一种针对由机械半导体工件（10）的机械锯切造成的失效机理的解决方案，需要使用激光束以从切割道（18）切削并移除导电（32）材料层和低k电介质（34）材料层，随后进行锯切割以分开半导体器件（12）。激光束在所述导电和低k电介质材料层中形成诸如沟槽（44）的激光刻划区（44、52），所述沟槽的底部（50）止于位于所述导电和低k电介质材料层（38）中各者下方的氧化硅激光能量穿透停止层（30）。所揭示的工艺需要选择诸如波长、脉冲宽度以及注量等激光参数，这些激光参数协作以保持所述氧化硅停止层完好无损或几乎未损坏。机械锯切削所述氧化硅层和位于所述氧化硅层下方的所有其他材料层（40）以及衬底（16），从而分开所述半导体器件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及图案化半导体工件的激光刻划，具体而言，涉及激光能量穿透停止层的使用，以在最小化激光刻划碎片产生的情况下实现多层图案化工件中的沟槽刻划。
技术介绍
半导体器件是在诸如硅晶片等衬底上生成的多层结构，随后半导体器件在封装之前通过机械锯或激光束而切割成单独的芯片。半导体器件的趋势是用低k电介质材料层取代二氧化硅电介质层。低k电介质材料机械强度不高；因此，对低k电介质材料层进行机械锯切可导致一组独特的器件失效机理。激光刻划半导体器件的问题在于，激光束与多层结构相互作用而产生必须移除或处理的大量碎片。激光所产生的碎片极热并且含有熔料。当这些碎片落在晶片表面上时，熔料或熔渣将熔合到该表面上。起于刻划的激光所产生碎片的处理方式为在刻划之后清理晶片，或在刻划之前将水基涂层涂布于晶片表面以防止热渣粘到晶片表面，并且随后在刻划之后一起清理所述涂层以及所产生的碎片。然而，涂布和清理增加了刻划工艺的成本和复杂性。因此，需要提供一种方法，以在最小化碎片产生的情况下快速完全地刻划半导体器件。
技术实现思路
一种针对由机械锯切造成的失效机理的解决方案，需要使用激光束在进行锯切割之前从切割道切削并移除导电和低k电介质材料层。所揭示的工艺使用激光束以在包含导电(例如，铜)材料层和低k电介质材料层的半导体工件中形成诸如沟槽或凹槽(下文中“沟槽”)等激光刻划区，所述沟槽的底部止于位于导电材料层和低k电介质材料层中各者下方的氧化硅(SiOx)(优选为二氧化硅)激光能量穿透停止层。所述氧化硅层可通过许多常用工艺来制备，诸如，物理和化学沉积、旋涂式玻璃法(spin on glass)(例如，四乙基原硅酸盐(TEOS))或硅的氧化(例如，热氧化)。半导体工件还可含有电路。所揭示的工艺需要选择诸如波长、脉冲宽度以及注量等激光参数，这些激光参数协作以保持氧化硅层停止层完好无损或几乎未损坏。此结果为，沟槽底板与氧化硅停止层一致。存在刻划半导体工件并随后对其进行切割以分开半导体器件的两个优选实施例。一个实施例需要对具有侧边界的沟槽进行激光切削，所述侧边界界定了大于锯条宽度的沟槽宽度，从而向下移除器件层直至沟槽底板，并且随后使用机械锯以在所得沟槽中切割半导体器件。另一个实施例需要在切割道的两条侧边缘上切削出两条刻划线，沿深度方向切削至氧化硅停止层，并且随后用机械锯在刻划线之间切割半导体器件。通过下文中参考附图进行的优选实施例的详细描述，容易发现本专利技术的其他方面和优点。附图说明图I为包含由切割道分开的多个相互隔开的半导体器件在内的图案化半导体工件的局部平面图。图2为示出图I中包含多层结构的半导体器件的横截面图的放大图像，所述多层结构由被导电材料层和低k电介质材料层覆盖的二氧化硅下层组成。 图3A和图3B为图I的经修改副本，所示为经配置以分开图I中的半导体器件的两个优选激光刻划区。图4A为在对硅晶片执行激光刻划之后碎片区域的电子显微图倾斜图像，图4B为大体示出经刻划以产生图4A中所示的碎片区域的硅晶片多层结构的简化框图。图5为根据现有技术的由于在硅衬底中激光刻划出刻划线而产生的碎片区域的电子显微图。具体实施例方式图I为图案化半导体工件10的局部平面图，图案化半导体工件10作为包含多个相互隔开的半导体器件12 (图示了四个器件12的部分)的硅晶片来实施，半导体器件12包含制造于硅衬底16 (图2)上的多层结构14 (图2)并且由切割道18分开。