CN113649709A - 晶圆切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶圆切割方法，包括：提供器件晶圆；采用第一激光切割工艺沿所述器件晶圆的正面向下开槽，以在所述器件晶圆的正面形成第一凹槽；去除形成所述第一凹槽时的残留物；将所述器件晶圆的正面和一载片进行临时键合；以及，采用等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽，以在所述器件晶圆的背面形成第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽连通构成切割道。本发明改善了器件晶圆切割工艺，提高设备适用性及缩小器件晶圆切割道。

Description

晶圆切割方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆切割方法。
背景技术
目前对晶圆切割方式主要包括：刀轮切割方式、激光切割方式和等离子体切割方式。其中刀轮切割方式破坏性大，容易导致晶圆中的介质层碎裂产生蹦口或分层，影响芯片性能，且刀轮形成的切割道的横向宽度较大，不利于芯片微缩，且无法应用于表面要求很高的混合键合界面；激光切割方式形成的切割道的横向宽度较小，但是会导致材料的热重熔现象，即使在晶圆的表面盖上保护胶，熔渣作为颗粒物也会堆积在槽口周围；等离子体切割方式应用面较窄，不过刻蚀剂的选择难度较大。
在现有技术中需要在切割之前在晶圆的背面粘贴一层固定晶粒的膜，然后进行晶圆的切割，此膜也就是切割膜，一般会采用UV膜或蓝膜等，例如采用UV膜，在激光照射UV膜之后，UV膜的粘性迅速下降，晶粒容易取下。但是在切割时利用这种UV膜需要采用绷膜环去承接，而工艺设备和传统的半导体前段晶圆载体设备不兼容；并且UV膜耐温较低，温度一般不能超过100摄氏度，在强酸强碱等特殊溶剂下清洗状况较差，温度过高或特殊溶剂的影响会导致UV膜溶解，影响器件晶圆切割；并且在传统的等离子体切割时，需要在刻蚀环境中使用UV膜，UV膜在等离子体中的光效应下可能会提前固化，失去粘性，导致切割后的晶粒无法清洗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆切割方法，改善晶圆切割工艺，提高设备适用性及缩小晶圆切割道。
为了达到上述目的，本发明提供了一种晶圆切割方法，包括：
提供器件晶圆；
采用第一激光切割工艺沿所述器件晶圆的正面向下开槽，以在所述器件晶圆的正面形成第一凹槽；
去除形成所述第一凹槽时的残留物；
将所述器件晶圆的正面和一载片进行临时键合；以及，
采用等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽，以在所述器件晶圆的背面形成第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽连通构成切割道。
可选的，所述器件晶圆包括衬底及形成于所述衬底上的混合键合层，所述混合键合层的表面为所述器件晶圆的正面，采用所述第一激光切割工艺沿所述器件晶圆的正面向下开槽，以在所述混合键合层中形成贯穿的所述第一凹槽。
可选的，所述第一凹槽的横向宽度为0.1um～120um，所述第一凹槽的垂向深度为1um～20um。
可选的，采用湿法刻蚀工艺、研磨工艺或干法刻蚀工艺去除形成所述第一凹槽时的残留物。
可选的，将所述器件晶圆的正面和所述载片进行临时键合的步骤包括：
在所述器件晶圆的正面及所述载片的表面涂布临时键合胶；通过所述临时键合胶将所述器件晶圆及所述载片进行临时键合。
可选的，在采用所述等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽之前，还包括：
研磨所述器件晶圆的背面以减薄所述器件晶圆的厚度。
可选的，减薄后的所述器件晶圆的厚度为1um～200um。
可选的，采用所述等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽的步骤包括：
在所述器件晶圆的背面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层具有第一开口；以及，
采用等离子体切割工艺沿着所述第一开口向下开槽，以在器件晶圆的背面形成所述第二凹槽。
可选的，所述器件晶圆的背面形成有背连线结构，采用所述等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽的步骤包括：
在所述器件晶圆的背面涂布激光切割保护胶；
采用第二激光切割工艺沿着所述器件晶圆的背面向下切割，以在所述器件晶圆的背面中形成贯穿所述背连线结构的第二开口；以及，
