CN1168132C - 用于生产半导体器件的方法 - Google Patents

Abstract

一种工艺：在带电路表面和背面的晶片中形成切割深度小于晶片厚度且从电路表面延伸的凹槽；表面保护层粘到电路表面后研磨背面，把晶片分成间隔的芯片；把包括基底和粘合层的切片/模片接合层粘到背面形成接触；剥离表面保护层暴露切片/模片接合层的粘合层；切割该粘合层；把粘有粘合层的芯片从切片/模片接合层的基底上分离；把这样的芯片接合到衬底上。可在极薄的芯片背面形成适量粘合层，避免芯片或封装断裂、开裂，提高生产率。

Description

用于生产半导体器件的方法

技术领域

本发明与生产半导体器件有关。特别是，本发明涉及用于生产半导体器件的方法，其中可容易地在极薄的芯片背面上形成适量的粘合层，从而可以避免芯片断裂，芯片开裂或封装开裂，所以可以实现生产率的提高。

背景技术

近几年，促进了IC卡的推广，现在要求进一步降低其厚度。相应地，现在需要约350μm的半导体芯片的厚度减小到50-100μm甚至更小。

通过首先把一用于背研磨(back grinding)的表面保护带粘到晶片的电路表面上，随后研磨晶片背面，此后对此晶片进行切片(dice)，可获得薄的半导体芯片。当晶片的厚度在研磨后变得极小时，则在对晶片切片时极有可能发生芯片断裂和芯片开裂。

作为另一种能降低芯片厚度的方法，日本专利公开公告(Laid-openPublicatipn)第5(1993)-335411号揭示了一种生产半导体芯片的方法，其中从晶片表面形成给定深度的凹槽，此后研磨晶片的背面。此外，这个公告揭示了一种方法，其中在研磨晶片背面的步骤之后，把粘到装配带上的小片(pellet)从装配带上分离并固定在一个引线框上。

用这个方法获得的芯片极薄且有可能在以后的装配步骤中发生断裂。

当想要拾取粘在装配带上的半导体芯片并把拾取的半导体芯片固定在一衬底上时，通常使用公知的方法“撒布器(dispenser)方法”或采用薄膜粘合剂的方法。

在此撒布器方法中，用撒布器把给定数量的液体粘合剂加到为固定半导体芯片所确定的衬底上的某些位置上，接着把半导体芯片压力接合/固定在其上。然而，这种撤布器的缺点在于，难于控制粘合剂的卸料数量，从而导致粘合剂数量波动，造成质量的变化，还有一个缺点在于渗漏现象，这是因为粘合剂是液体。在发生粘合剂渗漏时，粘合剂有可能翻卷到芯片的上表面或使半导体芯片倾斜，从而在导线接合时有可能发生故障。而且，当把树脂密封后的封装放在高温环境中时，可能因从任何渗漏的粘合剂中蒸发的挥发性成分造成封装开裂。

在那种采用薄膜粘合剂的方法中，把切割成与芯片基本上一样形状的薄膜粘合剂粘到预先为固定半导体芯片而确定的衬底的某些位置上或把切割成与芯片基本上一样形状的薄膜粘合剂粘到芯片上，而通过薄膜粘合剂把芯片固定到衬底上。然而，在这个方法中，需要预先把薄膜粘合剂切割成与芯片基本上一样的形状，所以实施这个方法是费时的。而且，具有与芯片一样的极小尺寸的薄膜粘合剂的粘合工作是必不可少的，所以这个方法是很费力。

即使使用了上述的任一方法，仍旧需要处理已经被研磨到极小厚度从而变得非常脆弱易碎的微小芯片，所以稍有误操作就会造成芯片断裂。

所以，需要开发一种容易而安全地形成粘合层(尤其是在芯片背面上)的方法。

发明内容

本发明是针对已有技术的以上现状作出的。具体来说，本发明的一个目的在于提供一种用于生产半导体器件的方法，其中可在极薄的芯片背面容易地形成有适量的粘合层，从而可避免芯片断裂，芯片开裂或封装开裂，从而可实现生产率的提高。

