具有与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构的芯片的制作方法

各种实施例总体上涉及电子芯片、封装体和制造方法。

背景技术：

1、常规封装体可以包括安装在载体(例如引线框架结构)上的半导体构件，可以通过从半导体构件延伸到载体的连接导线电连接，并且可以使用模制化合物作为包封材料来模制。

2、在例如通过切割将电子芯片从晶片化合物上分离的过程期间，可能会产生裂纹，这可能会损坏电子芯片。

技术实现思路

1、可能需要具有高可靠性的电子芯片。

2、根据一个示例性实施例，提供了一种电子芯片，所述电子芯片包括：衬底，所述衬底包括中心部分和围绕至少一部分中心部分的边缘部分；有源区域，所述有源区域布置在所述中心部分中；以及与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构，所述裂纹引导结构和裂纹终止结构两者都布置在芯片的衬底的边缘部分中。

3、根据另一个示例性实施例，提供了一种封装体，所述封装体包括载体、具有上述特征并安装在载体上的电子芯片、以及包封电子芯片和载体两者的至少一部分的包封材料。

4、根据又一个示例性实施例，提供了一种制造方法，所述方法包括：提供晶片，所述晶片包括多个连接成一体的具有上述特征的电子芯片；以及沿着在所述电子芯片的相邻边缘部分之间延伸的分离线将所述电子芯片从所述晶片上分离，使得在所述分离期间产生的裂纹的至少一部分沿着所述裂纹引导结构被引导，和/或被所述裂纹终止结构终止。

5、根据一个示例性实施例，电子芯片在部分地或完整地围绕中心有源芯片区域的外围或边缘部分处配备有与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构。当在制造过程的最后阶段通过切割将电子芯片从晶片化合物上分离时，在切割过程期间可能产生的裂纹可以通过裂纹引导结构以受控的方式在空间上被引导至足够远离敏感有源区域的区域，在敏感有源区域中裂纹可能具有损坏和破坏性后果。因此，通过指引或引导裂纹远离有源区域，可以可靠地保护对裂纹特别敏感的有源区域免受裂纹的影响。此外，上述裂纹引导结构可以在功能上和/或结构上与裂纹终止结构相结合，所述裂纹终止结构通过向由芯片分离产生的裂纹施加终止力和/或通过从由芯片分离产生的裂纹中移除能量来抑制被引导的裂纹的扩展或伸展。特别地，通过电子芯片的边缘部分的结构和/或功能结合配置的裂纹引导和裂纹终止的结合提供了对敏感芯片部分的高度可靠的保护，以防止裂纹造成的损坏。因此，可以以高可靠性制造电子芯片。

6、进一步示例性实施例的描述

7、在下文中，将解释电子芯片、封装体和方法的进一步示例性实施例。

8、在本技术的上下文中，术语“电子芯片”可以特别地涵盖提供电子功能的任何芯片。例如，电子芯片可以是半导体芯片(特别是功率半导体芯片)、有源电子器件(例如晶体管)、无源电子器件(例如电容或电感或欧姆电阻)、传感器(例如麦克风、光传感器或气体传感器)、致动器(例如扬声器)或微机电系统(mems)。然而，在其它实施例中，电子芯片也可以是不同类型的，例如机电构件、特别是开关等。特别地，电子芯片可以是在其表面部分中具有至少一个集成电路元件(例如二极管或晶体管)的半导体芯片。电子芯片可以是裸露的裸片或者可以已经被封装或包封。根据示例性实施例实现的电子芯片可以例如由硅技术、氮化镓技术、碳化硅技术等形成。

9、在本技术的上下文中，术语“衬底”可以特别地表示电子芯片的载体本体。特别地，衬底可以包括诸如硅的半导体材料。

10、在本技术的上下文中，术语“有源区域”可以特别地表示衬底的中心部分中的区域，其中可以形成至少一个集成电路元件、特别是至少一个单片集成电路元件。例如，这样的集成电路元件可以是晶体管(特别是场效应晶体管)、二极管等。

