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TW202006810A - 半導體晶圓的加工方法 - Google Patents

半導體晶圓的加工方法 Download PDF

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TW202006810A
TW202006810A TW108124119A TW108124119A TW202006810A TW 202006810 A TW202006810 A TW 202006810A TW 108124119 A TW108124119 A TW 108124119A TW 108124119 A TW108124119 A TW 108124119A TW 202006810 A TW202006810 A TW 202006810A
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trench
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若原匡俊
法蘭克 魏
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日商迪思科股份有限公司
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Abstract

[課題]於雷射加工溝形成後，且半導體晶圓的分割前，在不追加遮罩層形成工序的情形下，將變質層及應變層去除。 [解決手段]提供一種半導體晶圓的加工方法，其具備下述步驟：將半導體晶圓、保護層及功能層部分地去除而使半導體晶圓露出，藉此形成雷射加工溝之步驟；將殘留在雷射加工溝以外的保護層當中，除了金屬電極上的區域以外的區域以遮罩層覆蓋之步驟；隔著遮罩層對保護層進行使用第1氣體之電漿蝕刻，而使金屬電極露出之第1蝕刻步驟；隔著第1蝕刻步驟後的遮罩層對雷射加工溝進行使用第2氣體之電漿蝕刻，而將雷射加工溝擴張之第2蝕刻步驟；沿著已在第2蝕刻步驟中擴張的雷射加工溝，將半導體晶圓分割成器件晶片之分割步驟。

Description

半導體晶圓的加工方法
發明領域 本發明是有關於一種可沿著區劃複數個半導體器件的分割預定線分割半導體晶圓之半導體晶圓的加工方法。
發明背景 通常而言，半導體器件具有半導體晶圓、及形成於半導體晶圓的正面之功能層。此功能層包含配線層、設置於配線層上的金屬電極、與在上下方向上將配線層及金屬電極的每一個包夾的層間絕緣膜。
近年來，作為此層間絕緣膜的材料，而使用有低介電常數材料(所謂的Low-k材料)。藉由使用Low-k材料，可以將半導體器件的處理速度高速化。
然而，由於Low-k材料為多孔質材料，因此相較於例如矽的熱氧化膜(SiO2 )，強度較低。因此，例如使用切割刀片切割半導體晶圓來進行分割時，會有將Low-k材料剝離之問題。
於是，存在有藉由雷射燒蝕技術來將包含Low-k材料之功能層部分地去除來形成雷射加工溝，並且以切割刀片切割此雷射加工溝的內側而進行分割的技術(參照例如專利文獻1)，來取代使用切割刀片的切割。可以藉由採用該技術來解決在半導體晶圓的分割時Low-k材料被剝離的問題。
然而，藉由形成雷射加工溝時所產生的熱，會在雷射加工溝的周邊的Low-k材料上形成變質層，進而在雷射加工溝的底部形成具有μm等級的裂隙之應變層。
變質層及應變層有對半導體器件的動作等帶來不良影響的可能性，並且也有讓分割半導體晶圓而形成的器件晶片的抗折強度降低的可能性。因此，所期望的是將變質層及應變層從半導體晶圓去除。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2009-21476號公報
發明概要 發明欲解決之課題 通常會在使功能層中所包含的金屬電極從層間絕緣膜露出的工序之後，或在形成與從層間絕緣膜露出之金屬電極電連接的電極凸塊等的工序之後，於功能層形成雷射加工溝。接著，為了分割半導體晶圓，而以切割刀片切割位於雷射加工溝的內側的半導體晶圓，來分割半導體晶圓。
此情況下，可考慮為：於形成雷射加工溝後，且分割半導體晶圓前，將變質層及應變層以例如電漿蝕刻來去除。然而，由於變得必須追加設置遮罩層(例如光阻層)的工序，因此會產生追加的成本，其中前述遮罩層是被覆不以電漿蝕刻去除的區域。
