专利名称：用于在已安装的衬底上形成焊接触点的方法
技术领域：
本发明主要涉及一种用于制造微电子组件的方法，且尤其涉及一 种在已安装的衬底上回流触点结构的方法。
背景技术：
集成电路器件形成在半导体衬底或晶片上。然后，晶片被裁割成 微电子管芯或半导体芯片，其中每个管芯都包含相应的集成电路。每 个半导体芯片采用引线接合连接或"倒装芯片"连接而安装到封装件
(package)或载体、衬底。封装后的芯片在被装设到电子系统之前被安 装到电路板或母板。
集成电路的制造包括半导体衬底上的大量加工步骤以及各种器件 的形成。通常，加工步骤中的一个包括减小半导体衬底的厚度或者"减 薄"衬底到小于100微米。在衬底被减薄后，它就可以安装到一加强件 (stiffener)或支撑衬底，以增强衬底的机械强度并且防止衬底在随后的 加工步骤中损坏。通常采用低温、有机粘合剂将半导体衬底安装到支 撑衬底。 一般地，该有机粘合剂具有16(TC以下的软化温度。
倒装芯片通过在之后连接到封装衬底的芯片上的接合焊盘(bond pad)上淀积微小的焊球来互连。焊料互连允许与集成电路的热连接和 电连接。在形成焊料凸点后，例如利用电镀或丝网印刷，就有必要回 流焊料凸点以形成适当的合金，该合金形成互连。传统地，回流包括
将整个衬底放在炉中以将触点结构的温度提高至它们的熔融温度以 上，该熔融温度一般在183X:以上。炉通常被加热到比正在合金的焊料 的熔点要高30-40'C。因此，如果采用传统的炉，则整个衬底将经受大大超过有机粘合 剂的软化温度的温度，并且支撑衬底可能从半导体衬底至少部分地分 离。结果，衬底的机械强度可能受到不利地影响，这会增加衬底在后 续加工或处理中被损坏的可能性。
因此，期望在不将组件的温度提高到粘合剂的软化温度以上的情 况下来回流触点结构。另外，本发明的其他期望特征和特性将通过随 后的详细描述以及权利要求并结合附图和前述的现有技术领域与背景 而变得明显。
下面将结合附图来描述本发明，其中相同的数字代表相同的要素，
并且
图1是半导体衬底的截面侧视图。
图2是图1中的半导体衬底在其被安装到支撑衬底之后的截面侧 视图。
图3是图2中的半导体衬底在经过减薄工艺之后的截面侧视图。 图4是在图3中的半导体衬底在穿过其形成通孔之后的截面侧视图。
图5是图4中的半导体衬底在其上形成导电层之后的截面侧视图。 图6是图5中的半导体衬底在导电层上形成钝化层之后的截面侧 视图。
图7是图6中的半导体衬底在选择性地蚀刻钝化层之后的截面侧 视图。
图8是图7中的半导体衬底在钝化层上形成光刻胶层之后的截面 侧视图。
图9是图8中的半导体衬底在光刻胶层中形成触点结构之后的截 面侧视图。
图10是图9中的半导体衬底在光刻胶层被移除之后的截面侧视图。
图11是图10中的半导体衬底在选择性地蚀刻导电层之后的截面 侧视图。
图12是图11中的半导体衬底在示出触点结构进行回流工艺时的 截面侧视图。
图13是图12中的半导体衬底在示出回流工艺过程中支撑衬底上 的衬底时的展开侧视图。
图14是图12中的半导体衬底在触点结构经过回流加工之后的截 面侧视图。
图15是图14中的半导体衬底在其上形成附加钝化层之后的截面 侧视图。
图16是图15中的半导体衬底在其上形成附加光刻胶层之后的截 面侧视图。
图17是图16中的半导体衬底在选择性地移除附加钝化层之后的 截面侧视图；以及
图18是图17中的半导体衬底在示出从其正在拆除支撑衬底时的 截面侧视图。
具体实施例方式
下面的详细描述实质上仅是示例性的，并非意在限制本发明或者 本发明的应用和用途。另外，不存在被任何前述的技术领域、背景、 摘要或者下面的详细描述中提出的任何表述的或暗示的理论约束的意 图。也应该注意到，图l-18仅为说明性的且可以不按比例绘制。
