一种晶圆切割方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆切割方法。

背景技术

芯片在晶圆上加工完成之后需要以单元分开，如今主要采用刀轮切割的方法来实现，但是这种方法存在一定的局限性，对产品的性能或良率会产生一定影响。例如，图1是一种硅基氮化镓晶圆的结构示意图，参考图1，硅基氮化镓晶圆100包括多个呈阵列排布的硅基氮化镓芯片110、划片道120（相邻两个硅基氮化镓芯片110之间的区域为划片道120）和划片线130（划片线130位于划片道120内）。每个硅基氮化镓芯片110由有源区111和终端112组成。图2为采用刀轮切割后形成的硅基氮化镓芯片的剖面结构示意图，参考图2,硅基氮化镓芯片由有源区111和包围有源区111的终端112组成，终端112的往外延伸就是划片道120。传统的划片方式为通过刀轮在划片道120内沿着划片线130进行切割，切穿硅基氮化镓芯片的钝化层113、氮化镓外延层114和硅基衬底115，形成切割线116，将硅基氮化镓晶圆分割为单独的硅基氮化镓芯片单元。在硅基氮化镓晶圆的切割过程中，由于刀轮高速切割会在硅基氮化镓芯片的钝化层113中产生裂纹117，以及在氮化镓外延层114中产生裂纹117，这种裂纹会沿着钝化层113和氮化镓外延层114延伸到硅基氮化镓芯片的有源区111，影响硅基氮化镓芯片的参数和可靠性。图3是采用刀轮切割方法对硅基氮化镓晶圆切割前后的电阻变化示意图，参考图3，图3中的横坐标表示硅基氮化镓晶圆的编号，图3中的纵坐标表示硅基氮化镓芯片的动态导通电阻，在经过传统的刀轮切割后，硅基氮化镓芯片的动态导通电阻出现明显变大的问题。

发明内容

本发明提供了一种晶圆切割方法，可以减少甚至消除传统刀轮切割过程中对晶圆中芯片单元造成的损伤和裂纹，解决晶圆中芯片单元在传统刀轮切割后参数和可靠性出现退化的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种晶圆切割方法，所述晶圆包括多个芯片单元，所述晶圆的正面设置有多条划片线，任意两个相邻的所述芯片单元之间包括所述划片线；

所述晶圆切割方法包括如下步骤：

采用第一激光按照所述晶圆的正面的划片线对所述晶圆的背面切割第一设定深度；

采用第二激光沿着所述晶圆的正面的划片线对所述晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对所述晶圆的切割，其中，所述晶圆的背面的切割轨迹在所述晶圆的正面上的垂直投影与所述晶圆的正面的切割轨迹相重合。

可选的，所述晶圆包括硅基氮化镓晶圆。

可选的，所述第一设定深度为所述晶圆未切割前的厚度的45%~50%；

所述第二设定深度为所述晶圆未切割前的厚度的45%~50%。

可选的，所述采用第二激光沿着所述晶圆的正面的划片线对所述晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对所述晶圆的切割之后还包括：

对所述晶圆进行扩膜，得到多个芯片单元。

可选的，所述采用第一激光按照所述晶圆的正面的划片线对所述晶圆的背面切割第一设定深度之前包括：

在所述晶圆的正面形成第一UV膜，通过所述第一UV膜使所述晶圆固定在切割机载片台上；

在所述晶圆的背面形成第一保护胶。

可选的，所述采用第二激光沿着所述晶圆的正面的划片线对所述晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对所述晶圆的切割之前包括：

在所述晶圆的背面形成第二UV膜，通过所述第二UV膜使所述晶圆固定在切割机载片台上；

在所述晶圆的正面形成第二保护胶。

可选的，所述采用第一激光按照所述晶圆的正面的划片线对所述晶圆的背面切割第一设定深度之后还包括：

去除所述第一保护胶以及所述第一激光切割过程中产生的碎屑和熔渣。

可选的，所述采用第二激光沿着所述晶圆的正面的划片线对所述晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对所述晶圆的切割之后包括：

