通过放电加工对具有触点金属化的半导体管芯的分割的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及在半导体晶片上制造的管芯的分割，特别是这样的管芯的无缺陷分割。
【背景技术】
[0002]照惯例通过机械切块(锯切)、干激光切块、喷射水流引导的激光切块、经由脉冲激光器的隐形切块或等离子体切块来执行在半导体晶片上制造的管芯(芯片)的分割(即，分离)。在具有机械稳定化所需的厚背面金属层的薄管芯的情况下，由在晶片上的各种不同的金属层(例如Cu)组成的背面金属堆叠的构造在半导体管芯的分离之前是必需的，以便避免碎肩和金属毛刺形成。厚背面金属化的这个构造一般通过图案电镀或湿蚀刻来完成，图案电镀或湿蚀刻都被限制到大约20 Mffl到40μπι厚的薄金属稳定化层。具有大约40 到10Mffl和更大的厚度的厚背面金属堆叠的湿化学构造非常昂贵，并导致横向蚀刻和因而非垂直金属侧壁。在机械切块的情况下，管芯的侧壁可被损坏，有在锯切过程期间扩展的裂缝。
[0003]在基于激光的切块的情况下，激光辐射在体半导体内的穿透深度引起下层半导体管芯的过度加热。这个过度加热导致在管芯的侧壁上的金属-半导体化合物(例如硅化铜)的化学形成。金属-半导体化合物扩散到半导体块中并使待分离的管芯的电性能退化。从基于激光的切块产生的过度加热也引起背面金属化的局部熔融。
【发明内容】
[0004]根据分离半导体晶片的各个管芯的方法的实施例，该方法包括:在半导体晶片的第一表面上形成金属层，半导体晶片包括多个管芯；使多个管芯彼此分离；以及将金属层放电加工成各个区段，所述区段中的每一个区段保持附着于管芯之一。可以通过将至少一个电极定位在管芯中的邻近管芯之间的金属层的区之上并将足以从至少一个电极所覆盖的金属层的每一个区释放金属离子的高电压高频脉冲施加到至少一个电极和金属层来将金属层放电加工成各个区段。
[0005]根据半导体管芯的实施例，管芯包括具有第一表面、与第一表面相对的第二表面和在第一和第二表面之间垂直延伸的侧壁的半导体衬底。半导体管芯还包括覆盖半导体衬底的第一表面的金属层。金属层具有面向半导体衬底的第一表面的第一表面、与第一表面相对的第二表面和在第一和第二表面之间垂直延伸的侧壁。半导体衬底的侧壁没有金属-半导体化合物。金属层的侧壁没有熔融区和毛刺。
[0006]本领域中的技术人员在阅读下面的详细描述时和在观看附图时将认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0007]附图的元件相对于彼此不一定按比例。相同的参考数字指定对应的相同部分。各种所示实施例的特征可组合，除非它们彼此排斥。实施例在附图中被描绘并在接下来的描述中被详述。
[0008]包括图1A到10的图1示出通过放电加工来分离半导体晶片的各个管芯的方法的实施例。
[0009]包括图2A到2H的图2示出通过放电加工来分离半导体晶片的各个管芯的方法的另一实施例。
[0010]包括图3A到3B的图3示出通过放电加工来分离半导体晶片的各个管芯的方法的又另一实施例。
【具体实施方式】
[0011]本文描述的实施例为通过放电加工来构造布置在半导体晶片上的金属层作准备，这包括通过仅在用于实现放电加工的电极之下的金属层的区中发出微火花来移除金属。可通过任何标准金属化技术(诸如例如电化学沉积、PVD (物理气相沉积)、溅射等)或通过经由任何标准附着技术(例如扩散焊接、阳极键合、胶附着等)在管芯分割(即，分离)之前或之后将金属箔附着于半导体晶片来实现在晶片上的金属层。
[0012]包括图1A到10的图1示出通过放电加工(也通常被称为发出微火花)来分离半导体晶片的各个管芯(芯片)的方法的实施例。图1A到10示出在该方法的不同阶段的半导体晶片的相应的部分横截面视图。图1A到IC示出用于在金属层构造之前将支撑衬底附着于半导体晶片的纯粹可选的步骤。这些可选的步骤对将变薄到例如在500 nm和100 Mm之间的半导体晶片和/或对具有带有测试结构的切缝位置的晶片特别有用。在切缝位置中的测试结构用于过程控制并预测管芯的行为，因为切缝位置在与管芯相同的环境中且由相同的方法来处理。
