激光處理制造技術

本發明專利技術提供一種在襯底（２２）上蒸發目標結構（２４）的系統（１０，３３）和方法。根據本發明專利技術，計算在目標結構（２４）中沉積單位能量所需要的入射光束能量作為波長的函數，然后，對于入射光束能量，計算預計沉積在襯底（２２）中的能量作為波長的函數。找出對應于預計沉積在襯底（２２）中的能量的相對低值的波長，該低值充分地低于在較高波長上預計沉積在襯底中的能量的值。提供一種激光系統（１０），配置成在對應于預計沉積在襯底（２２）中的能量的相對低值的波長上產生激光輸出。在對應于預計沉積在襯底中的能量的相對低值的波長上，將激光輸出（１３，１４，１５，１６，１８＆２０）導向襯底（２２）上的目標結構（２４），以便蒸發該目標結構（２４）。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及激光處理系統和方法，包括以高產出率去除在集成電路或存儲器裝置的硅襯底上緊密間隔的金屬連接結構或“熔絲”。激光系統可以用來去除集成電路和存儲器裝置，諸如ASIC，DRAM，和SRAM中的熔絲結構(“熔固連接”)，用于諸如去除缺陷單元目的和替換缺陷單元為以此目的提供的冗余單元(冗余存儲器修復)。連接處理激光系統包括由General Scanning公司制造的M320和M325系統，它們在很多波長上產生激光輸出，包括1.047μm、1.064μm和1.32μm。經濟需要導致更小、更復雜、更高密度的半導體結構的開發。這些更小的結構具有在相對高速下工作的優點。同時，由于半導體器件零件可以更小，更多的零件可以包括在一個單獨的硅片中。由于在半導體加工設備上處理單個晶片的費用幾乎不依賴于晶片上零件的數目，因此每個晶片上更多數目的零件可以轉變成每個零件更低的成本。在80年代，半導體器件零件經常包括多晶硅和硅化物互連。盡管基于多晶硅的互連是相對較差的導體，但他們使用當時的工藝容易制造，并且非常適合于那時普遍使用的NdYAG激光器產生的波長。然而，隨著幾何尺寸的縮小，多晶硅互連和連接結構的較差傳導性變成問題，一些半導體制造商轉向了鋁。已經發現某些常規的激光器它們可以切割多晶硅連接，不能切割鋁連接，特別是會發生損壞硅襯底。這種情況可以通過以下事實解釋，鋁的反射性非常高而吸收性低。因此，必須使用增加的能量以克服這種低吸收性。當使用過多的能量時，更高的能量會傾向于毀壞襯底。Sun等人的美國專利5,265,114提出了一種“吸收度對比”模型用于選擇適當的激光波長以切割鋁和其他金屬，諸如鎳、鎢和鉑。具體地，該專利描述了選擇出一個波長范圍，在此范圍內硅幾乎是透明的，并且金屬連接材料的光學吸收特性足以用于要被處理的連接。該專利聲稱對比與激光波長1.064μm和0.532μm，1.2μm到2.0μm波長范圍提供了硅襯底和高傳導性連接結構之間的高吸收度對比。本專利技術提供一種在襯底上蒸發目標結構的系統和方法。根據本專利技術，計算在目標結構中沉積單位能量所需要的入射光束能量作為波長的函數。然后，對于入射光束能量，計算預計沉積在襯底中的能量作為波長的函數。找出對應于預計沉積在襯底中的能量的相對低值的波長，該低值充分地低于在較高波長上預計沉積在襯底中的能量的值。提供一種激光系統，配置成在對應于預計沉積在襯底中的能量的相對低值的波長上產生激光輸出。在對應于預計沉積在襯底中的能量的相對低值的波長上，將激光輸出導向襯底上的目標結構，以便蒸發該目標結構。本專利技術的某些應用包括選擇合適的波長用于切割金屬連接而不對硅襯底產生不可接受的損害。其中波長小于，而不是大于，傳統的波長1.047μm和1.064μm。該波長選擇方法是有利的，因為使用較短的波長會導致較小的激光點，其它條件相同的情況下，用該激光點只擊中需要的連接將更容易。具體地，其它條件相同的情況下，根據公式激光光點大小直接正比于波長光點尺寸正比于λf，其中λ是激光波長，f是光系統的f數。此外，本專利技術的某些應用包括選擇合適的波長，在此波長下襯底具有低吸收度，但是互連材料比在常規波長1.047μm和1.064μm或者比常規更高的波長具有更高的吸收度。由于互連材料降低了反射性，入射激光能量可以降低而互連材料仍然吸收足夠的能量使互連熔斷而不需要多個激光脈沖(這會影響吞吐量)，或者由于激光光束造成附帶損害。本專利技術可以只用單個激光脈沖對布置為緊密間隔的圖案的高傳導率互連材料，諸如銅，金等等進行高質量的激光連接切割而不損害襯底。本專利技術還允許比在波長1.047μm，1.064μm下獲得更小的激光點尺寸，而仍然提供可接受的連接切割。