專利名稱：一種敷施粘合劑于微電子芯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體集成電路芯片的方法，該芯片適于把芯片上面的引線裝配到引線框架上面，本發(fā)明還涉及用該方法制造的半導(dǎo)體芯片以及包含該芯片的密封的半導(dǎo)體組件。
用于微電子學(xué)方面的半導(dǎo)體集成電路芯片的制造先質(zhì)是直徑為大約2到8英寸的薄硅片。至少在此片的一個表面上詳細(xì)設(shè)計集成電路圖，被稱為有源區(qū)表面，然后把該片切成許多單個的半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體芯片對α粒子和環(huán)境污染雜質(zhì)是很靈敏的，因為，它們能引起存儲誤差或者腐蝕;因此，通常用聚合物的密封膠密封膠密封或者封裝芯片并形成所謂的復(fù)合半導(dǎo)體組件。
為了把密封的芯片連到外部電路或者電源，把芯片膠合和電連接到伸出密封殼的金屬導(dǎo)體引線上。由切割銅合金或者其它合適的合金框架產(chǎn)生的金屬導(dǎo)體引線提供許多金屬引線。利用象“芯片上的引線”或者“芯片上面的引線”(LOC)那樣的現(xiàn)有技術(shù)中公知的通用技術(shù)，把引線框架配置在集成電路芯片的有源表面的上面。采用雙面粘合劑的絕緣帶連接芯片，該絕緣帶一般由三層組成，第1粘合劑層用于與芯片相接觸，中間的聚合物膜用作α阻擋層，第2粘合劑層用作與導(dǎo)線相連接。在另一種結(jié)構(gòu)中，粘合劑可以是一單層膜。
為了進(jìn)行電連接，用細(xì)引線，由設(shè)置在芯片有源區(qū)表面上的焊點把芯片用細(xì)線連接到金屬導(dǎo)體上面。這種引線連接是指設(shè)置將芯片機(jī)械地連接到引線框架上面的粘合劑帶或者膜。粘合劑帶不能覆蓋焊點，但同時它必須盡可能地接近以便減少由焊點引到導(dǎo)體的引線連接的長度。減少連接的長度改善了密封芯片的電性能和可靠性。整個組合件的密封，通常被密封在環(huán)氧樹脂或者塑料密封膠中，是在把芯片連到引線框以后進(jìn)行的，于是，引線長度的縮短減少了斷裂引線的機(jī)會。采用粘合劑膜或者粘合劑帶，必須把它機(jī)械地設(shè)置在芯片的表面上面，結(jié)果，可能不利于半導(dǎo)體芯片的制造。
本發(fā)明通過淀積粘合劑把芯片連到直接通到硅片有源表面上的導(dǎo)線上，改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體芯片制造方法，然后，在把硅片切成小芯片之前，利用光刻技術(shù)腐蝕掉部分粘合劑以便露出焊點。所施加的粘合劑之厚度應(yīng)足以起α阻擋層的作用和足以把芯片連到導(dǎo)線上。該方法消除了在芯片上使用粘合劑帶的必要性。結(jié)果形成很少的交界面，并能更精確地在靠近半導(dǎo)體芯片上的焊點處設(shè)置導(dǎo)線，因為為了把引線連接到芯片上而機(jī)械地設(shè)置粘合劑帶不再是一個需要考慮的因素。
在另外一個實施例中，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路芯片，它具有一個淀積在其有源表面上的聚酰亞胺的粘合劑層，其厚度為0.1到5密耳，其特征在于，聚酰亞胺作為α的阻擋層和作為把芯片連到導(dǎo)線的粘合劑層。在又一個實施例中，本發(fā)明涉及一種密封的半導(dǎo)體芯片。
采用任何適用幾密耳厚的均勻涂層的合適技術(shù)，首先把連接芯片到引線框架的粘合劑施加到硅片的有源表面上。適用的技術(shù)包括旋涂、滾涂、噴涂，優(yōu)選的技術(shù)是旋涂，優(yōu)選的厚度為1密耳。
在這種方法中可以采用任何符合連接芯片到引線架的熱和粘合要求的并通過選擇性沉積或者選擇性除掉的方式使其形成圖案的粘合劑。適用的、在現(xiàn)有技術(shù)中熟知的粘合劑的例子包括環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、丙烯酸類樹脂、硅樹脂;然而，由于考慮到性能、成本和離子純度，優(yōu)選的粘合劑是聚酰亞胺。聚酰亞胺是以其前體形式的聚酰胺基酸而被施加的，經(jīng)過處理后者被轉(zhuǎn)變成聚酰亞胺。適合的聚酰胺基酸在形式上是芳族的二酐和芳族二胺的縮聚產(chǎn)物。為此用途的聚酰胺基酸的組合物和其制造方法被詳細(xì)地介紹在文獻(xiàn)，例如，作為此處引用的參考文獻(xiàn)的美國專利US.3，179，614和3，179，634號中。