11、在本技术的上下文中，术语“裂纹”可以特别地表示衬底中的断裂、裂伤或破裂，裂纹可以例如在分离衬底以将电子芯片切单时产生。特别地，这样的裂纹可以沿着衬底移动或扩展，并且可以由此延伸到或进入敏感区域(特别是有源芯片区域)中，在敏感区域中裂纹可能造成损坏。根据示例性实施例，可以采取措施来抑制不受控制的裂纹扩展。

12、在本技术的上下文中，术语“裂纹引导结构”可以特别地表示衬底中的物理(优选地是金属界定的)布置，其强烈地促进或者甚至强制裂纹沿着预定义的空间目标轨迹扩展，同时强烈地抑制或者甚至禁止裂纹远离所述预定义的空间目标轨迹扩展。因此，裂纹引导结构可以限定或控制扩展的裂纹的运动路径，而不必使其终止或减速。裂纹引导结构可以涉及电介质衬底部分。

13、在本技术的上下文中，术语“裂纹终止结构”可以特别地表示衬底中的物理(优选地金属)结构，其被配置用于抑制或者甚至禁止裂纹的继续扩展。特别地，裂纹终止结构可以包括或由电介质或半导体环境中的金属结构组成。裂纹终止结构可以被布置和配置成使得扩展的裂纹被裂纹终止结构弹开并进入危害较小的区域和/或被裂纹终止结构吸收，从而损失扩展的裂纹的扩展能量的至少一部分，扩展的裂纹因此减速或者甚至终止。由于裂纹终止结构是机械可靠的，裂纹终止结构可以承受住接近的裂纹而其自身不会被破坏。然而，还可能的是，裂纹终止结构的至少一部分(其然后被实施为牺牲结构)被配置为在使裂纹终止或至少使裂纹减速时被破坏或牺牲。

14、在本技术的上下文中，术语“与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构”可以特别地表示衬底的一部分中的空间和材料配置，其可以同时和/或协同地沿着预定义轨迹引导裂纹和/或可以向裂纹施加减速力或者甚至是终止力。这可以同时确保裂纹被引导到衬底的期望的空间区域中，同时损失裂纹能量的至少一部分，使得裂纹扩展能够被抑制或者甚至被完全终止。裂纹引导结构可以与裂纹终止结构功能性地耦合。还可能的是，裂纹引导结构与裂纹终止结构一体地形成，例如形成在裂纹终止结构内部。

15、在本技术的上下文中，术语“封装体”可以特别地表示可以包括安装在载体(例如引线框架结构等)上的一个或多个电子芯片(例如半导体构件)的电子器件。封装体的所述组成部分可以至少部分地由包封材料包封。可选地，一个或多个导电连接元件(例如金属柱、凸块、针、连接导线和/或夹)可以在封装体中实现，例如用于电耦合和/或机械支撑电子芯片。

16、在本技术的上下文中，术语“包封材料”可以特别地表示基本上电绝缘的材料，其被配置用于包围电子芯片的至少一部分和一个或多个导电结构的至少一部分，以提供机械保护、电绝缘以及可选地有助于在操作期间散热。特别地，所述包封材料可以是模制化合物。模制化合物可以包括可流动且可硬化的材料的基质和嵌入其中的填料颗粒。例如，填料颗粒可用于调节模制构件的特性。半导体封装体包封材料也可能是灌封或浇铸化合物。

17、在本技术的上下文中，术语“载体”可以特别地表示支撑结构(其可以是至少部分导电的)，其用作待安装在其上的电子芯片的机械支撑，并且其还可以有助于电子芯片与封装体的外围之间的电互连。换句话说，载体可以实现机械支撑功能和电连接功能。载体可以包括或由单个部件、经由包封体或其它封装体构件接合的多个部件、或载体的子组件组成。例如，载体是金属板或形成为引线框架的一部分。然而，也可能的是，载体包括由中央电绝缘和导热层(例如陶瓷层)、中央电绝缘和导热层的两个相反的主表面上所相应覆盖的导电层(例如铜层或铝层，其中相应的导电层可以是连续的或图案化的层)构成的层叠体。特别地，载体可以是直接铜结合(dcb)衬底或直接铝结合(dab)衬底。然而，载体也可以被配置为活性金属钎焊(amb)衬底，或者被配置为图案化的金属板(例如引线框架)。

