DE102021205516A1 - METHOD FOR MANUFACTURING VERTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE AND VERTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines vertikalen Halbleiterbauelements (100) bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Ausbilden eines Galliumnitrid-Schichtensystems (15, 16, 17) auf oder über einer ersten Seite eines Substrats (61); Ausbilden einer Vorderseitenkontaktstruktur (21, 41) auf oder über dem Galliumnitrid-Schichtensystem (15, 16, 17), wobei die Vorderseitenkontaktstruktur (21, 41) mindestens eine erste Elektrodenstruktur (41) und eine zweite Elektrodenstruktur (21) aufweist, die elektrisch voneinander isoliert sind; Ausbilden einer Rückseitenkontaktstruktur (52) auf oder über einer zweiten Seite des Substrates (61), die der ersten Seite gegenüberliegt, und/oder auf oder über dem Galliumnitrid-Schichtensystem (15, 16, 17) bei der zweiten Seite, wobei die Rückseitenkontaktstruktur (52) von der ersten Elektrodenstruktur (42) und der zweiten Elektrodenstruktur (21) elektrisch isoliert ist; Aufbringen eines Carrierträgers (101) auf oder über der Rückseitenkontaktstruktur (52) mittels eines Fügematerials (112), wobei der Carrierträger (101) eine Stufenstruktur (111) aufweist, die derart eingerichtet ist, dass der Carrierträger (101) frei ist oder im Wesentlichen frei ist von der Stufenstruktur (111) im Bereich einer Soll-Trennstelle (72, 402) des Galliumnitrid-Schichtensystems (15, 16, 17) und/oder des Substrates (61); Bearbeiten des Galliumnitrid-Schichtensystems (15, 16, 17) und/oder des Substrates (61); und Entfernen eines Teils des Carrierträgers (101) derart, dass der Bereich der Soll-Trennstelle (72, 402) frei ist oder im Wesentlichen frei ist von dem Carrierträger (101).A method for manufacturing a vertical semiconductor component (100) is provided, the method comprising: forming a gallium nitride layer system (15, 16, 17) on or over a first side of a substrate (61); Forming a front-side contact structure (21, 41) on or above the gallium nitride layer system (15, 16, 17), the front-side contact structure (21, 41) having at least a first electrode structure (41) and a second electrode structure (21) which are electrically separated from each other are isolated; Forming a backside contact structure (52) on or over a second side of the substrate (61), which is opposite the first side, and/or on or over the gallium nitride layer system (15, 16, 17) at the second side, the backside contact structure ( 52) is electrically isolated from the first electrode structure (42) and the second electrode structure (21); Applying a carrier support (101) on or over the rear-side contact structure (52) by means of a joining material (112), the carrier support (101) having a step structure (111) which is set up in such a way that the carrier support (101) is free or essentially is free of the step structure (111) in the area of a desired separation point (72, 402) of the gallium nitride layer system (15, 16, 17) and/or the substrate (61); Processing the gallium nitride layer system (15, 16, 17) and/or the substrate (61); and removing part of the carrier support (101) such that the area of the intended separation point (72, 402) is free or substantially free of the carrier support (101).
Description
Stand der TechnikState of the art
Transistoren auf Basis von Galliumnitrid (GaN) bieten die Möglichkeit, Bauelemente mit niedrigeren On-Widerständen bei gleichzeitig höheren Durchbruchsspannungen zu realisieren als vergleichbare Bauelemente auf Basis von Silizium oder Siliziumcarbid.Transistors based on gallium nitride (GaN) offer the possibility of realizing components with lower on-resistances and at the same time higher breakdown voltages than comparable components based on silicon or silicon carbide.
Bekannt sind GaN-Transistoren vor allem durch sogenannte high-electron mobility Transistoren (HEMTs), bei denen der Stromfluss lateral an der Substratoberseite durch ein zweidimensionales Elektronengas stattfindet, welches den Transistorkanal bildet. Solche lateralen Bauelemente können durch eine Heteroepitaxie der funktionalen GaN-Schichten auf Siliziumwafern hergestellt werden. Für hohe Durchbruchspannung bei kleinem On-Widerstand pro Einheitsfläche sind jedoch vertikale Bauelemente, bei denen der Strom von der Substratvorderseite zur Substratrückseite fließt, vorteilhafter, sowohl was die Baugröße als auch die elektrische Feldverteilung im Inneren des Bauelements angeht. Ein derartiges Bauelement ist direkt nicht mittels heteroepitaktischen GaN-Schichten auf Silizium (Si) darstellbar, da zur Anpassung des Gitterfehlpasses zwischen GaN und Si sowie zur Reduktion der Substratwölbung isolierende Zwischenschichten (ein sogenannter Buffer) benötigt werden.GaN transistors are primarily known for what are known as high-electron mobility transistors (HEMTs), in which the current flow takes place laterally on the top side of the substrate through a two-dimensional electron gas that forms the transistor channel. Such lateral components can be produced by heteroepitaxy of the functional GaN layers on silicon wafers. However, for high breakdown voltage with small on-resistance per unit area, vertical devices, in which the current flows from the front of the substrate to the back of the substrate, are more advantageous in terms of both the size and the electric field distribution inside the device. Such a component cannot be produced directly using heteroepitaxial GaN layers on silicon (Si), since insulating intermediate layers (a so-called buffer) are required to adapt the lattice mismatch between GaN and Si and to reduce the substrate curvature.