把需要的聚酰胺基酸溶解在合適的有機(jī)溶劑中使固體含量在20-50%的范圍內(nèi)和工作粘度在100到30000厘泊的范圍內(nèi)。用于特定的微電子學(xué)方面的聚酰胺基酸和溶劑的具體選擇是由本領(lǐng)域的技術(shù)人員的經(jīng)驗確定的。無論選擇哪種聚酰胺基酸，其優(yōu)選的數(shù)均分子量為5，000到50，000，此值大大地低于現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的數(shù)均分子量，在保持工作粘度的前提下允許使用較高的固體含量。低分子量和高固態(tài)含量的聯(lián)合使用，使有可能淀積厚的、從0.1密耳到5.0密耳的聚酰胺基酸膜。就敷施和粘合而言，優(yōu)選的膜厚為0.5密耳到1.5密耳。這種厚度范圍既能提供充分的芯片與引線框架的粘合，又能保護(hù)芯片不受污染。
就很多應(yīng)用而言，在施加粘合劑之前，最好對片子施以粘合促進(jìn)劑。如果使用粘合促進(jìn)劑的話，要為所使用的粘合劑選擇促進(jìn)粘合的促進(jìn)劑用量。這些材料和用量是現(xiàn)有技術(shù)中所公知的。用于聚酰胺基酸的適合的粘合促進(jìn)劑是氨基硅烷。
然后將淀積有粘合劑的片子進(jìn)行干燥以去掉溶劑和提供非粘性表面。干燥時間和溫度取決于粘合劑層的厚度、溶劑和所使用配方的成分。通常的干燥過程要求有一個短時間的低溫的初始干燥階段，例如，在大約50℃下進(jìn)行10～15分鐘的初始干燥，然后在大約90℃下干燥30分鐘或更長的時間。對于大于1密耳厚度的厚膜情況，需要90℃或更高的溫度下干燥45到60分鐘。烘箱干燥優(yōu)于熱板干燥，不過，也在某些情況下熱板干燥是可以使用的。
將粘合劑涂施在片子的整個表面上，然后必須除掉部分的粘合劑，以便露出用于把引線連到金屬導(dǎo)體上的焊點。標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)是除掉粘合劑的可取方法，雖然，按現(xiàn)有技術(shù)中的習(xí)慣，當(dāng)粘合劑層是厚層的時候，不愿采用光刻技術(shù)。提出避免使用光刻技術(shù)的理由是基于這樣的事實，粘合劑層愈厚，就愈難于達(dá)到受控地去除粘合劑。然而，可以認(rèn)為，盡管厚膜不能形成象薄膜那樣的精細(xì)圖案，但是，就本申請而言，并不局限于使用精細(xì)圖案。
光刻技術(shù)是本領(lǐng)域所公知的并且可被簡單地描述如下。用旋涂法或其它方法，把光刻膠料涂覆到已淀積粘合劑的表面。用帶有與芯片有源表面上焊點位置相一致的或正或負(fù)的圖案的光刻板，通過把光刻板和焊點區(qū)空間對準(zhǔn)而使表面被掩蔽。對于選定的光刻膠，在適當(dāng)波長的光照下，通常為在紫外光的輻照下，將片子曝光、然后在對特定光刻膠適合的顯影液中進(jìn)行處理使光刻膠被顯影。如果使用正性光刻膠料，經(jīng)過紫外光輻照后曝光的光刻膠在顯影液中比未曝光的光刻膠更容易溶解。優(yōu)選正性光刻膠，因為它可以如此選擇顯影液以致于位于底層的粘合劑層也能在顯影液中溶解，于是光刻膠和粘合劑層可以在同一步驟中被除掉以便露出焊點。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解那樣，如果使用負(fù)性光刻膠，曝光材料變成比未曝光材料更難溶解。把掩模板設(shè)計成具有芯片電路的或正或負(fù)的圖案以與正性或負(fù)性光刻膠相疊合。
利用任何公知的合適的光刻膠剝離技術(shù)，除掉剩下的未曝光的光刻膠。在使光刻膠和聚酰胺基酸形成圖案后，并在除掉剩余的光刻膠后，通過熱處理剩下的聚酰胺基酸，就產(chǎn)生所需的聚酰亞胺。該處理步驟是在充分脫水的條件下進(jìn)行的，并將聚酰胺基酸鍵轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的閉環(huán)的酰亞胺形式，通常在200°到400℃處理0.20到16小時。