采用所述等离子体切割工艺沿着所述第二开口向下开槽，以在器件晶圆的背面形成所述第二凹槽。
可选的，所述第二凹槽的横向宽度为0.1um～120um。
在本发明提供的晶圆切割方法中，先采用第一激光切割工艺沿器件晶圆的正面向下开槽，以在器件晶圆的正面形成第一凹槽；然后去除形成第一凹槽时的残留物，在第一激光切割工艺进行预开槽形成第一凹槽后可以直接采用前段器件晶圆载体设备进行器件晶圆洁净度和平整度处理，不需要转换设备，以使器件晶圆的正面满足后续工艺需求；将器件晶圆的正面和一载片进行临时键合，再采用等离子体切割工艺沿器件晶圆的背面向下开槽，以在器件晶圆的背面形成第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽连通构成切割道，其中等离子体切割工艺也可以直接采用前段器件晶圆载体设备进行处理，无需对机台进行改造升级，并且等离子体切割工艺可以使切割道减小，有利于芯片微缩；以及切割过程中不利用切割膜，即在切割过程中不需要对切割膜进行散热和不需要满足切割膜对等离子体抗性的要求；因此本发明改善了器件晶圆切割工艺将激光切割工艺、临时键合及等离子体切割工艺进行结合，使器件晶圆切割工艺中设备适用性更高，等离子体切割时的工艺要求较低，并且能够缩小器件晶圆切割道。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的晶圆切割方法的流程图；
图2A～图2H为本发明实施例一提供的晶圆切割方法中相应步骤对应的结构示意图；
图3A～图3C为本发明实施例二提供的晶圆切割方法中形成第二凹槽的结构示意图；
其中，附图标记为：
10-器件晶圆；100-衬底；200-互连结构层；300-混合键合层；410-第一凹槽；420、430-第二凹槽；500-载片；600-图形化的光刻胶层；610-第一开口；700-承载膜；800-背连线结构；810-第二开口；900-激光切割保护层。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
图1为本实施例提供的晶圆切割方法的流程图。请参考图1，本实施例提供了一种晶圆切割方法，包括：
步骤S1：提供器件晶圆；
步骤S2：采用第一激光切割工艺沿器件晶圆的正面向下开槽，以在器件晶圆的正面形成第一凹槽；
步骤S3：去除形成第一凹槽时的残留物；
步骤S4：将器件晶圆的正面和一载片进行临时键合；以及，
步骤S5：采用等离子体切割工艺沿器件晶圆的背面向下开槽，以在器件晶圆的背面形成第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽连通构成切割道。
图2A～图2H为本实施例提供的晶圆切割方法中相应步骤对应的结构示意图，下面结合图2A～图2H对本实施例提供的晶圆切割方法进行详细说明。
请参考图2A，执行步骤S1：提供器件晶圆10，器件晶圆10包括衬底100及形成于衬底100的正面上的混合键合层300，混合键合层300的表面为器件晶圆10的正面，即器件晶圆10的正面为混合键合界面，衬底100的背面为器件晶圆10的背面。在本实施例中，在衬底100和混合键合层300之间还形成有互连结构层200，在此不对互连结构层200的具体结构进行限定，在器件晶圆10中形成有器件结构，如存储器件、MOS管、图像传感器等。
请参考图2B，执行步骤S2：混合键合层300中包括金属层和绝缘层(图中未示出)，对混合键合层300进行预开槽打开金属层和绝缘层。因此采用第一激光切割工艺沿器件晶圆10的正面向下开槽，以在混合键合层300中形成贯穿的第一凹槽410。在本实施例中，由于在衬底100和混合键合层300之间还形成有互连结构层200，一般也采用激光切割工艺切割互连结构层200，因此采用第一激光切割工艺沿器件晶圆10的正面向下开槽时，还需要同步将互连结构层200打开，使第一凹槽410贯穿混合键合层300和互连结构层200。在本实施例中，第一凹槽410的横向宽度可为0.1um～120um，第一凹槽410的垂向深度可为1um～20um，但不限于此横向宽度范围和垂向深度范围。在本实施例中，第一激光切割工艺可以在前段器件晶圆10载体设备下执行，不需要转换设备，提高工艺设备适用性。在本实施例中，器件晶圆10的正面为混合键合界面，由于混合键合层300中包括金属层和绝缘层，绝缘层的材料一般为低介电常数的材料，绝缘层一般为层间介质层，即采用第一激光切割工艺切割混合键合层300；若器件晶圆10的正面并非是混合键合界面，而是金属层或绝缘层的表面，也需要采用激光切割工艺切割此金属层或绝缘层。
