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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterwafer aus einer Vielzahl
von durch Vereinzelungsrahmen voneinander zu trennenden Chips, die in
ihrem Innenbereich jeweils ein Zellenfeld aufweisen und in ihrem
Randbereich mit einem Chipping-Stopper versehen sind, der an einer
Vielzahl von Gräben
besteht, in die ein elektrisch nicht aktives Material eingefüllt ist
und/oder in denen ein Hohlraum ausgebildet ist.
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Bei
der Vereinzelung eines Halbleiterwafers in Chips wird der Halbleiterwafer
längs gitterartigen Sägebahnen,
auch Kerfs genannt, in die Chips auseinander gesägt. Dabei ist jeder Chip von
einem etwa 100 μm
breiten, durch die Sägebahnen
gebildeten Vereinzelungsrahmen umgeben.
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6 zeigt
einen Halbleiterwafer 1 aus beispielsweise Silizium, Siliziumcarbid
usw., der längs etwa
100 μm breiten
Sägebahnen 2 in
einzelne Chips 3 durch Sägen vereinzelt bzw. zerlegt
werden soll.
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Bei
diesem Auseinandersägen
des Halbleiterwafers 1 in die einzelnen Halbleiterchips 3 kann unter
ungünstigen
Sägebedingungen,
wie beispielsweise einem nicht genau justierten Sägeblatt,
ein sogenanntes Chipping auftreten. Unter diesem Chipping sind Materialausbrüche aus
dem Halbleiterkörper
des Chips zu verstehen. Diese Materialausbrüche weisen oft eine Muschelform
auf.
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Um
nun solche Materialausbrüche
beim Zersägen
eines Halbleiterwafers auf den Bereich der Sägebahnen, also den jeweils
einen Chip umgebenden Vereinzelungsrahmen zu begrenzen, werden üblicherweise
sogenannte Chipping-Stopper eingesetzt. Diese Chipping-Stopper können beispielsweise
aus dicken, thermisch erzeugten Siliziumdioxidschichten oder aber
auch aus amorphen Siliziumschichten im Randbereich des Chips am
Chiprand bestehen. So ist beispielsweise in der
DE 100 47 152 A1 eine Hochvolt-Diode
beschrieben, bei der eine sonst als Passivierungsschicht dienende
Schicht aus amorphem Silizium im Randbereich des Halbleiterkörpers als
Chipping-Stopper
herangezogen wird.
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Seit
geraumer Zeit werden jedoch Technologien eingesetzt, bei denen dicke
Siliziumdioxidschichten (Dickoxid) oder dicke Schichten aus amorphem
Silizium am Chiprand in Planarisierungsschritten auf der Scheibe
entfernt werden, so dass diese nicht mehr als Chipping-Stopper herangezogen
werden können.
Mit anderen Worten, bei diesen neuen Technologien, die auf dicke
Siliziumdioxidschichten oder dicke amorphe Siliziumschichten am
Chiprand verzichten müssen,
kann jederzeit ein Chipping auftreten, da bisher hier geeignete
Chipping-Stopper nicht zur Verfügung
stehen.
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Aus
der
US 6,368,943 B1 ist
ein Halbleiterwafer mit einer Vielzahl von durch Vereinzelungsrahmen
zu trennenden Chips bekannt. Diese Chips sind in ihrem Randbereich
mit einem Chipping-Stopper versehen, der aus mehreren Gräben besteht,
in denen jeweils ein Hohlraum ausgebildet ist. Die Gräben verlaufen
parallel zueinander längs
des Randes des Chips und können
in ihren Breiten und auch Abständen
voneinander entsprechend den jeweiligen Anforderungen variiert werden.
