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CN101211801A - 晶片加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶片加工方法，该晶片加工方法可于不在焊盘上开孔的情况下在晶片的基板上形成到达焊盘的通孔。该晶片加工方法是这样的晶片加工方法：在晶片上从硅基板的背面侧照射脉冲激光光线，从而形成到达焊盘的通孔，其中上述晶片在硅基板的表面上形成有多个器件，并且在器件上形成有焊盘，焊盘的厚度被设定为大于等于5μm，脉冲激光光线被设定成波长为355nm，每一脉冲的能量密度为20～35J/cm2。

Description

晶片加工方法
技术领域
本发明涉及晶片加工方法，该晶片加工方法在晶片上从基板的背面侧照射脉冲激光光线，从而形成到达焊盘的通孔，上述晶片在基板的表面上形成有多个器件，并且在器件上形成有焊盘。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，在为大致圆板形状的半导体晶片的表面上，通过排列成格子状的被称为间隔道的分割预定线，划分出多个区域，在该划分出的区域上形成有IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(large scale integration：大规模集成电路)等器件。并且，通过沿着间隔道切断半导体晶片，来分割形成有器件的区域，从而制造出一个个半导体芯片。
为了实现装置的小型化、高性能化，如下这样的模块结构已经被实际应用：层叠多个半导体芯片，并将层叠而成的半导体芯片的焊盘连接起来。该模块结构是这样的结构：在构成半导体晶片的基板的表面上形成多个器件，并且在该器件上形成有焊盘，从基板的背面侧，在形成有该焊盘的部位上贯穿设置到达焊盘的细孔(通孔)，在该通孔内填充与焊盘连接的铝、铜等导电性材料(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2003-163323号公报
形成在上述半导体晶片上的通孔通常是通过钻头来形成的。然而设置在半导体晶片上的通孔直径为小达100～300μm，如果通过钻头进行穿孔，在生产效率方面并不一定能够得到满足。并且，上述焊盘的厚度在1μm左右，为了在不使焊盘破损的情况下仅在形成晶片的硅等的基板上形成通孔，就需要极为精密地控制钻头。
为了解决上述课题，本申请人在日本专利申请特愿2005-249643号中提出了这样的晶片穿孔方法：在晶片上从基板的背面侧照射脉冲激光光线，从而高效地形成到达焊盘的通孔，上述晶片在基板的表面上形成有多个器件，并且在该器件上形成有焊盘。
优选的是将用于上述晶片穿孔方法的脉冲激光光线的能量密度设定为：可以高效地对晶片的基板进行散射(飛散)加工(烧蚀加工)，但不会对焊盘进行散射加工。并且，为了在晶片的基板上形成到达焊盘的通孔，需要照射40～80脉冲的脉冲激光光线。当这样对晶片的基板照射40～80脉冲的脉冲激光光线来形成到达焊盘的通孔，则由于脉冲激光光线的照射而产生的热会蓄积，若焊盘的厚度变薄为1μm左右，则会存在焊盘熔融导致开孔的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其主要的技术课题在于提供一种晶片加工方法，其可于不在焊盘上开孔的情况下在晶片的基板上形成到达焊盘的通孔。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种晶片加工方法，其是在晶片上从硅基板的背面侧照射脉冲激光光线，从而形成到达焊盘的通孔的晶片加工方法，上述晶片在硅基板的表面上形成有多个器件，并且在器件上形成有焊盘，其特征在于，焊盘的厚度被设定为大于等于5μm，脉冲激光光线被设定成波长为355nm，每一脉冲的能量密度是20～35J/cm2。
优选的是：上述焊盘由金、镍、钛、钽(タンタレ一ト)、钴、钨、铜之中的任一种构成。
在本发明的晶片加工方法中，将脉冲激光光线的每一个脉冲的能量密度设定为可对硅基板进行散射加工但不会对焊盘进行散射加工的20～35J/cm2，并且将焊盘的厚度设定为大于等于5μm，因而能够于不在焊盘上开孔的情况下在硅基板上形成到达焊盘的通孔。
