CN1839013A - 利用激光器进行连线处理的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于切断IC连线的激光脉冲，其具有特别定制的时域功率轮廓，而不是传统的时域形状或基本方形的轮廓。特别定制的激光脉冲优选在激光脉冲开始处具有一个过冲，或者在激光脉冲持续时间内具有一个尖峰波峰。尖峰波峰的时间最好设定在大部份连线被去除之前。特别定制的激光脉冲功率轮廓允许使用更宽的激光脉冲能量范围和更短的激光波长(例如绿光和紫外线)，来切断连线，而不会明显损伤位于连线两侧及连线下层的衬底和钝化结构材料。

Description

利用激光器进行连线处理的方法
相关申请
【0001】本申请要求2003年8月19日提交的美国临时专利申请第60/496,631号的优选权。
著作权申明
【0002】2004 Electro Scientific Industries，Inc.(电子科学工业公司)本专利文件公开内容的一部分含有著作权保护的内容。由于该专利文件或专利公开内容会出现在(美国)专利商标局中的专利档案或记录中，因此著作权拥有者并不反对任何人对其进行传真复制，但是除此之外，著作权拥有者将保留所有著作权权利。美国专利法施行细则第37篇第1.71条(d)项。
技术领域
【0003】本发明涉及对存储器芯片或其它集成电路(IC)芯片上的导电连线的激光处理，特别是涉及利用具有特别定制的功率轮廓的激光脉冲的激光方法和系统，以得到更佳的处理质量以及产量。
背景技术
【0004】IC器件制造过程中的产量减少通常是由于次表面(subsurface)层或图案的未对准或粒子污染造成的。图1、图2A和图2B示出了IC器件或工件12的重复性电子电路10，其通常以成行或成列的方式制造，从而包括冗余电路元件14的多重重复，例如存储器单元20的备用行16以及列18。参考图1、图2A和图2B，电路10被设计成在电接点24之间包括有激光可切断的导电连线22，例如导电连线22可被去除，从而断开有缺陷的存储器单元20，并在诸如DRAM、SRAM或嵌入式存储器之类的存储器件中取代一个替换的冗余单元26。类似技术也被用于切断连线22以修复CCD成像器件或者用于设计逻辑产品、门阵列或ASIC(专用集成电路)。
【0005】连线结构36中的连线22约为0.3微米(μm)-2μm厚，并且被设计为具有约0.4μm-2.5μm的传统连线宽度28、在相邻电接点24之间的连线长度30、以及距离相邻电路结构或元件34约2μm-8μm的元件到元件节距(pitch)(中心到中心的间距)32。虽然最常使用的连线材料为多晶硅、多晶硅-金属硅化物(polycide)以及类似合成物，但存储器制造商近年来已经采用了多种导电性更好的金属连线材料，其包括但不限于：铝、铬化物、铜、金、镍、铬化镍、钛、钨、铂、以及其它金属、金属合金、金属氮化物(例如氮化钛或氮化钽)、金属硅化物(例如二硅化物、硅化钨)，或其它类金属材料。
【0006】对电子电路10、电路元件14、或存储器单元20进行测试来发现缺陷，并且可将缺陷的位置映射到数据库或程序中。传统的1.047μm或1.064μm的红外线(IR)激光波长已经使用超过20年，以便迅速地去除导电连线22。传统存储器器连线处理系统将脉冲持续时间约为4纳秒(ns)到30ns的单一激光输出脉冲37聚焦在选定的连线22上。