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Weiterhin
ist aus der
DE 44 37
581 C2 eine Speicherzellenanordnung mit Isolationsgräben, die mit
Silizium gefüllt
sind, bekannt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiterwafer zu
schaffen, der mit einem zuverlässig
wirkenden Chipping-Stopper versehen ist, ohne die üblichen
dicken Siliziumdioxidschichten oder dicken Schichten aus amorphem
Silizium am Chiprand einsetzen zu müssen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Halbleiterwafer der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Chips in ihrem Innenbereich jeweils ein Zellenfeld aufweisen
und sind und die Vielzahl von Gräben
in Gruppen angeordnet sind, wobei diese Gruppen jeweils unterschiedliche
Breiten und/oder Tiefen der Gräben
haben.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Am
Rand der einzelnen, aus einem Halbleiterwafer zu sägenden Halbleiterchips
ist wenigstens ein den Zellen- bzw. Innenbereich des Chips in dessen
Randbereich ringförmig
umgebender Graben vorgesehen. Dieser Graben, der längs des äußersten Randes
des Chips in dessen Randbereich verläuft, wird vorzugsweise mit
polykristallinem Silizium und/oder mit Siliziumdioxid (Dickoxid)
gefüllt.
Selbstverständlich
sind auch andere Materialkombinationen möglich. Auch kann ein Graben
als Hohlraum belassen oder nur teilweise mit Material bzw. verschiedenen
Materialien gefüllt
werden. Die bei mehreren Gräben
dadurch gebildeten „ Grabenringe" sind vorzugsweise
elektrisch aber nicht angeschlossen, das heißt, sie sind elektrisch nicht
aktiv. Die Grabenringe besitzen so primär nur eine mechanische Funktion beim
Zersägen
des Chips, indem sie zuverlässig
ein Chipping verhindern.
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Ein
Graben kann mit mehreren, jeweils durch beispielsweise Siliziumdioxidschichten
voneinander getrennten polykristallinen Siliziumschichten gefüllt werden.
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Unter „elektrisch
nicht aktiv" ist
zu verstehen, dass die Grabenringe nicht in die Funktion der integrierten
Schaltung im Zellenfeld eingreifen. Die Grabenringe können daher
auch auf einem definierten Potential, wie beispielsweise Nullpotential
oder Source- bzw. Drainpotential, liegen oder floatend sein. Bei mehreren
Grabenringen, die teils als Hohlraum ausgebildet sein können, können einige
floatend sein und einige auf definiertem Potential liegen.
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Ein
Chip ist also an seinem Rand in seinem Randbereich auch mit mehr
als einem Grabenring versehen werden. So ist es beispielsweise möglich, fünf oder
mehr Grabenringe in Abständen
zueinander beliebig in der Chipoberfläche am Chiprand vorzusehen.
Es können
sogar 100 Grabenringe oder mehr sein. Dabei können zum Beispiel drei Grabenringe
floatend sein, während
ein Grabenring auf Nullpotential liegt und ein Grabenring am Sourcepotential angeschlossen
ist. Die Anzahl der Grabenringe und deren Abstände voneinander können ohne
weiteres an die jeweiligen Sägebedingungen
angepasst werden. Gleiches gilt auch für die Breite und damit auch für die Tiefe
dieser Grabenringe.
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Erfindungsgemäß sind nun
mehrere kleine Gruppierungen von jeweils gleichartigen Grabenringen
in verschiedenen Gruppenabständen
voneinander angeordnet, wobei eine zunehmende oder abnehmende Grabentiefe
zum Rand des Halbleiterchips hin vorgesehen werden kann. Die Grabenringe können parallel
oder keilförmig
zueinander verlaufen.
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Weiterhin
ist es möglich,
das in die Gräben einzufüllende Material
zu variieren, so dass einzelne Gräben oder auch einzelne Gruppen
von Gräben
mit einem ersten Material, beispielsweise polykristallinem Silizium,
und andere Gräben
bzw. andere Gruppen von Gräben
mit einem zweiten Material, beispielsweise Siliziumdioxid, gefüllt sind.
