TWI484546B - 補償晶粒厚度之覆晶接合製程 - Google Patents

Description

補償晶粒厚度之覆晶接合製程

本發明係有關於覆晶接合，特別係有關於一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程，除了可以運用於傳統覆晶接合封裝製程，特別可整合於扇出型晶圓級封裝製程或是TSV(矽穿孔)晶粒之3D堆疊封裝製程。

覆晶接合(flip-chip bonding)已普遍運用於半導體封裝製程，相對於打線連接方式，乃利用晶粒表面的凸出電極對基板作電性連接，故更符合小型薄化的需求。然而，當晶粒的厚度越來越薄或/與凸出電極的間距越來越小，則封裝良率會越來越低，查其潛在風險在於覆晶接合過程中的晶粒容易隨外力產生翹曲變形，難以既有封裝設備取放處理，進而導致晶粒的損害與凸出電極的焊點斷裂。以IC晶粒為例，在矽晶圓的厚度被薄化到50微米以下時，對於封裝良率會有較為明顯的劣化，故為目前覆晶接合技術亟需克服的挑戰。

我國發明專利證書號數I338028揭示一種「半導體裝置之製造方法及晶圓加工用膠帶」，提供一種晶圓加工用膠帶，具備形成於基板膜上之可移除黏著層及黏合層，該膠帶預先貼於具凸型金屬電極之晶圓電路基板之正面，再進行下列步驟之製程中：研磨晶圓電路基板之背面；在膠帶黏貼於晶圓電路基板之狀態下，切割該晶圓基板成為晶片；在黏合層自基板膜剝離但仍黏合於個別 晶片之狀態下拾取晶片，在覆晶接合後黏合層仍包覆凸型金屬電極。故此一習知晶圓加工用膠帶中黏合層將經歷晶背研磨、晶圓切割與覆晶接合等三個階段，並且不能在其間加熱過程中產生膠固化現象，否則會影響凸型金屬電極的焊接效果，導致此一特殊黏合層的固化與黏著力特性的規範要求甚高，非由一般的填充膠體或封裝材料所能使用，故無法普遍被採用。並且，覆晶接合時接合治具仍必須直接接觸到晶片的背面，無法完全避免對晶片的損傷。

為了解決上述之問題，本發明之主要目的係在於一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程，能改善習知覆晶接合時晶粒變形與焊點斷裂之問題，並且製程中所使用的多層暫時性晶背支撐結構之任一部份皆完全不會存在最終覆晶接合產品內。

本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。本發明揭示一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程，依序包含以下之步驟：首先，提供一多層暫時性晶背支撐結構(multi-layer temporary die-back supporting lamination,TDSL)，係依序包含一切割載膜、一感壓黏著層(pressure sensitive adhesive)、一晶粒厚度補償層以及一光感黏著層；之後，貼合一晶圓與該多層暫時性晶背支撐結構，該晶圓係具有一正面以及一背面並包含有複數個一體連接之晶粒，該正面係設有複數個凸出電 極，該光感黏著層係黏接該晶圓之該背面；之後，依照該些晶粒之圖案切穿該晶圓與該多層暫時性晶背支撐結構之該光感黏著層與該晶粒厚度補償層，但不切穿該切割載膜與該感壓黏著層，以形成複數個貼附於該切割載膜上之晶粒加厚體，每一晶粒加厚體係包含一晶粒、位在對應晶粒上方之該些凸出電極以及位在對應晶粒下方且被該光感黏著層黏接之該晶粒厚度補償層；之後，拉張該多層暫時性晶背支撐結構之切割載膜並降低該感壓黏著層之黏著力，以取出該些晶粒加厚體；進行非直接接觸晶粒之覆晶接合，利用一接合治具吸附接觸其中一晶粒加厚體之該晶粒厚度補償層並藉以接合該晶粒加厚體之該些凸出電極至一基板；之後，形成一填充膠體於該些晶粒加厚體與該基板之間，以密封該些凸出電極；之後，固化該填充膠體；最後，在固化該填充膠體之後，以照光方式降低該光感黏著層之黏著力，並由該已接合晶粒上剝離該晶粒厚度補償層。

