TWI515780B - 晶片加工方法 - Google Patents

Description

晶片加工方法

本發明係關於一種晶片加工方法，並且特別地，本發明係關於一種可製作出具有高度抗破裂性之晶片的加工方法。

近年來電子產業發展突飛猛進，各種多功能的可攜式電子產品如智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦等都已融入一般民眾生活中，使得人們生活越來越便利。在電子產業發展的背後，位於其上游的半導體產業的成熟發展具有極大的貢獻。除了民生、軍事電子產業之外，能源方面如太陽能產業以及照明方面如LED產業，皆與半導體產業有相當大程度的關聯性。此外，半導體的技術也可應用在生技等其它領域，其牽涉範圍之廣，稱之為近代科技的基石也不為過。

半導體製程製作出的晶片可廣泛地利用於上述各種應用領域中，晶片的良率可說是直接決定了終端產品的品質，因此，在晶片的材料以及製作方式上各界均以投入大量研究以確保其品質。不論其為何種應用領域之晶片，均須經過多道加工製程，例如，晶圓切割、蝕刻、表面處理、封裝、IC測試等程序，才能獲得實際應用的電子元件或光電元件。

在上述各種處理晶片的製程中，晶片常會受到程度不同的外力作用。一般而言，晶片上之各種功能結構通常設置於晶片具有最大面積的主要表面上，並且各結構常會在晶片上造成材料上的缺陷，而容易在這些缺陷上產生應力集中的現象。當所受到的外力逐漸增加時，這些區域上的應力集中現象會更加劇烈。由於目前的晶片材料都是使用脆性的材質，例如，矽晶圓，因此上述應力集中現象容易使得晶片應力集中處產生裂痕甚至導致晶片破裂，進而降低晶片良率同時提高其生產成本。

因此，本發明之一範疇在於提供一種可製作出具有高度抗破裂性之晶片的晶片加工方法，以解決先前技術之問題。

根據一具體實施例，本發明之晶片加工方法所加工之晶片具有複數個表面，其包含在各表面中具有最大面積之一最大面，以及連接最大面邊緣的側表面。晶片加工方法具有下列步驟：以蝕刻方法蝕刻晶片之側表面，以於側表面上形成有具分散應力功能之奈米結構層，以分散晶片之應力。

於本具體實施例中，以蝕刻方法所蝕刻出的奈米結構層可包含複數奈米結構，各奈米結構可分別於晶片之側表面上形成應力集中點，當晶片受力時，奈米結構層上複數個應力集中點將應力分散至整個奈米結構層上，因此，可避免應力集中在晶片的功能結構上，進而防止晶片產生裂痕甚至破裂。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

本發明係提供一種晶片加工方法，可用來提升晶片的抗破裂性以及強度。根據一具體實施例，本發明之晶片加工方法主要包含以下步驟：以蝕刻方法蝕刻晶片的側表面，以於側表面上形成奈米結構層。以此方法處理後的晶片其側表面上的奈米結構層可分散晶片所受之應力，而進一步提升晶片強度。

請一併參閱圖一及圖二A~B，圖一係繪示根據本發明之一具體實施例之晶片加工方法的步驟流程圖，圖二A係繪示未經過圖一之晶片加工方法處理之晶片2的示意圖，圖二B則繪示經過圖一之晶片加工方法處理後之晶片2的示意圖。

如圖二A所示，晶片2可具有複數個表面，其中，最大面20具有各表面中最大的面積，側表面22則連接最大面20之邊緣。實務上，晶片的形狀為圓形或方形薄片，亦即側表面的面積較小。一般而言，在晶片上設置的功能結構，如閘極、汲極或源極等電極，通常設置於最大面上，而側表面上並沒有足夠的空間可設置上述功能結構。

如圖一所示，本具體實施例之晶片加工方法包含下列步驟：於步驟S10，以緩衝氧化蝕刻液(BOE)清除圖二A之晶片2上的原生氧化層；於步驟S12，以第一清除液清除晶片2上之機械損傷層；於步驟S14，將側表面22浸入蝕刻液中，以於預定時間內對側表面22進行蝕刻；以及，於步驟S16，於蝕刻後以第二清除液清除側表面22上所殘留的蝕刻液分子顆粒。請注意，於步驟S14的蝕刻製程後，側表面22上即形成奈米結構層220，如圖二B所示。

於本具體實施例中，晶片2係為一矽晶片，由於矽原子容易在含氧氣及水的環境下氧化形成原生氧化層，而此原生氧化層將會阻礙蝕刻，因此於晶片加工方法之步驟S10中先以緩衝氧化蝕刻液清除原生氧化層。此外，晶片2係已經過多道加工製程，例如，晶圓切割或表面處理，其表面上可能已受到上述加工製程造成的機械損傷層，因此於晶片加工方法之步驟S12中，以第一清除液清除晶片2上之機械損傷層。實務中，第一清除液可由濃度49%的氫氟酸(HF)溶液、濃度70%的硝酸(HNO₃)溶液、以及冰醋酸(CH₃COOH)，依2：7：1之體積比例混合而成。透過上述第一清除液之處理，30秒內大約可移除晶片2上15~20微米厚度之機械損傷層。