根据本发明的半导体器件的生产方法包括以下步骤：

提供一具有给定厚度的晶片，该晶片具有一设有半导体电路的表面和一背面；

形成切割深度小于晶片厚度的凹槽，这些凹槽从晶片电路表面延伸；

把表面保护薄层(sheet)粘到晶片电路表面上；

研磨晶片的背面来减小晶片的厚度，从而最终导致把晶片分割成各个芯片，各个芯片之间有间隔，所述间隔是通过除去晶片中所形成的凹槽的底部而形成的；

把一切片/模片(die)接合薄层粘到晶片的已研磨背面上，该切片/模片接合薄层包括基底及叠合在基底上的粘合层，如此进行粘合，从而使粘合层与晶片的已研磨背面形成接触；

从晶片的电路表面剥离表面保护薄层，从而使切片/模片接合薄层通过相邻各芯片之间的每个间隔暴露出来；

切割切片/模片接合薄膜的暴露粘合层；

把其上粘有经切割的粘合层的各芯片从切片/模片接合薄层上分离；以及

通过此粘合层把各芯片接合到一给定的衬底上。

本发明的这个方法能使有效地进行半导体器件的生产成为可能。

附图概述

图1到6示出按照本发明的用于生产半导体器件方法的步骤。

本发明的较佳实施方式

下面将参考附图详细地描述本发明。

第一步骤：参考图1，提供给定厚度的晶片1，它具有设有电路的表面和背面，形成切割深度小于晶片1的厚度的凹槽2，这些凹槽从晶片电路表面延伸。例如，通过沿晶片1的切割位置进行切割工作来形成从晶片1的表面延伸的给定深度的凹槽2，以便把多个半导体电路相互分开。

用常规的晶片切片机来进行通过切割工作而形成凹槽2，其中适当地调整切割深度。在切割工作中，根据需要，可使用例如通常在对晶片1进行切片时所使用的切片带来固定晶片1。虽然未特别地加以限定，但晶片1的厚度一般在约350到800μm的范围内。依照想要的芯片厚度适当地确定凹槽2的深度，一般来说它在约20到500μm的范围内。另一方面，凹槽2的宽度W与所使用的切片刀片的厚度相等，一般来说在约10至100μm的范围内。

第二步骤：参考图2，把表面保护薄层10粘到晶片1的电路表面上。具体来说，如此进行表面保护薄层10的粘合，从而覆盖晶片1的整个电路表面。

表面保护薄层10包括基底11和叠合在其上的可移去粘合层12。粘合层12具有在一预定使用后能容易地移去的特性。可移去的粘合层12可由一种可通过能量辐射(能量射线或能量光束)固化的粘合剂组成。这种可通过能量辐射固化的粘合剂具有这样的特性，即暴露于能量辐射前能以令人满意的粘合强度固定被粘物，但暴露于能量辐射就可把它固化到失去粘合强度，继而能容易剥离。

例如，可把通常在各种零件的保护和半导体晶片处理中所使用的各种保护薄层用作以上的表面保护薄层10。尤其是，最好在本发明中使用申请人在日本专利申请第10(1998)-231602和11(1999)-305673号中提出的表面保护薄层。

第三步骤：参考图3，研磨半导体晶片1的背面来减小晶片1的厚度，从而导致把半导体晶片1分割成各个芯片3，在芯片3之间有间隔。具体来说，除去凹槽2的底部，并继续晶片1的研磨直至晶片1的给定厚度，从而实现把分割成各个芯片3。用常规的研磨机来完成对晶片背面的研磨。

第四步骤：参考图4，把切片/模片接合薄层20粘到晶片1的已研磨背面上，并剥离表面保护薄层10。

这种切片/模片接合薄层20包括基底21和叠合其上的粘合层22。粘合层22是这样形成的，从而可把它从基底21上剥离。在室温时或在适度的热压接合环境下把粘合层22粘到芯片3上。在把粘合层22加到芯片3后，在拾取芯片3时，粘合层22仍旧粘在芯片3的背面但从基底21上剥离。

可把通常在半导体晶片的切片和模片接合中所使用的各种薄层用作以上的切片/模片接合薄层20，而没有任何特定限制。

例如，可使用：

例如，如在日本专利公开公告第2(1990)-32181、8(1996)-53655、8(1996)-239639、9(1997)-100450和9(1997)-202872号中所述的包括一粘合层的切片/模片接合薄层，该粘合层包含可通过能量辐射固化的压敏粘合触成分和热固性粘合成分作为基本成分，以及

