TWI289891B - Method of cutting integrated circuit chips from wafer by ablating with laser and cutting with saw blade - Google Patents

Description

1289891 九、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 本發明大致關於半導體晶片的製造以及封裝的方法 在某-方面，尤指使用雷射光束切除(ab論g)與/ blade)雜開積體電路(integrated加此，q晶片的方法咖 【先前技術】 為了降低咼速積體電路中的信號延遲並改善其中的 性效能’⑹介電常數的介電材料已經經常被運用在坨曰^ 中的金屬間介電（intermetai dielectric，IMD)層中。目前 IMD層巾所用雜介電或是超低介電常數之介電材科」般 都疋用來降低電阻電容延遲(RC delay)以及降低寄生雷容 值。目前IMD設計的趨勢是使介電常數，從最，上面的一層& 到基底上的那一層，逐漸變小。然而，許多的低介電常數 之介電材料都很脆弱，很容易就龜裂，或是缺少那足以承 受後續一些機械製程(像是打線(wire bonding)、化學機械研 磨（CMP)、無錯封裝（iea(j_free packaging)、晶片切割等）的 機構強度。低介電常數的介電材料不只是在壓承受力 (compression strength)上相對的脆弱，對於附著力（adhesion strength)與切承受力（shearing strength)而言，也是很微弱， 所以’报容易就導致了剝離(peeling)、破裂（chipping)、或 是脫層（delamination) 〇 一般而言，1C晶片是在從晶圓上切割之前就經過了電 性測試。有問題的晶片就先打上標號。一般來說，在從晶 0503-A3121 lTWF/Edward 5 1289891 圓上切割晶片之前測試晶片是比較有效率的，因為，晶圓 上的許多晶片可以使用具有探針陣列的一個探針卡(probe card)，一起同時被測試。 傳統從晶圓上切割1C晶片的方法中，一般是用具有鑽 石端（diamond tip)之鑛片（saw blade)，沿著晶圓上晶片之間 的切割線(scribe line)，來進行切割的動作。在切割的時候， 低介電常數的介電材料往往受到了破裂、剝離、切擠、脫 鲁 層、或是龜裂等等的傷害。然而，這些由切割晶片所產生 的傷害都是在測試晶片之後發生的。所以，因為可以增加 可靠度以及產品的良率，大量的減低或是完全的消除在切 割製程中所產生的傷害，就變的很重要了。 在切割晶片之後，後續還是有許多的封裝製程會在晶 片上導致機構或是熱應力。譬如說，目前有許多的封裝設 °十都已經偏向使用無錯銲錫（lead_free s〇ider)以及/或是無 鉛錫球/凸塊(balls/bumps)。相較於高鉛封裝製程而言，無 • 鉛封裝製程因為有較高的回流溫度(reflow temperature)以 及較硬的無鉛錫球/凸塊材料，所以一般會施加更大的應力 在晶片上。需注意的是，IMD層正使甩低介電常數的介電 _ ^料，而這些介電材料都是比較脆弱且容緒損害的。先 ’雨在IMD層所產生的任何破裂、剝離、切擠、脫層、或是 ，衣等等’都可旎在後續的封裝製程中擴張發展而變的更 嚴重。因此，就报需要有_個可以對低介電常數之介電材 料施加較小的應力並減小傷害的切割IC晶片方法。 0503-A3121 lTWF/Edward 6 1289891 【發明内容】 積體電敗 及數個切割 晶 本發明之實施例提供一種從一晶圓上切割 片的方法。先提供上面具有數個晶片以 該晶 圓。該等切割線具有至少一低介電常數展、T刀刻線的 該等切割線上實施一切割製程。該切割製程其上。於 有一高能能源之一切割步驟。該高能能源包含含有具 用數個高鉛（high-lead)含量或是無鉛的錫=雷射。使 age