附圖說明圖1是根據本專利技術用于去除半導體器件的連接的激光器系統的框圖，其中該連接由諸如銅或金等材料制成。圖2是半導體器件襯底上的連接的透視圖。圖3是銅，金，鋁和硅的吸收度作為波長的函數的曲線圖。圖4是根據本專利技術，硅襯底上對于銅，金，和鋁連接的襯底吸收函數作為波長的函數的曲線圖。圖5是硅襯底上對于銅，金，和鋁連接的L-S函數曲線圖，其中L是連接的吸收度，S是襯底的吸收度。圖6是硅襯底上對于銅，金，和鋁連接的(L－S)/(L＋S)函數曲線圖，其中L是連接的吸收度，S是襯底的吸收度。在圖1的框圖中，示出了用于消除半導體器件連接的系統。激光器10構成為在常規波長，例如1.047μm上工作。其后排列著激光輸出系統，包括波長轉換器12，諸如頻率加倍器或光學參量振蕩器(OPO)，用于轉換到波譜“綠”區的小于0.55μm的波長。如下詳述，激光束然后通過激光輸出系統的剩余部分，包括受控的電—聲-光衰減器13，擴展光束的望遠裝置14，和借助兩個掃描電流計18和20通過聚焦透鏡16掃描光束的掃描頭15。在計算機33的控制下，光點被聚焦到要去除連接24的晶片22上。激光器10被安置在相對于電流計和工件穩定的平臺11上。它從自身外部受計算機33控制將其光束傳送至包括精確X和Y電流計18和20的掃描頭。在消除連接時光束以小于3/10微米的精度定位是非常重要的。關聯于連續移動的電流計的位置的激光脈沖的時間選擇是重要的。計算機33在需要時控制發出激光脈沖。分步重復桌面34移動晶片到位以處理每一半導體器件。在一個實施方案中，激光器10為釹釩酸鹽激光器，其具有總長L約6英寸和短的腔長。該優選實施方案的轉換器12在腔體之外，大約另有4英寸長。在備選實施方案中，激光器10可以配置成產生具有合適波長的激光輸出，因此可以不需要轉換器。該激光器為Q開關半導體泵浦激光器，具有足夠的長度和結構以便能夠通過計算機33以高精度進行脈沖率的外部控制。激光器的腔體包括部分透射鏡7，最優化在釹釩酸鹽激光棒6被二極管泵浦的所在波長。部分透射輸出鏡9也最優化在該波長。泵浦二極管4根據設計產生一至二瓦功率，它聚焦在激光棒6的后面。如上所述，激光棒在其受泵端，覆以適合于標準激光波長1.064μm或1.047μm的鏡7。激光棒的另一端覆以二向色涂層。激光腔中為聲光調制器形式的光學Q開關8。它用作建立激光器工作頻率的快門。Q開關外面是輸出鏡9。激光棒受泵端上的鏡7和聲光Q開關外的鏡9這兩個鏡子組成了激光腔。另一個聲光衰減器形式的系統光學開關13位于激光腔外的激光輸出光束中。在計算機33的控制下，它用于除非需要時阻止光束到達電流計，和當需要光束到達電流計時，受控地減小激光束功率到要求的功率水平。在汽化作用過程中，根據系統和工藝的工作參數該功率水平可能小至總激光輸出的10％。在汽化作用前激光輸出光束對準目標結構的對準過程中，該功率水平可能約為總激光輸出的0.1％。操作中，X，Y電流計10和12的位置通過電流計控制G受控于計算機33。通常，電流計在硅晶片上半導體器件上方以恒定速度移動。激光器基于控制電流計的定時信號而受控于定時信號。激光器以恒定的重復頻率工作，并且通過系統光學開關13而與電流計同步。在圖1的框圖中，示出了激光束聚焦在晶片上。在圖2的放大圖中，看到激光束聚焦在半導體器件的連接部件25上。金屬連接通過二氧化硅絕緣層32被支持在硅襯底30上。絕緣層可以是例如0.3-0.5微米厚。在該金屬連接之上是另一個二氧化硅層(未示出)。在連接熔斷技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在襯底上蒸發目標結構的方法，包括如下步驟：計算在目標結構中沉積單位能量所需要的入射光束能量，作為波長的函數；對于入射光束能量，計算預計沉積在襯底中的能量作為波長的函數；找出對應于預計沉積在襯底中的能量的相對低值的波長，該低值 充分地低于在較高波長上預計沉積在襯底中的能量的值；提供一種激光系統，配置成在對應于預計沉積在襯底中的能量的相對低值的波長上產生激光輸出；以及在對應于預計沉積在襯底中的能量的相對低值的波長上，將激光輸出導向襯底上的目標結構，以便蒸發該 目標結構。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：威廉勞爾，皮埃爾特里潘尼爾，唐納德V斯瑪特，詹姆斯科丁利，邁克爾皮洛特金，
申請(專利權)人：通用掃描公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]