CN205050806U - 晶圆结构 - Google Patents

Abstract

公开了一种晶圆结构，包括：衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；多个管芯，所述多个管芯形成于所述衬底的第一表面，所述多个管芯分别包括第一功能层和多个第二功能层；所述第一功能层由划片道隔开，所述划片道用于激光切割；所述第二功能层位于所述划片道中，并且属于相邻两个管芯的所述第二功能层相对设置，位于激光扫描路径的两侧隔开预定距离；以及多个划片标记，所述划片标记设置于所述衬底上，位于所述相对设置的两个第二功能层之间。

Description

晶圆结构

技术领域

本实用新型涉及半导体加工领域，更具体地，涉及一种便于激光切割划片的晶圆结构。

背景技术

半导体集成电路的制造过程，大致上可分为晶圆制造、晶圆测试、切割、封装及最后的测试。晶圆(wafer)是用于制作硅半导体集成电路制作的晶片，形状通常为圆形。晶圆的尺寸例如为6英寸、8英寸或12英寸。在晶圆上形成由层叠绝缘膜和功能膜组成的功能层，采用功能层形成排列成阵列的多个管芯。然后，在晶圆测试步骤以对管芯作电性测试，将不合格的管芯淘汰，并将合格的管芯从晶圆切割成独立的管芯。之后，封装是将合格的管芯进行包装与打线，形成封装后的芯片，最后需要再进行电性测试以确保集成电路的质量。

在晶圆上形成多个管芯可以批量获得性能一致性良好的多个产品，并且可以显著降低管芯的制造成本。因此，晶圆切割是现代半导体工艺的必要步骤。晶圆切割的工艺包括机械切割或激光切割。在相邻的管芯之间预先形成划片道。在机械切割时，采用轮刀或片刀沿着划片道切割晶圆，去除划片道中的大部分材料。由于机械切割产生碎屑，因此，在机械切割时还需要清洗去除碎屑。

激光切割大体可分为两种，其中一种是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的(如0.1mm左右)切缝，完成对材料的切割。另一种又称为隐形切割，是指激光聚光于晶圆内部，在晶圆内部形成改质层以形成初始裂纹，然后激光沿着划片道移动，通过扩展晶圆背后的胶膜等方法将晶圆分割成芯片的切割方法。隐形切割具有如下优点：首先，由于晶圆内部改质，因此可以抑制加工屑的产生，减少污染；其次，适用于抗负荷能力差的晶圆(MEMS晶圆等)，且采用干式加工工艺，无需清洗；再次，可以减小切割道宽度，因此有助于减小芯片间隔；最后，避免大功率激光导致切割边缘的不规则。

与机械切割相比，隐形切割产生很少的碎屑甚至不会产生碎屑，从而可以减少工艺步骤。激光切割的精度高，仅仅需要提供窄的划片道，从而可以提高晶圆的利用率。激光切割的缺点是难以穿透晶圆上的功能层。在晶圆测试中，划片道中的功能层可以提供多个管芯的连接，实现多个管芯的串联或并联测试。然而，如果在划片道中形成功能层，由于功能层的遮挡，在划片道中难以形成连续的初始裂纹，导致管芯的分离失败甚至管芯的损坏。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种包括功能层且便于激光切割的晶圆结构。

提供一种晶圆结构，包括：衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；多个管芯，所述多个管芯形成于所述衬底的第一表面，所述多个管芯分别包括第一功能层和多个第二功能层；所述第一功能层由划片道隔开，所述划片道用于激光切割；所述第二功能层位于所述划片道中，并且属于相邻两个管芯的所述第二功能层相对设置，位于激光扫描路径的两侧隔开预定距离；以及多个划片标记，所述划片标记设置于所述衬底上，位于所述相对设置的两个第二功能层之间。

