非拋光玻璃晶片、使用非拋光玻璃晶片減薄半導(dǎo)體晶片的減薄系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本文描述非拋光玻璃晶片、使用非拋光玻璃晶片減薄半導(dǎo)體晶片的減薄系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，玻璃晶片具有主體（例如圓形主體），包括基本上彼此平行的非拋光的第一表面和非拋光的第二表面。此外，圓形主體具有等于以微米為單位的總厚度變化加上以微米為單位的彎曲的十分之一的晶片質(zhì)量指標(biāo)，該晶片質(zhì)量指標(biāo)小于6.0。
【專利說(shuō)明】非拋光玻璃晶片、使用非拋光玻璃晶片減薄半導(dǎo)體晶片的減薄系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年5月27日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)S/N61/490，818的權(quán)益，其內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開(kāi)涉及非拋光玻璃晶片、使用非拋光玻璃晶片減薄半導(dǎo)體晶片的減薄系統(tǒng)、方法以及制造非拋光玻璃晶片的方法。
[0004]背景
[0005]摩爾定律可能是與半導(dǎo)體集成電路有關(guān)的各種技術(shù)中最著名的趨勢(shì)之一。摩爾定律描述計(jì)算硬件中的趨勢(shì)，其中可廉價(jià)地布置在集成電路上的晶體管的數(shù)量大約每?jī)赡攴?。這種趨勢(shì)持續(xù)了半個(gè)世紀(jì)以上，且預(yù)期至少在接下來(lái)的幾年中還將持續(xù)。摩爾定律已經(jīng)良好地服務(wù)產(chǎn)業(yè)，且已經(jīng)結(jié)合到半導(dǎo)體的國(guó)際技術(shù)路線圖(在國(guó)際上稱為ITRS)中幾十年，用于引導(dǎo)研究和開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)期規(guī)劃和設(shè)置目標(biāo)。
[0006]在過(guò)去的幾年中，在從i_線至KrF至ArF及現(xiàn)在至新出現(xiàn)的極紫外(EUV)光刻技術(shù)的轉(zhuǎn)變期間，制造較小的半導(dǎo)體集成電路及在半導(dǎo)體集成電路上的較小尺寸的成本已經(jīng)急劇增加。鑒于此，若干行業(yè)專家主張半導(dǎo)體行業(yè)不能在摩爾定律所述的相同期間中進(jìn)一步有成本效率低減小半導(dǎo)體集成電路上尺寸的大小。
[0007]然而，可用于改進(jìn)性能的另ー種機(jī)制涉及集成電路的封裝。一旦集成電路的晶片完成并被切片，該集成電路需要被封裝以供使用。圖1 (現(xiàn)有技木)是示出集成電路的封裝在這些年中如何從引線鍵合102、倒裝芯片104、層疊管芯106、層疊封裝108發(fā)展到三維集成電路 110 (3D IC110)。
[0008]三維集成電路110(3D IC110)是ー種半導(dǎo)體電路，其中有源電子組件的兩層或更多層水平且垂直地集成到單個(gè)電路中。3D IC封裝不應(yīng)與3D封裝混淆，3D封裝已經(jīng)被使用多年并且通過(guò)將不同芯片層疊在單個(gè)封裝中來(lái)節(jié)省空間。3D封裝稱為封裝中的系統(tǒng)(SiP)不將芯片集成到單個(gè)電路中。具體地，SiP中的芯片與芯片外控制大量通信，好像它們?cè)诓煌姆庋b中被安裝在普通的電路板上。
[0009]相反，3D ICllO充當(dāng)單個(gè)芯片，其中不管是垂直地還是水平地，不同層上的所有組件與芯片上的控制通信。有很多與3D IC封裝相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)可有助于延伸摩爾定律的執(zhí)行，且甚至超過(guò)摩爾定律的預(yù)測(cè)可延伸執(zhí)行。這些優(yōu)點(diǎn)可包括:
[0010]1.尺寸-當(dāng)與利用不同技術(shù)封裝的類似集成電路(IC)相比吋，3D ICllO具有小的多的覆蓋范圍。圖2 (現(xiàn)有技木)示出4英寸長(zhǎng)且位于傳統(tǒng)的電路板的32千兆字節(jié)(GB)標(biāo)準(zhǔn)八IC設(shè)計(jì)202以及可購(gòu)買(mǎi)到的具有八個(gè)IC (每個(gè)IC為55微米(y m)厚I毫米(mm)寬)的32GB3D存儲(chǔ)器層疊204的側(cè)視圖。
