矽圓片的加強材料的製作方法

2023-08-10 13:36:16 1

專利名稱:矽圓片的加強材料的製作方法
本發明與矽園片的加強材料有關。
一種電荷耦合器件(CCD)由加工過的矽晶片組成，這種矽晶片，採用常規MOS(金屬氧化物半導體)工藝，在晶片的上表面(通過此面加工晶片)的正下方形成隱埋溝道。溝道由一線性排列的相同基本區構成，而每一區都具有一個輪廓分明的、包含幾個，例如三個，控制電勢深度的電勢電平的電勢分布。時鐘電極結構覆蓋晶片的上表面，用選定的電勢加到時鐘電極結構，則出現在給定基本區的電荷，按移位寄存器的方式，可以經由線性排列的基本前行，也可以從輸出電極處的溝道抽出。可以在輸入電極處的溝道，亦即在輸出電極溝道的相對末端處的溝道將電荷引進，或者可以用光電方法產生電荷。因此，如果電磁輻射投射到溝道層下方的襯底，它可以產生導電電子，而這些導電電子可以進入溝道層，而在較高電勢的兩個區域之間確定的勢阱裡變成陷阱。導電電子的擴散長度很短，以改在襯底裡產生的導電電子以擴散方式運動時，不能超越緊靠覆蓋在產生導電電子的襯底區的基本溝道區。
CCD可以用多元的平行隱埋溝道構成。這樣一種多溝道CCD的一種應用，是採用光電方法產生導電電子，把它作為固體成像器或光電轉換器使用。在其中製造CCD的晶片從其下表面減薄，以便使下表面儘可能靠近溝道層，並將晶片以其下表面置放在攝影機的聚焦平面處，以使攝影機的透鏡在晶片的下表面上形成景物的圖像。CCD可以由，例如512個平行的溝道組成，每一溝道都具有512個基本區，而生成的512×512陳列的基本區將晶片的下表面或圖像接收表面轉化為512×512個像素。投射到某一給定像素的光能強度會影響溝道層的毗連基本區的電子總數，因而，移出基本區的最終又從CCD抽出的電子數目，表示投射到像素的光的強度。控制與CCD的照明有關的時鐘脈衝的定時，可用CCD產生電信號，這個電信號可以表示光強在CCD的，即用攝影機透鏡形成的圖像的接收表面的分布。
晶片的溝道層和襯底之間的界面位於晶片第一表面下方的實際深度，其範圍由約5μm至約150μm，所以，為了儘量增加光電方法所產生的導電電子擴散入溝道層，要求矽晶片的厚度由約10μm至約160μm。由於未加工的矽園片的厚度通常約1mm，因為加工時必須有足夠的厚度以支承其本身，這意思是園片必須減薄以便生產具有厚度為160μm或更薄的晶片。
通常用研磨或腐蝕的方法以實現矽園片的減薄。然而，為了將園片減薄到小於250μm左右，需要為園片提供有機械強度的支承層，而迄今常用的是石臘支承層。將熔融態的石臘加到園片的上表面，園片即從其下表面減薄，然而，通常使用的石臘對園片的附著並不特別好，因此，當園片減薄到或更薄於160μm時，矽晶片常常從石臘剝落下來而破碎。即使晶片不破碎，也會出現從石臘層的局部脫落，結果使晶片的下表面不再是平面，這是不能接受的。
為了儘量減少在CCD中產生的暗電流，希望在降低的溫度下操作CCD。為了取得這種條件，通常以液態氮冷卻CCD。在標準壓力下，液態氮在大約-196℃的溫度蒸發。因此，CCD成像器或許要能承受超過200℃的溫度改變。這意味著在矽晶片和機械支承層之間必須存在相配良好的熱膨脹係數，否則，不同的膨脹和收縮將損壞矽晶片。
在矽晶片和支承層的膨脹係數之間，也不是必須有完美的相配，因為可以容許晶片的下表面有某些彎曲，然而，可以容許的彎曲程度是很小的，特別是如果支承層的應用涉及到使園片承受高溫，以便根據冷卻周圍溫度來彎曲圓片，因這時很難減薄彎曲的園片。
在第4，422，091號美國專利裡，提出採用異質外延的砷化鎵工藝加工的CCD成像器在減薄期間應該用一塊，舉例來說，以環氧樹脂粘合劑或壓焊合金鍵合到晶片的鉬、鋁或玻璃板來支承。第4，422，091專利也建議，採用Ga As或Si晶片而晶片裡有其本身的信號調整和放大電路的CCD晶片，在減薄期間，應加以支承。
