TWI469259B - 由晶圓製造半導體晶片的方法 - Google Patents
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Description
本發明關於一種依申請專利範圍第1項引文的由晶圓製造半導體晶片的方法，以及依申請專利範圍第11項的引文之利用此方法製造的半導體晶片。
半導體晶片，例如二極體、電晶體或閘流體一般包含一個封裝在一殼體中的半導體晶片。該半導體晶片一般由一晶圓製造，該晶圓一般包含許多相同的半導體晶片。在製成晶圓後(一般在最後鍍金屬步驟後)將晶片從晶圓切出來。將晶片一一切分的作業一般利用一鑽石鋸。鋸切程序實施上較簡單，但有一缺點，即：沿切斷面在整個晶片邊緣產生結晶瑕疵(Kristallstrung)，這些瑕疵可深入晶片進去達幾十微米之多的深度。這種結晶瑕疵特別是當構件的晶片邊緣有pn過渡區時尤為嚴重。在此情形，pn過渡區瑕疵的結晶位置的區域終止。在Z二極體的場合，舉例而言，可看到逆向電流(Sperrstrom)明顯升高。
習用技術有將有瑕疵的結晶區域(例如將側晶片邊緣蝕刻)除去，因此減少逆向電流。但這點需要一道附加之繁複而花錢的程序步驟。
因此本發明的目的在提供一種由晶圓製造半導體晶片(特別是Z二極體)的方法，此方法在晶片的pn過渡區的區域絕少造成結晶瑕疵。
此目的依本發明係利用申請專利範圍第1項及第11項所述特點達成，本發明其他特色見於申請專利範圍附屬項。
本發明一主要構想在於：在製造晶圓後(亦即在最後鍍金屬程序後)在晶圓表面中產生將斷裂位置，且宜呈線形凹陷部的形式，並將晶圓沿將斷裂位置切斷，以將半導體晶片一一分開。這種切斷晶圓的方式有一重大優點，即在該晶片的側面，比起用鋸切方式，產生之結晶瑕疵少得多。因此特別是在Z二極體或齊納二極體的情形，逆向電流可減少。
此外，不一定需要在一一分開後，將晶片之側面作後加工以除去結晶瑕疵，如此省卻一道附加的程序步驟。基本上，當然還可以在切斷後將晶片邊緣作蝕刻，俾在某此情形將逆向電流進一步減少，但在此宜將蝕刻切除量選設成小得多，宜小於10μm，因為有瑕疵的結晶區域不再延伸到大的深度中。所用之蝕刻方法可為所有半導體技術所用的蝕刻方法。該蝕刻程序也可在較以後的時刻(例如在軟銲安裝後)達成。
本發明之用於將半導體晶片一一分開的方法特別可用於一些構件，這些構件的半導體晶片的pn過渡區一直延伸到晶片側邊緣為止，該pn過渡區在晶片邊緣區域的電荷密度差比在晶片中央小。因此該空間電荷區域在邊緣擴張得比在晶片中央更遠，因此在邊緣區連電場強度都減少。這種pn過渡區的特殊設計有一優點，即該構件在晶片側區域對結晶瑕疵較不敏感。因此半導體晶片的側斷裂邊緣不再需用蝕刻作後加工以除去結晶瑕疵。
適當的構件(其中該pn過渡區在晶片的邊緣區域終止)舉例而言有二極體、Z二極體、齊納二極體、電晶體、閘流體等。具較小之邊緣場強度之具pn過渡區的適當構件特別是ZR二極體。
將斷裂位置宜利用鋸切(例如利用鑽石鋸)達成。該將斷裂區域也可選性地例如利用雷射或光蝕印方法隨後作濕或乾蝕刻而達成。
在晶片表面中製造將斷裂位置時，宜注意，將斷裂位置的深度小於晶片邊緣區域的pn過渡區的厚度，換言之，該將斷裂位置不得超出pn過渡區之外。這點特別是藉切鋸晶圓表面製造將斷裂位置時尤然，否則的話，在pn過渡區的區域的結晶構造會再損壞。
將斷裂位置可在晶圓的前側上、或後側上、或前側與後側兩者上產生。
將斷裂位置對晶圓的結晶構造的朝向宜選設成使它們平行於容易破裂的結晶面延伸。其他的朝向也同樣也選用，但比較沒這麼有利。
在一種對(100)結晶面朝向的矽晶圓的情形，將斷裂位置宜平行或垂直於一(100)朝向的平面延伸，其中產生長方形晶片。當使用一(111)結晶面朝向的矽晶圓時，也可製造六角形半導體晶片。該將斷裂位置在此情形中對一(110)特性平面係成30°~90°的度延伸，個別晶片的斷裂緣在此情形也沿易斷裂的(111)結晶面延伸。
依本發明一較佳實施例，該晶圓在一一分開成晶片前，放到一膜上，且宜放到一自粘膜上並在此狀態切斷。在斷裂後可將該膜延展，並將晶片直接由膜撿起送去作其他加工，例如作軟銲或封裝。
在此情形，該晶圓宜朝膜的方向斷裂過去。如此可防止在斷裂時，晶片互相摩擦而受損。
以下利用附圖為例詳細說明本發明。
