用于分割半导体晶片的方法与流程

用于分割半导体晶片的方法


背景技术：

1.晶片成本占碳化硅（sic）半导体器件的总生产成本的很大比例。降低这些成本可以产生竞争优势。降低晶片成本的一种方法是使用标准晶片至少两次——在制造器件结构之后，将sic晶片分割，并且将不包括器件结构的较薄的回收晶片部分重新用于形成附加器件结构。将sic晶片分割整合到标准sic生产过程中被包含并且是复杂的，并且需要改变/修改生产过程以产生高效的生产。
2.因此，需要以高效且成本敏感的方式整合sic晶片分割和sic生产过程。


技术实现要素：

3.当然，本发明并不局限于上述特征和优点。实际上，本领域技术人员在阅读以下详细描述并查看附图后应当会认识到附加特征和优点。
4.根据分割半导体晶片的方法的一个实施例，所述方法包括：在半导体晶片上形成一个或多个外延层；在所述一个或多个外延层中形成多个器件结构；在多个器件结构之上形成金属化层和/或钝化层；将载板附接到具有所述一个或多个外延层的半导体晶片，所述载板保护所述多个器件结构并且机械地稳定所述半导体晶片；在半导体晶片内形成分离区，所述分离区具有至少一种改变的物理性质，其相对于半导体晶片的其余部分增加分离区内的热机械应力；以及，向半导体晶片施加外力，使得至少一个裂纹沿分离区传播，并且半导体晶片分成两个单独的工件，所述工件中的一个保持多个器件结构。
5.根据分割半导体晶片的方法的另一实施例，所述方法包括：在半导体晶片上形成一个或多个外延层；在所述一个或多个外延层中形成多个器件结构；在多个器件结构之上形成金属化层和/或钝化层；将载板附接到具有所述一个或多个外延层的半导体晶片，所述载板保护所述多个器件结构并且机械地稳定所述半导体晶片；将激光辐射施加到半导体晶片内的分离区，使得分离区相对于半导体晶片的其余部分增加热机械应力，并且，至少一个裂纹沿分离区传播；以及，沿至少一个裂纹将半导体晶片分成两个单独的工件，所述工件中的一个保持多个器件结构。
6.根据从半导体晶锭分割出半导体晶片的方法的一个实施例，所述方法包括：在半导体晶锭内形成分离区，所述分离区具有至少一种改变的物理性质，其相对于半导体晶锭的其余部分增加分离区内的热机械应力；以及，向半导体晶锭施加外力，使得至少一个裂纹沿分离区传播，并且晶片从半导体晶锭分割。
7.本领域技术人员在阅读以下详细描述并查看附图后应当会认识到附加特征和优点。
附图说明
8.附图中的要素不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示对应的类似部件。各种所示实施例的特征可以组合，除非它们彼此排斥。实施例在附图中描述并在随后的描述中详述。
9.图1a至1e示出根据一个实施例的在晶片分割过程的不同阶段期间的半导体晶片的截面图；图2示出在晶片分割过程期间使用的载板的另一实施例的截面图；图3示出形成在半导体基板内的分离区的一部分，并且其包括在分离区内至少部分地彼此断开的微观裂纹；图4a示出在晶片分割过程期间使用的聚合物的储能模量对温度的图，该聚合物不包含填料；图4b示出图4a中的聚合物的储能模量对温度的图，但在聚合物中含有一种或多种填料；图5a至5d示出根据不同实施例的半导体晶片的斜边的截面图。
具体实施方式
10.值得注意的是，受益于在前述描述和相关附图中呈现的教导的本领域技术人员应当可以想到所公开的发明的修改和其他实施例。因此，应当理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例都应被包括在本公开的范围内。尽管这里可以使用特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是为了限制的目的。
11.本文描述的实施例涉及一种半导体晶片分割过程，其降低与生产半导体器件相关联的制造成本。尽管重点放在sic晶片和使用sic晶片生产的sic器件上，但是本文描述的实施例并不旨在限于sic晶片，并且可以与诸如硅（si）、砷化镓（gaas）、氮化镓（gan）、蓝宝石等之类的其他半导体晶片技术一起使用。在基底（厚）半导体晶片中制造器件结构，随后将基底晶片分割成包括器件结构的较薄的器件晶片和较薄的回收晶片。可以处理回收的晶片，并且在回收的晶片内生产其他器件。
12.在此描述的晶片分割技术包括至少两个主要步骤：（i）在半导体晶片内形成分离区，该分离区具有至少一种改变的物理性质，其相对于半导体晶片的其余部分增加分离区中的热机械应力；以及向半导体晶片施加外力，使得至少一个裂纹沿分离区传播，并且半导体晶片分成两个单独的工件。
13.在一些实施例中，形成分离区包括形成在分离区内至少部分地彼此断开的微观裂纹。微观裂纹响应于施加到半导体晶片的外力而彼此连接，形成沿分离区传播并且将半导体晶片分成两个单独工件的至少一个裂纹。与在单个步骤/过程期间产生连接的裂纹相反，通过首先产生微裂纹并随后连接微裂纹，可以减少材料浪费/损耗。
14.施加到半导体晶片的外力可以包括例如超声振动或应用聚合物层。由于在分割期间的随着至少一个裂纹的发展而发生的声音反射的影响，仅使用超声振动或聚合物层分割半导体晶片而不首先产生具有至少一种改变的物理性质（其增加分离区内的热机械应力）的分离区可能会导致不受控的分割和/或不需要的表面结构，例如wallner线、河线等。
15.下面描述半导体晶片分割过程的各种实施例。
