半導體晶片切片方法
2023-07-24 08:32:51 3
半導體晶片切片方法
【專利摘要】本發明涉及一種製造半導體裝置的方法，包括提供具有正面和背面並且其上製造有集成電路的陣列的半導體晶片。所述集成電路具有在晶片的正面上的有源面。從背面沿著在集成電路之間的鋸道機械地切割溝槽，部分地切過晶片。接著通過如下來將集成電路單顆化：在正面沿著鋸道並在鋸道內掃描雷射束，其從正面將晶片劃片；以及燃後，通過沿著鋸道機械地使晶片裂開。
【專利說明】半導體晶片切片方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路，更具體地，涉及對半導體晶片進行切片(dicing)的方法。
【背景技術】
[0002]製造半導體裝置包括在半導體晶片中製備集成電路的陣列。晶片通常由單晶半導體材料(例如，矽)或化合物半導體材料形成。通過例如沉積金屬、多晶半導體和其它材料，外延生長，蝕刻，圖案化，摻雜和氧化等步驟在晶片中以及晶片上形成電路中的有源和無源元件。集成電路可以包括例如電子元件和微機電系統(MEMS)。
[0003]在製備集成電路的陣列之後,將晶片切片以製造單顆化的(singulated)半導體管芯(die)。切片操作包括沿著正交的鋸道(saw street)分割半導體裝置。傳統的切片技術包括通常用鋸、雷射切割和雷射劃片的機械切割。半導體管芯的尺寸不斷減小而集成在管芯中的電子電路具有相同或者更高的功能性和複雜性，這意味著鋸道的寬度可能表示晶片中形成的管芯的密度的顯著降低。將期望減小鋸道的寬度，從而允許晶片上會有要多的面積用於形成電路。
[0004]簡要說明
[0005]根據本公開一個方面，提供了一種分離形成在晶片上的半導體管芯的方法，包括:提供半導體晶片，所述半導體晶片具有正面和背面並且其中製造有半導體管芯的陣列，所述半導體管芯具有在所述晶片的所述正面的有源面；從所述晶片的背面沿著在所述半導體管芯之間的鋸道機械地切割溝槽，部分地切過所述晶片；以及將所述半導體管芯單顆化，包括在所述晶片的正面上，沿著所述鋸道並在所述鋸道內掃描雷射束。
[0006]根據本公開另一方面，提供了一種製造半導體裝置的方法，包括:提供半導體晶片，所述半導體晶片具有正面和背面並且其中製造有半導體管芯的陣列，所述半導體管芯具有在所述晶片的所述正面的有源面；從所述晶片的背面沿著在所述半導體管芯之間的鋸道機械地切割溝槽，部分地切過所述晶片；將所述半導體管芯單顆化，包括在所述晶片正面上，在所述鋸道內並沿著所述鋸道掃描雷射束，其中單顆化的半導體管芯具有邊緣，並且所述溝槽在所述邊緣中在所述有源面之下形成底切，並且所述有源面具有比所述背面大的寬度；提供具有支撐表面的管芯支撐部件；以及以管芯附接材料將所述半導體管芯的所述背面附接到所述支撐表面，其中該管芯附接材料流入所述底切中並且在所述底切中形成填充物。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]下面通過示例的方式說明本發明，然而本發明並不限於附圖中示出的實施例，在附圖中相同的附圖標記表標相以的元件。附圖中的元件是出於簡單清楚的目的而示出的，並不必然按比例繪製。例如，某些垂直的尺寸相對於水平的尺寸有所誇大。
[0008]圖1是已封裝的半導體裝置的示意性截面圖，其包括使用傳統的單顆化技術製造的半導體管芯；
[0009]圖2和3是在傳統的單顆化技術的相繼的多個階段處的包含集成電路陣列的晶片的示意性截面圖；
[0010]圖4到8是以示例的方式給出的、根據本發明一個實施例的製造半導體管芯的方法的單顆化操作的相繼的多個階段處的包含集成電路陣列的晶片的示意性截面圖；以及
[0011]圖9是附圖4到8中所示的半導體管芯的製造方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]圖1示出了一種已封裝的半導體裝置100，其包括使用傳統的單顆化技術製造的半導體管芯102。半導體管芯102具有有源面104、背面106和邊緣108。半導體裝置100還包括管芯支撐構件110 (例如，引線框的導熱板(flag))，其具有接合表面112。半導體管芯102在邊緣108處具有溝槽114，位於有源面104中並圍繞有源面104。半導體槽芯102的背面106被利用管芯附接材料接合到管芯支撐構件110的接合表面112，其中管芯附接材料的填充物(fillet) 116被容納在溝槽114中。
