專利名稱：用于保持晶片上的接合焊墊超潔凈的方法和晶片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在載具、引線框、基板或印刷電路(PC)板之內或之上的最后的封裝步驟之前切割和切單(singulating)半導體器件。更特別的是，本發(fā)明涉及一種在切割或切單工藝期間用于保持接合焊墊或凸塊超潔凈的方法和裝置。
背景技術：
迄今為止，配有薄型劃片機刀片(blade)的劃片機已經用于切割處于單個芯片(die)之間的空白渠道(street)或切口，該單個芯片位于安裝于切片帶(dicing tape)之晶片上，或位于以最大的切片帶供應者命名的NITTO.TM帶上的晶片上。切割操作產生非常細的硅粉塵，沉淀在芯片上并覆蓋接合焊墊或芯片上的電極。盡管在切割操作中，目前工藝水平的劃片機仍采用冷卻水和潔凈水，但是，切割晶片之后有必要在晶片洗凈器中清洗晶片以去除聚集在凹槽式的接合焊墊中的硅粉塵。
將冷卻水噴射到晶片和/或被切割的切口處的鋸片上。即使采用去離子水切割和清洗晶片，摩擦仍可以引起靜電放電(ESD)，反過來靜電放電不僅可能大得足夠破壞目前工藝水平的半導體器件，而且還會引起不良的浸潤性硅粉塵，從而導致接合焊墊的干點(dry spot)玷污。除非將硅粉塵從引線接合處完全去除，否則會產生接合可靠性問題。
眾所周知，硅粉塵顆粒會堆積在晶片的刀片上。這些顆粒引起刀片載荷(blade loading)，從而縮短刀片壽命，并引起晶片底部上運行的刀片退出或離開切割位置處的切屑。
在半導體工廠可獲得的去離子水具有每厘米16至18兆歐的電導率級。如果通過公知的技術和步驟藉由CO2在容器中處理，則可以產生達到每厘米1兆歐的超潔凈去離子.水，并減少了靜電放電。但該專用的非常潔凈的去離子.水價格不菲。目前工藝水平的劃片機每小時需要使用五十加侖。晶片潔凈器每小時使用三至十加侖的去離子水?？梢愿淖兦逑粗芷诤屠鋮s水，以減少接合焊墊上的塵斑。可以將表面活化劑潤濕和清潔溶液添加到清洗水和冷卻水中，以此獲得大干95％無粉塵的接合焊墊區(qū)域，同時耗費較少的去離子水。
非常需要提供一種方法和裝置，來消除在劃片機和晶片洗凈器使用中對多數(shù)，如果不是所有的話，高價格超潔凈去離子水的需要，并且同時增加接合焊墊上的無粉塵面積百分比，以便增強引線接合的強度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個主要目的是提供一種具有幾乎無粉塵的表面和接合焊墊的半導體晶片。
本發(fā)明的一個主要目的是提供一種防止硅粉塵堆積在晶片和芯片的接合焊墊上的新方法。
本發(fā)明的一個主要目的是消除對所有或大多數(shù)超潔凈去離子水的需要以及去離子水的二氧化碳處理。
本發(fā)明的一個主要目的是提供一種幾乎消除晶片底表面處芯片切屑(chipping)的方法。
本發(fā)明的一個主要目的是在切割操作期間提供一種用于晶片的水溶性的可去除的非電離保護膜。
本發(fā)明的一個主要目的是在切割操作期間提供一種在導電的接合焊墊和晶片之上的靜電放電保護涂層。
本發(fā)明的一個主要目的是提供一種用于硅晶片的可去除的水溶性非電離膜。
本發(fā)明的一個總的目的是當進行切割操作時提供一種實質上消除對去離子水的需要的方法。
本發(fā)明的一個總的目的是當進行晶片清洗操作時提供一種需要較少的非常潔凈的去離子.水和幾乎消除對超潔凈去離子水的需要的方法。
根據(jù)本發(fā)明的這些和其它目的，準備切片的潔凈晶片被涂覆可去除的水溶性非電離膜，其中非電離膜由通過加熱變硬的凝膠、漿糊或粘性液體的噴霧構成，其中加熱采用例如紫外線、紅外線或對流傳熱的方法。硬化膜不溶于用于切片的冷卻水中，但是切片后，在晶片洗凈器中利用溫水和高水壓可將硬化膜去除。保護涂層幾乎消除了沉淀在切割后的芯片的凹槽式接合焊墊中的晶片粉塵。


