晶圆切割方法与流程

1.本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种晶圆切割方法。


背景技术：

2.晶圆包括衬底(例如为硅衬底)和位于衬底上的电路层，电路层通常包括介质层和位于介质层中的金属层。晶圆划片通常采用两种方法：第一种先采用激光开槽方式切割电路层，再采用刀片切割方式切割衬底；第二种采用纯刀片切割方式，刀片依次切割电路层和衬底。采用刀片切割电路层时，由于切割道内电路层中金属材质较多，因此存在刀片切割电路层时较高的金属飞溅率，飞溅的金属极易损伤像素单元导致高像素损伤率。采用激光切割电路层时，激光切割后在电路层中的切割沟槽内残留的熔融物在可靠性测试下有形成铜花风险。
3.第一种划片方法，先采用激光切割方式切割电路层，在电路层中形成第一凹槽，第一凹槽暴露出衬底；接着，在第一凹槽中采用刀片切割的方式切割衬底形成第二凹槽，常规制程中需要保持刀痕小于激光痕宽度，因此形成的第二凹槽的宽度小于第一凹槽的宽度。第一种划片方法采用激光移除切割道内电路层，具有低金属飞溅率，低像素损伤率的优点，但激光切割后在电路层中的切割凹槽内残留的熔融物在可靠性测试下有形成铜花的风险。第二种划片方法仅采用刀片切割的方式，具有单制程成本低，无铜花可靠性风险的优点，但存在较高的金属飞溅率和高像素损伤率。以上两种划片方法均存在明显的缺点，亟需改善。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种晶圆切割方法，降低了刀片切割电路层的量，从而降低了刀片切割引起的金属飞溅率和产品脆弱的像素区域损伤风险。通过刀片切割将第一沟槽残留的熔融物一并切割去除，刀片切割后形成的第二沟槽切割痕边界无激光熔渣，避免熔融物在可靠性测试下形成铜花，有效提高了产品的可靠性。
5.本发明提供一种晶圆切割方法，包括：
6.提供晶圆，所述晶圆包括衬底和位于所述衬底上的电路层；所述电路层包括介质层和位于所述介质层中的金属层；
7.采用激光沿划片道逐行切割预设宽度的所述电路层暴露出所述衬底，形成第一沟槽；
8.采用刀片沿所述第一沟槽的轨迹逐行切割所述第一沟槽两侧的部分宽度的所述电路层和位于所述刀片下方的所述衬底形成第二沟槽，所述刀片在所述晶圆上的投影覆盖所述第一沟槽，所述刀片切割宽度大于所述预设宽度。
9.进一步的，所述激光切割形成所述第一沟槽具体包括：提供激光束机，所述激光束机包括激光发射器、卡盘台和移动机构；所述卡盘台固定所述晶圆，所述移动机构带动所述卡盘台上固定的所述晶圆移动。
10.进一步的，所述激光切割形成所述第一沟槽的步骤中，工艺参数包括：激光的波长
为：300nm～400nm；激光输出功率为：1.0w～4.0w；重复频率：40khz～200khz；脉冲宽度：8ns～13ns；激光束和所述晶圆相对彼此移动的切割供给速度为：50mm/sec～400mm/sec。
11.进一步的，所述预设宽度为40μm～60μm，所述刀片切割宽度为所述预设宽度的120％～160％。
12.进一步的，所述刀片切割形成所述第二沟槽具体包括：提供切割机，所述切割机包括电机、主轴以及依次套设在所述主轴上的轮毂和所述刀片；所述刀片固定在所述轮毂径向周侧边缘，所述电机驱动所述主轴转动，通过所述轮毂带动所述刀片旋转，切割所述第一沟槽两侧的部分宽度的所述电路层和位于所述刀片下方的所述衬底形成第二沟槽。
13.进一步的，所述刀片切割形成所述第二沟槽的步骤中，所述刀片：外径为40mm～60mm，宽度为70μm～90μm；所述刀片的转数为：25000rpm～50000rpm；所述刀片和所述晶圆相对彼此移动的切割供给速度为：20mm/sec～40mm/sec。
14.进一步的，所述刀片的材料包括金刚石，所述金刚石的颗粒粒径为2μm～3μm。
15.进一步的，所述晶圆包括背照式图像传感器晶圆；所述介质层包括聚酰亚胺基或聚对二甲苯基聚合物的膜形成的低介电绝缘膜；所述介质层中形成有金属互连结构和/或焊垫。
