[發(fā)明專利]從載體基底中移去可逆向安裝的器件晶片的方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010246691.5
• 申請(qǐng)日: 2010-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN102290367A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·W·麥克曲昂;R·D·布郎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 布魯爾科技公司
• 主分類號(hào): H01L21/687
• 分類號(hào): H01L21/687;H01L21/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 劉佳;丁曉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的涉及新穎的臨時(shí)松解晶片的方法和裝置，在晶片減薄和其它背面處理之后，該裝置可從載體基底上取下器件晶片。

背景技術(shù)

集成電路、大功率半導(dǎo)體、發(fā)光二極管、光子電路、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、嵌入式無源陣列、封裝插入器以及大量的硅半導(dǎo)體基和化合物半導(dǎo)體基的微型器件，都在直徑為1-12英寸的晶片基底上聯(lián)合地成陣列地進(jìn)行生產(chǎn)。各器件然后分離到個(gè)別的器件或硬模內(nèi)，它們進(jìn)行封裝而可實(shí)用地與宏觀環(huán)境界面連接，例如，與印刷電路板互連。在硬模上或其周圍構(gòu)造器件的封裝，同時(shí)使它仍是晶片陣列的一部分，這種做法已經(jīng)變得越來越普遍。這種做法被稱之為晶片層上的封裝，其降低了總的封裝成本，較之于通常其外尺寸是實(shí)際器件好幾倍的傳統(tǒng)封裝來說，該種做法在器件和其微電子環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)了更高的互連密度。

直到最近，互連的方案通常一直局限于二維尺度，這意味著器件和器件安裝的對(duì)應(yīng)的電路板或封裝表面之間的電氣連接都置于水平的或x-y平面內(nèi)。微電子工業(yè)現(xiàn)已認(rèn)識(shí)到，通過堆疊和垂直地(即，沿z方向)互連各個(gè)器件，可實(shí)現(xiàn)器件互連密度的顯著提高并相應(yīng)地減小信號(hào)的延遲(由于電氣連接點(diǎn)之間距離縮短的緣故)。器件堆疊的兩個(gè)普遍要求是：(1)從背側(cè)起沿通過晶片的方向減薄器件；以及(2)其后形成通過晶片的電氣連接，一般稱之為通過晶片通道或“TSV”，其終止在器件的背面上。就此而論，即使器件不以堆疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝時(shí)，半導(dǎo)體器件的減薄現(xiàn)也已成為一種標(biāo)準(zhǔn)的做法，因?yàn)樗阌跓岬暮纳ⅲ?duì)于諸如移動(dòng)電話那樣的緊湊電子產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)小得多的形狀因子。

人們?nèi)找娓信d趣于將半導(dǎo)體器件減薄到小于100微米以減小其外形，尤其是當(dāng)半導(dǎo)體器件或其駐留在其中的對(duì)應(yīng)的封裝進(jìn)行堆疊之時(shí)，以便簡(jiǎn)化器件上背側(cè)電氣連接的形成。用于大體積集成電路生產(chǎn)的硅晶片其直徑通常為200或300mm，并具有約為750微米的通過晶片厚度。若不加以減薄，則就幾乎不可能形成通過貫穿晶片的連接來與前側(cè)電路連接的背側(cè)電氣觸點(diǎn)。基于機(jī)械打磨(背面打磨)和拋光以及化學(xué)蝕刻，而對(duì)半導(dǎo)體級(jí)的硅和化合物的半導(dǎo)體進(jìn)行的高效減薄工藝現(xiàn)已投入商業(yè)應(yīng)用。這些工藝過程允許器件晶片厚度可在幾分鐘內(nèi)減小到小于100微米，同時(shí)對(duì)橫跨晶片厚度的均勻性保持精密的控制。

厚度減薄到小于100微米的器件晶片，尤其是減薄到小于60微米的晶片極其易碎，必須在其全尺寸上加以支承以防止開裂和破碎。為了傳送超薄的器件晶片，已經(jīng)開發(fā)出各種晶片伸長(zhǎng)桿和卡盤，但仍然存在著如何在背面打磨和TSV形成過程中支承晶片的問題，這些工藝過程包括諸如以下的各步驟：化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、平版印刷、蝕刻、沉積、退火以及清洗，因?yàn)榫跍p薄時(shí)或減薄之后這些步驟對(duì)器件晶片上強(qiáng)加了高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。超薄晶片處理的日漸普遍的方法是用聚合物粘結(jié)劑將面向下的全厚度的器件晶片安裝到剛性載體上。然后對(duì)晶片減薄并從背側(cè)進(jìn)行處理。然后，在背側(cè)處理完成之后，用熱的、熱機(jī)械的或化學(xué)的工藝過程從載體上移去或松解開完全處理過的超薄晶片。

普通的載體材料包括硅(例如，坯料器件晶片)、鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、藍(lán)寶石、以及各種金屬和陶瓷。載體可以是方形或矩形，但較普遍的是圓形，并且尺寸做成匹配于器件晶片，這樣，可用傳統(tǒng)的加工工具和盒子來處理粘結(jié)起來的組件。有時(shí)，載體可被打孔，以便在使用作為釋放手段的液體化學(xué)試劑來溶解或分解聚合物粘結(jié)劑時(shí)加速松解的過程。

用于晶片暫時(shí)粘結(jié)的聚合物粘結(jié)劑用旋轉(zhuǎn)涂敷或噴濺涂敷方法從溶液或作為干膜帶的層疊薄片中進(jìn)行施加。旋轉(zhuǎn)和噴濺施加的粘結(jié)劑日益作為較佳，因?yàn)樗鼈冃纬傻耐繉颖葞ё涌商峁┑耐繉佑懈叩暮穸染鶆蛐浴Ｔ诰瑴p薄之后，較高的厚度均勻性轉(zhuǎn)化為對(duì)橫跨晶片厚度均勻性的更大控制。聚合物粘結(jié)劑呈現(xiàn)對(duì)于器件晶片和載體的高的粘結(jié)強(qiáng)度。

聚合物粘結(jié)劑可以旋轉(zhuǎn)涂敷到器件晶片、載體或兩者之上，視所需要的厚度和涂層平整性(平整度)而定。烘焙涂敷過的晶片，從聚合物粘結(jié)劑層除去所有的涂敷溶劑。然后，涂敷過的晶片和載體放置到與加熱的機(jī)械壓機(jī)接觸以使它們粘結(jié)。施加足夠的溫度和壓力，致使粘結(jié)劑流動(dòng)和填充到器件晶片結(jié)構(gòu)特征內(nèi)，實(shí)現(xiàn)與器件晶片和載體表面的所有區(qū)域的緊密接觸。

背側(cè)處理之后，從載體中松解開器件晶片通常用以下四種方法中的一種來進(jìn)行：

(1)化學(xué)方法-將粘結(jié)的晶片堆疊浸沒在溶劑或化學(xué)試劑內(nèi)，或用溶劑或化學(xué)試劑噴濺，以溶解或分解聚合物粘結(jié)劑。