通过激光与等离子体蚀刻的基板切割所用的水溶性掩模制造技术

本发明专利技术揭示切割具有数个IC的基板的方法。方法包括以下步骤：在半导体基板之上形成掩模，掩模包含水溶性材料层。利用飞秒(femtosecond)激光划线工艺来图案化掩模，以提供具有间隙的图案化掩模。图案化步骤曝露基板介于IC之间的区域。随后，经由图案化掩模中的间隙蚀刻基板藉以单分(singulate)IC，并洗去水溶性材料层。

Water soluble masks for substrate etching by laser and plasma etching

The invention discloses a method for cutting a substrate with several IC. The method comprises the following steps: a mask is formed on a semiconductor substrate, and the mask contains a water-soluble material layer. Patterned masks are patterned using the femtosecond (femtosecond) laser marking process to provide a patterned mask with a gap. The patterning step exposes the area between the IC and the substrate. Subsequently, the gap etching substrate in the patterned mask is used as a single (singulate) IC, and the water soluble material layer is washed away.

【技术实现步骤摘要】
通过激光与等离子体蚀刻的基板切割所用的水溶性掩模本申请是申请日为2012年5月25日、申请号为201280026607.6、题为“通过激光与等离子体蚀刻的基板切割所用的水溶性遮罩”的分案申请。
本专利技术的实施例属于半导体工艺的领域，且详言之，本专利技术是关于切割基板的掩模方法，各个基板上具有IC。
技术介绍
在半导体基板工艺中，IC形成在基板(亦称为晶片)上，通常基板是由硅或其他半导体材料所构成。一般而言，利用各种半导体、导体或绝缘材料的薄膜层来形成IC。使用各种已知工艺使这些材料经掺杂、沉积及蚀刻，以在同一块基板上同时形成数个IC，诸如内存装置、逻辑装置、光伏装置等。在形成装置之后，将基板安装至诸如附着膜的支撑构件上，支撑构件延伸横跨膜框架，且基板经“切割(diced)”以将各个个别装置或“晶粒”彼此分离藉以供封装等。就现今而言，划线与锯切是两个最普及的切割技术。就划线而言，具有钻石尖端(diamondtipped)的划线器沿着预先形成的刻划线横跨基板表面移动。通过施加压力(例如，使用辊)，使基板沿着刻划线而分离。就锯切而言，具有钻石尖端的锯子沿着街道(street)切开基板。就单分薄基板(例如，单分50-150μms(μm)厚的块体硅)而言，常规的方法仅能产出不良的工艺品质。当从薄基板单分晶粒时可能会面临的一些挑战，包括形成微裂缝(microcrack)、在不同层之间的剥离(delamination)、无机介电层的剥落(chipping)、保持严格的切口宽度控制、或控制剥蚀深度控制的精确度。亦设想过等离子体切割的使用，然而用于图案化光阻的标准平版印刷术操作可能使执行成本过高。另一可能阻碍等离子体切割的实施的限制在于沿着街道(street)切割常见金属(例如，铜)的等离子体工艺可能会产生生产问题或产量限制。最后，特别(但不限定)取决于基板的厚度与上表面形貌、等离子体蚀刻的选择性以及基板的上表面上存有的材料所需，等离子体切割工艺的掩模可能会产生问题。
技术实现思路
本专利技术实施例包括掩模半导体基板的方法，用于包括激光划线及等离子体蚀刻两者的混合切割工艺。在一实施例中，切割具有数个IC的半导体基板的方法包括以下步骤：在半导体基板上形成掩模，掩模包括水溶性材料，水溶性材料覆盖并保护IC。利用激光划线工艺将掩模图案化，藉以提供具有间隙的图案化掩模，而暴露基板介于IC之间的区域。随后，经由图案化掩模中的间隙对基板进行等离子体蚀刻，藉以将IC单分成晶片。在另一实施例中，用于切割半导体基板的系统包括：耦接至相同平台的飞秒激光、等离子体蚀刻腔室以及湿站(wetstation)。在另一实施例中，一种切割具有数个IC的基板的方法包括以下步骤：在硅基板的前侧上形成聚乙烯醇(PVA)的水溶性掩模层。掩模覆盖并保护设置在基板的前侧上的IC。IC包括具有凸块的铜凸起上表面，凸块由诸如聚酰亚胺(PI)的钝化层所围绕。在凸块与钝化层下方的次表面(subsurface)薄膜包括低κ层间介电(ILD)层以及铜互连层。