圖1顯示一習用技術之Z極體(也稱ZR二極體)的半導體晶片(2)，它的邊緣場強度減少，該二極體晶片由一矽基質製造，舉例而言，該矽基質的n－摻雜量約8×101 5
cm－ 3
。此晶片(2)從前側(9)到後側看，有一p＋摻雜層(4)、一位於其下方n－摻雜的基質層(6)，該基質層(6)側面被一p＋層(4)及一位於其下方之n摻雜的基質層(6)〔其側面被一位p＋摻雜層及於其下方的弱n＋摻雜的層(3)包圍〕、及一個設在晶片背側(10)之高摻雜之n＋朝向的層(5)。此外在前側(9)及後側(10)上施有鍍金屬層(7)(8)。
該ZR二極體的特點為：貫穿作用在沿逆向操作時只在晶片中央發生，而不在二極體晶片(2)的邊緣區域發生。這種效應原因在於Z二極體在二極體晶片(2)的中央與邊緣(15)有不同之pn過渡區。在二極體晶片的中央區域中，該pn過渡區由層(4－6)構成，而在邊緣區域則由層(4－3)構成，其中電荷密度的差，在中央區域遠大於在邊緣區域中。如此，中央過渡區域(4－6)的貫穿電力小於pn過渡區(4－3)的貫穿電壓。因此可確保：崩潰貫穿作用只發生在晶片中央而不在邊緣。當沿逆向操作時，晶片邊緣的空間電荷區域在晶片(2)邊緣遠比在晶片中央小。因此該Z二極體也稱ZR二極體(邊緣場強度減少)。
二極體晶片(2)由一晶圓(1)(例如一矽晶圓)製造，如圖3a及3b所示。依先前技術，該晶圓片在該晶圓(1)製造後，沿晶片(2)的邊緣(15)鋸開，以將它們一一分開。切割緣在圖1中用圖號(11)表示，但將晶圓(1)切鋸有一缺點，即：沿切面在晶片邊緣產生結晶瑕疵，它們會影響構件的功能。
圖2顯示一Z二極體的二極體晶片(2)，它就摻雜分佈剖面線而言，與圖1的二極體晶片(2)相同。但與圖1的二極體晶片(2)不同者，它有「將斷裂位置」(14)(此處呈凹陷部形式)，在這些位置將晶圓(1)斷裂。這些側斷裂緣用圖號(12)表示，將晶圓(1)如此斷裂有一優點，即：與切鋸方式相較，在pn過渡區(4－3)的區域的結晶瑕疵少得多，因此Z二極體的逆向電流可減少。
此外，側緣(15)係呈簡化方式顯示，對前側(9)及後側(10)呈一直角，這點並非對所有結晶方向都正確，因為破裂的結晶面不一定垂直延伸，而往往也略傾斜延伸。在前側(9)及在後側(10)製造將斷裂位置(14)時要將此點列作考慮。
此處ZR二極體的圖示只是當作例子。本發明也可選擇性地用到其他構件，它們的pn過渡區域一直半導體晶片的側緣(15)為止，例如其他二極體、電晶體、閘流體等，特別是一些構件，其中，沿電流在晶片邊緣區域係小於在晶片中央者。
在製造晶片時，在第一程序步驟中，在晶圓表面產生將斷裂位置(14)，然後將晶圓沿這些斷裂位置(14)斷裂，以將晶片(2)一一分開。此處該將斷裂位置(14)呈線形凹陷部形式，但也可呈其他形狀，或例如設計成穿孔式。
將斷裂位置(14)宜利用一鑽石鋸做成，但也可利用雷射刀，或光蝕印程序及隨後的蝕刻作業而產生。特別是在切鋸出將斷裂位置(14)時要注意，該切鋸槽的深度(c)小於在半導體晶片(2)的邊緣區域的pn過渡區(4－3)的深度d，因為如若不然，在pn過渡區的區域的結晶構造會再生瑕疵。
舉例而言，鋸片的寬度b可在100μm~300μm之間，切鋸深度c可為2μm~60μm之間，在製造出將斷裂位置(14)後，將晶圓(1)斷裂，以將晶片(2)一一分開。在此，舉例而言，利用一滾子將平面或力量施加到晶圓(1)表面。
此處，將斷裂位置只在晶片的前側(9)作顯示，但後側(10)或前、後兩側上也可設將斷裂位置。
將斷裂位置(14)宜平行於一些容易斷裂的結晶面延伸。這種結晶面在矽晶圓的情合特別為(111)結晶面。
圖3a與3b顯示具不同結晶方向的矽晶圓，其中圖3a的晶圓具有(100)方向，而圖3b的晶圓具有(111)方向。在圖3中，線形鋸切槽(14)垂直於及平行於一個(100)方向平面(16)延伸，如此產生長方形晶片(2)。圖3b中，鋸切槽(14)對(110)方向平面(16)呈一300斜角及成垂直延伸。如此產生六角形晶片(2)，具有易斷裂的(111)結晶面。
基本上不一定需要使該將斷裂位置經常平行於易斷裂之(111)結晶面。因此，舉例而言，而可將圖3b的(111)方向的晶圓依圖3a分成方形。在此情形，宜先將難以斷裂的(110)邊緣斷裂。
舉例而言，鋸切槽(14)可利用一鑽石鋸產生，該鋸舉例而言，由鑽石濺鍍到鎳中而製成。但也可使用特別形成之鑽石鋸片，它們延伸變尖，或具其他異於傳統長方形的形狀。
