專利名稱：具有保護(hù)性安全涂層的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，包括具有第一側(cè)的襯底，在其第一側(cè)處存在有多個(gè)晶體管和互連，其由保護(hù)性安全覆蓋物所覆蓋，該器件還提供有接合焊盤區(qū)。
本發(fā)明還涉及一種包括半導(dǎo)體器件的載體。
本發(fā)明還涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件提供有具有第一側(cè)的襯底，該方法包括如下步驟-在襯底的第一側(cè)提供晶體管和互連的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括接合焊盤區(qū)；-施加保護(hù)性安全覆蓋物；以及-從第一側(cè)構(gòu)圖該保護(hù)性安全覆蓋物，以便露出接合焊盤區(qū)。
在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面，特別是隨著可以被存儲(chǔ)以及在電子器件之間的傳送的潛在的敏感的商業(yè)和/或個(gè)人信息的數(shù)量和范圍增加，安全問(wèn)題變得日益重要。智能卡包括這種形式的電子器件，其中有必要嘗試保護(hù)以防止例如試圖篡改集成電路器件的完整性的侵入過(guò)程，以及包含逆向工程和暴露給輻射的過(guò)程。
通過(guò)尋求限定可以被存取或修改的由集成電路器件保存的信息的方式，使用用于集成電路器件的安全涂層以嘗試改善例如在智能卡上的集成電路器件的物理完整性。
由Schlumberget設(shè)計(jì)的一個(gè)這種程度的保護(hù)稱作Sishell。在提供其Sishell保護(hù)的過(guò)程中由Schlumberger采用的工藝步驟需要處理有源器件，即在智能卡內(nèi)的集成電路，以根據(jù)需要設(shè)置鈍化層且所需的接合焊盤穿過(guò)鈍化層開(kāi)口的方式完成處理。然后將一層裸硅(baresilicon)粘到集成電路的上表面之上，且硅層提供有孔，將其設(shè)置得與發(fā)現(xiàn)集成電路內(nèi)的接合焊盤開(kāi)口的位置相對(duì)應(yīng)。然后，通過(guò)集成電路的硅襯底下表面的處理，使包括集成電路、膠層和硅層的疊層減薄，以便獲得所需的總厚度。以這種方式，如果試圖通過(guò)機(jī)械方式從鈍化層之上剝離硅層，則該疊層的集成電路側(cè)也變得非常敏感且易于損壞和破裂。然而，在蝕刻并構(gòu)圖該保護(hù)硅覆蓋層，特別是關(guān)于接合焊盤開(kāi)口的程度下，這種層不利地傾向于被蝕刻和去除，并且這限制了其安全的完整性。同樣，通過(guò)將集成電路固定到例如藍(lán)寶石襯底，可以容易地克服集成電路破裂的敏感性。同樣，形成的疊層結(jié)構(gòu)并非足夠致密以防止通過(guò)紅外輻射的損傷，并且還有點(diǎn)不利的是，硅一般顯示出能對(duì)紅外輻射的透明性，由此可以觀察到下面的結(jié)構(gòu)。
因此，這種類型的公知工藝的不利的之處在于，形成的半導(dǎo)體器件提供有安全涂層，該涂層僅將器件的安全性提高到不利的有限程度。
因此，本發(fā)明第一目的是提供一種在開(kāi)始段中提到類型的半導(dǎo)體器件，其具有顯著增強(qiáng)的安全性。
第二目的是提供一種具有本發(fā)明半導(dǎo)體器件的載體。
本發(fā)明的第三目的是提供一種制造在開(kāi)始段中提到種類的半導(dǎo)體器件的方法，其顯示出優(yōu)于公知的這種方法的優(yōu)點(diǎn)。
第一目的的實(shí)現(xiàn)在于，保護(hù)性安全覆蓋物包括基本上不透明且基本上化學(xué)惰性的安全涂層，并且接合焊盤區(qū)可從襯底的第二側(cè)進(jìn)入。
由于在本發(fā)明的器件中不需要蝕刻或構(gòu)圖用于接合焊盤區(qū)進(jìn)入的該保護(hù)性安全覆蓋物，所以可以采用在安全覆蓋物中接近化學(xué)惰性的材料層中的一層或多層組合。借此變得幾乎不可能拋光該安全覆蓋物，其大大增強(qiáng)了提供的保護(hù)。