本發明是有鑒於所述問題點而作成的發明，目的在於在雷射加工溝形成後，且半導體晶圓的分割前，在不追加遮罩層形成工序的情形下，將變質層及應變層去除。 用以解決課題之手段
依據本發明的一態樣，可提供一種半導體晶圓的加工方法，其具備以下步驟： 器件形成步驟，形成複數個半導體器件與分割預定線，前述複數個半導體器件具有形成於半導體晶圓的正面的功能層，且前述功能層包含配線層與位於該配線層上的金屬電極，前述分割預定線位於該功能層上且區劃該複數個半導體器件； 保護層被覆步驟，以絕緣性的保護層被覆該功能層的正面而形成器件晶圓； 雷射加工溝形成步驟，沿著該分割預定線照射對該功能層及該半導體晶圓具有吸收性之波長的雷射光束，來將該半導體晶圓、該保護層及該功能層部分地去除而使該半導體晶圓露出，藉此形成雷射加工溝； 遮罩層形成步驟，將殘留在該雷射加工溝以外的該保護層當中，除了該金屬電極上的區域以外的區域以遮罩層覆蓋； 第1蝕刻步驟，隔著該遮罩層對該保護層進行使用第1氣體之電漿蝕刻，而使該金屬電極露出； 第2蝕刻步驟，隔著第1蝕刻步驟後的該遮罩層對該雷射加工溝進行使用第2氣體之電漿蝕刻，將從該遮罩層露出的該功能層與該半導體晶圓的一部分去除，而使該雷射加工溝在寬度方向及深度方向上擴張；及 分割步驟，沿著已在該第2蝕刻步驟中擴張的該雷射加工溝來將該半導體晶圓分割成器件晶片。
較佳的是，在該遮罩層形成步驟中所形成之位於該雷射加工溝的周邊的該遮罩層的該雷射加工溝側的緣部，是後退到比該雷射加工溝的緣部更外側，並且該雷射加工溝的周邊的該保護層的上部是從該遮罩層露出。
又，較佳的是，半導體晶圓的加工方法更具備以下步驟：水溶性樹脂被覆步驟，在該保護層被覆步驟後且該雷射加工溝形成步驟前，將該器件晶圓的正面以水溶性樹脂被覆；以及洗淨步驟，在該雷射加工溝形成步驟後且該遮罩層形成步驟前，將該器件晶圓洗淨而將該水溶性樹脂與在該雷射加工溝形成步驟中所產生的碎屑一起去除。
又，較佳的是，該分割步驟是以切割刀片沿著已在第2蝕刻步驟中擴張的該雷射加工溝來切割該半導體晶圓之切割步驟。
又，較佳的是，已在該第2蝕刻步驟中擴張的該雷射加工溝是從該半導體晶圓的該正面形成到超出該器件晶片的成品厚度之深度為止，且在該分割步驟中是磨削位於該半導體晶圓的該正面的相反側之背面，而將該半導體晶圓加工到成品厚度，並且沿著已在該第2蝕刻步驟中擴張的該雷射加工溝來分割該半導體晶圓。
又，較佳的是，半導體晶圓的加工方法更具備凸塊形成步驟，前述凸塊形成步驟是在已在該第1蝕刻步驟中露出的該金屬電極上形成凸塊。 發明效果
在本發明之半導體晶圓的加工方法中，是在雷射加工溝形成步驟後的遮罩層形成步驟中，以遮罩層覆蓋除了金屬電極上的區域及雷射加工溝上的區域以外的區域。並且，在第1蝕刻步驟中，隔著此遮罩層對保護層進行電漿蝕刻，而將保護層去除並使金屬電極露出。
此外，藉由隔著在金屬電極的露出中所使用的遮罩層來進行第2蝕刻步驟，而在雷射加工溝形成步驟中所形成的雷射加工溝的內側將各自露出的功能層與半導體晶圓的一部分去除。
像這樣，由於可以利用於金屬電極的露出中所使用的遮罩層，來將層間絕緣膜的變質層及半導體晶圓的應變層去除，因此可以在雷射加工溝形成後且半導體晶圓的分割前，在不追加遮罩層形成工序的情形下，將變質層及應變層去除。
用以實施發明之形態 利用圖1(A)至圖12來說明第1實施形態之半導體晶圓11的加工方法。再者，圖13是第1實施形態之加工方法的流程圖。
圖1(A)是顯示器件形成步驟(S10)之半導體晶圓11及功能層13的截面圖。使用圖1(A)來說明半導體晶圓11及功能層13的構造。
半導體晶圓11是由矽等的半導體材料所構成，並且形成為從正面11a到位於正面11a的相反側之背面11b的厚度為500μm到1000μm左右的圓盤狀。在半導體晶圓11的正面11a側設有IC(積體電路，Integrated Circuit)、LSI(大型積體電路，large-scale integrated circuit)等的功能元件(圖未示)。
再者，對半導體晶圓11的材質、形狀、構造、大小等並未限制。例如，也可以取代半導體晶圓11而使用矽以外的砷化鎵(GaAs)、碳化矽(SiC)等其他的半導體基板等。同樣地，對功能元件的種類、數量、形狀、構造、大小、配置等亦無限制。
在半導體晶圓11的正面11a上形成有包含第1絕緣膜13a的功能層13。第1絕緣膜13a是與半導體晶圓11的正面11a相接而設置。
