[0001] 本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种切割道加工方法。

[0002] 在芯片制造过程中，为了实现特定功能会在晶圆衬底上生长外延层。通常外延层为多层结构（数十甚至上百层），随着外延层的生长层数增多，引入的应力会逐渐积累，而这些应力可能会为后续晶圆加工带来不利影响，甚至在加工晶圆、切割晶圆时导致晶圆破损。一些现有技术中，在切割晶圆形成单颗芯片之前，会在晶圆表面制作切割道，切割道为沟槽结构，能够为切割工序提供明确的切割路径，减小切割误差；同时也能够一定程度上释放应力，避免切割过程中芯片破损。但是目前的切割道采用干法刻蚀形成，这种加工方式效率较低，且切割道的内壁相对粗糙，对外延层的应力释放效果有限。

[0020] 相关技术中，随着晶圆衬底上的外延层形成，外延层内部内会存在应力。以砷化镓基垂腔芯片的制造为例，其外延层总层数有数十层到上百层不等，外延层中的应力会导致晶圆翘曲严重。在后续对晶圆进行加工（比如晶圆减薄、研磨、镀金、清洗）以及后续切割形成单颗芯片时，会面临碎片（或破片）的风险。对于切割晶圆，一些做法是不进行切割道加工，此时由于晶圆应力较大，容易在切割时导致晶圆崩裂，导致芯片损坏。另一些做法是在外延层上加工形成切割道，能够对切割位置进行标定、引导，而且切割道加工后可以释放一定应力，减少破片风险。但是相关工艺中，通常采用干法刻蚀工艺形成切割道，存在工艺效率低（往往需要数十分钟的刻蚀）、切割道壁面粗糙、应力释放有限以及副产物容易在切割道内堆积等问题。

[0021] 为此，本申请实施例提供一种切割道加工方法，通过湿法刻蚀工艺刻蚀外延层，能够形成壁面光滑的切割道，加工效率高，应力释放效果好，副产物容易排除。

[0022] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0023] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0024] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0025] 在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0026] 此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

[0028] 图1为本申请一种实施例提供的一种晶圆（未加工切割道）的局部示意图。本申请实施例提供的切割道加工方法，用于在晶圆上加工形成切割道400。如图1所示，晶圆包括依次层叠设置的衬底100、外延层200和钝化层300。衬底100的材质可选为硅、碳化硅等。外延层200为多层结构，其具体材质和设置方式可根据所要制作的芯片类型进行设计。在本实施例中，外延层200为砷化镓基垂腔芯片外延结构。垂腔芯片（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL，垂直腔面发射激光器）是一种特殊的半导体激光器，其特点是光从芯片的顶部或底部垂直发射出来。外延层200可以具体包括依次层叠设置的N‑DBR反射层、有源层、P‑DBR反射层等结构，垂腔芯片的外延结构的具体设置方式可以参考现有技术，此处不再赘述。钝化层300设置在外延层200背离衬底100的一侧，其作用是保护外延层200，其材质可以是氮化硅、氧化硅、氧化铝或者其他类型材质。

[0029] 图2为本申请一种实施例中切割道加工方法的流程图；图3至图5为本申请一种实施例中切割道400加工过程中的中间示意图。如图2至图5所示，本申请实施例提供的切割道加工方法，包括以下步骤：步骤S100，沿钝化层300刻蚀晶圆至外延层200形成第一沟槽410。

[0030] 在本申请实施例中，可先在钝化层300通过曝光、显影，形成第一沟槽410的光刻图案（后文简称第一沟槽图案），第一沟槽图案即暴露出待形成第一沟槽410的区域，也即待形成切割道400的区域。然后将第一沟槽图案暴露出来的钝化层300刻蚀掉从而形成第一沟槽410。第一沟槽410的底部延伸至外延层200，如图3所示。第一沟槽410的刻蚀方法可以是干法刻蚀，比如反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching，RIE），也可以采用湿法刻蚀，比如缓冲氧化物刻蚀（Buffered Oxide Etch，BOE）。

