專利名稱：激光切割的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及將微電子器件晶片切割成單個(gè)的微電子小片。特別地，本發(fā)明涉及在存在陰離子等離子體的情況下使用激光切割。
現(xiàn)有技術(shù)在微電子器件的生產(chǎn)中，在微電子器件晶片之中和之上構(gòu)造集成電路，晶片通常主要包括硅，盡管也可使用諸如砷化鎵和磷化銦等其它材料。如圖6中所示，單個(gè)微電子器件晶片200可包含多個(gè)實(shí)質(zhì)上相同的集成電路202，它們通常實(shí)質(zhì)上是矩形的，并排列成行和列。一般而言，實(shí)質(zhì)上在微電子器件晶片200的整個(gè)表面上，兩組相互平行的切割道204在每個(gè)分立的集成電路202之間相互垂直地延伸。
在微電子器件晶片200上的集成電路202經(jīng)過初步的功能測(cè)試(晶片揀選)之后，微電子器件晶片200被切割成小片(切割開來)，以使功能集成電路202的每個(gè)區(qū)域成為能被用來形成封裝的微電子器件的微電子芯片。一種示例性微電子晶片切割過程使用圓形鑲嵌的金剛石的切割鋸，它沿位于每行和每列之間相互垂直的兩組切割道204前進(jìn)。當(dāng)然，切割道204的大小被設(shè)計(jì)為允許晶片鋸刃在相鄰的集成電路202之間通過而不會(huì)造成電路的損壞。
如圖7和8中所示，微電子器件晶片200可具有護(hù)圈206，它們實(shí)質(zhì)上圍繞著集成電路202。護(hù)圈206延及互連層208的整個(gè)厚度(見圖8)?；ミB層208包括多個(gè)層212，它們由被襯底晶片214上的電介質(zhì)層分開的金屬軌跡層組成。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將可理解，互連層208為集成電路內(nèi)的集成電路組件之間、以及到在與外部設(shè)備(未示出)的倒裝連接中所使用的外部互連220的電連通提供路線。護(hù)圈206一般是在構(gòu)造互連層208時(shí)被逐層構(gòu)造的。護(hù)圈206協(xié)助防止外界雜質(zhì)侵蝕到互連層208之間的集成電路202中。
在切割之前，微電子器件晶片200被安設(shè)在附著在脊形框架(未示出)上的粘性的、柔軟的帶子216(圖8中所示)上，在切割操作之后，并在傳送到下一裝配步驟期間，帶子216繼續(xù)持載微電子芯片。如圖9和10中所示，鋸子在切割道204中切出整個(gè)互連層208和襯底晶片214的厚度的溝槽218。在切割期間，鋸子一般切入帶子216最多達(dá)其厚度的三分之一。
但是，在微電子器件晶片200的切割中，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)切割鋸的使用導(dǎo)致沿互連層208的邊緣很粗糙，并導(dǎo)致互連層208上被強(qiáng)加了應(yīng)力。當(dāng)互連層208具有韌性銅跡線或互連時(shí)，此效果最為普遍。該粗糙的邊緣和強(qiáng)加的應(yīng)力是互連層208中通過護(hù)圈206到集成電路202中裂紋擴(kuò)展和/或分層剝離、從而引起致命缺陷的根源。
為消除互連層208中的粗糙邊緣，可使用諸如355nm的Nd:YAG激光(摻釹釔鋁石榴石(YAG)的放大介質(zhì))等激光來切割微電子器件晶片200，或至少在互連層燒蝕出溝道(因?yàn)榧す庖?燒穿微電子器件晶片的整個(gè)厚度可能會(huì)很慢)，接著用標(biāo)準(zhǔn)的晶片鋸來完全切割微電子器件晶片200的其余部分。但是，硅或含硅材料(諸如二氧化硅、氮化硅等，用作互連層中的電介質(zhì)層)的激光燒蝕導(dǎo)致單質(zhì)硅被釋放出來(與其它化學(xué)元素的鍵斷裂)，它們被迅速氧化，并以熔融形式的殘?jiān)练e在微電子器件晶片200上。此殘?jiān)梢鹱罱K產(chǎn)品的連接問題，因?yàn)樗璧K了與外部器件(未示出)之間的外部互連220的潤(rùn)濕。
為防止此類污染，在微電子器件晶片200上淀積化學(xué)防蝕層或其它犧牲層222，如

圖11中所示。由此，因?yàn)闅堅(jiān)?24是在激光燒蝕(即，激光束226(圖示為箭頭)切入微電子器件晶片200)期間生成的，所以它沉積在犧牲層222上。在切割之后，移除犧牲層222，從而留下了實(shí)質(zhì)上無雜質(zhì)的最終產(chǎn)品的微電子芯片230，如圖12中所示。盡管犧牲層222的使用是有效的，但是它需要涂敷犧牲層222、圖案化(若需)、和移除犧牲層222的附加工藝步驟。這些額外的步驟增加了最終產(chǎn)品的微電子芯片230的成本。
因此，開發(fā)能用激光有效地切割微電子器件晶片，并且同時(shí)減少或?qū)嵸|(zhì)上消除最后結(jié)果的微電子小方片上的殘?jiān)练e的裝置和技術(shù)將是有利的。
