將用於製備傳感器晶片的晶圓切割成晶粒的方法
2024-02-27 00:49:15
專利名稱：將用於製備傳感器晶片的晶圓切割成晶粒的方法
技術領域：
本發明屬於半導體晶片封裝技術領域,涉及切割晶圓(wafer)成晶粒(die)的方法，尤其涉及用於製備傳感器晶片的晶圓的切割方法。
背景技術：
半導體晶片製造的過程中，包括晶圓(晶圓)製備過程和封裝過程，通常地，晶圓製備過程在晶圓廠完成，而封裝過程中在封裝測試廠完成。晶圓廠完成的晶圓一般已經完成各道後道工序以及相關測試工作。而在封裝的過程中，首先，需要將晶圓切割成一個個具有獨立電路功能的晶粒，以便進一步將晶粒封裝成晶片。
圖I所示為現有技術的將晶圓切割成晶粒的方法。現有的切割方法過程主要包括以下步驟
S110，提供後到工序結束後、封裝準備前的晶圓；
S120，採用貼膜自動化設備在晶圓正面貼保護模；
S130，研磨晶圓背面實現減薄；
S140，去除正面的保護模；
S150，晶圓背面貼劃片膜；
S160，劃片切割；以及 S170，高壓水清洗。以上切割方法過程對於常規的晶片(例如存儲器晶片)的晶圓非常合適。但是對於，特殊類型的晶圓，例如，用於製備傳感器晶片的晶圓，實踐證明，該切割方法不是很適用。圖2所示為現有技術的用於製備傳感器晶片的晶粒的基本結構示意圖。如圖2所示，一般地，用於製備傳感器晶片的晶粒10包括形成於矽基襯底11中的腔體15，並且，會在腔體15上面覆蓋一層感應膜13，感應膜13的材料可以為SiN等，但是其不是限制性的，其可以根據具體傳感器晶片的要求而變化。感應膜13的厚度通常在10-50微米，其相對於矽基襯底，由於厚度太薄並且其底下為鏤空的腔體15，因此，感應膜13的機械強度很低。如果採用圖I所示的切割過程將傳感器晶片的晶圓切割成如圖2所示的晶粒，晶圓上的感應膜會在切割過程因各種機械接觸而損壞、並導致晶粒的鍵合面沾汙，極其不利於封裝的成品率。有鑑於此，有必要提出一種適合於傳感器晶片的晶圓的切割方法。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提高將用於製備傳感器晶片的晶圓切割成晶粒的成品率。為解決以上技術問題，本發明提供一種將用於製備傳感器晶片的晶圓切割成晶粒的方法，其包括以下步驟(1)提供後道工序結束後、封裝準備前的晶圓；
(2)在所述晶圓正面貼保護膜；
(3)研磨所述晶圓背面實現減薄；
(4)所述晶圓背面貼劃片膜；
(5)在高於常溫條件下揭去所述保護膜；
(6)劃片切割所述晶圓；以及
(7)清洗表面顆粒並吹乾。較佳地，所述步驟(2)中，採用手動的方式完成貼膜過程，並採用手動的方式裁邊 以去除多餘的保護膜。較佳地，所述保護膜的厚度基本為200微米。較佳地，通過滾筒滾壓所述保護膜以排除晶圓與保護膜之間的氣泡。較佳地，所述步驟(3)中，依次包括粗磨過程和精磨過程。其中，所述研磨過程通過雙軸研磨設備完成；其中，所述粗磨過程使用第一軸，所述精磨過程中使用第二軸，通過控制所述第一軸和所述第二軸的縱向進給速度以控制研磨的速度。較佳地，所述粗磨過程被分為三個子階段，三個子階段期間，所述第一軸的縱向進給速度的範圍依次為5±2微米/秒、3±2微米/秒、3±2微米/秒。較佳地，所述精磨過程被分為三個子階段，三個子階段期間，第二軸的縱向進給速度的範圍依次為O. 5±0. 2微米/秒、O. 3±0. 2微米/秒、O. 3±0. 2微米/秒。較佳地，所述步驟(4)中，帶有所述保護膜的晶圓被安裝固定在金屬圓片環上實現貼所述劃片膜。較佳地，所述步驟(5)中，所述高於常溫條件的溫度範圍為35°C至45°C。較佳地，所述步驟(7)中，採用手動擦拭的方法清洗表面顆粒。較佳地，所述步驟(7)中，採用氣槍對準晶粒實現表面吹乾，其中，所述氣槍相對所述晶粒表面的夾角的範圍基本為30度至60度。按照本發明提供的方法的又一實施例，其中，在所述步驟(7)之後，還包括步驟
