CN1333443C - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在晶片中形成半导体元件，在该晶片的上层形成包含相对介电系数低的绝缘膜的多层膜。然后，在上述多层膜的切片线上边形成作为位置对准标记和测试焊盘中的至少一方发挥作用的金属层。其次，向把切片线上边的上述位置对准标记和测试焊盘覆盖起来的区域上照射激光。然后，通过对切片线的位置对准标记和测试焊盘中的至少一方上进行比激光的照射区域更窄的机械性的切片，使半导体晶片个片化，形成半导体芯片。

Description

半导体器件的制造方法
本发明基于2004年3月8日提交的日本专利申请NO.2004-064521并要求该专利申请的优先权，其全部内容被包含于此以供参考。
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造方法，例如涉及作为层间绝缘膜具备包括相对介电系数低的绝缘膜的多层膜、在该多层膜的切片线上边设置有位置对准标记或测试焊盘等的金属层的晶片分割方法。
背景技术
近些年来，伴随着LSI的微细化布线延迟的问题就突显了出来。采用使晶体管微细化的办法可以期待因按比例缩小的效果而高速化。但是就布线来说，尽管具有由于布线长度的缩短而带来的延迟减少的效果，但是，布线延迟(RC延迟)却因为布线本身的宽度变窄和布线间隔变窄而增大。该延迟，由布线的寄生电阻R和寄生电容C决定，随着布线微细化R、C的数值基本上都将变大。
布线的寄生电阻R，可采用使用电阻值低的布线材料的办法降低。另一方面，埋入到布线间的层间绝缘膜的有效介电系数keff越低则寄生电容C越小，可以降低延迟。如果可以减小层间绝缘膜的相对介电系数，则不使寄生电容C增加得很大也可以，所以人们一直都在寻求相对介电系数低的被叫做Low-k的层间绝缘膜。
但是，该相对介电系数低的绝缘膜，通常是多孔性构造。为此，机械强度弱，此外，就贴紧性来说存在着与以往一直使用着的硅氧化膜相比显著地低的问题。
上述相对介电系数低的绝缘膜的特性，在从晶片切成作为产品的芯片时存在着大的问题。就是说，从膜形成工艺上说，在晶片上在切片线上边也会形成该绝缘膜，当由刀切片(ブレ一ドダイシング)进行通常的个片化加工(分割成单片的加工)时，就易于产生倒翻或绝缘膜的剥离。
作为解决该问题的技术，人们提出了用激光进行的晶片的切片技术(例如，参看日本国专利公开2002-192367)。在用切片刀进行的机械切削的情况下，虽然会给绝缘膜直接施加上机械性的损伤，但是，在用激光进行的消融(ablasion)加工中，由于瞬时地使绝缘膜气化，故可以减少机械性的损伤。
但是，即便是在该消融加工中，由于该加工对象的反射特性的差异，在仅仅切断多层膜的情况下和切断配置在切片线上边的测试焊盘或位置对准标记的情况下就必须改变加工条件。尽管对于任意一方可以最佳化，但是却不能对双方都用最佳化条件进行加工。为此，如果在最佳条件下切断多层膜就不能容易地切断测试焊盘或位置对准标记等的金属层，在仅仅用激光包括金属层在内进行切断的条件下，就要发生多层膜的剥离。
为此，以往就必须或者是在切片线上边的测试焊盘或位置对准标记的配置上设置设计上的制约，或者是为了使之变成为损伤更少的加工条件而使激光的扫描速度变慢。结果是或者因切片区域宽而降低了芯片的收获率，或者由于激光的扫描速度的降低而降低了作业效率。
发明内容
根据本发明的一个方面的半导体器件的制造方法，包括：在半导体晶片中形成半导体元件；在上述半导体晶片的上层，形成包括相对介电系数低的绝缘膜的多层膜；在上述多层膜的切片线上边，形成作为位置对准标记和测试焊盘中的至少一方发挥作用的金属层；向把上述切片线上边的位置对准标记和测试焊盘覆盖起来的区域上照射激光；和通过对于上述切片线的上述对准标记和测试焊盘中的至少一方上边进行比上述激光的照射区域更窄的机械性的切片，使上述半导体晶片个片化，形成半导体芯片。
附图说明
图1A是用来对本发明的实施方式1的半导体器件的制造方法进行说明的平面图，示出了第1制造工序，扩大示出了切片线附近。
图1B是用来对本发明的实施方式1的半导体器件的制造方法进行说明的剖面图，示出了第1制造工序，是沿着图1A的1B-1B线的剖面图。
图2A是用来对本发明的实施方式1的半导体器件的制造方法进行说明的平面图，示出了第2制造工序，扩大示出了切片线附近。