去除所述第二保护胶以及所述第二激光切割过程中产生的碎屑和熔渣。

可选的，所述第一激光的能量与所述第二激光的能量不相等。

可选的，所述第一保护胶和所述第二保护胶均具有透光性。

本实施例提供了一种晶圆切割方法，该方法包括：采用第一激光对晶圆的背面切割第一设定深度后，再采用第二激光对该晶圆的正面切割第二设定深度，从而完成对晶圆的切割，其中，晶圆的背面的切割轨迹与晶圆的正面的切割轨迹相同。由于激光切割晶圆时，对晶圆中芯片单元的参数影响较小，因此，对晶圆的背面和正面均采用激光切割，既可以方便切割后的晶圆中芯片单元的分离，也可以减少对芯片单元的损伤，降低对芯片单元的参数的影响。可见，本实施例提供的晶圆切割方法，可以减少甚至消除传统刀轮切割过程中对晶圆中芯片单元造成的损伤和裂纹，解决晶圆中芯片单元在传统刀轮切割后参数和可靠性出现退化的问题。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种硅基氮化镓晶圆的结构示意图；

图2为采用刀轮切割后形成的硅基氮化镓芯片的剖面结构示意图；

图3是采用现有技术对硅基氮化镓晶圆切割前后的电阻变化示意图；

图4是根据本发明实施例提供的一种晶圆切割方法的流程示意图；

图5是根据本发明实施例提供的一种晶圆切割装置的结构示意图；

图6是采用本实施提供的晶圆切割方法对硅基氮化镓晶圆切割前后的电阻变化示意图；

图7是根据本发明实施例提供的又一种晶圆切割方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例中的晶圆包括多个芯片单元，晶圆的正面设置有多条划片线，任意两个相邻的芯片单元之间包括划片线。

图4是根据本发明实施例提供的一种晶圆切割方法的流程示意图，参考图4，本实施例提供的晶圆切割方法包括如下步骤：

S110、采用第一激光按照晶圆的正面的划片线对晶圆的背面切割第一设定深度。

具体的，第一激光和第二激光具有高能量密度，可以使切割的晶圆的背面及正面的温度急剧升高，使之瞬间熔化及汽化，再配合平台运动，在晶圆的背面和正面形成一条条切缝，达到切割的目的。

可以通过晶圆切割装置对晶圆进行切割，图5是根据本发明实施例提供的一种晶圆切割装置的结构示意图，参考图5，本实施例提供的晶圆切割装置包括激光器、扩束镜、反射镜和聚焦镜，其中，激光器用于发射第一激光或第二激光，第一激光和第二激光均可以为紫外激光。扩束镜用于改变激光器发出的激光光束的直径和发散角，反射镜用于改变激光的传输方向。

在对晶圆的背面切割之前，先将晶圆固定在切割机载片台上。在采用第一激光对晶圆的背面进行切割时，通过显微镜头对准和识别晶圆的正面的划片线，以使第一激光可以按照晶圆的正面的划片线对晶圆的背面进行切割。对晶圆的背面的切割深度为第一设定深度，第一设定深度可以小于晶圆未切割前的厚度的二分之一。

S120、采用第二激光沿着晶圆的正面的划片线对晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对晶圆的切割，其中，晶圆的背面的切割轨迹在晶圆的正面上的垂直投影与晶圆的正面的切割轨迹相重合。

具体的，由于激光是通过聚焦镜聚焦的，随着切割深度的增加激光聚焦的效果下降，同时表面的切割出来的宽度也会增加。另外，由于激光聚焦景深的限制，目前晶圆激光切割的有效切深在100μm~150μm左右，当切割深度增大时切割开口也会增大，超出划片道的有限范围。当晶圆的厚度在200μm~300μm左右时，仅对晶圆的背面或正面进行激光切割无法使晶圆中的芯片单元分离。而本实施例在第一激光对晶圆的背面切割第一设定深度后，接着采用第二激光对晶圆的正面进行切割，且对晶圆的正面的切割轨迹与对晶圆的背面的切割轨迹相同，从而实现激光对晶圆的双向切割，可以有效分离晶圆中的芯片单元。在第二激光沿晶圆的正面的划片线将晶圆切割第二设定深度后，后续不再对晶圆进行切割，即完成对晶圆的切割，可见，本实施仅通过采用第一激光对晶圆的背面切割及采用第二激光对晶圆的正面切割便可完成对晶圆的切割，无需采用刀轮切割，从而避免刀轮切割对芯片单元的损伤。