本實施形態的第1絕緣膜13a是由含碳氧化矽系膜(SiOCH系膜)等的氧化膜、及含氟氧化矽(SiOF)、含硼氧化矽(SiOB)等的無機系的膜、或聚醯亞胺系、聚對二甲苯系等的有機系的膜所構成之低介電常數絕緣體膜(所謂的Low-k膜)。
無機系的Low-k膜是藉由例如電漿CVD法(電漿輔助化學氣相沉積，plasma-enhanced chemical vapor deposition)所形成。又，有機系的Low-k膜是藉由例如使用了旋轉塗布機的塗布法所形成。
再者，在第1絕緣膜13a上是經由光刻工序及蝕刻工序，而形成從第1絕緣膜13a的上表面貫通到下表面之複數個貫通孔(圖未示)。
在第1絕緣膜13a上設有與第1絕緣膜13a相接的配線層13e。配線層13e是例如經由濺鍍工序而形成之銅(Cu)或鋁(Al)等的金屬層。再者，可在形成配線層13e的工序中於第1絕緣膜13a的貫通孔形成通孔(圖未示)。配線層13e是通過該通孔而與半導體晶圓11的正面11a連接。
在與配線層13e相同高度位置上，設有與第1絕緣膜13a相接的第2絕緣膜13b。第2絕緣膜13b是與第1絕緣膜13a同樣地形成之Low-k膜，並且是例如將在相同高度位置之複數個配線層13e彼此電分離。
在第2絕緣膜13b及配線層13e上設有第3絕緣膜13c。第3絕緣膜13c是與第1絕緣膜13a同樣地形成之Low-k膜，且具有從第3絕緣膜13c的上表面貫通到下表面之複數個貫通孔。
在與第3絕緣膜13c相同高度的位置上，設有與配線層13e相接的複數個通孔13f。通孔13f是在形成後述之金屬電極13g的工序中，形成於第3絕緣膜13c的貫通孔。複數個通孔13f的每一個是與配線層13e連接。
在通孔13f上設有與通孔13f相接的金屬電極13g。金屬電極13g是與配線層13e同樣地形成的電極。金屬電極13g是與設在第3絕緣膜13c的貫通孔之通孔13f連接。因此，位於配線層13e上的金屬電極13g是透過通孔13f、配線層13e等，而與設於半導體晶圓11的正面11a側之功能元件電連接。
在金屬電極13g及第3絕緣膜13c上設有與金屬電極13g及第3絕緣膜13c相接的第4絕緣膜13d。第4絕緣膜13d具有使金屬電極13g部分地露出到外部的開口13h。第4絕緣膜13d是與第1絕緣膜13a同樣地形成之Low-k膜。
藉由包含如上述地形成的功能層13與半導體晶圓11的積層體，而構成複數個半導體器件15。本實施形態的半導體器件15相當於形成有半導體晶圓11、功能層13、及規定的功能元件的區域。
各半導體器件15是在與半導體晶圓11的厚度方向正交的平面方向上分離規定的距離而配置。半導體器件15是例如在上表面視角下形成為大致矩形形狀(參照圖2)，此半導體器件15的端部是位於比金屬電極13g的外側的端部更外側。
相鄰的2個半導體器件15之間設有區劃半導體器件15彼此的交界之分割預定線17(切割道)。分割預定線17是位於功能層13上，並且在與半導體晶圓11的厚度方向正交的方向上具有規定的寬度。
如圖1(A)所示，雖然本實施形態的分割預定線17中的功能層13未包含有配線層13e、通孔13f、及金屬電極13g，但分割預定線17中的功能層13亦可包含稱為TEG(測試元件群，Test Element Group)的測試電路。
說明器件形成步驟(S10)的概要時，首先是在半導體晶圓11上形成第1絕緣膜13a，且在第1絕緣膜13a形成貫通孔。接著，在第1絕緣膜13a上形成配線層13e，並且在第1絕緣膜13a中的貫通孔形成通孔。進而在其之後形成第2絕緣膜13b。
接著，形成第3絕緣膜13c，並且在第3絕緣膜13c形成貫通孔。之後，在第3絕緣膜13c上形成金屬電極13g，並且在第3絕緣膜13c中的貫通孔形成通孔13f。再者，金屬電極13g與通孔13f亦可在不同的程序中形成。進而在其之後，形成第4絕緣膜13d，並且在第4絕緣膜13d形成開口13h。
在本實施形態中，在器件形成步驟(S10)後，以絕緣性的保護層19被覆功能層13的正面13i(即第4絕緣膜13d的正面)。藉此形成器件晶圓21。再者，在本實施形態中，將半導體晶圓11、功能層13、及保護層19的積層體稱為器件晶圓21。
圖1(B)是顯示保護層被覆步驟(S20)之器件晶圓21的截面圖。雖然本實施形態的保護層19是由聚醯亞胺所構成，但保護層19的材料並不限定為聚醯亞胺，亦可為聚醯胺、聚醯亞胺基醯胺等的其他鈍化材料。
