无残留物晶片的制造方法

摘要

本发明涉及一种无残留物晶片的制造方法。有机粘着胶带通常于凸块形成后在晶片制作的过程中用来固定与保护凸块。在所述制造方法中，于胶带去层压后，若有机粘着胶带残留于晶片上，则于层压胶带前，涂布一凸块模板层于凸块上，以便于残留物后续移除，得到一无残留物晶片。本发明实施例的方法能够于晶片研磨后形成无残留物(residue-free)凸块区域且允许一宽的工艺容许度。

权利要求

1.一种无残留物晶片的制造方法，包括：

提供一其上具有一部分制作的半导体元件的基板，该基板具有一第一表面与凸块于其上；

涂布一凸块模板层于该凸块上；

层压一有机粘着胶带于该第一表面与该凸块上；

自该第一表面对该有机粘着胶带进行去层压，其中一部分的该有机粘着胶带残留粘着于该凸块上；以及借由一第一溶液清洁该第一表面，以移除所有的该有机粘着胶带与该凸块模板层；

其中，所述涂布一凸块模板层包括：以一凸块模板材料覆盖该第一表面与该凸块；以及自该第一表面移除该凸块模板材料。

2.如权利要求1所述的无残留物晶片的制造方法，于进行该有机粘着胶带去层压之前，还包括对该基板的一第二表面进行晶背研磨。

3.如权利要求1所述的无残留物晶片的制造方法，于进行该有机粘着胶带去层压之前，还包括将该有机粘着胶带暴露于紫外光辐射。

4.如权利要求1所述的无残留物晶片的制造方法，其中涂布一凸块模板层包括浸渍该基板于一有机模板材料的薄粘性层中，以及对该第一表面进行加热以形成该凸块模板层。

5.如权利要求4所述的无残留物晶片的制造方法，其中于该浸渍操作的过程中，该有机模板材料未与该第一表面接触。

6.如权利要求1所述的无残留物晶片的制造方法，其中涂布一凸块模板层包括以一凸块模板材料覆盖该第一表面与该凸块，对该凸块上的该凸块模板材料进行烘烤，而未烘烤该第一表面上的该凸块模板材料，以及自该第一表面移除未烘烤的该凸块模板材料。

7.如权利要求1所述的无残留物晶片的制造方法，其中涂布一凸块模板层包括以一凸块模板材料覆盖该第一表面与该凸块，其中该凸块模板材料形成一湿润层于该凸块上，而未形成于该第一表面上，自该第一表面移除该凸块模板材料，以及自该湿润层形成一凸块模板层。

8.如权利要求7所述的无残留物晶片的制造方法，其中自该第一表面移除该凸块模板材料包括以一第二溶液清洁该第一表面，其中该第二溶液不同于该第一溶液。

9.一种无残留物晶片的制造方法，包括：

提供一部分制作的半导体基板，具有一第一表面与凸块于其上；

以一凸块模板材料覆盖该第一表面与该凸块；

自该第一表面移除该凸块模板材料；

层压一粘着胶带于该第一表面与该凸块上；

自一相对于该第一表面的第二表面薄化该基板；

自该第一表面对该粘着胶带进行去层压，其中一部分的该粘着胶带残留粘着于该凸块上；以及借由一溶液清洁该第一表面，以移除所有的该粘着胶带与该凸块模板材料。

10.如权利要求9所述的无残留物晶片的制造方法，其中该去层压操作包括将该粘着胶带暴露于紫外光辐射，以及自该第一表面拉出该粘着胶带。

说明书

无残留物晶片的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及于一种半导体凸块工艺，特别涉及一种半导体元件的封装方法。

背景技术

[0002] 集成电路(IC)芯片的封装是工艺中最重要的步骤之一，对于封装芯片的总成本、效能与可靠度贡献很大。当半导体元件达到更高集积度时，封装技术变得关键。集成电路(IC)芯片的封装占了生产元件很大一部分的成本，且封装失败需付出产量减少的重大代价。

