一种超薄片级晶圆的封装结构的实现方法与流程

1.本发明涉及一种超薄片级晶圆的封装结构的实现方法，属于半导体封装技术领域。


背景技术：

2.目前随着5g行业、消费类、电源类电子的不断发展，对电子产品的性能要求不断提升。对于像mosfet类的电源类产品，其芯片正面设置有光刻胶保护层及金属凸块，芯片背面设置有金属层，简称背金层，需要通过不断降低芯片的封装厚度、同时增加背金层的厚度，来实现电阻的降低、以及产品性能的提升；并且伴随着产品电阻不断降低的趋势，客户端针对芯片厚度也正朝着越来越薄的趋势发展。
3.上述超薄片级晶圆的封装结构的实现方法为：在晶圆正面通过光刻形成保护层，通过电镀或化学镀形成金属凸块，之后直接对晶圆的背面进行磨片后再设置背金层。
4.现有的封装方法存在以下问题：晶圆的机械强度与晶圆厚度直接相关，随着晶圆厚度的降低，磨片后的晶圆极为脆弱，容易导致后续工艺过程中产生碎片等风险，且晶圆的厚度越薄，对应磨片之后的翘曲就越大，大翘曲会导致后续的工艺无法作业或在晶圆上片、真空吸附时发生隐裂/碎片等问题。考虑到以上问题，目前的封装方法下8inch 和 12inch的晶圆直接进行磨片所支持的最薄的磨片厚度为6mil，无法满足生产工艺中对超薄片封装的需求。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超薄片级晶圆的封装结构的实现方法，解决了碎片问题以及翘曲问题。
6.本发明的技术方案：本发明提供了一种超薄片级晶圆的封装结构的实现方法，工艺步骤如下：步骤一：通过光刻工艺在晶圆的上表面设置一层保护层及其保护层开口，保护层开口对应晶圆的芯片电极，晶圆的芯片电极埋置在硅基中；步骤二：在晶圆的保护层开口处通过电镀或化学镀工艺设置金属凸块；步骤三：在晶圆的上表面形成半固态的临时键合胶，所述临时键合胶的厚度大于保护层和金属凸块的高度之和；步骤四：准备一载片，对载片进行预处理，并在所述载片的内表面的整面涂敷一层有机材料层；步骤五：通过临时键合的方法，在一定的温度和压力下，将载片的内表面与临时键合胶以及晶圆粘接在一起，形成一个临时晶圆体；步骤六：将临时晶圆体的背面的硅基通过磨片的方法进行减薄，达到晶圆的磨片目标厚度。
7.步骤七：通过溅射、电镀或蒸镀工艺在临时晶圆体的背面设置背金层；
步骤八：依次通过涂胶、曝光、显影工艺在背金层上形成光刻胶图案和光刻胶图案开口，再采用腐蚀的方式，将光刻胶图案开口内的多余的背金层去除和多余的光刻胶去除，以形成特定的金属图形，所述光刻胶图案的光刻胶图案开口ⅰ呈横向和纵向的垂直交错相通的长条状将背金层按芯片大小预划分成复数颗芯片单体，每一芯片单体的一角设置光刻胶图案开口ⅱ；通过腐蚀工艺去除光刻胶图案开口ⅰ和光刻胶图案开口ⅱ内的背金层，去除光刻胶后，背金层上形成横向和纵向的划片道以及圆形的识别点；步骤九：通过激光解键合的方式将载片分离，并将晶圆正面的临时键合胶去除；其解键合的方式如下：使用具有一定能量的激光对临时晶圆体的载片面进行照射，激光和涂敷在载片内表面的有机材料层进行反应，降低载片与临时键合胶以及晶圆之间的粘性结合力，然后采用具体一定吸力的工具，吸住载片的外露面，然后将载片手动去除掉或者采用自动化机台进行对载片进行分离；步骤十：对去除载片的晶圆表面进行清洗，形成带有划片道和识别点的超薄片级晶圆。
8.进一步地，步骤二中，所述金属凸块的材质为cu、sn、ni、pd、au中的一种金属或者几种金属的组合。
9.进一步地，，步骤二中，所述金属凸块的顶部电镀或化学镀焊接用的金属锡层。
