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Die Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente mit einer Schutzstruktur. Die Erfindung betrifft außerdem Verfahren zum Herstellen solcher Halbleiterbauelemente.
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Während der Produktion und während des Betriebs von Halbleiterbauelementen können physikalische Effekte wie etwa Wärmeenergie oder mechanische Kraft auftreten. Beispielsweise können solche Effekte aus einem Dicing-Prozess resultieren und können einen negativen Effekt auf innere Strukturen eines zu vereinzelnden Halbleiter-Wafers haben. Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen müssen ständig verbessert werden. Insbesondere kann es wünschenswert sein, eine Beschädigung der Halbleiterbauelemente und ihrer internen Strukturen zu vermeiden.
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Die beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein eingehenderes Verständnis von Aspekten zu vermitteln, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und stellen einen Teil dieser dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Aspekte und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Aspekten. Andere Aspekte und viele der beabsichtigten Vorteile von Aspekten ergeben sich ohne weiteres, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen können entsprechende ähnliche Teile bezeichnen.
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1 zeigt schematisch eine Querschnittsseitenansicht eines Bauelements 100 gemäß der Offenbarung.
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2 zeigt schematisch eine Querschnittsseitenansicht eines weiteren Bauelements 200 gemäß der Offenbarung.
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3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein weiteres Bauelement 300 gemäß der Offenbarung.
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4 zeigt schematisch eine Querschnittsseitenansicht eines weiteren Bauelements 400 gemäß der Offenbarung.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Die Zeichnungen zeigen als Veranschaulichung spezifische Aspekte, wie die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht kann unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren eine Richtungsterminologie wie etwa ”oben”, ”unten”, ”vorne”, ”hinten”, usw. verwendet werden. Da Komponenten von beschriebenen Bauelementen in einer Reihe unterschiedlicher Orientierungen positioniert sein können, kann die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet werden und ist auf keinerlei Weise beschränkend. Andere Aspekte können genutzt und strukturelle oder logische Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und das Konzept der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen die Ausdrücke ”verbunden”, ”gekoppelt”, ”elektrisch verbunden” und/oder ”elektrisch gekoppelt” nicht notwendigerweise bedeuten, dass Elemente direkt miteinander verbunden oder gekoppelt sein müssen. Dazwischenliegende Elemente können zwischen den ”verbundenen”, ”gekoppelten”, ”elektrisch verbundenen” oder ”elektrisch gekoppelten” Elementen vorgesehen sein.
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Weiterhin kann das Wort ”über”, das z. B. bezüglich einer Materialschicht verwendet wird, die ”über” einer Oberfläche eines Objekts ausgebildet ist oder sich dort befindet, hierin so verwendet werden, dass es bedeutet, dass sich die Materialschicht ”direkt auf”, z. B. in direktem Kontakt mit, der implizierten Oberfläche befinden kann (z. B. ausgebildet, abgeschieden, usw.). Das Wort ”über”, das z. B. bezüglich einer Materialschicht verwendet wird, die ”über” einer Oberfläche ausgebildet ist oder sich dort befindet, kann ebenfalls hierin so verwendet werden, dass es bedeutet, dass sich die Materialschicht ”indirekt auf” der implizierten Oberfläche befinden kann (z. B. ausgebildet, abgeschieden, usw.), wobei z. B. eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der implizierten Oberfläche und der Materialschicht angeordnet sind.
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Bauelemente und Verfahren zum Herstellen von Bauelementen werden hierin beschrieben. In Verbindung mit einem beschriebenen Bauelement gemachte Kommentare können auch für ein entsprechendes Verfahren und umgekehrt gelten. Falls beispielsweise eine spezifische Komponente eines Bauelements beschrieben wird, kann ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen des Bauelements eine Handlung des Bereitstellens der Komponente auf geeignete Weise beinhalten, selbst falls eine derartige Handlung nicht explizit beschrieben oder in den Figuren dargestellt ist. Außerdem können die Merkmale der verschiedenen Aspekte und Beispiele, die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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Die hierin beschriebenen Bauelemente können einen Halbleiterchip beinhalten. Der Halbleiterchip kann von beliebigem Typ sein und kann auf der Basis beliebiger Technologien hergestellt werden. Beispielsweise kann der Halbleiterchip integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltungen, passive Elemente, usw. enthalten. Die integrierten Schaltungen können als integrierte Logikschaltungen, integrierte Analogschaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, integrierte Leistungsschaltungen, Speicherschaltungen, integrierte passive Elemente, mikroelektromechanische Systeme, usw. ausgelegt sein. Der Halbleiterchip muss nicht aus einem spezifischen Halbleitermaterial hergestellt sein, beispielsweise Si, SiC, SiGe, GaAs, und kann zudem anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie etwa beispielsweise Isolatoren, Kunststoffe, Metalle, usw. Bei einem Beispiel kann der Halbleiterchip ein elementares Halbleitermaterial enthalten, beispielsweise Si, usw. Bei einem weiteren Beispiel kann der Halbleiterchip ein Verbundhalbleitermaterial enthalten, beispielsweise SiC, SiGe, GaAs, usw. Der Halbleiterchip kann gekapselt oder ungekapselt sein. Das heißt, der Halbleiterchip kann zumindest teilweise von einem Kapselungsmaterial bedeckt oder nicht bedeckt sein. Halbleiterbauelemente mit einem Kapselungsmaterial können als Halbleiter-Packages bezeichnet werden.
