一種針對由機械半導體工件（10）的機械鋸切造成的失效機理的解決方案，需要使用激光束以從切割道（18）切削并移除導電（32）材料層和低k電介質（34）材料層，隨后進行鋸切割以分開半導體器件（12）。激光束在所述導電和低k電介質材料層中形成諸如溝槽（44）的激光刻劃區（44、52），所述溝槽的底部（50）止于位于所述導電和低k電介質材料層（38）中各者下方的氧化硅激光能量穿透停止層（30）。所揭示的工藝需要選擇諸如波長、脈沖寬度以及注量等激光參數，這些激光參數協作以保持所述氧化硅停止層完好無損或幾乎未損壞。機械鋸切削所述氧化硅層和位于所述氧化硅層下方的所有其他材料層（40）以及襯底（16），從而分開所述半導體器件。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及圖案化半導體工件的激光刻劃，具體而言，涉及激光能量穿透停止層的使用，以在最小化激光刻劃碎片產生的情況下實現多層圖案化工件中的溝槽刻劃。
技術介紹
半導體器件是在諸如硅晶片等襯底上生成的多層結構，隨后半導體器件在封裝之前通過機械鋸或激光束而切割成單獨的芯片。半導體器件的趨勢是用低k電介質材料層取代二氧化硅電介質層。低k電介質材料機械強度不高；因此，對低k電介質材料層進行機械鋸切可導致一組獨特的器件失效機理。激光刻劃半導體器件的問題在于，激光束與多層結構相互作用而產生必須移除或處理的大量碎片。激光所產生的碎片極熱并且含有熔料。當這些碎片落在晶片表面上時，熔料或熔渣將熔合到該表面上。起于刻劃的激光所產生碎片的處理方式為在刻劃之后清理晶片，或在刻劃之前將水基涂層涂布于晶片表面以防止熱渣粘到晶片表面，并且隨后在刻劃之后一起清理所述涂層以及所產生的碎片。然而，涂布和清理增加了刻劃工藝的成本和復雜性。因此，需要提供一種方法，以在最小化碎片產生的情況下快速完全地刻劃半導體器件。
技術實現思路
一種針對由機械鋸切造成的失效機理的解決方案，需要使用激光束在進行鋸切割之前從切割道切削并移除導電和低k電介質材料層。所揭示的工藝使用激光束以在包含導電(例如，銅)材料層和低k電介質材料層的半導體工件中形成諸如溝槽或凹槽(下文中“溝槽”)等激光刻劃區，所述溝槽的底部止于位于導電材料層和低k電介質材料層中各者下方的氧化硅(SiOx)(優選為二氧化硅)激光能量穿透停止層。所述氧化硅層可通過許多常用工藝來制備，諸如，物理和化學沉積、旋涂式玻璃法(spin on glass)(例如，四乙基原硅酸鹽(TEOS))或硅的氧化(例如，熱氧化)。半導體工件還可含有電路。所揭示的工藝需要選擇諸如波長、脈沖寬度以及注量等激光參數，這些激光參數協作以保持氧化硅層停止層完好無損或幾乎未損壞。此結果為，溝槽底板與氧化硅停止層一致。存在刻劃半導體工件并隨后對其進行切割以分開半導體器件的兩個優選實施例。一個實施例需要對具有側邊界的溝槽進行激光切削，所述側邊界界定了大于鋸條寬度的溝槽寬度，從而向下移除器件層直至溝槽底板，并且隨后使用機械鋸以在所得溝槽中切割半導體器件。另一個實施例需要在切割道的兩條側邊緣上切削出兩條刻劃線，沿深度方向切削至氧化硅停止層，并且隨后用機械鋸在刻劃線之間切割半導體器件。通過下文中參考附圖進行的優選實施例的詳細描述，容易發現本專利技術的其他方面和優點。附圖說明圖I為包含由切割道分開的多個相互隔開的半導體器件在內的圖案化半導體工件的局部平面圖。圖2為示出圖I中包含多層結構的半導體器件的橫截面圖的放大圖像，所述多層結構由被導電材料層和低k電介質材料層覆蓋的二氧化硅下層組成。 圖3A和圖3B為圖I的經修改副本，所示為經配置以分開圖I中的半導體器件的兩個優選激光刻劃區。圖4A為在對硅晶片執行激光刻劃之后碎片區域的電子顯微圖傾斜圖像，圖4B為大體示出經刻劃以產生圖4A中所示的碎片區域的硅晶片多層結構的簡化框圖。圖5為根據現有技術的由于在硅襯底中激光刻劃出刻劃線而產生的碎片區域的電子顯微圖。具體實施例方式圖I為圖案化半導體工件10的局部平面圖，圖案化半導體工件10作為包含多個相互隔開的半導體器件12 (圖示了四個器件12的部分)的硅晶片來實施，半導體器件12包含制造于硅襯底16 (圖2)上的多層結構14 (圖2)并且由切割道18分開。