TWI463556B - Semiconductor device manufacturing method and manufacturing device - Google Patents

Description

半導體裝置之製造方法及製造裝置

本實施形態係關於一種半導體裝置、其製造方法及製造裝置。

本申請案係基於且主張2011年1月21日申請的先前日本專利申請案第2011-010875號及2010年7月22日申請的先前日本專利申請案第2011-160586號之優先權的權利；該案之全部內容以引用之方式併入本文中。

近年來，為自形成有元件之半導體晶圓獲得各半導體晶片，而使用一種稱為「預切割加工」之技術。

在該預切割處理中，首先，於半導體晶圓的表面(元件形成面)形成切斷凹槽(半切割加工)。其次，於形成切斷凹槽之半導體晶圓的表面貼附保護膠帶之後，將半導體晶圓的背面研磨至切斷凹槽部分。藉此，使半導體晶圓的厚度變薄，且將半導體晶圓分割(分離)為各半導體晶片。其次，於經分割之半導體晶圓的背面貼附接著膜(晶粒黏著膜)而形成接著劑層，並將表面(元件形成面)的保護膠帶剝離。其次，自半導體晶圓的表面側沿分割凹槽而利用金剛石刀或雷射等切斷接著劑層。藉此，可獲得附有接著劑層之半導體晶片。該附有接著劑層之半導體晶片其後係利用稱為「夾頭」之吸附工具進行拾取，且積層並接著於基板或其他半導體晶片上。

然而，在此種方法中，由於保護膠帶剝離後之半導體晶片的整列性不良，因此存在有在切斷接著膜之時，切斷元件之配線部分的一部分，或由切斷屑而產生表面髒污，或是因切斷時之負載或熱熔著，而在切斷後拾取半導體晶片時產生晶片破裂之顧慮。

1.　課題

本發明之課題在於提供一種可在不賦與半導體元件的髒污、晶片破裂、配線切斷等之不良影響之下，切斷半導體晶圓，使品質提高，且使製造成品率提高之半導體裝置之製造方法及製造裝置、以及高品質的半導體裝置。

2.　解決方法

本發明之一實施形態係揭示一種半導體裝置之製造方法。該方法具備：(a)於形成有半導體元件之半導體晶圓的元件形成面形成切斷凹槽之步驟；(b)於前述半導體晶圓的元件形成面貼附保護膠帶之步驟；(c)研磨前述半導體晶圓的背面，將前述半導體晶圓薄化，且將前述半導體晶圓分割為形成有半導體元件之複數個半導體晶片之步驟；(d)於前述半導體晶圓的背面形成接著劑層之步驟；(e)於每個半導體晶片上分離切斷前述接著劑層之步驟；及(f)將前述保護膠帶剝離之步驟。前述步驟(e)係藉由一面加熱形成於前述半導體晶圓的背面之前述接著劑層使其熔融或軟化，一面對前述接著劑層噴射高壓空氣而進行。

另一實施形態係揭示一種半導體製造裝置。該裝置包含：將分割為複數個半導體晶片、並於該等之背面整面形成接著劑層而一體化之半導體晶圓的前述接著劑層加熱之加熱機構；及具備對前述接著劑層噴射高壓空氣之噴嘴之高壓空氣產生裝置。

以下，茲參照圖面說明實施形態。

在本實施形態中，首先，係於含矽等之半導體晶圓1'的表面(元件形成面)形成半導體元件之後，將形成有該半導體元件之半導體晶圓1'固定在保持台21上，並自半導體晶圓1'的元件形成面側沿切割線(或晶片分割線)，使用金剛石刀22形成未達背面之深度的切斷凹槽31。亦即，進行半切割加工(圖1A)。切斷凹槽31的形成並不限定於使用金剛石刀22，還可使用金剛石劃線器、雷射等而進行。且，亦可使用反應性氣體蝕刻或反應性離子蝕刻(RIE)等之機構。

其次，於半導體晶圓1'的元件形成面貼附保護膠帶32，形成表面保護層(圖1B)。保護膠帶32係使用例如在包含聚氯乙烯樹脂(PVC)、聚對苯二甲酸乙酯樹脂(PET)、聚烯烴樹脂(PO)等之熱可塑性樹脂之膠帶基材上設置黏著劑層之黏著膠帶等。亦可代替保護膠帶32而使用在包含玻璃等之基材上設置黏著劑層者。黏著劑亦可為光硬化型黏著劑。保護膠帶32由於係在其後之步驟進行剝離，因此在使用黏著劑係為光硬化型黏著劑之黏著性膠帶之情形下，可藉由在剝離前進行光照射而容易地進行剝離。在圖1B中，符號23表示用以使保護膠帶32密著於半導體晶圓1'的元件形成面之按壓構件。