本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。

在前述之覆晶接合製程中，該晶圓之厚度係可不超過50微米，以適用於超薄型晶粒之覆晶接合製程。

在前述之覆晶接合製程中，該晶粒厚度補償層與該光感黏著層係較佳地可取自於一切割膠帶，以該感壓黏著層黏接該切割膠帶與該切割載膜，故在製造時可利用兩種不同黏著層切割膠帶壓貼以快速形成該多層暫時性晶 背支撐結構。

在前述之覆晶接合製程中，提供該多層暫時性晶背支撐結構之步驟中，該多層暫時性晶背支撐結構係可更包含一離形膜(release liner)，其係貼附於該光感黏著層，以保護與維持該光感黏著層之黏性。

在前述之覆晶接合製程中，該晶粒厚度補償層係或者可為一空白晶圓或一玻璃片，可供照光該光感黏著層之光線通過並有效維持被取出晶粒加厚體之硬度。

在前述之覆晶接合製程中，該些凸出電極係可為銅柱與銲料之組合，以符合微間距端子與低成本的覆晶接合要求。

在前述之覆晶接合製程中，該基板係可為一具有扇出重配置線路層之虛晶圓，使得該覆晶接合製程可整合於扇出型晶圓級封裝製程(fan-out wafer level packaging)並具有縮小其封裝厚度以設置更微小化外部端子之功效。

在前述之覆晶接合製程中，可另包含之步驟有：設置複數個外部端子於該基板之該扇出重配置線路層之複數個扇出墊。

在前述之覆晶接合製程中，每一晶粒係可具有複數個連接至該些凸出電極之矽穿孔，而該基板係為另一具有矽穿孔之晶粒，使得該覆晶接合製程可整合於TSV(矽穿孔)晶粒之3D堆疊封裝製程，在同一堆疊體(3D cube)中可堆疊更多的TSV晶粒。

以下將配合所附圖示詳細說明本發明之實施例，然應注意的是，該些圖示均為簡化之示意圖，僅以示意方法來說明本發明之基本架構或實施方法，故僅顯示與本案有關之元件與組合關係，圖中所顯示之元件並非以實際實施之數目、形狀、尺寸做等比例繪製，某些尺寸比例與其他相關尺寸比例或已誇張或是簡化處理，以提供更清楚的描述。實際實施之數目、形狀及尺寸比例為一種選置性之設計，詳細之元件佈局可能更為複雜。

依據本發明之第一較佳實施例，一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程舉例說明於第1圖之流程示意圖以及第2A至2H圖之各步驟中之元件截面示意圖。本覆晶接合製程主要包含：「提供多層暫時性晶背支撐結構」之步驟1、「貼合晶圓至多層暫時性晶背支撐結構」之步驟2、「切割以形成包含晶粒厚度補償層之晶粒加厚體」之步驟3、「取出晶粒加厚體」之步驟4、「非直接接觸晶粒之覆晶接合」之步驟5、「形成填充膠體」之步驟6、「固化填充膠體」之步驟7、以及「剝離已接合晶粒上之晶粒厚度補償層」之步驟8。而「設置外部端子於基板上」之步驟9係可選置性執行在步驟8之後。

首先，步驟1所表示元件可如第2A圖所示，提供一多層暫時性晶背支撐結構110(multi-layer temporary die-back supporting lamination,TDSL)，係依序包含一切割載膜111、一感壓黏著層112(pressure sensitive adhesive)、一晶粒厚度補償層113以及一光感黏著層114，換言之，該感壓黏著層112形成於該切割載膜111與該晶粒厚度補償層113之間，該光感黏著層114係形成於該晶粒厚度補償層113上。該感壓黏著層112作為第一階段分離之暫時黏著劑，在壓合壓力下即可產生黏性，於拉張擴張薄膜或是/以及昇降溫條件下可降低其黏著力；該光感黏著層114則作為第二階段分離之暫時黏著劑，除了以照射可產生固化反應之特定波長光線方式能降低其黏著力之外，其黏著力並不會隨著溫度高低或拉張擴張薄膜而降低，故該光感黏著層114可經歷覆晶接合過程中的熱壓合、膠固化等加熱環境後仍保有適當之黏著力。其中，在提供該多層暫時性晶背支撐結構110之步驟中，該多層暫時性晶背支撐結構110係可更包含一離形膜115(release liner)，其係貼附於該光感黏著層114，以保護與維持該光感黏著層114之黏性。該多層暫時性晶背支撐結構110係應為可拉張之膠帶狀，而能沿用既有的晶圓處理治具。較佳地，該晶粒厚度補償層113與該光感黏著層114係較佳地可取自於一切割膠帶，可藉由該感壓黏著層112黏接該切割膠帶與該切割載膜111，故在製造時可利用兩種不同黏著層之切割膠帶相互壓合以快速形成該多層暫時性晶背支撐結構110。或者，在一變化實施例中，該晶粒厚度補償層113係可為一空白晶圓120或一玻璃片，可供後續製程中照射該光感黏著層114之光線通過並有效維持被取出晶粒加厚體之硬 度。

