CN101490819A - 极短激光脉冲刻划 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用短激光脉冲刻划晶片(200)以降低目标材料的烧蚀阈值的系统及方法。在材料叠层(202、204、206、208)中，确定层(202、204、206、208)中每一层的基于激光脉冲宽度的最小激光烧蚀阈值。选择最小激光烧蚀阈值的最高值，且产生一或多个激光脉冲射束(216)，其具有的能量密度范围在所选激光烧蚀阈值与大约所选激光烧蚀阈值的10倍之间。在一个实施方式中，所使用的激光脉冲宽度范围在大约0.1皮秒至1000皮秒。此外，或在其它实施方式中，选择高脉冲重复频率以增加刻划速度。在一个实施方式中，脉冲重复频率的范围大约在100千赫兹至大约100百万赫兹之间。

Description

极短激光脉冲刻划
技术领域
本申请涉及激光切割或刻划，特别涉及在高重复率下使用极短激光脉冲来切除材料的制造集成电路的方法。
背景技术
集成电路(IC)通常制造在硅基板之上或形成阵列。IC通常包含许多形成在基板上的层。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，使用锯子或是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)。
半导体制造者已经缩小晶体管在IC中的尺寸，以改善芯片的效能。这导致速度与元件密度的提高。为了促进更进一步的改善，半导体制造者使用材料以减少介电质层的电容。举例来说，为了形成较好的电路图案，将具有低介电质常数(低k)隔绝层的半导体晶片层叠到半导体基板的表面上。低k介电质可以包含例如无机材料(举例来说，SiOF或是SiOB)或是有机材料(举例来说，聚酰亚胺基或是聚对二甲苯基聚合物)。
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加工好的晶片(例如，低k介电质材料)。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元件。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。
再者，熟知的激光技术会产生过量的热以及碎屑。传统上，使用十几皮秒或更高的激光脉冲宽度用于半导体切割或刻划。然而，如此的长脉冲宽度导致过量的热扩散，从而造成热影响区、氧化层重铸、过量的碎屑以及其它问题。举例来说，图1是使用常用激光切割技术对半导体材料100进行切割的侧视概略图。靠近切割区域102，形成热影响区104以及重铸氧化层106。裂缝可以形成在热影响区104中，并降低半导体材料100的破碎强度(die break strenth)。因此，可靠性和产量降低。再者，来自于切割区域102的碎屑108分散遍及半导体材料100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切割的速度。再者，在许多工艺条件中，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元件且需要对基板上的元件进行的额外的清洁及/或广泛分离。
因此，用激光切割或刻划来增加生产率且改善切割表面或切口质量的方法是所希望的。
发明内容
在此揭示的各实施方式提供刻划已完成的晶片的系统和方法，该晶片包含低k介电质及/或其它材料，该方法与已存在的机械及/或激光方法一样快或更快。然而，该激光刻划是在降低或是没有机械及/或热应力以及降低或没有碎屑的情况下进行的。因此，需要很少或是不需事后的清洁程序。而且，形成干净的、笔直边界的切割，不需对晶片上元件进行额外的横向分离，适合于刻划工艺。
