CN110091442B - 一种用于切割晶片的刀具及切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于切割晶片的刀具，包括：第一刀片，其具有由具有第一尺寸的颗粒物制成的表面；第二刀片，其布置在第一刀片的第一侧，使得第二刀片至少部分地覆盖第一刀片的第一侧，其中所述第二刀片具有由具有第二尺寸的颗粒物制成的表面并且其中第二尺寸小于第一尺寸；以及第三刀片，其布置在第一刀片的第二侧，使得第三刀片至少部分地覆盖第一刀片的第二侧，其中所述第三刀片具有由具有第三尺寸的颗粒物制成的表面，并且其中第三尺寸小于第一尺寸。通过本发明，可以有效地避免应力损伤半导体器件或其所在衬底，从而提高芯片的良率和可靠性。

Description

一种用于切割晶片的刀具及切割方法

技术领域

本发明总体而言涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种用于切割晶片的刀具。此外，本发明还涉及一种用于使用根据本发明的刀具切割晶片的方法。

背景技术

如今，电子产品已深入到现代生活的方方面面。而诸如计算机、移动电话之类的大多数电子产品的核心部件、如处理器、存储器等都含有半导体器件。半导体器件已在现代信息化设备中扮演至关重要的角色。

晶片(亦称晶元)切割是半导体工艺中的一个重要过程，其旨在将通常已形成半导体结构(例如图像传感器芯片等)的晶片进行切割以使得所述半导体结构彼此物理地分开。

目前主要通过激光或切割刀具来切割晶片。随着半导体集成度要求的不断提高，需要增加每晶片上的芯片数量，由此必须逐渐减小切割区域的划片槽面积。在使用机械的刀具切割工艺的情况下，减小的切割区域会提高切割时所产生的应力损坏芯片的风险。

图1A-1B分别示出了现有图像传感器晶片的切割过程和切割刀具,其中d区域为设置在相邻图像传感器之间的用来切割的划片槽。如图1A-1B所示，在现有技术的切割过程中，随着划片槽d的面积不断减小，切割刀具21在切割时与晶片上的半导体结构、如图像传感器的距离也不断减小。这增大了切割时所产生的应力损坏芯片或芯片所在衬底的风险。

从本申请人的名为“半导体器件及其形成方法、切割方法”的中国专利申请201811455757.4中公开了一种切割方案，其中在划片槽中布置有隔离结构，其中切割作用于隔离结构，所述隔离结构作为应力释放空间，减小应力继续向半导体结构的内部传递，从而减小了对半导体结构的承载晶片的损伤。然而，在该方案中，在切割时需要将刀具精确地对准隔离结构，否则应力仍然可能传递到半导体结构。此外，在使用该方案的情况下，仍然可能会出现应力损伤半导体器件或其所在衬底的情况。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务是提供一种用于切割晶片的刀具及切割方法，通过该刀具和/或该方法，可以有效地避免应力损伤半导体器件或其所在衬底，从而提高芯片的良率和可靠性。

在本发明的第一方面，该任务通过一种用于切割晶片的刀具来解决，该刀具包括：

第一刀片，其具有由具有第一尺寸的颗粒物制成的表面；

第二刀片，其布置在第一刀片的第一侧，使得第二刀片至少部分地覆盖第一刀片的第一侧，其中所述第二刀片具有由具有第二尺寸的颗粒物制成的表面并且其中第二尺寸小于第一尺寸；以及

第三刀片，其布置在第一刀片的第二侧，使得第三刀片至少部分地覆盖第一刀片的第二侧，其中所述第三刀片具有由具有第三尺寸的颗粒物制成的表面，并且其中第三尺寸小于第一尺寸。

在本发明中应当注意，“表面由具有某尺寸的颗粒物制成”是指，该表面所包含的颗粒物基本上为该尺寸，而不是指该表面所包含的全部颗粒物都绝对地为该尺寸，而是允许各颗粒物的尺寸存在合理误差，只要能够实现本发明的技术效果。

