用于晶片级封装的切割方法和具有适于晶片级封装的切割结构的半导体芯片与流程

US 8652939B2公开了一种用于管芯组件的方法。形成从半导体衬底的有源表面延伸的沟槽，该半导体衬底包括具有从有源表面延伸的连接器端子的多个集成电路管芯。沟槽延伸至半导体衬底中，但不穿过半导体衬底。保护层形成在有源表面和沟槽的上面，并且覆盖连接器端子的下部，该保护层可以是聚酰亚胺或底部填充材料。在保护层中和沟槽内形成预切割的开口。在有源表面、保护层和连接器端子上施加背面研磨带，该背面研磨带随后被机械地去除或可以通过用紫外光源固化来释放。从背侧去除衬底材料，直到暴露出预切割的开口为止。

本发明的目的是公开一种改进的用于晶片级封装的切割方法。另一目的是公开一种具有适用于在晶片级封装之后进行切割的结构的半导体芯片。

用根据权利要求1所述的切割方法以及根据权利要求10所述的半导体芯片来实现该目的。实施方式从从属权利要求中得出。

用于晶片级封装的切割方法包括：提供具有集成电路区域的半导体衬底；在衬底中集成电路区域之间形成沟槽；在集成电路区域上方和沟槽上方施加聚酰亚胺层；在聚酰亚胺层上方施加带层，所述带层在集成电路区域和沟槽上延伸；以及从与带层相对的衬底侧去除半导体衬底的层部分，直到沟槽被打开(open)并且因此实现半导体衬底的切割为止。然后去除带层，并且因此在沟槽上方的部分中切断聚酰亚胺层。

在切割方法的变型中，聚酰亚胺层作为跨越沟槽的特别是来自载带的干膜来施加。

在切割方法的另一变型中，聚酰亚胺层在沟槽附近设置有断裂定界。

在切割方法的另一变型中，断裂定界由聚酰亚胺层中的间隙形成。

在切割方法的另一变型中，聚酰亚胺层是光敏的，并且使用光刻法来形成断裂定界。

切割方法的另一变型包括：提供具有未被聚酰亚胺层覆盖的接触焊垫的集成电路区域；以及在施加带层之前施加凸点接触，每个凸点接触与接触焊垫中的一个接触焊垫电连接。

切割方法的另一变型包括：在聚酰亚胺层上施加导电层，导电层的部分接触接触焊垫；在导电层上施加覆盖层，覆盖层未覆盖导电层的局部区域；在施加带层之前在导电层的未覆盖区域上施加凸点下金属化层和凸点接触；以及在覆盖层上施加带层。

在切割方法的另一变型中，通过旋涂液体聚酰亚胺层来施加覆盖层。

切割方法的另一变型包括：在沟槽已经被打开之后并且在带层被去除之前将切割箔施加至半导体衬底，切割箔是柔性的以使得聚酰亚胺层能够通过断裂而被切断。

半导体芯片包括：半导体衬底，其具有设置有接触焊垫的集成电路区域；聚酰亚胺层，其布置在集成电路区域上方而不覆盖接触焊垫；凸点接触，其与接触焊垫电连接；以及在聚酰亚胺层上的覆盖层，其横向限制聚酰亚胺层。特别地，覆盖层可以是另一聚酰亚胺层。

