CN103703546A - 使用具有等离子体蚀刻的混合式电流激光划线制程的晶片切割 - Google Patents

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Abstract

兹描述切割半导体晶片的方法，每一晶片具有多个集成电路。方法包括形成掩模于半导体晶片上。掩模由覆盖及保护集成电路的层组成。接着以电流激光划线制程图案化掩模，以提供具有间隙的图案化掩模。图案化露出集成电路间的半导体晶片区域。接着经由图案化掩模的间隙蚀刻半导体晶片，以单粒化集成电路。

Description

使用具有等离子体蚀刻的混合式电流激光划线制程的晶片切割
技术领域
本发明的实施例系关于半导体处理领域，且特别系关于切割半导体晶片的方法，每一晶片具有多个集成电路于上。
背景技术
在半导体晶片处理中，集成电路形成在由硅或其他半导体材料组成的晶片（亦称为基板）上。通常，各种半导体、导体或绝缘材料层用于形成集成电路。利用各种已知制程来掺杂、沉积及蚀刻该等材料，以形成集成电路。各晶片经处理而形成大量单独区域，这些区域含有称为晶粒的集成电路。
在集成电路形成制程后，“切割”晶片，以将个别晶粒彼此分开供封装或以未封装形式用于较大电路内。两种主要晶片切割技术为划线及锯切。采用划线时，钻石尖端划片沿着预成形刻划线移动越过晶片表面。该等刻划线沿着晶粒的间隔延伸。该等间隔一般称作“切割道”（streets）。钻石划片沿着切割道在晶片表面形成浅划痕。如利用辊施加压力后，晶片即沿着刻划线分开。晶片中的裂缝依循晶片基板的晶格结构而行。划线可用于厚度约10密耳（千分之一吋）或以下的晶片。对较厚晶片而言，锯切系目前较佳的切割方法。
采行锯切时，每分钟高转速旋转的钻石尖端锯子接触晶片表面及沿着切割道锯切晶片。晶片装设在支撑构件上，例如延展整个膜框的胶膜，锯子反复用于垂直与水平切割道。采行划线或锯切的问题在于碎片和凿孔会沿着晶粒的断裂边缘形成。此外，裂痕会形成及从晶粒边缘传布到基板内，导致集成电路无效。碎裂和破裂在划线方面尤其严重，因为在晶体结构的<110>方向上，方形或矩形晶粒只有一侧可被划线。是以劈开晶粒另一侧将产生锯齿状分离线。由于碎裂和破裂，晶片上的晶粒间需有附加间距，以免破坏集成电路，例如使碎片和裂痕与实际集成电路保持距离。因应间距要求，标准尺寸晶片上无法形成许多晶粒，以致浪费了原本可用于电路的晶片地产（realestate）。使用锯子加剧了半导体晶片上的地产浪费。锯刃厚度为约15微米。故为确保锯切周围的破裂和其他破坏不会损害集成电路，各晶粒的电路往往需分开300至500微米。另外，切割后，需实质清洁各晶粒，以移除微粒和锯切制程产生的其他污染物。
亦已采行等离子体切割，但等离子体切割也有所限制。例如，阻碍等离子体切割实施的一限制为成本。用于图案化光阻的标准光刻(lithography)操作将致使实施成本过高。可能阻碍等离子体切割实施的另一限制为沿着切割道切割时，等离子体处理常用金属（例如铜）会造成生产问题或产量限制。
发明内容
本发明的实施例包括切割半导体晶片的方法，每一晶片具有多个集成电路于上。
在一实施例中，切割具有多个集成电路的半导体晶片的方法包括形成掩模于半导体晶片上，掩模由覆盖及保护集成电路的层组成。接着以电流激光划线制程图案化掩模，以提供具有间隙的图案化掩模而露出集成电路间的半导体晶片区域。接着经由图案化掩模的间隙蚀刻半导体晶片，以单粒化（singulate）集成电路。
在另一实施例中，用于切割半导体晶片的系统包括工作接口。激光划线设备耦接工作接口且包括激光，激光具有移动激光光束或光点、移动平台和一或更多电流镜。等离子体蚀刻腔室亦耦接工作接口。
在又一实施例中，切割具有多个集成电路的半导体晶片的方法包括形成聚合物层于硅基板上。聚合物层覆盖及保护置于硅基板上的集成电路。集成电路由二氧化硅层和铜层组成，二氧化硅层置于低介电常数（K）材料层上。以电流激光划线制程图案化聚合物层、二氧化硅层、低K材料层和铜层，以露出集成电路间的硅基板区域。接着经由间隙蚀刻硅基板，以单粒化集成电路。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的一种切割包括多个集成电路的半导体晶片的方法操作流程图；
图2A图示根据本发明一实施例，在进行切割半导体晶片的方法期间，对应图1流程图的操作102时，包括多个集成电路的半导体晶片的截面图；
图2B图示根据本发明一实施例，在进行切割半导体晶片的方法期间，对应图1流程图的操作104时，包括多个集成电路的半导体晶片的截面图；
图2C图示根据本发明一实施例，在进行切割半导体晶片的方法期间，对应图1流程图的操作106时，包括多个集成电路的半导体晶片的截面图；
图3图示根据本发明一实施例的电流激光划线制程，该制程涉及平台沿着一轴移动，并且沿着垂直轴同时进行振镜扫描；
图4A及图4B图示根据本发明一实施例的电流激光划线制程，该制程涉及平台沿着和同时进行振镜扫描的轴一样的轴移动；