由于激光属于无接触式切割，相较于传统的刀轮切割，激光切割不会对晶圆产生机械应力作用，对晶圆产生的损伤较小。通过采用双面激光切割的方式，解决了传统刀轮切割在切割过程中对硅基氮化镓芯片钝化层、氮化镓外延层造成裂纹而影响器件参数和可靠性的问题。图6是采用本实施提供的晶圆切割方法对硅基氮化镓晶圆切割前后的电阻变化示意图，参考图6，在采用第一激光和第二激光对晶圆切割前后，硅基氮化镓芯片的动态电阻值几乎没有明显变化，可见，本实施例提供的晶圆切割方法可以改善对晶圆中的芯片单元造成的损伤。

本实施例提供了一种晶圆切割方法，该方法包括：采用第一激光对晶圆的背面切割第一设定深度后，再采用第二激光对该晶圆的正面切割第二设定深度，从而完成对晶圆的切割，其中，晶圆的背面的切割轨迹与晶圆的正面的切割轨迹相同。由于激光切割晶圆时，对晶圆中芯片单元的参数影响较小，因此，对晶圆的背面和正面均采用激光切割，既可以方便切割后的晶圆中芯片单元的分离，也可以减少对芯片单元的损伤，降低对芯片单元的参数的影响。可见，本实施例提供的晶圆切割方法，可以减少甚至消除传统刀轮切割过程中对晶圆中芯片单元造成的损伤和裂纹，解决晶圆中芯片单元在传统刀轮切割后参数和可靠性出现退化的问题。

可选的，晶圆包括硅基氮化镓晶圆。

具体的，硅基氮化镓晶圆的厚度通常在200μm~300μm左右，采用本实施例提供的晶圆切割方法，对硅基氮化镓晶圆的正面和背面均进行激光切割，可以使切割后的硅基氮化镓晶圆中的芯片单元有效分离。此外，采用本实施例提供的晶圆切割方法切割硅基氮化镓晶圆，可以避免硅基氮化镓芯片中的钝化层、氮化镓外延层造成损伤、裂纹的影响器件参数和可靠性的问题。

可选的，第一设定深度为晶圆未切割前的厚度的45%~50%；第二设定深度为晶圆未切割前的厚度的45%~50%。

具体的，第一设定深度可以和第二设定深度相等，第一设定深度也可以与第二设定深度不相等。在采用第一激光对晶圆的背面切割第一设定深度后以及采用第二激光对晶圆的正面切割第二设定深度后，可以使晶圆中划片线所在区域中未被切割的厚度在晶圆未切割前的厚度的10%以内。当划片线处晶圆的厚度为晶圆未切割前的厚度的10%以内时，对晶圆进行扩膜既不会损伤晶圆中的芯片单元，也可以使芯片单元脱离晶圆。

需要说明的是，第一设定深度和第二设定深度不能同时为晶圆未切割前的厚度的50%，这样设置可以防止第二激光切割后晶圆中的UV膜被激光划破使得晶圆中的芯片单元发生脱落。

可选的，采用第二激光沿着晶圆的正面的划片线对晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对晶圆的切割之后还包括：对晶圆进行扩膜，得到多个芯片单元。

具体的，在采用第二激光对晶圆的正面切割第二设定深度后，后续在封装过程中只需对晶圆进行扩膜，晶圆上的每个芯片单元就可以分开，从而得到多个芯片单元。

可选的，采用第一激光按照晶圆的正面的划片线对晶圆的背面切割第一设定深度之前包括：在晶圆的正面形成第一UV膜，通过第一UV膜使晶圆固定在切割机载片台上；在晶圆的背面形成第一保护胶。

具体的，在对晶圆的背面进行切割前，需要在晶圆的正面贴上一层第一UV膜。第一UV膜可以将晶圆固定在切割机载片台上，从而在采用第一激光对晶圆的背面进行切割时防止晶圆发生移动。由于第一激光在对晶圆的背面切割时会产生碎屑和熔渣，产生的碎屑和熔渣会沾污晶圆的背面，因此，需要在晶圆的背面涂覆一层第一保护胶，第一保护胶可以阻挡碎屑和熔渣沾污在晶圆的背面。