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Es können hier die Ausdrücke ”Vorderseite” und ”Rückseite” eines Halbleiterchips oder eines Halbleiter-Wafers verwendet werden. Der Ausdruck ”Vorderseite” kann sich besonders auf eine Hauptfläche des Halbleiterchips beziehen, die Mikroelektronikkomponenten und integrierte Schaltungen enthalten kann. Halbleiterchips können aus Halbleiter-Wafern hergestellt werden, die als Substrat für Mikroelektronikbauelemente dienen können, die in und über dem Halbleiter-Wafer aufgebaut werden sollen. Die integrierten Schaltungen können durch Dotieren, Ionenimplantation, Abscheidung von Materialien, fotolithografisches Strukturieren, usw. hergestellt werden. Die Herstellungsprozesse können üblicherweise auf einer spezifischen Hauptoberfläche des Halbleiter-Wafers durchgeführt werden, die auch als die ”Vorderseite” des Halbleiter-Wafers bezeichnet werden kann. Nach dem Trennen der individuellen Halbleiterchips vom Halbleiter-Wafer wird die ”Vorderseite” des Halbleiter-Wafers folglich die ”Vorderseite” der getrennten Halbleiterchips. Im Gegensatz dazu kann sich der Ausdruck ”Rückseite” eines Halbleiterchips auf eine Hauptoberfläche des Halbleiterchips beziehen, die gegenüber der Vorderseite des Halbleiterchips angeordnet sein kann. Die Rückseite des Halbleiterchips kann frei von Elektronikkomponenten sein, d. h. sie kann aus dem Halbleitermaterial bestehen.
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Der Halbleiterchip kann einen aktiven Bereich enthalten, der besonders an (oder unter) der Vorderseite des Halbleiterchips angeordnet sein kann. Der aktive Bereich kann als ein physikalischer Teil des Halbleiterchips definiert werden, der Mikroelektronikstrukturen oder Halbleiterstrukturen enthält. Der aktive Bereich kann aktive Strukturen enthalten, die im Halbleitermaterial des Halbleiterchips angeordnet sind. Im Allgemeinen kann eine aktive Struktur mindestens eines dotierten Gebiets, einer elektrischen Komponente, einer integrierten Schaltung, usw. enthalten. Insbesondere kann eine aktive Struktur mindestens eine einer Diode, eines Transistors, einer Fuse, eines Transistors, eines Widerstands, eines Kondensators, usw. enthalten.
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Ein Dicing-Prozess kann für das Herstellen der hierin beschriebenen Bauelemente verwendet werden. Der Dicing-Prozess kann insbesondere verwendet werden, um einen Halbleiter-Wafer in individuelle mehrere Halbleiterchips zu unterteilen oder zu trennen. Während des Dicing-Prozesses kann ein Laserstrahl (oder Laserstrahlung) verwendet werden. Bei einem Beispiel kann eine Laser-Stealth-Dicing-Technik angewendet werden. Bei einem weiteren Beispiel kann eine Laserabtragtechnik (oder Laserschneid- oder Laser-Dicing-Technik) angewendet werden.
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Bei der Laser-Stealth-Dicing-Technologie kann ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die durch den Halbleiter-Wafer übertragen werden kann, auf einen Punkt im Halbleiter-Wafer fokussiert werden. Hier kann eine Wellenlänge des Lasers in Abhängigkeit vom Material des Halbleiter-Wafers gewählt werden. Das heißt, eine erste Wellenlänge, die sich für das Bearbeiten eines ersten Halbleitermaterials eignet, kann von einer zweiten Wellenlänge verschieden sein, die sich für das Bearbeiten eines anderen, zweiten Halbleitermaterials eignet. Geeignete Wellenlängen zum Bearbeiten von Si, SiC, GaN können beispielsweise voneinander verschieden sein. Beispielhafte geeignete Wellenlängen zum Bearbeiten eines aus Silizium hergestellten Wafers können Werte von etwa 1064 Nanometer oder etwa 1342 Nanometer aufweisen. Aufgrund eines nichtlinearen Absorptionseffekts werden möglicherweise nur lokalisierte Punkte innerhalb des Halbleiter-Wafers selektiv mit einem Laser bearbeitet, wodurch das Beschädigen der Vorderseite und Rückseite des Halbleiter-Wafers vermieden werden kann. Der Halbleiter-Wafer kann vereinzelt werden, indem die relativen Positionen des Laserstrahls und des Halbleiter-Wafers bewegt werden, um den Halbleiter-Wafer gemäß dem gewünschten Dicing-Muster abzutasten.
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Bei der Laserabtragtechnologie kann Material von der Halbleiter-Waferoberfläche entfernt werden, indem die Oberfläche mit einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge bestrahlt wird, die bewirken kann, dass das Halbleiterchip-Wafermaterial sie absorbiert. Hier können Oberflächenschichten des Halbleiter-Wafers geschmolzen und/oder verdampft werden. Die Tiefe, über welche die Laserenergie absorbiert wird, und somit die durch angewendete Laserimpulse entfernte Materialmenge, können von mindestens einem der Laserwellenlängen, der Impulslängen, optischen Eigenschaften des zu schneidenden Materials, usw. abhängen. Die von dem Ziel pro Laserimpuls abgetragene Gesamtmasse kann als Abtragungsrate bezeichnet werden.