图5图示根据本发明一实施例，使用飞秒范围的激光脉宽对照较长脉宽的作用；
图6为根据本发明一实施例的材料堆迭截面图，材料堆迭可用于半导体晶片或基板的切割道区域；
图7A至图7D图示根据本发明一实施例，切割半导体晶片的方法中的各种操作截面图；
图8图示根据本发明一实施例，用于激光与等离子体切割晶片或基板的工具布局方块图；
图9图示根据本发明一实施例的示例性电脑系统方块图。
具体实施方式
兹描述切割半导体晶片的方法，每一晶片具有多个集成电路于上。在以下说明中提出许多特定细节，例如电流激光划线方式和等离子体蚀刻条件与材料体系，以对本发明实施例有更彻底的了解。熟谙此技术者将明白，本发明实施例可不以该等特定细节实践。在其他情况下，并不详述诸如集成电路制造等已知态样，以免让本发明实施例变得晦涩难懂。另外，应理解图式所示各种实施例为代表性说明，故未必按比例绘制。
涉及初始激光划线与后续等离子体蚀刻的混合式晶片或基板切割制程可用于晶粒单粒化。激光划线制程可用于干净地移除掩模层、有机与无机介电层和装置层。接着在露出或部分蚀刻晶片或基板后，即可终止激光蚀刻制程。切割制程的等离子体蚀刻部分接着可用于蚀穿大块晶片或基板，例如穿过大块单晶硅，以产生晶粒或晶片单粒化或切割。
高脉冲重复频率（PRF）激光（例如通常为500千赫兹至数兆赫兹）与高速移动（例如1至2米/秒）的结合可用于确保单粒化制程的激光划线部分有高产量。然需形成具适当点重叠的连续刻划线做为激光划线操作的一部分。虽然在激光划线制程期间，利用平台移动可只移动晶片或基板，但可能缺点为线性平台的占地面积大且成本高，此对较大晶片与基板尤其如是。根据所述一或更多实施例，就激光划线操作而言，线性X-Y平台和电流移动（振镜（Galvo））组是同步的。
故在本发明的一态样中，电流激光划线制程和等离子体蚀刻制程的结合可用来将半导体晶片切割成单粒化集成电路。图1为根据本发明一实施例的一种切割包括多个集成电路的半导体晶片的方法操作流程图100。图2A至图2C为根据本发明一实施例，在进行切割半导体晶片的方法期间，对应流程图100的操作时，包括多个集成电路的半导体晶片的截面图。
参照流程图100的操作102和对应图2A，掩模202形成在半导体晶片或基板204上。掩模202由覆盖及保护集成电路206的层组成，集成电路206形成在半导体晶片204的表面。掩模202亦覆盖形成于各集成电路206间的中间切割道207。
根据本发明一实施例，形成掩模202包括形成层，例如光阻层或I-线（I-line）图案化层，但不以此为限。例如，诸如光阻层的聚合物层可由适合用于光刻制程的材料组成。在一实施例中，光阻层由正光阻材料组成，例如248纳米（nm）光阻、193nm光阻、157nm光阻、极紫外线（EUV）光阻或具重氮萘醌敏化剂的酚醛树脂基质，但不以此为限。在另一实施例中，光阻层由负光阻材料组成，例如聚顺异戊二烯和聚桂皮酸乙烯酯，但不以此为限。
在一实施例中，半导体晶片或基板204由适合承受制造制程且供半导体处理层适当放置于上的材料组成。例如，在一实施例中，半导体晶片或基板204由IV族基材料组成，例如结晶硅、锗或硅/锗，但不以此为限。在一特定实施例中，提供半导体晶片204包括提供单晶硅基板。在一特定实施例中，单晶硅基板掺杂杂质原子。在另一实施例中，半导体晶片或基板204由III-V材料组成，例如用于制造发光二极管（LED）的III-V材料基板。
在一实施例中，半导体晶片或基板204已设置半导体装置阵列于上或内做为部分集成电路206。此类半导体装置实例包括存储装置或制造于硅基板且包围在介电层中的互补式金属氧化物半导体（CMOS）电晶体，但不以此为限。多个金属内连线可形成在装置或电晶体上并位于周围介电层中，金属内连线可用于电气耦接装置或电晶体而形成集成电路206。组成切割道207的材料可类似或和用于形成集成电路206的材料一样。例如，切割道207可由介电材料层、半导体材料层和金属化层组成。在一实施例中，一或更多切割道207包括测试装置，测试装置类似集成电路206的实际装置。
参照流程图100的操作104和对应图2B，利用电流激光划线制程来图案化掩模202，以提供具有间隙210的图案化掩模208，而露出集成电路206间的半导体晶片或基板204区域。如此，激光划线制程用于移除原本形成在集成电路206间的切割道207材料。根据本发明一实施例，如图2B所示，利用电流激光划线制程来图案化掩模202包括形成沟槽212，使沟槽212部分进入集成电路206间的半导体晶片204区域。应理解在一实施例中，所述振镜移动动作系指激光光束或光点移动，而非实际整个激光设备本身。在此实施例中，“激光”系指光束或光点移动时仍保持闲置的激光箱。
在一实施例中，就激光划线操作而言，线性X-Y平台和电流移动（振镜）组系同步的。例如，在一实施例中，X-Y平台以较慢速度（例如通常为数百毫米/秒）移动，以确保低震动和平缓移动，电流移动则同时以较快速度（例如数米/秒）和高定位准确度进行。在一特定实施例中，依此方式，整体（平均）划线速度可达约600毫米/秒至2米/秒。
