CN110211913A - 一种柔性芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种柔性芯片的制造方法，用于加工晶圆形成超薄柔性芯片，其特征在于，包括：在所述晶圆正面贴保护膜；通过背面研磨将所述晶圆减薄至目标厚度；在所述晶圆背面贴支撑膜；去除所述保护膜；切割所述晶圆，得到背面带有所述支撑膜的柔性芯片。相较于现有技术，本发明的柔性芯片制造方法，通过在剥离切割操作之前在晶圆背面贴支撑膜，从而使柔性芯片在剥离切割过程中得到支撑保护，避免柔性芯片破损，提高封装良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种柔性芯片的制造方法。
背景技术
目前，随着市场对于电子器件的需求量日益增加，带动了电子器件加工技术的迅猛发展。尤其是自柔性电子问世后，关于柔性电子有关生产工艺的研究日益增加。所谓柔性电子，是将有机或无机材料电子元件制作在柔性可延性塑料或者薄金属基板上的新兴电子技术，其凭借独特的柔性和延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管(OLED)、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子用表面粘贴等。
在近10年间，柔性电子技术发展迅速，从柔性材料到柔性电子封装技术都已有相对成熟的解决方案。其中柔性电子封装技术已与传统半导体封装技术相互借鉴与融合。在柔性芯片方面，与传统电子器件相比，柔性电子要求芯片具备一定的曲面适应能力。有关研究表明：采用目前业内主流的CMOS工艺，可将芯片进行减薄以获得柔性芯片。当芯片厚度达到20um以下时，芯片具有优异的弯曲变形能力，且具有比较好的力学稳定性。但由于20um以下的晶圆不具备机械刚性，在研磨后翘曲变形很大，无法采用常规的方法进行工序间的转移及切割。因此如何制备低于20um厚度的超薄晶圆，成为传统半导体芯片在柔性电子技术中应用的关键因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在剥离切割过程中芯片有支撑保护的柔性芯片的制造方法。
本发明提供一种柔性芯片的制造方法，用于加工晶圆形成超薄柔性芯片，所述制造方法包括：在所述晶圆正面贴保护膜；通过背面研磨将所述晶圆减薄至目标厚度；在所述晶圆背面贴支撑膜；去除所述保护膜；切割所述晶圆，得到背面带有所述支撑膜的柔性芯片。
进一步地，本发明还包括：在所述晶圆正面贴保护膜前，包封所述晶圆边缘倒角。
进一步地，所述包封所述晶圆边缘倒角包括：提供用以水平放置所述晶圆的模具；将所述晶圆水平放入所述模具中；沿所述模具内缘浇注液态可固化材料；固化所述液态可固化材料，使所述晶圆边缘倒角得到包封；将所述包封好的晶圆从所述模具中取出。
进一步地，所述液态可固化材料为丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氨酯类有机物。
进一步地，所述液态可固化材料为粘度为500～1000mPa·s、固化后材料硬度为60-70的丙烯酸酯，或粘度为1000～2000mPa·s、固化后材料硬度为65-75的甲基丙烯酸酯，或粘度为4000～6000mPa·s、固化后材料硬度为83-93的双组分环氧基树脂。
进一步地，所述通过背面研磨将所述晶圆减薄至目标厚度包括：
粗磨，使晶圆初始厚度以及保护膜厚度的第一总厚度减薄到晶圆第一目标厚度以及保护膜厚度的第二总厚度；
细磨，使晶圆第一目标厚度以及保护膜厚度的第二总厚度减薄到晶圆第二目标厚度以及保护膜厚度的第三总厚度；
抛光，修整晶圆表面粗糙度，去除应力。
进一步地，所述支撑膜为聚酰亚胺薄膜。