优选地，所述预定距离大于等于5微米。

优选地，所述划片标记是在所述衬底的第一表面开口的凹槽。

优选地，所述划片标记是在所述衬底的第二表面开口的凹槽。

优选地，所述凹槽的延伸方向与激光扫描移动的方向一致。

优选地，激光切割用于在晶圆内部形成改质层。

优选地，所述凹槽的宽度小于等于5微米。

优选地，所述凹槽的深度达到所述激光扫描在所述衬底中的聚焦深度。

优选地，所述凹槽的延伸方向与激光扫描移动的方向一致，所述管芯为MEMS麦克风，所述凹槽和所述MEMS麦克风的声腔同时形成。

优选地，所述第二功能层为MEMS麦克风的锚区。

根据本实用新型的晶圆结构，将功能层设置于划片道中，提高了晶圆的利用效率，降低了成本，激光扫描形成的初始裂纹和划片标记形成大致连续的路径，从而便于激光切割分离相邻的管芯，提高了管芯的成品率。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是根据参考设计的晶圆结构的立体示意图。

图2a至2b是根据本实用新型的第一实施例的晶圆结构的俯视图和截面图。

图3a至3c是根据本实用新型的第二实施例的晶圆结构的俯视图、截面图以及激光扫描后划片道截面的初始裂纹示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

应当理解，在描述某个结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将该结构翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本申请中，术语“晶圆结构”采用晶圆形成且包括半导体衬底和功能层的半导体结构，其中，晶圆主要用于提供半导体器件的衬底。

在本实用新型中，激光切割可以是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞的切割，也可以是通过形成改质层以胶膜扩展使管芯分离的隐形切割。为了进一步提高晶圆的利用效率，可以将管芯的一部分功能层设置在划片道中。本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1是根据参考设计的晶圆结构的立体示意图。如图1所示，晶圆结构100包括半导体衬底110、位于半导体衬底110的第一表面上的多个功能层150、160、170和180。胶膜层120位于半导体衬底110相对的第二表面。该晶圆结构100提供管芯D1和D2，其中，管芯D1包括半导体衬底110的一部分、功能层150以及功能层170，管芯D2包括半导体衬底110的另一部分、功能层160以及功能层180。功能层150和功能层160由划片道隔开，功能层170和功能层180位于划片道中，并且相对设置。

根据管芯D1和D2的类型不同，功能层150和160的结构不同。例如，管芯D1和D2可以为模拟电路或数字电路，其中，功能层用于形成晶体管的至少一部分结构。采用绝缘膜作为晶体管的层间电介质，采用金属膜形成到达有源区的接触和导电通道。管芯D1和D2还可以是微机电***(MEMS)芯片，例如MEMS麦克风，则功能层用于形成MEMS结构。在管芯D1和D2为MEMS麦克风时，每个管芯对应于一个MEMS麦克风。

在激光切割时，将激光L1聚焦于半导体衬底110内部形成改质层以形成初始裂纹。激光L1沿着划片道移动。由于在划片道中存在着功能层170和功能层180，激光L1入射的能量被功能层散射掉，因此激光L1难以到达功能层170和功能层180的下方。结果，在划片道中难以形成笔直并连续的初始裂纹。在胶膜120扩展时，功能层下方易产生不规则断裂纹(如蛇形纹)，影响芯片上方功能层的正常工作。

图2a和图2b是根据本实用新型的第一实施例的晶圆结构的俯视图和截面图。在图2a中的线AA示出图2b所示截面图的截取位置。

参照图2a和图2b，晶圆结构200包括半导体衬底210、位于半导体衬底210的第一表面上的多个功能层231、232、241和242。胶膜220位于半导体衬底210相对的第二表面。

该晶圆结构200提供四个管芯D1、D2、D3和D4。管芯D3包括半导体衬底210的一部分、功能层231以及功能层232，管芯D4包括半导体衬底210的另一部分、及功能层241以及功能层242。其中，功能层231和功能层241通过划片道隔开，功能层232和功能层242位于划片道中，功能层232和功能层242相对设置，功能层232和功能层242位于激光扫描路径的两侧并隔开预定距离，该预定距离大于等于5微米。

