CN113732525A - 一种晶圆的切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆的切割方法，包括：提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆具有相对设置的混合键合表面和背面，以及连接所述混合键合表面和背面的侧壁，待切割晶圆包括多个待混合键合芯片以及位于相邻待混合键合芯片之间的切割道；将待切割晶圆的混合键合表面朝向所述载盘设置，且混合键合表面的至少大部分与载盘之间未接触，并对背面执行贴膜工艺；从混合键合表面沿切割道对待切割晶圆执行激光开槽工艺，以在混合键合表面形成网格状的槽孔；在槽孔中执行激光隐形切割工艺，以得到单个的待混合键合芯片。本发明通过步骤S2，即非接触贴膜可有效规避临时键合工艺或背面贴膜工艺，降低成本同时避免了残胶的污染。

Description

一种晶圆的切割方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆的切割方法。
背景技术
随着半导体技术进入后摩尔时代，为满足高集成度和高性能的需求，芯片结构向着三维方向发展。其中，通过键合技术实现“异质混合”是“超摩尔定律”的重要技术之一，混合键合工艺能够将不同工艺节点制程的芯片进行高密度的互连，实现更小尺寸、更高性能和更低功耗的系统级集成。
在半导体晶圆制造领域，在混合键合前的晶圆切割过程中，晶圆的混合键合表面朝下且整个混合键合表面接触设备平台，这会使得晶圆的混合键合表面上的图层被设备平台划伤，因此，需要对晶圆混合键合表面的图层附加载体来保护。而常用的载体有临时键合载体晶圆或BG膜，这两种方法均能有效保护晶圆的混合键合表面的图层，其中，临时键合载体晶圆能有效去除，满足后续工艺(例如混合键合工艺)标准，且溶剂清洗后晶圆的混合键合表面的洁净度优于BG膜，但是，临时载体晶圆与晶圆的混合键合表面之间所需的键合胶以及清洁用的溶剂的成本极高，极大提高了生产成本。若采用BG膜，撕膜后会有少量残胶难以清洗去除，不满足后续工艺(例如混合键合工艺)标准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆的切割方法，在混合键合前的晶圆切割过程中，无需在晶圆的非键合表面上形成临时键合载体晶圆或BG膜，以实现在混合键合前无载体的切割工艺，满足混合键合工艺标准，还降低生产成本。
为了解决上述问题，本发明提供一种晶圆的切割方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆具有相对设置的混合键合表面和背面，以及连接所述混合键合表面和背面的侧壁，所述待切割晶圆包括多个待混合键合芯片以及位于相邻所述待混合键合芯片之间的切割道；
步骤S2：将所述待切割晶圆的混合键合表面朝向所述载盘设置，且所述混合键合表面的至少大部分与所述载盘之间未接触，并对所述背面执行贴膜工艺；
步骤S3：从所述混合键合表面沿所述切割道对所述待切割晶圆执行激光开槽工艺，以在混合键合表面形成网格状的槽孔；
步骤S4：在所述槽孔中执行激光隐形切割工艺，以得到单个的待混合键合芯片。
可选的，步骤S2包括：
将所述待切割晶圆置于第一载盘上，所述混合键合表面朝向所述第一载盘设置,且所述混合键合表面的至少大部分与所述第一载盘之间未接触；
对所述背面执行贴膜工艺，其中，所述第一载盘为环状载盘，且所述第一载盘的内环直径小于所述待切割晶圆的直径，且较所述待切割晶圆的直径小1mm～10mm。
进一步的，所述第一载盘的内环直径较所述待切割晶圆的直径小1mm～5mm。
进一步的，步骤S1和步骤S2之间还包括：
从所述混合键合表面侧对所述待切割晶圆的边缘执行裁剪工艺，以在所述待切割晶圆的边缘形成环形的凹槽。
进一步的，所述凹槽的径向长度为1mm～10mm。
可选的，所述第一载盘为环状载盘，且所述第一载盘的轴向截面为L型。
进一步的，所述第一载盘包括第一部分和第二部分，所述第二部分堆叠在所述第一部分的一个表面上，且所述第一部分和第二部分均为环状，所述第二部分的内环直径较所述第一部分的内环直径大，所述第二部分的内环直径还较所述待切割晶圆的直径大。
进一步的，步骤S2包括：
将所述待切割晶圆置于第一载盘上，所述混合键合表面置于所述第一部分朝向所述第二部分的表面上，且限位在所述第二部分的内侧；以及
对所述背面执行贴膜工艺，使得所述背面上贴覆有UV膜，并将所述UV膜通过绷膜环绷紧。
进一步的，步骤S1和步骤S2之间还包括：
从所述混合键合表面侧对所述待切割晶圆的边缘执行裁剪工艺，以在所述待切割晶圆的边缘形成环形的凹槽。
可选的，步骤S2包括：