进一步地，所述切割所述晶圆包括：采用激光束烧蚀切割沿所述晶圆表面设计划片道进行切割，切割深度为穿透所述晶圆与支撑膜。
进一步地，还包括：在所述晶圆背面贴支撑膜后，将所述支撑膜绷贴到绷模环上，再切割多余的支撑膜。
进一步地，还包括：在切割多余的支撑膜后，还包括：在所述支撑膜背面粘贴切割胶带，再切割多余的切割胶带。
进一步地，所述切割所述晶圆包括：采用激光束烧蚀切割沿所述晶圆表面设计划片道进行切割，切割深度为穿透所述晶圆与支撑膜，但不穿透所述切割胶带。
进一步地，所述切割深度为芯片厚度、支撑膜厚度与切割胶带厚度的1/3～1/2之和。
本发明的有益效果是，相较于现有技术，本发明的柔性芯片制造方法，通过在剥离切割操作之前在晶圆背面贴支撑膜，从而使柔性芯片在剥离切割过程中得到支撑保护，避免柔性芯片破损，提高封装良率。
附图说明
图1为本发明实施例一种柔性芯片制造方法的工艺图。
图2为本发明实施例一种柔性芯片制造方法的流程图。
图3为本发明实施例一种柔性芯片制造方法中一种晶圆边缘处理方法的工艺图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-3所示，本实施例中，一种柔性芯片的制造方法，用于加工晶圆1形成超薄柔性芯片4。该制造方法包括：
S1、提供一晶圆1；
S2、包封晶圆边缘倒角；
S3、在晶圆1正面贴保护膜2；
S4、通过背面研磨将晶圆1减薄至目标厚度；
S5、在晶圆1背面贴支撑膜3和切割胶带5；
S6、去除晶圆1正面的保护膜2；
S7、切割晶圆1，得到背面带有支撑膜3的柔性芯片4。
本实施例中，步骤S1中，提供晶圆1的正面表面具有多个由划片道隔离开、待封装处理的芯片4。晶圆1可以是12寸及以下单晶硅晶圆，也可以是12寸及以下尺寸的其它常见半导体材料构成的晶圆。
如图3所示，本实施例中，步骤S2中，包封晶圆1边缘倒角包括：
S21、提供用以水平放置晶圆1的模具13；
S22、将晶圆1水平放入模具13中；
S23、沿模具13内缘浇注液态可固化材料6，并固化液态可固化材料6，使晶圆1边缘倒角12得到包封；
S24、将包封好的晶圆1从模具13中取出。
本实施例中，步骤S21、S22中，晶圆1可以是12寸及以下单晶硅晶圆，也可以是12寸及以下尺寸的其它常见半导体材料构成的晶圆。模具13为专用的可拆卸夹具，保证晶圆1脱模时完好无损，在其他实施例中也可采用其他模具。将晶圆1水平放入模具13中时，晶圆1正面向下放置，从而能保护晶圆1的正面表面上多个由划片道隔离开、待封装处理的芯片(未图示)不被沾污。
本实施例中，步骤S23中，沿模具13内缘浇注液态可固化材料6，浇注完成后根据液态可固化材料6的性质选择不同的方式进行固化，使晶圆1边缘倒角12得到包封。液态可固化材料6为与晶圆1边缘具有良好的结合力、具备良好的绝缘性能、具有合适的粘稠度、固化前后的体积变化小的材料。
液态可固化材料6可采用丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氨酯类有机物，具体类型的选择需要满足几个方面的要求：1)与晶圆1边缘具有良好的结合力，同时在固化后也有较大的弹性模量及硬度，以在减薄过程中对晶圆1边缘起到良好的保护作用；2)具备良好的绝缘性能，避免其对周围的芯片产生影响；3)具有合适的粘稠度，以确保采用微小口径的喷墨头可以顺利的出胶，不会发生堵塞、团聚等现象，同时也便于通过出胶量控制行程台阶的高度；4)固化前后的体积变化小，避免因固化后材料收缩过大失去对边缘的保护作用。其他实施例中，也可采用其他液态可固化材料。