圖1是硅晶片被安裝到切片帶上且被切割成單個芯片之前的現(xiàn)有技術的潔凈硅晶片的等比例圖；圖2是從示出多個接合焊墊的晶片上切割或切成片之后的現(xiàn)有技術的單個芯片放大了的平面圖；圖3是穿過圖2的線3-3處的接合焊墊得到的放大了的正視剖面圖；圖4是穿過晶片的整個深度切割并切割成切片帶之后，晶片安裝于粘性的切片帶上，穿過現(xiàn)有技術的若干芯片得到的放大了的正視剖面圖；圖5是在進行切割操作之前的類似于圖4所示的可去除的保護涂層被施加到本發(fā)明的晶片上的放大了的正視剖面圖；圖6是切穿晶片之后但在除去保護涂層之前的圖5所示晶片的放大了的正視剖面圖；圖7是圖5中示出的另一類型的晶片放大了的正視剖面圖，其中切割沒有延伸穿過晶片以避免底表面破裂及碎裂；圖8是通過清洗去除來自切口的剩余物以及將第二可移除的水溶性膜和背部研磨帶(back grinding tape)添加到晶片的頂部上之后，圖7中示出的晶片放大了的正視剖面圖；圖9是切片帶和晶片底部的一部分被移除之后的圖8中示出的晶片放大了的正視剖面圖；圖10是晶片被清洗和烘干并且將第二個切片帶施加到晶片的底部之后的圖9中示出的晶片放大了的正視剖面圖；圖11是背部研磨帶和第二保護膜被移除之后的圖10中示出的晶片放大了的正視剖面圖；圖12是制造圖6中示出的受保護晶片所采用的具體例子的步驟的方塊圖，圖6中示出的晶片可被清洗和烘干以提供如圖4中所示的晶片；以及圖13是制造圖4中所示的晶片所采用的具體例子的步驟的方塊圖，其中圖4采用圖5和圖7至圖11中示出的晶片。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1，圖1示出被安裝到切片帶上并被切割成單個芯片11之前的現(xiàn)有技術潔凈硅晶片10的等比例圖。
在多個晶片被切割成單個芯片的早些年中，去離子水用來潤滑和冷卻金剛石切割刀片。切割刀片必須被冷卻以防止類似于砂輪或切割輪上的熱聚集(building up)。額外的熱量會破壞薄型切割刀片和硅晶片。去離子水使刀片冷卻并有助于保持晶片潔凈。來自切片操作中的亞微米尺寸的硅粉塵產生顆粒，該顆粒很難濕化并趨向于積聚在晶片表面上，特別是積聚在接合焊墊區(qū)域上，其中在接合焊墊區(qū)域處焊接金或鋁的細導線以使載具封裝互連。多數(shù)現(xiàn)代的芯片覆蓋有薄鈍化層以保護并絕緣晶片上的電路在處理期間不受損壞。然而，金、銅或鋁的接合焊墊不具有鈍化層。接合焊墊裸露出金屬并位于鈍化層表面之下。每個接合焊墊與芯片上的淺井一樣。在切片期間和清洗操作之后，大部分的硅粉塵從晶片表面清洗掉。然而，在切片期間由于切片冷卻水從晶片流掉，接合焊墊聚集有硅粉塵。當水從晶片上流掉時，接合焊墊的下表面會俘獲粉塵。具有較小芯片的較大晶片產生更多玷污接合焊墊的硅粉塵。近些年來，切割操作使用表面活化劑來減少去離子水的表面張力，幫助從晶片表面去除硅粉塵。雖然表面活化劑在冷卻刀片和使晶片潔凈方面已有些許成效，但在保持接合焊墊潔凈方面不是十分成功。如果在接合焊墊上存在過量的硅粉塵，將減少金、銅或鋁引線接合的接合強度。器件被焊接和封裝并安裝入某個電子系統(tǒng)中之后，玷污的接合焊墊會導致電路發(fā)生故障。潔凈的接合焊墊將增加半導體的合格率并提高半導體的可靠性。
現(xiàn)在參考圖2，圖2示出現(xiàn)有技術的具有若干凹槽式接合焊墊12的單晶片11放大了的平面圖。這種芯片在各邊上可具有100多個接合焊墊，因此，示出的芯片11起說明目的。在一個優(yōu)選的實施例中，芯片11被焊接到引線框(未示出)上，并且電極或焊墊12焊接有將焊墊12連接到接頭或引出焊墊(未示出)的導線。
