半導體晶片、半導體器件及其製造方法
2023-07-20 16:28:26
專利名稱：半導體晶片、半導體器件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體晶片、半導體器件及其製造方法。本發明特別涉及半導體晶片的切割部分的結構、用於晶片分割的切割方法和半導體器件的邊緣部分的結構。
像絕緣柵場效應電晶體(下文稱為MOS電晶體)等的半導體元件的結構微型化仍在快速發展。在微型化方面，目前正在研究採用尺寸大約為0.1μm至0.2μm的半導體元件，利用這些尺寸作為設計原則，含有16Gb級的DRAM、超高速邏輯或二者兼有的ULSI半導體器件正處於研製和發展中。
為了半導體器件的高度集成、高速度、高性能和其它的多種功能，用於安裝半導體器件的高密度半導體晶片安裝技術，與用於製造半導體器件的精加工技術一起扮演著重要的角色。特別是近些年，為了用於可攜式設備，利用多晶片封裝(MCP)技術(在一個封裝中含有兩個或更多個晶片)、晶片規格封裝(chip scale package)技術等安裝半導體晶片以及半導體集成電路(IC)微型化已經是很重要的了。
發展上述高密度安裝技術，需要在含有半導體器件的半導體晶片上利用樹脂膜形成保護絕緣膜。因此，目前在上述半導體晶片上形成了光敏樹脂膜如聚醯亞胺樹脂膜。
此外，在切割半導體晶片以分離半導體晶片的工藝中，認為這種樹脂膜在防止半導體晶片表面上的缺陷(碎裂)方面起著重要的作用。
據此，形成了上述用於保護半導體晶片的樹脂膜，使其覆蓋半導體晶片的切割部分(切割通道)的整個表面，沿著這個切割通道，用金剛石切刀來切割半導體晶片。例如，在日本未審專利申請第一次公開No.62-063446和日本未審專利申請第一次公開No.62-112348中描述了該技術。
下面是傳統技術的說明，參考圖8，圖8是半導體晶片的局部平面圖。這裡，示出了四個晶片的邊緣部分。此外，為了清楚，在覆蓋半導體晶片的樹脂膜上畫出了斜紋線。
如圖8所示，半導體元件區(半導體晶片)102、102a、102b和102c形成在半導體晶片101上。這裡，在每個半導體元件區的邊緣部分上形成了焊盤103。除了設在焊盤103上的開口104之外，在整個表面上形成了樹脂膜105。這裡，在半導體元件區102、102a、102b和102c之間以預定的寬度形成為晶片分割而提供的切割通道(即邊界區106)，形成的樹脂膜覆蓋該切割通道109的整個表面。
在切割半導體晶片以形成半導體晶片的情況下，沿圖8中虛線所示的分割線107，用金剛石切刀切割半導體晶片。這裡，將金剛石切刀在覆蓋切割通道106的樹脂膜頂部切割，透過該樹脂膜來切割上述半導體晶片。
然而，已知上述傳統技術存在下列問題。如果在切割通道上形成了樹脂膜105，必然會減小在半導體晶片切割工藝中的碎裂。然而，在半導體晶片被切割後，本發明人對半導體晶片進行了仔細的檢查，發現在半導體晶片的背面很容易出現大量的碎裂。
一般，在完成半導體器件製造工藝的前一半(擴散工藝)之後，將半導體晶片的背面研磨到300μm的厚度之下。經過上述處理後，切割半導體晶片。具有高性能或多功能的半導體集成電路(IC)的半導體晶片在研磨後具有更小的厚度。結果，當製造上述前沿半導體集成電路(IC)時，經過上述切割後，在半導體晶片的安裝工藝(後半部分製造工藝)、例如管芯鍵合工藝中，半導體晶片背面上的碎裂容易引起如與夾具接觸不良的問題。這種問題在上述MCP的安裝中尤為嚴重。
