半导体芯片、半导体晶圆及其制造方法与流程

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种半导体芯片、半导体晶圆及其制造方法。

背景技术：

请参照图1，在一些类似晶体管的半导体器件通常包括源极s、漏极d、栅极g及衬底b，此类半导体器件的使用环境中，源极和衬底常需要进行接地处理。在一些实施方式中，为了提高半导体器件的增益，减小接地电感，会在衬底上开设贯穿衬底的通孔，然后用金属填充至通孔中并与半导体器件的源极接触，从而将源极和衬底背面接地的背面金属层相连，以减少源极到地的电感。在这种方式中，通常是先在衬底背面形成经通孔延伸至与源极电性接触的种子金属层，然后在种子金属层上形成用于接地的背面金属层。现有的制造方式中，可能出现种子金属层的边缘卷曲的问题，特别是在种子金属层包括至少两个金属材料层并形成底切结构时(如图2所示)，容易产生种子金属层边缘卷曲的问题，从而影响半导体芯片的后续封装工艺。

技术实现要素：

为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的之一在于提供一种半导体芯片，包括：

基底，所述基底包括相对的第一侧面及第二侧面；

设置于所述第一侧面的所述半导体芯片的源极；

设置在所述基底上的通孔，所述通孔的设置位置与所述源极的位置对应，所述通孔从所述第二侧面贯穿至所述第一侧面；

基于所述第二侧面形成、并通过所述通孔与所述源极电性接触的种子金属层；

基于所述种子金属层形成的背面金属层，该背面金属层覆盖所述种子金属层的一部分；

至少覆盖于未被所述背面金属层所覆盖的种子金属层边缘的保护材料层。

可选地，所述保护材料层至少覆盖所述种子金属层未被所述背面金属层所覆盖部分。

可选地，在上述半导体芯片中，所述种子金属层包括至少两个不同的金属材料层；

所述至少两个不同的金属材料层在所述第二侧面上形成一底切结构；

所述保护材料层至少覆盖于形成所述底切结构的金属材料层中、最远离所述第二侧面的金属材料层的边缘。

可选地，在上述半导体芯片中，所述保护材料层的一部分填充于所述底切结构、并与形成所述底切结构的金属材料层中最远离所述第二侧面的金属材料层接触。可选地，所述保护材料层还覆盖所述背面金属层的侧面，所述侧面为背面金属层靠近种子金属层的表面和远离所述种子金属层的表面之间形成的侧面。

可选地，所述保护材料层还覆盖所述背面金属层的远离所述种子金属层的部分表面。

可选地，在上述半导体芯片中，所述保护材料层由高导热材料形成。

可选地，在上述半导体芯片中，所述基底包括衬底层和半导体外延层。

本申请的另一目的在于提供一种半导体晶圆，包括多个本申请提供的所述半导体芯片。

可选地，在上述半导体晶圆中，不同的所述半导体芯片的种子金属层通过划片道相互间隔。

本申请的另一目的在于提供一种半导体晶圆的制造方法，所述方法包括：

提供基底，所述基底包括第一侧面及与所述第一侧面相对的第二侧面；

在所述基底第一侧面上形成多个半导体芯片的源极；

在所述基底分别与所述多个半导体芯片的源极对应的位置上制作形成多个贯穿所述基底的通孔；

基于所述第二侧面形成通过所述通孔与所述源极电性接触的种子金属层；

基于所述种子金属层形成覆盖所述种子金属层的一部分的背面金属层；

对种子金属层进行刻蚀，使相邻两个半导体芯片之间形成划片道；

至少在所述种子金属层未被所述背面金属层覆盖部分的边缘形成保护材料层。

可选地，所述方法还包括：

基于所述第一侧面形成所述半导体芯片的其他部分；

在所述基底制作有所述源极的一侧贴附基底支撑片。

可选地，基于所述第二侧面形成通过所述通孔与所述源极电性接触的种子金属层，包括：

基于所述第二侧面依次形成至少两个不同的金属材料层；

其中，所述至少两个不同的金属材料层共同形成所述种子金属层，所述至少两个不同的金属材料层在所述第二侧面上形成一底切结构；所述保护材料层至少覆盖于形成所述底切结构的金属材料层中、最远离所述第二侧面的金属材料层的边缘。

可选地，所述保护材料层的一部分填充于所述底切结构、并与形成所述底切结构的金属材料层中最远离所述第二侧面的金属材料层接触。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请提供的半导体芯片、半导体晶圆及其制造方法，通过在种子金属层未被背面金属层覆盖的边缘位置包裹覆盖保护材料层，从而防止种子金属层产生的卷曲。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为半导体器件的电路连接示意图；