現(xiàn)在參考圖3，圖3示出穿過圖2的接合焊墊12得到的放大了的正視剖面圖。
接合焊墊12包括連接到電路(未示出)中以及芯片11上的一層導電材料13，例如金、銅或鋁。凹槽式接合焊墊12為不容易被去除的亞微米級的硅灰塵提供一個捕集阱。芯片11優(yōu)選覆蓋有鈍化層14，該鈍化層14不僅與芯片中和芯片上的電路絕緣，而且保護芯片中和芯片上的電路。如果將足夠的靜電荷施加到電極12上，就會破壞芯片11上的電路。在晶片10的切割和清洗操作期間，避免靜電放電是很重要的。
現(xiàn)在參考圖4，圖4示出穿過安裝于切片帶15上的現(xiàn)有技術的晶片10的若干芯片11得到的放大了的正視剖面圖。現(xiàn)有技術的空白渠道或截槽16被示出延伸進切片帶達1/1000英寸深，完全使一個芯片11與其它芯片切開。該芯片通常是一英寸厚的千分之6至20(Mils)，并且尺寸在一側在18Mils至大約450Mils之間變化。
如圖4所示被切割和清洗了的芯片11的晶片10可以用于芯片接合器中，該芯片接合器選擇優(yōu)良的芯片用于焊接，或用于具有優(yōu)良芯片裝載帶的載具或用于裝載供挑選和放置器使用的托盤(trays)(未示出)。依制造和裝配操作而定，圖4中所示的被切割和測試過的晶片通常沒有立即并入系統(tǒng)中并且在使用之前必須被保護。
現(xiàn)在參考圖5，圖5示出潔凈晶片10放大了的正視剖面圖，該潔凈晶片10類似于在被切片或切割之前安裝于柔性的切片帶上或NITTo.TM帶15上的圖1和圖4中的晶片10。晶片10具有保護層或薄膜17。該薄膜可以被噴濺或施加到光致抗蝕劑旋轉器中，隨后通過例如U.V.或I.R.或熱傳遞被加熱硬化。在優(yōu)選的實施例中，該薄膜在達到每平方英寸大約1400英鎊的高壓下對溫水具有水溶性，但不會溶解于劃片機所使用的冷卻水。非電離薄膜包括水溶性的U.V.可愈的保護涂層。該薄膜17是絕緣的并覆蓋導電電極或焊墊12以屏蔽它們不受硅粉塵和靜電放電的影響。
現(xiàn)在參考圖6，圖6示出切割完全穿過晶片并進入切片帶15留下分開的芯片11連在切片帶15上之后的圖5的晶片。當圖6中示出的晶片在晶片洗凈器中清洗時，將薄膜17和全部硅粉末從晶片10、切口16和焊墊12上去除。在引線接合之前，準備好潔凈的晶片，以待進一步加工入載具等或焊接芯片。
現(xiàn)在參考圖7，圖7示出圖5所示類型的晶片10的放大了的正視截面圖，其中圖5中示出的晶片10是被切片或切割成具有不延伸入切片帶15中的淺切口或渠道之后的晶片。選擇切口18的深度以防止在切口18的底部中產生裂縫或斷開。在進行下一個步驟之前，在晶片洗凈器中清洗該晶片以去除所有的粉塵和污染物，但不需要去除可在該處理中進行的任何的或所有的保護層17。
現(xiàn)在參考圖8，圖8示出晶片被清洗并且將第二可去除水溶性薄膜19施加到第一薄膜17(若存在)上，或施加到晶片的芯片11的頂部上之后，圖7中示出的晶片的放大了的正視截面圖。同樣將可從NITTO DINKE公司獲得的背部研磨帶21施加于第二薄膜19的頂部上，用來形成具有外部NITTO.TM.帶15和21的不易彎曲(stiff)的或剛硬(rigid)的夾層。
現(xiàn)在參考圖9，圖9示出帶15被去除并且芯片11(晶片10)的底部已接地或刻蝕之后圖8中示出的晶片的放大了的正視截面圖。背部研磨器和等離子體刻蝕器(未示出)是商業(yè)上可獲得的。芯片11的底部邊緣22不具有能影響電路以及小芯片的精確尺寸的切屑和裂縫，。如果該芯片11面朝下安裝，如同具有凸塊和球柵格陣列(BGA)的倒裝芯片的安裝，則需要理想的底表面用于堆疊芯片。清洗圖9中的晶片以便于去除所有的研磨和/或刻蝕粉末，但不去除薄膜19和/或17，并將芯片11保持于一個適當?shù)亻g隔的陣列中。