[0031] 在其中一个实施方式中，采用干法刻蚀工艺沿钝化层300刻蚀晶圆至外延层200形成第一沟槽410；采用干法刻蚀钝化层，可以避免钝化层300与外延层200的接触区域出现空洞。可以理解，若采用干法刻蚀形成第一沟槽410，那么第一沟槽图案的宽度应与所需要制作的第一沟槽410的宽度一致。

[0032] 在本实施例中，第一沟槽410的宽度即为最终得到的切割道400的开口处宽度，应根据所需要制作的切割道400的宽度进行设计。可选地，第一沟槽410的宽度W1为30 70μm，~比如50μm。

[0033] 步骤S200，在第一沟槽410内，通过湿法刻蚀工艺刻蚀晶圆至衬底100形成第二沟槽420，第一沟槽410和第二沟槽420形成切割道400。

[0034] 在本申请实施例中，在第一沟槽410底部的外延层200上通过湿法刻蚀形成第二沟槽420，第二沟槽420的底部延伸至衬底100，第一沟槽410和第二沟槽420共同形成切割道400。

[0035] 在实际生产过程中，砷化镓基垂腔芯片（以下称为晶圆）的外延的总层数从几十层到几百层不等，在晶圆的外延生长时伴随着周期性的DBR层的增多、引入的应力也会逐渐累积，进而导致晶圆的P面翘曲严重。基于上述技术问题，本申请提出的切割道加工方法，采用湿法刻蚀的方式形成切割道，大大降低了晶圆的应力，降低了晶圆的P面翘曲，有效减小了晶圆在研磨、减薄、N面镀金、薄片清洗及切割裂片中破片的风险。

[0036] 进一步地，本申请实施例所述的切割道加工方法，采用两次刻蚀的方式形成切割道（即第一次刻蚀先形成第一沟槽，基于第一沟槽和湿法刻蚀工艺形成第二沟槽，进而形成切割道），避免直接使用湿法刻蚀时刻蚀液对晶圆上待形成的切割道以外区域造成误刻蚀。即先通过一次刻蚀形成第一沟槽用以界定切割道的形成区域（即界定待形成的切割道的宽度），然后基于第一沟槽的宽度（即待形成的切割道的宽度）形成第二沟槽图案；其后根据第二沟槽图案采用湿法刻蚀的方式形成第二沟槽；最终基于第一沟槽和第二沟槽形成切割道。可以理解，在刻蚀工艺中，当一次刻蚀的深度较深时，容易出现沟槽侧壁靠近底部的位置变得粗糙，也即刻蚀深度越深，刻蚀质量变差。而且，靠近底部的侧壁的倾斜程度相较于靠近顶部的侧壁差别较大（尤其是湿法刻蚀）。而本申请实施例中采用两次刻蚀完成切割道
400的制作，两次刻蚀的深度相对较薄，刻蚀的质量也较佳。第一次刻蚀钝化层300，形成第一沟槽410，刻蚀的深度较浅，其形成的第一沟槽410清晰。第二次湿法刻蚀外延层200，形成第二沟槽420，刻蚀的深度也相对较浅，湿法蚀刻形成的侧壁光滑。如果在两次刻蚀均为湿法刻蚀的情况下，两次较浅的刻蚀相较于一次较深的刻蚀而言，侧壁的坡度更容易保持一致。

[0037] 在本申请实施例中，步骤S200具体包括：步骤S210，涂覆光刻胶500至形成有第一沟槽410的晶圆。

[0038] 在本申请实施例中，步骤S210涂覆的光刻胶500覆盖钝化层300以及第一沟槽410底部的外延层200。

[0039] 步骤S220，通过光刻工艺在目标外延层的表面定义第二沟槽图案。

[0040] 在本实施例中，目标外延层包括位于第一沟槽410的底部的外延层，其在后续会被刻蚀掉以形成第二沟槽420。第二沟槽图案露出目标外延层的一部分，在本实施例中，第二沟槽图案的宽度小于第一沟槽410的宽度。

