TWI443733B - 晶圓切割方法 - Google Patents

Description

晶圓切割方法

本發明大體上與一種晶圓切割方法有關，更特定言之，其係指一種針對晶圓級(wafer level)接合晶圓結構的切割方法。

半導體元件和光電元件的製作流程中會大量使用到磊晶與鍍膜製程來形成各種層結構。一般而言，要在一種材料上成長另一種不同的材料，必須要考慮兩者原子晶格間的匹配程度，若是兩者材料之間的晶格大小差距太大，必然會在界面處產生一應力場，缺陷或差排大多會集中在這類界面處，進而導致後續的鍍膜或磊晶結構會有穿遂差排(threading dislocation)等問題，嚴重地影響元件的效能。近年來，為了解決上述晶格大小不匹配與鍍膜磊晶時的穿遂差排等問題。晶圓對晶圓接合技術(wafer-to-wafer bonding)係應運開發而出。

晶圓對晶圓接合係指將兩晶圓接合後，藉由外加能量使接合界面的原子產生反應形成共價鍵而結合成一體，並使接合介面達到特定的鍵合強度。完成接合的晶圓接合結構之後可再如同單一晶圓般進行切割製程切割成一個個的晶粒或單元。晶圓對晶圓接合技術能克服材料本身在磊晶技術上的限制，不受限於晶格相異的材料限制，且由於所欲製作之元件係以晶圓型態完成了整體製作後才切割一個個成品單元，故省去了習知技術中要對每一切割下來的半成品單元進行其他繁複的組裝流程，無疑大大節省了生產的時間與成本，有利於在半導體與光電產業領域上輕易實現多樣化複合基板之製作，深具研究發展與商業化價值。

現今晶圓對晶圓接合技術已應用在許多極具潛力的產業中，諸如微機電領域的微型麥克風、生醫領域的微流體感測元件、微電子領域的晶圓級封裝(wafer level package,WLP)、絕緣材上覆矽(silicon-on-insulator,SOI)基材、光電領域的CMOS影像感測器(CIS)或發光二極體(LED)等元件之製作，如晶圓級光學元件(wafer level optics,WLO)或是晶圓級相機模組(wafer level camera,WLC)，其應用的層面非常廣泛。

現在請參照第1圖與第2圖，其為先前技術中一晶圓對晶圓接合結構(下文中統稱為已接合晶圓)100的切割製程示意圖。如第1圖所示，已接合晶圓100係由一第一晶圓110與一第二晶圓120所對接而成，其第二晶圓120的外表面上係佈植有錫球130。而如第2圖所示，在切割製程之前已接合晶圓100會先黏附在一切割膠膜140上，以提供切割時必要的結構支撐後再行切割。然後，進行切割製程，切割已接合晶圓100之一表面，以將已接合晶圓切割為複數個晶粒。然，由於已接合晶圓100係由第一晶圓與第二晶圓所構成，而具有較第一晶圓或第二晶圓厚之厚度，因此在切割已接合晶圓100時容易產生偏移，進而影響切割的精準度。並且，對於某些已接合晶圓100結構而言，其中一晶圓面上會佈植有錫球(或凸塊)130等接點結構，藉以與電路板電性連接。由於該些錫球130會影響切割膠膜140與已接合晶圓100之黏著，因此在切割製程中容易造成已接合晶圓100無法被穩固的固定住，亦會影響到切割的精準度。

有鑑於上述習知技術作法無法克服的問題，本發明的目的即在於提供一種新穎的晶圓切割方法，其藉由半切割(half-cut)製程以及改變錫球形成步驟之順序而使得切粒步驟中切割膠膜與晶圓接合結構之間的黏附不會受到凸出的錫球結構之影響，進而提高後續切割製程的良率與精準度。

根據本發明一實施例，其中揭露了一種晶圓切割方法，其步驟包含提供一第一晶圓、提供一第二晶圓並將該第二晶圓與該第一晶圓接合成一已接合晶圓、從該已接合晶圓的一第一面進行半切割動作、在該已接合晶圓的一第二面上設置錫球、以及從該已接合晶圓的第二面進行切粒動作。

本發明的晶圓切割方法係採雙面的切割(half-cut)製程，較之習用的單次切割製程可更精確穩定地切割總體厚度較厚的已接合晶圓結構。再者，其各晶粒單元的錫球佈植步驟係於兩次半切割製程之間進行，可避免習用作法中切割膠膜因突出的錫球結構而無法與晶圓面緊密黏附的問題，進一步提升切割穩定度與精準度。