現(xiàn)在參考圖10，圖10示出將第二切片帶23施加到分開的芯片陣列的底部之后的圖9中芯片11的夾層。
現(xiàn)在參考圖11，圖11示出在去除背部研磨帶21以便去除水溶性薄膜19和/或17之后圖10中芯片11的夾層，在晶片洗凈器中使用去離子水或超潔凈的去離子水以免損傷保護電極12。期望用超潔凈自來水清洗來洗凈某些芯片11，然而，因為已經節(jié)省了在劃片機中使用的大量的去離子水，這一步驟可以因晶片而異，但也許無需改變工藝。應當注意的是，圖11的最終結果是一排在切片帶23上即可使用的芯片。
現(xiàn)在參考圖12，圖12示出具有七個方塊和具體例子的步驟29至31的方塊圖，其中步驟29-31可用來制造圖5和6中示出的受保護的晶片。由于某些步驟可以以不同順序進行，所以該例子是示例性的并可由晶片制備工藝技術人員進行改變。
考慮到步驟24至30是自描述，因此不需要額外的說明。然而，當切割晶片時，步驟28需要冷卻水。應當明白的是，不需要超潔凈去離子水！而且，不需要商業(yè)上可獲得的去離子水，因此，對本領域提供潔凈經過濾的冷卻水的技術人員而言，每小時每次切割節(jié)省50加侖的去離子水是可以實現(xiàn)的。不管怎樣，該方法都能產生至今尚不可得的超潔凈無粉塵的硅接合焊墊12。
如果制造者熟練得足以提供潔凈的過濾的自來水，則其可在切割中被用做冷卻水，然而，在洗凈器中的最后的清洗水需是超潔凈的去離子水。
現(xiàn)在參考圖13，圖13示出具有十五個方塊和另一具體例子的方塊圖，其中在該例子中方塊32至46中的步驟順序可以改變。該方法不同于先前方法之處在于，其使用背部研磨帶21來獲得在芯片11上的理想的底部邊緣22時采用兩個保護膜17和19以及兩個切片帶15和23。
圖13中示出的方法在方塊36處與圖12中的方塊28中一樣節(jié)省超潔凈去離子水或去離子水。然而，如果直到最后的清洗步驟45都沒有從電極或焊墊12上去除保護膜17，則在方塊37中不需要使用去離子水。
置于方塊32至35中的步驟是自敘述的，不需要在說明書中做進一步地解釋，并且在此作為參考引入。
總之，在切片前保持焊墊12潔凈直至切割的芯片準備使用為止，現(xiàn)有技術的晶片10被涂覆保護涂層17，其中晶片10具有帶有焊墊12的潔凈的上表面。薄膜或保護涂層17可留在晶片10上直至準備使用為止，因此，在裝運和處理期間可以用作保護涂層。
許多晶片和芯片的制造商將完整的晶片提供給裝配承包商，裝配承包商將芯片放置在載具中、網格座中或其它形式的載具中或直接從切片帶選擇芯片。因此，本發(fā)明不僅提高了焊墊的清潔度，而且降低了工藝中去離子水的費用，并在直至使用前為晶片和芯片提供額外的保護。
已說明用于提供超潔凈芯片焊墊和無切屑(chip-free)的受保護的芯片的優(yōu)選的方法及其變形，所屬領域技術人員在不脫離本發(fā)明的范圍下可以改變步驟的順序。用和沒有用保護膜17測試之前和之后顯示了接合焊墊12上余下少了約100％的硅粉塵。
權利要求
1.一種保護晶片接合焊墊在切單或切片期間不受硅晶片粉塵和雜質污染的方法，包括如下步驟提供一安裝于一切片帶上的待切割的潔凈晶片；將一中性硬化水溶性薄膜施加到待切割的晶片表面之上；切割穿過所述水溶性薄膜和所述晶片并部分地進入所述切片帶；使用潔凈冷卻水冷卻所述的晶片，同時在不去除水溶性薄膜的情況下切割晶片，利用高壓潔凈的溫暖的去離子水在一晶片洗凈器中清洗所述晶片，以從單個被切割芯片的表面及所述晶片切口處去除所述中性的硬化水溶性薄膜；以及在從安裝于所述切片帶上的所述晶片處移去單個芯片前干燥所述晶片。