CN1269192C - 半导体器件的制造方法和半导体器件的制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明是以提供一种能抑制芯片抗折强度降低，在组装工序和可靠性试验等中可防止半导体芯片破裂的半导体器件制造方法。在半导体晶片(21)中形成半导体器件，沿划片线(24)对该半导体晶片划。然后，是以向半导体晶片的划片区(26)照射激光束(28)，使由于划片而形成的切削条痕熔融或气化为特征。在用于分割半导体晶片的划片工序后，采用对半导体芯片(25-1)、(25-2)、(25-3)、...的上边和侧面照射激光束的办法，熔融或气化切断面，消除由于切削条痕而引起的畸变和碎裂，因而会加强半导体芯片的抗折强度。

Description

半导体器件的制造方法和半导体器件的制造设备

技术领域

本发明是关于一种半导体器件的制造方法和半导体器件的制造设备，特别是有关用于分割半导体晶片形成半导体芯片的划片工序和划片机。

背景技术

现有半导体器件的制造工序中的划片工序，例如如图10(a)、(b)、(c)所示那样进行。即，如图10(a)和(b)所示，沿着划片线12-1、12-2、...的单向，使用金刚石刀(磨石)13，切削元件形成完毕的半导体晶片11。然后，通过将晶片11转动90°，如图10(c)所示，在与进行了划片的方向垂直的方向再进行划片，分开成各个半导体芯片14-1、14-2、14-3、...。

对上述划片工序而言，通常有完全切断晶片11的全切割法，和进行划片直到晶片11的厚度约1/2或划片直到晶片11剩余约30μm深度的半切割法。

就上述半切割方法来说，划片后一般认为需要分割作业，把晶片11夹在柔软性薄膜之类上。用辊子施加外力使其分开。划片前，粘附在粘着薄片上的情况下，隔着该薄片仍然用辊子等施加外力使其分开。

分开后的晶片11，通过小片接合工序将每个芯片14-1、14-2、14-3、...安装到引线架上。这时，用拾取针使每个芯片14-1、14-2、14-3、...顶到粘着薄片的背面，穿透该粘着薄片将针直接接触芯片背面，进而拿起使各个芯片离开粘着薄片。分离后的芯片，用称作套爪的工具吸附芯片表面进行搬运，安装到引线架的岛区上。

接着，进行引线键合工序，把芯片14-1、14-2、14-3、...的各焊盘与引线架的内引线部分电连接起来。在TAB带上组装芯片的场合，利用加热的焊接工具把芯片的各焊盘与TAB带的引线部分电连接起来。

而后，进行封装工序，密封在树脂制作或陶瓷制作的封装里完成半导体器件。

不过，就上述这种制造方法来说，在划片工序中，半导体芯片侧面由于切削条痕发生畸变或称作碎裂的缺陷，芯片的抗折强度下降。因此，如果在向引线架或TAB带的安装工序之前进行的拾取工序中因施加压力，或因封装材料与芯片的热膨胀特性不同而发生施加应力的话，由于向畸变或碎裂集中应力，就以该畸变或碎裂为起点使芯片破裂了。

近年来，为了在例如卡片状的薄封装里内装半导体芯片，切断半导体晶片之际，采用通过用磨石研磨和用游离磨料抛光之类减薄晶片图案形成面(半导体元件形成面)的背面，然后进行划片将其切断的制造方法。并且，为了形成更薄的芯片，还提出称作先划片(也称作DBG，Dicing BeforeGrinding的简称)法的技术(例如参照专利文献1)。就先划片法来说，从晶片的元件形成面一侧起到规定深度加入切槽(半切割)以后，通过研磨晶片的背面，同时进行减薄并分成各片。