图2B是用来对本发明的实施方式1的半导体器件的制造方法进行说明的剖面图，示出了第1制造工序，是沿着图2A的2B-2B线的剖面图。
图3A是用来对本发明的实施方式1的半导体器件的制造方法进行说明的平面图，示出了第3制造工序，扩大示出了切片线附近。
图3B是用来对本发明的实施方式1的半导体器件的制造方法进行说明的剖面图，示出了第3制造工序，是沿着图3A的3B-3B线的剖面图。
图4A是用来对本发明的实施方式2的半导体器件的制造方法进行说明的平面图，扩大示出了切片线附近。
图4B是用来对本发明的实施方式2的半导体器件的制造方法进行说明的剖面图，是沿着图4A的4B-4B线的剖面图。
图5A是用来对本发明的实施方式3的半导体器件的制造方法进行说明的平面图，扩大示出了切片线附近。
图5B是用来对本发明的实施方式3的半导体器件的制造方法进行说明的剖面图，是沿着图5A的5B-5B线的剖面图。
图6是示出了激光的照射位置与输出功率之间的关系的特性图。
图7是用来对本发明的实施方式1和3的半导体器件的制造方法的变形例1进行说明的特性图，示出了激光的照射位置与输出功率之间的关系。
图8是用来对本发明的实施方式1和3的半导体器件的制造方法的变形例2进行说明的特性图，示出了激光的照射位置与输出功率之间的关系。
具体实施方式
[实施方式1]
图1A、1B到图3A、3B，分别用来对本发明的实施方式1的半导体器件的制造方法进行说明，依次示出了晶片的分割工序。
首先，借助于众所周知的技术在半导体晶片中形成各种的半导体元件。
其次，如图1A和1B所示，在半导体晶片11上边形成了包括相对介电系数低的绝缘膜16和布线层17的叠层构造的多层膜15之后，在该多层膜15上边形成金属层，进行图案形成后形成位置对准标记13和测试焊盘14-1、14-2中的至少一方。上述位置对准标记13和测试焊盘14-1、14-2被配置在晶片11的切片线12上边。
然后，把上述晶片11装配到激光切片用装配带上，并设置到激光加工机上。然后，用位置对准标记13进行位置对准，并识别出切片线12后，如图2A和2B所示，用把配置在切片线12上边的位置对准标记13和测试焊盘14-1、14-2的全体都覆盖起来的宽度ΔW边照射激光边进行扫描。该激光照射装置，可以使用YAG-THG激光器、YVO4激光器和二氧化碳激光器。这时，将激光照射到比位置对准标记13与测试焊盘14-1、14-2这两方的端部至少宽3μm的区域(ΔL≥3μm)为止。
虽然取决于激光的照射条件或照射区域的表面素材而多少有些不同，但是通过把激光的照射边缘与位置对准标记13或测试焊盘14-1、14-2边缘之间的宽余量取为至少3μm，可以防止多层膜15的剥离。采用进一步取5μm的宽余量的办法，更为有效地防止多层膜15的剥离。
激光的波长、频率、输出功率、扫描速度等要设定成使得多层膜15发生变质或者熔融或蒸发、并至少使晶片表面露出来的最佳值。例如，可以使用的激光的频率为50KHz～200KHz，波长为266nm～1064nm(更为理想的是266nm～355nm)，平均输出功率为0.5～3.0W。激光的扫描速度在50mm/sec～300mm/sec的范围内可以得到效果。如果使激光变成为脉冲状后提供，则可以减小对照射区域的损伤，脉冲的间隔是10nsec～300nsec。
在激光的输出功率(功率密度)小，扫描速度慢的情况下，切断面会熔融而再结晶。另一方面，在激光光线的输出功率大，扫描速度快(照射时间短)的情况下，切断面气化。此外，如果激光光线的波长短，则切断程度就会变成为界限分明，难于造成损伤。采用根据半导体晶片或芯片的尺寸、厚度等设定激光的波长、平均输出功率和扫描速度等的条件的办法，就可以使表面的状态最佳化。
由此，就可以除掉除了激光照射区域的位置对准标记13和测试焊盘14-1、14-2等的金属层下之外的多层膜15或者使之变质，在借助于激光的照射熔融后形成固化的区域18。
在图2B中，示出的是已设定为完全地切断多层膜15并把晶片11的表面的一部分熔融的深度的例子。在该深度的情况下，在多层膜15的侧壁上形成熔融后固化的区域18，同时晶片11(硅)进行熔融把多层膜15固定到硅上。
然后，如图3A和3B所示，沿着切片线12进行刀片切断，使晶片11个片化(分割成单片)形成半导体芯片11-1、11-2。在该芯片11-1、11-2内，在多层膜15的侧壁上端部形成有由激光的照射熔融后固化的区域18。此外，在芯片11-1、11-2的端部，残存有位置对准标记13、测试焊盘14-1、14-2和多层膜15等。
