一种晶圆处理方法与流程

1.本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆处理方法。


背景技术：

2.在半导体芯片的制造过程中，首先通过半导体工艺在晶圆上形成多个芯片，然后通过切割工艺将晶圆切割成分离的芯片，再对这些芯片进行封装，最终得到可以使用的半导体器件。
3.传统的晶圆切割工艺中，激光切割产生的切割面平整度较差，且往往会伴随有杂质颗粒的产生，影响芯片的洁净度。
4.因此，如何提高通过晶圆切割得到的芯片的洁净度和良率，成为了目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本公开实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种。
6.为达到上述目的，本公开实施例的技术方案是这样实现的：
7.本公开实施例提供一种晶圆处理方法，所述晶圆处理方法包括：
8.提供晶圆；所述晶圆包括切割道；所述切割道包括测试区域和位于所述测试区域之间的缓冲区域；所述缓冲区域包括形成于衬底上的介质层；
9.在所述缓冲区域的所述介质层中形成保护结构；
10.形成覆盖所述测试区域和所述缓冲区域的保护层；所述保护结构的熔沸点高于所述介质层和所述保护层的熔沸点；
11.对所述保护层执行激光切割，去除所述保护层中覆盖所述保护结构的部分，以在所述保护层中形成暴露所述保护结构的开口。
12.在一种可选的实施方式中，所述在所述缓冲区域的所述介质层中形成保护结构，包括：
13.执行第一刻蚀，以在所述缓冲区域的所述介质层中形成第一凹槽；所述第一凹槽的底面高于所述衬底的顶面；
14.在所述第一凹槽中形成所述保护结构。
15.在一种可选的实施方式中，所述晶圆处理方法还包括：
16.执行第二刻蚀，通过所述开口去除所述保护结构，以形成第二凹槽。
17.在一种可选的实施方式中，所述晶圆处理方法还包括：
18.通过所述第二凹槽对所述介质层和所述衬底进行刻蚀，以将所述晶圆分割为若干个芯片。
19.在一种可选的实施方式中，所述通过所述第二凹槽对所述介质层和所述衬底进行刻蚀，以将所述晶圆分割为若干个芯片，包括：
20.通过所述第二凹槽对所述介质层执行第三刻蚀，以形成暴露所述衬底的第三凹
槽；
21.通过所述第三凹槽对所述衬底执行第四刻蚀，以将所述晶圆分割为若干个芯片。
22.在一种可选的实施方式中，所述保护结构的材料包括钨；所述保护层的材料包括抗等离子体材料。
23.在一种可选的实施方式中，所述第二刻蚀和所述第三刻蚀为等离子体刻蚀。
24.在一种可选的实施方式中，所述第四刻蚀为bosch刻蚀；所述bosch刻蚀包括向所述衬底多次交替输送刻蚀气体与钝化气体。
25.在一种可选的实施方式中，所述形成覆盖所述测试区域和所述缓冲区域的保护层之前，所述晶圆处理方法还包括：
26.将所述晶圆的正面与支撑晶圆进行临时键合；
27.对所述晶圆与所述正面相对的背面执行减薄工艺，以去除部分所述衬底；
28.执行解键合，将所述晶圆与所述支撑晶圆分离；
29.将所述晶圆的背面粘附在切割带上。
30.在一种可选的实施方式中，所述晶圆处理方法还包括：
31.执行第五刻蚀，去除所述保护层；所述第五刻蚀为湿法刻蚀。
32.在本公开所提供的技术方案中，提供了一种晶圆处理方法，所述晶圆处理方法包括：提供晶圆；所述晶圆包括切割道；所述切割道包括测试区域和位于所述测试区域之间的缓冲区域；所述缓冲区域包括形成于衬底上的介质层；在所述缓冲区域的所述介质层中形成保护结构；形成覆盖所述测试区域和所述缓冲区域的保护层；所述保护结构的熔沸点高于所述介质层和所述保护层的熔沸点；对所述保护层执行激光切割，去除所述保护层中覆盖所述保护结构的部分，以在所述保护层中形成暴露所述保护结构的开口。本公开在晶圆切割道的缓冲区域的介质层中形成保护结构，保护结构的熔沸点高于保护层和介质层的熔沸点，通过激光切割仅去除保护层中覆盖保护结构的部分，保护结构在激光切割过程中不会受到影响，并且可以保护下方的介质层，从而避免介质层在激光切割中产生杂质颗粒，提高晶圆切割后芯片的洁净度。