安全涂層的惰性是指該涂層將不與它其中的、下面的或頂部的任何材料反應(yīng)。特別地，這意味著當(dāng)它接觸一些反應(yīng)性化學(xué)劑時(shí)，例如強(qiáng)氧化劑，如氧等離子體或硝酸、強(qiáng)酸，涂層將既不溶解也不與下面的襯底分層、也不從中移除。其上的涂層特別包括至少一層無(wú)機(jī)材料，因?yàn)橛袡C(jī)材料通常不能耐受氧化劑。
而且更優(yōu)選的是，安全涂層不能輕易地被拋光。在該方面無(wú)機(jī)材料非常優(yōu)越于有機(jī)材料，由于任何的有機(jī)材料都是相對(duì)軟且可延展的。嵌入在這種有機(jī)材料中以提供所需的非透明性和所希望硬度的任何顆粒，例如氧化鋁、氧化鈦等，將起拋光顆粒的作用。在具有至少一層無(wú)機(jī)材料的涂層中，通過(guò)多層疊層或者在無(wú)機(jī)材料中嵌入的顆粒，可以有效地抵抗拋光。在一種情況下，多層中的每一層將需要另一拋光劑，且在另一情況下，顆粒可以具有可與基質(zhì)材料相比的硬度。優(yōu)選地，所述涂層的所述無(wú)機(jī)層具有106(N/m2)或更大的楊氏模量，進(jìn)一步優(yōu)選具有108-1012(N/m2)的數(shù)量級(jí)，并且在高達(dá)80℃的溫度下在產(chǎn)品的整個(gè)壽命期間，例如幾年。
如果涂層包括一層其中嵌入有顆粒的無(wú)機(jī)材料，則是非常有利的。涂層具有不抗刮劃的特性。如果任何黑客試圖拆去該安全涂層，則由于缺乏抗刮性，下面的層將受損。
盡管乍一看似乎本發(fā)明的半導(dǎo)體器件在其第二側(cè)開(kāi)口以探測(cè)和檢測(cè)任何結(jié)構(gòu)，但這并非如此，或者說(shuō)問(wèn)題是可以解決的。首先，通過(guò)反探測(cè)裝置可以保護(hù)接合焊盤。這不同于現(xiàn)有技術(shù)的情況。這種反探測(cè)裝置可以是軟件特性、硬件特性或硬件/軟件特性的結(jié)合。例如，可以規(guī)定，信號(hào)應(yīng)當(dāng)具有特定的圖案且可選的直接連接至地平面。
接合焊盤區(qū)可以以各種形式進(jìn)入襯底的第二側(cè)。優(yōu)選的是將襯底減薄和局部蝕刻。這種選擇非常適合于硅襯底。在蝕刻襯底后，可以將凸塊提供在接合焊盤區(qū)?？蛇x地，蝕刻的窗口可以通過(guò)例如電鍍填充以金屬。
在優(yōu)選的情況下，襯底是硅襯底，具有其密集封裝的晶體管的襯底提供了自身的安全性。考慮到晶體管，優(yōu)選場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這里封裝處于其最密集處以及其中發(fā)現(xiàn)的接觸插塞。獲得這種結(jié)構(gòu)的任何嘗試將立即導(dǎo)致對(duì)結(jié)和任何薄柵極氧化物的損傷，以致于集成電路器件將不起作用。另外，在實(shí)際上幾乎不可能成功地探測(cè)亞半微米器件。此外，為了修改半導(dǎo)體器件中實(shí)施的圖案和數(shù)據(jù)，不僅是單個(gè)晶體管和其它易受攻擊的半導(dǎo)體元件，而且還有互連圖案中實(shí)施的電路。該致密封裝的晶體管有效地將該電路與第二側(cè)屏蔽開(kāi)。
然而，可以在襯底的第二側(cè)處提供安全層，其安全層留下露出的接合焊盤區(qū)或用于進(jìn)入于此的任何金屬化。該選擇可以結(jié)合硅或其它半導(dǎo)體襯底一起使用。然而，特別優(yōu)選的是在晶體管為優(yōu)選在絕緣襯底上的薄膜類型的情況。這種結(jié)構(gòu)可具有柔性的優(yōu)點(diǎn)，且因此非常適合于集成在柔性載體中，例如鈔票、其它的證券紙、標(biāo)簽和簽條。而且，如果希望的話，在具有薄膜晶體管的絕緣襯底的情況下，絕緣襯底可以是或包含安全層，或在處理之后可以由安全層代替。
總之，保護(hù)性安全覆蓋物將包含鈍化層，以保護(hù)下面的結(jié)構(gòu)不受安全涂層的任何不利的或污染的影響。更優(yōu)選的是粘接層存在于鈍化層和安全涂層之間。這種鈍化層的優(yōu)選例子是TiO2層，其是化學(xué)惰性的、封閉的和無(wú)孔的。