[0013]已封裝的半導體裝置100包括一組暴露的電接觸元件118，其可以由引線框的一部分形成，該引線框還提供管芯支撐件110。半導體管芯102的有源面104具有多個電接觸元件120，其與暴露的電接觸元件118 (諸如，接合弓丨線122)電連接，這可以使用傳統弓I線接合工藝和設備進行。模製化合物124覆蓋第一表面104、填充物116和接合引線122。
[0014]如圖2中所示，製造已封裝的半導體裝置100包括在晶片200中製備半導體裝置102的陣列，它們的有源面104處在晶片200的正面，而它們的背面處在晶片200的背面。晶片200的正面承載有對準標記(未示出)，其用來使用於單顆化工藝的鋸道與晶片中半導體裝置的陣列的結構對準，該對準標記通過在製造半導體裝置陣列時使用的工序製造，並與之對準。晶片200被以半導體管芯102的背面106在背襯(backing) 202 (諸如，粘性支撐膜)上的方式安裝。
[0015]背襯202上的晶片200被安裝在圖中由第一鋸片(saw blade) 204表示的鋸中。第一鋸片204用來在晶片200的正面中進行第一切割，以在半導體管芯102的有源面104中部分地切過晶片200的厚度形成溝槽206。
[0016]第一鋸片204是沿著在相鄰的半導體管芯102之間的一組平行的鋸道和正交的一組平行的鋸道移動來形成溝槽206。第一鋸片204的移位由晶片200的第一表面104上的對準標記引導。溝槽206的寬度SI由第一鋸片204的寬度決定。每個溝槽206將在有源面104和相鄰半導體管芯102的邊緣108中形成溝槽114。
[0017]參見圖3，接著，使用第二鋸片300來將半導體管芯102單顆化。也就是，第一鋸片204被第二鋸片300取代，並使用第二鋸片300來沿著在相鄰的半導體管芯102之間的同樣的一組平行的鋸道和正交的一組平行的鋸道進行第二切割，再次由晶片200正面上的對準標記引導。第二鋸片300的寬度S2小於第一鋸片204的寬度SI。第二鋸片300從與半導體管芯102的有源面104同一側完全切穿晶片200在溝槽206中剩下的厚度，以將半導體管芯102單顆化。接著，通過管芯附接粘接劑將每一個半導體管芯102附接到管芯支撐構件110的接合表面112，管芯附接粘接劑流入到溝槽114中，形成填充物116，其背容納在溝槽114中，如圖1所示。[0018]由於鋸齒切割的定位冗餘，在晶片200正面中的鋸道具有比第一鋸片204的切口寬度SI大的寬度。實際上，以當前可用的技術，難以把鋸道的被浪費的寬度減少到40μπι以下，這代表著晶片中管芯的有源面的面積的顯著減少。
[0019]圖4到9示出了根據本發明一個實施例的半導體管芯的製造方法。該方法包括提供半導體晶片200，其具有正面400和背面402以及在其中製備的管芯(集成電路)102的陣列。管芯(集成電路)102具有在晶片正面400的有源面104。從背面402沿著管芯(集成電路)102之間的鋸道部分地切過晶片200機械地功割出溝槽604。然後，將管芯(集成電路)102單顆化，所述單顆化包括將雷射束704沿著鋸道並在鋸道內掃描到正面400上。
[0020]溝槽604減少了晶片200在鋸道內的厚度，從而使得單顆化的寬度S2和鋸道的被浪費的寬度可以顯著減小。溝槽604的寬度SI並不減少可用於管芯(集成電路)102的有源面104的面積，因為溝槽604是從晶片200的背面402切割的而且並不切穿到正面400。[0021 ] 在本發明的方法的實施方式的一個例子中，掃描雷射束704從正面400對晶片200劃片(scribe)，並且將管芯(集成電路)102單顆化包括機械地對晶片200加以負荷以使晶片沿著鋸道裂開。將管芯102單顆化包括:在切割溝槽604之後，安裝晶片200，以背面402附接到背面粘性支撐元件700。機械地對晶片200加負荷包括徑向地拉伸背面粘性支撐元件700，以向背面402施加徑向的張應力。在對晶片200的劃片操作中，由於通過溝槽604減小了晶片200的厚度，因此可以減小受雷射束影響的區域的寬度S2。