16.图1a至1e示出了根据一个实施例的在分割过程的不同阶段期间的半导体晶片100的截面图。如上所述，半导体晶片100可以是用于制造半导体器件的任何类型的晶片。例如，半导体晶片可以是诸如4h-sic的sic晶片，并且可以具有可以根据晶片直径而变化的厚度（t_wafer）。通常，4英寸和6英寸sic晶片具有350μm（微米）的厚度，其中精度例如为至多
±
40μm或至多
±
25μm。对于较大的sic晶片直径，厚度可以更高。通过对应地调整过程参数，本文所述的晶片分割过程也可以与其他sic多型体和/或其他半导体材料一起使用，如上所述（例如si、gaas、gan、蓝宝石等）。
17.图1a示出了在半导体晶片100上形成一个或多个外延层102、在一个或多个外延层102中形成器件结构104、在器件结构104之上形成金属化层和/或钝化层106（例如，至少一个钝化层）、以及将载板108附接到具有一个或多个外延层102的半导体晶片100之后的半导体晶片100。层106在截面中被示为连续的层，但作为代替，也可以是不连续的。例如，在钝化层的情况下，层106可以仅存在于器件结构104上方。在金属化层的情况下，层106可以被图案化。在分割过程期间和/或之后，载板108保护器件结构104免受损坏并且机械地稳定半导体晶片100。
18.器件结构104的掺杂区110、112、114通过具有随后退火步骤的注入或通过在外延过程期间的掺杂来产生。例如，对于功率mosfet（金属氧化物半导体场效应晶体管）或功率二极管器件来说，第一沉积外延层114可以是厚度范围例如在10μm至50μm之间的n掺杂的漏极或发射极层，或者对于igbt（绝缘栅双极晶体管）器件来说，可以是p掺杂的发射极层。第二外延沉积层（未示出）可以被沉积为缓冲层，其用于防止空间电荷层向发射极/漏极层114的穿通。缓冲层的厚度通常为1μm至40μm或2μm至30μm。然后，可以通过外延技术来沉积n型漂移区带层112。漂移区带层112的厚度取决于目标击穿电压（对于1200v器件来说，典型地在8μm至12μm之间的范围内，而对于3.3 kv器件来说，在25μm至35μm之间的范围内）。漂移区带层112的掺杂水平也可根据所需的击穿电压（对于1200v器件来说，典型地约10
16
cm-3
，对于3.3 kv器件来说，为10
15
cm-3
的几倍）来调节。正面器件结构110（例如对于功率mosfet或igbt的p-本体和源极区、或对于功率二极管的p-发射极）可以通过掩模离子注入和随后的退火步骤而形成。对于可开关器件，栅极结构也以平面或基于沟槽的栅极的形式实现。
19.在器件形成之后，半导体晶片100具有带有器件结构104的正面以及正面金属化层和/或钝化层106。器件结构104可以是半导体器件的结构，例如mems（微机电系统）和/或moems（微光机电系统）器件、诸如mps（合并pin肖特基）二极管、肖特基二极管、mos栅控二极管等之类的二极管、或诸如mosfet、jfet（结型fet）、igbt、鳍式fet、晶闸管等之类的晶体管器件、或其组合。如果器件结构104包括肖特基接触部，则正面金属化层108可以包括肖特基接触金属。另外，或者作为在没有肖特基接触部的情况下的替代，正面金属化层108可以包括欧姆接触金属。
20.图1b示出了在半导体晶片100内形成分离区116之后的半导体晶片100。分离区116具有至少一种改变的物理性质，其相对于半导体晶片100的其余部分增加分离区116内的热机械应力。在分割过程期间和/或之后保护器件结构104免受损坏并且机械地稳定半导体晶片100的载板108可以在形成分离区116之前或之后附接到具有一个或多个外延层102的半导体晶片100。载板108可以是单片材料或包括多层和/或复杂结构的载板系统。
21.载板108的形状可以与半导体晶片100的形状相似或甚至相同。半导体晶片100可以具有向一侧或多侧中切入的平面，用于指示晶片100的晶面，而载板108可以不具有这样的平面。载板108可以具有比半导体晶片100大的直径，例如至少大0.1%。载板108的直径可以是例如半导体晶片100的直径的至多3倍或至多2倍或至多1.5倍。载板108的机械稳定部分和/或载板108的可选固定层可以完全覆盖半导体晶片100的正面，例如，如图1a至1e所
示。或者，如图2所示，载板108的机械稳定部分和/或可选的固定层将半导体晶片100的正面（有源侧）沿晶片100的表面分成多个区段。根据该实施例，载板108的机械稳定部分和/或可选的固定层可以具有环形、网格的形状，和/或可以仅存在于半导体晶片100的外围区中，例如在晶片100的外/外围部分处的相交环。在每种情况下，器件结构104的形貌可以嵌入在载板108中，例如通过载板108和具有一个或多个外延层102和正面金属化106的半导体晶片100之间的灌封材料和/或粘合层和/或非粘合层118。
22.载板108可以临时（可逆地）或永久地附接到具有一个或多个外延层102的半导体晶片100。在临时附接的情况下，载板108可以包括具有热或uv剥离的胶带、与刚性支撑（例如透明基板、不透明基板、聚合物膜等）结合的粘合剂（有机或无机组合物）层、固定或移动静电卡盘、固定或移动真空卡盘、移动真空载板等。在永久附接的情况下，载板108可以包括例如呈网格、环等形式的热压花玻璃、经由焊料玻璃附接的玻璃网格和/或环、经由激光焊接过程等附接的玻璃网格和/或环、经由一个或多个扩散焊接层与具有一个或多个外延层102的半导体晶片100接合的诸如半导体、金属、绝缘体（例如玻璃）基板之类的基板、经由需氧和/或厌氧粘合剂或其他粘合成分等与具有一个或多个外延层102的半导体晶片100接合的基板。