18、在本技术的上下文中，术语“晶片”可以特别地表示半导体本体(特别是板)，其已经被处理以在晶片的有源区域中形成多个集成电路元件，并且其可以被切单为多个单独的电子芯片。例如，晶片可以具有盘形形状，并且可以包括成行和列的电子芯片的矩阵状布置。晶片可以具有圆形几何形状或多边形几何形状(例如矩形几何形状或三角形几何形状)。

19、在一个实施例中，裂纹引导结构限定出至少部分地在裂纹终止结构内部的空间上受限的裂纹扩展路径。特别地，裂纹引导结构可以限定出通道，所产生的裂纹将沿着所述通道以受控的方式扩展。通常，裂纹将沿着最小机械阻力的路径扩展。因此，裂纹引导结构可以被布置成靠近可能的裂纹产生位置，使得产生的裂纹将自动进入限定出的裂纹引导通道。有利地，裂纹引导通道的两个相反侧可以由裂纹终止结构限定或界定，使得倾向于移出裂纹引导通道的裂纹将被终止或被反射到裂纹引导通道中。

20、在一个实施例中，裂纹引导结构被配置用于当裂纹经过与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构时重定向裂纹的扩展方向。优选地，裂纹引导结构被配置用于将朝向有源区域扩展的裂纹重定向成向上扩展的裂纹，其中，特别地，裂纹引导结构被配置用于将向上扩展的裂纹进一步重定向成侧向远离有源区域扩展的裂纹。例如，在没有外部影响的情况下，所产生的裂纹可以沿着基本上直的方向扩展。当裂纹引导结构被适当地配置时，特别是当将裂纹引导结构限制在裂纹终止结构内部时，可以将弯曲或成角度的扩展路径限定为裂纹终止结构元件之间的最小机械阻力区域。重定向裂纹扩展方向可以允许引导裂纹远离衬底的潜在有害区域，特别是远离有源区域。这可以可靠地防止电子芯片因裂纹而损坏。

21、在一个实施例中，裂纹终止结构被配置用于终止裂纹、作为裂纹的阻挡结构和/或用于吸收裂纹的能量。衬底中移动的裂纹可以携带动能。为了终止扩展的裂纹，必须耗散所述动能。裂纹终止结构可以被配置为可靠的机械结构，使得裂纹部分地或完全地耗散其能量，从而损失速度并最终停止扩展。还可能的是，裂纹终止结构形成阻挡壁，使得扩展的裂纹不可能穿过所述阻挡壁，从而防止裂纹进入非期望的区域。

22、在一个实施例中，衬底包括半导体本体，半导体本体上具有生产线后道工序(beol)结构，其中，与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构形成生产线后道工序结构的一部分。例如，半导体本体可以是硅本体，其中可以(特别是单片地)集成一个或多个集成电路元件以形成上述有源区域。生产线后道工序可以表示集成电路制造的第二部分，其中各个集成电路元件(例如晶体管、电容器、电阻器)与半导体本体(或者在切割之前的晶片)上的布线互连。更具体地，生产线后道工序可以包括在电介质环境中的至少一个金属化层。生产线后道工序可以以沉积在下方的半导体本体上的第一金属层开始。生产线后道工序可以包括接触结构、绝缘层、金属层和用于芯片到封装体连接的连接部位。

23、在一个实施例中，裂纹引导结构限定出由裂纹终止结构的金属结构界定的电介质路径，其中，特别地，所述电介质路径包括合并到顶侧侧向路径区段中的底侧向上路径区段。电介质路径可以由半导体本体上的生产线后道工序结构的电介质材料限定。限定裂纹引导通道的所述电介质材料可以至少部分地被金属材料侧向地围绕，所述金属材料界定电介质裂纹扩展路径并且形成裂纹终止结构的至少一部分。