视晶粒密度和堆迭结构而定，可以各种方式同步化平台和振镜移动。例如，在一实施例中，平台沿着一轴移动，同时振镜沿着垂直方向扫描。在另一实施例中，平台移动和振镜扫描系同时沿着同一轴进行。在又一实施例中，依据所需定位准确度的振镜扫描场尺寸，把经单粒化的整个晶片或基板预先定义成数个区块。振镜相继沿着二轴扫过扫描场。接着，平台亦沿着二轴移动而将振镜扫描移到下一扫描场。
在一实施例中，利用电流激光划线制程来提供图案化掩模208，可在明显较小的机器占地面积上达成紧密产量和定位准确度目标。另外，在一实施例中，利用电流激光划线制程能使用高达约10兆赫频率且具适当脉冲重叠的激光，而获得良好的制程品质。依此，激光剥离制程可扩大成较高产量，不然此可能造成非常大的脉冲重叠，以致产生太多热聚积及形成缺陷。
在一实例中，图3图示根据本发明一实施例的电流激光划线制程，该制程涉及平台沿着一轴移动，并且沿着垂直轴同时进行振镜扫描。参照图3，使晶片或基板300遭受激光剥离制程处理，激光剥离制程涉及同步化平台移动302和振镜扫描304。在一实施例中，如图3所示，平台移动沿着X方向，振镜扫描304沿着Y方向划线。参照所绘黑色标线（subscribe），承载晶片或基板300的平台沿着X方向移动，以沿着Y方向从晶片或基板300的一端到另一端形成多个标线。振镜沿着Y方向扫描而形成多个标线。参照所绘白色标线，抵达晶片或基板300的另一端时，平台朝Y方向步进约黑色标线长度（例如考量刻划线边缝重叠）。振镜扫描接着用于形成所绘白色标线。平台沿着X轴移动（但朝反向），以沿着Y方向形成新划线。反复进行，直到整个晶片或基板300被划线为止。
在另一实例中，图4A及图4B图示根据本发明一实施例的电流激光划线制程，该制程涉及平台沿着和同时进行振镜扫描之轴一样的轴移动。参照图4A，使晶片或基板400遭受激光剥离制程处理，激光剥离制程涉及同步化平台移动402和振镜扫描404。在一实施例中，如图4A所示，平台移动沿着X方向，振镜扫描404亦沿着X方向划线。参照所绘黑色标线，承载晶片或基板400的平台沿着X方向移动，致使振镜扫描沿着X方向于晶片或基板300的一端形成多个标线。参照所绘白色标线，完成第一次扫描时，平台步进约黑色标线长度（例如考量刻划线边缝重叠）。振镜扫描接着用于形成所绘白色标线。反复进行，直到整个晶片或基板400被划线为止。图4B图示同轴型扫描与平台同步化的特定实施例，其中进行第一反复步骤i，然后为第二反复步骤i+1。
在一些实施例中，期以单一扫描器于经单粒化的基板或晶片的特定纵向位置形成部分多条线。在一实施例中，由于基板或晶片可纵向移动通过划线装置，故扫描装置可侧向引导各光束，而于各扫描装置的作用区内形成部分纬线或片段。在一实施例中，每一刻划线实际上由一连串重叠刻划点组成，每一刻划点由引导至基板或晶片上特定位置的激光脉冲组成。为形成连续线，点宜充分重叠，例如重叠面积约25%。出自各作用区的部分接着亦需重叠，以防止间隙。点间由分离作用区形成的重叠区域代表各扫描部分以蛇行方式开始。在此实例中，当有x个区域时，若有x个扫描装置，则可藉由使基板或晶片单次通过装置而形成图案，此系因为每一扫描装置可形成x个重叠部分之一，故以单次通过方式可形成连续线。然若扫描装置比形成区域数量需求还少（例如一个扫描装置），或者作用区致使各扫描装置不能划线该等片段之一，则需使基板多次通过装置。
在一实施例中，各扫描装置根据基板或晶片的各纵向位置的图案扫描。图案用于沿着纵向的纵向区，以于基板或晶片第一次纵向通过装置时形成各刻划线片段。接着使基板或晶片以相反纵向通过时，利用图案，形成各线的第二片段。在一实施例中，图案系蛇行图案，以容许扫描装置就基板或晶片的特定纵向位置形成多个线段。在一实例中，当基板或晶片朝第一纵向行经装置时，第一扫描器制造图案。同一扫描器可利用把基板或晶片接着导回朝相反纵向的图案，诸如此类，以于基板或晶片上形成连续线。
应理解例如当基板或晶片朝相反纵向移动而不划线时，可利用相同图案，朝同一方向进行划线。又，一些实施例可在各次通过之间，侧向移动基板或晶片，其他实施例则可相对基板或晶片侧向移动扫描器、激光、光学元件或其他部件。此类图案可配合一或多个扫描装置使用。
在许多实施例中，就一组线段进行纵向移动，接着使基板或晶片纵向移动，然后进行另一纵向移动而形成另一组，诸如此类。在许多实施例中，基板或晶片以恒定速率纵向移动，以致来回纵向移动在各次纵向通过之间需要不同的划线图案。该等实施例可产生交替图案。
然因纵向移动期间可就特定区域划线，故可使用计及此移动的图案。若对部分划线时，一切都固定不动，则各位置可使用实质矩形图案。在某些实施例中，移动相当连续，此方式可减少停止及开始等所引起的误差。当系统侧向移动时，简易矩形图案方式可能不会产生实质等距间隔又重叠的线部分。