23.分离区116可以在限定的位置处分割半导体晶片100。否则，分割将发生在可能受晶体损坏等影响的随机位置处。此外，在没有限定的分离区116的情况下，由于仅可以使用器件晶片和/或回收晶片中的一些，所以将更难以进行可再生的制造。明确限定的分离区116显著降低了晶片分割期间的材料损耗（也称为切口损耗）。分离区116的厚度（t_sep）可以限定切口损耗。例如，损耗可能源自微观裂纹的垂直延伸、以及由于化学、机械、电化学和/或等离子体材料去除而引起的附加损耗。
24.可以选择分离区116的位置，使得在限定器件结构104之后，到具有一个或多个外延层102的半导体晶片100的正面的距离“d1”足够高以允许对由分割过程产生的较薄器件晶片进行机械处理，并且使得到正面的距离d1足够低因此到背面的距离“d2”足够高以使得仍然可以处理由分割过程产生的回收晶片。在一个实施例中，分离区116靠近晶片100和第一沉积外延层114（用于功率mosfet的基板/漏极层或用于二极管的基板/发射极层）之间的界面。典型地，分离区116与晶片100和第一沉积外延层114之间的界面之间的距离小于10μm，或者甚至小于4μm，或者甚至小于2μm。
25.通常，与半导体晶片100的其余部分相比，可以增加分离区116内的热机械应力，从而简化将半导体晶片110分割成器件晶片和回收晶片，例如通过向晶片100施加机械力和/或热应力。在分离区116内产生的热机械应力可以足以引起晶片分割，而不必要求施加外力。例如，可将激光辐射施加至分离区116，使得分离区116相对于半导体晶片100的其余部分具有增加的热机械应力，并且至少一个裂纹沿该分离区116传播，从而使得能够在不使用外力的情况下晶片分割。然而，仍可施加外力以剥离分割的晶片工件中的一个和/或帮助晶片分割。
26.在一个实施例中，通过损坏目标位置处的半导体晶片100的材料来形成分离区116。例如，在sic作为晶片材料的情况下，可以损坏sic材料。在一些情况下，sic可以至少部分地分解为例如si和c。这可以例如通过在半导体晶片100内的目标位置处的sic材料中产生等离子体来完成。等离子体中的至少一些原子可以重新形成例如无定形碳和/或非晶硅
形式的碳团簇和硅材料。另外或作为替选，至少一些原子可以再结晶、半结晶和/或再组织为例如sic（例如4h-sic、6h-sic或3c-sic）或其中si相和c相均为非晶态的非晶sic的至少一种多型。在一些示例中，分离区106可以包括sic或硅或碳的至少一种多型（例如，以微晶的形式）的晶体部分、sic或硅或碳的非晶部分和/或空腔中的至少一种。
27.在一个实施例中，通过将激光辐射聚焦在半导体晶片100内的目标位置处，在半导体晶片100内的目标位置处的材料中产生等离子体。半导体晶片100可以通过与器件结构104相对的背面或通过具有器件结构104的正面被照射，并且聚焦到晶片100内的明确限定的区以在晶片100内激发等离子体，并且其将激光照射的半导体材料分解成其组成成分。例如，在sic的情况下，激光照射的sic如下分解：sic
→
si c。与激光辐射的相互作用可以导致例如如上所述的不同的材料相，和/或导致半导体晶片100内的微观裂纹。优选地，在制造器件结构104之前或者至少在制造正面金属化106之前，进行通过正面利用激光辐射来照射半导体晶片100，因为激光辐射可能会损坏器件结构104并且因为金属化106对于激光辐射不透明。
28.如果已经例如通过如上文简要解释的和下文更详细解释的注入，预先限定了分离区116，则施加到分离区116的激光辐射可以处于单光子过程（例如单光子吸收）占主导、即多光子过程的概率很小（例如，小到单光子过程的概率的至少十分之一）的共振状态。在谐振状态下，分离区116内的材料的带隙可以例如在激光辐射的光子能量的范围内（例如，根据激光能量，具有带隙的至多
±
5%或至多
±
1%或至多
±
0.1%或至多
±
0.01%的失谐）。激光辐射可以在分离区116中被吸收，并且可以导致分离区116的进一步损坏（例如，在sic晶片100的情况下，sic的分解），使得不需要或仅需要很小的机械力和/或热应力来在分离区116处分割半导体晶片100。
29.可以限定分离区116，或者在先前例如通过离子注入而形成的预限定层的情况下，可以通过将激光辐射聚焦到明确限定的区（例如半导体晶片100内的分离区116的具有至多目标厚度（例如至多目标厚度的50%）的区）来进一步限定分离区116。在这种情况下，激光辐射可以处于非共振状态，使得在分离区116中单光子过程的概率很小，并且主要多光子过程（特别是多光子吸收）可能必须被考虑。例如，如果分离区116的带隙大于激光辐射的光子能量（例如，至少两倍或至少十倍），则可以实现非共振状态。在多光子过程的情况下，损坏产生可以进一步被预限定层（例如，通过离子注入形成的）支持，该预限定层增加了在激光辐射的焦点所在的区内的吸收。
30.激光辐射可以是脉冲激光辐射。激光辐射的参数（例如脉冲持续时间、重复率、脉冲能量、强度、波长、脉冲形状、偏振等）是相互关联的，并且可以根据具体应用或要求进行优化。例如，激光辐射可以具有100fs至100ns（例如50ps至10ns）的脉冲持续时间、10khz至10mhz的重复率、100nj至50μj的脉冲能量、以及400nm至2100nm（例如900nm至1200nm）的峰值波长。