这种技术中，采用研磨半导体晶片背面的办法，虽然能够除去芯片背面、或侧面和背面的边缘部分发生的碎裂，但是不可能除去由于半导体芯片侧面所形成的切削条痕而引起的畸变和碎裂。因此，不免随芯片厚度减薄而降低抗折强度，不能完全解决直到半导体芯片封装为止的组装工序、可靠性试验等中发生半导体芯片破裂的不合格品发生的这一问题。

因而，最近，人们重视用激光束照射切断半导体芯片的技术(例如参照专利文献2)，取代上述这种机械式切削的划片法。就用激光束照射的切断而言，可以去掉由于机械性切削造成的条痕和碎裂。可是，在激光束方面却需要大的输出功率，或添加由于芯片侧面上熔融后再结晶而产生的损伤，或形成凹凸面都难免降低抗折强度。并且，随着激光束照射使熔融的物质飞散，污染了芯片表面。进而，在隔着粘着薄片切断半导体晶片时，需要改变激光束的焦点位置(晶片的深度法)进行二次照射，存在划片工序复杂化的这个问题。

【专利文献1】特开昭61-112345号公报

【专利文献2】特开2001-144037

如上所述，现有的半导体器件的制造方法和半导体器件的制造设备中，在半导体芯片的背面和侧面，发生由于切削条痕而引起畸变和碎裂，存在降低芯片抗折强度的这一问题。

并且，采用对半导体晶片背面进行研磨和研削的办法，虽可除去背面一侧的切削条痕，但因不能除去发生于芯片侧面的切削条痕，所以存在对提高芯片抗折强度有限度的这一问题。

进而，采用激光束照射切断半导体晶片的办法，虽然可能解决切削条痕的问题，但是需要照射大输出功率的激光束，存在难免由于蒸发物附着而造成芯片表面的污染、损伤和形成凹凸面而引起抗折强度降低的这一问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述这些事情而研发的，其目的在于提供一种能够抑制芯片抗折强度降低，在组装工序和可靠性试验等中能够防止半导体芯片破裂的半导体器件的制造方法。

并且，还在于提供一种能够抑制芯片抗折强度降低的半导体器件的制造设备。

按照本发明的一个方案，提供一种半导体器件的制造方法具备：在半导体晶片中形成半导体元件的工序；沿划片线，对所述半导体晶片进行半切割划片形成沟的工序；向所述半导体晶片的划片区照射激光束，使由划片形成的切削条痕熔融或气化的工序；把粘着带粘附于所述半导体晶片上半导体元件形成面的工序；以及研削所述半导体元件形成面的背面至少到达所述沟的深度的工序。

并且，按照本发明的一个方案，提供一种半导体器件的制造方法具备：在半导体晶片中形成半导体元件的工序；沿划片线，对所述半导体晶片进行半切割划片形成沟的工序；把粘着带粘附于所述半导体晶片上半导体元件形成面的工序；研削所述半导体元件形成面的背面至少到达所述沟的深度的工序；以及向在所述研削工序分割所述半导体晶片而形成的半导体芯片的所述划片区照射激光束，使由划片形成的切削条痕熔融或气化的工序。

倘若采用上述的制造方法，因为在划片以后，对划片区照射激光束进行熔融或气化处理侧面，所以能够除去由于半导体芯片侧面上形成切削条痕而引起的畸变和碎裂，可以抑制抗折强度的降低。因而，在组装工序、可靠性试验等中能够防止半导体芯片破裂。

进而，按照本发明的一个方案，提供一种半导体器件的制造设备具备：沿划片线，对半导体晶片进行半切割划片形成沟的划片机；把粘着带粘附于所述半导体晶片上半导体元件形成面的胶带粘附装置；研削所述半导体晶片上所述半导体元件形成面的背面，至少到达用所述半切割法形成的沟深度的研削装置；以及与所述划片机的划片位置对应移动激光束的照射位置，使所述半导体晶片的划片区上形成的切削条痕熔融或气化的激光照射装置。

