一種半導體晶圓的製作方法

2023-06-01 03:13:36 1

本實用新型涉及半導體晶圓晶片的加工方法技術領域，尤其是涉及MEMS圓形晶片的劃片技術領域。

背景技術：

傳統的MEMS晶片都是方形或矩形晶片。在某些領域，由於封裝或產品本身性能的要求，需將MEMS晶片做成圓形的。目前在MEMS晶片劃片領域，主要有砂輪劃片和雷射劃片，砂輪切割是目前應用最為廣泛的切割技術，其機理是機械磨削，砂輪切割屬於線性切割工藝，無法實現圓形晶片的分離，且砂輪切割過程中由於存在機械接觸，MEMS晶片邊緣非常容易發生崩邊，尤其是晶片背面崩邊；而雷射劃片設備價格昂貴，還未能規模化應用，且多數也屬於線性切割，在某些特殊領域一定程度上可以實現圓形切割，但存在諸多約束，如採用隱形切割工藝可以實現以晶片中心為圓心的圓形切割，但無法實現圓形晶片的正常分離工藝。

如何運用現有的MEMS晶片加工技術實現其低成本、高效率的圓形晶片製備，是亟待解決的難題。

深反應離子刻蝕工藝，即DRIE刻蝕工藝，全稱是Deep Reactive Ion Etching，作為MEMS加工的關鍵工藝，其可以在晶圓表面實現任何圖形的製備，且其屬於並行工藝，刻蝕效率高，是高效製作MEMS器件極為重要的方法。利用DRIE刻蝕工藝，可以實現高深寬比深槽的製備。但由於工藝技術原因及相關設備研發難度較大，目前DRIE工藝並沒有直接地獨自實現MEMS晶圓劃片工藝。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種半導體晶圓及其加工方法，能夠在晶圓上製備出圓形晶片，晶圓上晶片切割分離簡單、技術難度低，對劃片設備要求低，切割行程大幅減小，劃片效率高，能夠用於製備圓形晶片。

為解決上述技術問題，本實用新型所採取的技術方案是：

一種半導體晶圓，包括多個晶片，所述晶圓上相鄰晶片間僅通過晶片側面的支撐梁連接。

進一步地，所述晶圓背面在所述支撐梁下方設有切割槽，所述支撐梁上部，即在晶圓正面一側，設有兩個對稱分布的小凹槽，所述小凹槽與切割槽平行。

作為優選，兩個小凹槽的外側槽壁各與位於其下方的切割槽的一側槽壁位於同一平面。

作為優選，所述切割槽的槽深為10～20μm，其槽寬為50～100μm；所述小凹槽的槽寬為3～10μm，其刻蝕深度不大於150μm。

所述支撐梁的長度等於所述切割槽的槽寬，兩者縱向截面的中心線重合。

所述支撐梁的長度應略大於砂輪劃片實際劃片道寬度，作為優選，支撐梁的長度為50～100μm。為保證支撐梁的機械強度，並且在後續工藝中不發生斷裂，其寬度應不小於50μm。

所述晶圓上晶片為圓形晶片。所述圓形晶片為MEMS圓形晶片。

所述晶圓上圓形晶片均直徑相等，所述支撐梁位於相鄰圓形晶片的圓心連接線中部。

一種圓形晶片的加工方法，包括：在晶圓上蝕刻貫通孔形成相鄰的圓形晶片間保留有連接部的圓形晶片，再沿所述晶圓上劃片道劃片，將所述連接部斷開，得到分離的圓形晶片。

所述連接部為支撐梁，連接其兩側圓形晶片，並在晶圓內對圓形晶片起支撐固定作用。

進一步地，蝕刻貫通孔之前，所述支撐梁在晶圓正面一側預蝕刻有兩個對稱分布且平行於劃片道的小凹槽。

進一步地，蝕刻貫通孔之前，先在晶圓的背面沿劃片道製備切割槽；所述切割槽位於所述支撐梁的正下方。

所述切割槽採用RIE刻蝕工藝或矽溼法腐蝕工藝製備；所述貫通孔採用DRIE刻蝕工藝製備；所述貫通孔刻蝕前，通過臨時鍵合工藝或有機物粘合工藝將晶圓貼於一矽襯底片上，再進行貫通孔刻蝕；所述有機物粘合工藝中所用有機物為蠟、油脂或矽脂，將該有機物均勻塗覆於矽襯底表面，之後將晶圓貼於矽襯底上。

所述支撐梁的長度等於所述切割槽的槽寬，兩者縱向截面的中心線重合。

進一步地，劃片道兩側的小凹槽的外側槽壁各位於支撐梁的一側端部。

進一步地，劃片採用砂輪劃片，沿晶圓正面的劃片道劃片，將所述支撐梁切斷。作為優選，所述切割槽槽寬和支撐梁的長度略大於砂輪劃片刀刀刃寬度。

所述圓形晶片為MEMS晶片，所述晶圓正面進行MEMS加工；所述貫通孔蝕刻完成後，通過金屬化工藝製備MEMS晶片輸入輸出端電極及金屬布線。

採用上述技術方案所產生的有益效果在於：本實用新型，晶圓上晶片能夠根據需要加工成所需形狀結構，能夠滿足圓形晶片的劃片要求，製備得到非矩形結構的晶片；晶片之間僅通過帶小凹槽的支撐梁連接，切割行程大幅減小，劃片效率高；晶片切割分離簡單、技術難度低，對劃片設備要求低，能夠採用砂輪劃片，同時減少砂輪切割產生的崩邊、微裂紋等缺陷問題，晶片的稜邊齊整，機械強度高。