图l-18示出了根据本发明的一个实施例的、用于形成微电子组件 的方法。参考图1，示出了半导体衬底20。该半导体衬底20由诸如砷 化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)或硅(Si)的半导体材料制成。衬底 20具有正面22 (或上表面)、背面24 (或下表面)以及初始厚度26 (例如在600至1000微米之间)。尽管只示出了半导体衬底20的一部 分，但是应当理解，该衬底20可以是具有例如150、 200或300毫米 的直径的半导体晶片。另外，尽管并没有具体说明，但是该衬底20可
以包括形成在其正面22上的、诸如具有多个晶体管、电容等的集成电 路的多个微电子器件。正如本领域所通常理解的，在衬底20上可在多 管芯之中划分该集成电路。另外，尽管下面的工艺步骤将在衬底20的 仅一小部分上执行，但是应当理解，每个步骤实质上可在整个衬底20 或多管芯上同时实施。
半导体衬底20首先安装到支撑衬底28或加强件上，如其中半导 体衬底20相对于图1倒置的图2所示。该支撑衬底28如此连接到半 导体衬底20的正面22并具有例如在250到500微米之间的厚度30。 支撑衬底28由对于用来对半导体衬底20迸行去层(deprocess)的材 料是化学惰性的材料(例如，蓝宝石或石英)制成。尽管没有具体示
出，但是该半导体衬底20利用低温、有机粘合剂来安装到支撑衬底28, 该低温、有机粘合剂具有16(TC以下的软化温度。在一个实施例中，该 粘合剂具有大约15(TC的软化温度。
如图3所示，然后，半导体衬底20从背面24开始"减薄"以将该 衬底20的厚度从初始厚度26减小到减薄后的厚度32。该减薄工艺可 以利用化学机械抛光(CMP)工艺或湿法化学蚀刻来执行，且减薄后 的厚度32可以，例如，小于100微米，例如在25和75微米之间。
参考图4，之后，半导体衬底20的背面24进行光刻胶构图工艺以 及蚀刻工艺以在半导体衬底20上形成通孔34。通孔34可具有宽度36 (例如，在35和65微米之间)并可以穿透衬底20的整个厚度以使形 成在衬底20的正面22上的微电子器件露出。
然后，在衬底20的背面24上顺次形成导电层38和钝化层40，分 别如图5和图6所示。尽管并没有详细示出，但导电层38可包括溅射 在衬底20的背面24上且厚度大约为2000埃的钛层、溅射在钛层上且 厚度为大约6000埃的第一金层以及涂镀在第一金层上且厚度为大约 2.5微米的第二金层。导电层38可完全覆盖衬底20的背面24，包括通
孔34。在随后的加工步骤中，导电层38可用作为用于淀积接合焊盘和 焊接材料的电总线层(electric bus layer)。钝化层40可以由氮化硅(SiN) 制成并且利用例如溅射或化学气相淀积(CVD)来形成并且具有在1 至2微米之间的厚度。尽管没有具体示出，但是应当理解，导电层38 可与形成在衬底20的正面22上面的微电子器件接触。
然后，钝化层40可以被选择性地蚀刻，而且然后，可以在其上形 成一附加的光刻胶层42，该附加的光刻胶层42具有在钝化层40的蚀 刻部分上面形成的焊料凸点孔44，如图7和8所示。该光刻胶层42的 厚度可在7至75微米之间，并且焊料凸点孔44的宽度46可以是，例 如，在50至IOO微米之间。
如图9所示，焊料凸点焊盘48和焊料凸点50或触点结构(contact formation)然后在光刻胶层42中的焊料凸点孔44中形成。焊料凸点 焊盘48可以采用溅射或涂镀的方式利用例如镍(Ni)、铜(Cu)或铬 铜(CrCu)形成在导电层38的露出部分上。焊料凸点50可以采用电 镀、丝网印刷或蒸发的方式利用例如无铅焊料(如锡铜(SnCu))或 含铅焊料(如高铅或低共熔铅锡合金)在焊料凸点焊盘48的上面形成。 焊料凸点50的熔点可以是例如220和35(TC。在形成焊料凸点50之后， 利用各种已知的溶剂采用例如湿法剥离(wet stripping)工艺将光刻胶 层42移除，如图10所示。
参考图ii，与现有技术中通常理解的那样，然后导电层38可以在 衬底20的背面24上的特定区域52进行蚀刻，被称为"芯片间隔 (street)"，以形成多条导线54。每条导线54可以将衬底20的正面22 上的相应的微电子器件通过其中一个焊料凸点焊盘48电连接到焊料凸 点50并且同其它的导线54电分离。
