CN105836699B - 一种圆形芯片的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体晶圆芯片的加工方法技术领域，尤其是涉及MEMS圆形芯片的划片技术领域，具体公开了一种圆形芯片的加工方法，晶圆上制备贯通孔得到圆形芯片，芯片之间仅通过带小凹槽的支撑梁连接，芯片的分离仅需切断支撑梁，划片难度低，能够采用常用的砂轮切割，具有工艺简单、低成本、高效率的优点，所得分离后芯片的外观好、成品率高、机械强度高。

Description

一种圆形芯片的加工方法
技术领域
本发明涉及半导体晶圆芯片的加工方法技术领域，尤其是涉及MEMS圆形芯片的划片技术领域。
背景技术
传统的MEMS芯片都是方形或矩形芯片。在某些领域，由于封装或产品本身性能的要求，需将MEMS芯片做成圆形的。目前在MEMS晶片划片领域，主要有砂轮划片和激光划片，砂轮切割是目前应用最为广泛的切割技术，其机理是机械磨削，砂轮切割属于线性切割工艺，无法实现圆形芯片的分离，且砂轮切割过程中由于存在机械接触，MEMS芯片边缘非常容易发生崩边，尤其是芯片背面崩边；而激光划片设备价格昂贵，还未能规模化应用，且多数也属于线性切割，在某些特殊领域一定程度上可以实现圆形切割，但存在诸多约束，如采用隐形切割工艺可以实现以晶片中心为圆心的圆形切割，但无法实现圆形芯片的正常分离工艺。
如何运用现有的MEMS芯片加工技术实现其低成本、高效率的圆形芯片制备，是亟待解决的难题。
深反应离子刻蚀工艺，即DRIE刻蚀工艺，全称是Deep Reactive Ion Etching，作为MEMS加工的关键工艺，其可以在晶圆表面实现任何图形的制备，且其属于并行工艺，刻蚀效率高，是高效制作MEMS器件极为重要的方法。利用DRIE刻蚀工艺，可以实现高深宽比深槽的制备。但由于工艺技术原因及相关设备研发难度较大，目前DRIE工艺并没有直接地独自实现MEMS晶圆划片工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种圆形芯片的加工方法，能够在晶圆上制备出圆形芯片，该晶圆上圆形芯片能够简单、低成本、高效率的实现切割分离，所得芯片的外观好、成品率高。
本发明还提供了一种半导体晶圆，晶圆上芯片切割分离简单、技术难度低，对划片设备要求低，切割行程大幅减小，划片效率高，能够用于制备圆形芯片。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种圆形芯片的加工方法，包括：在晶圆上蚀刻贯通孔形成相邻的圆形芯片间保留有连接部的圆形芯片，再沿所述晶圆上划片道划片，将所述连接部断开，得到分离的圆形芯片。
所述连接部为支撑梁，连接其两侧圆形芯片，并在晶圆内对圆形芯片起支撑固定作用。
进一步地，蚀刻贯通孔之前，所述支撑梁在晶圆正面一侧预蚀刻有两个对称分布且平行于划片道的小凹槽。
进一步地，蚀刻贯通孔之前，先在晶圆的背面沿划片道制备切割槽；所述切割槽位于所述支撑梁的正下方。
所述切割槽采用RIE刻蚀工艺或硅湿法腐蚀工艺制备；所述贯通孔采用DRIE刻蚀工艺制备；所述贯通孔刻蚀前，通过临时键合工艺或有机物粘合工艺将晶圆贴于一硅衬底片上，再进行贯通孔刻蚀；所述有机物粘合工艺中所用有机物为蜡、油脂或硅脂，将该有机物均匀涂覆于硅衬底表面，之后将晶圆贴于硅衬底上。
所述支撑梁的长度等于所述切割槽的槽宽，两者纵向截面的中心线重合。
进一步地，划片道两侧的小凹槽的外侧槽壁各位于支撑梁的一侧端部。
进一步地，划片采用砂轮划片，沿晶圆正面的划片道划片，将所述支撑梁切断。作为优选，所述切割槽槽宽和支撑梁的长度略大于砂轮划片刀刀刃宽度。
所述圆形芯片为MEMS芯片，所述晶圆正面进行MEMS加工；所述贯通孔蚀刻完成后，通过金属化工艺制备MEMS芯片输入输出端电极及金属布线。
一种半导体晶圆，包括多个芯片，所述晶圆上相邻芯片间仅通过芯片侧面的支撑梁连接。
