專利名稱：具有邊緣支撐環的超薄晶片及其制造方法
技術領域：
本發明主要涉及半導體器件制造，特別涉及形成邊緣具有支撐環的晶片 的制造方法。
背景技術：
垂直功率元件包括功率MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)和 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，它們構建在厚度要求小于4密爾(mil，即1 密爾等于千分之一英寸)的超薄晶片之上。構建在超薄晶片上的這些功率元 器件可以提供具有更小電阻及熱阻。超薄晶片的應用還可以保證功率元件符 合對總體封裝厚度的苛刻要求。另外，超薄晶片，包括超薄活動連接區(float zone)晶片，替代了帶有用作元件連接及緩沖區域的外延形成的硅層的較貴 的晶片。
由于超薄晶片的厚度小于4密爾，在晶片處理的過程中經常發生晶片翹 起、彎曲和/或裂開及折斷。現有技術中，通常提供兩種晶片薄化和加工的途 徑。第一種途徑是設置一個例如手持晶片、玻璃襯底、厚膠帶、高分子襯底 或者高分子復合材料襯底這樣的臨時支撐襯底。其缺點在于，第一種途徑在 設置和移除臨時支撐襯底時要求復雜的操作。 一些移除的過程使晶片有裂開 和折斷的風險。另外，用于將晶片固定在臨時支撐襯底之上的粘合劑和其它 高分子材料可能會在金屬化的工程中在真空室內排出氣體，同時對歐姆接觸 的質量產生不利影響。
在第二種途徑中，形成于晶片邊緣的支撐環便于掌握及加工超薄晶片。 第二種途徑的優點在于超薄晶片的加工過程中消除了例如粘合劑這樣的附加 材料。如專利號為6,162,702的美國專利，題目為自支撐超薄硅晶片的制造 方法，如圖1和圖2所示，硅晶片2具有超薄中間部分4，由具有較厚硅的 圓周邊框3支撐。通過碾、磨、鉆或激光這樣的可控的化學或物理方法，從 硅晶片2去除一定量的硅從而形成超薄中間部分4。也可以選擇在硅晶片2
的邊框形成一個覆蓋層，并蝕刻硅晶片2，形成超薄中間部分4。
如圖3、圖4及圖5中，所示的碾磨輪30帶有碾磨齒32用來碾磨晶片 31的背面34，形成環繞的厚邊緣支撐環36。碾磨輪30具有轉動軸"G"，而 晶片31具有轉動軸"W"。碾磨晶片背面34產生厚度小于4密爾的超薄中 間部分38，周圍圍繞邊緣支撐環36。邊緣支撐環的厚度大致與原有晶片相同。 邊緣支撐環的寬度至少為2 mm。支撐環越厚就越牢固，但形成芯片的區域 也就越小。邊緣支撐環36使對晶片31的操作更為容易。
在背面碾磨步驟之后，通常是對晶片31的超薄中間部分38進行旋轉蝕 刻，然后再是背面金屬化過程。旋轉蝕刻過程包括硅和氧化物的化學蝕刻步 驟及之后的純凈水清洗步驟。旋轉蝕刻過程增加了超薄中間部分38的機械強 度，同時保證了隨后設置的金屬與晶片31的高摻雜硅襯底之間有較好的歐姆 接觸。在旋轉蝕刻過程之后，晶片31在放入真空室進行背面金屬化之前不需 要經過干燥步驟。
已經發現邊緣支撐環36的結構對旋轉蝕刻過程會產生不利影響。如圖6 中所示，箭頭所指出的晶片31根據旋轉軸"W"做的旋轉造成化學蝕刻劑和 純凈水留在表面上，然后遇到邊緣支撐環與超薄中間部分38所形成的直角的 或接近直角的墻60。在旋轉蝕刻過程中，墻60可以阻止全部的化學蝕刻劑 和純凈水從晶片31中轉出。這樣的話，在背面金屬化過程之前就需要有效地 實施附加的清潔和/或干燥步驟。也可以將晶片31用高溫烘烤，去除殘余的 化學蝕刻劑和純凈水。在別的情況下，現有技術中的邊緣支撐環36的結構或 許會在制造過程中帶來不可接受的復雜性或延緩，從而對背面金屬連接的質 量帶來附加的不利影響。