采用夹钳将所述待切割晶圆非接触的限位在第二载盘上方，所述第二载盘为气浮平台；
对所述背面执行贴膜工艺。
可选的，所述待切割晶圆的厚度大于500um。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供一种晶圆的切割方法，包括以下步骤：步骤S1：提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆具有相对设置的混合键合表面和背面，以及连接所述混合键合表面和背面的侧壁，所述待切割晶圆包括多个待混合键合芯片以及位于相邻所述待混合键合芯片之间的切割道；步骤S2：将所述混合键合表面朝向所述载盘设置，且所述混合键合表面的至少大部分与所述载盘之间未接触，并对所述背面执行贴膜工艺；步骤S3：从所述混合键合表面沿所述切割道对所述待切割晶圆执行激光开槽工艺，以在混合键合表面形成网格状的槽孔；步骤S4：在所述槽孔中执行激光隐形切割工艺，以得到单个的待混合键合芯片。本发明通过将所述待切割晶圆的混合键合表面朝向所述载盘设置，且所述混合键合表面的至少大部分与所述载盘之间未接触，并对所述背面执行贴膜工艺(步骤S2)，即非接触贴膜可有效规避临时键合工艺或背面贴膜工艺，降低成本同时避免了残胶的污染。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种晶圆的切割方法的流程示意图；
图2a-2f为本发明实施例一的一种晶圆的切割方法的各步骤中的结构示意图。
图3为本发明实施例二的步骤S2中所对应的结构示意图。
附图标记说明：
10-待切割晶圆；10a-混合键合表面；10b-背面；10c-侧壁；11-衬底；12-混合键合结构；13-凹槽；14-待混合键合芯片；
20-第一载盘；21-第一部分；22-第二部分；
31-UV膜；32-绷膜环；
41-第二载盘；42-夹钳。
具体实施方式
以下将对本发明的一种晶圆的切割方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心在于提供一种晶圆的切割方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆具有相对设置的混合键合表面和背面，以及连接所述混合键合表面和背面的侧壁，所述待切割晶圆包括多个待混合键合芯片以及位于相邻所述待混合键合芯片之间的切割道；
步骤S2：将所述待切割晶圆的混合键合表面朝向所述载盘设置，且所述混合键合表面的至少大部分与所述载盘之间未接触，并对所述背面执行贴膜工艺；
步骤S3：从所述混合键合表面沿所述切割道对所述待切割晶圆执行激光开槽工艺，以在混合键合表面形成网格状的槽孔；
步骤S4：在所述槽孔中执行激光隐形切割工艺，以得到单个的待混合键合芯片。
实施例一
图1为本实施例的一种晶圆的切割方法的流程示意图。如图1所示，本实施例提供一种晶圆的切割方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆具有相对设置的混合键合表面和背面，以及连接所述混合键合表面和背面的侧壁，所述待切割晶圆包括多个待混合键合芯片以及位于相邻所述待混合键合芯片之间的切割道；
步骤S2：将所述待切割晶圆的混合键合表面朝向所述第一载盘设置，且所述混合键合表面的至少大部分与所述第一载盘之间未接触，并对所述背面执行贴膜工艺；
步骤S3：从所述混合键合表面沿所述切割道对所述待切割晶圆执行激光开槽工艺，以在混合键合表面形成网格状的槽孔；
步骤S4：在所述槽孔中执行激光隐形切割工艺，以得到单个的待混合键合芯片。
以下结合图2a-2f对本实施例的晶圆的切割方法进行详细的说明。
图2a为本实施例提供的待切割晶圆的结构示意图。如图2a所示，首先执行步骤S1，提供一待切割晶圆10，所述待切割晶圆10具有相对设置的混合键合表面10a和背面10b，以及连接所述混合键合表面10a和背面10b的侧壁10c，所述待切割晶圆10包括多个待混合键合芯片以及位于相邻所述待混合键合芯片之间的切割道。本实施例的待切割晶圆10为未经过减薄工艺的晶圆，其厚度约为750mm；或者减薄后的晶圆厚度大于50mm。所述待切割晶圆10包括衬底和位于所述衬底正面的混合键合结构12，所述混合键合结构12在所述混合键合表面10a具有键合铜垫和绝缘层，所述键合铜垫嵌设在所述绝缘层中，且所述绝缘层暴露出所述键合铜垫的表面，所述键合铜垫用于所述待混合键合芯片与待混合键合的载体晶圆中的键合铜垫进行键合，绝缘层用于所述待混合键合芯片与待混合键合的载体晶圆中的绝缘层进行键合。