Auch können einzelne
Gräben
mit einem Hohlraum versehen sein. Besonders vorteilhaft ist es,
dass zuerst ein Dickoxid und sodann polykristallines Silizium in
den Graben eingebracht wird. In einen Graben können also auch verschiedene
Kombinationen von Materialien eingebracht werden. Die einzelnen
Gräben
können
dabei unterschiedlich mit Materialien gefüllt oder als Hohlraum gestaltet
sein.
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Zweckmäßigerweise
wird für
das für
die Gräben
im Randbereich am Chiprand einzufüllende Material das gleiche
Material wie für
Gräben
im Zellenfeld verwendet, da dann kein weiterer Aufwand für die Herstellung
der als Chipping-Stopper dienenden Gräben benötigt wird, wenn die Gräben mit
dem gleichen Verfahrensschritt erzeugt werden.
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Ein
weiterer Vorteil von als Chipping-Stopper dienenden Gräben ist
darin zu sehen, dass unmaskiert implantierte oder anderweitig oberflächennah eingebrachte
Dotierstoffgebiete, beispielsweise ein p-dotiertes Gebiet, an den
innersten solcher als Chipping-Stopper dienenden Grabenringe anstoßen können und
dadurch von einem äußeren ringförmigen Gebiet,
beispielsweise einem n+-dotierten Sourcering zur
Unterdrückung
eines parasitären
p-Kanal-MOS-Transistors bei einem n-Kanal-MOS-Transistor getrennt
sind. Dadurch kann keine gemeinsame pn-Fläche zwischen dem oberflächennah
eingebrachten p-leitenden Dotierstoffgebiet und dem n+-leitenden Sourcering
entstehen, so dass keine Absenkung der Durchbruchsspannung infolge
eines solchen pn-Überganges
zu befürchten
ist.
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Es
werden so wenigstens zwei erhebliche Vorteile erreicht:
- – Ein
Chipping in der Form von muschelförmigen Ausbrüchen im
Bereich des Sägerandes
beim Sägen
des Halbleiterwafers wird durch die elektrisch inaktiven Chipping-Stopper-Grabenringe
zuverlässig
verhindert, ohne dicke Siliziumdioxidschichten (Dickoxid) auf der
Oberfläche
des Halbleiterwafers vorsehen zu müssen.
- – Weiterhin
lassen sich parasitäre
pn-Übergänge im Randbereich
des Chips durch Einführung
des als Chipping-Stopper
wirkenden und mit Material gefüllten
Grabens vermeiden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf einen Chip, der aus einem Halbeiterwafer
vereinzelt ist,
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2 eine
schematische Draufsicht auf eine Variation des Randes des Chips
von 1,
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3 eine
Draufsicht auf einen Teil eines vereinzelten Chips,
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4 einen
Schnitt A-A durch den Chip von 3 ohne die
Chipping-Stopper-Grabenringe,
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5 einen
Schnitt A-A durch den Chip von 3 mit Chipping-Stopper-Grabenringen,
und
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6 eine
schematische Draufsicht auf einen Halbleiterwafer.
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Die 6 ist
bereits eingangs erläutert
worden. In den Figuren werden für
einander entsprechende Bauteile jeweils die gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es
sei erwähnt,
dass in den Ausführungsbeispielen
der Erfindung anstelle der p-Leitfähigkeit die n-Leitfähigkeit
vorgesehen werden kann, wenn umgekehrt die n-Leitfähigkeit
durch die p-Leitfähigkeit ersetzt
wird.
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Auch
ist als Halbleitermaterial für
den Wafer 1 anstelle von Silizium auch jedes andere Halbleitermaterial
möglich,
wie beispielsweise Siliziumcarbid, A3B5-Verbindungshalbleiter usw.
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1 zeigt
einen Halbleiterchip 3, der beispielsweise aus dem Halbleiterwafer 1 von 6 vereinzelt
wurde und an einem an eine Sägebahn 2 angrenzenden
Chiprand 4 bzw. in dessen Nähe in einem Randbereich 4b des
Chips 3 von einem Chipping-Stopper-Graben 5, der
beispielsweise mit polykristallinem Silizium (dotiert oder undotiert)
und/oder einem geeigneten Isoliermaterial, wie beispielsweise Siliziumdixoid
und/oder Siliziumnitrid, gefüllt und/oder
als Hohlraum ausgebildet ist, umgeben ist.
