一种Low-Kwafer结构及其工艺方法与流程

一种low-k wafer结构及其工艺方法
技术领域
1.本发明涉及low-k wafer加工制造领域，具体来说涉及到90nm以内且包含90nm如90nm、
2.65nm、55nm、40nm、28nm、14nm、7nm的low-k wafer加工制造领域。


背景技术：

3.传统的wafer结构无论是90nm以上节点的非low-k wafer还是90nm以内节点的low-k wafer均包括芯片保护层、金属层以及硅基电路层的三层结构。与传统的90nm以上节点的非low-k wafer结构相比，90nm以内节点的low-k wafer在金属层中添加通孔结构的 low-k金属，形成芯片low-k和金属层，截然区别于传统的金属层。这种结构区别使得 90nm以上节点的传统非low-k wafer的减划工艺机械切割，即纯双刀或单刀减划，因low-k 和金属层较单纯金属层相比材质脆弱、应力耐受程度差，不再适用于90nm节点以内具有芯片low-k和金属层的low-k wafer。
4.目前减划工艺主要有机械切割即纯双刀或单刀减划工艺、激光隐形切割工艺、激光开槽工艺、ebg工艺和dbg工艺。其中：ebg工艺和dbg工艺处于工艺开发未进入量产阶段；激光隐形切割和ebg切割工艺主要用于20um窄切割道的产品；dbg工艺主要用于超薄芯片产品的减划工艺；机械切割即纯双刀或单刀减划工艺主要用于切割刀宽度大于等于62um 的90nm以上非low-k wafer结构的普通产品。
5.机械切割即纯双刀或单刀减划工艺，目前主要采用纯双刀减划，第一刀减划wafer厚度的1/3，第二刀减划wafer厚度的2/3及uv膜厚的约十几微米。
6.目前市面上90nm以内(例65nm/55nm/40nm/28nm/14nm/7nm等)的low-k wafer结构产品的主流减划工艺为激光开槽加机械切割即纯双刀或单刀减划工艺结合的形式，即首先使用专用激光开槽设备在wafer切割道中通过激光束扫描气化切割道中的芯片 low-k和金属层形成隔离沟槽，再使用机械切割即纯双刀或单刀减划工艺进行减划。
7.如上所述，因90nm以内节点的low-k wafer的芯片low-k和金属层较90nm节点以上的传统非low-k wafer的金属层材质脆弱、应力耐受程度差，需首先使用激光开槽工艺将low-k wafer中的low-k层烧灼气化,形成切割道中的芯片low-k和金属层的沟道隔离后，才可使后续机械切割即纯双刀或单刀减划带来的应力得以释放，进而可减少机械切割即纯双刀或单刀减划引起的崩边及low-k层分层等使芯片功能特性失效的风险。该激光开槽工艺通常使用两束激光，根据金属层的不同厚度，在不同的工作功率,频率,切割速度等条件下，先后在wafer切割道x、y方向扫描，分别形成隔离沟槽，槽深约5um 及以上。
8.综上所述，90nm以内节点的low-k wafer为保证减划质量，需首先使用激光开槽加机械切割即纯双刀或单刀减划工艺组合加工，所以需要配备专用激光开槽设备才能进行加工。而目前国内具备激光开槽工艺生产能力的企业数量有限，且因激光开槽设备投入成本高，产能低等因素，low-k wafer的减划质量和生产加工能力颇为受限，生产加工成本居高不下。
9.为了解决上述加工质量和高生产成本问题，本发明构造了一种新型的low-k wafer结构，即在现有传统三层结构的基础上增加了芯片表面保护膜层(pi层)，带有pi保护膜层的新型low-k wafer，因芯片保护膜层较现有low-k wafer的芯片保护层及low-k和金属层较软，可实现应力释放，从而可以在不使用激光开槽的情况下直接使用机械切割即纯双刀或单刀减划进行加工。


技术实现要素：

10.本发明可实现机械减划的新型low-k wafer结构，这种结构在传统三层结构(芯片保护层、芯片low-k和金属层以及硅基电路层)的基础上，增加芯片表面保护膜层(pi 层)可解决上述减划受限问题。新型low-k wafer结构在完成正常流片后，进行电性测试前或者完成电性测试之后，在wafer表面通过多次涂布或淀积，覆盖一定厚度(0～100um) 的薄膜(例如聚酰亚胺)包含切割道的部分，并结合曝光、刻蚀，烘烤等工艺，将后续封装和测试所需用到的pattern上面的薄膜去除,尽可能多的保留切割道里的薄膜，最终形成一层新的保护膜层即pi层。带有pi保护膜层的新型low-k wafer，因保护膜层较现有 low-k wafer较软，可实现应力释放，从而可以在不使用激光开槽的情况下直接使用机械切割即纯双刀或单刀减划进行加工。这种结构的特点和实现手段包括：
11.1)在wafer完成正常流片进行电性测试前或者完成电性测试之后，通过涂覆形成薄膜层，形成的薄膜层厚度要达到规格要求(0～100um)；之后采用pre-clean等离子体表面化学清洗去除晶圆表面的有机物污染和颗粒，继而再通过光刻工艺将所需pattern如电特性测试区刻蚀出来并通过descum电镀将光刻cd开口处进行表面处理，去掉开口表面氧化物和残留物将测试用pattern引出，形成完整的pi薄膜保护层。
12.2)该pi层在结合多次曝光、刻蚀，烘烤等工艺，将后续封装和测试所需要用到pattern 上面的薄膜去除,尽可能多的保留切割道里的薄膜。新增切割道里的薄膜，可以缓解机械切割带来的应力和崩边情形。
13.该新型low k wafer结构设计取代现有激光开槽 机械切割工艺，可直接采用机械切割即纯双刀或单刀减划，降低企业生产加工设备成本投入，提高减划产能。
14.该新型low k wafer结构，减划不再受工艺节点制约，可适用于各个节点的low k wafer 减划(28nm，40nm,55nm,65nm,90nm等)
15.本发明low k wafer结构可改变现有low-k wafer减划主流工艺。本发明low-k wafer 结构使产品的减划生产过程更可靠、减划质量及产能得到了提升、成本得到降低。
附图说明
16.如图1所示，新low-k wafer结构正表面示意图
17.如图2所示，新low-k wafer结构剖面示意图
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明工艺作进一步描述。
19.如图1所示意的芯片的正表面示意图，通过本发明设计，将芯片表面焊盘和测试需要用到的图像显露出来(即黑色小方框测试用pad部分)，保留芯片原有设计的电气连接，保
持芯片原有功能特性，其他的地方覆盖新的薄膜。
20.如图2所示意的切割道的断面结构示意图，包括芯片表面保护膜(图示中的pi保护膜层) 和芯片保护层(图示中的pa层)，芯片low-k和金属层(图示中的low-k层)，以及硅基电路层(图示中的si层)四层结构的呈现。其中芯片表面保护膜层(图示中的pi保护膜层) 为本新型实用工艺设计之新增工艺，芯片保护层(图示中的pa层)，芯片low-k和金属层层 (图示中的low-k层)及芯片底材基层si层为目前foundry流片现有工艺制程。采用本结构设计，low-k wafer可直接采用机械减划(纯双刀减划或单刀减划)，因芯片表面有pi保护膜层，缓解释放机械减划时的应力，无需采用激光开槽而直接采用机械切割方式，并避免减划后分层及崩边等质量问题。
21.以上详细描述了本发明的一个实施例及其实现的详细思路。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，结构。在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。