安全涂層可以包含具有偏磷酸鋁基質(zhì)的層。通常填充例如TiN和TiO2顆粒的這種層具有化學(xué)惰性的、對(duì)輻射不透明的、相對(duì)硬和脆的、且難以拋光的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選的是由前體(precursor)材料制成，例如Al(H2PO3)或單磷酸鋁。該材料在退火時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠姿徜X。
可選地或另外地，安全涂層是由多個(gè)交替層形成的，交替層對(duì)于不同的蝕刻劑敏感。特別優(yōu)選的是包含交替W和Al層的組合。這種金屬的組合，例如所限定的那些證明是特別難于蝕刻和拋光，特別地是通過(guò)化學(xué)機(jī)械裝置。這是由于在W蝕刻劑中Al沒(méi)有蝕刻而造成的，反之亦然。同樣，當(dāng)考慮到拋光這種結(jié)構(gòu)時(shí)，每一次希望每個(gè)不同層在表面時(shí)，有必要從一個(gè)拋光焊盤改變?yōu)榱硪粋€(gè)，否則各自的拋光焊盤的集成很可能受損害和焊盤受損。然而，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到的是，這種層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是W以及粘接到W的任何金屬，且在H2O2/NH4OH或含氟的等離子體中不蝕刻。使用含Al的層是特別有利的，是由于能以一種有效的方式容易操作和處理半導(dǎo)體器件。
優(yōu)選的是安全涂層具有從0.5至10μm范圍的厚度，且進(jìn)一步優(yōu)選在2和6μm之間。如果涂層太薄，則它的非透明性和/或移除難度可能受限制。如果涂層太厚，則其與下面襯底的粘結(jié)性可能降低。應(yīng)該理解的是，優(yōu)選的厚度是主要依賴于用作安全涂層的實(shí)際層系統(tǒng)，而且依賴于所希望的安全級(jí)別。
總之，應(yīng)該理解的是，安全性在安全涂層未被構(gòu)圖時(shí)是最大程度增強(qiáng)的。然而，存在優(yōu)選在第一和第二側(cè)兩者處具有圖案的應(yīng)用。這種應(yīng)用是隨著例如容性耦合至存在于載體中的天線結(jié)構(gòu)的器件而產(chǎn)生的，其公開(kāi)于未預(yù)先公開(kāi)的申請(qǐng)?zhí)栁籈P00203298.5的申請(qǐng)中。在電容電極可以提供在集成電路第一側(cè)上和第二側(cè)上的情況下，而穿過(guò)安全涂層還有足夠的安全保護(hù)?？梢詷?gòu)圖合適的安全涂層，例如是基于單磷酸鋁的基質(zhì)。其構(gòu)圖可以用剝離工藝進(jìn)行。
由于載體包括本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，因而獲得安全性提高的載體的第二目的。該載體可以是智能卡，但也可以是標(biāo)簽、簽條、包括鈔票的證券紙、或甚至是例如光盤的記錄載體。如上所述，記錄載體可包含其是容性地或具有耦合到半導(dǎo)體器件的接觸的天線結(jié)構(gòu)。
實(shí)現(xiàn)了制造有提供襯底的半導(dǎo)體器件的改進(jìn)方法的第三目的，該襯底具有第一和第二側(cè)，這是由于該方法包括如下步驟-在襯底的第一側(cè)處提供晶體管和互連的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括定義在與襯底的界面處的接合焊盤區(qū)；-施加保護(hù)性安全覆蓋物，包括至少基本上非透明且基本上化學(xué)惰性的安全涂層；-從第二側(cè)構(gòu)圖襯底以便露出接合焊盤區(qū)。
以該方式處理半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)證明是特別有利的，這是由于從下面有效地蝕刻硅襯底，無(wú)需蝕刻或構(gòu)圖用于接合焊盤進(jìn)入的保護(hù)性涂層，所以證明可以采用接近化學(xué)惰性材料層的一層或多層的組合用于安全涂層、用于接合焊盤進(jìn)入，這是由于它們隨后不必被構(gòu)圖。在現(xiàn)有技術(shù)中要求構(gòu)圖是不利的。
優(yōu)選，襯底是首先通過(guò)例如研磨或化學(xué)機(jī)械拋光減薄、且接著被局部蝕刻的硅襯底。蝕刻手段包括KOH。