Der Buffer selbst ist mechanisch derart verspannt, dass er bei Raumtemperatur die Verspannung der GaN-Schichten gerade kompensiert. Da der Buffer ein Isolator ist, wird durch den Buffer jedoch der Stromfluss von der Substratvorderseite zur Substratrückseite verhindert.The buffer itself is mechanically strained in such a way that it just compensates for the strain of the GaN layers at room temperature. However, since the buffer is an insulator, the current flow from the front of the substrate to the back of the substrate is prevented by the buffer.
Es sind auch native GaN-Substrate bekannt, auf denen die benötigten zusätzlichen epitaktischen GaN-Schichten des Bauelements gewachsen werden können, ohne einen isolierenden Buffer zu benötigen. Derartige GaN-Substrate sind jedoch klein (typischerweise 50 mm Durchmesser) und teuer.Native GaN substrates are also known on which the required additional epitaxial GaN layers of the device can be grown without the need for an insulating buffer. However, such GaN substrates are small (typically 50 mm in diameter) and expensive.
Um den Transistorpreis pro Flächenelement zu reduzieren, kann es vorteilhaft sein, die verfügbaren heteroepitaktischen GaN-Schichten auf großen Siliziumsubstraten zu nutzen. Dazu sind vertikale Bauelemente (Trench-MOSFET, pn-Diode) bekannt, bei denen das Siliziumsubstrat sowie der isolierende Buffer unter dem Bauelement selektiv entfernt werden, wodurch ein Rückseiten-Graben (Rückseiten-Trench) ausgebildet wird, um so direkt die Rückseite der Driftzone des Bauelements an kontaktieren zu können.
Wie in
Source-Kontaktschicht 17 sowie Body-Schicht 16 werden von einem Graben (Trench) durchdrungen, dessen Seitenwände und Boden durch ein Gate-Dielektrikum 22 von der Gate-Elektrode 21 getrennt sind. Source-Kontaktschicht 17 und Body-Schicht 16 werden durch eine Source-Elektrode 41 kontaktiert, welche durch eine Isolationsschicht 31 von der Gate-Elektrode 21 getrennt sind. Rückseitig sind das Siliziumsubstrat 61 und der Buffer 13 durch einen Rückseiten-Trench 51 entfernt, welcher in der hochdotierten Kontakthalbleiterschicht mit n-Leitfähigkeit 14 endet. Diese ist durch eine rückseitige Drain-Elektrode 52 ankontaktiert. Im Betrieb wird ein leitfähiger Kanal in der Body-Schicht 16 durch Anlegen einer Gate-Spannung an die Gate-Elektrode 21 gebildet, durch welchen ein Stromfluss von der Source-Elektrode 41 zu der Drain-Elektrode 52 ermöglicht wird.
In
Bei vertikalen Leistungstransistoren auf Basis von GaN-on-Si wird die aktive, wenige µm dünne, GaN-Schicht auf einem Si-Substrat epitaktisch gewachsen. Das Si-Substrat ist elektrisch isolierend und wird zumindest partiell entfernt, um einen vertikalen Stromfluss in dem fertigen Chip zu ermöglichen, sodass eine Rückseitenkaverne 51 gebildet ist. Ein Vereinzeln von Si-Wafer mit sehr dünnen Membranen (wenige µm Dicke) oder von sehr dünnen Wafern (wenige µm Dicke) ist mit den bekannten Vereinzelungsverfahren technisch anspruchsvoll, da es schnell zum Membran- oder Waferbruch kommen kann.In vertical power transistors based on GaN-on-Si, the active GaN layer, a few µm thick, is epitaxially grown on a Si substrate. The Si substrate is electrically insulating and is at least partially removed in order to allow a vertical flow of current in the finished chip, so that a
Die Markierung des Sägegrabens 72 dient als Marker für den anschließenden Säge- bzw. Vereinzelungsprozess. Dazu wird der Wafer auf eine sogenannte Sägefolie 71 (engl. dice tape oder bluetape) aufgebracht, welche in einem Rahmen aufgespannt ist. Anschließend wird mittels eines diamantbeschichteten Sägeblattes der Wafer entlang der Sägegräben 72 vereinzelt, sodass eine breitere Sägestraße 73 entsteht und im Anschluss vereinzelte Chips auf der Sägefolie 71 zurückbleiben, die dann abgepickt werden können. Bei einem solchen Sägeprozess kann die gleiche Sägestraße auch mehrfach bis zu unterschiedlichen Tiefen gesägt werden oder auch für verschiedene Tiefen verschiedene Sägeblätter verwendet werden. Alternativ kann das Vereinzeln der Chips auch über einen Laser erfolgen, indem die Trennung tatsächlich mittels des Lasers erfolgt oder durch einen sogenannten Stealth-Dice-Prozess, bei dem mittels des Lasers eine Art Soll-Bruchstelle erzeugt wird, an der bei einer anschließenden lateralen Expansion der Sägefolie die Chips entzweibrechen.The marking of the
Bei Leistungshalbleitern ist auf der Chip-Unterseite (auch als Rückseite bezeichnet) in der Regel der Drain-Anschluss 52 angeordnet. Der Drain-Anschluss ist üblicherweise flächig mit einem elektrisch leitfähigen Material verbunden. Der Verbindungsvorgang erfolgt dabei auf Chip-Ebene, das heißt nachdem der Wafer in Chips vereinzelt wurde. Der Verbindungsvorgang wird zum Beispiel mittels Sintern oder Löten durchgeführt.In the case of power semiconductors, the
