一种晶圆及其切割方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆及其切割方法。


背景技术：

2.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。现有的混合键合方式通常有晶圆与晶圆的键合(w2w)、芯片与芯片的键合(c2c)和芯片与晶圆的键合(c2w)，这些键合通常均采用cu-cu混合键合。而无凸点(bumpless)键合工艺的主要特点是利用混合键合技术实现cu-cu之间的之间键合，这样可以使得连接单元的尺寸大大缩小，且最小尺寸可以小于10μm，从而实现了更高的i/o连接密度，同时，没有了下填料使得其散热性好。
3.无凸点键合工艺存在以下挑战：其对芯片表面洁净度以及平整度要求极高，其主要挑战表现在对加工过程的高要求，例如晶圆切割、芯片取放、芯片清洗、芯片键合等过程。
4.如图1所示，目前，主流的晶圆切割方式包括刀轮切割、激光切割和等离子切割，但是只有激光切割适合晶圆表面的低k介质层的切割开槽工艺。由于切割道的低k介质层的表面具有金属结构，而激光切割因其热加工原理导致金属材料以及其他材料的热重熔现象，从而在切割边界(槽口处)产生熔渣a堆积，影响芯片表面洁净度和平整度。另外，常规的激光加工保护胶需单独配置，在镭射前涂布，并在镭射后立即去除，但是保护胶依然不能完全阻挡回熔的晶渣，特别是在切割的边界(槽口处)上表面。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种晶圆及其切割方法，可以大幅度削弱晶圆切割过程中的热重熔现象，从而降低了晶圆切割工艺对芯片表面洁净度以及平整度的影响。
6.为了解决上述问题，本发明提供一种晶圆，包括多个芯片和位于相邻的所述芯片之间的切割道，所述切割道包括第一部分和第二部分，所述第二部分包括多个第二子部分，每个所述第二子部分包围一个所述芯片设置，所述第一部分呈网格状，且位于相邻的两个所述第二子部分之间，并用于向所述晶圆提供开槽通道；
7.其中，所述第一部分在其表面以下的预设深度中没有金属结构。
8.可选的，所述预设深度的取值为0.5μm～15μm。
9.可选的，所述第一部分与所述芯片之间的距离为0.5μm～80μm。
10.可选的，所述第一部分的宽度为1μm～70μm。
11.可选的，所述晶圆沿厚度方向依次包括衬底和低k介质层，所述低k介质层的厚度大于或等于所述预设深度。
12.可选的，所述第二子部分在其表面和/或表面以下的预设深度中具有金属结构。
13.另一方面，本发明还提供了一种晶圆的切割方法，包括以下步骤：
14.包括以下步骤：
15.提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆包括多个芯片和位于相邻的芯片之间的切割道，所述切割道包括第一部分，所述第一部分呈网格状，其中，所述第一部分在其表面以下的预设深度中没有金属结构；
16.通过第一次切割工艺在所述第一部分进行开槽，以形成凹槽；
17.通过第二次切割工艺沿所述凹槽对所述待切割晶圆进行切割，以获得单个的芯片。
18.可选的，通过第一次切割工艺在所述第一部分进行开槽，以形成凹槽；通过第二次切割工艺沿所述凹槽对所述待切割晶圆进行切割，以获得单个的芯片具体包括：
19.通过激光切割工艺在所述第一部分进行激光开槽，以形成凹槽；以及
20.通过等离子切割工艺沿所述凹槽对所述待切割晶圆进行切割，以获得单个的芯片。
21.可选的，所述预设深度的取值为0.5μm～15μm。
22.可选的，所述第一部分的宽度为1μm～70μm。
23.可选的，所述晶圆沿厚度方向包括衬底和低k介质层，所述凹槽的深度等于所述低k介质层的厚度。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
25.本发明提供一种晶圆及其切割方法中，晶圆包括多个芯片和位于相邻的所述芯片之间的切割道，所述切割道用于向所述晶圆提供切割通道，所述切割道包括第一部分和第二部分，所述第二部分包括多个第二子部分，每个所述第二子部分包围一个所述芯片设置，所述第一部分呈网格状，且位于相邻的两个所述第二子部分之间，并用于向所述晶圆提供开槽通道；其中，所述第一部分在其表面以下的预设深度中没有金属结构。本发明通过在预设深度内没有金属结构，使得在激光切割开槽时没有出现激光对金属的切割，因此，没有了金属熔渣在槽口处的堆积，大幅度削弱了热重熔现象以及槽口处堆积熔渣的现象，从而提高了晶圆表面的洁净度和平整度，使得切割后的芯片满足混合键合工艺需求。