(8)對所切割的晶粒進行檢測。本發明的技術效果是，該切割方法中，重點考慮了傳感器晶片的晶圓的特殊結構，避免了正面的感應膜在切割過程中破裂或損壞，晶粒的鍵合面不易沾汙，因此，所切割成的晶粒成品率大大提聞。
從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本發明的上述和其它目的及優點更加完全清楚，其中，相同或相似的要素採用相同的標號表示。圖I是現有技術的將晶圓切割成晶粒的方法。圖2是現有技術的用於製備傳感器晶片的晶粒的基本結構示意圖。圖3是按照本發明實施例提供的用於製備壓力傳感器晶片的晶圓的切割方法。
具體實施方式
下面介紹的是本發明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發明的基本了解，並不旨在確認本發明的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的範圍。容易理解，根據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的其它實現方式。因此，以下具體實施方式
以及附圖僅是對本發明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發明的全部或者視為對本發明技術方案的限定或限制。本文中，晶圓的「正面」是指感應膜所在的一面，晶圓的「背面」是指與「正面」相對的一面。圖3所示為按照本發明實施例提供的用於製備壓力傳感器晶片的晶圓的切割方法。通過該切割方法，切割成多個如圖I所示結構的晶粒，該晶粒具有獨立的電路功能，從而可以將其封裝成晶片。在該實施例中，傳感器晶片可以為MEMS(Micro-Electro_MechanicalSystem，微機電系統)傳感器晶片，但是這不是限制性的。以下結合圖I和圖3所示，對該實施例的切割方法進行詳細說明。 首先，步驟S210，提供後道工序結束後、封裝準備前的晶圓。在該步驟中，一般地，該晶圓已經經過封裝前測試。晶圓的具體大小不是限制性的，例如，其可以是直徑為4英寸的晶圓、也可以8英寸的晶圓；晶圓中所包含的晶粒的個數也不是限制性的。通常地，該晶圓在晶圓FAB廠製造生產。進一步，步驟S220，在晶圓正面貼保護膜。在該步驟中，由於晶圓正面上形成有如圖2所示的、機械強度很低的感應膜，為防止該感應膜在後序的工序中(例如減薄過程)因過大的機械應力而破損，將保護膜貼於晶圓的正面，以全部覆蓋晶圓。優選地，保護膜的厚度可以為200微米左右。由於晶圓中包括多個如圖2所示的腔體，腔體很可能位於晶圓的邊緣並且有可能是未完全成型的腔體，該未完全成型的腔體的開口會在晶圓邊緣形成缺口。如果採用傳統的機械自動化的方式來對晶圓進行貼膜和裁邊，貼膜機會在晶圓邊緣的缺口處出現錯誤識另IJ、從而導致錯誤走動，容易導致晶圓的碎裂或者導致晶圓中的感應膜的破損。因此，優選地，在該步驟中，採用手動的方式進行貼膜，例如，採用真空鑷子吸取晶圓，將其置於工作盤上，在晶圓正面置放適當長度的保護膜，然後用滾筒滾壓保護膜以排除晶圓與保護膜之間的氣泡。進一步，在裁邊過程中也優選地採用手動的方式，例如，採用刀片沿晶圓邊緣裁去多餘的保護膜。進一步,步驟S230,研磨晶圓背面實現減薄。在該步驟中，在研磨時，晶圓通過其正面固定於研磨工作檯上，因此，在一定壓力的研磨過程中，保護膜可以起到緩衝壓力作用，避免正面的感應磨破損。優選地，研磨過程中包括粗磨和精磨過程，採用雙軸研磨設備來實現粗磨和精磨。通常地，雙軸研磨設備包括Zl軸和Z2軸，在該實例中，粗磨中使用Zl軸，精磨中使用Z2軸，通過控制每個軸的縱向進給(Feed)速度來實現對研磨速度的控制。並且，該雙軸研磨設備能自動探測晶圓的厚度並在研磨過程中實時監測，如果晶圓的厚度被減薄為預定值，按預定速度調整研磨的速度。