Bei Substraten 61 aus einem sehr harten Material, beispielsweise Siliziumkarbid (SiC), kann für die Säge während des Vereinzelns der Chips nur ein geringer Vorschub gewählt werden. Bei einer zu hohen Vorschubgeschwindigkeit der Säge beim Vereinzeln kann es zu Ausbrüchen (engl. Chipping) beim Substrat 61 kommen. Ein geringer Vorschub der Säge bedingt jedoch hohe Prozesskosten. Laser dicing ist ein sehr kostenintensiver Prozess und kann eine Schädigung des Materials in der Umgebung des Laserspots durch Erhitzung bewirken. Beide Vereinzelungsverfahren sind mechanisch sehr belastend für das Substrat 61 und es kann während des Vereinzelungsprozesses zum mechanischen Bruch des Substrats 61 kommen.In the case of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines vertikalen Halbleiterbauelements mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, das Substrat und die Bufferschichten von einem GaN-on-Si Wafer zu entfernen, indem anschaulich eine zusätzlich aufgebrachte, abgestufte Metallfolie, beispielsweise aus Kupfer, Molybdän oder Wolfram oder entsprechende Schichtkombinationen, auf dem vertikalen Halbleiterbauelement vor dem Vereinzelungsprozess bereitgestellt wird. Die abgestufte Metallfolie wird auf die Rückseite des Wafers, der eine Vielzahl vertikaler Halbleiterbauelemente aufweist, beispielsweise mittels Silbertechnologie oder Diffusionslöten, gefügt, bevor eine Vereinzelung der Vielzahl vertikaler Halbleiterbauelemente erfolgt. Somit kann der Wafer für den Vereinzelungsprozess leichter gehändelt werden. Vor dem Vereinzelungsprozess, beispielsweise einem Wafersägeprozess, wird die obere Lage der abgestuften Metallfolie entfernt. Dadurch werden Soll-Trennstellen, beispielsweise Sägelinien, zwischen benachbarten vertikalen Halbleiterbauelementen auf dem Wafer freigelegt.The inventive method for producing a vertical semiconductor device with the features of claim 1 has the advantage of removing the substrate and the buffer layers from a GaN-on-Si wafer by clearly an additionally applied, graded metal foil, such as copper, molybdenum or Tungsten or corresponding layer combinations, is provided on the vertical semiconductor component before the singulation process. The graded metal foil is joined to the rear side of the wafer, which has a multiplicity of vertical semiconductor components, for example by means of silver technology or diffusion soldering, before the multiplicity of vertical semiconductor components is separated. Thus, the wafer can be handled more easily for the singulation process. Before the singulation process, for example a wafer sawing process, the upper layer of the stepped metal foil is removed. As a result, intended separation points, for example saw lines, are exposed between adjacent vertical semiconductor components on the wafer.
Anschaulich wird eine abgestufte Metallfolie (auch bezeichnet als Carrierträger mit Stufenstruktur) im Wafer-Format bereitgestellt. Die abgestufte Metallfolie ist beispielsweise aus Kupfer, Molybdän, Wolfram oder einer entsprechenden Schichtkombination ausgebildet. Die abgestufte Metallfolie kann nach Ende der Halbleiterprozessierung, beispielsweise nach einer partiellen Entfernung des Substrats von der Rückseite des Wafers, mittels Silbertechnologie oder Diffusionslöten auf den Wafer aufgebracht werden.A stepped metal foil (also referred to as a carrier support with a stepped structure) is clearly provided in wafer format. The graded metal foil is formed, for example, from copper, molybdenum, tungsten or a corresponding combination of layers. After the end of the semiconductor processing, for example after a partial removal of the substrate from the rear side of the wafer, the stepped metal foil can be applied to the wafer by means of silver technology or diffusion soldering.
Der Raum zwischen Chips, beispielsweise eine Soll-Trennstelle zwischen benachbarten Chips, beispielsweise der Bereich der späteren Sägestraße, kann frei sein von Metallfolie oder nur partiell mit der Metallfolie verbunden sein. Dadurch kann jeder Chip einzeln stabilisiert werden. Dies ermöglicht, dass Ausbrüche (engl. chipping) oder Waferbruch (engl. crack) des Substrats verringert oder verhindert werden. Das Vereinzeln der Chips kann durch Sägen, Brechen oder Laser Dicing der Soll-Trennstelle erfolgen. Dadurch können Herstellungskosten reduziert werden.The space between chips, for example a desired separation point between adjacent chips, for example the area of the subsequent sawing line, can be free of metal foil or only partially connected to the metal foil. This allows each chip to be stabilized individually. This enables chipping or wafer cracking of the substrate to be reduced or prevented. The chips can be separated by sawing, breaking or laser dicing of the intended separation point. Manufacturing costs can be reduced as a result.