故可使用考虑到此纵向移动的扫描图案。例如，就蛇行图案而言，若扫描装置相对基板或晶片的位置系使纵向扫描期间无纵向移动，则扫描装置需计及图案的第二线段开始时，第一线段划线导致纵向位置改变的事实。在此实施例中，各图案藉由侧向偏移第二线段（和各后续线段）而计及此。可利用及校准纵向移动速度，以决定偏移量。纵向移动因扫描装置、激光装置、基板或晶片或上述组合物的移动而起。当朝反向纵向移动时，图案需计及反向纵向移动，故线段间有反向偏移。
虽然蛇行图案可最小化扫描行经量，且在一些实施例中可稍微增进产量，但其他实施例采用总是朝同一纵向扫描的图案。例如，图案可补偿扫描器的侧向移动，例如朝第一方向。然在此实例中，为侧向移动，扫描图案会从左边移到右边而产生所谓的光栅图案。尽管扫描器在刻划线间可能需移动更多，然就特定侧向移动方向而言，朝同一方向划线，将不用计算扫描图案差异。例如，在蛇行图案中，第一线在第一方向，第一方向和扫描器移动一样，故图案间距为第一距离。对下一线而言，若线朝与扫描器移动方向相反的方向形成，则需计算不同图案间距，以考量基板相对扫描器的不同方向（和相对速度变化）。为避免此类计算和校准，可使用光栅图案，光栅图案形成顺着（或逆着）扫描器移动方向的刻划线。
另外，在一实施例中，由于扫描期间各扫描装置的作用区或扫描场正在移动，故划线图案小于扫描场整体尺寸且部分由移动速度决定。当扫描场相对基板或晶片移到右边时，最后一个划线线段将始于扫描场后缘附近。对第一图案划线时，扫描场位置则在适当位置而伴随下一图案开始。为确保连续线，在一实施例中，各图案的线段末端应与任何相邻线段的线段重叠。在一实施例中，划线掩模或划线点间的重叠量通常为约25%。然在线末端处，重叠量可更多，例如约50%，以计及点间定位误差，及确保不同线段边缝接结而形成连续线。
在一示例性实施例中，扫描场始于蛇行图案一端，并利用交替图案（例如A、B、A、B等）侧向移到右边，直到抵达该扫描装置于该划线位置的线末端为止。在线末端处，基板或晶片纵向移动，以将扫描装置推进到下一划线位置，纵向移动系反向进行。在此方向上，使用相对图案（例如C、D、C、D等），直到抵达在此方向上位于此划线位置的扫描线末端为止。由此可知，各扫描位置将产生一些划线线段和一些图案接结在一起而形成较长线段。一般技术人士当明白所用适当数量。继续来回图案化，直到抵达划线区末端为止。
在一实施例中，参照流程图100的操作104，使用一系列激光脉冲。视待剥离层的复杂度而定，一系列单一脉冲可能未提供剥离性能最佳能量。然在单一脉冲时间输送较大强度会造成缺陷形成。反之，在一实施例中，一系列多重脉冲猝发用于剥离。
即使利用电流激光划线，使用基于飞秒的激光（例如对照皮秒基激光或奈秒基激光）可进一步最佳化经单粒化制程的复杂层堆迭的剥离性能。故在一实施例中，以激光划线制程图案化掩模206包括使用具飞秒范围脉宽的激光。特定言之，具可见光光谱加上紫外线（UV）与红外线（IR）范围波长（总体为宽带光谱）的激光可用于提供基于飞秒的激光，即脉宽为飞秒等级（10-15秒）的激光。在一实施例中，剥离并非或实质不为波长相依，因此适合复杂膜，例如掩模202、切割道207和也许部分半导体晶片或基板204的膜。
图5图示根据本发明一实施例，使用飞秒范围的激光脉宽对照较长脉宽的作用。参照图5，对照较长脉宽（例如以皮秒处理通孔500B造成的破坏502B和以奈秒处理通孔500A造成的显著破坏502A），使用飞秒范围的激光脉宽，可减轻或消除热破坏问题（例如以飞秒处理通孔500C乃最小化成无破坏502C）。如图5所示，消除或减轻通孔500C形成期间的破坏系因缺乏低能再耦合（如皮秒基激光剥离所见）或热平衡（如奈秒基激光剥离所见）所致。
激光参数选择（例如脉宽）对开发成功的激光划线与切割制程而言至关重要，该制程可使碎片、微裂和脱层减至最少，以达成干净的激光划线切割。激光划线切割越干净，用以最终晶粒单粒化的蚀刻制程进行越平顺。在半导体装置晶片中，通常有许多不同材料类型（例如导体、绝缘体、半导体）和厚度的功能层置于半导体装置晶片上。此类材料可包括有机材料（例如聚合物）、金属或无机介电质（例如二氧化硅和氮化硅），但不以此为限。
置于晶片或基板上的个别集成电路间的切割道可包括类似或和集成电路本身一样的层。例如，图6为根据本发明一实施例的材料堆迭截面图，材料堆迭可用于半导体晶片或基板的切割道区域。
参照图6，切割道区域600包括硅基板顶部602、第一二氧化硅层604、第一蚀刻终止层606、第一低K介电层608（例如介电常数小于二氧化硅的介电常数4.0）、第二蚀刻终止层610、第二低K介电层612、第三蚀刻终止层614、无掺杂硅玻璃（USG）层616、第二二氧化硅层618和光阻层620，并具所示相关厚度。铜金属化层622置于第一与第三蚀刻终止层606、614间且穿过第二蚀刻终止层610。在一特定实施例中，第一、第二和第三蚀刻终止层606、610、614由氮化硅组成，低K介电层608、612由碳掺杂氧化硅材料组成。