Bump)，貼附並電性連接該積體電路至一封裝°凸堍（S〇lder substrate)。 '^底（Pack 本發明之實施例亦提供一種從一 日日圓上切割一積濟雷 路晶片的方法。首先，提供上面具有_晶片以及 割線㈣晶圓。該等切割線具有至少1介電常數層於其 上。接者’於該4切割線上實施一切割製程。該切割製程 至少包含有一切割步驟，在不使用鑛 電常數層的至少-部份。介於編的〜切割邊 edge)到該晶片的-封環(_ _)之間的㈣大約是丄微 米（micrometer)到20微米之間。 【實施方式】 請接著參閱圖示，用來顯示本發明的各個實施例，其 中的標號是用在各個圖示中—樣或是崎的元件上。 圖示並沒有-定要相互間等比例，在某些狀況下，為了ς 達上的方便’圖不可能被刻意的放大或是簡化。熟悉此技 術之人士可⑽所_示的數㈣施财了解，本發明有許 多可能的應用以及變化。 0503-Α3121 lTWF/Edward 7 1289891 大致上來說，本發明的一個實施例提供從—個曰口 (wafer)上切告彳積體電路(integrate(j circuit，π)的方隻 " 利用兩條雷射光束切（abiate)晶圓，產生兩條平行的溝= 後，然後再用鋸片把晶圓完全的切割開。第i圖為依 發明的第一實施例的一晶圓12之上視圖1〇4C晶片Μ 經經歷了圖案化的製作過程而形成在晶圓12上。切割封尸已 線(scribe seal)16(也就是封環(seai ring))可以在Ic晶片、 的外面邊界圍繞，如同圖中所示。在其他的實施例;，= 環16可以不一樣或是省略。在晶圓12中，用來分開忙曰t 片14的部分，在往稱做切割道(cutiing也有人a 做切割線(scribe line))。 稱 第2圖顯示在第1圖中晶圓12沿著線2_2的剖面圖 20。第2圖顯示一晶圓基底22，就在數層工MD層24的: 下。至少IMD層24的其中一層26是有用低介電常數的枯 料。這樣使用低介電常數材料的介電層之後稱為 數層26。低介電常數層26所具有的介電常數是遠低於二〜 氧化矽的介電常數(k〜4.0)，譬如說，這樣的k值可以低於 3·3或是低於2.75。這樣低介電常數層26可以具有一含碳 的材料、具有一含氮的材料、具有一含氟的材料、或是具 有含氫的材料的一層。譬如說，在低介電常數層26中的低 介電常數材料可以是摻雜有碳、氮、氟、氫、或是以上可 能組合之材料。 依據第一實施例，第2圖顯示了在IMD層24中的導 線28連接到大致無鉛(iead_free)0々凸塊墊(bump卯幻3〇。凸 0503-A31211TWF/Edward 8 1289891 塊，30的材料可以是鋁、銅或是其他的合金金屬，但不可 以是錫鉛銲锡（SnPb s〇lder)。在其他的實施例中 ，凸塊焊墊 30可此含有鉛。切割道18是介於切割封閉線16的兩個外 緣32之間的晶圓部分。請注意的是，儘管在第2圖中所顯 不的切剎封閉線16是僅僅有最上面的一金屬層，在其他實 施例中的封環視可以許多的内連接結構，譬如說連接穿孔 ，（via)等。第2圖中的剖面圖20顯示了接觸墊(也就是凸塊 墊）30與切吾彳封閉線16都在一護層（passivati〇n iayer)34 中。護層34的表面相當粗糙，譬如說，可能具有階梯般的 落差38。請注意，第2圖中的落差38,為了顯示上的方便， 有被放大顯示。當然，護層的上表面36也可以是一個平整 的表面，而沒有任何明顯的落差出現，像是由化學機械研 磨（chemical mechanic polishing，CMP)所處理過的平整表面 就是一個例子。 