之後，步驟2所表示元件可如第2B圖所示，貼合一晶圓120與該多層暫時性晶背支撐結構110。配合參閱第3圖，該晶圓120係具有一正面121以及一背面122並包含有複數個一體連接之晶粒123，該正面121係設有複數個凸出電極124，其係連接至對應晶粒123之內部積體電路。該光感黏著層114係黏接該晶圓120之該背面122。在本具體實施例中，該晶圓120之厚度係可不超過50微米，以適用於超薄型晶粒123之覆晶接合製程。該晶圓120可預先經過晶背研磨製程而為薄化型態，或者該晶圓120本身亦可為薄膜易翹曲之型態。在本實施例中，該些凸出電極124係可為銅柱124A與銲料124B之組合，以符合微間距端子與低成本的覆晶接合要求。

之後，步驟3所表示元件可如第2C圖所示，利用一晶圓切割刀具210，依照該些晶粒123之圖案(配合參閱第3圖在該晶圓120中晶粒123之配置位置)，切穿該晶圓120與該多層暫時性晶背支撐結構110之該光感黏著層114與該晶粒厚度補償層113，但不切穿該切割載膜111與該感壓黏著層112，以形成複數個貼附於該切割載膜111上之晶粒加厚體130，每一晶粒加厚體130係包含一晶粒123、位在對應晶粒123上方之該些凸出電極124以及位在對應晶粒123下方且被該光感黏著層114黏接之該晶粒厚度補償層113。在本步驟中，該晶粒厚 度補償層113之表面尺寸係不小於對應晶粒123之背面尺寸，以完全覆蓋該晶粒123之背面。另外，依照該晶粒厚度補償層113之材質特性不同，該晶粒厚度補償層113之厚度可大於該晶粒123被磨除厚度之百分三十。而該切割載膜111與該感壓黏著層112仍保持在整片膠膜狀，未切穿成該些晶粒加厚體130之一部份。

之後，步驟4所表示元件可如第2D圖所示，拉張該多層暫時性晶背支撐結構110之切割載膜111並降低該感壓黏著層112之黏著力，以取出該些晶粒加厚體130。當拉張該切割載膜111時，因該感壓黏著層112為未切穿型態一體連接於該切割載膜111，該感壓黏著層112的內應力減少而能降低其黏著力；或者，可改變步驟4的操作溫度使其上昇或下降以降低該感壓黏著層112之黏著力。在本實施例中，取出該些晶粒加厚體130之過程中，可利用一具有多點頂針之頂針機構220頂昇對應位置之切割載膜111，以使欲取出之晶粒加厚體130升高，同時形成更強的膠帶拉張效果，以降低該感壓黏著層112之黏著力並方便吸附取出。

步驟5為進行非直接接觸晶粒之覆晶接合操作。如第2E圖所示，利用一接合治具230吸附接觸上述被取出之晶粒加厚體130之該晶粒厚度補償層113，可經過翻轉並往一基板140下壓，藉以接合該晶粒加厚體130之該些凸出電極124至該基板140。在本實施例中，該基板140係可為一具有扇出重配置線路層141之虛晶圓120， 使得該覆晶接合製程可整合於扇出型晶圓級封裝製程(fan-out wafer level packaging)並具有縮小其封裝厚度以設置更微小化外部端子之功效。其中，該扇出重配置線路層141係連接複數個墊間距較小的扇入墊143與複數個墊間距較大的扇出墊142，而該些扇入墊143係位於覆晶接合區內(即基板上被晶粒覆蓋的區域)而與對應之凸出電極124接合，該些扇出墊142係位於覆晶接合區之外。