如在日本专利公开公告第9(1997)-67558号中所述的包括一粘合层的切片/模片接合薄层，该粘合层由聚酰亚胺树脂和与其相容的含氮有机化合物所组成。

此外，可适当地使用包括一粘合层的切片/模片接合薄层，该粘合层由环氧树脂、酰亚胺树脂、酰胺树脂、硅酮树脂、丙烯酸树脂、这些材料的变性(modification)产品及其混合物中的任一种所组成。

在把上述的切片/模片接合薄层20粘到晶片1的已研磨背面后，把表面保护薄层10从晶片1上剥离。当表面保护薄层10的粘合层由一种可通过能量辐射固化的粘合剂所组成时，在剥离薄层10前把它暴露于能量辐射，从而降低粘合层的粘合强度。

第五步骤：参考图5，切割通过相邻各芯片之间的每个间隔暴露出来的切片/模片接合薄层20的粘合层。

从晶片电路表面上剥离的表面保护薄层10使得通过切割而分开的相邻各芯片之间的间隔把切片/模片接合薄层20的粘合层22暴露出来。用切片刀片4把粘合层22完全切开。切片刀片4的宽度W1略小于前面提到的凹槽2的宽度W。例如，宽度W1最好约为宽度W的30到90％。

虽然只要完全切割粘合层就可使切割深度令人满意，但切割一般要达到基底21被部分切割的程度，从而能完成把粘合层22分成片。结果，把粘合层22切割成其尺寸和形状与芯片3基本上相同的片。

第六步骤：参考图6，把粘合层22同芯片3一起从切片/模片接合薄层20的基底21上分离。如上所述，粘合层22是这样形成的，从而使得可把它从基底21上分离。相应地，在把粘合层22加到芯片3后，在拾取芯片3时，粘合层22仍旧粘在芯片3的背面但从基底21上剥离。

当粘合层22是由上述包含可通过能量辐射固化的压敏粘合剂成分和热固性粘合剂成分作为基本成分的粘合剂组成时，在拾取芯片3前最好把粘合层22暴露于能量辐射。在这个情况下，暴露于能量辐射使粘合层22的粘合强度降低，从而可有效地完成把粘合层22从基底21上剥离。可在以上第五步骤前进行暴露于能量辐射。

第七步骤：通过粘合层22把各芯片3接合到给定的衬底(未示出)。芯片3的背面已设有以上步骤6中的粘合层22。通过粘合层22把芯片3放置在衬底上并用所需的装置使粘合层22发挥其粘合强度，可把芯片3固定到衬底上。

当粘合层22由上述包含可通过能量辐射固化的压敏粘合剂成分和热固性粘合剂成分作为基本成分的粘合剂组成时，可通过加热来发挥热固性粘合剂成分的结合能力，从而把芯片3和衬底彼此牢牢地结合起来。当粘合层22由聚酰亚胺树脂和其相容的含氮有机化合物组成时，同样，可通过加热来固化聚酰亚胺树脂，从而使芯片3和衬底彼此能牢牢地结合起来。

此外，粘合层22是形状基本上与芯片3相同的固体粘合剂，所以不会发生诸如渗漏的问题，从而能减少导线接合故障、封装开裂等的发生。

从前面所述很显然，按照本发明的半导体器件生产方法能在极薄的芯片背面容易地形成适量的粘合层，由此可以避免芯片断裂、芯片开裂或封装开裂，所以可以实现生产率的提高。

例子

将参考下面的一些例子对本发明作进一步的说明，这些例子决不是对本发明范围的限制。

以下，通过以下方式来进行“芯片切割(chipping)测试”，“导线接合测试”和“封装开裂测试”。

“芯片切割测试”

相对于芯片断裂和开裂的存在，通过光学显微镜观察在以上例子和比较例子中所生产的设有粘合层的每50个硅芯片的侧面，在开裂的情况下，测量开裂宽度。

“导线接合测试”

相对于在以下的例子和比较例子中所生产的100个半导体器件，检查硅芯片上表面上的铝焊盘(pad)与引线框上的布线部分之间的导线接合特性(因粘合剂的挤出、卷起和渗漏引起的故障和成品率)。此铝焊盘离开硅芯片的一个端面有100μm，而布线的导线接合部分离开硅芯片的一个端面有500μm。

“封装开裂测试”