第2圖中的晶圓12剖面圖20具有一個淡摻雜的單晶 φ 矽基底22。在其他實施例中，晶圓基底可能是鍺 (germanium，Ge)、發鍺(silicon germanium，SiGe)、絕緣物 上覆矽（silicon on insulator，SOI)、或是砷化鎵（gallium • arsenide，GaAs)等等。 第3圖顯示依據第一實施例的第一步驟。第3圖為第 1獨中，虛線圓圈42中的晶圓12部分的放大上視圖。晶 圓12可以用一高能能源來融化、蒸發而切除，而這樣高能 能源可以是單束的雷射光束、或是雙束的雷射光束(如第3 圖所示）、或是其他可能的種類。第3圖的實施例是使用雙 0503-A3121 lTWF/Edward 1289891 束的雷射光束。上視圖42顯示了晶圓12上面的一部份料 被兩束由一半導體雷射所激發的一調Q固態源雷射光束牝 所切除。第3圖中的雷射光束46是一連串靠的报近的圓圈 圈，用來顯示兩雷射光束46在切割道18中的行進方向， 如同箭頭48所示。每一雷射光束46可以具有脈衝震盪格 式（pulse oscillation formation)，其雷射波長可以大約為 ' 1064, 532, 355奈米（nanometer)，其能量可以大約為〇·5瓦 • 到25瓦，其雷射光束大小50可以大約是10微米到3〇微 米。被切除的晶圓12之部分44也可以用其他不是使用錯 片的切除方式切除。譬如說，這樣的切除步驟可以用其他 種類的雷射、惰性氣體（inert gas)、水(water)、離子束（i〇n beam)、或是電子束(electron beam)等方式來執行。切割道 18的寬度 ^scribe 大概介於10微米到300微米之間。雷射 光束46之切割行進速度（feed speed)可以至少大約是每秒 100微米。在其他的實施例中，可以用單束的雷射光束， ⑩ 然後沿著切割道走兩次，來得到兩條切除的溝槽。然而， 兩束雷射光束的切除，對於實施例而言，並非絕對必要的。 如果說，晶圓的厚度相當的薄（小到25-50微米），那就可能 ‘ 只要使用單束的雷射光束來切除，而不必用到之後使用鋸 片來進行切割了。在其他實施例中，當晶圓的厚度足夠薄， 可能只要在切割道18上進行一次或是兩次的雷射切除，而 不需要使用鋸片來進行切割。 依據第一實施例的第一步驟，第4圖為晶圓12沿著第 3圖中之線4-4的剖面圖52。第4圖顯示經過切除過程後， 0503-A31211 TWF/Edward 10 1289891 兩個被切除所產生的溝槽（或是凹槽）54。每一個雷射切除 後溝槽54的深度，從晶圓的上表面36算起，大約是15微 米左右。溝槽54大致上是平行的切入晶圓基底22。 每一個雷射切除後溝槽54都具有一個最靠近1C晶片 14的切割邊緣(cutting edge)58。至少這樣的切割邊緣58的 一部份有切開低介電常數層26。從切割邊緣58到晶圓12 上1C晶片14之切割封閉線16的距離知可以大約是5微 米到15微米之間。在其他實施例中，距離59可以大約是 1微米（micrometer)到20微米之間。距離59 —般是取決於 切割道18的寬度跟鋸片的寬度，但是，也必須大到足夠提 供一些因應製程參數的不對準情形下所需要的缓衝區。 需要注意的，第4圖中兩個雷射切除後溝槽54被晶圓 12上的一部份60所分隔。這部份60具有IMD層24的一 部份與基底22的一部分。在一第二實施例中，這兩個雷射 切除後溝槽54可以直接跟另一個緊緊黏著，如同第5圖中 所示。在一第三實施例中，可能只有使用單一雷射光束， 走切割道兩次，而部分60依然存在。