附圖簡(jiǎn)述盡管在所附權(quán)利要求書中特別指出并清楚地聲明了被視為本發(fā)明的技術(shù)方案，但是當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下發(fā)明描述后，就可更容易地確定本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的微電子器件晶片的側(cè)剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明，在存在陰離子等離子體的情況下激光燒蝕微電子器件晶片的互連層的側(cè)剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的在微電子器件晶片的互連層中形成的溝槽的側(cè)剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的鋸切微電子器件晶片的襯底晶片的側(cè)剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一種裝置的示意圖的側(cè)剖視圖；圖6是本領(lǐng)域中公知的具有多個(gè)未被單切的微電子器件的常規(guī)微電子器件晶片的頂面俯視圖；圖7是如本領(lǐng)域公知的，示出切割道區(qū)域的圖8的插圖部分7的頂面俯視特寫視圖；圖8是如本領(lǐng)域公知的，微電子器件晶片的切割道區(qū)域沿圖7的線8-8的側(cè)剖視圖；圖9是如本領(lǐng)域公知的，切割后的微電子器件晶片的頂面俯視特寫視圖；圖10是如本領(lǐng)域公知的，微電子器件晶片的切割道區(qū)域沿圖9的線10-10的側(cè)剖視圖；圖11是如本領(lǐng)域公知的，激光燒蝕其上沉積了犧牲層的微電子器件晶片的側(cè)剖視圖；圖12是如本領(lǐng)域公知的，圖11的微電子器件晶片在切割和移除犧牲層之后的側(cè)剖視圖。
所示實(shí)施例的詳細(xì)描述在以下詳細(xì)描述中對(duì)附圖進(jìn)行了參考，附圖以示意方式示出了可在其中實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例。以充分的細(xì)節(jié)描述了這些實(shí)施例，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例盡管是不同的，但未必相互排斥。例如，可在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)本文中結(jié)合一個(gè)實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范圍。此外，應(yīng)當(dāng)理解，可修改單個(gè)元件在所公開的每個(gè)實(shí)施例中的位置或排列，而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，不應(yīng)視以下詳細(xì)描述為限制性的，本發(fā)明的范圍僅由適當(dāng)?shù)卦忈尩乃綑?quán)利要求書、以及所附權(quán)利要求書有權(quán)覆蓋的全部范圍的等效技術(shù)方案來定義。在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)在所有這幾個(gè)附圖中是指相同或相似的功能。
本發(fā)明包括通過在存在陰離子等離子體的情況下，由激光燒蝕微電子器件晶片的至少互連層部分來切割微電子器件晶片的裝置和方法，其中陰離子等離子體與激光燒蝕所產(chǎn)生的殘?jiān)磻?yīng)以形成反應(yīng)氣體。
圖1示出與圖6和7中微電子器件晶片200類似的微電子器件晶片100，它包括設(shè)置在粘性的、柔軟的帶子116上的襯底晶片114(包括但不限于，硅、砷化鎵和磷化銦)、以及淀積在襯底晶片114上的互連層108。當(dāng)然，可以理解，術(shù)語“晶片”的使用不僅僅包括整個(gè)晶片，而是還包括其一些部分。
互連層108通常是電介質(zhì)材料(包括但不限于，二氧化硅、氮化硅、氟化二氧化硅、碳摻雜的二氧化硅、碳化硅、各種聚合電介質(zhì)材料(諸如可從DowChemical、Midland、MI等購得的SiLK等))和經(jīng)圖案化的導(dǎo)電材料(包括銅、鋁、銀、鈦及其合金等等)的交替層112。制造互連層108以及其中各個(gè)層中的次要組分材料的方法和過程對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
