用紫外激光输出切断导电链路的方法技术

紫外（ＵＶ）激光输出利用了材料的光吸收特性，由此，导电链路（４２）、下边的半导体基片（５０）、钝化层（４８和５４）在高效地除去链路（４２）时基片（５０）不受损坏。ＵＶ激光输出因为其波长短，所以形成比传统ＩＲ激光链路熔断更小的点直径（５８），因此可以实现更高的电路密度。位于链路和基片之间的钝化层，可以制成对ＵＶ激光能量充分地吸收，并且具有足够厚来衰减激光能量，以防止损伤激光束点区域（４３）中的在链路之外或链路覆盖部分之内基片（５０）。ＵＶ激光输出可以用于可控制地切除链路（４２）下边的钝化层（５４），以使完全除去链路（４２）变得容易。此外，使用ＵＶ激光输出直接切除钝化层（４８），使得得到可预测的、一致的链路切断剖面变得容易。钝化材料的吸收特性也减少了对邻近链路或其它有源结构的损伤。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于激光的方法，用于在半导体晶片上制作的集成电路装置中切断导电链路，特别是涉及应用紫外激光输出的一种方法，该紫外激光输出具有预先确定的波长、足够幅度的功率密度，以切断一条具有高度和吸收灵敏度特征的位于钝化层之上的链路，其高度和吸收灵敏度足以防止激光输出照射到下面的基片。
技术介绍
20多年来，传统的1.047μm或1.064μm激光波长，被用于爆炸性地移去可用激光切断的电路链路来断开连接，例如，在一个如DRAM、SRAM或嵌入式存储器的存储装置中断开一个失效的储存单元，并用一个备用的单元替换。相似的技术也被用于为编程逻辑产品、门阵列或ASIC而切断链路。附图说明图1A展示了一个点直径尺寸14的传统红外(IR)脉冲激光束12照射一链路结构16，该链路结构由多晶硅或金属链路18组成，位于硅基片20上且介于包括上面钝化层21和下面钝化层22的钝化层器件层之间。硅基片20只吸收相对很少部分的IR辐射量，并且传统钝化层21和22，如二氧化硅或氮化硅，对于IR辐射相对地透明。在维持足够的能量来处理金属链路18时，为了避免损伤基片20,Sunet al.在美国专利5,265,114中，建议使用更长的激光波长，如1.3μm，用于处理硅晶片上的链路18。在1.3μm激光波长在链路材料和硅基片20之间的吸收比例，比在传统的1μm激光波长的吸收比例大很多。这种技术提供了更宽的激光处理窗口和更好的处理质量，这已经在工业上使用了约3年，并取得了巨大的成功。但是，IR激光波长具有缺点IR激光束12到高导电性的金属链路18的耦合效率相对较差；并且用于切断链路的IR激光束12的实际可获得的点尺寸14相对较大，这限制了接触垫28和链路间距30之间的链路宽度24和链路长度26。IR激光链路处理依赖于在链路18中的加热、熔化，以及产生的机械力来爆炸性地打开下面钝化层21。热应力爆炸行为在某种程度上取决于链路18的宽度。当链路宽度变得窄于1μm时，钝化层21的爆炸方式变得无规则，结果链路处理质量不一致，这是不可接受的。实际可获得的较小激光点尺寸限制，决定了光学元件的选择和它们与基片20的间隙，这是因为可以很容易地近似算出链路处理激光束12大约为2倍波长(2λ)。因此，对于1.32μm、1.06μm和1.04μm激光波长，用于去掉链路的实际的点尺寸限制，直径分别约为2.6μm、2.1μm和2.0μm。因为可使用的链路间距30的较低限制，是激光束点尺寸14和激光束12与链路18的目标位置间的校准精度的函数，较小的点尺寸限制直接影响电路的集成度。目前在工业中用于修复64兆位DRAM的最小聚焦的除去材料的激光点尺寸14，直径约为2μm。2.1μm的点尺寸14，期望可用于从256兆位到大约1吉位的DRAM设计。图2是以年为单位的点尺寸图，说明当链路间距30和链路宽度24减小时，工业上需要更小的点尺寸。该图基于一个简单的公式来近似估算对于点尺寸需求点尺寸直径=2(最小链路间隙)-2(系统校准精度)-(链路宽度)。(这些参数如图1B中所示。)