其後，利用磨刀石24研磨半導體晶圓1'的背面，將半導體晶圓1'薄化，且分割為各半導體晶片1(圖1C)。在該分離步驟中，在利用磨刀石24之研磨後，亦可進而利用蝕刻裝置25進行蝕刻處理(圖1D)。蝕刻可為乾式蝕刻、電漿蝕刻、及濕式蝕刻中之任一者。又，亦可代替蝕刻處理，而進行利用CMP(化學機械研磨)之平坦化處理。藉由在研磨後進行蝕刻或是平坦化處理，可減少背面切削。

在背面研磨後，或是背面研磨及蝕刻處理(或是平坦化處理)後，於半導體晶圓1'的背面貼附接著膜而形成接著劑層33(圖1E)，進而將該接著劑層33以晶片尺寸切斷(圖1F)。自該接著膜的貼附至以晶片尺寸切斷之步驟係例如如圖2A~圖2D所示般進行。

圖2A係顯示圖1C或圖1D之步驟結束後之半導體晶圓1'之剖面圖。於分離為半導體晶片1之半導體晶圓1'的元件形成面貼附有保護膠帶32。

將在薄膜基材34上設置有接著劑層33之接著膜35以使接著劑層33側朝向半導體晶圓1'側之方式貼附於貼附有保護膠帶32之半導體晶圓1'的背面(圖2B)。而後，將接著膜35的薄膜基材34剝離(圖2C)。

其次，朝向接著劑層33噴射高溫的高壓空氣(圖2D)。在圖1F及圖2D中，符號26表示連接於高溫高壓空氣產生裝置(未圖示)之噴嘴，自該噴嘴26朝向接著劑層33噴射高溫高壓空氣。由於對接著劑層33噴射之空氣係為高溫，故接著劑層33會熔融或軟化，藉由對該熔融或是軟化之接著劑層33施加利用空氣所產生之高壓，而沿切斷凹槽31切斷接著劑層33，且使其切斷端迴繞並覆蓋於各半導體晶片1的側面。

高溫高壓空氣之噴射既可對接著劑層33的整面進行，亦可沿切斷凹槽31噴射。又，在沿切斷凹槽31噴射之情形下，既可在比切斷凹槽31的凹槽寬度為窄之範圍內噴射，亦可在比凹槽寬度為寬之範圍內噴射。在圖2D及圖1F中，噴嘴26的前端以可沿切斷凹槽31移動之方式構成，高溫高壓空氣係沿切斷凹槽31而對接著劑層33噴射。

又，噴射之空氣的溫度只要是至少使接著劑層33軟化之溫度即可，雖亦可根據接著劑的種類決定，但通常是在50℃以上200℃以下之範圍內，較佳的是在60℃以上120℃以下之範圍內。再者，空氣的壓力較佳的是在0.15 MPa以上，更佳的是在0.3 MPa以上。若空氣的壓力未達到0.15 MPa，則存在未能切斷接著劑層33之顧慮。再者，空氣的流量較佳的是在0.0005 m³ /s以上，更佳的是在0.0008 m³ /s以上。此處，上述空氣溫度並非是噴嘴之噴口的空氣溫度，而是空氣到達至切斷凹槽31部分的接著劑層33之時之溫度，亦即，係指切斷凹槽31部分之接著劑層33的表面溫度。

另，在本實施形態中，接著劑層33的形成雖係使用在薄膜基材34上設置有接著劑層33之接著膜35，但亦可使用僅包含接著劑層33之接著膜。在該情形下，可省略如圖2C所示般之薄膜基材34的剝離步驟。

又，在本實施形態中，雖噴射高溫的高壓空氣，但亦可藉由其他加熱機構使接著劑層33熔融或是軟化，並噴射常溫的高壓空氣。

再者，亦可如圖3所示般，在冷卻平台41上進行將接著劑層33沿切斷凹槽31切斷之步驟，亦即圖1F之步驟，並藉由高溫高壓空氣之噴射、或是利用其他加熱機構之接著劑層33之加熱，防止貼附於半導體晶圓1'的表面之保護膠帶32熱劣化。