在淀積粘合劑和形成圖案后，把片子切成小芯片。在加熱(200到350℃)和加壓(50到1000psi)的條件下把涂膠的小芯片粘接到導(dǎo)電引線框架上，然后，用連線使其進(jìn)行電連接。在模塑料中，例如，通過往塑密封該組件。在本領(lǐng)域中公知的合適模塑料是，例如，環(huán)氧樹脂模塑料。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的經(jīng)驗，選擇密封的模塑料和密封條件。
實施例聚酰胺基酸的制備BTDA/APB用178.4g 1，3-雙(3-氨基苯氧基)苯在600mlN-甲基吡咯烷酮中在45℃下與3，3′，4，4′-二苯(甲)酮四羧基二酐(198.2g)縮聚6小時。把該產(chǎn)物在無塵環(huán)境通過標(biāo)準(zhǔn)0.5μ聚四氟乙烯過濾器膜進(jìn)行過濾，給出25，000厘泊的溶液。
SDA/APB用148.8g 1，3-(3-氨基苯氧基)苯和2.2g 4-羥基苯胺在N-甲基喲咯烷酮中在45℃與雙-[1，3-異苯并呋喃二酮)-5，5-硫代雙(4，1-亞苯基氧)(261.0g)進(jìn)行縮聚6小時。在通過0.5μ過濾器過濾后，產(chǎn)物被分離成22，000厘泊溶液。
低粘度的BTDA/APB用18ml預(yù)先過濾的環(huán)戊酮稀釋BTDA/APB聚酰胺基酸溶液(100ml)，得到13，000厘泊溶液。
實施例1把BTDA/APB聚酰胺基酸涂覆在直徑為6英寸，厚度為11密耳的硅片表面上，該硅包含有源的4兆位PRAM(動態(tài)隨機(jī)存取存儲器)電路圖案。利用標(biāo)準(zhǔn)的旋涂技術(shù)，淀積大約70μ的濕膜。把片子在強(qiáng)制空氣的爐中在90℃烘干30分鐘，得到半干的61μ厚的膜。利用旋涂法，涂覆Hoechst-Celanese Az-4620正性光刻膠，然后在熱板上面在90℃干燥1-1/2分鐘。使平行的高壓汞燈光源通過標(biāo)準(zhǔn)玻璃光掩模板利用制造者掌握的條件(25毫瓦/cm2，45秒)，使最后獲得的6μ厚光刻膠膜進(jìn)行曝光。設(shè)計和對準(zhǔn)掩模以便照射位于有源電路圖焊點上面的4密耳到80密耳的各種方形和矩形區(qū)。
把已曝光的片子放在25℃的Hoechst-Celanese Az327MIF的顯影液中并慢慢地攪動30秒鐘。取出片子并且立刻用去離子水漂洗15秒鐘。重復(fù)顯影/漂洗循環(huán)5次。最后一次的水漂洗延長到30秒鐘。先把片子在加壓的氮氣流中在室溫下吹干，然后放在強(qiáng)制空氣的爐中在120℃下放置2小時。從爐中取出片子后，在上述的紫外線下照射45秒鐘，使整張片子曝光。通過把片子放在用水稀釋的Hoechst-Celanese Az 400K顯影液中，除掉剩余的全部光刻膠。把顯影液慢慢攪動1分鐘，然后取出片子并用去離子水漂洗30秒鐘。用加壓的氮氣流去掉剩下的水，并按下述條件在強(qiáng)制空氣的爐中處理遺留的帶圖案膜室溫→以5℃/分鐘的速率升溫到100℃，保持30分鐘，100℃→180℃，以5℃/分鐘的速率升溫，保持30分鐘，
180℃→300℃，以5℃/分鐘的速率升溫，保持120分鐘，300℃→350℃，以5℃/分鐘的速率升溫，保持15分鐘，350℃→室溫，以-7℃/分鐘的速率降溫。
把涂粘合劑的片子切成220密耳×420密耳的小片，該小片具有已形成圖案的40μ厚的粘合劑涂層。
通過在保持290℃的熱板上簡便地加熱芯片和引線框架而把最后獲得的小芯片粘附到合金42“LOC型”引線框架上。把預(yù)熱的芯片以粘合劑面朝下的方式放置在引線框架上面，并對其施加3公斤的壓力持續(xù)4秒鐘。從熱板上取下整個的組件，然后冷卻到室溫。
在此時進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)小芯片剪切粘合強(qiáng)度試驗(80密耳×80密耳的樣品)顯示，剪斷力加到小芯片斷裂時(10-15Kg)，但是粘合劑層沒有被破壞。
首先利用標(biāo)準(zhǔn)引線連接技術(shù)把引線框架的指狀條連接到小芯片焊點上，然后將使整個組合件密封在環(huán)密封在環(huán)氧樹脂基的模塑料中，由此由組件制成標(biāo)準(zhǔn)的塑料封裝。