31.激光辐射可以沿基本上彼此平行延伸的激光线（也称为划线）施加。对于每条激光线，激光束沿该线扫描。激光扫描的速度可以如此之快，以至于相邻的单个激光发射可以区分开，例如不重叠。这里，单个激光发射可以对应于由如图3所示的单个激光辐射脉冲产生的损坏。
32.在示出了分离区116的小区段的图3中，标有“a”的虚线椭圆对应于各个/单个激光
发射的位置。在每个单个激光发射位置“a”，分离区116的材料被分解，并且出现沿晶片材料的晶面延伸的微观裂纹，如标记为“b”和“c”的附加微观裂纹所示。形成在分离区116内的微观裂纹“a”、“b”、“c”至少部分地彼此断开。标记为“c”的微观裂纹由其他微观裂纹“a”之间的张力产生，而不是由激光发射直接形成。对于4h-sic来说，半导体晶片100的生长方向（其对应于晶片100沿其具有厚度t_wafer的垂直方向）可以相对于主晶轴略微倾斜，通常倾斜4
°
（也称为偏轴角）。因此，晶面是倾斜的。
33.如果分离区116仅具有单个大裂纹，其将是平面的但倾斜的，则分离区116将相对于横向方向（即，垂直于垂直方向的方向）倾斜4
°
。沿半导体晶片100的整个直径，这将会导致巨大的损耗。因此，对于sic来说，如果分离面不是平面的而是具有z字形形状/锯齿形状，则分割过程可用于4h-sic。随后连接微观裂纹“a”、“b”、“c”以使得能够分割半导体晶片100，如以下进一步更详细描述的。
34.除了通过激光辐射损坏半导体晶片100以形成分离区116之外或作为其替代，还可以通过在与晶片100内的目标位置对应的深度处将离子注入到半导体晶片100中以产生和/或预先限定分离区116，来损坏目标位置处的半导体晶片100的材料。离子可直接导致较高的吸收，例如，由于在大部分注入离子驻留的分离区116中的较高吸收率。在sic作为半导体晶片100材料的情况下，离子可以导致sic晶片的晶体结构转换成不同的材料，例如转换成不同的多晶类型（例如从4h-sic到3c-sic）和/或转换成不同的结晶度和/或转换成非晶sic和/或转换成硅和碳（非晶或晶体），使得在分离区116中增加激光辐射的波长下的吸收系数。离子还可导致在分离区116中的半导体晶片100的材料的分解。
35.在一个实施例中，离子可以从由氮离子、磷离子、氢离子和氦离子组成的组中选择。例如，诸如氮和/或磷原子的原子可以被注入到分离区116中，其中注入剂量导致产生非晶层和/或空腔。另外或作为替选，氦离子或质子也可以被注入以在分离区116内产生局部损坏层。对于相同的能量，与较重的离子相比，较轻的离子（如氦和氢）在半导体晶片100中穿透得更深，从而增加分离区116的深度，如果需要的话。较轻的离子（如氦和氢）可以优先在注入的范围末端产生空位团和受损层，使得可以在该区中促进分割过程。磷和/或氮适于在sic中实现高度损坏层。在磷和/或氮的情况下，可以选择注入剂量，使得在分离区116中产生非晶层和/或空腔。可选地，在注入期间可以利用通道（channelling），这导致其中执行注入的表面的较低表面损坏。可以在形成一个或多个外延层102之前注入离子。例如，离子可以通过半导体晶片100的表面注入，在该表面上将形成一个或多个外延层102。
36.在离子注入之后，可以制造器件结构104。在制造器件结构104之后或之前，如上所述的激光辐射可以照射穿过半导体晶片100，其中，焦点大致位于注入层处。离子和/或已经被离子转化的半导体材料与晶片100的其余部分相比将具有增加的吸收，因此通过晶片100的增强的局部加热改善了例如sic分解成si和c。例如，多光子和单光子过程的组合可以在预限定的离子注入层内发生，以便相对于半导体晶片100的其余部分增加分离区116内的热机械应力。
37.可以在形成器件结构104之前或之后形成分离区116。在一些实施例中，可以在形成器件结构104之前，例如甚至在外延生长之前，形成分离区116的一部分，并且可以在形成器件结构104之后，形成分离区116的另一部分。
38.在一个实施例中，通过半导体晶片100的激光照射和离子注入来形成分离区116。
具体讲，通过在与晶片100内的目标位置相对应的深度处将离子注入到半导体晶片100中，可以使半导体晶片100的材料在半导体晶片100内的目标位置处被损坏。在离子注入之后，激光辐射然后聚焦在半导体晶片100内的目标位置处。根据该实施例，注入的离子增加分离区116中在激光辐射的波长下的吸收系数，这进一步相对于半导体晶片100的其余部分增加分离区116内的热机械应力。
39.在形成分离区116之后，将外力施加到半导体晶片100，使得至少一个大裂纹沿分离区116传播，并且半导体晶片100分成两个单独的工件。表面能的力平衡、键合力和（可选的）外部压力被移动以有利于外部力，使得在分离区116处克服仍然存在于半导体晶片100内的内部结合力，从而导致裂纹传播。或者，激光辐射沿分离区116传播足够的裂纹，使得分割半导体晶片100不必需要施加外力。然而，仍然可以施加外力以辅助分割晶片工件的剥离过程和/或晶片分割。