附图说明
26.图1为晶圆切割时存在热重熔现象的结构示意图；
27.图2a-2b为本发明一实施例的一种晶圆的结构示意图；
28.图3为本发明一实施例的一种晶圆的切割方法的流程示意图；
29.图4为本发明一实施例的晶圆在激光开槽后的结构示意图。
30.附图标记说明：
31.a-熔渣；
32.10-芯片；
33.21-第一部分；22-第二子部分；
34.110-衬底；120-低k介质层；130-凹槽。
具体实施方式
35.以下将对本发明的一种晶圆及其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。
36.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。
37.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。
38.激光切割适合晶圆表面的低k介质层的切割开槽工艺中，由于切割道的表面的金属，使得金属开槽工艺中，激光切割因其热加工原理导致金属材料和其他材料的热重熔现象，以在切割道的槽口处产生熔渣a堆积，影响混合键合芯片的键合表面的洁净度；切割道的槽口处由于熔渣a堆积形成凸起，该凸起影响混合键合芯片的键合表面的平整度，影响键合工艺的键合质量。
39.因此，为了解决上述问题，本发明的核心思想在于提供一种晶圆，包括多个芯片和位于相邻的所述芯片之间的切割道，所述切割道包括第一部分和第二部分，所述第二部分包括多个第二子部分，每个所述第二子部分包围一个所述芯片设置，所述第一部分呈网格状，且位于相邻的两个所述第二子部分之间，并用于向所述晶圆提供开槽通道；
40.其中，所述第一部分在其表面以下的预设深度中没有金属结构。
41.本发明还提供了一种晶圆的切割方法，包括以下步骤：
42.提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆包括多个芯片和位于相邻的芯片之间的切割道，所述切割道包括第一部分，所述第一部分呈网格状，其中，所述第一部分在其表面以下的预设深度中没有金属结构；
43.通过第一次切割工艺在所述第一部分进行开槽，以形成凹槽；
44.通过第二次切割工艺沿所述凹槽对所述待切割晶圆进行切割，以获得单个的芯片。
45.图2a-2b为本实施例的一种晶圆的结构示意图。如图2a-2b所示，本实施例提供一种晶圆，所述晶圆包括多个芯片10和位于相邻的芯片10之间的切割道，所述切割道呈网格状，每个所述芯片10位于一个所述网格中。所述切割道的宽度d1可以为30μm～150μm。
46.所述切割道包括第一部分21和第二部分，所述第一部分21与所述切割道形状相同，也为网格状，所述第二部分由多个第二子部分22组成，每个所述第二子部分22包围一个所述芯片10设置，所述第二子部分22为方形环状结构，即所述第二子部分22的形状呈“回”字形。所述第一部分21向所述晶圆提供开槽通道，具体向所述晶圆提供激光开槽通道。所述第一部分21可以位于相邻两个所述芯片10之间的中间位置上，即所述第一部分21距离相邻两个所述芯片10的距离相同，所述第一部分21还可以靠近相邻两个所述芯片10中其中一个设置，所述第一部分21与芯片10之间的间距为0.5μm～80μm。所述第一部分21的宽度d2为1μm～70μm，以提供足够宽度的开槽通道。优选的，所述第一部分21靠近相邻两个所述芯片10
中其中一个设置，以避免在切割道的第二部分上形成的金属结构无需改变设计，并可以沿用现有的设计，避免了重复开发设计。
47.可选的，所述晶圆沿厚度方向依次包括衬底110和外延层，所述外延层具有低k介质层120，所述低k介质层120远离所述衬底110设置。
48.可选的，所述晶圆沿厚度方向依次包括衬底110和介质层120。
49.由于介质层120在预定深度内无需设置金属结构，因此所述介质层可以采用低k介质层120，而无须担心电隔离作用的不足，低k介质层120的厚度大于或等于预设深度，激光切割开槽时所形成的凹槽的深度小于等于预设深度，使得凹槽完成位于低k介质层120中，这就使得激光切割开槽时没有出现激光对金属的切割，因此，没有金属熔渣在槽口处堆积，大幅度削弱了热重熔现象以及槽口处堆积熔渣的现象，从而提高了晶圆表面的洁净度和平整度，使得切割后的芯片10满足混合键合工艺需求。其中，预设深度h的取值为0.5μm～15μm。在低k介质层120预定深度一下，可以根据其电隔离特性，设置一定的金属结构。