附图说明
33.图1为本公开实施例提供的晶圆处理方法的流程示意图；
34.图2a至图2n为本公开实施例提供的晶圆处理过程的结构示意图。
具体实施方式
35.下面将参照附图更详细地描述本公开公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
36.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本公开更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
37.在附图中，自始至终相同附图标记表示相同的元件。
38.应当明白，空间关系术语例如“在
……
下”、“在
……
下面”、“下面的”、“在
……
之下”、“在
……
之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在
……
下面”和“在
……
下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述术语相应地被解释。
39.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
40.传统的晶圆切割工艺中，激光切割工艺利用高功率密度激光束照射晶圆的切割道，使切割道中的材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对晶圆的切割。然而，在晶圆的切割道中，往往设置有用于芯片测试的测试键，测试键由金属材料形成，在激光切割过程中，其热效应与测试键之间填充的介质材料的热效应存在较大差异，这会导致切割面不平整，同时产生杂质颗粒。在晶圆切割后的清洗过程中，杂质颗粒会从切割区域转移至芯片的其他区域，从而对芯片的洁净度和良率产生负面影响。例如，当杂质颗粒转移至芯片的混合键合界面时，会严重影响后续混合键合工艺的可靠性。
41.因此，需要进一步优化晶圆切割工艺，减少晶圆切割过程中产生的杂质颗粒，以提高芯片的洁净度和良率。对此，本公开提出了以下实施方式。
42.本公开实施例提供了一种晶圆处理方法。图1为本公开实施例提供的晶圆处理方法的流程示意图。如图1所示，晶圆处理方法包括以下步骤：
43.步骤101：提供晶圆；所述晶圆包括切割道；所述切割道包括测试区域和位于所述测试区域之间的缓冲区域；所述缓冲区域包括形成于衬底上的介质层；
44.步骤102：在所述缓冲区域的所述介质层中形成保护结构；
45.步骤103：形成覆盖所述测试区域和所述缓冲区域的保护层；所述保护结构的熔沸点高于所述介质层和所述保护层的熔沸点；
46.步骤104：对所述保护层执行激光切割，去除所述保护层中覆盖所述保护结构的部分，以在所述保护层中形成暴露所述保护结构的开口。
47.图2a至图2n为本公开实施例提供的晶圆处理过程的结构示意图。下面，将结合图1、图2a至图2n对本公开实施例提供的晶圆处理方法进行详细说明。
48.图2a为本公开实施例提供的晶圆的俯视图，图2b为图2沿aa’线的截面图。在一些实施例中，结合参照图2a和图2b，晶圆处理方法包括：提供晶圆；晶圆包括切割道；切割道包括测试区域20和位于测试区域20之间的缓冲区域10；缓冲区域10包括形成于衬底101上的介质层102。
