使用基于飛秒的激光及等離子體蝕刻的晶圓切割的制作方法
【專利說明】使用基于飛秒的激光及等離子體蝕刻的晶圓切割 陽OOU 本申請是申請日為2011年6月20日、申請?zhí)枮?01180021218.X、題為"使用基于 飛秒的激光及等離子體蝕刻的晶圓切割"的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002] 巧關(guān)申請案的香叉引用
[0003] 本申請案主張2010年6月22日提出申請的美國臨時申請案第61/357,468號的 權(quán)益，所述申請的全部內(nèi)容W引用的方式并入本文中。 陽004] 背景 陽00引 1)領(lǐng)域
[0006] 本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)于半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，具體關(guān)于切割半導(dǎo)體晶圓的方法，其中每 一晶圓上具有多個集成電路。
[0007] 2)巧關(guān)巧術(shù)的描沐
[0008] 在半導(dǎo)體晶圓處理中，在由娃或其他半導(dǎo)體材料組成的晶圓（亦被稱作襯底）上 形成集成電路。通常，利用半導(dǎo)體、導(dǎo)電或絕緣的不同材料層來形成集成電路。使用各種公 知工藝滲雜、沉積及蝕刻運(yùn)些材料，W形成集成電路。處理每一晶圓W形成大量含有集成電 路的個體區(qū)域，所述個體區(qū)域稱為管忍。
[0009] 在集成電路形成工藝之后，"切割"晶圓W將個體管忍彼此分隔，W用于封裝或在 較大電路內(nèi)W未封裝形式使用。用于晶圓切割的兩種主要技術(shù)為劃線及銀切。藉由劃線， 沿預(yù)成形的劃割線越過晶圓表面移動金剛石尖頭劃線器。運(yùn)些劃割線沿管忍之間的間隔延 伸。運(yùn)些間隔通常被稱作"切割道（street)"。金剛石劃線器沿切割道在晶圓表面中形成 淺劃痕。在諸如W滾軸施加壓力之后，晶圓沿所述劃割線分開。晶圓斷裂遵循晶圓襯底的 晶格結(jié)構(gòu)。劃線可用于厚度約10密耳（千分之一英寸）或更小的晶圓。對于更厚的晶圓， 目前銀切為用于切割的較佳方法。
[0010] 藉由銀切，W每分鐘高轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)的金剛石尖頭銀接觸晶圓表面，且沿切割道銀切 晶圓。晶圓安裝在諸如在薄膜框架上伸展的粘合薄膜之類的支撐構(gòu)件上，且銀反復(fù)施加于 垂直切割道與水平切割道兩者。劃線或銀切的一個問題為：切屑及挖傷可沿所述等管忍的 切斷邊緣形成。此外，裂紋可形成且從所述管忍的邊緣擴(kuò)散至襯底中，且致使集成電路不工 作。剝落及裂化特別為劃線的問題，因為正方形或矩形管忍僅一側(cè)可沿結(jié)晶結(jié)構(gòu)的<110〉 方向被劃線。因此，所述管忍另一側(cè)的裂開產(chǎn)生一銀齒狀分隔線。由于剝落及裂化，故在晶 圓上的管忍之間需要額外間隔，W防止損壞集成電路，例如，將切屑及裂紋維持在與實(shí)際集 成電路一定距離處。由于間隔要求，導(dǎo)致在一標(biāo)準(zhǔn)尺寸晶圓上不能形成同樣多的管忍，且浪 費(fèi)了原本可用于電路的晶圓空間（realestate)。銀的使用加重半導(dǎo)體晶圓上空間的浪費(fèi)。 銀刃約15微米厚。因此，為保證由銀造成的切口周圍的裂紋及其他損壞不損害集成電路， 通常必須將每個所述管忍的電路分隔=百微米至五百微米。此外，在切割之后，每一管忍需 要實(shí)質(zhì)性清潔，W移除由銀切工藝產(chǎn)生的微粒及其他污染物。
[0011] 亦使用了等離子體切割，但等離子體切割同樣可具有局限性。舉例而言，成本可為 阻礙實(shí)施等離子體切割的一個局限。用于圖案化抗蝕劑的標(biāo)準(zhǔn)光刻操作可致使實(shí)施成本過 高?？赡茏璧K實(shí)施等離子體切割的另一局限為，在沿切割道切割中的常見金屬（例如銅） 的等離子體處理可造成生產(chǎn)問題或產(chǎn)量限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的實(shí)施例包括切割半導(dǎo)體晶圓的方法，其中每一晶圓上具有多個集成電 路。
[0013] 在一實(shí)施例中，一種切割具有多個集成電路的半導(dǎo)體晶圓的方法包括W下步驟： 在所述半導(dǎo)體晶圓上方形成一掩模，所述掩模由覆蓋且保護(hù)所述集成電路的層組成。然后 用基于飛秒的激光劃線工藝將所述掩模圖案化，W提供具有間隙的經(jīng)圖案化的掩模，從而 曝露所述集成電路之間的所述半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域。然后穿過所述經(jīng)圖案化的掩模中的所述 間隙蝕刻所述半導(dǎo)體晶圓，W單片化所述集成電路。
[0014] 在另一實(shí)施例中，一種用于切割半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)包括工廠接口。激光劃線設(shè)備 與所述工廠接口禪合，且包括基于飛秒的激光。等離子體蝕刻腔室亦與所述工廠接口禪合。
[0015] 在另一實(shí)施例中，一種切割具有多個集成電路的半導(dǎo)體晶圓的方法包括W下步 驟：在娃襯底上方形成聚合物層。所述聚合物層覆蓋且保護(hù)安置于所述娃襯底上的集成電 路。所述集成電路由安置于低介電常數(shù)材料層及銅層上方的二氧化娃層組成。用基于飛秒 的激光劃線工藝將所述聚合物層、所述二氧化娃層、所述低介電常數(shù)材料層及所述銅層圖 案化，W曝露所述集成電路之間的所述娃襯底的區(qū)域。然后穿過間隙蝕刻所述娃襯底，W單 片化所述集成電路。
【附圖說明】