24、在一个实施例中，裂纹终止结构包括水平金属结构和竖直金属结构。可以自由地选择裂纹终止结构的多个水平金属结构和竖直金属结构(例如，图3示出了beol电介质中的六个金属层)。例如，水平金属结构可以是焊盘、布线结构和/或层结构，例如各自形成平面图案化金属层的一部分。竖直金属结构可以是过孔，其可以在不同的竖直高度处将水平金属结构彼此互连。这样的金属配置可以提供裂纹终止功能，并且可以通过合理的工作量来制造。

25、在一个实施例中，裂纹终止结构的底侧部分包括面向有源区域的裂纹阻挡区段，并且包括背离有源区域的牺牲区段。裂纹引导结构的至少一部分可以例如在裂纹阻挡区段与牺牲区段之间延伸。裂纹阻挡区段可以被配置成充当用于扩展的裂纹的机械或物理阻挡结构。描述性地讲，裂纹阻挡区段可以用作不可穿透壁，其将沿着裂纹引导结构扩展的裂纹与有源区域分离。在裂纹引导结构的相对于裂纹阻挡区段的相反侧上，可以布置牺牲区段，牺牲区段被配置成当裂纹将其能量的至少一部分沉积在牺牲区段中时至少部分地被扩展的裂纹破坏。由于牺牲区段被布置成背离有源区域，在牺牲区段与有源区域之间有裂纹阻挡区段，所以在终止裂纹期间当牺牲区段被破坏时，不存在有源区域受到损害的风险。

26、在一个实施例中，裂纹阻挡区段被配置为用于抑制裂纹通过裂纹阻挡区段朝向有源区域扩展的阻挡结构。为此目的，裂纹阻挡区段可以包括水平金属结构和竖直金属结构的连续互连的竖直布置结构。更具体地，裂纹阻挡区段可以被配置为水平和竖直金属结构的交替序列。这种裂纹阻挡区段可以以简单的方式制造并且提供高的可靠性。

27、在一个实施例中，牺牲区段被配置用于至少部分被扩展到裂纹终止结构的裂纹破坏。牺牲区段对抗扩展的裂纹的所述有意相对低的可靠性可通过在牺牲区段中形成至少一些水平金属结构而不在其间互连竖直金属结构、特别是不互连过孔来实现。

28、在一个实施例中，牺牲区段包括水平金属结构和竖直金属结构，其中，水平金属结构的一部分与竖直金属结构互连，并且其中，水平金属结构的另一部分与竖直金属结构分离并且由此浮置在电介质环境中。通过使水平金属结构的一部分与其他金属结构隔离、竖直方向上不连接并且被电介质包围，可以有意地降低牺牲区段的可靠性。通过采取这种措施，可以确保扩展通过牺牲区段的裂纹主要不被牺牲区段反射而是被牺牲区段吸收，从而可以部分地破坏牺牲区段。因此，作为一个方面的牺牲区段(即，主要是裂纹吸收)和作为另一方面的裂纹阻挡区段(即，主要用作不可穿透壁)的功能差异可以通过两个区段中的水平金属结构和竖直金属结构的不同配置来增强。

29、有利地，在裂纹阻挡区段中的水平金属结构的竖直高度和水平金属结构之间的竖直金属结构的竖直高度可以与在牺牲区段中的相同。因此，裂纹阻挡区段和牺牲区段两者可以同时制造，因此具有低的工作量。

30、在一个实施例中，裂纹阻挡区段中单位体积的竖直金属结构的数量大于牺牲区段中单位体积的竖直金属结构。有意地保持水平金属结构的至少一部分不与牺牲区段中的竖直金属结构连接并且通过裂纹阻挡区段中的竖直金属结构将所有水平金属结构互连可以在裂纹终止结构中引入预期的侧向对称性，从而获得裂纹阻挡区段和牺牲区段的不同的所提及的功能。

31、在一个实施例中，裂纹终止结构的顶侧部分包括从裂纹阻挡区段竖直延伸并且与裂纹阻挡区段连接的金属块体结构。在该上下文中，金属块体结构可以表示在裂纹终止结构的顶侧部分中与裂纹终止结构的底侧部分相比的更大尺寸的一个或多个金属群。金属块体结构的过孔分布(更一般地，竖直金属结构的分布)可以是对称的或非对称的。金属块体结构的这种对称性或非对称性可以是相对于沿着竖直方向延伸的对称轴线(参见图7中的附图标记152)而言的。简而言之，金属块体结构可以用作连续裂纹扩展到金属块体结构中的强抑制者。例如，非对称布置的金属块体结构可以在由扩展的裂纹施加机械应力时有意地倾斜或塌陷，从而有效地有助于使裂纹终止。

