TWI603391B - 半導體晶片之雷射切割方法 - Google Patents

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Description

半導體晶片之雷射切割方法
本發明是關於一種半導體晶片之雷射切割方法，特別是可去除雷射全切穿切割後於該半導體晶片上所飛濺堆積之殘渣，以利於一吸嘴將切割後之晶粒提取至下一製程步驟。
一般半導體代工業界所製作積體電路或半導體元件所必須經過切割處理之步驟方能將半導體晶圓或晶片(wafer)切割成所需要之晶粒(die)，也是半導體晶圓封裝製程中重要且不可或缺的步驟之一。於以往尺寸較大之半導體晶圓或晶片通常是運用鑽石刀以機械的方式切割出各別之晶粒，然而，以機械式的切割方法相對容易破壞材質較脆弱之晶圓或晶片，不僅容易造成晶圓或晶片破裂之不良狀況發生，更耗費於大量時間於切割的過程，拖慢整體製程的時間，且於鑽石刀切割的同時其切割痕也會消耗一部份晶圓而產生廢料。
近年由於製程科技的進步，對於材質脆弱的三五族半導體晶圓之切割，逐漸以先進的雷射切割技術予以取代，由於雷射切割技術係以極高功率之光線聚焦於半導體晶圓或晶片表面，造成局部溫度升高而加以溶解將該半導體晶圓或晶片切割分裂，其優點在於能快速精準的進行切割，其速度約為傳統機械式切割所花費時間的五分之一，其重點是不會進一步造成半導體晶圓或晶片裁切時產生機械式的應力破壞。
目前因雷射切割容易於雷射切割道周圍處造成熔融物飛濺或氣化凝結所產生之堆積物，在後續晶粒進行封裝製程中，若使用崁入式吸嘴提取切割後之晶粒，而位於該晶粒週緣上經雷射切割後所殘留之堆積物將會造成晶粒邊緣不平整之現象，使得該吸嘴提取晶粒過程中產生卡晶 粒的現象，進一步造成封裝過程延遲停滯。請參閱圖一A、圖一B、圖一C所示，其中，圖一A係為習用雷射切割晶圓技術之步驟A製程示意圖。圖一B係為習用雷射切割晶圓技術之步驟B製程示意圖。圖一C係為習用雷射切割晶圓技術之步驟C製程示意圖。
如圖一A所示，一般習用雷射切割晶圓技術係利用一雷射切割器9於一半導體晶片1上進行雷射熔融切割，於該半導體晶片1之一正面11上設置有複數個電路元件12，而於該半導體晶片1之一背面13上貼附有一膠帶(tape)14以固定切割後之該半導體晶片1。該雷射切割器9依照該半導體晶片1上所預設之一雷射切割道15進行分割，以達到將該半導體晶片1分割成複數個晶粒10之目的(參考圖一B所示)，而由於該雷射切割道15係大致位於相鄰之兩電路元件12之間，使得經由該雷射切割器9所雷射切割後各別之晶粒10上皆具有至少一電路元件12。
如圖一B所示，該雷射切割器9沿著位於該半導體晶片1上所預設之該雷射切割道15以極高功率之光線聚焦造成局部溫度升高而加以雷射全切穿切割的方式將該半導體晶片1切割成複數個具有該電路元件12之晶粒10。於該半導體晶片1之該正面11也就是位於該雷射切割道15之切口週緣處會產生雷射切割後所熔融物飛濺或氣化凝結之堆積物16，造成該些晶粒10邊緣不平整之現象。
如圖一C所示，封裝機台利用一吸嘴8將切割後之晶粒10提取時，位於該晶粒10邊緣上之堆積物16造成該晶粒10於該崁入式吸嘴8提取時呈現不規則傾斜現象，會影響到該吸嘴8提取該晶粒10於封裝製程要求之平行度，進一步造成卡滯該晶粒10的現象發生。
針對上述事由，本發明一種半導體晶片之雷射切割方法，利用於半導體晶片之背面朝上進行雷射全切穿切割，並配合於該半導體晶片之正面貼附一具有膠層之一膠帶基材膜，使雷射切割後所熔化飛濺之堆積物不會滯留於該半導體晶片之正面，達到利於封裝製程中該吸嘴將切割後之晶粒提取至下一製程步驟之目的。
本發明的第一目的是在於提供一種半導體晶片之雷射切割方法，藉由半導體晶片一背面朝上雷射全切穿切割方式，使半導體晶片之正面無雷射切割後所殘留之熔融堆積物產生，達到一吸嘴將切割後之晶粒提取至下一製程步驟之目的。
本發明的第二目的是在於提供一種半導體晶片之雷射切割方法，藉由該半導體晶片設有複數個電路元件之一正面上所貼附之一膠帶基材膜上之一膠層利用加熱方式使該膠層能填補該些電路元件高低所造成孔隙，以避免雷射切割時因高溫熔融產生高溫氣體接觸該電路元件造成燒焦、或是熔融殘渣飛濺到該些電路元件上之目的。