當經過步驟S10以及步驟S12清除晶片2上的原生氧化層與機械損傷層後，即可進行如步驟S14之蝕刻製程。步驟S14所使用之蝕刻液於實務中可以濃度比例250：1的氫氟酸(HF)及硝酸銀(AgNO₃)混合於一溶劑中而得。蝕刻後之側表面22上通常會殘留蝕刻液的分子顆粒，這些殘留的分子顆粒可能會影響晶片2本身的特性，或者於後續製程中產生不良影響，因此於步驟S16中以第二清除液清除晶片2上殘留的分子顆粒。如上所述，本具體實施例之蝕刻液成分中含有銀，故於蝕刻後殘留的蝕刻分子顆粒係銀分子顆粒。第二清除液則可為硝酸及去離子水依1：3之體積比例混合而成，用來清除殘留的銀分子顆粒。

根據本具體實施例之晶片加工方法，於晶片2之側表面22上所蝕刻出的奈米結構層220中包含大量的奈米結構，這些奈米結構進一步為奈米柱或是奈米針。請參閱圖三，圖三係繪示圖一之晶片加工方法處理晶片2之側表面22所獲得的奈米結構層220的實際外觀放大圖。如圖三所示，奈米結構層220包含奈米柱222以及奈米針224，其中，兩個相鄰奈米結構頂端間的距離係介於10奈米至1000奈米之間，整個奈米結構的蝕刻深度介於0.1微米至100微米之間。請注意，圖三之奈米結構層220係藉上述蝕刻液蝕刻20分鐘而得，亦即，步驟S14之預定時間為20分鐘。

以本具體實施例之晶片加工方法所製出之奈米柱222與奈米針224，會在側表面22以及各奈米結構相互連接處形成材料上的缺陷。另外，被蝕刻產生的奈米柱222與奈米針224本身可能也帶有材料缺陷。一般而言，材料缺陷處容易發生應力集中的現象，換言之，當晶片2受到張力時，奈米柱222、奈米針224、兩者與側表面22連接處、或各奈米結構互相連接處可能會有應力集中之現象。

由於奈米柱222與奈米針224的尺寸屬於奈米級，並且奈米結構層220內包含極大數量的奈米針224與奈米柱222遍佈於其中，故奈米結構層220覆蓋於側表面22之部分可視同由極大數量的材料缺陷點所組成。當晶片2受張力時，奈米結構層220將晶片2上之應力分別集中於所有奈米結構所形成的材料缺陷點上。就結果來說，應力反而是被分散於整個側表面22上被奈米結構層220所覆蓋之部分，換言之，此為一個面的應力分散現象，而非點或線的應力集中現象。

由於應力被分散至側表面22的奈米結構層220之上而避免集中在晶片2的其他位置，例如，最大面20上之功能結構所形成的材料缺陷或是對晶片2進行其他處理程序所造成的材料缺陷。因此，本具體實施例中具有應力分散效果之奈米結構層220可幫助晶片2抵抗張力，換言之，可提升晶片2本身抗破裂的強度。

於本具體實施例之晶片加工方法，步驟S14之蝕刻預定時間係20分鐘，然而，於實務中，預定時間可為20分鐘以上，並不限定於20分鐘。請參閱圖四，圖四係繪示根據本發明之另一具體實施例之晶片加工方法所獲得之晶片所能承受之張力對應蝕刻時間之圖表。如圖四所示，圖表中之縱軸為晶片所能承受而不發生破裂之張力，橫軸係上述具體實施例之晶片加工方法的蝕刻預定時間，此外，參考線R代表未經本具體實施例之晶片加工方法處理之晶片，其所能承受而不發生破裂的最大張力。

由圖四中可看出，蝕刻超過20分鐘之晶片所能承受的最大張力約為3N，大於未經本具體實施例之晶片加工方法處理之晶片可承受的最大張力2N。當蝕刻超過20分鐘時，隨著預定時間的加長，晶片可承受的最大張力亦隨之穩定增加。由此可知，本具體實施例之晶片加工方法確實可幫助晶片抵抗破裂並增加晶片之強度。

上述晶片2之形狀為長方形，故應有兩個最大面20及四個側表面22。實務中，晶片加工方法之步驟S14可分別對晶片的所有側表面進行蝕刻，於所有側表面上皆可形成奈米結構層。請參閱圖五，圖五係繪示根據本發明之另一具體實施例之晶片加工方法對晶片3之各側表面32蝕刻後的示意圖。如圖五所示，相較於圖一僅對晶片2的其中一個側表面22進行蝕刻，對所有側表面32進行蝕刻之方法可形成面積更大的奈米結構層320，故應力會被分散到更大面積上，而使晶片3具有較晶片2更高的抗破裂性及強度。

