使用短脉冲红外激光刻划晶片制造技术

本发明专利技术对刻划晶片(300)提供高效率地烧蚀钝化层和/或封装层(302， 304)的系统和方法，同时降低或消除在钝化层和/或封装层(302，304)的碎 屑和裂缝。短激光脉冲是用来提供高峰值功率和降低烧蚀阈值。在一个具体实 施例中，是通过q开关的CO2激光执行刻划。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及激光切割或刻划，特别涉及使用q开关激光来刻划完成的半导体晶片以降低或消除碎屑和裂缝的方法。
技术介绍
集成电路(IC)通常制造在半导体基板之上或之中的数组中。IC通常包含形成在基板上的许多层。可以使用机械锯子或激光沿着刻划线或道(street)而使一个或多个层被移除。在刻划后，使用锯子或激光来使电路构件彼此分离，基板可以被切穿，有时候也被称作分切(dicing)。具有连续的机械锯子的激光刻划的组合也是用来分切。然而，常用的机械切割或激光切割方法并不非常适合用来刻划许多预先完成好的芯片(例如，隔离层或封装层和/或低k介电质层)。在图1A至图1C中，图1B是使用常用锯子来在完成的晶片114、116、118中切割边缘110、112、113的电子显微照片。如所显示，完成的晶片的接近的边缘110、112、113被切削或断裂。相对较低的密度、缺少机械强度以及对热应力的敏感度，使得低k介电质材料对应力非常敏感。周知的是，常用的机械晶片分切与刻划技术造成低k材料的破裂、裂缝以及其它类型的缺陷，因此破坏IC组件。为了减少此类问题，则需降低切割速度。然而，此严重地降低了生产率。激光刻划技术具有许多胜过机械锯子的优点。然而，熟知的激光技术会产生过量的热以及碎片。过量的热扩散会造成热影响区、重铸氧化层、过量的碎片以及其它问题。裂缝会形成在热影响区中，并会降低半导体晶片的晶粒破碎强度(die break strength)。因此，可靠性和产量降低。再者，碎片分散遍及半导体材料的表面各处，且会，举例来说，污染连接垫(bond pad)。此外，常用激光切割剖面会遭受激光喷溅出的材料的槽沟回填。当晶片的厚度增加，此回填会变得更严重并降低分切的速度。再者，在许多过程条件中，对于许多材-->料，喷溅出的回填材料会比起最初的目标材料更难以在随后的过程中被除去。因此，如果产生低质量的切割就会破坏IC组件且需要对基板上的组件进行的额外的清洁和/或广泛分离。常用激光切割技术包含，举例来说，使用具有波长在中红外线范围的连续波(continuous wave；CW)CO2激光。然而，此CW激光难以聚焦且通常需要高能量来烧蚀IC处理材料。因此，产生过量热与碎片。脉冲CO2激光也已经被用来刻划。然而，此刻划技术通常用在微秒范围的长脉冲。因此，长脉冲产生低峰值功率且每脉冲的高能量用来烧蚀材料。因此，长脉冲允许过量的热扩散，从而造成热影响区、重铸氧化层、过量的碎片、碎屑和裂缝。另一个常用激光刻划技术包含例如使用具有范围从大约1064纳米至大约266纳米的波长。然而，外部的钝化和/或封装层通常对于该些波长是部分地透明。举例来说，在这些波长的脉冲的第一部分可以穿过上部钝化层和/或封装层而不被烧蚀。因此，在上部钝化层和/或封装层会被激光烧蚀之前，随后的激光可以加热或激增。这样造成钝化层和/或封装层得以削去或破裂和散布碎片。图2A和2B是使用常用具有在皮秒范围的脉冲宽度的高斯激光脉冲所在晶片214、216刻划的截口210、212的电子显微照片。如图所示，晶片214、216靠近截口210、212的边缘是被切削和破裂的。因此，降低或消除碎屑、裂缝及碎片与增加生产率并改善切割表面或截口质量的激光切割方法是所希望的。
技术实现思路
本专利技术提供激光刻划完成的晶片的方法，以有效率地烧蚀钝化层和/或封装层，同时降低或消除在钝化层和/或封装层的碎屑和裂缝。短激光脉冲是用来提供高峰值功率和降低烧蚀阈值。在一个具体实施例中，是通过q开关的CO2激光执行刻划。在一个具体实施例中，提供具有复数个集成电路形成在其中或其上的基板的刻划的方法。集成电路是以一个或多个道而分离。该方法包含产生一个或多个具有波长和脉冲宽度持续期间的激光脉冲。选择波长，使得一个或多个脉冲是实质上被目标材料所吸收，该目标材料包含形成在基板上的钝化层和封装层-->中的至少一个。更进一步选择波长，使得基板对一个或多个脉冲是实质上透明的。选择脉冲宽度持续期间，以降低目标材料的烧蚀阈值。在另一个具体实施例中，提供刻划半导体晶片的方法。