液态可固化材料6可为粘度为680mPas、可在1000mJ/cm2的UV光下进行固化、固化后材料硬度为65、拉伸弹性模量为75MPa、拉伸强度为7N/mm2、固化前后质量损失比为0.1％的3410丙烯酸树脂，常温下为淡黄色液体，具备足够的硬度可对倒角12悬空处起到良好的支撑作用，其弹性模量与晶圆1主要成分硅接近，包封晶圆1边缘后具有良好的粘附力。在其他实施例中也可选用粘度为500～1000mPa·s、固化后材料硬度为60-70的丙烯酸酯，或粘度为1000～2000mPa·s、固化后材料硬度为65-75的甲基丙烯酸酯，或粘度为4000～6000mPa·s、固化后材料硬度为83-93的双组分环氧基树脂。采用上述材料，沿晶圆1边缘制备一个宽度在2～3mm的圆环并对晶圆1形成紧密包封。
沿模具13内缘浇注液态可固化材料6时，通过控制出胶量使得浇注后液态可固化材料6的高度不高于晶圆1的厚度，从而减少后续减薄等操作的工作量。
本实施例中，步骤S24中，将包封好的晶圆1从模具13中取出，包括：将模具拆除，得到边缘倒角12已经包封好的晶圆1。
本实施例中，采用上述方法处理后形成的晶圆组件，晶圆1边缘具有倒角12。晶圆组件包括包封件，包封件沿晶圆1边缘对倒角12形成紧密包封。包封件由晶圆1水平放置于模具13中，并浇注液态可固化材料形成。其他实施例中也可以采取其他方式制作包封件。在晶圆1背面一侧，包封件不高于晶圆1背面，从而减少后续减薄等操作的工作量。
包封件由液态可固化材料6固化形成，液态可固化材料6为与晶圆1边缘具有良好的结合力、具备良好的绝缘性能、具有合适的粘稠度、固化前后的体积变化小的材料。本实施例中采用环氧树脂类，如丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯类有机物等，在其他实施例中也可采用其他材料。
液态可固化材料6为粘度为680mPas、可在1000mJ/cm2的UV光下进行固化、固化后材料硬度为65、拉伸弹性模量为75MPa、拉伸强度为7N/mm2、固化前后质量损失比为0.1％的3410丙烯酸树脂。
采用液态可固化材料对晶圆1边缘倒角12包封后，既可避免其在减薄过程中倒角12处悬空发生崩边现象，又不影响晶圆1原有结构，不引入外部作用力，因此可以避免受边缘切割工艺的波动带来的机械/热应力从而影响边缘有效芯可靠性，从而提高良品率。倒角包封可适用于多种形状的晶圆倒角结构，灵活性高。
在其他实施例中，可采用其它方式来包封晶圆1边缘倒角。在其他实施例中，还可以省略步骤S2，即不对晶圆1边缘倒角进行包封。
本实施例中，步骤S3中，给晶圆1正面贴保护膜2，采用具有加工12英寸及以下晶圆的全自动贴片机(型号Lintec RAD3510)，在具有图形的晶圆1正面自动贴一层半导体专用减薄保护膜2(三井化学SB-145膜或Lintec E-3125BN膜)；然后按照晶圆尺寸进行割膜。参数设定方面：1)割膜角度θ控制在60°～85°范围内，切割后的晶圆1边缘膜无残胶，以降低减薄过程中胶丝沾污的风险，避免由膜残留导致的裂片隐患；2)割膜速度主要根据正面保护膜2的性质进行调整，割膜速度为30°/s；3)割膜刀温度控制在155±15℃范围内。
本实施例中，步骤S4中，通过背面研磨将晶圆1减薄至目标厚度，采用具有加工12英寸及以下晶圆的全自动研磨抛光机(型号可以为DISCO DGP8761或ACCRETECHPG3000RMX)进行减薄，过程分为三个阶段：
1)粗磨，使晶圆初始厚度以及保护膜厚度的第一总厚度减薄到晶圆第一目标厚度以及保护膜厚度的第二总厚度。本实施例采用目数325#～600#的金刚石砂轮进行研磨，砂轮直径为300mm，砂轮转速为2000～2400RPM，轴向进刀速度为1.5～5um/s，使厚度从晶圆1初始厚度约700um(例如8寸675um，12寸725um)以及保护膜厚度140um的第一总厚度约840um减薄到晶圆第一目标厚度65um以及保护膜厚度140um的第二总厚度205um。
