CN100499020C - 具有热电路的晶片及其电源 - Google Patents

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Abstract

提出了一种具有热电路的晶片及其电源，使晶片能够不使用任何附加加热或冷却系统对其自身进行加热或冷却。晶片包括安装在晶片一侧上的热电路，以能够对晶片进行自加热或自冷却，从而对在晶片表面上形成的半导体器件执行加热工艺或冷却工艺，并且与半导体器件交换热量。因此，可以精确控制半导体器件的温度，并且通过直接热交换方法大大减小了加热和冷却能量，因此实现了高效率。因为热电路直接安装在晶片中，结构简单并可以显著减少生产和安装成本。此外，本发明非常有利于晶片加热/冷却系统的优化、小型化、简单化和环境友好生产。另外，温度测量电路安装在晶片背面，使得可以实时精确测量作用于实际半导体器件的能量的量或实际温度。

Description

具有热电路的晶片及其电源
技术领域
本发明涉及一种具有热电路的晶片及其电源，具体地，涉及一种具有热电路的晶片及其电源，使得能够不用任何附加的加热或冷却系统来加热或冷却晶片。
背景技术
一般而言，半导体器件通过包括离子注入工艺、层沉积工艺、扩散工艺和光刻工艺的多步工艺来制作。在这些工艺中，执行来形成希望的图案的光刻工艺是用于半导体器件的制作的必需工艺。
在光刻工艺中，掩模图案或中间掩模(reticle)图案形成于半导体器件上，以便选择性地限定要进行掺杂的区域和要进行保护的区域。通常，此种光刻工艺包括：涂敷工艺，其中将光致抗蚀剂滴落到高速旋转的器件上，使得将光致抗蚀剂以希望的厚度涂敷到器件上；曝光工艺，其中将涂敷有光致抗蚀剂的器件与预定的掩模彼此对准，并且用通过掩模的紫外线(UV)照射器件上涂敷的光致抗蚀剂，使得将掩模图案或中间掩模图案转移到器件上；以及显影工艺，其中对进行了曝光工艺的、涂敷在器件上的光致抗蚀剂进行显影，以形成希望的光致抗蚀剂图案。
此外，光刻工艺包括烘烤工艺，以预定的温度对半导体器件进行烘烤。具体地，可以将烘烤工艺分类为：在涂敷光致抗蚀剂之前，用于去除在器件上吸附的水汽所需的烘烤工艺：在涂敷预定的有机溶剂和光致抗蚀剂之后执行的软烘烤工艺；以及用于修补在曝光工艺期间由UV射线的散射引起的曝光部分的化学结构的不稳定所需的曝光后烘烤(PEB)工艺。
为了如上所述对半导体器件进行烘烤，作为一种半导体制作设备的晶片加热系统用于在烘烤室中进行晶片烘烤工艺。
传统晶片加热系统不仅广泛地用于上述光刻工艺，而且用于在多种工艺中来加热晶片。传统晶片加热系统包括：平加热板，紧挨晶安装以向晶片传热；以及加热器，安装在加热板的底部表面上或内部以对加热板进行加热。
同时，用来使加热的晶片冷却的传统晶片冷却系统包括：平冷却板，紧挨晶片安装以与晶片交换热量；以及冷却晶片线条，安装在冷却板的底部表面上或内部以对冷却板进行冷却。
然而，在传统的晶片加热系统(冷却系统)中，晶片装配在加热板(冷却板)上，并且加热器(冷却晶片线条)对加热板(冷却板)进行加热(或冷却)以加热(冷却)晶片背面附近的空气。换句话说，因为不能直接地加热(冷却)晶片，首先加热器(冷却晶片线条)与加热板(冷却板)交换热量，其次加热板(冷却板)与晶片背面附近的空气层交换热量，以及再次晶片背面附近的空气层与晶片交换热量。除多步热交换过程之外，难以针对每一次热交换过程控制热传导。即，由于空气层中不稳定的热对流，非常难以将设置在晶片上的半导体器件加热(冷却)到希望的温度。因此，浪费了许多加热(冷却)能量，使得系统的效率恶化。另外，因为传统的晶片加热(冷却)系统与晶片分离地安装，并且结构复杂，需要花费许多时间和成本来生产和安装系统。
