CN86103467A - 硅圆片的加强材料 - Google Patents

Abstract

一个要减薄的硅物体的加强做法，是在其一个正表面形成一层机械支承镀层；这层呈精细分开形状的镀层粘附于该正表面，含有至少18％重量的硅。

Description

硅圆片的加强材料

本发明与硅园片的加强材料有关。

一种电荷耦合器件（CCD）由加工过的硅晶片组成，这种硅晶片，采用常规MOS（金属氧化物半导体）工艺，在晶片的上表面（通过此面加工晶片）的正下方形成隐埋沟道。沟道由一线性排列的相同基本区构成，而每一区都具有一个轮廓分明的、包含几个，例如三个，控制电势深度的电势电平的电势分布。时钟电极结构覆盖晶片的上表面，用选定的电势加到时钟电极结构，则出现在给定基本区的电荷，按移位寄存器的方式，可以经由线性排列的基本前行，也可以从输出电极处的沟道抽出。可以在输入电极处的沟道，亦即在输出电极沟道的相对末端处的沟道将电荷引进，或者可以用光电方法产生电荷。因此，如果电磁辐射投射到沟道层下方的衬底，它可以产生导电电子，而这些导电电子可以进入沟道层，而在较高电势的两个区域之间确定的势阱里变成陷阱。导电电子的扩散长度很短，以改在衬底里产生的导电电子以扩散方式运动时，不能超越紧靠覆盖在产生导电电子的衬底区的基本沟道区。

CCD可以用多元的平行隐埋沟道构成。这样一种多沟道CCD的一种应用，是采用光电方法产生导电电子，把它作为固体成像器或光电转换器使用。在其中制造CCD的晶片从其下表面减薄，以便使下表面尽可能靠近沟道层，并将晶片以其下表面置放在摄影机的聚焦平面处，以使摄影机的透镜在晶片的下表面上形成景物的图像。CCD可以由，例如512个平行的沟道组成，每一沟道都具有512个基本区，而生成的512×512陈列的基本区将晶片的下表面或图像接收表面转化为512×512个像素。投射到某一给定像素的光能强度会影响沟道层的毗连基本区的电子总数，因而，移出基本区的最终又从CCD抽出的电子数目，表示投射到像素的光的强度。控制与CCD的照明有关的时钟脉冲的定时，可用CCD产生电信号，这个电信号可以表示光强在CCD的，即用摄影机透镜形成的图像的接收表面的分布。

晶片的沟道层和衬底之间的界面位于晶片第一表面下方的实际深度，其范围由约5μm至约150μm，所以，为了尽量增加光电方法所产生的导电电子扩散入沟道层，要求硅晶片的厚度由约10μm至约160μm。由于未加工的硅园片的厚度通常约1mm，因为加工时必须有足够的厚度以支承其本身，这意思是园片必须减薄以便生产具有厚度为160μm或更薄的晶片。

通常用研磨或腐蚀的方法以实现硅园片的减薄。然而，为了将园片减薄到小于250μm左右，需要为园片提供有机械强度的支承层，而迄今常用的是石腊支承层。将熔融态的石腊加到园片的上表面，园片即从其下表面减薄，然而，通常使用的石腊对园片的附着并不特别好，因此，当园片减薄到或更薄于160μm时，硅晶片常常从石腊剥落下来而破碎。即使晶片不破碎，也会出现从石腊层的局部脱落，结果使晶片的下表面不再是平面，这是不能接受的。

为了尽量减少在CCD中产生的暗电流，希望在降低的温度下操作CCD。为了取得这种条件，通常以液态氮冷却CCD。在标准压力下，液态氮在大约-196℃的温度蒸发。因此，CCD成像器或许要能承受超过200℃的温度改变。这意味着在硅晶片和机械支承层之间必须存在相配良好的热膨胀系数，否则，不同的膨胀和收缩将损坏硅晶片。

在硅晶片和支承层的膨胀系数之间，也不是必须有完美的相配，因为可以容许晶片的下表面有某些弯曲，然而，可以容许的弯曲程度是很小的，特别是如果支承层的应用涉及到使园片承受高温，以便根据冷却周围温度来弯曲圆片，因这时很难减薄弯曲的园片。