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Der Halbleiter-Wafer kann vereinzelt werden, indem der Halbleiter-Wafer auf einem Band aufgebracht wird, insbesondere einem Dicing-Band, das Dicing-Muster, insbesondere ein, rechteckiges Muster, auf den Halbleiter-Wafer z. B. gemäß einer oder mehreren der oben erwähnten Techniken angewendet wird und das Band z. B. entlang von vier orthogonalen Richtungen in der Ebene des Bands gezogen wird. Durch Ziehen des Bands kann der Halbleiter-Wafer in mehrere Halbleiterchips (oder Dies) unterteilt werden. Die Seitenoberflächen des getrennten Halbleiterchips, die sich von den Rückseiten der Halbleiterchips zu den Vorderseiten der Halbleiterchips erstrecken, können als Dicing-Kanten bezeichnet werden.
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Die hierin beschriebenen Bauelemente können eine Epitaxialschicht enthalten, die im Halbleiterchip angeordnet sein kann. Epitaxie kann sich auf eine Abscheidung einer kristallinen Deckschicht auf einem kristallinen Substrat beziehen, beispielsweise einem Halbleitermaterial eines Halbleiterchips oder eines Halbleiter-Wafers. Ein Zweck der Epitaxie kann darin bestehen, eine Siliziumschicht gleichförmiger Dicke und mit präzise gesteuerten elektrischen Eigenschaften derart aufzuwachsen, dass ein geeignetes Substrat für nachfolgende Bauelementbearbeitung bereitgestellt werden kann. Die Epitaxialschicht kann als Teil des Halbleitermaterials des Halbleiterchips angesehen werden oder nicht.
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Die hierin beschriebenen Bauelemente können eine vergrabene Schicht enthalten, die im Halbleiterchip angeordnet sein kann. Die vergrabene Schicht kann eine elektrisch leitende Schicht sein, die über dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips oder eines Halbleiter-Wafers angeordnet sein kann. Die vergrabene Schicht kann vor dem Einführen einer Epitaxialschicht diffundiert werden. Beispielsweise kann eine vergrabene Schicht verwendet werden, um die Leitfähigkeit eines Bipolarübergangstransistors oder ähnlicher Komponenten zu erhöhen. Die vergrabene Schicht kann als Teil des Halbleitermaterials des Halbleiterchips angesehen werden oder nicht.
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Die hierin beschriebenen Bauelemente können einen Dichtring enthalten, der im Halbleiterchip angeordnet sein kann. Der Dichtring kann konfiguriert sein zum Reduzieren oder Vermeiden eines Eindringens von Rissen in eine innere Schaltungsanordnung des Halbleiterchips. Außerdem kann der Dichtring konfiguriert sein, um das Eindringen von Feuchtigkeit oder eine chemische Beschädigung der inneren Schaltungsanordnung zu verhindern. Bei einem Beispiel kann der Dichtring Schichten aus dielektrischen und Metallmustern enthalten. Der Dichtring kann insbesondere aus mehreren gestapelten Metallschichten bestehen, die durch Metallplugs verbunden sein können. Ein dielektrisches Material wie etwa z. B. ein Oxid kann zwischen den Metallschichten und den Metallplugs angeordnet sein.
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Die hierin beschriebenen Bauelemente können eine Rissstoppschicht enthalten, die im Halbleiterchip angeordnet sein kann. Risse können an den Halbleiterchipkanten oder -ecken auftreten und können sich zu einer Mitte des Halbleiterchips ausbreiten. In dieser Hinsicht kann die Rissstoppschicht konfiguriert sein, eine derartige Rissausbreitung von den Halbleiterchipkanten oder -ecken zur Mitte des Chips zu reduzieren. Beispielsweise kann die Rissstoppschicht ähnlich wie ein Dichtring, wie oben beschrieben, strukturiert und entworfen sein.
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Die hierin beschriebenen Bauelemente können eine Schutzstruktur enthalten, die im Halbleiterchip angeordnet sein kann. Die Schutzstruktur kann konfiguriert sein zum Schützen von inneren Strukturen des Halbleiterchips während einer Herstellung und/oder einem Betrieb des Bauelements einschließlich des Halbleiterchips. Insbesondere kann die Schutzstruktur konfiguriert sein zum Schützen einer aktiven Struktur des Halbleiterchips durch Absorbieren von Wärmeenergie und/oder mechanischer Kraft. Beispielsweise kann elektromagnetische Strahlung während eines Dicing-Prozesses, beispielsweise während eines Stealth-Dicing-Prozesses oder eines Laser-Dicing-Prozesses, in aktive Gebiete des Halbleiterchips streuen. Hier kann die Schutzstruktur konfiguriert sein zum Absorbieren der gestreuten Strahlung und/oder der Wärmeenergie, die sich daraus ergibt. Zudem kann die Schutzstruktur konfiguriert sein zum Absorbieren einer mechanischen Kraft, die sich aus einer Rissausbreitung zur aktiven Struktur ergeben kann.
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Die Schutzstruktur kann einem mit einem Schutzmaterial gefüllten Graben entsprechen oder ihn enthalten. Beispielsweise kann der gefüllte Graben mindestens teilweise in einem Halbleitermaterial des Halbleiterchips angeordnet sein. Außerdem kann der gefüllte Graben mindestens teilweise in einer oder mehreren zusätzlichen Schichten angeordnet sein, beispielsweise in einer Epitaxialschicht und/oder einer vergrabenen Schicht. Der Graben kann z. B. auf der Basis von Grabentechniken (oder Grabentechnologien) hergestellt werden, insbesondere Tiefgrabentechniken. In diesem Zusammenhang kann das Herstellen des Grabens eine Ätzhandlung, insbesondere ein tiefes reaktives Ionenätzen, einen Bosch-Prozess, usw. beinhalten.