然后焊料凸点50通过定向的高能电磁辐射56或激光在焊料凸点 50的上面作用非常短的一段时间，例如在一毫秒至几秒之间，以经受
回流加工。在一个实施例中，所述一段时间可以在1毫秒至3秒之间
或少于0.5秒。所述高能电磁辐射可以是来自具有例如1024纳米的波 长的、以连续模式或脉冲模式工作的钇铝石榴石(YAG)激光器的激 光。激光可具有例如在10至100瓦之间的功率并能将例如在0.125至 0.5焦耳的能量传递到每个焊料凸点中。
如本领域技术人员所将理解的那样，激光56可以将焊料凸点50 的温度加热到焊料50中的各个材料的熔融温度以上。但是，由于激光 56被指引到焊料凸点50上持续如此短的一段时间，所以衬底20的剩 余部分、支撑衬底28以及尤其是将半导体衬底20保持到支撑衬底28 上的粘合剂可以保持在大约15(TC以下的温度(即，粘合剂的软化温 度)。因此，可使焊料凸点50在没有支撑衬底28变得与半导体衬底 20分离因而机械地削弱衬底20的危险的情况下进行回流。
如图13中所具体示出的，利用激光56进行回流工艺可以在衬底 20被定位在衬底支架(substrate support) 58或晶片夹上时执行，衬底 支架58或晶片夹可包括制冷装置以进一步确保半导体衬底20所承受 的温度不会接近粘合剂的熔融温度。另外，光罩60，或掩膜，正如本 领域技术通常理解的那样，可被定位在半导体衬底20上方使得大波段 的激光56可被精细地引导穿过其，并且多焊料凸点50可以被同时加 热。
图14示出了回流工艺之后的焊料凸点50中的一个。如图所示， 回流之后焊料凸点50可为具有直径62(例如，在110至150微米之间) 的基本球形。
参考图15，与图6中示出的钝化层40类似的第二钝化层64然后 可形成在包括焊料凸点50的半导体衬底20上。如图所示，第二钝化 层64可覆盖背面24上的芯片间隔52。如图16所示，最后的光刻胶层 66然后可形成于衬底20上并被选择性地蚀刻以仅覆盖第二钝化层64
的部分，该部分覆盖芯片间隔52。如图17所示，然后可利用选择性蚀
刻工艺将第二钝化层64从焊料凸点50移除。最后的光胶刻层66也可 以采用与前面所描述的类似的方式进行移除。
如图18所示，支撑衬底28可然后从半导体衬底20上拆除。如本 领域技术人员所将理解的那样，在低温下，半导体衬底20和支撑衬底 28之间的有机粘合剂可溶解在被保持在例如100和15(TC之间的专用 溶剂中。
在最后的加工步骤之后，衬底20可被裁割成封装或装设在各种电 子系统或计算系统中的单个的微电子管芯或半导体芯片。
前面描述的方法的一个优点是，可以在将衬底的其余部分的温度 维持在衬底和加强件之间的粘合剂的软化温度以下的同时加热触点结 构以回流。因此，在维持衬底的充分的机械强度的同时，触点结构可 以在减薄后的衬底上形成并回流。另一个优点是，由于激光产生的高 温，可以使触点结构非常快速地回流从而减小用于半导体芯片的必需 的工艺时间。
本发明提供了一种用于形成微电子组件的方法。利用低温粘合剂 将具有第一厚度的半导体衬底安装在支撑衬底上。将该半导体衬底从 第一厚度减薄到第二厚度。在半导体衬底上形成至少一个触点结构， 并且将高能电磁辐射指引到所述至少一个触点结构上以对该至少一个 触点结构进行回流。
所述粘合剂可具有16(TC以下的软化温度。所述粘合剂可以是有机 粘合剂。所述半导体衬底可包括形成在其正面上的多个微电子器件。
所述方法也可以包括在半导体衬底的背面上形成多个触点结构以 及从衬底正面上的微电子器件中的至少一个到半导体衬底背面形成多
条导线。所述触点结构中的每个都可电连接到所述导线中的相应的一 条上。
所述高能电磁辐射可以是激光。所述多个触点结构可以是具有
22(TC以上的熔融温度的焊料凸点。所述半导体衬底的第二厚度可以小 于100微米。该半导体衬底可包括砷化镓、氮化镓和硅中的至少一种。 所述支撑衬底可包括蓝宝石和石英中的至少一种。
所述方法也可包括从支撑衬底拆除半导体衬底。