在习知激光辐照（例如奈秒基或皮秒基激光辐照）下，切割道600的材料在光吸收和剥离机制方面的行为相当不同。例如，介电层（例如二氧化硅）在正常条件下对所有市售激光波长本质上系透明的。相较之下，金属、有机（例如低K材料）和硅很容易耦合光子，特别系回应基于奈秒或基于皮秒的激光辐照时。在一实施例中，电流激光划线制程利用基于飞秒的激光划线制程，在剥离低K材料层和铜层前，剥离二氧化硅层，以图案化二氧化硅层、低K材料层和铜层。
根据本发明一实施例，适合的基于飞秒的激光制程特征在于高峰强度（辐照度），此通常会造成各种材料的非线性交互作用。在此实施例中，飞秒激光源的脉宽为约10飞秒至500飞秒，但较佳为100飞秒至400飞秒。在一实施例中，飞秒激光源的波长为约1570纳米至200纳米，但较佳为540纳米至250纳米。在一实施例中，激光和对应光学系统于工作表面提供约3微米至15微米的焦点，但较佳为约5微米至10微米。
工作表面的空间光束分布可为单模（高斯）或具塑形高帽分布。在一实施例中，激光源于工作表面输送的脉冲能量为0.5微焦耳（μJ）至100μJ，但较佳为约1μJ至5μJ。在一实施例中，激光划线制程以约300毫米/秒至5米/秒的速度沿着工件表面进行，但较佳为约500毫米/秒至2米/秒。
划线制程可只在单次通过或多次通过时进行，但在一实施例中，较佳为通过1至2次。在一实施例中，工件中的划线深度为约5微米至50微米深，较佳为约10微米至20微米深。在一实施例中，产生的激光光束切口宽度为约2微米至15微米，但在硅晶片划线/切割中，于装置/硅界面测量的切口宽度较佳为约6微米至10微米。
可选择激光参数以获得益处和优势，例如在直接剥离无机介电质前，提供够高的激光强度来达成离子化无机介电质（例如二氧化硅），及使下层破坏引起的脱层和碎片减至最少。又，可选择参数以利用精确控制的剥离宽度（例如切口宽度）和深度，提供工业应用有意义的制程产量。如上所述，基于飞秒的激光远比基于皮秒和基于奈秒的激光剥离制程适合提供此优势。
然即使在基于飞秒的激光剥离光谱中，某些波长可能提供较其他波长佳的性能。例如，在一实施例中，波长接近或为UV范围的基于飞秒的激光制程提供比波长接近或为IR范围的基于飞秒的激光制程还干净的剥离制程。在一特定实施例中，适合半导体晶片或基板划线的基于飞秒的激光制程系以波长约小于或等于540纳米的激光为基础。在一特定实施例中，采用约小于或等于400飞秒的激光脉冲，激光波长约小于或等于540纳米。然在一替代实施例中，采用双激光波长（例如结合IR激光和UV激光）。
参照流程图100的操作106和对应图2C，经由图案化掩模208的间隙210蚀刻半导体晶片204，以单粒化集成电路206。根据本发明一实施例，如图2C所示，蚀刻半导体晶片204包括藉由蚀刻最初以电流激光划线制程形成的沟槽212，以最终完全蚀穿半导体晶片204。
在一实施例中，蚀刻半导体晶片204包括利用等离子体蚀刻制程。在一实施例中，采行穿硅通孔型蚀刻制程。例如，在一特定实施例中，半导体晶片204材料的蚀刻速率大于25微米/分钟。极高密度等离子体源可用于晶粒单粒化制程的等离子体蚀刻部分。适于进行等离子体蚀刻制程的处理腔室一例为取自美国加州Sunnyvale的应用材料公司的Applied
Figure BDA0000460196630000101
SilviaTM蚀刻系统。Applied
Figure BDA0000460196630000102
SilviaTM蚀刻系统结合电容与感应射频（RF）耦合，此比仅利用电容耦合更能个别控制离子密度和离子能量，即使有磁性增强改善亦然。此结合能有效使离子密度和离子能量去耦合，即使在很低的压力下，也可达到相当高的密度等离子体，又无可能有害的高DC偏压。此将造成异常宽广的制程视窗。然可采用任何能蚀刻硅的等离子体蚀刻腔室。在一示例性实施例中，深硅蚀刻用于以比习知硅蚀刻速率快约40%的蚀刻速率蚀刻单晶硅基板或晶片204，同时维持实质精确的轮廓控制和实际无扇形扭曲（scallop-free）的侧壁。在一特定实施例中，采行穿硅通孔型蚀刻制程。蚀刻制程系以反应气体产生的等离子体为基础，反应气体通常系氟系气体，例如SF6、C4F8、CHF3、XeF2或任何能以较快蚀刻速率蚀刻硅的其他反应气体。在一实施例中，如图2C所示，单粒化制程后，移除掩模层208。
故再次参照流程图100和图2A至图2C，晶片切割的进行可利用电流激光划线制程进行最初剥离，以剥穿掩模层、通过晶片切割道（包括金属化层）并部分进入硅基板。接着进行后续穿硅深等离子体蚀刻，以完成晶粒单粒化。根据本发明一实施例，用于切割的材料堆迭特例将参照图7A至图7D描述于后。
参照图7A，用于混合式激光剥离与等离子体蚀刻切割的材料堆迭包括掩模层702、装置层704和基板706。掩模层、装置层和基板置于晶粒附接膜708上，晶粒附接膜708固定于背衬带710。在一实施例中，掩模层702系光阻层，例如上述掩模202相关的光阻层。装置层704包括置于一或更多金属层（例如铜层）上的无机介电层（例如二氧化硅）和一或更多低K介电层（例如碳掺杂氧化物层）。装置层704亦包括设在集成电路间的切割道，切割道包括同于或类似集成电路的层。基板706系大块单晶硅基板。
