使用旋转光束激光刻划工艺及等离子体蚀刻工艺的混合式晶片切割方法技术

描述了切割半导体晶片的方法，每个晶片具有多个集成电路。在一示例中，一种切割具有多个集成电路的半导体晶片的方法涉及：在该半导体晶片上方形成掩模，该掩模由覆盖且保护集成电路的一层组成。接着利用旋转激光光束激光刻划工艺图案化该掩模，以提供具有间隙的经图案化掩模，暴露该半导体晶片的集成电路之间的区域。接着穿过该经图案化掩模中的间隙等离子体蚀刻该半导体晶片以将集成电路切单。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用旋转光束激光刻划工艺及等离子体蚀刻工艺的混合式晶片切割方法相关申请的交叉引用本申请主张JungraePark等人于2016年3月25日提出的标题为“HYBRIDWAFERDICINGAPPROACHUSINGAROTATINGBEAMLASERSCRIBINGPROCESSANDPLASMAETCHPROCESS”的美国专利申请No.15/081,296的优先权。背景
本专利技术的实施例属于半导体处理的领域，且具体而言关于切割(dice)半导体晶片的方法，每个晶片在其上具有多个集成电路。
技术介绍
在半导体晶片处理中，集成电路形成于由硅或其他半导体材料组成的晶片(也称为基板)上。一般而言，半导电、导电或绝缘的各种材料的层用以形成集成电路。使用多种公知工艺掺杂、沉积及蚀刻这些材料以形成集成电路。每个晶片被处理为形成称为管芯的包含集成电路的大量个体区域。在集成电路形成工艺之后，晶片被“切割”以将个体管芯彼此分离以供封装或以未封装的形式使用在较大的电路内。用于晶片切割的两个主要技术为刻划及锯切。在刻划的情况下，金刚石尖端刻划器沿预先形成的刻线跨晶片表面而移动。这些刻线沿管芯之间的空间延伸。这些空间常称为“道(street)”。金刚石刻划器沿道在晶片表面中形成浅的刮痕。在施加压力(例如使用辊)之后，晶片沿刻线分离。晶片中的断裂依循晶片基板的晶格结构。刻划步骤可用于在厚度上约为10密耳(mil)(千分之一英寸)或更小的晶片。对于较厚的晶片，锯切目前为用于切割的优选方法。在锯切的情况下，以每分钟高旋转数旋转的金刚石尖端锯接触晶片表面及沿道锯切晶片。晶片安装在支撑构件(例如跨膜框拉伸的粘合膜)上，并且向垂直及水平道两者重复施用锯。刻划或锯切的一个问题是，切屑及凿槽可能沿管芯的切断边缘而形成。此外，破裂可能形成及从管芯的边缘传播进基板且使得集成电路不能运作。切屑及破裂特别是使用刻划的问题，因为方形或矩形管芯的仅一侧可以在晶体结构的<110>方向上刻划。从而，管芯的另一侧的裂开造成锯齿状的分离线。因为切屑及破裂，在晶片上的管芯之间需要额外的空间以防止对于集成电路的损伤，例如将切屑及破裂距实际的集成电路维持一定距离。间隔需求的结果是，没有那么多的管芯可被形成于标准尺寸的晶片上，且原本可用于电路系统的晶片占用空间(realestate)被浪费了。锯的使用加重了半导体晶片上的占用空间的浪费。锯的叶片约大15微米厚。如此，为了保证破裂及围绕由锯所制造的割线的其他损伤不危害集成电路，通常必须分离管芯中的各者的电路系统三到五百微米。并且，在切割之后，各管芯需要实质的清洁以移除锯切工艺造成的颗粒及其他污染物。也已使用等离子体切割，但也可能有限制。例如，阻碍实施等离子体切割的一个限制可以是成本。用于图案化抗蚀剂的标准光刻操作可能使得实施成本过高。可能阻碍实施等离子体切割的另一限制是，沿道等离子体处理在切割时常遇到的金属(例如铜)可能产生生产问题或产量限制。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括用于切割半导体晶片的方法及装置。在一实施例中，一种切割具有多个集成电路的半导体晶片的方法涉及：在该半导体晶片上方形成掩模，该掩模由覆盖且保护集成电路的一层组成。接着利用旋转光束激光刻划工艺图案化该掩模，以提供具有间隙的经图案化掩模，暴露半导体晶片的集成电路之间的区域。接着穿过经图案化掩模中的间隙等离子体蚀刻该半导体晶片以将集成电路切单。在另一实施例中，一种切割包括多个集成电路的半导体晶片的方法涉及：利用旋转光束激光刻划工艺对半导体晶片进行激光刻划以将集成电路切单。在另一实施例中，一种用于切割具有多个集成电路的半导体晶片的系统包括工厂接口。该系统还包括：激光刻划装置，与该工厂接口耦合，且具有被配置为提供旋转激光光束的激光组件。该系统还包括与该工厂接口耦合的等离子体蚀刻腔室。附图说明图1为根据本专利技术的实施例的表示切割包括多个集成电路的半导体晶片的方法中的操作的流程图。图2A绘示根据本专利技术的实施例的在执行切割半导体晶片的方法期间对应于图1的流程图的操作102的包括多个集成电路的半导体晶片的横截面图。图2B绘示根据本专利技术的实施例的在执行切割半导体晶片的方法期间对应于图1的流程图的操作104的包括多个集成电路的半导体晶片的横截面图。图2C绘示根据本专利技术的实施例的在执行切割半导体晶片的方法期间对应于图1的流程图的操作108的包括多个集成电路的半导体晶片的横截面图。图3为根据本专利技术的实施例的表示利用旋转光束进行的激光刻划工艺的操作的流程图。图4A绘示根据本专利技术的实施例的旋转高斯光束的高斯光束主轴(on-axis)的效果。图4B绘示根据本专利技术的实施例的旋转具有平顶光束主轴的线形光束的效果。