用于在晶片级封装工艺中控制翘曲的方法和设备与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月26日提交的美国临时专利申请序列号62/751,200的权益，该专利以整体引用方式并入本文。

本原理的实施例整体涉及用于封装半导体器件的半导体工艺。

背景技术：

处理半导体晶片以在晶片表面上形成结构。在晶片的特定区域上的结构可以链接在一起以形成微电路。晶片可以具有在处理期间在晶片表面上构建的许多不同微电路。一旦已经完成晶片处理，就将晶片切开或切分以将微电路分离为半导体“芯片”。芯片通常含有复杂电路，该复杂电路需要与外部部件交互。芯片的内部电路过于微小，以致无法直接地连接到外部部件。为了克服外部连接问题，形成引出线，该引出线连接到芯片到焊盘或焊球的内部电路，从而允许外部连接。在半导体芯片的接下来的封装处理期间，在所谓的“再分布层”中形成引出线。

通过将芯片放置在表面上并在芯片上浇注模塑料以再次形成新的晶片或‘重构晶片’，可以将来自不同晶片的芯片组合在一起。模塑料硬化，使得可以一致地处理芯片以进行再分布层处理。常见技术是在处理期间将重构晶片结合到临时载体以提供刚性。然而，临时结合然后剥离是昂贵且耗时的，因此也可以采用无载体的技术。在晶片级封装工艺中，晶片可能变得翘曲。翘曲阻碍在晶片上形成精细间距rdl层的能力，从而大大地降低成品率。

因此，发明人提供了用于在晶片级封装工艺期间控制翘曲的改进的方法。

技术实现要素：

用于在晶片级封装工艺中控制翘曲以提高成品率(尤其对于精细间距rdl层)的方法。

在一些实施例中，一种在晶片级封装工艺中在衬底上进行精细间距图案化的方法包括：通过将所述衬底斜升到第一温度且保持为所述第一温度达第一持续时间和将所述衬底斜升到第二温度且保持为所述第二温度达第二持续时间来对所述衬底执行第一翘曲校正工艺，其中所述第一温度大于所述第二温度；在所述衬底上的聚合物层中形成通孔；固化所述聚合物层；通过使所述衬底斜升到第三温度且保持为所述第三温度达第三持续时间和将所述衬底斜升到第四温度且保持为所述第四温度达第四持续时间来对所述衬底执行第二翘曲校正工艺，其中所述第三温度大于所述第四温度；以及用具有10/10μm或更小的线/空间的精细间距图案化来在所述衬底上形成再分布层。

在一些实施例中，所述方法还可以包括：其中所述精细间距图案化具有5/5μm或更小的线/空间；其中所述精细间距图案化具有2/2μm或更小的线/空间；其中在所述第二翘曲校正工艺之后，所述衬底具有500μm或更小的翘曲；其中在所述第二翘曲校正工艺之后，所述衬底具有400μm或更小的翘曲；其中所述第一翘曲校正工艺的所述第一温度大于所述第二翘曲校正工艺的所述第三温度；其中所述第一翘曲校正工艺的所述第一温度近似等于所述第二翘曲校正工艺的所述第三温度；其中后续第一翘曲校正工艺的后续第一温度基于所述第一翘曲校正工艺的所述第一温度；其中所述第一温度为约在所述衬底上的所述聚合物层的玻璃转变温度；其中所述第一温度、所述第二温度、所述第三温度或所述第四温度是通过线性地斜升而获得的；其中当在所述第一翘曲校正工艺之前已经执行等离子体气相沉积(pvd)工艺时，所述第一温度低于所述聚合物层的玻璃转变温度；其中所述衬底是由多个管芯组成的重构晶片；和/或执行化学机械抛光(cmp)工艺以增强所述精细间距图案化。

在一些实施例中，一种在晶片级封装工艺中在衬底上进行精细间距图案化的方法包括：确定所述衬底的材料组成、厚度或先前处理；基于所述衬底的所述材料组成、所述厚度或所述先前处理而在第一时间段内将所述衬底加热到第一温度；将所述衬底维持为所述第一温度达第二时间段；以及基于所述衬底的所述材料组成、所述厚度或所述先前处理而在第二时间段内将所述衬底冷却到第二温度。

