要描述的制造方法形成。

首先如图3A所示，在硅衬底11(其中已形成半导体元件(未示))内形成一些凹部12，使其侧面近似垂直于硅衬底11的表面，这与实施例1的方法是一样的。

其次如图3B所示，与实施例1一样用氧化硅膜13填充凹部12。这之后，采用光刻和刻蚀过程在一部分氧化硅膜13内形成通孔。再在通孔内有选择地填以钨以形成贯通电极15。

此后如图3C至3G所示，按实施例1同样的方式把支撑衬底14粘接到硅衬底11上，这样就把硅衬底11转变为薄膜，然后再把支撑衬底14剥下并切割，就得到半导体芯片。

这样得到的半导体芯片是柔性芯片，其端部由硬膜所覆盖；因而可把该芯片安装在塑料液晶板等上面，且即使有外力加在液晶板上它也可以稳定地工作。

本发明提供的半导体器件包括：一个半导体衬底，有一个半导体元件形成在它的一个表面上；和一个硬膜，它覆盖着此半导体衬底一个侧面的一部分或全部，且硬膜的顶面和底面大约与半导体衬底的顶面和底面处在相同的平面内，其中覆盖着硬膜的半导体衬底那个侧面经过处理后与半导体衬底的表面相垂直或者基本垂直；因此可提供具有良好柔软性和/或透光性以及适当强度的高质量半导体器件，以获得高性能。因而，可以把本发明的半导体衬底用于折叠式可穿着计算机，或诸如具有透光性的液晶显示板等显示器中，作为小型化和便携式装置的整体系统解决方案。

此外，可以采用大块衬底来替代SOI衬底；因此，衬底本身的成本不高，且现有设计和处理大块衬底半导体器件的工艺可以利用，从而可以降低从研发到生产的总成本。

还有，按照本发明的半导体器件制造方法，与采用SOI衬底的情况相比，可以按简单的过程制造半导体器件，而且所形成的凹部垂直于半导体衬底(其中凹部内放置了硬膜)；因此，在半导体衬底往后退时(例如在抛光时)硬膜可起阻挡膜或保护膜作用，以避免膜厚的不均匀和形成裂痕而不引起应力集中，所以可以降低制造成本并增加产率。

Claims (7)

1.半导体器件，包括：

半导体衬底，提供半导体元件；

硬膜，覆盖该半导体衬底的侧面的一部分或全部，且其顶面和底面大概处在与半导体衬底顶面和底面相同的平面内，

其中半导体衬底的该覆盖着硬膜的侧面处理为与半导体衬底的表面垂直或基本垂直。

2.如权利要求1的器件，其中硬膜有通孔，孔中形成贯通电极，故该电极的顶面和底面大致与硬膜的顶面和底面处在相同的平面内。

3.如权利要求1的器件，其中半导体衬底是硅衬底。

4.如权利要求1的器件，其中硬膜是氧化硅膜或氮化硅膜。

5.如权利要求2的器件，其中贯通电极由高熔点金属制成。

6.一种半导体器件的制造方法，包括以下各步骤：

(a)在半导体衬底内形成凹部，此半导体衬底有半导体元件，凹部处在半导体衬底的无半导体元件的区域，且凹部垂直于半导体衬底的表面；

(b)在凹部内填充硬膜材料；

(c)把支撑衬底粘接到包含该凹部的半导体衬底的表面上，并使半导体衬底的底面往后退直至硬膜的底面露出来；

(d)通过切割硬膜将半导体衬底分成许多块。

7.如权利要求6的半导体器件制造方法，其中步骤(b)在用硬膜材料填充凹部后在硬膜内形成通孔，并用导电材料填充该通孔而形成贯通电极。

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