专利名称：半导体表面护板和方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体表面保护方法和表面护板，用于在晶片背侧研磨的过程中保护半导体晶片含电路的侧面。更具体地说，本发明涉及一种半导体表面保护方法和表面护板，其容许半导体晶片的超薄背面研磨，或者其容许在电路侧具有高突出例如焊料块的半导体晶片的背侧研磨。
背景技术：
半导体晶片的减薄(此处还称作“研磨”)通常通过“背侧研磨”方法完成，其中晶片的电路侧受到表面护板保护，而研磨与电路侧相对的背侧面。硅晶片的厚度在工业级上通常是150μπι，但是理想的是更薄的晶片厚度。当晶片被研磨到更小的厚度时，由于电路侧的不规则性，因而研磨表面(背侧)的不平坦现象即电路图转移到背侧的现象变得更加显著。背侧转移现象的原因解释如下。目前使用的压敏粘结剂表面护板受其顺应半导体晶片上的线路的不规则性的能力的限制。结果，在压敏粘结剂层和电路侧之间产生了一间隙 (气囊)，以致晶片不是直接地被那些区域中的压敏粘结剂层(保护层)支撑。当晶片被研磨得非常薄时，晶片沿垂直方向在电路模之间没有支撑的标志线(道)上移动，同时压缩气囊，结果这些区域中的晶片没有被研磨，而保持比其它部分厚。另一方面，当硬的突出比如块存在时，晶片被较大程度研磨，因此变得比其它部分薄。如果最终厚度为150μπι或更厚， 则这个现象不是问题，但是如果晶片被减薄到小于100 μ m(特别是最终为厚度50 μ m或更小)，或者如果高的突出例如块存在于晶片的电路侧(例如，100 μ m或更大)，则不仅晶片的横向强度被相当大地降低，而且在严重情况下晶片甚至可能会在研磨的过程中被损坏。此外，当晶片被研磨得薄至大约50 μ m时，晶片的边缘破碎或晶片和表面保护层之间研磨水的渗透可构成问题，但是该问题也由于缺少表面护板附着到晶片边缘所导致。此外，利用薄的并且在电路侧具有100 μ m或更大的块或其它的突出的半导体晶片，难以通过联接通常的表面护板而完成研磨。现有的表面护板通常是一种在聚合物薄膜材料上具有作为表面保护层的压敏粘结剂层的护板。压敏粘结剂被设计为以便于具有低弹性模量，以便符合电路侧的不规则性。 然而如果这个趋势太强，则当通过剥离从晶片取下护板时，晶片会经受相当大的压力，并遭受破坏。这导致研制出了能量束能够剥离的护板，其中压敏粘结剂通过用诸如紫外线的能量束照射而硬化，以降低晶片和护板在剥离前的粘着强度。然而，通常发生的问题是压敏粘结剂层在研磨过程中未硬化的状态下太易弯曲，从而晶片在研磨过程中遭受破坏。日本未经审查的专利公开HEI No. 11-26404公开了一种晶片研磨方法，其中上述能量束能够剥离的护板被联接在电路形成的晶片上，且压力敏粘结剂层在能量束作用下硬化，其后研磨晶片的背侧面。然而，由于压敏粘结剂不是液体，因而其对晶片电路侧的不规则性的适应性并不足够。日本未经审查的专利公开No. 2000-38556公开了一种热熔半导体表面护板。该热熔护板通过在60-100°C加热而熔化并显示出流体性质，从而它能顺应电路侧的不规则性， 并且显示出优异的研磨性能。然而，当温度升高到熔点以上时，所述护板重复熔化。在大多数情况下，已经与护板层压在一起的半导体晶片在被用来联接芯片的薄膜或“模联接薄膜”(以下被称为“DAF”)层压的过程中或通过溅镀形成金属膜的步骤中受到随后加热。结果，在这样的步骤中产生的温度升高导致的问题包括护板的再熔化。
发明内容