在本發明的一個最佳實施例中，其加強要減薄的板狀矽體的做法是;在矽體的一個面上加上呈精細分散形式的由至少約40%重量的矽石組成的機械支承鍍層，而且將此鍍層加工成一層粘附在矽體上的堅固的機械支承物。
為了更好地理解本發明，並指出如何實行上述情況，現將通過例子，參看以下附圖圖1是隱埋溝道CCD晶片示意用的部分剖視圖，圖2是和圖1相似的展示附連到晶片的鍍層的略圖，以及圖3是和圖1相似的晶片減薄後的略圖。
圖1所示的CCD晶片2是用常規MOS工藝製成的，它在一個未摻雜的矽園片上，將P型雜質通過園片的上表面注入到園片上以形成P型層6，然後將n型雜質注入以形成n型溝道層4。n型雜質的濃度，以控制的形式，沿著溝道變化，以便確定覆蓋層6的毗連基本區上的相同基本區12。晶片帶有典型的三角形或方形排列，大約有250，000至4百萬個基本器件(區域12加上毗連的區域14)，每個基本器件垂直於晶片第一表面的深度約為5至150μm，其在器件加工面所佔的軌跡空間約為50μm～150μm×50μm～150μm，CCD的上表面的一邊的長度約為2.75mm至5cm，而典型的四英寸(約10cm)直徑園片可加工的面積上，一般有約一至九個相同的器件。
覆蓋園片的上表面的是二氧化矽層8和難熔金屬，例如鉬或鎢層10、層10在其暴露表面處被鈍化。熟悉此類工藝的人都知道層8和層10一般是不連續的，而是加有圖案的，以使矽的上表面的不同區域處，暴露出二氧化矽和鈍化的金屬，然而，圖案的性質和本發明無關，因此，不詳細示出圖案。同時要知道的是，為了清晰起見，附圖中所示的某些尺寸，不是按比例畫出的。
在使用常規MOS工藝，完成了通常的與園片加工有關的工序，如清洗、掩摸、注入、擴散、氧化和金屬化後，在園片的上表面劃片，劃痕的深度約為10μm，以便以後各個CCD晶片容易從多餘的園片材料和其它在同一園片上的CCD晶片脫離出來，加強的鍍層16則加在被加工園片的上表面。鍍層材料最好用以矽石為基底的玻璃組成，因為這種玻璃熔融時，會形成一層堅固物體粘附到晶片的上表面。曾經找到一種適用的玻璃是硼矽玻璃，它含有約40至60%重量的矽石。玻璃中較高比例的矽(約18至28%重量)，能保證在晶片和玻璃兩者的熱膨脹係數之間，有一良好的匹配。在所用的特種硼矽玻璃中，要挑選其熔化溫度低於使CCD所用的難熔金屬的金屬化熔化的溫度。
硼矽玻璃是分散在硝化纖維載體和溶劑裡的毛玻璃糊狀物，把它加到被加工園片的上表面，糊狀物厚約30至60密耳(mil，1ml等於0.001英寸，或約等於0.025mm)，而鍍層厚度均勻，約在10密耳之內。鍍層的厚度和均勻性最好使用刮漿刀來控制。園片以其上表面向上放置在兩狹長邊緣之間的水平工作檯上，這而條狹長邊緣以均勻和相等的高度(約1.4mm)延伸在工作檯的表面上。圖片的上表面上放著毛玻璃的糊狀物和液態載體，而具有直刃的金屬刀片以其直刃架在邊緣間的凹口。刀片從糊狀物上走過，將糊狀物散布在園片的上表面，糊狀物厚度均勻，等於狹長邊緣的高與園片厚度之差。就厚度為20密耳(約0.5mm)的園片來說，糊狀物層的厚度約36密耳(0.9mm)。然後將園片放在烘箱裡以約360℃烘60分鐘，以驅除載體，使園片上表面上只留下毛玻璃。烘箱裡的溫度升至約700至950℃(依所選的玻璃而定)，而使毛玻璃熔融。熔融的毛玻璃堅固地粘附在園片的上表面。
熔化硼矽玻璃之後，使園片冷卻到環境溫度(約20℃。在環境溫度下，四英寸(約10cm)直徑的園片有些彎曲，其上表面中間凸起(這說明鍍層的膨脹係數稍小於矽的膨脹係數)，但園片下表面的中央離開包圍園片下表面的周緣的平面只有約1密耳。這種小程度的彎曲，不足以影響園片的減薄。因為鍍層含有大比例的矽，故可以獲得膨脹係數很匹配的鍍層。