附图说明
图1是作为利用本发明的晶片加工方法进行加工的晶片的半导体晶片的立体图。
图2是用于实施本发明的晶片加工方法的激光加工装置的主要部分立体图。
图3是安装在图2所示的激光加工装置上的激光光线照射单元的结构框图。
图4是本发明的晶片加工方法中的通孔形成工序的说明图。
图5是通过实施本发明的晶片加工方法中的通孔形成工序，而形成有通孔的半导体晶片的局部放大剖面图。
标号说明
2：半导体晶片；21：半导体晶片的基板；22：间隔道；23：器件；24：焊盘；25：通孔；3：激光加工装置；31：激光加工装置的卡盘工作台；32：激光光线照射单元；324：聚光器。
具体实施方式
下面参照附图更为详细地说明本发明的通孔加工方法。
图1表示出了作为利用本发明的通孔加工方法进行加工的晶片的半导体晶片2的立体图。在图1所示的半导体晶片2中，通过排列为格子状的多个间隔道22，在厚度例如为100μm的、由硅形成的基板21的表面21a上划分出多个区域，在该划分出的区域中分别形成有IC、LSI等器件23。这些各器件23都为相同的结构。在器件23的表面上分别形成有多个焊盘24。优选该焊盘24使用作为熔点高而吸热性较低的金属的金(Au：熔点为1769℃)、镍(Ni：熔点为1453℃)、钛(Ti：熔点为1660℃)、钽(Ta：熔点为2996℃)、钴(Co：熔点为1495℃)、钨(W：熔点为3410℃)、铜(Cu：熔点为1083℃)，并将其厚度设定为大于等于5μm。并且，虽然通常由1μm左右的铝(Al：熔点为660℃)来形成焊盘，但也可以通过蒸镀等来层叠上述熔点高而吸热性较低的金属，并将厚度形成为大于等于5μm。
在上述半导体晶片2上，从硅基板21的背面21b侧照射脉冲激光光线，从而贯穿设置到达焊盘24的通孔。为了在该半导体晶片2的硅基板21上贯穿设置通孔，要使用图2和图3所示的激光加工装置3来进行实施。图2和图3所示的激光加工装置3具备：保持被加工物的卡盘工作台31；以及向保持在该卡盘工作台31上的被加工物照射激光光线的激光光线照射单元32。卡盘工作台31构成为抽吸保持被加工物，通过未图示的加工进给机构，可使卡盘工作台31沿着图2中用箭头X表示的加工进给方向移动，并且通过未图示的分度进给机构、可使卡盘工作台31沿着图2中用箭头Y表示的分度进给方向移动。
上述激光光线照射单元32包含实际上水平配置的圆筒形状的壳体321。如图3所示，在壳体321内配设有脉冲激光光线振荡单元322和输出调整单元323。脉冲激光光线振荡单元322由下列部分构成：通过YAG激光振荡器或者YVO4激光振荡器构成的脉冲激光光线振荡器322a；以及附设在脉冲激光光线振荡器322a上的重复频率设定单元322b。上述输出调整单元323把从脉冲激光光线振荡单元322振荡出的脉冲激光光线的输出调整为期望的输出。这些脉冲激光光线振荡单元322和输出调整单元323由未图示的控制单元进行控制。在上述壳体321的前端部上安装有容纳了聚光透镜(未图示)的聚光器324，该聚光透镜由其自身可为公知方式的组透镜构成。该聚光器324把从上述脉冲激光光线振荡单元322振荡出的脉冲激光光线会聚成预定的聚光点直径，并将其照射向保持于上述卡盘工作台31上的被加工物。
图中示出的激光加工装置3具有安装在壳体321的前端部上的摄像单元33，其中该壳体321构成上述激光光线照射单元32。该摄像单元33除了利用可视光线来进行摄像的通常的摄像元件(CCD)之外，还由如下部分构成：向被加工物照射红外线的红外线照明单元；捕捉由该红外线照明单元照射的红外线的光学系统；以及输出与由该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等，该摄像单元33将摄像得到的图像信号发送给未图示的控制单元。
下面说明使用上述图2和图3所示的激光加工装置3，在上述图1所示的半导体晶片2的硅基板21上形成到达焊盘24的通孔的晶片加工方法。
首先如图2所示，把半导体晶片2的表面2a载置在激光加工装置3的卡盘工作台31上，在卡盘工作台31上抽吸保持半导体晶片2。从而，半导体晶片2以背面21b朝上地被保持住。