本发明一个方面的目的是提供一种半导体表面保护方法，其使用具有对半导体晶片电路侧足够的适应性并且在研磨过程中作为支持物足够的刚性的材料，该材料不随着重复温度升高而变成液体，以及提供了一种可用于本方法的表面护板。总的来说，本发明提供了一种半导体表面保护方法，其中半导体晶片的电路侧在晶片背侧研磨的过程中受到保护，所述方法包括以下步骤将半导体晶片的电路侧通过在辐照加热后硬化的流体表面保护层连接到聚合物薄膜材料上；和硬化该表面保护层。根据一个方式，本发明提供了一种半导体表面保护方法，其中半导体晶片的电路侧在晶片研磨的过程中受到保护，该方法包括以下步骤通过表面保护层，将半导体晶片的电路侧连接到聚合物薄膜材料；和硬化该表面保护层，所述表面保护层在室温下是液体，或者可以是通过加热而变成液体，其在辐照或加热后硬化。根据另一个方式，本发明提供了一种半导体表面保护方法，其中半导体晶片的电路侧在晶片的背侧研磨过程中受到保护，该方法包括以下步骤提供包含聚合物薄膜材料的表面护板，其上形成有在室温下为固体、在加热后变成液体和在辐照后或加热到高于流化温度的温度后硬化的表面保护层；加热所述表面护板，以产生表面保护层流体；将所述半导体晶片的电路侧放置成与流化的表面保护层接触；和硬化该表面保护层。根据另一方式，本发明提供了一种用于在晶片的背侧研磨过程中保护半导体晶片的电路侧的表面护板，该表面护板包含聚合物薄膜材料，其上设有在室温下是固体的表面保护层，该表面保护层在加热后变成流体，并在辐照或在加热到高于流化温度的温度后硬化。在上述方法中，所述表面保护层在处于流态时接触所述晶片电路侧面，因此为在电路侧上形成的表面外形提供了足够的适应性。具有足够的适应性的保护层硬化时显示出较高刚性，从而保护了晶片的电路侧。此外，一旦保护层硬化，其在随后加热步骤中不再流体化，所述步骤例如模联接薄膜层压步骤或者形成溅镀金属膜步骤。上述保护方法可以使用上述表面护板进行。在整个说明书中，术语“流体”指样品粘弹性曲线图的状态，其中弹性剪切损耗模量(G")大于弹性剪切储存模量(G')，或Tan δ ( = G" /G')大于或等于1。在整个说明书中，术语“弹性剪切储存模量(G')”和“弹性剪切损耗模量(G")” 分别指在硬化前表面保护层材料的弹性剪切储存模量和弹性剪切损耗模量。使用粘弹性测量设备，在频率IOHz、形变0. 04%和升降温速率3°C /min下将剪切存储和损耗模量值记录在图表上。
更具体地说，对于表面保护层直径25mm和厚度0. 6mm的试验样品，使用粘弹性测量设备(ARES，Rheometrics产品)测量上述参数。所述术语“弹性张力储存模量(E')”和“弹性张力损耗模量(E")”分别指在硬化之后的弹性张力储存模量和弹性张力损耗模量。使用粘弹性测量设备，在频率10Hz、形变 0. 04%和升降温速率5°C /min下将张力存储和损耗模量值记录在图表上。更具体地说，对于表面保护层切割成22. 7mmX IOmmX 50um的试验样品在硬化之后(例如，在80W/Cm高压汞灯紫外辐射3分钟后)，使用粘弹性测量设备(SOLIDS ANALYZER RSA II，Rheometrics产品)测量上述参数。现在将参考附图以更多的细节解释本发明。图1是本发明半导体表面保护方法一个实施方案的第一流程图。首先，提供可在光或加热作用下硬化的流体表面保护层材料(步骤(a))。该表面保护层的材料可以在室温(大约20-25°C)下为液体或在室温下是固体，其在加热作用下流化。然后，将表面保护层3材料均勻地涂在晶片1的电路侧2上(步骤(b))。