[0011]2.速度一關(guān)于隨線長(zhǎng)度的平方改變的傳播延遲，短得多的互連距離表示與利用不同技術(shù)封裝的IC相比3D ICllO具有更快的速度。[0012]3.功率一當(dāng)與通過(guò)其它封裝技術(shù)制造的IC相比時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于3D ICllO由于增加的效率和較短的路徑長(zhǎng)度而得到在功耗方面IOX的改進(jìn)。
[0013]4.成本一高度復(fù)雜(昂貴)的IC可被分成若干部分，這意味著當(dāng)與其它封裝技術(shù)的IC相比較時(shí)缺陷將影響完整3D ICllO的非常小的部分。
[0014]因此，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)采用ー種清楚記錄且進(jìn)取的方法來(lái)開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)這種新興的3D IC封裝技木。為了實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)和3D IC封裝中的層疊1C，需要將硅晶片減薄到遠(yuǎn)遠(yuǎn)
小于標(biāo)準(zhǔn)娃晶片厚度-從約700 ii m至約50 ii m-60 ii m (參見(jiàn)圖2)。這種對(duì)減薄娃的要
求也清楚地記錄在ITRS路線圖中。因此，毫無(wú)疑問(wèn)硅晶片需要被減薄至幾十微米以便利用3D IC封裝。
[0015]為了將硅晶片減薄至這種厚度，支承晶片或載體被臨時(shí)接合到硅晶片，以在從硅晶片去除過(guò)多硅的同時(shí)提供機(jī)械完整性。支承晶片可由兩種不同的襯底制成，即硅或玻璃。玻璃晶片已經(jīng)成為主要的載體，不僅是因?yàn)槌杀驹?，還因?yàn)楣栎d體的不可變的熱膨脹系數(shù)、不能檢查硅晶片和硅載體之間的接合質(zhì)量，更是因?yàn)楣栎d體的形狀因數(shù)的嚴(yán)格限制。關(guān)于硅載體的形狀因數(shù)的嚴(yán)格限制，僅可購(gòu)買(mǎi)到與要減薄的硅晶片精確相同直徑的硅載體，而期望載體具有比要減薄的硅晶片略大的直徑。嚴(yán)格限制硅載體的形狀因數(shù)的原因是半導(dǎo)體行業(yè)的設(shè)備用于非常精確的硅晶片尺寸，以便能夠利用主要半導(dǎo)體公司的光刻設(shè)備。因此，供應(yīng)鏈未被構(gòu)造成以合理費(fèi)用提供比標(biāo)準(zhǔn)硅晶片的直徑大甚至一毫米的硅載體。載體應(yīng)具有比要減薄的硅晶片大的直徑，因?yàn)樵跍p薄(研磨、拋光)過(guò)程中，機(jī)械支承應(yīng)擴(kuò)展超過(guò)被減薄硅晶片的邊緣。此外，在主要半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)中最廣泛使用的減薄系統(tǒng)需要ー種接合系統(tǒng)，該接合系統(tǒng)利用紫外(UV)光源粘合位于載體和硅晶片之間的接合剤，以及激光在減薄過(guò)程后去除該接合剤。因此，硅晶片不透射UV光或激光束，這意味著玻璃晶片將廣泛用于很多減薄系統(tǒng)。
[0016]對(duì)于玻璃晶片，至少有兩個(gè)物理屬性在歷史上很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)且成本高昂。這兩個(gè)物理屬性是:
[0017]1.總厚度變化(TTV) —要減薄的硅晶片的TTV僅能和玻璃載體晶片的TTV —祥。當(dāng)硅晶片要求變得較薄時(shí)，TTV應(yīng)小于約2.0ii m。參考圖3 (現(xiàn)有技術(shù))，示出示例性3D IC結(jié)構(gòu)300的示意圖，該結(jié)構(gòu)具有差的TTV，導(dǎo)致在頂部IC層304和底部IC層306之間差的互連302。參考圖4 (現(xiàn)有技術(shù))，用于解釋TTV的玻璃晶片402的示意圖，TTV被定義為未夾緊(自由狀態(tài))玻璃晶片402的整個(gè)表面408上的最大厚度(Tmax)升高404和最小厚度(Tmin)升高406之間的差。
[0018]I1.彎曲(平面度)一玻璃晶片的彎曲對(duì)于減薄硅晶片的性能很重要。彎曲應(yīng)小于約eoym。參考圖5 (現(xiàn)有技木)，用于解釋彎曲的玻璃晶片502的示意圖，彎曲被定義為最大距離504和506的絕對(duì)值的和，最大距離504和506分別在最高點(diǎn)508與施加到玻璃晶片502的形狀上的最小ニ乘焦面510 (虛線)之間以及最低點(diǎn)512與最小ニ乘焦面510 (虛線)之間測(cè)量。最高點(diǎn)508和最低點(diǎn)512 二者均參考玻璃晶片502的同一表面。最小ニ乘焦面510被施加到未夾緊(自由狀態(tài))玻璃晶片502的形狀上。通過(guò)以下方法確定最小ニ乘焦面510。通過(guò)等式z=A+Bx-Cy來(lái)確定平面。然后，通過(guò)來(lái)自該平面的真實(shí)數(shù)據(jù)的偏差的平方和的矩陣最小化來(lái)確定最小ニ乘平面擬合。該方法得到最小ニ乘值A(chǔ)、B和C。如下確定矩陣:
