CN114226984A - 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，采用第一激光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介质层内的第一凹槽，所述第一凹槽的边缘上方形成有熔渣；采用第二激光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，所述第二凹槽的边缘上方形成有熔渣；进行等离子切割工艺沿所述第二凹槽的底面向下开槽，形成第三凹槽，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并构成切割道，同时去除所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘上方的熔渣。本发明有利于提高混合键合工艺的效果。

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；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，进而影响混合键合工艺的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆的切割方法，以解决激光切割时，晶圆表面凸起的熔渣影响混合键合界面的平整度进而影响混合键合工艺的效果的问题。
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位于所述衬底上的介质层，所述介质层上形成有保护液；
采用第一激光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介质层内的第一凹槽，所述第一凹槽的边缘上方形成有熔渣；
采用第二激光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，所述第二凹槽的边缘上方形成有熔渣；
进行等离子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并构成切割道，同时去除所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘上方的熔渣。
可选的，所述第一激光切割工艺采用的激光的线宽大于所述第二激光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。
可选的，所述第一凹槽的横向宽度为10微米至80微米；和/或，所述第二凹槽的宽度为8微米至20微米。
可选的，所述第一激光切割工艺采用的激光的能量小于所述第二激光切割工艺采用的激光的能量，以使所述第一凹槽的深度小于所述第二凹槽的深度。
可选的，所述等离子切割工艺采用Bosch工艺。
可选的，所述等离子切割工艺采用的工艺气体包括SF6和C4F8。
可选的，所述等离子切割工艺包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段中调整Bosch工艺参数以强化Bosch工艺的横向刻蚀速率，所述第二阶段中调整Bosch工艺参数以强化Bosch工艺的纵向刻蚀速率。
可选的，在所述等离子切割工艺的第一阶段中，增大C4F8的气体流量或者降低纵向电场强度，以强化横向刻蚀去除所述第一凹槽的边缘上方的熔渣。
可选的，在所述等离子切割工艺的第二阶段中，减小C4F8的气体流量或者增加纵向电场强度，以强化纵向刻蚀去除所述第二凹槽的边缘上方的熔渣。
可选的，所述第一凹槽和所述第二凹槽至少共同贯穿所述介质层。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
在本发明提供的一种晶圆的切割方法中，通过先采用第一激光切割工艺沿所述保护液的表面向下开槽，形成横向宽度较大的第一凹槽，然后采用第二激光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且横向宽度较小的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二沟槽的边缘上方均形成有熔渣，通过等离子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，同时去除所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘上方的熔渣，等离子切割工艺采用横向刻蚀工艺去除第一凹槽的边缘上方的熔渣，采用纵向刻蚀去除第二凹槽的边缘上方的熔渣，从而能够解决激光切割时，晶圆表面凸起的熔渣影响混合键合界面的平整度进而影响混合键合工艺的效果的问题。
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至图5是本发明实施例的晶圆的切割方法的相应步骤对应的结构示意图；
图中，
10-衬底；11-介质层；12-保护液；13-第一凹槽；14-熔渣；15-第二凹槽；16-第三凹槽；20-固定膜。
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一种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，在晶圆切割中，激光切割工艺中存在热影响区，介质层表面易堆积熔渣，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，影响混合键合工艺的键合效果。现有技术中，去除熔渣的方法例如是采用湿法刻蚀工艺或者是CMP（化学机械研磨工艺）。如图2所示，在晶圆切割中，为了保证切割后的芯片既被完整分隔开，又不掉落，需要对晶圆贴膜，也就是说，将晶圆贴在固定膜上，由于固定膜是有机物，无法采用湿法刻蚀工艺去除熔渣，由于CMP的机台只能晶圆进入，贴有固定膜的晶圆无法进入CMP机台，因此，也无法采用CMP工艺去除激光切割工艺产生的熔渣。