倘若采用所述的这种制造设备，不用调整对准划片机的划片区和激光束的照射位置，能够接着划片连续地进行用激光束照射来处理芯片侧面。其结果，不会使划片工序复杂化，而且能抑制芯片抗折强度降低。

按照本发明，获得能抑制芯片抗折强度降低，在组装工序、可靠性试验等中能防止半导体芯片破裂的半导体器件的制造方法。

并且，获得能够抑制由于划片而引起芯片抗折强度降低的半导体器件的制造设备。

附图说明

图1是用于说明有关本发明第1实施例的半导体器件的制造方法和半导体器件的制造设备的图，表示划片工序的立体图。

图2是用于说明有关本发明第1实施例的半导体器件的制造方法和半导体器件的制造设备的图，表示用激光束照射的芯片侧面处理工序立体图。

图3表示比较用现有和本发明第1实施例的半导体器件的制造方法和半导体器件的制造设备形成的半导体芯片侧面的显微镜照片。

图4表示比较用现有和本发明第1、第2实施例的半导体器件的制造方法和半导体器件的制造设备形成的半导体芯片，表示芯片抗折强度与不良发生率的关系图。

图5是用刀划片后的半导体芯片侧面和重复500次TCT时的半导体芯片侧面的显微镜照片。

图6是用激光划片后的半导体芯片侧面的显微镜照片和重复500次TCT时的半导体芯片侧面的显微镜照片。

图7表示用激光划片后的半导体芯片的F IB法测定结果的照片。

图8表示用本发明实施例半导体器件制造方法形成的半导体芯片的FIB法测定结果照片。

图9用于说明有关本发明第1、第2实施例的半导体器件制造方法和半导体器件制造设备变形例的立体图。

图10是用于说明有关现有半导体器件制造方法和半导体器件制造设备的图，表示用于分割半导体晶片形成各个半导体芯片的划片工序和划片装置的立体图。

具体实施方式

下面，参照附图说明有关本发明的实施例。

[第1实施例]

图1和图2分别是用于说明有关本发明第1实施例的半导体器件制造方法和半导体器件制造设备的图，图1表示划片工序，图2表示用对划片区照射激光束的划片区处理工序。

首先，按照众所周知的制造工序，在半导体晶片中形成各种半导体元件。

其次，借助于薄片粘附装置，在结束形成上述元件的半导体晶片21的元件形成面的背面粘附粘着薄片22，把该粘着薄片22吸附于划片台上加以固定。而且，从半导体晶片21的主表面一侧，使用划片机(例如金刚石刀23)，沿划片线24进行划片，分开成一个个半导体芯片25-1、25-2、25-3、...。

而后，如图2所示，从激光照射装置27对用上述金刚石刀23形成的划片区26照射激光束28，进行使划片区26的芯片侧面表面部分熔融或气化的处理。在图中所示箭头方向移动上述激光照射装置27，沿上述划片区26推进照射激光束28。

上述激光照射装置27中，可使用YAG-THG激光器、YVO4激光器和CO₂激光器等之类。如果使用YAG-THG激光器(波长355nm)，设定Qws频率为50kHz、平均输出约1.5W、熔融径约15μm、扫描速度(移动速度)5mm/sec根据进行的试验，可以认为能够熔融或气化切断面，充分除去由于切削条痕而引起的畸变和碎裂。在改变条件进行的实验中，激光束28的波长为266nm～1064nm、平均输出功率为0.8～4.5W、扫描速度在1～400mm/sec的范围内得到了效果。在激光束的输出功率小，扫描速度快的场合，使切断面熔融再结晶。另一方面，在激光束的输出功率大，扫描速度慢的场合，会使切断面气化。并且，如果激光束波长短，锋利度将变得锐利，就难以造成损伤。通过根据半导体晶片或芯片的尺寸、厚度等，设定激光束28的波长、平均输出功率和扫描速度等条件，可以优化表面状态。