10.进一步地，步骤三中，所述临时键合胶的材质为液态的热塑性高分子有机材料。
11.进一步地，步骤四中，所述有机材料层为对uv光敏感的有机薄膜材料。
12.进一步地，步骤六中，12inch晶圆的所述磨片目标厚度为4mil，8inch晶圆的所述磨片目标厚度为3mil。
13.进一步地，步骤七中，所述背金层的材质为cu、cr、ti、ni、ag中的一种金属或者几种金属的组合。
14.进一步地，步骤八中，所述光刻胶图案开口ⅱ呈圆形。
15.进一步地，步骤九中，所述激光波长为uv波长。
16.进一步地，步骤九中，所述激光900照射的路径采用s型路线。
17.有益效果通过在晶圆正面涂覆临时键合胶的方式保护了芯片正面的凸块，通过临时键合载片的方式对晶圆进行承载，这种封装方式可以克服圆片直接磨成超薄片所带来的碎片问题以及翘曲问题，以及一系列因过大翘曲所导致的无法作业背金层的问题，从而可以使得产线工艺可以满足作业超薄片的需求，获得更低的封装电阻。
附图说明
18.图1为本发明一种超薄片级晶圆的封装结构的实现方法的流程图；图2至图14为本发明一种超薄片级晶圆的封装结构的实现方法的实施例的工艺过程的流程图；其中：晶圆100保护层120保护层开口123
芯片电极110硅基130金属凸块140临时键合胶200载片500背金层700光刻胶图案710光刻胶图案开口ⅰ713光刻胶图案开口ⅱ714划片道740识别点760。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
21.本发明一种超薄片级晶圆的封装结构的实现方法的流程图，如图1所示：步骤s1：通过光刻工艺在晶圆的上表面设置一层保护层及其保护层开口；步骤s2：在晶圆的保护层开口处设置金属凸块；步骤s3：在晶圆的上表面形成半固态的临时键合胶；步骤s4：准备一载片，其内表面的整面涂敷一层有机材料层；步骤s5：通过临时键合的方法，将载片的内表面与临时键合胶以及晶圆粘接在一起，形成临时晶圆体；步骤s6：将临时晶圆体的背面的硅基进行减薄，达到磨片目标厚度；步骤s7：通过溅射、电镀或蒸镀工艺在临时晶圆体的背面设置背金层；步骤s8：在背金层上形成横向和纵向的划片道以及识别点；步骤s9：通过激光解键合的方式将载片分离，并将晶圆正面的临时键合胶去除；步骤s10：对去除载片的晶圆表面进行清洗，形成带有划片道和识别点的超薄片级晶圆。
22.实施例如下：本发明一种超薄片级晶圆的封装结构的实现方法，如图2至图14所示，其工艺步骤如下：步骤一：参见图2，通过光刻工艺在晶圆100的上表面设置一层保护层120及其保护层开口123，保护层开口123对应晶圆100的芯片电极110，晶圆100的芯片电极110埋置在硅基130中。保护层120的材质如聚酰亚胺树脂，其对光刻工艺不敏感，选择负性光刻胶，形成所需的聚酰亚胺薄膜图象。
23.步骤二：参见图3，在晶圆100的保护层开口123处通过电镀或化学镀工艺设置金属
凸块140，金属凸块140为cu、sn、ni、pd、au中的一种金属或者几种金属的组合，如cu/sn或者ni/au或者ni/pd/au。一般地，其顶部电镀或化学镀一定厚度的焊接用的金属锡层。
24.步骤三：参见图4，在晶圆100的上表面涂覆一层临时键合胶200，临时键合胶200的材质为液态的热塑性高分子有机材料，如日本的日立公司hitachih的t10.10胶水。也可以是其他具有相同功能的有机材料。