[0022]在本發明的方法的實施方式的另一個例子中，掃描雷射束704從正面400切割晶片200並將管芯(集成電路)102單顆化。再次地，由於通過溝槽604減小了晶片200的厚度，因此可以減小受雷射束影響區域的寬度S2。
[0023]在本發明的方法的實施方式的一個例子中，雷射束704在小於並且被包含在溝槽604寬度內的寬度上改變晶片200的結構。在對晶片200劃片的操作中，雷射束704產生在正面400之下的缺陷區域。雷射束704是脈衝的，並且以分別聚焦在晶片200中的各自的深度的多個掃描來掃描每個鋸道。缺陷是由在雷射束的焦點處晶片200的材料迅速熔化並且再次凝固而導致的。
[0024]在本發明的方法的實施方式的一個例子中，通過圖4到9示出的方法製造的半導體管芯具有邊緣108，且溝槽604在有源面104下方在邊緣108中形成底切。有源面104具有大於背面106的寬度，因為溝槽604是從半導體管芯102的背面106切割的。半導體管芯102的背面106被利用管芯附接材料附接到管芯支撐構件110的支撐面112。管芯時接材料流入由溝槽604形成的底切中，並且在底切中形成填充物116。填充物116被包含在該底切中，而底切並不會減少半導體管芯102的有源面104的面積。
[0025]在本發明的方法的實施方式的一個例子中，切割溝槽604包括:安裝晶片200，以正面400附接到正面支撐元件500 ；以及從背面402部分地鋸過晶片200。晶片200包括正面400上的對準標記，所述對準標記是可通過正面支撐元件500而被識別的。從背面402部分地鋸過晶片是通過正面400上的對準標記引導的。在正面400上的對準標記還可以引導隨後的雷射束704在正面400上的掃描。
[0026]圖9概述了根據本發明一個實施例的例子的半導體管芯的製造方法900的步驟。方法900從涉驟902通過提供其中製造有半導體管芯102的陣列的晶片200開始。圖4示出了該晶片200，其可以由單晶半導體材料製成(諸如，矽)或者化合物半導體材料形成。通過諸如沉積金屬、多晶半導體和其它材料，外延生長，蝕刻，圖案化，摻雜，氧化等步驟，在晶片200上或在晶片200中，形成管芯102的有源和無源元件，在很多情況下可以從晶片的正面400開始的操作來執磁步驟。管芯102可以包括構成集成電路(IC)的電子元件和微機電系統(MEMS)。同樣的製造步驟形成與半導體管芯102的結構相關地對準的對準標記(未示出)。
[0027]在步驟904中，晶片200的背面被研磨，以減小晶片的厚度。在一個例子中，晶片200在製造半導體管芯102的步驟期間是750 μ m厚，而在背面研磨操作之後是150 μ m厚。
[0028]接著，在步驟906中，安裝晶片200，其正面400被附接到正面支撐元件500，如圖5中所示。然後，如圖6中所示，位於其支撐物500上的晶片200被安裝在鋸切機中，該鋸切機中包括穿過支撐物500感測位於正面400上的對準標記的攝像裝置(camera) 602和任意卡盤。攝像裝置602使得該機器的引導模塊能夠引導晶片200的相對運動和鋸片600的旋轉。
[0029]在步驟908中，使用鋸片600來在晶片200的背面402中進行切割，以在該晶片的背面402和半導體管芯102的背面106中部分地切過晶片200的厚度形成溝槽604。該溝槽沿著鋸道的正交的組延伸。溝槽604被示出為具有矩形的截面，但應理解，溝槽604也可以具有任何合適的截面，其通常由鋸片600的截面決定。在本例子中，溝槽604的寬度為大約40 μ m。溝槽604的深度大約為晶片200的厚度的一半(背研磨之後)。