圖4a~4c顯示鑽石鋸之不同實施例，具有一攜帶器(17)，攜帶器(17)上設一切割面(18)，鋸片設計成旋轉對稱，且繞一條旋轉軸(19)轉動。
圖4a顯示一具有長方形鑽石切割面的鋸片，此切割面的寬度用b表示。圖4b顯示一鑽石鋸片，它具有向外變尖的切割面(18)，而圖4c顯示一鑽石鋸片，它具有向外凸出的切割面。圖4b與4c的切割面有一優點，即：它們比起圖4a的實施例來，造成之結晶瑕疵較少。
(1)．．．晶圓
(2)．．．半導體晶片
(3)．．．低量摻雜的n＋領域
(4)．．．高量摻雜的p＋領域
(5)．．．高量摻雜的n＋領域
(6)．．．n領域
(7)．．．鍍金屬層
(8)．．．鍍金屬層
(9)．．．前側
(10)．．．後側
(11)．．．切割緣
(12)．．．斷裂緣
(13)．．．渠溝
(14)．．．將斷裂位置
(15)．．．側面
(16)．．．方向平面
(17)．．．攜帶器
(18)．．．鑽石切割面
(19)．．．旋轉軸
(a)．．．渠溝寬度
(b)．．．將斷裂位置(14)寬度
(c)．．．將斷裂位置深度
(d)．．．pn過渡區(4－3)的深度
〔註：(100)(110)(111)等結晶面為結晶學上的術語，代表其法線xyz軸向量，非圖號〕
圖1係一種Z二極體之習知技術的晶片的側視圖，其邊緣場強度減少，圖2係一種Z二極體之依本發明一實施例的晶片的側視圖，其邊緣場強度減少，圖3a與3b係具不同結晶方向的不同晶圓，圖4a~4c係用於鋸切晶圓表面的鑽石鋸的不同實施例。
(2)．．．半導體晶片
(3)．．．低量摻雜的n＋領域
(4)．．．高量摻雜的p＋領域
(5)．．．高量摻雜的n＋領域
(6)．．．n領域
(7)．．．鍍金屬層
(8)．．．鍍金屬層
(9)．．．前側
(10)．．．後側
(12)．．．斷裂緣
(13)．．．渠溝
(14)．．．將斷裂位置
(15)．．．側面
Claims (9)
- 一種由一晶圓(1)製造半導體晶片(2)的方法，特別是製造ZR二極體晶片者，該晶圓包含多數半導體晶片(2)，其特徵在：在該晶圓表面產生將斷裂位置(14)，並沿該將斷裂位置(14)將晶圓(1)斷裂以將半導體晶片(2)一一分開，其中，該將斷裂位置(12)做成線形凹陷部形式，其特徵在：使用此方法於具有pn過渡區(4-3)的半導體晶片(2)，該過渡區一直到達半導體晶片(2)的側緣，且該將斷裂位置(14)的深度(c)小於位於半導體晶片(2)的側邊緣區域中的pn過渡區(4-3)的深度(d)。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該半導體晶片(2)的側斷裂緣(12)在晶圓(1)斷裂後不再做後加工或只做少許加工以除去結晶瑕疵。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該將斷裂位置(14)係藉鋸入晶圓表面中而形式。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該將斷裂位置(14)在晶圓(1)前側中產生。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該將斷裂區域(14)在晶圓的前側(9)及後側(10)產生。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：該將斷裂區域(14)的相對於晶圓(1)結晶構造的朝向選設成使該斷裂區域平行於容易斷裂的結晶面延伸。
- 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中：將該設有將斷裂位置的晶圓(1)在晶片(2)一一分開前， 粘到一膜上。
- 一種半導體構件，特別是Z二極體，具有一每半導體晶片(2)，該晶片有一pn過渡區，一直延伸到晶片(2)的側邊緣(15)為止，且該晶片由一晶圓製造，其特徵在：該半導體晶片(2)有側斷裂面(12)，該側斷裂面不再作後加工或只作少許後加工以除去結晶瑕疵。
- 如申請專利範圍第8項之半導體構件，其中：該半導體晶片(2)的側邊緣(15)上具有晶圓將斷裂位置(14)的標記。
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