图2A和图2B示出了一个具有光点尺寸(面积或直径)40的激光光点38，其冲击一个由多晶硅或金属连线22构成的连线结构36，该多晶硅或金属连线22位于硅衬底42上并处于钝化层叠层(passivation layer stack)的组件层之间，该钝化层叠层包括一个厚度通常为500-10,000的上覆(overlying)钝化层44(如图2A所示)，以及一个下垫(underlying)钝化层46。图2C示出了由中间钝化层48分开的两个相邻连线22。连线22中的每个连线具有分开一定距离的相反侧表面52，该距离定义了一个标称连线宽度28，激光光点38将其包围以切断连线22。硅衬底42吸收一个相对较小的成比例的IR激光辐射量，并且传统钝化层44、46和48(例如二氧化硅或氮化硅)对IR激光辐射相对较为透明。通常是“动态地(on-the-fly)”对连线22进行处理，以致当激光脉冲向一个选定的连线22射击时(其中每个选定的连线22由单一激光脉冲处理)，光束定位系统不必停止移动。这种动态处理有助于实现非常高的连线处理量，例如每秒处理数万个连线22。
【0007】图2D是图2B的连线结构在用现有技术激光脉冲去除了连线22之后的部分截面侧视图。为了避免损伤衬底42，并同时保持足够的激光能量以处理一种金属或非金属连线22，Sun等在美国专利第5,265,114和第5,473,624号中描述了使用一种处于较长激光波长(例如1.3μm)的单一9ns-25ns激光脉冲，来处理硅晶片上的存储器连线22。处于1.3μm波长，连线材料22和硅衬底42之间的激光能量吸收差异比处于传统的1μm激光波长时要大得多。这种技术所给予的更宽的激光处理窗和更佳的处理质量，已经很成功地在工业中使用了约5年。
【0008】然而，不断缩小的连线尺寸和连线到连线的节距尺寸，要求更小的激光束光点尺寸。因此，更短的激光波长对传送出或释放出一个更小的激光束光点是较佳的。小于1μm和1.3μm的激光波长也使激光能量能够更好地耦合到连线目标材料中以便于处理。
【0009】Sun等的美国专利第6,057,180号中描述一种使用紫外线(UV)激光输出来切断连线的方法，其利用了较小束光点尺寸的优点。不过，通过这样的紫外线激光脉冲来去除连线本身，需要仔细考虑下层的钝化结构和材料，以保护下层的钝化和硅晶片不受到紫外线激光脉冲的损伤。
【0010】Swenson等人的美国专利第6,025,256号描述了使用紫外线(UV)激光输出来曝光或去除一个涂覆在连线上的蚀刻钝化层(例如抗蚀剂或光阻材料)的方法，该连线也可以有上覆钝化材料，以允许利用不同的材料去除机制来进行连线去除(以及上覆钝化材料的去除)，例如利用化学蚀刻技术。这个处理使利用更小的光束光点成为可能。不过，曝光和蚀刻去除技术都要使用额外的镀膜、显影、和/或蚀刻步骤，这通常需要把芯片送回到生产过程的前端以便进行一种或多种额外的步骤。
【0011】图3A是一个在该连线处理中使用的、处于1μm和1.3μm波长的传统激光脉冲的典型时域形状。为了更有效地使用激光能量，Smart等人在美国专利第6,281,471号和第6,340,806号建议使用具有图3B所示时域形状的激光脉冲来处理连线，该时域形状具有基本方形的时域功率密度分布。根据Smart等人所建议的，激光脉冲的上升时间必须小于1ns，方波顶部的平坦度必须好于10％，而且下降时间必须足够短。已阐述的、使用具有如图3B所示时域形状激光脉冲的优点在于：激光脉冲的急速上升时间会将热冲击(thermal shock)传送到上覆氧化物层，并藉此促进连线吹击处理。此外，连线在更高功率密度反射的激光能量将随着脉冲的快速上升以及更短的持续时间而降低。然而，如果借助于随激光脉冲的急速上升时间传送到上覆钝化层的热冲击波，来很快地损毁上覆钝化层，会真正有利于该处理，那么处理那些没有上覆钝化层的连线结构就不会存在技术难题。否则工业实践已经证明了这一点。