deposition，ald)等沉积工艺对第一凹槽103进行填充，并通过化学机械研磨(chemical mechanical polish，cmp)去除位于介质层102和测试区域20表面的多余材料，以形成保护结构104。
59.在一些实施例中，参照图2f至图2h，晶圆处理方法还包括：将晶圆的正面与支撑晶圆进行临时键合；对晶圆与正面相对的背面执行减薄工艺，以去除部分衬底；执行解键合，将晶圆与支撑晶圆分离；将晶圆的背面粘附在切割带(dicing tape)50上。如图2f所示，支撑晶圆包括衬底401和键合层402，键合层402包括键合剂，可以与晶圆的正面临时键合。如图2g所示，对晶圆的背面执行减薄工艺后，衬底101在z方向上的厚度减小，以与后续刻蚀步骤的刻蚀量相匹配。如图2h所示，执行解键合后，将晶圆的背面粘附在切割带50上，以进行后续的处理步骤。
60.在一些实施例中，参照图2i，晶圆处理方法还包括：形成覆盖测试区域20和缓冲区域10的保护层601。
61.在本公开实施例中，保护结构104的熔沸点高于介质层102和保护层601的熔沸点。介质层102可以由二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介质材料形成；保护结构104可以由钨、钼、铌、钽等金属及其合金，二硼化钛、二硼化锆等金属硼化物，碳化硅、碳化钛等碳化物，氧化镁、氧化锆等金属氧化物中的一种或者多种形成；保护层601可以由抗等离子体材料形成。
62.需要说明的是，本公开实施例中的熔沸点是指材料在一个大气压下的熔点和沸点。保护结构104的熔沸点高于介质层102和保护层601的熔沸点，是指保护结构104的熔点高于介质层102的沸点，并且高于保护层601的沸点。
63.在一具体示例中，介质层102的材料为二氧化硅，其熔点为1600℃，沸点为2230℃；保护结构104的材料为钨，其熔点为4310℃，沸点为5660℃；保护层601的材料为氟碳聚合物，其熔点和沸点均低于1000℃。在另一具体示例中，介质层102的材料为氮化硅，其熔点为1900℃，沸点为2173℃；保护结构104的材料为碳化钛，其熔点为3140℃，沸点为4820℃。
64.在一些实施例中，结合参照图2i和图2j，晶圆处理方法还包括：对保护层601执行激光切割，去除保护层601中覆盖保护结构104的部分，以在保护层601中形成暴露保护结构104的开口602。
65.在本公开实施例中，由于保护层601的熔沸点低于保护结构104的熔沸点，在通过激光切割去除保护层601中覆盖保护结构104的部分时，激光切割需要达到的温度低于保护结构104的熔沸点，保护结构104在激光切割的过程中不会受到影响，并且可以保护介质层102，避免介质层102在激光切割过程中产生熔渣。此外，由于保护结构104的熔沸点较高，可以适当增大激光的频率，即适当提高切割温度，从而可以更彻底地去除保护层601中覆盖保护结构104的部分，并防止熔渣残留。
66.在一具体示例中，介质层102的材料为二氧化硅，其熔点为1600℃，沸点为2230℃；保护结构104的材料为钨，其熔点为4310℃，沸点为5660℃；保护层601的材料为氟碳聚合物，其熔点和沸点均低于1000℃；激光切割的温度窗口可以为1000℃至2000℃。
67.在一些实施例中，如图2j所示，在通过激光切割去除保护层601中覆盖保护结构104的部分后，在保护层601中形成了暴露保护结构104的开口602，剩余的保护层601覆盖其他不需要进行切割的区域。
68.在本公开实施例中，激光切割的切割效率高，易形成两边平行且与表面垂直的切