然后，将聚合物薄膜材料4放置在保护层3上(步骤(c))，并通过紫外线或加热而使该保护层3硬化 (步骤(d))。在这个过程中，必须小心操作，以避免在保护层3和晶片1之间的界面、保护层3和聚合物薄膜材料4之间的界面或者在保护层3内混入空气。空气混入将妨碍在晶片上形成光滑的磨削面，从而无法将晶片薄薄地研磨到均一的厚度，或可能在研磨的过程中导致晶片损坏。在真空中进行该过程可防止混入空气。图2是本发明半导体表面保护方法的另一个实施方案的第二流程图。首先，在聚合物薄膜材料4上形成表面保护层3，从而制备表面护板5 (步骤(a))， 该表面保护层3在室温(大约20-25°C)下是固体，并且可在高温条件下通过光照射或加热而硬化。这可以通过使用溶液涂布和干燥法或通过热熔性涂布方法而做到。然后，在足够流化保护层3的温度下加热表面护板5 (步骤(b))。晶片1被放置在流化的保护层上，以便使电路侧2与保护层3接触(步骤(C))。在保护层冷却后，再次形成固体(步骤(c'))。 改造该固体将有助于处理晶片/护板叠层。然后，保护层3可以在紫外线或加热作用下硬化。如果使用加热，则所使用的温度大于表面保护层流化所需要的温度(步骤(d))。出于与第一流程图同样原因，这一系列步骤还可以在真空中进行。然而，已经发现使用加热层压机实施步骤(b)的加热和步骤(c)的接触更为方便。当使用加热层压机时，可通过使晶片1与晶片边缘的加热流化的保护层3逐渐接触而防止空气混入。
图1是本发明半导体表面保护方法一个实施方案的第一流程图；图2是本发明半导体表面保护方法的另一个实施方案的第二流程图。
具体实施例方式现在将解释本发明的表面护板。表面保护层在一个实施方案中，本发明表面护板的表面保护层是这样一种材料，该材料在室温下为固体、在加热后变成流体、并在暴露到辐射或在加热到高于流化温度的温度后硬化。如上所述，术语“流体”指样品粘弹性曲线图的状态，其中弹性剪切损耗模量(G")大于弹性剪切储存模量(G')，或TanS( = G" /G')彡1。固体表面保护层的流化温度优选为 30-100°C，更优选为大约35-60°C。如果在Tan δ =1下的温度高于100°C，则该方法必须在 IOO0C以上的温度下进行，以层压表面护板，这在设备和产率方面是不利的。如果在Tan δ =1下的温度低于30°C，并且尤其是低于室温(20°C)，则当护板被包装成卷并存储时，储藏稳定性将变差。硬化的保护层优选在50°C下具有的弹性张力储存模量(E')为5X107Pa 或更大。这个弹性模量水平可以保证作为研磨过程中的支持物足够的刚性，并准许将晶片研磨到极薄和均一的厚度。在另一个实施方案中，所述表面保护层在室温下是流体，并在暴露到辐射或加热到高于室温的温度后硬化。优选的是，表面保护层包含在分子中具有两个或更多不饱和烯键式部分或两个或更多阳离子可聚合基团的可聚合化合物。作为特定的用于表面保护层的、包含两个或更多烯键式不饱和部分材料，可能提到自由基可聚合化合物，例如(1)低分子化合物，其在室温O0-25°c )下是晶体或蜡质的，包括异氰脲酸衍生的(甲)丙烯酸盐，诸如三丙烯酰基氧乙基异氰脲酸酯或三甲丙烯酰基氧乙基异氰脲酸酯；季戊四醇衍生的(甲)丙烯酸盐，诸如季戊四醇四甲基丙烯酸酯或季戊四醇二丙烯酸单硬脂酸酯；或双酚A衍生的(甲)丙烯酸酯，诸如双酚A 二甲基丙烯酸酯；(2)分子量10，000或更大的尿烷(甲)丙烯酸酯树脂， 其在室温下是固体；或C3)分子量1000或更大的以下的树脂，其在室温O0-25°C )下是固体苯酚型酚醛环氧树脂(甲)丙烯酸酯树脂、甲酚型酚醛环氧树脂(甲)丙烯酸酯树脂和双酚A环氧二(甲)丙烯酸酯树脂。