CN107799467B - 一种刻蚀方法、刻蚀装置及半导体晶圆分割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种刻蚀方法、刻蚀装置及半导体晶圆分割方法。其中一种半导体晶圆分割方法包括如下步骤：提供一半导体晶圆，所述半导体晶圆上形成有多个集成电路，所述多个集成电路之间设有间隙；利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对所述多个集成电路之间的间隙进行刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。本发明提出了利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体进行刻蚀的方法及装置，从而可利用该方法及装置实现半导体晶圆的分割。本发明的半导体晶圆分割方法避免了采用传统切割刀划片造成的应力，有效减少了划片造成的崩边、碎片等问题，适用于薄晶圆的划片分割，并且方法简单、快速、高效。

Description

一种刻蚀方法、刻蚀装置及半导体晶圆分割方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种刻蚀方法、刻蚀装置及半导体晶圆分割方法。
背景技术
在一片半导体晶圆上，通常制作有几百个至数千个裸芯(Die)，这些裸芯之间留有一定间隙，需要进行划片切割(Dicing Saw)将它们分离出来。然而，传统的划片切割很容易产生应力使边缘崩裂，从而导致裸芯片的碎裂，特别是对于形成在薄晶圆上器件，如功率器件和BSI型CMOS图像传感器等，这种器件的晶圆厚度通常薄至50μm，在划片切割中非常容易碎裂。
目前一些解决方案采用了图形化光阻结合常规的干法刻蚀进行划片。另外，公开号为JP2003257896A的专利文献公开了一种半导体晶圆的分割方法，该方法利用研磨胶带和干法刻蚀工艺实现晶圆的划片。通过在晶圆顶面粘贴胶带，然后切割胶带露出划道区域，再在胶带的保护下采用干法刻蚀将晶圆分割。公开号为US20110312157A1的专利文献也公开了一种半导体晶圆的切割方法，该方法利用飞秒激光与等离子体刻蚀实现晶圆划片。通过在晶圆表面形成掩膜，然后利用飞秒激光切割掩膜露出划道，再利用等离子体刻蚀在掩膜的保护下将晶圆分割。
然而，上述的解决方案工艺步骤都较为复杂，生产效率也较低。因此，实有必要寻求一种更为高效、简便的针对薄晶圆的划片技术。
发明内容
鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种刻蚀方法、刻蚀装置及半导体晶圆分割方法，用于解决现有技术中薄晶圆的划片切割容易碎片的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种刻蚀方法，包括如下步骤：
利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对标的材料需要刻蚀的区域进行刻蚀。
优选地，所述等离子体刻蚀气体为所述标的材料的干法刻蚀气体。
优选地，利用喷嘴喷出经过紫外线辐照的等离子体刻蚀气体。
优选地，利用喷嘴喷出的等离子体刻蚀气体为高压气体。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种刻蚀装置，包括：气腔、进气口、喷嘴和等离子体激活单元；
所述气腔包括顶部、与所述顶部相对的底部、以及连接所述顶部与所述底部的侧壁；
所述进气口位于所述气腔的顶部；
所述喷嘴位于所述气腔的底部；
所述等离子体激活单元位于所述气腔的侧壁，使进入所述气腔的气体激活为等离体子状态。
优选地，所述等离子体激活单元为紫外线辐照装置。
优选地，所述喷嘴口径为100nm-100μm。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种半导体晶圆分割方法，包括如下步骤：
提供一半导体晶圆，所述半导体晶圆上形成有多个集成电路，所述多个集成电路之间设有间隙；
利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对所述多个集成电路之间的间隙进行刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。
优选地，所述半导体晶圆为硅晶圆，所述等离子体刻蚀气体为硅的干法刻蚀气体。
进一步优选地，所述硅的干法刻蚀气体包括刻蚀反应气体ClF3、Cl2、HCl中的一种或多种，以及携带气体He、Ar、N2中的一种或多种。
优选地，利用喷嘴喷出经过紫外线辐照的等离子体刻蚀气体，紫外线辐照时，采用的紫外线波长为380-550nm，辐照功率为0.5-30W/cm2，辐照时间为0.1-10min。
优选地，利用喷嘴喷出高压的等离子体刻蚀气体，所述高压的等离子体刻蚀气体被喷出前的气压为800-2000Torr。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种半导体晶圆分割方法，包括如下步骤：
提供一半导体晶圆，所述半导体晶圆上形成有多个集成电路，所述多个集成电路之间设有间隙；
在所述半导体晶圆上形成掩膜层，所述掩膜层覆盖并保护所述集成电路；
利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体图形化所述掩膜层，以露出所述半导体晶圆上多个集成电路之间的间隙；
