專利名稱：硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，特別涉及一種能有效改善外延生長(zhǎng) (epitaxial growth)時(shí)所產(chǎn)生的晶片毛邊(silicon nodule)的問題的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
硅晶片為制造半導(dǎo)體電子元件的主要基材(substrate)，一般半導(dǎo)體的制造方法可包括以下步驟1.單晶生長(zhǎng)(crystal growth)，通常以直拉法(CZ)生長(zhǎng)無差排(dislocations) 缺陷的單晶硅棒材(又稱晶棒)，單晶分為P型單晶和N型單晶，其中P型單晶是摻雜IIIA 族元素(如硼)，而N型單晶是摻雜V A族元素(如磷、砷、或銻)；當(dāng)晶棒生長(zhǎng)完成后，晶棒外徑會(huì)略大于所需直徑，因此會(huì)再經(jīng)過晶棒滾磨，并完成平邊或溝槽的滾磨；2.切片(slicing)，這是以切片機(jī)將上述單晶硅棒材切成片狀的晶片，而切片的技術(shù)會(huì)影響晶片的翹曲度；3.圓邊(或稱倒角；edge prof iling)，這是將晶片的邊緣磨圓，徹底消除晶片在后續(xù)制造方法中發(fā)生缺角(chipping)破損的可能性；4.研磨(lapping)，這是將晶片的表面研磨成平坦?fàn)睿詼p少切片可能產(chǎn)生的損傷層及削切的痕跡；5.蝕刻(etching)，由于晶片在經(jīng)過切片和研磨后，其表面因加工應(yīng)力會(huì)形成一層損傷層，此蝕刻步驟則是利用混酸或堿蝕刻硅晶片以去除表面損傷層，使整片晶片維持高品質(zhì)的單晶特性；6.晶背加工(backside treatment)，其目的包括(1)化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition)產(chǎn)生一層多晶娃層(poly-silicon layer)或是用機(jī)械方式產(chǎn)生一層損傷層(damaged layer)；多晶硅層或損傷層通稱為外質(zhì)吸雜層(extrinsic gettering layer)。主要功能在于吸收元件(device)制作過程中可能的金屬污染(metallic contamination) ； (2)化學(xué)氣相沉積氧化膜以作背封，防止自動(dòng)摻雜(auto-doping)；7.拋光(polishing)，這是改善晶片表面粗糙度；8.清洗(cleaning)，這是以化學(xué)品的浸泡或噴灑等方法再以超純水清洗晶片表面，以去除微塵、臟污、有機(jī)物、金屬等雜質(zhì)；9.各項(xiàng)檢驗(yàn)，這是包括利用晶片檢測(cè)顯微鏡、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)器等裝置檢驗(yàn)晶片的品質(zhì)；10.包裝(package)，最后將檢驗(yàn)完成的晶片包裝出貨。為按照市場(chǎng)電子產(chǎn)品輕薄短小及省電的要求，對(duì)低消耗功率的要求也越高。因此，為了降低功率半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通電阻(Rdson)來減少功率損耗，便需要低電阻率(即重?fù)诫s)的晶片。而為了要得到低電阻率的硅晶片，在單晶生長(zhǎng)時(shí)需添加高濃度的摻雜物 (dopant)于硅溶液中。但摻雜物會(huì)與硅溶液中的氧原子結(jié)合，而形成揮發(fā)性的氧化物氣體， 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溫處理時(shí)產(chǎn)生氧化硅的析出(precipitation)作用，而氧析出作用會(huì)在晶片內(nèi)部產(chǎn)生氧化硅及其他的缺陷而獲得內(nèi)質(zhì)吸雜(intrinsic orinternal gettering)的效果。因此，低電阻率的硅晶片需要靠外質(zhì)吸雜(extrinsic/external gettering)方式確保電子元件制造時(shí)的成品率。外質(zhì)吸雜主要有二大類，一為在晶片背面成形一層封裝結(jié)構(gòu)，另一為用機(jī)械損傷 (Mechanical damage)的方法?，F(xiàn)有技術(shù)的晶片背面結(jié)構(gòu)包括直接成形于硅基材(晶片) 底部的一多晶硅層或直接以機(jī)械損傷的方式成形一損傷層(Mechamical damage layer), 再于多晶硅層或損傷層之上形成一層氧化層，該氧化層可為二氧化硅層(amorphous SiO2) 或氮化硅層(Si3N4)；由于該多晶硅層具有吸雜的功能，故可使得晶片正表面的潔凈區(qū)域增力口，而該氧化層由于是無晶型態(tài)，摻質(zhì)在氧化層的擴(kuò)散率(diffusion rate)較低，因此能防止摻雜于晶片中的摻雜物自晶片背面向外擴(kuò)散而產(chǎn)生自動(dòng)摻雜(Auto doping)的現(xiàn)象。但是，外延形成反應(yīng)中所需的承載氣體(carrier gas)為氫氣(H2)，隨著外延層生長(zhǎng)較厚時(shí)，氫氣容易與硅晶片背面的氧化層中的硅化合物產(chǎn)生還原反應(yīng)，使該氧化層被還原后形成孔洞(Pitting corrosion)。而外延反應(yīng)中的三氯硅烷(SiHCl3)等等的反應(yīng)氣體則容易從該氧化層的孔洞進(jìn)入，并在硅晶片背面的單晶硅或多晶硅層成核(Nucleation) 而開始生長(zhǎng)，進(jìn)而造成硅結(jié)節(jié)(Silicon Nodule)。