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Der Graben kann mit einer beliebigen Art von Material gefüllt werden, das sich dafür eignet, Wärmeenergie und/oder mechanische Kraft zu absorbieren, wie oben erwähnt. Insbesondere kann der Graben mindestens teilweise mit einem Oxidmaterial gefüllt werden. Bei einem Beispiel wird der Graben möglicherweise mit nur einer Art von Oxid gefüllt. Bei einem weiteren Beispiel kann der Graben verschiedene Gebiete oder Schichten aus unterschiedlichen Oxiden enthalten. Beispielsweise kann eine Seitenwand des Grabens mit einem ersten Oxid bedeckt werden, während ein verbleibender Teil des Grabens mit einem zweiten Oxid gefüllt werden kann, das von dem ersten Oxid verschieden sein kann. Im Vergleich zum zweiten Oxid wächst das erste Oxid möglicherweise schneller.
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Die Schutzstruktur kann insbesondere zwischen einer Dicing-Kante des Halbleiterchips und einer aktiven Struktur des Halbleiterchips angeordnet werden. In dieser Hinsicht kann die Schutzstruktur von der aktiven Struktur des Halbleiterchips räumlich getrennt oder davon strukturell unterscheidbar sein. Ähnlich kann die Schutzschicht von der Dicing-Kante des Halbleiterchips beabstandet oder in einer Distanz von ihr angeordnet sein. Das heißt, die Schutzstruktur kann vollständig innerhalb des Halbleiterchips angeordnet sein und bildet somit möglicherweise keinen peripheren Teil des Halbleiterchips.
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Die Schutzstruktur kann in einer Distanz von der Dicing-Kante des Halbleiterchips beabstandet sein, wobei ein Mindestwert der Distanz in einem Bereich von etwa 3 Mikrometer bis etwa 7 Mikrometer liegen kann. Insbesondere kann die Schutzstruktur mindestens etwa 5 Mikrometer von der Dicing-Kante beabstandet sein. Weiterhin kann die Schutzstruktur mit einer Distanz von einer Vorderseite (oder vorderen Oberfläche) des Halbleiterchips beabstandet sein, wobei ein Wert der Distanz in einem Bereich von etwa 0 Mikrometer bis etwa 25 Mikrometer liegen kann. Hier kann die Distanz insbesondere von der spezifischen Art des Halbleiterchips abhängen, der hergestellt werden soll. Ein Mindestwert der Distanz kann einer Distanz zwischen der Vorderseite des Halbleiterchips und der Vorderseite des Halbleitermaterials im Halbleiterchip abhängen, so dass die Schutzstruktur möglicherweise vollständig in das Halbleitermaterial eingebettet wird.
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Die Schutzstruktur kann sich besonders in einer Richtung parallel zu einer Dicing-Kante des Halbleiterchips erstrecken. Eine räumliche Abmessung der Schutzstruktur kann von der für das Herstellen der Schutzstruktur gewählten Technik abhängen. Wenn beispielsweise eine Schutzstruktur ausgebildet wird, indem ein Graben mit einem Oxidmaterial gefüllt wird, wie hierin beschrieben, kann es technisch möglich sein, den Graben bis zu einer gewissen Tiefe des Grabens, aber nicht darüber hinaus, mit dem Oxidmaterial zu füllen. Das heißt, eine größte Abmessung der Schutzstruktur in eine Richtung parallel zur Dicing-Kante kann durch die Technik beschränkt sein, die für das Herstellen der Schutzstruktur gewählt wird. Allgemein kann es wünschenswert sein, eine Abmessung der Schutzstruktur in einer Richtung parallel zur Dicing-Kante zu maximieren, falls dies technisch möglich ist. In einem nichtbeschränkenden Beispiel kann eine Abmessung der Schutzstruktur mindestens etwa 1 Mikrometer, insbesondere etwa 2 Mikrometer, in eine Richtung parallel zu einer Vorderseite des Halbleiterchips betragen. Außerdem kann eine Abmessung der Schutzstruktur mindestens etwa 5 Mikrometer, bevorzugt mindestens etwa 10 Mikrometer, besonders bevorzugt mindestens etwa 15 Mikrometer und ganz besonders bevorzugt mindestens etwa 20 Mikrometer in eine Richtung parallel zu einer Dicing-Kante des Halbleiterchips betragen.
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Die Schutzstruktur ist möglicherweise nicht darauf beschränkt, ausschließlich an einer einzelnen Dicing-Kante des Halbleiterchips angeordnet zu sein. Stattdessen kann die Schutzstruktur an einer beliebigen Anzahl von Dicing-Kanten des Halbleiterchips angeordnet sein, je nach der spezifischen Anordnung der aktiven Strukturen, die durch die Schutzstruktur geschützt werden sollen. Insbesondere kann sich die Schutzstruktur entlang eines Umrisses einer Vorderseite des Halbleiterchips erstrecken, so dass die aktiven Strukturen des Halbleiterchips durch die Schutzstruktur eingeschlossen werden können. Bei einem Beispiel kann die Schutzstruktur die aktiven Strukturen bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zur Vorderseite des Halbleiterchips vollständig einschließen.
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Für den Fall des Halbleiterchips mit einem Dichtring und/oder einer Rissstoppschicht kann die Schutzstruktur unter dem Dichtring und/oder der Rissstoppschicht angeordnet werden. In dieser Hinsicht kann die Schutzstruktur von dem Dichtring und/oder der Rissstoppschicht räumlich getrennt und strukturell davon unterscheidbar sein. Beispielsweise kann die Schutzstruktur in mindestens einem eines Halbleitermaterials, einer Epitaxialschicht und einer vergrabenen Schicht angeordnet sein, der Dichtring und/oder die Rissstoppschicht können über diesen Materialgebieten angeordnet sein. Zudem kann die Schutzstruktur aus einem Oxid hergestellt werden, während der Dichtring und/oder die Rissstoppschicht zumindest teilweise eine oder mehrere Metallstrukturen enthalten können.