【0012】由于连线结构存在不可避免的变化(例如上覆钝化层的厚度；连线本身的厚度、宽度以及侧壁斜率；以及下垫钝化层的厚度)，因此在用于处理这些连线的激光脉冲能量中需要一定的峰值储备(headroom)。连线材料通常会在激光脉冲结束之前全部被去除。优选地，对于所用的典型激光脉冲，连线材料在时间t1之前被全部去除，如图3A所示。类似地，图3B中的时间t1表示了典型连线材料被全部去除的时间。本领域技术人员将意识到，对于这两种情况在时间t1之后，由于没有剩下任何连线材料来保护衬底不暴露于激光能量下，因此存在激光脉冲能量对硅衬底造成损伤的危险。时间t1之后的激光脉冲能量也会对连线的相邻结构带来巨大的损伤危险。不幸地，对于传统的激光脉冲而言，无法控制时间t1之后的激光脉冲的时域形状。对于基本方形的时域激光脉冲而言，情况更糟，因为在时间t1之后右侧的激光脉冲将保持在其波峰一段时间，这就存在对衬底或相邻结构造成损伤的更大的危险。
【0013】因此，需要一种更好的方式来控制激光脉冲的时域功率轮廓，以有利于获得更好的连线处理质量和产量。
发明内容
【0014】本发明的一个目的是要提供一种用于改善去除制于衬底上的IC连线和上覆钝化结构材料的处理质量的方法和设备。
【0015】本发明的另一个目的是要利用一种特别定制的时域激光脉冲功率轮廓来处理连线，从而获得改进的处理质量和更宽的处理窗。
【0016】本发明的一个进一步的目的是要提供一种方法和设备，以便在连线去除技术中利用更短的激光波长来使用更小的激光束光点，而不明显地损伤衬底以及围绕正被去除的连线的侧面和下层的钝化结构材料。
【0017】本发明使用一种具有特别定制的时域功率轮廓的激光脉冲来切断IC连线，而不是使用传统的时域形状或基本方形的激光脉冲。特别定制的激光脉冲优选在激光脉冲的开始处具有一个过冲，或者在激光脉冲的持续时间期间具有一个“尖峰波峰”。所述过冲的功率振幅或者在脉冲期间的尖峰波峰，超过激光脉冲的平均功率振幅约10％以上，最好是10％到50％。过冲或尖峰波峰的时域宽度约在1ns至激光脉冲持续时间的约50％之间，并且最好在激光脉冲持续时间的约10％至约50％之间。考虑到连线结构所有的实际变化以及制造期间的激光参数，尖峰的时机最好是设定在连线被全部去除的时间之前。可以使用其它的激光脉冲时域功率轮廓调制技术，例如基于不同连线结构的多前沿过冲、多尖峰波峰或振荡峰值功率振幅。激光脉冲的持续时间最好是在约1ns至约40ns之间。激光脉冲时域功率轮廓的下降沿通常小于约10ns。激光脉冲的能量最好是在约0.001微焦耳(μJ)至约10微焦耳之间。
【0018】特别定制的激光脉冲的功率轮廓允许使用一个更宽的激光脉冲能量范围以及更短的激光波长(例如绿光和紫外线)，以在上覆钝化层产生一个开口并切断连线。开口要足够宽，以完成连线切断，但也要足够窄，以致不会明显损坏任何相邻结构。这种技术也不会明显地损坏衬底以及位于连线两侧和下层的钝化结构材料。
【0019】在一个实施例中，可利用一个介于两个激光脉冲之间可编程的延迟时间使从两个激光器中传播的两个时移激光脉冲相结合。从第一激光器传播的第一激光脉冲的脉冲宽度最好比从第二激光器传播的第二激光脉冲的脉冲宽度窄。不同的延迟时间将为每个结合的激光脉冲建立一个在结合的时域轮廓的不同部分处出现的过冲或尖峰。
