用于高管芯破裂強度和平滑的側壁的激光劃片和等離子體蝕刻的制作方法
【專利說明】用于高管芯破裂強度和平滑的側壁的激光劃片和等離子體 蝕刻
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請案主張2013年7月2日提交的美國臨時申請No. 61/842, 056的優(yōu)先權權 益，該美國臨時申請的整體內容以引用形式并入本文。
[0003] 背景 1)
技術領域
[0004] 本發(fā)明的實施例涉及半導體處理領域，更具體而言，涉及用于劃切（dicing)半導 體晶片的方法和設備，其中，每一個晶片在所述晶片上具有多個集成電路。 2)
【背景技術】
[0005] 在半導體晶片處理中，集成電路形成在由硅或其他半導體材料組成的晶片（也稱 作基板）上。通常，各種材料（其是半導電、導電或絕緣的）層用于形成集成電路。使用各 種公知工藝來摻雜、沉積和蝕刻這些材料以形成集成電路。每一個晶片經(jīng)處理以形成大量 含有集成電路的單個區(qū)域，這些單個區(qū)域被稱為管芯。
[0006] 在集成電路形成工藝后，晶片經(jīng)"劃切"（"dice"）以將單個的管芯彼此分開供 封裝或以未封裝的形式供在較大的電路內使用。用于晶片劃切的兩種主要的技術是劃片 (scribing)和鋸切（sawing)。利用劃片，沿預先形成的劃刻線跨晶片表面來移動金剛石尖 端的劃刻器。這些劃刻線沿管芯的間隔延伸。這些間隔一般被稱作"劃切道"（"street")。 金剛石劃片沿劃切道在晶片表面形成淺劃痕。當（諸如，利用輥（roller))施加壓力后，晶 片沿劃刻線分開。晶片中的裂縫遵循晶片基板的晶格結構。劃片可用于厚度約10密耳（千 分之一英寸）或更小的晶片。對于較厚的晶片，鋸切是當前較佳的用于劃切的方法。
[0007] 利用鋸切，以每分鐘高轉速轉動的金剛石尖端的鋸接觸晶片表面，并且沿劃切道 來鋸切晶片。晶片裝載在支撐構件（諸如，跨膜框被延伸的粘附膜）上，并且鋸被反復施加 于豎直和水平的劃切道。劃片或鋸切的一個問題在于，碎片（chip)和鑿孔（gouge)會沿管 芯的隔離的邊緣形成。此外，裂縫會形成，并且會從管芯的邊緣傳播到基板內，并且導致集 成電路失效。剝落（chipping)和破裂（cracking)對于劃片尤其是問題，因為在晶體結構的 〈11〇>方向上，僅可對正方形或矩形管芯的一側劃切。因而，使管芯的另一側開裂導致鋸齒 狀分隔線。由于剝落和破裂，在晶片上的管芯之間需要額外的間距以防止對集成電路的損 壞，例如，使碎片和裂縫保持在距實際的集成電路一定距離處。作為間距要求的結果，沒有 許多的管芯可形成在標準尺寸的晶片上，并且浪費了否則可用于電路的晶片基板面（real estate)。鋸的使用加劇了半導體晶片上的基板面的浪費。鋸刃約為15微米厚。由此，為 了確保圍繞由鋸產(chǎn)生的切口的破裂和其他損壞不損害集成電路，管芯中的每一個管芯的電 路通常必須分開300至500微米。另外，在切割（cutting)之后，每一個管芯需要大量的清 洗以去除源自鋸切工藝的顆粒和其他污染物。
[0008] 也已使用了等離子體劃切，但是等離子體劃切也有限制。例如，阻礙等離子體劃切 的實現(xiàn)的一個限制是成本。用于對光阻圖案化的標準光刻（lithography)操作將使該實現(xiàn) 成本過高?？赡茏璧K等離子體劃切的實現(xiàn)的另一限制在于，在沿劃切道進行劃切時，對常用 金屬（例如，銅）的等離子體處理會造成生產(chǎn)問題或產(chǎn)量限制。