倘采用上述那样的构成和制造方法，由于在以把位置对准标记12或测试焊盘14-1、14-2覆盖的方式宽幅度地照射激光对多层膜15进行了处理后，用刀切片的方式分割成一个一个的芯片11-1、11-2，故可以防止多层膜15的倒翻或剥离，特别是可以防止相对介电系数低的绝缘膜16的剥离。此外，由于不需要把位置对准标记13或测试焊盘14-1、14-2等配置在与激光照射区域18不同的线上边，故没有设计上的制约，可以使切片线变窄而提高源于1枚的晶片11的芯片的收获率，由于不需要件减慢激光的扫描速度，故还可以提高作业效率。
如上所述，倘采用本实施方式1的半导体器件的制造方法，由于在使用相对介电系数低的绝缘膜或包括该绝缘膜的多层膜的情况下，在晶片的分割工序中，在抑制了因照射激光而形成倒翻或膜的剥离的状态下进行刀切片，故可以防止倒翻或相对介电系数低的绝缘膜的剥离。
另外，虽然在图3A中，在芯片11-1、11-2的端部残存有位置对准标记13、测试焊盘14-1、14-2和多层膜15等，但是取决于刀切片的条件，可以除去或部分除去它们，在芯片11-1、11-2的各个侧壁上形成激光照射区域18与刀切片区域20的台阶部(高低差)。
如上所述，即便是在芯片11-1、11-2的各个侧壁上形成有激光照射区域18与刀切片区域20的台阶部，不言而喻也可以防止倒翻或多层膜15的剥离。
[实施方式2]
图4A和4B，用来分别对本发明的实施方式2的半导体器件的制造方法进行说明，示出了晶片的分割工序。该图4A和4B所示的工序，与实施方式1的图2A和2B所示的工序相对应。
就是说，如图4A所示，在配置在切片线12上边的位置对准标记13或测试焊盘14-1、14-2的两端上，以单侧覆盖的方式形成2条的激光照射区域18-1、18-2。这时，从位置对准标记13或测试焊盘14-1、14-2的端部开始激光照射区域18-1、18-2的端部的宽度(ΔL)，与实施方式1同样，至少要做成为3μm，更为理想地要做成为大于等于5μm。
在这里，如图4B所示，示出的是设定成把多层膜15完全切断并可借助于激光使晶片11的表面的一部分熔融的深度的例子。在该深度的情况下，在多层膜15的侧壁上形成熔融后固化的区域18，同时晶片11(硅)进行熔融并把多层膜15固定到硅上。
之后的工序，与上边所说的实施方式1是同样的，沿着切片线12进行刀切片，使晶片11个片化形成半导体芯片11-1、11-2。
如上所述，由于即便是除去进行刀切片的区域之外照射激光，在激光照射区域18-1、18-2中也可以防止倒翻或多层膜15的剥离，故实质上可以得到与实施方式1同样的作用效果。
[实施方式3]
图5A和5B，用来分别对本发明的实施方式3的半导体器件的制造方法进行说明，图5A是扩大示出了切片线附近的平面图，图5B是沿着图5A的5B-5B线的剖面图。
如图5A所示，在晶片11的切片线12上边，配置由金属层构成的位置对准标记13和测试焊盘14-1、14-2，在要照射激光的区域上设置有激光吸收部件层19。与上边所说的实施方式1、2同样，在晶片11上边如图5B所示，设置有多层膜15。在该多层膜15上边形成位置对准标记12和测试焊盘4-1、14-2。该多层膜15，成为包括相对介电系数低的绝缘膜16和布线层17的叠层构造。此外，在上述多层膜15上边的上述位置对准标记13和测试焊盘14-1、14-2的周边的激光照射区域上设置有上述激光吸收部件层19。
上述激光吸收部件层19，例如可如下所述那样地形成。首先，在晶片11中形成半导体元件，在该晶片11上边形成包括相对介电系数低的绝缘膜6的多层膜15。接着，通过在上述多层膜15上边形成金属层并进行图案形成从而形成了位置对准标记13和测试焊盘14-1、14-2后，在整个面上形成激光吸收部件层19。然后，通过刻蚀等，除去该激光吸收部件层19的激光照射区域以外的部分。
如上所述，由于在激光照射区域内设置激光吸收部件层19，易于用多层膜15的表面吸收激光，可以在低输出功率的条件下效果良好地进行激光处理。
另外，在本实施方式3中，虽然是以仅仅在激光的照射区域上设置激光吸收部件层19的情况为例进行的说明，但是也可以用在晶片11(芯片)的元件区域上形成、还起着保护膜的作用的材料形成。
[变形例]
