[发明专利]带有热应力释放结构的键合晶圆及激光划片工艺

说明书

技术领域

本发明主要涉及到微机械加工领域（MEMS），具体涉及一种带有热应力释放结构的键合晶圆和一种激光划片工艺。

背景技术

由于越来越多的MEMS器件制作在键合晶圆上，使得键合晶圆的划片工艺成为影响MEMS器件制作成品率的关键工艺。目前常用的键合晶圆划片工艺主要有机械划片和激光划片两种工艺。机械划片工艺由于需要利用冷却液对砂轮片进行水冷降温，会引入污染物，影响MEMS器件芯片洁净度，故很少用来对键合晶圆进行划片；利用激光束进行非接触式加工的激光划片以其高精度、高效率和无污染等优点逐渐成为键合晶圆划片的主流工艺。

目前，常用的消融激光划片工艺（laser ablation dicing）适用于薄晶圆划片。尽管这种工艺能够完成单层晶圆无应力自由形状划片, 但由于利用这种工艺进行键合晶圆划片时，在划片线周围区域会淀积许多碎片，并且在晶圆键合接触面会产生热致裂痕, 使之难以应用于键合晶圆的划片[C. K. Chung, S. L. Lin. CO₂ laser micromachined crackles through holes of Pyrex7740 glass. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 50, pp. 961–968, 2010.]。近年来迅速发展的隐形激光划片工艺（laser stealth dicing），由于其在划片过程中不产生碎片和机械应力受到推崇。但是利用隐形激光划片工艺对键合晶圆进行划片时，对每一层不同材料晶圆划片，必须利用不同波长的激光器进行划片，使得键合晶圆划片工艺变得复杂，设备投入昂贵，划片成本急剧增加 [Y. Izawa, S. Tanaka, H. Kikuchi, “Debris-free In-air Laser Dicing for Multi-layer MEMS by Perforated Internal Transformation and Thermally-induced Crack Propagation”, MEMS 2008, Tucson, AZ, USA, January 13-17, 2008, pp.822-827.]。而且对于隐形激光划片工艺而言，要完成自由形状划片也是相当困难的，这限制了隐形激光划片工艺的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种用于避免激光划片工艺产生热致裂痕的带有热应力释放结构的键合晶圆，以及相应提供一种激光划片的工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种带有热应力释放结构的键合晶圆，包括相互贴合的玻璃晶圆和硅片晶圆，所述键合晶圆的键合接触面附近开设有用于激光划片的热应力释放结构，所述热应力释放结构沿拟定的激光划片轨迹对应设置。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述热应力释放结构优选为热应力释放凹槽。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述热应力释放凹槽开设于靠近所述键合接触面的玻璃晶圆和/或硅片晶圆上。

上述的键合晶圆中，优选地，所述热应力释放凹槽的宽度大于拟定的激光划片轨迹的宽度；所述热应力释放凹槽的深度为微米级。所述热应力释放凹槽的深度进一步优选为5微米～10微米。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种激光划片工艺，该工艺中利用了上述键合晶圆中的热应力释放结构，包括以下步骤：

（1）加工热应力释放结构：利用湿法腐蚀工艺或者干法刻蚀工艺，在一硅片晶圆和/或一玻璃晶圆上靠近键合接触面的一侧开设热应力释放凹槽，并使所述热应力释放凹槽沿拟定的激光划片轨迹对应布置；

（2）键合：利用键合工艺完成所述的硅片晶圆和玻璃晶圆的键合，得到键合晶圆；

（3）激光划片加工：先用旋转激光束在所述键合晶圆的玻璃晶圆表面沿拟定的激光划片轨迹进行激光划片，划穿后形成一与所述热应力释放凹槽相连通的划槽；然后用非旋转激光束沿所述划槽对硅片晶圆表面进行激光划片（不划穿硅片晶圆）；最后通过裂片方式使键合晶圆上的芯片分离，完成划片工艺。

上述的激光划片工艺中，优选地，用旋转激光束在对玻璃晶圆进行激光划片过程中，所述旋转激光束沿拟定的激光划片轨迹完成多次的激光划片行程；用非旋转激光束在对硅片晶圆进行激光划片过程中，所述非旋转激光束沿拟定的激光划片轨迹完成一次激光划片行程。