專利名稱：用于從基片去除多余模制材料的等離子處理方法
技術領域：
本發明通常涉及等離子處理，更加具體地，涉及用于從基片去除多余模制材料的薄層的等離子處理方法。
背景技術：
通常通過等離子處理來修改涉及集成電路、電子儀器組件和印刷電路板的應用中使用的基片的表面性質。具體地，在例如電子封裝中使用等離子處理，以增加表面激活和/或表面清潔度，用于消除分層和連接故障、改善導線連接強度、確保電路板上芯片的無空隙底層填料、去除氧化物、增強芯片連接以及改善芯片封裝的粘附。典型地，在等離子處理系統中放置一個或多個基片，并且每個基片的至少一個表面暴露于等離子體。通過物理濺射、化學輔助濺射、由活性等離子粒子促發的化學反應以及這些機制的聯合，可以從表面去除最外原子層。物理或化學作用還可以用于修整表面，以改善諸如粘附之類的性質或從基片表面清除不希望有的污染物。
在半導體制造期間，半導體芯片通常由導線連接器電連接到諸如引線框(lead frame)之類的金屬載體上的引線。引線框通常包括若干焊盤，每個所述焊盤具有暴露的引線，其用于將單個半導體芯片電連接到電路板。一個半導體芯片連接到每個焊盤，并且將芯片的外部電觸點和引線的附近部分導線連接。
每個半導體芯片及其導線連接器被封裝在由模制聚合體組成的包裝里面，所述模制聚合體被設計用來保護半導體芯片和導線連接器免于處理、存儲和制造處理期間遇到的不利環境，以及散發在運行期間從半導體芯片生成的熱量。用于制造這樣的包裝的普通模制材料是用二氧化硅或硅微粒填充的環氧樹脂。
在模制處理期間，在兩個半鑄模之間安置引線框和多個連接的半導體芯片。一個半鑄模包括大量的凹陷，每個所述凹陷接收半導體芯片中的一個，并且規定包裝形狀。半鑄模被壓在一起，以密封凹陷的入口。被注入到鑄模中的模制材料充滿凹陷里面的空隙，用于封裝半導體芯片和導線連接器。然而，模制材料能夠滲出到半鑄模之間的凹陷的外面，并且在暴露的引線上形成薄層或溢料。該薄溢料具有通常小于大約10微米的厚度。溢料是有害的，因為它可能影響和封裝的半導體芯片建立高質量電連接的能力。
通過用帶子覆蓋引線框的背面，可以在模制處理期間防止溢料。然而，粘合劑可以從帶子被轉移到引線框背面，并且在去除帶子之后作為殘留物保持。另外，適合于這種應用的帶子相對昂貴，這增加了制造成本。在模制之后，通過機械和化學技術，或者使用激光，可以去除溢料。這些去除方法同樣具有限制它們使用的不足之處。例如，引線框容易受到來自諸如化學機械研磨之類的機械溢料去除技術的破壞。化學處理方法可能效率低，除非使用高腐蝕性化學品，這潛在地引發了工人安全性和用過的腐蝕性化學品的廢物處理的問題。激光去除昂貴，并且在引線框背面留下了殘留的炭渣。
這樣一來，就存在對等離子處理方法的需要，所述等離子處理方法能夠經濟高效地從基片去除多余的模制材料。
發明內容
本發明針對和傳統的溢料去除處理方法相關的這些以及其他問題。為此，用于從基片上的區域去除兩種成分的模制材料的數量的方法，包括將基片暴露于第一等離子體，所述第一等離子體對于以比去除模制材料的第二成分更高的蝕刻速率從區域去除模制材料的第一成分是有效的。該方法進一步包括將基片暴露于第二等離子體，所述第二等離子體對于以比去除模制材料的第一成分更高的蝕刻速率從區域去除模制材料的第二成分是有效的。
在本發明的另一個實施例中，用于從基片上的區域去除兩種成分的模制材料的數量的方法，包括生成從第一氣體混合物形成的第一等離子體，所述第一氣體混合物包括比含氧氣體種類體積濃度低的含氟氣體種類，并且將基片暴露于第一等離子體，以便以比去除模制材料的第二成分更高的蝕刻速率從區域去除模制材料的第一成分。該方法進一步包括生成從第二氣體混合物形成的第二等離子體，所述第二氣體混合物包括比含氧氣體種類體積濃度高的含氟氣體種類，然后將基片暴露于第二等離子體，以便以比去除模制材料的第一成分更高的蝕刻速率從區域去除模制材料的第二成分。
從附圖及其說明中，本發明的這些及其他目的和優點將變得更加明顯。
被并入并且組成本說明書一部分的附圖顯示了本發明的實施例，并且和上面給出的本發明的一般描述，以及下面給出的詳細描述一起，足以解釋本發明的原理。
附圖是根據本發明的原理的用于等離子處理基片的等離子處理系統的簡圖。
具體實施例方式