进一步地，所述晶圆背面在所述支撑梁下方设有切割槽，所述支撑梁上部，即在晶圆正面一侧，设有两个对称分布的小凹槽，所述小凹槽与切割槽平行。
作为优选，两个小凹槽的外侧槽壁各与位于其下方的切割槽的一侧槽壁位于同一平面。
作为优选，所述切割槽的槽深为10～20μm，其槽宽为50～100μm；所述小凹槽的槽宽为3～10μm，其刻蚀深度不大于150μm。
所述支撑梁的长度等于所述切割槽的槽宽，两者纵向截面的中心线重合。
所述支撑梁的长度应略大于砂轮划片实际划片道宽度，作为优选，支撑梁的长度为50～100μm。为保证支撑梁的机械强度，并且在后续工艺中不发生断裂，其宽度应不小于50μm。
所述晶圆上芯片为圆形芯片。所述圆形芯片为MEMS圆形芯片。
所述晶圆上圆形芯片均直径相等，所述支撑梁位于相邻圆形芯片的圆心连接线中部。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明圆形芯片的加工方法，能够在晶圆上制备出圆形芯片，对划片设备要求低，尤其是能够采用目前最常用的砂轮划片技术实现当前难于实现的MEMS圆形芯片的制备，同时对切割参数无无特殊要求，大幅减小切割行程，提高切割效率，延长刀片的使用寿命；划片道位于连接部两个平行小凹槽之间，并位于切割槽上方，能够大幅减少砂轮切割产生的崩边、微裂纹等缺陷问题，芯片的棱边非常齐整，芯片的外观好、成品率高，且机械强度高；加工方法易于实现，不依赖于专门设备，没有增加工艺难度和工艺成本。
本发明半导体晶圆，晶圆上芯片能够根据需要加工成所需形状结构，能够满足圆形芯片的划片要求，制备得到圆形结构的芯片；芯片之间仅通过带小凹槽的支撑梁连接，切割行程大幅减小，划片效率高；芯片切割分离简单、技术难度低，对划片设备要求低，能够采用砂轮划片，同时减少砂轮切割产生的崩边、微裂纹等缺陷问题，芯片的棱边齐整，机械强度高。
附图说明
图1是本发明实施例中晶圆上四个相连的MEMS圆形芯片结构及划片道示意图；
图2是图1中B部分在A-A面的断面示意图，亦即相邻两个MEMS圆形芯片连接部的结构示意图；
图3是图1中一个完整MEMS圆形芯片在A-A面的剖面图。
其中，1为磁芯放置孔，2为输入输出端，3为贯通孔，4为划片道，5为切割槽，6为小凹槽，7为支撑梁，8为金属布线。
具体实施方式
本发明提供一种圆形芯片的加工方法，以及能够实现圆形芯片切割分离的晶圆。划片工艺简单、难度小，能够采用砂轮划片机实现芯片切割和分离，同时具有划片行程小，切割效率高，切割后所得芯片外观损伤小，机械强度高的优点。
下面以一种MEMS环形器芯片的制备为实施例，结合附图对本发明加工方法及晶圆作进一步说明。
MEMS环形器为圆形芯片结构，其加工方法包括以下步骤：第一步，制备背面切割槽5，背面切割槽5的制备采用RIE刻蚀工艺形成，也可以采用硅湿法腐蚀工艺，切割槽5沿划片道4方向，位于划片道4下方，划片道4为矩形网状结构，每个网格内用于制备芯片单元；第二步，制备硅贯通孔3结构，贯通孔3的制备采用DRIE刻蚀工艺，通过DRIE工艺在划片道4单元格内，圆形芯片周围刻蚀贯通孔3，形成圆形芯片，芯片与芯片之间仅通过带小凹槽6的支撑梁7连接，见图1和图2，小凹槽6在贯通孔3制备前预蚀刻在划片道4两侧对称位置，且平行于划片道4，切割槽5位于该两个小凹槽6下方并与小凹槽6平行；第三步，制备输入输出电极及金属布线8，输入输出电极及金属布线8的制备先溅射金属种子层，再进行电镀，第四步，晶圆背面贴胶膜，沿晶圆正面的划片道4实施划片工艺，划片道4在图3中为支撑梁7部位虚线所示。
本实施例中，第一步，通过RIE刻蚀工艺或硅湿法腐蚀工艺制备背面切割槽5时，槽深10μm，槽宽60μm，略大于砂轮划片刀刀刃宽度，可有效减少砂轮划片时背崩问题。