图2b为本实施例的裁剪工艺后的待切割晶圆的结构示意图。如图2a所示，可选的，接着从混合键合表面10a侧，对所述待切割晶圆10的边缘执行裁剪(trim)工艺，使得所述待切割晶圆10在其边缘形成环形的凹槽，以使得所述待切割晶圆10整体呈“凸”字形。所述凹槽13的径向长度为1mm～10mm，优选的，所述凹槽13的径向长度为1mm～5mm。由于待切割晶圆的边缘位置大多为不可用的芯片(例如不完整的芯片)，因此，该工艺并没有造成芯片的损失。
接着执行步骤S2，将所述待切割晶圆10置于第一载盘20上，所述混合键合表面10a朝向所述第一载盘20设置，并对所述背面10b执行贴膜工艺，其中，所述第一载盘20为环状载盘，且所述第一载盘20的内环直径小于所述待切割晶圆的直径，且较所述待切割晶圆的直径小1mm～10mm。
详细的，首先，将没有执行裁剪工艺的所述待切割晶圆10置于第一载盘20上，所述混合键合表面10a朝向所述第一载盘20设置，所述第一载盘20为环状载盘，且所述第一载盘20的轴向截面为L型，使得所述第一载盘包括第一部分21和第二部分22，所述第二部分22堆叠在所述第一部分21的一个表面上，且所述第一部分21和第二部分22均为环状，且所述第二部分22的内环直径较第一部分21的内环直径大，所述第二部分22的内环直径还较所述待切割晶圆10的直径大，所述第二部分22的外环直径与第一部分21的外环直径相同。进一步的，所述第二部分22的内环直径较第一部分21的内环直径大1mm～10mm。所述待切割晶圆10的混合键合表面10a置于所述第一部分21朝向所述第二部分22的表面上，且限位在所述第二部分22的内侧，并且待切割晶圆10在所述第一载盘20准备发生水平位移时第二部分22通过与侧壁10c之间的抵触使得待切割晶圆10无法进行水平位移，还使得所述混合键合表面10a的大部分表面暴露在所述第一载盘20的第一部分21的内环面的内侧，从而使得混合键合表面的大部分都没有与第一载盘直接接触，不会造成划伤晶圆的混合键合表面上的图层，因此，无需在晶圆的非键合表面上形成临时键合载体晶圆或BG膜。
图2c为本实施例的裁剪工艺后的待切割晶圆的结构示意图。如图2c所示，将执行了裁剪工艺的所述待切割晶圆10置于第一载盘20上，所述凹槽13的底壁置于所述第一部分21朝向所述第二部分22的表面上，所述凹槽13的侧壁位于所述第一部分21的内环面的内侧，所述侧壁10c位于第二部分22的内环面的内侧，使得待切割晶圆10沿水平向限位在第一部分21的内环面以及第二部分22的内环面的内侧，使得待切割晶圆10无法进行水平位移，还使得所述混合键合表面10a暴露在所述第一载盘20的第一部分21的内环面的内侧，从而使得混合键合表面都没有与第一载盘直接接触，不会造成划伤晶圆的混合键合表面上的图层，因此，无需在晶圆的非键合表面上形成临时键合载体晶圆或BG膜。
接着，对所述背面10b执行贴膜工艺，使得所述背面10b上贴覆有UV膜31，并将所述UV膜31通过绷膜环32绷紧，所述UV膜31用于在晶圆切割时不出现芯片分散。
图2d为本实施例的激光开槽工艺后的待切割晶圆的结构示意图。如图2d所示，接着执行步骤S3，从所述混合键合表面沿所述切割道对所述待切割晶圆执行激光开槽工艺，以在混合键合表面形成网格状的槽孔。
其中，所述槽孔位于相邻两待混合键合芯片之间，以定义出各待混合键合芯片的尺寸。
图2e为本实施例的激光隐形切割工艺后的待切割晶圆的结构示意图。如图2e所示，接着执行步骤S4，在所述槽孔中通过激光隐形切割工艺在所述待切割晶圆10内部形成网格状的激光划痕。隐形切割是指通过控制激光发射器，按照特定的频率向衬底11内发射一定功率、波长及焦距的激光脉冲，以在衬底11内的预设位置形成变质层结构，变质层结构一般为材料结构松弛的腔体或空腔(即激光划痕)。隐形切割时，激光进入衬底11内，并在衬底11中形成激光划痕，所述激光划痕为纵向直线通道和横向直线通道构成的网络结构。所述激光划痕位于相邻的待混合键合芯片之间，定义出芯片的尺寸。本实施例中，隐形切割过程中对激光的频率、功率未做限定，其可根据实际情况而定。在其他实施例中，还可以采用等离子切割工艺在所述待切割晶圆10内部形成网格状的激光划痕，但是由于非接触贴膜只能加工厚晶圆(即晶圆厚度为750mm左右)，当后续键合工艺为混合键合时，传统的厚晶圆刀轮切割或激光切割会破坏混合键合界面，而等离子切割加工厚晶圆时产能和工艺可行性极低。优选的采用激光隐形切割工艺来执行本步骤。
图2f为本实施例的裂片工艺后的待切割晶圆的结构示意图。如图2f所示，接着，利用所述待切割晶圆10上的多条激光划痕，通过扩膜或者劈裂的方式裂片，使得所述待切割晶圆10分离为多颗待混合键合芯片14。其中，所述待混合键合芯片14用于后续的混合键合。
