專利名稱：切割半導體結構的方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及半導體結構制造工藝，更具體地，涉及切割半導體襯底的方法。
背景技術：
在通常的集成電路形成工藝中，首先制造的是半導體晶圓，每個半導體晶圓包括多個相同的半導體芯片(也稱作管芯)。在制造半導體晶圓之后，將其切割以使半導體芯片分離，從而每個半導體芯片均可被單獨封裝。然而，傳統(tǒng)的晶圓切割工藝有諸多缺點。例如，在工藝進行過程中，半導體襯底上的上層金屬層可能開裂，導致污染物或濕氣能夠滲透進芯片。由此，增加了整體組件的不合格率。于是，需要一種改進的方法，以將半導體晶圓切割成具有穩(wěn)定電性能的單個晶圓。

發(fā)明內容
未解決上述問題，本發(fā)明提供了一種方法，包括在半導體襯底上方提供器件層， 器件層具有第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域、以及位于第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域之間的劃線區(qū)域；在器件層上方形成保護層；對劃線區(qū)域上的保護層進行激光切割，以形成切口 (123)，切口延伸至襯底中，并且由保護層的一部分填充；穿過保護層的一部分和半導體襯底進行機械切割，以將第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域分離。該方法進一步包括在激光切割過程中，加熱保護層，以使保護層可流動。其中，保護層在約50°C至約150°C的溫度范圍內可流動。該方法進一步包括在激光切割之后，將保護層固化。其中，保護層在約50°C至約150°C的溫度范圍內固化。其中，在保護層的一部分填充切口之后，保護層覆蓋器件層和半導體襯底的分界面。其中，保護層包括可流動復合樹脂。其中，切口從劃線區(qū)域的一端向劃線區(qū)域的相對端延伸。其中，器件層包括多個互連層。其中，切口延伸至襯底中約5μπι至ΙΟμπι的深度。此外，本發(fā)明還提供了一種方法，包括在半導體襯底上方形成器件層，器件層具有第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域、以及位于第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域之間的劃線區(qū)域；在劃線區(qū)域中的器件層中蝕刻多個開口 ；在多個開口中填充激光可流動材料；以及對劃線區(qū)域上的器件層進行激光切割，以形成切口，切口延伸至半導體襯底中，并且切口的一部分由激光可流動材料覆蓋；以及穿過切口進行機械切割，以將第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域分離。其中，填充激光可流動材料進一步包括通過激光切割軟化激光可流動材料，從而使激光可流動材料流動到多個開口的外部，并且覆蓋切口的一部分；以及將軟化的激光可流動材料固化。其中，激光可流動材料包括在激光切割過程中可流動的焊料或金屬合金。其中，激光可流動材料在約2000°C的溫度下可流動。其中，在激光切割之后，激光可流動材料覆蓋器件層和半導體襯底的分界面。其中，器件層包括多個互連層，并且激光可流動材料填充在多個互連層的至少一個中。該方法進一步包括使密封環(huán)環(huán)繞第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域的每一個，并且由激光可流動材料填充的開口位于密封環(huán)的相對于環(huán)繞的第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域的相對側。其中，由激光可流動材料填充的開口從劃線區(qū)域的一端延伸至劃線區(qū)域的相對端。其中，器件層包括低k介電層。其中，將激光可流動材料填充的開口排列為從劃線區(qū)域的一端延伸至劃線區(qū)域的相對端的分離段。


以下將通過參考補充的附圖而對示例性實施例進行描述。應該理解，附圖是以說明性為目的，因此未按比例繪制。圖1是包括多個芯片區(qū)域的晶圓的頂視圖。圖2是圖1所描述的晶圓的放大圖。圖3是根據本發(fā)明的實施例的制造半導體結構的方法的流程圖。圖4至圖7是按照圖3的根據一個或多個實施例的示出了在結構的制造過程中各個階段的橫截面圖。圖8是根據本發(fā)明的實施例的制造半導體結構的另一種方法的流程圖。圖9至圖11是按照圖8的根據一個或多個實施例的示出了結構的制造過程中各個階段的橫截面圖。