在保護層被覆步驟(S20)中，是藉由使用旋轉塗布機將聚醯亞胺材料塗布於第4絕緣膜13d及金屬電極13g上，且之後將聚醯亞胺材料燒成，而形成保護層19。將保護層被覆步驟(S20)後的器件晶圓21的整體像貌顯示於圖2。
圖2是器件晶圓21的立體圖。圖2中的I-I截面是對應於圖1(B)所示之器件晶圓21的截面圖。再者，顯示於圖1(B)的保護層19的正面相當於器件晶圓21的正面21a。
在本實施形態中，是在保護層被覆步驟(S20)後，使用水溶性樹脂塗布洗淨裝置(圖未示)，並以水溶性樹脂23被覆器件晶圓21的正面21a(水溶性樹脂被覆步驟(S30))。圖3是在水溶性樹脂被覆步驟(S30)中設有水溶性樹脂23之器件晶圓21的截面圖。
在水溶性樹脂被覆步驟(S30)中，是使器件晶圓21的背面11b側吸附於旋轉工作台(圖未示)的保持面，並使旋轉工作台以例如2000rpm旋轉。
然後，將水溶性樹脂23旋轉塗布於旋轉中的器件晶圓21的正面21a上的整體。水溶性樹脂是例如PVA(聚乙烯醇，Polyvinyl alcohol)、PEG(聚乙二醇，polyethylene glycol)、PEO(聚氧化乙烯，polyethylene oxide)等的樹脂。
在水溶性樹脂被覆步驟(S30)後，進行沿著分割預定線17照射雷射光束L之雷射加工溝形成步驟(S40)。圖4是顯示雷射加工溝形成步驟(S40)之器件晶圓21的截面圖。
在圖4中是以虛線表示在保護層19、功能層13、及半導體晶圓11中形成雷射加工溝25的範圍。又，當照射雷射光束L時，會在位於雷射加工溝25的周圍的功能層13形成變質層13j，並且在雷射加工溝25的底部形成應變層11c。在圖4中以虛線表示變質層13j及應變層11c。
在雷射加工溝形成步驟(S40)中是沿著器件晶圓21的分割預定線17照射對半導體晶圓11及功能層13具有吸收性之波長的雷射光束L。雷射光束L是例如具有紫外線之波長的脈衝雷射。
在雷射加工溝形成步驟(S40)中是藉由燒蝕將各自位於分割預定線17之保護層19、功能層13、半導體晶圓11的正面11a側部分地去除，而使半導體晶圓11露出。藉此，沿著分割預定線17而形成雷射加工溝25。
通常，被燒蝕的半導體晶圓11、功能層13、及保護層19會成為碎屑而朝周圍飛散。然而，在本實施形態中，由於在半導體晶圓11、功能層13及保護層19上設有水溶性樹脂23，因此碎屑為飛散到水溶性樹脂23上，而可以防止附著於半導體晶圓的保護層19上之情形。進而，可以將所產生的碎屑在後述的洗淨步驟(S50)與水溶性樹脂23一起去除。
雷射加工溝形成步驟(S40)後，進行洗淨器件晶圓21而將水溶性樹脂23與在雷射加工溝形成步驟(S40)中所產生的碎屑一起去除的洗淨步驟(S50)。
圖5是已在洗淨步驟(S50)中去除水溶性樹脂23之器件晶圓21的截面圖。在洗淨步驟(S50)中是使器件晶圓21的背面11b側吸附於旋轉工作台(圖未示)的保持面，並使旋轉工作台旋轉。
然後，對旋轉中的器件晶圓21噴附洗淨液(例如純水)。藉此，可以將器件晶圓21上的水溶性樹脂23去除。又，可以將藉由雷射光束L的照射所產生的碎屑與水溶性樹脂23一起去除。
再者，在本實施形態中雖然是實行水溶性樹脂被覆步驟(S30)及洗淨步驟(S50)，但若即使不獲得由水溶性樹脂23所形成的碎屑飛散防止及碎屑去除之效果也無妨的話，亦可省略水溶性樹脂被覆步驟(S30)及洗淨步驟(S50)。
在洗淨步驟(S50)後，在保護層19上形成遮罩層30(遮罩層形成步驟(S60))。圖6是在遮罩層形成步驟(S60)中形成有遮罩層30之器件晶圓21的截面圖。遮罩層30是例如在光刻工序中所使用的光阻層。
遮罩層30具有複數個開口。如圖6所示，本實施形態的遮罩層30在金屬電極13g上具有寬度比金屬電極13g更小的開口30a。又，遮罩層30在雷射加工溝25上具有寬度比雷射加工溝25更大的開口30b。
在遮罩層形成步驟(S60)中所形成的遮罩層30當中，位於雷射加工溝25的周邊的遮罩層30是後退到比保護層19的緣部19A更外側。再者，保護層19的緣部19A相當於雷射加工溝25的緣部。
亦即，在本實施形態中，雷射加工溝25的周邊的保護層19的上部19B是從遮罩層30露出。像這樣，由於將遮罩層30的開口30b的寬度設得比雷射加工溝25的寬度更寬，因此在後述的蝕刻步驟中變得易於去除雷射加工溝25的底部的應變層11c及功能層13的變質層13j。
特別是由於可以在雷射加工溝25的深度方向及寬度方向上加寬地對半導體晶圓11進行蝕刻，因此可以將雷射加工溝25的底部附近的半導體晶圓11的應變層11c完全地去除。藉此，可以提升後述之分割步驟(S100)後的器件晶片的抗折強度。
