晶圆结构及晶圆加工方法与流程

本发明涉及半导体加工领域，更具体地，涉及晶圆划片结构及晶圆加工方法。

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个独立的管芯。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。在激光切割时，在晶圆的正面将激光聚焦于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，在晶圆的背面形成胶膜，然后通过扩展胶膜分离管芯。

与机械切割相比，激光切割不会产生碎屑，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。

因此，希望进一步为激光切割设计新的划片道，从而可以用于分离经由划片道的功能层彼此连接的多个管芯。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明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及晶圆加工方法。

根据本发明的一方面，提供一种晶圆结构，用于形成多个管芯，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；位于所述半导体衬底的第一表面上的多个第一功能层和多个第二功能层，所述多个第一功能层由划片道隔开，所述多个第二功能层位于所述划片道中；以及位于所述多个第二功能层下方的多个划片标记，其中，所述多个管芯分别包括半导体衬底的一部分和所述多个第一功能层中的相应一个功能层，所述多个第二功能层用于提供所述多个管芯中的相邻管芯之间的机械和/或电连接。

优选地，所述多个划片标记是在所述第一表面开口的多个凹槽，所述多个第二功能层分别覆盖所述开口的至少一部分。

优选地，所述多个划片标记是在所述第二表面开口的多个凹槽。

优选地，所述划片道用于激光切割，并且所述多个凹槽的延伸方向与激光扫描移动的方向一致。

优选地，所述多个凹槽的长度大于等于所述多个第二功能层的相应功能层沿着激光扫描移动的方向的尺寸。

优选地，所述多个凹槽的宽度小于5微米。

优选地，所述多个凹槽的深度达到所述激光扫描在所述半导体衬底中的聚焦深度。

优选地，所述多个管芯分别为MEMS麦克风，所述多个第二功能层用于提供相邻的MEMS麦克风的公共锚区和电连接中的至少之一。

根据本发明的另一方面，提供一种晶圆加工方法，包括：形成多个管芯，所述多个管芯分别包括半导体衬底的一部分和位于半导体衬底的第一表面上的多个第一功能层中的相应一个功能层，所述多个第一功能 层由划片道隔开；在所述划片道中形成多个第二功能层，用于提供所述多个管芯中的相邻管芯之间的机械和/或电连接；在所述多个第二功能层下方，形成多个划片标记；以及沿着划片道进行激光切割。

优选地，形成多个划片标记包括形成在所述第一表面开口的多个凹槽，其中，在形成所述多个划片标记之后形成所述第二功能层，使得所述多个第二功能层分别覆盖所述开口的至少一部分。

优选地，形成多个划片标记包括形成在所述半导体衬底的第二表面开口的多个凹槽，其中所述第一表面和所述第二表面彼此相对。

优选地，所述激光切割包括：在半导体衬底的所述第二表面附着胶膜；在半导体衬底的所述第一表面，沿着划片道移动激光，执行激光扫描，在所述半导体衬底中形成改质层；以及扩展胶膜，使得相邻的管芯彼此分离。

优选地，所述激光切割的方向与所述多个凹槽的延伸方向一致。

优选地，沿着划片道执行多次激光扫描，使得每次激光扫描中，激光聚焦于所述半导体衬底中的不同深度。

优选地，所述多次激光扫描中的至少一次激光扫描的深度达到凹槽的深度。

优选地，所述激光扫描形成的改质层以提供初始裂纹，所述初始裂纹与所述多个凹槽形成连续的路径。

优选地，在形成所述多个第二功能层的步骤和激光切割的步骤之间，还包括执行晶圆测试，其中，所述多个第二功能层提供所述多个管芯的连接，从而实现所述多个管芯的串联或并联测试。

根据本发明的实施例的晶圆结构和晶圆测试方法，在划片道中提供功能层。该功能层例如可以避免在管芯内部形成附加的用于测试的互连，提高了芯片利用率，降低了成本。

在激光切割之前，划片道的功能层实现相邻的管芯之间的连接，使得可以在晶圆测试中实现多个管芯的串联或并联测试。在晶圆测试之后，利用划片标记和激光扫描移动形成的初始裂纹二者的连续路径，将管芯彼此分离，然后封装成单独的产品。