在一实施例中，在固定于晶粒附接膜708前，从背侧薄化大块单晶硅基板706。可以背侧研磨制程进行薄化。在一实施例中，将大块单晶硅基板706薄化成厚度约50微米至100微米。重要的是应注意在一实施例中，薄化系在激光剥离与等离子体蚀刻切割制程前进行。在一实施例中，光阻层702的厚度为约5微米，装置层704的厚度为约2微米至3微米。在一实施例中，晶粒附接膜708（或任何能接合变薄或薄晶片或基板和背衬带710的适当代替物）的厚度为约20微米。
参照图7B，以电流激光划线制程712图案化掩模702、装置层704和部分基板706，以于基板706中形成沟槽714。参照图7C，穿硅深等离子体蚀刻制程716用于使沟槽714向下延伸到晶粒附接膜708而露出晶粒附接膜708的顶部，及单粒化硅基板706。穿硅深等离子体蚀刻制程716期间，光阻层702保护装置层704。
参照图7D，单粒化制程可进一步包括图案化晶粒附接膜708而露出背衬带710的顶部，及单粒化晶粒附接膜708。在一实施例中，以激光制程或蚀刻制程单粒化晶粒附接膜。进一步的实施例可包括随后自背衬带710移除基板706的单粒化部分（例如个别集成电路）。在一实施例中，单粒化晶粒附接膜708留在基板706的单粒化部分的背侧上。其他实施例可包括自装置层704移除掩模光阻层702。在一替代实施例中，若基板706变得比约50微米薄，则激光剥离制程712用于完全单粒化基板706，而不需使用附加等离子体制程。
单粒化晶粒附接膜708后，在一实施例中，自装置层704移除掩模光阻层702。在一实施例中，自背衬带710移除单粒化集成电路供封装用。在此实施例中，图案化晶粒附接膜708留在各集成电路的背侧上且包含在最终封装内。然在另一实施例中，在单粒化制程期间或之后，移除图案化晶粒附接膜708。
单一制程工具可配置以利用电流激光剥离和等离子体蚀刻单粒化制程，进行混合式激光系列中的许多或所有操作。例如，图8为根据本发明一实施例，用于激光与等离子体切割晶片或基板的工具布局方块图。
参照图8，制程工具800包括工作接口（FI）802，工作接口802具有多个负载锁定室804与之耦接。丛集工具806耦接工作接口802。丛集工具806包括一或更多等离子体蚀刻腔室，例如等离子体蚀刻腔室808。激光划线设备810亦耦接工作接口802。在一实施例中，如图8所示，制程工具800的整体占地面积为约3500毫米（3.5米）×约3800毫米（3.8米）。
在一实施例中，激光划线设备810内放置激光设备，激光设备配置以进行电流激光划线制程。激光适于进行混合式激光与蚀刻单粒化制程的激光剥离部分，例如上述激光剥离制程。在一实施例中，激光划线设备810亦包括移动平台，移动平台配置以相对激光移动晶片或基板（或平台的载具）。在一特定实施例中，如上所述，激光亦可移动。在一实施例中，如图8所示，激光划线设备810的整体占地面积为约2240毫米×约1270毫米。
在一实施例中，激光划线设备810包括功率衰减孔径，功率衰减孔径沿着各光束路径设置，以微调激光功率和光束尺寸。在一实施例中，衰减元件沿着各光束路径设置，以衰减光束部分、调整该部分的脉冲强度或力度（strength）。在一实施例中，光阀沿着各光束路径设置，以控制光束部分的各脉冲形状。在一实施例中，自动聚焦元件沿着各光束路径设置，使光束部分聚焦于一或更多扫描镜上。一或更多扫描镜可绕着一或更多轴致动，例如，一或更多电流扫描镜可绕着x轴和y轴致动，以提供二维激光输出扫描。在一实施例中，相对于扫描头，一或更多扫描镜系个别电流扫描镜。各扫描光束部分（可能只有一个）接着可通过聚焦光学组件，在一实施例中，聚焦光学组件包括远心透镜。在一实施例中，利用电流激光划线制程能使用高达约10兆赫频率且具适当脉冲重叠的激光，而获得良好的制程品质。
在一实施例中，一或更多等离子体蚀刻腔室808配置以经由图案化掩模中的间隙蚀刻晶片或基板，以单粒化多个集成电路。在此实施例中，一或更多等离子体蚀刻腔室808配置以进行深硅蚀刻制程。在一特定实施例中，一或更多等离子体蚀刻腔室808系取自美国加州Sunnyvale的应用材料公司的Applied
Figure BDA0000460196630000131
SilviaTM蚀刻系统。蚀刻腔室可特别设计用于深硅蚀刻，以制造位于单晶硅基板或晶片上或内的单粒化集成电路。在一实施例中，等离子体蚀刻腔室808包括高密度等离子体源，以促进高硅蚀刻速率。在一实施例中，制程工具800的丛集工具806包括超过一个蚀刻腔室，以使单粒化或切割制程达高制造产量。
工作接口802可为适合的大气埠，以接合具有激光划线设备810的外侧制造设施和丛集工具806。工作接口802可包括具有手臂或叶片的机器人，以将晶片（或晶片载具）从储放单元（例如前开式晶片盒）传送到丛集工具806或激光划线设备810或二者。