本发明还提供了一种用于形成微电子组件的方法。可利用具有 16(TC以下的软化温度的低温粘合剂将具有第一厚度的半导体衬底安 装到支撑衬底。可将该半导体衬底从第一厚度减薄到第二厚度。所述 第二厚度可小于100微米。在所述半导体衬底上形成具有220。C以上的 熔融温度的多个焊料凸点。可将高能电磁辐射指引到触点结构中的至 少一个上持续一段时间，所述一段时间足以将触点结构中的至少一个 的温度提高到22(TC以上并将低温粘合剂的至少一部分的温度维持在 16(TC以下。
所述高能电磁辐射可以是激光。所述一段时间可以少于0.5秒。
所述半导体衬底可包括形成在其正面上的多个微电子器件。所述 方法也可包括从半导体衬底的正面上的微电子器件到半导体衬底的背 面形成多条导线。所述多个焊料凸点可形成在半导体衬底的背面上并 且所述焊料凸点中的每个都可电连接到所述导线中的相应的一条上。
所述半导体衬底可包括砷化镓、氮化镓和硅中的至少一种。所述 支撑衬底可包括蓝宝石和石英中的至少一种。
本发明进一步提供了一种用于形成微电子组件的方法。可利用具
有16(TC以下的软化温度的低温粘合剂将半导体衬底安装到支撑衬底。 所述半导体衬底可具有顶面、背面、第一厚度以及形成在顶面上的多 个微电子器件。半导体衬底的顶面可以与支撑衬底相邻近。半导体衬
底可以被减薄到第二厚度。该第二厚度可以小于100微米。可穿过半
导体衬底的背面到衬底的正面上的微电子器件形成多个通孔。可从半 导体衬底的正面上的微电子器件穿过通孔到半导体衬底的背面形成多 条导线。可以在半导体衬底的背面上形成多个焊料凸点。多个焊料凸 点的每个都可通过相应的导线连接到半导体衬底的正面上的相应的微
电子器件。焊料凸点具有22(TC以上的熔融温度。激光可被指引到焊料 凸点中的至少一个上持续少于0.5秒的一段时间以对所述焊料凸点中 的至少一个进行回流。半导体衬底可以从支撑衬底拆除。
所述激光可以将焊料凸点中的至少一个的温度提高到22(TC以上 并将低温粘合剂的至少一部分的温度维持在16(TC以下。所述焊料凸点 可包括无铅焊接材料。
所述方法也可包括在所述激光的指引之前将半导体衬底放置在冷 却的衬底支架上。所述激光可以同时被指引到多个焊料凸点上。
所述半导体衬底可包括砷化镓、氮化镓和硅中的至少一种。所述 支撑衬底可包括蓝宝石和石英中的至少一种。
虽然已经在本发明的前面的详细描述中提出了至少一个示例性实 施例，但应当理解为存在大量的变形例。同样应当理解为该示例性实 施例或该多个示例性实施例只是示例，并非意图限定本发明的范围、 应用或构造。更确切地，前面的详细描述将为本领域的技术人员提供 用于实施本发明的示例性实施例的便利的指导方针，其应当被理解为 在不脱离在权利要求和其法律等价物中所阐述的本发明的范围的情况 下，示例性实施例中所描述的要素的功能或配置可以作出各种改变。
权利要求
1.一种用于形成微电子组件的方法，包括用低温粘合剂将具有第一厚度的半导体衬底安装到支撑衬底；将所述半导体衬底从所述第一厚度减薄到第二厚度；在所述半导体衬底上形成至少一个触点结构；以及将高能电磁辐射指引到所述至少一个触点结构上以回流所述至少一个触点结构。
2. 如权利要求1所述的方法， 软化温度。
3. 如权利要求2所述的方法，
4. 如权利要求3所述的方法， 上形成的多个微电子器件。其中所述粘合剂具有16(TC以下的其中所述粘合剂是有机粘合剂。 其中所述半导体衬底包括在其正面
5. 如权利要求4所述的方法，进一步包括 在所述半导体衬底的背面上形成多个触点结构；以及 从该衬底的正面上的微电子器件中的至少一个到所述半导体衬底的背面形成多条导线，所述触点结构中的每个都电连接到所述导线中 的相应的一条。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述高能电磁辐射是激光。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述多个触点结构是具有22(TC 以上的熔融温度的焊料凸点。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述半导体衬底的所述第二厚 度小于100微米。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，所述半导体衬底包括砷化镓、 氮化镓和硅中的至少一种，并且所述支撑衬底包括蓝宝石和石英中的 至少一种。