在一实施方式中，提供切割形成在基板上的复数个层的方法。复数个层中的每一层具有各自的激光烧蚀阈值(ablation threshold)，激光烧蚀阈值随着激光脉冲宽度而不同。该方法包含针对复数个层中的每一层确定最小激光烧蚀阈值，且选择最小激光烧蚀阈值中最高者。该方法亦包含产生一个或多个激光脉冲射束，激光脉冲射束具有能量密度范围在所选激光烧蚀阈值与大约10倍的所选激光烧蚀阈值之间，且在形成于复数个层的复数个集成电路之间刻划切口。该切口穿过复数个层直至基板的上表面。
在特定的实施方式中，激光脉冲具有的脉冲宽度范围在大约0.1皮秒(picosecond)至1000皮秒。再者，射束具有脉冲重复率，其范围在大约100千赫兹至大约100百万赫兹之间，且能以范围在大约200毫米/秒至大约1000毫米/秒之间的速度，切穿大约10微米的材料。另外，再其它实施方式中，每个脉冲的能量范围在大约1微焦耳至大约100微焦耳之间。
在另一个实施方式中，提供了刻划晶片的方法，该晶片之上或其中形成有复数个集成电路。集成电路被一个或多个道而分离。该方法包含产生一个或多个激光脉冲射束。选择激光脉冲的脉冲宽度，使得目标材料的烧蚀阈值最小化。该方法更进一步包含烧蚀一部分的目标材料，其射束的脉冲重复频率范围在大约为5.1百万赫兹至大约100百万赫兹之间。
在另一个实施方式中，提供包含产生一个或多个激光脉冲射束的方法，该激光脉冲具有脉冲宽度，其范围在大约0.6皮秒至大约190皮秒之间。该方法更进一步包含以射束烧蚀一部分的目标材料。
在另一个实施方式中，提供包含产生一个或多个激光脉冲射束的方法，该激光脉冲具有脉冲宽度，其范围在大约210皮秒至大约1000皮秒之间。该方法更进一步包含以射束烧蚀一部分的目标材料。
在接下来的优选实施方式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1是使用常用激光切割技术将半导体材料切割时的侧视概略图。
图2A-2C是根据本发明特定实施方式的经切割的范例工件的侧视概略图。
图3A是根据本发明另一个实施方式的工件切割的透视图。
图3B是图3A所示的工件的侧视概略图。
图4图示地解释简化的高斯射束放射波形与简化的经调整的射束放射波形之间的差异。
图5A-5C图示地解释射束截面波形之间的差异。
图6A-6D根据本发明的特定实施方式，示范性显示由穿过衍射光学组件(diffractive optical element；DOE)传播的高斯射束所产生的实质上均匀的放射形态。
图7根据本发明的实施方式，显示刻划穿过互连且低k介电值层的切口的电子显微照片。
图8根据本发明的实施方式，概略地解释在切割方向上连续地将工件置于激光脉冲下。
图9是根据本发明的实施方式，使用激光烧蚀方法的在半导体材料中微机械图案的电子显微照片。
图10是根据本发明的实施方式，使用激光烧蚀的在半导体材料中微机械图案的电子显微照片。
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。烧蚀深度是通过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切口的质量。在一个实施方式中，选择这些参数中的一个或多个，来提供足够低的能量密度(通常以焦耳/平方厘米来测量)，恰好具有足够烧蚀目标材料的能量。因此，可以降低或消除过量的沉积进入材料的能量总量。使用较低能量密度减少或消除重铸氧化层、热影响区、破裂、裂缝以及碎屑。因此，提高了破碎强度且所需的后激光清洁总量下降。