缝，通过激光切割可以在保护层601中形成侧壁平整的开口602，从而可以保证在后续的刻蚀工艺中形成侧壁平整的凹槽。
69.在一些实施例中，当通过光刻工艺和刻蚀工艺形成第一凹槽103后，可以获取第一凹槽103在xoy平面内的位置参数。而后在通过激光切割去除保护层601中覆盖保护结构104的部分时，可以根据该位置参数确定激光切割过程中激光入射点的位置参数，从而形成刚好暴露保护结构104的开口602。
70.在一些实施例中，结合参照图2j和图2k，晶圆处理方法还包括：执行第二刻蚀，通过开口602去除保护结构104，以形成第二凹槽701。
71.在本公开实施例中，第二刻蚀可以为等离子体刻蚀，保护层601的材料为抗等离子体材料，因此，在通过第二刻蚀去除保护结构104时，剩余的保护层601可以保护其他不需要进行切割的区域。
72.在一具体示例中，保护结构104的材料为钨，执行第二刻蚀时，在等离子体刻蚀腔室中输送的气体包括六氟化硫和氯气，可以实现对钨的各向异性刻蚀。等离子体刻蚀具有较好的选择性和方向性，在通过开口602去除保护结构104的过程中，位于保护结构104两侧的其他区域被保护层601覆盖，不会被刻蚀，从而使得刻蚀形成的第二凹槽701的侧壁具有较高的平整度。
73.在一些实施例中，结合参照图2k和图2l，晶圆处理方法还包括：通过第二凹槽701对介质层102执行第三刻蚀，以形成暴露衬底101的第三凹槽702。
74.在本公开实施例中，第三刻蚀可以为等离子体刻蚀，保护层601的材料为抗等离子体材料，因此，在通过第三刻蚀去除介质层102时，剩余的保护层601可以保护其他不需要进行切割的区域。
75.在一具体示例中，介质层102的材料为二氧化硅，执行第三刻蚀时，在等离子体刻蚀腔室中输送的气体包括四氟化碳和氢气，可以实现对二氧化硅的各向异性刻蚀。等离子体刻蚀具有较好的选择性和方向性，在通过第二凹槽701对介质层102进行刻蚀的过程中，位于第二凹槽701两侧的其他区域被保护层601覆盖，不会被刻蚀，从而使得刻蚀形成的第三凹槽702的侧壁具有较高的平整度。
76.在一些实施例中，结合参照图2l和图2m，晶圆处理方法还包括：通过第三凹槽702对衬底101执行第四刻蚀，以将晶圆分割为若干个芯片。
77.在本公开实施例中，由于第三凹槽702的深宽比较高，第四刻蚀可以为bosch刻蚀，包括通过第三凹槽702向衬底101多次交替输送刻蚀气体与钝化气体。bosch刻蚀是指在为了阻止或弱化侧向刻蚀，设法在刻蚀的侧壁沉积一层钝化膜的刻蚀工艺。当输送刻蚀气体时，对衬底101进行刻蚀；当输送钝化气体时，在凹槽的侧壁形成钝化膜。从而可以在刻蚀衬底101的过程中避免侧向刻蚀，保持侧壁的平整度。
78.在一具体示例中，衬底101的材料为硅，bosch刻蚀首先采用氟基活性基团进行硅的刻蚀，然后进行侧壁钝化，刻蚀和钝化两步工艺交替进行。在等离子体刻蚀腔室中输送的刻蚀气体包括六氟化硫，钝化气体包括八氟环丁烷。当输送钝化气体时，钝化气体在等离子体中能够形成分子量较大的氟碳聚合物，沉积在硅表面能够阻止氟离子与硅的反应。刻蚀与钝化各进行5s至10s，实现在短时间的刻蚀之后即将刚刚刻蚀过的硅表面钝化，在z方向上由于有等离子体的物理溅射轰击，仅有侧壁上的钝化膜可以保留下来，并在下一个刻蚀
周期保护侧壁不被刻蚀。由此，通过周期性的“刻蚀-钝化-刻蚀”，刻蚀只沿着z方向进行，直至贯穿衬底101，将晶圆分割为若干个具有平整侧壁的芯片。