在本領域中，存在克服現有技術中對帶有邊緣支撐環的超薄晶片的制造 方法的局限的需求。同時在本領域中也需要一種帶有邊緣支撐環的超薄晶片 的制造方法，該方法制造的超薄晶片所具有的邊緣支撐環，能夠與設置背面 金屬之前通常具有的旋轉蝕刻過程相配合。同時，進一步需要邊緣支撐環具 有成一定角度的內墻。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有邊緣支撐環的超薄晶片及其制造方法，
該方法形成具有邊緣支撐環的超薄晶片，提供一個由邊緣支撐環圍繞的厚度
小于4密爾的超薄中間部分，該邊緣支撐環具有一定角度的內墻，從超薄中 間部分延伸到邊緣支撐環的頂部。借助具有一定角度的內墻，可以在旋轉蝕 刻過程中將所使用的化學物質在旋轉蝕刻的過程中甩出晶片。
為達上述目的，本發明提供一種具有邊緣支撐環的超薄晶片，其具有邊 緣支撐環的超薄晶片，包括一超薄中間部分和一外圍邊緣支撐環，該邊緣支 撐環帶有具一定角度的內墻。
另外，本發明還提供一種制造帶有邊緣支撐環的超薄晶片的方法，其包 括的步驟有在貼近晶片背面邊緣的位置設置碾磨輪；在進行碾磨晶片背面 的同時，逐漸縮小碾磨輪的轉動軸與晶片固定盤轉動軸的距離；以及當超薄 中間部分的厚度達到要求時結束對晶片背面的碾磨。
所述的制造帶有邊緣支撐環的超薄晶片的方法包括的步驟有在貼近晶 片背面邊緣的位置設置帶有碾磨齒(profiled teeth)的碾磨輪；碾磨晶片背面； 以及當超薄中間部分的厚度達到要求時結束對晶片背面的碾磨。
所述的制造帶有邊緣支撐環的超薄晶片的方法包括的步驟有在離晶片 背面邊緣一定距離的位置設置第一碾磨輪；碾磨晶片背面形成超薄中間部分 和邊緣支撐環，并且直至超薄中間部分的厚度達到要求；然后設置第二碾磨 輪碾磨邊緣支撐環的內墻使其成一定的角度。
至此，相當全面地概述了本發明的重要特征，是為了后續的細節描述能 更好地被理解，也是為了本發明所提供的方案能更好地被認識。當然后續的 敘述中也有附加的本發明的特征。
為此，在詳細介紹本發明的至少一種實施例之前，需要認識到本發明的 應用不限于由后續的敘述和附圖所闡明的功能組成部分的細節及對于這些組 成部分的安排。本發明可以有其它的實施方式，也可以通過各種各樣的方法 實踐和實現。同時，還需要認識到，這里所使用的語法和術語，其目的是對 本發明進行說明，而不能被視為對本發明的限制。
因此，本領域技術人員可以認識到，以本文所公開的內容為基礎所產生 的觀念，可以輕易地被用來作為實現本發明的數個目的的方法和系統的設計 基礎。所以，重要的是，這些等價的結構應當被視為落在本發明的精神和范 圍之內。
本發明的各個實施方式和特征將通過對后續的本發明的優選實施方式的 敘述并結合下列附圖介紹給本領域的普通技術人員。
圖1是現有技術中的具有邊緣支撐環的超薄晶片的俯視圖2是圖1中的超薄晶片沿X-X'軸的剖視圖3是表示用碾磨輪碾磨晶片中間部分的示意圖4是表示晶片經碾磨輪碾磨的部分的側面立視圖5是經碾磨后的包括超薄中間部分和邊緣支撐環的晶片的部分側面立 視圖6是表示旋轉蝕刻過程中旋轉蝕刻用的化學制劑的流向的示意圖； 圖7是依照本發明的一種制造過程的旋轉蝕刻過程中旋轉蝕刻用的化學
制劑的流向的示意圖8是依照本發明的另一種制造過程的旋轉蝕刻過程中旋轉蝕刻用的化
學制劑的流向的示意圖9是依照本發明的第一種制造過程經碾磨的晶片的部分側面立視圖； 圖10是圖9中所示的晶片經碾磨后成為包括具有成一定角度的內墻的邊
緣支撐環的晶片的部分側面立視圖11是依照本發明的第二種制造過程經碾磨的晶片的部分側面立視圖； 圖12是圖11中所示的晶片經碾磨后成為包括具有成一定角度的內墻的