此外，在传统的晶片加热系统或冷却系统中，加热器不必要地大型化，诸如冷却水之类的冷却液是高价的，并且产生多种污染物从而污染环境。
同时，因为传统晶片温度测量系统与晶片分离地安装(例如，使用附加的测试晶片或在晶片附近安装传感器以测量温度)，所述系统还不能精确地测量作用于半导体器件上的热能的量、或实时地测量实际温度。
发明内容
本发明提出了一种具有热电路的晶片及其电源，其中将热电路安装在晶片中以对晶片进行自加热，使得可以精确地控制半导体器件的温度，并且通过直接热交换方法可以大大地减小加热和冷却能量，从而达到高效率。因为将热电路直接安装在晶片中，结构上简单，并且可以显著地减少生产和安装的成本。
此外，本发明提出了一种具有热电路的晶片及其电源，非常有利于晶片加热/冷却系统的优化、小型化、简单化和环境友好生产。
另外，本发明提出了一种具有热电路的晶片及其电源，其中温度测量电路安装在晶片的背面，使得可以实时地精确测量作用于实际半导体器件的能量的量或实际温度。
根据本发明的一个方面，提出了一种包括热电路的晶片，所述热电路安装在晶片的一侧上，以能够对晶片进行自加热或自冷却，从而对在晶片的表面上形成的半导体器件执行加热工艺或冷却工艺，并且所述热电路与半导体器件交换热量。
在一个实施例中，热电路可以包括多个块，所述块在晶片的背面上形成，并且与在晶片的正面上形成的至少一个半导体器件芯片相对应。在另一个实施例中，热电路可以包括从晶片背面的中心到其边缘的多个块，并且可以在每两个块之间形成绝热凹槽以减小块之间的热干扰。
在一个实施例中，热电路可以包括：热线条图案，通过使用离子注入工艺将诸如SiO2、C或其他所需金属的杂质注入到晶片的背面，将所述热线条图案转换为电加热材料，或者使用粘附工艺来粘附所述热线条图案；以及连接部分，在热线条图案的两个端部上形成，使得通过连接针的选择性接触向热线条图案供电。在另一个实施例中，热电路可以包括：电加热板，使用粘附工艺或离子注入工艺在晶片的背面上广泛形成，并且由电加热材料形成；以及连接部分，在电加热板的电极上形成，使得通过连接针的选择性接触向电加热板供电。在又一实施例中，热电路可以包括：珀耳帖(Peltier)器件，使用离子注入工艺在晶片的背面上形成，或使用粘附工艺粘附；以及连接部分，在珀耳帖器件的电极上形成，使得通过连接针的选择性接触向珀耳帖器件供电。
另外，具有热电路的晶片还可以包括温度测量电路，在晶片的另一侧上形成，以测量在晶片表面上形成的半导体器件的温度。
根据本发明的另一个方面，提出了一种具有热电路的晶片所用的电源，所述热电路安装在晶片的一侧上，以能够对晶片进行自加热或自冷却，从而对在晶片的表面上形成的半导体器件执行加热工艺或冷却工艺。所述电源包括：连接针，与晶片架上安装的晶片的热电路相连；电源单元，通过连接针向热电路供电；以及控制单元，控制电源单元的电流和电压。
附图说明
图1是具有根据本发明典型实施例的热电路的晶片的侧剖图；
图2是如图1所示的具有热电路的晶片背面示例的底视图；
图3至图10示出了如图2所示的热电路块的各种示例；
图11至图18是如图1所示的具有热电路的晶片的背面的其他示例的底视图；
图19是具有根据本发明另一典型实施例的热电路的晶片的侧剖图；以及
图20是具有根据本发明典型实施例的热电路的晶片的电源的概念图。
具体实施方式
现在将参考附图更加全面地描述根据本发明的具有热电路的晶片及其电源，附图中示出了本发明的典型实施例。
参考图1，晶片1包括热电路3，安装在晶片1的背面上以对晶片进行自加热或自冷却，以便对晶片1的表面上形成的半导体器件2执行加热工艺或冷却工艺，或与半导体器件2交换热量。因此，热电路3可以与在晶片1的顶部表面上形成的半导体器件2直接交换热量。