在最優(yōu)選的實(shí)施例中，第二襯底提供在保護(hù)性安全覆蓋物上并借助膠貼附著于其。這種技術(shù)也是公知的襯底轉(zhuǎn)印，且就本身而論也是公知的，例如US-A 5,689,138。第二襯底可包含任何材料，且對(duì)于該結(jié)構(gòu)優(yōu)選提供機(jī)械支撐。合適的材料包括玻璃、氧化鋁、硅、環(huán)氧樹(shù)脂等。優(yōu)選該膠層具有幾微米的厚度，通過(guò)其克服了在保護(hù)性安全覆蓋物表面中的任何不平整性?？蛇x地，另外的平面化層可提供在安全覆蓋物的頂部上。
在本發(fā)明的方法中制造的器件可包括以上參考器件中介紹的任何特點(diǎn)和實(shí)施例。
僅通過(guò)示例的方式，參考附圖在下文中進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中

圖1-8包括說(shuō)明具有形成于其上的保護(hù)性安全覆蓋物的半導(dǎo)體器件形成的剖面圖。在附圖中相同的參考數(shù)字指的是同樣的元件。附圖是概略的且沒(méi)有按比例。
現(xiàn)在參考附圖，圖1說(shuō)明具有第一側(cè)1和第二側(cè)2的初始硅襯底10。襯底10包括完成的集成電路晶片結(jié)構(gòu)，該集成電路晶片結(jié)構(gòu)包括其中凸出的接合焊盤區(qū)14的鈍化層12。為了清楚起見(jiàn)，在附圖中省略了在襯底10上存在的任何互連層。然而應(yīng)理解的是，接合焊盤區(qū)14存在于與硅襯底10的界面處，或者使得它們可以從襯底10的第二側(cè)2露出。這與現(xiàn)有技術(shù)中的接合焊盤區(qū)的位置相反，其中它們存在于互連結(jié)構(gòu)的頂部上，且在露出之前，僅由鈍化層12覆蓋。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，如此定義接合焊盤區(qū)，以便在襯底上的接合焊盤區(qū)的垂直凸出部分上與晶體管沒(méi)有重疊。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定的方面，多個(gè)安全涂層16淀積在鈍化層12之上，本發(fā)明的工藝以便無(wú)需蝕刻也無(wú)需構(gòu)圖安全涂層16，并且無(wú)需在該階段使接合焊盤區(qū)14開(kāi)口?？梢允÷遭g化層12，但是優(yōu)選存在。多個(gè)安全涂層形成保護(hù)性安全覆蓋物。
關(guān)于圖2，在說(shuō)明了的例子中的安全涂層16包括TiO2層18、基于填充有TiO2和/或TiN顆粒的單磷酸鋁(MAP)的涂層20、以及隨后分別由Al和W層形成的多個(gè)交替層結(jié)構(gòu)22。
如圖2中所說(shuō)明的涂覆襯底鈍化層結(jié)構(gòu)后，襯底24，其可以是硅晶片襯底或例如AF45的玻璃襯底的形式，通過(guò)一層膠26附著到保護(hù)性涂層16的上表面，且如圖3中所示。
如圖3和4中所述，通過(guò)襯底轉(zhuǎn)印工藝的方式，處理和加工該結(jié)構(gòu)，以便通過(guò)相對(duì)其下側(cè)的動(dòng)作來(lái)減薄硅襯底10。
通過(guò)例如在區(qū)域28處KOH蝕刻的方式，處理和加工圖4中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)的下側(cè)，其中使接合焊盤14凸出以便得到圖5中所說(shuō)明的結(jié)構(gòu)。
圖6說(shuō)明圖5翻轉(zhuǎn)后的結(jié)構(gòu)，且圖6中說(shuō)明的部分7更詳細(xì)地示出于圖7中，其用于說(shuō)明在接合焊盤開(kāi)口之上提供的氮化物層30，以及在減薄的硅襯底10下面提供的部分半導(dǎo)體電路32，其現(xiàn)在根據(jù)圖7說(shuō)明取向于該結(jié)構(gòu)之上。
然后，進(jìn)行選擇性蝕刻，以便得到圖8中所述的結(jié)構(gòu)，其能夠根據(jù)需要進(jìn)行集成電路器件隨后的測(cè)試和封裝。