在第4，422，091号美国专利里，提出采用异质外延的砷化镓工艺加工的CCD成像器在减薄期间应该用一块，举例来说，以环氧树脂粘合剂或压焊合金键合到晶片的钼、铝或玻璃板来支承。第4，422，091专利也建议，采用Ga    As或Si芯片而芯片里有其本身的信号调整和放大电路的CCD晶片，在减薄期间，应加以支承。

在本发明的一个最佳实施例中，其加强要减薄的板状硅体的做法是;在硅体的一个面上加上呈精细分散形式的由至少约40%重量的硅石组成的机械支承镀层，而且将此镀层加工成一层粘附在硅体上的坚固的机械支承物。

为了更好地理解本发明，并指出如何实行上述情况，现将通过例子，参看以下附图：

图1是隐埋沟道CCD晶片示意用的部分剖视图，

图2是和图1相似的展示附连到晶片的镀层的略图，以及

图3是和图1相似的晶片减薄后的略图。

图1所示的CCD晶片2是用常规MOS工艺制成的，它在一个未掺杂的硅园片上，将P型杂质通过园片的上表面注入到园片上以形成P型层6，然后将n型杂质注入以形成n型沟道层4。n型杂质的浓度，以控制的形式，沿着沟道变化，以便确定覆盖层6的毗连基本区上的相同基本区12。晶片带有典型的三角形或方形排列，大约有250，000至4百万个基本器件（区域12加上毗连的区域14），每个基本器件垂直于晶片第一表面的深度约为5至150μm，其在器件加工面所占的轨迹空间约为50μm～150μm×50μm～150μm，CCD的上表面的一边的长度约为2.75mm至5cm，而典型的四英寸（约10cm）直径园片可加工的面积上，一般有约一至九个相同的器件。

覆盖园片的上表面的是二氧化硅层8和难熔金属，例如钼或钨层10、层10在其暴露表面处被钝化。熟悉此类工艺的人都知道层8和层10一般是不连续的，而是加有图案的，以使硅的上表面的不同区域处，暴露出二氧化硅和钝化的金属，然而，图案的性质和本发明无关，因此，不详细示出图案。同时要知道的是，为了清晰起见，附图中所示的某些尺寸，不是按比例画出的。

在使用常规MOS工艺，完成了通常的与园片加工有关的工序，如清洗、掩摸、注入、扩散、氧化和金属化后，在园片的上表面划片，划痕的深度约为10μm，以便以后各个CCD晶片容易从多余的园片材料和其它在同一园片上的CCD晶片脱离出来，加强的镀层16则加在被加工园片的上表面。镀层材料最好用以硅石为基底的玻璃组成，因为这种玻璃熔融时，会形成一层坚固物体粘附到晶片的上表面。曾经找到一种适用的玻璃是硼硅玻璃，它含有约40至60%重量的硅石。玻璃中较高比例的硅（约18至28%重量），能保证在晶片和玻璃两者的热膨胀系数之间，有一良好的匹配。在所用的特种硼硅玻璃中，要挑选其熔化温度低于使CCD所用的难熔金属的金属化熔化的温度。

硼硅玻璃是分散在硝化纤维载体和溶剂里的毛玻璃糊状物，把它加到被加工园片的上表面，糊状物厚约30至60密耳（mil，1ml等于0.001英寸，或约等于0.025mm），而镀层厚度均匀，约在10密耳之内。镀层的厚度和均匀性最好使用刮浆刀来控制。园片以其上表面向上放置在两狭长边缘之间的水平工作台上，这而条狭长边缘以均匀和相等的高度（约1.4mm）延伸在工作台的表面上。图片的上表面上放着毛玻璃的糊状物和液态载体，而具有直刃的金属刀片以其直刃架在边缘间的凹口。刀片从糊状物上走过，将糊状物散布在园片的上表面，糊状物厚度均匀，等于狭长边缘的高与园片厚度之差。就厚度为20密耳（约0.5mm）的园片来说，糊状物层的厚度约36密耳（0.9mm）。然后将园片放在烘箱里以约360℃烘60分钟，以驱除载体，使园片上表面上只留下毛玻璃。烘箱里的温度升至约700至950℃（依所选的玻璃而定），而使毛玻璃熔融。熔融的毛玻璃坚固地粘附在园片的上表面。