硅晶片背面一旦長(zhǎng)出硅結(jié)節(jié)，將使得后續(xù)的黃光等半導(dǎo)體制造方法失效，而無法完成硅晶片的加工程序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的晶背加工方法無法有效減少毛邊現(xiàn)象的產(chǎn)生，因此通過本身于材料科學(xué)的豐富知識(shí)以及不斷地研究之后，終于發(fā)明出此硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的在于提供一種能有效改善晶片毛邊的問題的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)。為達(dá)上述目的，本發(fā)明的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)包含有一半導(dǎo)體基材；一多層結(jié)構(gòu)層，其設(shè)于半導(dǎo)體基材的底部，且該多層結(jié)構(gòu)層是由一非晶硅層與一氧化層所組合而成。基于上述結(jié)構(gòu)，由于非晶硅層的原子結(jié)構(gòu)排列成無序性，使該表面的晶格方向散舌L當(dāng)形成外延的三氯硅烷等等的反應(yīng)氣體與多層結(jié)構(gòu)層的非晶硅層接觸時(shí)，通過非晶硅的表面晶格方向散亂的特性，使其生長(zhǎng)速率及方向會(huì)互相牽制，無法以非晶硅為成核的基底而生長(zhǎng)成硅結(jié)節(jié)，故本發(fā)明的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)能夠有效地減少硅結(jié)節(jié)產(chǎn)生并提升晶片制造時(shí)的品質(zhì)。優(yōu)選的，多層結(jié)構(gòu)層的氧化層形成于半導(dǎo)體基材與非晶硅層之間；當(dāng)半導(dǎo)體基材進(jìn)入外延制造方法時(shí)，由于該非晶硅層覆蓋于氧化層的一表面，使得承載氣體無法與該氧化層反應(yīng)并造成孔洞。優(yōu)選的，多層結(jié)構(gòu)層的非晶硅層形成于半導(dǎo)體基材與該氧化層之間；當(dāng)半導(dǎo)體基材進(jìn)入外延制造方法時(shí)，由于非晶硅層于氧化硅層的下方，即使氧化硅層本身有孔洞，或者因乘載氣體還原所造成的孔洞，當(dāng)形成外延的三氯硅烷與多層結(jié)構(gòu)層的非晶硅層接觸時(shí)，無法以非晶硅為成核的基底而生長(zhǎng)成硅結(jié)節(jié)。上述的非晶硅層的形成方法可通過任何在所屬技術(shù)領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員所能得知的制備方法，其包括但不限定于化學(xué)氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)或其他可替代的制備方法。上述的氧化層的形成方法可通過任何在所屬技術(shù)領(lǐng)域中的一般技術(shù)人員所能得知的制備方法，其包括但不限定于化學(xué)氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)或其他可替代的制備方法等。進(jìn)一步而言，本發(fā)明的半導(dǎo)體基材在設(shè)置多層結(jié)構(gòu)層之前，亦可先于底面形成一多晶硅層(poly-silicon layer)或進(jìn)行機(jī)械損傷處理(Mechanical damage)(如US第 5，066，359號(hào)專利與TW公告第1315889號(hào)發(fā)明專利“高吸雜能力及高平坦度的硅晶片及其制造方法”)，以加強(qiáng)半導(dǎo)體基材的吸雜(gettering)能力。


圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例的側(cè)視平面2為本發(fā)明的第二實(shí)施例的側(cè)視剖面3為本發(fā)明的第三實(shí)施例的側(cè)視剖面圖主要元件符號(hào)說明10半導(dǎo)體基材10A半導(dǎo)體基材IOB半導(dǎo)體基材20多層結(jié)構(gòu)層20A多層結(jié)構(gòu)層20B多層結(jié)構(gòu)層21非晶硅層21A非晶硅層22 二氧化硅層22A 二氧化硅層2!3B多晶硅層。
具體實(shí)施例方式以下配合圖式及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定創(chuàng)作目的所采取的技術(shù)手段。請(qǐng)配合參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明包含有一半導(dǎo)體基材10以及一多層結(jié)構(gòu)層 20。請(qǐng)參閱圖1所示，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，前述的半導(dǎo)體基材10由硅晶所構(gòu)成； 半導(dǎo)體基材10的底部可先經(jīng)過晶背損傷(backsidedamagejSD)，其利用機(jī)械力損傷晶背， 以達(dá)到去雜的效果，晶背損傷的方法可參考美國(guó)第5，006, 475號(hào)專利案、美國(guó)第5，066，359 號(hào)專利案與中國(guó)臺(tái)灣公告第1315889號(hào)發(fā)明專利“高吸雜能力及高平坦度的硅晶片及其制造方法”。前述的多層結(jié)構(gòu)層20設(shè)于半導(dǎo)體基材10的底面；該多層結(jié)構(gòu)層20包含有一非晶硅層21與一氧化層；該氧化層可由二氧化硅或氮化硅所構(gòu)成，而于本優(yōu)選實(shí)施例中，該氧化層為一二氧化硅層22。