參考附圖，等離子處理系統10包括處理室12，其由圍起處理空間14的壁組成。在等離子處理期間，處理室12被密封得流體不能從周圍環境透過。處理室12包括入口(未顯示)，其被配置用于向并且從處理空間14轉移基片20。用于抽排處理室12的處理空間14的真空泵16可以包含一個或多個具有可控制泵速的真空泵，如真空技術領域中的普通技術人員所認識的那樣。處理氣體通過處理室12中規定的進氣口從處理氣體源18以預定的流速進入到處理空間14。處理氣體從處理氣體源18到處理空間14的流量典型地由質量流量控制器(未顯示)測量。調整從處理氣體源18來的氣體流速和真空泵16的泵速，以提供適合于等離子體生成的處理壓力與環境。在從處理氣體源18引入處理氣體的同時，連續地抽排處理空間14，以便在等離子體存在時，在處理空間14之內連續地交換新鮮氣體。
電源22電連接并輸送電能給處理室12里面的電極基座24，其支撐示范性處理系統10中的基片20。從電源22輸送的電能，對于從處理空間14之內限制的處理氣體形成接近基片20的等離子體26是有效的，并且還控制了直流(DC)自偏壓。盡管未如此限制本發明，但是電源22可以是射頻(RF)電源，其在大約40kHz和大約13.56MHz之間、優選地為大約13.56MHz的頻率下，盡管可以使用其他的頻率，以及例如40kHz下的大約4000瓦和大約8000瓦之間、或者13.56MHz下的大約300瓦到2500瓦的功率水平下運行。然而，本領域技術人員將意識到，不同的處理室設計可以允許不同的偏壓功率。控制器(未顯示)連接到等離子處理系統10的不同部件，以利于蝕刻處理的控制。
等離子處理系統10可以采取本領域技術人員理解的不同構造，并且因此不限于在此描述的示范性構造。例如，等離子體26可以遠離處理室12生成，并且被遞送到處理空間14用于等離子處理基片20。等離子處理系統10被進一步理解為包括運行系統10所必須的附圖中未顯示的部件，諸如在處理空間14和真空泵16之間布置的閘閥之類。
在適合于等離子處理的位置處的處理室12的處理空間14中安置基片20。本發明設計將多個基片20可以安置在處理室12里面，并且通過單個處理過程用處理空間14中提供的等離子體26同時處理。
基片20的等離子處理經濟高效地去除了基片20的區域上布置的模制材料(亦即溢料)的薄層。溢料覆蓋的區域可能由以前制造階段期間的模制處理產生。例如，這些外來模制材料的區域可能存在于封裝在模制聚合物包裝里面的半導體芯片的電觸點上。普通的模制材料是由例如聚合物或環氧樹脂的有機基質和分散在基質中用于修改有機基質的性質的例如二氧化硅微粒的無機填料組成的復合物。
基于以下前提組成模制材料的有機基質和無機填料的蝕刻選擇性和蝕刻速率在相同的等離子條件下是不同的，基片20的等離子處理是兩個階段的處理。兩個截然不同的處理階段的使用加速了溢料去除，因為選擇性地對于無機填料，第一階段適合于有效地去除有機基質，并且選擇性地對于有機基質，第二階段適合于有效地去除無機填料。用于提供這兩個處理階段的一種方法是改變形成等離子體的氣體混合物的組成。
在處理的第一階段中，處理空間14中的基片20暴露于從富氧氣體混合物形成的等離子體26，所述富氧氣體混合物包括含氟氣體種類(例如四氟化碳、三氟化氮或六氟化硫)和例如氧(O2)的含氧氣體種類。盡管不希望束縛于理論，但是可以認為，對于去除模制材料的薄層覆蓋的基片20上的區域中的有機基質，來自等離子體26的氧的活性種類(例如原子團和離子)是相對有效的。類似地，可以認為，源自等離子體26的氟的活性種類對于去除模制材料的無機填料是相對有效的。通過從富氧氣體混合物形成等離子體26，對于有機基質的蝕刻速率大于對于無機填料的蝕刻速率。換言之，選擇性地對于無機填料，去除了有機基質。
如上所述，第一處理階段的氣體混合物中的含氧氣體種類的體積濃度大于含氟氣體種類的體積濃度。結果，用于第一處理階段的氣體混合物包括大于50體積百分比(vol％)的濃度的含氧氣體種類。含氟氣體種類典型地包含余下的氣體混合物，盡管可以向氣體混合物有意地添加例如惰性氣體的其他氣體種類，只要含氧氣體種類具有大于含氟種類的濃度。當然，剩余的大氣氣體和從室的部件放出的氣體成分同樣對處理室12里面的部分真空貢獻了部分壓力。最適合于在第一處理階段中使用的氣體混合物包括大約70vol％到大約90vol％的含氧氣體種類。發現特別適合于處理的這個初始處理階段的氣體混合物是80vol％的含氧氣體種類和20vol％的含氟氣體種類。
