TWI458002B - 用於製造半導體晶粒之方法及包含藉此方法獲得之該半導體晶粒的半導體裝置 - Google Patents

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Description

用於製造半導體晶粒之方法及包含藉此方法獲得之該半導體晶粒的半導體裝置
本發明係關於一種用於製造一半導體晶粒之方法。更特定言之,本發明係關於一種用於製造一包括鋸切一半導體晶圓之一步驟之半導體晶粒之方法,該方法防止一半導體裝置被實質上在該晶圓之鋸切期間所產生的矽塵污染,且因此減少並防止在一後續焊線程序中的缺陷、一感測器表面之污染,或由該矽塵所導致的表面損壞。
近來,由於個人資訊/通信終端機已普及,半導體裝置已被日益發展作為關於此等終端機之電子組件。此外,已加速一種用於製造一更小型及更精確的半導體裝置之方法之發展。
該半導體裝置亦被稱為一「晶片尺寸封裝」,其係使用一絕緣材料封裝的「晶粒」(一具有一電路形成於其上、自一矽晶圓分離的晶粒)。在本發明中,一「晶粒」意味一「半導體晶粒」。
一種用於製造一半導體裝置之通常程序包含一製造一晶圓之步驟、一處理該晶圓之步驟及一封裝該晶圓之步驟。若有必要,在一電路圖案藉由該晶圓處理步驟被形成在該晶圓之一表面10a上後,一研磨步驟可被執行以減小該半導體裝置之厚度。在該研磨步驟中,不具有電路圖案之該晶圓10之背部表面10b藉由一研磨機20被移除,如圖1a所示。
此時,一用於背部研磨之膠帶14通常被附著至具有電路圖案的該晶圓表面10a以保護該電路圖案。
在用於背部研磨之該膠帶14從具有形成於其上之該電路圖案之該晶圓之該頂部表面10a被移除後,一鋸切膠帶15被附著至該晶圓10之背部表面10b。接著,如圖1c及1d所示,該晶圓10經受一用於切割該晶圓之鋸切程序,使得幾百個晶粒13可從一晶圓10獲得。
同時,如圖1e所示,當製造該晶圓10時,一條線19以一約100μm的預定間隔被形成在一晶粒與另一晶粒之間,使得該晶圓在該鋸切程序期間藉由一刀片沿該條線19被切割。
此外,在用於切割該條線19之該切割程序期間,該刀片30根據該晶圓10的硬度、軟度及耐磨性與該半導體裝置之特徵被選擇。此外,該鋸切膠帶15被附著至該晶圓以防止一個別分離的晶粒13藉由該切割工作所導致的衝擊而飛起。
該前述鋸切膠帶15藉由輻射UV光線至其以固化該膠帶之黏合層並減小該膠帶之黏合值,從該晶圓之該背部表面10b被移除。在移除該鋸切膠帶15後,晶粒可被個別拾取並被安裝至一印刷電路板上。接著,該晶粒藉由焊線被電連接至該印刷電路板,且所得結構被封裝以提供一具有理想特徵的半導體裝置成品。
然而,由於需要一薄的小型半導體裝置,一晶圓之厚度已增加。此外,一晶圓之一直徑已增加以增加產自該晶圓的晶粒或半導體裝置的數目以節約製造成本並改良生產力。為達到此目的,一薄而寬的晶圓已被用於使用一刀片的鋸切程序。然而,藉由由該刀片所導致的機械衝擊,此種晶圓可能破裂或龜裂。
為解決上述問題,已表明藉由一刀片之切割在該鋸切程序期間以一更低的速率但反之更強烈地被執行。然而,在此情形下,一增加的矽塵數量被產生在該晶圓之切割表面上。
此矽塵18包含鎳、金剛石粉末、合金及從該刀片產生的其他殘留物。該矽塵在該刀片切割程序期間飛起,且接著黏至該晶粒之焊墊11上,如圖1f所示。
同時,不可避免的係該晶粒之該焊墊11被設計為具有一小面積,因為I/O數目應被增加以增加在一較小晶粒上的邏輯元件之整合程度。如此,若該矽塵18黏至具有一小面積的晶粒上,則很難確保在後續焊線程序中的焊接可靠性。