丛集工具806可包括其他适合执行单粒化方法中的功能的腔室。例如，在一实施例中，可包括沉积腔室812来代替附加蚀刻腔室。沉积腔室812可配置以在激光划线晶片或基板前，沉积掩模至晶片或基板的装置层上或上方。在此实施例中，沉积腔室812适于沉积光阻层。在另一实施例中，可包括湿式/干式站814来代替附加蚀刻腔室。湿式/干式站适于在晶片或基板的激光划线与等离子体蚀刻单粒化制程后，清洁残余物和破片、或移除掩模。在一实施例中，亦包括度量站做为制程工具800的部件。
本发明的实施例可提供做为电脑程序产品或软件，电脑程序产品可包括内含储存指令的机器可读取媒体，用以对电脑系统（或其他电子装置）编程而进行根据本发明实施例的制程。在一实施例中，电脑系统耦接图8所述制程工具800。机器可读取媒体包括任何用来储存或传递机器（例如电脑）可读取形式的信息的机构。例如，机器可读取（例如电脑可读取）媒体包括机器（例如电脑）可读取储存媒体（例如只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁盘储存媒体、光学储存媒体、闪存装置等）、机器（例如电脑）可读取传输媒体（电子、光学、声音或其他形式的传播信号（例如红外线信号、数字信号等））等。
图9为示例性电脑系统900的机器示意图，电脑系统900内为指令集，用以促使机器进行本文所述任一或更多方法。在替代实施例中，机器可连接（例如网络联结）区域网络（LAN）、企业内部网络、企业外部网络或网际网络中的其他机器。机器可由主从网络环境中的服务器或客户机操作，或当作同级间（或分散式）网络环境中的同级点机器。机器可为个人电脑（PC）、平板PC、机顶盒（STB）、个人数字助理（PDA）、手机、网络设备、服务器、网络路由器、交换机或桥接器，或任何能（循序或按其他方式）执行指令集的机器，指令集指定机器执行动作。另外，虽然只图示单一机器，但「机器」一词亦应视同包括任何机器（例如电脑）的集合，该等机器个别或共同执行一组（或多组）指令，以进行本文所述任一或更多方法。
示例性电脑系统900包括处理器902、主存储器904（例如只读存储器（ROM）、闪存、诸如同步DRAM（SDRAM）或Rambus DRAM（RDRAM）等动态随机存取存储器（DRAM））、静态存储器906（例如闪存、静态随机存取存储器（SRAM）等）和次存储器918（例如数据储存装置），处理器902、存储器904、906、918透过总线930互相通信连接。
处理器902代表一或更多通用处理装置，例如微处理器、中央处理单元等。更特别地，处理器902可为复杂指令集运算（CISC）微处理器、精简指令集运算（RISC）微处理器、超长指令字组（VLIW）微处理器、实施其他指令集的处理器或实施指令集组合的处理器。处理器902亦可为一或更多特殊用途处理装置，例如专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）、网络处理器等。处理器902配置以执行处理逻辑926，以进行本文所述操作。
电脑系统900可进一步包括网络接口装置908。电脑系统900亦可包括视频显示单元910（例如液晶显示器（LCD）、发光二极管显示器（LED）或阴极射线管（CRT））、字母数字输入装置912（例如键盘）、光标控制装置914（例如滑鼠）和信号产生装置916（例如扬声器）。
次存储器918可包括机器可存取储存媒体（或更特定言之为电脑可读取储存媒体）931，机器可存取储存媒体931储存收录所述任一或更多方法或功能的一或更多组指令（例如软件922）。软件922亦可完全或至少部分常驻在主存储器904及/或处理器902内，电脑系统900执行软件922时，主存储器904和处理器902亦构成机器可读取储存媒体。软件922可进一步透过网络接口装置908在网络920上传送或接收。
虽然在一示例性实施例中，电脑可存取储存媒体931系显示为单一媒体，但「机器可读取储存媒体」一词应视同包括单一媒体或多个媒体（例如集中式或分散式数据库及/或相关高速缓冲储存器和服务器），用以储存一或更多组指令。「机器可读取储存媒体」一词亦应视同包括任何能储存或编码机器执行的指令集而使机器进行本发明的任一或更多方法的媒体。因此，「机器可读取储存媒体」一词宜视同包括固态存储器和光学与磁性媒体，但不以此为限。
根据本发明一实施例，机器可存取储存媒体具有储存指令，用以促使数据处理系统进行切割具有多个集成电路的半导体晶片的方法。方法包括形成掩模于半导体晶片上，掩模由覆盖及保护集成电路的层组成。接着以电流激光划线制程图案化掩模，以提供具有间隙的图案化掩模。露出集成电路间的半导体晶片区域。接着经由图案化掩模的间隙蚀刻半导体晶片，以单粒化集成电路。
故揭示切割半导体晶片的方法，每一晶片具有多个集成电路。根据本发明一实施例，切割具有多个集成电路的半导体晶片的方法包括形成掩模于半导体晶片上，掩模由覆盖及保护集成电路的层组成。方法亦包括以电流激光划线制程图案化掩模，以提供具有间隙的图案化掩模而露出集成电路间的半导体晶片区域。方法亦包括经由图案化掩模的间隙蚀刻半导体晶片，以单粒化集成电路。在一实施例中，以电流激光划线制程图案化掩模包括同时移动平台和激光，平台支撑半导体晶片。在一实施例中，以电流激光划线制程图案化掩模包括迭接移动平台和激光，平台支撑半导体晶片。