【0020】在另一个实施例中，一个外腔(extra-cavity)门控装置(例如光电式泡克耳斯(Pockels)单元(E-O)装置以及偏光器)被用来对激光源所发出的激光脉冲进行整形。E-O装置由施加在其上的驱动电压进行控制，可以从激光脉冲的不同部分中“门控(gate)”出一部分激光脉冲，其具有期望的脉冲宽度、上升和下降时间、以及定制的形状。
【0021】在一个更进一步的实施例中，一个从二极管激光器中发出的激光输出脉冲被注入到一个功率放大器。通过对二极管激光器的驱动器进行控制，可以特别地定制其所发出的激光脉冲的时域功率轮廓。功率放大器工作于不饱和状态，以提供一个放大的激光输出脉冲，其基本上复制了注入式激光脉冲的特别定制的时域功率轮廓，并且在脉冲内提供足够的激光能量以进行连线处理应用。本领域技术人员将意识到，很容易实现对来自二极管激光驱动器的驱动脉冲的时域电流轮廓所进行的定制，以便从二极管激光器中产生以其特别定制的功率轮廓为特征的激光脉冲，其优选用于连线处理应用中。
【0022】根据下文参照附图对较佳实施方式进行的详细描述，本发明的其他目的和优点将更加明显。
附图说明
【0023】图1是现有技术DRAM的一部分的示意图，其示出了一般电路单元的备用行的冗余布局，以及处于其中的可编程连线。
【0024】图2A是一个传统的大半导体连线结构的部分截面图，其接收以现有技术的脉冲参数为特征的激光脉冲。
【0025】图2B是图2A中的连线结构和激光脉冲以及相邻电路结构的部分俯视图。
【0026】图2C是图2B中连线结构的部分截面端视图，其示出了两个相邻连线以及与其相关的钝化层叠层的宽度尺寸。
【0027】图2D是图2B的连线结构在利用现有技术激光脉冲进行了连线去除之后的部分截面侧视图。
【0028】图3A、图3B、图3C和图3D分别示出了传统的、基本方形的、上升沿过冲被特别定制的激光脉冲时域功率轮廓，以及尖峰波峰被特别定制的激光脉冲时域功率轮廓。
【0029】图3E是图2C的连线结构在应用激光脉冲去除连线之后的部分截面图，该激光脉冲具有依据本发明的特别定制的脉冲功率轮廓。
【0030】图4A示出了本发明的第一优选实施例，其中从第一和第二不同激光中结合而成的激光脉冲产生一个具有特别定制的时域功率轮廓的激光脉冲。
【0031】图4B、图4C和图4D为图4A的实施例分别示出了第一激光器的、第二激光器的、以及一个用于连线处理的第一和第二激光结合的激光脉冲时域功率轮廓。
【0032】图5A示出了本发明的第二优选实施例，其中的脉冲激光器后跟有一个E-O门控装置。
【0033】图5B示出了从激光导轨(laser rail)发出的激光脉冲的激光时域功率轮廓，而图5C和图5D示出了在该E-O门控装置输出端产生的、用于不同门控延迟时间的、不同的激光脉冲时域功率轮廓。
【0034】图6A示出了本发明的第三优选实施例，其使用了一个注入式激光器，该注入式激光器后跟有一个放大器，该放大器工作于不饱和状态，从而可将注入激光脉冲不失真地放大到连线处理所需的能量水平。
【0035】图6B、图6C和图6D分别为图6A实施例的一种实施方式示出了注入式激光驱动电流波形、合成的注入式激光脉冲功率轮廓、以及一个复制了注入式激光脉冲轮廓的放大了的激光脉冲功率轮廓。
【0036】图6E和图6F分别为图6A实施例的另一种实施方式示出了注入式激光驱动电流波形和所合成的注入式激光脉冲功率轮廓。
【0037】图7是一个示例性系统的实施例的部分简化示意图，其被实现成具有一个由二极管激发的、Q开关Nd:YAG激光器，该激光器后跟有一个E-O门控装置和一个工件定位器，它们与激光处理控制系统共同协作以实现本发明的方法。
具体实施方式