[0041] 如图4所示，用于刻蚀形成第二沟槽420的第二沟槽图案相当于光刻胶500上的窗口，可暴露出第一沟槽410底部的目标外延层的一部分。由于湿法刻蚀工艺不仅会沿深度方向（也即外延层200的层叠方向）刻蚀外延层200，同时也会进行横向腐蚀，即向图4中的左右方向腐蚀。因此，第二沟槽图案的宽度应小于第一沟槽410，可选地，第二沟槽图案在宽度方向上的两侧与第一沟槽410的两个侧壁之间预留一段距离，即预留横向刻蚀的空间。这样能够使得采用湿法刻蚀形成的第二沟槽420的开口处宽度能够尽可能与第一沟槽410宽度一致，从而提高最终制作得到的切割道400侧壁的平整性。

[0042] 可选地，用于刻蚀第二沟槽420的第二沟槽图案的宽度W2为15 50μm。可选地，第二~沟槽图案具有在自身宽度方向上间隔的第一侧壁和第三侧壁，第一沟槽410具有在自身宽度方向上间隔的第二侧壁和第四侧壁，第一侧壁与第二侧壁为同侧，第三侧壁与第四侧壁为同侧。第二沟槽图案的第一侧壁与第一沟槽410的第二侧壁之间的间距为5 10μm，第二沟~
槽图案的第三侧壁与第一沟槽的第四侧壁之间的间距为5 10μm；也即，第二沟槽图案在宽~
度方向上的两个侧边分别与第一沟槽410的两个侧壁相距5 10μm。在一个具体实施例中，第~
一沟槽410的宽度W1为50μm，第二沟槽图案的宽度W2为30μm，并且其在宽度方向上的两个侧边分别与第一沟槽410的两个侧壁相距10μm。在本实施例中，第一沟槽410对第二沟槽420具有引导性。第一沟槽410的槽底与第二沟槽420的槽顶接触，当第一沟槽410的设计宽度W1为
50μm，第二沟槽图案的设计宽度W2为30μm时，可以以第一沟槽410在宽度上的中间点为中心位置，设置第二沟槽图案的具体位置，目的是使第二沟槽图案的两个侧壁到第一沟槽410的槽底的两个侧壁的距离均为10μm。

[0043] 在本实施例中，光刻胶500可以采用正性光刻胶。涂覆光刻胶500时，采用3000r/min的转速进行匀胶，100℃下烘烤120s。对光刻胶500进行曝光时使用的光刻胶的剂量（DOSE）为30mJ/cm2，经过在TMAH（四甲基氢氧化铵，增强溶解性的一种化合物）含量为2.38%的显影液中显影后，形成第二沟槽图案。

[0044] 步骤S230，基于第二沟槽图案，使用刻蚀液刻蚀目标外延层至衬底100，形成第二沟槽420。

[0045] 通过湿法刻蚀工艺能够对第二沟槽图案暴露出的外延层200进行刻蚀去除，并刻蚀至衬底100而暴露出衬底100，从而在外延层200形成第二沟槽420。形成第二沟槽420后可去除光刻胶500，第二沟槽420与之前形成的第一沟槽410共同构成了切割道400，如图5所示。在湿法刻蚀的过程中，刻蚀液还会横向腐蚀一部分外延层200，由于第二沟槽420远离衬底100的一端（开口端）横向刻蚀时长比靠近衬底100的一端横向刻蚀时长更长，因此第二沟槽420的形状为底部较窄而开口较宽的结构，也即，第二沟槽420的侧壁具有一定的倾斜角度。

[0046] 可选地，步骤S220具体包括：步骤S221，使用去离子水对形成有第一沟槽的晶圆表面进行清洗。

[0047] 具体的，可以使用自动单片清洗设备，在晶圆高速旋转的过程中利用去离子水清洗晶圆。具体的，晶圆转速可以在800 1200r/min，比如1000 r/min。~