因此，因为热电路3安装在半导体器件2的附近，可以用较小的能量容易地升高或降低半导体器件2的温度。同样，因为仅通过热传导传热，非常精确的热控制是可能的。
具体地，热电路3可以形成于晶片1的内表面或顶部表面上，但是优选的，热电路3形成于没有形成半导体器件2的晶片1的背面上。
同时，参考图2，热电路3可以包括多个矩形、十字形或阶梯形块5，在晶片1的背面上形成，并且与在晶片1的正面上形成的至少一个半导体器件芯片4相对应。可选地，从图11至图18可知，热电路3可以包括从晶片1的背面的中心到其边缘的多个圆形、环形或扇形块5。
尽管在图中没有示出，可以在每两个块5之间形成绝热凹槽以减小块5之间的热干扰，使得可以切断块5之间的热传导。这里，尽管在图中没有示出，可以由多种其他元件代替绝热凹槽，例如，在块5之间填充的绝热材料或在块5之间形成的绝热层/膜。
同时，如图3至图18所示，块5中的热电路3可以形成为各种图案。首先，参考图3和图7，热电路3可以包括：电加热板6，使用粘附工艺或离子注入工艺在晶片的背面上广泛地形成、并且由电加热材料形成；以及连接部分7，在电加热板6的电极上形成，从而通过随后将参考图20描述的连接针11的选择性接触，向电加热板6供电。即，电加热板6可以是当向其提供电能时被加热的大面积板。
在另一种情况下，如图4、5、6、8、9和10所示，热电路3可以包括：热线条图案8，通过使用离子注入工艺，将诸如SiO2、C或其他所需金属之类的杂质注入到晶片背面将所述热线条图案转换为电加热材料，或者使用粘附工艺粘附所述热线条图案；以及连接部分7，在热线条图案8的两端部分上形成，从而由连接针11的选择性接触向热线条图案8供电，这将参考图20描述。
这里，热线条图案8可以是如图17和图18所示的非常薄的线型或相对较厚的线型。
同时，除了电加热板6或热线条图案8之外，如图19所示，热电路3可以包括：珀耳帖器件9，使用离子注入工艺在晶片1的背面上形成或使用粘附工艺粘附；以及连接部分7，在珀耳帖器件9的电极上形成，从而通过连接针11的选择性接触向珀耳帖器件9供电，这将参考图20描述。
通过改变珀耳帖器件9的电极方向，可以非常快速且有效地加热或冷却晶片1。
这里，因为珀耳帖器件9在本领域中是公知的并且普遍使用，将省略其技术描述。
尽管在图中没有示出，具有热电路3的晶片1还可以包括温度测量电路，在晶片1的另一表面上形成以测量在晶片1的表面上形成的半导体器件2的温度。
这里，温度测量电路在测试晶片领域中也是公知且普遍使用的，并且不仅可以测量温度，而且还可以包括用于存储关于所测量温度的数据的存储电路。
同时，如图20所示，将具有根据本发明的热电路的晶片所用的电源用于向在其一侧上安装有热电路3的上述晶片1供电，以便能够对晶片1进行自加热或自冷却，从而对晶片1的表面上形成的半导体器件2执行加热工艺或冷却工艺。电源包括：连接针11，与晶片架10上安装的晶片1的热电路3相连；电源单元12，通过连接针11向热电路3供电；以及控制单元13，控制电源单元12的电流和电压。
因此，当将具有热电路3的晶片1安装在晶片架10上时，通过连接针11从电源单元12向在晶片1的背面上形成的热电路3供电，由控制单元13控制向热电路3供电的电源的电流和电压，使得热电路3可以将在晶片1的顶部表面上形成的半导体器件2加热或冷却到希望的温度。
同时，如图20所示，安装连接针11以能够以晶片架10为基础上下自由移动，并且由于弹性弹簧14的复原力将连接针11的前部尖端按压向晶片1。因此，当热电路3与连接部分7相接触时，加强了电源与热电路3的连接部分7的粘结，使得可以防止晶片接触故障或严重的碰撞。