[0016] 圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的待切割的半導(dǎo)體晶圓的俯視圖。
[0017] 圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的待切割的半導(dǎo)體晶圓的俯視圖，所述半導(dǎo)體晶圓 上形成有切割掩模。
[001引圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的切割半導(dǎo)體晶圓的方法的操作的流程圖，所述 半導(dǎo)體晶圓包括多個集成電路。
[0019] 圖4A圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在執(zhí)行切割所述半導(dǎo)體晶圓的方法期間的包括 多個集成電路的半導(dǎo)體晶圓的橫截面圖，所述橫截面圖對應(yīng)于圖3的流程圖的操作302。
[0020] 圖4B圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在執(zhí)行切割所述半導(dǎo)體晶圓的方法期間的包括 多個集成電路的半導(dǎo)體晶圓的橫截面圖，所述橫截面圖對應(yīng)于圖3的流程圖的操作304。
[0021] 圖4C圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在執(zhí)行切割所述半導(dǎo)體晶圓的方法期間的包括 多個集成電路的半導(dǎo)體晶圓的橫截面圖，所述橫截面圖對應(yīng)于圖3的流程圖的操作306。
[0022] 圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用飛秒范圍內(nèi)的激光脈沖與較長脈沖時間比 較的效果。
[0023] 圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可用于半導(dǎo)體晶圓或襯底的切割道區(qū)域的材料 的堆迭的橫截面圖。
[0024] 圖7包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)晶娃（C-Si)、銅（Cu)、結(jié)晶二氧化娃（c-Si〇2) 及非晶二氧化娃（a-Si〇2)的吸收系數(shù)隨著光子能變化的曲線圖。
[0025] 圖8為方程序，所述方程序展示給定激光的激光強(qiáng)度與激光脈沖能量、激光脈沖 寬度及激光光束半徑的函數(shù)關(guān)系。
[0026] 圖9A至圖9D圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的切割半導(dǎo)體晶圓的方法的不同操作的橫 截面圖。
[0027] 圖10圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的藉由使用與常規(guī)切割相比較窄的切割道達(dá)成的 半導(dǎo)體晶圓上的緊密作用，所述常規(guī)切割可受限于最小寬度。
[0028] 圖11圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的允許較緊密堆積且因此與柵格對準(zhǔn)方法相比允 許每晶圓更多的管忍的自由形式集成電路布置。
[0029] 圖12圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于晶圓或襯底的激光及等離子體切割的工具 布局的框圖。
[0030] 圖13圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性計算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 已描述切割半導(dǎo)體晶圓的方法，其中每一晶圓上具有多個集成電路。在W下描述 中闡述眾多特定細(xì)節(jié)，諸如基于飛秒的激光劃線及等離子體蝕刻條件及材料狀況，W提供 對本發(fā)明的實(shí)施例的透徹理解。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明的實(shí)施例可 在無運(yùn)些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他實(shí)例中，諸如集成電路制造的公知方面不作詳述， W免不必要地使本發(fā)明的實(shí)施例難W理解。此外，應(yīng)理解，附圖中所示的各種實(shí)施例為說明 性表示，且未必按比例繪制。
[0032] 可實(shí)施設(shè)及初始激光劃線及后續(xù)等離子體蝕刻的混合晶圓或襯底切割工藝，W用 于管忍單片化。激光劃線工藝可用于清除掩模層、有機(jī)及無機(jī)介電層及器件層。然后可在 曝露或部分蝕刻晶圓或襯底之后終止所述激光蝕刻工藝。然后可使用切割工藝的等離子體 蝕刻部分來蝕刻穿過大塊的晶圓或襯底（諸如穿過大塊單晶娃），W產(chǎn)生管忍或忍片單片 化或切割。
[0033] 常規(guī)晶圓切割方法包括基于純機(jī)械分離的金剛石銀切、初始激光劃線及后續(xù)金剛 石銀切割或納秒或皮秒激光切割。對于諸如50微米厚的大塊娃單片化之類的薄晶圓或襯 底單片化而言，所述常規(guī)方法僅產(chǎn)生不良工藝品質(zhì)。在從薄晶圓或襯底單片化管忍時可能 面臨的一些挑戰(zhàn)可包括：在不同層之間形成微裂或分層、無機(jī)介電層的剝落、保持嚴(yán)格的銀 口寬度控制或精確的切除深度控制。本發(fā)明的實(shí)施例包括混合激光劃線及等離子體蝕刻管 忍單片化方法，所述方法可適用于克服上述挑戰(zhàn)中的一個或多個。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于飛秒的激光劃線與等離子體蝕刻的組合用于將半