在本发明的一个优选方案中规定，所述晶片包括用于用所述刀具进行切割的划片槽，并且其中所述划片槽包括由与晶片的材料不同的材料制成的隔离结构，并且第一刀片的厚度对应于隔离结构之间的距离，并且第二刀片和第三刀片的厚度分别对应于相应的隔离结构的厚度。通过该优选方案，可以进一步降低应力损伤半导体器件或其所在衬底的风险，因为该隔离结构由于与晶片的材料不同，因此在切割时能够充当应力释放空间，减小应力继续向半导体结构的内部传递，从而减小了对半导体结构的承载晶片的损伤。在该优选方案中，在切割时需要将刀具对准隔离结构进行切割。隔离结构例如包括便于切割的材料、如比衬底硬度更小的材料。

在本发明的一个扩展方案中规定，所述隔离结构的材料包括下列各项中的一个或多个：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、以及碳氮氧化硅。

在本发明的另一扩展方案中规定，所述颗粒物为砂砾。在此应当指出，本发明的刀具材料或刀具表面材料不限于砂砾，而是可以采用其它颗粒物、如氮化硼颗粒、碳化硼颗粒、刚玉颗粒、碳化物(如碳化硅)颗粒等等。根据应用场合不同，可以自由选择刀具的材料。

在本发明的又一扩展方案中规定，第一、第二和第三刀片的端部彼此平缓过渡以形成刀具的弧形端部。通过该扩展方案，可以形成具有弧形连续形状的刀具端部，由此更好地适应于切割任务。在本发明的教导下，根据不同应用场合，其它刀具端部形状也是可设想的。在其它刀具端部形状的情况下，第一、第二和第三刀片的端部可被相应地设置以形成三者接合后的所期望的形状。

在本发明的另一扩展方案中规定，所述刀具为具有居中圆孔的环形。根据应用场合，其它形状的刀具也是可设想的。

在本发明的又一扩展方案中规定，在所述晶片上形成有图像传感器芯片。除了图像传感器芯片，本发明还可以应用于其它半导体制造工艺。

在本发明的另一扩展方案中规定，在所述划片槽的两侧设置有保护环。通过设置保护环，可以防止刀具偏离划片槽。

在本发明的第二方面，前述任务通过一种晶片切割装置来解决，该切割装置具有根据本发明的刀具。

在本发明的第三方面，前述任务通过一种用于使用根据本发明的刀具切割晶片的方法来解决，该方法包括下列步骤：

将刀具的第一刀片对准晶片的切割位置；以及

使用刀具切割晶片。

在此，切割角度、即刀具优选地垂直于切割表面。此外，在设置有隔离结构的情况下，在切割时需要将刀具对准隔离结构，再进行切割。

本发明基于发明人的如下洞察：本发明人经研究发现，在晶片切割过程中，切割刀具通过其所承载的颗粒物(如砂砾)对划片槽硅材料进行研磨和移除，因此晶片的切割面(即芯片所在衬底的切割交界面)附近会由于切割时产生的应力导致隐裂/崩边，其中刀具的砂砾尺寸越大，隐裂/崩边越严重；本发明的刀具将切割刀具设计成组合结构，其中在刀具的中部设置较大尺寸颗粒物以提供足够的研磨或切割能力，并且在刀具的侧面设置有较小尺寸颗粒物以降低隐裂/崩边的风险，由此可有效地避免应力损伤半导体器件或其所在衬底，从而提高芯片的良率和可靠性。

附图说明

下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本发明。

图1A-1B示出了根据现有技术的图像传感器晶片的切割过程和切割刀具；

图2示出了根据本发明的用于切割晶片的刀具的示意图；以及

图3A-3B示出了根据本发明的用于切割晶片的刀具的主视图和俯视图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”的含义。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

