CN113953689A - 一种晶圆的切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶圆的切割方法，包括：提供一晶圆，所述晶圆包括衬底和形成于所述衬底上的介质层，所述介质层内形成有切割道，所述切割道内形成有用于晶圆可接收度测试的金属焊盘；去除所述切割道内的金属焊盘；在所述介质层上形成混合键合层；沿所述切割道对所述晶圆进行切割，以形成贯穿所述混合键合层、介质层和衬底的凹槽。由于切割道内的金属焊盘用于晶圆可接收度测试，在晶圆可接收度测试完成后，金属焊盘已经不再需要，并且，在激光切割时，切割金属的熔渣大于切割介质层的熔渣，因此，在激光切割工艺之前去除切割道内的金属焊盘，从而能够解决激光切割工艺中，表面凸起的熔渣会极大的影响混合键合界面的平整度的问题。

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，特别涉及一种晶圆的切割方法。
背景技术
随着芯片性能要求的不断提升，半导体晶圆制造、封装测试必须不断地改进工艺，以期产出更小、更薄、集成度更高的芯片。当芯片尺寸变小，厚度变薄，传统的刀轮切割已无法满足先进工艺的要求。刀轮切割的宽度大，切割道尺寸无法缩减。切割时应力大，在处理薄片时更易出现损伤，尤其是Ⅲ-Ⅴ族衬底的部分种类的晶圆。
激光切割是在传统刀轮切割之后出现的，区别于刀轮切割，激光所需切割道宽度更小，切割产生的应力也较低。但是激光切割也有不足之处，比如存在热影响区，表面易堆积熔渣等。在应用于芯片到晶圆混合键合工艺前的切割加工时，表面凸起的熔渣会极大的影响混合键合界面的平整度。并且在激光切割工艺中，对熔渣凸起影响程度:金属>低介电常数的介质层（low-k材料）>Si，消除金属的影响显得尤为重要，特别是表层金属。然而，晶圆出货的晶圆可接收度 (wafer acceptable test，WAT)测试依赖于切割道区域表层的铝（Al）测试焊盘。因此，切割道区域表层的金属焊盘在激光切割工艺中，在混合键合界面的表面堆积熔渣，影响混合键合界面的平整度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆的切割方法，以解决切割道区域表层的金属焊盘在激光切割工艺中，在混合键合界面的表面堆积熔渣，影响混合键合界面的平整度的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆的切割方法，包括：
提供一晶圆，所述晶圆包括衬底和形成于所述衬底上的介质层，所述介质层内形成有切割道，所述切割道内形成有用于晶圆可接收度测试的金属焊盘；
去除所述切割道内的金属焊盘；
在所述介质层上形成混合键合层；
沿所述切割道对所述晶圆进行切割，以形成贯穿所述混合键合层、介质层和衬底的凹槽。
可选的，采用湿法刻蚀工艺或者干法刻蚀工艺去除所述切割道内的金属焊盘。
可选的，所述金属焊盘是铝焊盘。
可选的，所述湿法刻蚀工艺的工艺时间在10秒至1000秒之间。
可选的，在沿所述切割道对所述晶圆进行切割的步骤之前，在所述混合键合层的界面上形成一层保护液。
可选的，形成贯穿所述混合键合层、介质层和衬底的凹槽的步骤中包括：
执行第一切割工艺；
执行第二切割工艺；以及
执行第三切割工艺。
可选的，采用所述第一切割工艺沿所述保护液的表面向下开槽，形成从所述保护液的表面延伸至所述混合键合层内的第一凹槽。
可选的，采用所述第二切割工艺沿所述第一凹槽的底面向下开槽，形成连通所述第一凹槽的第二凹槽，且所述第一凹槽的横向宽度大于所述第二凹槽的横向宽度。
可选的，采用所述第三切割工艺沿所述第二凹槽的底面向下开槽，形成连通所述第二凹槽的第三凹槽，所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽共同贯穿所述晶圆。
可选的，所述第一切割工艺和所述第二切割工艺均采用激光切割工艺，所述第一切割工艺采用的激光的线宽大于所述第二切割工艺采用的激光的线宽，以使所述第一凹槽的横向宽度大于所述第二凹槽的横向宽度，所述第三切割工艺采用等离子切割工艺或者刀轮切割工艺。