在一些实施例中，所述方法还可以包括其中所述第一温度为约150摄氏度至220摄氏度，其中当所述衬底的先前处理包括物理气相沉积(pvd)工艺时，减小所述第一温度，其中所述第一温度高于所述衬底的材料的玻璃转变温度，和/或其中所述第一温度为约175摄氏度。

在一些实施例中，一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质上存储有指令，在执行所述指令时致使在晶片级封装工艺中在衬底上进行精细间距图案化的方法被执行，所述方法包括：通过将所述衬底斜升到第一温度且保持为所述第一温度达第一持续时间和将所述衬底斜升到第二温度且保持为所述第二温度达第二持续时间来对所述衬底执行第一翘曲校正工艺，其中所述第一温度大于所述第二温度；在所述衬底上的聚合物层中形成通孔；固化所述聚合物层；通过使所述衬底斜升到第三温度且保持为所述第三温度达第三持续时间和将所述衬底斜升到第四温度且保持为所述第四温度达第四持续时间来对所述衬底执行第二翘曲校正工艺，其中所述第三温度大于所述第四温度；以及用具有10/10μm或更小的线/空间的精细间距图案化来在所述衬底上形成再分布层。

在一些实施例中，所述方法还可以包括其中所述第一翘曲校正工艺的所述第一温度大于所述第二翘曲校正工艺的所述第三温度，其中在所述第二翘曲校正工艺之后，所述衬底具有400μm或更小的翘曲，并且其中所述精细间距图案化具有2/2μm或更小的线/空间。

以下公开其他和进一步实施例。

附图说明

可以参考附图中描绘的本原理的示例性实施例来理解在以上简要地概述且以下更详细讨论的本原理的实施例。然而，附图仅示出了本原理的典型的实施例，并且因此不被认为是范围的限制，因为本原理可以允许其他等效实施例。

图1是根据本原理的一些实施例的在晶片级封装工艺期间结合翘曲控制的方法。

图2是根据本原理的一些实施例的在晶片级封装工艺期间调整翘曲校正的方法。

图3是根据本原理的一些实施例的执行翘曲减小的方法。

图4是根据本原理的一些实施例的用于控制衬底翘曲的衬底处理系统的剖视图。

为了便于理解，已经尽可能地使用相同的附图标记标示各图共有的相同元件。附图未按比例绘制，并且为了清楚起见，可以进行简化。一个实施例的要素和/或特征可以有利地并入其他实施例，而不进一步叙述。

具体实施方式

所公开的方法和设备允许在扇入和扇出晶片级封装工艺期间进行翘曲校正。翘曲校正可以在第一、第二和/或第n再分布层(rdl)形成之前执行。翘曲校正也可以在rdl制造期间的任何步骤插入。该方法可以在基于无载体的晶片级封装工艺中或用基于载体的晶片级封装工艺来完成。即使基于载体的晶片级封装工艺提供一定程度的刚性，但是随着越来越多的层堆叠，翘曲可能成为考虑因素。通过在晶片级封装工艺期间控制衬底翘曲，可以以晶片内成品率获得精细间距rdl图案化以实现高输入/输出(i/o)芯片间互连布线。本原理的技术既没有将附加材料引入晶片级封装工艺中，也没有引入需要附加结合/剥离、背磨和铜柱步骤的昂贵载体工艺。缺乏复杂的工艺工具和添加的材料使外包半导体组装和测试(osat)实体也可以执行这些方法。

翘曲校正可以有利地在扇出流或扇入流的任何部分处完成。在工艺流程中的任何点处插入翘曲校正的灵活性允许osat实体利用翘曲校正，无论该实体是具有工具组来执行完整流程还是仅部分流程。本原理的技术有利地允许小于10/10μml/s的精细间距图案化。在一些实施例中，对于5/5μml/s且甚至2/2l/s的rdl层，可以获得高成品率。在一些实施例中，对于5/5μml/s，能够实现约90％或更高的成品率。在一些实施例中，对于2/2μml/s，不仅是对于图案化而且还作为电功能rdl，都能够实现约50％或更高的成品率。在一些实施例中，翘曲校正提供小于约500μm的翘曲值。在一些实施例中，翘曲校正提供小于约400μm的翘曲值。大多数osat实体无法在无载体的工艺流程中实现对于2/2μml/s的有成本效益的成品率。基于载体的工艺需要osat实体不具备的昂贵工具。本原理的技术为osat实体提供了产生这种成本有效的方法来产生2/2μml/s的机会。