16.进一步的，在平行于所述晶圆正面的平面内，预设的所述划片道的数量为多条，多条所述划片道分别沿相垂直的第一方向和第二方向延伸；俯视所述晶圆，所述第一沟槽和所述第二沟槽均呈井字形交错。
17.进一步的，所述晶圆的背面粘贴有粘膜，所述刀片切割形成所述第二沟槽的步骤中，切透所述晶圆至所述粘膜，所述粘膜不被切透。
18.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
19.本发明提供了一种晶圆切割方法，包括：提供晶圆，晶圆包括衬底和位于衬底上的电路层；采用激光切割预设宽度的电路层暴露出衬底，形成第一沟槽；采用刀片切割第一沟槽两侧的部分宽度的电路层和刀片下方的衬底形成第二沟槽，刀片在晶圆上的投影覆盖第一沟槽，刀片切割宽度大于预设宽度(激光切割宽度)，刀痕将激光痕完全覆盖去除。本发明预设宽度的电路层采用激光切割，第一沟槽两侧的少部分宽度的电路层采用刀片切割，降低了刀片切割电路层的量，从而降低刀片切割引起的金属飞溅率和产品脆弱的像素区域损伤风险。刀片切割将第一沟槽残留的熔融物一并切割去除，第二沟槽切割痕边界无激光熔渣，避免熔融物在可靠性测试下形成铜花，有效提高了产品的可靠性。
附图说明
20.图1为本发明实施例的晶圆切割方法流程示意图。
21.图2为本发明实施例的晶圆切割方法中激光切割示意图。
22.图3为本发明实施例的晶圆切割方法中激光切割后的示意图。
23.图4为本发明实施例的晶圆切割方法中切割机结构示意图。
24.图5为本发明实施例的晶圆切割方法中刀片切割晶圆示意图。
25.图6为本发明实施例的晶圆切割方法中刀片切割后的晶圆示意图。
26.其中，附图标记如下：
27.10-主轴；11-轮毂；12-刀片；13-基座；14-电机；o-轴线；v1-第一沟槽；v2-第二沟
槽；20-晶圆；20a-电路层；20b-衬底；21-粘膜；30-激光束；31-激光痕；32-熔融物。
具体实施方式
28.以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
29.为了便于描述，本技术一些实施例可以使用诸如“在
…
上方”、“在
…
之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为在其它元件或部件“上方”或“之上”。下文中的术语“第一”、“第二”、等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。
30.本发明实施例提供了一种晶圆切割方法，如图1所示，包括：
31.步骤s1、提供晶圆，晶圆包括衬底和位于衬底上的电路层；电路层包括介质层和位于介质层中的金属层；
32.步骤s2、采用激光沿划片道逐行切割预设宽度的所述电路层暴露出所述衬底，形成第一沟槽；
33.步骤s3、采用刀片沿所述第一沟槽的轨迹逐行切割所述第一沟槽两侧的部分宽度的所述电路层和位于所述刀片下方的所述衬底形成第二沟槽，所述刀片在所述晶圆上的投影覆盖所述第一沟槽，所述刀片切割宽度大于所述预设宽度。
34.下面结合图2至图6详细介绍本发明实施例的晶圆切割方法的各步骤。
35.如图2和图3所示，步骤s1、提供晶圆20，晶圆20包括衬底20b和位于衬底20b上的电路层20a，电路层20a包括介质层和位于介质层中的金属层。晶圆例如为背照式图像传感器晶圆，介质层例如为由无机材料诸如siof或bsg(siob)的膜，或有机材料诸如聚酰亚胺基或聚对二甲苯基聚合物的膜形成的低介电绝缘膜。介质层中形成有金属互连结构和/或焊垫。