於上述具體實施例中，奈米結構層的形成係將晶片的側表面浸入蝕刻液中，最大面連接於側表面之邊緣亦會浸入蝕刻液中而被蝕刻。請參閱圖六，圖六係繪示經過圖一之晶片加工方法處理後之晶片2的剖面示意圖。如圖六所示，晶片2之最大面20與側表面22連接之邊緣一範圍內，同樣被蝕刻形成奈米結構層220，並且形成於最大面20邊緣之奈米結構層220亦可幫助晶片2抵抗張力。一般而言，透過本具體實施例之晶片加工方法於最大面上形成的奈米結構層，其範圍係自最大面邊緣朝中心沿伸1公分，然而本發明對此並不加以限制。實務中，根據晶片材料及晶片浸入蝕刻液的深度，奈米結構層可於最大面上具有不同的範圍，以不影響最大面上之功能結構為準。

在上述各具體實施例中，位於晶片側表面之奈米結構層係以蝕刻液蝕刻而成，其係一種濕式的蝕刻製程。然而本發明並不限制以濕式蝕刻製程形成奈米結構層，任何可於晶片側表面形成奈米結構層之蝕刻方法皆為本發明之晶片加工方法所欲保護之範圍。

於另一具體實施例中，晶片加工方法可以乾式的電漿蝕刻方法對晶片之側表面進行蝕刻。詳言之，利用電漿腔體中的偏壓令電漿內的帶電粒子撞擊晶片的側表面，進而形成奈米結構層於側表面上。由於電漿蝕刻方法與上述濕式蝕刻方法的蝕刻機制不同，因此所形成的奈米結構層可能包含與奈米柱或奈米針不同型態的奈米結構。此外，乾式蝕刻製程的前處理以及後處理步驟亦可能與上述濕式蝕刻製程有所不同，故本發明之晶片加工方法可根據不同蝕刻製程而有對應的處理步驟。

綜上所述，本發明之晶片加工方法可於晶片之側表面上蝕刻形成奈米結構層，奈米結構層中所散佈的大量奈米結構可分散晶片上的應力。相較於傳統晶片，透過本發明之晶片加工方法處理其側表面之晶片具有更強的抗破裂性，亦即較傳統晶片的強度更高。本發明之晶片加工方法除了幫助晶片於一般的加工製程中更不容易因受到張力而破裂之外，還可使晶片本身具更高的抗破裂性以及強度而能忍受更高張力之加工製程，而進一步提高了晶片的效能與其適用之領域。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

S10~S16．．．流程步驟

2、3．．．晶片

20、30．．．最大面

22、32．．．側表面

220、320．．．奈米結構層

222．．．奈米柱

224．．．奈米針

R．．．參考線

圖一係繪示根據本發明之一具體實施例之晶片加工方法的步驟流程圖。

圖二A係繪示未經過圖一之晶片加工方法處理之晶片的示意圖。

圖二B係繪示經過圖一之晶片加工方法處理後之晶片的示意圖。

圖三係圖一之晶片加工方法處理晶片之側表面所獲得的奈米結構層的實際外觀放大圖。

圖四係繪示根據本發明之另一具體實施例之晶片加工方法所獲得之晶片所能承受之張力對應蝕刻時間之圖表。

圖五係繪示根據本發明之另一具體實施例之晶片加工方法對晶片之各側表面蝕刻後的示意圖。

圖六係繪示經過圖一之晶片加工方法處理後之晶片的剖面示意圖。

S10~S16．．．流程步驟

Claims (11)

1. 一種晶片加工方法，用以提升一晶片之強度，該晶片具有複數個表面，且該等表面包含具有最大面積之一最大面以及連接該最大面之一邊緣的一側表面，該方法包含下列步驟：以一蝕刻方法蝕刻該晶片之該側表面，以於該側表面上形成用以分散該晶片之應力的一奈米結構層；其中以該蝕刻方法蝕刻該晶片之該側表面的步驟，進一步形成該奈米結構層於該最大面之該邊緣上的一範圍內，並且該範圍係自該邊緣朝該最大面之中心沿伸1公分。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該奈米結構層包含有複數個奈米結構。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該等奈米結構之形狀係包含奈米柱及奈米針中之至少一者。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中兩相鄰之該奈米結構頂端之間距係介於10奈米至1000奈米之間。
5. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該等奈米結構的深度係介於0.1微米至100微米之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該蝕刻方法係一濕式蝕刻方法。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該濕式蝕刻方法包含下列步驟：將該側表面浸入一蝕刻液中，以於一預定時間內對該側 表面進行蝕刻；以及於蝕刻後以一清除液清除該側表面上殘留之蝕刻液分子顆粒。
8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該蝕刻液係由氫氟酸及硝酸銀依照一濃度預定比例混合於一溶劑中而成。
9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該預定時間係大於20分鐘。
10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中於蝕刻後該側表面上殘留之蝕刻液分子顆粒係銀分子顆粒，並且該清除液係至少由硝酸及去離子水依一體積預定比例混合而成。
11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該蝕刻方法係一電漿蝕刻方法。