以后，和众所周知的半导体器件制造方法同样，进行小片接合工序，把芯片25-1、25-2、25-3、...安装到引线架上。这时，用拾取针对每个芯片25-1、25-2、25-3、...顶接到粘着薄片22的背面，穿透该粘着薄片22(不一定穿透也行)将针直接接触芯片背面，再提起从粘着薄片22上分开各个芯片。分开后的芯片，用套爪吸附芯片表面加以搬运，并安装到引线架的岛区上。

接着，进行引线键合工序，将芯片上各焊盘与引线架的内引线部分电连接起来。在TAB带上组装芯片25-1、25-2、25-3、...的场合，只要利用加热的焊接工具，将芯片上各焊盘与TAB带的引线部分电接合起来就行。

而后，进行封装工序，密封在树脂制作或陶瓷制作的封装里便完成半导体器件。

倘若采用这种制造方法，因为对半导体芯片25-1、25-2、25-3、...的划片区26照射激光束28进行熔融处理或气化处理，所以能够除去由于半导体芯片侧面上形成了切削时的条痕而引起的畸变和碎裂，可提高芯片的抗折强度。因而，在直到封装半导体芯片为止的组装工序(拾取工序和树脂密封工序)、可靠性试验等中能够防止半导体芯片破裂发生不合格品。进而，跟用激光束照射的划片法比较，由于附着蒸发物而造成芯片表面的污染也少。

图3(a)是用现有的制造方法和制造设备形成的半导体芯片侧面的显微镜相片，图3(b)是用本实施例的制造方法和制造设备形成的半导体芯片侧面的显微镜相片。只要比较图3(a)与(b)就很清楚，相对于用现有的制造方法和制造设备形成的半导体芯片侧面划片时存在许多切削条痕，用激光束处理表面后的半导体芯片侧面则是平滑的。因此，难以发生应力集中，会提高芯片的抗折强度。其结果，能够抑制在拾取工序和树脂封装工序、可靠性试验等中的半导体芯片碎裂等不良发生。并且，能够抑制由于划片而降低芯片的抗折强度。

[第2实施例]

上述第1实施例中，举例说明了划片时全切断半导体晶片21的场合。但是，也同样可以应用于半切断半导体晶片21形成沟，研削其背面分割的制造工序(先行划片法)。

即，按照众所周知的制造工序，在半导体晶片中形成各种半导体器件后，从半导体晶片21的主表面一侧，沿划片线或芯片分割线进行划片，形成半切割沟。为了形成该半切割沟，例如使用如图1所示的那样的金刚石刀23。切口的深度比芯片最终加工厚度大约只加深10～30μm(至少5μm)。究竟多少，由划片机和研磨机的精度决定。

而后，如图2所示，从激光照射装置27对用上述金刚石刀23形成的划片区26照射激光束28，进行使划片区26的芯片侧面表面部分熔融或气化的处理。在图中所示箭头方向，移动上述激光照射装置27，沿上述划片区26照射激光束28。

接着，通过上述半切割划片和激光束照射完成表面处理的半导体晶片21的元件形成面，借助于薄片粘附装置，贴上粘着薄片(表面保护带)，装到晶片环形贮存器里。该表面保护带就是在将晶片背面切削磨薄的过程中不会给元件造成损伤者。

其次，进行上述半导体晶片21的背面研磨。在背面研磨工序中，一边以4000～7000rpm的高速转动磨石随动轮一边把晶片的背面研磨到规定厚度。上述磨石就是以酚醛树脂固定人造金刚石形成的。该背面研磨工序，大多数用双轴进行加工。并且，也有预先用单轴以320～600号磨石粗磨以后，用双轴以1500～2000号磨石加工的方法。进而，也可以用三轴研磨的方法。而且，研磨到达沟时，半导体晶片21就分成一个个半导体芯片25-1、25-2、25-3、...。采用将半导体晶片21分成一个个后还继续研磨背面并减薄到规定的厚度的办法，就可除去半导体晶片21的侧面与背面相交位置处所形成的碎裂。

