一种键合晶圆的切割方法

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种键合晶圆的切割方法。

背景技术

高纯度石英玻璃由于其优异的光学、机械和化学性能，广泛应用于图像传感器、显示器和纳米流体器件中，通过等离子体活化键合工艺把硅和石英玻璃晶圆结合形成键合晶圆，可实现高灵敏度电子元件的超微型化气密封装，在医用植入物、航空航天、微机电系统和微光学元件领域被广泛应用。

现有技术中，键合晶圆的封装切割工艺采用直接用刀片切割或直接用同种激光切割，但是键合晶圆在进行封装切割工艺时，直接用刀片切割会因为键合晶圆上下层的材质不同而导致崩边过大，直接用同种激光切割也会因为同种激光器对硅和玻璃的烧蚀效果有差异而导致良率低。

因此，亟需一种键合晶圆的切割方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种键合晶圆的切割方法，能同时保证硅和玻璃的切割效果，提高键合晶圆的切割良率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种键合晶圆的切割方法，所述键合晶圆包括叠加设置的硅层和玻璃透镜，所述切割方法包括：

使用激光烧灼所述硅层第一表面形成第一凹槽，且使所述第一凹槽延伸至所述玻璃透镜的第一表面；

使用激光切割所述玻璃透镜的第二表面形成与所述第一凹槽对应的裂纹，且使所述裂纹延伸至所述硅层的第二表面；

施加力于所述裂纹处以分裂所述玻璃透镜。

作为键合晶圆的切割方法的优选技术方案，在使用激光烧灼所述硅层第一表面形成第一凹槽，且使所述第一凹槽延伸至所述玻璃透镜的表面之前还包括：

在所述玻璃透镜的第二表面贴附第一切割膜。

作为键合晶圆的切割方法的优选技术方案，使用激光切割所述玻璃透镜的第一表面形成与所述第一凹槽对应的裂纹，且使所述裂纹延伸至所述硅层第二表面之前还包括：

在所述硅层的第一表面贴附第二切割膜。

作为一种键合晶圆的切割方法的优选技术方案，在施加力于所述裂纹处以分裂所述玻璃透镜之前还包括：

固定所述键合晶圆于载台上。

作为一种键合晶圆的切割方法的优选技术方案，施加力于所述裂纹处以分裂所述玻璃透镜包括：

使用劈刀作用于所述裂纹处以分裂所述玻璃透镜；或通过冷崩热扩的方式分裂所述玻璃透镜。

作为一种键合晶圆的切割方法的优选技术方案，所述激光烧灼的频率设置为110KHZ-130KHZ，平均功率2W-2.5W，开槽速度设置为300mm/s-500mm/s。

作为一种键合晶圆的切割方法的优选技术方案，使用超快激光切割所述玻璃透镜。

作为一种键合晶圆的切割方法的优选技术方案，所述超快激光的切割速度设置为40mm/s-60mm/s，切割频率设置为40KHZ-60KHZ，平均功率15W-20W。

作为一种键合晶圆的切割方法的优选技术方案，使用所述超快激光切割所述玻璃透镜，使所述玻璃透镜中形成若干丝孔，若干所述丝孔形成所述裂纹。

作为一种键合晶圆的切割方法的优选技术方案，所述丝孔的孔径为2um-5um，丝孔之间的孔距为4um-6um。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种键合晶圆的切割方法包括：使用激光烧灼硅层第一表面形成第一凹槽，且使第一凹槽延伸至玻璃透镜的第一表面；使用激光切割玻璃透镜的第二表面形成与第一凹槽对应的裂纹，且使裂纹延伸至硅层第二表面；施加力于裂纹处以分裂玻璃透镜。该键合晶圆的切割方法解决了现有技术中，直接用刀片切割会因为键合晶圆上下层的材质不同而导致崩边过大和直接用同种激光切割会因为同种激光器对硅和玻璃的烧蚀效果有差异而导致良率低的问题，可以同时保证硅和玻璃的切割效果，提高键合晶圆的切割良率。

附图说明

图1是本发明的键合晶圆的切割方法中主要步骤的流程图；

图2是本发明的键合晶圆的切割方法中使用激光烧灼硅层的第一表面形成第一凹槽的示意图；

图3是本发明的键合晶圆的切割方法中在硅层的第一表面贴附第二切割膜的示意图；图4是本发明的键合晶圆的切割方法中去除第一切割膜的示意图；

图5是本发明的键合晶圆的切割方法中使用激光切割玻璃透镜的第二表面形成与第一凹槽对应的裂纹的示意图；

图6是本发明的键合晶圆的切割方法中施加力于裂纹处以分裂玻璃透镜的示意图。

图中：

1、硅层；

2、玻璃透镜；

3、第一切割膜；

4、第二切割膜；

5、载台；

6、激光器；

7、劈刀。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1和图2所示，本实施例的键合晶圆包括叠加设置的硅层1和玻璃透镜2，硅层1为IC功能晶圆，厚度为40um-80um，玻璃透镜2的厚度为300um-400um。本实施例提供的一种键合晶圆的切割方法主要包括：

使用激光烧灼硅层1的第一表面形成第一凹槽，且使第一凹槽延伸至玻璃透镜2的第一表面；

使用激光切割玻璃透镜2的第二表面形成与第一凹槽对应的裂纹，且使裂纹延伸至硅层1的第二表面；

施加力于裂纹处以分裂玻璃透镜2。

该键合晶圆的切割方法解决了现有技术中，直接用刀片切割会因为键合晶圆上下层的材质不同而导致崩边过大和直接用同种激光切割会因为同种激光对硅和玻璃的烧蚀效果有差异而导致良率低的问题，可以同时保证硅层1和玻璃透镜2的切割效果，提高键合晶圆的切割良率。