基此，在本发明实的核心思想在于，通过先采用第一激光切割工艺沿所述保护液的表面向下开槽，形成横向宽度较大的第一凹槽，然后采用第二激光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且横向宽度较小的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二沟槽内均形成有熔渣，通过等离子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，同时去除所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘上方的熔渣，等离子切割工艺采用横向刻蚀工艺去除第一凹槽的边缘上方的熔渣，采用纵向刻蚀去除第二凹槽的边缘上方的熔渣，从而能够解决激光切割时，晶圆表面凸起的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，其是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位于所述衬底上的介质层，所述介质层上形成有保护液；
步骤S20，采用第一激光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介质层内的第一凹槽，所述第一凹槽的边缘上方形成有熔渣；
步骤S30，采用第二激光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，所述第二凹槽的边缘上方形成有熔渣；
步骤S40，进行等离子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并构成切割道，同时去除所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘上方的熔渣。
图2～图5为本实施例提供的晶圆的切割方法的相应步骤对应的结构示意图。下面结合图2～图5对本实施例提供的晶圆的切割方法进行详细说明。
请参考图2，在步骤S10中，提供一晶圆，所述晶圆包括衬底10和位于所述衬底10上的介质层11，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及混合键合层，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，所述混合键合层覆盖所述互联结构层，由此，所述衬底10、所述互联结构层及所述混合键合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。所述混合键合层包括绝缘键合层以及导电键合垫，所述导电键合垫位于所述绝缘键合层中且与所述互连结构互连。通常地，所述导电键合垫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。在本实施例中，所述介质层11和所述绝缘键合层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，所述导电键合垫的材料可以为键合金属材料，例如铜、金或其组合。
所述介质层11上形成有保护液12，所述保护液12不会被碳化，所述保护液12用于保护所述介质层11中的混合键合层在激光切割工艺中不被激光损坏。所述保护液12可以吸热，例如是吸收激光切割工艺中产生的热量，所述保护液例如是液态胶。
所述晶圆贴在固定膜20上，保证切割后的芯片既被完整分隔开，又不掉落，所述固定膜20为有机物，所述固定膜20例如是UV膜。
请参考图3，在步骤S20中，采用第一激光切割工艺沿所述保护液12的表面向下开槽，形成从所述保护液12的表面延伸至所述介质层11内的第一凹槽13，所述第一凹槽的边缘上方形成有熔渣14；所述第一凹槽的边缘上方的熔渣的厚度例如是150纳米至250纳米。所述第一凹槽的横向宽度例如是10微米至80微米。所述第一凹槽的深度例如是小于5微米。
应理解，采用所述第一激光切割工艺形成所述第一凹槽13时，所述第一激光切割工艺容易导致材料的热重熔现象，使得所述第一凹槽13的内壁上以及所述介质层11内的混合键合层的表面上堆积由熔渣构成的颗粒物，影响所述介质层11内的混合键合层的表面的洁净度和平整度，并且，这些颗粒物通常粘度较大，难以去除。
请参考图4，在步骤S30中，采用第二激光切割工艺沿所述第一凹槽14的底面向下开槽，形成连通所述第一凹槽的第二凹槽15，且所述第一凹槽14的横向宽度大于所述第二凹槽15的横向宽度，所述第二凹槽的边缘上方形成有熔渣；所述第二凹槽的边缘上方熔渣的厚度例如是2微米-3微米。所述第二凹槽15的宽度例如是8微米至20微米。所述第二凹槽15的深度例如是小于15微米。所述第一凹槽13和所述第二凹槽15至少共同贯穿所述介质层11。
所述第一激光切割工艺的激光的线宽大于所述第二激光切割工艺的激光的线宽，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。所述第一激光切割工艺的激光的能量小于所述第二激光切割工艺的激光的能量，以使所述第一凹槽的深度小于所述第二凹槽的深度，从而减少所述第一激光切割工艺形成的颗粒物。
应理解，采用所述第二激光切割工艺形成所述第二凹槽15时，类似的，所述第二激光切割工艺也容易导致材料的热重熔现象，从而产生颗粒物，但是由于所述第二凹槽15的横向宽度小于所述第一凹槽13的横向宽度，所述第二激光切割工艺产生的颗粒物仅会堆积在所述第一凹槽13和所述第二凹槽15内。