请参考图2C，执行步骤S3：在第一激光切割工艺后，在第一凹槽410的开口处会形成残留物，此残留物为第一激光切割工艺后在第一凹槽410的开口处形成的熔渣，此残留物影响混合键合界面的洁净度和平整度。因此采用湿法刻蚀工艺、研磨工艺或是干法刻蚀工艺去除形成第一凹槽410时的残留物，以提升混合键合界面的平整度，有利于后续进行混合键合。在湿法刻蚀工艺中选用的刻蚀剂具有高刻蚀选择比，即刻蚀残留物的速率远大于刻蚀器件晶圆10的表面其它材质的速率，避免对器件晶圆10的表面其它材质造成较大的影响。
请继续参考图2C，执行步骤S4：在器件晶圆10的正面及载片500的表面均涂布临时键合胶(图中未示出)；然后通过临时键合胶将器件晶圆10及载片500进行临时键合。在本实施例中，载片500可为玻璃载片或硅片，载片500不易受高温影响，临时键合胶的材质为激光照射后溶解的聚合物材料。
请参考图2D及图2E，执行步骤S5：在采用等离子体切割工艺沿器件晶圆10的背面向下开槽之前，还包括：翻转器件晶圆10，对器件晶圆10进行减薄，研磨器件晶圆10的背面以减薄器件晶圆10的厚度。在本实施例中，减薄后的所述器件晶圆10的厚度可为1um～200um，但不限于此厚度范围。
采用等离子体切割工艺沿器件晶圆10的背面向下开槽，即沿衬底10的背面向下开槽，以在器件晶圆10的背面形成第二凹槽420，第一凹槽410与第二凹槽420连通，在采用等离子体切割工艺沿器件晶圆10的背面向下开槽时，等离子体切割工艺停留在载片500的表面或者临时键合胶的表面。在本实施例中，在器件晶圆10的背面形成图形化的光刻胶层600，图形化的光刻胶层600具有第一开口610，第一开口610的位置和第一凹槽410的位置在垂向上对准；以及，采用等离子体切割工艺沿着第一开口610向下开槽，以在器件晶圆10的背面形成第二凹槽420，第一凹槽410与第二凹槽420连通构成切割道，以将器件晶圆10进行切割成多个晶粒。在本实施例中，第二凹槽420的横向宽度可小于第一凹槽410的横向宽度，第二凹槽420的横向宽度可为0.1um～120um，但不限于此横向宽度范围。在本实施例中，在将器件晶圆10进行切割成多个晶粒时，并未用到切割膜，如UV膜或蓝膜，在切割过程中不需要对切割膜进行散热和不需要满足切割膜对等离子体抗性的要求，降低等离子体切割工艺中的工艺要求；并且等离子体切割工艺可以直接采用前段器件晶圆载体设备进行处理，无需对机台进行改造升级，提高了晶圆切割工艺中设备适用性，以及等离子体切割工艺可以使切割道减小，有利于芯片微缩。
请参考图2F，在采用等离子体切割工艺切割完成之后，去除图形化的光刻胶层600，可采用灰化工艺去除图形化的光刻胶层600，由于图形化的光刻胶层600的材质为有机材料，采用灰化工艺中氧气可以与有机材料发生反应以去除图形化的光刻胶层600。
请参考图2G及图2H，进一步地，去除图形化的光刻胶层之后，将器件晶圆10的背面与一承载膜700贴合，然后采用激光照射解键合以取下载片500，显露出器件晶圆10的混合键合界面。进而，清洗去除晶粒表面的临时键合胶得到切割清洗好的晶粒，在承载膜700的作用下，便于对晶粒进行清洗；然后采用混合键合方式将晶粒和其它器件晶圆连接，以实现晶粒与晶圆的混合键合。
实施例二
图3A～图3C为本实施例提供的晶圆切割方法中形成第二凹槽的结构示意图。请参考图3A～图3C，本实施例与实施例一的区别在于，执行步骤S5时，在研磨器件晶圆10的背面以减薄器件晶圆10的厚度之后，还包括在器件晶圆10的背面形成背连线结构800，即在衬底100的背面形成背连线结构800，一般可采用刻蚀、化学气相沉积及电镀等工艺去形成背连线结构800，背连线结构800可以是插塞、焊盘及金属线的组合，图中未具体示出背连线结构800中的具体结构。由于背连线结构800的部分形成在第一凹槽410垂向位置上，比如可能是背连线结构800中的测试焊盘或金属线形成在第一凹槽410的垂向位置上用于电性测试，从而不能直接采用等离子体切割工艺形成第二凹槽，即当器件晶圆10的背面对应的第一凹槽410的垂向位置上具有金属，则不能直接采用等离子体切割工艺形成第二凹槽。
因此先在器件晶圆10的背面形成激光切割保护层900，然后采用第二激光切割工艺沿着器件晶圆10的背面向下切割，以在器件晶圆10的背面中形成贯穿背连线结构800的第二开口810，以打开背连线结构800在第一凹槽410的垂向位置上的部分区域，第二开口810和第一凹槽410在垂向位置上对准；进而，采用等离子体切割工艺沿着第二开口810向下开槽，以在器件晶圆10的背面形成第二凹槽430，第一凹槽410与第二凹槽430连通，其中第一凹槽410、第二凹槽430及第二开口810构成切割道以将器件晶圆10进行切割成多个晶粒，最后去除激光切割保护层900。