通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割。
优选地，所述掩膜层为氧化硅层，图形化所述掩膜层的等离子体刻蚀气体为氧化硅的干法刻蚀气体。
进一步优选地，所述氧化硅的干法刻蚀气体包括刻蚀反应气体HF或H2O，以及携带气体He、Ar、N2中的一种或多种。
优选地，利用喷嘴喷出经过紫外线辐照的等离子体刻蚀气体，紫外线辐照时，采用的紫外线波长为380-550nm，辐照功率为0.5-30W/cm2，辐照时间为0.1-10min。
优选地，利用喷嘴喷出高压的等离子体刻蚀气体，所述高压的等离子体刻蚀气体被喷出前的气压为800-2000Torr。
优选地，通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割，是在图形化所述掩膜层后将所述半导体晶圆置于干法刻蚀设备中对所述掩膜层露出的间隙进行干法刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。
优选地，通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割，是在图形化所述掩膜层后利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对所述掩膜层露出的间隙进行刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。
进一步优选地，采用两个喷嘴，分别进行图形化所述掩膜层和对所述掩膜层露出的间隙进行刻蚀。
如上所述，本发明的刻蚀方法、刻蚀装置及半导体晶圆分割方法，具有以下有益效果：
本发明提出了利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体进行刻蚀的方法及装置，从而可利用该方法及装置实现半导体晶圆的分割。本发明的半导体晶圆分割方法避免了采用传统切割刀划片造成的应力，有效减少了划片造成的崩边、碎片等问题，适用于薄晶圆的划片分割，并且方法简单、快速、高效。此外，本发明还提供了利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体图形化掩膜层，再在掩膜层保护下划片的技术方案，可以有效的保护薄晶圆，提高生产良率和效率。
附图说明
图1显示为本发明实施例一提供的刻蚀装置的示意图。
图2显示为本发明实施例二提供的半导体晶圆分割方法的示意图。
图3显示为本发明实施例二利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体进行半导体晶圆分割的示意图。
图4显示为本发明实施例三提供的半导体晶圆分割方法的示意图。
元件标号说明
S101～S102 步骤
S201～S204 步骤
101 气腔
102 进气口
103 喷嘴
104 等离子体激活单元
1 刻蚀装置
2 半导体晶圆
3 胶带
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面通过具体的实例来详细说明本发明的技术方案。
实施例一
本实施例提供一种刻蚀方法，包括如下步骤：利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对标的材料需要刻蚀的区域进行刻蚀。具体地，所述等离子体刻蚀气体为所述标的材料的干法刻蚀气体。
作为本实施例的优选方案，利用喷嘴喷出经过紫外线辐照的等离子体刻蚀气体。在进行紫外线辐照时，采用的紫外线波长可以为380-550nm，辐照功率可以为0.5-30W/cm2，辐照时间可以为0.1-10min。具体的紫外线辐照参数可以根据不同的刻蚀气体和刻蚀效果进行调整。作为本实施例的优选方案，利用喷嘴喷出的等离子体刻蚀气体为高压气体。高压的等离子体刻蚀气体被喷出前的气压可以为800-2000Torr。高压的等离子体刻蚀气体有利于加速刻蚀，提高刻蚀效率。
本刻蚀方法可以通过移动喷嘴至需要刻蚀的区域进行刻蚀，适合简单线条或图案的刻蚀。
为了实现上述刻蚀方法，本实施例还提供一种带有喷嘴的刻蚀装置。请参阅图1，该刻蚀装置，包括：气腔101、进气口102、喷嘴103和等离子体激活单元104；所述气腔101包括顶部、与所述顶部相对的底部，以及连接所述顶部与所述底部的侧壁；所述进气口102位于所述气腔101的顶部；所述喷嘴103位于所述气腔101的底部；所述等离子体激活单元104位于所述气腔101的侧壁，使进入所述气腔101的气体激活为等离体子状态。
作为本实施例的优选方案，所述等离子体激活单元104可以为紫外线辐照装置。所述喷嘴口径可以为100nm-100μm，尖锐的喷嘴可以刻蚀出较细的线条。
该刻蚀装置工作时，位于所述气腔101顶部的进气口102向所述气腔101通入气体，使气体从上向下流动，进入所述气腔101内的气体被气腔101侧壁上的等离子体激活单元激活为等离子体状态，被激活后的气体流至气腔101底部，经由喷嘴103喷出。在进行刻蚀时，待刻蚀材料可以放置在带有真空或静电吸盘的操作台上。所述刻蚀装置还可以设置有气压监控装置，以调控气腔101内刻蚀气体的气压。
实施例二
请参阅图2，本实施例提供一种半导体晶圆分割方法，包括如下步骤：
S101提供一半导体晶圆，所述半导体晶圆上形成有多个集成电路，所述多个集成电路之间设有间隙；