第一階段的等離子體26中存在的氧的活性種類有效地去除了模制材料的薄層覆蓋的基片20上的區域中的有機基質。盡管氟的活性種類去除這些溢料覆蓋區域中的無機填料，但是由于對于模制材料的這種成分的相對低的蝕刻速率，所以第一階段的方法對于去除無機填料是相對效率低的。結果，在從填料之間的間隔基本或部分去除有機基質之后，剩余的無機填料跨越以前由溢料覆蓋的基片20的區域保持。本發明作如下設計因為第二階段同樣去除有機基質，盡管是以顯著較低的蝕刻速率，所以有機基質不必在處理的第一階段期間完全去除，并且可以由第二處理方法階段部分去除。當然，必要時對于溢料去除可以重復這兩個處理階段。
在處理的第二階段中，處理空間14中的基片20暴露于從富氟氣體混合物生成的等離子體26，所述富氟氣體混合物包括含氟氣體種類(例如四氟化碳、三氟化氮或六氟化硫)和例如氧(O2)的含氧氣體種類。和第一處理階段相比，從這種氣體混合物形成的等離子體26，相對于對于有機基質的蝕刻速率，具有提高的對于無機填料的蝕刻速率。典型地，完成氣體混合物的變化而不打破真空，并且優選地不除去處理室12里面的等離子體26。這種第二氣體混合物可以包括和第一階段相同的兩種氣體種類，但是以不同的相對比例混和。
通常，氣體混合物中的含氧氣體種類的體積濃度小于含氟氣體種類的體積濃度。典型地，用于第二階段的氣體混合物包括小于50vol％的含氧氣體種類，并且余下的混合物包括含氟氣體種類。然而，可以向氣體混合物有意地添加例如惰性氣體的其他氣體種類，只要含氧氣體種類具有比含氟種類小的濃度。最適合于在第二處理階段中使用的氣體混合物包含大約70vol％到大約90vol％的含氟氣體種類。發現特別適合于處理的這個階段的氣體混合物是20vol％的含氧氣體種類和80vol％的含氟氣體種類。
和從第一處理階段的富氧氣體混合物生成的等離子體26相比，從在后的處理階段的富氟氣體混合物生成的等離子體26中的活性種類更加有效地去除剩余的無機填料。結果，和僅僅使用只對模制材料的一種成分具有較高蝕刻速率的單一氣體混合物的一個階段的處理相比，減少了從基片20上的受影響區域去除溢料所需的總的處理時間。這種由本發明的兩個階段處理貢獻的處理時間的總的減少顯著增加了系統吞吐量。
可以在等離子處理期間覆蓋易受等離子體破壞影響的基片20的部分，以防止或顯著減少等離子照射。每個階段的照射時間除了其他變量以外將取決于等離子功率、處理室12的性質以及諸如厚度之類的溢料的特性。蝕刻速率和處理均勻性將視等離子參數而定，包括但不限于輸入功率、系統壓力和處理時間。
本發明克服了傳統去除技術的各種不足，因為去除了模制材料的薄區域而不訴諸于濕化學蝕刻技術、機械技術或激光的使用。本發明的處理方法尤其適用于去除覆蓋引線框的電觸點的模制材料或溢料的不必要薄層。這些薄層產生于將引線框攜帶的芯片封裝到模制材料組成的各個包裝里面的模制過程。
使用并參考附圖，在適合于等離子處理的位置處的處理室12里面的處理空間14中安置基片20。然后處理空間14由真空泵16抽排。在兩個處理階段期間，從處理氣體源18引入處理氣體流，以將處理室12中的部分真空提高到合適的工作壓力，典型地在大約150mTorr到大約2500mTorr的范圍之間，并且優選地在大約800mTorr到2500mTorr的范圍之間，用于提供增強的蝕刻速率，同時用真空泵16主動抽排處理空間14。電源22被通電，以向電極基座24供應電能，所述電極基座24在接近基片20的處理空間14中生成等離子體26，并且向電極基座24提供直流自偏壓。
基片20暴露于兩階段處理中的等離子體達各自階段的照射時間，其足以從基片20上的區域去除溢料形式的多余模制材料。具體地，基片20暴露于從含氧氣體種類和含氟氣體種類的富氧氣體混合物生成的第一等離子體達一段時間，其足以基本去除溢料的有機基質。在這個第一階段期間，對于有機基質的蝕刻速率大于對于無機填料的蝕刻速率。然后，基片20暴露于從含氧氣體種類和含氟氣體種類的富氟氣體混合物生成的第二等離子體達一段時間，其足以基本去除溢料的無機填料。在這個第二階段期間，對于無機填料的蝕刻速率大于對于有機基質的蝕刻速率。