實施例2使用低粘度的BTDA/APB聚酰胺基酸溶液，仿照進(jìn)行實施例1的工藝過程。調(diào)整旋涂的條件以便在初步干燥后產(chǎn)生14μ厚的膜。在此實施例中，僅進(jìn)行二次顯影/漂洗循環(huán)，在處理后，最終的膜厚是10μ。在330℃和0.5Kg壓力條件下進(jìn)行小芯片連接。進(jìn)行小芯片剪切試驗(80密耳×80密耳的樣品)，在加到10-15Kg壓力時，小芯片斷裂。
實施例3在6英寸的半成品的沒有形成電路的片子上，使用SDA/APB聚酰胺基酸依照進(jìn)行實施例1的工藝過程。不進(jìn)行引線連接和密封工藝步驟。在最后處理后，經(jīng)初步干燥的膜厚是47μ和35μ。在3Kg壓力和220到340℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行小芯片的連接。表1顯示最終獲得的小芯片的斷裂強(qiáng)度(80密耳×80密的樣品)表1連接溫度小芯片斷裂強(qiáng)度(℃) (Kg)2200.02300.12400.12500.52601.82702.42805.02906.23007.832010(小芯片斷裂)34011(小芯片斷裂)
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體集成電路芯片的方法，該半導(dǎo)體集成電路芯片適于裝配到芯片上引線的引線框架上，包括下列步驟(a)將數(shù)均分子量為5000到50000，厚度為0.1密耳到5密耳的均勻粘合劑涂層涂敷到硅片表面上，該硅片表面已畫出微電子電路的細(xì)部圖；(b)除掉選定部分的粘合劑，以便露出片子表面上的焊點；(c)切割片子以便形成個別的半導(dǎo)體集成電路芯片；(d)將芯片電連接和粘連到引線框架上；(e)在聚合物密封膠中密封芯片和引線框架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中粘合劑是旋涂到硅片上的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，用聚酰胺基酸作為粘合劑，然后經(jīng)過處理轉(zhuǎn)變成聚酰亞胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，通過光刻技術(shù)，除掉粘合劑的選定部分。
5.一種半導(dǎo)體集成電路芯片，由下述各步驟組成的方法進(jìn)行制造(a)將數(shù)均分子量為5000到50000和厚度為0.1-5密耳的均勻粘合劑涂層涂敷到硅片的表面，該硅片表面已畫出微電子電路的細(xì)部圖;(b)除掉選定的部分的粘合劑，以便露出片子表面上的焊點;(c)切割片子以便形成個別的半導(dǎo)體集成電路芯片。
6.一種密封的半導(dǎo)體組件，由包括下述步驟的方法制造(a)將數(shù)均分子量為5000到50000和厚度為0.1-5密耳的均勻粘合劑涂層涂敷到硅片的表面，該硅片表面已畫出微電子電路的細(xì)部圖;(b)除掉選定部分的粘合劑，以便露出片子表面上的焊點;(c)切割片子以便形成個別的半導(dǎo)體集成電路芯片;(d)將芯片電連接和粘連到引線框架上;(e)在聚合物密封膠中密封芯片和引線框架。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造適于裝配到芯片引線框架上的半導(dǎo)體集成電路芯片的方法，包括下列步驟(a)將數(shù)均分子量為5000到50000和厚度為0.1到5密耳的均勻粘合劑涂層涂敷到硅片表面，該硅片表面已畫出微電子電路的細(xì)部圖；(b)除掉選定部分的粘合劑，以便露出硅片表面上的焊點；(c)切割硅片以便形成各個半導(dǎo)體集成電路芯片；(d)將芯片電連接和粘連到引線框架上；(e)在聚合物密封膠中密封芯片和引線框架。
文檔編號H01L21/60GK1108810SQ9411646
公開日1995年9月20日 申請日期1994年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月28日
發(fā)明者J·趙 申請人:國家淀粉及化學(xué)投資控股公司