在本发明提供的一种晶圆的切割方法中，通过在激光切割工艺之前，先去除所述切割道内的金属焊盘，再在所述介质层上形成混合键合层；接着沿所述切割道对所述晶圆进行切割。由于切割道内的金属焊盘用于晶圆可接收度测试，在晶圆可接收度测试完成后，金属焊盘已经不再需要，并且，在激光切割时，切割金属的熔渣大于切割介质层的熔渣，因此，在激光切割工艺之前去除切割道内的金属焊盘，从而能够解决切割道区域表层的金属焊盘在激光切割工艺中，在混合键合界面的表面堆积熔渣，影响混合键合界面的平整度的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的晶圆的切割方法流程图；
图2是本发明实施例的晶圆的切割方法的初始结构示意图；
图3是本发明实施例的晶圆的切割方法中去除金属焊盘步骤之后的结构示意图；
图4是本发明实施例的晶圆的切割方法中形成混合键合层步骤之后的结构示意图；
图5是本发明实施例的晶圆的切割方法中形成保护液步骤之后的结构示意图；
图6是本发明实施例的晶圆的切割方法中第一切割工艺步骤之后的结构示意图；
图7是本发明实施例的晶圆的切割方法中第二切割工艺步骤之后的结构示意图；
图8是本发明实施例的晶圆的切割方法中第三切割工艺步骤之后的结构示意图；
图中，
10-衬底；11-介质层；12-金属焊盘；13-切割道；14-混合键合层；141-导电键合垫；142-绝缘键合层；15-保护液；16-第一凹槽；17-第二凹槽；18-第三凹槽；20-承载膜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的晶圆的切割方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，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。
发明人研究发现，晶圆可接收度测试完成后，切割道内的金属焊盘已不需要。然而在激光切割工艺中，存在热影响区，表面易堆积熔渣。在应用于芯片到晶圆混合键合工艺前的切割加工时，表面凸起的熔渣会极大的影响混合键合界面的平整度。并且在激光切割工艺中，对熔渣凸起影响程度:金属>低介电常数的介质层>Si，消除金属的影响显得尤为重要，特别是表层金属。
基于此，本发明的核心思想在于，通过在激光切割工艺之前，先去除所述切割道内的金属焊盘，再在所述介质层上形成混合键合层，接着沿所述切割道对所述晶圆进行切割。由于切割道内的金属焊盘用于晶圆可接收度测试，在晶圆可接收度测试完成后，金属焊盘已经不再需要，并且，在激光切割时，切割金属的熔渣大于切割介质层的熔渣，因此，在激光切割工艺之前去除切割道内的金属焊盘，从而能够解决切割道区域表层的金属焊盘在激光切割工艺中，在混合键合界面的表面堆积熔渣，影响混合键合界面的平整度的问题。
具体的，请参考图1，其为本发明实施例的晶圆的切割方法流程图。如图1所示，本实施例提供一种晶圆的切割方法，包括：
步骤S10，提供一晶圆，所述晶圆包括衬底和形成于所述衬底上的介质层，所述介质层内形成有切割道，所述切割道内形成有用于晶圆可接收度测试的金属焊盘；
步骤S20，去除所述切割道内的金属焊盘；
步骤S30，在所述介质层上形成混合键合层；
步骤S40，沿所述切割道对所述晶圆进行切割，以形成贯穿所述混合键合层、介质层和衬底的凹槽。
图2是本发明实施例的晶圆的切割方法的初始结构示意图；图3是本发明实施例的晶圆的切割方法中去除金属焊盘步骤之后的结构示意图；图4是本发明实施例的晶圆的切割方法中形成混合键合层步骤之后的结构示意图；图5是本发明实施例的晶圆的切割方法中形成保护液步骤之后的结构示意图；图6是本发明实施例的晶圆的切割方法中第一切割工艺步骤之后的结构示意图；图7是本发明实施例的晶圆的切割方法中第二切割工艺步骤之后的结构示意图；图8是本发明实施例的晶圆的切割方法中第三切割工艺步骤之后的结构示意图；下面结合图2～图8对本实施例提供的晶圆的切割方法进行详细说明。