In den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung sind Weiterbildungen der Aspekte sowie vorteilhafte Ausgestaltungen des vertikalen Halbleiterbauelements beschrieben.Developments of the aspects and advantageous configurations of the vertical semiconductor component are described in the dependent claims and the description.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Membran-Transistors der bezogenen Technik; -
2A und2B schematische Darstellungen eines vertikalen Feldeffekttransistors der bezogenen Technik; und -
3 bis4B schematische Darstellungen eines vertikalen Halbleiterbauelements gemäß verschiedenen Aspekten.
-
1 a schematic representation of a membrane transistor of the related art; -
2A and2 B schematic representations of a related art vertical field effect transistor; and -
3 until4B schematic representations of a vertical semiconductor device according to various aspects.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims. In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference symbols, insofar as this is appropriate.
In nachfolgender Beschreibung werden verschiedene Aspekte und Ausführungsformen eines vertikalen Halbleiterbauelements am Beispiel eines Trench-MOSFET beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass das Verwenden der abgestuften Metallfolie zum Bearbeiten der Rückseite eines Halbleiterbauelementes nicht auf einen Trench-MOSFET beschränkt ist, sodass sich durch diese Technologie prinzipiell beliebige vertikale Halbleiterbauelemente herstellen lassen, wie z.B. Schottky-Dioden, pn-Dioden, Vertical-Diffusion MOSFETS (VDMOS), Current-Aperture Vertical Electron Transistoren (CAVETs), vGroove Vertical High Electron Mobility Transistoren (vHEMTs) oder Finnen Feldeffekttransistoren (FinFETs).In the following description, various aspects and embodiments of a vertical semiconductor component are described using a trench MOSFET as an example. However, it goes without saying that the use of the stepped metal foil for processing the rear side of a semiconductor component is not limited to a trench MOSFET, so that in principle any vertical semiconductor components can be produced using this technology, such as Schottky diodes, pn diodes, vertical Diffusion MOSFETS (VDMOS), Current-Aperture Vertical Electron Transistors (CAVETs), vGroove Vertical High Electron Mobility Transistors (vHEMTs) or Fin Field Effect Transistors (FinFETs).
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
Der Carrierträger 101 kann eine Stufenstruktur 111 auf einer Folie 110 aufweisen, beispielsweise eine Metallfolie, die mittels eines Fügematerials 112 mit der Rückseite des vertikalen Halbleiterbauelement-Wafers gekoppelt wird (in.
Die Folie 110 kann Kupfer, Molybdän, Wolfram oder eine entsprechende Schichtkombination aufweisen oder daraus gebildet sein.The
Die Stufenstruktur 111 kann derart eingerichtet sein, dass die Bereiche der Soll-Trennstellen, beispielsweise der Sägegräben 72 (siehe
Das Substrat 61kann ein Halbleitersubstrat sein, beispielsweise Si, SiC oder GaN; oder ein nicht-leitendes Substrat sein, beispielsweise Aluminiumoxid, beispielsweise Saphir.The
Alternativ kann der Carrierträger 101 eine Stufenstruktur 111 auf einer Folie 110 aufweisen. Die Stufenstruktur 111 kann mindestens eine erste Stufenstruktur 111 und eine zweite Stufenstruktur 111 aufweisen, die mittels der Folie 110 mechanisch miteinander verbunden sind. Die erste Stufenstruktur 111 kann mittels des Fügematerials 112 mit der ersten Elektrodenstruktur 42 gekoppelt sein und die zweite Stufenstruktur 111 kann mittels des Fügematerials 112 mit der zweiten Elektrodenstruktur 23 gekoppelt sein. Zumindest ein Teil der Folie 110 kann der entfernte Teil des Carrierträgers 101 sein.Alternatively, the