利用飞秒激光划线工艺来图案化水溶性材料、钝化层以及次表面薄膜，藉以暴露硅基板介于IC之间的区域。利用深硅等离子体蚀刻工艺经由间隙来蚀刻硅基板，藉以单分IC，且随后在水中洗去PVA层。附图说明本专利技术实施例通过附图的范例来说明，但并非受限于附图，其中：图1为例示根据本专利技术实施例的混合激光剥蚀-等离子体蚀刻单分方法的流程图。图2A为例示根据本专利技术实施例将水溶性掩模层旋转涂布至待切割基板上的方法的流程图。图2B为例示根据本专利技术实施例将水溶性掩模层施加至待切割基板的干膜叠层方法的流程图。图3A为例示根据本专利技术实施例在晶片薄化之前将水溶性掩模层施加至待切割基板的方法的流程图。图3B为例示根据本专利技术实施例在晶片薄化之后将水溶性掩模层施加至待切割基板的方法的流程图。图4A为例示根据本专利技术实施例包括数个IC的半导体基板的截面图，对应图1所述的切割方法的操作102。图4B为例示根据本专利技术实施例包括数个IC的半导体基板的截面图，对应图1所述的切割方法的操作103。图4C为例示根据本专利技术实施例包括数个IC的半导体基板的截面图，对应图1所述的切割方法的操作105。图4D为例示根据本专利技术实施例包括数个IC的半导体基板的截面图，对应图1所述的切割方法的操作107。图5为例示根据本专利技术实施例将水溶性掩模施加至包括数个IC的基板的上表面与次表面薄膜上的截面图。图6为例示根据本专利技术实施例利用掩模移除所用的整合湿站进行激光与等离子体切割基板的工具布局的方块图。图7为例示根据本专利技术实施例示例性计算机系统的方块图，示例性计算机系统控制本文所述掩模、激光划线、等离子体切割方法的一个或多个操作的自动执行。具体实施方式本专利技术描述了切割基板的方法，各个基板上具有数个IC。在下列的描述中，为例示性描述本专利技术实施例而阐述了诸多特定的细节，例如飞秒激光划线及深硅等离子体蚀刻的情况。然而，显而易见地，本领域的普通技术人员可在没有这些特定细节的情况下实现本专利技术实施例。在其他情况下，为避免不必要的混淆本专利技术实施例，并未描述诸如IC制造、基板薄化、贴胶(taping)等已知方面。本说明书通篇所指的“一实施例”表示，连结实施例所描述的特定特征、结构、材料或特性是包括在本专利技术的至少一实施例中。因此，在说明书通篇出现多次的“在一实施例中”的词并非必须参照至本专利技术的同一实施例。进一步言之，可以任何适当的方式结合一个或多个实施例中的特定特征、结构、材料或特性。再者，应了解在附图中所示的各种示例性实施例仅为例示性质，且不须按比例绘制。在本文使用术语“耦接”及“连接”以及其他类似用语来描述部件之间的结构关系。应了解，这些术语并非意指部件彼此之间为同义词。更明确地说，在特定实施例中，可使用“连接”表示两个或两个以上个元件彼此之间为直接实体接触或电性接触。可使用“耦接”表示两个或两个以上个元件彼此之间为直接或间接(具有其他中介(intervening)元件介于两个或两个以上个元件之间)实体接触或电性接触，及/或两个或两个以上个元件彼此协同(co-operate)或交互作用(例如，为一因果关系)。本文所使用的术语“之上(over)”、“之下(under)”、“介于(between)”以及“上(on)”代表一材料层相对于其他材料层的相对位置。因此，例如，设置在另一层之上或之下的一层可直接接触另一层或具有一个或多个中介层。再者，设置于两层之间的一层可直接接触这两个层或可具有一个或多个中介层。相对地，位于第二层“上”的第一层与该第二层接触。除此之外，在不考量基板的绝对定向的情况下，假定相对于基板实行操作而提供一层相对于其他层的相对位置。一般而言，涉及初始激光划线及后续等离子体蚀刻的混合基板或基板切割工艺于单分晶粒时使用水溶性掩模。可使用激光划线工艺干净地移除未图案化(亦即，毯覆(blanket))掩模层、钝化层、以及次表面薄膜装置层。随后，可在暴露基板或基板部分剥蚀之后终止激光蚀刻工艺。随后，可采用混合切割工艺的等离子体蚀刻部分蚀穿整块基板(例如穿过整块单晶硅)，藉以单分或切割晶片。根据本专利技术的一实施例，使用飞秒激光划线与等离子体蚀刻的结合将半导体基板切割成个别或单一的IC。在一实施例中，飞秒激光划线是实质上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切割包含数个IC的基板的方法，所述方法包括以下步骤：在所述基板上形成掩模，所述掩模覆盖并保护所述IC，所述掩模包含水溶性材料层，所述水溶性材料层接触所述IC的上表面；利用激光划线工艺图案化所述基板的一部分以及所述掩模，以提供具有间隙的图案化掩模和基板、暴露所述基板介于所述IC之间的区域，其中每一间隙在所述基板中具有宽度，其中利用所述激光划线工艺图案化所述掩模的步骤包含以下步骤：使用飞秒(femtosecond)激光形成所述间隙，所述飞秒激光具有小于或等于540纳米的波长以及小于或等于500飞秒的激光脉冲宽度；以及经由所述间隙进行等离子体蚀刻，以形成蚀穿整个所述基板的沟槽并且以单分所述IC，其中每一沟槽具有所述宽度。

