专利名称：用于堆叠裸片组合件的经重组晶片的激光辅助式分裂的制作方法
技术领域：
所揭示的实 施例涉及利用经重组晶片的堆叠裸片组装方法。
背景技术：
常规的堆叠裸片组装方法涉及裸片到裸片(D2D)组装，此时顶部裸片延伸超过底部裸片的周边或边界(例如，区域)。然而，裸片到晶片(D2W)组装出于成本原因而比D2D优选。一种用以针对此类裸片堆叠实现D2W组装的选项是在半导体晶片上将下部裸片隔开以允许D2W接合。然而，下部裸片之间的大间隙导致损失原本可用的裸片区域。另一种D2W选项涉及在载体晶片上接合顶部裸片之前创建“经重组晶片”以实现所需要的间隔，所述“经重组晶片”是通过将较小裸片接合到载体晶片来形成的。
发明内容
所揭示的实施例认识到，在使用常规的机械切割操作来用于使用经重组晶片方法形成堆叠裸片组合件的情况下，随着切割刀片紧密靠近顶部半导体裸片上的外围接合垫，包括碎片的浆液可能会沉积在其上。包括碎片的浆液可能会损伤或污染暴露的外围垫，这可能会阻止可靠地线接合到所述外围垫。已发现顶部半导体裸片上的外围接合垫受到损伤和污染在第一半导体裸片相对较薄(例如，< 120μπι)且裸片之间的间隙较小(例如，< 25 μ m)时问题较多。所揭示的实施例包含对用于形成堆叠裸片组合件的经重组晶片进行激光辅助式分裂，所述激光辅助式分裂在不损伤或污染顶部裸片的外围接合垫的情况下单一化所述堆叠裸片。一个所揭示的实施例是一种形成堆叠裸片装置的方法，其包含将多个第一半导体裸片附接到晶片的表面上以形成经重组晶片，且接着将多个第二半导体裸片以其顶侧向下的方式接合到所述多个第一半导体裸片上以形成多个附接到所述晶片的单一化堆叠裸片装置。所述晶片可包括载体晶片或包含多个介入物裸片的晶片。将支撑带附接到所述多个第二半导体裸片的底侧。使用激光来在机械上削弱所述晶片但不切穿既定切割道的条件下在与所述多个第一半导体裸片之间的间隙对准的既定切割位置处照射所述载体晶片。在激光照射之前或之后施加切割带。牵拉所述切割带，从而导致沿着既定切割道将所述晶片分裂(或分离)成多个单一化部分。在分裂之前移除所述支撑带，这通常在牵拉/拉伸切割带的同时发生。每一单一化部分附接到所述切割带且包含位于晶片部分上的多个单一化堆叠裸片装置中的一者。接着可从切割带移除所述单一化堆叠裸片装置，且在一个实例实施例中，可将所述单一化堆叠裸片装置附接到例如引线框等封装衬底，之后进行线接合。
图I为展示根据实例实施例的包含对经重组晶片进行激光辅助式分裂的用于形成堆叠裸片装置的实例方法中的步骤的流程图。
图2A为根据实例实施例的在将多个第一半导体裸片附接到晶片表面上以形成经重组晶片之后的布置的横截面描绘。图2B为根据实例实施例的将第二半导体裸片以顶侧向下的方式接合到第一半导体裸片上以在载体晶片上形成多个堆叠裸片装置的布置的横截面描绘。图2C为根据实例实施例的在将支撑带附接到所述多个第二半导体裸片的底侧之后的布置的横截面描绘。图2D为针对在激光照射之后将切割带施加到所述晶片的实施例的在激光照射步骤之后的所得布置的横截面描绘。图2E为根据实例实施例的在激光照射之后附接切割带之后的所得布置的横截面描绘。图2F为根据实例实施例的在牵拉所述切割带以沿着既定切割道将所述晶片分裂 成多个单一化部分之后的布置的横截面描绘，其展示沿切割道分割成多个载体部分的载体晶片，所述载体部分各自保持附接到切割带。图3A为展示根据实例实施例的针对在激光照射之前施加所述切割带的替代实施例的在翻转图2C所示的布置且将切割带附接到载体晶片之后得到的布置的横截面描绘。图3B为展示根据实例实施例的在穿过切割带进行激光照射之后得到的布置的横截面描绘。图3C为展示根据实例实施例的在牵拉所述切割带以沿着既定切割道将载体晶片分裂成多个单一化部分之后得到的布置的横截面描绘，所述单一化部分包括各自上面具有堆叠装置的若干载体部分，所述堆叠装置保持附接到切割带。图4为根据实例实施例的通过所揭示的方法形成的实例堆叠裸片装置的横截面图，所述方法包含对经重组晶片进行激光辅助式分裂，其中所述晶片包括介入物。图5A和5B为根据实例实施例的在所揭示的激光辅助式分裂之后的硅裸片的边缘的扫描图像，其分别展示在I遍式和2遍式激光照射过程之后的特征微裂纹。