此外，电源还可以包括温度传感器15，安装以能够以晶片架10为基础自由地上下移动，其中通过由于弹性弹簧14的复原力将温度传感器15的前部尖端按向晶片1直到前部尖端与晶片1相接触为止，来测量晶片1的温度。因此，可以实时地更加精确地测量晶片1的温度。
尽管已经参考本发明的典型实施例，具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行形式和细节上的多种改变。
例如，可以不同地改变根据本发明的热电路、晶片架、或连接尖端的形状或种类，并且不局限于上述描述和附图。
工业应用
根据如上所述的本发明，将热电路安装在晶片中，使得晶片可以对其自身进行加热或冷却。因此，可以精确地控制半导体器件的温度，并且通过直接热交换方法大大地减少了加热和冷却能量，从而达到了高效率。因为将热电路直接安装在晶片中，结构上简单并且可以显著地减少生产和安装的成本。同样，本发明非常有利于晶片加热/冷却系统的优化、小型化、简单化和环境友好生产。另外，将温度测量电路安装在晶片的背面，使得可以实时地精确测量作用于实际半导体器件上的能量的量或实际温度。

Claims (10)

1.一种晶片，包括热电路，所述热电路安装在晶片的背面上，以能够对晶片进行自加热或自冷却，从而对在所述晶片的正面上形成的半导体器件执行加热工艺或冷却工艺，并且所述热电路与所述半导体器件交换热量。
2.如权利要求1所述的晶片，其中，热电路包括多个块，所述块在晶片的背面上形成，并且与在晶片的正面上形成的至少一个半导体器件芯片相对应。
3.如权利要求1所述的晶片，其中，热电路包括从晶片背面的中心到晶片边缘的多个块，并且在每两个块之间形成绝热凹槽以减小块之间的热干扰。
4.如权利要求1所述的晶片，其中，热电路包括：
热线条图案，通过使用离子注入工艺将诸如SiO2、C或其他所需金属的杂质注入到晶片的背面，将所述热线条图案转换为电加热材料，或者使用粘附工艺粘附所述热线条图案；以及
连接部分，在热线条图案的两个端部上形成，从而通过连接针的选择性接触向热线条图案供电。
5.如权利要求1所述的晶片，其中，热电路包括：
电加热板，使用粘附工艺或离子注入工艺在晶片的背面上广泛形成，并且由电加热材料形成；以及
连接部分，在电加热板的电极上形成，从而通过连接针的选择性接触向电加热板供电。
6.如权利要求1所述的晶片，其中，热电路包括：
珀耳帖器件，使用离子注入工艺在晶片的背面上形成，或使用粘附工艺粘附；以及
连接部分，在珀耳帖器件的电极上形成，从而通过连接针的选择性接触向珀耳帖器件供电。
7.如权利要求1所述的晶片，还包括温度测量电路，在晶片的背面上形成，以测量在所述晶片正面上形成的半导体器件的温度。
8.一种具有热电路的晶片所用的电源，所述热电路安装在晶片的背面上，以能够对晶片进行自加热或自冷却，从而对在所述晶片的正面上形成的半导体器件执行加热工艺或冷却工艺，所述电源包括：
连接针，与晶片架上安装的晶片的热电路相连；
电源单元，通过连接针向热电路供电；以及
控制单元，控制电源单元的电流和电压
9.如权利要求8所述的电源，其中，安装连接针以能够以晶片架为基础自由地上下移动，并且由于弹性弹簧的复原力将连接针的前部尖端按向晶片。
10.如权利要求8所述的电源，还包括温度传感器，安装所述温度传感器以能够以晶片架为基础自由地上下移动，其中，通过由于弹性弹簧的复原力将温度传感器的前部尖端按向晶片直到所述前部尖端与晶片接触为止，来测量所述晶片的温度。
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