具體實施例方式以下詳細討論說明性實施例的制造和使用。然而，應該理解，本發(fā)明提供了許多可以在多種具體情況下實現(xiàn)的可應用的發(fā)明的概念。所討論的具體實施例僅是說明性的，并不用于限定本發(fā)明的范圍。圖1和圖2中示出的是包括多個芯片區(qū)域的晶圓的頂視圖。圖3和圖8示出的是根據本發(fā)明的實施例的制造半導體結構的方法10和方法20的流程圖。圖4至圖7是按照圖3的根據一個或多個實施例的示出了半導體結構的制造過程中各個階段的橫截面視圖。 圖9至圖11是按照圖8的根據一個或多個實施例的示出了半導體結構的制造過程中各個階段的橫截面圖。圖1是制造在半導體襯底101上的包括多個芯片區(qū)域103的晶圓100的頂視圖。 通過芯片區(qū)域103之間的劃線105劃分出多個芯片區(qū)域103。圖2是圖1中描述的晶圓100 的一部分的放大圖。這里的術語“晶圓”通常是指在其上形成有多個層和器件結構的半導體襯底101。在一些實施例中，半導體襯底101包括硅或化合物半導體，諸如GaASJnP、Si/ Ge、或SiC。上述的層的示例包括介電層、摻雜層、和/或多晶硅層。器件結構的示例包括晶體管、電阻和/或電容，這些晶體管、電阻和/電容可以通過互連層互連到附加的有源電路， 或者可以不通過互連層互連到附加的有源電路。以下工藝步驟將在襯底表面上的多個半導體芯片區(qū)域上實施?，F(xiàn)參考圖3，方法10開始于框11，其中，在半導體襯底上提供了器件層。器件層具有第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域。劃線區(qū)域形成在第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域之間。方法10繼續(xù)至框12，其中，保護層形成在器件層上方，從而位于半導體襯底的上方。方法10 繼續(xù)至框13，其中，將劃線區(qū)域之上的保護層激光切割，以形成切口。切口延伸至半導體襯底中，并由保護層的部分填充。方法10繼續(xù)至框14，其中，穿過保護層的部分和襯底執(zhí)行機械切割，以將第一芯片區(qū)域、第二芯片區(qū)域及其下的襯底分離。圖4至圖7是按照圖3的根據一個或多個實施例的示出了半導體結構的制造過程中各個階段的橫截面圖。圖4至圖7是橫截面圖，通過圖2中的垂直平面交叉線A-A'獲得。圖4提供了僅包括半導體襯底101(其上形成有兩個芯片區(qū)域103/103')的一部分的結構200。半導體襯底101的其余部分以及其他芯片區(qū)域在圖4-7中省略。結構200包括半導體襯底101，器件層109形成在半導體襯底101上方，接合焊盤111形成在器件層109 的上方，鈍化層113形成在接合焊盤111的上方，UBM 115形成在鈍化層113的上方，并且導電部件117形成在UBM 115的上方。器件層109具有第一芯片區(qū)域103和第二芯片區(qū)域 103'。第一芯片區(qū)域103和第二芯片區(qū)域103'中的每個都由密封環(huán)107環(huán)繞。劃線區(qū)域 105限定在第一芯片區(qū)域103和第二芯片區(qū)域103'的密封環(huán)107之間。以下描述結構200的制造工藝。提供了具有頂表面102的半導體襯底101。在半導體襯底101的頂表面102的上方形成器件層109。器件層109包括多個互連層?；ミB層包括設置在一個或多個介電層中的一個或多個導電層。導電層與集成電路元件電連接，并且將電連接從集成電路提供至上層。在一些實施例中，互連層中的介電層由介電常數(shù)(k值) 介于約2. 9和約3. 8之間的低k介電材料、k值介于約2. 5和約2. 9之間的極低k (ULK)介電材料、或一些低k介電材料的組合物形成。通常，介電層的k值越小，介電層就會變得越易碎并且易脫層和破裂?；ミB層還包括形成在芯片區(qū)域周圍的密封環(huán)107。密封環(huán)107將劃線區(qū)域105與芯片區(qū)域分隔開。密封環(huán)107保護芯片區(qū)域中的集成電路免受濕氣和污染物的侵襲。在切割工藝中，密封環(huán)107還保護了芯片區(qū)域免受損壞。在至少一個實施例中， 密封環(huán)107包含諸如鋁、鋁合金、銅、銅合金、或其組合物的導電材料。