具体实施例方式参看图式描述实例实施例，其中使用相同参考标号来指定相似或等效的元件。所说明的动作或事件的排序不应视为限制性的，因为一些动作或事件可按不同次序和/或与其它动作或事件同时发生。此外，可能不需要某些所说明的动作或事件来实施根据本发明的方法。所揭示的实施例包含用于形成堆叠裸片组合件的经重组晶片的激光辅助式分裂，其中堆叠裸片的单一化不会损伤或污染顶部裸片上的暴露的外围垫。所揭示的实施例还包含堆叠裸片装置，所述装置包括介入物裸片(例如，硅或石英介入物)，其包含多个穿衬底通孔(TSV);以及裸片堆叠，其附接到所述介入物。裸片堆叠包含第二半导体裸片，其以顶侧向下的方式接合到第一半导体裸片上。介入物裸片的边缘包含激光损伤区，所述区包含微裂纹。图I是展示根据实例实施例的用于形成堆叠裸片装置的实例方法100中的步骤的流程图，所述方法包含对经重组晶片的激光辅助式分裂。步骤101包括将多个第一半导体裸片附接到晶片的表面上以形成经重组晶片。第一半导体裸片可包含多个TSV。晶片可包括硅载体晶片或玻璃载体晶片，例如石英玻璃、硅石玻璃或例如PYREX 等回火钠钙玻璃。在另一实施例中，晶片包括多个介入物裸片，例如包含TSV的硅或玻璃介入物裸片。图2A是在步骤101之后的布置200的横截面描绘，其展示经重组晶片包括附接到晶片210的表面的多个第一半导体裸片222，所述晶片210图示为载体晶片210。虽然晶片210在图2A到2F中图示为载体晶片，但在其它实施例中，晶片210包括多个介入物裸片，例如包含TSV的介入物裸片。虽然未图示，但第一裸片222的底侧(具有突出的TSV尖端217(a)的那侧)包含横向于TSV尖端217 (a)的电介质层。载体晶片210通常为280到750 μ m厚。可见第一半导体晶片222包含若干TSV217，所述TSV 217包含突出的TSV尖端217 (a)。永久或暂时的粘合剂(例如，环氧树脂)206将第一半导体裸片222紧固到载体晶片210。步骤102包括将多个第二半导体裸片以其顶侧向下的方式接合到所述多个第一半导体裸片上以在晶片210上形成多个堆叠裸片装置。第二半导体裸片可延伸超过第一半导体裸片的周边或边界，且第二半导体裸片的顶侧可在此延伸区中包含用于堆叠裸片装置 的接合垫。热压缩(TC)接合是可在步骤102中使用的一个实例接合方法。“延伸超过第一半导体裸片的周边或边界”包含了第二半导体裸片的面积大于第一半导体裸片的情况，以及其它布置。举例来说，在第一布置中，第二半导体裸片可为矩形的且面积小于第一半导体裸片，但具有在一个维度上延伸超过第一半导体的两个侧面。在第二布置中，第二半导体裸片相对于第一半导体裸片偏移，使得顶部第二半导体裸片的某部分悬置于第一半导体裸片上方。此第二布置可例如用于堆叠存储器上，其中相等大小的裸片在堆叠上来回偏移以允许对顶部裸片上的外围接合垫的接近。图2B是布置240的横截面描绘，所述布置240使第二半导体裸片221以顶侧向下的方式接合到第一半导体裸片222上以在载体晶片210上形成多个堆叠裸片装置220。第二半导体裸片221图示为宽度大于第一半导体裸片222，且第二半导体裸片221的顶侧226包含接合垫232，接合垫232包含延伸超过第一半导体裸片222的区域的一些外围接合垫232(a)。第二半导体裸片的底侧图示为225。在第一半导体裸片222与第二半导体裸片221之间展示底填料227。底填料227可在将第一半导体裸片222接合到第二半导体裸片221 (步骤102)之前或之后来施加。步骤103包括将支撑带230附接到所述多个第二半导体裸片221的底侧225。如本文使用，“支撑带”经广义地定义为除了包含带材料之外还包含广泛多种附着布置，例如可借助暂时粘合剂施加到半柔性支撑材料的支撑膜。