【0038】图3A和图3B分别示出了传统的激光脉冲功率轮廓以及用在现有技术的基本方形的激光脉冲轮廓。图3C示出了本发明的一个实施例，其使用特别定制的激光脉冲功率轮廓60c，其在激光脉冲的开始处出现显著的过冲或“尖峰”62。过冲的峰值功率为Pmax，激光脉冲的平均功率为Pmin。过冲的振幅被定义为Pmax-Pmin。过冲或“尖峰”的宽度Δts被定义为在Pmax以及并且Pmin之间处于中间功率点Ps处的整个持续时间。过冲或“尖峰”功率Pmax，最好是超过激光脉冲平均功率Pmin约10％至约50％。过冲或“尖峰”的宽度Δts最好是激光脉冲持续时间的约10％至约50％。“尖峰”的上升时间通常小于约5ns，并且最好是小于约2ns。图3D示出了本发明的另一个实施例，其所使用的功率轮廓60d具有的过冲或“尖峰”64并未出现在开始处，而是出现在激光脉冲期间。过冲或“尖峰”在时间t1之前的一个时间te处结束，时间t1是连线材料被激光能量完全去除之时。为方便起见，术语“尖峰”在本申请的整个剩余部分用来表示激光功率的一个显著、瞬时的增加，不管它在激光脉冲期间中何时出现。
【0039】图3E示出了钝化层在连线22被一束激光去除之后的状态，该激光具有激光脉冲功率轮廓60c或60d。钝化层44覆盖在连线22的上表面70，其有一个以一个相对小的量(例如约为上覆钝化层44的厚度)延伸超过连线22宽度28的开口72。与连线22的侧表面52相邻的中间钝化层48的材料、处于连线22底表面74之下的钝化层46、以及衬底42不会被明显地损坏。图3E示出了一个不规则曲线76，其通过钝化层44、46、以及48几个部分，围绕着之前由被去除连线22所占据的开口区域。曲线76表示钝化层结构的典型损伤，特别是以一个定量延伸的特定损坏，例如距离先前被连线占据的区域约0.5μm，或在显微镜下明显可见的损伤。典型的损伤也包括钝化层结构里的裂缝，其在附图中未示出。
【0040】图4-图6示出了几种定制的激光脉冲功率轮廓优选实施例的实现方式以及与它们相关的特别定制的激光脉冲功率轮廓，依据本发明用它们来切断连线22。取决于激光的输出波长何连线材料的特性，激光脉冲功率轮廓的定制提供足够的脉冲波峰功率和能量以及适当的持续时间以切断连线。在完成连线材料的去除以后，对激光脉冲的功率轮廓和剩余持续时间进行定制，以便不会对衬底和正进行处理的连线的相邻结构产生损伤危险，即使所用的激光波长小于1.3μm、处于可见光范围或处于紫外光范围内。
【0041】优选地，每一个激光脉冲37切断单一连线22。(除非另行说明，所提到的与优选实施例的描述有关的激光脉冲37和聚焦光点40(均示于图2A中)涉及激光脉冲发射而不涉及跟它们有关的现有技术功率轮廓)。在从约250nm至约2000nm的优选波长中，激光脉冲37聚焦光点尺寸40的优选切除参数包括每束激光脉冲的能量在约0.005微焦耳至约10微焦耳之间，每束激光脉冲37的持续时间最好是小于约40ns短，且大于约1ns，激光脉冲重复频率大于1Hz，更佳的是在10KHz至60KHz内或更高，并且是定位系统380(图7)的速度和各个待处理的相邻连线22间距离的函数。聚焦的激光光点直径约在0.5μm至约3μm间的范围内，并且最好是大于连线22的宽度约40％到100％，这取决于连线宽度28、连线节距尺寸32、连线材料以及其它的连线结构和处理考虑因素。