接着，通过使用湿式蚀刻装置的湿法蚀刻、使用等离子蚀刻装置的等离子蚀刻、使用抛光(polishing)机的抛光、使用软皮(buff)抛光机的软皮抛光、或使用CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械抛光)机的CMP之类等，对半导体芯片背面施加镜面加工使之平坦化。故此，可以除去研磨背面的研磨条痕，因而会更加提高抗折强度。

以后，跟众所周知的半导体器件制造方法同样，经过半导体芯片的拾取工序、向引线架或TAB带上的安装工序、往封装里的密封工序等的组装工序，完成半导体器件。

倘若采用这种制造方法，因为对半导体芯片25-1、25-2、25-3、...的划片区26照射激光束28进行熔融处理或气化处理，所以能够除去因半导体芯片侧面形成了切削时的条痕而引起的畸变和碎裂缺陷，可提高芯片的抗折强度。因而，在直到封装半导体芯片为止的组装工序(拾取工序和树脂密封工序)、可靠性试验工序等中能够防止半导体芯片破裂发生不合格品。另外，可抑制因划片的芯片抗折强度下降。进而，同用激光束照射划片法比较，由于附着蒸发物而造成的芯片表面污染也就少。

还有，上述第2实施例中，虽然在背面研磨工序前照射激光束进行划片区的处理，但是也可以在背面研磨工序后对分割半导体晶片并形成了半导体芯片的侧面(划片区)照射激光束。

图4是表示比较现有的制造方法和制造设备与本发明第1、第2实施例的半导体器件制造方法的图，表示芯片的抗折强度[MPa]与不良发生率[％]的关系。记号●是画出现有的制造方法、记号□是画出关于本发明第2实施例的制造方法、记号△是画出关于本发明第1实施例的制造方法的芯片抗折强度[MPa]与不良发生率[％]的曲线。

就本发明第1实施例的半导体器件制造方法来说，抗折强度大幅度上升，随之不良发生率降低。并且，就第2实施例的半导体器件制造方法来说，尽管因为芯片薄抗折强度下降，跟现有的制造方法比较也能提高抗折强度，不良发生率也降低。所以，在直到封装半导体芯片为止的组装工序(拾取工序和树脂密封工序)、可靠性试验工序等中能够防止半导体芯片破裂发生不合格品。

上述第1、第2实施例的半导体器件制造方法和半导体器件制造设备，即使在采用叫做Low-K膜的低介电常数作为层间绝缘膜场合的防止剥离方面也有效果。即，如将Low-K膜用于层间绝缘膜，用刀划片时不管全切割法还是半切割法都会发生裂缝，在温度循环试验(TCT：TemperatureCycling Test)时发生剥离。图5(a)是进行刀划片后的半导体芯片侧面的显微镜相片。图5(b)是重复TCT500次时的半导体芯片侧面的显微镜相片。可知，如图5(a)所示即使划片时是比较地良好的切断面，使用Low-K膜的话，由于热应力，在衬底和Low-K膜之间形成微小裂缝。该裂缝就是剥离Low-K膜的重要原因。

另一方面，就激光划片来说，如图6(a)所示切断面良好，即使重复TCT500次以后如图6(b)所示未见大的异常。并且，即使用S AT(ScanningAcoustic Topography：扫描声波拓扑图)的测定也未测出特别异常。但是，采用(Focused Ion Beam：聚焦离子束)法测定，可以确认由于如图7所示那种Low-K膜受破坏而造成剥离。图7中，从左下角部分到中央部分附近的白色部分发生了剥离。