S102利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对所述多个集成电路之间的间隙进行刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。
本实施例中，所述半导体晶圆为硅晶圆，所述等离子体刻蚀气体为硅的干法刻蚀气体，即在进行干法刻蚀硅材料时所用的气体。本实施例优选地，所述硅的干法刻蚀气体包括刻蚀反应气体ClF3、Cl2、HCl中的一种或多种，以及携带气体He、Ar、N2中的一种或多种。
作为本实施例的优选方案，步骤S102中，利用喷嘴喷出的等离子体刻蚀气体是经过紫外线辐照激活的，在进行紫外线辐照时，采用的紫外线波长为380-550nm，辐照功率为0.5-30W/cm2，辐照时间为0.1-10min。
作为本实施例的优选方案，步骤S102中，利用喷嘴喷出高压的等离子体刻蚀气体，所述高压的等离子体刻蚀气体被喷出前的气压可以为800-2000Torr。高压气体有利于加速刻蚀，从而可提高分割效率。
作为本实施例的优选方案，步骤S102中，利用的喷嘴的口径可以为100nm-100μm，以形成较细的分割线条。
如图3所示，具体操作时可以在半导体晶圆2上粘贴胶带3，以固定半导体晶圆2的位置，避免出现分割后的单片晶片移位等状况。粘贴了胶带3的半导体晶圆2可以放置在带有真空或静电吸盘的操作台上，利用带有喷嘴的刻蚀装置1进行刻蚀，并根据需要的切割路径移动刻蚀装置1，例如沿着半导体晶圆2上设有的划道移动，从而实现晶圆的划片。
实施例三
请参阅图4，本实施例提供一种利用掩膜层保护的半导体晶圆分割方法，包括如下步骤：
S201提供一半导体晶圆，所述半导体晶圆上形成有多个集成电路，所述多个集成电路之间设有间隙；
S202在所述半导体晶圆上形成掩膜层，所述掩膜层覆盖并保护所述集成电路；
S203利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体图形化所述掩膜层，以露出所述半导体晶圆上多个集成电路之间的间隙；
S204通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割。
步骤S203中，图形化所述掩膜层主要是在所述掩膜层上依据所述半导体晶圆的划道位置刻蚀线条，从而可以露出所述半导体晶圆上的划道，即所述的多个集成电路之间的间隙。本实施例中，所述掩膜层为氧化硅层，图形化所述掩膜层的等离子体刻蚀气体为氧化硅的干法刻蚀气体。其中，氧化硅的干法刻蚀气体是指在进行干法刻蚀氧化硅材料时所用的气体。本实施例优选地，所述氧化硅的干法刻蚀气体包括刻蚀反应气体HF或H2O，以及携带气体He、Ar、N2中的一种或多种。
作为本实施例的优选方案，步骤S203中，利用喷嘴喷出的等离子体刻蚀气体是经过紫外线辐照激活的，在进行紫外线辐照时，采用的紫外线波长为380-550nm，辐照功率为0.5-30W/cm2，辐照时间为0.1-10min。
作为本实施例的优选方案，步骤S203中，可以利用喷嘴喷出高压的等离子体刻蚀气体，所述高压的等离子体刻蚀气体被喷出前的气压可以为800-2000Torr，高压气体有利于加速刻蚀，从而可提高分割效率。
步骤S204通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割，可以采用常规的干法刻蚀工艺，例如，在图形化所述掩膜层后将所述半导体晶圆置于干法刻蚀设备中对所述掩膜层露出的间隙进行干法刻蚀，从而使所述多个集成电路一一分离。具体地干法刻蚀参数为本领域技术人员所习知，故在此不作赘述。
作为本实施例的优选方案，步骤S204通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割，也可以采用本发明的刻蚀方法进行，例如，可以采用实施例二中所述的半导体晶圆分割方法。具体地，在图形化所述掩膜层后利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对所述掩膜层露出的间隙进行刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。为了节省操作时间，提高生产效率，可以采用两个喷嘴，分别进行图形化所述掩膜层和对所述掩膜层露出的间隙进行刻蚀。例如，可以分别采用两个实施例一种所述的刻蚀装置，一个刻蚀装置用于图形化掩膜层，另一个刻蚀装置用于分割半导体晶圆。
综上所述，本发明提出了利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体进行刻蚀的方法及装置，从而可利用该方法及装置实现半导体晶圆的分割。本发明的半导体晶圆分割方法避免了采用传统切割刀划片造成的应力，有效减少了划片造成的崩边、碎片等问题，适用于薄晶圆的划片分割，并且相对于现有的薄晶圆划片工艺，本发明方法更加简单、快速和高效。此外，本发明还提供了利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体图形化掩膜层，再在掩膜层保护下划片的技术方案，可以有效的保护薄晶圆，提高生产良率和效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种刻蚀装置，用于对半导体晶圆的分割，其特征在于，包括：气腔、进气口、喷嘴和等离子体激活单元；
所述气腔包括顶部、与所述顶部相对的底部、以及连接所述顶部与所述底部的侧壁；
所述进气口位于所述气腔的顶部；
所述喷嘴位于所述气腔的底部；