36.步骤s2、采用激光沿划片道逐行切割预设宽度的电路层20a暴露出衬底20b，形成第一沟槽v1。电路层20a远离衬底20b一侧的表面为晶圆20正面，衬底20b远离电路层20a一侧的表面为晶圆20背面。晶圆20背面粘贴有粘膜21，以便当晶圆20分割成单个芯片时，芯片不会散落。示例性的，在平行于晶圆20正面的平面内，划片道的数量为多条，多条划片道分别沿第一方向和第二方向延伸，第一方向和第二方向相垂直。俯视晶圆20看，第一沟槽v1呈井字形交错。在形成第一沟槽v1后，第一沟槽v1未贯穿晶圆20，也就是说，晶圆20未被切割透。
37.通过向晶圆20的划片道施加激光束30切割电路层20a来形成第一沟槽v1。激光切割电路层20a的过程中，激光切割后在电路层20a中的第一沟槽v1侧壁上和底部容易残留有熔融物32(例如熔球)在可靠性测试下有形成铜花风险。激光切割电路层20a的过程中在衬底20b中形成印记称为激光痕31。
38.步骤s2具体包括：提供激光束机，激光束机包括激光发射器、卡盘台和移动机构；卡盘台固定晶圆20，移动机构带动卡盘台上固定的晶圆20移动。将晶圆20放置在激光束机
的卡盘台上，晶圆20正面朝上并吸持在卡盘台上。通过移动机构将吸持晶圆20的卡盘台设置在图像拾取装置的正下方。通过图像拾取装置和移动机构来执行晶圆20的激光待切割区域的对准操作。图像拾取装置和移动机构执行诸如图案匹配等的图像处理，进行激光束30施加位置的对准。激光束30例如为脉冲激光束。激光切割的工艺参数包括：激光的波长为：300nm～400nm；激光输出功率为：1.0w～4.0w；重复频率：40khz～200khz；脉冲宽度：8ns～13ns；激光束30和晶圆20相对彼此移动的切割供给速度为：50mm/sec～400mm/sec。示例性的，激光束30从固定位置发出，移动机构带动晶圆20以该切割供给速度移动。
39.步骤s3、如图4至图6所示，采用刀片12沿第一沟槽v1的轨迹逐行切割第一沟槽v1两侧的部分宽度的电路层20a和位于刀片12下方的衬底20b形成第二沟槽v2，刀片12在晶圆20上的投影覆盖第一沟槽v1，刀片切割宽度大于预设宽度(激光切割宽度)。相应的，第二沟槽v2的宽度e大于第一沟槽v1的宽度d。示例性的，刀片切割宽度为激光切割宽度的120％～160％。由此，通过刀片12切割将第一沟槽v1侧壁上和底部残留的熔融物32(例如熔球)一并切割去除，避免熔融物32(例如熔球)在可靠性测试下形成铜花。刀片12切割形成第二沟槽v2的过程，切透晶圆20至粘膜21，粘膜21不被切透。
40.步骤s3具体包括：提供切割机，切割机包括沿轴向依次设置的轮毂11、圆环状的刀片12和电机14，刀片12固定在轮毂11上。刀片12与轮毂11可为一体结构，也可为分体结构。基座13位于刀片12远离轮毂11的一侧并将刀片12固定。该切割机具有以高速旋转的主轴10和套设在该主轴10上的轮毂11，刀片12固定在轮毂11径向周侧边缘。刀片12用于切割卡盘台上固定的晶圆20。电机14驱动主轴10转动，通过轮毂11带动刀片12旋转，切割第一沟槽v1两侧的部分宽度的电路层20a和位于刀片12下方的衬底20b形成第二沟槽v2。刀片12的宽度(厚度)即ab之间的距离例如为70μm～90μm。示例性的，刀片12呈圆环形薄片状，圆环的圆心在主轴10的轴线o上，刀片12的厚度方向与主轴10的轴向平行。轮毂11与刀片12同轴。刀片12的材料包括金刚石，金刚石的颗粒粒径为2微米至3微米。
41.本实施例的切割机还包括：具有吸持装置的卡盘台，用于固定作为工件的晶圆20；图像拾取装置，用于拾取在该卡盘台上固定的晶圆20的图像；以及一个移动装置，用于使卡盘台上的晶圆20和刀片12相对彼此移动。
42.通常情况下，激光束机和切割机为互相独立的机器设备，具有各自对应的卡盘台、移动机构和图像拾取装置。在其他示例中，激光束机和切割机也可共用一套卡盘台、移动机构和图像拾取装置，根据机器设备具体情况设定。
