专利名称：用于制造芯片的方法
技术领域：
本发明涉及从一种用于基于半导体衬底制造芯片的方法，在该方法中在衬底的 表面层中生成至少一个跨越空穴的薄膜，在该方法中将芯片的功能性集成在薄膜中并且 在该方法中使薄膜从衬底接合部(Substratverbund)脱开，以将芯片分成单个。
背景技术：
这种用于制造或者分离半导体芯片的方法在DE10350036A1中描述。该公知的 方法提出，借助表面微机械的工艺在半导体衬底的表面中生成薄膜区域，这些薄膜区域 分别跨越一个空穴并且仅通过支撑部位与位于其下的衬底连接。然后半导体衬底的表面 被进一步工艺化，以在这些单个薄膜区域上实现期望的芯片功能性。将芯片分成单个以 两个步骤进行。在第一步骤中芯片侧向地从它的接合部脱开。为此生成通到薄膜区域下 方的空穴中的蚀刻沟槽。在第二步骤中才将芯片从位于其下的衬底脱开，其方式是在机 械抓取步骤(拾放方法)中折断支撑部位。与锯切工艺不同，这些芯片在这里不是依次 地而是并行地在没有水作用的情况下并且在不产生污染的附着在芯片结构中的颗粒的情 况下被分成单个。因此，由DE10350036公知的该方法也适用于制造具有任意形状的非 常薄的芯片。
发明内容
从由DE1035003公知的方法出发，通过本发明提出一种用于产生芯片的背面金 属化的简单可能性。为此，根据本发明，在使芯片从衬底接合部脱开之前在电镀工艺中对芯片背面 进行金属化。根据本发明得知，电镀工艺在芯片制造领域内也可以用于表面的金属化并且尤 其好地适用于对结构化的表面进行覆层。在此利用到了，在电镀工艺中原则上在所有导 电表面上出现金属沉积，因此在微机械中应用的半导体材料上也出现金属沉积。与通常应用在芯片技术中的金属化方法(例如溅射)相比，根据本发明的方法在 多个方面被证明是有利的。因此，所提出的用于产生背面金属化的电镀工艺不需要对已 分成单个的芯片进行费劲的正面处理。取而代之，在将芯片功能性工艺化到衬底表面的 薄膜区域中之后，但是在将芯片分成单个之前，将半导体衬底简单地浸入到合适的电镀 池中。在此，电镀溶液经过合适的入口进入到芯片下方的空穴中。因为空穴构造在半 导体衬底中，所以空穴壁和因此薄膜底面或者芯片背面构成了其上沉积有金属的导电表 面。鉴于芯片通 常也包括电开关元件这一事实，在根据本发明的方法的优选变型中 应用无电流的或者化学的电镀工艺。因此，允许以有利的方式生成镍金层或者镍钯金 层，这些层具有在通常应用的半导体材料上的非常好的附着特性并且非常耐压。在根据本发明的方法的有利变型中，在电镀工艺之前在芯片背面生成扩散壁垒层，以阻止半导体衬底和尤其芯片背面在电镀工艺中被非期望地掺杂。例如Cr、Ti或Ti/ TiN适合作为用于这样的扩散壁垒的层材料。这些材料可以简单地以CVD方法沉积在半 导体衬底的结构化的表面上，其中，空穴壁和因此芯片背面也被覆层。然后通常对扩散 壁垒层进行结构化。这样，扩散壁垒层例如通过简单的对准的反溅射完全从芯片表面移 除，而该扩散壁垒层保留在薄膜下方的空穴壁上和因此也保留在芯片背面上。
因为在根据本发明应用的电镀工艺中不仅芯片背面被金属化，而且所有可自由 接近的导电表面被金属化，所以当芯片上表面完全不应该或者仅应局部地被金属化时， 在电镀工艺之前必须为芯片上表面设置合适的钝化层。
原则上能够以任意方法在衬底表面上生成起芯片原料作用的薄膜，也就是说从 衬底背面出发以批量微机械方法生成。但是，尤其对于制造非常薄的芯片而言，优选以 表面微机械的方法制造该薄膜。在该方法中应用半导体工艺，例如外延生长，以这些半 导体工艺能够可靠地实现具有给定芯片厚度的可靠的单晶芯片。
如果薄膜以表面微机械方法制成，那么对于根据本发明电镀工艺而言必要的、 通向薄膜下方的空穴的入口也有利地从衬底正面出发制成，其方式是薄膜在芯片的边缘 区域中被打开。衬底正面的结构化有利地在分成单个方法过程中进行。
尤其在制造薄的芯片时被证明有利的是，在生成空穴上方的薄膜时构造至少一 个支撑部位，通过这些支撑部位将薄膜与空穴底部连接。通过一个或者多个这样的支撑 部位的适当设置能够避免薄膜弯曲，该薄膜弯曲在随后的芯片工艺化中、尤其在光刻工 艺中起干扰作用。此外，这样的支撑部位阻止薄膜由于在芯片工艺化的范围中后来安放 的层而弯曲。由此可确保在随后的电镀工艺中在芯片背面产生均勻的金属化部。