邊緣支撐環的晶片的部分側面立視圖13是依照本發明的第三種制造過程經碾磨的晶片的部分側面立視圖； 圖14是圖13中所示的晶片經碾磨后成為包括具有成一定角度的內墻的
邊緣支撐環的晶片的部分側面立視圖15是表示本發明中超薄晶片背面金屬化的部分側面立視圖16是本發明的第一種制造方法所述的形成具有邊緣支撐環的超薄晶
片的程序的流程圖17是本發明的第二種制造方法所述的形成具有邊緣支撐環的超薄晶
片的程序的流程圖18是本發明的第三種制造方法所述的形成具有邊緣支撐環的超薄晶
片的程序的流程圖。
具體實施例方式
現在結合附圖敘述本發明的細節，附圖作為本發明的實施方式的圖例， 其作用是使本領域的技術人員可以實施本發明。值得注意的是，下文中的圖 及實施例并不意味著是對本發明所作的限制。本發明中的某些元素可以部分 或全部地通過使用已知的組成部分來實施，這些已知組成部分中，只有是理 解本發明的必要的部分才會被敘述，而已知組成部分的其它部分的詳細敘述 將被省略，以使得本發明不會變得模糊不清。另外，本發明通過附圖包括了 此處涉及的現有的和將來的等效的組成部分。
依據本發明的第一種實施方式，如圖7所示，晶片70包括超薄中間部分 71和形成于其晶片背面79上的外圍邊緣支撐環75。邊緣支撐環75的具有一 定角度的內墻76的底部與超薄中間部分71的邊緣72形成優選確定的角B。 具有一定角度的內墻76從超薄中間部分71的平面向上延伸到邊緣支撐環的 頂部78。在旋轉蝕刻的過程中，化學蝕刻劑和純凈水會依照箭頭所指的方向 從晶片70甩出。邊緣支撐環75可以使晶片70在后續的過程中獲得減少操作 步驟的優勢，同時提供了在本文的本發明背景技術中所述的問題的解決方法。
依據本發明的另一種實施方式，如圖8所示，晶片80包括大體上非線性 的具有一定角度的內墻86，內墻86從超薄中間部分81的平面開始曲線向上 延伸至在晶片80的背面89上形成的邊緣支撐環85的頂部88。在旋轉蝕刻 的過程中，化學蝕刻劑和純凈水會依照箭頭所指的方向從晶片80甩出。邊緣 支撐環85可以使晶片80在后續的過程中獲得減少操作步驟的優勢，同時提 供了在本文的本發明背景技術中所述的問題的另一種解決方法。
本發明所述的制造方法的第一種方式，通常可以標示為如圖16所示的程 序160這樣的，具有邊緣支撐環的超薄晶片的制作過程。制造程序160使用 帶有轉動軸的碾磨輪和固定晶片的晶片固定盤，晶片固定盤也具有轉動軸。 在本發明的優選實施方式中，碾磨輪的轉動軸和晶片固定盤的轉動軸是平行 的。步驟163中，將碾磨輪設置在晶片背面貼近邊緣的位置。從這個貼近晶 片邊緣的位置開始向外，晶片邊緣的晶片材料將用來形成邊緣支撐環，其實 質上具有和原有的晶片相同的厚度，同時邊緣支撐環的寬度至少為2mm。在
步驟165中，碾磨晶片的背面并逐漸縮小碾磨輪轉動軸與晶片固定盤轉動軸 之間的距離。距離的縮小量可以是一個碾磨輪進給深度的函數或者是一個時 間的函數。在最后的步驟167中，當超薄中間部分的厚度達到要求時停止對 晶片背面的碾磨。
圖9所表示的是晶片90的背面93正依照程序160的方式由碾磨輪95 碾磨。當碾磨晶片93的背面并逐漸縮小碾磨輪轉動軸和晶片固定盤轉動軸之 間的距離的時候就可以形成邊緣支撐環97和具有一定角度的內墻99。如圖 10所示，通過程序160形成了具有超薄中間部分100的晶片90和具有一定 角度內墻99的邊緣支撐環97。