【發(fā)明內容】

[0009] -個或多個實施例涉及用于劃切半導體晶片的方法和設備，每一個晶片上都具有 多個集成電路。
[0010] 在實施例中，劃切具有多個集成電路的半導體晶片的方法涉及在半導體晶片上方 形成掩模，所述掩模覆蓋并保護集成電路。所述方法還涉及：利用激光劃片工藝來圖案化掩 模以提供具有間隙的經(jīng)圖案化的掩模，從而暴露半導體晶片在集成電路之間的多個區(qū)域。 所述方法還涉及：穿過經(jīng)圖案化的掩模中的間隙來各向異性地蝕刻半導體晶片，以形成經(jīng) 蝕刻的溝槽并推進經(jīng)蝕刻的溝槽以完全穿過所述半導體晶片，從而單片化（singulate)集 成電路。所述方法還涉及：利用基于NFjPCFj^組合的等離子體來各向同性地蝕刻經(jīng)各向 異性地蝕刻的溝槽。
[0011] 在另一實施例中，用于劃切具有多個1C的基板的系統(tǒng)包括激光劃片模塊，所述激 光劃片模塊用于圖案化多層式掩模，并暴露基板在1C之間的多個區(qū)域。所述系統(tǒng)還包括各 向異性等離子體蝕刻模塊，所述各向異性等離子體蝕刻模塊實體耦接至激光劃片模塊的各 向異性等離子體蝕刻模塊，以便各向異性地形成經(jīng)蝕刻的溝槽并推進經(jīng)蝕刻的溝槽以穿過 在激光劃片后保留的基板的厚度。所述系統(tǒng)還包括各向同性等離子體蝕刻模塊，所述各向 同性等離子體蝕刻模塊實體耦接至激光劃片模塊，以便利用基于NF#P 組合的等離子 體來各向同性地蝕刻經(jīng)各向異性地蝕刻的溝槽。所述系統(tǒng)還包括機器人傳送腔室，所述機 器人傳送腔室用于將經(jīng)激光劃片的基板從激光劃片模塊傳送至各向異性的等離子體蝕刻 模塊。
[0012] 在另一實施例中，劃切具有多個集成電路的半導體晶片的方法涉及提供半導體晶 片，所述半導體晶片上具有經(jīng)圖案化的掩模，所述經(jīng)圖案化的掩模覆蓋并保護集成電路，并 且具有暴露半導體晶片在集成電路之間的多個區(qū)域的間隙。所述方法還涉及：穿過經(jīng)圖案 化的掩模中的間隙來各向異性地蝕刻半導體晶片，以形成經(jīng)蝕刻的溝槽并推進經(jīng)蝕刻的溝 槽以完全穿過半導體晶片，從而單片化集成電路。所述方法還涉及：利用基于NF#PCFj9 組合的等離子體來各向同性地蝕刻經(jīng)各向異性地蝕刻的溝槽。
【附圖說明】
[0013] 通過示例而非限制方式來說明本發(fā)明的實施例，并且當結合附圖來考慮時，參照 以下【具體實施方式】可更完整地理解本發(fā)明的實施例，其中：
[0014] 圖1是流程圖，其表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的劃切包括多個集成電路的半導體晶 片的方法中的操作；
[0015] 圖2A、2B、2C和2D示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、在執(zhí)行對應于圖1的操作的劃切 半導體晶片的方法期間的、包括多個集成電路的半導體晶片的截面圖；
[0016] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、可存在于半導體晶片或基板的劃切道區(qū)域中的 材料疊層的截面圖；
[0017] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的一體式劃切系統(tǒng)的平面示意圖；以及
