專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，也涉及其制造方法。本發(fā)明尤其涉及這樣一種半導(dǎo)體器件，它非常薄，不太可能被撓曲應(yīng)力所破壞，適用于各種類型的卡，本發(fā)明也涉及以低成本穩(wěn)定地生產(chǎn)這種薄型半導(dǎo)體器件的方法。
制造諸如IC卡一類的各種卡都要使用非常薄的半導(dǎo)體器件。由于撓曲應(yīng)力容易使其破損，因此至今為止，很難得到能用于實際應(yīng)用中的這種卡。
在例如“LSI Handbook(由Electronic Communication Society編輯及Ohom Corporation于1984年11月30日出版，406-416頁)中描述了薄半導(dǎo)體器件的常規(guī)裝配工藝。在這種常規(guī)半導(dǎo)體器件的裝配工藝中，使用的半導(dǎo)體晶片厚約200微米或略多，直接對其進行處理不大會使其破損。
一般都知道，技術(shù)上廣泛使用拋光方法來減薄半導(dǎo)體晶片。為了均勻地加工半導(dǎo)體晶片，例如加工精度為5％的拋光方法，必須使半導(dǎo)體晶片以高精度及高重復(fù)性地平行于拋光裝置。為了達到這種高度的平行，需要非常昂貴的裝置，因此很難得到實際應(yīng)用。
曾嘗試在監(jiān)控半導(dǎo)體晶片的厚度時進行拋光的方法。如果用這種方法來拋光一個大面積的區(qū)域，則需要很長時間，造成生產(chǎn)率低下。
另外，當(dāng)半導(dǎo)體晶片被拋光到非常薄，例如0.1微米左右時，會產(chǎn)生問題，由拋光產(chǎn)生的應(yīng)力會使作在半導(dǎo)體晶片表面上的各種半導(dǎo)體器件(例如晶體管)損壞。
此外，當(dāng)直接處理用現(xiàn)有技術(shù)的工藝減薄的半導(dǎo)體芯片時，會發(fā)生半導(dǎo)體芯片損壞的問題。因此，很難以高成品率及低成本制造半導(dǎo)體器件。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種能解決現(xiàn)有技術(shù)工藝問題的半導(dǎo)體器件，它不大會被施加在其上的撓曲應(yīng)力損壞，能用作各種類型的卡。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，這種方法能把半導(dǎo)體芯片減薄到0.1-110微米左右，并且這種非常薄的芯片可以不會發(fā)生任何破裂地進行處理。
為了達到上述目的，提供一種半導(dǎo)體器件，包括利用包含眾多導(dǎo)電顆粒的有機粘接劑層面對面粘結(jié)的薄半導(dǎo)體芯片和基片，半導(dǎo)體芯片基片一側(cè)的表面上由導(dǎo)電薄膜形成的壓焊塊與基片芯片一側(cè)的表面上的基片電極，使得壓焊塊和基片電極通過導(dǎo)電顆粒相互電連接。
該薄型半導(dǎo)體芯片和由彈性材料制成的基片相互面對面放置，通過有機粘接劑層結(jié)合并固定在一起，這樣當(dāng)從外界施加撓曲應(yīng)力時，它們不大會被損壞。
有機粘接劑中的導(dǎo)電顆粒確保了半導(dǎo)體芯片和基片間的電連接。通過對相互面對面放置的半導(dǎo)體芯片的壓焊塊及基片的電極施加壓力使導(dǎo)電顆粒變形。這種變形的導(dǎo)電顆粒用來相互電連接半導(dǎo)體芯片和基片，因此，壓焊塊和電極間的電連接非?？煽?。
在半導(dǎo)體芯片上形成具有給定圖形的鈍化薄膜，壓焊塊形成在沒有鈍化薄膜的區(qū)域。壓焊塊的厚度小于鈍化薄膜的厚度，因此有效地抑制了在面對面的壓焊塊和電極間的導(dǎo)電顆粒遷移到外面。在這種方法中，導(dǎo)電顆粒使壓焊塊和電極可靠地電連接在一起。
本發(fā)明的另一個目的是制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下步驟使附著在帶上的半導(dǎo)體晶片與刻蝕劑接觸，同時以高速在面內(nèi)方向使該晶片旋轉(zhuǎn)或作橫向往復(fù)運動，這樣通過刻蝕使該半導(dǎo)體晶片的厚度均勻減薄，然后把減薄后的半導(dǎo)體晶片劃分成眾多芯片，使薄芯片分別熱壓到基片，把它們一個接一個地粘結(jié)到基片上。
當(dāng)以高速在晶片面內(nèi)方向旋轉(zhuǎn)晶片或使其作橫向往復(fù)運動時，使該半導(dǎo)體芯片與刻蝕劑接觸，這樣使晶片非常均勻地減薄，因此得到非常薄的基本上沒有如何不平整和畸變的半導(dǎo)體晶片(0.1-110微米)。