43.将经过激光切割后的晶圆20放置在切割机的卡盘台上，晶圆20的正面朝上，并通过吸持装置固定在该卡盘台上。通过移动机构将吸持晶圆20的卡盘台设置在图像拾取装置的正下方。通过图像拾取装置和移动装置来执行晶圆20的待切割区域的对准操作。也就是说，该图像拾取装置和该移动装置执行诸如图案匹配等的图像处理，沿着预定方向切割道的刀片12对准，由此进行待切割区域的对准。
44.在检测到该卡盘台上固定的晶圆20上进行了待切割区域的对准之后，将固定晶圆20的卡盘台移动到待切割区域的切割起始位置。以预定的转数旋转刀片12，并且移动装置以预定的切割供给速率使卡盘台上的晶圆20和刀片12相对彼此移动。沿着切割道区域，自晶圆20正面向背面进行切割。例如，在刀片12切割形成第二沟槽v2的步骤中，刀片12外径为40mm～60mm，厚度为70μm～90μm；刀片12的转数：25000rpm～50000rpm；刀片12和晶圆20相
对彼此移动的切割供给速度为：20mm/sec～40mm/sec。需要说明的是，刀片12和晶圆20相对彼此移动的切割供给速度不宜过小，也不宜过大。如果该切割供给速度过小，则刀片12的磨损比较大，设备产出低；如果该切割供给速度过大，则容易崩边从而导致切割品质变差。
45.刀片12的材料包括金刚石，金刚石的硬度较大，能够提高刀片12的锋利度，从而有利于提高切割效率以及第二沟槽v2的侧壁光滑度。金刚石的颗粒粒径例如为2μm～3μm。
46.本发明实施例中，预设宽度的电路层采用激光切割，第一沟槽v1两侧的少部分宽度的电路层20a采用刀片12切割，降低了刀片12切割电路层20a的量，即降低了刀片12与电路层20a中的金属材质接触率，从而降低切割引起的金属飞溅率和像素损伤风险。本发明激光使用时采用逆向思维，刀片切割宽度大于激光切割宽度，相应的，第二沟槽v2的宽度大于第一沟槽的v1宽度；如此一来，通过刀片12切割将第一沟槽v1残留的熔融物32(例如熔球)一并切割去除，刀片12切割后形成的第二沟槽v2切割痕边界无激光熔渣，避免熔融物32(例如熔球)在可靠性测试下形成铜花；激光切割电路层20a的过程中在衬底20b中形成印记称为激光痕31，激光痕31能完全被刀痕移除(刀片切割宽度大于激光切割宽度)，激光熔球等激光残渣不会演变为铜花问题，能避免激光使用过程中的可靠性问题。
47.综上所述，本发明提供一种晶圆切割方法，包括：提供晶圆，晶圆包括衬底和位于衬底上的电路层；采用激光切割预设宽度的电路层暴露出衬底，形成第一沟槽；采用刀片切割第一沟槽两侧的部分宽度的电路层和刀片下方的衬底形成第二沟槽，刀片在晶圆上的投影覆盖第一沟槽，刀片切割宽度大于预设宽度(激光切割宽度)，刀痕将激光痕完全覆盖去除。本发明预设宽度的电路层采用激光切割，第一沟槽两侧的少部分宽度的电路层采用刀片切割，降低了刀片切割电路层的量，从而降低刀片切割引起的金属飞溅率和产品脆弱的像素区域损伤风险。刀片切割将第一沟槽残留的熔融物一并切割去除，第二沟槽切割痕边界无激光熔渣，避免熔融物在可靠性测试下形成铜花，有效提高了产品的可靠性。
48.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
49.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，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作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种晶圆切割方法，其特征在于，包括：提供晶圆，所述晶圆包括衬底和位于所述衬底上的电路层；所述电路层包括介质层和位于所述介质层中的金属层；采用激光沿划片道逐行切割预设宽度的所述电路层暴露出所述衬底，形成第一沟槽；采用刀片沿所述第一沟槽的轨迹逐行切割所述第一沟槽两侧的部分宽度的所述电路层和位于所述刀片下方的所述衬底形成第二沟槽，所述刀片在所述晶圆上的投影覆盖所述第一沟槽，所述刀片切割宽度大于所述预设宽度。2.