Mourou等人在美国专利第5,656,158号中指出：材料的烧蚀阈值是激光脉冲宽度的函数。如在此所使用“烧蚀阈值”是广泛的用语，其包含平常与习惯上的意义，且举例来说，包含一足够的所须能量密度以移除用于刻划或切割的材料。在纳秒范围的传统脉冲宽度，比起较短脉冲宽度，通常要求较高的烧蚀阈值。较短脉冲提高峰值功率且减少热传导。为了增加空间分辨率，Mourou等人的专利公开了使用范围在千万亿分之一秒(femtosecond)的脉冲宽度。然而，千万亿分之一秒的激光脉冲宽度，比起传统的纳秒脉冲，每个脉冲移除较小量的材料。因此，所需的切割或刻划线的时间总量增加且生产率下降。再者，在千万亿分之一秒的脉冲范围中，烧蚀阈值会随着千万亿分之一秒的脉冲变短而增加。
因此，在一个在此所揭示的实施方式中，脉冲宽度被选择在皮秒的范围，以降低烧蚀阈值，而比起千万亿分之一秒的脉冲，每脉冲移除更多材料。在皮秒的范围中，用于最初由激光脉冲激发的电子与材料主体交换能量(举例来说，电子与连续电子-晶格相互作用而热化)的时间常数是在皮秒的范围。举例来说，时间常数会是大约1至10皮秒的数量级。因此，认为较短的脉冲或相适应的脉冲持续期间造成“冷”库仑型的烧蚀而无明显的热。因此，减少或消除了材料的热应力及/或熔融。
技术人员根据这里的记载将会了解到，如果脉冲的范围在大约1皮秒至大约10皮秒之间会导致一些热型烧蚀。但是，使用每脉冲相对低的能量密度，其仅是稍微高于烧蚀阈值，就可降低产生熔融碎屑的过量的能量。因此，可以形成较干净的切口。更进一步地，热影响通常被限制在激光光点，由于脉冲宽度非常小，热无法扩散或传播至辐射区域以外。然而，当脉冲变得过小，与材料相互作用的激光的有效深度变小，且烧蚀的效率降低(举例来说，最初由激光脉冲所激发的电子变少)。
在特定实施方式中，为了增加切割速度，选择脉冲重复频率来提供传统锯子或激光半导体切割工艺的切割速度。使用高脉冲重复频率来快速切除材料。再者，高脉冲重复频率提供更多能量，在能量消散于周围材料之前用于烧蚀。
如下文所详细的讨论，在特定实施方式中，设定射束形状来改善切口质量。举例来说，激光射束可以被设定形状来创造例如实质上平坦的切口底部，其切口底部产生较少的碎屑且降低或消除对基板的破坏。除了改善侧壁轮廓形态以外，光束形状也降低了重铸氧化层的宽度。
为了方便性来说，切割词汇通常会用来包含刻划(并没有穿透目标工件的整个深度而切割)及切穿，其包含切成薄片(通常与切割晶柱有关)或分切(dicing)(通常与由晶柱分割成部份有关)。切成薄片或分切在本文中可互换。
现在参考附图，其附图中相似的参考数字代表相似的组件。未来清楚地说明，参考数字的第一位数字指的是附图的编号，其中相对应组件最先被使用。在接下来的描述中，会提供数字特定的细节，以完全了解在此揭示的实施方式。然而，本领域技术人员将会了解到本发明可以被实施而不需一个或多个的特定细节或其它方法、构件或材料。更进一步，在某些情况下，未显示或详细叙述所熟知的结构、材料或是操作，以避免模糊本发明的观念。再者，所述的特征、结构或特性会以一个或多个实施方式而结合在任何适合的方法。
图2A-2C是根据本发明特定实施方式的经切割的范例工件的侧视概略图。工件200包含形成在基板208之上的层202、204、206。如同技术人员将了解的，层202、204、206会包含被绝缘层所分离的互连层(包含低k介电质)以形成电子电路。举例来说，层202、204、206会包含例如Cu、Al、SiO2、SiN、氟硅酸盐玻璃(fluorsilicated glass；FSG)、有机硅酸盐玻璃(organosilicatedglass；OSG)、SiOC、SiOCN与其它使用于IC制造的材料。为了举例说明，在图2A-2C中显示了三层202、204、206。然而，技术人员将会了解，更多的层或是较少的层可以使用在特定的IC中。如所显示，基板208包含Si。然而，技术人员也将会了解，其它在IC制造中有用的材料可以用在基板208，举例来说，包含玻璃、聚合物、金属、组合物和其它材料。举例来说，基板208可以包含FR4。