所述等离子体激活单元位于所述气腔的侧壁，使进入所述气腔的气体激活为等离体子状态；
其中，所述喷嘴口径为100nm-100μm，所述等离子体激活单元为紫外线辐照装置。
2.一种刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用如权利要求1所述刻蚀装置的喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对标的材料需要刻蚀的区域进行刻蚀。
3.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于：所述等离子体刻蚀气体为所述标的材料的干法刻蚀气体。
4.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于：利用喷嘴喷出经过紫外线辐照的等离子体刻蚀气体。
5.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其特征在于：利用喷嘴喷出的等离子体刻蚀气体为高压气体。
6.一种半导体晶圆分割方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一半导体晶圆，所述半导体晶圆上形成有多个集成电路，所述多个集成电路之间设有间隙；
利用如权利要求1所述刻蚀装置的喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对所述多个集成电路之间的间隙进行刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。
7.根据权利要求6所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：所述半导体晶圆为硅晶圆，所述等离子体刻蚀气体为硅的干法刻蚀气体。
8.根据权利要求7所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：所述硅的干法刻蚀气体包括刻蚀反应气体ClF3、Cl2、HCl中的一种或多种，以及携带气体He、Ar、N2中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：利用喷嘴喷出经过紫外线辐照的等离子体刻蚀气体，紫外线辐照时，采用的紫外线波长为380-550nm，辐照功率为0.5-30W/cm2，辐照时间为0.1-10min。
10.根据权利要求6所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：利用喷嘴喷出高压的等离子体刻蚀气体，所述高压的等离子体刻蚀气体被喷出前的气压为800-2000Torr。
11.一种半导体晶圆分割方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一半导体晶圆，所述半导体晶圆上形成有多个集成电路，所述多个集成电路之间设有间隙；
在所述半导体晶圆上形成掩膜层，所述掩膜层覆盖并保护所述集成电路；
利用如权利要求1所述刻蚀装置的喷嘴喷出等离子体刻蚀气体图形化所述掩膜层，以露出所述半导体晶圆上多个集成电路之间的间隙；
通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割。
12.根据权利要求11所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：所述掩膜层为氧化硅层，图形化所述掩膜层的等离子体刻蚀气体为氧化硅的干法刻蚀气体。
13.根据权利要求12所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：所述氧化硅的干法刻蚀气体包括刻蚀反应气体HF或H2O，以及携带气体He、Ar、N2中的一种或多种。
14.根据权利要求11所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：利用喷嘴喷出经过紫外线辐照的等离子体刻蚀气体，紫外线辐照时，采用的紫外线波长为380-550nm，辐照功率为0.5-30W/cm2，辐照时间为0.1-10min。
15.根据权利要求11所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：利用喷嘴喷出高压的等离子体刻蚀气体，所述高压的等离子体刻蚀气体被喷出前的气压为800-2000Torr。
16.根据权利要求11所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割，是在图形化所述掩膜层后将所述半导体晶圆置于干法刻蚀设备中对所述掩膜层露出的间隙进行干法刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。
17.根据权利要求11所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：通过露出的间隙对所述半导体晶圆进行分割，是在图形化所述掩膜层后利用喷嘴喷出等离子体刻蚀气体对所述掩膜层露出的间隙进行刻蚀，使所述多个集成电路一一分离。
18.根据权利要求17所述的半导体晶圆分割方法，其特征在于：采用两个喷嘴，分别进行图形化所述掩膜层和对所述掩膜层露出的间隙进行刻蚀。
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