可选的，采用第二激光沿着晶圆的正面的划片线对晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对晶圆的切割之前包括：在晶圆的背面形成第二UV膜，通过第二UV膜使晶圆固定在切割机载片台上；在晶圆的正面形成第二保护胶。

具体的，在采用第一激光切割完晶圆的背面后，采用第二激光切割晶圆的正面前，需要在晶圆的背面贴上一层第二UV膜，第二UV膜可以将晶圆固定在切割机载片台上，从而在采用第二激光对晶圆的正面进行切割时防止晶圆发生移动。由于第二激光在对晶圆的正面切割时也会产生碎屑和熔渣，产生的碎屑和熔渣会沾污晶圆的正面，因此，需要在晶圆的正面涂覆一层第二保护胶，第二保护胶可以阻挡碎屑和熔渣沾污在晶圆的正面。

可选的，采用第一激光按照晶圆的正面的划片线对晶圆的背面切割第一设定深度之后还包括：去除第一保护胶以及第一激光切割过程中产生的碎屑和熔渣。

具体的，在采用第二激光对晶圆的正面进行切割之前，需要对晶圆进行去离子水冲洗，从而去除第一保护胶和第一激光切割过程中产生的碎屑和熔渣。

可选的，采用第二激光沿着晶圆的正面的划片线对晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对晶圆的切割之后包括：去除第二保护胶以及第二激光切割过程中产生的碎屑和熔渣。

具体的，在采用第二激光对晶圆的正面切割完之后，也需要对晶圆进行去离子水冲洗，从而去除第二保护胶和第二激光切割过程中产生的碎屑和熔渣。

可选的，第一激光的能量与第二激光的能量不相等。

具体的，第一激光的能量和第二激光的能量会影响晶圆的切割程度。晶圆的正面和晶圆的背面的切割材料会略有差别，示例性的，晶圆背面有时会有厚度为0.5μm~1.5μm的Ti/Ni/Ag或V/Ni/Ag多层金属，因此，设置第一激光的能量大于第二激光的能量，以使第一激光可以切穿Ti/Ni/Ag或V/Ni/Ag多层金属。

可选的，第一激光的能量与第二激光的能量相等。

具体的，当晶圆的正面和晶圆的背面的切割材质相同时，可以设置第一激光的能量和第二激光的能量相等。第一激光的能量与第二激光的能量相等，且晶圆的正面和晶圆的背面的切割材质相同时，第一激光对晶圆的切割深度与第二激光对晶圆的切割深度相同。

可选的，第一保护胶和第二保护胶均具有透光性。

具体的，第一保护胶和第二保护胶具有透光性时，可以使第一激光和第二激光穿过第一保护胶和第二保护胶，从而防止第一保护胶和第二保护胶吸收第一激光和第二激光。此外，当第二保护胶具有透光性时，在第二激光切割时晶圆的正面时可以查看到划片线，防止第二激光偏移划片线而造成切割偏移。

图7是根据本发明实施例提供的又一种晶圆切割方法的流程示意图，参考图7，本实施例提供的晶圆切割方法包括如下步骤：

S210、在晶圆的正面形成第一UV膜，通过第一UV膜使晶圆固定在切割机载片台上。

S220、在晶圆的背面形成第一保护胶。

S230、采用第一激光按照晶圆的正面的划片线对晶圆的背面切割第一设定深度。

S240、去除第一保护胶以及第一激光切割过程中产生的碎屑和熔渣。

S250、在晶圆的背面形成第二UV膜，通过第二UV膜使晶圆固定在切割机载片台上。

S260、在晶圆的正面形成第二保护胶。

S270、采用第二激光沿着晶圆的正面的划片线对晶圆的正面切割第二设定深度，以完成对晶圆的切割，其中，晶圆的背面的切割轨迹在晶圆的正面上的垂直投影与晶圆的正面的切割轨迹相重合。

S280、去除第二保护胶以及第二激光切割过程中产生的碎屑和熔渣。

S290、对晶圆进行扩膜，得到多个芯片单元。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。