舉例而言,甚至當Au線被焊接至一由Al形成之焊墊,而該矽塵18留在具有一小面積的焊墊上時,由於在該兩種金屬之間的金屬間化合物(AuAl2 )未被有效形成,所以不可能平穩地執行該焊接,導致焊接強度之降級及電阻之一增加。因此,當所得半導體裝置經受溫度應力時,焊線開口可能發生或該半導體裝置可能被損害。
為解決上述問題,已表明混有二氧化碳(CO2 )氣體的去離子(DI)水被噴濺到該晶圓上以從該晶圓移除該矽塵。然而,在此情形下,被添加之以增加清洗力的該二氧化碳氣體可與該焊墊11之金屬反應,導致該焊墊11之腐蝕。
而且,此焊墊腐蝕降級在該後續焊線程序期間的焊線品質,導致該半導體裝置之電可靠性的降級。
因此,本發明者已決定有必要提供一種鋸切一半導體晶圓之方法以便防止諸如矽塵之不合需要的殘留物留在一半導體晶粒之表面上並抑制在該晶粒上的金屬之腐蝕。
本發明之各種實施例防止由在一晶圓之鋸切程序期間產生的矽塵所導致的一半導體晶粒之表面污染,並防止由該矽塵及/或焊線中的缺陷所導致的表面損壞。
本發明亦描述抑制由一用於清洗一半導體裝置之氣體混合物,例如,具有二氧化碳的去離子水之一混合物,所導致的在該半導體晶粒上的金屬之腐蝕之各種方法。
根據本發明之一態樣,提供一種用於製造一半導體晶粒之方法,其包括以下步驟:在該半導體晶圓之一表面上形成一含氟聚合物塗布層;鋸切該晶圓;及將該含氟聚合物塗布層移除。
該含氟聚合物塗布層可藉由一含氟聚合物塗布劑被形成,該塗布劑含有一含氟聚合物化合物及溶劑。此含氟聚合物塗布劑可藉由在一溶劑中分散或溶解一含氟聚合物化合物被製備。
舉例而言,該含氟聚合物化合物可具有一含碳氫化合物聚合物的結構,其中氫係以氟取代。根據本發明之實施例,該含氟聚合物化合物較佳為具有一疏水基與一親水基兩者。具有一疏水基與一親水基兩者的含氟聚合物化合物可為由碳氫化合物或含氟碳氫化合物製成的一主鏈具有氧或氮之一化合物,或可為一支鏈具有一酸基之一化合物。該等酸基可為諸如一羧酸(-COOH)或一磺酸(-SO3 H)之基。該碳氫化合物或含氟碳氫化合物用作一疏水基,且該氧、氮或酸基用作一親水基。
該含氟聚合物塗布劑之溶劑可為一在室溫下之液態的含氟溶劑。該溶劑較佳為具有一可調節以在室溫下保持該液態之分子量。舉例而言,此種含氟溶劑可具有約100-800的分子量。此含氟溶劑可為諸如一氟取代的醚、一氟取代的酯或一氟取代的酮。
同時,可用於製備一含氟聚合物塗布劑之含氟溶劑亦可被用於移除一藉由該含氟聚合物塗布劑所形成的含氟聚合物塗布層。具體言之,一去塗布劑在該程序期間被使用以移除該含氟聚合物塗布層。該含氟溶劑可被用作該去塗布劑。用作一去塗布劑之該含氟溶劑可與用於製備該含氟聚合物塗布劑以形成一含氟聚合物塗布層之一含氟溶劑相同或不同,該去塗布劑被施加至該含氟聚合物塗布層。換言之,被用作一去塗布劑的含氟溶劑不需要與當製備根據本發明之含氟聚合物塗布劑時所用的溶劑相同。
根據用於製造一半導體晶粒之本發明之方法,可能藉由使用該含氟塗布劑保護該表面防止一半導體裝置之一表面被矽塵污染。
在採用與附圖結合的以下詳細描述中,本發明之上述目的及其他目的、特徵與優點將變得顯而易見。
現將詳細參考本發明之較佳實施例。
通常,當製造一半導體裝置時,一沈積步驟、一蝕刻步驟及一清洗步驟被重複很多次以在一半導體晶圓上之多層中形成一電路圖案。其最終目的在於一半導體裝置之高度整合。
在藉由上述晶圓處理步驟於該晶圓之一表面100a上形成一電路圖案後,一研磨步驟被執行以減小該半導體裝置之厚度,如圖2a所示。一用於背部研磨之膠帶140被附著至具有電路圖案印刷在其上之該表面100a以保護該圖案。在該研磨步驟中,不具有電路圖案之該晶圓100之該背部表面100b藉由使用一研磨機200被移除。