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Die 1 bis 3 veranschaulichen schematisch Bauelemente 100 bis 300 als Basiskonzepte der vorliegenden Erfindung. Somit sind die Bauelemente 100 bis 300 auf allgemeine Weise gezeigt und können weitere Komponenten enthalten, die aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt sind. Ein detaillierteres Bauelement ähnlich den Bauelementen 100 bis 300 wird in Verbindung mit 4 beschrieben. Jedes der Bauelemente 100 bis 300 kann zusätzlich eine oder mehrere der in Verbindung mit 4 beschriebenen Komponenten enthalten.
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1 zeigt schematisch eine Querschnittseitenansicht eines Bauelements 100 gemäß der Offenbarung. Das Bauelement 100 enthält einen Halbleiterchip 11 mit einer Dicing-Kante 12. Die Dicing-Kante 12 kann einer Seitenoberfläche des Halbleiterchips 11 entsprechen, die sich von einer Rückseite 13 des Halbleiterchips 11 zu einer Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 erstrecken kann. Das Bauelement 100 enthält weiterhin eine aktive Struktur 15, die insbesondere an oder unter der Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 angeordnet sein kann. Die aktive Struktur 15 ist in einem Halbleitermaterial 16 des Halbleiterchips 11 angeordnet. Bei dem Beispiel von 1 ist eine gestrichelte Linie enthalten, um eine qualitative Grenze zwischen dem Halbleitermaterial 16 und weiteren Materialgebieten des Halbleiterchips 11 anzuzeigen, die zwischen der Vorderseite 14 und dem Halbleitermaterial 16 angeordnet sein können. Beispielsweise kann eine Passivierungsschicht über dem Halbleitermaterial 16 angeordnet sein. In diesem Zusammenhang wird eine detailliertere beispielhafte Struktur eines Halbleiterchips in Verbindung mit 4 beschrieben. Das Bauelement 100 enthält weiterhin eine Schutzstruktur 17, die zwischen der Dicing-Kante 12 und der aktiven Struktur 15 angeordnet ist. Insbesondere kann die Schutzstruktur 17 bei Betrachtung in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Dicing-Kante 12 zwischen der Dicing-Kante 12 und der aktiven Struktur 15 angeordnet sein. Die Schutzstruktur 17 kann besonders konfiguriert sein zum Schützen der aktiven Struktur 15 vor Beschädigung, die sich aus physikalischen Effekten, wie etwa z. B. Wärmeenergie, mechanische Kraft, usw., ergeben kann, die während einer Produktion und während eines Betriebs des Bauelements 100 auftreten können.
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2 zeigt schematisch eine Querschnittsseitenansicht eines weiteren Bauelements 200 gemäß der Offenbarung. Das Bauelement 200 enthält einen Halbleiterchip 11 mit einer Dicing-Kante 12. Das Bauelement 200 enthält weiterhin eine in einem Halbleitermaterial 16A des Halbleiterchips 11 angeordnete aktive Struktur 15. Das Bauelement 200 kann weitere optionale Schichten enthalten, die über dem Halbleitermaterial 16A angeordnet sein können, beispielsweise eine vergrabene Schicht 16B und/oder eine Epitaxialschicht 16C. Die vergrabene Schicht 16B und/oder die Epitaxialschicht 16C können als Teil des Halbleitermaterials 16A des Halbleiterchips 11 angesehen werden oder nicht. Das Bauelement 200 enthält weiterhin einen Graben 18, der mindestens teilweise in mindestens einem des Halbleitermaterials 16A, der vergrabenen Schicht 16B und der Epitaxialschicht 16C angeordnet ist. Der Graben 18 ist zwischen der Dicing-Kante 12 und der aktiven Struktur 15 angeordnet und mit einem Oxid 19 gefüllt. Der gefüllte Graben 18 des Bauelements 200 kann einem ähnlichen Zweck wie die Schutzstruktur 17 des Bauelements 100 dienen.
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3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein weiteres Bauelement 300 gemäß der Offenbarung. Beispielsweise kann das Bauelement 300 ähnlich den Bauelementen 100 und/oder 200 sein bei Betrachtung von ihren Vorderseiten (oder Oberseiten). Das Bauelement 300 enthält einen Halbleiterchip 11 mit einer aktiven Struktur 15. Die aktive Struktur 15 kann insbesondere an oder unter einer Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 angeordnet sein. Das heißt, die aktive Struktur 15 ist möglicherweise nicht notwendigerweise von einer Außenseite des Halbleiterchips 11 sichtbar oder freiliegend. Das Bauelement 300 enthält weiterhin eine Schutzstruktur 17, die mindestens teilweise in einem Halbleitermaterial 16 des Halbleiterchips 11 angeordnet ist. Die Schutzstruktur 17 erstreckt sich entlang eines Umrisses 20 der Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11. In dem Beispiel von 3 ist die Schutzstruktur 17 so angezeigt, dass sie sich entlang des Umrisses 20 des Halbleiterchips 11 erstreckt. In dieser Hinsicht ist anzumerken, dass die Schutzstruktur 17 von einer Außenseite des Halbleiterchips 11 aus möglicherweise nicht sichtbar oder freiliegend ist. Stattdessen kann die Schutzstruktur 17 insbesondere im Halbleiterchip 11 angeordnet und somit von der Oberfläche der Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 beabstandet sein. Die Schutzstruktur 17 ist so angeordnet, dass die aktive Struktur 15 von der Schutzstruktur 17 eingeschlossen wird.