因此，為了解決傳統技術的上述問題，如圖9(a)所示，提出了一種方法，在半導體元件區102、102a、102b和102c中形成樹脂膜105a，但去掉切割通道106上的樹脂膜。然後沿著分割線107切割半導體晶片，形成半導體晶片。
然而，在這種情況下，如圖9(b)所示，當安裝通過切割半導體晶片形成的半導體晶片時，在焊絲的連接方面出現了大問題。下面描述圖9(b)所示的半導體晶片108的剖面結構在形成了半導體元件的半導體襯底109上形成了無機絕緣膜110，在其上面形成了焊盤103，在頂部形成了具有開口104的樹脂膜105a。在帶狀襯底或安裝在襯底上的針腳(stitch)111與焊盤103之間連接焊絲112。然而，該焊絲很容易彎曲，成為變形的焊絲113，這種變形的焊絲會使其與半導體晶片108的邊緣接觸。這裡，在圖9(a)所描述的方法中，由於半導體襯底109的表面在切割通道106處被暴露，焊絲112引起與半導體襯底109的短路，這種短路阻礙了半導體器件的工作。也就是說，很容易出現焊絲的邊緣接觸，可能頻繁地製造出有缺陷的半導體集成電路(IC)。
本發明的目的是防止在半導體晶片切割過程中，在半導體晶片背面上出現的碎裂。本發明的另一個目的是使其能夠容易地防止上述邊緣接觸。
因此，本發明的半導體晶片具有多個半導體晶片和為晶片分割而設置的邊界區，其中在與每個晶片的焊盤匹配的邊界區的部分上形成了樹脂膜圖形。也可以是，本發明的半導體晶片具有多個半導體晶片和為晶片分割而設置的邊界區，其中在邊界區的周圍以預定的寬度形成了樹脂膜圖形。
此外，在本發明的半導體器件製造方法中，在半導體晶片上為晶片分割而設置的邊界區的周圍塗覆樹脂膜，然後沿著邊界區的中心部分切割該半導體晶片。這裡邊界區周圍的寬度大於10μm。
此外，在本發明的半導體器件中，其中在半導體襯底上形成了半導體元件，在為晶片分割而設置的邊界區的部分上形成了與每個晶片的焊盤相匹配的樹脂膜圖形。也可以是，在半導體襯底上形成有半導體元件的半導體器件中，在為晶片分割而設置的邊界區的周圍以預定寬度形成了樹脂膜圖形。
樹脂膜圖形的寬度設定為大於10μm。也可以將樹脂膜圖形的厚度設定為大於或等於0.1μm。
在本發明中，在為半導體晶片的分割而設置的邊界區的周圍形成了樹脂膜。因此，當切割半導體晶片時，所形成的半導體晶片的背面上的碎裂被顯著減小。此外，在安裝通過切割半導體晶片而形成的半導體晶片時，當連接焊絲時，根本不會出現上述邊緣接觸問題。通過這種方式，顯著提高了半導體晶片安裝工序的成品率。
圖1是說明本發明第一實施例的半導體晶片的平面圖；圖2A和2B是半導體晶片切割後的截面圖，說明本發明的效果；圖3A是半導體晶片的平面圖，說明本發明的第二實施例；圖3B是說明半導體晶片安裝的剖視圖；圖4是說明本發明第二實施例的另一個半導體晶片的平面圖；圖5是說明本發明第二實施例的另一個半導體晶片的平面圖；圖6是說明本發明第二實施例的另一個半導體晶片的平面圖；圖7是MCP的剖視示意圖，其中安裝了半導體晶片；圖8是說明傳統技術的半導體晶片平面圖；以及圖9A和9B是說明傳統技術的半導體晶片平面圖和說明半導體晶片安裝的剖視圖。
下面是基於圖1和圖2的關於第一實施例的描述。圖1是半導體晶片的局部平面圖。這裡，與圖8的說明類似，示出了四個晶片的邊緣部分。此外，為了清楚，在覆蓋半導體晶片的樹脂膜上畫出了陰影線。