Claims (15)

1.一种切割半导体晶片的方法，所述半导体晶片包含多个集成电路，所述方法包含以下步骤：
在所述半导体晶片上形成掩模，所述掩模包含覆盖及保护所述多个集成电路的层；
以电流激光划线制程图案化所述掩模，以提供具有多个间隙的图案化掩模，而在所述多个集成电路间露出所述半导体晶片的多个区域；以及
经由所述图案化掩模的所述多个间隙来蚀刻所述半导体晶片，以单粒化所述多个集成电路。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述电流激光划线制程图案化所述掩模的步骤包含同时移动平台和激光光束或光点，所述平台支撑所述半导体晶片。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，同时移动所述平台和所述激光光束或光点的步骤包含沿着第一轴移动所述平台，以及以沿着第二垂直轴移动的所述激光光束或光点进行激光剥离。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，同时移动所述平台和所述激光光束或光点的步骤包含沿着轴移动所述平台，以及以沿着所述轴移动的所述激光光束或光点进行激光剥离。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，同时移动所述平台和所述激光光束或光点的步骤包含沿着轴并以约600毫米/秒至2米/秒的平均划线速度，移动所述平台及进行激光剥离。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述电流激光划线制程图案化所述掩模的步骤包含迭接移动平台和激光光束或光点，所述平台支撑所述半导体晶片。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，迭接移动所述平台和所述激光光束或光点的步骤包含把划线区预先定义成多个区块，在第一区块内，以沿着两轴移动的所述激光光束或光点进行激光剥离，接着将所述平台移动到第二区块，随后在所述第二区块内，以沿着两轴移动的所述激光光束或光点进行激光剥离。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述电流激光划线制程图案化所述掩模的步骤包含使用基于飞秒的激光。
9.一种用于切割半导体晶片的系统，所述半导体晶片包含多个集成电路，所述系统包含：
工作接口；
激光划线设备，所述激光划线设备耦接所述工作接口且包括激光，所述激光具有移动激光光束或光点、移动平台和一或更多电流镜；以及
等离子体蚀刻腔室，所述等离子体蚀刻腔室耦接所述工作接口。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述移动激光光束或光点是约10兆赫兹频率激光。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述移动激光光束或光点是飞秒脉冲激光光束或光点。
12.一种切割半导体晶片的方法，所述半导体晶片包含多个集成电路，所述方法包含以下步骤：
在硅基板上形成聚合物层，所述聚合物层覆盖及保护置于所述硅基板上的多个集成电路，所述多个集成电路包含二氧化硅层和铜层，所述二氧化硅层置于低介电常数（K）材料层上；
以电流激光划线制程图案化所述聚合物层、所述二氧化硅层、所述低K材料层和所述铜层，以在所述多个集成电路间露出所述硅基板的多个区域；以及
经由多个间隙蚀刻所述硅基板，以单粒化所述多个集成电路。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，以所述电流激光划线制程图案化所述聚合物层、所述二氧化硅层、所述低K材料层和所述铜层包含同时移动平台和激光光束或光点，所述平台支撑所述硅基板。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，同时移动所述平台和所述激光光束或光点的步骤包含沿着第一轴移动所述平台，以及以沿着第二垂直轴移动的所述激光光束或光点进行激光剥离。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，同时移动所述平台和所述激光光束或光点的步骤包含沿着轴移动所述平台，以及以沿着所述轴移动的所述激光光束或光点进行激光剥离。
CN201280036369.7A 2011-06-15 2012-05-31 使用具有等离子体蚀刻的混合式电流激光划线制程的晶片切割 Pending CN103703546A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

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