[发明专利]使用芯片外围沟槽进行的半导体晶片划片裂纹防止

说明书

本发明公开了使用芯片外围沟槽进行的半导体晶片划片裂纹防止。在一个实施例中，一种形成半导体器件的方法包括：提供包括基本上平面的生长表面和一个或多个优选结晶解理面的半导体基底衬底和在平面生长表面上的外延第一III‑V类型半导体层，以及形成从第一III‑V类型半导体层的上表面至少垂直延伸到平面生长表面的第一沟槽，其中第一沟槽具有与一个或多个优选结晶解理面不平行的长度方向。

技术领域

本申请涉及半导体器件制作，并且特别地涉及晶片划片。

背景技术

在各种应用中使用半导体晶体管，特别是场效应控制开关器件，诸如在下文中也称为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的MISFET（金属绝缘体半导体场效应晶体管）以及也称为异质结构FET（HFET）和调制掺杂FET（MODFET）的HEMT（高电子迁移率场效应晶体管）。HEMT由于其比起常规基于硅的晶体管的有利功率密度、导通状态电阻、开关频率和效率益处而在许多应用中是优选的。HEMT典型地使用诸如GaN、GaAs、InGaN、AlGaN等的III-V类型半导体材料而形成。

用于HEMT器件形成的一个常见技术涉及外延工艺。根据该技术，提供体块晶片。典型地，体块晶片包括诸如硅或碳化硅的可容易获得的半导体材料。然后使用外延生长技术在晶片的生长表面上生长III-V类型半导体材料。晶片的生长表面能够与晶片晶体的<111>晶面对准，以便提供用于该III-V类型半导体材料在其上的外延生长的六方晶格表面。一外延生长了该III-V类型材料，就在该III-V类型半导体层中执行器件形成（例如，栅极结构化、接触件形成、等）。在完成前道工序和后道工序处理之后，将晶片单片化（即，切割）成多个半导体管芯。

使用以上描述的外延生长工艺进行的HEMT器件制作中的一个显著挑战涉及衬底的断裂和/或开裂。因为基底衬底的生长表面包括<111>晶面，所以基底衬底非常易于解理。因此，适度的机械力到基底衬底的施加（其可能是不可避免的处理步骤（例如晶片处置）的结果）可能导致基底衬底部分地或者完全地断裂。

使用以上描述的外延生长工艺进行的HEMT器件制作中的另一个显著挑战涉及该III-V类型半导体在管芯单片化工艺期间的碎裂和断裂。已知的管芯单片化技术包括机械或激光划片。典型地，使用机械划割线来限定晶片上的芯片区域。随后，沿着机械划割线执行机械锯切或激光切割以将晶片分离成单独的管芯。然而，由于以上描述的与晶片的机械强度相关的问题，在切割工艺期间存在相当大的芯片断裂风险。此外，锯切工艺能够导致裂纹跨该III-V类型半导体层传播，这能够引起器件故障。用以在机械划片之前通过分离的蚀刻步骤移除III-V类型半导体材料的途径是非常复杂且昂贵的，并且可能还引起器件上的颗粒污染的增加。该III-V类型半导体材料也能够通过在机械锯切之前的激光工艺来移除，但是这种工艺能够引起芯片断裂强度的降低。

发明内容

本领域技术人员在阅读下面的详细描述时以及在查看附图时将认识到附加的特征和优点。

在一个实施例中，一种形成半导体器件的方法包括：提供包括基本上平面的生长表面和一个或多个优选结晶解理面的半导体基底衬底和在平面生长表面上的外延第一III-V类型半导体层，以及形成从第一III-V类型半导体层的上表面至少垂直延伸到平面生长表面的第一沟槽。第一沟槽具有与一个或多个优选结晶解理面不平行（antiparallel）的第一沟槽长度方向。

在一些实施例中，第一沟槽延伸到平面生长表面中使得半导体基底衬底的平面生长表面中的凹部形成第一沟槽的基底。

该方法可以进一步包括：形成从第一III-V类型半导体层的上表面至少垂直延伸到平面生长表面的至少一个第二沟槽，第二沟槽垂直于第一沟槽延伸并且具有与所述一个或多个优选结晶解理面不平行的第二沟槽长度方向。