Das Fügematerial 112 kann elektrisch leitfähig eingerichtet sein, beispielsweise eine Silberpaste sein. Dadurch kann eine Ankontaktierung der Drain-Elektrode 52 des vereinzelten vertikalen Halbleiterbauelementes auf einer Leiterplatte (nicht veranschaulicht) durch eine auf der Rückseite verbleibenden Stufenstruktur 111 (und durch das Fügematerial 112) erfolgen. Die Metallfolie 101 kann beispielsweise mittels Silbersintertechnologie oder Diffusionslöten auf dem Halbleiterbauelement-Wafer 100 aufgebracht sein. Zu diesem Zweck kann die Metallfolie 110 das Fügematerial 112, beispielsweise eine Silbersinterpaste oder galvanisches Zinn, aufweisen, das auf der Stufenstruktur 111 angeordnet ist, so dass das Fügematerial 112 zwischen der Stufenstruktur 111 und dem Halbleiterbauelement-Wafer 100 angeordnet ist. Beispielsweise ist die Stufenstruktur 111 mit dem Fügematerial 112 beschichtet.The joining
Die mit Fügematerial 112 beschichtete, mit Stufenstruktur 111 abgestufte Metallfolie 110 kann mittels Druck und/oder Temperatur auf dem Halbleiterbauelement-Wafer 100 aufgebracht werden, beispielsweise gefügt werden.The
Während des Aufbringens der Metallfolie 101 auf der Rückseite des Halbleiterbauelement-Wafers 100 kann der Halbleiterbauelement-Wafer 100 auf der Vorderseite durch ein Trägermaterial, beispielsweise einen weiteren Carrierträger, abgestützt werden.During the application of the
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Metallfolie 110 und die Stufenstruktur 111 einstückig ausgebildet, beispielsweise als strukturierte Metallfolie 101. Der flächige Folienanteil 110 der Metallfolie 101 kann mittels eines chemischen und/oder mechanischen Abtragungsverfahrens, beispielsweise einem chemisch mechanischen Polieren, entfernt werden, so dass nur noch oder im Wesentlichen nur noch der Stufenstruktur-Anteil 111 der Metallfolie 101 auf der Rückseite des vertikalen Halbleiterbauelementes 100 verbleibt. Während des Abtragungsverfahrens kann das vertikale Halbleiterbauelement 100 mittels eines weiteren Carrierträgers, der auf der Vorderseite des vertikalen Halbleiterbauelement-Wafers aufgebracht ist, mechanisch stabilisiert werden (nicht veranschaulicht).In various embodiments, the
Als Beispiel, die Metallfolie 110 kann mittels eines Schleifverfahrens, beispielsweise einem chemischen und/oder mechanischen Polieren, entfernt werden. Dadurch kann ermöglicht werden, dass keine oder nur wenige Metallverbindungen vor dem Vereinzeln zwischen den einzelnen Chips vorhanden sind. Beim Entfernen der Metallfolie 110 kann der Halbleiterbauelement-Wafer 100 mechanisch stabilisiert werden, indem auf der Vorderseite des Halbleiterbauelement-Wafers 100 eine weiterer Träger, beispielsweise eine Sägefolie oder ein weiterer Carrierträger, auf der Vorderseitenkontaktstruktur, beispielsweise der Source-Elektrode 41 und/oder der Gate-Elektrode 23 aufgebracht werden. Nach dem mechanischen Stabilisieren des Halbleiterbauelement-Wafers 100 können die Chips vereinzelt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Vereinzeln erfolgen, bevor die Metallfolie 110 von der Rückseite entfernt wird.As an example, the
Das Vereinzelungsverfahren kann eines oder eine Kombination sein aus Sägen mit einer Säge, Laserschneiden mit einem Laser und Brechen mit einem elastischen Carrierträger auf der Vorderseitenkontaktstruktur. Beispielsweise kann das Vereinzelungsverfahren ein Einritzen mit einer Säge gefolgt von einem Laser stealth dicing und einem anschließenden Brechen des Halbleiterbauelement-Wafers 100 sein.The singulation method can be one or a combination of sawing with a saw, laser cutting with a laser and breaking with an elastic carrier support on the front-side contact structure. For example, the singulation method may be saw scribing followed by laser stealth dicing and then breaking the
In verschiedenen Ausführungsformen können Soll-Trennstellen 402 in dem Substrat und/oder dem Galliumnitrid-Schichtensystem definiert werden, beispielsweise indem Material des Substrats mittels eines Plasmaprozesses lokal entfernt oder mechanisch geschwächt wird.In various embodiments, target separation points 402 can be defined in the substrate and/or the gallium nitride layer system, for example by locally removing or mechanically weakening material of the substrate using a plasma process.