在執行該研磨步驟後,被附著至具有電路圖案形成於其上之該晶圓100之該表面100a之用於背部研磨的膠帶140藉由UV輻射被移除。接著,如圖2b所示,一用於執行一鋸切步驟之鋸切膠帶150被附著至該晶圓之該背部表面100b。
接著,一含氟聚合物塗布劑被施加至具有該電路圖案形成於其上的該晶圓100之該表面100a上,以形成一含氟聚合物塗布層160,如圖2c顯示。
該含氟聚合物塗布層可藉由一含氟聚合物塗布劑被形成,該塗布劑包括一含氟化合物及一溶劑。該含氟聚合物塗布劑可藉由在一溶劑中分散或溶解該含氟聚合物化合物被製備。
根據本發明之含氟塗布劑不對該晶圓之其他元件起不合需要的化學作用係合乎要求的。
舉例而言,此種含氟聚合物化合物可具有一含碳氫化合物聚合物之結構,其中氫係以氟取代。根據本發明之實施例,該含氟聚合物化合物較佳為具有一疏水基與一親水基兩者。具有一疏水基與一親水基兩者之含氟聚合物化合物可為由碳氫化合物或一含氟碳氫化合物製成的一主鏈具有氧或氮之一化合物,或可為一支鏈具有一酸基之一化合物。該酸基可為一諸如一羧酸(-COOH)或一磺酸(-SO3 H)之基。
該碳氫化合物或該含氟碳氫化合物用作一疏水基,且該氧、氮或酸基用作一親水基。
根據本發明之實施例,含氟聚合物化合物較佳為具有1,000-1,000,000的分子量。在室溫下之一固態化合物可被用作該含氟聚合物化合物。
雖然對含氟聚合物化合物的類型不具限制,但根據本發明之實施例的含氟聚合物化合物可為一由分子式Ca Hb Fc Od Se Nf 代表的化合物,其中a係10-10,000,b係10-20,000,c係10-20,000,d係10-1,000,e係0-100,及f係0-1,000。根據本發明之實施例,該含氟聚合物化合物係Ca Hb Fc Od Se ,其中a係100-5,000,b係200-10,000,c係200-10,000,d係30-1,000,及e係0-100。
根據本發明之實施例,該含氟聚合物化合物包括基於該化合物的總重量之占重為30%或以上的氟原子,較佳為占重50%或以上的氟原子。
該含氟聚合物塗布劑之溶劑可為一在室溫下之液態含氟溶劑。較佳為,該溶劑具有一可調節以在室溫下保持該液態之分子量。舉例而言,可使用一具有100-800的分子量之含氟溶劑。該含氟溶劑可為一諸如一氟取代的醚、一氟取代的酯或一氟取代的酮之溶劑。
舉例而言,該溶劑可由Ck Hl Fm Om 代表,其中k係一3-15的整數,1係一3-20的整數,m係一3-20的整數,及n係一1-3的整數。舉例而言,該溶劑可為氟取代的醚、氟取代的酯、氟取代的酮等等,基於-O-、-C=O或-COO,其係由Cx F2x+1 所代表的一側與由Cy H2y+1 所代表的另一側組成,其中x較佳為2-3之一整數,及y較佳為1-5之一整數。
具體言之,在一實施例中,該含氟溶劑可為一由Cn F2n+1 -R-Cm H2m+1 所代表的化合物,其中R係O、C=O或COO,n係2-8之一整數,及m係1-5之一整數,特定言之,可為一由Cn F2n+1 -O-Cm H2m+1 所代表的含醚化合物,其中n係2-8之一整數,及m係1-5之一整數。
根據本發明之實施例,該含氟溶劑可具有基於該溶劑總重量之占重為30%或以上的氟原子,較佳為占重50%或以上的氟原子。
例如3MTM NovecTM 工程流體HFE-7100之待售產品可被用作該含氟溶劑。