图2C是在步骤103之后的布置250的横截面描绘，其包括多个堆叠裸片装置220，所述布置250包括接合到晶片210上的第一半导体裸片222的第二半导体裸片221，其中支撑带230附接到所述多个第二半导体裸片221的底侧225的支撑带230。步骤104包括在若干条件(例如，功率、焦距、时间)下对载体晶片210进行激光照射以机械上削弱载体晶片210，但不烧蚀或切穿载体晶片中的与所述多个第一半导体裸片222之间的间隙对准的既定切割道211，使得载体在激光照射之后保持为单个完整晶片。激光照射条件包含激光对准，其经选择以使得载体晶片210在切割道211中的损伤只是超过第一半导体裸片222的外围(例如，在其2mm内)，但不损伤第二半导体裸片221的悬置区。下文描述的图5A和5B展示了在所揭示的激光照射和后续的分裂之后沿着切割道221对实例硅晶片边缘的扫描光学图像。图2D是在激光照射步骤104之后的所得布置260的横截面描绘，其是针对在激光照射之后将切割带施加到载体晶片的实施例。在载体晶片210中在切割道211中的虚线用来指示激光引起的损伤。如图2D中所示，将所得的布置260翻转180度以促进对载体晶片210的激光照射。步骤105包括与堆叠装置220相对地将切割带261附接到晶片210。步骤105大体上包括与带框架一起施加切割带。切割带的附接可发生在激光照射(步骤104)之前或之后。当在激光照射之前施加切割带261时，由于激光照射是穿过切割带的，因此切割带经选择以使得其对用于激光照射的波长(通常是红外(IR)波长)具有透射性，使得切割带经选择为对IR具有透射性/透明。图2E是在切割带261的附接之后的所得布置270的横截面描绘，其是针对在激光照射之后将切割带施加到载体晶片的实施例。
根据实例实施例，步骤106包括牵拉/拉伸切割带261以沿着既定切割道211分裂晶片以形成间隙210(b)，从而得到多个在晶片部分上具有堆叠装置的单一化部分，所述堆叠装置各自保持附接到切割带。可使用合适的机器来牵拉切割带261，例如市售的分离器，其通常与用于激光照射(步骤104)的激光器集成在一起。在分裂/分离之前移除支撑带230，这通常在牵拉/拉伸切割带261的同时进行。图2F是根据实例实施例的在牵拉切割带以沿着既定切割道211分裂(分离)载体晶片210以形成间隙210(b)从而得到包括图示为载体部分210 (a)的晶片部分的多个单一化部分250之后的布置280的横截面描绘，所述多个单一化部分250各自在其上具有保持附接到切割带261的堆叠装置220。图2F中可见载体部分210(a)之间的未连接的载体部分210(c)，其是当在步骤106中牵拉载体晶片的不包含堆叠装置220的部分时形成的。将未连接的载体部分210 (c)丢弃。如上所述，可在激光照射(步骤104)之前或之后施加切割带261。图3A到3C展示在针对在激光照射之前施加切割带261的替代实施例的步骤之后的所得布置的横截面描绘。在此实施例中，切割带对用于激光照射的激光的波长(通常是IR波长)具有透射性，使得在此实施例中的切割带可包括对IR透明的切割带261。图3A是展示在翻转图2C中所示的布置250且将切割带261附接到载体晶片210之后得到的布置310的横截面描绘。图3A中未图示切割道211，因为此描绘是在激光照射之前展示的。在此实施例中随后穿过切割带261对布置310进行激光照射，图3B中展示所得的布置320。由于切割带261对用于激光照射的激光的波长具有透射性，因此在切割道211中发生激光损伤，所述激光损伤图示为载体中的虚线。图3C是展示根据实例实施例的在牵拉切割带261以沿着既定切割道211分裂载体晶片210以形成间隙210(b)从而得到包括载体部分210 (a)和未连接的载体部分201 (c)的多个单一化部分250之后所得的布置330的横截面描绘，所述载体部分210 (a)上面各自具有堆叠装置220，所述未连接的载体部分201(c)保持附接到切割带261。