基片20可以暴露于第一和第二等離子體26，而不從處理室12移去基片20(亦即，當改變處理氣體混合物時不除去等離子體)。優選地，基片20在處理的兩個階段期間保持在相同的處理位置。必要時可以重復這兩個處理階段以完成溢料去除，這可以視溢料厚度而定。在完成處理的第二階段之后取消等離子體26。然而，在切斷電能之前或之后可以有和溢料去除無關的另外的等離子處理步驟。
在下面的例子中將說明本發明的進一步的細節和實施例。
例子用根據本發明的兩階段等離子處理方法處理引線框，其攜帶若干模制包裝，并且具有在引線框的電引線上可見的溢料。用于制造包裝的模制材料是填充二氧化硅的環氧樹脂。第一處理階段使用根據進入等離子室的流速測量的CF4(80sccm)和O2(320sccm)的氣體混合物來形成400mTorr的室壓力下的等離子體。引線框暴露于等離子體達大約5分鐘。等離子功率在13.56MHz的運行頻率下大約為500瓦。通過觀察引線框，可以看到第一階段有效地去除了薄區域中的環氧樹脂。
在去除環氧樹脂之后，二氧化硅填料作為殘留物保持在引線框上的后面。隨著引線框仍然處于處理室的里面并且沒有除去等離子體或打破真空，氣體混合物被轉變以符合處理的第二階段。然后第二階段使用CF4(240sccm)和O2(60sccm)的氣體混合物，這再次導致400mTorr的室壓力。引線框暴露于這種等離子體達大約5分鐘。等離子功率在13.56MHz的運行頻率下大約為500瓦。在處理的這個階段之后，二氧化硅填料被去除，并且可以看到引線框基本沒有了溢料。
盡管已通過不同實施例的說明顯示了本發明，并且盡管已相當詳細地說明了這些實施例，但是，將附加的權利要求的范圍限制或以任何方式限制到這樣的細節不是本申請人的意圖。另外的優點和修改將容易地顯現給本領域技術人員。較寬方面的本發明因此并不限于具體的細節、代表性的設備和方法以及顯示和說明的示范性例子。因此，可以從這樣的細節離開而不背離申請人的一般發明概念的精神或范圍。本發明的范圍本身應當僅由附加的權利要求限定。
權利要求
1.一種用于從基片上的區域去除兩種成分的模制材料量的方法，包括將所述基片暴露于第一等離子體，所述第一等離子體對于以比去除所述模制材料的第二成分更高的蝕刻速率從所述區域去除所述模制材料的第一成分是有效的；以及將所述基片暴露于第二等離子體，所述第二等離子體對于以比去除所述模制材料的第一成分更高的蝕刻速率從所述區域去除所述模制材料的第二成分是有效的。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，將所述基片暴露于所述第一等離子體包括從第一氣體混合物形成所述第一等離子體，所述第一氣體混合物對于向所述模制材料的所述第一成分提供所述更高的蝕刻速率是有效的。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，將所述基片暴露于所述第二等離子體包括從第二氣體混合物形成所述第二等離子體，所述第二氣體混合物不同于所述第一氣體混合物，并且所述第二氣體混合物對于向所述模制材料的所述第二成分提供所述更高的蝕刻速率是有效的。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述第一氣體混合物和所述第二氣體混合物每種都包括含氟氣體種類和含氧氣體種類。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述第一氣體混合物包括小于50體積百分比的所述含氟氣體種類。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述第二氣體混合物包括大于50體積百分比的所述含氟氣體種類。
7.根據權利要求4所述的方法，其中，所述第二氣體混合物包括大于50體積百分比的所述含氟氣體種類。
8.根據權利要求4所述的方法，其中，從由四氟化碳、三氟化氮和六氟化硫組成的組中選擇所述含氟氣體種類。