在管芯D3和D4为MEMS麦克风时，每个管芯对应于一个MEMS麦克风。功能层232为管芯D3的锚区或锚区的一部分，功能层242为管芯D4的锚区或锚区的一部分。

本实施例的晶圆结构200还包括多个划片标记251。所述多个划片标记251是在半导体衬底210的第一表面开口的凹槽，位于功能层232和功能层242之间区域(即划片道中央)，并且延伸方向与激光移动路径一致。

优选地，在激光扫描路径方向上，划片标记251的长度大于相应的功能层232的长度，划片标记251的宽度小于等于5微米。

在一个示例中，可以采用蚀刻工艺形成划片标记。为了限定凹槽的位置，可以采用光致抗蚀剂掩模，形成与凹槽相对应的开口。然后，利用光致抗蚀剂掩模，通过干法蚀刻，如离子铣蚀刻、等离子蚀刻、反应离子蚀刻、激光烧蚀，或者通过其中使用蚀刻剂溶液的湿法蚀刻，选择性地去除半导体衬底的一部分，从而形成预定深度的凹槽。在蚀刻之后，通过在溶剂中溶解或灰化去除光致抗蚀剂掩模。

从晶圆结构200获得独立的管芯D1、D2、D3和D4，在激光切割时，在晶圆结构200的正面，将激光聚焦于半导体衬底210内部形成改质层以形成初始裂纹。激光沿着划片道移动。由于在划片道中存在着功能层232和功能层242，激光难以到达功能层232和功能层242的下方，从而沿着划片道形成非连续的初始裂纹。在该实施例中，划片标记251的凹槽深度达到与激光形成的初始裂纹一致的位置，从而使得非连续的初始裂纹与划片标记251的凹槽相接，仍然可以形成连续的路径。在胶膜220扩展时，初始裂纹和划片标记251一起提供了裂纹扩展的路径，从而使得管芯彼此分离。

在该实施例中，划片标记251与激光形成的初始裂纹形成连续路径，宽度例如小于5微米，以避免划片标记251的凹槽开口尺寸过大导致碎列。

图3a至图3c是根据本实用新型的第二实施例的晶圆结构的俯视图、截面图以及在激光扫描后的划片道截面处的初始裂纹的示意图。在图3a中的线BB示出图3b所示截面图的截取位置，在图3a中的线CC示出图3c所示截面图的截取位置。

参照图3a至图3c，晶圆结构300包括半导体衬底310、位于半导体衬底310的第一表面上的多个功能层331、332、341和342。胶膜320位于半导体衬底310相对的第二表面。

该晶圆结构300提供四个管芯D1、D2、D3和D4。管芯D3包括半导体衬底310的一部分、功能层331以及功能层332，管芯D4包括半导体衬底310的另一部分、及功能层341以及功能层342。其中，功能层331和功能层341通过划片道隔开，功能层332和功能层342位于划片道中，功能层332和功能层342相对设置在划片道的边缘区域，功能层332和功能层342之间隔开预定距离，该预定距离大于等于5微米。

在管芯D3和D4为MEMS麦克风时，每个管芯对应于一个MEMS麦克风。功能层332为管芯D3的锚区或锚区的一部分，功能层342为管芯D4的锚区或锚区的一部分。

本实施例的晶圆结构300还包括多个划片标记351。所述多个划片标记351是在半导体衬底210的第二表面开口的凹槽，位于功能层332和功能层342之间，并且延伸方向与激光移动路径一致。优选地，在激光扫描方向上，划片标记351的长度大于相应的功能层332的长度，划片标记351的宽度小于等于5微米。

