專利名稱：無(wú)殘留物晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及于一種半導(dǎo)體凸塊工藝，特別涉及一種半導(dǎo)體元件的封裝方法。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)芯片的封裝是工藝中最重要的步驟之一，對(duì)于封裝芯片的總成本、 效能與可靠度貢獻(xiàn)很大。當(dāng)半導(dǎo)體元件達(dá)到更高集積度時(shí)，封裝技術(shù)變得關(guān)鍵。集成電路 (IC)芯片的封裝占了生產(chǎn)元件很大一部分的成本，且封裝失敗需付出產(chǎn)量減少的重大代價(jià)。隨著半導(dǎo)體元件尺寸與芯片尺寸向下微縮，元件于一芯片上的密度增加，因此， 制作芯片接合更具挑戰(zhàn)性。許多芯片接合技術(shù)利用附著至芯片上的一接觸焊盤(pán)(contact pad)或接合焊盤(pán)(bonding pad)的焊錫凸塊(solder bump)制作一自芯片至封裝基板的連接。小的焊錫球(solder ball)用來(lái)制作許多至封裝基板的連接，當(dāng)一芯片倒置借由焊錫球附著至一封裝基板。由于焊錫球可形成一區(qū)域陣列(一球柵陣列(ball grid array, BGA))，因此，此方法可達(dá)到一非常高密度的芯片內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。倒裝芯片法具有對(duì)擁有一極低寄生電感(parasitic inductance)的元件達(dá)到一非常高密度內(nèi)連線的優(yōu)點(diǎn)。此外，于封裝前，對(duì)芯片基板進(jìn)行薄化，以縮小元件的最終尺寸并減少熱膨脹系數(shù)失配(mismatch)的問(wèn)題。于焊錫球形成后，與封裝基板接合之前，對(duì)基板進(jìn)行晶背研磨至一薄的厚度。為在芯片封裝壽命內(nèi)維持優(yōu)越電性，焊錫球不但需制作一好的電性連接至封裝基板，也需維持結(jié)構(gòu)完整性與好的電性連接超過(guò)元件壽命。來(lái)自封裝過(guò)程的不期望顆粒與殘留物會(huì)借由造成焊錫連接龜裂或增加電阻破壞元件效能。此外，具有在半導(dǎo)體制造中可容納一多變化的芯片設(shè)計(jì)的工藝條件是眾所期待的。因此，勢(shì)必開(kāi)發(fā)一種于晶片研磨后形成無(wú)殘留物(residue-free)凸塊區(qū)域且允許一寬的工藝容許度的封裝方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，一種無(wú)殘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導(dǎo)體元件的基板，該基板具有一第一表面與凸塊于其上；涂布一凸塊模板層(bumptemplate layer)于該凸塊上；層壓一有機(jī)粘著膠帶于該第一表面與該凸塊上；自該第一表面對(duì)該有機(jī)粘著膠帶進(jìn)行去層壓 (de-laminate)，其中一部分的該有機(jī)粘著膠帶殘留粘著于該凸塊上；以及借由一第一溶液清潔該第一表面，以移除所有的該有機(jī)粘著膠帶與該凸塊模板層。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種無(wú)殘留物晶片的制造方法，包括提供一部分制作的半導(dǎo)體基板，具有一第一表面與凸塊于其上；浸漬該基板于一有機(jī)模板；層壓一粘著膠帶于該第一表面與該凸塊上；自一相對(duì)于該第一表面的第二表面薄化該基板；自該第一表面對(duì)該粘著膠帶進(jìn)行去層壓，其中一部分的該粘著膠帶殘留粘著于該凸塊上；以及借由一溶液清潔該第一表面，以移除所有的該粘著膠帶與該有機(jī)模板。本發(fā)明實(shí)施例的方法能夠于晶片研磨后形成無(wú)殘留物(residue-free)凸塊區(qū)域
3且允許一寬的工藝容許度。