电子电路被形成在有效元件区域210、212，其通过刻划线或道214而彼此分离。技术人员将会了解的是，测试结构经常被形成于道214之中或周围。为了创造独立的IC，工件200延着道214被刻划、切穿或两者皆有。在图2A中，根据一个实施方式的激光射束216显示通过烧蚀层202、204、206在道214的区域中来刻划工件200。如图2B所示，激光刻划过程的结果是激光切口218从上层202的上表面穿过层202、204、206直到基板208的上表面。如下所述，在特定实施方式中，对激光射束216设定形状，使得切口侧壁轮廓形态的质量增加，并且降低或避免对基板208的破坏。
激光射束216包含一系列的激光脉冲，经建构以提供最低可能能量密度至工件200，但仍然提供所需的层202、204、206及/或基板208的材料烧蚀。在一个实施方式中，选择激光射束216的能量密度，使得范围在工件200的烧蚀阈值和工件200的烧蚀阈值的大约十倍之间。在另一个实施方式中，选择激光射束216的能量密度，使得范围在工件200的烧蚀阈值和工件200的烧蚀阈值的大约五倍之间。
根据一个实施方式，为了降低烧蚀阈值，脉冲宽度被设置范围在大约0.1皮秒(picosecond)至1000皮秒。在其它的实施方式中，脉冲宽度被设置范围在大约1皮秒至10皮秒。在其它的实施方式中，脉冲宽度被设置范围在大约10皮秒至40皮秒。然而，技术人员将会从在此的公开了解到也可以使用其它的脉冲宽度。举例来说，在一个实施方式中，脉冲宽度的范围在大约0.6皮秒至190皮秒，而在另一个实施方式，脉冲宽度的范围在大约210皮秒至1000皮秒。
在一个实施方式中，使用的平均能量范围在大约10瓦至大约50瓦之间，且每脉冲的能量范围在大约1微焦耳至大约100微焦耳之间，来产生激光射束216。当层202、204、206的合计厚度的范围为大约8微米至大约12微米之间时，激光射束216经建构使用高脉冲重复频率，以速度范围在大约200毫米/秒至大约1000毫米/秒之间，来切穿层202、204、206。
在特定实施方式中，脉冲之间的间格的范围在大约1纳秒至10纳秒之间，以使得基本上完成热消散。在其它的实施例中，脉冲的间的间格的范围在大约10纳秒至1微秒的间，以使得理平在先前脉冲的经切除材料，以扩散至足够低密度，使得其与随后的脉冲不会有明显的干扰。在特定的此类实施方式中，脉冲重复频率的范围在大约1百万赫兹至大约100百万赫兹之间。在其它的实施方式中，脉冲重复频率的范围在大约5.1百万赫兹至大约100百万赫兹之间。在另一个实施方式中，脉冲重复频率的范围在大约50千赫兹至大约4百万赫兹之间。
在高脉冲重复频率(举例来说，在大约1百万赫兹以上，更特定地，在大约10百万赫兹以上)、剩余脉冲能量会以热的形式累积，因为所沉积的能量不会有足够的时间在脉冲之间消散。累积效应通常增加烧蚀效率且也会增加融化。然而，融化通常被限制在放射区域，且会集中在切口的中心。取决于特定的应用，在切口中心增加融化会提高或降低切口所希望的质量。
在范例实施方式中，使用可从瑞士Zurich的Time-Bandwidth所获得的DuettoTM激光，产生激光射束216。DuettoTM激光具有大约1064纳米的波长，脉冲重复频率的范围在大约50千赫兹至大约4百万赫兹之间，平均能量的范围在大约10瓦或更多，最高峰值能量大约为16百万瓦，每一脉冲的能量最高大约200微焦耳，且脉冲宽度最高大约12皮秒。替代性地，在其它范例实施方式中，使用可从德国Kaiserslautern的Lumera-Laser GmbH所获得的“RAPID”皮秒激光，来产生激光射束216。