通過把非常薄的半導(dǎo)體晶片切割成小尺寸的芯片得到的眾多薄半導(dǎo)體芯片分別從作為第一基片的帶上取下，在第二基片上被加熱并用壓力焊接。這樣，盡管這些半導(dǎo)體芯片非常薄，也可以把它們粘結(jié)固定到第二基片上去，而不會發(fā)生任何不希望的破碎。尤其當(dāng)使用不硬的帶作為第一基片時，只有期望的芯片向上推并選擇性地加熱，這樣很容易把期望的芯片粘結(jié)到第二基片。從實際應(yīng)用的觀點，最好通過切割把晶片完全分割成單獨的芯片來把晶片劃分成芯片。
通過導(dǎo)電粘接劑在第二基片和半導(dǎo)體芯片間進行粘結(jié)，因此任何引線鍵合都成為不必要的，這樣非常有效地簡化了生產(chǎn)步驟并降低了成本。


圖1說明本發(fā)明的第一實施方式；圖2說明現(xiàn)有技術(shù)方法；圖3的平面圖說明本發(fā)明的一個實施方式；圖4(1)的平面圖說明芯片和基片之間的連接；圖4(2)的截面圖說明該芯片和該基片之間的連接；圖4(3)的截面圖說明該芯片和該基片之間連接部分；圖5(1)-圖5(3)的簡圖分別說明本發(fā)明的第二實施方式的實施步驟；圖6(1)-圖6(5)的簡圖分別說明本發(fā)明的第三實施方式的實施步驟；圖7(1)-圖7(6)的簡圖分別說明本發(fā)明的第四實施方式的實施步驟；例1如圖1所示，薄半導(dǎo)體晶片105放在用框架101固定的帶107(HitachiChemical Ltd.的HA-1506)上。劃片槽104把該晶片105完全切開，分割成眾多芯片105’。
利用加熱頭106從帶107的背面向上推已被分割開的芯片105’，推向已預(yù)先涂了粘接劑103的基片102，因而使芯片熱粘結(jié)到基片102上。粘接劑1 03是由有機材料和導(dǎo)電顆粒的化合物材料組成的各向異性導(dǎo)電粘接劑，因此通過加壓和加熱，由粘接劑103中所含的導(dǎo)電顆粒把作在基片102上的電極(未表示出來)和薄芯片105的電極(即壓焊塊，未表示出來)相互電連接。
應(yīng)該注意到芯片105’的厚度薄至0.1-110微米，是可彎曲的。如果其厚度薄于0.1微米，就很難在芯片105’上制作各種類型的半導(dǎo)體器件。如果厚度大于110微米，彎曲芯片時可能會發(fā)生碎裂。芯片105’的厚度最好應(yīng)該在0.1-110微米的范圍內(nèi)。
帶107的性質(zhì)不硬。當(dāng)加熱帶107的同時用加熱頭106向上推帶107時，帶107上的薄芯片105’也向上推，因此保證了芯片105’和其上方的基片102均勻和穩(wěn)定的粘結(jié)。
圖3表示圖1所示的平面結(jié)構(gòu)，其中用環(huán)形框架101把帶107固定，劃片槽104把晶片105分割成眾多芯片105’。晶片105的圓周304在框架101內(nèi)側(cè)之內(nèi)，與帶107呈平面粘結(jié)。框架101由不銹鋼或塑料材料制成。雖然晶片105有0.1-110微米那么薄，利用壓感粘接劑可以把其牢固地粘結(jié)到帶107上。在這種情況下，當(dāng)晶片105被粘結(jié)到帶107上時，對晶片105進行劃片，劃開的芯片105’不會從帶107上單獨剝離開。
圖4表示薄芯片105’被粘結(jié)到基片102后的情況。圖4(1)是平面圖，圖4(2)是截面圖。薄芯片105’粘結(jié)到基片102的給定位置。作在薄芯片105’上的電極(壓焊塊)面向下與作在基片102上的電極(基片電極)相互連接?；蛘咚鼈円部梢酝ㄟ^引線鍵合或?qū)щ姾龢嗷ミB接。
如上所述薄芯片的安裝很簡單，很容易實現(xiàn)，所以半導(dǎo)體器件可以以較低成本高性能地被減薄及劃分，因此使其應(yīng)用范圍可以擴大到許多新的領(lǐng)域。
應(yīng)該注意到，圖4(3)表示圖4(1)和圖4(2)所示的薄芯片105’和基片102之間的連接部分的放大截面簡圖。如圖4(3)所示，由導(dǎo)電薄膜組成的壓焊塊(即半導(dǎo)體芯片上的電極)405做在薄芯片105’的表面上沒有任何鈍化薄膜408的區(qū)域，由導(dǎo)電顆粒406把它和做在基片102表面上的基片電極412連接在一起。有機薄膜(有機粘接劑薄膜)409填充在基片102和芯片105’之間。有機薄膜409中包含導(dǎo)電顆粒410，確保壓焊塊405和基片電極412間的電連接。如圖4(3)所示，在這種情況下，鈍化薄膜409的厚度大于壓焊塊405的厚度。這樣有效地抑制了壓焊塊405和基片電極412之間的導(dǎo)電顆粒406向外遷移。結(jié)果，壓焊塊405和基片電極412非?？煽康叵嗷ル娺B接在一起。