為達到上述目的，本發明一種半導體晶片之雷射切割方法，其包括有以下步驟：步驟一，將該半導體晶片係包括：一正面、以及一背面，加以翻轉該半導體晶片使該背面朝上，並令該正面上凸起且以陣列排列之複數個電路元件朝下；步驟二，利用一膠帶基材膜上膠層，並以該膠層覆蓋貼附於該半導體晶片之該正面上，且以加熱的方式將該膠層填充該膠帶基材膜與該半導體晶片間之空隙中；以及，步驟三，藉由一雷射切割器於該半導體晶片之該背面且位於各別之該電路元件之間所預設之一雷射切割道上進行雷射全切穿切割，以形成複數個具有該電路元件之晶粒。
1‧‧‧半導體晶片
10‧‧‧晶粒
11‧‧‧正面
12‧‧‧電路元件
13‧‧‧背面
14‧‧‧膠帶
15‧‧‧雷射切割道
16‧‧‧堆積物
2、2a、2b‧‧‧半導體晶片
20‧‧‧晶粒
21、21a、21b‧‧‧正面
22、22b‧‧‧背面
23、23a、23b‧‧‧電路元件
231、231a‧‧‧頂面
24、24a‧‧‧膠帶基材膜
25、25a‧‧‧膠層
26、26a‧‧‧雷射切割道
27‧‧‧堆積物
28‧‧‧雷射切割平台
281‧‧‧頂面
29‧‧‧折射體
301~305‧‧‧步驟一~步驟五
51‧‧‧第一方向
52‧‧‧第二方向
8‧‧‧吸嘴
9‧‧‧雷射切割器
圖一A係為習用雷射切割晶圓技術之步驟A製程示意圖。
圖一B係為習用雷射切割晶圓技術之步驟B製程示意圖。
圖一C係為習用雷射切割晶圓技術之步驟C製程示意圖。
圖二為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟流程圖。
圖三A為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟一製程示 意圖。
圖三B為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟二製程示意圖。
圖三C為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟三製程示意圖。
圖三D為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟四製程示意圖。
圖三E為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟五製程示意圖。
圖四為本發明半導體晶片之雷射切割方法之第一較佳實施例的半導體晶片示意圖。
圖五為本發明半導體晶片之雷射切割方法之第二較佳實施例的半導體晶片示意圖。
為了能更清楚地描述本發明所提出之半導體晶片之雷射切割方法，以下將配合圖式詳細說明之。
請參閱圖二所示，圖二係為本發明半導體晶片之雷射切割方法步驟流程圖。其中，本發明一種半導體晶片之雷射切割方法，其包括有以下步驟：步驟一301：將該半導體晶片係包括：一正面、以及一背面，加以翻轉該半導體晶片使該背面朝上，並令該正面上凸起且以陣列排列之複數個電路元件朝下。
步驟二302：利用一膠帶基材膜上塗佈有一膠層，並以該膠層覆蓋貼附於該半導體晶片之該正面上，且以加熱的方式將該膠層填充於該膠帶基材膜與該半導體晶片間之空隙中。
步驟三303：藉由一雷射切割器於該半導體晶片之該背面且位於各別之該電路元件之間所預設之一雷射切割道上進行雷射全切穿切割，以形成複數個具有該電路元件之晶粒。
步驟四304：以蝕刻的方式將該半導體晶片之該背面上因雷射切割後於該雷射切割道口周圍所飛濺或氣化凝結產生之堆積物加以消除。
步驟五305：將該半導體晶片之該正面翻轉朝上，並去除貼附於該正面上之該膠帶基材膜的同時去除該膠層，以利於經雷射全切穿切割後各別具有該電路元件之該晶粒透過一吸嘴提取至下一製程步驟之機台。
請參閱圖三A~圖三E所示，圖三A為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟一製程示意圖。圖三B為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟二製程示意圖。圖三C為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟三製程示意圖。圖三D為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟四製程示意圖。圖三E為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟五製程示意圖。
如圖三A所示，其為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟一，係定義有一第一方向51以及相反之一第二方向52；其中，該第一方向51係為上方，該第二方向52係為下方。將該半導體晶片2係包括：一正面21、以及一背面22，加以翻轉該半導體晶片2使該背面22朝向該第一方向51(上方)，並令設置於該正面21上凸起且以陣列排列之複數個電路元件23朝向該第二方向52(下方)。