[0003] 随着半导体元件尺寸与芯片尺寸向下微缩，元件于一芯片上的密度增加，因此，制作芯片接合更具挑战性。许多芯片接合技术利用附着至芯片上的一接触焊盘(contact pad)或接合焊盘(bonding pad)的焊锡凸块(solder bump)制作一自芯片至封装基板的连接。小的焊锡球(solder ball)用来制作许多至封装基板的连接，当一芯片倒置借由焊锡球附着至一封装基板。由于焊锡球可形成一区域阵列(一球栅阵列(ball grid array，BGA))，因此，此方法可达到一非常高密度的芯片内连线结构。倒装芯片法具有对拥有一极低寄生电感(parasitic inductance)的元件达到一非常高密度内连线的优点。此外，于封装前，对芯片基板进行薄化，以缩小元件的最终尺寸并减少热膨胀系数失配(mismatch)的问题。于焊锡球形成后，与封装基板接合之前，对基板进行晶背研磨至一薄的厚度。

[0004] 为在芯片封装寿命内维持优越电性，焊锡球不但需制作一好的电性连接至封装基板，也需维持结构完整性与好的电性连接超过元件寿命。来自封装过程的不期望颗粒与残留物会借由造成焊锡连接龟裂或增加电阻破坏元件效能。此外，具有在半导体制造中可容纳一多变化的芯片设计的工艺条件是众所期待的。因此，势必开发一种于晶片研磨后形成无残留物(residue-free)凸块区域且允许一宽的工艺容许度的封装方法。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中存在的上述问题，根据本发明的一实施例，一种无残留物晶片的制造方法，包括：提供一其上具有一部分制作的半导体元件的基板，该基板具有一第一表面与凸块于其上；涂布一凸块模板层(bumptemplate layer)于该凸块上；层压一有机粘着胶带于该第一表面与该凸块上；自该第一表面对该有机粘着胶带进行去层压(de-laminate)，其中一部分的该有机粘着胶带残留粘着于该凸块上；以及借由一第一溶液清洁该第一表面，以移除所有的该有机粘着胶带与该凸块模板层。

[0006] 根据本发明的另一实施例，一种无残留物晶片的制造方法，包括：提供一部分制作的半导体基板，具有一第一表面与凸块于其上；浸渍该基板于一有机模板；层压一粘着胶带于该第一表面与该凸块上；自一相对于该第一表面的第二表面薄化该基板；自该第一表面对该粘着胶带进行去层压，其中一部分的该粘着胶带残留粘着于该凸块上；以及借由一溶液清洁该第一表面，以移除所有的该粘着胶带与该有机模板。