进一步地，所述晶圆结构在划片道的功能层下方形成划片标记，使 得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发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1a至1c是根据现有技术的晶圆结构的立体示意图、俯视图和截面图。

图2a至2c是根据本发明的第一实施例的晶圆结构的立体示意图、俯视图和截面图。

图3a至3c是根据本发明的第二实施例的晶圆结构的立体示意图、俯视图和截面图。

图4是根据本发明的第二实施例的晶圆结构在激光照射状态的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。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。

在本发明的描述中，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，在本发明的描述中，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。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1a至1c是根据现有技术的晶圆结构的立体示意图、俯视图和截面图。在图1b中的线AA示出图1c所示截面图的截取位置。

如图1a至1c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和180，位于半导体衬底110相对的第二表面上的胶膜120。该晶圆结构100提供由划片道隔开的两个的管芯D1和D2，其中，管芯D1包括半导体衬底110和一部分以及功能层150，管芯D2包括半导体衬底110的另一部分以及功能层160。功能层180用于提供管芯D1和D2之间的多个互连。

典型地，功能层可以由多个绝缘膜和多个金属膜堆叠而成。根据管芯D1和D2的类型不同，所述多个功能层150、160和180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还可以是微机电系统(MEMS)芯片，例如MEMS麦克风，则功能层用于形成MEMS结构。采用绝缘膜形成MEMS麦克风的牺牲层、振膜和锚区，采用金属层形成MEMS麦克风的背电极。

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。功能层180用于提供管芯D1和D2的公共的锚区、或者用于晶圆测试的电连接。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。在晶圆测试完成之后，进行激光切割，将管芯D1和D2分离，分别封装成单独的产品。

在激光切割时，在晶圆结构100的正面将激光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180的下方。结果，在划片道中难以形成连续的初始裂纹。在胶膜120扩展时，由于初始裂纹在功能层180下方的中断，因此管芯D1和D2的分离可能失败，甚至管芯D1和D2的损坏。

图2a至2c是根据本发明的第一实施例的晶圆结构的立体示意图、俯视图和截面图。在图2b中的线AA示出图2c所示截面图的截取位置。

如图2a至2c所示，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250、260和280，位于半导体衬底210相对的第二表面上的胶膜220。该晶圆结构200提供由划片道隔开的两个的管芯D1和D2，其中，管芯D1包括半导体衬底210和一部分以及功能层250，管芯D2包括半导体衬底210的另一部分以及功能层260。功能层280用于提供管芯D1和D2之间的多个互连。

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。功能层280用于提供管芯D1和D2的公共的锚区、或者用于晶圆测试的电连接。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。在晶圆测试完成之后，进行激光切割，将管芯D1和D2分离，分别封装成单独的产品。

与图1a至1c所示的现有技术的晶圆结构100不同，该实施例的晶圆结构200还包括多个划片标记290。所述多个划片标记290是在半导体衬底210的第二表面开口的凹槽，位于功能层280的下方，并且延伸方向与激光移动路径一致。优选地，划片标记290的延伸长度大于相应的功能层280的宽度。

在一个示例中，可以采用上述的机械切割，在半导体衬底210的第二表面的预定位置形成预定深度的凹槽，用作划片标记。在另一个示例中，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。

在激光切割时，在晶圆结构200的正面将激光L1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L1沿着划片道移动。由于在划片道中存在着功能层280，激光L1难以到达功能层280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290 的凹槽深度达到与激光L1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290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290一起提供了裂纹扩展的路径，从而使得管芯D1和D2彼此分离。

在该实施例中，划片标记290与激光L1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290的凹槽开口尺寸过大导致碎列。

图3a至3c是根据本发明的第二实施例的晶圆结构的立体示意图、俯视图和截面图。在图3b中的线AA示出图3c所示截面图的截取位置，线BB示出图4所示截面图的截取位置。