在一个示例中，可以采用蚀刻工艺形成划片标记。为了限定凹槽的位置，可以采用光致抗蚀剂掩模，形成与凹槽相对应的开口。然后，利用光致抗蚀剂掩模，通过干法蚀刻，如离子铣蚀刻、等离子蚀刻、反应离子蚀刻、激光烧蚀，或者通过其中使用蚀刻剂溶液的湿法蚀刻，选择性地去除半导体衬底的一部分，从而形成预定深度的凹槽。在蚀刻之后，通过在溶剂中溶解或灰化去除光致抗蚀剂掩模。

在另一个示例中，管芯D3和D4为MEMS麦克风时，划片标记351和MEMS麦克风的声腔同时蚀刻形成，精简了工艺步骤。

从晶圆结构300获得独立的管芯D1、D2、D3和D4，在激光切割时，在晶圆结构300的正面，将激光聚焦于半导体衬底210内部形成改质层以形成初始裂纹。激光沿着划片道移动。由于在划片道中存在着功能层332和功能层342，激光难以到达功能层332和功能层342的下方，从而沿着划片道形成非连续的初始裂纹。在该实施例中，划片标记351的凹槽深度达到与激光形成的初始裂纹一致的位置，从而使得非连续的初始裂纹与划片标记351的凹槽相接，仍然可以形成连续的路径。在胶膜320扩展时，初始裂纹和划片标记351一起提供了裂纹扩展的路径，从而使得管芯彼此分离。由于在划片道位置的第一表面已经形成初始裂纹，划片标记351的深度可以较浅，降低了传输时碎裂的风险。

在该实施例中，划片标记351与激光形成的初始裂纹形成连续路径，宽度例如小于5微米，以避免划片标记351的凹槽开口尺寸过大导致碎列。通过在功能层332和功能层342之间设置多道平行的划片标记来改善划片位置的对准问题。

本实用新型的晶圆结构，将功能层设置于划片道中，提高了晶圆的利用效率，降低了成本，激光扫描形成的初始裂纹和划片标记形成大致连续的路径，从而便于激光切割分离相邻的管芯，提高了管芯的成品率。

在以上的描述中，对公知的结构要素和步骤并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来实现相应的结构要素和步骤。另外，为了形成相同的结构要素，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆结构，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；

多个管芯，所述多个管芯形成于所述衬底的第一表面，所述多个管芯分别包括第一功能层和多个第二功能层；

所述第一功能层由划片道隔开，所述划片道用于激光切割；

所述第二功能层位于所述划片道中，并且属于相邻两个管芯的所述第二功能层相对设置，位于激光扫描路径的两侧隔开预定距离；以及

多个划片标记，所述划片标记设置于所述衬底上，位于所述相对设置的两个第二功能层之间。

2.根据权利要求1所述的晶圆结构，其特征在于，所述预定距离大于等于5微米。

3.根据权利要求2所述的晶圆结构，其特征在于，所述划片标记是在所述衬底的第一表面开口的凹槽。

4.根据权利要求2所述的晶圆结构，其特征在于，所述划片标记是在所述衬底的第二表面开口的凹槽。

5.根据权利要求3或4所述的晶圆结构，其特征在于，所述凹槽的延伸方向与激光扫描移动的方向一致。

6.根据权利要求1所述的晶圆结构，其特征在于，所述激光切割用于在晶圆内部形成改质层。

7.根据权利要求5所述的晶圆结构，其特征在于，所述凹槽的宽度小于等于5微米。

8.根据权利要求5所述的晶圆结构，其特征在于，所述凹槽的深度达到所述激光扫描在所述衬底中的聚焦深度。

9.根据权利要求4所述的晶圆结构，其特征在于，所述凹槽的延伸方向与激光扫描移动的方向一致，所述管芯为MEMS麦克风，所述凹槽和所述MEMS麦克风的声腔同时形成。

10.根据权利要求9所述的晶圆结构，其特征在于，所述第二功能层为MEMS麦克风的锚区。