图2为现有技术中种子金属层卷曲的示意图；

图3为本申请实施例提供的半导体晶圆的示意图；

图4-图11为本申请实施例提供的半导体芯片的剖面示意图；

图12为本申请实施例提供的半导体晶圆的制造方法的流程示意图；

图13-图21为本申请实施例提供的半导体晶圆的制造过程示意图。

图标：10-半导体芯片；20-划片道；11-基底；111-衬底层；112-外延层；12-源极；19a-栅极；19b-漏极；201-粘合剂；200-基底支撑片；210-掩膜层；220-图案化保护层；230-图案化掩膜层；13-通孔；14-导电材料；15-种子金属层；151-第一金属材料层；152-第二金属材料层；153-第三金属材料层；240-光刻胶；16-背面金属层；18-保护材料层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参照图2，经发明人研究发现，现有半导体器件的种子金属层的边缘会出现卷曲与衬底分离的问题，严重影响了半导体芯片的后续封装工艺。

有鉴于此，本实施例提供一种半导体芯片、半导体晶圆及其制造方法来解决上述问题，下面对本实施例提供的方案进行详细阐述。需要注意的是，发现上述问题的过程及解决上述问题的方案均是发明人通过付出创造性的思考得出的，因此应视为对本申请创造性所作出的贡献。

请参照图3，本实施例提供的半导体器件常可以制成于图3所示的半导体晶圆上。基于半导体晶圆可以制造多个半导体芯片10，这些半导体芯片10之间通过划片道20相互间隔。沿划片道20对半导体晶圆进行切割后可获得多个半导体芯片10。在本实施例中，半导体芯片10可以为氮化镓材料制成的高电子迁移率晶体管(highelectronmobilitytransistor，hemt),也可以是其他材料的半导体芯片。

可选地，本实施例中，多个半导体芯片10可在半导体晶圆所在的平面上呈矩阵排列。任意相邻两个半导体芯片10之间设置一个或一段划片道20。如图3所示，在相同的延伸方向的相邻两个划片道20可以相互连接，并且在不同延伸方向的相邻两个划片道20相互之间可以交叉设置。

请参照图4，图4为沿图3所示a-a方向进行剖切得到的包括多个半导体芯片10的所述半导体晶圆的部分剖面示意图。

基于基底11的其中一面(图4所示靠下的一面)设置有半导体芯片10的源极12，在本实施例中，将该设置有半导体芯片10的源极12的一面作为基底11的第一侧面，基底11与第一侧面相对的一面(图4所示靠上的一面)为该基底11的第二侧面。

应当理解的是，在基底11的第一侧面上除了设置有半导体芯片10的源极12外还可以设置有半导体芯片10的其他部分，如图5所示的半导体芯片10的栅极19a和漏极19b等。

可选地，在本实施例的一种实施方式中，基底11可以包括衬底层111和半导体外延层112，其中，靠近半导体芯片10的源极12的一层为半导体外延层112，远离源极12的一层为衬底层111。衬底层111可以由硅、蓝宝石、碳化硅、砷化镓中的其中一种材料形成。半导体外延层112可以由例如氮化物等材料制成，例如，由氮化镓和铝镓氮中的一种或者两种形成。

可选地，在本实施例的另一种实施方式中，基底11也可以仅包括衬底层111。

在本实施例中，基底11上设置有通孔13，通孔13的设置位置可以与源极12的位置对应，通孔13可以从第二侧面贯穿基底11至第一侧面。当基底11包括衬底层111和外延层112时，通孔13贯穿衬底层111及半导体外延层112。通孔13的截面形状可以是圆形、椭圆形等任意形状，通孔13的剖面的形状可以是梯形等任意形状。

在本实施例中，基于基底11的第二侧面形成有种子金属层15，该种子金属层15覆盖第二侧面并通过通孔13与源极12电性接触。不同的半导体芯片10的种子金属层15之间由划片道20相互间隔。

基于种子金属层15形成有背面金属层16，该背面金属层16覆盖种子金属层15的一部分。至少覆盖于未被背面金属层16覆盖的种子金属层15边缘的保护材料层18，并与基底11的第二侧面接合，从而加强了种子金属层15边缘的稳固程度，防止种子金属层15边缘的卷曲。优选地，请参照图6，保护材料层18至少覆盖种子金属层15未被背面金属层16所覆盖的部分。

可选地，请再次参照图4，在本实施例的一种实施方式中，种子金属层15从第二侧面经通孔13延伸至与源极12电性接触。

进一步地，由于种子金属层15和背面金属层16的膨胀系数不同，种子金属层15和背面金属层16与基底11的膨胀系数不同，在这种实施方式中，为了防止因无法缓解不同材料热膨胀系数不同引起的应力，种子金属层15与背面金属层16延伸至通孔13中的部分未将通孔13填满，使通孔13中留有一定空间。