1064纳米激光的谐波也可以用来改善针对特定材料的烧蚀。举例来说，大约532纳米的波长可以用来切除Cu，大约355纳米的波长可以用来切除Si与特定低k介电质，大约266纳米的波长可以用来切除玻璃。在一个实施方式中，至少部份地根据层202、204、206及/或基板208的各自材料及相对厚度来选择波长，使得切割速度上升。举例来说，波长可以被优化，以切除厚的Cu层而非相对薄的介电层。在替代性的实施方式中，波长可以在一个或多个层202、204、206及/或基板208的烧蚀之间而被改变。技术人员也将会了解，使用谐波也将会改善聚焦激光射束的能力，因为聚焦是取决于波长。
根据一个实施方式，为了刻划层202、204、206，针对设定的波长、脉冲能量以及脉冲持续期间，每一个激光脉冲的能量密度被设置为层202、204、206的叠层中的最高烧蚀阈值或是最高烧蚀阈值以上。在一个实施方式中，每一个激光脉冲的能量密度被设置在叠层中最高烧蚀阈值的大约一倍到十倍之间的范围。在其它的实施例中，每一个激光脉冲的能量密度被设置在叠层中最高烧蚀阈值的大约一倍到五倍之间的范围。
举例来说，可以确定第三层206比第一和第二层202、204具有较高的烧蚀阈值。因此，使用在皮秒范围的短脉冲，设置激光脉冲的能量密度以能够切除第三层206，也能够使第一层和第二层202、204烧蚀。在范例的实施方式中，能量密度被设置在叠层中的最高烧蚀阈值的大约1.5倍。举例来说，假设第三层206具有脉冲宽度在大约10皮秒的大约10焦耳/平方厘米的烧蚀阈值，激光射束216经建构成产生具有大约10微米的光点尺寸之大约20微焦耳脉冲，以达成能量密度的范围在大约15微焦耳/平方厘米至大约20微焦耳/平方厘米之间。
技术人员将会了解到，在激光刻划程序中，更多的层或是更少的层可以被切除或是部份切除。举例来说，激光射束216经建构来切除上两层202、204而不切除第三层206。替代性地，如图2C所示，激光射束214可以经建构来完全切割层202、204、206以及基板208，以完全地使有效元件区域210、212彼此分离(举例来说，分切)。在特定实施方式中，硅基板具有厚度的范围在大约10微米至大约760微米之间，使用激光切割技术而切穿。技术人员将会从在此的揭示了解，其它基板厚度也可以根据在此叙述的方法而切穿。
然而，如图2A与2B所示，在一个实施方式中，工件200被刻划以移除在道214中至少一部分的层202、204、206。接着，工件200可以延着切口路径218机械地裂开或机械地锯开，以完成分切的步骤。因此，材料(其可以被锯子及/或可以破坏锯子举例来说，低k介电质或是测试结构)可以在锯开前被移除。在一个实施方式中，锯子沿着切口218，以便不接触层202、204、206。优势地，裂缝和碎屑减少，破碎强度增加，且整体产量改善。
图3A是根据本发明另一个实施方式的工件300切割的透视图。工件300包含形成在基板306之上的层302、304。如前所述，举例来说，层302、304会包含材料例如Cu、Al、SiO2、SiN、氟硅酸盐玻璃(fluorsilicated glass；FSG)、有机硅酸盐玻璃(organosilicated glass；OSG)、SiOC、SiOCN与其它使用在IC制造的材料的材料。举例来说，基板306会包含Si、FR4、玻璃、聚合物、金属、组合物材料和其它使用在IC制造的材料。
图3B是图3A所示的工件的侧视概略图。如图所示，电子电路形成在有效元件区域308、310，其以道312而与彼此分离。在此范例中，工件300使用在此所描述激光参数被刻划，使得激光切口314、316被形成在道312的两侧。在一个实施方式中，每一激光切口314、316的范围是在大约5微米至大约10微米宽之间。如图3A与3B所示，在特定实施方式中，激光切口308、310延伸至基板306。然而，在其它的实施方式中，激光切口308、310仅在层302、304的一者或两者中移除材料。
