[发明专利]硅晶片背面的封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅晶片背面的封装结构，特别涉及一种能有效改善外延生长(epitaxial growth)时所产生的晶片毛边(silicon nodule)的问题的结构。

背景技术

硅晶片为制造半导体电子元件的主要基材(substrate)，一般半导体的制造方法可包括以下步骤：

1.单晶生长(crystal growth)，通常以直拉法(CZ)生长无差排(dislocations)缺陷的单晶硅棒材(又称晶棒)，单晶分为P型单晶和N型单晶，其中P型单晶是掺杂IIIA族元素(如硼)，而N型单晶是掺杂V A族元素(如磷、砷、或锑)；当晶棒生长完成后，晶棒外径会略大于所需直径，因此会再经过晶棒滚磨，并完成平边或沟槽的滚磨；

2.切片(slicing)，这是以切片机将上述单晶硅棒材切成片状的晶片，而切片的技术会影响晶片的翘曲度；

3.圆边(或称倒角；edge profiling)，这是将晶片的边缘磨圆，彻底消除晶片在后续制造方法中发生缺角(chipping)破损的可能性；

4.研磨(lapping)，这是将晶片的表面研磨成平坦状，以减少切片可能产生的损伤层及削切的痕迹；

5.蚀刻(etching)，由于晶片在经过切片和研磨后，其表面因加工应力会形成一层损伤层，此蚀刻步骤则是利用混酸或碱蚀刻硅晶片以去除表面损伤层，使整片晶片维持高品质的单晶特性；

6.晶背加工(backside treatment)，其目的包括：(1)化学气相沉积(Chemical vapor deposition)产生一层多晶硅层(poly-silicon layer)或是用机械方式产生一层损伤层(damaged layer)；多晶硅层或损伤层通称为外质吸杂层(extrinsic gettering layer)。主要功能在于吸收元件(device)制作过程中可能的金属污染(metallic contamination)；(2)化学气相沉积氧化膜以作背封，防止自动掺杂(auto-doping)；

7.抛光(polishing)，这是改善晶片表面粗糙度；

8.清洗(cleaning)，这是以化学品的浸泡或喷洒等方法再以超纯水清洗晶片表面，以去除微尘、脏污、有机物、金属等杂质；

9.各项检验，这是包括利用晶片检测显微镜、自动光学检测器等装置检验晶片的品质；

10.包装(package)，最后将检验完成的晶片包装出货。

为按照市场电子产品轻薄短小及省电的要求，对低消耗功率的要求也越高。因此，为了降低功率半导体元件的导通电阻(Rdson)来减少功率损耗，便需要低电阻率(即重掺杂)的晶片。而为了要得到低电阻率的硅晶片，在单晶生长时需添加高浓度的掺杂物(dopant)于硅溶液中。但掺杂物会与硅溶液中的氧原子结合，而形成挥发性的氧化物气体，使得硅晶片中含氧量降低，低含氧量的硅晶片比高含氧量的硅晶片不容易在之后的高温处理时产生氧化硅的析出(precipitation)作用，而氧析出作用会在晶片内部产生氧化硅及其他的缺陷而获得内质吸杂(intrinsic orinternal gettering)的效果。因此，低电阻率的硅晶片需要靠外质吸杂(extrinsic/external gettering)方式确保电子元件制造时的成品率。

外质吸杂主要有二大类，一为在晶片背面成形一层封装结构，另一为用机械损伤(Mechanical damage)的方法。现有技术的晶片背面结构包括直接成形于硅基材(晶片)底部的一多晶硅层或直接以机械损伤的方式成形一损伤层(Mechamical damage layer)，再于多晶硅层或损伤层之上形成一层氧化层，该氧化层可为二氧化硅层(amorphous SiO₂)或氮化硅层(Si₃N₄)；由于该多晶硅层具有吸杂的功能，故可使得晶片正表面的洁净区域增加，而该氧化层由于是无晶型态，掺质在氧化层的扩散率(diffusion rate)较低，因此能防止掺杂于晶片中的掺杂物自晶片背面向外扩散而产生自动掺杂(Auto doping)的现象。