该图假设在1997年的精度为0.5μm，在1999年的精度为0.35μm，以及以后的精度为0.25μm。相应地，工业专家预言不久将需要2μm以下的点尺寸用于处理链路18。但是，实际上这些点尺寸用传统的IR链路熔断激光波长无法得到。更短的可见波长，如0.532μm，允许减小激光束的点尺寸。但是，在这些波长上硅基片20是强吸收的，并且激光链路切断过程将损坏部分基片20。为了确保处理过的器件的可靠性，基片损伤是不可接受的。因此，所需要的是把具有选定激光波长用于切断半导体晶片上制作的导电链路的处理方法和装置，该处理方法和装置将实际的光束点尺寸减小到2μm以下，但是在切断链路时能够不损伤半导体晶片基片。专利技术概述因此，本专利技术的目的是提供一种基于激光的方法，该方法使用紫外激光输出来切断在半导体晶片上的集成电路结构中制作的导电链路，而不损坏下面的晶片基片。本专利技术的另一个目的是提供一种方法，该方法使用选定的激光输出参数，来开发某些链路结构组成材料的波长敏感光吸收特性，以在链路切断中减少激光输出能量耦合到基片。本专利技术提供在UV波长范围内的激光输出束，来切断在集成电路结构中的导电链路。这个波长范围在链路处理中不常用，本专利技术开发了位于链路和基片之间的钝化层的波长敏感光吸收特性。因为传统的钝化层材料，如二氧化硅和氮化硅，表现出对紫外辐射的相对较强吸收，它们可以用于吸收多余的UV激光输出能量，以防止UV激光损伤基片。可以进一步优化这些以及其它钝化材料，来更好地吸收选定的UV波长激光。更特别地，链路下面的钝化材料层吸收到达所述集成电路结构紫外激光能量，该能量分布在一个光束点尺寸区域，该区域覆盖链路宽度和未被链路覆盖的钝化层邻近部分。因为链路吸收UV光，下面的钝化层衰减该UV光，并防止它在切断链路所需的能量水平损伤晶片基片。在下面的钝化层不吸收UV光的情况下，偶然到达邻近部分的链路之外的激光输出能量，在链路切断过程中将产生基片损伤。此外，链路的底部是一个很难除去的部分，并且在链路切断后这部分除去不完全会产生一个低的开路电阻。为了确保链路的完全切断，激光束控制器使得UV激光部分地切入下面的钝化层并因此在钝化层形成一个凹痕，以使在该点区域内以干净的深度除去全部链路变得容易。通过控制用于完成链路切断过程的激光能量，该控制器确定凹痕的深度。也可以调整钝化材料的高度到足够厚，来吸收链路除去后剩余的激光能量。因此，没有损伤周围或下面基片材料的危险。使用UV波长用于链路处理的另一个优点，是与在IR波长产生的光束点尺寸相比，UV波长的光束点尺寸更小。例如，与对应于1μm波长的2.5μm光束点尺寸相比，对应于212nm的波长很容易得到0.5μm的光束点尺寸。更小的链路特征尺寸允许制造商更紧密地排列IC组件。对于具有钝化层覆盖链路的集成电路结构，本专利技术的另一个优点是，UV激光能量不仅在覆盖的钝化层中产生内建的热应力，而且部分直接烧蚀覆盖的钝化层，这样来除去覆盖的钝化层。这种现象使得覆盖的钝化层上可靠准确的开口成为可能，并且在切割非常窄的链路宽度时非常有用，否则，当使用传统的链路切断过程链路加热使覆盖的钝化层爆破时，窄的链路要受到不规则的破裂轮廓的影响。本专利技术的另一个优点，来自钝化层材料对UV激光能量的强吸收。在传统的IR链路处理中，邻近的链路经常被来自正被处理的链路横向反射的激光能量损伤。由于链路间距不断减小，这个问题发生得更为频繁了。但是，被正在用UV激光能量切断的链路横向反射的光，可以被钝化材料衰减，因此，极大地减小了损伤邻近链路或其它电路结构的危险。从以下参考附图对于本专利技术优选方案的详细描述中，其它的目的和优点将是明显的。附图的简要描述图1A是一个传统半导体链路结构的部分剖侧视图，该链路结构接受具有已有技术脉冲参数特征的激光脉冲。图1B展示参考图1A所描述的链路宽度、间距和激光束点尺寸参数的相互关系，以及相邻的电路结构。图2是以年为单位的点尺寸图，预测了一定时间后所需的用于链路处理的激光点尺寸。图3展示了四种不同的金属对波长的光吸收特性的图示。