在遮罩層形成步驟(S60)中，首先是藉由使用旋轉塗布機之塗布法，而在器件晶圓21上的整體形成正型的光阻層。之後，使用光罩來對光阻層曝光，並且以適當的溫度烘烤曝光後的光阻層。
接著，將烘烤後的光阻層顯像，而將感光的區域去除。藉此，形成將殘留於雷射加工溝25以外的保護層19當中除了功能層13的金屬電極13g上的一部分的區域以外的區域覆蓋的光阻層(即遮罩層30)。此時，將雷射加工溝25周邊的遮罩層30去除，保護層19的緣部19A附近的上部19B即從遮罩層30露出。
在遮罩層形成步驟(S60)後，隔著遮罩層30進行電漿蝕刻，將保護層19部分地去除。藉此，使功能層13的金屬電極13g從保護層19露出。圖7是顯示第1蝕刻步驟(S70)之器件晶圓21的截面圖。再者，在圖7中是示意地顯示所產生的電漿P1。
在本實施形態中，是隔著上述遮罩層30對保護層19進行使用第1氣體之電漿蝕刻。第1氣體是例如氧氣氣體(O2 氣體)。藉由電漿化學反應將氧氣分子的原子間鍵結切斷，藉此可生成反應活性高且壽命短的中間體即自由基種的原子氧。
藉由自由基種的原子氧與有機系的保護層19反應，保護層19會成為水與二氧化碳的氣體，且被排放到外部。藉此，在遮罩層30的開口30a的正下方，各自形成保護層19的去除區域19a(即開口)。再者，去除區域19a的側面成為錐形形狀。
又，可將位於遮罩層30的開口30b的正下方的雷射加工溝25的周圍的保護層19去除。在圖7中是以虛線表示在開口30b的正下方已被去除的保護層19的去除區域19b。再者，去除區域19b的側面亦成為錐形形狀。
接著，隔著第1蝕刻步驟(S70)後的遮罩層30，進行第2蝕刻步驟(S80‐1及S80‐2)。藉此，可將形成於功能層13的變質層13j與形成於半導體晶圓11的應變層11c去除。
在本實施形態中，是在第2蝕刻步驟的前半部(S80‐1)將功能層13中的變質層13j去除。圖8是顯示第2蝕刻步驟的前半部(S80-1)之器件晶圓21的截面圖。再者，在圖8中是示意地顯示所產生的電漿P2。
在前半部(S80‐1)中，是藉由將在雷射加工溝25的內側露出之形成於功能層13的側部的變質層13j去除，而形成去除區域13k，且在寬度方向上擴張雷射加工溝25而形成第1擴張溝25a。在本實施形態的第1擴張溝25a中，是在功能層13的側部露出從第1絕緣膜13a到第4絕緣膜13d為止的四個Low-k膜。
當功能層13中的4層Low-k膜為含碳氧化矽系膜(SiOCH系膜)等的氧化膜的情況下，是使用例如含有全氟環丁烷(C4 F8 )或六氟化硫(SF6 )之氣體來對Low-k膜進行電漿蝕刻。
相對於此，當功能層13中的Low-k膜為有機系的膜的情況下，是使用例如含有氫氣(H2 )及氮氣(N2 )之氣體來對Low-k膜進行電漿蝕刻。
在本實施形態中，是在第2蝕刻步驟的前半部(S80‐1)將功能層13的變質層13j去除後，在第2蝕刻步驟的後半部(S80‐2)將形成於半導體晶圓11的應變層11c去除。
圖9是顯示第2蝕刻步驟的後半部(S80-2)之器件晶圓21的截面圖。再者，在圖9中是示意地顯示所產生的電漿P3。在後半部(S80‐2)中，是藉由將在雷射加工溝25的內側露出之半導體晶圓11的上部(即對應於雷射加工溝25的底部之半導體晶圓11的正面側部分)中的應變層11c去除，而形成去除區域11d。藉此，將雷射加工溝25在深度方向及寬度方向上擴張而形成第2擴張溝25b。
由於本實施形態的半導體晶圓11是由矽所構成，因此使用例如含有全氟環丁烷(C4 F8 )或六氟化硫(SF6 )之氣體來對半導體晶圓11進行電漿蝕刻。
關於在第2蝕刻步驟的前半部(S80‐1)及後半部(S80‐2)所使用的混合氣體，存在各種組合。例如，當Low-k膜為含碳氧化矽系膜(SiOCH系膜)的情況下，在前半部(S80‐1)及後半部(S80‐2)是使用相同的氣體。又，當Low-k膜為有機系之膜的情況下，在前半部(S80‐1)及後半部(S80‐2)是使用不同的氣體。
再者，一般而言在第2蝕刻步驟(S80‐1及S80‐2)中是使用與在第1蝕刻步驟(S70)中所使用的第1氣體不同的第2氣體。但是，亦可將保護層19去除之第1蝕刻步驟(S70)的第1氣體、及將功能層13的Low-k膜去除之第2蝕刻步驟的前半部(S80‐1)的第2氣體設為相同的氣體。