如前面已经讨论的那样，存在以有利的方式设计和扩展本发明的教导的各种可 能性。为此，一方面参考从属于权利要求1的权利要求，另一方面参考以下根据附图对 本发明的两个实施例的说明。
图Ia示出在衬底表面中生成薄膜区域之后沿着在图Ib中所示的剖面B-B穿过第 一半导体衬底的示意性剖面图，和
图Ib示出沿着在图Ia中所示的剖面A-A对该第一半导体衬底的相应俯视图2示出在用于将芯片分成单个的开槽工艺之后第一半导体衬底的示意性剖面 图3示出在根据本发明的电镀工艺之后第一半导体衬底的示意性剖面图4示出在取走芯片之后第一半导体衬底的示意性剖面图5示出如此被分成单个的芯片在安放在载体上时的示意性剖面图虹示出在衬底表面中生成薄膜区域之后并且在用于将芯片分成单个的开槽工 艺之后沿着在图冊中所示的剖面D-D穿过第二半导体衬底的示意性剖面图冊示出沿着在图虹中所示的剖面C-C对该第二半导体衬底的相应俯视图。
具体实施方式
图Ia和Ib示出半导体衬底10，在该半导体衬底的表面层中以表面微机械的方法生成薄膜区域11和12。每个薄膜区域11、12跨越一个空穴13并且通过五个支撑部位 14与空穴底部连接，这尤其通过图Ia的剖面图说明，而图Ib再现支撑部位14在薄膜区 域11、12中的布置。这些支撑部位14支持薄膜区域11、12并使它们稳定化。支撑部 位负责使这些薄膜区域11、12在随后的半导体工艺期间足够平，在该半导体工艺中芯片 的功能性被集成到薄膜区域11、12中。在此，支撑部位的形状、数量和位置是任意的并 且有利地与薄膜区域的大小和形状相适配。然而，柱直径或者在“支撑墙”的情况下的 “墙厚”最高位于薄膜厚度的尺寸级中。
这里描述的实施例涉及非常薄的芯片的制造。为此，具有带状导线和焊盘的半 导体电路20直接地被扩散到薄膜区域11、12的衬底表面中并且被钝化层21保护。为了 将如此制成的芯片1、2分成单个，薄膜区域11、12首先从它们的横向接合部被脱开，这 在图2中示出。为此，在这些薄膜区域11、12的边缘上生成沟槽15，这些沟槽通到薄膜 区域11、12下方的空穴13中并且如此构成至空穴13的入口。此后，单个芯片1、2仅 还通过支撑部位14与衬底10连接。对于将芯片1、2横向地分成单个，原则上也可使用 另一种方法，然而在开槽工艺中能够容易地实现最不同的芯片几何形状，尤其六角的或 圆的形状。在用于分成单个的开槽工艺中，掩膜覆盖包括金属焊盘在内的整个芯片面。如 果掩膜被去除，则在接下来的无电流的电镀中也在金属焊盘上形成电镀沉积。如果掩膜 保留在芯片上，则没有金属沉积在焊盘上。现在使整个半导体衬底10经历无电流的电镀工艺。此时，所有可自由地接近的 导电表面被金属化。在电镀之前可沉积并且结构化扩散壁垒层。相应地，也在沟槽15 的侧壁上以及在空穴壁上并且因此也在芯片背面和芯片棱边上构成金属化部30，如在图 3中所示。只有在此之后，才用工具40从衬底10取出这些单个芯片1、2，这在图4中示 出。支撑部位14的扯断可以通过工具40的振荡运动来改善，如例如通过在χ、y或ζ方 向上的超声波振动或者通过扭转振动那样。在图5中示出，如何用工具1将如此被分成单个的背面金属化的芯片1安放到载 体50上。载体50(其例如可以是陶瓷板或LCP板)设有结构化的金属化部，在该金属 化部中一方面构造有用于芯片1的装配面51，另一方面也构造有带状导线52。该芯片1 在钎焊工艺、例如回流钎焊中被装配到装配面51上并且因此牢固地与载体50连接。背 面金属化部30、在钎焊工艺中形成的连接钎焊层53和装配面的金属化部51确保芯片1在 载体50上的优秀的热连接。该载体50因此也可以用作为散热片。为此，该载体50有 利地由导热性好的材料组成。为了更好地散热，该载体也可以被冷却。图6a和6b示出半导体衬底60，在其表面层中同样以表面微机械的方法生成正方 形的薄膜区域61和62，这些薄膜区域分别跨越一个空穴63。此后在薄膜区域61、62上 生成期望的芯片功能性。只有在此之后才在开槽工艺中将芯片1、2从它们的横向接合部 脱开。然而，在这里示出的实施例中保留侧向臂64，这些侧向臂构造在薄膜角部中，但 是也可以设置在棱边区域中、优选在棱边中心。芯片1和2通过臂64即便在开槽工艺之 后仍与衬底60连接。