如圖三B所示，其為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟二，利用一膠帶基材膜24上平均塗佈有一膠層25，並以該膠層25覆蓋貼附於該半導體晶片2之該正面21上，且以加熱的方式將該膠層25軟化後填充於該膠帶基材膜24與該半導體晶片2間之空隙中。其中，該膠層25加熱之溫度範圍係為60℃~90℃之間，並且持續3~8分鐘為較佳，因為該膠層25具有足夠的厚度可透過持續且適當地加溫的方式進一步將該膠層25軟化並分別填補於兩電路元件23間之空隙中，使該膠帶基材膜24與該電路元件23之間無孔隙現象產生。於本實施例中，該膠層25垂直於該半導體晶片2之該正面21的厚度(T1)係大於該電路元件23的一頂面231垂直於該半導體晶片2之該正面21的厚度(T2)的1.1倍，亦即(T1)>1.1(T2)，才能有效率地達到使膠層25軟化後能填滿於該膠帶基材膜24與該半導體晶片2間之空隙中。
如圖三C所示，其為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟三，藉由一雷射切割器9於該半導體晶片2之該背面22且位於各別之該電路元件23之間所預設之一雷射切割道26上進行雷射全切穿切割，藉以形成複數個具有該電路元件23之晶粒20。
如圖三D所示，其為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟四，利用蝕刻的方式將該半導體晶片2之該背面22上因雷射切割後於該雷射切割道26口周圍所飛濺產生之一堆積物27加以消除。由於該半導體晶片2之該背面22(N-side)位於該雷射切割道26口周圍之該堆積物27約莫有2~5μm高，且具有該電路元件23之該半導體晶片2的背面22係為N-metal(負電極)或沈積保護層或抗反射層(SiNx，SiO2…)所組成，故可直接針對該背面22進行蝕刻(metal及保護層不受蝕刻)。並且，又因該半導體晶片2之該正面21係為P-side(正電極)與該膠帶基材膜24之間具有該膠層25充填著，因此，可以避免雷射切割時因高溫熔融產生高溫蒸氣接觸該電路元件造成燒焦、或是熔融殘渣飛濺到該電路元件上。所以，依據本發明之上述技術，該些晶粒20之該正面21與背面22(P-side、N-side)皆可有效抑制或消除經雷射切割後所產生之該堆積物27。
承上述，於本發明半導體晶片之雷射切割方法所運用之蝕刻的方式係可以是濕蝕刻，所使用之溶液係可以是鹽酸與水或是鹽酸及磷酸依預設比例調和之混合液，用以蝕刻該雷射切割道26口周圍之該堆積物27。
如圖三E所示，其為本發明半導體晶片之雷射切割方法之步驟五，將雷射切割後之該半導體晶片2之該正面21翻轉180度朝向該第一方向51(上方)，並進一步去除貼附於該正面21上所貼附之該膠帶基材膜24的同時亦將該膠層25一併去除，以利於經雷射全切穿切割後各別具有該電路元件23之晶粒20能透過一吸嘴8提取至下一製程步驟之機台進行後續之封裝程序。
以下所述之本發明其他較佳實施例中，因大部份的元件係相同或類似於前述實施例，故相同之元件與結構以下將不再贅述，且相同之元件將直接給予相同之名稱及編號，並對於類似之元件則給予相同名稱但在原編號後另增加一英文字母以資區別且不予贅述，合先敘明。
請參閱圖四所示，圖四為本發明半導體晶片之雷射切割方法 之第一較佳實施例的半導體晶片示意圖。由於圖四之本發明半導體晶片之雷射切割方法第一較佳實施例其大體上與圖三A~圖三E所示之實施例類似，故相同之元件與結構以下將不再贅述。本發明之第一較佳實施例的半導體晶片與前述實施例之不同點在於，為避免於進行雷射切割該半導體晶片2a時有路徑高低之落差，於該半導體晶片2a之該正面21a且分別位於該電路元件23a之間設有凸出之一雷射切割平台28，而該雷射切割平台28之一頂面281係與該膠帶基材膜24a上之該膠層25a相互貼合。也就是說，該雷射切割平台28係大致對應設置於該雷射切割道26a之上，且位於該半導體晶片2a之該正面21a並將該電路元件23a加以框圍，而該雷射切割平台28由該半導體晶片2a之該正面21a所凸起之厚度係大於或等於該電路元件23a之厚度，使得該雷射切割平台28所框圍之面積係大於該電路元件23a之該頂面231a的面積。