之後，步驟6、7所表示元件可如第2F圖所示，形成一填充膠體150於該些晶粒加厚體130與該基板140之間，以密封該些凸出電極124。當該填充膠體150係為具有高流動性之底部填充膠時，步驟6為執行在步驟5之後；當該填充膠體150係為非導電膠(NCP)或異方性導電膠(ACP)時，步驟5與步驟6為同時完成，即該填充膠體150預先形成於該基板140上，當「非直接接觸晶粒之覆晶接合」之步驟5中該些晶粒加厚體130覆晶接合至該基板140，同時完成該填充膠體150形成於該些晶粒加厚體130與該基板140之間。之後，可利用加熱烘烤方式固化該填充膠體150，使得該填充膠體150為成份穩定且不再流動，進而穩固地結合該晶粒123與該基板140。

最後，步驟8所表示元件可如第2G圖所示，在固化該填充膠體150之後，藉由一照光裝置240以照光方式降低該光感黏著層114之黏著力，並由該已接合晶粒123 之上方剝離該晶粒厚度補償層113。如第2H圖所示，已接合晶粒123之上方晶粒厚度補償層113已被移除。在本實施例中，該光感黏著層114係為UV可固化性，而該照光裝置240發出之光線係為紫外光(UV light)。

因此，本發明之一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程能改善習知覆晶接合時晶粒變形與焊點斷裂之問題，並且製程中所使用的多層暫時性晶背支撐結構之任一部份皆完全不會存在最終覆晶接合產品內。

再如第2H圖所示，前述之覆晶接合製程可另包含步驟9，設置複數個外部端子170於該基板140之該扇出重配置線路層141之該些扇出墊142。該些外部端子170係可包含複數個銲球，即使選用較小直徑的銲球，該些外部端子170之高度仍可極輕易地超於覆晶接合高度(即超過已接合晶粒之背面)，以便於對外接合。

依據本發明之第二較佳實施例，另一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程大致與第一較佳實施例相同，重複步驟不再贅述。如第4圖所示，而本覆晶接合製程中，每一晶粒123係可具有複數個連接至該些凸出電極124之矽穿孔125，並構成於一包含有晶粒厚度補償層113並以光感黏著層114黏接之晶粒加厚體130，進行非直接接觸晶粒之覆晶接合(即步驟5)時，利用一接合治具230吸附接觸該晶粒加厚體130之該晶粒厚度補償層113並藉以接合該晶粒加厚體130之該些凸出電極124至一基板。在非直接接觸晶粒之覆晶接合步驟中，下方供覆晶 接合之基板係可為另一具有矽穿孔125之晶粒123，以凸出電極124電性導通上下堆疊晶粒123之矽穿孔125，該些凸出電極124係位於晶粒堆疊間隙，其內預先填充一填充膠體150並予以固化之。因此，該覆晶接合製程係可整合於TSV(矽穿孔)晶粒之3D堆疊封裝製程，在同一堆疊體(3D cube)中可堆疊更多的TSV晶粒。在本實施例中，堆疊晶粒123的晶片厚度可小於或接近晶粒堆疊間隙，使得更多數量的晶粒123可接合在一基板160上。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本項技術者，在不脫離本發明之技術範圍內，所作的任何簡單修改、等效性變化與修飾，均仍屬於本發明的技術範圍內。

1‧‧‧提供多層暫時性晶背支撐結構

2‧‧‧貼合晶圓與多層暫時性晶背支撐結構

3‧‧‧切割以形成包含晶粒厚度補償層之晶粒加厚體

4‧‧‧取出晶粒加厚體

5‧‧‧非直接接觸晶粒之覆晶接合

6‧‧‧形成填充膠體

7‧‧‧固化填充膠體

8‧‧‧剝離已接合晶粒上之晶粒厚度補償層

9‧‧‧設置外部端子於基板上

110‧‧‧多層暫時性晶背支撐結構

111‧‧‧切割載膜

112‧‧‧感壓黏著層

113‧‧‧晶粒厚度補償層

114‧‧‧光感黏著層

115‧‧‧離形膜

120‧‧‧晶圓

121‧‧‧正面

122‧‧‧背面

123‧‧‧晶粒

124‧‧‧凸出電極

124A‧‧‧銅柱

124B‧‧‧銲料

125‧‧‧矽穿孔

130‧‧‧晶粒加厚體

140‧‧‧基板

141‧‧‧扇出重配置線路層

142‧‧‧扇出墊

143‧‧‧扇入墊

150‧‧‧填充膠體

160‧‧‧基板

170‧‧‧外部端子

210‧‧‧晶圓切割刀具

220‧‧‧頂針機構

230‧‧‧接合治具

240‧‧‧照光裝置

第1圖：依據本發明之第一較佳具體實施例，繪示一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程之流程示意圖。