图6是示出了激光的照射位置与输出功率之间的关系的特性图。如图6所示，通常的激光的输出功率，其特性是在中心位置CP上具有峰值。相对于此，在本发明的实施方式1、3中，采用遍及激光的扫描宽度ΔW的全体照射图7所示的那样的特性，或者，图8所示的那样的在扫描宽度ΔW的两端部上具有峰值的特性的激光的办法，可以更为有效地防止多层膜15的剥离。
上述图7和8所示的特性，可以通过激光照射装置的光学系统的调整来实现。
如上所述，根据本发明的一个方面，提供了可以防止倒翻或相对介电系数低的绝缘膜的剥离的半导体器件的制造方法。
对于本专业的技术人员来说还可以容易地实现其它的优点和变形。因此，从其更为广泛的意义上说本发明的并不限于在此展示和描述的特定的细节和代表实施方式。因此，可以进行种种的变更而不偏离由权利要求及其等同物所确定的总发明概念的宗旨和范围。

Claims (14)

1.一种半导体器件的制造方法，包括：
在半导体晶片中形成半导体元件；
在上述半导体晶片的上层形成包含相对介电系数低的绝缘膜的多层膜；
在上述多层膜的切片线上形成作为位置对准标记和测试焊盘中的至少一方发挥作用的金属层；
向将上述切片线上的位置对准标记和测试焊盘覆盖的区域照射激光；和
对于上述切片线的上述位置对准标记和测试焊盘中的至少一方上通过进行比上述激光的照射区域窄的机械性的切片，将上述半导体晶片个片化，形成半导体芯片。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，还包括在形成上述金属层之后而且在照射上述激光之前，在上述激光的照射区域上的上述位置对准标记和测试焊盘上边以外的上述多层膜上，形成激光吸收部件层。
3.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述照射激光的步骤，至少照射到除去上述多层膜或使上述多层膜变质的程度。
4.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述照射激光的步骤，照射到用激光切断上述多层膜而且晶片的表面的一部分被熔融的程度。
5.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述照射激光的步骤，向比上述位置对准标记和测试焊盘的两方的端部至少宽3μm的区域上进行照射。
6.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述机械性的切片，是刀切片。
7.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，
上述照射激光的步骤，平行地将第1和第2激光光束照射到至少除去上述多层膜或使上述多层膜变质的程度；
上述进行机械性的切片的步骤，在照射了上述第1、第2激光光束的区域间进行刀切片。
8.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述激光的频率是50KHz～200KHz。
9.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述激光的波长是355nm～1064nm。
10.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述激光的平均输出功率是0.5W～3.0W。
11.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述激光的照射位置的移动速度是50mm/sec～300mm/sec.
12.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述激光是具有100nsec～300nsec的间隔的脉冲激光。
13.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述激光的输出功率，其特性遍及整个扫描宽度都是平的。
14.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中，上述激光的输出功率，其特性在扫描宽度的两端部具有峰值。
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