無疑地，本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例細節說明後將變得更為顯見。

現在文中將對本發明的實施例其隨附圖示中所描繪的例子作細節說明。然，其並非要將該些實施例限定在後文中將描述的實施方式，且文中的實施方式係提出來讓閱者能輕易並完整地瞭解本發明之範疇與精神。在圖示中，某些元件與結構的尺寸與厚度為了清楚之故會被誇大表示。

請參照第3圖至第11圖，其依序描繪出本發明晶圓切割方法的步驟流程。首先請同時參照第3圖與第4圖，其描繪出根據本發明晶圓切割方法流程中晶圓對晶圓接合步驟之示意圖。本發明的晶圓切割方法的對象物主要為由多片晶圓所接合而成的單一晶圓或結構體，在下文中通稱其為已接合晶圓。首先，提供一第一晶圓210與一第二晶圓220。然後，利用晶圓對晶圓接合技術對接第一晶圓210與第二晶圓220而形成一已接合晶圓200。在本發明實施例中，第一晶圓210與第二晶圓220可為由各種晶圓堆疊之晶圓疊層結構，如一已製作完成的鏡頭晶圓或感測器晶圓，其上形成有以陣列方式排列的鏡頭單元或感測器單元。第一晶圓210與第二晶圓220亦可為製作一單一晶圓級鏡頭模組(WLC)中所需的各晶圓疊層組件，如各透鏡晶圓組件。第一晶圓210與第二晶圓220會先經過晶圓接合機台精確地對位使得其上對應的各陣列單元230能彼此對準，之後才進行接合動作，其晶圓接合方式包含但不限定於陽極處理式、共晶式、黏合式、融合式、絕緣上覆矽、熱壓式等接合方式。須注意，圖中的第一晶圓210與第二晶圓220僅為一例示，在其他實施例中，已接合晶圓200亦可能由兩個以上的晶圓(如三到四片晶圓)彼此對接而成。

接著請參照第5圖與第6圖，其描繪出本發明晶圓切割方法流程中對已接合晶圓進行半切割製程之示意圖。如第5圖與第6圖所示，已接合晶圓200在進行半切割製程前會先黏附在一切割膠膜240上，且切割膠膜240係用來暫時固定住已接合晶圓200，以提供已接合晶圓200在進行半切割製程時必要的結構支撐，並使半切割製程能更穩定地進行以提高切割的精準度。然後，對已接合晶圓200之一表面進行半切割製程，利用一切割輪鋸250沿著已接合晶圓200的切割面上預先定義好的切割道260進行。半切割製程的切割深度係小於已接合晶圓200的整體厚度h，其中尤以切割面端的晶圓(即第一晶圓210)厚度為佳，但不限於此。在本實施例中，切割膠膜240可為電子級膠膜(blue tape)、紫外線膠膜(UV tape)、或是熱脫膠膜等，其具有高黏性以在半切割過程中牢固地黏住晶圓，避免脫粒、毛邊、位移、背崩、斷片等現象發生。再者，切割膠膜240須能在之後經由特殊處理(如加熱、照UV光等)而消除其黏性，以順利從晶圓面上取下。當已接合晶圓200的其中一面黏上切割膠膜240後，半切割製程即可從已接合晶圓200未黏有切割膠膜240的另一面來施作。

接著請參照第7圖與第8圖，其描繪出本發明晶圓切割方法流程中錫球形成步驟之示意圖。如第7圖所示，在完成半切割製程後，黏著於已接合晶圓200非切割面(即第二晶圓220的那一面)上的切割膠膜240會先經過脫膠處理(如加熱或紫外光固化)而與已接合晶圓200脫離。而如第8圖所示，之後在已接合晶圓200脫離切割膠膜240之表面上佈植多個錫球(或凸塊)270以作為已接合晶圓200上各陣列單元對外的接點。於實作中，最後從已接合晶圓200上切割下來的各晶圓級元件成品(如一微鏡頭模組)會藉由該些錫球270與一電路板或其他封裝結構上的接墊連結，使製作完成的各晶圓級元件可以固定在電路板上並與之達成電性連結。在本發明實施例中，錫球270僅會佈植在已接合晶圓200的其中一面上，其材質可包含錫、銀、銅、鉛或其合金等成分。須注意本發明圖中所示之錫球270尺寸為清楚描述之故而誇大表示，在實作中，錫球270的直徑可能僅在數百微米(μm)之間，且每一陣列單元係可佈植有多顆錫球。