通过扩膜的方式，将待切割晶圆10沿激光划痕的位置裂开，从而形成多个待混合键合芯片14。在一变形实施例中，所述劈裂工艺可以采用现有技术中的正裂或者背裂的方式来实现，正裂或者背裂的具体过程为本领域技术人员所熟知，本申请在此不做赘述。
实施例二
图3为本实施例的步骤S2中所对应的结构示意图。如图3所示，与实施例一相比，本实施例的步骤S2具体包括：
首先，采用夹钳将所述待切割晶圆非接触的限位在第二载盘41上方，所述第二载盘为气浮平台；其中，所述气浮平台通过从其朝向混合键合表面的表面向待切割晶圆10提供气浮支撑力，使得待切割晶圆10悬浮在气浮平台的上方。所述夹钳42位于所述待切割晶圆的外侧，将所述待切割晶圆10限位在气浮平台的正上方。
接着，对所述背面执行贴膜工艺。详细的，对所述背面10b执行贴膜工艺，使得所述背面10b上贴覆有UV膜31，并将所述UV膜31通过绷膜环32绷紧，所述UV膜31用于在晶圆切割时不出现芯片分散。
综上所述，本发明通过采用非接触式贴膜避免污染混合键合界面，采用激光开槽与隐形切割的组合工艺加工厚晶圆同时避免熔渣、碎屑等污染混合键合界面；并在不污染、不破坏混合键合界面的前提下，不使用BG膜或临时键合载体，实现无载体的混合键合工艺的界面加工，既达到了工艺要求，又降低了生产成本。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆的切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆具有相对设置的混合键合表面和背面，以及连接所述混合键合表面和背面的侧壁，所述待切割晶圆包括多个待混合键合芯片以及位于相邻所述待混合键合芯片之间的切割道；
步骤S2：将所述待切割晶圆的混合键合表面朝向所述载盘设置，且所述混合键合表面的至少大部分与所述载盘之间未接触，并对所述背面执行贴膜工艺；
步骤S3：从所述混合键合表面沿所述切割道对所述待切割晶圆执行激光开槽工艺，以在混合键合表面形成网格状的槽孔；
步骤S4：在所述槽孔中执行激光隐形切割工艺，以得到单个的待混合键合芯片。
2.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，步骤S2包括：
将所述待切割晶圆置于第一载盘上，所述混合键合表面朝向所述第一载盘设置且所述混合键合表面的至少大部分与所述第一载盘之间未接触；
对所述背面执行贴膜工艺，其中，所述第一载盘为环状载盘，且所述第一载盘的内环直径小于所述待切割晶圆的直径，且较所述待切割晶圆的直径小1mm～10mm。
3.如权利要求2所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述第一载盘的内环直径较所述待切割晶圆的直径小1mm～5mm。
4.如权利要求2所述的晶圆的切割方法，其特征在于，步骤S1和步骤S2之间还包括：
从所述混合键合表面侧对所述待切割晶圆的边缘执行裁剪工艺，以在所述待切割晶圆的边缘形成环形的凹槽。
5.如权利要求4所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述凹槽的径向长度为1mm～10mm。
6.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述第一载盘为环状载盘，且所述第一载盘的轴向截面为L型。
7.如权利要求6所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述第一载盘包括第一部分和第二部分，所述第二部分堆叠在所述第一部分的一个表面上，且所述第一部分和第二部分均为环状，所述第二部分的内环直径较所述第一部分的内环直径大，所述第二部分的内环直径还较所述待切割晶圆的直径大。
8.如权利要求7所述的晶圆的切割方法，其特征在于，步骤S2包括：
将所述待切割晶圆置于第一载盘上，所述混合键合表面置于所述第一部分朝向所述第二部分的表面上，且限位在所述第二部分的内侧；以及
对所述背面执行贴膜工艺，使得所述背面上贴覆有UV膜，并将所述UV膜通过绷膜环绷紧。
9.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，步骤S2包括：
采用夹钳将所述待切割晶圆非接触的限位在第二载盘上方，所述第二载盘为气浮平台；
对所述背面执行贴膜工艺。
10.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，步骤S4包括：
所述待切割晶圆的厚度大于500um。
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