在更进一步的工序中，激光刻划314、316当成针对热与机械应力的“开裂障碍”或物理性质的屏障。因此，激光刻划314、316提供在道312与有效元件区域308、310之间的机械分离与热分离。举例来说，使用在此所述的激光烧蚀技术而形成激光刻划线314、316以后，道312可以机械地锯开来将有效元件区域308、310切成小块。锯开道312的恶劣效应不传播至有效元件区域308、310，使得与机械锯开相关的裂缝和碎屑在此区域减少或消除。
如上所述，在特定实施方式中，显示在图2A的激光射束216被调整(控制)形状，以便提高切口侧壁轮廓形态的质量和减少或防止破坏基板208。图4图示地解释简化的高斯射束放射波形402与简化的经调整射束放射波形404之间的差异。当与经调整射束放射波形404比较时，高斯射束放射波形402的中心比起蒸发阈值406与熔化阈值408还大的多。因此，高斯射束向目标材料释放大量的多余能量，特别是在射束的中心。
再者，高斯射束放射波形402在熔化阈值408与蒸发阈值之间的斜率小于经调整射束放射波形404在熔化阈值408与蒸发阈值之间的斜率。因此，高斯射束会产生较宽的重铸氧化层，因为材料的较宽区域将会被熔化但是不会被蒸发。举例来说，箭头410表示重铸氧化层的宽度是由高斯射束所产生，而箭头412表示重铸氧化层的宽度是由经调整射束所产生。由于经调整射束放射轮廓形态404在熔化阈值408与蒸发阈值406之间的快速斜率，经调整射线产生较狭窄的重铸氧化层。
图5A-5C图示地解释射束截面波形之间的差异。图5A显示高斯截面波形510。图5B-5C显示“礼帽”形状的截面波形。图5B显示方形的截面波形512，图5C显示圆形的截面波形514。
Dunsky等人的美国专利第6,433,301号与第6,791,060号揭示了根据特定实施方式来确定射束形状的系统与方法。图6A-6D示范性地显示由高斯射束所产生的实质上均匀的放射波形，该高斯射束穿过如美国专利第5,864,430号所示的衍射光学组件(diffractive optical element；DOE)来传播。图6A-6D显示“礼帽”形状射束。图6A-6C显示方形的放射波形，而图6D显示圆柱形的放射波形。图6C的放射波形是“上下颠倒的”，显示在其边缘比起朝向其中心而具有较高密度。控制射束形状构件可以被选择，以产生具有上下颠倒的放射轮廓形态的脉冲，如图6C所示，其在破折线610的外部被切成薄片以促进烧蚀，更进一步地改善切口锥度。技术人员将会了解的是，控制射束形状构件可以被设计以提供许多可能会对特定应用有用的其它的放射波形。
图7显示刻划穿过互连且低k介电质702层的切口700的电子显微照片。切口700是大约35微米宽且使用具有大约355纳米波长的激光来刻划。如在此所述，短脉冲宽度(举例来说，在微微米的范围中)以及快速脉冲率频率会被用来实现在高速率的低能量密度烧蚀。切口700在超过500毫米/秒的速度，以“礼帽”形状的射束被刻划。射束形状提供实质上平坦的切口底部，且实质上垂直且被良好的确定的侧边。更进一步地，实质上没有碎屑或裂缝。
在此揭示的特定实施方式中，刻划可以使用单一激光操作而完成。然而，在特定其它的实施方式中，在一个激光操作中，每脉冲的材料的总移除量不够充分来达到所希望的刻划深度。在特定此类实施方式中，在刻划线的每一个位置是以复数个脉冲而暴露，以达成所希望的材料移除。在一个此类实施例中，在切割方向上脉冲在材料上向叠加。