根據本發明之含氟聚合物塗布劑可藉由溶解或分散該含氟聚合物化合物被製備。對該溶劑與該含氟聚合物化合物之成分比率不具限制,只要該含氟聚合物化合物可被充分溶解或分散。此種成分比率可隨該含氟聚合物塗布劑之數量的改變而改變。根據本發明之實施例,該含氟聚合物塗布劑可藉由使用具有基於該溶劑重量的100份之約0.1-10份重量的一含氟聚合物化合物被製備。根據本發明之實施例,考慮到該含氟聚合物塗布劑之黏度、乾燥速率、可用性等等,該含氟聚合物化合物可具有基於該含氟溶劑的重量之約1%至2%之重量百分比。
根據本發明之實施例,該含氟聚合物塗布劑可具有基於該含氟聚合物塗布劑之總重量之占重為30%或以上的氟原子,較佳為占重50%或以上的氟原子。
諸如3MTM NovecTM EGC-1700之在商業上可購得的產品可被用作該含氟聚合物塗布劑。
藉由該含氟聚合物塗布劑所形成的聚合物塗布層160導致該聚合物之鈍化。因此,可能防止矽塵沈積在一晶粒之頂部表面上。
此時,該含氟聚合物塗布層160較佳為具有一約0.1μm-10μm的厚度。
根據本發明之一例示性實施例,該含氟聚合物塗布層160具有一約1μm的厚度,因為該塗布層160應防止該焊墊11被在鋸切步驟期間所產生的矽塵損壞。
在於具有該電路圖案形成於其上之該晶圓100之該表面100a上形成該含氟聚合物塗布層160後,該晶圓100藉由沿一條線切割其,經受一鋸切程序以分離個別晶粒,如圖2d所示。
舉例而言,在該晶圓100之鋸切程序期間,一由金剛石製成之刀片300可被用於切割該晶圓100。
此時,如圖2e所示,藉由刀片之機械衝擊所產生的矽塵黏至該焊墊110上,特定言之至該焊墊之該頂部表面上,該頂部表面曝露在該晶圓之最外面的層上。
然而,根據本發明之一實施例,因為該含氟聚合物塗布層160係在具有該電路圖案之該晶圓之該整個頂部表面上被形成,所以該矽塵180不被直接黏至該焊墊110上。
其後,如圖2f所示,該鋸切膠帶從該晶圓之底部表面100a被移除。為移除該鋸切膠帶,UV被輻射至該鋸切膠帶上以便固化該鋸切膠帶之黏合劑。
隨後,為移除形成在該切割晶圓100上之含氟聚合物塗布層,該去塗布劑在移除該含氟聚合物塗布層之步驟中被施加。舉例而言,該去塗布劑170在一蒸氣除油程序或浸漬程序期間被施加以便移除該含氟聚合物塗布層。
通常被用於一半導體程序中的該蒸氣除油程序指藉由曝露一晶圓於該溶劑之蒸氣中而施加一溶劑之程序,使得該溶劑之蒸氣由於該溶劑蒸氣與該晶圓之溫度的不同失去熱量並被凝結在該晶圓之該表面上,藉此黏在該晶圓的污染與該所凝縮的溶劑一起被移除。
在一變體中,取代該蒸氣除油程序,可能使用一浸漬程序,其中一晶圓被浸在含有一去塗布劑之一槽中長達約1分鐘以從該晶圓之該頂部表面移除該含氟聚合物塗布層及矽塵。
藉由一蒸氣除油程序或浸漬程序被施加在該晶圓上的去塗布劑170使移除該含氟聚合物塗布層160,而將已黏至該含氟聚合物塗布層上的該矽塵從該晶圓分離成為可能。因此,可能減少該焊墊110之污染。
較佳為,接著,該去塗布溶液170不對包含一焊墊110與該晶圓100之聚合物等等之晶圓的其他結構起不合需要的化學作用。
在製備該含氟聚合物塗布劑時所用的含氟溶劑可被用作用於移除該含氟聚合物塗布層之去塗布劑。
可被用作去塗布劑之該含氟溶劑可與在製備該含氟聚合物塗布劑時所用的含氟溶劑相同或不同。被用作該去塗布劑之含氟溶劑可為在室溫下之液態含氟溶劑。該含氟溶劑可具有足夠在室溫下保持該液態之一分子量,例如,近似100-800。可被用作該去塗布劑之含氟溶劑包含但不限於氟取代的醚、氟取代的酯、氟取代的酮等等。
舉例而言,此種去塗布劑可由Ck Hl Fm On 代表,其中k係3-15之一整數,1係3-20之一整數,m係3-20之一整數,n係1-3之一整數。舉例而言,該去塗布劑可為氟取代的醚、氟取代的酯、氟取代的酮等等,基於-O-、-C=O或-COO,其具有由Cx F2x+1 所代表的一側與由Cy H2y+1 所代表的另一側,其中x係2-3之一整數,及y係1-5之一整數。根據本發明之實施例,被用作該去塗布劑之含氟溶劑可具有基於該溶劑之總重量百分比之占重為30%或以上的氟原子,較佳為占重50%或以上的氟原子。