半导体芯片的实施方式还包括：在聚酰亚胺层上的导电层，导电层的一部分接触接触焊垫；以及被施加至导电层的凸点下金属化层和凸点接触。

在另一实施方式中，覆盖层不覆盖凸点接触。

特别地，覆盖层对聚酰亚胺层的横向限制被设置为用于晶片切割的断裂定界。

以下是结合附图的切割方法和半导体芯片的示例的详细描述。

图1是在IC处理和形成用于芯片切割的划片槽之后晶片的横截面。

图2是根据图1的在形成切割沟槽之后的横截面。

图3是根据图2的在施加聚酰亚胺层之后的横截面。

图4是根据图3的在构造聚酰亚胺层之后的横截面。

图5是根据图4的在施加导电层之后的横截面。

图6是根据图5的在构造导电层之后的横截面。

图7是根据图6的在施加覆盖层之后的横截面。

图8是根据图7的在构造覆盖层之后的横截面。

图9是根据图8的在施加凸点接触之后的横截面。

图10是根据图9的在施加研磨带层之后的横截面。

图11是根据图10的在研磨之后的横截面。

图12是根据图11的在去除研磨带层之后的横截面。

图1是在制造集成电路之后例如可以是硅晶片的半导体衬底1的横截面，所述集成电路例如可以是CMOS电路。被提供用于半导体芯片的集成电路区域可以各自包括：布线层2，其具有嵌入在金属间电介质中的结构化的和互连的金属层；以及形成在半导体衬底1中的如图1中以虚线轮廓示意性示出的集成电路部件20。例如可以通过标准CMOS工艺来制造集成电路区域2、20。集成电路区域2、20的细节与本发明无关，因此在图1中未示出集成电路区域2、20的细节。优选地，由一个或更多个介电层来钝化布线层2的表面。根据图1的实施方式包括例如可以是氮化物的第一钝化层3和例如可以是氧化物的第二钝化层4。用于集成电路部件20中的部分或全部的外部电连接的接触焊垫5可以布置在布线层2中或布线层2上。钝化层3、4不完全覆盖接触焊垫5。

图1所示的半导体衬底1要通过切割被分离成单个半导体芯片，这可以通过根据本发明的切割方法来执行。切割方法使得能够在将半导体衬底1切割成单独的半导体芯片之前，施加凸点接触以用于外部电连接。用于切割的划片槽6由在要切割半导体衬底1的芯片边界处的钝化层3、4和布线层2中的开口来限定。

图2是根据图1的在划片槽6下方半导体衬底1中形成沟槽7之后的切割方法的中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图2的与图1所示的元件对应的中间产品的元件。设置不切穿半导体衬底1的沟槽7以便于切割步骤。沟槽7的宽度w例如通常可以小至约15μm，并且沟槽7的深度d例如通常可以为约200μm。

图3是根据图2的在施加聚酰亚胺层8之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图3的与图2中所示的元件对应的另一中间产品的元件。聚酰亚胺层8作为整个层施加在集成电路区域2、20和由聚酰亚胺层8跨越的沟槽7上方的表面上，使得沟槽7形成封闭空隙。聚酰亚胺层8优选地作为可以由载带层压而成的干膜来施加。具体地，聚酰亚胺层8可以包括光敏材料。如果在施加聚酰亚胺层8之后，光敏材料还没有完全聚合，则可以使用光刻法来构造聚酰亚胺层8。这在用于露出接触焊垫5的后续方法步骤中可能是有用的。

图4是根据图3的在构造聚酰亚胺层8之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图4的与图3中所示的元件对应的另一中间产品的元件。聚酰亚胺层8被构造成露出接触焊垫5。如图4所示，在本文中将被称为断裂定界(breaking delimitation)9的细长的预定断裂点可以有利地通过聚酰亚胺层8中沿着沟槽7的边缘的间隙来形成。断裂定界9的目的及其对于切割方法的优点将从以下描述中变得清楚。

图5是根据图4的在施加导电层10之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图5的与图4中所示的元件对应的另一中间产品的元件。例如，可以通过溅射金属层来形成导电层10。导电层10接触接触焊垫5，并且因此提供接触焊垫5的电连接。

图6是根据图5的在构造导电层10之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图6的与图5中所示的元件对应的另一中间产品的元件。从包括沟槽7上方的区域的区域中去除导电层10，尤其是从聚酰亚胺层8的形成断裂定界9的间隙中去除导电层10。可以根据尤其是在导电层10被设置为再分布层时的个别要求，将导电层10构造成导电带(conductor track)等。

图7是根据图6的在施加覆盖层11之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图7的与图6中所示的元件对应的另一中间产品的元件。覆盖层11施加在聚酰亚胺层8和导电层10上。覆盖层11尤其可以是例如另一聚酰亚胺层，其可以作为液体聚酰亚胺层来施加，因为由聚酰亚胺层8和导电层10形成的表面足够光滑。

图8是根据图7的在构造覆盖层11之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图8的与图7中所示的元件对应的另一中间产品的元件。在导电层10的要布置凸点接触的接触区域上方对覆盖层11进行开口。此外，优选地，在沟槽7上方去除覆盖层11。