请参照图7，在本实施例的另一种实施方式中，通孔13中填充有与源极12电性接触的导电材料14，种子金属层15与导电材料14接触从而与源极12电性连通。导电材料14可以是，但不限于，铜、钛、镍、钨、铂和金等金属材料。

可选地，在本实施例中所述至少两个不同的金属材料层在所述第二侧面上形成一底切(undercut)结构，为防止底切结构导致的种子金属层15的边缘卷曲，在本实施例中，保护材料层18至少覆盖于形成所述底切结构的金属材料层中、最远离所述第二侧面的金属材料层的边缘。

以种子金属层15包括两个金属材料层为例，请参照图8，种子金属层15可以包括第一金属材料层151和第二金属材料层152，第一金属材料层151基于第二侧面制造形成，第二金属材料层152基于第一金属材料层151制造形成并位于第一金属材料层151与背面金属层16之间。

可选地，第一金属材料层151和第二金属材料层152的质地可以选自，但不限于，钛、镍、钨、铂和金中的不同的两种。背面金属层16可以是，但不限于，金、铜、金锡合金中的至少一种材料制成的。

若第二金属材料层152和第一金属材料层151在第二侧面上方形成一底切结构，为防止这种情况导致的第二金属材料层152的边缘卷曲，在本实施中，保护材料层18至少覆盖于第二金属材料层152边缘的部分，并与基底11的第二侧面接合。保护材料层18还可以至少覆盖于第二金属材料层152未被背面金属层16覆盖的部分，并与基底11的第二侧面接合。

进一步地，保护材料层18的其中一部分可以填充于该底切结构并与形成底切结构的金属材料层中最远离第二侧面的金属材料层接触。即该结构中的保护材料层18至少和第二金属材料层152、第一金属材料层151和基底11直接接触；位于第二金属材料层152和基底11之间的保护材料层18的厚度，与覆盖在第二侧面上的第一金属材料层151的厚度相匹配。

以种子金属层15包括两个以上金属材料层为例，请参照图9，种子金属层15可以包括第一金属材料层151、第二金属材料层152和第三金属材料层153，第一金属材料层151基于第二侧面制造形成，第二金属材料层152基于第一金属材料层151制造形成，第三金属材料层153基于第二金属材料层152制造形成并位于第二金属材料层152与背面金属层16之间。

可选地，第一金属材料层151、第二金属材料层152和第三金属材料层153的质地可以选自，但不限于，钛、镍、钨、铂和金中的不同的三种。背面金属层16可以是，但不限于，金、铜、金锡合金中的至少一种材料制成的。

若第三金属材料层153仅部分地覆盖第二金属材料层152，第二金属材料层152和第一金属材料层151在第二侧面上方形成一底切结构，则第二金属材料层152为形成底切结构的金属材料层中最远离第二侧面的金属材料层，在本实施例中，保护材料层18至少覆盖于第二金属材料层152边缘的部分，并与基底11的第二侧面接合。保护材料层18还可以至少覆盖于第二金属材料层152未被第三金属材料层153覆盖的部分，并与基底11的第二侧面接合。

进一步地，保护材料层18的其中一部分可以填充于该底切结构并与形成底切结构的金属材料层中最远离第二侧面的金属材料层接触。即该结构中的保护材料层18至少和第二金属材料层152、第一金属材料层151和基底11直接接触；位于第二金属材料层152和基底11之间的保护材料层18的厚度，与覆盖在第二侧面上的第一金属材料层151的厚度相匹配。

值得说明的是，在上述例子中，若第三金属材料层153与基底11之间形成底切结构，则第三金属材料层153为形成底切结构的金属材料层中最原理第二侧面的金属材料层，那么保护材料层18至少覆盖于第三金属材料层153边缘的部分，并与基底11的第二侧面接合。

可选地，在本实施例中，保护材料层18可以由高导热的金属或非金属材料制成。如此，可以减少种子金属层15被保护材料层18包裹处与其他部分的受热差异。

在本实施例中，保护材料层18还可以覆盖所述背面金属层16的侧面，所述侧面为背面金属层16靠近种子金属层15的表面和远离所述种子金属层15的表面之间形成的侧面。例如，背面金属层16与种子金属层15接触的一面的面积大于背面金属层16远离种子金属层15的一面的面积，从而背面金属层16在靠近保护材料层18的一侧形成一斜面。在一种实施方式中，保护材料层18还可以从种子金属层15的边缘延伸覆盖背面金属层16形成的斜面。

在本实施例的另一种实施方式中，例如图10所示，背面金属层16靠近保护材料层18的一侧形成一台阶面。保护材料层18还可以从种子金属层15的边缘延伸覆盖背面金属层16形成的台阶面。

可选地，请参照图11，在本实施例中，保护材料层18也可以延伸覆盖至背面金属层16上。例如，在本实施例中中，保护材料层18还可以覆盖所述背面金属层16的远离所述种子金属层15的部分表面。