图2示出了根据本发明的用于切割晶片的刀具100的示意图。

根据本发明的刀具100用于切割晶片106。晶片106上既可以已经形成有诸如图像传感器之类的半导体结构，也可以未形成任何半导体结构。根据本发明的刀具100可有效地减少切割面附近的隐裂/裂缝以及其它因应力造成的损伤，从而改善良品率，提高半导体器件的质量。此外，在晶片106上可选地布置有保护环107和隔离结构108。保护环107设置在划片槽(即切割部位)的两侧、即至少部分地包围划片槽，以防止刀具100偏离划片槽。隔离结构108布置在晶片106中的划片槽中，并且其中隔离结构108与晶片106的材料不同。通过设置隔离结构108，可以进一步降低应力损伤半导体器件或其所在衬底的风险，因为该隔离结构由于与晶片的材料不同，因此在切割时能够充当应力释放空间，减小应力继续向半导体结构的内部传递，从而在本发明的基础上进一步减小对半导体结构的承载晶片的损伤。但是应当指出，保护环106和隔离结构108不是必需的，在其它实施例中，可以不设置这些结构。

如图2所示，根据本发明的刀具100包括下列部件：

·第一刀片101，其由具有第一尺寸的颗粒物制成。在其它实施例中，第一刀片101也可以仅仅具有由第一尺寸的颗粒物制成的表面、如切割表面。所述颗粒物例如是砂砾(砂粒和/或砾石)、氮化硼颗粒、碳化硼颗粒、刚玉颗粒、碳化物(如碳化硅)颗粒等等。在本发明中应当注意，“刀片或表面由具有某尺寸的颗粒物制成”是指，该刀片或表面所包含的颗粒物基本上为该尺寸，而不是指该刀片或表面所包含的全部颗粒物都绝对地为该尺寸，而是允许各颗粒物的尺寸存在合理误差，只要能够实现本发明的技术效果、即减小切割面的应力。

·第二刀片102，其布置在第一刀片101的第一侧(在此为左侧)，使得第二刀片102至少部分地覆盖第一刀片101的第一侧，其中所述第二刀片102由具有第二尺寸的颗粒物制成，并且其中第二尺寸小于第一尺寸。在其它实施例中，第二刀片102也可以仅仅具有由第二尺寸的颗粒物制成的表面、如切割表面。第二尺寸小于第一尺寸例如是指，第二尺寸的颗粒的平均尺寸(粒径)小于第一尺寸的颗粒的平均尺寸(粒径)。在此，第二刀片102基本上完全覆盖第一刀片101的第一侧，但在其它实施例中，二者可以例如在中心处不完全重合。所述颗粒物例如是砂砾(砂粒和/或砾石)、氮化硼颗粒、碳化硼颗粒、刚玉颗粒、碳化物(如碳化硅)颗粒等等。

·第三刀片103，其布置在第一刀片101的第二侧(在此为右侧)，使得第三刀片103至少部分地覆盖第一刀片101的第二侧，其中所述第三刀片102由具有第三尺寸的颗粒物制成，并且其中第三尺寸小于第一尺寸。在其它实施例中，第三刀片103也可以仅仅具有由第三尺寸的颗粒物制成的表面、如切割表面。第三尺寸小于第一尺寸例如是指，第三尺寸的颗粒的平均尺寸(粒径)小于第一尺寸的颗粒的平均尺寸(粒径)。在此，第三刀片103基本上完全覆盖第一刀片101的第二侧，但在其它实施例中，二者可以例如在中心处不完全重合。所述颗粒物例如是砂砾(砂粒和/或砾石)、氮化硼颗粒、碳化硼颗粒、刚玉颗粒、碳化物(如碳化硅)颗粒等等。其中第二尺寸和第三尺寸小于第一尺寸。第二刀片102和第三刀片103可以相同或者不同，例如二者颗粒的平均尺寸相同或不同。

第一、第二和第三刀片101-103的端部可以被构造为彼此平缓地过渡以形成刀具100的弧形端部105。根据应用场合的不同，其它形状也是可设想的。在其它刀具端部形状的情况下，第一、第二和第三刀片101-103的端部可被相应地设置以形成三者接合后的所期望的形状。此外，参见图3A-3B，刀具100可以被构造为具有居中圆孔的环形。在本发明的教导下，其它形状和构造也可以设想的。