[0018] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性計算機系統(tǒng)的框圖，該計算機系統(tǒng)控制對 本文中所述的掩膜、激光劃片、等離子體劃切方法中的一個或多個操作的自動化執(zhí)行。
【具體實施方式】
[0019] 描述了劃切半導體晶片的方法，每一個晶片在所述晶片上具有多個集成電路。在 下述描述中，陳述眾多特定細節(jié)（諸如，激光與等離子體蝕刻晶片劃切方式）以提供對本發(fā) 明的實施例的透徹理解。對本領域技術人員將是顯而易見的是，可在不具這些特定細節(jié)的 情況下來實踐本發(fā)明的實施例。在其他實例中，不詳細地描述公知的方面（諸如，集成電路 制造），以免不必要地混淆本發(fā)明的實施例。另外，應當理解，附圖中所示的各種實施例僅是 說明性的表示，并且不一定是按比例繪制的。
[0020] 在實施例中，實現(xiàn)涉及初始的激光劃片和后續(xù)的等離子體蝕刻的混合式晶片或基 板劃切工藝，以進行管芯單片化。可用激光劃片工藝來潔凈地去除掩模層、有機與無機電介 質層和器件層。隨后可在暴露或部分蝕刻晶片或基板后終止激光蝕刻工藝。接著可利用劃 切工藝的等離子體蝕刻部分來蝕刻穿過晶片或基板的主體（bulk)(諸如，穿過大塊的單晶 硅）以產(chǎn)出管芯或晶片單片化或劃切。在更特定的實施例中，描述了用于高管芯破裂強度 和潔凈的側壁的激光劃片和等離子體蝕刻方法。實施例可包括以下一者或多者：晶片劃切、 激光劃片、等離子體蝕刻、管芯破裂強度考慮、管芯側壁粗糙度考慮、氟/碳殘留物考慮、側 壁潔凈度考慮和/或基于NF3&CF4的組合的蝕刻劑。
[0021] 為了提供進一步的上下文，在激光劃切+等離子體蝕刻混合處理以使晶片上的1C芯片單片化期間，在此類管芯單片化中需解決的技術挑戰(zhàn)包括以下一者或二者：（1)對薄 的（例如，小于約1〇〇微米）晶片，尤其是對超薄的（例如，小于約50微米）晶片而言，所 產(chǎn)生的經(jīng)單片化的管芯應當具有足夠高的管芯破裂強度以確?？煽康墓苄臼叭『头胖靡?及后續(xù)的組裝工藝；（2)對于無論什么厚度的所有經(jīng)單片化的管芯，管芯側壁應當是潔凈 的，因為碳（C)或氟（F)元素的存在（諸如，以碳氟化合物（也稱作全氟碳化物或PFC)的 形式存在）會影響后續(xù)的封裝工藝中的管芯的粘附特性，且甚至會導致封裝工藝中的低可 靠度。
[0022] 在實施例中，可采用多重等離子體蝕刻方式來劃切晶片，其中，在各向異性的單片 化蝕刻之后采用各向同性的蝕刻來改善管芯側壁。激光劃片去除難以蝕刻的鈍化層、電介 質和金屬層，直到位于下方的硅基板被暴露為止。隨后，可使用各向異性的等離子體蝕刻來 生成深度達到目標管芯厚度的溝槽。最后，在管芯單片化之后，各向同性的蝕刻可去除來自 經(jīng)異向性蝕刻的管芯側壁的各向異性蝕刻副產(chǎn)物、粗糙度和/或扇形部（scalloping)。在 一個實施例中，所產(chǎn)生的經(jīng)單片化的管芯具有較高的管芯破裂強度（相對于沒有暴露于最 終各向同性的蝕刻的經(jīng)單片化的管芯）以確?？煽康墓苄臼叭『头胖靡约昂罄m(xù)的組裝工 藝。在實施例中，對管芯側壁清潔了碳（C)或氟（F)元素，碳或氟元素否則會不利地影響后 續(xù)的封裝工藝中的管芯的粘著特性，從而導致低可靠性。粗糙的側壁（例如，未經(jīng)處理的側 壁）可能降低管芯破裂強度（例如，