25.涂敷临时键合胶200后进行180℃烘烤，持续3分钟使临时键合胶200形成厚度大于保护层120和金属凸块140的高度之和的半固体状态，用于保护正面已设置好的保护层120和金属凸块140不会在磨片及后续工艺过程中受到破坏影响；步骤四：参见图5，准备一载片500，载片500为玻璃片、硅片或者其他具有足够硬度的非导体薄片；对载片500进行预处理，以增加和临时键合胶200之间的结合力，避免在后续工艺过程中，两者出现分层。
26.载片500的预处理方式：对载片500进行清洗、烘烤等前处理；在载片500的内表面的整面涂敷一层有机材料层，该有机材料层的材质为对uv光敏感的有机薄膜材料，该有机材料层也可以是其他具有相同功能的有机薄膜材料。
27.步骤五：参见图6，通过临时键合的方法，选择临时键合温度范围为100℃~200℃，临时键合压力范围为：3000n~6000n，将载片500的内表面与临时键合胶200以及晶圆100粘接在一起，形成临时晶圆体600，增强了其强度和可靠性。
28.步骤六：参见图7，将临时晶圆体600的背面的硅基130通过磨片的方法进行减薄，以达到晶圆100的硅基130的磨片目标厚度，具体地，12inch晶圆的磨片目标厚度为4mil，8inch晶圆的磨片目标厚度为3mil。磨片目标厚度的减薄，可以获得更低的封装电阻。
29.步骤七：参见图8，通过溅射、电镀或蒸镀工艺在临时晶圆体600的背面设置背金层700，背金层的材质可以为cu、cr、ti、ni、ag中的一种金属或者几种金属的组合，如cr/cu组合或ti/ni/ag组合或ti/ni/ag/ni组合或cu/ag组合。
30.步骤八：参见图9和图10、图11，依次通过涂胶、曝光、显影工艺在背金层700上形成光刻胶图案710和光刻胶图案开口，再采用腐蚀的方式，将光刻胶图案开口内的多余的背金层700去除和多余的光刻胶去除，以形成特定的金属图形770，金属图形770用于后续的扇出工艺；图10为图9的仰视图，以形成四颗芯片的划片道举例，光刻胶图案710的光刻胶图案开口ⅰ713呈横向和纵向的垂直交错相通的长条状将背金层700按芯片大小预划分成复数颗芯片单体，每一芯片单体的一角设置光刻胶图案开口ⅱ714，光刻胶图案开口ⅱ714呈圆形；通过腐蚀工艺去除光刻胶图案开口ⅰ713和光刻胶图案开口ⅱ714内的背金层700，去除光刻胶后，背金层700上形成横向和纵向的划片道740以及圆形的识别点760，如图11所示，划片道740的尺寸根据客户端的要求来决定，识别点760供后续的工序使用。
31.步骤九：参见图12，通过激光解键合的方式将载片500分离，并将晶圆100正面的临时键合胶200去除；具体地，其解键合的方式如下：使用具有一定能量的激光900，如355nm波长的uv 激光，对临时晶圆体600的载片500的外露面进行照射，照射的路径910可以采用s型路线，以确保激光照射到载片500的全部外露面，如图13所示。
32.激光和涂敷在载片500内表面的有机材料层发生光化学反应，降低了载片500与临时键合胶200以及晶圆100之间的粘性结合力，然后采用具体一定吸力的工具，吸住载片500的外露面，然后将载片500通过手动去除掉，或者采用自动化机台进行对载片500进行分离。
33.步骤十：对去除载片500的晶圆100表面用酒精或者ipa溶液溶解固态的临时键合胶200，然后再用去离子水清洗进行清洗，形成带有划片道740和识别点760的超薄片级晶圆，后续工艺，可以通过划片的方式，沿划片道740对晶圆100进行切割，形成单颗超薄芯片，参见图14。
34.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。