如以上所討論的，多個(gè)切割道104將單個(gè)的集成電路102分開。一般而言，切割道104垂直地延伸以將集成電路102分成行和列。至少一個(gè)護(hù)圈106可將集成電路102與切割道104隔離，如以上參考圖6和7所討論的。在切割道104內(nèi)通常有測(cè)試結(jié)構(gòu)，它們由與互連層108的其它部分相同的材料形成。在切割道104的測(cè)試結(jié)構(gòu)與護(hù)圈106之間可以是完全由電介質(zhì)材料形成而不含導(dǎo)電材料的一個(gè)或數(shù)個(gè)區(qū)域。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括使用諸如Nd:YAG激光器(摻釹釔鋁石榴石(YAG)的放大介質(zhì))等激光器(例如，由美國俄勒岡州波特蘭市的Electro ScientificIndustries公司制造的2700型顯微機(jī)械加工系統(tǒng))來燒蝕掉微電子器件晶片100的至少一個(gè)部分(例如，燒穿互連層108)。但是，這一激光燒蝕是在存在陰離子等離子體的情況下執(zhí)行的。陰離子等離子體的生成在本領(lǐng)域中是公知的，其中諸如氟氣(F2)、氯氣(Cl2)等氣體和/或氣體被充電成為陰離子等離子體(分別為F-、Cl-和/或其它)中。等離子體生成系統(tǒng)的具體操作參數(shù)將隨所使用的氣體而改變，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。
在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2中所示，陰離子等離子體118(圖示為虛線范圍)是從靠近帶電環(huán)形等離子體環(huán)122的氟氣產(chǎn)生的，該帶電環(huán)形等離子環(huán)122位于靠近含硅材料的互連層108的地方(例如，在離互連層108大約2和3mm之間的地方)。穿過環(huán)形等離子體環(huán)122和陰離子等離子體118發(fā)射激光束124(圖示為虛線區(qū)域)以燒蝕互連層108中在切割道104內(nèi)的預(yù)定部分(見圖1)。當(dāng)激光燒蝕產(chǎn)生硅雜質(zhì)132(例如，Si+4)時(shí)，在它能氧化并沉積在微電子器件晶片100上以前，它與陰離子等離子體118中的離子134(例如，F(xiàn)-)反應(yīng)以形成反應(yīng)氣體136(例如，SiF4)。在化學(xué)術(shù)語中，發(fā)生以下反應(yīng)
所產(chǎn)生的反應(yīng)氣體136簡(jiǎn)單地從該系統(tǒng)被排出。當(dāng)然，反應(yīng)氣體136能在其它微電子芯片處理步驟中被再生和重新使用。自然地，此工藝并不局限于微電子器件制造，而是可被應(yīng)用于任何含硅材料的激光燒蝕。
因?yàn)榧す馐?24切割/燒蝕出邊緣平滑的溝槽142，所以它不會(huì)在包括互連層108的隔層中擴(kuò)展裂紋或引起這些層的分層剝離。盡管激光可完全割穿微電子器件晶片100，但是它是很緩慢的過程。在一個(gè)實(shí)施例中，在如圖3所示地形成了整個(gè)互連層108的厚度的溝槽142之后停止激光燒蝕，并可使用晶片鋸144來割穿襯底晶片114，如圖4中所示。因此，晶片鋸144將僅僅在襯底晶片114內(nèi)切割微電子晶片100，在這里裂紋形成并不是問題。當(dāng)然，晶片鋸144的寬度必需小于溝槽142的寬度以防損壞溝槽側(cè)壁。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一種裝置的示意圖?？蓪⑽㈦娮悠骷?00設(shè)置在密封室154中的底座152上。等離子體系統(tǒng)156的等離子環(huán)122設(shè)置在靠近微電子器件晶片100的地方。激光系統(tǒng)158放在與所述底座152相對(duì)的地方，用于穿過等離子環(huán)122來發(fā)射激光束124(見圖2)以照射微電子器件晶片100?？赏ㄟ^伸到密封室154中、并到等離子環(huán)122與激光系統(tǒng)158之間的位置為止的氣體饋送線164投放用于等離子體生成的原料氣(圖示為箭頭162)，該位置優(yōu)選為離開等離子環(huán)122大約20mm以允許將原料氣162充入等離子體，但優(yōu)選局限于微電子器件晶片100的燒蝕區(qū)域。密封室154還包括排氣口166，它用于排掉反應(yīng)氣136(見圖2)、其它雜質(zhì)、多余的等離子體118(見圖2)、和/或未反應(yīng)的原料氣162。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，可在排氣口166上設(shè)置滌氣器168，用于將有害氣體在排放到大氣中之前除去，和/或提餾各種氣體以便在其它處理步驟中重新使用。并且，應(yīng)理解可使用此裝置來燒蝕任何含硅材料。