其中非晶硅層21成形于半導(dǎo)體基材10與該二氧化硅層22之間；形成二氧化硅層22的方法可為化學(xué)氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)或其他可替代的制備方法；形成非晶硅層21的方法可為化學(xué)氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)或其他可替代的制備方法；當(dāng)半導(dǎo)體基材10置于反應(yīng)爐中以進(jìn)行外延形成反應(yīng)時(shí)， 其承載氣體為氫氣；承載氣體于外圍的二氧化硅層22中產(chǎn)生還原反應(yīng)而形成凹陷的孔洞； 由于該非晶硅層21覆蓋于二氧化硅層22的一表面，使得二氧化硅層22上的凹陷孔洞將止于非晶硅層21的表面；因?yàn)榉蔷Ч鑼?1本身的晶格構(gòu)造為散亂無序狀態(tài)(Non-ordered structure)，因此反應(yīng)中的三氯硅烷等氣體進(jìn)入孔洞后，無法在非晶硅層21上成核并生長(zhǎng)為硅結(jié)節(jié)。請(qǐng)參閱圖2所示，于本發(fā)明的第二實(shí)施例中，多層結(jié)構(gòu)層20A設(shè)于半導(dǎo)體基材IOA 的底面，而該二氧化硅層22A成形于半導(dǎo)體基材IOA與非晶硅層21A之間。當(dāng)半導(dǎo)體基材 IOA進(jìn)行外延形成反應(yīng)時(shí)，由于非晶硅層21A覆蓋于二氧化硅層22A的一表面，且非晶硅層 21A不會(huì)受到承載氣體的還原侵蝕，因此承載氣體無法與二氧化硅層22A產(chǎn)生還原反應(yīng)并造成孔洞，進(jìn)而使三氯硅烷不僅無法在外圍的非晶硅層21A成核生長(zhǎng)硅結(jié)節(jié)，也無法通過二氧化硅層22k表面接觸半導(dǎo)體基材IOA的底面而成核生長(zhǎng)。綜合以上所述，由于非晶硅層21、21A表面的晶格方向成散亂無序(non-ordered lattice)的狀態(tài)，因此當(dāng)外延反應(yīng)中的三氯硅烷與非晶硅層21、21A接觸時(shí)，無法以非晶硅層21、21A為成核的基底而開始成核反應(yīng)(Nucleation)以生成硅結(jié)節(jié)。是故，本發(fā)明的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)能夠有效地減少硅結(jié)節(jié)產(chǎn)生，并提升晶片制造時(shí)的成品率及品質(zhì)。此外，請(qǐng)參閱圖3所示，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，可依據(jù)制造方法上的需求，本發(fā)明進(jìn)一步包含有一多晶硅層23B，該多晶硅層2 成形于半導(dǎo)體基材IOB與多層結(jié)構(gòu)層 20B之間；該多晶硅層2 可提高半導(dǎo)體基材IOB的吸雜能力。
權(quán)利要求
1.一種硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，包括 一半導(dǎo)體基材；一多層結(jié)構(gòu)層，其設(shè)于半導(dǎo)體基材的底面，且該多層結(jié)構(gòu)層包含一非晶硅層與一氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，其中該多層結(jié)構(gòu)層的氧化層為二氧化硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，其中該多層結(jié)構(gòu)層的氧化層為氮化硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，其中該氧化層成形于半導(dǎo)體基材與非晶硅層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，其中該非晶硅層成形于半導(dǎo)體基材與氧化層之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，其中該非晶硅層以選自于化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法所沉積而成的非晶硅層。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，其中該氧化層是選自于化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法所沉積而成的氧化層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，其中進(jìn)一步包含一多晶硅層，該多晶硅層成形于半導(dǎo)體基材與多層結(jié)構(gòu)層之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)，其包含有一半導(dǎo)體基材以及一多層結(jié)構(gòu)層；多層結(jié)構(gòu)層設(shè)于半導(dǎo)體基材的背面，且多層結(jié)構(gòu)層是由一非晶硅層(Amorphous Silicon)以及一氧化層(如二氧化硅層)所組合而成。通過非晶硅層表面的晶格方向散亂的特性，使本發(fā)明的硅晶片背面的封裝結(jié)構(gòu)能夠有效地減少硅結(jié)節(jié)(Si Nodule)現(xiàn)象的產(chǎn)生，并提升晶片制造時(shí)的成品率及品質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102487072SQ20101057708
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者吳俊泰, 林東一, 邱恒德 申請(qǐng)人:合晶科技股份有限公司