如图2和图3所示，在步骤S10中，提供一晶圆，所述晶圆包括衬底10和形成于所述衬底上的介质层11，所述介质层11内形成有切割道13，所述切割道13内形成有金属焊盘12；所述衬底10中形成有器件结构，所述器件结构可以为MOS器件、传感器件、存储器件和/或其他无源器件。所述介质层11内形成有互联结构层，所述衬底10具有正面和背面，所述互联结构层覆盖所述衬底10的正面，由此，所述衬底10、所述互联结构层由下至上依次堆叠。所述互联结构与所述器件结构互连；所述介质层11可以为单层或多层结构，所述互联结构可以为一层或多层金属层，不同金属层之间可以通过接触插塞、连线层和/或过孔等电连接件实现互连。在本实施例中，所述介质层11的材料可以为介质材料或低K介质材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、NDC(Nitrogen doped Silicon Carbide，掺氮碳化硅)或其组合。所述互联结构的材料可以为金属材料，例如钨、铝、铜或其组合。所述晶圆贴在承载膜20上，保证切割后的芯片既被完整分隔开，又不掉落，所述承载膜20为有机物，所述承载膜20例如是UV膜或者蓝膜。
如图3所示，在步骤S20中，去除所述切割道13内的金属焊盘12；所述金属焊盘例如是Al焊盘。采用湿法刻蚀工艺或者干法刻蚀工艺去除所述切割道内的金属焊盘12。在本实施例中，采用湿法刻蚀工艺去除所述切割道内的金属焊盘12，所述湿法刻蚀工艺的溶液例如是采用SC1或者采用TMAH。所述SC1溶液以氧化和微刻蚀去除金属焊盘12。所述SC1溶液包括氨水（NH4OH）、双氧水（H2O2）和水（H2O），其中，NH4OH:H2O2:H2O的配比例如是1:1:5~1:2:7，所述湿法刻蚀工艺的工艺时间例如是10秒至1000秒。所述TMAH溶液例如是2.58%的TMAH溶液，也可以采用其他湿法刻蚀溶液，本实施例对此不予限制。
如图4所示，在步骤S30中，在所述介质层11上和切割道13内形成混合键合层14；所述混合键合层14包括绝缘键合层142以及导电键合垫141，所述导电键合垫141位于所述绝缘键合层中且与所述介质层11中的互连结构互连。通常地，所述导电键合垫141形成于所述互连结构上，并分别与所述互连结构的顶层金属层互连，以实现互连结构的电引出。所述绝缘键合层142的材料可以为低介电常数材料（Low-k材料），例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、NDC(Nitrogen doped Silicon Carbide，掺氮碳化硅)或其组合，所述导电键合垫141的材料可以为键合金属材料，例如铜、金或其组合。
如图5所示，在沿所述切割道对所述晶圆进行切割的步骤S40之前，在所述混合键合层14的界面上形成一层保护液15。所述保护液15不会被碳化，所述保护液15用于保护所述混合键合层14在激光切割工艺中不被激光损坏。所述保护液15可以吸热，例如是吸收激光切割工艺中产生的热量，所述保护液15例如是液态胶。
如图6-图8所示，在步骤S40中，沿所述切割道13对所述晶圆进行切割，以形成贯穿所述混合键合层14、介质层11和衬底10的凹槽。形成贯穿所述混合键合层、介质层和衬底的凹槽的步骤S40中包括：第一切割工艺、第二切割工艺和第三切割工艺。
如图6所示，采用第一切割工艺沿所述保护液15的表面向下开槽，形成从所述保护液15的表面延伸至所述混合键合层14内的第一凹槽16。
如图7所示，采用第二切割工艺沿所述第一凹槽16的底面向下开槽，形成连通所述第一凹槽16的第二凹槽17，且所述第一凹槽16的横向宽度大于所述第二凹槽17的横向宽度。
在本实施例中，所述第一切割工艺和所述第二切割工艺均采用激光切割工艺，所述第一切割工艺采用的激光的线宽大于所述第二切割工艺采用的激光的线宽，以使所述第一凹槽16的横向宽度大于所述第二凹槽17的横向宽度。所述第一凹槽16的横向宽度例如是10微米至80微米。所述第一凹槽16的深度例如是小于5微米。所述第二凹槽17的宽度例如是8微米至20微米。所述第二凹槽17的深度例如是小于15微米。所述第一凹槽16也不限于位于所述混合键合层14内，所述第一凹槽16也可以贯穿所述混合键合层14并延伸至所述介质层11内，本实施例对此不作限制。所述第一凹槽16和所述第二凹槽17至少共同贯穿所述混合键合层14和所述介质层11。
如图8所示，采用第三切割工艺沿所述第二凹槽17的底面向下开槽，形成连通所述第二凹槽的第三凹槽18，所述第一凹槽16、所述第二凹槽17及所述第三凹槽18共同贯穿所述晶圆，所述切割道在所述晶圆上横纵分布，从而将所述晶圆分隔为一个个单独的芯片，然后可以将这些芯片采用混合键合工艺键合至一目标晶圆上。所述第三切割工艺例如采用等离子切割工艺或者刀轮切割工艺。