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4 zeigt schematisch eine Querschnittsseitenansicht eines weiteren Bauelements 400 gemäß der Offenbarung. Das Bauelement 400 kann als eine detailliertere Version der Bauelemente 100 bis 300 der 1 bis 3 angesehen werden. In Verbindung mit dem Beispiel von 4 gemachte Kommentare können somit auch für die Beispiele der 1 bis 3 gelten.
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Das Bauelement 400 kann einen Halbleiterchip 11 mit einer Rückseite 13, einer Vorderseite 14 und einer sich von der Rückseite 13 zur Vorderseite 14 erstreckenden Seitenoberfläche 12 enthalten. Die Seitenoberfläche 12 kann insbesondere einer Dicing-Kante des Halbleiterchips 11 entsprechen. Die Dicing-Kante 12 kann von einem Dicing-Prozess resultieren, der zum Trennen des Halbleiterchips 11 von einem Halbleiter-Wafer verwendet worden sein kann. Die Dicing-Kante 12 kann beispielsweise von einem Stealth-Dicing-Prozess, einem Laser-Dicing-Prozess und/oder einem Laserabtragprozess resultieren. Im Beispiel von 4 ist eine Seitenoberfläche (oder Dicing-Kante) des Halbleiterchips 11 gegenüberliegend der Dicing-Kante 12 zu veranschaulichenden Zwecken nicht explizit gezeigt.
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Der Halbleiterchip 11 kann ein beliebiges Halbleitermaterial 16A enthalten, beispielsweise ein elementares Halbleitermaterial wie etwa zum Beispiel Silizium oder ein Verbundhalbleitermaterial wie etwa zum Beispiel GaAs. Eine (hochdotierte) vergrabene Schicht 16B kann über dem Halbleitermaterial 16A angeordnet sein. Die vergrabene Schicht 16B kann als Teil des Halbleitermaterials 16A angesehen werden oder nicht. Außerdem kann eine Epitaxialschicht 16C über dem Halbleitermaterial 16A und der vergrabenen Schicht 16B (falls sie vorliegt) angeordnet sein. Die Epitaxialschicht 16C kann als Teil des Halbleitermaterials 16A angesehen werden oder nicht.
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Der Halbleiterchip 11 kann eine Schutzstruktur 18 enthalten, die mindestens teilweise in dem Halbleitermaterial 16A, der vergrabenen Schicht 16B und/oder der Epitaxialschicht 16C angeordnet sein kann. Im Beispiel von 4 kann sich die Schutzstruktur 18 ganz durch die vergrabene Schicht 16B und die Epitaxialschicht 16C erstrecken. Außerdem kann sich die Schutzstruktur 18 mindestens teilweise in das Halbleitermaterial 16A erstrecken, erreicht aber möglicherweise die Rückseite 13 des Halbleiterchips 11 nicht vollständig.
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Im Allgemeinen kann die Schutzstruktur 18 eine beliebige Gestalt und Abmessung besitzen. Insbesondere kann die Schutzstruktur 18 eine Form besitzen, die sich aus dem Anwenden einer Tiefgrabentechnik zum Herstellen der Schutzstruktur 18 ergeben kann. Eine Abmessung ”a” der Schutzstruktur 18 kann mindestens etwa 1 Mikrometer, besonders mindestens etwa 2 Mikrometer, in einer Richtung parallel zur Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 betragen. Eine weitere Abmessung ”b” der Schutzstruktur 18 kann mindestens etwa 5 Mikrometer, insbesondere mindestens etwa 10 Mikrometer, insbesondere mindestens etwa 15 Mikrometer und ganz besonders mindestens etwa 20 Mikrometer in einer Richtung parallel zur Dicing-Kante 12 des Halbleiterchips 11 betragen.
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Die Schutzstruktur 18 kann mit einer Distanz ”c” von der Dicing-Kante 12 beabstandet sein, wobei ein Mindestwert der Distanz ”c” in einem Bereich von etwa 3 Mikrometer bis etwa 7 Mikrometer liegen kann. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Distanz ”c” einen Wert von mindestens etwa 5 Mikrometer besitzen. Außerdem kann die Schutzstruktur 18 mit einer Distanz ”d” von der Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 beabstandet sein, wobei ein Wert der Distanz ”d” in einem Bereich von etwa 0 Mikrometer bis etwa 25 Mikrometer liegen kann. Bei einem nicht beschränkenden Beispiel kann die Distanz ”d” einen Wert von mindestens etwa 15 Mikrometer besitzen.
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Im Beispiel von 4 kann die Schutzstruktur 18 einem Graben entsprechen, der hergestellt worden sein kann, nachdem die vergrabene Schicht 16B und die Epitaxialschicht 16C abgeschieden worden sein können und bevor weitere Komponenten über der Epitaxialschicht 16C hergestellt werden können. Beispielsweise kann die Schutzstruktur 18 auf der Basis einer Tiefgrabentechnik hergestellt werden, die auch zum Produzieren anderer Strukturen des Halbleiterchips 11 verwendet werden kann, beispielsweise elektrischer Komponenten oder integrierter Schaltungen des aktiven Gebiets 15. In dieser Hinsicht kann es somit möglich sein, die Schutzstruktur 18 und diese anderen Strukturen gleichzeitig herzustellen. Somit ist möglicherweise keine zusätzliche Technik zum Herstellen der Schutzstruktur 18 erforderlich, weil die erforderlichen Herstellungsschritte ohnehin zum Produzieren der anderen Strukturen durchgeführt werden können.
