用于与散热器有效热接触的、微电子管芯侧面上的背面金属化 【技术领域】
本发明涉及背面金属化和微电子器件晶片的划片。特别地，本发明涉及在金属化和划片之前，形成从微电子器件晶片的后表面延伸到其中的沟槽。
背景技术
在微电子器件的生产中，集成电路形成在半导体晶片内和其上，所述晶片通常主要由硅构成，但是也可以使用诸如砷化镓和磷化铟的其它材料。如图8所示，单个微电子器件晶片200可以包含多个基本上相同的集成电路区域202，该电路区域通常基本上为矩形并按行和列来布置。相互垂直的两组线或“划片道”(scribe street)204在半导体晶片200的几乎整个表面上、在各个分散的集成电路区域202之间彼此垂直地延伸，其中每组划片道204相互平行。
在集成电路区域202经过了初步的功能测试(晶片挑选)之后，微电子器件晶片200被划片(被切开)，使得起集成电路202作用的每个区域变成一个能够用于形成被封装的微电子器件的微电子管芯。一种示例性的微电子晶片划片处理使用镶金刚石的圆形划片机，该划片机沿着位于各个行与列之间的划片道204行进。当然，划片道204的大小必须允许晶片切割刀片在相邻地集成电路区域202之间通过而不对该电路区域中的电路造成损坏。
如图9和10所示，微电子器件晶片200可以具有保护环206，其基本上围绕着集成电路区域202。保护环206延伸穿过互连层208(见图10)。互连层208包括半导体晶片214上的多个层212，该多层212由被d多层介电材料层分隔开的金属迹线构成。互连层208为集成电路内的集成电路部件之间的电通信提供线路。保护环206一般是随着层212的形成而被一层一层地形成的。保护环206帮助防止外部污染侵蚀在层212之间的集成电路202。微电子器件晶片200也包括在半导体晶片214后表面218上的背面金属化层216，后面将对该层216进行讨论。
在划片之前，微电子器件晶片200被安装到粘性的柔性带222上(见图10)，该柔性带222被附在脊结构上(未示出)。带222在划片操作之后以及向下一装配工序传送期间继续固定着微电子管芯。如图11和12所示，划片机在划片道204中切开一个穿过互连层208、半导体晶片214和背面金属化层216的沟道220。在划片过程中，划片机一般会向带222中切入其厚度的大约三分之一。对晶片的划片形成了单独的微电子管芯224。
如图13所示，微电子管芯224通过在互连层208和比如主板的衬底226之间延伸的多个焊球228被连接到该衬底226上。散热装置232通过热界面材料234被连接到背面金属化层216。热界面材料234通常是焊接材料，包括但不限于铅、锡、铟、银、铜及它们的合金。但是，已知大部分焊料对半导体晶片(特别是硅基半导体晶片)不润湿(即，粘接)。因此，背面金属化层216被选来粘结到半导体晶片后表面218，并且与热界面材料234相润湿。背面金属化层216通常是金属材料，包括但不限于金、银、镍等。
但是，在对微电子器件晶片200的划片中，切片机(镶金刚石的金属)可能造成背面金属化层216碎裂，而暴露出半导体晶片后表面218的一部分。由于热界面材料234并不对半导体晶片后表面218润湿，因此在热界面材料234与半导体晶片后表面218之间形成了微间隙236，并在散热装置232和背面金属化层216之间形成差的(下垂)的热界面材料角焊缝(fillet)238，如图14所示。
在对微电子管芯224操作期间，在背面金属化层216和热界面材料234之间的界面上出现了应力。这些应力可能导致分层，分层通常从微电子管芯224的角/边242开始。这种分层导致热导率下降和水汽侵蚀。随着导致热导率下降，微电子管芯224出现过热的危险，这可能导致其损坏或破坏。微间隙236和差的热界面材料角焊缝238使分层更加恶化。
所以，开发一种可以有效地对微电子器件晶片进行划片，同时减少或基本上消除分层扩展的可能性的技术是有利的。
【附图说明】
尽管说明书以具体地指出了本发明的内容并对其要求权利的权利要求结束，但是当结合附图进行阅读时可以从以下对本发明的描述中非常方便地确认本发明的优点。
图1是根据本发明的微电子器件晶片的侧视横截面图；
图2a-c是根据本发明在微电子器件晶片的后表面中相对其划片道区域的位置所形成的沟槽的侧视横截面图；
图3是根据本发明的具有设置在半导体晶片后表面和沟槽上的背面金属化层的微电子器件晶片的侧视横截面图；
图4是根据本发明的微电子器件晶片紧贴划片带的背面金属化层的侧视横截面图；
图5是根据本发明的在传统的晶片划片之后，图4的微电子器件晶片的侧视横截面图；
图6是根据本发明的被连接到衬底的微电子管芯以及被连接到微电子管芯后表面的散热装置的侧视横截面图；