Die Metallfolie 110 kann soweit entfernt werden, beispielsweise reduziert werden, dass nur noch die Stufenstruktur 111 auf dem Halbleiterbauelement-Wafer 100 zurückbleibt. Zwischen den Stufen der Stufenstruktur 111 können Soll-Trennstellen 402, beispielsweise Sägestraßen, freiliegen. In diesem Zustand kann der Halbleiterbauelement-Wafer 100 gesägt werden und die Halbleiterbauelemente vereinzelt werden.The
Mit anderen Worten:
- In verschiedenen Ausführungsformen weist das Verfahren zum Herstellen eines vertikalen Halbleiterbauelement-
Wafers 100 ein Ausbilden eines Galliumnitrid- 15, 16, 17 auf oder über einer ersten Seite eines Substrats 61 auf. Das Verfahren weist einSchichtensystems Ausbilden einer Vorderseitenkontaktstruktur 23, 41 auf oder über dem Galliumnitrid- 15, 16, 17 auf.Schichtensystem Die Vorderseitenkontaktstruktur 23, 41 weist mindestens eine erste Elektrodenstruktur 41 und eine zweite Elektrodenstruktur 23 auf, die elektrisch voneinander isoliert sind. Das Verfahren weist einAusbilden einer Rückseitenkontaktstruktur 52 auf oder über einer zweiten Seite desSubstrates 61, die der ersten Seite gegenüberliegt, und/oder auf oder über dem Galliumnitrid- 15, 16, 17 bei der zweiten Seite auf.Schichtensystem Die Rückseitenkontaktstruktur 52 ist von der ersten Elektrodenstruktur 42 und der zweiten Elektrodenstruktur 23 elektrisch isoliert. Das Verfahren weist einAufbringen eines Carrierträgers 101 auf oder über der Rückseitenkontaktstruktur 52 mittels eines Fügematerials 112 auf.Der Carrierträger 101weist eine Stufenstruktur 111 auf, die derart eingerichtet ist, dass derCarrierträger 101 frei ist oder im Wesentlichen frei istvon der Stufenstruktur 111 im Bereich einer Soll-Trennstelle 402 des Galliumnitrid- 15, 16, 17 und/oder desSchichtensystems Substrates 61. Das Verfahren weist ferner ein Bearbeiten des Galliumnitrid- 15, 16, 17 und/oder desSchichtensystems Substrates 61 auf. Das Verfahren weist ein Entfernen eines Teils desCarrierträgers 101 derart auf, dass der Bereich der Soll-Trennstelle 402 frei ist oder im Wesentlichen frei istvon dem Carrierträger 101.
- In various embodiments, the method for manufacturing a vertical
semiconductor device wafer 100 includes forming a gallium 15 , 16 , 17 on or over a first side of anitride layer system substrate 61 . The method includes forming a front-side contact structure 23, 41 on or above the gallium 15, 16, 17. The front-nitride layer system side contact structure 23, 41 has at least afirst electrode structure 41 and a second electrode structure 23, which are electrically insulated from one another. The method includes forming abackside contact structure 52 on or over a second side of thesubstrate 61 opposite the first side and/or on or over the gallium 15, 16, 17 at the second side. Thenitride layer system rear contact structure 52 is electrically isolated from the first electrode structure 42 and the second electrode structure 23 . The method includes applying acarrier support 101 to or above the rear-side contact structure 52 by means of a joiningmaterial 112 . Thecarrier support 101 has astep structure 111 which is set up in such a way that thecarrier support 101 is free or essentially free of thestep structure 111 in the area of a desiredseparation point 402 of the gallium 15, 16, 17 and/or thenitride layer system substrate 61. The method also includes processing the gallium 15, 16, 17 and/or thenitride layer system substrate 61. The method includes removing part of thecarrier support 101 in such a way that the area of the intendedseparation point 402 is free or essentially free of thecarrier support 101.
Das Verfahren kann in der zuvor genannten Reihenfolge durchgeführt werden. Das Verfahren kann in verschiedenen Ausführungsformen weitere Merkmale, beispielsweise einen oder mehrere Zwischenschritte vor, nach oder zwischen zuvor genannten Verfahrensschritten aufweisen.The procedure can be carried out in the order mentioned above. In various embodiments, the method can have further features, for example one or more intermediate steps before, after or between the aforementioned method steps.
Wenn das Substrat 61 zumindest lokal vollständig entfernt wurde, so dass das GaN-Schichtsystem 15, 16, 17 rückseitig freiliegt kann es anschaulich keine zweite Seite des Substrats 61 mehr geben. Die Bearbeitung der Rückseite des Halbleiterbauelement-Wafers 100, beispielsweise ein Ausbilden der Rückseitenelektrodenstruktur, erfolgt aus Richtung der zweiten Seite des (vormals gegebenenfalls vorhandenen) Substrates 61 bzw. mit anderen Worten „bei der zweiten Seite des Substrats 61 und/oder auf oder über einer Seite des Galliumnitrid-Schichtensystems 15, 16, 17, die der ersten Seite des Substrats 61 gegenüberliegt.If the