部分60是否在雷射 切除之後產生，除了其他因素之外，取決於雷射光束46跟 另一個雷射光束46之間的距離以及雷射光束的面積大小。 第6圖顯示第一實施例中，在雷射切除處理之後的一 後續步驟所產生的晶圓剖面圖52。可以用一鑛片（未顯示） 來對於切割道18與兩個雷射切除後溝槽54之間的部分， 進行一次或是多次的切割。這樣用雜片的切割步驟之切割 速度(feeding speed)大約是每秒50毫米到每秒100毫米之 0503-A3121 lTWF/Edward 11 1289891 間。鋸片可以是任何適用於切割半導體晶圓的葉片，像是 具有鑽石端之鋸片。 如同第6圖所示，鋸片所產生的切割寬度Wsaw在晶圓 基底22上產生了兩個邊緣64。介於兩個雷射切除後溝槽 54之切割邊緣58之間的寬度Wtrenches最好比切割寬度Wsaw 來的大。在其他實施例中，如果只有使用單一雷射光束， 雷射切除後溝槽的兩個切割邊緣之間的寬度 ^trenches 最好 還是比切割寬度Wsaw來的大。因為寬度wtrenches比起切割 寬度Wsaw大，所以，每一個1C晶片14的每一邊將會具有 多個邊緣，像是在邊66上的邊緣58、64。 請參閱第1圖，這樣不使用鋸片的移除步驟跟使用鋸 片的切割步驟可以在晶圓12上的切割道18上，反覆進行 任何次數，直到把晶圓12上的1C晶片14完全的切割下來 為止。 第7圖顯示一 1C晶片70的上視圖68。1C晶片70是 用本發明的第一實施例的方法從一晶圓12上所切割下來 的。1C晶片70的每一邊66至少具有兩個邊緣58與64， 如同圖上所示。第7圖中虛線長方形74所圍繞的1C晶片 70之部分放大顯示於第8圖中。第8圖中的水平距離71， 就是介於溝槽邊緣58到鋸片切割邊緣64之間的距離，可 以說是大概是Wtrenches_Wsaw的一半。這樣的水平距離71可 以是大約1微米到30微米之間。使用本發明的方法所產生 的邊緣58，其深度可以大於等於15微米，最好可以大於 100微米。邊緣58為一條虛線，用以表示雷射光束所打出 0503-A31211TWF/Edward 12 1289891 來的凹槽之邊邊一起相聯接起來的虛擬直線。 第8圖也顯示了形成在1C晶片70的邊66之一些圓圓 的部分。這些圓圓的部分76是形成在IC晶片7〇的邊％ 上，位於溝槽邊緣58到鋸片切割邊緣64之間的凹槽。這 些凹槽76是在雷射光束切除步驟時，形成在晶圓基底12 的上部分44(請參照第4圖）。這些凹槽76可以以連續相連 '的方式出現，或是不相連的方式出現，或是混合相連不相 連的方式出現。貫際上，雷射光束所打出來的邊緣應該是 像凹槽76 —般有尖尖波浪狀的線，而邊緣％為一虛擬的 直線’表示凹槽76的最外面相連接的部份，如圖所示。 依據第一實施例，1C晶片70在切割完之後，封裝之 箣’表好經歷紫外光的曝射(ultravi〇let irradiati〇n)。在其他 實施例中，這樣紫外光的曝射可能可以省略。 依據第一實施例，1C晶片封裝成覆晶（flip chip)的架 構。第9圖顯示覆晶封裝的一剖面圖84。第9圖顯示了 1C φ 晶片70的接觸墊30跟一覆晶基底78的接觸墊79，透過 了錫鉛凸塊(solder bump)80，形成了電性連接。一個填充 材料82圍繞著錫鉛凸塊8〇,且大致填滿了介於1C晶片70 ， 跟覆晶基底78之間的空隙。填充材料82可以是具有環氧 - 基的樹脂（ePoxy)材料。1C晶片70的接觸墊30以及錫鉛凸 塊80其中具有的鉛濃度少於5%。然而，接觸墊30以及錫 鉛凸塊80也可以使用具有鉛濃度至少高於80%的高鉛材 料。凸塊墊30的材料可以是鋁、銅或是其他的合金金屬， 但不可以是錫鉛銲錫（SnPb s〇ider)。在其他實施例中，凸塊 0503-A31211 TWF/Edward 13 1289891 下金屠層（under bump metallurgy，UBΜ)也可以實施用來像 第9圖中一般，電性地連接1C晶片跟封裝基底。 整個的半導體1C晶片70的厚度86，如果是從12吋 晶圓12切割下來的話，最好是大約31 mil。1C晶片也可能 用實施例中的方法所切割下來，但是具有不同的尺寸與厚 - 度。譬如說，8吋晶圓也可以運用實施例中的切割方法， - 其厚度大約是29 mil。請參考第9圖，從封裝基底78的底