換句話說，該雷射切割平台28之該頂面281垂直於該半導體晶片2a之該正面21a的厚度(T3)係大或等於該電路元件23a的該頂面231a垂直於該半導體晶片2a之該正面21a的厚度(T2)，亦即(T3)≧(T2)；也就是說，於該電路元件23a之四周係受到該雷射切割平台28所框圍。由於該雷射切割平台28係設置對應位於該雷射切割道26a之上，因此，將該雷射切割道26a位於同一晶圓厚度之垂直路徑上，可避免該雷射切割道26a之路徑產生高低落差。
請參閱圖五所示，圖五為本發明半導體晶片之雷射切割方法之第二較佳實施例的半導體晶片示意圖。由於圖五之本發明半導體晶片之雷射切割方法第一較佳實施例其大體上與圖三A~圖三E所示之實施例類似，故相同之元件與結構以下將不再贅述。本發明之第二較佳實施例的半導體晶片與前述實施例之不同點在於，於該半導體晶片2b之該背面22b上設有複數個凸出之折射體29，且各別之該折射體29係分別對應位於該正面21b上之該電路元件23b。其中，該電路元件23b係可以是一發光元件或檢光元件(例如：LD雷射二極體或PIN光偵測器)，並透過該折射體29進行一次光學折射。
唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等 變化所含括之範圍為主者。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
301~305‧‧‧步驟一~步驟五

Claims (8)

  1. 一種半導體晶片之雷射切割方法，其包括有以下步驟：步驟一，提供一半導體晶片，該半導體晶片具有包括：設有複數個電路元件之一正面、以及一背面，並將該半導體晶片加以翻轉使該背面朝上；步驟二，利用一膠帶基材膜上塗佈有一膠層，並以該膠層覆蓋貼附於該半導體晶片之該正面上，且以加熱的方式將該膠層填充於該膠帶基材膜與該半導體晶片間之空隙中；步驟三，藉由一雷射切割器於該半導體晶片之該背面且位於各別之該電路元件之間所預設之一雷射切割道上進行雷射全切穿切割，以形成複數個具有該電路元件之晶粒；以及步驟四，以蝕刻的方式將該半導體晶片之該背面上因雷射切割後於該雷射切割道口周圍所飛濺或氣化凝結產生之堆積物加以消除。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶片之雷射切割方法，其中，於步驟二之加熱溫度範圍為60℃~90℃之間，並且持續3~8分鐘。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶片之雷射切割方法，其中，更包括一步驟五，將該半導體晶片之該正面翻轉朝上，並去除貼附於該正面上之該膠帶基材膜的同時去除該膠層，以利於經雷射全切穿切割後各別具有該電路元件之該晶粒透過一吸嘴提取至下一製程步驟之機台。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶片之雷射切割方法，其中，該膠層垂直於該半導體晶片之該正面的厚度(T1)係大於該電路元件一頂面垂直於該半導體晶片之該正面的厚度(T2)的1.1倍，亦即(T1)>1.1(T2)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶片之雷射切割方法，其中，該蝕刻的方式是濕蝕刻，所使用之溶液係可以是鹽酸與水或是鹽酸及磷酸依預設比例調和之混合液。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶片之雷射切割方法，其中，於該半導體晶片之該正面且分別位於該電路元件之間設有凸出之一雷射切割平台，該雷射切割平台之頂面垂直於該半導體晶片之該正面的 厚度(T3)係大或等於該電路元件一頂面垂直於該半導體晶片之該正面的厚度(T2)，亦即(T3)≧(T2)；其中，該雷射切割平台係對應位於該雷射切割道之上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶片之雷射切割方法，其中，於該半導體晶片之該背面上設有複數個凸出之折射體，且各別之該折射體係分別對應於該電路元件。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之半導體晶片之雷射切割方法，其中，該電路元件係可以是一發光元件或檢光元件，並透過該折射體進行一次光學折射。
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