圖1為根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例，說(shuō)明一種無(wú)殘留物凸塊晶片制造方法的工藝流程。圖2 圖8為根據(jù)不同實(shí)施例，說(shuō)明本發(fā)明制造方法于不同階段的凸塊結(jié)構(gòu)。主要附圖標(biāo)記說(shuō)明100 本發(fā)明無(wú)殘留物凸塊晶片的制造方法；101 提供一部分制作的半導(dǎo)體基板；103 涂布一凸塊模板層于基板上的凸塊上；105 層壓一有機(jī)粘著膠帶于凸塊上；107 研磨晶背；109 對(duì)有機(jī)粘著膠帶進(jìn)行去層壓；111 清潔基板凸塊表面；201 基板；203 凸塊；205 接合焊盤(pán)；207 鈍化層；209 凸塊下金屬；407 有機(jī)粘著膠帶；501 薄化基板；503 紫外光輻射；601 膠帶殘留物；701 噴嘴；703 溶液。
具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下本發(fā)明不同實(shí)施例包括可確保凸塊晶片與封裝基板接合前無(wú)殘留物的方法。有機(jī)粘著膠帶(organic adhesive tape)通常于凸塊形成后在晶背研磨(wafer backgrinding) 工藝的過(guò)程中用來(lái)固定與保護(hù)凸塊(例如焊錫合金(solderalloy)、金、銅或其他金屬等)。 此處，有機(jī)粘著膠帶可視為粘著劑與基材膠帶(backing tape)。粘著劑一般由一有機(jī)材料所構(gòu)成，分為兩類，即紫外光(UV)膠帶與非紫外光(non-UV)膠帶。紫外光(UV)膠帶利用一粘著層，其具有一于紫外光(UV)下可斷裂的化學(xué)鍵，以致該膠帶可輕易移除。若使用紫外光(UV)膠帶，則于膠帶自晶片移除或去層壓(de-laminated)前，將膠帶暴露于一特定波長(zhǎng)的紫外光(UV)下。膠帶去層壓后，若部分有機(jī)粘著膠帶殘留于晶片凸塊表面，則于層壓膠帶前，涂布一凸塊模板層(bump template layer)于凸塊上，以便于殘留物后續(xù)移除，得到一無(wú)殘留物(residue-free)的凸塊晶片。
圖1為根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例，顯示一方法100的工藝流程圖。在操作步驟101 中，提供一部分制作的半導(dǎo)體基板。一般來(lái)說(shuō)，一芯片的晶片制作完成于此階段，而部分制作的基板再經(jīng)封裝成為一最終產(chǎn)品?；逡话惆ǘ鄠€(gè)部分制作的半導(dǎo)體芯片，每一半導(dǎo)體芯片位于一借由切割道(scribe line)分離的分離區(qū)，當(dāng)晶片沿切割道進(jìn)行挑選或切割時(shí)，上述每一分離區(qū)即成為一裸片。于此階段，部分制作的半導(dǎo)體芯片包括位于基板一側(cè)上的凸塊。這些凸塊可排列成不同圖案或陣列，其尺寸可由數(shù)微米至數(shù)百微米或更大。一具有凸塊附著的基板側(cè)視圖顯示于圖2中。請(qǐng)參閱圖2，一基板201顯示具有附著于其上的凸塊203?；?01包括對(duì)應(yīng)電路與半導(dǎo)體元件的不同嵌入半導(dǎo)體金屬與介電層，例如晶體管、電阻、電容與二極管(未圖示)。電路與元件電性連接至接合焊盤(pán)(bond pad) 205。接合焊盤(pán)具導(dǎo)電性且一般包括一金屬，例如銅與鋁。如圖2所示，部分接合焊盤(pán)205為鈍化層207所覆蓋。鈍化層可為聚酰亞胺、一高分子粘著劑或其他絕緣緩沖材料。一凸塊下金屬(under bump metal, UBM) 209 填入一鈍化層材料之間的開(kāi)口。凸塊下金屬209為一粘著層，以附著一般大部分為鋁的接合焊盤(pán)材料至一般為錫合金的凸塊材料。凸塊下金屬209可包括一或多層，且可包括鎳、鉬及其他適合粘著至所需材料的金屬。凸塊203 —般借由一電鍍或印刷工藝形成于凸塊下金屬209上，且借由加熱焊錫材料形成一部分球狀。凸塊最靠近凸塊下金屬209的區(qū)域可視為凸塊的腰部(waist)，腰部的周長(zhǎng)小于最寬點(diǎn)的周長(zhǎng)。若殘留物多時(shí)，來(lái)自有機(jī)粘著膠帶位于腰部區(qū)域的殘留物會(huì)導(dǎo)致一凸塊之間的短路。若殘留物少時(shí)，則會(huì)改變導(dǎo)電路徑的電阻。位于腰部與頂部的膠帶殘留物通常很難清理，且若后續(xù)焊接將膠帶殘留物混入連接中， 可能導(dǎo)致一不佳的連接(bad connection)。請(qǐng)參閱圖1，在操作步驟103中，涂布一凸塊模板層于基板上的凸塊上。一凸塊模板層為有機(jī)粘著膠帶之前一涂布至半導(dǎo)體基板凸塊側(cè)的覆蓋層。