[0048] 步骤S222，在晶圆以第一转速旋转的过程中向晶圆表面喷涂刻蚀液。

[0049] 该步骤的目的是使刻蚀液快速地湿润晶圆的整个表面，使得后续步骤S223喷涂的刻蚀液能够更均匀地分布在晶圆表面，使得晶圆的中部、边缘刻蚀的程度趋于一致，提高刻蚀的均匀性。第一转速为一个较高的转速，可选地，第一转速为500 1000r/min，比如800 r/~min。步骤S222中刻蚀液的喷涂时长可选为1 10s，比如3s；喷涂流量可选为10mL/s。
~

[0050] 步骤S223，在晶圆以第二转速旋转的过程中向晶圆表面喷涂刻蚀液，第二转速低于第一转速。

[0051] 在本实施例中，第二转速为一个较低的转速，在晶圆以第二转速转动的过程中喷涂于晶圆表面的刻蚀液将会留存于晶圆表面，参与对外延层200的刻蚀。可选地，第二转速为15 50r/min，比如为25r/min。由于步骤S222中晶圆表面已经被刻蚀液浸湿，因此步骤~S223中低转速过程喷涂的刻蚀液能够均匀分布在晶圆表面的各个位置，不容易因为刻蚀液本身的液面张力导致分布不均。并且，晶圆在低转速下旋转，有利于刻蚀液分布均匀，同时也不会因过大的离心力使刻蚀液脱离晶圆，从而保证后续刻蚀效果。

[0052] 步骤S223中刻蚀液的喷涂量应当根据所需要刻蚀的外延层200的量来设计。应理解，晶圆上需要制作的切割道400越多、面积越大，则需要的刻蚀液越多。具体的，步骤S223中刻蚀液的喷涂量C满足以下关系：当开孔率P不大于5%时，C=A；
当开孔率P处于(5%,10%]区间时，C=（P/0.05‑1）×10+A；
当开孔率P大于10%时，C=A；
其中，开孔率为第一沟槽410在晶圆上的面积占比，具体是第一沟槽410的开口面
积（也即是切割道400的开口面积）除以晶圆的单面面积得到的值。喷涂量C的单位为mL，A取值范围为30 50。在一个具体实施例中，A取值为40，也即，当开孔率P不大于5%时，步骤S223~
中刻蚀液的喷涂量C为40mL；当开孔率P处于(5%,10%]区间时，喷涂量C为40mL 50mL。
~

[0053] 可选地，步骤S223中刻蚀液的喷涂流量为10mL，喷涂时长为3 5s，可根据需要的刻~蚀液的量进行喷涂时长和喷涂流量的调整。

[0054] 步骤S224，将晶圆静置刻蚀第一预设时长。

[0055] 在步骤S223之后，一定量的刻蚀液均匀分布在晶圆上，此时静置刻蚀预设时长，使得刻蚀液能够沿着光刻图案向下刻蚀，直至衬底100；与此同时，刻蚀液也会横向刻蚀一定量。比如，外延层200厚度为10μm的情况下，当刻蚀液刻蚀至衬底100时，以光刻图案在宽度方向上的两个侧边为零点，刻蚀液会在沟槽横向的两侧也会分别多刻蚀4 7μm。因此在步骤~S210中，用于刻蚀第二沟槽420的光刻图案会设计地偏窄，从而为横向刻蚀预留空间，避免过度地横向刻蚀损坏芯片。

[0056] 可选地，预设时长为100 200s，比如140s。如步骤S223所述，若切割道400在晶圆上~的占比较大，在步骤S224之后未完全刻蚀到位，则可以补加刻蚀液再次进行静置刻蚀。