本發明所述的制造方法的第二種方式，通常可以標示為如圖17所示的程 序170這樣的，具有邊緣支撐環的超薄晶片的制作過程。制造程序170使用 帶有轉動軸的碾磨輪和固定晶片的晶片固定盤，晶片固定盤也具有轉動軸。 在本發明的優選實施方式中，碾磨輪的轉動軸和晶片固定盤的轉動軸是平行 的。帶有許多碾磨齒的碾磨輪在其外表面形成具有一定角度的形狀。這個具 有一定角度的形狀應當與所要求的邊緣支撐環的具有一定角度的內墻的形狀 較好地相一致。步驟173中，將碾磨輪設置在晶片背面貼近邊緣的位置。從 這個貼近晶片邊緣的位置開始向外，晶片邊緣的晶片材料將用來形成邊緣支 撐環，其實質上具有和原有的晶片相同的厚度，同時邊緣支撐環的寬度至少 為2mm。在步驟175中，碾磨晶片的背面并形成具有一定角度內墻的邊緣支 撐環。當超薄中間部分的厚度達到要求時，程序170結束于步驟177。在碾 磨多個晶片后，碾磨輪的碾磨齒會受到磨損，就需要在步驟173中調整碾磨 輪轉動軸與晶片固定盤轉動軸之間的距離。
如圖11所示，制作程序170使用含有碾磨齒111的碾磨輪110，碾磨齒 在碾磨輪的外表面113形成具有一定角度的形狀112。如圖12所示，具有一 定角度的形狀112與所要求的邊緣支撐環115的具有一定角度的內墻114的 形狀較好地相一致。
本發明所述的制造方法的第三種方式，通常可以標示為如圖18所示的程 序180這樣的，具有邊緣支撐環的超薄晶片的制作過程。制作程序180使用 兩個碾磨輪來形成具有一定角度的內墻的邊緣支撐環。在第一個步驟183中， 將第一碾磨輪設置在離晶片邊緣一定距離的位置。在本發明的優選實施方式
中，碾磨輪的轉動軸和晶片固定盤的轉動軸是平行的。從這個離晶片邊緣一 定距離的位置開始向外，晶片邊緣的晶片材料將用來形成邊緣支撐環。在步
驟185中，碾磨晶片背面直至超薄中間部分的厚度達到要求。在制作程序180 的這個階段，如圖13所示，已用第一碾磨輪132將晶片130碾磨成超薄中間 部分130和邊緣支撐環133兩個部分，邊緣支撐環133具有大體上垂直的墻 135。完成步驟185之后，在步驟187中，將第二碾磨輪設置在與垂直墻成一 定角度的位置，作用是用來碾磨邊緣支撐環，使其具有一定角度的內墻。在 步驟189中碾磨出具有一定角度的內墻。如圖14所示，第二碾磨輪140碾磨 晶片130。將垂直墻135碾磨成具有一定角度的內墻141。
制作程序160、170和180都可以用來制作具有一定角度的線性形狀的內 墻，如圖7中的具有一定角度的內墻76。制作程序160和程序170還可以用 來制作具有一定角度的非線性形狀的內墻，如圖8中的具有一定角度的內墻 86。在依照本發明的方法形成了帶有具一定角度內墻的邊緣支撐環之后，可 以將晶片進行旋轉蝕刻，并將其背面金屬化，形成如圖15所示的具有背面金 屬層153的超薄晶片150。
通過本發明所述的具有邊緣支撐環的超薄晶片的制作方法所制造的超薄 晶片所帶有的邊緣支撐環，能夠配合通常的旋轉蝕刻過程。邊緣支撐環的具 有一定角度的內墻可以提供一種將化學蝕刻劑和純凈水甩出晶片的方法，從 而，可以使晶片為背面金屬化做好準備。
對于上述的實施方式所做出的任何形式的改變，應當被認為沒有離開本 發明的范圍。此外， 一個確定的實施例的多種方式可以包含受本發明保護的 客體，而不需要考慮相同實施例的其它方式。更進一步的是，不同的實施例 的多種方式可以組合在一起。據此，本發明的范圍應當由其在法律上等價的 內容所確定。
權利要求
1.一種具有邊緣支撐環的超薄晶片，其特征在于，包括一超薄中間部分和一外圍邊緣支撐環；該邊緣支撐環具有有角度的內墻。
2. 如權利要求1所述的超薄晶片，其特征在于所述的有角度的內墻從所述 的超薄中間部分平面延伸到所述的邊緣支持環的頂部。