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Zuerst kann ein leerer Graben 18 ausgebildet werden. Dann kann der erhaltene Hohlraum mit einem Material gefüllt werden, dass sich zum Absorbieren von Wärmeenergie und/oder einer mechanischen Kraft eignet. Beispielsweise kann der Hohlraum mit einem oder mehreren Oxiden gefüllt werden. Bei dem Beispiel von 4 können die Seitenwände des Grabens 18 mit einem ersten Oxid 19A gefüllt werden, dass insbesondere einem schnell aufwachsenden Oxid entsprechen kann. Außerdem kann mindestens ein Teil des verbleibenden Hohlraums mit einem zweiten Oxid 19B gefüllt werden, das vom ersten Oxid 19A verschieden sein kann. Im dargestellten Beispiel kann der verbleibende Teil des Hohlraums vollständig mit dem zweiten Oxid 19B aufgefüllt werden, so dass die obere Oberfläche der Schutzstruktur 18 mit der oberen Oberfläche der Epitaxialschicht 16C im Wesentlichen bündig ist. Der Boden des Grabens 18 kann mit dem ersten Oxid 19A, dem zweiten Oxid 19B oder beiden bedeckt sein.
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Das Bauelement 400 kann eine oder mehrere aktive Strukturen 15 enthalten, die im Halbleitermaterial 16A angeordnet sein können. Die aktiven Strukturen 15 können sich auch in weitere Gebiete des Halbleiterchips 11 erstrecken, beispielsweise in die vergrabene Schicht 16B. Die aktiven Strukturen 15 können ein dotiertes Gebiet, eine elektrische Komponente und/oder eine integrierte Schaltung enthalten. Im Beispiel von 4 sind die aktiven Strukturen 15 zu Veranschaulichungszwecken so gezeigt, dass sie nahe der Rückseite 13 des Halbleiterchips 11 angeordnet sind. Es ist jedoch anzumerken, dass die aktiven Strukturen 15 insbesondere an (oder nahe bei) der Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 hergestellt werden können. Das heißt, wenn die tatsächlichen quantitativen Abmessungen des Halbleiterchips 11 betrachtet werden, können die aktiven Strukturen 15 näher an der Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 als an der Rückseite 13 des Halbleiterchips 11 angeordnet sein. Wie aus dem Beispiel von 4 ersichtlich ist, kann die Schutzstruktur 18 insbesondere zwischen der Dicing-Kante 12 und den aktiven Strukturen 15 angeordnet sein.
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Aufgrund der gewählten Anordnung der Schutzstruktur 18 können die aktiven Strukturen 15 durch die Schutzstruktur 18 vor negativen physikalischen Effekten, beispielsweise Wärmeenergie und/oder mechanischer Kraft, geschützt werden.
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Das Bauelement 400 kann ferner eine oder mehrere Oxidschichten 21 enthalten, die über der Epitaxialschicht 16C angeordnet sein können. Ein Dichtring 22 kann in den Oxidschichten 21 angeordnet sein. Der Dichtring 22 kann mehrere Metallschichten (oder Metallmuster) 23 enthalten, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein können. Die Metallschichten 23 können durch Metallplugs (oder Metall-Vias) 24 verbunden sein. Die Metallkomponenten 23, 24 des Dichtrings 22 können so in das Material der Oxidschichten 21 eingebettet sein, dass das Oxid zwischen den Metallplugs 24 und möglichen Spalten der Metallschichten 23 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann sich der Dichtring 22 entlang eines Umrisses der Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 erstrecken (siehe 3). Eine Abmessung ”e” des Dichtrings 22 in einer Richtung parallel zur Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 kann in einem Bereich von etwa 8 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer liegen. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Abmessung ”e” des Dichtrings 22 einen Wert von etwa 9 Mikrometer besitzen.
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Eine Rissstoppschicht 25 kann in den Oxidschichten 21 angeordnet sein. Die Rissstoppschicht 25 kann ähnlich dem Dichtring 22 strukturiert sein. Das heißt, die Rissstoppschicht 25 kann mehrere Metallschichten (oder Metallmuster) 26 enthalten, die durch Metallplugs (oder Metall-Vias) 27 verbunden sein können. Die Metallkomponenten 26, 27 der Rissstoppschicht 25 können in das Material der Oxidschichten 21 eingebettet sein. Ähnlich dem Dichtring 22 kann sich die Rissstoppschicht 25 entlang eines Umrisses der Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 erstrecken.
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Eine Abmessung ”f” der Metallkomponenten 26, 27 der Rissstoppschicht 25 kann in einem Bereich von etwa 3 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer liegen. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Abmessung ”f” einen Wert von etwa 4 Mikrometer besitzen. Die Rissstoppschicht 25 kann auch so definiert sein, dass sie ein zusätzliches Gebiet aus Oxidmaterial (siehe Oxidgebiet der Abmessung ”k”) bei den Metallkomponenten 26, 27 enthält. Die Abmessung ”k” des zusätzlichen Oxidgebiets kann in einem Bereich von etwa 3 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer liegen. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Abmessung ”k” einen Wert von etwa 4 Mikrometer besitzen. Somit kann eine Gesamtbreite der Rissstoppschicht 25 einer Summe der Abmessungen ”f” und ”k” entsprechen und somit in einem Bereich von etwa 6 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer liegen. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Gesamtabmessung einen Wert von etwa 9 Mikrometer besitzen.