部到1C晶片之接觸墊的所在位置的厚度88大約是1.1 mm I 到1.3 mm之間，而封裝基底78的厚度應該是大約1 mm 到1.2 mm之間。 本發明的實施例可以達成許多的好處。雷射切除，跟 鋸片切割相較之下，對於低介電常數層的結構上之整體性 而言，會導致相當少的損害。能在切割的過程中，維持低 介電常數層的結構上之整體性，就可以防止在後續的製造 過程或是測試過程中，所產生的破裂、剝離、切擠、脫層、 I 或是龜裂，不論是使用有鉛封裝製程或是無鉛的封裝製 程。因此，本發明的實施例可以提高半導體晶片的良率， 尤其是使用低介電常數材料與無鉛封裝材料的半導體晶 片。 本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明’任何熟習此項技藝者’在不脫離本發明之精神和 範圍内，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 0503-A3121 lTWF/Edward 14 1289891 【圖式簡單說明】 第1圖為依據本發明的第一實施例的一晶圓之上視 圖。 第2圖顯示在第1圖中晶圓沿著線2-2的剖面圖。 第3圖為第1圖中，虛線圓圈42中的晶圓部分的放大 - 上視圖。 ” 第4圖為晶圓沿著第3圖中之線4-4的剖面圖。 第5圖顯示兩個雷射切除後溝槽直接跟另一個緊緊黏 •著。 第6圖顯示在雷射切除處理之後的一後續步驟所產生 的晶圓剖面圖。 第7圖顯示一 1C晶片的上視圖。 第8圖顯示第7圖中虛線長方形74所圍繞的1C晶片 之部分放大圖。 第9圖顯示了 1C晶片的接觸墊跟一覆晶基底的接觸 墊，透過了錫鉛凸塊，形成了電性連接。 晶圓12 ; 封環16 ; 剖面圖20 ; IMD 層 24 ; 導線28 ; 外緣32 ; 上表面36 ; 【主要元件符號說明】 上視圖10 ; 1C晶片14 ; 切割道18 ; 基底22 ; 低介電常數層26 ; 凸塊墊30 ; 護層34 ; 0503-A3121 lTWF/Edward 15 1289891 落差38 ; 上視圖42 ; 上部份44 ; 雷射光束46 ; 前頭48， 雷射光束大小50 ; 剖面圖52 ; 溝槽54 ; 切割邊緣5 8 ; 距離59 ; 部份60 ; 切割邊緣64 ; 邊66 ; 上視圖68 ; 1C晶片70 ; 水平距離71 ; 虛線長方形74 ; 凹槽76 ; 覆晶基底7 8 ; 接觸墊79 ; 錫鉛凸塊80 ; 填充材料82; 剖面圖84 ; 厚度86; 厚度88。 0503-A3121 ITWF/Edward 16

Claims (1)