或者，作為接著劑層33的預備或是輔助加熱機構，亦可在加熱平台上進行該步驟。在該情形下，可以更短時間使接著劑層33軟化或熔融，可縮短切斷時間，提高切斷的作業效率。特別是如圖2D及圖1F所示般，在一面使噴嘴26的前端沿切斷凹槽31移動，一面將高溫高壓空氣噴射至接著劑層33之情形下，可藉由預備或是輔助性加熱接著劑層33，而謀求加工(切斷)速度之高速化、切斷安定性之提高。

亦即，圖4係顯示藉由在控制為固定溫度之加熱平台上進行圖1F之步驟而一面加熱接著劑層33一面對接著劑層33噴射高溫高壓空氣進行切斷之情形、以及未加熱接著劑層33而對接著劑層33噴射高溫高壓空氣進行切斷之情形之接著劑層33的表面溫度與加工速度(噴嘴26的移動速度)之關係之圖。縱軸表示接著劑層33的表面溫度，橫軸表示加工速度。另，切斷除對於接著劑層33之加熱之有無以外係以相同條件、相同方法進行。

如自圖4所明確般，在未對接著劑層33進行利用加熱平台之加熱之情形下，若提高加工速度則接著劑層33的表面溫度會大幅下降，與此相對，在一面於加熱平台上加熱接著劑層33一面進行切斷之情形下，即便提高加工速度，接著劑層33的表面仍保持大致固定之溫度。這是顯示在前者中，若提高加工速度則存在有接著劑層33的表面溫度下降而無法切斷之顧慮，與此相對，在後者中，即便提高加工速度仍可將接著劑層33保持為特定的溫度，可安定地進行切斷。藉此，可知在一面將接著劑層33在加熱平台上加熱一面進行切斷之情形下，可進行高速之加工，且可提高切斷的安定性。

另，對於接著劑層33進行預備性或輔助性加熱之溫度，若過高則如前述般會有使貼附於半導體晶圓1'的表面之保護膠帶32熱劣化之顧慮，因此較佳的是在保護膠帶32不會熱劣化之範圍內進行設定。

如此，於半導體晶圓1'的背面形成接著劑層33，且將該接著劑層33以晶片尺寸切斷之後，自分離為半導體晶片1之半導體晶圓1'將保護膠帶32剝離(圖1G)。此時，係如圖1G所示般，在晶圓環37上所貼附之薄膜36上使經分離之半導體晶圓1'以使保護膠帶32側朝上之方式予以保持，而將保護膠帶32剝離。薄膜36既可為具有黏著性者，亦可為非黏著性者。又，亦可不使用薄膜36而直接保持在保持台等上。

剝離保護膠帶32而構成於背面具備接著劑層之半導體晶圓1'之半導體晶片1，係利用具備吸附夾頭27之拾取機構進行拾取，而搬送至對基板或是其他半導體晶片之安裝步驟等之半導體裝置之特定的製造步驟(圖1H)。

根據本實施形態，在將形成於分離為各半導體晶片之半導體晶圓1'的背面之接著劑層切斷時，由於係在使接著劑層熔融或是軟化之上以空氣壓力進行切斷，因此不會如先前之使用刀片進行切斷之情形般切斷半導體元件的一部分，或因切斷屑而產生表面髒污，且亦不會如使用雷射之情形般在拾取時產生半導體晶片的破裂。

再者，由於係使接著劑層的切斷端覆蓋於半導體晶片的側面，因此可防止接著劑層的切斷端之「凹縫(收縮)」或「突出」等之產生。亦即，「凹縫」係因接著劑層形成時之變形而產生者，若存在「凹縫」，則會有在安裝時包含於密封材之填充物侵入而在半導體晶片上產生破裂或裂縫之顧慮。且，會有因塗佈不足而產生半導體晶片安裝時之接著不良之顧慮。又，「突出」係指切斷端自半導體晶片突出於外側之現象，若存在「突出」，則會有該部分向背面側彎折而對安裝帶來障礙之顧慮。在本實施形態中，由於接著劑層的切斷端係迴繞於半導體晶片的側面而覆蓋，因此可防止此種「凹縫」或「突出」的產生。

圖5係應用本實施形態使用金屬顯微鏡拍攝所切斷之接著劑層33的剖面之照片的摹寫圖。在該例中，確認切斷厚度為7 μm的接著劑層33，其切斷端於半導體晶片1的側面係覆蓋至約20 μm(切斷凹槽31的深度130 μm之約1/7~1/6)的深度。在接著劑層33的切斷中應用之空氣的條件係如下所示。