即，把Low-K膜用于层间绝缘膜的话，无论用刀划片和激光划片的哪一种，在TCT时都不可能回避剥离的问题，然而如上述第1、第2实施例那样采用在刀划片后对切断面进行激光照射的办法，熔融或气化Low-K膜的露出面固定，如图8所示可以防止剥离。图8表示刀划片后对切断面进行激光照射时用F IB(Focused Ion Beam)法的测定结果。只要对比图8与图7就很清楚，图8中不存在表示剥离的白色部分，并芯片表面的图案表现出来。

还有，本发明并不限定于上述第1、第2的实施例，而且可以有各种变形。

[变形例1]

采用设置水中收容半导体晶片的处理槽，在水中照射激光束的办法，控制温度将容易起来，可以抑制由于照射激光束而引起芯片温度上升。

[变形例2]

并且，采用设置收容半导体晶片的真空室，在真空中照射激光束的办法，难以附着随着照射激光束而气化的物质，可以减少半导体芯片的污染。

[变形例3]

上述第1、第2实施例中，举例说明了以别的工序进行划片工序和照射激光束工序。但是，如图9所示，如果预先使金刚石刀23的划片方向与由激光照射装置27照射激光束28的照射位置中心重合并固定在夹具29上，不必对准调整划片区26和激光束28的照射位置，就可以接连不断划片，连续地进行用激光束照射处理划片区。

该图9所示的变形例可应用于全切割半导体晶片的第1实施例和半切割的第2实施例双方。

以上，虽然利用第2实施例和变形例1至3进行了本发明的说明，但是本发明并不限定于上述各实施例和其变形例，在实施阶段不脱离其宗旨的范围内可能有各种变形。并且，上述各实施例中包含着各个阶段的发明，通过揭示的多个构成要件适当组合还能提取各种发明。例如凡是从各实施例中所示的全部构成要件中删除若干构成要件，能够解决发明想要解决的课题栏目中叙述过的至少一个课题，得到发明效果栏目里陈述的至少一种效果的场合，都可以选取删除该构成要件的构成作为发明。

Claims (6)

1.一种半导体器件的制造方法，其特征是具备：

在半导体晶片中形成半导体元件的工序；

沿划片线，对所述半导体晶片进行半切割划片形成沟的工序；

向所述半导体晶片的划片区照射激光束，使由划片形成的切削条痕熔融或气化的工序；

把粘着带粘附于所述半导体晶片上的所述半导体元件形成面的工序；以及

研削所述半导体元件形成面的背面至少到达所述沟的深度的工序。

2.一种半导体器件的制造方法，其特征是具备：

在半导体晶片中形成半导体元件的工序；

沿划片线，对所述半导体晶片进行半切割划片形成沟的工序；

把粘着带粘附于所述半导体晶片上的半导体元件形成面的工序；

研削所述半导体元件形成面的背面至少到达所述沟的深度的工序；

对所述研削工序中分割所述半导体晶片而形成的半导体芯片的所述划片区照射激光束，使由划片形成的切削条痕熔融或气化的工序。

3.按照权利要求1或2所述的半导体器件的制造方法，其特征是照射所述激光束的工序是在水中或真空中进行的。

4.按照权利要求1或2所述的半导体器件的制造方法，其特征是所述激光束的波长为266nm～1064nm，输出功率为0.8W～4.5W，照射位置的移动速度为1mm/sec～400mm/sec。

5.按照权利要求1或2所述的半导体器件的制造方法，其特征是在所述激光束的照射下，使所述划片区中露出的低介电常数膜熔融或气化并使其固定。

6.一种半导体器件的制造设备，其特征是具备：

沿划片线，对所述半导体晶片进行半切割划片形成沟的划片机；

把粘着带粘附于所述半导体晶片上的半导体元件形成面的带粘附装置；

研削所述半导体晶片上的所述半导体元件形成面的背面，至少到达用所述半切割法形成的沟的深度的研削装置；以及

与所述划片机的划片位置对应移动激光束的照射位置，使所述半导体晶片的划片区上形成的切削条痕熔融或气化的激光照射装置。

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