举例来说，图8根据本发明的实施方式，概略地解释在切割方向上连续地将工件800置于激光脉冲下。每一个脉冲切除特定光点尺寸802至脉冲烧蚀深度。为了达成整体的烧蚀深度，随后的脉冲具有在切割方向中的重迭偏移或咬边尺寸804。举例来说，第一脉冲移除在第一区域806的材料。接着，第二脉冲在切割方向移动(举例来说，至图8中的左边)，以移除来自于第二区域808和第三区域808’的额外材料。第二区域808和第三区域808’(当结合时)的宽度是与第一区域806的宽度相同时(举例来说，光点尺寸802)。第二区域808是在切割方向中的第一区域806的侧边且具有相同于咬边尺寸804的宽度。第三区域808’是在一部分第一区域806之下。因此，随着第一脉冲到第二脉冲整体烧蚀深度增加。
随着更多的脉冲施加到切割方向的工件800上，从而持续刻划步骤。整体切割的深度随着每一个脉冲而增加，直到达到所希望的深度810。在所希望的深度810达到之后，额外的脉冲持续在切割方向移除材料，而不增加整体深度使之超过所希望深度810。针对一指定的光点尺寸802，咬边尺寸804将会定义所希望深度810。所希望深度810等于单一脉冲的脉冲烧蚀深度乘以光点尺寸802与光点尺寸804之比。举例来说，如图8所示，咬边尺寸804大约是1/7的光点尺寸802的尺寸。因此，所希望深度810是七倍的单一脉冲的脉冲烧蚀深度(且在七个波长后才能达到)。
在一个实施方式中，切割速率由最先选择的如上所述的脉冲持续期间来控制，以减少烧蚀阈值。优势地，在特定实施方式中，脉冲宽度被选择以提供实质上对于目标材料最低的烧蚀阈值。接着，选择光点尺寸以针对所选每脉冲的能量提供所希望的能量密度。接着，基于单一脉冲烧蚀深度，选择咬边尺寸以提供整体烧蚀深度。如上所述，接着，选择脉冲重复频率以提高切割速率。在特定实施方式中，较低脉冲重复频率(举例来说，大约70千赫兹)是与高脉冲能量(举例来说，大约50微焦耳至大约100微焦耳)一起使用，以通过改变激光光点的长宽比从对称(举例来说，圆形)到不对称(举例来说，椭圆或是长方形)，在低能量密度和高速率来烧蚀，以便脉冲的能量散布在切割的方向上。因此，当在切割方向移除材料时，并非将能量聚焦在小圆光点上，椭圆或是长方形光点将每一个脉冲的能量散布至较低的能量密度。举例来说，通过调整形状的长方形射束可以经建构，使得长方形的长边方向在切割的方向上。
虽然上述实施方式已经叙述了关于单一化半导体晶片，技术人员将会了解其它应用，举例来说，内存修复和激光微电机。举例来说，图9是使用上述激光烧蚀方法的在半导体材料中微机械图案900的电子显微照片。范例图案900包含大约51微米宽的沟902，其以一精确的图案所切割。沟902具有实质上平坦的底部与定义良好的侧壁。再者，在沟之间的距离904大约是25微米那么的小。
技术人员将会从在此的揭示了解的是，也可以实现其它图案或是更精确的切割。举例来说，图10是使用上述激光烧蚀方法的在半导体材料中微机械图案1000的电子显微照片。范例图案1000包含大约50微米宽的沟1002，其通过大约10微米宽的距离而分离出一些位置1004。
在图7、8和9中，可以发现的是，实质上没有碎屑、裂缝或是污染物。在特定实施方式中，需要一些清洁来移除小量的碎屑。举例来说，传统的高压水或固态二氧化碳“喷砂”技术可以用在激光烧蚀之后，以移除粒子或碎屑。然而，比起传统激光或是机械锯子切割技术，在此所述的烧蚀步骤通常是较为干净，而且比起传统的步骤，仅需要较少的清洁或完全不需要清洁。因此，不需要为分切步骤提供在晶片上元件的间的额外横向分隔。再者，由于与短波长一起使用低能量密度，在热影响区、裂缝、屑皮和碎屑方面的问题变少。因此，获得较高的破碎强度与整体程序产量。
对于擅长此技术的人是明显的，对于上述实施方式的细节，许多改变可以被实现，而不背离本发明的基本原则。因此，本发明的范畴应该仅能由权利要求书所确定。

Claims (22)