对于特定的用于表面保护层的特定的材料，还可以合适使用的是阳离子可聚合化合物，包括(1)基于环氧基的低分子化合物，诸如对苯二酚二环氧甘油醚或对苯二甲酸二环氧丙脂，其在室温下是晶体或蜡质的；和( 分子量1000或更大的苯酚型酚醛环氧树脂、 甲酚型酚醛环氧树脂和双酚A环氧树脂，其在室温下是固体。在另一个实施方案中，所述表面保护层在室温下是流体，并在辐照或加热到高于室温的温度后硬化。用于表面保护层的材料还可以包含在常温下是液体的可聚合化合物， 只要该表面保护层在常温下可以在添加各组分之后作为固体处理就行。对于液体自由基可聚合化合物的例子，可以提到(甲)丙烯酸酯化合物，诸如三羟甲基丙烷三(甲)丙烯酸酯；季戊四醇三(甲)丙烯酸酯；季戊四醇四(甲)丙烯酸酯；二戊赤藓醇单羟基戊(甲) 丙烯酸酯；二戊赤藓醇六(甲)丙烯酸酯和1，6_己二醇二(甲)丙烯酸酯；或乙烯醚衍生物，诸如乙二醇二乙烯基醚。对于液体阳离子可聚合化合物，可以提到聚环氧化合物，其含有化合物，诸如山梨糖醇四缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚和双酚A 二缩水甘油醚等等。表面保护层还可以连同可聚合化合物的、包含熔点或软化点在25-100°C范围内的热塑树脂，其含量不影响本发明目的。代表性的热塑树脂的例子包括聚烯烃共聚物，比如低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和离聚物树脂(IONO)；热塑性弹性体，比如基于丁二烯的弹性体、基于苯乙烯-异戊二烯的弹性体和基于酯的弹性体；丙烯酸树脂，比如异丁烯酸甲酯；基于聚氯乙烯的树脂，比如氯乙烯.醋酸乙烯酯共聚物；热塑性聚酯；聚氨酯等等。这些材料用于提高或调整表面保护层在硬化前的流化温度(TanS彡1)的目的。它们还可以给予硬化后的保护层以柔性。当表面保护层为通过暴露到辐射而硬化的照相排版或可光致固化型时，其通常包括吸收光以产生自由基或阳离子、以便启动聚合反应的光引发剂。对于特定的自由基聚合引发剂，可以提到安息香、安息香甲基醚、苯偶姻乙醚、安息香异丙醚、苄基二苯基硫化物、偶氮双异丁腈、二苄基、二乙酰基、苯乙酮、二乙氧基苯乙酮、酮、1-羟基环己基苯基酮、 2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮和2-苄基-2- 二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)-丁酮-1，而对于特定的阳离子聚合引发剂，可以提到烯丙基重盐、烯丙基锍盐、烯丙基碘翁盐等等。自由基聚合引发剂或阳离子聚合引发剂的量并不具体限制，而是基于可聚合化合物的重量，通常为0. I-IOwt%。对于通过加热而硬化的热固化型，保护层通常包含热聚合引发剂。热聚合引发剂包括偶氮二异丁基腈、过氧化苯甲酰等等。表面保护层还可以包含添加剂，例如填充剂、抗氧化剂、增塑剂等等，其含量范围为不损害所需的性能(例如流动性和硬化后弹性张力存储模量)。表面保护层的厚度可以视要求而定设置在比半导体晶片的含电路侧的表面外形大小至少大10 μ m的范围内，但是考虑到表面保护板整体上总厚度的均一性，其通常为20-300 μ m(含)，优选为30-200 μ m， 且更优选为50-150 μ m。