[0030]在切割溝槽604之後，將支撐物500從晶片200移開，接著在步驟910中，通過其背面402將晶片200附接到粘性的彈性支持撐物700。在步驟912中，圖7中示出的雷射器702將雷射束704掃描到正面400上，在鋸道內並沿著鋸道，由與引導切割溝槽604的同樣的對準標記引導。雷射束704是脈衝的，並且以分別聚焦在晶片200中相應深度的多個掃描來掃描晶片的正面400上的每個鋸道。雷射束704在正面400之下產生缺陷區域，其在小於並且被包括在溝槽604的寬度內的寬度上對晶片進行劃片。在本發明的實施方式的這個例子中，使用了紫外光(波長小於400nm)。在對晶片200劃片的操作中，通過溝槽604減小了晶片200的厚度，在這個例子中，雷射劃片在矽中的深度達20 μ m，並且受雷射掃描影響的區域的寬度S2可以實際減小到10 μ m以下，這減小了切片道的被浪費的寬度和在晶片中的管芯的有源面的被浪費的面積。
[0031]在步驟914中，半導體裝置102被單顆化。單顆化操作包括對晶片200的背面402機械地加負荷以使晶片沿著切片道裂開。如圖8所示，機械地對晶片200的背面402加負荷是通過如下進行的:急劇地徑向地伸展粘生支撐元件700，如箭頭800所示，來向背面402施加徑向的張應力。半導體管芯102的邊緣沿著由切片道所限定的裂開線分開，如802所
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[0032]單顆化之後，在步驟916中，為半導體管芯102提供外部連接元件。外部連接元件可以是圖1所示類型的暴露的電接觸元件118，由也提供管芯支撐件110的引線框的一部分形成。在半導體管芯102的有源面104上的電接觸元件120例如可以通過接合引線122與暴露的電接觸元件118電連接。可以將半導體管芯102包封在模製化合物124中。可以將一個或多個管芯包封在同一個封裝件內。
[0033]應了解，也可以採用其它方式來提供外部電接觸，例如球柵陣列(BGA)或平面柵格陣列(LGA)，並且可以利用或不利用再分配管芯封裝(RCP)，其中在有源管芯面上的內部電接觸元件通過用於路由信號以及電源和接地連接的再分配面板(redistributionpanel)連接到封裝件表面上暴露的焊盤(pad)。還應了解，半導體管芯也可以封裝在所述包封以外的其它封裝內，並且替代地，也可以「裸著」(bare)提供半導體管芯以整合在裝置中然後將該裝置封裝。
[0034]在前文的說明中，已經參考本發明的實施例的具體例子描述了本發明。然而，很明顯，其中可以進行各種修改和改變，而不脫離如所附權利要求所限定的本發明的寬泛的宗旨和範圍。
[0035]例如，此處描述的半導體襯底可以是任何半導體材料或材料的組合，例如砷化鎵、矽鍺、絕緣體上矽(SOI)、矽、單晶矽等以及上述的組合。
[0036]此外，說明書中和權利要求中的「正」、「背」、「頂」、「底」、「上」、「下」等術語(如果
有的話)，被用於描述的目的，並不必然描述永久性的相對位置。應理解，這樣使用的術語在某些合適的情況下是可互換的，從而此處描述的本發明的實施例例如能夠在此處示出或以其它方式描述的取向之外的其它取向上操作。
[0037]此外，本領域技術人員應理解，上述的操作之間的分界僅僅是說明性的。多個操作可以合併成一個操作，一個操作可以分布在額外的操作中，並且可以以在時間上至少部分重疊的方式執行多個操作。此外，替代的實施例可以包括特定操作的多個例子，並且在不同的其它實施例中操作的順序可以改變。
[0038]在權利要求中，「包含」或「具有」的字樣並不排除權利要求中所列的要素之外的其它要素或步驟的存在。此處所用的術語「一」(「a」或「an」)被定義為一個或多於一個。此夕卜，權利要求中的引語如「至少一個」和「一個或多個」，的使用不應被理解為暗示由「一」(不定冠詞「a」或「an」)所引述的另一個權利要求要素將包含這樣引述的權利要求的任何特定權利要求限制到僅包含一個這樣的要素的發明，即使當在同一權利要求中包含引語「一個或多個」或「至少一個」以及「一」(不定冠詞「a」或「an」)時也是如此。定冠詞的使用也是如此。除非另外說明，諸如「第一」和「第二」這樣的術語被用來任意地區分這些術語描述的要素。因此，這些術語並不必然用來表示這些要素的在時間上的或其它的優先次序。在彼此不同的權利要求中引述了某些手段並不意味著不能有利地使用這些手段的組合。
【權利要求】