40.分离区116具有至少一种改变的物理性质，其相对于半导体晶片100的其余部分增加分离区116内的热机械应力，如上所述。例如，激光辐射和/或离子注入可以用于改变分离区116的至少一种物理性质。激光辐射可在分离区116中形成微观裂纹“a”、“b”、“c”，而注入的离子可以增加在激光辐射的波长下的分离区116中的吸收系数。热机械应力的局部增加以受控和可再生的方式限制裂纹传播到分离区116。热机械应力的局部增加可能足以沿分离区116传播足够的裂纹，使得不必需要施加外力来分割半导体晶片100。然而，在其他实施例中，也可以使用力来帮助分割半导体晶片100。
41.在一个实施例中，施加到半导体晶片100以用于沿分离区116分割晶片100的外力包括向半导体晶片100施加超声振动（声波）。超声振动的频率可在khz范围内，例如至少20khz和至多60khz（例如30-50khz，例如35-45khz）。当施加超声振动时，半导体晶片100可以被放置在填充有流体的容器中，所述流体例如纯水、去离子水、一般的溶剂、二甲基甲酰胺、异丙醇、甲醇和/或乙醇。例如，可以使用类似于超声清洗装置的设备来向半导体晶片100施加超声波。
42.图1c至1e示出了将外力施加到半导体晶片100以沿分离区116分割晶片100的另一实施例。根据该实施例，如图1c所示，将聚合物120施加到半导体晶片100和/或载板108。聚合物120具有与半导体晶片100的cte（热膨胀系数）不同的cte。然后，聚合物120和半导体晶片100经受温度处理，在该温度处理期间，聚合物120向半导体晶片100施加机械应力，如图1d中的虚线箭头所示。机械应力导致至少一个大裂纹122沿分离区116传播，使得半导体晶片100分成两个单独的工件124、126，如图1e所示。一个工件124保持器件结构104。另一工件126可用于随后的器件处理。
43.在分离区116包括如上结合图3所解释的微观裂纹“a”、“b”、“c”的情况下，施加到半导体晶片100的机械应力会导致微观裂纹“a”、“b”、“c”彼此连接以形成分割晶片100的大裂纹122。也就是说，各个微观裂纹“a”、“b”、“c”响应于外力而相对于彼此移动。因此，分离区116可以不被视为半导体晶片100内的单个层，而是仅在分割期间组合的若干微观裂纹“a”、“b”、“c”的组合。在sic作为半导体晶片100材料的情况下，组合微观裂纹“a”、“b”、“c”会导致两个单独的工件124、126具有带有锯齿图案的分离表面128、130。因此，在sic的情况下，所得的器件工件124和回收工件126不具有光滑的平坦表面。在一个实施例中，在半导体晶片100被分成两个单独的工件124、126之后，由沿分离区116传播的大裂纹122产生的每个
分离表面128、130被平滑。残余分解材料可存在于从晶片100上分割的每个工件124、126的分离表面128、130处，并且可通过清洁过程来去除。
44.聚合物120可以附接到半导体晶片100，其中，载板108已经附接到晶片100。聚合物120可以附接在半导体晶片100的背向正面和载板108的背面132处。作为代替，聚合物108可以附接到载板108的背离半导体晶片100的外侧134。在此情况下，载板108位于聚合物120与半导体晶片100之间。根据另一实施例，聚合物120可以附接到半导体晶片100的背面132和载板108的外侧134两者。例如，如果玻璃栅格或玻璃环用作载板108，那么，聚合物120可以施加在具有一个或多个外延层102的半导体晶片100的背面132处，并且额外施加在载板108的外侧134处。通常，可以在聚合物120和施加聚合物120的侧之间施加其他层（例如，诸如粘合剂的粘合层，和/或简化聚合物120的后续去除的层）。
45.不仅可以基于cte，而且也可以通过考虑多个参数来选择聚合物120。聚合物120的cte应不同于半导体晶片100的cte。例如，聚合物120的cte优选地大于半导体晶片100的cte。除了cte差异之外，聚合物120中的cte在宽温度范围内的线性进展对于成功分离可能是有利的。
46.此外，聚合物120应具有足够高的热导率。在一个实施例中，在温度处理之前，将一种或多种填料（如zno和/或炭黑）加入到聚合物120。（一种或多种）填料增加聚合物120的热导率并减小聚合物120的储能模量的斜率，从而延长在较小的温度范围内的聚合物120中的cte的线性进展。通过向聚合物120添加zno和/或炭黑，所形成的渗透链可以显著地增加聚合物120中的热导率。如果使用填料材料，则可以选择聚合物材料，使得填料材料容易均匀地分布在整个聚合物120中。
47.对于到半导体晶片100的足够大的传热系数，将一种或多种填料（例如zno和/或炭黑）添加到聚合物减少了实现产生足够的机械应力以沿分离区116分割半导体晶片100的温度差所需的时间的一半以上。同时，弹性模量的升高分布在更大的温度范围内，因为与未填充的聚合物相比，其在更高的温度下已经是明显的。结果，在制造过程期间晶片破损较少，并且提供了较高的分割效率。聚合物120的一个示例是pdms（聚二甲基硅氧烷），通常具有至少一种填料。pdms可产生对表面的高粘附性。因此，附接可能需要一些预加工或调节以实现无损的聚合物去除。例如，可以在聚合物和聚合物所附接的表面之间设置箔。