使用密封剂树脂(联苯环氧树脂)，把在下面的例子和比较例子中获得的半导体器件在高压下予以密封。把该树脂在175℃下进行6小时的固化。如此，获得了用于封装测试的100个封装。让每个封装在高温、高湿度(85℃，85％的相对湿度)下放置168小时。此后，让每个封装在与汽相焊接(VPS)相同的环境(215℃)下放置1分钟，然后冷却到室温。这样做三次，然后用扫描声学层析X射线照相术(Scanning Acoustic Tomography：SAT)检查密封剂树脂的任何开裂。封装开裂率是开裂封装数与被检查封装数(也就是100)之比。

对在下面的例子和比较例子中所使用的背面研磨的表面保护薄层，切片带，切片/模片接合薄层，装配带和表面保护带作详细说明如下。

(1)用下面的方式准备表面保护薄层。

取重量份为100的25％的丙烯酸共聚物的醋酸乙酯溶液，该共聚物的重均分子量为300,000，该溶液是由重量份为60的丙烯酸丁酯、重量份为10的异丁烯酸甲酯与重量份为30的丙烯酸2-羟乙基酯制备的，再取重量份为7.0的异丁烯酰氧基乙基异氰酸酯(methacryloyloxyethyl isocyanate)与该溶液反应，从而获得可通过能量辐射固化的共聚物。取作为交联剂的重量份为0.5的聚异氰酸酯化合物(Coronate L，由Nippon Polyurethane有限公司生产)和作为光聚作用引发剂的重量份为1的1-羟基环巳基二苯(甲)酮(Irgacure 184，由Ciba Specialty Chemicals生产)，把它们与重量份为100(就固体含量而言)的可通过能量辐射固化的共聚物相混合，从而获得可通过能量辐射固化的压敏粘合剂。

给110μm厚的聚乙烯膜(杨氏模量×厚度＝14.3kg/cm)涂敷可通过能量辐射固化的压敏粘合剂，从而干燥后的涂层厚度为20μm。干燥在100℃下进行1分钟，从而获得压敏粘合剂薄层。

(2)切片带：

Adwill D-628(110μm厚的聚烯烃基底和20μm厚的可通过能量辐射固化的压敏粘合层，由LINTEC公司生产)。

(3)切片/模片接合薄层：

Adwill LE 5000(100μm厚的聚烯烃基底和20μm厚的热固性粘合层，由LINTEC公司生产)，或

热塑性聚酰亚胺薄层(25μm厚的聚萘二甲酸乙二酯和20μm厚的热塑性聚酰亚胺粘合层)。

(4)装配带：

Adwill D-650(110μm厚的聚烯烃基底和20μm厚的可通过能量辐射固化的压敏粘合层，由LINTEC公司生产)。

(5)用于背面研磨的表面保护带：

Adwill E-6142S(110μm厚的聚烯烃基底和30μm厚的可通过能量辐射固化的压敏粘合层，由LINTEC公司生产)。

例1

把直径为6英寸厚度为700μm的硅晶片粘到切片带(Adwill D-628)上，采用刀片宽度为35μm的晶片切片机(DAD 2H/6T，由Disco公司制造)，在切割深度为400μm和芯片尺寸为6平方毫米的条件下形成凹槽。随后，把表面保护薄层粘到晶片的已开槽表面上。剥离切片带，并利用背面研磨机(DFG 840，由Disco公司制造)对晶片的背面进行研磨，直至其厚度变为80μm，从而实现把晶片分割成各个芯片。此后，把切片/模片接合薄层(Adwill LE5000)粘到晶片(芯片)的已研磨背面，用紫外光照射并剥离表面保护薄层。用紫外光照射切片/模片接合薄层，而用刀片宽度为30μm的晶片切片机(DAD 2H/6T，由Disco公司制造)，在切割深度为35μm的条件下切割位于已分割的相邻各硅芯片之间的粘合层。最后，从切片/模片接合薄层拾取已分割的各个硅芯片，而把其上粘有切片/模片接合薄层的粘合层的硅芯片直接模片接合到引线框的模片焊盘部分。在给定的固化条件下(160°，30分钟)进行热固化。这样，得到了半导体器件。