接著請參照第9圖與第10圖，其描繪出本發明晶圓切割方法流程中另一晶圓切割步驟之示意圖。在完成了前述的錫球佈植步驟後，已接合晶圓200經過半切割製程的表面(即第一晶圓210的那一面)會先黏附上另一切割膠膜280，以利進行一切割製程。於本發明之其他實施例中，在已接合晶圓200經過半切割製程的表面黏附切割膠膜280之步驟亦可於錫球佈植步驟之前進行，以助於穩定地固定住已接合晶圓200，進而準確佈植錫球270於各陣列單元上。如第10圖所示，類似於本案第6圖的步驟，切割輪鋸250會沿著已接合晶圓200佈植有錫球270的那一面(即第二晶圓220的那一面)上預先定義好的切割道290進行切割製程。第二晶圓220上的切割道290係與第一晶圓210上的切割道260對齊，使得整個切割製程完成後已接合晶圓200會被分成複數個晶粒292，例如多個個別獨立的晶片或成品單元。於本實施例中，切割製程的切割深度與半切割製程的切割深度的總和係大於或等於已接合晶圓200的整體厚度h，以將已接合晶圓200切割為晶粒292。本發明之切割製程亦可為半切割製程且切割深度小於已接合晶圓200的整體厚度h，但不限於此，其中切割製程之切割深度尤以切割面端的晶圓，即第二晶圓220，的厚度為較佳，且不以此為限。

接著請參照第11圖，在已接合晶圓200完成晶粒292切割後，黏附在第二晶圓220上的切割膠膜280會經由照射UV光或是加熱固化等處理以去除其黏性。

本發明的晶圓切割方法的一大特點在於，其切割係採雙面的切割(half-cut)製程，意即已接合晶圓200並非經由單一切割製程來分離各晶粒292，而係分別從已接合晶圓200的兩面各進行一道半切割製程始得以完成切割程序。採用此作法的緣故在於一般已接合晶圓200的總體厚度h會過大，單次的切割製程是無法精確穩定地切割出各晶粒292，故採用兩面切割之方式為之。並且，第一次半切割製程較佳從未有要佈植錫球270的表面進行，如第一晶圓210的那一面，且佈植錫球270之步驟較佳進行於兩次半切割製程之間，使得切割膠膜280不至於因黏附於佈植有錫球270之表面而產生黏著不穩固之情況。藉此，第二次半切割製程可避免因黏著不穩固而造成切割偏移。

本領域之技藝人士將可輕易瞭解到在維持本發明教示之前提下，本發明之元件與方法步驟可加以修改或變形成多種態樣。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100．．．已接合晶圓

110．．．第一晶圓

120．．．第二晶圓

130．．．錫球

140．．．切割膠膜

200．．．已接合晶圓

210．．．第一晶圓

220．．．第二晶圓

230．．．陣列單元

240．．．切割膠膜

250．．．切割輪鋸

260．．．切割道

270．．．錫球

280．．．切割膠膜

290．．．切割道

292．．．晶粒

第1圖與第2圖為先前技術中一晶圓對晶圓接合結構的切割製程示意圖。

第3～11圖為本發明晶圓切割方法流程一系列步驟之示意圖，其中：

第3圖與第4圖為根據本發明晶圓切割方法流程中晶圓對晶圓接合步驟之示意圖；

第5圖與第6圖為根據本發明晶圓切割方法流程中對已接合晶圓進行半切步驟之示意圖；

第7圖與第8圖為根據本發明晶圓切割方法流程中錫球形成步驟之示意圖；

第9圖與第10圖為根據本發明晶圓切割方法流程中另一晶圓切割步驟之示意圖；

第11圖為根據本發明晶圓切割方法流程中最後的成品脫膜步驟之示意圖。

200．．．已接合晶圓

210．．．第一晶圓

220．．．第二晶圓

250．．．切割輪鋸

270．．．錫球

280．．．切割膠膜

290．．．切割道

292．．．晶粒

Claims (6)

1. 一種晶圓切割方法，其包含下列步驟：提供一已接合晶圓，其中該已接合晶圓係由一第一晶圓與一第二晶圓接合而成；對該已接合晶圓的一第一面進行一半切割製程；在該已接合晶圓相對於該第一面的一第二面上設置錫球；以及對該已接合晶圓的該第二面進行一切割製程，以切割出複數個晶粒。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓切割方法，更包含在進行該半切割製程之前將該已接合晶圓的該第二面黏貼於一切割膠膜。
3. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓切割方法，更包含在進行該切割製程之前將該已接合晶圓的該第一面黏貼於一切割膠膜。
4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓切割方法，其中該第一晶圓與該第二晶圓為晶圓級光學元件晶圓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之晶圓切割方法，其中該第一晶圓為鏡頭模組晶圓。
6. 如申請專利範圍第4項所述之晶圓切割方法，其中該第二晶圓為感測器晶圓。