替代襯底16包含玻璃、應變硅、絕緣體上硅、鍺、砷化鎵以及磷化銦。圖I還圖示了多個對準標線20以及占用切割道18內面積的其他犧牲性測試結構(sacrificial test structure) 22。圖2為包含多層結構或堆14的半導體器件12的橫截面圖，多層結構或堆14由低k電介質材料層34所包圍的銅線32層所覆蓋的二氧化硅下層30組成。二氧化硅層30包圍鎢互連線36。銅線32和鎢互連線36延伸至切割道18中。銅線32層和低k電介質材料層34特征為弱熱機械強度性質，因此與二氧化硅層30相比，它們構成多層堆14的弱機械性層38，所述二氧化硅層30具有強機械性在于它幾乎在每種熱機械性質方面都比低k材料層好大約10倍。這些熱機械性質包含層間粘附力、對銅的粘附力、熱穩定性、抗張強度、模量、硬度、內聚強度以及蝕刻選擇性。多層堆14經制造以使弱機械性層38沿深度方向定位成距硅襯底16較遠，并且使包含二氧化硅層30以及在二氧化硅層30下方形成的任何層在內的強熱機械性層40沿深度方向定位成距硅襯底16較近。在最小化碎片產生的情況下對半導體工件10進行激光刻劃需要發射暫時隔開的激光脈沖的脈沖激光束，并且使所述激光脈沖與切割道18中的一者對準，以便入射在半導體工件10的弱機械性上層38上。激光脈沖的特征在于波長、脈沖寬度及注量，以使得多層堆14的弱機械性上層38吸收傳播通過半導體工件10的激光束的能量，而強機械性下層40透射所述激光束的能量。二氧化硅層30用作弱機械性上層38的層能量穿透停止層。二氧化硅層30用作激光能量停止層的原因在于，二氧化硅層30與硅襯底16熱接觸。硅襯底16充當二氧化硅停止層30的散熱器，因此二氧化硅停止層30在激光刻劃期間完好無損。相比之下，弱上層38堆中所包含的一個或多個二氧化硅鈍化層不同于二氧化硅層30，因為前一種二氧化硅層被其他電介質材料(不良熱導體)包圍。這樣可使熱量在形成弱上層38各部分的二氧化硅層中積聚，使得弱上層38可通過激光能量移除。賦予半導體工件10與對準切割道18的脈沖激光束之間的相對運動的激光束定位系統(未圖示)在最小化碎片產生的情況下實現對弱機械性上層38在深度方向上的移除，并因此形成具有沿切割道18縱向延伸的側邊界的激光刻劃區。根據參考圖3A和圖3B而描述的兩個優選實施例中的任一者，所形成的激光刻劃區的側邊界由激光能量穿透停止層30的暴露部分來界定，其中圖3A和圖3B所示為圖I的副本，而為清晰起見將對準標線及犧牲性測試結構移除。圖3A所示為根據第一優選實施例的溝槽44形式的激光刻劃區，溝槽44的切削方式為，引導脈沖激光束沿切割道18通過一次或多次。溝槽44具有分開一段距離48的側邊界46，所述距離48界定溝槽寬度。激光束在側邊界46之間移除弱機械性上層38材料以形成溝槽44，而作為底板50的二氧化硅層30基本上未被激光束損壞。可通過使用定位平臺(positioning stage)或其他器件以縱向地沿切割道18賦予機械鋸與半導體工件10之間 的相對運動，來執行半導體器件12的分離。機械鋸具有厚度小于溝槽寬度的鋸條，以使機械鋸不切穿上層30的弱機械性材料而分開位于溝槽44任一側的半導體器件12。圖3B所示為根據第二優選實施例的每一條側邊界由刻劃線54形成的激光刻劃區52，刻劃線54的切削方式為，引導脈沖激光束沿切割道18的側邊緣56通過一次或多次。亥Ij劃線54確定一段距離58以界定激光刻劃區切削寬度。激光束移除弱機械性上層38材料以形成每一刻劃線54,而作為底板60的二氧化娃層30基本上未被激光束損壞。弱機械性上層38材料存在于刻劃線54之間的空間中。可通過使用定位平臺或其他器件以縱向地沿切割道18賦予機械鋸與半導體工件10之間的相對運動，來執行半導體器件的分離。機械鋸具本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：安迪·E·虎柏，大衛·巴席克，柯林特·R·凡德吉亞森，張海濱，詹姆斯·N·歐布賴恩，
申請(專利權)人：伊雷克托科學工業股份有限公司，
類型：
國別省市：
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