综上，在本发明提供的晶圆切割方法中，先采用第一激光切割工艺沿器件晶圆的正面向下开槽，以在器件晶圆的正面形成第一凹槽；然后去除形成第一凹槽时的残留物，在第一激光切割工艺进行预开槽形成第一凹槽后可以直接采用前段器件晶圆载体设备进行器件晶圆洁净度和平整度处理，不需要转换设备，以使器件晶圆的正面满足后续工艺需求；将器件晶圆的正面和一载片进行临时键合，再采用等离子体切割工艺沿器件晶圆的背面向下开槽，以在器件晶圆的背面形成第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽连通构成切割道，其中等离子体切割工艺也可以直接采用前段器件晶圆载体设备进行处理，无需对机台进行改造升级，并且等离子体切割工艺可以使切割道减小，有利于芯片微缩；以及切割过程中不利用切割膜，即在切割过程中不需要对切割膜进行散热和不需要满足切割膜对等离子体抗性的要求；因此本发明改善了器件晶圆切割工艺将激光切割工艺、临时键合及等离子体切割工艺进行结合，使器件晶圆切割工艺中设备适用性更高，等离子体切割时的工艺要求较低，并且能够缩小器件晶圆切割道。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆切割方法，其特征在于，包括：
提供器件晶圆；
采用第一激光切割工艺沿所述器件晶圆的正面向下开槽，以在所述器件晶圆的正面形成第一凹槽；
去除形成所述第一凹槽时的残留物；
将所述器件晶圆的正面和一载片进行临时键合；以及，
采用等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽，以在所述器件晶圆的背面形成第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽连通构成切割道。
2.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述器件晶圆包括衬底及形成于所述衬底上的混合键合层，所述混合键合层的表面为所述器件晶圆的正面，采用所述第一激光切割工艺沿所述器件晶圆的正面向下开槽，以在所述混合键合层中形成贯穿的所述第一凹槽。
3.如权利要求2所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述第一凹槽的横向宽度为0.1um～120um，所述第一凹槽的垂向深度为1um～20um。
4.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺、研磨工艺或干法刻蚀工艺去除形成所述第一凹槽时的残留物。
5.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，将所述器件晶圆的正面和所述载片进行临时键合的步骤包括：
在所述器件晶圆的正面及所述载片的表面涂布临时键合胶；通过所述临时键合胶将所述器件晶圆及所述载片进行临时键合。
6.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，在采用所述等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽之前，还包括：
研磨所述器件晶圆的背面以减薄所述器件晶圆的厚度。
7.如权利要求6所述的晶圆切割方法，其特征在于，减薄后的所述器件晶圆的厚度为1um～200um。
8.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，采用所述等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽的步骤包括：
在所述器件晶圆的背面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层具有第一开口；以及，
采用等离子体切割工艺沿着所述第一开口向下开槽，以在器件晶圆的背面形成所述第二凹槽。
9.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述器件晶圆的背面形成有背连线结构，采用所述等离子体切割工艺沿所述器件晶圆的背面向下开槽的步骤包括：
在所述器件晶圆的背面涂布激光切割保护胶；
采用第二激光切割工艺沿着所述器件晶圆的背面向下切割，以在所述器件晶圆的背面中形成贯穿所述背连线结构的第二开口；以及，
采用所述等离子体切割工艺沿着所述第二开口向下开槽，以在器件晶圆的背面形成所述第二凹槽。
10.如权利要求8或9所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述第二凹槽的横向宽度为0.1um～120um。
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