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Das Bauelement 400 kann eine weitere Schicht 28 enthalten, die über den Oxidschichten 21 angeordnet sein kann. Die Schicht 28 kann z. B. als eine erste Schutzschicht (oder Passivierungsschicht) 28 dienen. Bei einem Beispiel kann die erste Schutzschicht 28 aus einem Nitridmaterial hergestellt werden. Eine Distanz ”g” von einer oberen Oberfläche des Dichtrings 22 zu einer unteren Oberfläche der ersten Schutzschicht 28 kann in einem Bereich von etwa 900 Nanometer bis etwa 1100 Nanometer liegen. Bei einem spezifischen Beispiel kann der Wert der Distanz ”g” etwa 1000 Nanometer betragen. Die erste Schutzschicht 28 kann eine Dicke ”h” besitzen, die in einem Bereich von etwa 350 Nanometer bis etwa 500 Nanometer liegen kann. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Dicke ”h” einen Wert von etwa 420 Nanometer besitzen.
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Das Bauelement 400 kann eine weitere Schicht 29 enthalten, die über der ersten Schutzschicht 28 angeordnet sein kann. Die Schicht 29 kann z. B. als eine zweite Schutzschicht (oder Passivierungsschicht) 29 dienen. Bei einem Beispiel kann die zweite Schutzschicht 29 aus einem Imidmaterial hergestellt werden und kann insbesondere ein peripheres Gebiet des Halbleiterchips 11 bilden.
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Bei dem Beispiel von 4 kann die Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 einen Teil der oberen Oberfläche der ersten Schutzschicht 28, einen Teil der oberen Oberfläche der zweiten Schutzschicht 29 und einen Teil der oberen Oberfläche der Oxidschichten 21 enthalten. Die Gestalt (oder der Kerf) der Vorderseite 14 kann insbesondere von der Dicing-Technik abhängen, die für das Trennen des Halbleiterchips 11 von einem Halbleiter-Wafer verwendet worden sein kann. Bei dem Beispiel von 4 ist die Gestalt der Vorderseite 14 so dargestellt, dass sie die Form mehrerer Stufen besitzt. Weitere mögliche Gestalten der Vorderseite 14 können jedoch möglich sein und sich von 4 unterscheiden. Beispielsweise können die Stufen in 4 durch die Form einer durchgehenden Rampe ohne irgendwelche Stufen ersetzt werden.
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Eine Distanz ”i” von einer Seitenoberfläche der ersten Stufe (siehe linker Teil von 4) zu einer Seitenoberfläche der angrenzenden zweiten Stufe (siehe mittlerer Teil von 4) kann in einem Bereich von etwa 5 Mikrometer bis etwa 7 Mikrometer liegen. In einem spezifischen Beispiel kann die Distanz ”i” einen Wert von etwa 6 Mikrometer besitzen. Eine Distanz ”j” von einer Seitenoberfläche der zweiten Stufe (siehe mittlerer Teil von 4) zur Dicing-Kante 12 des Halbleiterchips 11 kann in einem Bereich von etwa 14 Mikrometer bis etwa 18 Mikrometer liegen. Bei einem spezifischen Beispiel kann die Distanz ”j” einen Wert von etwa 16 Mikrometer besitzen.
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Es wird angemerkt, dass die Komponenten und ihre relative räumliche Anordnung, wie in 4 dargestellt, beispielhaft sind und in keinerlei Weise beschränkend. Die Grundkonzepte der vorliegenden Erfindung können auch dann immer noch erfüllt werden, wenn die räumliche Anordnung einer oder mehrerer der dargestellten Komponenten verändert werden kann. Beispielsweise kann die Schutzstruktur 18 unter dem Dichtring 22 angeordnet sein, wie in 4 gezeigt. Bei weiteren Beispielen jedoch kann die Schutzstruktur 18 auch in einer seitlichen Richtung parallel zur Vorderseite 14 des Halbleiterchips 11 verschoben sein. Allgemein kann die Schutzstruktur 18 seitlich an beliebiger Stelle zwischen den aktiven Strukturen 15 und der Dicing-Kante 12 verschoben werden, wodurch die aktiven Strukturen 15 vor möglichen physikalischen Effekten wie etwa z. B. Wärmeenergie oder mechanischer Kraft geschützt werden. Bei einem Beispiel kann die Schutzstruktur 18 unter der Rissstoppschicht 25 angeordnet sein. Bei einem weiteren Beispiel kann die Schutzstruktur 18 an beliebiger Stelle unter dem Oxidgebiet mit der Abmessung ”k” angeordnet sein. Bei noch einem weiteren Beispiel kann die Schutzstruktur 18 an beliebiger Stelle unter dem Oxidgebiet der Breite ”j” angeordnet sein.
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Wenngleich in bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt der Erfindung bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann dieses Merkmal oder dieser Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie dies gewünscht sein kann und für eine beliebige gegebene oder bestimmte Anwendung vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, dass die Ausdrücke ”enthalten”, ”haben”, ”mit” oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise einschließend sein, die dem Ausdruck ”umfasst” ähnlich ist. Außerdem ist der Ausdruck ”beispielhaft” lediglich als ein Beispiel anstatt das Beste oder Optimale zu verstehen. Es versteht sich auch, dass hierin dargestellte Merkmale und/oder Elemente relativ zueinander zu Zwecken der Vereinfachung und zum Erleichtern des Verständnisses mit bestimmten Abmessungen dargestellt worden sind und dass tatsächliche Abmessungen von den hierin dargestellten abweichen können.
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Wenngleich hierin spezifische Aspekte dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Fachmann, dass eine Vielzahl an alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Aspekte substituiert werden können, ohne vom Konzept der Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Adaptionen oder Varianten der hierin erörterten spezifischen Aspekte abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt sein.