如图3a至3c所示，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350、360和380，位于半导体衬底310相对的第二表面上的胶膜320。该晶圆结构300提供由划片道隔开的两个的管芯D1和D2，其中，管芯D1包括半导体衬底310和一部分以及功能层350，管芯D2包括半导体衬底310的另一部分以及功能层360。功能层380用于提供管芯D1和D2之间的多个互连。

与图1a至1c所示的现有技术的晶圆结构100不同，该实施例的晶圆结构300还包括多个划片标记390。所述多个划片标记390是在半导体衬底310的第一表面开口的凹槽，位于功能层380的下方，并且延伸方向与激光移动路径一致。优选地，划片标记390的延伸长度大于相应的功能层380的宽度。

在一个示例中，可以采用上述的机械切割或蚀刻工艺，在半导体衬底310的第一表面的预定位置形成预定深度的凹槽，用作划片标记390。在形成划片标记390之后，进一步在划片道中形成功能层380。如图3c所示，由于划片标记390的存在，功能层380可能凹陷进入划片标记390的凹槽内，在功能层380的表面上相应地形成凹陷。选择划片标记390的凹槽深度以及功能层380的材料，使得功能层380未完全填充划片标记390的凹槽。

在激光切割时，在晶圆结构300的正面将激光L1聚焦于半导体衬底310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380，激光L1难以到达功能层380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390的凹槽深度达到与激光L1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390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390一起提供了裂纹扩展的路径，从而使得管芯D1和D2彼此分离。

与根据第一实施例的晶圆结构200相比，根据第二实施例的晶圆结构300是优选的。

在第一实施例的晶圆结构200中，划片标记290形成在半导体衬底210的第二表面，与功能层280所处的半导体衬底210的第一表面相对。在形成划片标记290时，难以将划片标记290对准功能层280的预定位置。在半导体衬底210靠近功能层280的表层中，既没有形成初始裂纹，也没有形成凹槽，在胶膜220扩展时，功能层280的下方容易产生不规则裂纹，例如蛇形纹，使得分割位置偏离激光L1扫描移动的路径。此外，划片标记290在半导体衬底210的第二表面开口，仅由胶膜220支撑，使得晶圆结构200的机械强度减弱。在晶圆结构200的后续加工和运输过程中容易断裂。

在第二实施例的晶圆结构300中，划片标记390形成在半导体衬底310的第一表面，与功能层380所处的半导体衬底310的第一表面相同。在形成划片标记390时，可以容易地将划片标记390对准功能层380的预定位置。在半导体衬底310靠近功能层280的表层中形成凹槽，在胶膜320扩展时，功能层380的下方的裂纹延伸与激光L1扫描移动的路径一致。此外，划片标记390在半导体衬底310的第一表面，基本上由功能层380封闭，因此，晶圆结构300的机械强度由于形成封闭结构而基本维持。在晶圆结构300的后续加工和运输过程中不容易断裂。

图4是根据本发明的第二实施例的晶圆结构在激光照射状态的截面图。如图4所示，在激光L1扫描移动的路径上，由于功能层380的遮挡，激光L1未能到达功能层380下方的半导体衬底310中。因此，初始裂纹是非连续的，如虚线所示。

在激光照射时，可以沿着划片道进行多次扫描，分别将激光L1聚 焦于半导体衬底310的不同深度，从而形成沿着划片道延伸的多个不同深度的初始裂纹。在该实施例中，至少一个深度的初始裂纹与划片标记390一起形成连续的路径。优选地，划片标记390的的凹槽深度与多次扫描的最大深度一致，从而既可以在激光分割之前保持晶圆结构的机械强度，又可以在激光分割时精确控制相邻管芯的分离位置。

上述实施例的晶圆结构可以应用于各种类型的管芯中。在激光切割之前，相邻的管芯利用划片道中的功能层实现机械和电连接，例如，在晶圆测试中实现多个管芯的并联或串联测试。在晶圆测试之后，利用划片标记和激光扫描移动形成的初始裂纹二者的连续路径，将管芯彼此分离，然后封装成单独的产品。

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。

以上对本发明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，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，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发明的范围之内。