其结果于表1中给出。

例2

把直径为6英寸厚度为700μm的硅晶片粘到切割带上(Adwill D-628)，采用刀片宽度为35μm的晶片切片机(DAD 2H/6T，由Disco公司制造)，在切割深度为400μm且芯片尺寸为5平方毫米的条件下形成凹槽。随后，把表面保护薄层粘到晶片的已开槽表面上。剥离切片带，并利用背面研磨机(DFG 840，由Disco公司制造)对晶片的背面进行研磨，直至其厚度变为80μm，从而实现把晶片分割成各个芯片。此后，在约130℃下对切片/模片接合薄层(热塑性聚酰亚胺膜)加热并粘到晶片(芯片)的已研磨背面，并剥离表面保护薄层。用刀片宽度为30μm的晶片切片机(DAD 2H/6T，由Disco公司制造)，在切割深度为35μm的条件下切割位于已分割的相邻各硅芯片之间的粘合层。最后，从切片/模片接合薄层拾取已分割的各个硅芯片，而把其上粘有切片/模片接合薄层的粘合层的硅芯片在150℃下直接模片接合到引线框的模片焊盘部分。这样，得到了半导体器件。

其结果于表1中给出。

比较例子1

把直径为6英寸厚度为700μm的硅晶片粘到切割带上(Adwill D-628)，采用刀片宽度为35μm的晶片切片机(DAD 2H/6T，由Disco公司制造)，在切割深度为400μm且芯片尺寸为5平方毫米的条件下形成凹槽。随后，把表面保护薄层粘到晶片的已开槽表面上。剥离切片带，并利用背面研磨机(DFG 840，由Disco公司制造)对晶片的背面进行研磨，直至其厚度变为80μm，从而实现把晶片分割成各个芯片。此后，把装配带(Adwill D-650)粘到晶片(芯片)的已研磨背面，剥离表面保护薄层。拾取各硅芯片，并把它们接合到引线框架的模片焊盘部分，这些部分已预先涂敷了用于接合的膏状粘合剂。在给定的固化条件下进行热固化。这样，得到了半导体器件。

其结果于表1给出。

比较例子2

把用于背面研磨的表面保护带(Adwill E-6142S)粘到直径为6英寸厚度为700μm的硅晶片上，并用背面研磨机(DFG 840，由Disco公司制造)对晶片的背面进行研磨，直至晶片厚度变为80μm。剥离用于背面研磨的表面保护带。把切片/模片接合薄层(Adwill LE5000)粘到晶片的已研磨背面，并用紫外光照射。用刀片宽度为35μm的晶片切片机(DAD 2H/6T，由Disco公司制造)，在切割深度为115μm且芯片尺寸为5平方毫米的条件下进行切割(切片)。把这样得到的具有粘合层的硅芯片直接模片接合到引线框的模片焊盘部分。在给定的固化条件(160℃，30分钟)下进行热固化。这样，得到了半导体器件。

其结果于表1给出。

                                   表1

	导线接合测试		封装开裂测试	芯片切割测试
						导线接合特性	成品率(％)	开裂率(％)	芯片断裂/开裂	开裂宽度(μm)
	例  1	良好	100	0	无						0
例  2						良好	100	0	无	0
	比较例1	坏	30	20	无						0
比较例2						好	100	0	找到	13-20

Claims (1)

1.一种用于生产半导体器件的方法，其特征在于包括以下步骤：

提供具有给定厚度的晶片，该晶片具有一设有半导体电路的表面和一背面；

形成切割深度小于晶片厚度的凹槽，所述凹槽从晶片电路表面延伸；

把表面保护薄层粘到晶片电路的整个表面上；

研磨晶片的背面来减小其厚度，从而最终导致把晶片分割成各个芯片，所述各芯片之间有间隔，所述间隔是通过除去晶片中所形成的凹槽的底部而形成的；

把切片/模片接合薄层粘到晶片的已研磨背面上，所述切片/模片接合薄层包括基底和叠合在基底上的粘合层，如此进行所述粘合，从而使粘合层与晶片的已研磨背面形成接触；

从晶片电路表面上剥离表面保护薄层，从而使切片/模片接合薄层的粘合层通过相邻各芯片之间的每个间隔暴露出来；

切割切片/模片接合薄层的暴露粘合层；

把其上粘有经切割的粘合层的各芯片从切片/模片接合薄层的基底上分离；以及

通过粘合层把各个芯片接合到给定的衬底上。

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