在現(xiàn)有技術(shù)方法中，如圖2所示，用真空吸盤201吸住放在帶203上的芯片202，把其移到另一個基片(未表示出)上去。特別是，帶203上的芯片202是從晶片上切割下來的單個芯片。用真空吸盤201的吸針204吸住芯片202，一個接一個地移動。
帶203涂有壓感粘接劑，受到紫外光(UV)照射或受熱后其粘性降低，但仍留有少量黏性。因此利用與真空吸盤201同步工作的吸針204可以把芯片202從帶203上分開。
然而，在已知的用吸針204吸芯片的方法中，當(dāng)芯片202的厚度限薄，薄至0.1-110微米時，芯片202很容易破碎。因此生產(chǎn)率降低，使該方法很難在實際中得到廣泛應(yīng)用。
例2本例說明減薄半導(dǎo)體晶片的方法。
如圖5(1)所示，用壓感粘接劑把硅晶片105粘結(jié)在連接于框架101的帶107上，然后硅晶片105以每分鐘1000轉(zhuǎn)或更高的速度旋轉(zhuǎn)，刻蝕劑502從刻蝕噴嘴501灑到硅晶片105，刻蝕硅晶片的表面。本例中所用的刻蝕劑502由氫氧化鉀水溶液組成(濃度40％)。也可以使用氫氧化鉀以外的其它刻蝕劑。
由于當(dāng)硅晶片105以高速旋轉(zhuǎn)時刻蝕劑502灑下，落到硅晶片105表面的刻蝕劑502相對于硅晶片105的表面以高速橫向運動，如圖5(2)所示。這使硅晶片105的表面均勻刻蝕，使硅晶片105被減薄，并且沒有任何高度差和損傷。
如圖5(3)所示，當(dāng)硅晶片105以每分鐘1000轉(zhuǎn)或更高的高速作往復(fù)運動時，刻蝕劑502灑下，刻蝕劑502同樣沿著硅晶片105的表面以高速橫向運動。這使硅晶片105的表面均勻刻蝕，使硅晶片105被減薄，并且沒有任何高度差和損傷。
例3圖6表示本發(fā)明的又一實施方式的流程圖。
如圖6(1)所示，硅晶片105固定在連接于框架101上的帶107上，然后根據(jù)例2所示方法刻蝕并減薄硅晶片105，由此形成如圖6(2)所示的截面結(jié)構(gòu)。如圖6(3)所示，進一步用劃片槽104把硅晶片105分割開，形成眾多芯片105’。
然后如圖6(4)所示，把給定的芯片105’放在基片102的相應(yīng)位置處，隨后從下面推動加熱頭106，向著基片102熱壓芯片105’，使薄芯片105’移到基片102上，如圖6(5)所示，因而通過粘接劑103把它們固定在一起。在晶片被分開前每一個芯片105’的特性都初步測量過，因此可以單獨確認(rèn)有缺陷的芯片和沒有缺陷的芯片。因此，把沒有缺陷的芯片單獨選出來，放在適當(dāng)?shù)奈恢?，移開并固定到基片102上。
應(yīng)注意到，在例2和例3中所用的帶107和例1中所用的是同一種類型，也可以使用其它類型的帶。
例4本例說明芯片的主表面和基片的主表面相對將薄芯片和基片面向下粘結(jié)固定的例子。
開始時如圖7(1)所示，利用一個壓敏帶把硅晶片105固定到連接在第一框架101上的第一帶107。此后如圖7(2)所示，用和例2相同的方法減薄硅晶片。
下一步如圖7(3)所示，硅晶片105的表面翻轉(zhuǎn)向下與連接在第二框架101’上的第二帶107’的表面面對面地放置，粘結(jié)在一起。
第一帶107從硅晶片105上去除，形成做在第二帶107’的表面上的硅晶片105的結(jié)構(gòu)。隨后如圖7(4)所示，在硅晶片105上刻出劃片槽104，把硅晶片分割成眾多芯片105’。
如圖7(5)所示，給定的芯片105’放在基片102的適當(dāng)位置上，然后從下面推動加熱頭106，進行熱壓，通過各向異性的導(dǎo)電粘接劑103把薄芯片105’粘結(jié)到基片102上，如圖7(6)所示。
根據(jù)這個例子，第二帶107’移走后，芯片105’移到基片102上。與例1的情況相比，改變了上表面和底面。尤其是硅晶片105被固定到基片102上后，其初始上表面仍然保持。因此在此例中，如果硅晶片105被減薄以后，要求的半導(dǎo)體器件做在硅晶片105的表面，則把該半導(dǎo)體器件做在形成于基片102表面的芯片105’的表面。
從前面的描述中可以很清楚的看出，根據(jù)本發(fā)明可以得到下述的效果和優(yōu)點。