本实施例提供的键合晶圆的切割方法的详细步骤包括：

如图2所示，步骤一、在玻璃透镜2的第二表面贴附第一切割膜3。

步骤二、将键合晶圆固定于带有夹具的平台上，硅层1朝上。

具体的，由于玻璃透镜2无法直接放置在平台上，因此需要在玻璃透镜2的第二表面贴第一切割膜3，将玻璃透镜2的第二表面贴上第一切割膜3，第一切割膜3的边缘设置有铁环，便于将第一切割膜3和其上的键合晶圆固定在有夹具的平台上，将设置有铁环的第一切割膜3放置在带有夹具的平台上，硅层1朝上。

步骤三、使用激光烧灼硅层1的第一表面形成第一凹槽，且使第一凹槽延伸至玻璃透镜2的第一表面。

进一步地，采用激光器6进行激光烧灼，激光烧灼的频率设置为110KHZ-130KHZ，平均功率2W-2.5WW，开槽速度设置为300mm/s-500mm/s。可选的，激光烧灼的频率设置为110KHZ、120KHZ和130KHZ，优选的，激光烧灼的频率设置为120KHZ。可选的，激光烧灼的平均功率为2.1W、2.2W、2.3W、2.4W和2.5W，优选的，激光烧灼的平均功率为2.2W。可选的，开槽速度设置为300mm/s、400mm/s和500mm/s，优选的，开槽速度设置为400mm/s。激光器6固定在支架上，将键合晶圆与激光器对准，对位完成后，固定玻璃透镜2的带有夹具的平台会按程序设定匀速移动，使激光烧蚀硅层1的每一条切割道。激光开槽的深度在20um左右，宽度可小于10um，可以把硅层1全部烧蚀，后续进行激光切割玻璃透镜2的时候可以切透整个键合晶圆，从而改善因激光功率不匹配而造成崩边过大的问题。

如图3和图4所示，步骤四、由于硅层1无法直接放置在平台上，因此需要在硅层1的第一表面贴第二切割膜4，在硅层1的第一表面贴附第二切割膜4，将玻璃透镜2第二表面贴附的第一切割膜3去除。

步骤五、将键合晶圆固定于带有夹具的平台上,玻璃透镜2朝上。

步骤六、使用激光切割玻璃透镜2的第二表面形成与第一凹槽对应的裂纹，且使裂纹延伸至硅层1的第二表面。

具体的，将硅层1的第一表面贴附第二切割膜4，将玻璃透镜2第二表面贴附的第一切割膜3去除，第二切割膜4边缘设置有铁环，将设置有铁环的第二切割膜4放置在带有夹具的平台上，玻璃透镜2朝上。

带有夹具的平台上还设置有真空吸盘，对位完成后，真空吸盘吸附第二切割膜4，然后进行激光切割。

进一步地，使用超快激光切割玻璃透镜2，激光头为红外皮秒激光头。

超快激光的切割速度设置为40mm/s-60mm/s，切割频率设置为40KHZ-60KHZ，平均功率15W-20W。可选的，超快激光的切割速度设置为40mm/s、50mm/s和60mm/s。

进一步地，使用超快激光切割玻璃透镜2，使玻璃透镜2中形成若干丝孔，若干丝孔形成裂纹。

丝孔的孔径为2um-5um，丝孔之间的孔距为4um-6um，可选的，丝孔的孔径为2um、3um、4um和5um，丝孔之间的孔距为4um、5um和6um，优选的，丝孔的孔径为3um，丝孔之间的孔距为5um。当超快激光束通过玻璃材料传播时，会在材料中形成微米级的丝孔，丝孔孔径控制在3um，孔距控制在5um左右，这种丝孔可以穿透键合晶圆的玻璃透镜2，在玻璃透镜2上形成密集的孔隙。超快激光在极短的时间和极小的空间内与待切割物质相互作用，作用区域内的温度在瞬间内急剧上升，并以等离子体向外喷发的形式去除待切割物质，热影响非常小，减弱和消除了传统机械加工中的热效应，超快激光微加工与材料相互作用的时间很短，使得能量以等离子体的形式被瞬间带走，热量来不及在材料内部扩散，不会产生重铸层，属于冷加工，呈现锐利的加工边缘，加工精度高。

步骤七、将键合晶圆固定于载台5上，玻璃透镜2朝上。

进一步地，裂片机的载台5设置有凹槽，将玻璃透2镜置于裂片机的载台5上，玻璃透镜2的裂纹与凹槽对齐，方便后续分裂玻璃透镜2。

步骤八、施加力于裂纹处以分裂玻璃透镜2。

进一步地，施加力于裂纹处以分裂玻璃透镜2包括使用劈刀作用于裂纹处以分裂玻璃透镜2；或通过冷崩热扩的方式分裂玻璃透镜2。

本实施例中，采用使用劈刀7作用于裂纹处以分裂玻璃透镜2的方法分裂玻璃透镜2。使用劈刀7对切割道位置加压，劈刀7宽度小于10um，增加裂纹处的应力，使玻璃透镜2沿裂纹断裂，达到切断的目的，这样的加工方式也确保了加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响，从而做到了超精细加工。

与传统刀片切割键合晶圆或者激光切割键合晶圆的方法相比,本实施例的键合晶圆的切割方法减少了玻璃透镜2上的切痕的正面崩边和背面崩边，传统的刀切方式正面崩边一般大于50um，激光切割切玻璃透镜2的功率很难烧蚀硅层1，易造成切不透或者烧边过大等异常，使用本实施例提供的键合晶圆的切割方法可使正面崩边的尺寸小于10um，大大减少切不透或者烧边过大等问题。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。