第2A至2H圖：依據本發明之第一較佳具體實施例，該覆晶接合製程在各步驟中之元件截面示意圖。

第3圖：依據本發明之第一較佳具體實施例，所提供之晶圓之正面示意圖。

第4圖：依據本發明之第二較佳具體實施例，繪示另一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程在其非直接接 觸晶粒之覆晶接合步驟中之元件截面示意圖。

111‧‧‧切割載膜

112‧‧‧感壓黏著層

113‧‧‧晶粒厚度補償層

114‧‧‧光感黏著層

123‧‧‧晶粒

124‧‧‧凸出電極

130‧‧‧晶粒加厚體

210‧‧‧晶圓切割刀具

Claims (9)

1. 一種補償晶粒厚度之覆晶接合製程，包含：提供一多層暫時性晶背支撐結構，係依序包含一切割載膜、一感壓黏著層、一晶粒厚度補償層以及一光感黏著層；貼合一晶圓與該多層暫時性晶背支撐結構，該晶圓係具有一正面以及一背面並包含有複數個一體連接之晶粒，該正面係設有複數個凸出電極，該光感黏著層係黏接該晶圓之該背面；依照該些晶粒之圖案切穿該晶圓與該多層暫時性晶背支撐結構之該光感黏著層與該晶粒厚度補償層，但不切穿該切割載膜與該感壓黏著層，以形成複數個貼附於該切割載膜上之晶粒加厚體，每一晶粒加厚體係包含一晶粒、位在對應晶粒上方之該些凸出電極以及位在對應晶粒下方且被該光感黏著層黏接之該晶粒厚度補償層；拉張該多層暫時性晶背支撐結構之切割載膜並降低該感壓黏著層之黏著力，以取出該些晶粒加厚體；進行非直接接觸晶粒之覆晶接合，利用一接合治具吸附接觸其中一晶粒加厚體之該晶粒厚度補償層並藉以接合該晶粒加厚體之該些凸出電極至一基板；形成一填充膠體於該些晶粒加厚體與該基板之間，以密封該些凸出電極； 固化該填充膠體；以及在固化該填充膠體之後，以照光方式降低該光感黏著層之黏著力，並由該已接合晶粒上剝離該晶粒厚度補償層。
2. 依據申請專利範圍第1項之補償晶粒厚度之覆晶接合製程，其中該晶圓之厚度係不超過50微米。
3. 依據申請專利範圍第1項之補償晶粒厚度之覆晶接合製程，其中該晶粒厚度補償層與該光感黏著層係取自於一切割膠帶，以該感壓黏著層黏接該切割膠帶與該切割載膜。
4. 依據申請專利範圍第3項之補償晶粒厚度之覆晶接合製程，其中提供該多層暫時性晶背支撐結構之步驟中，該多層暫時性晶背支撐結構係更包含一離形膜，其係貼附於該光感黏著層。
5. 依據申請專利範圍第1項之補償晶粒厚度之覆晶接合製程，其中該晶粒厚度補償層係為一空白晶圓或一玻璃片。
6. 依據申請專利範圍第1項之補償晶粒厚度之覆晶接合製程，其中該些凸出電極係為銅柱與銲料之組合。
7. 依據申請專利範圍第1項之補償晶粒厚度之覆晶接合製程，其中該基板係為一具有扇出重配置線路層之虛晶圓。
8. 依據申請專利範圍第7項之補償晶粒厚度之覆晶接 合製程，另包含之步驟有：設置複數個外部端子於該基板之該扇出重配置線路層之複數個扇出墊。
9. 依據申請專利範圍第1項之補償晶粒厚度之覆晶接合製程，其中每一晶粒係具有複數個連接至該些凸出電極之矽穿孔，而該基板係為另一具有矽穿孔之晶粒。