下面阐述根据本发明的刀具切割晶片的流程。

首先，将刀具100对准晶片106的切割槽或切割部位。在布置有隔离结构108的情况下，将刀具100的第二刀片102和第三刀片103分别对准各一个隔离结构108。例如，刀具100的侧面104不得超出隔离结构108。为此，隔离结构108在晶片106中的布置与第二刀片102和第三刀片103的厚度相适应，使得它们能够对准，或者反之二者厚度与隔离结构108的布置相适应。

然后，使用刀具100对晶片106进行切割。在该切割过程中，第一刀片101的较大颗粒将提供足够的切割或研磨能力，而第二和第三刀片102、103的较小颗粒将在切割面处产生较小应力，从而减小切割面附近隐裂、崩边、裂缝或其它缺陷的形成，进而提高良品率和产品质量。

本发明基于发明人的如下洞察：本发明人经研究发现，在晶片切割过程中，切割刀具通过其所承载的颗粒物(如砂砾)对划片槽硅材料进行研磨和移除，因此晶片的切割面(即芯片所在衬底的切割交界面)附近会由于切割时产生的应力导致隐裂/崩边，其中刀具的砂砾尺寸越大，隐裂/崩边越严重；本发明的刀具将切割刀具设计成组合结构，其中在刀具的中部设置较大尺寸颗粒物以提供足够的研磨或切割能力，并且在刀具的侧面设置有较小尺寸颗粒物以降低隐裂/崩边的风险，由此可有效地避免应力损伤半导体器件或其所在衬底，从而提高芯片的良率和可靠性。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

附图标记列表

10 图像传感器感光层

11 图像传感器电路层

12 连接层

13 承载晶圆或数字处理晶圆

14 保护环(Seal ring)

15 ***电路

16 隔离槽

17 滤光层

18 微透镜

19 传输门TG

20 金属连线

d 划片槽

101 第一刀片

102 第二刀片

103 第三刀片

104 刀具的侧面

105 刀具的端部

106 晶片

107 保护环

108 隔离结构

Claims (8)

1.一种用于切割晶片的刀具，包括：

第一刀片，其具有由具有第一尺寸的颗粒物制成的表面；

第二刀片，其布置在第一刀片的第一侧，使得第二刀片至少部分地覆盖第一刀片的第一侧，其中所述第二刀片具有由具有第二尺寸的颗粒物制成的表面并且其中第二尺寸小于第一尺寸；以及

第三刀片，其布置在第一刀片的第二侧，使得第三刀片至少部分地覆盖第一刀片的第二侧，其中所述第三刀片具有由具有第三尺寸的颗粒物制成的表面，并且其中第三尺寸小于第一尺寸，其中第一刀片突出于第二刀片和第三刀片，其中第一、第二和第三刀片的端部彼此平缓过渡以形成刀具的弧形端部，并且其中所述晶片包括用于用所述刀具进行切割的划片槽，并且其中所述划片槽包括由与晶片的材料不同的材料制成的隔离结构，并且第一刀片的厚度对应于隔离结构之间的距离，并且第二刀片和第三刀片的厚度分别对应于相应的隔离结构的厚度。

2.根据权要求1所述的刀具，其中所述隔离结构的材料包括下列各项中的一个或多个：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、以及碳氮氧化硅。

3.根据权要求1所述的刀具，其中所述颗粒物为砂砾。

4.根据权要求1所述的刀具，其中所述刀具为具有居中圆孔的环形。

5.根据权要求1所述的刀具，其中在所述晶片上形成有图像传感器芯片。

6.根据权要求1所述的刀具，其中在所述划片槽的两侧设置有保护环。

7.一种晶片切割装置，其具有根据权利要求1至6之一所述的刀具。

8.一种用于使用根据权利要求1至6之一所述的刀具切割晶片的方法，包括下列步骤：

将刀具的第一刀片对准晶片的切割位置；以及

使用刀具切割晶片。

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