在前半部(S80‐1)及後半部(S80‐2)中是隔著在保護層19的去除(S70)中所使用的遮罩層30來進行電漿蝕刻。因此，可以在雷射加工溝形成步驟(S40)後，且後述之半導體晶圓11的分割步驟(S100)前，在不追加遮罩層形成工序的情況下將變質層13j及應變層11c去除。
如上述，在遮罩層形成步驟(S60)中是使位於雷射加工溝25的周邊的遮罩層30後退到比保護層19的緣部19A更外側。因此，相較於未使遮罩層30後退到比保護層19的緣部19A更外側的情況，在後半部(S80‐2)中可以在更寬廣的範圍內將半導體晶圓11的應變層11c在雷射加工溝25的深度方向及寬度方向上去除。
在第2蝕刻步驟(S80‐1及S80‐2)中，於將變質層13j及應變層11c去除後，去除遮罩層30。接著，在功能層13的金屬電極13g上形成凸塊34。圖10是顯示凸塊形成步驟(S90)之器件晶圓21的截面圖。
在本實施形態中設有透過保護層19的去除區域19a而與金屬電極13g相接的基底金屬層32。基底金屬層32是具有由例如連接於金屬電極13g的鎳(Ni)層、位於鎳層上之鈀(Pd)層、及位於鈀層上的金(Au)層所構成的金屬積層構造之層。
此外，在基底金屬層32上設有金屬的凸塊34。雖然凸塊34是例如以金所形成之金凸塊，但亦可使用銀(Ag)、銅、鎳或焊料(包含錫(Sn)等的合金)。
在凸塊形成步驟(S90)中，首先是藉由鍍敷(Plating)形成基底金屬層32。例如藉由依序鍍敷而形成鎳層、鈀層、及金層。
再者，基底金屬層32亦可在藉由濺鍍(Sputtering)而在保護層19上的整體形成具有上述的金屬積層構造之層後，以經由光刻工序來殘留於去除區域19a內及去除區域19a的周邊的方式，將具有金屬積層構造之層適當圖案化而形成。
接著，藉由鍍敷在基底金屬層32上形成凸塊34。之後，藉由加熱凸塊34來對凸塊34進行迴焊(Reflow)。藉此，如圖10所示，凸塊34會成為大致球形。
於凸塊形成步驟(S90)之後，沿著在第2蝕刻步驟(S80‐1及S80‐2)所擴張的雷射加工溝25，將半導體晶圓11分割成複數個器件晶片21b。
圖11(A)是顯示分割步驟(S100)的器件晶圓21的截面圖，圖11(B)是分割後的器件晶圓21的截面圖。又，圖12是由器件晶圓21、支撐膠帶27a、及框架27b所構成之晶圓單元29的立體圖。
支撐膠帶27a是由樹脂等所形成，且在平面視角下為大致圓形狀。支撐膠帶27a具有例如基材層、及設於該基材層上之整面的黏著層。黏著層是例如紫外線硬化型的樹脂層。
如圖12所示，支撐膠帶27a的黏著層的外周部分貼附有以金屬形成之環狀的框架27b。支撐膠帶27a具有比框架27b的開口更大的直徑。於框架27b的開口露出有支撐膠帶27a的黏著層。
本實施形態的分割步驟(S100)是以切割刀片40切割半導體晶圓11之切割步驟，其中前述切割刀片40是藉由將以鑽石等所形成的磨粒以由金屬等所形成的黏結材結合而形成。
在分割步驟(S100)中， 首先是將半導體晶圓11的背面11b貼附於支撐膠帶(切割膠帶)27a的開口(參照圖12)。之後，一邊將高速地旋轉的環狀的切割刀片40對半導體晶圓11切入，一邊使切割刀片40與半導體晶圓11沿著已擴張的雷射加工溝25(即第2擴張溝25b)相對地移動。
藉此，如圖11(B)所示，以切割刀片40切割半導體晶圓11，而在半導體晶圓11形成切割溝11e。切割溝11e是沿著半導體晶圓11的分割預定線17而設置。
在本實施形態中，是相較於在遮罩層形成步驟(S60)中未將遮罩層30後退到比保護層19的緣部19A更外側的情況，而可以將半導體晶圓11的應變層11c更完全地去除。因此，可以提升器件晶片21b的抗折強度。
接著，針對在第2蝕刻步驟的後半部(S80‐2)中，以比第1實施形態更深地對雷射加工溝25進行電漿蝕刻的第2實施形態作說明。圖14是顯示第2實施形態之第2蝕刻步驟的後半部(S80-2)的器件晶圓的截面圖。
在第2實施形態的第2蝕刻步驟的後半部(S80‐2)中，是將雷射加工溝25從半導體晶圓11的正面11a形成到超出器件晶片21b的成品厚度A且不到達半導體晶圓11的背面11b之深度為止。
所謂成品厚度A是在分割步驟(S100)中被分割後的器件晶片21b中的半導體晶圓11的厚度。本實施形態的成品厚度A是比應變層11c的深度更大，且比分割步驟(S100)前的半導體晶圓11的厚度更小。