接合焊盤111形成在器件層109的上方。接合焊盤111提供了上面的焊料凸塊和下面的集成電路之間的電連接，穿過金屬通孔(未示出)至器件層109中的導電層，以電連接至下層的集成電路。在一個實施例中，接合焊盤111包含導電材料，諸如鋁、鋁合金、銅、 銅合金、或其組合物。在一些實施例中，通過物理氣相沉積(PVD)(例如使用由鋁、銅或其合金制成的濺鍍靶(sputtering target)的濺鍍沉積)使接合焊盤111沉積而成，而后通過光刻和蝕刻對沉積層進行圖案化。接下來，鈍化層113形成在接合焊盤111的上方。鈍化層113吸收或釋放由襯底的封裝產生的熱應力或機械應力。通過諸如化學氣相沉積(CVD)的可應用的沉積技術，可將鈍化層113沉積在接合焊盤111的上方。鈍化層113包括一個或多個層，諸如氧化物、未CN 102543868 A摻雜的硅玻璃(USG)、氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiON)。鈍化層113防止或減少濕氣、機械力和/或輻射對集成電路的損壞。 凸塊底部金屬化(UBM)層115形成在鈍化層113上方，并且與接合焊盤111的一部分接觸。在一些實施例中，UBM層115包括多層導電材料，例如，鈦層，銅層，和/或鎳層。 優(yōu)選地，UBM層115中的每一層使用諸如電化學電鍍的電鍍工藝來形成，不過根據所需的材料可選擇使用其他形成工藝，諸如濺射、蒸發(fā)、化學鍍或PECVD工藝。
接下來，在一些實施例中，在UBM層115上方形成光刻膠(未示出)，并且進一步形成至少暴露UBM層115的一部分的孔。光刻膠用作金屬沉積工藝的模具，以形成導電部件。 在一些實施例中，如圖4中所示，通過蒸發(fā)、電鍍、或絲網印刷(screen printing)，將導電材料沉積在孔中，從而在UBM層115的上方形成一列導電部件117。導電材料包括諸如焊料或銅的金屬或金屬合金中的任一種類。在至少一個實施例中，導電部件117是銅柱。在另一個實施例中，導電部件117是焊料，其中，通過加熱將焊料回流，以形成焊料凸塊。如圖5所示，保護層119形成在器件層109上方并且覆蓋鈍化層113、UBM層115 和導電部件117。在至少一個實施例中，保護層119固定在載體上。接下來，將載體翻轉，并將保護層119面朝下對著器件層109。然后，將載體朝著器件層109按下，并將保護層119 形成在器件層109上方。最后，將載體移除。保護層119包括可以在約50°C至約150°C的溫度范圍內流動的可流動復合樹脂。參考圖6，將位于劃線區(qū)域105上方的保護層119和劃線區(qū)域105激光切割121，以形成切口 123。切口 123從保護層119的頂表面延伸至半導體襯底101中約5μπι到IOym 的深度。切口 123還沿著劃線區(qū)域105的一端向劃線區(qū)域105的相對側端延伸。保護層 119的一部分因激光產生的熱量而被熔化后流動到切口 123中，并且填充切口 123。同時， 切口 123中的保護層119覆蓋了器件層109和半導體襯底101的分界面(interface) 126。 在一個實施例中，激光切割使用由DISCO制成的氬(Ar)基離子激光束工具。激光切割的運行功率在激光束的溫度約2000°C時約為0. 4W至4W。在激光切割之前或激光切割過程中， 將保護層119加熱到可流動狀態(tài)。加熱溫度為約50°C至約150°C，持續(xù)20分鐘。激光切割之后，保護層119在約50°C至約150°C的溫度范圍內固化2小時，以使保護層119硬化。有利地，在后面的機械切割管芯的工藝中，保護層119具有減少芯片邊緣開裂或破裂的效果。 同時，也不太可能在薄弱層(諸如低介電常數(shù)層)中發(fā)生開裂、剝落或脫層。參考圖7，穿過保護層119的部分以及半導體襯底101實施機械切割125，以將第一芯片區(qū)域103和第二芯片區(qū)域103'分離。將晶圓100上的多個芯片區(qū)域，以及，在一些實施例中，其下的襯底切割成單獨的芯片區(qū)域?，F(xiàn)參考圖8，圖8是根據本發(fā)明的實施例的制造半導體結構的另一種方法。方法20 開始于框21，其中，提供了半導體襯底。方法20繼續(xù)至框22，其中，在半導體襯底上方形成器件層。器件層具有第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域。劃線區(qū)域定義在第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域之間。方法20繼續(xù)至框23，其中，在劃線區(qū)域中的器件層中蝕刻多個開口。方法 20繼續(xù)至框M，其中，器件層中的多個開口利用激光可流動材料進行填充。方法20繼續(xù)至框25，其中，將劃線區(qū)域上的器件層激光切割，以形成切口。切口延伸至半導體襯底中。切口的一部分由激光可流動材料覆蓋。方法20繼續(xù)至框沈，其中，穿過切口實施機械切割，以將第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域分離。
圖9至圖11是按照圖8的根據一個或多個實施例示出的半導體結構的制造過程中各個階段的橫截面圖。圖9示出結構201的形成中的圖4的工藝步驟的變化。圖9中與圖4中相同的標記代表了相同的或類似的元件。參考圖9，示出了結構201。器件層109形成在半導體襯底101的上方。器件層 109包括多個互連層?；ミB層包括設置在一個或多個介電層中的一個或多個導電層。密封環(huán)107環(huán)繞第一芯片區(qū)域103和第二芯片區(qū)域103'中的每一個。密封環(huán)107將第一芯片區(qū)域103、第二芯片區(qū)域103'和劃線區(qū)域分隔開。然后，在劃線區(qū)域105中的器件層109 中蝕刻一個或多個開口。利用激光可流動材料110將開口填充。接下來，在器件層109上方形成接合焊盤111。在接合焊盤111的上方形成鈍化層113。在鈍化層113上方形成UBM 115，并且在UBM 115上方形成導電部件117。在圖9中，激光可流動材料110包括焊料，比如錫合金，或在2000°C的激光束的激光切割工作溫度下為可流動的金屬合金。在至少一個實施例中，由激光可流動材料110填充的開口位于密封環(huán)107關于第一芯片區(qū)域103和第二芯片區(qū)域103'的相對側。在至少一個實施例中，由激光可流動材料110填充的開口形成在至少一個互連層中。在其他實施例中，由激光可流動材料110填充的開口沿著劃線區(qū)域105的一端延伸至劃線105的另一相對端。在另一實施例中，由激光可流動材料110填充的開口排列為沿著劃線區(qū)域105的一端至劃線105的相對端延伸的分離段。參考圖10，在劃線區(qū)域105上的器件層109實施激光切割工藝121，以形成切口 123。切口 123從器件層109的頂表面延伸至半導體襯底101中約5 μ m到10 μ m的深度。 切口 123還沿著劃線區(qū)域105的一端向劃線區(qū)域105的相對端延伸。切口 123的一部分由激光可流動材料110覆蓋。同時，切口 123中的激光可流動材料110覆蓋器件層109和半導體襯底101的分界面126。在至少一個實施例中，激光切割使用由DISCO制成的Ar基離子激光束工具。激光切割的工作功率在約2000°C的激光束的溫度下約為0. 4W至4W。在激光切割過程中，激光可流動材料110被軟化，成為可流動狀態(tài)。激光可流動材料110流至多個開口外部并且填充切口 123的部分。然后，將軟化的激光可流動材料110固化。有利地， 在后面的機械切割芯片的工藝中，切口 123中的激光可流動材料110具有減少晶圓邊緣開裂或破裂的效果。同時，也不太可能在薄弱層(諸如低介電常數(shù)層)中發(fā)生開裂、剝落或脫層。參考圖11，穿過切口 123、激光可流動材料110和半導體襯底101，實施機械切割 125，以將第一芯片區(qū)域103和第二芯片區(qū)域103'，以及，在一些實施例中，其下的襯底分離。晶圓100上的芯片區(qū)域被切割成單獨的芯片區(qū)域。本申請文件的各個實施例可用于改善傳統(tǒng)的晶圓切割工藝中的缺陷。例如，在各個實施例中，在切口中的保護層119或激光可流動材料110在切割工藝過程期間為芯片的邊緣部分提供剛性支撐。因此，也不太可能在薄弱層(諸如低介電常數(shù)層)中發(fā)生開裂、剝落或脫層。封裝工藝的合格率因此會顯著提高。盡管已經詳細地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應該理解，可以在不背離所附權利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領域普通技術人員應理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據本發(fā)明所采用的所述相應實施例基本相同的功能或獲得基本相同結果的工藝、機器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟根據本發(fā)明可以被使用。因此，所附權利要求應該包括在這樣的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內。
權利要求
1.一種方法，包括在半導體襯底上方提供器件層，所述器件層具有第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域、以及位于所述第一芯片區(qū)域和所述第二芯片區(qū)域之間的劃線區(qū)域； 在所述器件層上方形成保護層；對所述劃線區(qū)域上的所述保護層進行激光切割，以形成切口(123)，所述切口延伸至所述襯底中，并且由所述保護層的一部分填充；穿過所述保護層的所述一部分和所述半導體襯底進行機械切割，以將所述第一芯片區(qū)域和所述第二芯片區(qū)域分離。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在激光切割過程中，加熱所述保護層，以使所述保護層可流動。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述保護層在約50°C至約150°C的溫度范圍內可流動。
4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括在激光切割之后，將所述保護層固化。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述保護層在約50°C至約150°C的溫度范圍內固化。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述保護層的所述一部分填充所述切口之后， 所述保護層覆蓋所述器件層和所述半導體襯底的分界面。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述保護層包括可流動復合樹脂。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述切口從所述劃線區(qū)域的一端向所述劃線區(qū)域的相對端延伸。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述器件層包括多個互連層。
10.一種方法，包括在半導體襯底上方形成器件層，所述器件層具有第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域、以及位于所述第一芯片區(qū)域和所述第二芯片區(qū)域之間的劃線區(qū)域； 在所述劃線區(qū)域中的所述器件層中蝕刻多個開口； 在所述多個開口中填充激光可流動材料；以及對所述劃線區(qū)域上的所述器件層進行激光切割，以形成切口，所述切口延伸至所述半導體襯底中，并且所述切口的一部分由所述激光可流動材料覆蓋；以及穿過所述切口進行機械切割，以將所述第一芯片區(qū)域和所述第二芯片區(qū)域分離。
全文摘要
本發(fā)明的實施例包括一種切割半導體結構的方法。在半導體襯底上方提供器件層。器件層具有第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域。劃線區(qū)域位于第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域之間。保護層形成在器件層上方。從而形成在半導體襯底的上方。對劃線區(qū)域之上的保護層進行激光切割，以形成切口。切口延伸至半導體襯底中，并且將保護層形成為覆蓋部分切口。穿過保護層的部分和襯底，進行機械切割，以將第一芯片區(qū)域和第二芯片區(qū)域分離。
文檔編號H01L21/78GK102543868SQ20111021732
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日2010年12月10日
發(fā)明者于達人, 古進譽, 林峻瑩, 游秀美, 連永昌, 邱圣翔 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司