因此，在第二半导体裸片221的延伸超过第一半导体裸片222的周边或边界的区下方出现所形成的间隙210(b)。如上所述，在分裂/分离之前移除支撑带230，这通常在牵拉/拉伸切割带261的同时进行。如上所述，晶片可包括各自包含多个TSV的多个介入物裸片，其中在牵拉切割带(步骤106)之后所述多个介入物裸片变为所述多个单一化部分的一部分。介入物裸片可包括硅介入物裸片，其中在牵拉/拉伸切割带之后，用于所述多个单一化载体部分的介入物裸片的边缘包含激光损伤区，所述区包含微裂纹以及多个多晶硅微晶。晶片也可包括多个玻璃介入物裸片，且其中在牵拉之后所述多个单一化载体部分的边缘包含激光损伤区，所述区包含多个微裂纹。由于所揭示的方法不需要常规堆叠裸片组合件所需的常规切割刀片，因此第二半导体裸片221的外围垫232(a)被损伤或污染的风险低得多。因此，所揭示的方法改善了堆叠裸片装置到第二裸片上的接合垫232(a)的线接合可靠性。所揭示的激光辅助式分裂可产生具有与所揭示的激光辅助式分裂处理相关的某些可辨识最终特征的堆叠裸片装置。举例来说，图4是实例堆叠裸片装置400的横截面描绘。堆叠裸片装置400包括介入物裸片310，其图示为包含多个TSV 317且不具有有源电路的硅介入物裸片310 ;以及裸片堆叠320，其包括在介入物裸片310上接合到第一半导体裸片222的第二半导体裸片221，其中第二半导体裸片221以其顶侧226向下的方式接合到 第一半导体裸片222。介入物裸片310的边缘包含激光损伤区，例如下文所述的图5A和5B中的损伤区中所示。可见第二半导体裸片221的宽度大于第一半导体裸片222，且第二半导体裸片221的顶侧226包含延伸超过第一半导体裸片222的区域的接合垫232(a)。第一半导体裸片222包含多个TSV 217，所述TSV 217具有突出的TSV尖端217 (a)。可使用再分配层(RDL)来从TSV 317选路到与TSV尖端217 (a)对准成一行的垫。在介入物裸片310与第一半导体裸片222之间展示底填料327。图5A和5B是根据实例实施例的在所揭示的激光辅助式分裂之后来自硅晶片的硅裸片的边缘的扫描光学图像，其分别展示在I遍式和2遍式激光处理之后的微裂纹。图5A中所示的裸片510是60 μ m厚，且在所示的激光损伤区520中可见激光引起的微裂纹。图5B中所示的裸片540是75 μ m厚，且在所示的激光损伤区550中可见激光引起的微裂纹。可见到指示正在两个不同水平面处聚焦的两遍激光的两(2)个微裂纹区。顶部区的微裂纹宽度比下部区小得多。虽然针对硅衬底展示扫描图像，但预期例如针对石英介入物的玻璃衬底具有因所揭示的激光辅助式分裂而造成的类似微裂纹。所揭示的实施例可集成到多种组装流程中以形成多种不同的堆叠裸片装置和相关产品。半导体裸片可包含位于其中的各种元件和/或位于其上的各种层，包含势垒层、电介质层、装置结构、有源元件和无源元件，包含源极区、漏极区、位线、基极、发射器、集电极、导线、导电通孔等等。此外，半导体裸片可通过多种工艺形成，包含双极、CMOS、BiCMOS和MEMS。本发明相关领域的技术人员将了解，许多其它实施例和实施例变型在所主张的发明的范围内是可能的，且在不脱离本发明的范围的情况下可对所描述的实施例做出另外的添加、删除、替换和修改。举例来说，第一半导体裸片222、第二半导体221或者第一半导体裸片222和第二半导体221两者可为多裸片堆叠。
权利要求
1.一种形成堆叠裸片装置的方法，其包括 将多个第一半导体裸片附接到晶片的表面上以形成经重组晶片； 将多个第二半导体裸片以其顶侧向下的方式接合到所述多个第一半导体裸片以形成多个附接到所述晶片的单一化堆叠裸片装置； 将支撑带附接到所述多个第二半导体裸片的底侧； 将切割带附接到所述晶片； 在所述晶片上的与所述多个第一半导体裸片之间的间隙对准的既定切割道处对所述晶片进行激光照射以机械地削弱但不切穿所述既定切割道；以及 牵拉所述切割带以沿着所述既定切割道将所述晶片分裂成多个单一化部分，其中所述多个单一化部分附接到所述切割带且各自包含所述多个单一化堆叠裸片装置中的一者。