请参照图12，本实施例还提供一种制造上述半导体晶圆的方法，下面对该方法的各个步骤进行详细阐述。

步骤s110，提供基底11，基底11包括第一侧面及与第一侧面相对的第二侧面。

可选地，在本实施例中，可以首先在衬底层111上生长半导体外延层112。对于整个基底11而言，半导体外延层112背离衬底层111的一面为第一侧面，衬底层111背离半导体外延层112的一面为第二侧面。

步骤s120，在基底11的第一侧面上形成多个半导体芯片10的源极12。

请参照图13，在本实施例中，可通过在基底11的第一侧面上通过光刻(photolithography)、沉积(depositing)、刻蚀(etching)等工艺形成图案化的多个半导体芯片10的源极12。应当理解的是，在形成源极12之后还可以进一步基于第一侧面形成半导体芯片10的其他部分。

可选地，如果基底11单独进行后续的光刻、刻蚀、金属化等工艺，容易发生破碎，故在本实施例中，在形成半导体芯片10的各部分后，还可以在所述基底11制作有源极12的一侧贴附基底支撑片200。

例如，请参照图14，可使用粘合剂201(如光学胶、oca、ocr或者wax等)进行在半导体芯片10上贴合基底支撑片200。基底支撑片200可以由蓝宝石、玻璃、碳化硅以及硅片等材料制成。如此，在进行减薄等工艺时，可以防止基底11在制程中发生破碎。可以理解的是，在其它实施例中，在能保证基底11不破碎的条件下，也可以省略贴合基底支撑片200的步骤。

步骤s130，在基底11分别与多个半导体芯片10的源极12对应的位置上设置多个贯穿基底11的通孔13。

可选地，首先，请参照图15，在步骤130中可以先在基底11的第二侧面形成掩膜层210。掩膜层210可通过溅射、电镀、沉积等方法形成。掩膜层210可以由镍、铝、二氧化硅、氮化硅中的其中一种或一种以上的组合物形成。

然后，在掩膜层210上形成一层光刻胶240，并使用一光刻板对光刻胶240进行光刻，形成图案化的保护层220。其中。

接着，请参照图16，去除掩膜层210未被保护层220所遮挡的部分，形成图案化掩膜层230，暴露出基底11的一部分。

最后，请参照图17，对基底11的所暴露部分进行刻蚀，形成贯穿基底11的多个通孔13，去除图案化掩膜层230。具体地，可采用rie(reactiveionetching，反应离子刻蚀)、icp(inductivelycoupledplasma，电感耦合电浆刻蚀)、ibe(ionbeametching，离子束刻蚀)、erc等刻蚀设备对基底11的所暴露部分进行刻蚀。

步骤s140，基于第二侧面形成通过通孔13与源极12电性接触的种子金属层15。

请参照图18，在本实施例中，可以在基底11的第二侧面通过溅射或者沉积方式形成覆盖第二侧面并从通孔13延伸至与源极12电性接触的种子金属层15。也可以在通孔13中填入导电材料14后再形成如图7所示的与导电材料14电性接触的种子金属层15。

可选地，在本实施例，在步骤s140中形成的种子金属层15可以包括第一金属材料层151和第二金属材料层152。

在步骤s140中，基于第二侧面依次形成至少两个不同的金属材料层；其中，至少两个不同的金属材料层共同形成种子金属层15，至少两个不同的金属材料层在所述第二侧面上形成一底切结构；保护材料层18至少覆盖于形成底切结构的金属材料层中、最远离所述第二侧面的金属材料层的边缘。

进一步地，保护材料层18的一部分填充于底切结构、并与形成底切结构的金属材料层中最远离所述第二侧面的金属材料层接触。

步骤s150，基于种子金属层15形成覆盖种子金属层15的一部分的背面金属层16。

请参照图19，在本实施例中，可以在种子金属层15上形成光刻胶240后再形成背面金属层16。请参照图20，在去除光刻胶240后形成覆盖种子金属层15一部分的背面金属层16。

步骤s160，在不同半导体芯片10的种子金属层15之间形成划片道20。

请参照图21，在本实施例中，可以通过光刻的方式将不同半导体器件的种子金属层15间隔开，形成划片道20。

步骤s170，至少在种子金属层15未被背面金属层16覆盖部分的边缘形成保护材料层18，形成保护材料层18之后的结构如图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10或图11所示。

在本实施例中，在形成划片道20后，位于划片道20两侧的种子金属层15的边缘上覆盖保护材料层18，从而防止种子金属层15的卷曲。

综上，本申请提供的了一种半导体芯片、半导体晶圆及其制造方法，通过在种子金属层未被背面金属层覆盖的边缘位置包裹覆盖保护材料层，从而防止种子金属层产生的卷曲。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。