现在电镀工艺中对芯片背面进行金属化，在该电镀工艺中电镀溶液 经过沟槽65侵入到空穴63中。只有在此之后才在机械的抓取工艺中将芯片1、2从衬底60上脱开，在该抓取工艺中侧向臂64被折断。为了简化抓取工艺，臂64也可以构造有 给定折断部位，例如为穿孔的形式。根据本发明的方法允许制造非常薄的芯片，该芯片具有用于更好地散热的金属 化背面并且具有给定的、在1至100 μ m范围内的厚度。这些非常薄的芯片由于背面金属 化是可钎焊的并且能够以这种方式非常好地热连接到载体上。这种非常薄的芯片可以有 利的方式作为高压和中等压力传感器安装在具有薄膜的钢座上。钢的高热膨胀系数在该 情况下被强加给薄的、通常具有显著更小的热膨胀系数的半导体芯片。因为该芯片非常 薄，所以它可弹性地变形，而不会在温度交变时被破坏或者破坏固定层。除了压力传感 器，以这种薄的芯片也可以制造力传感器、扭转传感器或转矩传感器，以这些传感器例 如可以测量任意钢元件中的机械应力。 此外，以根据本发明的方法能够容易地实现任意的芯片几何形状。在这里在没 有水作用的情况下并且在不产生如在锯切工艺中产生的微粒的情况下被分成单个。最 后，当在电镀工艺中生成的金属层被去除时，作为用于根据本发明方法的原料的半导体 衬底也可以被重新使用。
权利要求
1.用于基于半导体衬底(10)制造芯片(1，2)的方法，其中，在所述衬底(10)的表面层中生成至少一个跨越空穴(13)的薄膜(11，12)， 将所述芯片(1，2)的功能性集成到所述薄膜(11，12)中，并且 将所述薄膜(11，12)从衬底接合部脱开，以将所述芯片(1，2)分成单个， 其特征在于，在将所述芯片(1，2)从所述衬底接合部脱开之前在电镀工艺中对芯片 背面进行金属化。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在无电流的电镀工艺中对所述芯片背面进行金属化。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在所述芯片背面上生成镍金层(30)或 者镍钯金层。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，在所述电镀工艺之前在所述芯片背 面沉积扩散壁垒层。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述扩散壁垒层在CVD方法中生成并且在 所述芯片正面上被结构化。
6.根据权利要求4或5的方法，其特征在于，使用Cr层、Ti层或者Ti/TiN层作为扩散壁垒层。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，在所述电镀工艺之前为所述芯片正 面设置钝化层(21)。
8.根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于，以表面微机械的方法生成所述薄膜 (11，12)。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述薄膜(11，12)在边缘区域中被打开， 以生成通向所述薄膜(11，12)下方的空穴(13)并且由此通向所述芯片背面的入口。
10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于，在生成所述空穴(13)上方的所述薄膜 (11，12)时构造至少一个支撑部位(14)，所述薄膜(11，12)通过所述支撑部位与空穴底 部连接。
全文摘要
提出一种用于制造芯片(1，2)的方法，其中，首先在半导体衬底(10)的表面层中生成至少一个跨越空穴(13)的薄膜(11，12)。随后将芯片(1，2)的功能性集成到所述薄膜(11，12)中。为了将芯片(1，2)分成单个，将薄膜(11，12)从衬底接合部脱开。根据本发明，应当在将芯片(1，2)从衬底接合部脱出之前在电镀工艺中对芯片背面进行金属化。
文档编号B81C1/00GK102026909SQ200880129170
公开日2011年4月20日 申请日期2008年12月2日 优先权日2008年5月14日
发明者F·哈格, H·本泽尔, M·伊林, M·柏林格, S·安布鲁斯特, S·平特, T·克拉梅尔 申请人:罗伯特·博世有限公司