如圖1所示，在半導體晶片1上形成了作為半導體晶片的半導體元件區2、2a、2b和2c。在每個半導體元件區的邊緣形成了焊盤3。以樹脂膜圖形存在的樹脂膜5、5a、5b和5c分別覆蓋半導體元件區2、2a、2b和2c，但避免覆蓋設在每個焊盤3上的開口4和連接通道6的中央區域，該連接通道是為晶片分離而提供的邊界區域。這裡，控制每個樹脂膜從半導體元件區延伸到連接通道6區的量也就是圖1所示覆蓋量d是很重要的。這一點在下面將要描述。這裡樹脂膜5、5a、5b和5c包括光敏樹脂例如聚醯亞胺樹脂等。
當切割上述半導體晶片，以形成半導體晶片時，是沿著圖1中的虛線所示的切割線7，用金剛石切刀來切割的。這裡，將金剛石切刀施加在半導體晶片1的暴露的半導體襯底上，不像傳統的技術那樣接觸樹脂膜。在傳統技術中，像聚醯亞胺等的樹脂膜粘到金剛石切刀上，降低了切割效率。因此，在切割時需要給刀片施加大功率。然而，在本發明中，沒有出現像上面提到的粘樹脂，因而在切割時降低了刀片施加到半導體襯底上的力。結果，如下面所提到的，本發明減小了碎裂量。
參考圖2和表1，下面是本實施例的效果說明。這裡，圖2(a)是本發明的情況，圖2(b)是圖8所描述的傳統技術的情況。
如圖2(a)所示，在本發明中，通過切割形成了半導體晶片8和8a。這裡，在圖2(a)中虛線所示的半導體襯底9和9a上形成了無機絕緣膜10，並且分別在頂部上形成了樹脂膜5和5a。上述切割引起在半導體晶片8和8a的表面側的邊緣出現碎裂11和11a，在相反側出現背面的碎裂12和12a。
類似地，如圖2(b)所示，在傳統方法中，通過切割形成半導體晶片108和108a。這裡，穿過圖2(b)中虛線所示的樹脂膜105的區域，切割半導體晶片101。在半導體襯底109和109a上形成了無機絕緣膜110，在頂部形成了樹脂膜105並切割該絕緣膜。上述切割引起在半導體晶片108和108a的表面側邊緣出現表面碎裂，在相反側上出現背面的碎裂115和115a。
通過表1描述了這種碎裂的程度。如表1所示，在本發明的情況下，大大減小了背面碎裂12和12a的長度，該長度小於或等於在傳統方法中背面碎裂115和115a長度的十分之一。這裡，碎裂的長度是碎裂從半導體晶片的邊緣延伸到半導體元件區內側的長度。
表1
更詳細地說，在本發明的情況下，如圖1所示，半導體晶片表面上的碎裂長度為5-10μm。此外，在傳統方法中，半導體晶片表面上的碎裂長度為5-10μm，與本發明相同。這就是說，在本發明中，從半導體元件區的邊緣到切割通道6區，樹脂膜5、5a、5b和5c的覆蓋量d最好大於10μm。這是因為表面碎裂11和11a的長度如上所述為10μm或更小。如果覆蓋量超過d超過這個值，那麼表面碎裂不會到達半導體元件區，因此對半導體元件沒有任何影響。
另一方面，在背面上，在本發明的情況下，背面的碎裂長度為15μm或更小。而在傳統方法的情況下，背面碎裂的長度達到150μm至200μm。
當製造上述前沿半導體集成電路(IC)時，在半導體晶片安裝工藝中的管芯鍵合過程中，這種背面碎裂的減小顯著降低了與夾具的不良接觸。
下面基於圖3至圖6描述本發明的第二實施例。在該第二實施例中，描述了容易地避免上述半導體晶片的邊緣接觸問題的方法。圖3(a)和圖4至圖6是半導體晶片的局部平面圖。這裡，為了簡便，示出了兩個晶片的邊緣部分。此外，為了清楚，在覆蓋半導體晶片的樹脂膜上畫出了陰影線。圖3(b)是圖3(a)中的半導體晶片經切割後得到半導體晶片的截面圖，該半導體晶片通過焊絲與安裝夾具連接。這裡，與第一實施例相同的部分用相同的標號來表示。