32、在一个实施例中，金属块体结构与牺牲区段以竖直间距间隔开，并且在牺牲区段的至少一部分之上侧向地延伸。换句话说，金属块体结构可以在空间上与牺牲区段隔开，特别是通过裂纹引导结构的电介质部分与牺牲区段隔开。同时，金属块体结构可以(例如作为悬臂)水平地延伸，以便也覆盖下方的牺牲区段的至少一部分。因此，金属块体结构也可以有助于裂纹引导结构的限定。此外，金属块体结构可以与裂纹阻挡结构直接连接，并且可以形成裂纹阻挡结构的竖直延续。

33、更具体地，由牺牲区段构成的子塔的最上方的金属层不延伸到由裂纹阻挡区段构成的相邻塔的高度。相邻的裂纹阻挡区段以金属块体结构形式的竖直延续可以以至少一个金属层至少部分地覆盖构成牺牲区段的子塔，而不在覆盖区域中通过过孔连接到牺牲区段的子塔。

34、在一个实施例中，裂纹终止结构的顶侧部分包括非对称金属块体结构，所述非对称金属块体结构在面向有源区域的一侧上比在背离有源区域的相反侧上具有更高的单位体积金属量。裂纹终止结构的非对称金属分布(其中，与背离有源区域的牺牲结构的较少金属相比，面向有源区域的裂纹阻挡区段和金属块体结构具有较多金属)可以在沿着裂纹引导结构引导裂纹远离有源区域并朝向牺牲结构引导裂纹以用于耗散的同时强烈地保护有源区域免受裂纹的影响。因此，裂纹终止结构的顶侧部分的非对称金属块体结构可以比裂纹终止结构的底侧部分的裂纹阻挡区段和牺牲区段中的每一个具有更高的单位体积金属量。因此，裂纹终止结构可以相对于穿过裂纹终止结构的竖直中心轴线非对称。

35、在一个实施例中，裂纹终止结构包括多个竖直堆叠且相互间隔开的水平金属结构，所述水平金属结构具有从裂纹终止结构的底部到顶部增加的厚度。换句话说，在裂纹终止结构的另一个下部水平金属结构上方的上部水平金属结构可以具有比下部水平金属结构更厚的厚度或与下部水平金属结构相同的厚度。因此，金属厚度可以随着层的竖直高度的增加而增加。然而，一个或一些相邻的水平金属层也可以具有相同的厚度。裂纹终止结构的水平金属层的厚度的这种阶梯式连续增加(可选地在其间具有一个或多个平台)可以得到从裂纹终止结构的底部到顶部增加的金属密度。此外，在另一个实施例中，所有水平金属层都可以具有相同的厚度。

36、在一个实施例中，电子芯片包括密封环，所述密封环侧向地布置在作为一个方面的有源区域与作为另一方面的与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构之间。这种密封环可以被配置用于保护有源区域免受湿气和带电粒子的影响。密封环可以基于交替的水平金属层和竖直金属层形成，所述交替的水平金属层和竖直金属层被配置用于提供上述的周向密封有源区域的功能。

37、在一个实施例中，电子芯片可以包括用于光学检查电子芯片的完整性的区，所述区侧向地布置在作为一个方面的密封环与作为另一方面的与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构之间。特别地，密封环与相结合的裂纹终止和引导结构之间的这种中间区可以用于通过光学相机进行自动光学检查或用于通过人类操作员进行手动检查。光学显微镜可用于光学检查的目的。如果在所述检查区中识别出裂纹，则电子芯片可以被分类为废物或废料。在所述检查区中不存在裂纹的情况下，电子芯片可能已经通过了光学质量检查。因此，由于电子芯片的构造而使其能够经受简单的光学测试。