如上所述，抽吸保持了半导体晶片2的卡盘工作台31通过未图示的加工进给机构被定位在摄像单元33的正下方。当卡盘工作台31被定位在摄像单元33的正下方时，卡盘工作台31上的半导体晶片2就成为定位于预定的坐标位置的状态。在该状态下，实施形成在保持于卡盘工作台31的半导体晶片2上的格子状的间隔道22是否与X方向和Y方向平行地配置的对准作业。即，通过摄像单元33来拍摄保持在卡盘工作台31上的半导体晶片2，并执行图案匹配等图像处理来进行对准作业。此时，半导体晶片2的形成有间隔道22的基板21的表面21a位于下侧，但由于摄像单元33如上所述具有由红外线照明单元、捕捉红外线的光学系统以及输出与红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成的摄像单元，所以能够从基板21的背面21b透射拍摄间隔道22。
通过实施上述的对准作业，保持在卡盘工作台31上的半导体晶片2被定位在预定的坐标位置上。另外，在半导体晶片2的硅基板21的表面21a上形成有器件23，关于在该器件23上形成的多个焊盘24，其设计上的坐标位置预先保存在激光加工装置3的未图示的控制单元中。
在实施了上述的对准作业之后，如图4所示，移动卡盘工作台31，将在半导体晶片2的基板21上沿预定方向形成的多个器件23中的、位于图4最左端的器件23定位在聚光器324的正下方。然后，将形成在图4最左端的器件23上的多个焊盘24中的、最左端的焊盘24定位在聚光器324的正下方。
接着，实施通孔形成工序：使激光光线照射单元32动作，由聚光器324从基板21的背面21b侧照射脉冲激光光线，在基板21上形成从背面21b到达焊盘24的通孔。此时把脉冲激光光线的聚光点P对准基板21的背面21b(上表面)附近。而且，优选的是，进行照射的激光光线，使用对硅基板21具有吸收性的波长(355nm)的脉冲激光光线，脉冲激光光线的每一脉冲的能量密度设定为：可对硅基板21进行散射加工(烧蚀加工)，但不会对由金属构成的焊盘24进行散射加工的20～35J/cm2。即，脉冲激光光线的每一脉冲为20J/cm2的能量密度是可以对硅基板进行散射加工的下限值，脉冲激光光线的每一脉冲为35J/cm2的能量密度是不会对由金属构成的焊盘进行散射加工的上限值。
当从硅基板21的背面21b侧照射每一脉冲的能量密度为35J/cm2的脉冲激光光线时，可以通过1个脉冲的脉冲激光光线形成2μm深的孔。因此，当硅基板21的厚度为100μm时，通过照射50脉冲的脉冲激光光线，可以如图5所示，在硅基板21上形成从背面21b到达表面21a、即到达焊盘24的通孔25。而且，在使用每一脉冲的能量密度为20J/cm2的脉冲激光光线的情况下，通过向厚度为100μm的基板21照射80脉冲的脉冲激光光线，可以如图5所示，在硅基板21上形成从背面21b到达表面21a、即到达焊盘24的通孔25。
可是，即便如上所述将脉冲激光光线每一脉冲的能量密度设定为可以对硅基板21进行散射加工(烧蚀加工)，但不会对由金属构成的焊盘24进行散射加工的20～35J/cm2，如果焊盘24的厚度如同以往那样为1μm左右，则由于在加工硅基板21时蓄积的热以及脉冲激光光线的照射，会使焊盘24熔融，导致开孔。然而，图中所示的实施方式中的焊盘24由于如上所述是由熔点高的金属形成的，而且厚度被设定为大于等于5μm，所以即使实施上述的通孔形成工序，也不会导致开孔。
[实施例]
在晶片上在厚度为100μm的硅基板的表面上形成有厚度为1μm的由铝构成的焊盘，在由铝构成的焊盘的表面上通过蒸镀层叠有厚度为5μm的金(Au)。从这样形成的晶片的背面侧在下述的加工条件下实施上述通孔形成工序。
激光光线的光源：YAG激光器
波长：355nm
重复频率：10kHz
每一脉冲的能量密度：35J/cm2
点直径：φ80μm
照射脉冲数：50脉冲
通过该加工条件来实施上述通孔形成工序的结果是，能够于不在焊盘上开孔的情况下在硅基板上形成到达焊盘的通孔。

Claims (1)

1.一种晶片加工方法，其是在晶片上从硅基板的背面侧照射脉冲激光光线，从而形成到达焊盘的通孔的晶片加工方法，上述晶片在硅基板的表面上形成有多个器件，并且在器件上形成有焊盘，其特征在于，
焊盘的厚度被设定为大于等于5μm，
脉冲激光光线被设定成波长为355nm，每一脉冲的能量密度是20～35J/cm2。
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