所述等离子切割工艺例如是采用Bosch工艺。Bosch工艺是指在集成电路制造中为了阻止或减弱侧向刻蚀，设法在刻蚀的侧向边壁沉积一层刻蚀薄膜的工艺。Bosch工艺首先采用氟基活性基团进行硅的刻蚀，然后进行侧壁钝化，刻蚀和保护两步工艺交替进行。它是通过交替转换刻蚀气体与钝化气体实现刻蚀与边壁钝化。其中刻蚀气体为SF6，钝化气体为C4F8。C4F8在等离子体中能够形成氟化碳类高分子聚合物。它沉积在硅表面能够阻止氟离子与硅的反应。刻蚀与钝化每5s~10s 转换一个周期。在短时间的各向同性刻蚀之后即将刚刚刻蚀过的硅表面钝化。在深度方向由于有离子的物理溅射轰击，钝化膜可以保留下来，这样下一个周期的刻蚀就不会发生侧向刻蚀。通过这种周期性“刻蚀-钝化-刻蚀”，刻蚀只沿着深度方向进行。由于离子轰击影响侧壁保护，在刻蚀结构开口处容易出现横向刻蚀，造成横向刻蚀的原因主要是，尽管刻蚀倒锥形深孔的侧壁总体是直线形，但是容易引起横向膨胀，使刻蚀结构的剖面形状非直线。
综上可见，在本发明提供的一种晶圆的切割方法中，通过在激光切割工艺之前，先去除所述切割道内的金属焊盘，再在所述介质层上形成混合键合层；接着沿所述切割道对所述晶圆进行切割。由于切割道内的金属焊盘用于晶圆可接收度测试，在晶圆可接收度测试完成后，金属焊盘已经不再需要，并且，在激光切割时，切割金属的熔渣大于切割介质层的熔渣，因此，在激光切割工艺之前去除切割道内的金属焊盘，从而能够解决激光切割工艺中，表面凸起的熔渣会极大的影响混合键合界面的平整度的问题。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆的切割方法，其特征在于，包括：
提供一晶圆，所述晶圆包括衬底和形成于所述衬底上的介质层，所述介质层内形成有切割道，所述切割道内形成有用于晶圆可接收度测试的金属焊盘；
去除所述切割道内的金属焊盘；
在所述介质层上形成混合键合层；
沿所述切割道对所述晶圆进行切割，以形成贯穿所述混合键合层、介质层和衬底的凹槽。
2.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺或者干法刻蚀工艺去除所述切割道内的金属焊盘。
3.如权利要求2所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述金属焊盘是铝焊盘。
4.如权利要求3所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺的工艺时间在10秒至1000秒之间。
5.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，在沿所述切割道对所述晶圆进行切割的步骤之前，在所述混合键合层的界面上形成一层保护液。
6.如权利要求5所述的晶圆的切割方法，其特征在于，形成贯穿所述混合键合层、介质层和衬底的凹槽的步骤中包括：
执行第一切割工艺；
执行第二切割工艺；以及
执行第三切割工艺。
7.如权利要求6所述的晶圆的切割方法，其特征在于，采用所述第一切割工艺沿所述保护液的表面向下开槽，形成从所述保护液的表面延伸至所述混合键合层内的第一凹槽。
8.如权利要求7所述的晶圆的切割方法，其特征在于，采用所述第二切割工艺沿所述第一凹槽的底面向下开槽，形成连通所述第一凹槽的第二凹槽，且所述第一凹槽的横向宽度大于所述第二凹槽的横向宽度。
9.如权利要求8所述的晶圆的切割方法，其特征在于，采用所述第三切割工艺沿所述第二凹槽的底面向下开槽，形成连通所述第二凹槽的第三凹槽，所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽共同贯穿所述晶圆。
10.如权利要求8所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述第一切割工艺和所述第二切割工艺均采用激光切割工艺，所述第一切割工艺采用的激光的线宽大于所述第二切割工艺采用的激光的线宽，以使所述第一凹槽的横向宽度大于所述第二凹槽的横向宽度，所述第三切割工艺采用等离子切割工艺或者刀轮切割工艺。
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