諸如3MTM NovecTM 工程流體HFE-7100之在商業上可購得的產品可被用作去塗布劑。
如在圖2h中之可見,由於在執行根據本發明之鋸切程序之前,該含氟聚合物塗布層被形成在該焊墊110上,所以減少矽塵180對焊墊的污染係可能的。
接著,如上所述之被個別分離的晶粒130被安裝至一印刷電路板或一引線框架,且焊線被執行以作在該晶粒與該印刷電路板或一引線框架之間的電連接。
此時,該半導體裝置之焊墊110通常係由Al或諸如Al/Cu或Al/Cu/Si之其合金形成。在此情形下,當Au線被黏附至由Al或Al的合金所形成的焊墊時,一金屬間化合物(AuAl2 )被很容易地產生,藉此導致焊線之極高的效率。
如上所述,根據先前技術,與二氧化碳(CO2 )混合的去離子水被噴濺至該晶圓上以移除存在於該晶圓上的矽塵。然而,當製造根據本發明之一半導體裝置時,具有一電路圖案形成於其上之該半導體裝置之一表面被不對該晶圓表面起化學作用之一含氟聚合物塗布層保護,以便防止該焊墊被腐蝕。結果,一焊接步驟在一焊墊中變得非常容易,焊接效率增加,且焊接缺陷減少。
根據本發明之鋸切一半導體晶圓之該方法可減少在後續焊線步驟中之一失敗,並可確保該半導體裝置之電可靠性。
[實例1]
其後,根據本發明之一較佳實施例之用於鋸切一半導體裝置之該方法將被解釋。
在此實例中,使用具有一約8英寸的直徑之一晶圓100。在一鋸切膠帶150被附著至該晶圓100之該背部表面100b後,該晶圓被浸入一塗布劑3MTM NovecTM EGC-1700中,以在該晶圓上形成一含氟聚合物塗布層160,並接著該晶圓在垂直方向上被抽出而保持一恒定速度。一含氟聚合物塗布層在該晶圓100之表面上被形成(例如,見圖2a)。另一方面,一含氟聚合物塗布層可藉由一自旋式塗布程序(S1)被形成。
接著,藉由使用一刀片300沿一形成在一晶粒130與另一晶粒130之間的條線190執行一鋸切程序(S2)。
在該鋸切步驟完成後,使用一去塗布劑3MTM NovecTM 工程流體HFE-7100,該經塗布的晶圓經受一蒸氣除油程序,以同時移除該塗布層與矽塵(S3)。
接著,被附著至該晶圓100之該背部表面100b之該鋸切膠帶150藉由UV輻射被移除,且該個別分離的晶粒130被安裝至一印刷電路板或一引線框架,且接著焊墊被執行以作電連接(S4)。
此外,該晶粒與印刷電路板或該引線框架以一環氧樹脂模製材料封裝以密封焊接部分。接著,該所得產品被切割成一個別單元以提供一半導體裝置(S5)。
當本發明與當前被認為係最實際及最佳的實施例之實施例結合而被描述時,將瞭解本發明不受限於所揭示之實施例及該等圖式。相反地,希望在所附加的請求項之精神及範圍內涵蓋各種修飾與變更。
工業適用性
如在上述中可見,根據本發明,可能防止一晶圓在用於切割一晶圓之一鋸切程序期間被矽塵污染。
根據本發明之各種實施例,可能有效防止一晶粒被矽塵污染,並因此防止一感測器表面之污染與由該矽塵所導致的表面損壞,導致一半導體封裝程序之產量的增加。此外,根據本發明,可能解決關於焊線之一失敗之問題並藉由使用一含氟聚合物塗布層防止在一半導體裝置中的金屬線之腐蝕。因此,可能改良一半導體裝置之產量及可靠性。
10...晶圓
10a...表面
10b...背部表面
11...焊墊
13...晶粒
14...膠帶
15...鋸切膠帶
18...矽塵
19...條線
20...研磨機
30...刀片
100...晶圓
100a...表面