熔化硼硅玻璃之后，使园片冷却到环境温度（约20℃。在环境温度下，四英寸（约10cm）直径的园片有些弯曲，其上表面中间凸起（这说明镀层的膨胀系数稍小于硅的膨胀系数），但园片下表面的中央离开包围园片下表面的周缘的平面只有约1密耳。这种小程度的弯曲，不足以影响园片的减薄。因为镀层含有大比例的硅，故可以获得膨胀系数很匹配的镀层。

从加工面的反面，即下表面18减薄冷却的园片，一直薄到看得见划线为止，于是把园片和镀层沿着划线分隔开来，以除去多余的材料，如果园片中有一个以上的CCD晶片形成，也把各个CCD晶片分离出来。在除去多余的材料后，如果合适也分离出各个CCD晶片来（但留下附连的镀层），就可以用常规工艺封装CCD。

晶片一冷却下来，而其玻璃镀层也降至液氮的温度（-196℃），也观察不到CCD晶片有不能接受的翘曲，晶片仍然附接到玻璃镀层。

请注意到，本发明不受特殊的方法和器件的限制，如附上的权利要求所明确规定，只要不脱离本发明的范围，可以对其中的有关部分作出变化。

Claims (13)

1、一种加强硅体的方法，其特征在于包括在硅体的表面加上一层呈精细分开状态的由至少约40%重量的硅石组成的镀层，而且将此镀层材料加工成一层粘附在硅体上的坚固的机械支承物。

2、按权利要求1的方法，其特征在于上述材料是硼硅玻璃，加工的镀层由熔融的玻璃组成。

3、一种加强某一给定物体的方法，其特征在于包含一层作为组成部分的镀层材料，上述给定材料的重量至少约占18%，将此材料加至呈精细分开形状的物体的表面上，并将它加工成一层粘附在上述表面的坚固的机械支承物。

4、按权利要求3的方法，其特征在于上述给定材料是硅，而镀层材料是以硅为基底的材料。

5、按权利要求4的方法，其特征在于镀层材料是硼硅玻璃，而加工镀层材料的方法包含将该玻璃烘烤。

6、一种固态材料物体，不必介入焊接剂，而以直接粘连接触方式附连到硅的表面，一种材料制成的机械支承镀层，它是可熔的材料，而其作为组成部分，上述给定材料的重量至少约占40%。

7、一种按权利要求6的物体，其特征在于上述固态材料是硅，而镀层材料是硼硅玻璃。

8、一种减薄某一给定材料的板状物体的方法，其特征在于包括在物体的一个主要面上形成镀层，镀层作为组成部分，其中某一给定材料的重量至少约占18%，而且呈精细分开形状，将镀层材料熔化以构成与上述物体直接粘附的机械支承镀层，以及从物体的主要面的对面减薄物体。

9、一种按权利要求8的方法，其特征在于上述给定材料是硅，而镀层材料是硼硅玻璃。

10、一种减薄板状硅物体的方法，硅物体具有一层粘附于其一个正面的难熔金属，此法包括将精细分开的以硅为基底材料的镀层覆盖在上述难熔金属层上，在低于难熔金属的熔点下熔化镀层材料，以便制成的机械支承镀层直接粘附于难熔金属，以及从物体的正面的反面减薄物体。

11、一种按权利要求10的方法，其特征在于以硅为基底的材料是硼硅玻璃，含有约40%重量的硅石。

12、一种按权利要求10的方法，其特征为镀层呈糊状物。

13、一种加强硅物体的方法，在硅物体的一个表面带有金属和二氧化硅的图案，此方法其特征包括：提供一种精细分开的含有至少约18%重量硅的材料，它能在低于上述金属的熔点下熔化成为液体，以浸润上述金属和二氧化硅这两种物体，而且在冷却时形成一种坚固均匀物粘附在上述金属和二氧化硅这两种物体上;在低于上述金属的熔点温度下熔化精细分开的材料;以及使物体和熔化的材料冷却。

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