Die Rückseitenkontaktstruktur 52 kann eine dritte Elektrodenstruktur 52 aufweisen. Die dritte Elektrodenstruktur 52 ist von der ersten Elektrodenstruktur 42 und der zweiten Elektrodenstruktur 23 elektrisch isoliert.The
Das vertikale Halbleiterbauelement-Wafer 100 kann ein vertikaler Transistor 100 sein. In diesem Fall ist die erste Elektrodenstruktur 41 eine Source-Elektrode 41 bzw. eine Drain-Elektrode, die zweite Elektrodenstruktur 23 ist eine Gate-Elektrode 23 und die Rückseitenkontaktstruktur 52 bzw. die dritte Elektrodenstruktur 52 ist eine Drain-Elektrode 52 bzw. eine Source-Elektrode. Das Verfahren kann ein elektrisches Kontaktieren der ersten Elektrodenstruktur 42, der zweiten Elektrodenstruktur 23 und der Rückseitenkontaktstruktur 52 bzw. der dritten Elektrodenstruktur 52 mit einer Leiterplatte 71 aufweisen.The vertical
In verschiedenen Ausführungsformen weist das Verfahren alternativ oder zusätzlich ein Ausbilden einer Vorderseitenkontaktstruktur auf oder über dem Galliumnitrid-Schichtensystem 15, 16, 17 auf, wobei die Vorderseitenkontaktstruktur eine erste Elektrodenstruktur eines ersten vertikalen Halbleiterbauelementes und eine zweite Elektrodenstruktur eines zweiten vertikalen Halbleiterbauelementes aufweist. Eine Soll-Trennstelle ist (lateral) zwischen der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur angeordnet oder wird dort ausgebildet. Das Verfahren weist ferner ein Ausbilden einer Rückseitenkontaktstruktur auf oder über einer zweiten Seite des Substrates 61, die der ersten Seite gegenüberliegt, und/oder auf oder über dem Galliumnitrid-Schichtensystem 15, 16, 17 bei der zweiten Seite auf. Die Rückseitenkontaktstruktur ist von der Vorderseitenkontaktstruktur elektrisch isoliert. Die Rückseitenkontaktstruktur weist eine dritte Elektrodenstruktur des ersten vertikalen Halbleiterbauelementes und eine vierte Elektrodenstruktur des zweiten vertikalen Halbleiterbauelementes auf. Die Soll-Trennstelle ist (lateral) zwischen der dritten Elektrodenstruktur und der vierten Elektrodenstruktur angeordnet. Das Verfahren weist das Aufbringen des Carrierträgers 101 auf oder über der Rückseitenkontaktstruktur mittels des Fügematerials 112 auf. Der Carrierträger 101 ist derart eingerichtet, dass die dritte Elektrodenstruktur mit der vierten Elektrodenstruktur gekoppelt ist. Das Verfahren weist ein Bearbeiten, von der ersten Seite des Substrates 61, mindestens eines von dem Galliumnitrid-Schichtensystem (15, 16, 17), dem Substrat (61) und der Vorderseitenkontaktstruktur auf. Das Verfahren weist ein Entfernen eines Teils des Carrierträgers 101 derart auf, dass die dritte Elektrodenstruktur und die vierte Elektrodenstruktur nach dem Entfernen mindestens elektrisch voneinander isoliert sind.In various embodiments, the method alternatively or additionally includes forming a front-side contact structure on or above the gallium
Der Carrierträger 101 weist beispielsweise eine Stufenstruktur 111 auf, die derart eingerichtet ist, dass der Carrierträger 101 im Bereich einer Soll-Trennstelle 402 des Galliumnitrid-Schichtensystems 15, 16, 17 und/oder des Substrates 61 frei ist oder im Wesentlichen frei ist von der Stufenstruktur 111. Das Verfahren weist ferner ein Bearbeiten des Galliumnitrid-Schichtensystems 15, 16, 17 und/oder des Substrates 61 auf. Das Verfahren weist ein Entfernen eines Teils des Carrierträgers 101 derart auf, dass der Bereich der Soll-Trennstelle 402 frei ist oder im Wesentlichen frei ist von dem Carrierträger 101.The
Anschaulich können mittels des Verfahrens mehrere vertikale Halbleiterbauelemente, die auf einem gemeinsamen Halbleiterbauelement-Wafer angeordnet sind, vereinzelt werden. Das erste vertikale Halbleiterbauelement und das zweite vertikale Halbleiterbauelement können dabei gesteuerte Halbleiterbauelemente sein, beispielsweise Transistoren, oder ungesteuerte Halbleiterbauelemente sein, beispielsweise Dioden. Falls das erste Halbleiterbauelement und das zweite Halbleiterbauelement jeweils eine Diode ist, ist die erste Elektrodenstruktur und die zweite Elektrodenstruktur eine Anoden-Elektrode und die dritte Elektrodenstruktur und die vierte Elektrodenstruktur eine Kathoden-Elektrode, oder umgekehrt.Clearly, the method can be used to singulate a number of vertical semiconductor components that are arranged on a common semiconductor component wafer. In this case, the first vertical semiconductor component and the second vertical semiconductor component can be controlled semiconductor components, for example transistors, or uncontrolled semiconductor components, for example diodes. If the first semiconductor device and the second semiconductor device are each a diode, the first electrode structure and the second electrode structure is an anode electrode and the third electrode structure and the fourth electrode structure is a cathode electrode, or vice versa.