[0007] 本发明实施例的方法能够于晶片研磨后形成无残留物(residue-free)凸块区域且允许一宽的工艺容许度。

附图说明

[0008] 图1为根据本发明不同实施例，说明一种无残留物凸块晶片制造方法的工艺流程。

[0009] 图2～图8为根据不同实施例，说明本发明制造方法于不同阶段的凸块结构。

[0010] 主要附图标记说明：

[0011] 100～本发明无残留物凸块晶片的制造方法；

[0012] 101～提供一部分制作的半导体基板；

[0013] 103～涂布一凸块模板层于基板上的凸块上；

[0014] 105～层压一有机粘着胶带于凸块上；

[0015] 107～研磨晶背；

[0016] 109～对有机粘着胶带进行去层压；

[0017] 111～清洁基板凸块表面；

[0018] 201～基板；

[0019] 203～凸块；

[0020] 205～接合焊盘；

[0021] 207～钝化层；

[0022] 209～凸块下金属；

[0023] 407～有机粘着胶带；

[0024] 501～薄化基板；

[0025] 503～紫外光辐射；

[0026] 601～胶带残留物；

[0027] 701～喷嘴；

[0028] 703～溶液。

具体实施方式

[0029] 为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

[0030] 本发明不同实施例包括可确保凸块晶片与封装基板接合前无残留物的方法。有机粘着胶带(organic adhesive tape)通常于凸块形成后在晶背研磨(wafer backgrinding)工艺的过程中用来固定与保护凸块(例如焊锡合金(solderalloy)、金、铜或其他金属等)。此处，有机粘着胶带可视为粘着剂与基材胶带(backing tape)。粘着剂一般由一有机材料所构成，分为两类，即紫外光(UV)胶带与非紫外光(non-UV)胶带。紫外光(UV)胶带利用一粘着层，其具有一于紫外光(UV)下可断裂的化学键，以致该胶带可轻易移除。若使用紫外光(UV)胶带，则于胶带自晶片移除或去层压(de-laminated)前，将胶带暴露于一特定波长的紫外光(UV)下。胶带去层压后，若部分有机粘着胶带残留于晶片凸块表面，则于层压胶带前，涂布一凸块模板层(bump template layer)于凸块上，以便于残留物后续移除，得到一无残留物(residue-free)的凸块晶片。

[0031] 图1为根据本发明不同实施例，显示一方法100的工艺流程图。在操作步骤101中，提供一部分制作的半导体基板。一般来说，一芯片的晶片制作完成于此阶段，而部分制作的基板再经封装成为一最终产品。基板一般包括多个部分制作的半导体芯片，每一半导体芯片位于一借由切割道(scribe line)分离的分离区，当晶片沿切割道进行挑选或切割时，上述每一分离区即成为一裸片。于此阶段，部分制作的半导体芯片包括位于基板一侧上的凸块。这些凸块可排列成不同图案或阵列，其尺寸可由数微米至数百微米或更大。一具有凸块附着的基板侧视图显示于图2中。

[0032] 请参阅图2，一基板201显示具有附着于其上的凸块203。基板201包括对应电路与半导体元件的不同嵌入半导体金属与介电层，例如晶体管、电阻、电容与二极管(未图示)。电路与元件电性连接至接合焊盘(bond pad)205。接合焊盘具导电性且一般包括一金属，例如铜与铝。如图2所示，部分接合焊盘205为钝化层207所覆盖。钝化层可为聚酰亚胺、一高分子粘着剂或其他绝缘缓冲材料。一凸块下金属(under bump metal，UBM)209填入一钝化层材料之间的开口。凸块下金属209为一粘着层，以附着一般大部分为铝的接合焊盘材料至一般为锡合金的凸块材料。凸块下金属209可包括一或多层，且可包括镍、钼及其他适合粘着至所需材料的金属。凸块203一般借由一电镀或印刷工艺形成于凸块下金属209上，且借由加热焊锡材料形成一部分球状。凸块最靠近凸块下金属209的区域可视为凸块的腰部(waist)，腰部的周长小于最宽点的周长。若残留物多时，来自有机粘着胶带位于腰部区域的残留物会导致一凸块之间的短路。若残留物少时，则会改变导电路径的电阻。位于腰部与顶部的胶带残留物通常很难清理，且若后续焊接将胶带残留物混入连接中，可能导致一不佳的连接(bad connection)。

[0033] 请参阅图1，在操作步骤103中，涂布一凸块模板层于基板上的凸块上。一凸块模板层为有机粘着胶带之前一涂布至半导体基板凸块侧的覆盖层。在特定实施例中，涂布凸块模板层，如图3所示。在这些实施例中，凸块模板层305为一位于凸块203外部的覆盖层，并未覆盖钝化层，此可借由多种方式而达成。在一实施例中，将基板浸于一平板上的一模板材料薄粘性层中，凸块向下。借由控制基板的精确深度、水平与垂直性，覆盖层可仅发生于凸块表面。一典型的模板材料可包括一般用于助焊材料(solder flux material)的材料，例如松香(rosin)及其他于一例如聚乙二醇醚(polyethylene glycol ether)的有机溶剂中的天然或合成树脂。模板材料除凸块以外，不会与钝化层或其他基板表面无凸块的部分接触。根据凸块模板材料，基板于下一工艺步骤前可进行硬烤。举例来说，硬烤参数可为摄氏75～150度进行1～3分钟，此实施例可视为一选择性深度的浸渍。