替代衬底16包含玻璃、应变硅、绝缘体上硅、锗、砷化镓以及磷化铟。图I还图示了多个对准标线20以及占用切割道18内面积的其他牺牲性测试结构(sacrificial test structure) 22。图2为包含多层结构或堆14的半导体器件12的横截面图，多层结构或堆14由低k电介质材料层34所包围的铜线32层所覆盖的二氧化硅下层30组成。二氧化硅层30包围钨互连线36。铜线32和钨互连线36延伸至切割道18中。铜线32层和低k电介质材料层34特征为弱热机械强度性质，因此与二氧化硅层30相比，它们构成多层堆14的弱机械性层38，所述二氧化硅层30具有强机械性在于它几乎在每种热机械性质方面都比低k材料层好大约10倍。这些热机械性质包含层间粘附力、对铜的粘附力、热稳定性、抗张强度、模量、硬度、内聚强度以及蚀刻选择性。多层堆14经制造以使弱机械性层38沿深度方向定位成距硅衬底16较远，并且使包含二氧化硅层30以及在二氧化硅层30下方形成的任何层在内的强热机械性层40沿深度方向定位成距硅衬底16较近。在最小化碎片产生的情况下对半导体工件10进行激光刻划需要发射暂时隔开的激光脉冲的脉冲激光束，并且使所述激光脉冲与切割道18中的一者对准，以便入射在半导体工件10的弱机械性上层38上。激光脉冲的特征在于波长、脉冲宽度及注量，以使得多层堆14的弱机械性上层38吸收传播通过半导体工件10的激光束的能量，而强机械性下层40透射所述激光束的能量。二氧化硅层30用作弱机械性上层38的层能量穿透停止层。二氧化硅层30用作激光能量停止层的原因在于，二氧化硅层30与硅衬底16热接触。硅衬底16充当二氧化硅停止层30的散热器，因此二氧化硅停止层30在激光刻划期间完好无损。相比之下，弱上层38堆中所包含的一个或多个二氧化硅钝化层不同于二氧化硅层30，因为前一种二氧化硅层被其他电介质材料(不良热导体)包围。这样可使热量在形成弱上层38各部分的二氧化硅层中积聚，使得弱上层38可通过激光能量移除。赋予半导体工件10与对准切割道18的脉冲激光束之间的相对运动的激光束定位系统(未图示)在最小化碎片产生的情况下实现对弱机械性上层38在深度方向上的移除，并因此形成具有沿切割道18纵向延伸的侧边界的激光刻划区。根据参考图3A和图3B而描述的两个优选实施例中的任一者，所形成的激光刻划区的侧边界由激光能量穿透停止层30的暴露部分来界定，其中图3A和图3B所示为图I的副本，而为清晰起见将对准标线及牺牲性测试结构移除。图3A所示为根据第一优选实施例的沟槽44形式的激光刻划区，沟槽44的切削方式为，引导脉冲激光束沿切割道18通过一次或多次。沟槽44具有分开一段距离48的侧边界46，所述距离48界定沟槽宽度。激光束在侧边界46之间移除弱机械性上层38材料以形成沟槽44，而作为底板50的二氧化硅层30基本上未被激光束损坏。可通过使用定位平台(positioning stage)或其他器件以纵向地沿切割道18赋予机械锯与半导体工件10之间 的相对运动，来执行半导体器件12的分离。机械锯具有厚度小于沟槽宽度的锯条，以使机械锯不切穿上层30的弱机械性材料而分开位于沟槽44任一侧的半导体器件12。图3B所示为根据第二优选实施例的每一条侧边界由刻划线54形成的激光刻划区52，刻划线54的切削方式为，引导脉冲激光束沿切割道18的侧边缘56通过一次或多次。亥Ij划线54确定一段距离58以界定激光刻划区切削宽度。激光束移除弱机械性上层38材料以形成每一刻划线54,而作为底板60的二氧化娃层30基本上未被激光束损坏。弱机械性上层38材料存在于刻划线54之间的空间中。可通过使用定位平台或其他器件以纵向地沿切割道18赋予机械锯与半导体工件10之间的相对运动，来执行半导体器件的分离。机械锯具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：安迪·E·虎柏，大卫·巴席克，柯林特·R·凡德吉亚森，张海滨，詹姆斯·N·欧布赖恩，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。