溫度：100℃、壓力：0.4 MPa

為防止如上述般之「凹縫(收縮)」或「突出」，接著劑層33的切斷端在半導體晶片1的厚度為20 μm之情形下，較佳的是覆蓋於半導體晶片1的側面至至少5 μm的深度。一般而言，較佳的是被覆蓋至切斷凹槽31的至少1/8，更佳的是1/4，進而更佳的是1/2的深度。尤其較佳的是，半導體晶片1的側面整體被覆蓋至接著劑層33的深度。

在本實施形態中，作為接著膜可使用於接著劑層中含有捕獲金屬雜質離子之金屬雜質離子捕獲劑者。亦即，近來，伴隨著半導體元件的微細化、半導體晶片的薄膜化等，由微量的金屬雜質所引起的對半導體元件之污染已成為問題，其中，由作為半導體晶圓中之擴散速度較快的可動離子之Cu、Fe、Au、Na等之金屬離子所引起的污染已成為問題。是以，業內正在開發一種添加捕獲此種金屬雜質離子之金屬雜質離子捕獲劑，藉此抑制金屬雜質離子侵入半導體晶圓之接著膜。在本實施形態中，可使用含有該金屬雜質離子捕獲劑之接著膜。在本實施形態中，係如前述般，由於接著劑層的切斷端被覆蓋至半導體晶片的側面，因此不僅是半導體晶片的背面，亦可防止來自側面之金屬雜質離子侵入。基於防止金屬雜質離子侵入半導體晶片之觀點，如圖6所示般，較佳的是，含有金屬雜質離子捕獲劑之接著劑層33A的切斷端覆蓋於半導體晶片1的側面整體。亦即，較佳的是，利用接著劑層33覆蓋半導體晶片1的側面整體。在圖6中，11表示形成於半導體晶片1的表面之半導體元件。

另，由金屬雜質離子所引起的污染尤其成為問題，認為係背面經鏡面處理(例如CMP、乾拋光等)之半導體晶片(通常具有20~50 μm左右的厚度)，在背面粗糙之情形下，由金屬雜質離子所引起的污染不會成為實質性問題。作為其理由，可舉出粗糙背面係作為所謂的金屬雜質離子的集結點而發揮功能；或背面粗糙之半導體晶片通常由於厚度較大，因此即便有金屬雜質離子侵入，仍較少到達至表面的半導體元件等。因而，尤其在背面經鏡面處理之半導體晶片之情形下，較佳的是，使用含有金屬雜質離子捕獲劑之接著膜，在該情形下，如圖6所示般，較佳的是以含有金屬雜質離子捕獲劑之接著劑層33A覆蓋半導體晶片1的側面整體。在具有20~50 μm左右的厚度之半導體晶片中，藉由調節空氣的溫度或壓力、接著劑層的加熱溫度(進行加熱之情形)等之切斷加工條件，可以接著劑層覆蓋半導體晶片的側面整體。

本實施形態中作為較佳地使用之含有金屬雜質離子捕獲劑之接著膜，可舉出包含錯合劑、無機離子交換體及金屬粉末之1種以上者。錯合劑係具有與金屬離子連結而形成錯合物之性質者，可舉出例如苯酚、甲酚、鄰苯二酚、間苯二酚、二羟基二苯甲酮等。無機離子交換體係藉由提取離子，並代替其釋放無機離子交換體所具有之其他離子，而進行無機離子交換體的一部分之更換者，可舉出例如氧化物或磷酸化合物等之鋯系化合物、銻系化合物、鉍系化合物、銻-鉍系化合物、鎂-鋁系化合物等。金屬粉末係將在其表面等存在之複數個懸鍵作為集結點使用而捕獲金屬雜質離子者，可舉出例如矽粉末(非晶矽、多晶矽等)等。接著劑層中之該等金屬雜質離子捕獲劑的含有量通常是20體積%以下，較佳的是10體積%以下。

又，在本實施形態中，雖將接著劑層形成於在表面形成有半導體元件之半導體晶圓的背面，但接著劑層亦可形成於半導體晶圓的表面，亦即半導體元件的形成面。如此即便對於半導體晶圓的表面所形成之接著劑層，亦可以與前述相同之方法，一面加熱接著劑層一面對接著劑層噴射高壓空氣，藉此可將接著劑層33沿切斷凹槽31切斷，而獲得於半導體元件形成面具有接著劑層之半導體晶片。於半導體元件形成面具有接著劑層之半導體晶片，作為在基板、或是其他半導體晶片上以覆晶接合進行安裝之半導體晶片係有用。

如以上所述般，根據本實施形態，可獲得一種在不賦與半導體元件髒污、晶片破裂、配線切斷等之不良影響之下切斷半導體晶圓，使品質提高，且使製造成品率提高之半導體裝置之製造方法及製造裝置、以及高品質的半導體裝置。