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述激光切割形成所述第一沟槽具体包括：提供激光束机，所述激光束机包括激光发射器、卡盘台和移动机构；所述卡盘台固定所述晶圆，所述移动机构带动所述卡盘台上固定的所述晶圆移动。3.如权利要求2所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述激光切割形成所述第一沟槽的步骤中，工艺参数包括：激光的波长为：300nm～400nm；激光输出功率为：1.0w～4.0w；重复频率：40khz～200khz；脉冲宽度：8ns～13ns；激光束和所述晶圆相对彼此移动的切割供给速度为：50mm/sec～400mm/sec。4.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述预设宽度为40μm～60μm，所述刀片切割宽度为所述预设宽度的120％～160％。5.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述刀片切割形成所述第二沟槽具体包括：提供切割机，所述切割机包括电机、主轴以及依次套设在所述主轴上的轮毂和所述刀片；所述刀片固定在所述轮毂径向周侧边缘，所述电机驱动所述主轴转动，通过所述轮毂带动所述刀片旋转，切割所述第一沟槽两侧的部分宽度的所述电路层和位于所述刀片下方的所述衬底形成所述第二沟槽。6.如权利要求5所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述刀片切割形成所述第二沟槽的步骤中，所述刀片：外径为40mm～60mm，宽度为70μm～90μm；所述刀片的转数为：25000rpm～50000rpm；所述刀片和所述晶圆相对彼此移动的切割供给速度为：20mm/sec～40mm/sec。7.如权利要求1所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述刀片的材料包括金刚石，所述金刚石的颗粒粒径为2μm～3μm。8.如权利要求1至7任意一项所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述晶圆包括背照式图像传感器晶圆；所述介质层包括聚酰亚胺基或聚对二甲苯基聚合物的膜形成的低介电绝缘膜；所述介质层中形成有金属互连结构和/或焊垫。9.如权利要求1至7任意一项所述的晶圆切割方法，其特征在于，在平行于所述晶圆正面的平面内，预设的所述划片道的数量为多条，多条所述划片道分别沿相垂直的第一方向和第二方向延伸；俯视所述晶圆，所述第一沟槽和所述第二沟槽均呈井字形交错。10.如权利要求1至7任意一项所述的晶圆切割方法，其特征在于，所述晶圆的背面粘贴有粘膜，所述刀片切割形成所述第二沟槽的步骤中，切透所述晶圆至所述粘膜，所述粘膜不被切透。

技术总结
本发明提供一种晶圆切割方法，包括：提供晶圆，晶圆包括衬底和位于衬底上的电路层；采用激光切割预设宽度的电路层暴露出衬底，形成第一沟槽；采用刀片切割第一沟槽两侧的部分宽度的电路层和刀片下方的衬底形成第二沟槽，刀片在晶圆上的投影覆盖第一沟槽，刀片切割宽度大于预设宽度(激光切割宽度)，刀痕将激光痕完全覆盖去除。本发明预设宽度的电路层采用激光切割，第一沟槽两侧的少部分宽度的电路层采用刀片切割，降低了刀片切割电路层的量，从而降低刀片切割引起的金属飞溅率和产品脆弱的像素区域损伤风险。刀片切割将第一沟槽残留的熔融物一并切割去除，第二沟槽切割痕边界无激光熔渣，避免熔融物在可靠性测试下形成铜花，有效提高了产品的可靠性。效提高了产品的可靠性。效提高了产品的可靠性。


技术研发人员：李仁海 陈磊 李文涛
受保护的技术使用者：豪威半导体（上海）有限责任公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/21