在該實例中，粗磨過程中，粗磨時，Zl軸的縱向(也即垂直於晶圓的方向)進給分為三個子階段，具體地，三個子階段的縱向進給速度值分別可以設置為5±2 Mffl/SeC、3±2 Mffl/sec,3±2 Mm/sec,例如,三個子階段的縱向進給速度值分別被設置為5Mm/sec、3Mm/sec、3Mm/sec ;精磨時，Z2軸的縱向進給也被分為三個子階段，具體地，三個子階段的縱向進給速度值分別可以設置為 O. 5±0· 2 Mm/sec、0. 3±0· 2 Mm/sec、0. 3±0· 2 Mm/sec，例如，三個子階段的縱向進給速度值分別被設置為O. 5Mm/sec、0. 3Mm/sec、0. 3Pm/sec。通過以上方法調整雙軸的縱向進給速度，可以有效減小晶圓正面的感應膜所承受的壓力，減小感應膜的破裂可能性。進一步，步驟S240,晶圓背面貼劃片月旲。在該步驟中，通過在晶圓背面貼劃片膜，為之後的劃片切割作準備。劃片膜的具體類型不是限制性的。由於在背面貼劃片膜的過程中，晶圓的正面也會承受一定壓力(例如，貼片滾筒會施加在晶圓的正面來貼膜)，如果按照圖I所示的現有技術來貼劃片膜，晶圓正面因缺少保護膜的緩衝壓力作用而會導致感應膜的破裂。因此，在該發明中，先貼劃片膜再去除保護膜，從而，在貼劃片膜過程中，保護膜還可以起到緩衝壓力的作用，避免感應膜破裂。較佳地，在貼劃片膜時，帶有保護膜的晶圓被安裝固定在金屬圓片環上。進一步，步驟S250，在高於常溫條件下揭去保護膜。
在該步驟中，如果直接揭去保護膜，保護膜與感應膜之間的粘合力可能會導致保護膜將感應膜帶起，從而損傷晶圓上的感應膜。因此，將帶有保護膜和貼片膜的晶圓置於一定溫度的工作盤上，該溫度高於常溫，優選地，該溫度的範圍為35°C至45°C，從而保護膜和晶圓的溫度升高，二者之間的粘合力減小，可以避免感應膜因揭去保護膜而破裂。進一步，步驟S260，劃片切割。在該步驟中，具體地，所採用的劃片切割設備為A-WD-100自動劃片機。由於這種類型晶圓的切割槽比較窄，該過程中，優選地，劃片刀採用小顆粒、軟結合劑、低密度的金剛石劃片刀(例如，顆粒直徑範圍為2微米至6微米，密度為低密度金剛顆粒，軟結合劑的類型為標準型)，並且該劃片刀也可以減小切割過程的機械應力。可以設定劃片切割設備的軸轉速以及切割速度，例如，軸的轉速為40000轉/分鐘，切割速度為50毫米/秒，這樣，有利於減小切割過程的機械應力。因此，使用該實例中的劃片切割方法，晶圓的正面和背面相對不容易產生崩裂的問題，也有利避免感應膜破裂。進一步,步驟S270,清洗表面顆粒並吹乾。在該步驟中，通過清洗去除切割形成的顆粒或者之前過程所附帶的顆粒(例如矽粉)。現有技術中，清洗過程通常是採用高壓水衝洗，這樣也會導致在清洗過程感應膜破裂。因此，優選地，採用手動擦拭的方法清洗表面顆粒，例如，用純水手動輕輕地擦洗晶粒的表面。吹乾過程中，可以採用氣槍對準晶粒表面吹乾，氣槍所採用的氣體的氣流速度不宜太大，以避免感應膜破裂；另外，氣槍和晶粒表面之間呈一定角度，例如，30度至60度。以上實施例的清洗吹乾過程也可以避免感應膜破裂，並避免晶粒的鍵合面沾汙。至此，晶圓的切割過程結束，晶圓被切割成多個獨立的完整的晶粒，該晶粒通過後序的封裝鍵合過程形成傳感器晶片。因此，以上切割方法過程完全適用於MEMS傳感器晶片的晶圓的切割，感應膜不易破裂，大大提高了切割形成的晶粒的成品率。本領域技術人員應當理解的是，該實施例的切割方法過程不僅限於本實施例MEMS傳感器晶片的晶圓，任何帶有感應膜的傳感器晶片的晶圓均適用於該切割方法過程。在又一實施例中，雖然，使用圖3所示的方法可以大大提高所切割的晶粒的成品率，但是，也有可能存在晶粒破裂等情況，因此，在以上步驟S270之後，還可以對切割形成的晶粒進行檢測，例如採用50-200倍的顯微鏡觀察晶粒表面，觀察感應膜是否破裂等，將不符合要求的晶粒去除。
以上例子主要說明了本發明的切割方法，儘管只對其中一些本發明的實施方式進行了描述，但是本領域普通技術人員應當了解，本發明可以在不偏離其主旨與範圍內以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權利要求所定義的本發明精神及範圍的情況下，本發明可能涵蓋各種的修改與替換。