Das Verfahren einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann ein Trennen der Soll-Trennstelle 402 aufweisen, so dass das erste vertikale Halbleiterbauelement und das zweite vertikale Halbleiterbauelement vereinzelt sind. Eine Soll-Trennstelle, die zum Vereinzeln des Halbleiterbauelementes eingerichtet ist - beispielsweise eine Sägestraße oder eine Bruchkante, kann zwischen benachbarten Stufen bzw. Stufenstrukturen der Stufenstruktur 111 angeordnet sein.The method of any of the embodiments described above may include separating the
Das Bearbeiten kann in einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen beispielsweise zumindest ein Entfernen eines Teils des Substrates 61 aufweisen. Das Entfernen kann beispielsweise derart erfolgen, dass eine Rückseitenkaverne 51 unterhalb der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur ausgebildet wird. Alternativ kann das Bearbeiten derart erfolgen, dass das Substrat 61 vollständig entfernt wird. Die Rückseitenkontaktstruktur 52 wird in verschiedenen Ausführungsformen nach dem Entfernen des Teils des Substrats 61 ausgebildet.In one of the embodiments described above, the processing can include, for example, at least removing part of the
Das Fügematerial 112 kann elektrisch leitfähig sein, beispielsweise eine Silber-, Zinn- oder Kupfersinterpaste, oder galvanisches Silber, Zinn oder Kupfer sein.The joining
Das Galliumnitrid-Schichtensystem 15, 16, 17 kann beispielsweise mindestens eine Driftlage 17, eine p-dotierte Galliumnitridschicht 15, 16 und eine n-dotierte Galliumnitridschicht 16, 15 aufweisen.The gallium
Die Rückseitenkontaktstruktur 52 kann zumindest in einem Bereich im direkten Kontakt mit dem Galliumnitrid-Schichtensystem 15, 16, 17 sein.The rear
Der Carrierträger 101 kann beispielsweise eine Stufenstruktur 111 auf einer Folie 110 aufweisen, wobei eine erste Stufenstruktur der Stufenstruktur 111 mittels des Fügematerials 112 mit der dritten Elektrodenstruktur des ersten vertikalen Halbleiterbauelements gekoppelt ist und eine zweite Stufenstruktur der Stufenstruktur 111 mit der vierten Elektrodenstruktur des zweiten vertikalen Halbleiterbauelements gekoppelt ist. Die Stufenstruktur 111 ist derart eingerichtet, dass die Rückseitenkontaktstruktur 52 im Bereich der Soll-Trennstelle 402 frei ist von körperlichem Kontakt mit dem Carrierträger 101. Zumindest ein Teil der Folie 110 ist in diesem Fall das entfernte Teil des Carrierträgers 101. Eine bzw. die Soll-Trennstelle kann zwischen benachbarten (Teil-)Stufenstrukturen der Stufenstruktur angeordnet sein, beispielsweise lateral zwischen der ersten Stufenstruktur und der zweiten Stufensturktur.The
Die Vorderseitenkontaktstruktur 23, 42 kann auf einem Trägermaterial aufgebracht werden, beispielsweise einem weiteren Carrierträger, bevor der Carrierträger 101 aufgebracht wird; und wobei das Trägermaterial vor dem Bearbeiten des Galliumnitrid-Schichtensystems 15, 16, 17 und/oder des Substrates 61 entfernt wird.The front-side contact structure 23, 42 can be applied to a carrier material, for example another carrier carrier, before the
Eine Soll-Trennstelle, die zum Vereinzeln des Halbleiterbauelementes eingerichtet ist - beispielsweise eine Sägestraße oder eine Bruchkante, kann zwischen benachbarten Stufen bzw. Stufenstrukturen der Stufenstruktur 111 angeordnet sein.A desired separation point, which is set up for dicing the semiconductor component—for example a sawing line or a breaking edge, can be arranged between adjacent steps or step structures of the
Der vertikale Halbleiterbauelement-Wafer 100 kann in zumindest einem Verfahrensschritt aufweisen: ein Galliumnitrid-Schichtensystem 15, 16, 17 auf oder über einer ersten Seite eines Substrats 61; eine Vorderseitenkontaktstruktur auf oder über dem Galliumnitrid-Schichtensystem 15, 16, 17, wobei die Vorderseitenkontaktstruktur mindestens eine erste Elektrodenstruktur und eine zweite Elektrodenstruktur aufweist, die elektrisch voneinander isoliert sind; eine Rückseitenkontaktstruktur auf oder über einer zweiten Seite des Substrates 61, die der ersten Seite gegenüberliegt, und/oder auf oder über dem Galliumnitrid-Schichtensystem 15, 16, 17 bei der zweiten Seite, wobei die Rückseitenkontaktstruktur von der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur elektrisch isoliert ist; einen Carrierträger 101 auf oder über der Rückseitenkontaktstruktur, der mittels eines Fügematerials 112 mit der Rückseitenkontaktstruktur mechanisch gekoppelt ist, wobei der Carrierträger 101 eine Stufenstruktur 111 aufweist, die derart eingerichtet ist, dass der Carrierträger 101 frei ist oder im Wesentlichen frei ist von der Stufenstruktur 111 im Bereich einer Soll-Trennstelle 402 des Galliumnitrid-Schichtensystems 15, 16, 17 und/oder des Substrates 61.In at least one method step, the vertical
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsformen können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann eine Ausführungsform durch Merkmale einer weiteren Ausführungsform ergänzt werden. Ferner können beschriebene Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf das angegebene Verfahren beschränkt.The embodiments described and shown in the figures are only chosen as examples. Different embodiments can be combined with one another completely or in relation to individual features. Also, an embodiment by features of a further From form of leadership to be supplemented. Furthermore, method steps described can be repeated and carried out in a different order than in the order described. In particular, the invention is not limited to the specified method.
Claims (18)
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DE102021205516.8A DE102021205516A1 (en) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | METHOD FOR MANUFACTURING VERTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE AND VERTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE |
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Patent Citations (1)
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