如從圖6-8特別地意識(shí)到，利用根據(jù)本發(fā)明所說(shuō)明的實(shí)施例的襯底轉(zhuǎn)印技術(shù)，特別地證明以下優(yōu)點(diǎn)，即以允許提供由基本上惰性材料構(gòu)成安全涂層的方式能夠易于處理結(jié)構(gòu)。同樣，穿過(guò)減薄的半導(dǎo)體襯底提供了到接合焊盤區(qū)的開(kāi)口，提供了由于形成于其中的器件結(jié)構(gòu)的密度而引起的適當(dāng)程度的保護(hù)，且其用于防止進(jìn)入到結(jié)構(gòu)下側(cè)而不會(huì)對(duì)器件造成致命的損傷。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括具有第一和相對(duì)的第二側(cè)的襯底，在第一側(cè)有多個(gè)晶體管和互連，其由保護(hù)性安全覆蓋物所覆蓋，該器件還提供有接合焊盤區(qū)，其特征在于，保護(hù)性安全覆蓋物包括基本上非透明且基本上化學(xué)惰性的安全涂層，且接含焊盤區(qū)可從襯底的第二側(cè)進(jìn)入。
2.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其特征在于，-接合焊盤區(qū)存在于襯底的第一側(cè)上，且-襯底是硅襯底，其根據(jù)需要進(jìn)行構(gòu)圖用于進(jìn)入到接合焊盤區(qū)。
3.如權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體器件，其特征在于，安全層存在于襯底的第二側(cè)，其安全層留下露出的接合焊盤區(qū)或用于進(jìn)入其中的任何金屬化。
4.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其特征在于，用反探測(cè)裝置保護(hù)接合焊盤區(qū)不受到探測(cè)。
5.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其特征在于，安全涂層包括TiO2層。
6.如權(quán)利要求1要求的半導(dǎo)體器件，其特征在于，安全涂層由多個(gè)交替層形成，其交替層對(duì)于不同的蝕刻劑敏感。
7.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的載體。
8.一種制造提供有第一和第二側(cè)的襯底的半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟-在襯底的第一側(cè)提供晶體管和互連的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括在與襯底的界面處定義的接合焊盤區(qū)；-施加保護(hù)性安全覆蓋物，包括至少基本上非透明且基本上化學(xué)惰性的安全涂層；-從第二側(cè)構(gòu)圖襯底，以便露出接含焊盤區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中襯底為半導(dǎo)體襯底，將其減薄和蝕刻以露出接合焊盤區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，其中第二襯底提供在保護(hù)性安全覆蓋物上并通過(guò)膠與其附著。
全文摘要
半導(dǎo)體器件包括具有第一(1)和相對(duì)的第二側(cè)(2)的襯底(10)，在第一側(cè)有多個(gè)晶體管和互連，其由保護(hù)性安全覆蓋物(16)覆蓋，該器件還提供有接合焊盤區(qū)(14)。保護(hù)性安全覆蓋物(16)包括基本上非透明且基本上化學(xué)惰性的安全涂層(16)，且接合焊盤區(qū)(14)可從襯底(10)的第二側(cè)進(jìn)入。半導(dǎo)體器件可以使用襯底轉(zhuǎn)印技術(shù)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行制備，其中在保護(hù)性安全覆蓋物(16)處提供第二襯底(24)。
文檔編號(hào)H01L23/12GK1643681SQ03806563
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月21日
發(fā)明者R·A·M·沃特斯, P·E·德榮格, R·德克爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司