到此已詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解，由所附權(quán)利要求書定義的本發(fā)明并不受以上描述中所闡述的特定細(xì)節(jié)所限制，因?yàn)槠湓S多顯而易見的改變都是可能的，而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種切割微電子器件晶片的方法，包括提供包括其上沉積了互連層的襯底晶片的微電子器件晶片，所述微電子器件包括在其中形成的由至少一條切割道分開的至少兩個(gè)集成電路；在靠近所述互連層的地方生成陰離子等離子體；以及通過穿過所述陰離子等離子體發(fā)射激光束，在所述至少一條切割道內(nèi)激光燒蝕出穿透所述互連層的至少一條溝槽。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在燒蝕穿透所述互連層之后停止所述激光燒蝕，并用晶片鋸在所述至少一條溝槽內(nèi)割穿所述襯底晶片。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述陰離子等離子體包括用氟氣生成所述陰離子等離子體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述陰離子等離子體包括用氯氣生成所述陰離子等離子體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，生成所述陰離子等離子體包括用設(shè)置在靠近所述互連層的地方的等離子環(huán)來生成陰離子等離子體。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，激光燒蝕包括穿過所述等離子環(huán)發(fā)射所述激光束。
7.一種激光燒蝕的方法，包括提供含硅材料；在靠近所述含硅材料的地方生成陰離子等離子體；以及通過穿過所述陰離子等離子體發(fā)射激光束，來激光燒蝕所述含硅材料。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，生成所述陰離子等離子體包括用氟氣生成所述陰離子等離子體。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，生成所述陰離子等離子體包括用氯氣生成所述陰離子等離子體。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，生成所述陰離子等離子體包括用設(shè)置在靠近所述含硅材料的地方的等離子環(huán)來生成陰離子等離子體。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，激光燒蝕包括穿過所述等離子環(huán)發(fā)射所述激光束。
12.一種用于激光燒蝕的裝置；包括等離子系統(tǒng)的等離子環(huán)；以及被設(shè)置成穿過所述等離子環(huán)發(fā)射激光束的激光系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括其中駐留所述等離子環(huán)和所述激光系統(tǒng)的密封室。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，還包括連接到所述密封室的排氣口。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述排氣口上的滌氣器。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，還包括伸到所述密封室中，并到靠近所述等離子環(huán)的地方為止的氣體饋送線。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述氣體饋送線到所述激光系統(tǒng)與所述等離子環(huán)之間為止。
18.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置成與所述激光系統(tǒng)相對(duì)的底座，并且所述等離子環(huán)在這兩者之間。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述底座上的含硅材料。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述底座上的微電子器件晶片。
全文摘要
一種裝置和方法，通過在存在陰離子等離子體的情況下激光燒蝕微電子器件晶片的至少互連層部分來分開微電子器件晶片，其中陰離子等離子體與激光燒蝕所產(chǎn)生的殘?jiān)磻?yīng)以形成反應(yīng)氣體。
文檔編號(hào)B23K26/14GK1890796SQ200480036050
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者R·姆利甘, S·沙龍 申請(qǐng)人:英特爾公司