79.在本公开实施例中，晶圆处理方法中的第二刻蚀、第三刻蚀和第四刻蚀可以在同一个等离子体刻蚀腔室中进行，在执行第二刻蚀时输送刻蚀保护结构104的刻蚀气体；在执行第三刻蚀时，输送刻蚀介质层102的刻蚀气体；在执行第四刻蚀时，输送刻蚀衬底101的刻蚀气体和钝化气体，以通过bosch刻蚀工艺刻蚀衬底101。由此，通过等离子体刻蚀工艺实现晶圆切割，在每一步刻蚀步骤中只刻蚀一个结构，相较于传统的激光切割工艺，可以避免由于不同材料之间的性能差异导致切割面不平整的问题。此外，由于三个刻蚀步骤可以在同一个等离子体刻蚀腔室中进行，不仅可以进一步优化晶圆处理的效率，而且可以避免晶圆在不同腔室之间传输的过程中被污染，进一步保证晶圆的洁净度。
80.在一些实施例中，结合参照图2m和图2n，晶圆处理方法还包括：执行第五刻蚀，去除保护层601；第五刻蚀为湿法刻蚀。
81.在本公开实施例中，仅通过激光切割工艺去除保护层601中覆盖保护结构104的部分，由于保护结构104的熔沸点远高于保护层601的熔沸点，在激光切割的过程中，保护结构104自身不会受到影响，同时可以保护其他区域免受高温的影响，从而避免在激光器切割过程中产生熔渣。后续通过开口602执行第二刻蚀，以形成第二凹槽701，再通过第二凹槽701执行第三刻蚀，以形成第三凹槽702。第二刻蚀和第三刻蚀为等离子体刻蚀，保护层601的材料为抗等离子体材料，剩余的保护层601覆盖切割区域以外的区域。等离子体刻蚀为各向异性的刻蚀工艺，具有较好的选择性和方向性，可以保证第二凹槽701和第三凹槽702侧壁的平整度。而后执行第四刻蚀，通过第三凹槽702去除的衬底101，以将晶圆分割为多个芯片。第四刻蚀为bosch刻蚀，可以在通过深宽比较高的第三凹槽702刻蚀衬底101的过程中抑制侧向刻蚀。由此形成的芯片侧壁具有较高的平整度，在通过湿法刻蚀去除保护层601的过程中，不会有杂质颗粒转移至芯片的其他部位。
82.本公开提供了一种晶圆处理方法，可以提高晶圆切割后芯片的洁净度和良率。在本公开的实施例中，切割道中的两个测试区域之间设置有不包括任何金属结构的缓冲区域，在缓冲区域的介质层中形成保护结构，而后形成覆盖缓冲区域和测试区域的保护层，通过激光切割去除保护层中覆盖保护结构的部分。由于保护结构的熔沸点高于介质层和保护层的熔沸点，在激光切割过程中，保护结构可以保护其下方的介质层，避免其在激光切割的过程中产生熔渣。
83.在本公开的实施例中，通过激光切割在保护层中形成暴露保护结构的开口后，通过等离子体刻蚀工艺依次去除保护结构和位于保护结构下方的介质层。在此过程中，包含抗等离子体材料的保护层覆盖其他不需要进行切割的区域。等离子体刻蚀工艺为各向异性的刻蚀工艺，具有较好的选择性和方向性，可以形成侧壁平整的凹槽。
84.在本公开的实施例中，通过bosch刻蚀去除缓冲区域中的衬底，以将晶圆分割为若干个芯片。bosch刻蚀可以进一步保证芯片侧壁的平整度。
85.在本公开的实施例中，通过上述晶圆处理方法得到的芯片的平整度较高，且在后续的湿法刻蚀去除保护层的过程中不会有杂质颗粒转移至芯片的其他部位，避免了晶圆切割过程中产生的杂质颗粒对后续混合键合工艺的影响，有效提高了芯片的洁净度和良率。
86.基于同样的发明构思，本公开实施例还提供了一种半导体器件，该半导体器件可
以采用前述一些实施例中的晶圆处理方法形成。前述一些实施例中的晶圆处理方法所能实现的技术效果，该半导体器件也均能实现，此处不再一一详述。
87.在一些实施例中，半导体器件包括主芯片(die)。主芯片包括：存储单元阵列以及外围电路。在主芯片的旁侧还设置有其他的结构，这些结构即为前述一些实施例中切割道内未被去除的结构(如测试键)，此处不再赘述。
88.本公开所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
89.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。