图1是根据一些实施例的在晶片级封装工艺期间结合翘曲控制的方法100。翘曲趋于在处理期间每当温度突然变化时发生。模制工艺和聚合物固化步骤是可能导致温度突然变化和衬底翘曲的示例。在框102中，获得衬底以进行处理。在一些实施例中，衬底可以包括由多个管芯组成的重构晶片，这些管芯已经被包覆成型为单个晶片。包覆成型过程中的固化产生热，该热可以导致重构晶片的翘曲。翘曲使得难以在晶片上进行精细图案化。在框104中，在衬底上执行如下所述的第一翘曲校正工艺。在重构晶片的情况下，第一翘曲校正过程产生更平坦的表面，该更平坦的表面对于精细间距图案化来说是更佳的。在框106中，在衬底上的聚合物层中构建通孔。在一些实施例中，可以使用平板印刷术工艺形成通孔。通孔典型地填充铜材料以允许衬底的各层之间的连接。在框108中，固化具有通孔的聚合物层。聚合物固化工艺可以达到220摄氏度的温度，从而导致在通孔形成之后的大翘曲值。在框110中，在衬底上执行第二翘曲校正工艺。第二翘曲校正工艺使衬底的表面变平滑，使得后续工艺可以实现精细间距图案化。在通孔形成工艺中使用的聚合物材料的高固化温度之后，第二翘曲校正工艺尤其重要。在框112中，在衬底上构建rdl层。如本文所述，在一些实施例中，可以在晶片级封装工艺中重复进行翘曲校正工艺，使得可以实现高成品率精细间距rdl。

在一些实施例中，翘曲校正可以与化学机械抛光(cmp)工艺结合使用。cmp工艺用于减小在管芯包覆成型之后的阶高。通过执行cmp工艺和翘曲校正，相比仅cmp处理或翘曲校正处理，精细间距图案化的成品率可以急剧地提高。

在一些工艺中，可以使用物理气相沉积工艺(pvd)。例如，在聚合物层中形成通孔之后，可以使用pvd工艺在聚合物层上沉积金属层以形成rdl层。发明人已经发现当在pvd工艺之后校正翘曲时应当格外小心。在翘曲校正工艺期间的加热可能导致在金属层下方的聚合物层脱气(pvd工艺)。脱气可能导致在金属层的表面下方的起泡，这使用于精细间距图案化的表面退化。在一些实施例中，翘曲校正可以一直执行到pvd工艺，但是在pvd工艺之后就不再执行。在一些实施例中，可以形成针对各种工艺和/或工艺中使用的各种材料的分布来控制翘曲校正温度、斜升和持续时间。这些分布允许优化晶片级封装工艺，以提高精细间距成品率并产生可重复的结果。

发明人已经发现，即使当翘曲校正不是主要目标时，翘曲校正工艺也具有可利用的其他益处。在一些实施例中，即使在低翘曲衬底上也可以使用翘曲校正以使晶片更柔软和松弛。

图2是根据一些实施例的在晶片级封装工艺期间调整翘曲校正的方法200。在框202中，从先前处理确定或获得衬底的材料组成。在一些实施例中，每个类型的材料的玻璃转变温度可以用来调整翘曲校正参数，诸如温度、持续时间和温度斜升时间。在框204中，从先前处理确定或获得衬底的厚度。在一些实施例中，每个类型的材料的厚度可以用来调整翘曲校正参数，诸如温度、持续时间和温度斜升时间。在框206中，从当前处理确定或得知先前衬底处理。在一些实施例中，可以使用先前衬底处理来确定热预算分配或确定是否应当使用较低翘曲校正温度(例如，当先前工艺包括pvd工艺时)。在框208中，基于衬底的材料组成、厚度和先前处理而调整翘曲校正工艺。