權利要求
1.一種將用於製備傳感器晶片的晶圓切割成晶粒的方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)提供後道工序結束後、封裝準備前的晶圓； (2)在所述晶圓正面貼保護膜； (3)研磨所述晶圓背面實現減薄； (4)所述晶圓背面貼劃片膜； (5)在高於常溫條件下揭去所述保護膜； (6)劃片切割所述晶圓；以及 (7)清洗表面顆粒並吹乾。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟(2)中，採用手動的方式完成貼膜過程，並採用手動的方式裁邊以去除多餘的保護膜。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述保護膜的厚度基本為200微米。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，通過滾筒滾壓所述保護膜以排除晶圓與保護膜之間的氣泡。
5.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，依次包括粗磨過程和精磨過程。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述研磨過程通過雙軸研磨設備完成；其中，所述粗磨過程使用第一軸，所述精磨過程中使用第二軸，通過控制所述第一軸和所述第二軸的縱向進給速度以控制研磨的速度。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述粗磨過程被分為三個子階段，三個子階段期間，所述第一軸的縱向進給速度的範圍依次為5±2微米/秒、3±2微米/秒、3±2微米/秒。
8.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述精磨過程被分為三個子階段，三個子階段期間，所述第二軸的縱向進給速度的範圍依次為O. 5±0. 2微米/秒、O. 3±0. 2微米/秒、O. 3±0. 2微米/秒。
9.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟(4)中，帶有所述保護膜的晶圓被安裝固定在金屬圓片環上實現貼所述劃片膜。
10.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟(5)中，所述高於常溫條件的溫度範圍為35°C至45°C。
11.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟(7)中，採用手動擦拭的方法清洗表面顆粒。
12.如權利要求I或11所述的方法，其特徵在於，所述步驟(7)中，採用氣槍對準晶粒實現表面吹乾，其中，所述氣槍相對所述晶粒表面的夾角的範圍基本為30度至60度。
13.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(7)之後，還包括步驟(8)對所切割的晶粒進行檢測。
全文摘要
本發明提供一種將用於製備傳感器晶片的晶圓切割成晶粒的方法，屬於半導體晶片封裝技術領域。該方法包括步驟(1)提供後道工序結束後、封裝準備前的晶圓；(2)在所述晶圓正面貼保護膜；(3)研磨所述晶圓背面實現減薄；(4)所述晶圓背面貼劃片膜；(5)在高於常溫條件下揭去所述保護膜；(6)劃片切割所述晶圓；以及(7)清洗表面顆粒並吹乾。該方法具有所切割的晶粒成品率高的特點。
文檔編號H01L21/78GK102760699SQ20111010683
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者卜林 申請人:無錫華潤安盛科技有限公司