如圖3(a)所示，在半導體晶片1上形成了半導體元件區2和2a。在每個半導體元件區的邊緣部分上形成了焊盤3。樹脂膜13和13a分別覆蓋半導體元件區2和2a，但是要避免覆蓋設在每個焊盤3上的開口4。
在切割通道6區中形成了邊緣接觸防護膜，也就是樹脂膜圖形，每個都對應於上述焊盤3。這裡，上述樹脂膜13、13a和邊緣接觸防護膜14包括光敏聚醯亞胺樹脂膜。
在切割上述半導體晶片，形成半導體晶片的情況下，沿著圖3(a)中虛線所示的分割線7，用金剛石切刀來切割。這裡，金剛石切刀施加在半導體晶片1的暴露的半導體襯底，金剛石切刀不像傳統技術那樣接觸樹脂膜。因此，就像在第一實施例中所提到的，減小了半導體晶片的碎裂量。
在圖3(b)所示的第二實施例的情況下，在安裝通過切割上述半導體晶片而形成的半導體晶片中連接焊絲時，根本不會出現邊緣接觸問題。這一點將參考圖3(b)來說明。
下面描述圖3(b)所示的半導體晶片8的輪廓在形成了半導體元件的半導體襯底9上形成了無機絕緣膜10，在其上部形成了焊盤3，在頂部形成了具有開口4的樹脂膜13。在與安裝夾具的外端連接的針腳15和焊盤3之間連接焊絲16。這裡，如在傳統技術中所描述的，焊絲16可很容易地彎曲，成為變形的線17，這會使焊絲與半導體晶片108的邊緣接觸。
然而，在本發明中，如圖3(a)和圖3(b)所示，邊緣接觸防護膜14形成在切割通道6區的部分中，面對焊盤3。這裡，如圖3(b)所示，形成邊緣接觸防護膜14，使其與樹脂膜13成為一個整體。既然邊緣接觸防護膜14使變形的焊絲17和半導體襯底隔離開，絕不會出現上述傳統技術的情況下提到的短路現象，因而不會出現有缺陷的半導體集成電路(IC)產品。這種邊緣接觸防護膜14的厚度可以是0.1μm或更大。
在第二實施例中，圖3(a)所示的邊緣接觸防護膜14的圖形形狀可以有幾種變化。該樹脂膜圖形的形狀將參考圖4-6來描述。下面關於圖形的說明主要集中在邊緣防護膜。注意沒有描述的部分與圖3(a)所描述的一樣。
如圖4所示，形成半導體元件區2和2a，在各半導體元件區的邊緣部分形成焊盤3。樹脂膜13和13a分別覆蓋半導體元件區2和2a，但避免覆蓋設在焊盤3上的開口4。
在半導體元件區2的所有的焊盤3的旁邊，在切割通道6區中形成一個邊緣接觸防護膜18。此外，在半導體元件區2a的焊盤3的旁邊形成邊緣防護膜19和20。
在圖5中，在半導體元件區2和2a的焊盤旁邊，在切割通道6區中形成了邊緣防護膜21、22、21a和22a。
如圖6所示，在半導體元件區2和2a的焊盤旁邊，在切割通道6區中，形成了邊緣接觸防護膜23和24。
在切割上述半導體晶片形成半導體晶片的情況下，是沿著圖6中虛線所示的分割線用金剛石切刀來切割的。這裡，金剛石切刀也接觸邊緣防護膜23和24，並切割這些區。然而，在這種情況下，有些區沒有被邊緣接觸防護膜覆蓋。既然金剛石切刀接觸上述沒有被邊緣防護膜覆蓋的區中的半導體襯底表面，在這些區中，金剛石切刀被刷乾淨。結果，即使樹脂膜粘到切刀上，也被移去了。在這種情況下，背面碎裂的出現也少於在傳統技術的情況下出現的碎裂。
在第二實施例中描述的方法對MCP安裝技術很有效果。上述MCP安裝情況的例子將參考圖7來說明。如圖7所示，在襯底上形成第一布線層32，並連接到外封裝端子31。通過第一熱壓鍵合片33使第一半導體晶片34形成與襯底的連接。該第一半導體晶片34的焊盤通過第一焊絲即焊絲35與第一布線層32電連接。