雖已說明實施形態，但該等實施形態僅係作為例而提出者，其並未意欲限定發明之範圍。該等新穎的實施形態可以其他各種形態進行實施，在未脫離發明之要旨之範圍內，可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變形係包含在發明之範圍或要旨內，且包含在記載於專利申請範圍之發明及其均等的範圍內。

1．．．半導體晶片

1'．．．半導體晶圓

11．．．半導體元件

21．．．保持台

22．．．金剛石刀

23．．．按壓構件

24．．．磨刀石

25．．．蝕刻裝置

26．．．噴嘴

27．．．吸附夾頭

31．．．切斷凹槽

32．．．保護膠帶

33．．．接著劑層

33A．．．接著劑層

34．．．薄膜基材

35．．．接著膜

36．．．薄膜

37．．．晶圓環

41．．．冷卻平台

圖1A~圖1H係顯示一實施形態之半導體裝置的製造步驟之概略立體圖。

圖2A~圖2D係進一步詳細顯示圖1E及圖1F所示之步驟之剖面圖。

圖3係顯示圖2D所示之步驟的變化例之剖面圖。

圖4係顯示於加熱平台上進行圖1F之步驟之情形的效果之圖。

圖5係利用金屬顯微鏡拍攝應用實施形態所切斷之接著劑層的剖面之照片的摹寫圖。

圖6係顯示圖1E所示之步驟的變化例之剖面圖。

1'．．．半導體晶圓

26．．．噴嘴

31．．．切斷凹槽

32．．．保護膠帶

33．．．接著劑層

Claims (15)

1. 一種半導體裝置之製造方法，其包含：(a)於形成有半導體元件之半導體晶圓的元件形成面形成切斷凹槽之步驟；(b)於前述半導體晶圓的元件形成面貼附保護膠帶之步驟；(c)研磨前述半導體晶圓的背面，將前述半導體晶圓薄化，且將前述半導體晶圓分割為形成有半導體元件之複數個半導體晶片之步驟；(d)於前述半導體晶圓的背面形成接著劑層之步驟；(e)一面加熱形成於前述半導體晶圓的背面之前述接著劑層使其熔融或軟化，一面對前述接著劑層噴射高壓空氣，藉此於每個前述半導體晶片分離切斷前述接著劑層之步驟；及(f)將前述保護膠帶剝離之步驟。
2. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中前述步驟(e)係以利用前述接著劑層的切斷端被覆前述各半導體晶片的側面之至少一部分之方式進行。
3. 如請求項2之半導體裝置之製造方法，其中利用前述接著劑層的切斷端，自背面起被覆各半導體晶片的側面至至少5μm之深度。
4. 如請求項2之半導體裝置之製造方法，其中利用前述接著劑層的切斷端，自背面起被覆各半導體晶片的側面至前述切斷凹槽的至少1/8之深度。
5. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中在前述步驟(e)中，前述加熱係藉由對前述接著劑層噴射高溫高壓空氣而與前述高壓空氣的噴射同時進行。
6. 如請求項5之半導體裝置之製造方法，其中前述高溫高壓空氣的溫度係在50℃以上200℃以下之範圍內。
7. 如請求項5之半導體裝置之製造方法，其中前述高溫高壓空氣的壓力係在0.15MPa以上。
8. 如請求項5之半導體裝置之製造方法，其中前述高溫高壓空氣係以0.005m³ /s以上之流量噴射至前述接著劑層。
9. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中在前述步驟(e)中，沿前述切斷凹槽噴射前述高壓空氣。
10. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中前述步驟(e)係將前述半導體晶圓載置於冷卻平台上，一面冷卻貼附於前述半導體晶圓上之保護膠帶一面進行。
11. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中前述步驟(e)包含將前述半導體晶圓載置於加熱平台上，預備性或是輔助性地加熱前述接著劑層。
12. 如請求項1之半導體裝置之製造方法，其中前述接著劑層包含金屬雜質離子的捕獲劑。
13. 如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中 前述金屬雜質離子係Cu、Fe、Au及Na離子中至少1種。
14. 如請求項12之半導體裝置之製造方法，其中利用前述接著劑層的切斷端，被覆各半導體晶片的側面之大致整面。
15. 一種製造半導體之裝置，其包含：將分割為複數個半導體晶片、並於該等之背面整面形成接著劑層而一體化之半導體晶圓的前述接著劑層加熱之加熱機構；及具備對前述接著劑層噴射高壓空氣之噴嘴之高壓空氣產生裝置。