2)细磨，使晶圆第一目标厚度以及保护膜厚度的第二总厚度减薄到晶圆第二目标厚度以及保护膜厚度的第三总厚度。采用2000#～8000#金刚石砂轮进行研磨，砂轮直径为300mm，砂轮转速为2000～3000RPM，轴向进刀速度为0.2～0.4um/s，使晶圆第一目标厚度65um以及保护膜厚度140um的第二总厚度205um减薄到晶圆第二目标厚度25um以及保护膜厚度140um的第三总厚度165um。
3)抛光，可采用干式抛光或湿式抛光，干式抛光：在DISCO DGP8761设备上DP08系列进行，磨轮直径为450mm，磨轮转速为1500～2500RPM，轴向进刀速度为0.1～0.2um/s；湿式抛光：在ACCRETECH PG3000RMX设备上通以专用研磨液进行，磨轮直径为450mm，磨轮转速为240～300RPM，研磨液流量为300～500mL/min。抛光阶段使晶圆第二目标厚度25um以及保护膜厚度140um的第三总厚度165um减薄到晶圆最终厚度15um以及保护膜厚度140um的最终总厚度155um，所述的晶元最终厚度即为晶元的目标厚度。
本实施例中，通过三个阶段的处理和各阶段的参数优化，成功制备了15um厚度的晶圆1。经测试，制备的晶圆厚度波动控制在±2um范围内，减薄后硅片实测厚度中最大值与最小值的差值可以控制在<2um范围内。
本实施例中，步骤S5中，在晶圆1背面贴支撑膜3和切割胶带5，采用聚酰亚胺薄膜作为支撑膜3与切割胶带5将晶圆1绷贴到切割铁环7上。采用与研磨设备集成的全自动切割贴膜机(型号DISCO DFM2800或者NITTO MA3000III)在研磨完成的晶圆1背面采用切割铁环7绷贴支撑膜3(可以是NITTO AS-020PI12或NITTO AS-020PIB12NM等)。完成背面绷膜后，需要确认晶圆1与支撑膜3之间、切割铁环7与支撑膜3之间无气泡、起皱、以及颗粒杂质等缺陷，且要确保晶圆1中心与切割铁环7中心一直重合，晶圆1定位边与切割铁环7的定位边要一一对应。沿切割铁环7中心割除多余支撑膜3。割膜参数方面，刀片与晶圆正面夹角θ＝90°；割膜速度方面，对于聚酰亚胺薄膜，由于胶层与基材厚度较小，且与晶圆1表面的粘附性较强，割膜的速度不能过快，一般控制在15～20°范围内。在以上条件下，将切割支撑膜3沿切割铁环7中心线均匀切割下来。重复上述操作，将切割胶带5以同样的方式绷贴到支撑膜3上，并将多余的膜割去，获得已经固定支撑好的超薄晶圆1。本实施例在支撑转移方式上进行了优化，在原有的单层切割胶带5基础上，增加一层与晶圆背面有良好附着力的聚酰亚胺薄膜(即图1中支撑膜3)，在后续转移、剥离、拾取和贴合芯片4的过程中起到了支撑保护的作用。在其他实施例中，也可以不用切割胶带5，但本实施例绷贴切割胶带5能提高与切割铁环7的固定效果，方便步骤S6去除保护膜2的操作。
本实施例中，步骤S6中，揭去正面保护膜2后得到超薄晶圆1。在与研磨设备集成的全自动切割贴膜机(型号DISCO DFM2800或者NITTO MA3000III)中，采用与正面保护膜2粘附力较好的胶带(未图示)贴合到保护膜边缘，将其从晶圆1正面揭除，至此可获得具有支撑保护结构的超薄晶圆1。
本实施例中，步骤S7中，将晶圆1切割成底部带有支撑膜3的柔性芯片4。在切割机上沿晶圆表面设计划片道进行切割，切割深度方面控制穿透晶圆1与支撑膜3，即芯片4厚度(15um)、支撑膜3厚度与切割胶带5厚度的1/3～1/2之和，将超薄晶圆1分割为单颗的、底部带有支撑膜3的柔性芯片4。本实施例中采用激光束烧蚀切割工艺通过控制激光束能量及波长范围实现切割深度的精细把控，且能避免切割过程中出现晶圆1崩边现象。在其他实施例中也可以采用其他切割工艺。