【0042】参考图3C和图3D，激光脉冲功率轮廓60c和60d分别可以被特别定制成在激光脉冲的开始处有明显的前沿过冲62(图3C)，或在连线材料被全部去除之前，激光脉冲持续时间内的某个时间具有一个或两个在中间的脉冲尖峰64(图3D显示一个尖峰)。功率尖峰的优选时间在从测量到激光脉冲功率轮廓上升沿到激光脉冲功率持续时间的70％之间的持续时间内。图3D示出了激光脉冲功率轮廓60d，在其中功率级在脉冲尖峰64前后是相对平坦的。激光脉冲功率轮廓在脉冲尖峰64前后可以有改变的功率级。以这种模式定制的激光脉冲功率轮廓，从前沿过冲或中间脉冲尖峰提供足够的激光峰值功率和能量，使令人满意的连线材料去除变得容易，并且当大多数的连线材料去除时，去除剩余连线材料的低得多的激光脉冲功率因此确保衬底以及邻接连线结构的损伤风险降低。结果，这样特别定制的激光功率轮廓提供更好的处理结果以及更宽的处理窗，并且降低对硅衬底和连线邻接结构的损伤风险。
【0043】参考图4A，在第一实施例中，通过从两个分离的激光导轨110和112所结合的两个脉冲完成激光脉冲功率轮廓的特别定制。激光导轨110产生图4B所示的较短激光脉冲114，并且激光导轨112产生图4C所示的较长激光脉冲118，激光脉冲114和118的同步或其间的延迟时间(td)由同步电子装置120控制。在激光脉冲118反射离开镜131并传播通过用于极化控制目的的波片132之后，光束结合器130对激光脉冲114和118进行结合。图4D示出了一个结合的激光脉冲134，其具有适用于连线处理的显著功率尖峰136的最终功率轮廓。结合激光脉冲134的总激光脉冲宽度可以是激光脉冲114和118宽度的总和，或者是激光脉冲118的宽度，这取决于激光脉冲114和118之间的延迟时间。激光脉冲114和118的宽度可以基于连线结构为连线处理进行优化。结合激光脉冲134可以被配置成，使一个额外的功率尖峰出现在功率尖峰136之后，例如ta。额外功率尖峰最好是具有一个超过结合激光脉冲134平均功率5％的功率值。
【0044】在时间tp的尖峰136的时间也可以容易地由同步电子装置120编程控制，以得到最佳的处理质量以及产量。本领域技术人员将意识到，由于激光脉冲114和118是从不同的激光导轨传播出的，并且在光束结合器130结合之前是沿着不同的光束路径行进的，因此可以操纵激光脉冲114和118以具有不同的光束光点尺寸，从而进一步使连线处理变得更容易。
【0045】通常，激光脉冲114和118在光束结合器130结合之后，它们的极化状态与它们的原始极化状态不同。例如，激光脉冲114的能量可以被垂直极化，而激光脉冲118的能量可以被水平极化。基于结合激光的能量极化状态，可以相应地改变安装在可工作系统上的目标连线或晶片的方向，从而获得最佳处理质量和产量。一个可选波片140可以被插在结合的激光脉冲134的传递路径中，以使所有的激光能量都被圆形地极化，如果这样的配置对于某种特定连线结构能够获得更好的处理质量和产量的话。
【0046】参考图5A，在第二实施例中，一个E-O门控装置150对一个从二极管激发式、Q开关固态激光152传播出的激光脉冲的功率轮廓进行整形。激光器152提供多激光脉冲160(其中一个示于图5B中)，每个激光脉冲具有处于半最大值全宽度(FWHM)的相对较长的激光脉冲宽度。例如FWHM脉冲宽度可以约是30ns至50ns。激光脉冲160传播穿过E-O门控装置150。输出激光脉冲功率轮廓取决于从驱动电子装置164传出的驱动电压脉冲162的宽度和形状、以及激光脉冲160与施加在E-O组件150上的驱动电压脉冲162之间的延迟时间。输出激光脉冲可以具有一个向上地基本线性倾斜(递增)的功率轮廓，如图5C所示的激光脉冲166c，或一个向下地基本线性倾斜(递减)的功率轮廓，其在激光脉冲的开始处具有较高的波峰，如图5D所示的激光脉冲166d。在波峰之后的总功率下降超过激光输出脉冲平均功率的约10％。本领域技术人员将意识到，施加在E-O组件150的电压脉冲本身宽度和形状可以被定制成，在激光脉冲166的宽度和功率轮廓的定制中提供更大的灵活性。