2.根据权利要求I所述的方法，其中在所述激光照射之后将所述切割带附接到所述晶片。
3.根据权利要求I所述的方法，其中在所述激光照射之前将所述切割带附接到所述晶片，且所述切割带是对红外线IR透明的。
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述第二半导体裸片延伸超过所述第一半导体裸片的周边或边界，且其中所述第二半导体裸片的所述顶侧包含延伸超过所述第一半导体裸片的所述周边或所述边界的接合垫。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述既定切割道在所述第一半导体裸片的所述周边或所述边界的2mm内。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述晶片包括硅载体晶片或玻璃载体晶片。
7.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一半导体裸片包含多个穿衬底通孔TSV。
8.根据权利要求I所述的方法，其中所述晶片包括多个介入物裸片，所述多个介入物裸片各自包含多个穿衬底通孔TSV，且其中在所述牵拉所述切割带之后，所述多个介入物裸片变成单一化介入物裸片以及所述多个单一化部分的一部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述晶片包括多个硅介入物裸片，且其中在所述牵拉所述切割带之后，所述单一化介入物裸片的边缘包含激光损伤区，所述区包含微裂纹和多个多晶硅微晶。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述晶片包括多个玻璃介入物裸片，且其中在所述牵拉所述切割带之后，所述单一化介入物裸片的边缘包含激光损伤区，所述区包含多个微裂纹。
11.根据权利要求I所述的方法，其中在分裂所述晶片之前，在所述牵拉所述切割带的同时，移除所述支撑带。
12.—种堆叠裸片装置，其包括 介入物裸片，其包含多个穿衬底通孔TSV，以及 裸片堆叠，其附接到所述介入物，其中所述裸片堆叠包含以其顶侧向下的方式接合到第一半导体裸片上的第二半导体裸片， 其中所述介入物裸片的边缘包含激光损伤区。
13.根据权利要求12所述的堆叠裸片装置，其中所述介入物裸片包括硅介入物裸片，且其中所述激光损伤区包含多个微裂纹。
14.根据权利要求12所述的堆叠裸片装置，其中所述介入物裸片包括玻璃介入物裸片，且其中所述激光损伤区包含多个微裂纹。
15.根据权利要求12所述的堆叠裸片装置，其中所述第二半导体裸片延伸超过所述第一半导体裸片的周边或边界，且其中所述第二半导体裸片的所述顶侧包含延伸超过所述第一半导体裸片的所述周边或所述边界的接合垫。
16.根据权利要求12所述的堆叠裸片装置，其中所述第一半导体裸片包含多个穿衬底通孔TSV。
全文摘要
一种形成堆叠裸片装置的方法包含将第一半导体裸片附接到晶片上以形成经重组晶片，且接着将第二半导体裸片接合到所述第一半导体裸片上以在所述晶片上形成多个单一化堆叠裸片装置。将支撑带附接到所述第二半导体裸片的底侧。将切割带附接到所述晶片。在附接所述切割带之前或之后，在与所述第一半导体裸片之间的间隙对准的既定切割道处对所述晶片进行激光照射以在所述既定切割道处机械上削弱所述晶片，但不切穿所述晶片。牵拉所述切割带以将所述晶片分裂成多个单一化部分，以形成多个通过所述切割带附接到所述单一化晶片部分的单一化堆叠裸片装置。在分裂之前移除所述支撑带。
文档编号H01L21/78GK102915966SQ20121027646
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月3日 优先权日2011年8月4日
发明者杰弗里·艾伦·韦斯特, 玛格丽特·西蒙斯-马修斯, 雷蒙多·M·卡门福特 申请人:德州仪器公司