[0057] 进一步的，当开孔率P大于10%时，喷涂量C=A不足以完成刻蚀，因此，在将晶圆静置刻蚀第一预设时长之后，还包括获取所述晶圆的刻蚀深度，根据晶圆的刻蚀深度，将晶圆静置刻蚀第二预设时长。之所以在开孔率P大于10%时，令喷涂量C=A，是因为若一次性喷涂过多的刻蚀液，可能导致刻蚀效果较差，比如晶圆上刻蚀液容易溢出，因此先喷涂适量（比如40mL）的刻蚀液，待步骤S224中静置刻蚀结束之后，再根据刻蚀深度计算刻蚀速率，根据未完成的刻蚀量补充刻蚀液，再次进行静置刻蚀。

[0058] 步骤S225，对晶圆进行清洗、烘干。

[0059] 在刻蚀形成第二沟槽420后，也即形成切割道400。此后可以在晶圆高速旋转过程中利用去离子水清洗晶圆表面，洗净刻蚀液。由于高速旋转能够提供较大的离心力，因此刻蚀的副产物容易随着液流从切割道400排出。之后可利用热氮气将晶圆表面的水分吹干。

[0060] 可选地，本实施例中晶圆的外延层200包含砷化镓和/或铟磷；刻蚀液包含磷酸、过氧化氢和水。含有磷酸和过氧化氢的刻蚀液能够有效地腐蚀镓砷和铟磷，而不会腐蚀光刻胶500。可选地，刻蚀液中磷酸、过氧化氢和水的比例为2 4:1:2 6。在一个具体实施例中，磷~ ~酸、过氧化氢和水的比例为3:1:4。

[0061] 在通过上述湿法刻蚀工艺形成切割道400之后，使得外延层200的应力得以释放，缓解了晶圆因应力而翘曲的问题，方便后续晶圆的加工（比如减薄）以及切割。并且，上述湿法刻蚀外延层的过程只需要几分钟，相较于干法刻蚀而言具有更高的加工效率。

[0062] 在本申请实施例中，在切割道400制作完成之后，也即步骤S200之后，若晶圆仍存在较为明显的翘曲问题（比如晶圆最高和最低之间的高度差大于50μm），则可以对晶圆进行退火。具体的，对晶圆进行退火的步骤可以包括：将晶圆在250 350℃下保温0.5 3h，并冷却~ ~至室温。加热保温过程可以在石英炉炉管中进行，保温结束后可随炉冷却或者空冷至室温。
具体的，可以在石英炉炉管中加热至300℃，保温1h，然后随炉冷却至室温，此时外延层200的应力可以进一步得到释放。

[0063] 图6为本申请一种实施例中制作得到的切割道400的第一示意图；图7为本申请一种实施例中制作得到的切割道400的第二示意图；图8为本申请一种实施例中制作得到的切割道400的侧壁的示意图。如图6至图8所示，通过本申请实施例的切割道加工方法制得的切割道400平整，光滑无明显毛刺。参考图7，在该实施例中，第二沟槽图案的宽度为57.4μm，由于刻蚀液的横向腐蚀，最终外延层200上的第二沟槽420的开口宽度为67μm。如图7和图8所示，切割道400在外延层200处的侧壁（也即第二沟槽420的侧壁）为倾斜坡面。

[0064] 综上所述，本申请实施例提供了一种切割道加工方法，其包括沿钝化层刻蚀晶圆至外延层形成第一沟槽；在第一沟槽内，通过湿法刻蚀工艺刻蚀晶圆至衬底形成第二沟槽，第一沟槽410和第二沟槽420形成切割道400。由于采用湿法刻蚀工艺对外延层200进行刻蚀，能够有效地释放外延层200的内应力，得到的切割道400的侧壁、底壁较为光滑。并且湿法刻蚀外延层200直至衬底100，只需要几分钟即可实现，相较于干法刻蚀工艺而言具有更高的刻蚀效率。另外，干法刻蚀的副产物容易堆积在切割道400中，而湿法刻蚀的副产物容易随刻蚀液排出。

[0065] 需要理解的是，本申请所述的切割道加工方法不仅仅适用于垂腔芯片，还适用于其他包含多层叠结构的芯片。

[0066] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。