(1)利用粘接劑把薄半導(dǎo)體芯片粘結(jié)到基片上，做在半導(dǎo)體芯片表面上的壓焊塊與基片表面的基片電極通過粘接劑中的導(dǎo)電顆粒相互電連接在一起，因此降低了由于彎曲造成破壞的可能性，并確保了電連接的高可靠性。
(2)由于減薄半導(dǎo)體晶片利用了刻蝕劑，其沿著晶片的主表面以高速運動，可以很容易得到厚度均勻的薄半導(dǎo)體，在其中不會產(chǎn)生任何變形或缺陷。
(3)薄半導(dǎo)體芯片離開帶與粘結(jié)到基片上是在同一步中完成，這樣薄半導(dǎo)體芯片可以粘結(jié)到基片上而不發(fā)生碎裂。
(4)對選定的芯片加熱并加壓，將其轉(zhuǎn)移到基片上，因而確保很容易以較低成本把薄芯片安裝到基片上。
(5)利用各向異性的導(dǎo)電粘接劑可以把每個半導(dǎo)體芯片粘結(jié)到基片上，因此不用引線鍵合就可以把芯片與基片電連接在一起。
(6)半導(dǎo)體芯片的厚度薄至0.1-110微米，在這個范圍內(nèi)芯片可以彎曲，因此可以實現(xiàn)能抵御彎曲的薄半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體芯片和基片，利用包含大量導(dǎo)電顆粒的有機粘接劑層使半導(dǎo)體芯片與基片面對面，做在該半導(dǎo)體芯片基片一側(cè)的表面上的由導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的壓焊塊，基片芯片一側(cè)的表面上的基片電極，它位于對應(yīng)于所述壓焊塊的位置上，使所述壓焊塊和所述基片電極通過所述導(dǎo)電顆粒相互電連接。
2根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體芯片的厚度為0.1-110微米。
3半導(dǎo)體器件，包括至少一個半導(dǎo)體芯片和一個基片，通過包含大量導(dǎo)電顆粒的有機粘接劑層使所述半導(dǎo)體芯片與所述基片面對面，位于該半導(dǎo)體芯片基片一側(cè)的表面上、由鈍化薄膜和導(dǎo)電薄膜組成的壓焊塊，位于基片芯片一側(cè)表面上、對應(yīng)于所述壓焊塊的位置處的基片電極，其中通過所述導(dǎo)電顆粒使所述壓焊塊和所述基片電極相互電連接，所述壓焊塊做在所述半導(dǎo)體芯片基片一側(cè)的表面上沒有任何鈍化薄膜的區(qū)域。
4根據(jù)權(quán)利要求3的半導(dǎo)體芯片，其中所述鈍化薄膜的厚度大于所述壓焊塊的厚度。
5制作半導(dǎo)體器件的方法，由以下步驟組成使固定在第一基片上的半導(dǎo)體晶片的表面與刻蝕劑接觸，沿著所述半導(dǎo)體晶片表面快速移動所述刻蝕劑以減薄所述半導(dǎo)體晶片的厚度，把減薄后的晶片切割成眾多芯片，把芯片從所述第一基片上取下，粘結(jié)到第二基片。
6根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中通過切割把所述晶片分割成眾多芯片的步驟包括用劃片槽把所述半導(dǎo)體芯片完全切開。
7根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中減薄所述半導(dǎo)體器件的厚度的步驟包括使所述半導(dǎo)體晶片的表面與所述刻蝕劑接觸，及在所述半導(dǎo)體晶片的面內(nèi)方向旋轉(zhuǎn)所述晶片。
8根據(jù)權(quán)利要求7的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述晶片以每分鐘1000轉(zhuǎn)或更高的速度旋轉(zhuǎn)。
9根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中減薄所述半導(dǎo)體晶片的厚度的步驟包括使所述半導(dǎo)體晶片的表面與所述刻蝕劑接觸，及所述半導(dǎo)體晶片沿著所述晶片的面內(nèi)方向作往復(fù)運動。
10根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一基片由帶組成。
11根據(jù)權(quán)利要求10的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述帶是由有機材料制成的不硬的帶組成。
12根據(jù)權(quán)利要求10的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述帶由框架支撐。