50.所述第二部分中的低k介质层120的表面或者在其表面以下预设深度h的范围内根据需要可以存在金属结构，这些金属结构可能用于电性测试、对准标记等。所述低k介质层120的厚度可以大于或等于预设深度h。在所述低k介质层120的厚度大于预设深度h时，即使第一部分21中的低k介质层120的预设深度h以下的区域存在金属结构，激光开槽时金属熔渣堆积在槽内，而没有了在槽口处堆积，大幅度削弱了槽口处堆积熔渣的现象，提高了晶圆表面的洁净度和平整度。
51.图3为本实施例的一种晶圆的切割方法的流程示意图。如图3所示，本实施例提供一种晶圆的切割方法，包括以下步骤：
52.步骤s10：提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆包括多个芯片和位于相邻的芯片之间的切割道，所述切割道包括第一部分，所述第一部分呈网格状，第一部分在表面以下的预设深度中没有金属结构；
53.步骤s20：通过激光切割工艺在所述第一部分进行第一次开槽，以形成凹槽；
54.步骤s30：通过第二次切割工艺沿所述凹槽对所述待切割晶圆进行切割，以获得单个的芯片。
55.以下结合图2a-2b以及图4对本实施例的一种晶圆的切割方法进行详细的说明。
56.请参阅图2a-2b，首先执行步骤s10，提供一待切割晶圆，所述待切割晶圆包括多个芯片10和位于相邻的芯片10之间的切割道，所述切割道包括第一部分21，所述第一部分21呈网格状，其中，所述第一部分21在其表面以下预设深度h的范围内没有金属结构，其中，预设深度h的取值为0.5μm～15μm。
57.详细的，所述待切割晶圆包括多个芯片10和位于相邻的芯片10之间的切割道，所述切割道包括第一部分21和第二部分，所述第二部分由多个第二子部分22组成，每个所述第二子部分22包围一个所述芯片10，所述第一部分21呈网格状，并向所述待切割晶圆提供激光开槽通道，其中，所述第一部分21在其表面以下预设深度h的范围内没有金属结构，其中，预设深度h的取值为0.5μm～15μm，以避免在激光开槽时在凹槽130的表面(槽口处)出现金属熔渣，从而大幅度削弱了热重熔现象。所述第一部分21距离所述芯片10的距离大于等于0.5μm，以使得在后续的切割工艺中不会损坏到芯片10。
58.请参阅图4，接着执行步骤s20，通过第一次切割工艺在所述第一部分21进行开槽，
以形成凹槽130。具体的，通过激光切割工艺在所述第一部分21进行激光开槽，以形成凹槽130。
59.在本步骤中，形成的凹槽130的深度大于或等于预设深度h，因此，即使第一部分21在大于预设深度h的区域存在金属结构，在激光开槽时没有了金属熔渣在槽口处堆积，仅产生较少的熔渣堆积在凹槽130的开口处，降低了其对芯片10表面的平整度和洁净度造成影响，并降低激光切割工艺对芯片带来的热影响。
60.接着执行步骤s30，通过第二次切割工艺沿所述凹槽130对所述待切割晶圆进行裂片，以获得单个的芯片10。具体的，通过等离子切割工艺沿所述凹槽130对所述待切割晶圆进行裂片，以获得单个的芯片10。
61.沿着第一部分21的凹槽130切割所述待切割晶圆，该切割过程在第一部分21以及部分的第二部分中进行。
62.综上所述，本发明提供一种晶圆及其切割方法中，晶圆包括多个芯片和位于相邻的所述芯片之间的切割道，所述切割道用于向所述晶圆提供切割通道，所述切割道包括第一部分和第二部分，所述第二部分包括多个第二子部分，每个所述第二子部分包围一个所述芯片设置，所述第一部分呈网格状，且位于相邻的两个所述第二子部分之间，并用于向所述晶圆提供开槽通道；其中，所述第一部分在其表面以下的预设深度中没有金属结构。本发明通过在预设深度没有金属结构，使得在激光切割开槽时没有出现激光对金属的切割，因此，没有了金属熔渣在槽口处堆积，大幅度削弱了热重熔现象以及槽口处堆积熔渣的现象，从而提高了晶圆表面的洁净度和平整度，使得切割后的芯片满足混合键合工艺需求。
63.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。
64.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。