在第2實施形態的後半部(S80‐2)是藉由施行例如提高全氟環丁烷(C4 F8 )或六氟化硫(SF6 )的濃度、增加輸入功率、加長電漿蝕刻時間等的一項以上的處理，而將半導體晶圓11蝕刻得比第1實施形態的後半部(S80‐2)更深。藉此，將雷射加工溝25朝深度方向擴張，而形成超出成品厚度A之深度的第2擴張溝25b。
之後，磨削半導體晶圓11的背面11b來將半導體晶圓11加工至成品厚度，並且沿著在第2蝕刻步驟(S80‐1及S80‐2)中所擴張的雷射加工溝25(即第2擴張溝25b)來分割半導體晶圓11。
圖15是顯示第2實施形態之分割步驟(S100)的局部截面側視圖。在第2實施形態中是使用磨削裝置50來磨削半導體晶圓11。首先，使用圖15來說明磨削裝置50的構造。
磨削裝置50具備有吸引保持圓盤狀的半導體晶圓11的工作夾台52。此工作夾台52是與馬達等的旋轉機構(圖未示)連結，且繞著大致平行於Z軸方向的旋轉軸而旋轉。
工作夾台52的上表面是形成為吸引保持半導體晶圓11的正面11a側之保持面52a。在保持面52a是通過形成於工作夾台52的內部的流路來讓吸引源的負壓作用，並產生吸引半導體晶圓11的正面11a側的吸引力。
如上述，半導體晶圓11雖然是將背面11b側貼附在比框架27b的開口更內側的支撐膠帶27a的開口的狀態(參照圖12)，但在圖15中是將框架27b省略。
在工作夾台52的上方是將磨削機構配置成相向於藉由工作夾台52所保持的半導體晶圓11的背面11b側。磨削機構具備有繞著大致平行於Z軸方向的旋轉軸而旋轉的主軸54。此主軸54是藉由升降機構(圖未示)而進行升降。主軸54的下端側固定有圓盤狀之輪座56。
輪座56的下表面裝設有與輪座56為大致相同直徑的磨削輪58。磨削輪58具備有以鋁、或不鏽鋼等金屬材料所形成之環狀的輪基台(環狀基台)58a。
藉由將輪基台58a的上表面側固定在輪座56，來將輪基台58a裝設於主軸54。又，輪基台58a的下表面設有複數個磨削磨石(磨石片)58b。
各個磨削磨石24具有大致長方體形狀，且在輪基台58a的環狀的下表面的整周中，以相鄰的磨削磨石24彼此之間設有間隙的態樣來配置排列成環狀。
磨削磨石是將鑽石、cBN(立方氮化硼，cubic boron nitride)等的磨粒混合到例如金屬、陶瓷、樹脂等的結合材而形成。但是，對結合材或磨粒並無限制，可以因應於磨削磨石的規格來適當選擇。
在第2實施形態之分割步驟(S100)中是以磨削裝置50來磨削半導體晶圓11。更具體而言，是一面使工作夾台52與主軸54各自朝規定的方向旋轉，一面使主軸54下降，且將磨削磨石58b壓抵於半導體晶圓11的背面11b側。藉此，將半導體晶圓11磨削加工到成品厚度。
當將半導體晶圓11加工到成品厚度時，即沿著分割預定線17將器件晶片21b彼此分離。再者，為了易於拾取分離後的器件晶片21b，亦可藉由擴展裝置將支撐膠帶27a擴張，來擴張相鄰的器件晶片21b之間的距離。
另外，上述實施形態之構造、方法等，只要在不脫離本發明的目的之範圍內，均可適當變更而實施。例如，亦可在第2實施形態的變形例中的第2蝕刻步驟的後半部(S80‐2)中超出成品厚度A並進一步進行蝕刻來將半導體晶圓11分割。亦即，在第2實施形態的變形例中，亦可藉由後半部(S80‐2)的蝕刻來分割半導體晶圓11。
11‧‧‧半導體晶圓 11a、13i、21a‧‧‧正面 11b‧‧‧背面 11c‧‧‧應變層 11d、13k、19a、19b‧‧‧去除區域 11e‧‧‧切割溝 13‧‧‧功能層 13a‧‧‧第1絕緣膜 13b‧‧‧第2絕緣膜 13c‧‧‧第3絕緣膜 13d‧‧‧第4絕緣膜 13e‧‧‧配線層 13f‧‧‧通孔 13g‧‧‧金屬電極 13h、30a、30b‧‧‧開口 13j‧‧‧變質層 15‧‧‧半導體器件 17‧‧‧分割預定線(切割道) 19‧‧‧保護層 19A‧‧‧緣部 19B‧‧‧上部 21‧‧‧器件晶圓 21b‧‧‧器件晶片 23‧‧‧水溶性樹脂 25‧‧‧雷射加工溝 25a‧‧‧第1擴張溝 25b‧‧‧第2擴張溝 27a‧‧‧支撐膠帶(切割膠帶) 27b‧‧‧框架 29‧‧‧晶圓單元 30‧‧‧遮罩層 32‧‧‧基底金屬層 34‧‧‧凸塊 40‧‧‧切割刀片 50‧‧‧磨削裝置 52‧‧‧工作夾台 52a‧‧‧保持面 54‧‧‧主軸 56‧‧‧輪座 58‧‧‧磨削輪 58a‧‧‧輪基台(環狀基台) 58b‧‧‧磨削磨石(磨石片) A‧‧‧成品厚度 L‧‧‧雷射光束 P1、P2、P3‧‧‧電漿 S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70、S80-1、S80-2、S90、S100‧‧‧步驟