48.附接聚合物120通常在较高温度（例如，高于室温但低于300℃）下执行。可以应用结合过程以实现遍及整个温度处理的牢固结合。例如，在施加聚合物120之前，聚合物120和/或半导体晶片100和/或载板108的施加表面可以经历化学和/或物理表面处理（例如，用等离子体）以实现牢固的结合。可以使用间接临时冷等离子体活化方法来确保随后容易去除聚合物120。这具有的优点是，在此可实现结构-性质关系的矛盾特性，并且在出现的低温下不预期显著的热扩散过程。例如，在金属杂质（诸如源自器件结构104的金属层的杂质）的情况下，扩散可能是有问题的。聚合物结合足以进行分割操作，但对于在后续步骤中完全去除聚合物120而言足够弱。
49.另一附加或替代方法是在具有一个或多个外延层102（和/或，如果适用，载板108）的半导体晶片100与聚合物120之间施加结合（牺牲）层。可以选择结合层，使得用例如化学品或用热处理就可以降低对聚合物120的粘附。
50.聚合物120可以不直接产生在具有一个或多个外延层102的半导体晶片100上和/
或直接在载板108上。相反，聚合物120可以被预先生产并且随后利用一个或多个外延层102和/或载板108被附接到半导体晶片100。在其他实施例中，聚合物120例如经由喷涂或涂覆直接产生在具有一个或多个外延层102和/或载板108的半导体晶片100上。
51.在将聚合物120附接到具有一个或多个外延层102和/或载板108的半导体晶片100之后，进行温度处理。在一个实施例中，选择温度处理，使得聚合物120在温度处理期间经历部分玻璃化转变和部分结晶。这可以包括第一阶段和第二阶段，在第一阶段期间聚合物120和半导体晶片100经历从起始温度降至室温的温度梯度，起始温度为300℃或更低但高于室温，在第二阶段期间聚合物120和半导体晶片100进一步冷却至更低的温度。例如，更低的温度可以对应于被用于冷却的冷却液体（例如，液氮）的沸腾温度的
±
40℃。更低的温度可以是例如-170℃，特别是对于整个晶片100来说。在一些示例中，根据冷却条件（例如，冷却液体），更低的温度可以低于聚合物120的玻璃化转变温度（tg）。
52.图4a和4b说明了没有填料（图4a）和具有一种或多种填料（图4b）的相同聚合物120的以℃为单位的温度之上的以mpa为单位的储能模量（弹性模量）。在温度处理的第二阶段期间，聚合物120可以经历部分玻璃化转变和部分结晶过程，如图4a和4b所示。玻璃化转变tg的限定没有标准化。有几种方法来确定tg，其不是恒定的材料性质，而是取决于被用于限定tg的方法以及在所述方法期间使用的参数。例如，如果使用测量粘弹性模量的dma（动态力学分析）方法，则必须说明动态玻璃化转变温度以及测量所用的参数（例如，外部负载的频率、倾斜速度、倾斜方向、测量精度等）。
53.在图4a中，玻璃化转变温度tg在转折点处得到（至少对于限定tg的一些方法而言）。在图4b中，结晶在比玻璃化转变（在t2以下具有较高斜率）更高的温度（在t1和t2之间具有较缓的斜率）开始，其中，温度t3低于t2且t2低于t1。与图4a中相同但不含填料的聚合物相比，不能再清楚地确定转折点，从而不能确定tg。
54.通过向聚合物120中添加一种或多种填料，所用聚合物的自由度比没有填料的聚合物的自由度结晶更早。在高于玻璃化转变的温度下，聚合物分子是柔性的，并且可以采用不同的构象，例如通过围绕柔性si-o-si硅氧烷单键（[r3si-o-sir3]n）的键旋转。随着温度降低的增加，存在对现有自由度的限制，并因此弹性体分子的移动性降低，因为结合旋转所需的必要活化能在统计学上较少获得。聚合物分子的位置变化频率随着温度的降低而降低。由于填料颗粒和聚合物分子之间额外发生的分子间相互作用，聚合物分子的重排的动力降低，因为基团振动或周围链和分子的协同运动由于较低的自由体积而降低。在非常高的填料含量（例如＞20w%）下，应考虑颗粒-颗粒相互作用。
[0055]
与图4a中没有填料的聚合物相比，对于图4b中具有一种或多种填料的聚合物120，聚合物120的储能模量（弹性模量）在更高的温度下增加。因此，储能模量增加的斜率更低。在分割过程期间力的增加与储能模量成比例。因此，较低的斜率转化为力的较低增加，并因此转化为更平滑的力增加，导致更平滑的裂纹传播。通过向聚合物120添加一种或多种填料，可以在分离区116外以较少的晶片破损来减轻半导体晶片100内的张力。相反，对于力的较高增加，不均匀性对分割过程具有较高的影响。聚合物结晶可以导致较低的总力，但是这可以例如通过增加聚合物120的厚度来补偿。优选地选择温度梯度和温度处理，使得半导体晶片100内的局部温度差减小。过大的局部温度差会导致应力的过度增加，并导致半导体晶片100内不希望的破裂。
[0056]
半导体晶片100可以具有斜边136，例如，如图5a所示。如图5a所示，斜边136具有斜切的外表面。当制备位置由图5a中的虚线指示的分离区116时，斜边136的形状可能会导致问题。例如，斜边136的厚度变化可能会导致激光束的传播长度的变化。因此，激光束的焦点在晶片斜面处改变。结果，分离区116可能不延续到半导体晶片100的外缘/边缘面138。半导体晶片100的外缘/边缘面138处的厚度和/或位置的变化也可能阻碍离子注入以限定或预先限定分离区116。
[0057]
为了允许从外缘/边缘面138接近分离区116，并因此便于或至少简化分割过程，斜面的形状可以如图5b和5c所示地修改。根据这些实施例，半导体晶片100的斜边136被减薄到位于或低于分离区116的深度t_thin，其位置由图5b和5c中的虚线指示。根据所采用的减薄类型，减薄区可以具有正方形（图5b）或圆形（图5c）拐角。半导体晶片100的斜边136可以通过机械去除而减薄，例如通过研磨、切割、通过激光烧蚀、通过电（化学）放电加工、通过蚀刻等。