图3是根据一些实施例的执行翘曲减小的方法300。在框302中，将衬底加热到在约150摄氏度至约220摄氏度之间的第一温度。在一些实施例中，第一温度可以是基于衬底材料的玻璃转变温度。玻璃转变温度是聚合物从玻璃状材料转变为橡胶状材料的温度。材料的玻璃转变温度可以高于约160摄氏度至约170摄氏度。对于每种衬底材料，玻璃转变温度都将变化。在一些实施例中，将衬底加热到接近材料的玻璃转变温度或稍高于该温度。在一些实施例中，玻璃转变温度是基于用作衬底的材料和在工艺中使用的材料。相应地调整第一温度值。在一些实施例中，第一温度斜坡可以是线性的，并且获得第一温度的斜升时间可以基于被加热的材料和材料参数(例如，厚度等)而变化。在框304中，将衬底保持为第一温度达第一时间段。可以基于材料或衬底的类型和其他物理参数(诸如晶片的厚度)而调整第一温度的持续时间。在框306中，将衬底冷却到小于第一温度的第二温度。第二温度可以是基于材料或衬底的类型和其他物理参数(诸如晶片的厚度)。在一些实施例中，第二温度斜坡可以是线性的，并且获得第二温度的斜升时间可以基于被加热的材料和材料参数(例如，厚度等)而变化。在一些实施例中，可以通过衬底支撑件中的多个传热通道来冷却衬底以去除衬底翘曲(参见以下图4)。

在一些实施例中，翘曲校正的第一温度可以低于玻璃转变温度以减少在pvd工艺之后聚合物层的潜在脱气。在一些实施例中，第一翘曲校正工艺的第一温度可以高于后续翘曲校正工艺的第一温度。在一些实施例中，翘曲校正工艺的第一温度可以是基于翘曲校正工艺的先前第一温度的至少一个第一温度。在一些实施例中，第一温度斜坡的参数、第一温度、第二温度斜坡的参数和/或第二温度可以基于先前pvd工艺的发生而调整，以减少下面的聚合物材料的脱气。发明人已经发现，在处于或接近于玻璃转变温度的仔细地控制的温度转变可以减少或消除下面的聚合物层的脱气，同时提供足够的翘曲校正，从而提高在pvd工艺之后的成品率。

图4描绘了根据一些实施例的适于执行本原理的方法的衬底处理系统400的剖视图。如图4所示，衬底处理系统400包括封闭处理容积403的腔室402、用于支撑衬底406的支撑件404、升降杆组件407、真空源410、传热供应413、辐射热源(灯阵列412)、灯驱动器414、控制器416和灯驱动器ac电源418。用于腔室402的气体输送系统430也可以结合或替代灯阵列412使用。气体输送系统430可以包括加热元件440、加热元件ac电源432、气体温度控制器434和用于调节气体供应436的气体流量控制阀438。可以提供一个或多个温度传感器和相关联的硬件(未示出)并将其耦接到控制器以控制处理容积403内的温度。衬底406例如是半导体晶片。衬底406可以包括设置在该衬底406上的环氧树脂涂层。

升降杆组件407包括多个升降杆409，这些升降杆409延伸穿过形成在支撑件404中的对应的多个升降杆通道405。可以通过驱动机构408(诸如电机或致动器)升高和降低升降杆组件407以将衬底406升高以离开支撑件404的支撑表面417或将其降低到该支撑表面417上。腔室402还可以包括开口419，机械臂(未示出)延伸穿过开口以将衬底406插入到多个升降杆409上/将其从这些升降杆409移除。升降杆组件407能够在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置，衬底靠近灯阵列412，在第二位置，衬底406搁置在支撑表面417上。在一些实施例中，衬底406在第一位置被加热到第一预确定的温度，并且在第二位置被冷却到第二预确定的温度。