10. 如权利要求9所述的方法，进一步包括将所述半导体衬底从 所述支撑衬底拆除。
11. 一种用于形成微电子组件的方法，包括用具有16(TC以下的软化温度的低温粘合剂将具有第一厚度的半 导体衬底安装到支撑衬底；将所述半导体衬底从所述第一厚度减薄到第二厚度，所述第二厚 度小于100微米；在所述半导体衬底上形成多个焊料凸点，所述焊料凸点具有22(TC 以上的熔融温度；以及将高能电磁辐射指引到所述触点结构中的至少一个上持续一段时 间，所述一段时间足以将所述触点结构中的所述至少一个的温度提高 到22(TC以上并将所述低温粘合剂的至少一部分的温度维持在16(TC以 下。
12. 如权利要求ll所述的方法，其中所述高能电磁辐射是激光。
13. 如权利要求12所述的方法，其中所述一段时间少于0.5秒。
14. 如权利要求13所述的方法，其中，所述半导体衬底包括在其 正面上形成的多个微电子器件，并且进一步包括从半导体衬底的正面 上的微电子器件到半导体衬底的背面形成多条导线、在半导体的背面 上形成多个焊料凸点以及所述焊料凸点中的每个都电连接到所述导线 中的相应的一条上。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，所述半导体衬底包括砷化镓、氮化镓和硅中的至少一种，并且所述支撑衬底包括蓝宝石和石英 中的至少一种。
16. —种用于形成微电子组件的方法，包括用具有16(TC以下的软化温度的低温粘合剂将半导体衬底安装到 支撑衬底，所述半导体衬底具有顶面、背面、第一厚度和在所述顶面 上形成的多个微电子器件，所述半导体衬底的所述顶面与所述支撑衬 底相邻近；将所述半导体衬底减薄到第二厚度，所述第二厚度小于100微米； 穿过所述半导体衬底的背面到该衬底的正面上的所述微电子器件 形成多个通孔；从所述半导体衬底的正面上的微电子器件穿过所述通孔到所述半导体衬底的背面形成多条导线；在所述半导体衬底的背面上形成多个焊料凸点，所述多个焊料凸 点每个均通过相应的导线电连接到所述半导体衬底的正面上的相应的微电子器件，所述焊料凸点具有22(TC以上的熔融温度；将激光指引到所述焊料凸点中的至少一个上持续少于0.5秒的一段时间以回流所述焊料凸点中的所述至少一个；以及 将所述半导体衬底从所述支撑衬底上拆除。
17. 如权利要求16所述的方法，其中，所述激光的指引将所述焊 料凸点中的所述至少一个的温度提高到220'C以上并将所述低温粘合 剂的至少一部分的温度维持在16(TC以下。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述焊料凸点包括无铅焊接 材料。
19. 如权利要求18所述的方法，进一步包括在所述激光的指引之 前将所述半导体衬底放置在冷却的衬底支架上。
20. 如权利要求19所述的方法，进一步包括将所述激光同时指引 到多个焊料凸点上。
21. 如权利要求18所述的方法，其中，所述半导体衬底包括砷化 镓、氮化镓和硅中的至少一种，并且所述支撑衬底包括蓝宝石和石英 中的至少一种。
全文摘要
提供了一种方法，用于形成半导体组件。利用低温粘合剂将具有第一厚度的半导体衬底(20)安装在半导体衬底(28)上。将所述半导体衬底从第一厚度减薄到第二厚度。在半导体衬底上形成至少一个触点结构(50)，并且将高能电磁辐射(56)指引到所述至少一个触点结构上以回流该至少一个触点结构。
文档编号H01L21/58GK101356634SQ200680039817
公开日2009年1月28日 申请日期2006年10月20日 优先权日2005年10月25日
发明者拉克希米·N·拉马纳坦, 特里·K·达利, 贾森·R·芬德 申请人:飞思卡尔半导体公司