【權(quán)利要求】
1.一種非拋光玻璃晶片,包括: 主體，包括基本上彼此平行的非拋光第一表面和非拋光第二表面； 所述主體具有小于約6.0的晶片質(zhì)量指標(biāo)，其中晶片質(zhì)量指標(biāo)等于以微米為單位的總厚度變化加上以微米為單位的彎曲的十分之一，其中總厚度變化是所述非拋光第一表面和所述非拋光第二表面之間的所述主體上的最高厚度升高和最低厚度升高之間的差，且所述彎曲是最高點(diǎn)與施加到所述主體的形狀的最小二乘焦面之間的最大距離和最低點(diǎn)與施加到所述主體的形狀的所述最小二乘焦面之間最大距離的絕對(duì)值之和，其中最高點(diǎn)和最低點(diǎn)均相對(duì)于所述主體的同一非拋光表面。
2.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有小于約4.5的晶片質(zhì)量指標(biāo)。
3.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有小于約3.0的晶片質(zhì)量指標(biāo)。
4.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有約0.7mm的厚度，且總厚度變化小于2.0 ii m，彎曲小于約30 u m。
5.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有約3.0ppm/°C至約3.5ppm/°C范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有約3.0ppm/°C至約12.0ppm/°C范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有小于約2.0 y m的總厚度變化?！?br> 8.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有含有小于約0.05%重量百分比的Na2O和K2O的成分。
9.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有小于約60y m的彎曲。
10.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有約150mm至約450mm范圍的外直徑。
11.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述主體具有約0.4mm至約1.1mm范圍的厚度。
12.如權(quán)利要求1所述的非拋光玻璃晶片，其特征在于，所述非拋光第一表面具有小于約5A RMS的表面粗糙度。
13.一種用于在硅晶片臨時(shí)接合到非拋光玻璃晶片時(shí)，將硅晶片減薄的減薄系統(tǒng)，所述減薄系統(tǒng)包括: 外殼; 支承，位于外殼內(nèi)，在支承上放置通過(guò)臨時(shí)接合劑彼此接合的非拋光玻璃晶片和硅晶片; 其中所述硅晶片具有其中形成電路管芯的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面基本上彼此平行； 其中所述非拋光玻璃晶片具有主體，所述主體包括基本上彼此平行的非拋光第一表面和非拋光第二表面，其中所述主體具有小于約6.0的晶片質(zhì)量指標(biāo)，其中晶片質(zhì)量指標(biāo)等于以微米為單位的總厚度變化加上以微米為單位的彎曲的十分之一，其中總厚度變化是所述非拋光第一表面和所述非拋光第二表面之間的所述主體上的最高厚度升高和最低厚度升高之間的差，且所述彎曲是最高點(diǎn)與施加到所述主體的形狀的最小二乘焦面之間的最大距離和最低點(diǎn)與施加到所述主體的形狀的所述最小二乘焦面之間最大距離的絕對(duì)值之和，其中最高點(diǎn)和最低點(diǎn)均相對(duì)于所述主體的同一表面；以及 減薄機(jī)制，位于所述外殼內(nèi)，適用于在所述硅晶片臨時(shí)接合到所述非拋光玻璃晶片時(shí)減薄所述硅晶片的第二表面。
14.如權(quán)利要求13所述的減薄系統(tǒng)，其特征在于，所述減薄機(jī)制包括機(jī)械研磨裝置、化學(xué)機(jī)械拋光裝置、蝕刻裝置或其任意組合。