100b...背部表面
110...焊墊
130...晶粒
140...膠帶
150...鋸切膠帶
160...含氟聚合物塗布層
170...去塗布劑
180...矽塵
190...條線
200...研磨機
300...刀片
圖1a至1e係若干示意截面圖,其連續顯示一種用於製造一半導體裝置之習知方法之一實施例;
圖1f係一俯視圖,其顯示一晶圓之一焊墊在藉由根據先前技術之鋸切方法鋸切該晶圓後係如何被污染的;
圖2a至2g係若干示意截面圖,其連續顯示一種用於製造根據本發明之一半導體裝置之方法之一實施例;及
圖2h係一俯視圖,其顯示一晶圓之一焊墊在藉由根據本發明之鋸切方法鋸切該晶圓後係如何被污染的。
100...晶圓
100a...表面
100b...背部表面
140...膠帶
200...研磨機

Claims (19)

  1. 一種用於製造一半導體晶粒之方法,其包括:在一半導體晶圓之一表面上形成一含氟聚合物塗布層;鋸切該半導體晶圓;及移除該含氟聚合物塗布層。
  2. 如請求項1之方法,其中該含氟聚合物塗布層係藉由一包括一含氟聚合物化合物及一溶劑之含氟聚合物塗布劑而形成。
  3. 如請求項2之方法,其中該含氟聚合物化合物具有一疏水基與一親水基兩者。
  4. 如請求項2之方法,其中該含氟聚合物化合物具有1,000-1,000,000的分子量。
  5. 如請求項2之方法,其中該含氟聚合物化合物係由Ca Hb Fc Od Se Nf 代表,其中a係10-10,000,b係10-20,000,c係10-20,000,d係10-1,000,e係0-100,及f係0-1,000。
  6. 如請求項2之方法,其中該含氟聚合物化合物包括基於該化合物之總重量之占重為30%或以上之氟原子。
  7. 如請求項2之方法,其中該溶劑係一具有一約100-800之分子量的含氟溶劑。
  8. 如請求項7之方法,其中該含氟溶劑係氟取代的醚、氟取代的酯或氟取代的酮。
  9. 如請求項7之方法,其中該含氟溶劑係由Ck F2n+1 -R-Cm H2m+1 代表的一化合物, 其中R係O、C=O或COO,n係2-8之一整數,及m係1-5之一整數。
  10. 如請求項7之方法,其中該含氟溶劑係一包括基於該化合物之總重量之占重為30%或以上之氟原子之化合物。
  11. 如請求項2之方法,其中該含氟塗布劑包括基於該溶劑之重量的100份之約0.1-50份重量的該含氟聚合物化合物。
  12. 如請求項2之方法,其中該含氟塗布劑包括基於該劑之總重量的占重為30%或以上的氟原子。
  13. 如請求項1之方法,其中該含氟聚合物塗布層具有一約0.1μm-10μm的厚度。
  14. 如請求項1之方法,其中移除該含氟聚合物塗布層進一步包括以下步驟:施加由一含氟溶劑組成之一去塗布劑;及清洗該半導體晶圓。
  15. 如請求項14之方法,其中在該含氟塗布層上施加該去塗布劑係經由一蒸氣除油程序或一浸漬程序進行。
  16. 如請求項14之方法,其中該去塗布劑係一具有約100-800的分子量之含氟溶劑。
  17. 如請求項14之方法,其中該去塗布劑係氟取代的醚、氟取代的酯或氟取代的酮。
  18. 如請求項14之方法,其中該去塗布劑係一由Cn F2n+1 -R-Cm H2m+1 代表的化合物, 其中R係O、C=O或COO,n係2-8之一整數,及m係1-5之一整數。
  19. 如請求項14之方法,其中該去塗布劑係一具有基於該去塗布劑之總重量之占重30%或以上的氟原子之化合物。
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