图7a-c是根据本发明的图6的局部7的放大的侧视横截面图；
图8是现有技术中具有多个未被分开的微电子器件的传统微电子器件晶片的俯视平面图；
图9是现有技术中示出了划片道区域的图8的局部9的放大的俯视平面图；
图10是现有技术中微电子器件晶片的划片道区域沿图9的线10-10的侧视横截面图；
图11是现有技术中在晶片划片之后图9和10的微电子器件晶片的俯视平面图；
图12是现有技术中微电子器件晶片的划片道区域沿图11的线12-12的侧视横截面图；
图13是现有技术中被连接到衬底的微电子管芯以及被连接到微电子管芯后表面的散热装置的侧视横截面图；以及
图14是现有技术中的图13的局部14的放大的侧视横截面图。
【具体实施方式】
在以下详细描述中，将参照那些以图解方式示出了其中可实施本发明的具体实施例的附图。这些实施例被充分详细地描述以使得本领域的技术人员能够实施例本发明。应该理解本发明的各种实施例尽管不一样，但是未必是相互排斥的。例如，这里结合一个实施例所描述的具体特征、结构或者特性可以在其它实施例中被实现，而不背离本发明的精神和范围。另外，应该理解在不背离本发明的精神和范围的情况下可以改变所公开的各个实施例中的多个单独的元件的位置和布置。因此，以下详细描述并不被作为是限制性的，本发明的范围仅由被正确解释的所附权利要求及其等同物的全部范围来定义。附图中，几个视图中的类似标号表示相同或相似的功能块。
本发明包括，在背面金属化之前，在微电子器件晶片的后表面上、与其划片道相对的位置形成沟槽。当微电子晶片被划片为分开的微电子管芯时，划片沟道与该沟槽相遇。这得到了能更显著地减少或消除背面金属化层和热界面材料之间的分层的微电子管芯结构，其中热界面材料是在该结构形成后被施加来形成微电子管芯和散热装置之间的热接触的。
图1图示了包括半导体晶片102的微电子器件晶片100，该半导体晶片102具有包含微电子器件电路(未示出)的有效表面104和背面106，它包括但不限于硅、砷化镓和磷化铟。微电子器件晶片100还包括位于半导体晶片有效表面104上的互连层108。该互连层108为集成电路中的集成电路部件之间的电通信提供线路。当然，应该理解，所使用的术语“晶片”并不仅仅包括整个的晶片，还包括它们的部分。
互连层108一般是介电材料和经图案化的导电材料的交替层112，所述介电材料包括但不限于二氧化硅、碳化硅、氟氧化硅、掺碳二氧化硅、氮化硅、环氧树脂、聚酰亚胺、二苯基环丁烯等，所述导电材料包括铜、铝以及它们的合金等。用于制作互连层108的方法和工艺对于本领域的技术人员来说是显然的。
如以上所讨论的，多个划片道116分隔开单独的集成电路区域114。一般，划片道116正交地延伸以将集成电路区域114分隔成行和列。优选地，至少一个保护环118将集成电路区域114从划片道116隔离开，如以上关于图9和10所讨论的那样。
如图2a、2b和2c所示，在半导体晶片后表面106中形成沟槽122。沟槽122是通过本领域公知的技术形成的，这些技术包括但不限于激光烧蚀、激光铣削、激光化学刻蚀、湿法和干法刻蚀、反应离子刻蚀，优选的是使用晶片切割机。沟槽122包括至少两个相对的侧壁124和124’，以及如图2a所示的基本上为拱形的底部126(拱形优选的半径是沟槽宽度的一半)，或者如图2b所示的基本上平坦的底部126’，或者如图2c所示的基本上为角形的底部126”。优选使用末端镶金刚石的晶片切割机来切出沟槽。弧形的晶片切割机末端被用来得到弧形的沟槽底部，如图2a所示。边缘平直的晶片切割机末端被用来得到平坦的底部126’，如图2b所示。角形的晶片切割机末端被用来得到角形的底部126”，如图2c所示。可以以任何本领域公知的清洗技术去除晶片切割机产生的碎屑。优选地，清洗技术包括向半导体晶片后表面106喷水，然后喷射气体，重复直到去除碎屑。
形成沟槽122的切口以两个正交方向形成，每道切口位于从微电子晶片器件有效侧104可见的划片线(即，划片道116的边缘(未示出))之间的中央。沟槽切口在晶片后表面制得。晶片前表面包含器件有源电路。在两个正交方向上制得沟槽，每道沟槽切口位于从晶片前侧可见的划片道的中央。
如图3所示，使用导热材料，包括但不限于金、银、铬、钛、钨、钒和镍(优选的是镍钒合金)对半导体晶片后表面106进行金属化，以形成背面金属化层128。背面金属化层128可以是多层，并可以用本领域中任何公知的技术形成，该技术包括但不限于化学气相沉积、溅射沉积(优选的)、电镀等。背面金属化层128可包括多层材料，优选地包括约500埃厚的钛层、钛层上约5000埃厚的镍钒层以及约500埃厚的金层。在形成了背面金属化层128之后，将柔性划片带132紧贴在背面金属化层128上，如图4所示。