在特定實(shí)施例中，涂布凸塊模板層，如圖3所示。在這些實(shí)施例中，凸塊模板層305為一位于凸塊203外部的覆蓋層， 并未覆蓋鈍化層，此可借由多種方式而達(dá)成。在一實(shí)施例中，將基板浸于一平板上的一模板材料薄粘性層中，凸塊向下。借由控制基板的精確深度、水平與垂直性，覆蓋層可僅發(fā)生于凸塊表面。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)的有機(jī)溶劑中的天然或合成樹(shù)脂。模板材料除凸塊以外，不會(huì)與鈍化層或其他基板表面無(wú)凸塊的部分接觸。根據(jù)凸塊模板材料，基板于下一工藝步驟前可進(jìn)行硬烤。舉例來(lái)說(shuō)，硬烤參數(shù)可為攝氏75 150度進(jìn)行1 3分鐘，此實(shí)施例可視為一選擇性深度的浸漬。在另一實(shí)施例中，將基板浸于一模板材料的薄粘性層中，凸塊向下，不控制深度。 然而，借由選擇一模板材料利用凸塊與鈍化層不同的表面性質(zhì)可使模板材料選擇性地僅覆蓋凸塊，而不覆蓋鈍化層。一包括一適當(dāng)界面活性劑的模板材料可提升凸塊材料的表面性質(zhì)高于鈍化層的表面性質(zhì)，例如一表面為親水性(hydrophilic)，另一表面為疏水性 (hydrophobic)。此種模板材料僅形成一濕潤(rùn)層(wetting layer)于凸塊材料上，未形成于鈍化層上。濕潤(rùn)層可借由加熱或化學(xué)反應(yīng)定型或硬化，而于定型或硬化前后，可移除剩余的模板材料，在一實(shí)施例中，殘留在鈍化層上未濕潤(rùn)凸塊的模板材料可借由對(duì)基板吹動(dòng)一氣體而移除。在另一實(shí)施例中，使用一清潔液以移除剩余的模板材料。此處的清潔液與去膠后后續(xù)用來(lái)移除凸塊模板層的清潔液不同。換句話說(shuō)，模板材料可根據(jù)其硬化前后溶于不同溶液中的能力加以選擇。在另一實(shí)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，使得低于凸塊腰部的區(qū)域未經(jīng)曝曬，也就是鈍化層與凸塊下金屬(UBM)的邊緣。此種類型的模板材料可為一光致抗蝕劑。未經(jīng)曝曬的凸塊模板材料不會(huì)形成凸塊模板層，其可借由以一不溶解硬化模板層的溶劑噴灑表面而移除。此實(shí)施例可視為一有角度的照射曝光(angled radiation exposure)0凸塊模板材料可為一有機(jī)或無(wú)機(jī)材料，其可溶于水或一有機(jī)溶劑中。材料的選擇可根據(jù)涂布凸塊模板層的方法以及膠帶去層壓后移除膠帶殘留物的方法而定。舉例來(lái)說(shuō)，由于浸漬一精確量與深度的助焊劑(flux)的技術(shù)已廣為人知，因此，用于助焊劑 (soldering flux)的特定類型材料對(duì)選擇性深度的浸漬(selective depth dipping)實(shí)施例來(lái)說(shuō)是有幫助的。適合的材料包括分散于一粘性且高沸點(diǎn)溶劑中的合成樹(shù)脂。在另一實(shí)施例中，由于光致抗蝕劑可保護(hù)暴露于照光下的凸塊區(qū)域且有已知方法可移除未曝曬光致抗蝕劑，因此，可選擇一光致抗蝕劑類型的材料進(jìn)行有角度的照射曝光(angled radiationexposure)實(shí)施例。根據(jù)上述實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可開(kāi)發(fā)額外方法涂布一凸塊模板層與選擇適當(dāng)材料。在特定實(shí)施例中，涂布凸塊模板材料于整個(gè)基板表面可降低膠帶粘著。此與根據(jù)圖3借由選擇性地涂布凸塊模板層致一部分膠帶粘著劑直接接觸于鈍化層的情況恰好相反。在其他實(shí)施例中，選擇適當(dāng)?shù)哪０宀牧吓c有機(jī)膠帶粘著劑以使模板材料涂布于整個(gè)基板上，未降低膠帶粘著。其他處理膠帶粘著的方法可允許膠帶粘著至凸塊(例如焊錫合金 (solder alloy)、金、銅或其他金屬等)頂部，也就是最遠(yuǎn)離基板的部分。在這些實(shí)施例中， 凸塊模板材料可覆蓋整個(gè)基板表面，而凸塊頂部可于硬烤(hard baking)前作清潔，例如擦拭凸塊頂部。由于位于凸塊頂部的膠帶殘留物較位于腰部區(qū)域的膠帶殘留物更易清潔，因此，利用凸塊頂部粘著可簡(jiǎn)化工藝，也不會(huì)增加膠帶殘留物殘留的可能性。