1.一种切割形成在基板上的复数个层的方法，复数个层中的每一层具有各自的随激光脉冲宽度而改变的激光烧蚀阈值，该方法包括：
确定复数个层中的每一层的最小激光烧蚀阈值；
选择最小激光烧蚀阈值中最高者；
产生一个或多个激光脉冲射束，激光脉冲射束具有的能量密度的范围为所选激光烧蚀阈值与大约10倍的所选激光烧蚀阈值之间，且，
在形成于复数个层中的复数个集成电路之间刻划切口，切口穿过复数个层直至基板的上表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中激光脉冲具有的脉冲宽度的范围在大约0.1皮秒至大约1000皮秒之间。
3.如权利要求1所述的方法，其中射束具有的脉冲重复率的范围在大约100千赫兹至大约100百万赫兹之间。
4.如权利要求1所述的方法，其中每个脉冲的能量范围在大约1微焦耳至大约100微焦耳之间。
5.如权利要求1所述的方法，其中射束的平均能量范围在大约10瓦至大约50瓦之间。
6.如权利要求1所述的方法，其中复数个层具有的合计厚度的范围在大约8微米至大约12微米之间，且其中射束经建构以范围在大约200毫米/秒至大约1000毫米/秒之间的速度，刻划穿过复数个层的切口。
7.如权利要求1所述的方法，更进一步包括沿着切口的长度方向用锯子切割基板。
8.如权利要求1所述的方法，其中切口形成第一刻划线和第二刻划线，其将第一有效元件区域从第二有效元件区域分离。
9.如权利要求8所述的方法，更进一步包括在第一刻划线和第二刻划线之间，用锯子切割复数个层与基板。
10.如权利要求1所述的方法，更进一步包括以射束单道切割穿过复数个层与基板。
11.如权利要求1所述的方法，更进一步包括控制射束形状来提供实质上均匀的放射形态。
12.如权利要求1所述的方法，其中至少复数个层中的一个包含低k介电质材料。
13.如权利要求1所述的方法，其中激光射束具有的能量密度的范围在所选激光烧蚀阈值和大约五倍的所选激光烧蚀阈值之间。
14.一种集成电路，其根据权利要求1所述的方法来分切。
15.一种刻划晶片的方法，在该晶片上或其中形成复数个集成电路，集成电路被一个或多个道而分离，该方法包括：
产生一个或多个激光脉冲射束，该激光脉冲具有选择的脉冲宽度，以便最小化目标材料的烧蚀阈值；且，
以射束烧蚀一部分的目标材料，其射束的脉冲重复频率范围在大约为5.1百万赫兹至大约100百万赫兹之间。
16.如权利要求15所述的方法，其中脉中宽度范围在大约0.1皮秒至1000皮秒之间。
17.如权利要求15所述的方法，其中每个脉冲的能量范围在大约1微焦耳至大约100微焦耳之间。
18.如权利要求15所述的方法，其中目标材料的厚度的范围在大约8微米至大约12微米之间，且其中射束经建构以范围在大约200毫米/秒至大约1000毫米/秒之间的速度，切割穿过目标材料。
19.一种刻划晶片的方法，在该晶片之上或其中形成复数个集成电路，集成电路被一个或多个道而分离，该方法包括：
产生一个或多个激光脉冲射束，该激光脉冲具有脉冲宽度的范围在大约0.6皮秒至大约190皮秒的间；且，
以射束烧蚀一部分的目标材料。
20.如权利要求19所述的方法，其中射束具有脉冲重复频率的范围在大约100千赫兹至大约100百万赫兹之间。
21.一种刻划晶片的方法，在该晶片之上或其中形成复数个集成电路，集成电路被一个或多个道而分离，该方法包括：
产生一个或多个激光脉冲射束，该激光脉冲具有脉冲宽度的范围在大约210皮秒至大约1000皮秒之间；且，
以射束烧蚀一部分的目标材料。
22.如权利要求21所述的方法，其中射束具有脉冲重复频率的范围在大约100千赫兹至大约100百万赫兹之间。
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