【0047】参考图6A，在第三实施例中，激光器200由一个跟有放大器204的注入式激光器202组成。注入式激光器202可以是一个二极管激光器，其具有一个快速反应时间并且在激光波长提供与放大器204的增益频谱相匹配的激光输出。图6B示出了一个从驱动电子装置208传出的特别定制的驱动电流脉冲206，图6C示出了从注入式激光器202传播的一个注入式激光输出脉冲210，其因注入式激光器202的快速响应能力而会复制驱动电流脉冲206的轮廓。将注入式激光输出脉冲210传到激光功率放大器204，其在一个不饱和状态操作以放大注入式激光输出脉冲210并且传出一个输出脉冲212，该脉冲没有引进显著的定制的激光脉冲功率轮廓失真，如图6D所示。输出脉冲212在能量尖峰产生之后并且在激光脉冲时域功率轮廓下降沿之前为相对平坦的。本领域技术人员将意识到，驱动电流脉冲206的轮廓可以容易地被编程为任何依据本发明的优选轮廓。本领域技术人员也将意识到，放大器204的增益要求取决于从注入式激光器202中可以获得的激光脉冲功率以及本发明要求的激光输出脉冲212的功率。
【0048】图6E和图6F分别示出了一个依据图6A第三实施例的不同实施方式产生的驱动电流轮廓214以及复制它的激光脉冲功率轮廓216。驱动电流轮廓214由一个具有三个时移电流尖峰218、220和222的脉冲组成，这三个时移电流尖峰的数值分别在时间t1、t2、t3处随时间递减。电流尖峰218、220和222为激光脉冲功率轮廓216产生对应的功率尖峰224、226和228。功率尖峰224代表在激光脉冲功率轮廓216上升沿产生的过冲，而功率尖峰226和228代表在脉冲期间出现但是在目标连线材料完全去除之前出现的功率尖峰。功率尖峰224、226和228一起形成一个合成功率尖峰，其形式为振荡波，该振荡波的功率变化超过激光输出脉冲平均功率约10％。振荡波可以在激光脉冲功率轮廓持续时间内持续约半个振荡周期到三个振荡周期。振荡周期的时长最好是在约1ns至约15ns之间。
【0049】放大器204的一个优选实施例是光纤激光放大器。光纤的长度、产生激光的掺杂物的类型、掺杂级、以及泵激能级可以被定制以实现要求的放大增益。一个示例性激光器200可以是由IMRA，America，Inc.，Fremont，CA和IPG Photonics Corp.，Oxford，MA.制造的光纤激光器的变型。IMRA和IPG生产的激光器件包括快速激光二极管，该二极管可以用作所述的其后跟有光纤功率放大器的注入式激光器。激光波长在1.06μm至1.1μm范围是可调的。激光脉冲波形是基本方形的，并且具有从5ns至20ns可编程的脉冲宽度、从0.1至10微焦耳的激光能量、以及约20KHz的激光脉冲重复频率。随着供应到快速二极管的激光驱动电流定制，激光脉冲功率轮廓可以定制为如本发明描述的轮廓。另一个由INO，Quebec，Canada生产的示例性光纤激光器实现了一种特别的技术，其从光纤本身得到注入式激光脉冲，然后使用光纤来放大注入式脉冲。它目前可得到的版本工作于1.57μm激光波长，并且它的脉冲轮廓非常类似于图6F所示的脉冲轮廓。依据INO，制作一个工作于1.06μm至1.1μm波长、并具有不同定制激光脉冲轮廓的类似激光器并不困难。