聚合物薄膜材料在一个实施方案中，所述聚合物薄膜材料支持表面保护层，以提供护板。聚合物薄膜材料并不具体限制，只要其为具有适于该应用的均一厚度的聚合物薄膜就行。然而，当暴露到辐射(比如紫外线或可见光)、用来硬化所述表面保护层时，该表面保护层必须使紫外线(或可见光)能够足够透过。例如，可以使用聚酯，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚烯烃树脂，比如聚丙烯；或聚氯乙烯树脂；聚偏氯乙烯树脂；聚酰胺树脂等等。薄膜的厚度并不具体限制，但优选的是到达提供适于从晶片的电路侧剥离除去薄膜连同保护层的弯曲柔性的程度。因此聚合物薄膜材料的厚度通常将为50-300 μ m。制造方法在一个实施方案中，以如下方式制造表面护板。加热形成表面保护层的固体材料 (例如在大约50-100°C下)，使之流化。然后通过适当的装置，例如刮刀涂布机，将该流化层均勻地涂到合适的聚合物薄膜材料、例如聚酯薄膜上，然后允许冷却，以形成根据本发明的表面护板。或者，保护层的固体材料可以被溶解在适当的溶剂、例如甲基乙基酮(MEK)中， 从而制备出涂层溶液，然后可以用同样方式将该溶液均勻地涂到聚合物薄膜材料上，并且蒸发溶剂，从而获得本发明的表面护板。使用表面护板的方法在一个实施方案中，本发明的表面护板可以通过加热后或在加热过程中接触粘合而被层压到半导体晶片的电路侧上。晶片的护板和电路侧还可以在真空室中接触粘合。这样的方法可以在不混入空气的气泡的情况下完成完全叠层。研磨相对晶片的电路侧的那侧，以使晶片减薄。然后，通过抛光步骤加工研磨的表面。对于抛光步骤，可以提到常用于这一目的的化学腐蚀、化学机械抛光(CMP)、干磨光等等。根据应用，这可以跟着任何所希望的金属膜形成的步骤，例如溅镀或汽相沉积，或层压安装芯片所必需的模联接薄膜的步骤。尽管这些步骤是加热步骤，但是本发明的表面护板具有足够耐热性，并且可以因此耐受这样的步骤。然后，通过将研磨和磨光的侧面层压到切片上，使通过上述背侧处理步骤而获得的晶片固定，其后通过在随后的切片步骤前剥离，除去了表面护板。上述说明假定半导体表面保护方法使用表面护板，但是如图1的流程图所示，本发明的方法还可以使用流体保护层进行。在该情况下用于保护层的材料可以是与被用于上述护板相同的材料，但是还可以是在室温下为流体的材料。从而，可以使用在室温下是液体的自由基可聚合化合物，例如三羟甲基丙烷三(甲)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲)丙烯酸酯、二季戊四醇单羟基戊(甲)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲) 丙烯酸酯和1，6_己二醇二(甲)丙烯酸酯、或乙烯醚衍生物(比如乙二醇二乙烯基醚)；和在室温下是液体的阳离子可聚合化合物，例如聚环氧化合物，比如山梨糖醇四缩水甘油醚、 季戊四醇四缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油基乙醚和双酚A 二缩水甘油醚等等。还可以包含上述热塑树脂。本发明的表面护板不局限于保护半导体晶片的电路侧，而是可以有效适用于需要的对表面不规则性的适应性的其它用途。实例1. ffl辣耐户te _牛户謝劲勿PI Ji _ _細·式具有以下组成的混合物被用作用于表面护板的保护层的材料。实例1-3和对照例用的组合物在室温下是固体。实例4用的组合物在室温下是液体。1. 1保护层组合物实例1(紫外固化固体保护层)表 权利要求