9.根據權利要求4所述的方法，其中，所述含氧氣體種類是分子氧。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一成分包括有機基質，并且所述第二成分包括分散在所述有機基質中的無機填料。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述有機基質是環氧樹脂，并且所述無機填料包含分散在所述環氧樹脂中的二氧化硅微粒。
12.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在將所述基片暴露于所述處理室中的所述第一和第二等離子體時，將所述基片放置在處理室里面的固定處理位置處。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，在所述處理室里面生成所述第一和第二等離子體。
14.根據權利要求12所述的方法，其中，在所述基片暴露于所述第一和第二等離子體時，所述處理室中的運行壓力在大約800mTorr到大約2500mTorr的范圍之內。
15.根據權利要求1所述的方法，其中，將所述基片暴露于所述第二等離子體進一步包括將所述基片暴露于所述第二等離子體，而除去所述第一等離子體。
16.一種用于從基片上的區域去除兩種成分的模制材料量的方法，包括生成從第一氣體混合物形成的第一等離子體，所述第一氣體混合物包括比含氧氣體種類體積濃度低的含氟氣體種類；將所述基片暴露于所述第一等離子體，以便以比去除所述模制材料的第二成分更高的蝕刻速率從所述區域去除所述模制材料的第一成分；生成從第二氣體混合物形成的第二等離子體，所述第二氣體混合物包括比所述含氧氣體種類體積濃度高的所述含氟氣體種類；以及將所述基片暴露于所述第二等離子體，以便以比去除所述模制材料的所述第一成分更高的蝕刻速率從所述區域去除所述模制材料的所述第二成分。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，從由四氟化碳和六氟化硫組成的組中選擇所述含氟氣體種類。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，所述含氧氣體種類是分子氧。
19.根據權利要求16所述的方法，其中，所述第一成分包括有機基質，并且所述第二成分包括分散在所述有機基質中的無機填料。
20.根據權利要求19所述的方法，其中，所述有機基質是環氧樹脂，并且所述無機填料包含分散在所述環氧樹脂中的二氧化硅微粒。
21.根據權利要求16所述的方法，其中，將所述基片暴露于所述第二等離子體進一步包括將所述基片暴露于所述第二等離子體，而不除去所述第一等離子體。
22.根據權利要求16所述的方法，其中，在所述處理室里面生成所述第一和第二等離子體。
23.根據權利要求16所述的方法，進一步包括在處理室里面的處理位置處放置所述基片，并且將所述基片暴露于所述第一和第二等離子體，而不從所述處理室移去所述基片。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，所述基片暴露于所述第一和第二等離子體時的所述處理室中的運行壓力在大約800mTorr到大約2500mTorr的范圍之內。
25.根據權利要求16所述的方法，其中，所述第一氣體混合物包括小于50體積百分比的所述含氟氣體種類和大于50體積百分比的所述含氧氣體種類。
26.根據權利要求16所述的方法，其中，所述第二氣體混合物包括大于50體積百分比的所述含氟氣體種類和小于50體積百分比的所述含氧氣體種類。
全文摘要
用于從基片上的區域去除兩種成分的模制材料的薄層的方法，該方法包括使用由第一氣體混合物形成的等離子體來去除模制材料的一種成分，并且使用由不同的第二氣體混合物形成的等離子體來去除模制材料的另一種成分。對于通常用作模制材料的填充的環氧樹脂，第一氣體混合物可以是含氧氣體種類和含氟氣體種類的富氧混合物，而第二氣體混合物可以是相同氣體的富氟混合物。
文檔編號H01L21/3213GK1825546SQ20051013621
公開日2006年8月30日 申請日期2005年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者詹姆斯·D·格蒂, 趙建鋼 申請人:諾信公司