13根據(jù)權(quán)利要求12的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述框架是園環(huán)形。
14根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中從所述第一基片上取下所述芯片，并粘結(jié)到所述第二基片上的步驟包括有選擇地加熱期望的芯片，并壓向所述第二基片。
15根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中從所述第一基片上取下所述芯片并將其粘結(jié)到所述第二基片上的步驟包括利用位于所述帶下方的加熱頭向上推所述芯片并加熱所述芯片。
16根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中用涂在所述第二基片的表面上的粘接劑層把所述芯片和所述第二基片粘結(jié)在一起。
17根據(jù)權(quán)利要求16的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述粘接劑層由各向異性的導(dǎo)電粘接劑層組成。
18根據(jù)權(quán)利要求17的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述各向異性的導(dǎo)電粘接劑層由有機材料及導(dǎo)電顆粒組成。
19根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述芯片表面上的電極和所述第二基片表面上的電極相互面向下粘結(jié)而電連接在一起。
20根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中把減薄后的晶片轉(zhuǎn)移到第三基片上去的步驟插入減薄所述半導(dǎo)體晶片厚度的步驟和把所述最終的半導(dǎo)體晶片切割成眾多芯片的步驟之間，所述芯片從所述第三基片上分開，粘結(jié)到所述第二基片上。
21根據(jù)權(quán)利要求20的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第三基片由不硬的帶組成。
22根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述晶片厚為0.1-110微米。
23根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括以下步驟在把所述芯片粘結(jié)到所述第二基片的步驟前，執(zhí)行在所述芯片第二基片一側(cè)的表面上的形成給定圖形的鈍化薄膜及形成厚度小于所述鈍化薄膜的電極的步驟。
24根據(jù)權(quán)利要求23的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述電極做在所述芯片第二基片一側(cè)的表面上沒有形成任何鈍化薄膜的區(qū)域。
全文摘要
用包含導(dǎo)電顆粒(406)的有機粘接劑層(409)把半導(dǎo)體芯片(105’)和基片(102)粘結(jié)在一起,通過導(dǎo)電顆粒(406)將壓焊塊(405)和電極(412)相互電連接在一起。通過使附著在帶(107)上的半導(dǎo)體晶片(105)與刻蝕劑相接觸形成該半導(dǎo)體芯片(105’),與刻蝕劑相接觸的同時在半導(dǎo)體晶片的面內(nèi)方向高速旋轉(zhuǎn)該半導(dǎo)體晶片(105)或使該半導(dǎo)體晶片(105)作橫向往復(fù)運動,均勻刻蝕該半導(dǎo)體晶片(105),從而減薄其厚度并把減薄后的晶片切割開。用加熱頭(106)熱壓分割開的薄芯片(105’),使其粘結(jié)到基片(102)。用這種方法可以低成本穩(wěn)定制造薄半導(dǎo)體芯片,并把它粘結(jié)到基片上,不使其破碎,這樣得到的半導(dǎo)體器件不大會由于來自外界的撓曲應(yīng)力而破損。
文檔編號H01L21/301GK1188563SQ96194858
公開日1998年7月22日 申請日期1996年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月18日
發(fā)明者宇佐美光雄, 坪崎邦宏, 西邦彥 申請人:株式會社日立制作所