圖1(A)是顯示器件形成步驟(S10)之半導體晶圓及功能層的截面圖，圖1(B)是顯示保護層被覆步驟(S20)之器件晶圓的截面圖。 圖2是器件晶圓的立體圖。 圖3是在水溶性樹脂被覆步驟(S30)中設有水溶性樹脂之器件晶圓的截面圖。 圖4是顯示雷射加工溝形成步驟(S40)之器件晶圓的截面圖。 圖5是在洗淨步驟(S50)中將水溶性樹脂去除之器件晶圓的截面圖。 圖6是在遮罩層形成步驟(S60)中設有遮罩層的器件晶圓的截面圖。 圖7是顯示第1蝕刻步驟(S70)之器件晶圓的截面圖。 圖8是顯示第2蝕刻步驟的前半部(S80-1)之器件晶圓的截面圖。 圖9是顯示第2蝕刻步驟的後半部(S80-2)之器件晶圓的截面圖。 圖10是顯示凸塊形成步驟(S90)之器件晶圓的截面圖。 圖11(A)是顯示分割步驟(S100)之器件晶圓的截面圖，圖11(B)是分割後的器件晶圓的截面圖。 圖12是由器件晶圓、支撐膠帶及框架所構成之晶圓單元的立體圖。 圖13是第1實施形態之加工方法的流程圖。 圖14是顯示第2實施形態之第2蝕刻步驟的後半部(S80-2)之器件晶圓的截面圖。 圖15是顯示第2實施形態之分割步驟(S100)的局部截面側視圖。
11‧‧‧半導體晶圓
11a、13i、21a‧‧‧正面
11b‧‧‧背面
13‧‧‧功能層
13a‧‧‧第1絕緣膜
13b‧‧‧第2絕緣膜
13c‧‧‧第3絕緣膜
13d‧‧‧第4絕緣膜
13e‧‧‧配線層
13f‧‧‧通孔
13g‧‧‧金屬電極
13k、19a‧‧‧去除區域
19‧‧‧保護層
21‧‧‧器件晶圓
25a‧‧‧第1擴張溝
30‧‧‧遮罩層
30a、30b‧‧‧開口
P2‧‧‧電漿

Claims (6)

  1. 一種半導體晶圓的加工方法，其特徵在於具備以下步驟： 器件形成步驟，形成複數個半導體器件與分割預定線，前述複數個半導體器件具有形成於半導體晶圓的正面的功能層，且前述功能層包含配線層與位於該配線層上的金屬電極，前述分割預定線位於該功能層上且區劃該複數個半導體器件； 保護層被覆步驟，以絕緣性的保護層被覆該功能層的正面而形成器件晶圓； 雷射加工溝形成步驟，沿著該分割預定線照射對該功能層及該半導體晶圓具有吸收性之波長的雷射光束，來將該半導體晶圓、該保護層及該功能層部分地去除而使該半導體晶圓露出，藉此形成雷射加工溝； 遮罩層形成步驟，將殘留在該雷射加工溝以外的該保護層當中，除了該金屬電極上的區域以外的區域以遮罩層覆蓋； 第1蝕刻步驟，隔著該遮罩層對該保護層進行使用第1氣體之電漿蝕刻，而使該金屬電極露出； 第2蝕刻步驟，隔著第1蝕刻步驟後的該遮罩層對該雷射加工溝進行使用第2氣體之電漿蝕刻，將從該遮罩層露出的該功能層與該半導體晶圓的一部分去除，而使該雷射加工溝在寬度方向及深度方向上擴張；及 分割步驟，沿著已在該第2蝕刻步驟中擴張的該雷射加工溝來將該半導體晶圓分割成器件晶片。
  2. 如請求項1之半導體晶圓的加工方法，其中在該遮罩層形成步驟中所形成之位於該雷射加工溝的周邊的該遮罩層的該雷射加工溝側的緣部，是後退到比該雷射加工溝的緣部更外側，並且該雷射加工溝的周邊的該保護層的上部是從該遮罩層露出。
  3. 如請求項1或2之半導體晶圓的加工方法，其更具備以下步驟： 水溶性樹脂被覆步驟，在該保護層被覆步驟後且該雷射加工溝形成步驟前，將該器件晶圓的正面以水溶性樹脂被覆；以及 洗淨步驟，在該雷射加工溝形成步驟後且該遮罩層形成步驟前，將該器件晶圓洗淨而將該水溶性樹脂與在該雷射加工溝形成步驟中所產生之碎屑一起去除。
  4. 如請求項1至3中任一項之半導體晶圓的加工方法，其中該分割步驟是以切割刀片沿著已在第2蝕刻步驟中擴張的該雷射加工溝來切割該半導體晶圓之切割步驟。
  5. 如請求項1至3中任一項之半導體晶圓的加工方法，其中已在該第2蝕刻步驟中擴張的該雷射加工溝是從該半導體晶圓的該正面形成到超出該器件晶片的成品厚度之深度為止， 且在該分割步驟中是磨削位於該半導體晶圓的該正面的相反側之背面，而將該半導體晶圓加工到成品厚度，並且沿著已在該第2蝕刻步驟中擴張的該雷射加工溝來分割該半導體晶圓。
  6. 如請求項1至5中任一項之半導體晶圓的加工方法，其更具備凸塊形成步驟，前述凸塊形成步驟是在已在該第1蝕刻步驟中露出的該金屬電極上形成凸塊。
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