隨著一芯片上半導(dǎo)體元件數(shù)目的增加，外部連接(external connection)的數(shù)目也隨之增加。為容納更多外部連接，凸塊尺寸與間距(pitch)變得愈來(lái)愈小。此趨勢(shì)增加了無(wú)殘留物晶片(residue-free wafer)的重要性，而位于彼此更靠近的小凸塊上的殘留物更易導(dǎo)致問(wèn)題。請(qǐng)參閱圖1，于涂布與形成凸塊模板層于凸塊上后，層壓一有機(jī)粘著膠帶于凸塊上，如操作步驟105。具有一層壓膠帶的基板，如圖4所示。有機(jī)粘著膠帶407可為一紫外光(UV)膠帶或一非紫外光(non-UV)膠帶。層壓(lamination)工藝為一般現(xiàn)有技術(shù)。層壓后，于晶片上實(shí)施后續(xù)工藝。如圖1所示的操作步驟107，研磨晶背至一薄的厚度，例如 20 100微米。在晶背研磨的過(guò)程中，借由一操作裝置自晶片膠帶側(cè)固定晶片，因此，膠帶可保護(hù)凸塊免于操作裝置的傷害。晶背研磨可降低芯片重量且經(jīng)薄化的芯片對(duì)于某些小型的手提裝置具有重要應(yīng)用。除了此處揭示與討論的晶背研磨外，其他半導(dǎo)體工藝也可代替或加入。于后續(xù)晶片上的工藝完成后，例如晶背研磨(back grinding)，根據(jù)圖1的操作步驟109，對(duì)有機(jī)粘著膠帶進(jìn)行去層壓(de-laminated)。去層壓可根據(jù)使用的有機(jī)粘著膠帶的類型包括不同步驟。圖5顯示一實(shí)施例，一紫外光(UV)膠帶位于一經(jīng)晶背研磨的晶片上。 于薄化基板501上的膠帶407以紫外光(UV)輻射503照射，致紫外光(UV)膠帶粘著劑中的特定鍵結(jié)斷裂，使得紫外光(UV)膠帶易于自凸塊與基板表面移除?？山栌勺曰灞砻嬉砸唤嵌壤瓌?dòng)膠帶的方式移除膠帶。較佳情況是包括所有粘著劑的所有膠帶均自表面移除，然而，實(shí)際上會(huì)有許多殘留物殘留。膠帶殘留物601如圖6所示。需注意的是，移除膠帶后， 膠帶殘留物可粘著于任何地方，包括凸塊的頂部、側(cè)邊與腰部區(qū)域以及鈍化層的表面。在某些其他實(shí)施例中，去層壓(de-lamination)的操作可不需借助紫外光(UV)輻射，其他輻射也可使用。在其他實(shí)施例中，當(dāng)使用非紫外光(non-UV)膠帶時(shí)，不需輻射照射，膠帶可直接拉除。通常，一去層壓步驟結(jié)合一特定的有機(jī)粘著膠帶，且依膠帶制造的廠商指示進(jìn)行。請(qǐng)參閱圖1，于有機(jī)粘著膠帶去層壓后，清潔基板凸塊表面，操作步驟111所示。該清潔步驟可發(fā)生于一切割工藝后。清潔操作沿著操作步驟103所涂布的凸塊模板層移除所有膠帶殘留物。圖7顯示清潔操作的一實(shí)施例。使用一噴嘴701噴灑一溶液703于基板表面上。溶液703包括一可溶解凸塊模板層的溶劑。根據(jù)不同實(shí)施例，溶劑可為去離子水、乙醇、丙酮、乙醚或其他有機(jī)與無(wú)機(jī)溶劑。溶液703也可為一氣體。在一實(shí)施例中，以助焊劑 (flux)作為凸塊模板材料，溶劑可為去離子水。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可選擇適合的清潔溶劑以符合凸塊模板材料與凸塊模板層。在特定實(shí)施例中，清潔基板凸塊表面可包括噴灑以外的操作，例如一凸塊模板層可選擇具有加熱下可升華的特性?；蹇杉訜嶂烈贿m合溫度以使凸塊模板層升華。結(jié)果將使膠帶殘留物不會(huì)附著至基板上，可簡(jiǎn)單以氣體、重力或擦拭方式加以移除。在另一實(shí)施例中，凸塊模板層可借由化學(xué)反應(yīng)移除。基板可暴露于一氧化或還原環(huán)境，凸塊模板層于此環(huán)境下會(huì)發(fā)生還原或氧化而形成一氣體，借此移除膠帶殘留物。當(dāng)然，上述這些不同實(shí)施例必須避免對(duì)基板的元件部分產(chǎn)生不良影響。于清除基板的膠帶殘留物后，繼續(xù)存在的凸塊與基板如圖8所示。此時(shí)，基板可進(jìn)一步處理，例如于接合至一封裝基板前進(jìn)行電漿處理。上述工藝可增加紫外光(UV)劑量、 膠帶材料粘著劑強(qiáng)度、薄膜強(qiáng)度與晶片表面處理的容許度。增加的工藝容許度(process window)可允許更多晶片于相同條件下進(jìn)行加工，大幅降低工藝復(fù)雜度與制造成本。