38、在一个实施例中，电子芯片被配置为裸露的裸片、即没有包封体的半导体芯片。替代地，电子芯片可以被包封，例如通过模制化合物被包封。

39、在一个实施例中，裂纹终止结构包括一个或多个在横截面图中呈倒l形的结构(比较例如图8或图9)。利用这种非常简单的配置，可以限定相结合的裂纹终止和引导结构。描述性地讲，倒l形结构的金属材料可以起到终止裂纹的作用，而倒l形结构的长腿和短腿可以通过如上所述的重定向功能引导扩展的裂纹。

40、在一个实施例中，电子芯片包括至少一个裂纹扩展抑制沟槽，所述至少一个裂纹扩展抑制沟槽形成在衬底中并且被配置用于抑制裂纹的水平扩展。在衬底的表面区域中形成的这种沟槽可以以有效的方式中断水平沟槽扩展。

41、在一个实施例中，至少一个裂纹扩展抑制沟槽形成为使得与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构侧向地布置在作为一个方面的所述至少一个裂纹扩展抑制沟槽与作为另一方面的有源区域之间(参见例如图3)。附加地或替代地，至少一个裂纹扩展抑制沟槽侧向地布置在作为一个方面的与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构与作为另一方面的密封环之间。附加地或替代地，至少一个裂纹扩展抑制沟槽侧向地布置在作为一个方面的与裂纹终止结构相结合的裂纹引导结构与作为另一方面的有源区域之间(例如在不存在密封环的情况下)。此外，裂纹扩展抑制沟槽在其它位置也是可能的。

42、在一个实施例中，至少一个裂纹扩展抑制沟槽至少部分地形成在衬底的钝化层(其可以是电介质表面层)中，特别是延伸到钝化层下方的衬底的生产线后道工序(beol)电介质中。因此，竖直延伸到beol区域中的简单沟槽可能足以使水平裂纹无害。

43、在一个实施例中，所述方法包括通过机械切割、通过激光切割等将电子芯片从晶片上分离。然而，也可以使用任何其它裸片分离方法。

44、在一个实施例中，封装体被配置为由引线框架连接的功率模块、晶体管外形(to)封装体、四方扁平无引线封装体(qfn)封装体、小外形(so)封装体、小外形晶体管(sot)封装体、薄小外形封装体(tsop)封装体等组成的组中的一个。用于传感器和/或机电设备的封装体也是可能的实施例。此外，示例性实施例还可以涉及用作纳米电池或纳米燃料电池或具有化学、机械、光学和/或磁性致动器的其它设备的封装体。因此，根据示例性实施例的封装体与标准封装体概念完全兼容(特别是与标准to封装体概念完全兼容)，并且在外观上表现为常规封装体，这对用户来说是非常方便的。

45、在一个实施例中，封装体被配置为功率模块、例如诸如半导体功率封装体的模制功率模块。例如，封装体的示例性实施例可以是智能功率模块(ipm)。封装体的另一个示例性实施例是双列直插式封装体(dip)。

46、在一个实施例中，半导体构件被配置为功率半导体芯片。因此，半导体构件(例如半导体芯片)可以用于例如汽车领域中的功率应用，并且可以例如具有至少一个集成绝缘栅双极晶体管(igbt)和/或至少一个另一类型的晶体管(例如mosfet、jfet等)和/或至少一个集成二极管。这样的集成电路元件可以例如以硅技术或基于宽带隙半导体(例如碳化硅)制成。半导体功率芯片可以包括一个或多个场效应晶体管、二极管、逆变器电路、半桥、全桥、驱动器、逻辑电路、另外的器件等。

47、在一个实施例中，封装体包括多个被包封材料包封的电子芯片。因此，封装体可以包括一个或多个半导体构件(例如，至少一个无源构件、例如电容器和至少一个有源构件)。

48、可以使用半导体衬底、特别是硅衬底作为形成电子芯片的基础的衬底或晶片。替代地，可以提供氧化硅或其他绝缘体衬底。还可以实现为锗衬底或iii-v族半导体材料。例如，示例性实施例可以以gan或sic技术实现。

49、根据结合附图的以下描述和所附权利要求，上述和其它目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中，相同的部分或元件由相同的附图标记表示。