[0058]
图5d示出了另一实施例，根据该实施例，在半导体晶片100的斜边136中形成槽500，并且其横向延伸到分离区116，该分离区的位置在图5d中由虚线表示。槽500可以形成为图5b和5c所示的减薄部分的替代或补充。在每种情况下，可以在产生分离区116之前或之后处理半导体晶片100的斜边136。
[0059]
在晶片分割处理期间，可以向半导体晶片100施加压力。例如，活塞可以向具有一个或多个外延层102的半导体晶片100施加压力。可以用压缩空气在晶片100的方向上推动活塞，或者可以仅将活塞的重力施加到晶片100。这种过程比将具有聚合物120的晶片100浸入（例如，完全或逐渐地）低温流体（例如，氮）中更好控制，特别是对冷却处理的空间分辨率来说。
[0060]
在分割半导体晶片100之后，保持器件结构104的工件124可以比另一工件126薄。例如，保持器件结构104的工件124可以具有至多100μm（例如，至多70μm或至多50μm）的厚度和至少如上所述的漂移区带的所需厚度（或比所需厚度大至少10μm），并且另一工件126可以具有至少150μm（例如，至少190μm）的厚度。
[0061]
为了允许重新使用聚合物120并且避免分割晶片工件124、126的破损，可以采用聚合物去除。例如，聚合物120可通过机械手段在器件侧分离表面128（如果适用）和在回收侧分离表面130上被去除，而无需化学蚀刻（通常，无化学品），无需等离子体蚀刻或其他气相溅射过程。由于本文所述的附接方法，因此可以快速且以环境友好和无残留的方式去除聚合物120。
[0062]
在晶片分割之后，工件124、126在其上被处理的分割晶片工件124、126的分离表面128、130。对于具有器件结构104的工件124的背面，可以执行例如通过机械研磨和/或化学机械抛光和/或蚀刻的损坏去除。在损坏去除之后，分离表面128的最终粗糙度的均方根（rms）值可低于5μm或甚至低于2μm。然后可以进行进一步的处理。在没有器件结构104的工件126的情况下，分离表面130可能需要处理以准备用于随后的外延生长。在这种情况下，分离表面130的rms值可以低于500nm，或者甚至低于300nm。没有器件结构104的工件126的厚度可以例如通过诸如cvd外延技术的沉积技术而适应晶片100的原始厚度，使得对于增厚的工件126可以重复如上所述的相同过程几次。
[0063]
本文先前描述的实施例涉及从基底半导体晶片分割新晶片。或者，本文所述的分
割技术可应用于从半导体晶锭分割半导体晶片。半导体晶锭是通过诸如bridgman技术、直拉过程等之类的合成方法而生产的单晶锭。本文所述的分割技术可应用于通过在半导体晶锭内形成分离区而从半导体晶锭分割半导体晶片，该分离区具有至少一种改变的物理性质，其相对于半导体晶锭的其余部分增加分离区内的热机械应力。例如，通过将激光辐射聚焦在半导体晶锭内的目标位置处，可以增加分离区内的热机械应力。然后，将外力施加到半导体晶锭，使得至少一个裂纹沿分离区传播，并且晶片从半导体晶锭分割。在一个实施例中，通过将聚合物施加到半导体晶锭来将外力施加到半导体晶锭，该聚合物具有与半导体晶锭的cte不同的cte。聚合物和半导体晶锭经受温度处理，在该温度处理期间，聚合物将机械应力施加到半导体晶锭。同样如本文先前所述，在半导体晶锭的分离区内产生的热机械应力可足以引起晶片分割，而不必需要施加外力。在任一情况下，可以多次应用该过程以从单个半导体晶锭中产生多个晶片。
[0064]
尽管本公开内容不限于此，但以下编号的示例例证了本公开内容的一个或多个方面。
[0065]
示例1.一种分割半导体晶片的方法，所述方法包括：在半导体晶片上形成一个或多个外延层；在所述一个或多个外延层中形成多个器件结构；在多个器件结构之上形成金属化层和/或钝化层；将载板附接到具有所述一个或多个外延层的所述半导体晶片，所述载板保护所述多个器件结构并且机械地稳定所述半导体晶片；在所述半导体晶片内形成分离区，所述分离区具有至少一种改变的物理性质，其相对于半导体晶片的其余部分增加分离区内的热机械应力；以及，向半导体晶片施加外力，使得至少一个裂纹沿分离区传播，并且半导体晶片分割成两个单独的工件，所述工件中的一个保持多个器件结构。
[0066]
示例2.根据示例1所述的方法，其中，在半导体晶片内形成分离区包括：损坏半导体晶片内的目标位置处的半导体晶片的材料。
[0067]
示例3.根据示例2所述的方法，其中，损坏半导体晶片内的目标位置处的半导体晶片的材料包括：在半导体晶片内的目标位置处的材料中产生等离子体。
[0068]
示例4.根据示例3所述的方法，其中，在半导体晶片内的目标位置处的材料中产生等离子体包括：将激光辐射聚焦在半导体晶片内的目标位置处。
[0069]
示例5.根据示例2所述的方法，其中，损坏半导体晶片内的目标位置处的半导体晶片的材料包括：在与半导体晶片内的目标位置对应的深度处将离子注入到半导体晶片中。
[0070]
示例6.根据示例5所述的方法，其中，所述离子选自包括氮离子、磷离子、氢离子和氦离子的组。
[0071]
示例7.根据示例5或6所述的方法，其中，选择离子的注入剂量，使得被注入的离子损坏的半导体晶片的材料是非晶的或产生空腔。
[0072]