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In 1 ist
lediglich ein solcher Chipping-Stopper-Grabenring 5 dargestellt. Es
ist jedoch ohne weiteres möglich,
eine Vielzahl solcher Ringe, wie beispielsweise drei oder fünf oder
mehr (bis 100 oder darüber)
derartiger Ringe als Chipping-Stopper im Randbereich 4b des
Chips 3 in der Nähe
des Chiprandes 4 anzubringen. 2 zeigt
in Draufsicht hierfür
ein Beispiel, wobei hier drei Chipping-Stopper-Gräben 5a, 5b, 5c gezeigt
sind. Diese Chipping-Stopper- Gräben 5a, 5b und 5c können unterschiedliche
Tiefen, unterschiedliche Breiten und auch unterschiedliche Abstände voneinander
aufweisen. Sie können
parallel oder keilförmig
(vgl. die Strichlinien) zueinander verlaufen. Beispielsweise ist
es möglich,
im Bereich des Chiprandes 4 eine größere Tiefe für den Graben 5a als
für den
Graben 5c vorzusehen, der näher zum Zellenfeld im Inneren
des Chips 3 gelegen ist. Ebenso können die Gräben 5a, 5b und 5c mit
unterschiedlichen Materialien gefüllt sein. Als Beispiel sei
angeführt,
dass der Graben 5a mit polykristallinem Silizium gefüllt ist,
während
in die Gräben 5b und 5c Siliziumdixoid
eingebracht ist. Auch kann ein einzelner Graben, beispielsweise
der Graben 5c, mit unterschiedlichen Materialien gefüllt und
ganz oder nur teilweise als Hohlraum ausgebildet sein. Chipping-Stopper-Gräben, die
mit polykristallinem Silizium gefüllt sind, sollten zur Erhöhung der
elektrischen Isolation möglichst
noch auf ihren Wänden
mit einem Isoliermaterial, wie beispielsweise Siliziumdioxid und/oder
Siliziumnitrid ausgekleidet sein.
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Erfindungsgemäß sind die
Chipping-Stopper-Gräben
können
auch gruppenweise gestaltet: So können beispielsweise die Chipping-Stopper-Gräben 5b und 5c schmaler
und weniger tief als der Chipping-Stopper-Graben 5a sein.
Bei beispielsweise sechs Gräben
können
jeweils zwei Gräben
die gleiche Tiefe und Breite aufweisen, so dass insgesamt drei verschiedene
Gruppen von Gräben
vorhanden sind.
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Die
Gräben
sind elektrisch nicht aktiv, das heißt, sie greifen nicht in die
Funktionen der im Zellenfeld gelegenen elektrischen Schaltung ein.
Dies bedeutet aber nicht, dass die Chipping-Stopper-Gräben bzw.
das in diese gefüllte
Material elektrisch nicht angeschlossen sein kann. Vielmehr können die
Chipping-Stopper-Gräben
auf definiertem Potential liegen oder floatend sein. So ist es ohne
weiteres möglich, bei
mehreren Gräben
einige Gräben
floatend zu belassen, während
die übrigen
Gräben
auf definiertem Potential liegen. Dieses definierte Potential kann
beispielsweise das Nullpotential (Erde), Sourcepotential oder Drainpotential
sein. Bei dem obigen Beispiel von sechs Gräben können beispielsweise drei Gräben floatend
sein, während
jeweils ein Graben auf Erdpotential, Sourcepotential bzw. Drainpotential
ist. Die Gräben
einer Gruppe können
also verschiedenes Potential annehmen. Sie können sich aber auch jeweils
auf dem gleichen Potential befinden.