在一些实施例中，支撑件404是真空吸盘，真空源410耦接到真空吸盘以将衬底406吸紧到支撑表面417上。在一些实施例中，支撑件404可以另选地是静电吸盘。支撑件404包括流体地耦接到传热供应413的多个传热通道411。在一些实施例中，例如，传热供应413可以向传热通道411提供冷却剂以冷却放置在支撑件404的支撑表面417顶上的衬底406。

灯驱动器ac电源418将ac功率输送到灯驱动器414，该灯驱动器414的操作由控制器416控制。灯驱动器414将功率分配到灯阵列412。继而，灯阵列412产生热以热处理腔室402内的衬底406。在一些实施例中，灯阵列412包括一个或多个灯，每个灯可以由控制器416通过灯驱动器414单独地控制。如图4所示，示出三个灯(420、422、424)，但是可以使用更少数量或更多数量的灯。每个灯420、422、424可以由控制器416单独地控制以向对应加热区提供热。由于可以单独地控制灯，因此也可以控制加热区中的温度。

在一些实施例中，气体输送系统430可以从气体供应436提供惰性气体(诸如但不限于氮或氩等)以减少衬底406的氧化，尤其当施加热时减少金属晶片的氧化。气体流量控制阀438调节由气体供应436供应到处理容积403的气体量。在一些实施例中，气体输送系统430还可以包括加热元件440，以在气体进入处理容积403时加热气体。加热元件440的温度由气体温度控制器434控制。用于加热元件440的功率由加热元件ac电源432提供。在翘曲校正工艺期间，由气体输送系统430提供的气体提高衬底406的温度均匀性。

根据本原理的实施例可以以硬件、固件、软件或以上项的任何组合实现。实施例还可以被实现为使用一个或多个计算机可读介质存储的指令，该指令可以由一个或多个处理器读取和执行。计算机可读介质可以包括用于存储或传输以可由机器(例如，计算平台或在一个或多个计算平台上运行的“虚拟机”)读取的形式的信息的任何机构。例如，计算机可读介质可以包括任何合适的形式的易失性或非易失性存储器。在一些实施例中，计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质。

腔室402还可以包括系统控制器450。系统控制器450包括可编程中央处理单元(cpu)452，该可编程cpu能够与存储器454和耦接到处理系统的各个部件的大容量存储装置、输入控制单元和显示单元(未示出)(诸如电源、时钟、高速缓存、输入/输出(i/o)电路和衬里)一起操作，以便于对衬底处理的控制。为了便于对上述腔室402的控制，cpu452可以是可以在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器中的一种(诸如可编程逻辑控制器(plc))以用于控制各种腔室和子处理器。存储器454耦接到cpu452，并且存储器454是非暂时性的，并且可以是随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、软盘驱动器、硬盘或任何其他形式的数字存储装置(无论本地还是远程)中的一种或多种。支持电路456耦接到cpu452以支持处理器。用于带电荷的物质产生、加热和其他工艺的应用程序或程序一般存储在存储器454中，典型地作为软件例程。软件例程还可以由位于受cpu452控制的处理腔室402远程的第二cpu(未示出)存储和/或执行。

存储器454是含有指令的计算机可读存储介质的形式，该指令在由cpu452执行时便于腔室402的操作。存储器454中的指令是程序产品的形式，诸如实现本公开的方法的程序。程序代码可以遵照多种不同编程语言中的任一种。在一个示例中，本公开可以被实现为存储在用于与计算机系统一起使用的计算机可读存储介质上的程序产品。程序产品的一个或多个程序限定各方面的功能(包括本文所述的方法)。示例性计算机可读存储介质包括但不限于：不可写存储介质(例如，在计算机内的只读存储器装置，诸如可由cd-rom驱动器读取的cd-rom盘、闪存存储器、rom芯片或任何类型的固态非易失性半导体存储器)，信息持久性地存储在该不可写存储介质上；以及可写存储介质(例如，在磁盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘或任何类型的固态随机存取半导体存储器)，可更改的信息存储在该可写存储介质上。当实施指示本文所述的方法的功能的计算机可读指令时，此类计算机可读存储介质是本公开的各方面。

尽管前述内容针对的是本原理的实施例，但是在不脱离本原理的基本范围的情况下，可以设想本原理的其他和进一步实施例。