图4C绘示根据本专利技术的实施例的旋转具有平顶光束偏轴的线形光束的效果。图5A绘示根据本专利技术的实施例的具有带有芯的转子的电机的示意图，其中旋转激光光束从容纳在转子芯中的管状光管输出。图5B绘示根据本专利技术的实施例的具有带有芯的转子的电机的示意图，其中旋转激光光束从容纳在转子芯中的圆柱形光管输出。图6绘示根据本专利技术的实施例的使用飞秒范围、皮秒范围及纳秒范围中的激光脉冲宽度的效果。图7绘示根据本专利技术的实施例的可用在半导体晶片或基板的道区域中的材料堆叠的横截面图。图8A-8D绘示根据本专利技术的实施例的切割半导体晶片的方法中的各种操作的横截面图。图9绘示根据本专利技术的实施例的晶片或基板的激光及等离子体切割的工具布局的框图。图10绘示根据本专利技术的实施例的示例性计算机系统的框图。具体实施方式描述了切割半导体晶片的方法，每个晶片在其上具有多个集成电路。在以下说明中，阐述了许多特定细节，例如旋转光束激光刻划方法及等离子体蚀刻条件及材料方案，以提供本专利技术的实施例的彻底了解。本领域的技术人员将理解的是，可在没有这些特定细节的情况下实行本专利技术的实施例。在其他实例中，不详细描述公知的方面(例如集成电路制造)以避免不必要地模糊了本专利技术的实施例。并且，要了解的是，图示于附图中的各种实施例为说明性表示且不一定按比例绘制。可实施涉及初始激光刻划及后续等离子体蚀刻的混合式晶片或基板切割工艺以供进行管芯切单。激光刻划工艺可用以干净地移除掩模层、有机及无机介电层及器件层。然后，可在暴露晶片或基板或部分蚀刻晶片或基板之后终止激光蚀刻工艺。然后，可采用切割工艺的等离子体蚀刻部分以蚀刻穿过晶片或基板的块体(例如穿过块体单晶态硅)以产生管芯或芯片切单或切割。更具体而言，一个或更多个实施例针对实施旋转光束激光刻划工艺以供例如进行切割应用。针对混合式激光切割中的改进的激光刻划工艺，描述了通过激光光束旋转进行的空间上均匀的激光脉冲。实施例包括旋转如从源提供的光束，或旋转已经成形的激光光束。旋转光束刻划的优点在第一实施例中可以涉及通过提供改良的干净的平顶光束轮廓并且达成晶片上的经刻划的干净沟槽来改良基于糟糕的光束轮廓的工艺。在另一实施例中，通过使用同心旋转将光束转换成干净的高斯光束轮廓，有利地改良了基于输入的糟糕的高斯激光光束轮廓的切割工艺。为了提供上下文，在涉及经涂布晶片的初始激光刻划及后续等离子体蚀刻的混合式晶片或基板切割工艺中，可施用飞秒激光以移除切割道上的掩模及器件层，直到暴露硅基板为止。接着进行等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种切割包括多个集成电路的半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤：在所述半导体晶片上方形成掩模，所述掩模包括覆盖且保护所述集成电路的一层；利用旋转激光光束激光刻划工艺对所述掩模进行图案化以提供具有间隙的经图案化掩模，从而暴露所述半导体晶片的所述集成电路之间的区域；以及穿过所述经图案化掩模中的所述间隙对所述半导体晶片进行等离子体蚀刻以将所述集成电路切单。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.25 US 15/081,2961.一种切割包括多个集成电路的半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤：在所述半导体晶片上方形成掩模，所述掩模包括覆盖且保护所述集成电路的一层；利用旋转激光光束激光刻划工艺对所述掩模进行图案化以提供具有间隙的经图案化掩模，从而暴露所述半导体晶片的所述集成电路之间的区域；以及穿过所述经图案化掩模中的所述间隙对所述半导体晶片进行等离子体蚀刻以将所述集成电路切单。2.如权利要求1所述的方法，其中所述旋转激光光束激光刻划工艺为旋转成形激光光束激光刻划工艺。3.如权利要求1所述的方法，其中所述旋转激光光束激光刻划工艺基于平滑的高斯光束。4.如权利要求1所述的方法，其中所述旋转激光光束激光刻划工艺基于具有平顶的平滑的线形光束。5.如权利要求1所述的方法，其中旋转激光光束激光刻划工艺包括以下步骤：绕输入激光光束的主轴旋转光束。6.如权利要求1所述的方法，其中旋转激光光束激光刻划工艺包括以下步骤：绕输入激光光束的偏轴旋转光束。7.如权利要求1所述的方法，其中利用所述旋转激光光束激光刻划工艺进行刻划的步骤包括以下步骤：利用旋转的基于飞秒的激光光束进行刻划。8.如权利要求1所述的方法，其中利用所述激光刻划工艺对所述掩模进行图案化的步骤包括以下步骤：所述半导体晶片的所述集成电路之间的所述区域中形成沟槽，且其中对所述半导体晶片进行等离子体蚀刻的步骤包括以下步骤：延伸所述沟槽以形成对应的沟槽延伸部。9.一种切割包括多个集成电路的半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤：利用旋转激光光束激光刻划工...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·朴，类维生，J·S·帕帕努，B·伊顿，A·库玛，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US