然后，将微电子器件晶片100从半导体晶片有效表面104划开，如图5所示，这优选地使用标准的晶片切割机来形成基本上垂直于半导体晶片有效表面104的划片沟道134，由此从微电子器件晶片100分割出单独的微电子管芯144、144’。优选的，沟槽122的宽度136要大于划片沟道134的宽度138，以从剩余的沟槽底部126形成凸缘142、142’(如图2和3所示)。较大的沟槽宽度136帮助在形成划片沟道134时，防止切入到沟槽侧壁124、124’上的背面金属化层128中。沟槽侧壁124、124’基本上平行于划片沟道侧壁140、140’，在它们之间分别是基本上垂直、成角形或成弧形的凸缘142、142’。在切割处理之前，晶片切割机优选地位于沟槽122上方中央的位置，使得所形成的沟槽凸缘142、142’的尺寸几乎相同。优选的，切割切口的划片沟道宽度138约为50微米。
在优选实施例中，将沟槽122形成得基本上垂直于半导体晶片有效表面104和半导体晶片底面106。沟槽宽度136可以在约40微米到约200微米之间变化，但不限于这个范围。沟槽宽度136优选为约80微米。沟槽122具有可以在半导体晶片102厚度的约10％到约80％之间变化的深度。沟槽122的深度优选为半导体晶片102厚度的约50％。
图6图示了根据本发明的微电子器件组件160。如图6所示，微电子管芯144包括沟槽侧壁124、凸缘142和划片沟道侧壁140，它们构成至少一个微电子管芯侧面150。使用本领域公知的倒装芯片组装方法，通过在微电子管芯144的互连层108和比如封装衬底或主板的衬底146之间延伸的多个焊球148，微电子管芯144被连接到该衬底146。通过热界面材料154，将散热装置152连接到背面金属化层128。热界面材料154通常是金属或焊接材料，这包括但不限于铅、锡、铟(优选的)、银、铜及它们的合金。在散热装置152和背面金属化层128之间的热界面材料154的厚度可以是在约25微米到约300微米之间，但是不限于这个范围。优选的厚度范围是在约150微米到约200微米之间。
将散热装置152连接到背面金属化层128可以通过多种方法实现，这包括但不限于如下的三种方法。第一种并且也是优选的方法，热界面材料154以薄的预制的结构被夹在散热装置152和背面金属化层128之间，并用夹具固定在一起。该被夹持固定的组件被送去通过回流焊炉，在炉中热界面材料154熔化并形成与散热装置152和背面金属化层128的固态结合，所述背面金属化层128包括背面金属化层128沿沟槽侧壁124和凸缘142的部分。在第二种方法中，热界面材料154被预先通过回流焊施加到散热装置152上。然后将散热装置152放置在背面金属化层128上，并用夹具固定在一起。该被夹持固定的组件被送去通过回流焊炉，在炉中热界面材料154熔化并形成与背面金属化层128的固态结合，所述背面金属化层128包括背面金属化层128沿沟槽侧壁124和凸缘142的部分。在第三中方法中，热界面材料154被预先通过回流焊施加到背面金属化层128上。然后将散热装置152放置在热界面材料154上，并用夹具固定在一起。该被夹持固定的组件被送去通过回流焊炉，在炉中热界面材料154熔化并形成与背面金属化层128的固态结合，所述背面金属化层128包括背面金属化层128沿沟槽侧壁124和凸缘142的部分。
在将散热装置152与热界面材料154连接过程中，热界面材料154润湿，并沿沟槽侧壁124上的背面金属化层128上吸形成有利的角焊缝156，如图7a-c所示，该角焊缝延伸于沟槽侧壁124上的背面金属化层128和散热装置152之间。沟槽侧壁124上的背面金属化层128将得到可预测的角焊缝156。由于沟槽的深度158可以根据所使用的热界面材料154进行调整，所以角焊缝156是可预测，就如本领域普通技术人员所理解的那样。优选的，角焊缝156将沿沟槽侧壁124上的背面金属化层128向下延伸，并与凸缘142上的背面金属化层128有最小的接触。因此，由于任何碎裂和半导体晶片102的暴露将被限制在凸缘142上的背面金属化层128，因此热界面材料层154通常将不会与这样的缺陷接触。所以，由这样的缺陷所造成的热界面材料层154上的应力被大幅地减少或消除，这也显著地减少或消除了热界面材料154的分层。图7a图示了拱形的凸缘162(见图2a)。图7b图示了平坦的凸缘142(见图2b)。图7c图示了角形的凸缘164(见图2c)。
以上已经对本发明的实施例进行了如此详细的说明，应该理解由于在不背离本发明的精神和范围的情况下很多对本发明的表面上的改变都是有可能的，所以由所附权利要求所定义的本发明不限于以上描述中陈述的具体细节。