该方法包含以一个或多个脉冲(该脉冲具有大约在9微米至大约11微米之间的波长范围)烧蚀形成在半导体晶片上的一个或多个层的部份。一个或多个激光脉冲具有在大约130纳秒至170纳秒之间的脉冲宽度持续期间。在一个具体实施例中，半导体晶片包含硅。在另一个具体实施例中，半导体晶片包含锗。在接下来的优选具体实施例中将记载其它的方面与优势，随着参考附图而继续展开。附图说明图1A-1C是使用常用机械锯子来在完成的晶片中切割的截口的电子显微照片。图2A和2B是使用具有波长分别大约在1064纳米和355纳米的激光在完成的晶片上刻划的截口的电子显微照片。图3是根据本专利技术特定具体实施例的已被刻划的示范性工件的概略侧视图。图4A和4B是解释根据常用激光刻划技术的图3所处理的工件的概略侧视图。图5A和5B是解释根据本专利技术特定具体实施例的图3以q开关CO2激光所刻划的工件的概略侧视图。图6A-6C是根据本专利技术的特定具体实施例，使用q开关CO2激光刻划穿过钝化层/封装层的截口的电子显微照片。图7是根据本专利技术的特定具体实施例，使用q开关CO2激光和高斯皮秒脉冲激光射束刻划穿过钝化/封装层的截口的电子显微照片。具体实施方式材料吸收激光能量的能力决定该能量可以执行烧蚀的深度。烧蚀深度是由材料的吸收深度和材料的蒸发热度来决定。通过控制例如波长、脉冲宽度持续-->期间、脉冲重复频率以及射束质量的参数，来改善切割速度和切割表面或截口的质量。在一个具体实施例中，选择这些参数中的一个或多个，以增加在钝化层和/或封装层外部的能量烧蚀并降低要求来烧蚀钝化层/封装层和/或额外层(在此指的是「烧蚀阈值」)的能量密度的量(通常以焦耳/平方厘米来测量)。因此，可以降低或消除沉积进入材料的过量的能量总量。再者，使用较低能量密度减少或消除重铸氧化层、热影响区、碎屑、裂缝以及碎片。因此，提高了晶粒破碎强度且所需的后激光清洁总量下降。在一个具体实施例中，激光脉冲具有范围在大约9微米至大约11微米的波长，其用来刻划完成的半导体晶片。在这些波长中，建构钝化层和封装层以吸收很大一部份的脉冲能量。因此，钝化层和封装层是在破裂和炸开(因为较低层的烧蚀)前被烧蚀。再者，硅基板在这些波长中吸收很少的脉冲能量。因此，非常少或是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有复数个集成电路形成在其中或其上的基板的刻划的方法，该集成电路是以一个或多个道而分离，该方法包括：　　　　产生一个或多个具有波长和脉冲宽度持续期间的激光脉冲；　　　　其中选择波长，使得一个或多个脉冲是实质上被目标材料所吸收，该目标材料包含形成在基板上的钝化层和封装层中的至少一个；　　　　其中更进一步地选择波长，使得基板对一个或多个脉冲是实质上透明的；以及　　　　其中选择脉冲宽度持续期间，以降低目标材料的烧蚀阈值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.5.25 US 11/441,4541.一种具有复数个集成电路形成在其中或其上的基板的刻划的方法，该
集成电路是以一个或多个道而分离，该方法包括：
产生一个或多个具有波长和脉冲宽度持续期间的激光脉冲；
其中选择波长，使得一个或多个脉冲是实质上被目标材料所吸收，该目标
材料包含形成在基板上的钝化层和封装层中的至少一个；
其中更进一步地选择波长，使得基板对一个或多个脉冲是实质上透明的；
以及
其中选择脉冲宽度持续期间，以降低目标材料的烧蚀阈值。
2.如权利要求1所述的方法，更进一步包括以CO2激光产生一个或多个
激光脉冲。
3.如权利要求2所述的方法，更进一步包括q开关CO2激光。
4.如权利要求1所述的方法，其中波长范围是在大约9微米至大约11微
米之间。
5.如权利要求1所述的方法，其中脉冲宽度持续期间范围是在大约130
纳秒至大约170纳秒之间。
6.如权利要求1所述的方法，其中钝化层和封装层的至少一个包含二氧
化硅。
7.如权利要求1所述的方法，其中钝化层和封装层的至少一个包含氮化
硅。
8.如权利要求1所述的方法，其中基板包含硅。
9.如权利要求1所述的方法，更进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆士·N·欧布莱恩，彼得·皮罗高斯奇，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US