[0034] 在另一实施例中，将基板浸于一模板材料的薄粘性层中，凸块向下，不控制深度。然而，借由选择一模板材料利用凸块与钝化层不同的表面性质可使模板材料选择性地仅覆盖凸块，而不覆盖钝化层。一包括一适当界面活性剂的模板材料可提升凸块材料的表面性质高于钝化层的表面性质，例如一表面为亲水性(hydrophilic)，另一表面为疏水性(hydrophobic)。此种模板材料仅形成一湿润层(wetting layer)于凸块材料上，未形成于钝化层上。湿润层可借由加热或化学反应定型或硬化，而于定型或硬化前后，可移除剩余的模板材料，在一实施例中，残留在钝化层上未湿润凸块的模板材料可借由对基板吹动一气体而移除。在另一实施例中，使用一清洁液以移除剩余的模板材料。此处的清洁液与去胶后后续用来移除凸块模板层的清洁液不同。换句话说，模板材料可根据其硬化前后溶于不同溶液中的能力加以选择。

[0035] 在另一实施例中，模板材料可借由暴露基板于一照光角度而定型或硬化，使得低于凸块腰部的区域未经曝晒，也就是钝化层与凸块下金属(UBM)的边缘。此种类型的模板材料可为一光致抗蚀剂。未经曝晒的凸块模板材料不会形成凸块模板层，其可借由以一不溶解硬化模板层的溶剂喷洒表面而移除。此实施例可视为一有角度的照射曝光(angled radiation exposure)。

[0036] 凸块模板材料可为一有机或无机材料，其可溶于水或一有机溶剂中。材料的选择可根据涂布凸块模板层的方法以及胶带去层压后移除胶带残留物的方法而定。举例来说，由于浸渍一精确量与深度的助焊剂(flux)的技术已广为人知，因此，用于助焊剂(soldering flux)的特定类型材料对选择性深度的浸渍(selective depth dipping)实施例来说是有帮助的。适合的材料包括分散于一粘性且高沸点溶剂中的合成树脂。在另一实施例中，由于光致抗蚀剂可保护暴露于照光下的凸块区域且有已知方法可移除未曝晒光致抗蚀剂，因此，可选择一光致抗蚀剂类型的材料进行有角度的照射曝光(angled radiationexposure)实施例。根据上述实施例，本领域普通技术人员可开发额外方法涂布一凸块模板层与选择适当材料。

[0037] 在特定实施例中，涂布凸块模板材料于整个基板表面可降低胶带粘着。此与根据图3借由选择性地涂布凸块模板层致一部分胶带粘着剂直接接触于钝化层的情况恰好相反。在其他实施例中，选择适当的模板材料与有机胶带粘着剂以使模板材料涂布于整个基板上，未降低胶带粘着。其他处理胶带粘着的方法可允许胶带粘着至凸块(例如焊锡合金(solder alloy)、金、铜或其他金属等)顶部，也就是最远离基板的部分。在这些实施例中，凸块模板材料可覆盖整个基板表面，而凸块顶部可于硬烤(hard baking)前作清洁，例如擦拭凸块顶部。由于位于凸块顶部的胶带残留物较位于腰部区域的胶带残留物更易清洁，因此，利用凸块顶部粘着可简化工艺，也不会增加胶带残留物残留的可能性。

[0038] 随着一芯片上半导体元件数目的增加，外部连接(external connection)的数目也随之增加。为容纳更多外部连接，凸块尺寸与间距(pitch)变得愈来愈小。此趋势增加了无残留物晶片(residue-free wafer)的重要性，而位于彼此更靠近的小凸块上的残留物更易导致问题。