本实施例中，第二步，通过DRIE工艺在圆形芯片周围刻蚀贯通孔3前需进行晶圆贴片工艺，使用硅脂将MEMS晶圆紧密贴附于一硅衬底，为保证刻蚀质量及刻蚀均匀性，硅脂需均匀涂覆于硅衬底表面，之后将MEMS晶圆贴于硅衬底上。晶圆正面及背面图形的对位是通过双面光刻的方法进行。
本实施例中，支撑梁7的宽度为60μm，略大于砂轮划片刀刀刃宽度，小凹槽6宽度为5μm以保证圆形芯片边缘齐整，同时由于宽度小，DRIE刻蚀贯通孔3时，该位置不会被刻穿，保证支撑梁7的机械强度，确保芯片与芯片之间连接。
本实施例中，第五步划片时采用目前应用最为广泛的晶圆切割工艺—砂轮划片工艺，工艺过程中主轴转速30000～50000rpm，切割进给速度5～10mm/s。砂轮切割时砂轮划片刀直接作用于晶圆表面并在晶体内部产生应力损伤，其不可避免地会对芯片造成机械损伤，尤其是切割背面。为尽可能减小机械损伤，本实施例中，划片时将带有切割槽5的背面贴膜，从晶圆正面切割支撑梁7；切割深度略大于划片道4位置晶圆剩余厚度，这样不但减少了切割深度，有利于延长刀片的使用寿命，同时切割芯片边缘无机械损伤，提高了芯片的可靠性。
制备得到MEMS环形器的结构如图1和图3所示，包括磁芯放置孔1、输入输出端2，以及相应位置的金属布线8。
一种半导体晶圆，包括多个芯片，晶圆上相邻芯片间仅通过芯片侧面的支撑梁7连接。
进一步地，晶圆背面在支撑梁7下方设有切割槽5，支撑梁7上部，即在晶圆正面一侧，设有两个对称分布的小凹槽6，小凹槽6与切割槽5平行。
作为优选，两个小凹槽6的外侧槽壁各与位于其下方的切割槽5的一侧槽壁位于同一平面。
作为优选，切割槽5的槽深为10～20μm，其槽宽为50～100μm；小凹槽6的槽宽为3～10μm，其刻蚀深度不大于150μm。
支撑梁7的长度等于切割槽5的槽宽，两者纵向截面的中心线重合。
支撑梁7的长度应略大于砂轮划片实际划片道4宽度，作为优选，支撑梁7的长度为50～100μm。为保证支撑梁7的机械强度，并且在后续工艺中不发生断裂，其宽度应不小于50μm。
晶圆上芯片为圆形芯片。圆形芯片为MEMS圆形芯片。
晶圆上圆形芯片均直径相等，支撑梁7位于相邻圆形芯片的圆心连接线中部。

Claims (5)

1.一种圆形芯片的加工方法，其特征在于，包括：先在晶圆的背面沿划片道（4）制备切割槽（5）；在晶圆正面一侧预蚀刻有两个对称分布且平行于划片道（4）的小凹槽（6）；在晶圆上蚀刻贯通孔（3）形成相邻的圆形芯片间保留有连接部的圆形芯片，所述连接部为支撑梁（7），连接其两侧圆形芯片，并在晶圆内对圆形芯片起支撑固定作用；所述切割槽（5）位于所述支撑梁（7）的正下方；两个对称分布的小凹槽（6）分别位于所述支撑梁（7）的一侧，划片道（4）两侧的小凹槽（6）的外侧槽壁各位于支撑梁（7）的一侧端部；
沿所述晶圆上划片道（4）划片，将所述连接部断开，得到分离的圆形芯片。
2.根据权利要求1所述的一种圆形芯片的加工方法，其特征在于，所述切割槽（5）采用RIE刻蚀工艺或硅湿法腐蚀工艺制备；所述贯通孔（3）采用DRIE刻蚀工艺制备；所述贯通孔（3）刻蚀前，通过临时键合工艺或有机物粘合工艺将晶圆贴于一硅衬底片上，再进行贯通孔（3）刻蚀；所述有机物粘合工艺中所用有机物为蜡、油脂或硅脂，将该有机物均匀涂覆于硅衬底表面，之后将晶圆贴于硅衬底上。
3.根据权利要求1所述的一种圆形芯片的加工方法，其特征在于，所述支撑梁（7）的长度等于所述切割槽（5）的槽宽，两者纵向截面的中心线重合。
4.根据权利要求1所述的一种圆形芯片的加工方法，其特征在于，划片采用砂轮划片，沿晶圆正面的划片道（4）划片，将所述支撑梁（7）切断。
5.根据权利要求1所述的一种圆形芯片的加工方法，其特征在于，所述圆形芯片为MEMS芯片，所述晶圆正面进行MEMS加工；所述贯通孔（3）蚀刻完成后，通过金属化工艺制备MEMS芯片输入输出端（2）电极及金属布线（8）。
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