1.一種分離形成在晶片上的半導體管芯的方法，包括: 提供半導體晶片，所述半導體晶片具有正面和背面並且其中製造有半導體管芯的陣列，所述半導體管芯具有在所述晶片的所述正面的有源面； 從所述晶片的背面沿著在所述半導體管芯之間的鋸道機械地切割溝槽，部分地切過所述晶片；以及 將所述半導體管芯單顆化，包括在所述晶片的正面上，沿著所述鋸道並在所述鋸道內掃描雷射束。
2.如權利要求1所述的方法，其中掃描所述雷射束，將所述晶片從所述正面劃片，並且將所述半導體管芯單顆化包括對所述晶片機械地加負荷以使所述晶片沿著所述鋸道裂開。
3.如權利要求2所述的方法，其中單顆化所述半導體管芯包括:切割所述溝槽之後安裝所述晶片，以其背面附接到背面粘性支撐元件。
4.如權利要求3所述的方法，其中機械地時所述晶片加負荷包括:徑向地拉伸所述背面粘性支撐元件以向所述背面施加徑向的張應力。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述晶片包括在所述正面上的對準標記，所述對準標記引導所述雷射束的所述掃描。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述雷射束在小於並且被包含在所述溝槽的寬度內的寬度上改變所述晶片的結構。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述雷射束是脈衝的，並以分別聚焦在所述晶片中的相應深度的多個掃描來掃描每一所述鋸道。
8.如權利要求1所述的方法，進一步包括: 對所述晶片進行背研磨以提供所述背面。
9.如權利要求1所述的方法，其中切割所述溝槽包括:安裝所述晶片，以其所述正面附接到正面支撐元件；以及從所述背面部分地鋸過所述晶片。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述晶片包括在所述正面上的對準標記，所述對準標記穿過所述正面支撐元件而被感測，並且引導所述從所述背面部分地鋸過所述晶片。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述正面上的所述對準標記引導所述雷射束的掃描。
12.一種製造半導體裝置的方法，包括: 提供半導體晶片，所述半導體晶片具有正面和背面並且其中製造有半導體管芯的陣列，所述半導體管芯具有在所述晶片的所述正面的有源面； 從所述晶片的背面沿著在所述半導體管芯之間的鋸道機械地切割溝槽，部分地切過所述晶片； 將所述半導體管芯單顆化，包括在所述晶片正面上，在所述鋸道內並沿著所述鋸道掃描雷射束，其中單顆化的半導體管芯具有邊緣，並且所述溝槽在所述邊緣中在所述有源面之下形成底切，並且所述有源面具有比所述背面大的寬度； 提供具有支撐表面的管芯支撐部件；以及 以管芯附接材料將所述半導體管芯的所述背面附接到所述支撐表面，其中該管芯附接材料流入所述底切中並且在所述底切中形成填充物。
13.如權利要求12所述的方法，其中掃描所述雷射束從所述正面將所述晶片劃片，並且單顆化所述半導體管芯包括對所述晶片機械地加負荷以使所述晶片沿著所述鋸道裂開。
14.如權利要求13所述的方法，其中單顆化所述半導體管芯包括:在切割所述溝槽之後，安裝所述晶片，以其背面附接到背面粘性支撐元件。
15.如權利要求14所述的方法，其中機械地對所述晶片加負荷包括:徑向地拉伸所述背面粘性支撐元件以向所述背面施加徑向的張應力。
16.如權利要求12所述的方法，其中所述雷射束在小於並且被包含在所述溝槽的寬度內的寬度改變所述晶片的結構。
17.如權利要求12所述的方法，其中所述雷射束是脈衝的，並且以分別聚焦在所述晶片中相應深度的多個掃描掃描每一所述鋸道。
18.如權利要求12所述的方法，進一步包括: 對所述晶片進行背研磨以提供所述背面。
19.如權利要求12所述的方法，其中切割所述溝槽包括:安裝所述晶片，以其正面附接到正面支撐元件，以及從所述背面部分地鋸過所述晶片。
【文檔編號】B28D5/02GK103568139SQ201210352749
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月18日 優先權日:2012年7月18日
【發明者】邱書楠, 貢國良, 李軍, 劉海燕 申請人:飛思卡爾半導體公司