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3 veranschaulicht
in einer Draufsicht eine Einzelheit eines aus einem Halbleiterwafer 1 vereinzelten
Halbleiterchips 3 aus beispielsweise Silizium. Parallel
zum Chiprand 4 und in dessen größter Nähe verlaufen im Randbereich 4b hier
zwei Chipping-Stopper-Gräben 5a und 5b (vgl.
auch die den Schnitt A-A veranschaulichende 5), die
jeweils mit einer Isolierschicht 8 aus beispielsweise Siliziumdixoid
ausgekleidet und im übrigen
mit polykristallinem Silizium 16 gefüllt (Graben 5b) oder
als Hohlraum 19 (Graben 5a) ausgebildet sind.
Anstelle dieses polykristallinen Siliziums 16 kann auch
ein geeignetes Isoliermaterial, wie Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrd,
verwendet werden. Wird beispielsweise Siliziumdioxid eingesetzt,
dann kann selbstverständlich
das Siliziumdioxid 8 entfallen.
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Der
Graben 5b kann eine geringere Tiefe als der Graben 5a haben,
wie dies durch Strichlinien 15 angedeutet ist. Ebenso können die
Gräben 5a und 5b mit
verschiedenen Materialien gefüllt
sein, worauf bereits im Zusammenhang mit 2 verwiesen
wurde.
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Im
Innenbereich des Chips 3 befindet sich ein Zellenfeld 6 mit
aktiven Gräben 13,
die mit Siliziumdioxid 14 ausgekleidet und im übrigen mit
polykristallinem Silizium 17 gefüllt sind. Das polykristalline
Silizium 17 bildet dabei Gates von Transistorzellen mit
p-dotierten Body-Kontaktzonen 11, p-dotierten Bodyzonen 18 und
n-dotierten Sourcezonen 12, die am Chiprand von einem n-dotierten
Sourcering 7 umgeben sind. Im Oberflächenbereich des sonst n-dotierten
Halbleiterbereiches 9 kann noch eine ganzflächige p-dotierte
Zone 10 vorgesehen sein.
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Ein
Drainkontakt (nicht gezeigt) kann beispielsweise auf der Unterseite
des Chips, also auf der der Zone 10 gegenüberliegenden
Oberfläche
des Chips 3 vorgesehen werden.
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Die 4 und 5 veranschaulichen
einen wesentlichen Unterschied zwischen der Erfindung (5)
und dem Stand der Technik (4): Bei der
Erfindung befinden sich die Chipping-Stopper-Gräben 5a, 5b im
Randbereich 4b des Chips 3. Dabei trennt der Chipping-Stopper-Graben 5b den n-leitenden
Sourcering 7 von der p-leitenden Zone 10, so dass
hier kein direkter pn-Übergang
vorliegt und eine zuverlässige
Isolation gegeben ist.
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Das
polykristalline Silizium 16 des Chipping-Stopper-Gräben 5b ist
elektrisch nicht angeschlossen, so dass dieser Graben 5b wie
der Trench 5a elektrisch inaktiv ist. Die Gräben haben
also lediglich eine mechanische Funktion und verhindern ein Chipping
mit speziell Muschelausbrüchen
im Randbereich 4b, wenn der Halbleiterwafer 1 längs der
Sägebahnen 2 in
die Chips 3 vereinzelt wird.
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Vorzugsweise
werden bei einem Verfahren zum Vereinzeln des Halbleiterwafers 1 in
die Chips 3 die Gräben 5a und 5b zusammen
mit den Trenches 13 des Zellenfeldes 6 gebildet.
Gleiches gilt auch für die
Erzeugung des Siliziumdioxids 8 in den Gräben 5a und 5b und
des Siliziumdioxids 14 in den Gräben 13 sowie für das polykristalline
Silizium 16 im Graben 5b und das polykristalline
Silizium 17 in den Gräben 13.
Dadurch ist für
die Herstellung der Chipping-Stopper-Gräben 5a, 5b kein
zusätzlicher
Verfahrensschritt erforderlich.