[0039] 请参阅图1，于涂布与形成凸块模板层于凸块上后，层压一有机粘着胶带于凸块上，如操作步骤105。具有一层压胶带的基板，如图4所示。有机粘着胶带407可为一紫外光(UV)胶带或一非紫外光(non-UV)胶带。层压(lamination)工艺为一般现有技术。层压后，于晶片上实施后续工艺。如图1所示的操作步骤107，研磨晶背至一薄的厚度，例如20～100微米。在晶背研磨的过程中，借由一操作装置自晶片胶带侧固定晶片，因此，胶带可保护凸块免于操作装置的伤害。晶背研磨可降低芯片重量且经薄化的芯片对于某些小型的手提装置具有重要应用。除了此处揭示与讨论的晶背研磨外，其他半导体工艺也可代替或加入。

[0040] 于后续晶片上的工艺完成后，例如晶背研磨(back grinding)，根据图1的操作步骤109，对有机粘着胶带进行去层压(de-laminated)。去层压可根据使用的有机粘着胶带的类型包括不同步骤。图5显示一实施例，一紫外光(UV)胶带位于一经晶背研磨的晶片上。于薄化基板501上的胶带407以紫外光(UV)辐射503照射，致紫外光(UV)胶带粘着剂中的特定键结断裂，使得紫外光(UV)胶带易于自凸块与基板表面移除。可借由自基板表面以一角度拉动胶带的方式移除胶带。较佳情况是包括所有粘着剂的所有胶带均自表面移除，然而，实际上会有许多残留物残留。胶带残留物601如图6所示。需注意的是，移除胶带后，胶带残留物可粘着于任何地方，包括凸块的顶部、侧边与腰部区域以及钝化层的表面。在某些其他实施例中，去层压(de-lamination)的操作可不需借助紫外光(UV)辐射，其他辐射也可使用。在其他实施例中，当使用非紫外光(non-UV)胶带时，不需辐射照射，胶带可直接拉除。通常，一去层压步骤结合一特定的有机粘着胶带，且依胶带制造的厂商指示进行。

[0041] 请参阅图1，于有机粘着胶带去层压后，清洁基板凸块表面，操作步骤111所示。该清洁步骤可发生于一切割工艺后。清洁操作沿着操作步骤103所涂布的凸块模板层移除所有胶带残留物。图7显示清洁操作的一实施例。使用一喷嘴701喷洒一溶液703于基板表面上。溶液703包括一可溶解凸块模板层的溶剂。根据不同实施例，溶剂可为去离子水、乙醇、丙酮、乙醚或其他有机与无机溶剂。溶液703也可为一气体。在一实施例中，以助焊剂(flux)作为凸块模板材料，溶剂可为去离子水。本领域普通技术人员可选择适合的清洁溶剂以符合凸块模板材料与凸块模板层。

[0042] 在特定实施例中，清洁基板凸块表面可包括喷洒以外的操作，例如一凸块模板层可选择具有加热下可升华的特性。基板可加热至一适合温度以使凸块模板层升华。结果将使胶带残留物不会附着至基板上，可简单以气体、重力或擦拭方式加以移除。在另一实施例中，凸块模板层可借由化学反应移除。基板可暴露于一氧化或还原环境，凸块模板层于此环境下会发生还原或氧化而形成一气体，借此移除胶带残留物。当然，上述这些不同实施例必须避免对基板的元件部分产生不良影响。

[0043] 于清除基板的胶带残留物后，继续存在的凸块与基板如图8所示。此时，基板可进一步处理，例如于接合至一封装基板前进行电浆处理。上述工艺可增加紫外光(UV)剂量、胶带材料粘着剂强度、薄膜强度与晶片表面处理的容许度。增加的工艺容许度(process window)可允许更多晶片于相同条件下进行加工，大幅降低工艺复杂度与制造成本。

[0044] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作改变与润饰，因此本发明的保护范围应当视随附的权利要求所界定的范围为准。