示例8.根据示例2所述的方法，其中，损坏半导体晶片内的目标位置处的半导体晶片的材料包括：在与半导体晶片内的目标位置对应的深度处将离子注入到半导体晶片中；以及在注入离子之后，将激光辐射聚焦在半导体晶片内的目标位置处，其中，注入的离子增加在激光辐射的波长下的分离区中的吸收系数。
[0073]
示例9.根据示例1至8中任一项所述的方法，还包括：将所述半导体晶片的斜边减薄到所述分离区处或所述分离区下方的深度。
[0074]
示例10.根据示例1至9中任一项所述的方法，还包括：在半导体晶片的斜边中形成
横向延伸到分离区的槽。
[0075]
示例11.根据示例1至10中任一项所述的方法，其中，向半导体晶片施加外力包括：将超声振动施加到半导体晶片。
[0076]
示例12.根据示例1至11中任一项所述的方法，其中，向所述半导体晶片施加所述外力包括：将聚合物施加到半导体晶片和/或载板，该聚合物具有与半导体晶片的cte（热膨胀系数）不同的cte；以及，使聚合物和半导体晶片经受温度处理，在该温度处理期间聚合物向半导体晶片施加机械应力。
[0077]
示例13.根据示例12所述的方法，其中，选择温度处理使得聚合物在温度处理期间经历部分玻璃化转变和部分结晶。
[0078]
示例14.根据示例12或13所述的方法，其中，所述温度处理包括第一阶段和第二阶段，在第一阶段期间聚合物和半导体晶片经历从起始温度降至室温的温度梯度，所述起始温度为300℃或更低但高于室温，在第二阶段期间聚合物和半导体晶片进一步冷却至聚合物的玻璃化转变温度以下的温度。
[0079]
示例15.根据示例12至14中任一项所述的方法，还包括：在所述温度处理之前，将一种或多种填料加入所述聚合物中，所述填料增加了所述聚合物的热导率并降低了所述聚合物的储能模量的斜率。
[0080]
示例16.根据示例15所述的方法，其中，所述一种或多种填料包括zno和/或炭黑。
[0081]
示例17.根据示例12至16中任一项所述的方法，还包括：在施加聚合物之前，化学和/或物理处理聚合物的表面和/或半导体晶片的表面和/或载板的表面。
[0082]
示例18.根据示例12至17中任一项所述的方法，其中，所述至少一个裂纹在所述聚合物的部分结晶期间传播，所述部分结晶在所述温度处理期间发生。
[0083]
示例19.根据示例1至18中任一项所述的方法，其中，向所述半导体晶片施加所述外力包括：在将半导体晶片分成两个单独工件的期间，向半导体晶片施加压力。
[0084]
示例20.根据示例1至19中任一项所述的方法，还包括：在将半导体晶片分割成两个单独工件之后，减小半导体晶片的两个工件的分离表面的表面粗糙度，每个分离表面是随着至少一个裂纹沿分离区传播而形成的表面。
[0085]
示例21.根据示例1至20中任一项所述的方法，其中，所述分离区的至少一种改变的物理性质包括在所述分离区内至少部分地彼此断开的多个微观裂纹，并且其中，所述多个微观裂纹响应于所述外力而彼此连接，以形成沿所述分离区传播的所述至少一个裂纹。
[0086]
示例22.根据示例21所述的方法，其中，所述半导体晶片是sic晶片，并且其中，通过响应于所述外力的所述多个微观裂纹的连接而形成的至少一个裂纹具有锯齿图案。
[0087]
示例23.一种分割半导体晶片的方法，所述方法包括：在半导体晶片上形成一个或多个外延层；在所述一个或多个外延层中形成多个器件结构；在多个器件结构之上形成金属化层和/或钝化层；将载板附接到具有所述一个或多个外延层的所述半导体晶片，所述载板保护所述多个器件结构并且机械地稳定所述半导体晶片；将激光辐射施加到半导体晶片内的分离区，使得分离区相对于半导体晶片的其余部分具有增加的热机械应力，并且至少一个裂纹沿分离区传播；以及沿至少一个裂纹将半导体晶片分成两个单独的工件，所述工件中的一个保持多个器件结构。
[0088]
示例24.一种从半导体晶锭分割出半导体晶片的方法，所述方法包括：在半导体晶
锭内形成分离区，该分离区具有至少一种改变的物理性质，其相对于半导体晶锭的其余部分增加分离区内的热机械应力；以及，向半导体晶锭施加外力，使得至少一个裂纹沿分离区传播，并且晶片从半导体晶锭分割。
[0089]
示例25.根据示例24所述的方法，其中，向半导体晶锭施加外力包括：将聚合物施加到半导体晶锭，所述聚合物具有与半导体晶锭的cte（热膨胀系数）不同的cte；以及，使聚合物和半导体晶锭经受温度处理，在该温度处理期间，聚合物将机械应力施加到半导体晶锭。
[0090]
诸如“第一”、“第二”等之类的术语被用于描述各种要素、区、区段等，并且也不旨在是限制性的。在整个说明书中，相同的术语指相同的要素。
[0091]
如本文所用，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，其指示所述要素或特征的存在，但不排除还有另外的要素或特征。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文另有明确指示。
[0092]
应当理解，除非另外特别指出，否则本文所述的各种实施例的特征可彼此组合。
[0093]
尽管在此已经示出和描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员应当理解，在不偏离本发明范围的情况下，可以有各种替代和/或等同实现来替代所示出和描述的特定实施例。本技术旨在覆盖这里讨论的具体实施例的任何改编或变化。因此，本发明仅由权利要求及其等同物来限定。