[0013]在图1A中，半导体晶片100的第二表面104由正性抗蚀剂106涂覆。正性抗蚀剂106使用具有开口 110的光刻掩模108被曝光并接着被显影以形成具有开口 112的掩模，其暴露在半导体晶片100的第二表面104处的切缝位置116的测试结构114。可替换地，负性抗蚀剂可被使用，并使用具有相反极性的光刻掩模被曝光。
[0014]在图1B中，例如通过湿蚀刻移除切缝位置116的测试结构114。在基于铜的测试结构114的情况下，这可涉及AlSiCu金属湿蚀刻。
[0015]在图1C中，例如也可通过湿蚀刻移除在切缝位置116中的任何残留氧化物118。
[0016]在图1D中，例如使用NMP (1-甲基_2_吡咯烷酮(pyrrolidon))移除抗蚀剂106，且例如通过粘合剂122将支撑衬底120 (例如粘性膜、玻璃载体、陶瓷等)附着于半导体晶片100的第二表面104。如果期望，半导体晶片100的相对的第一表面102可变薄到例如40Mffl或更薄以产出更薄的管芯(芯片)。根据这个实施例，晶片100的第一表面102对应于管芯的背面。
[0017]在图1A到ID中，为了说明的容易，只示出在两个邻近管芯之间的半导体晶片100的一部分。如在半导体工业中是标准实践的，晶片100可包括很多管芯。
[0018]在图1E中，半导体晶片100的第一表面102涂覆有负性抗蚀剂124。掩模126(例如Cr掩模)被定位于抗蚀剂124之上并用于曝光和显影抗蚀剂124以形成具有开口 128的掩模，其暴露在管芯中的邻近管芯之间的切块或锯切道130。可替换地，正性抗蚀剂可被使用，并使用具有相反极性的光刻掩模被曝光。切块/锯切道130是没有属于各个管芯的任何器件的半导体晶片100的区，并表示将例如通过锯切、激光消融、蚀刻等来分割以便分离各个管芯的晶片100的区。
[0019]在图1F中，已经沿着切块/锯切道130分割各个管芯。任何标准管芯分割过程可用于分离各个管芯。例如，可在管芯的侧壁132上的聚合物沉积之后在分立的蚀刻步骤中执行分割过程。蚀刻过程可停止在粘合剂122或用于将半导体晶片100附着于支撑衬底(如果被提供)120的其它材料上。聚合物134到管芯的侧壁132的分立涂敷在随后的蚀刻步骤期间保护管芯侧壁132。
[0020]在图1G中，已经通过任何适当的标准工艺(例如蚀刻)来移除在管芯的侧壁132上的抗蚀剂124和聚合物134。
[0021]在图1H中，金属化附着材料136(例如粘合剂、焊料、像AuSn的高级扩散焊接材料等)被提供在半导体晶片100的第一表面102上。在高级扩散焊接材料的情况下，金属化附着材料136可通过在等离子体环境中溅射来沉积到管芯中的邻近管芯之间的分割沟槽138中。
[0022]在图1I中，金属层140 (例如金属箔)如在图1I中面向下的箭头所指示的通过金属化附着材料136附着于半导体晶片100的第一表面102。金属层140可包括任何标准金属化，例如Cu、Mo、W等或其合金。仍可使用其它类型的金属层。通常，金属层140是平放在半导体晶片100的至少部分之上的金属材料的覆盖件。在Cu材料系统的情况下，金属层140可在具有甲酸预清洁的真空炉中附着于半导体晶片100的第一表面102。
[0023]图1J示出通过高级扩散焊接而附着于半导体晶片100的第一表面102的金属层140的情况。在这种情况下，薄金属层(例如1-10 μ m厚)在热工艺期间与金属层140相互扩散以产出具有比键合温度高的再熔融温度的金属间化合层。CuSn和AuSn是普通的高级扩散焊接系统。可使用其它高级扩散焊接系统。
[0024]图1K到IM示出将金属层140放电加工成各个区段142的过程，所述区段142中的每一个区段保持附着于管芯之一。在图1K中，金属层140浸没在电介质液体144 (诸如例如去离子水或像例如煤油的包含碳氢化合物的液体)中。在一些情况下，可省略电介质液体144。至少一个电极146被定位在管芯中的邻近管芯之间的金属层140的区之上。在图1K中，电极146的阵列被定位于将通过发出微火花切割的金属层140的每一个区之上。可替换地，被成形为覆盖将被放电加工的金属层140的所有区的单个电极146可被定位于晶片100之上。
[0025]在任一情况下，将高电压高频脉冲施加到每一个电极146和金属层140。脉冲的电压和频率足以从电极146所覆盖的金属层140的每一个区释放金属离子148。在一个实施例中，施加到每一个电极146的高电压高频脉冲范围在I mV和几kV之间以