1. 日期：96.6.22 1289891 第95100418號申請專利範圍修正本 十、申請專利範圍： 1. 一種從一晶圓上切割一積體電路晶片的方法，包含 有： 提供上面具有數個晶片以及數個切割線的該晶圓，其 中，該等切割線具有至少一低介電常數層於其上； - 於該等切割線上實施一切割製程，至少包含有具有一 . 高能能源之一切割步驟，該高能能源包含有雷射；以及 使用數個大致無錯（lead-free)的錫錯凸塊（Solder # Bump)，貼附並電性連接該積體電路至一封裝基底（package substrate) 〇 2. 如申請專利範圍第1項所述之從一晶圓上切割一積 體電路晶片的方法，其中，該切割製程另包含有至少實施 用一鑛片（saw blade)的一切割步驟。 3. 如申請專利範圍第1項所述之從一晶圓上切割一積 體電路晶片的方法，其中，該等大致無鉛的錫鉛凸塊其中 的鉛濃度少於5%。 • 4.如申請專利範圍第1項所述之從一晶圓上切割一積 體電路晶片的方法，其中，該低介電常數層的介電常數小 於 3.3。 5. 如申請專利範圍第4項所述之從一晶圓上切割一積 體電路晶片的方法，其中，該低介電常數層具有一含碳的 材料。 6. 如申請專利範圍第1項所述之從一晶圓上切割一積 體電路晶片的方法，其中，介於該晶片的一切割邊緣 0503-A3121 lTWFl/Edward 17 1289891 修正日期：96.6.22 第95100418號申請專利範圍修正本 (cutting edge)到該晶片的一封環(seal ring)之間的距離大約 是1微米（micrometer)到20微米之間。 7·如申請專利範圍第1項所述之從一晶圓上切割一積 體電路晶片的方法，其中，該雷射係由一半導體雷射所激 發的一調Q固態源所產生，並具有脈衝震盪格式（pulse - oscillation formation)，其雷射波長大約為355奈米 (nanometer)，其能量大約為〇·5瓦到5瓦，其雷射光束大 小大約是15微米到30微米。 參 8·如申請專利範圍第1項所述之從一晶圓上切割一積 體電路晶片的方法，其中，具有該高能能源的該切割步驟 之切割行進速度(feed speed)大約是至少每秒1〇〇微米。 9·如申請專利範圍第2項所述之從一晶圓上切割一積 體電路晶片的方法，其中，具有用該鋸片（saw blade)的該 切割步驟之切割行進速度大約是每秒1微米到每秒1〇〇微 米0 10· —種從一晶圓上切割一積體電路晶片的方法，包 • 含有： 提供上面具有數個晶片以及數個切割線的該晶圓，其 中，該等切割線具有至少一低介電常數層於其上； 於該等切割線上實施一切割製程，至少包含有一切割 步驟’在不使用錐片之下，切除該低介電常數層的至少一 部份’其中’介於該晶片的一切割邊緣(cutting edge)到該 晶片的一封環（seal ring)之間的距離大約是1微米 (micrometer)到20微米之間；以及 0503-A3121 lTWFl/Edward 18 1289891 第95100418號申請專利範圍修正本 修正日期：96.6.22 使用數個錫錯凸塊(solder bump)，貼附並電性連接該 積體電路至一封裝基底（package substrate); 其中，該等錫鉛凸塊其中的鉛濃度少於5%。 11·如申請專利範圍第10項所述之從一晶圓上切割一 積體電路晶片的方法，其中，沒有使用鋸片的該切割步驟 • 係使用一高能能源，該高能能源包含有雷射。 • 12·如申請專利範圍第1〇項所述之從一晶圓上切割一 積體電路晶片的方法，另包含有用一鑛片（saw blade)的一 • 切割步驟。 13·如申請專利範圍第1〇項所述之從一晶圓上切割一 積體電路晶片的方法，其中，該低介電常數層的介電常數 小於3.3。 14·如申請專利範圍第13項所述之從一晶圓上切割一 積體電路晶片的方法，其中，該低介電常數層具有一含碳 的材料。 15·如申請專利範圍第10項所述之從一晶圓上切割一 • 積體電路晶片的方法，其中，介於該晶片的該切割邊緣 (cutting edge)到該晶片的該封環(seal ring)之間的該距離大 約是5微米（micrometer)到15微米之間。 0503-A3121 lTWFl/Edward 19