此外，通過第二熱壓鍵合片36將第二半導體晶片37連接到第一半導體晶片34上。然後，通過第二焊絲即焊絲38將第二半導體晶片37的焊盤與第二布線層39電連接。這裡，例如，在第一半導體晶片34上形成了SRAM，然後在第二半導體晶片37上形成了閃速存儲器。以這種方式，就構成了具有新功能的半導體集成電路(IC)。
在這種MCP中，具有長的焊絲。在圖7所示的情況下，用於連接第二半導體晶片37的第二焊絲38比正常的焊絲更長。因此，如上所述該焊絲很容易彎曲，很可能出現變形的焊絲與第二半導體晶片37的邊緣接觸。也會出現與第一半導體晶片34的邊緣接觸。
這裡，如果用本發明的方法製造這些半導體晶片，特別是第二半導體晶片37，由於上述邊緣接觸防護膜，不會出現第一焊絲38和第二半導體晶片37之間的短路現象。
在本發明中，在為半導體晶片的晶片分割而設置的邊界區的周圍形成了樹脂膜。然後，沿著邊界區的中心部分切割半導體晶片。結果，顯著減少了由切割而引起的半導體晶片的背面上的碎裂。
此外，在具有半導體元件的半導體器件中，其中該半導體元件形成在半導體襯底上，在為晶片分割而提供的邊界區的部分中形成了樹脂膜圖形，該圖形與每個晶片的焊盤相匹配。也可以沿著邊界區以預定的寬度形成樹脂膜圖形。結果，在安裝通過切割半導體晶片而形成的半導體晶片時，當連接焊絲時，根本不會出現邊緣接觸問題，即半導體襯底和上述焊絲接觸的問題。
以這種方式，顯著提高了半導體晶片安裝工序的成品率。本發明有助於高密度封裝的半導體器件的超高集成化和高密度化。
權利要求
1.一種半導體晶片，包括多個半導體晶片和為晶片分割而設置的邊界區，其特徵在於，在所述邊界區與每個晶片的焊盤相匹配的部分上形成樹脂膜圖形。
2.一種半導體晶片，包括多個半導體晶片和為晶片分割而設置的邊界區，其特徵在於，在所述邊界區的周圍以預定的寬度形成樹脂膜圖形。
3.根據權利要求2的半導體晶片，其特徵在於，所述樹脂膜圖形的寬度設定為大於10μm。
4.一種半導體器件的製造方法，其特徵在於，在半導體晶片上為晶片分割而設置的邊界區周圍塗覆樹脂膜，沿著所述邊界區的中心部分切割半導體晶片。
5.根據權利要求4的半導體器件的製造方法，其特徵在於，所述邊界區周圍的寬度大於10μm。
6.一種在半導體襯底上形成有半導體元件的半導體器件，其特徵在於，在為晶片分割而設置的邊界區的部分上形成了與每個晶片的焊盤相匹配的樹脂膜圖形。
7.一種在半導體襯底上形成有半導體元件的半導體器件，其特徵在於，在為晶片分割而設置的邊界區的周圍以預定的寬度形成了樹脂膜。
8.根據權利要求7的半導體器件，其特徵在於，所述樹脂膜圖形的寬度設定為大於10μm。
9.根據權利要求6的半導體器件，其特徵在於，所述樹脂膜圖形的厚度設定為大於或等於0.1μm。
全文摘要
本發明的目的在於當切割半導體晶片時,可容易地防止半導體背面上的碎裂,能夠容易地防止焊絲的邊緣接觸。在為半導體晶片(8)的晶片分割而設置的邊界區(對應於6)周圍形成樹脂膜(14)。然後,沿著邊界區的中心部分(對應於7)切割半導體晶片。此外,在半導體襯底上形成有半導體元件的半導體器件中,在為了晶片分割而設置的邊界區的部分上形成了與每個晶片的焊盤(3)匹配的樹脂膜(14)。也可以是,在上述邊界區周圍以預定寬度形成了樹脂膜(14)。還可以是,在安裝半導體晶片中連接焊絲(16)時,其設置使得半導體襯底(9)和上述焊絲不接觸。
文檔編號H01L23/31GK1336687SQ01123809
公開日2002年2月20日 申請日期2001年7月30日 優先權日2000年7月31日
發明者宮川優一 申請人:日本電氣株式會社