15.如權(quán)利要求13所述的減薄系統(tǒng)，其特征在于，所述非拋光玻璃晶片具有以下附加屬性中的至少ー個(gè): 約3.0ppm/0C - 12.0ppm/°C范圍的熱膨脹系數(shù)； 小于約2.0 ii m的總厚度變化； 小于約60iim的彎曲； 約150mm-450mm范圍的外直徑； 約0.4mm至1.1mm范圍內(nèi)的標(biāo)稱厚度；或 所述非拋光第一表面具有小于約5A RMS的表面粗糙度。
16.如權(quán)利要求13所述的減薄系統(tǒng)，其特征在于，所述非拋光玻璃晶片具有含有小于約0.05%重量百分比的Na2O和K2O的成分。
17.ー種使用非拋光玻璃晶片減薄硅晶片的方法，包括以下步驟: 提供娃晶片，所述娃晶片具有其中形成電路管芯的第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面基本上彼此平行； 提供非拋光玻璃晶片，所述非拋光玻璃晶片包括主體，所述主體包括基本上彼此平行的非拋光第一表面和非拋光第二表面，其中所述主體具有小于約6.0的晶片質(zhì)量指標(biāo),其中晶片質(zhì)量指標(biāo)等于以微米為單位的總厚度變化加上以微米為單位的彎曲的十分之一，其中總厚度變化是所述非拋光第一表面和所述非拋光第二表面之間的所述主體上的最高厚度升高和最低厚度升高之間的差，且所述彎曲是最高點(diǎn)與施加到所述主體的形狀的最小二乘焦面之間的最大距離和最低點(diǎn)與施加到所述主體的形狀的所述最小二乘焦面之間最大距離的絕對(duì)值之和，其中最高點(diǎn)和最低點(diǎn)均相對(duì)于所述主體的同一表面，以及其中所述硅晶片的第一表面或所述玻璃晶片的非拋光第一表面具有施加于此的臨時(shí)接合剤； 緊接所述非拋光玻璃晶片放置硅晶片，使得臨時(shí)接合劑將所述硅晶片的第一表面接合到所述玻璃晶片的非拋光第一表面； 在所述硅晶片接合到所述非拋光玻璃晶片時(shí)減薄所述硅晶片的第二表面；以及 使減薄的硅晶片從非拋光的玻璃晶片分離。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述非拋光玻璃晶片具有以下附加屬性中的至少ー個(gè): 約3.0ppm/0C - 12.0ppm/°C范圍的熱膨脹系數(shù)； 小于約2.0 ii m的總厚度變化； 小于約60iim的彎曲；約150mm-450mm范圍的外直徑； 約0.4mm至1.1mm范圍內(nèi)的標(biāo)稱厚度；或 所述非拋光第一表面具有小于約5A RMS的表面粗糙度。
19.一種制造非拋光玻璃晶片的方法，所述方法包括以下步驟: 熔融批量材料并形成熔融玻璃； 提供用于接收熔融玻璃并形成玻璃板的形成裝置； 提供包括圍繞所述形成裝置設(shè)置的外殼的設(shè)備，所述外殼包括形成體之下的開(kāi)ロ以允許從形成裝置下降的熔融玻璃流從外殼穿過(guò)，所述設(shè)備還包括位于形成裝置之下且間隔開(kāi)的熱屏蔽，以形成開(kāi)ロ，其中所述熱屏蔽配置成使來(lái)自形成裝置的輻射熱損耗最小化，每個(gè)熱屏蔽可相對(duì)于熔融玻璃流移動(dòng)，所述設(shè)備還包括與熱屏蔽相鄰定位的冷卻部件，其中所述提供外殼的步驟還包括以下步驟， 控制所述外殼內(nèi)的壓カ； 控制所述冷卻部件；以及 使熱屏蔽之間的開(kāi)ロ最小化以相對(duì)于玻璃板控制熱傳遞均勻性； 拉制所述玻璃板； 將所述玻璃板分成不同的 玻璃板；以及 將所述不同的玻璃板中的至少ー個(gè)切割成多個(gè)非拋光玻璃晶片。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，每個(gè)非拋光玻璃晶片包括: 主體，包括基本上彼此平行的非拋光第一表面和非拋光第二表面； 所述主體具有小于約6.0的晶片質(zhì)量指標(biāo)，其中晶片質(zhì)量指標(biāo)等于以微米為單位的總厚度變化加上以微米為單位的彎曲的十分之一，其中總厚度變化是所述非拋光第一表面和所述非拋光第二表面之間的所述主體上的最高厚度升高和最低厚度升高之間的差，且所述彎曲是最高點(diǎn)與施加到所述主體的形狀的最小二乘焦面之間的最大距離和最低點(diǎn)與施加到所述主體的形狀的所述最小二乘焦面之間最大距離的絕對(duì)值之和，其中最高點(diǎn)和最低點(diǎn)均相對(duì)于所述主體的同一表面。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103597578SQ201280025841
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月27日
【發(fā)明者】S·R·馬卡姆, W·P·托馬斯三世 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司