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述的潔凈冷卻水包括非去離子水，如果沒有中性硬化水溶性薄膜的保護，則非去離子水通常會與所述芯片裸露的接合焊墊發(fā)生反應。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中施加一中性硬化水溶性薄膜的步驟包括將粘性液體均勻地施加到所述晶片的頂表面上的步驟；以及硬化和干燥所述薄膜的步驟。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中硬化和干燥所述薄膜的步驟包括將所述薄膜暴露于紫外線(U.V.)或紅外線(I.R.)輻射中。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中將一薄膜施加到晶片表面之上的步驟包括施加粘性凝膠、漿糊或液體。
6.一種保護晶片接合焊墊在通過切割操作自一晶片分離期間不受硅晶片粉塵和雜質污染的方法，包括如下步驟將待切割成芯片的一潔凈晶片安裝于一第一切片帶上；將一第一中性可硬化水溶性薄膜施加于待切割晶片的頂表面上；使水溶性薄膜硬化以防止其溶解于冷卻水中；穿過所述水溶性薄膜切割并部分地進入所述晶片；在一晶片洗凈器中清洗所述被切割的晶片以去除晶片粉塵和水溶性薄膜；干燥所述被清洗并切割過的晶片；將一第二中性可硬化水溶性薄膜施加于晶片的頂表面上并將其施加入所述晶片被切割的切口中；硬化并干燥所述的第二中性可硬化水溶性薄膜；將一背部研磨帶施加于所述的第二薄膜的頂部上；將所述的切片帶從所述被部分切開的晶片的底部去除；去除所述晶片的底部的一部分，以將晶片分成芯片上具有非常潔凈邊緣的單個芯片；在一晶片洗凈器中清洗所述被切割的晶片以去除晶片粉塵；干燥所述被清洗并切割的晶片；將所述被清洗并切割的干晶片安裝于第二切片帶上；并且去除所述背部研磨帶和所述中性可硬化水溶性薄膜或來自所述晶片的薄膜，以提供具有無毛刺和無裂縫邊緣的單個芯片。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中去除所述晶片的底部的一部分的步驟包括刻蝕或背部研磨。
8.根據(jù)權利要求6的方法，其中在去除所述晶片的底部的一部分之后，清洗所述被清洗并被切割過的晶片的步驟包括用潔凈冷卻水清洗以免去除水溶性薄膜或薄膜。
9.根據(jù)權利要求6的方法，其中去除所述中性可硬化水溶性薄膜或來自所述晶片的薄膜的步驟包括利用高壓去離子水在一晶片洗凈器中清洗所述晶片，以去除其上所有的水溶性薄膜和雜質。
10.根據(jù)權利要求6的方法，其中穿過所述水溶性薄膜切割并部分進入所述晶片的步驟進一步包括將潔凈的中性冷卻水水流施加到劃片機的刀片和被切割的晶片上。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其中所述的潔凈的中性冷卻水包括經凈化過濾了的自來水。
全文摘要
本發(fā)明教示一種在芯片上具有超潔凈接合焊墊的被切割開的晶片，其增強了引線接合的強度，并導致了封裝半導體芯片的較高的成品率和提高的可靠性。準備用于切片的潔凈晶片涂覆有可去除的絕緣水溶性非電離薄膜，該薄膜增強了切口的潔凈度并減少了堆積。通過加熱來硬化保護膜，并且其可抵抗被用在劃片機中的冷卻水去除。然而，切片后在晶片洗凈器中利用高壓溫熱的去離子水(D.I.水)可將保護膜去除。去除保護膜后該電極焊墊實質上與切片之前一樣潔凈。該薄膜可在切割開的晶片準備使用之前一直用作保護層。
文檔編號H01L21/60GK1650420SQ03810113
公開日2005年8月3日 申請日期2003年7月9日 優(yōu)先權日2002年7月12日
發(fā)明者羅伯特·卡羅爾·魯尼恩, 何京臻 申請人:賦權新加坡私人有限公司