【技术特征摘要】
2011.06.15 US 13/160,8911.一种切割包含数个IC的基板的方法，所述方法包括以下步骤：在所述基板上形成掩模，所述掩模覆盖并保护所述IC，所述掩模包含水溶性材料层，所述水溶性材料层接触所述IC的上表面；利用激光划线工艺图案化所述基板的一部分以及所述掩模，以提供具有间隙的图案化掩模和基板、暴露所述基板介于所述IC之间的区域，其中每一间隙在所述基板中具有宽度，其中利用所述激光划线工艺图案化所述掩模的步骤包含以下步骤：使用飞秒(femtosecond)激光形成所述间隙，所述飞秒激光具有小于或等于540纳米的波长以及小于或等于500飞秒的激光脉冲宽度；以及经由所述间隙进行等离子体蚀刻，以形成蚀穿整个所述基板的沟槽并且以单分所述IC，其中每一沟槽具有所述宽度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述水溶性材料包含水溶性聚合物，且其中蚀刻所述半导体基板的步骤包含以下步骤：使用深沟槽蚀刻工艺进行蚀刻以形成所述沟槽，在所述深沟槽蚀刻工艺期间将所述水溶性材料维持在低于100℃。3.如权利要求1所述的方法，其中形成所述掩模的步骤进一步包含以下步骤：在所述IC间的街道之上形成厚度不大于20μm的所述水溶性材料层，且所述水溶性材料层在IC的上凸起表面上的厚度至少为10μm。4.如权利要求1所述的方法，其中形成所述掩模的步骤包含以下步骤：施加下列至少一者：聚乙烯醇(poly(vinylalcohol))、聚丙烯酸(poly(acrylicacid))、聚甲基丙烯酸(poly(methacrylicacid))、聚丙烯酰胺(poly(acrylamide))、或聚环氧乙烷(poly(ethyleneoxide))，以接触所述IC的上表面。5.如权利要求4所述的方法，其中形成所述掩模的步骤包含以下步骤：施加聚乙烯醇以接触所述IC的所述上表面。6.如权利要求1所述的方法，其中所述施加步骤包含以下步骤：在所述IC的所述上表面上旋转涂布水溶性聚合物的水溶液；以及干燥所述水溶液。7.如权利要求6所述的方法，进一步包含以下步骤：利用背侧研磨工艺以薄化所述基板，且其中在所述背侧研磨工艺之后实行所述旋转涂布步骤。8.如权利要求1所述的方法，其中所述施加步骤包含以下步骤：在所述IC的所述上表面上真空叠层所述水溶性材料的干膜。9.如权利要求8所述的方法，进一步包含以下步骤：利用背侧研磨工艺以薄化所述基板，其中在所述背侧研磨工艺之后实行所述真空叠层步骤。10.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：在等离子体蚀刻所述基板之后，利用水溶液移除所述水溶性掩模。11.如权利要求10所述的方法，其中所述移除步骤包含以下步骤：利用加压水喷流润洗除去所述水溶性掩模。12.一种切割包含数个IC的半导体基板的系统，所述系统包括：集群工具，包含：等离子体蚀刻腔室；机器手传送腔室，耦接至所述等离子体蚀刻腔室；和湿工艺模块，耦接至所述机器手传送腔室；激光划线模块，用于图案化掩模并且暴露所述基板介于所述IC之间的区域，所述掩模包含所述水溶性材料的层；以及工厂接口，耦接至所述集群工...

【专利技术属性】
技术研发人员：WS·类，S·辛格，M·R·亚拉曼希里，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