1.一种半导体表面保护方法，其中半导体晶片的电路侧在所述晶片的背侧研磨步骤过程中受到保护，该方法包括以下步骤提供流体表面保护层材料，该材料在暴露于辐照或加热时硬化，并具有在研磨过程中对于在半导体晶片的电路侧上的不平整性足够的顺应性和作为载体的足够的刚性；将所述保护层材料涂覆到聚合物薄膜材料上；通过接触粘合将所述流体表面保护层层压到半导体晶片的电路侧上；和硬化所述保护层材料。
2.一种半导体表面保护方法，其中半导体晶片的电路侧在所述晶片的背侧研磨步骤过程中受到保护，该方法包括以下步骤提供表面护板，该表面护板包含聚合物薄膜材料，该聚合物薄膜材料上有表面保护层， 该表面保护层在室温下为固体、在加热后变成流体、并在辐照或加热到高于流化温度的温度后硬化；加热所述表面护板，以使表面保护层有效流动；将所述半导体晶片的电路侧放置成与流化的表面保护层接触；和硬化所述表面保护层。
3.一种用于在晶片背侧研磨步骤过程中保护半导体晶片电路侧的表面护板，该表面护板包括聚合物薄膜材料，该聚合物薄膜材料上面提供有表面保护层，该表面保护层在室温下为固体，在加热后变成流体，并在辐照或在加热到高于流化温度的温度后硬化，其中所述表面保护层含有至少一种类型的在分子内具有两个或更多个烯键式不饱和部分的自由基可聚合化合物，该自由基可聚合化合物包括基于(甲基)丙烯酸的低分子量化合物，选自异氰脲酸衍生的(甲)丙烯酸酯或双酚A衍生的(甲)丙烯酸酯，其在室温 (20-25°C )下为晶体或蜡质的。
4.根据权利要求3所述的表面护板，其中，在表面保护层硬化前，用粘弹性测量设备在频率10Hz、形变0. 04%和升降温速率3°C/分钟下测量，在室温Q0-25°C)下，该表面保护层的弹性剪切损耗模量(G")小于它的弹性剪切储存模量(G')，和在30-100°C下，弹性剪切损耗模量(G")大于其弹性剪切储存模量(G')，而硬化后用粘弹性测量设备在频率 1Hz、形变0. 04%和升降温速率5°C/分钟下测量，在50°C下，该表面保护层的弹性张力储存模量(E')大于5X107Pa。
5.根据权利要求4的表面护板，其中所述表面保护层还包含自由基聚合引发剂。
6.根据权利要求3的表面护板，其中所述表面保护层含有至少一种在分子内具有两个或更多阳离子可聚合基团的阳离子可聚合化合物，该阳离子可聚合化合物选自(1)基于环氧基的低分子量化合物，其选自对苯二酚二缩水甘油醚或对苯二甲酸二环氧丙脂，其在室温O0-25°C )下为晶体或蜡质的；和(2)分子量1000或更大的苯酚型酚醛环氧树脂、甲酚型酚醛环氧树脂和双酚A环氧树脂，其在室温下为固体。
7.根据权利要求6的表面护板，其中所述表面保护层还包含阳离子聚合引发剂。
全文摘要
本发明涉及半导体表面护板和方法。具体地，本发明提供了一种半导体表面保护方法和表面护板，其采用了对于半导体晶片电路侧面上的不规则性具有足够适应性并且在研磨过程中作为支持物足够的刚性的材料，该材料不随着重复温度升高而变成流体。还提供了在半导体晶片背侧研磨步骤中用于保护电路侧面的表面护板，该表面护板具有聚合物薄膜材料，上面具有保护层，该保护层在加热后可以变成流体，并且在辐照或加热后硬化。
文档编号H01L21/68GK102172858SQ201110060980
公开日2011年9月7日 申请日期2004年10月15日 优先权日2003年11月12日
发明者野田一树 申请人:3M创新有限公司