图4展示了硅中的几种砷浓度对激光光子能量的光吸收系数的图示。图5展示了在室温下不同半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于切断在集成电路链路结构中半导体基片上构造的导电链路的方法，所述链路结构包括一个上表面以及位于所述链路和所述基片之间的一个钝化层，所述链路具有一链路宽度，并且所述钝化层具有一厚度和波长敏感的光吸收特性，包括： 产生紫外激光输出并引导到所述链路结构，所述紫外激光输出具有预先确定的以能量密度为特征的波长能量，所述能量密度分布在所述链路结构上表面的一个点区域，所述点区域覆盖所述链路宽度和未被链路覆盖的钝化层的一个邻近部分，所述能量密度具有足够的幅值来切断所述链路，并与预先确定的波长一起作用于钝化层，这样钝化层的波长敏感光吸收特性和厚度，使未被链路覆盖的钝化层的邻近部分衰减切断链路过程中偶然到达邻近部分的链路外的激光输出能量，以防止激光输出损伤基片。

【技术特征摘要】
US 1998-6-5 09/092,4901．一种用于切断在集成电路链路结构中半导体基片上构造的导电链路的方法，所述链路结构包括一个上表面以及位于所述链路和所述基片之间的一个钝化层，所述链路具有一链路宽度，并且所述钝化层具有一厚度和波长敏感的光吸收特性，包括产生紫外激光输出并引导到所述链路结构，所述紫外激光输出具有预先确定的以能量密度为特征的波长能量，所述能量密度分布在所述链路结构上表面的一个点区域，所述点区域覆盖所述链路宽度和未被链路覆盖的钝化层的一个邻近部分，所述能量密度具有足够的幅值来切断所述链路，并与预先确定的波长一起作用于钝化层，这样钝化层的波长敏感光吸收特性和厚度，使未被链路覆盖的钝化层的邻近部分衰减切断链路过程中偶然到达邻近部分的链路外的激光输出能量，以防止激光输出损伤基片。2．如权利要求1中所述的方法，其中预先确定的激光输出波长小于约300nm。3．如权利要求2中所述的方法，其中所述预先确定的激光输出波长约为266nm、262nm、212nm、210nm或193nm。4．如权利要求3中所述的方法，其中紫外激光输出的产生进一步包括通过光泵一个Q开关紫外光发射的固态激光器，来形成一个脉冲的紫外激光输出。5．如权利要求1中所述的方法，其中所述钝化层由二氧化硅或氮化硅组成。6．如权利要求5中所述的方法，其中钝化层的厚度至少约为0.5μm。7．如权利要求1中所述的方法，其中所述链路是在基片上制成的多个导电链路之一，所述多个导电链路被以小于约2.5μm的间距相互地隔离开。8．如权利要求1中所述的方法，其中所述链路宽度小于或等于约1.0μm。9．如权利要求1中所述的方法，其中所述点区域的直径小于约2.0μm。10．如权利要求1中所述的方法，其中所述激光输出除去钝化层在链路下边并被链路覆盖的一部分，以确保在所述点区域内的全部链路被彻底除去并且在链路下边并被链路覆盖的基片不被损坏。11．如权利要求1中所述的方法，其中所述链路结构进一步包括一位于链路上部的顶部钝化层，这样所述顶部钝化层直接被切断链路的紫外激光输出除去。12．如权利要求1中所述的方法，其中所述链路形成一存储装置或一ASIC的部分。13．如权利要求1中所述的方法，其中所述钝化层被掺杂，来增加所述钝化层在预先确定波长的吸收性。14．如权利要求1中所述的方法，其中所述激光输出的预先确定的波长约为349nm或355nm。15．如权利要求1中所述的方法，其中在链路下边并被链路覆盖的钝化层衰减切断链路所需能量以外部分的激光输出能量，来确保在链路下边并被链路覆盖的基片不受损坏。16．如权利要求1中所述的方法，其中所述链路是在基片上制成的多个导电链路之一，所述链路被具有波...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙云龙，E斯温森，
申请(专利权)人：电子科学工业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]