3. 如權利要求2所述的超薄晶片，其特征在于所述的有角度的內墻從所述 的超薄中間部分平面以線性形式延伸到所述的邊緣支持環的頂部。
4. 如權利要求2所述的超薄晶片，其特征在于所述的有角度的內墻從所述 的超薄中間部分平面以非線性形式延伸到所述的邊緣支持環的頂部。
5. 如權利要求l所述的超薄晶片，其特征在于所述的超薄中間部分的厚度 小于4密爾。
6. —種具有邊緣支撐環的超薄晶片的制造方法，其特征在于，步驟包括在貼近晶片背面邊緣的位置設置碾磨輪；開始碾磨晶片背面，并同時逐漸縮小碾磨輪轉動軸與晶片固定盤轉動軸之間的距離；當中間超薄部分的厚度達到要求時停止對晶片背面進行碾磨。
7. 如權利要求6所述的制造方法，其特征在于碾磨輪的轉動軸平行于晶片固定盤的轉動軸。
8. 如權利要求6所述的制造方法，其特征在于碾磨晶片背面并同時逐漸縮 小磨輪轉動軸與晶片固定盤轉動軸之間的距離，從而產生一超薄中間部分和 一外圍邊緣支撐環，該邊緣支撐環具有有角度的內墻。
9. 如權利要求8所述的制造方法，其特征在于所述的超薄中間部分的厚度 小于4密爾。
10. —種具有有角度內墻的邊緣支撐環的超薄晶片的制造方法，其特征在于，步驟包括在貼近晶片背面邊緣的位置設置帶有碾磨齒的碾磨輪； 開始碾磨晶片背面；當中間超薄部分的厚度達到要求時停止對晶片背面進行碾磨。
11. 如權利要求IO所述的制造方法，其特征在于碾磨輪的碾磨齒形狀與所 要求的有角度內墻的形狀相一致。
12. 如權利要求10所述的超薄晶片制造方法，其特征在于碾磨輪的轉動軸 平行于晶片固定盤的轉動軸。
13. 如權利要求10所述的超薄晶片制造方法，其特征在于還包括在碾磨了 多個晶片，累積了碾磨齒所受的磨損之后，對碾磨輪轉動軸和晶片固定盤轉 動軸之間的距離進行調整的步驟。
14. 如權利要求10所述的制造方法，其特征在于使用帶有碾磨齒的碾磨輪 碾磨晶片背面，從而產生一超薄中間部分和一外圍邊緣支撐環，該邊緣支撐 環具有成一定角度的內墻。
15. 如權利要求IO所述的制造方法，其特征在于所述的超薄中間部分的厚 度小于4密爾。
16. —種具有的邊緣支撐環的超薄晶片的制造方法，其特征在于，步驟包括在離晶片背面邊緣一定距離的位置設置第一碾磨輪；開始碾磨晶片背面形成一超薄中間部分和一邊緣支撐環，并碾磨至該超 薄中間部分的厚度達到要求；接著設置第二碾磨輪用來碾磨邊緣支撐環以形成有角度的內墻； 繼續碾磨邊緣支持環直至形成有角度的內墻。
17. 如權利要求16所述的超薄晶片制造方法，其特征在于所述的第一碾磨 輪的轉動軸平行于晶片固定盤的轉動軸。
18. 如權利要求16所述的超薄晶片制造方法，其特征在于所述的超薄中間 部分的厚度小于4密爾。
19. 如權利要求16所述的超薄晶片制造方法，其特征在于所述的進行第二 碾磨輪設置的步驟包括將該第二碾磨輪與所述的外圍支撐環成角度設置。
全文摘要
本發明公開了一種具有邊緣支撐環的超薄晶片及其制造方法。所述的超薄晶片包括超薄中間部分和外圍邊緣支撐環，且該外圍支撐環具有有角度的內墻；所述的方法包括三種實施程序，可以用來制造超薄晶片，使之具有超薄中間部分和外圍邊緣支撐環，且外圍邊緣支撐環具有有角度的線性或非線性形狀的內墻。本發明所提供的具有有角度的內墻的邊緣支撐環能夠配合旋轉蝕刻過程。
文檔編號H01L21/304GK101350332SQ20081012950
公開日2009年1月21日 申請日期2008年6月23日 優先權日2007年7月20日
發明者濤 馮, 戴嵩山 申請人:萬國半導體股份有限公司