本实施例中，通过对在晶圆减薄前填平倒角、减薄、减薄后支撑转移、晶圆切割等环节进行重点控制及探索，从设备调试、材料选择、工艺优化等方面实现15um柔性晶圆的制备。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种柔性芯片的制造方法，用于加工晶圆形成超薄柔性芯片，其特征在于，所述制造方法包括：在所述晶圆正面贴保护膜；通过背面研磨将所述晶圆减薄至目标厚度；在所述晶圆背面贴支撑膜；去除所述保护膜；切割所述晶圆，得到背面带有所述支撑膜的柔性芯片。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括：在所述晶圆正面贴保护膜前，包封所述晶圆边缘倒角。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述包封所述晶圆边缘倒角包括：提供用以水平放置所述晶圆的模具；将所述晶圆水平放入所述模具中；沿所述模具内缘浇注液态可固化材料；固化所述液态可固化材料，使所述晶圆边缘倒角得到包封；将所述包封好的晶圆从所述模具中取出。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述液态可固化材料为丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氨酯类有机物。
5.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述液态可固化材料为粘度为500～1000mPa·s、固化后材料硬度为60-70的丙烯酸酯，或粘度为1000～2000mPa·s、固化后材料硬度为65-75的甲基丙烯酸酯，或粘度为4000～6000mPa·s、固化后材料硬度为83-93的双组分环氧基树脂。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述通过背面研磨将所述晶圆减薄至目标厚度包括：
粗磨，使晶圆初始厚度以及保护膜厚度的第一总厚度减薄到晶圆第一目标厚度以及保护膜厚度的第二总厚度；
细磨，使晶圆第一目标厚度以及保护膜厚度的第二总厚度减薄到晶圆第二目标厚度以及保护膜厚度的第三总厚度；
抛光，修整晶圆表面粗糙度，去除应力。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述抛光包括：使晶圆第二目标厚度以及保护膜厚度的第三总厚度减薄到晶圆最终厚度以及保护膜厚度的最终总厚度。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述支撑膜为聚酰亚胺薄膜。
9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述切割所述晶圆包括：采用激光束烧蚀切割沿所述晶圆表面设计划片道进行切割，切割深度为穿透所述晶圆与支撑膜。
10.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括：在所述晶圆背面贴支撑膜后，将所述支撑膜绷贴到绷模环上，再切割多余的支撑膜。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，还包括：在切割多余的支撑膜后，还包括：在所述支撑膜背面粘贴切割胶带，再切割多余的切割胶带。
12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述切割所述晶圆包括：采用激光束烧蚀切割沿所述晶圆表面设计划片道进行切割，切割深度为穿透所述晶圆与支撑膜，但不穿透所述切割胶带。
13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述切割深度为芯片厚度、支撑膜厚度与切割胶带厚度的1/3～1/2之和。
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