请参考图5，在步骤S40中，进行等离子切割工艺沿所述第二凹槽15的底面向下开槽，形成连通所述第二凹槽的第三凹槽16，所述第一凹槽13、所述第二凹槽15及所述第三凹槽16共同贯穿所述晶圆并构成切割道，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。所述等离子切割工艺同时去除所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘上方的熔渣14。在本实施例中，所述等离子切割工艺采用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。所述等离子切割工艺包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段中调整Bosch工艺参数以强化Bosch工艺的横向刻蚀速率，所述第二阶段中调整Bosch工艺参数以强化Bosch工艺的纵向刻蚀速率。所述等离子切割工艺的工艺气体包括SF6和C4F8。在所述等离子切割工艺的第一阶段中，采用增大C4F8的气体流量或者降低纵向电场强度的方式，强化横向刻蚀去除所述第一凹槽的边缘上方的熔渣。在本实施例中，所述等离子切割工艺的工艺气体还包括CF4、CHF3和O2，在第一阶段中，CF4用于加强所述介质层11中的氧化硅和氮化硅的刻蚀效果，CHF3用于加强所述介质层11中的氮化硅刻蚀效果，且CF4 和CHF3气体仅在第一阶段中使用；在所述等离子切割工艺的第二阶段中，采用减小C4F8的气体流量或者增加纵向电场强度的方式，强化纵向刻蚀去除所述第二凹槽的边缘上方的熔渣，并同时进行第三凹槽的刻蚀。O2用于凹槽形成中侧壁的保护。在等离子切割工艺中，硅和介质层的刻蚀比例如是100:1，因此，在第三凹槽形成的过程中，介质层11损伤很小，所述介质层11相当于硬掩模层保护了未暴露的硅衬底部分。在等离子切割工艺中，保护液12保护介质层11中的混合键合层不被损伤。
通过等离子切割工艺，形成第三凹槽的同时去除了第一凹槽和第二凹槽的边缘上方的熔渣，保护了介质层11中的混合键合层的界面，提高了单个芯片的表面的洁净度和平整度，可提高所述混合键合工艺的键合效果。
综上可见，在本发明提供的一种晶圆的切割方法中，通过先采用第一激光切割工艺沿所述保护液的表面向下开槽，形成横向宽度较大的第一凹槽，然后采用第二激光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且横向宽度较小的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二沟槽内均形成有熔渣，通过等离子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，同时去除所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘上方的熔渣，等离子切割工艺采用横向刻蚀工艺去除第一凹槽的边缘上方的熔渣，采用纵向刻蚀去除第二凹槽的边缘上方的熔渣，从而能够解决激光切割时，晶圆表面凸起的熔渣影响混合键合界面的平整度进而影响混合键合工艺的效果的问题。
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 (9)

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位于所述衬底上的介质层，所述介质层上形成有保护液；
采用第一激光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介质层内的第一凹槽，所述第一凹槽的边缘上方形成有熔渣；
采用第二激光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，所述第二凹槽的边缘上方形成有熔渣；
进行等离子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并构成切割道，同时去除所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘上方的熔渣；
其中，所述等离子切割工艺采用的工艺气体包括SF6、C4F8、CF4、CHF3和O2。
2.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述第一激光切割工艺采用的激光的线宽大于所述第二激光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。
3.如权利要求2所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述第一凹槽的横向宽度为10微米至80微米；和/或，所述第二凹槽的宽度为8微米至20微米。
4.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述第一激光切割工艺采用的激光的能量小于所述第二激光切割工艺采用的激光的能量，以使所述第一凹槽的深度小于所述第二凹槽的深度。
5.如权利要求1所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述等离子切割工艺采用Bosch工艺。
6.如权利要求5所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述等离子切割工艺包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段中调整Bosch工艺参数以强化Bosch工艺的横向刻蚀速率，所述第二阶段中调整Bosch工艺参数以强化Bosch工艺的纵向刻蚀速率。
7.如权利要求6所述的晶圆的切割方法，其特征在于，在所述等离子切割工艺的第一阶段中，采用增大C4F8的气体流量或者降低纵向电场强度的方式，以强化横向刻蚀去除所述第一凹槽的边缘上方的熔渣。
8.如权利要求6所述的晶圆的切割方法，其特征在于，在所述等离子切割工艺的第二阶段中，采用减小C4F8的气体流量或者增加纵向电场强度的方式，以强化纵向刻蚀去除所述第二凹槽的边缘上方的熔渣。
9.如权利要求1至8中任一项所述的晶圆的切割方法，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽至少共同贯穿所述介质层。
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