從加工面的反面，即下表面18減薄冷卻的園片，一直薄到看得見劃線為止，於是把園片和鍍層沿著劃線分隔開來，以除去多餘的材料，如果園片中有一個以上的CCD晶片形成，也把各個CCD晶片分離出來。在除去多餘的材料後，如果合適也分離出各個CCD晶片來(但留下附連的鍍層)，就可以用常規工藝封裝CCD。
晶片一冷卻下來，而其玻璃鍍層也降至液氮的溫度(-196℃)，也觀察不到CCD晶片有不能接受的翹曲，晶片仍然附接到玻璃鍍層。
請注意到，本發明不受特殊的方法和器件的限制，如附上的權利要求
所明確規定，只要不脫離本發明的範圍，可以對其中的有關部分作出變化。
權利要求
1.一種加強矽體的方法，其特徵在於包括在矽體的表面加上一層呈精細分開狀態的由至少約40%重量的矽石組成的鍍層，而且將此鍍層材料加工成一層粘附在矽體上的堅固的機械支承物。
2.按權利要求
1的方法，其特徵在於上述材料是硼矽玻璃，加工的鍍層由熔融的玻璃組成。
3.一種加強某一給定物體的方法，其特徵在於包含一層作為組成部分的鍍層材料，上述給定材料的重量至少約佔18%，將此材料加至呈精細分開形狀的物體的表面上，並將它加工成一層粘附在上述表面的堅固的機械支承物。
4.按權利要求
3的方法，其特徵在於上述給定材料是矽，而鍍層材料是以矽為基底的材料。
5.按權利要求
4的方法，其特徵在於鍍層材料是硼矽玻璃，而加工鍍層材料的方法包含將該玻璃烘烤。
6.一種固態材料物體，不必介入焊接劑，而以直接粘連接觸方式附連到矽的表面，一種材料製成的機械支承鍍層，它是可熔的材料，而其作為組成部分，上述給定材料的重量至少約佔40%。
7.一種按權利要求
6的物體，其特徵在於上述固態材料是矽，而鍍層材料是硼矽玻璃。
8.一種減薄某一給定材料的板狀物體的方法，其特徵在於包括在物體的一個主要面上形成鍍層，鍍層作為組成部分，其中某一給定材料的重量至少約佔18%，而且呈精細分開形狀，將鍍層材料熔化以構成與上述物體直接粘附的機械支承鍍層，以及從物體的主要面的對面減薄物體。
9.一種按權利要求
8的方法，其特徵在於上述給定材料是矽，而鍍層材料是硼矽玻璃。
10.一種減薄板狀矽物體的方法，矽物體具有一層粘附於其一個正面的難熔金屬，此法包括將精細分開的以矽為基底材料的鍍層覆蓋在上述難熔金屬層上，在低於難熔金屬的熔點下熔化鍍層材料，以便製成的機械支承鍍層直接粘附於難熔金屬，以及從物體的正面的反面減薄物體。
11.一種按權利要求
10的方法，其特徵在於以矽為基底的材料是硼矽玻璃，含有約40%重量的矽石。
12.一種按權利要求
10的方法，其特徵為鍍層呈糊狀物。
13.一種加強矽物體的方法，在矽物體的一個表面帶有金屬和二氧化矽的圖案，此方法其特徵包括提供一種精細分開的含有至少約18%重量矽的材料，它能在低於上述金屬的熔點下熔化成為液體，以浸潤上述金屬和二氧化矽這兩種物體，而且在冷卻時形成一種堅固均勻物粘附在上述金屬和二氧化矽這兩種物體上;在低於上述金屬的熔點溫度下熔化精細分開的材料;以及使物體和熔化的材料冷卻。
專利摘要
一個要減薄的矽物體的加強做法，是在其一個正表面形成一層機械支承鍍層；這層呈精細分開形狀的鍍層粘附於該正表面，含有至少18％重量的矽。
文檔編號H01L27/148GK86103467SQ86103467
公開日1986年11月26日 申請日期1986年5月17日
發明者布賴恩·李·科裡 申請人:特克特朗尼克公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan