晶圆切割保护方法及具有切割保护环的晶圆技术

晶圆切割保护方法及具有切割保护环的晶圆，将对晶圆的切割分别在前道生产和后道生产分两部分进行，先在前道生产中在晶圆的切割道上进行化学蚀刻，在晶粒周围形成切割保护环，然后在后道生产中，在切割保护环中再以切割刀进行切割，彻底分割晶圆，其中切割保护环的宽度大于切割刀的刃宽。本发明专利技术摒弃了以往晶圆切割必须在后道生产中进行的观念，不需变更原有工艺的芯片制造及切割设计，通过切割保护环在外延层实现平滑的切割面，不易吸附水汽或杂质，不会在后道生产常见的切割问题，对于产品信赖性及寿命有极大的帮助，且相比切割刀直接切割的方式，无外力作用于切割道正面，因切割刀崩坏外延层的机会为零，避免正面崩坏影响良率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
晶圆切割保护方法及具有切割保护环的晶圆


[0001]本专利技术属于半导体
，涉及MOSFET芯片的切割封装，为一种晶圆切割保护方法及具有切割保护环的晶圆。

技术介绍

[0002]在MOSFET芯片制作工艺中，主要有两道加工工艺，分别被称为前道生产和后道生产，分别在不同的工厂完成。前道生产主要指晶圆制造，由芯片厂完成，目的是在硅片上制备出一个个具有完整功能的晶粒，后道生产主要指封装测试，由封测加工厂完成，把晶粒制造成我们平时所看到的芯片样式，封装测试的第一道工艺就是晶粒切割，也称晶圆划片，如图1所示，使用高速旋转的切割刀，把晶圆上的晶粒100切割分离开来，得到所需的晶片chip，然后封装为芯片。在一个晶圆上通常有几百个至数千个chip连在一起，它们之间留有80μm至150μm的间隙，以便于划片，这些间隔结构被称为切割通道，简称切割道。
[0003]在半导体芯片封装工艺中，由于封装要求，晶圆必须在后道生产中切割分离，切割的机械力可能导致边缘处形成微小裂痕，所形成的裂痕可能会朝向集成电路的中心电路区域推进而造成其中的电路区域毁坏。为了保护电路区域，一般会在集成电路芯片上介于工作区域以及其切割道之间，配置芯片密封环(seal ring)，传统的密封环一般采用多层金属层叠加，以保护电路工作区域。对于晶粒切割，有两个指标，如图2所示，分别是晶粒正面目检崩坏参考线和晶粒切割宽度，晶粒正面目检崩坏参考线用于检查切割是否有对晶粒产生损伤，包括正面金属TM（Top Metal）和保护层PV（Passivation），晶粒切割宽度是期望的理想切割宽度，可定义描述为：在此晶粒切割宽度下，元件切割后的表面及侧面状况在正常使用下不影响元件的特性；后道生产一般根据晶粒切割宽度选择合适厚度的切割刀。现在常用的切割划片设备为第三代砂轮划片机，如图3所示，现有切割划片方式存在以下情况：1、切割刀上有不同种类的高硬度的颗粒设计，以此来完成切割任务，针对被切割物的特性，由后道生产的封测加工厂提供使用适当的切割刀。在切割过程中随着切割深度的加深，实际切割的截面会形成一个上大下小的漏斗形，如果切割刀的厚度与晶粒切割宽度一致或十分接近，则随着切割深度的加深，晶粒上表面外延区域的切割宽度有可能会大于设定的晶粒切割宽度，甚至损伤到晶粒，造成晶粒边缘崩坏或不平整。
[0004]2、由于采用刀刃颗粒的切削来实现晶粒的切割分离，切割完成后，切割面会因为颗粒的研磨而不平整，遗留的研磨痕容易对水气/杂质产生吸附作用，影响晶粒的良率和寿命。
[0005]3、切割刀是最低成本的晶粒分离方式，因此现有切割方案都选择以切割刀来分割晶粒，但是此类由外力完成的切削行为会造成芯片工作区、外延层EPI的正面崩坏及内部的暗崩损伤，切割后产品的良率影响着成本损耗。
[0006]现有技术针对半导体的切割有如下一些方案。
[0007]专利申请CN102184843A提出了一种芯片切割保护环及其制作方法，在芯片上设置切割保护区域，在芯片制作过程中，与沟槽MOSFET同步蚀刻制作得到同样结构的切割保护
环，CN102184843A的保护环结构即为图2中的切割保护区域 G/R area，切割保护区域G/R area是为了降低切割时可能产生的崩裂对外延层主要工作区（main active function area）的影响，在设计晶粒的切割道时另做的设计，其设计要抗外/防内，即抵抗外部崩坏影响到主要工作区,另外避免其内部的工作区域电场崩溃在 G/R area 处发生。该文献解决的是原有G/Rarea需要独立工艺制造的问题，提出了与制作器件沟槽同步制作的方案，所制作的切割保护环在切割时起到标识切割道的作用，即相邻两个保护环之间的区域为切割道。因此该方案仍然存在上述切割刀所带来的切割面不平整、以及对外延层的损伤问题，切割时的研磨痕划痕等依然存在，只不过影响的是切割保护环，研磨痕对水汽/杂质产生吸附作用依然会形成芯片工作中的隐患，且保护环具有与沟槽MOSFET同步沉积的绝缘介质层及导电金属层，切割刀在切割这部分的时候，所带来的外力也极有可能会沿沉积的绝缘介质层及导电金属层造成芯片工作区的暗崩损伤。该方案所述的保护环，本质上只是替代晶粒工作区域承受切割刀带来的切割研磨痕或暗崩损伤，并没有从根本上解决问题。
[0008]专利申请CN106206251A公开了一种半导体装置及半导体装置的制造方法，涉及切割线以及槽，但其作用是为了对应表面保护膜致密化时产生热收缩，防止热收缩导致的半导体翘曲，形成切割线的理由是在将半导体晶片切割为各芯片状时，表面保护膜会变为切割屑而产生颗粒，切割线的作用是防止切割刀切割芯片时产生颗粒，切割线停留于器件表面，并未对器件进行切割，而槽的作用是作为半导体晶片的正面侧产生的压缩应力的排出通道，其宽度或深度均与芯片切割无关，在切割芯片时，切割刀仍然要对器件本体（外延部分）进行切割，CN106206251A的切割线和槽虽然对切割刀起到一定的标识作用，但如同CN102184843A，并未针对切割刀的问题提出改善，在切割半导体器件本体时，仍然存在前述切割刀对外延层部分可能产生的暗崩、划痕等问题。
[0009]专利申请CN109671822A公开了一种防激光切割损伤的LED晶圆及其制作方法、切割方法，在发光结构之间通过ICP或RIE刻蚀出切割道，使用激光沿着切割道进行切割，考虑的是激光切割时产生的烧伤、烧结问题，由于LED器件与MOSFET器件结构不同，切割时所存在的问题也不相同，LED激光切割的方案对MOSFET晶圆的切割并不具有启示意义，且激光切割对工艺条件十分敏感，激光功率、划片速度、焦点位置、气流压力等参数的波动或变化都会影响划片质量，致使划片深度尺寸不均匀，导致分片时容易碎片，降低成品率，增加了成本；同时激光划片时，高温对材料也有很大的影响，从而影响到芯片的性能。
[0010]现有技术中技术人员都默认在后道生产中通过划片机对晶圆进行切割，切割方式的研究从最早的金刚石划片，到第二代激光划片，到第三代的砂轮划片，虽然成品率逐渐提高，但仍然存在裂纹、黏着水汽灰尘，或者热损耗高温影响芯片性能的问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的技术问题是：现有技术对晶粒切割使用切割刀，容易在外延层产生研磨痕，可能发生晶粒边缘崩坏，不平整，影响封装，以及可能导致外延层的暗崩，影响封装产品的良率和寿命。
[0012]本专利技术的技术方案为：晶圆切割保护方法，将对晶圆的切割分别在前道生产和后道生产分两部分进行，在前道生产中，根据晶粒切割宽度确定晶圆的切割道，在切割道上进行化学蚀刻，蚀刻深度不小于晶粒器件工作区域深度且不贯通晶圆的衬底，蚀刻所得沟槽
在晶粒周围形成切割保护环；然后将具有切割保护环的晶圆运输到后道生产，在后道生产中，根据晶圆特性选择切割刀，在切割保护环中以切割刀对晶圆进行进一步切割，彻底分割晶圆得到晶粒；其中，化学蚀刻的宽度及切割刀刃宽满足以下条件：切割刀刃宽＜蚀刻宽度≤晶粒切割宽度。
[0013]进一步的，所述切割保护环的形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.晶圆切割保护方法，其特征是将对晶圆的切割分别在前道生产和后道生产分两部分进行，在前道生产中，根据晶粒切割宽度确定晶圆的切割道，在切割道上进行化学蚀刻，蚀刻深度不小于晶粒器件工作区域深度且不贯通晶圆的衬底，蚀刻所得沟槽在晶粒周围形成切割保护环；然后将具有切割保护环的晶圆运输到后道生产，在后道生产中，根据晶圆特性选择切割刀，在切割保护环中以切割刀对晶圆进行进一步切割，彻底分割晶圆得到晶粒；其中，化学蚀刻的宽度及切割刀刃宽满足以下条件：切割刀刃宽＜蚀刻宽度≤晶粒切割宽度。2.根据权利要求1所述的晶圆切割保护方法，其特征是所述切割保护环的形成过程为：在晶圆表面设置化学蚀刻光刻胶，在晶圆的切割道化学蚀刻光刻胶，向下由外延层蚀刻至衬底，在切...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国江，于世珩，毛嘉云，
申请(专利权)人：江苏长晶浦联功率半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：