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作改變與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視隨附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)殘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導(dǎo)體元件的基板，該基板具有一第一表面與凸塊于其上；涂布一凸塊模板層于該凸塊上；層壓一有機(jī)粘著膠帶于該第一表面與該凸塊上；自該第一表面對(duì)該有機(jī)粘著膠帶進(jìn)行去層壓，其中一部分的該有機(jī)粘著膠帶殘留粘著于該凸塊上；以及借由一第一溶液清潔該第一表面，以移除所有的該有機(jī)粘著膠帶與該凸塊模板層。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)殘留物晶片的制造方法，于進(jìn)行該有機(jī)粘著膠帶去層壓之前，還包括對(duì)該基板的一第二表面進(jìn)行晶背研磨。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)殘留物晶片的制造方法，于進(jìn)行該有機(jī)粘著膠帶去層壓之前，還包括將該有機(jī)粘著膠帶暴露于紫外光輻射。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)殘留物晶片的制造方法，其中涂布一凸塊模板層包括浸漬該基板于一有機(jī)模板材料的薄粘性層中，以及對(duì)該第一表面進(jìn)行加熱以形成該凸塊模板層。
5.如權(quán)利要求4所述的無(wú)殘留物晶片的制造方法，其中于該浸漬操作的過(guò)程中，該有機(jī)模板材料未與該第一表面接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的無(wú)殘留物晶片的制造方法，其中涂布一凸塊模板層包括以一凸塊模板材料覆蓋該第一表面與該凸塊，對(duì)該凸塊上的該凸塊模板材料進(jìn)行烘烤，而未烘烤該第一表面上的該凸塊模板材料，以及自該第一表面移除未烘烤的該凸塊模板材料。
7.如權(quán)利要求1所述的無(wú)殘留物晶片的制造方法，其中涂布一凸塊模板層包括以一凸塊模板材料覆蓋該第一表面與該凸塊，其中該凸塊模板材料形成一濕潤(rùn)層于該凸塊上，而未形成于該第一表面上，自該第一表面移除該凸塊模板材料，以及自該濕潤(rùn)層形成一凸塊模板層。
8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)殘留物晶片的制造方法，其中自該第一表面移除該凸塊模板材料包括以一第二溶液清潔該第一表面，其中該第二溶液不同于該第一溶液。
9.一種無(wú)殘留物晶片的制造方法，包括提供一部分制作的半導(dǎo)體基板，具有一第一表面與凸塊于其上；浸漬該基板于一有機(jī)模板；層壓一粘著膠帶于該第一表面與該凸塊上；自一相對(duì)于該第一表面的第二表面薄化該基板；自該第一表面對(duì)該粘著膠帶進(jìn)行去層壓，其中一部分的該粘著膠帶殘留粘著于該凸塊上；以及借由一溶液清潔該第一表面，以移除所有的該粘著膠帶與該有機(jī)模板。
10.如權(quán)利要求9所述的無(wú)殘留物晶片的制造方法，其中該去層壓操作包括將該粘著膠帶暴露于紫外光輻射，以及自該第一表面拉出該粘著膠帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)殘留物晶片的制造方法。有機(jī)粘著膠帶通常于凸塊形成后在晶片制作的過(guò)程中用來(lái)固定與保護(hù)凸塊。在所述制造方法中，于膠帶去層壓后，若有機(jī)粘著膠帶殘留于晶片上，則于層壓膠帶前，涂布一凸塊模板層于凸塊上，以便于殘留物后續(xù)移除，得到一無(wú)殘留物晶片。本發(fā)明實(shí)施例的方法能夠于晶片研磨后形成無(wú)殘留物(residue-free)凸塊區(qū)域且允許一寬的工藝容許度。
文檔編號(hào)H01L23/00GK102194761SQ201010257040
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者王建忠, 王忠裕 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司