图9是根据图8的在施加凸点接触13之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图9的与图8中所示的元件对应的另一中间产物的元件。在根据图9的实施方式中，例如，外部电连接由凸点接触表示，结合所描述的方法，其可以是优选的。但是电连接的任何其它常规应用，如引线接合，也可以是适合的。如果要施加凸点接触，则优选地在导电层10的接触区域上形成凸点下金属化层12。凸点下金属化层12可以是从半导体技术已知的任何常规的凸点下金属化层，并且尤其可以通过例如无电解NiAu电镀来制造。然后，将可以由例如焊球形成的凸点接触13布置在凸点下金属化层12上。可以通过常规处理步骤来施加凸点接触13。

图10是根据图9的在施加带层14之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图10的与图9中所示的元件对应的另一中间产品的元件。可以通过例如层压来施加带层14。腔15可以保留在带层14与聚酰亚胺层8在覆盖层11的水平处的沟槽7上方的部分18之间。带层14形成研磨带以用于改进对在以下方法步骤期间获得的中间产品的处理：在所述方法步骤中，从背侧使半导体衬底1变薄。可以通过例如机械处理(如研磨)来使衬底1变薄，这可以通过化学制品来增强。

图11是根据图10的在研磨之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图11的与图10中所示的元件对应的另一中间产品的元件。图11示出了如何通过去除衬底1的层部分来使半导体衬底1变薄，直到沟槽7从背侧打开并且因此实现切割为止。切割箔16可以优选地施加至与带层14相对的衬底侧17，使得沟槽7再次闭合并且形成空隙。当通过去除带层14来释放半导体芯片时，切割箔16固定半导体芯片。当带层14已经被去除时，由切割箔16和聚酰亚胺层8的部分18形成半导体芯片之间仅剩的连接，所述部分18存在于沟槽7的上方并且特别地是在形成断裂定界9的间隙之间。切割箔16优选地足够柔性以使得聚酰亚胺层8能够通过在部分18处断裂而被切断。

图12是根据图11的在去除带层14之后的切割方法的另一中间产品的横截面。用相同的附图标记来表示根据图12的与图11中所示的元件对应的另一中间产品的元件。图12示出了在切割之后获得的产品，单个半导体芯片粘附至切割箔16。聚酰亚胺层8的剩余部分19可以留在断裂定界9处，其在聚酰亚胺层8被切断的位置处半导体芯片的布线层2和钝化层3、4上方保留光滑的横向边缘。随后，去除切割箔16将产生多个单独的半导体芯片。

图12还示出了尤其适合于该切割方法的应用的半导体芯片的结构。优选地不覆盖凸点接触13的覆盖层11以这样的方式布置在聚酰亚胺层8上，使得覆盖层11在半导体芯片的上边缘附近横向限制聚酰亚胺层8。因此，即使在晶片级封装之后通过在半导体芯片之间的部分18中切断聚酰亚胺层8来执行切割，也可以保留光滑的边缘。通过该结构实现的断裂定界9确保聚酰亚胺层8破裂的部分18被横向限制，并且不能到达集成电路区域2、20上或不利地影响电连接。

本发明使得晶片级芯片尺寸封装(WL-CSP)与沟槽先划片后减薄法(DBG)的组合能够获得光滑的芯片边缘。使用可被层压为覆盖沟槽的干膜的聚酰亚胺层消除了由表面形貌引起的问题，并且使得能够进行随后的旋涂处理和其它标准的处理步骤。通常，可以将划片槽的宽度从约80μm充分地减小为约15μm，可以使每个晶片的良好管芯的收益最大化，并且可以以其全厚度来处理晶片直到处理流程结束为止，从而降低晶片破损的风险。

附图标记列表

1 半导体衬底

2 布线层

3 第一钝化层

4 第二钝化层

5 接触焊垫

6 划片槽

7 沟槽

8 聚酰亚胺层

9 断裂定界

10 导电层

11 覆盖层

12 凸点下金属化层

13 凸点接触

14 带层

15 腔

16 切割箔

17 与带层相对的衬底侧

18 聚酰亚胺层的部分

19 聚酰亚胺层的剩余部分

20 集成电路部件

d 深度

w 宽度