本實用新型圓形晶片的加工方法，能夠在晶圓上製備出圓形晶片，對劃片設備要求低，尤其是能夠採用目前最常用的砂輪劃片技術實現當前難於實現的MEMS圓形晶片的製備，同時對切割參數無無特殊要求，大幅減小切割行程，提高切割效率，延長刀片的使用壽命；劃片道位於連接部兩個平行小凹槽之間，並位於切割槽上方，能夠大幅減少砂輪切割產生的崩邊、微裂紋等缺陷問題，晶片的稜邊非常齊整，晶片的外觀好、成品率高，且機械強度高；加工方法易於實現，不依賴於專門設備，沒有增加工藝難度和工藝成本。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例中晶圓上四個相連的MEMS圓形晶片結構及劃片道示意圖；

圖2是圖1中B部分在A-A面的斷面示意圖，亦即相鄰兩個MEMS圓形晶片連接部的結構示意圖；

圖3是圖1中一個完整MEMS圓形晶片在A-A面的剖面圖。

其中，1為磁芯放置孔，2為輸入輸出端，3為貫通孔，4為劃片道，5為切割槽，6為小凹槽，7為支撐梁，8為金屬布線。

具體實施方式

本實用新型提供一種圓形晶片的加工方法，以及能夠實現圓形晶片切割分離的晶圓。劃片工藝簡單、難度小，能夠採用砂輪劃片機實現晶片切割和分離，同時具有劃片行程小，切割效率高，切割後所得晶片外觀損傷小，機械強度高的優點。

一種半導體晶圓，包括多個晶片，晶圓上相鄰晶片間僅通過晶片側面的支撐梁7連接。

進一步地，晶圓背面在支撐梁7下方設有切割槽5，支撐梁7上部，即在晶圓正面一側，設有兩個對稱分布的小凹槽6，小凹槽6與切割槽5平行。

作為優選，兩個小凹槽6的外側槽壁各與位於其下方的切割槽5的一側槽壁位於同一平面。

作為優選，切割槽5的槽深為10～20μm，其槽寬為50～100μm；小凹槽6的槽寬為3～10μm，其刻蝕深度不大於150μm。

支撐梁7的長度等於切割槽5的槽寬，兩者縱向截面的中心線重合。

支撐梁7的長度應略大於砂輪劃片實際劃片道4寬度，作為優選，支撐梁7的長度為50～100μm。為保證支撐梁7的機械強度，並且在後續工藝中不發生斷裂，其寬度應不小於50μm。

晶圓上晶片為圓形晶片。圓形晶片為MEMS圓形晶片。

晶圓上圓形晶片均直徑相等，支撐梁7位於相鄰圓形晶片的圓心連接線中部。

下面以一種MEMS環形器晶片的製備為實施例，結合附圖對本實用新型晶圓作進一步說明。

MEMS環形器為圓形晶片結構，其加工方法包括以下步驟：第一步，製備背面切割槽5，背面切割槽5的製備採用RIE刻蝕工藝形成，也可以採用矽溼法腐蝕工藝，切割槽5沿劃片道4方向，位於劃片道4下方，劃片道4為矩形網狀結構，每個網格內用於製備晶片單元；第二步，製備矽貫通孔3結構，貫通孔3的製備採用DRIE刻蝕工藝，通過DRIE工藝在劃片道4單元格內，圓形晶片周圍刻蝕貫通孔3，形成圓形晶片，晶片與晶片之間僅通過帶小凹槽6的支撐梁7連接，見圖1和圖2，小凹槽6在貫通孔3製備前預蝕刻在劃片道4兩側對稱位置，且平行於劃片道4，切割槽5位於該兩個小凹槽6下方並與小凹槽6平行；第三步，製備輸入輸出電極及金屬布線8，輸入輸出電極及金屬布線8的製備先濺射金屬種子層，再進行電鍍，第四步，晶圓背面貼膠膜，沿晶圓正面的劃片道4實施劃片工藝，劃片道4在圖3中為支撐梁7部位虛線所示。

本實施例中，第一步，通過RIE刻蝕工藝或矽溼法腐蝕工藝製備背面切割槽5時，槽深10μm，槽寬60μm，略大於砂輪劃片刀刀刃寬度，可有效減少砂輪劃片時背崩問題。

本實施例中，第二步，通過DRIE工藝在圓形晶片周圍刻蝕貫通孔3前需進行晶圓貼片工藝，使用矽脂將MEMS晶圓緊密貼附於一矽襯底，為保證刻蝕質量及刻蝕均勻性，矽脂需均勻塗覆於矽襯底表面，之後將MEMS晶圓貼於矽襯底上。晶圓正面及背面圖形的對位是通過雙面光刻的方法進行。

本實施例中，支撐梁7的寬度為60μm，略大於砂輪劃片刀刀刃寬度，小凹槽6寬度為5μm以保證圓形晶片邊緣齊整，同時由於寬度小，DRIE刻蝕貫通孔3時，該位置不會被刻穿，保證支撐梁7的機械強度，確保晶片與晶片之間連接。

本實施例中，第五步劃片時採用目前應用最為廣泛的晶圓切割工藝—砂輪劃片工藝，工藝過程中主軸轉速30000～50000rpm，切割進給速度5～10mm/s。砂輪切割時砂輪劃片刀直接作用於晶圓表面並在晶體內部產生應力損傷，其不可避免地會對晶片造成機械損傷，尤其是切割背面。為儘可能減小機械損傷，本實施例中，劃片時將帶有切割槽5的背面貼膜，從晶圓正面切割支撐梁7；切割深度略大於劃片道4位置晶圓剩餘厚度，這樣不但減少了切割深度，有利於延長刀片的使用壽命，同時切割晶片邊緣無機械損傷，提高了晶片的可靠性。

製備得到MEMS環形器的結構如圖1和圖3所示，包括磁芯放置孔1、輸入輸出端2，以及相應位置的金屬布線8。