【0050】参考图4、图5和6，优选的激光波长从约150nm至约2000nm的光谱范围，并且包括但不限于1.54、1.3、1.1-1.06、1.05、1.047、1.03-0.75μm或它们的第二、第三、第四、或第五谐波，其来自具有不同的基础材料和掺杂物的Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YVO4、Yb:YAG、Ti:Sapphire和光纤激光器。本领域技术人员将意识到，以其它合适的波长来发射输出脉冲的激光器可在市面上购得并且可以使用。本领域技术人员将意识到，可以使用任何Nd:YAG(532nm、355nm、266nm)；Nd:YLF(524nm、349nm、262nm)的第二、第三、或第四谐波；或Ti:Sapphire(375nm-425nm)的第二谐波，通过适当的公知谐波变换技术来较佳地处理某些类型的连线22和/或钝化层44。谐波转换处理描述于V.G.Dmitriev，et al.，Handbook of Nonlinear Optical Crystals，138-141，Springer-Verlag，New York，1991 ISBN 3Ei540-53547-0。
【0051】参考图7，激光系统300在此被示例性地建模成1.064μm的Nd:YAG激光器302。Nd:YAG或其它固态激光器302最好是由激光二极管304泵激，其发射光306由透镜组件308聚焦到激光谐振器310。激光谐振器310最好是包括激光材料312、Q开关314以及一个沿着光学轴320并位于谐振器镜316和318之间的可选偏光器315。一个光圈330也可以位于激光材料312和镜318之间。一个激光输出脉冲334沿着光学轴320穿过镜318传递，该镜部分地充当了反射输出耦合器。在本发明的一个实施例中，从激光器302传播的激光脉冲334入射到可选光学组件或设备336(例如波片、偏光器或隔离器)上，然后利用一个由次控制器342控制的E-O门控装置340进行特定强度轮廓的定制。
【0052】不管波长或激光器类型如何，门控装置340的激光输出350可以由多种传统的光学组件352和354操纵，它们沿着一个光束路径356放置。组件352和354可以包括一个光束扩展器或其它激光光学组件，以对激光输出350进行准直，从而产生具有有利传递特性的光束。可选地，可以使用一个或更多光束反射镜358、360、362和364，这些反射镜在期望激光波长处具有非常高的反射率，但是在未使用的波长处具有非常高的穿透率，以致只有期望的激光波长可以到达连线结构36。聚焦透镜366最好使用单一组件或多组件透镜系统，其对一个准直脉冲激光系统输出368进行聚焦，以产生一个聚焦的光点尺寸40，该光点尺寸大于连线宽度，藉此围绕连线宽度，并且直径最好小于2μm或更小，这取决于连线宽度28和激光波长。
【0053】一个优选的光束定位系统380由光学组件358、360、362和364组成，其在Overbeck的题为“Method and Apparatus for Positioninga Focused Beam on an Integrated Circuit”的美国专利第4,532,402号中被详细描述。光束定位系统380最好使用激光控制器382，该控制器控制至少两个平台或级(堆叠的或轴分裂的)并且与光束反射镜358、360、362和364共同协作，以将激光系统输出368瞄准和聚焦到一个IC器件或工件12上的选定导电连线22。光束定位系统380允许在工件12的连线22间快速移动，以基于所提供的测试数据或设计数据，动态地有效进行独特的快速切断连线操作。
【0054】位置数据将聚焦的激光光点38导向工件12，利用激光系统输出368的一个激光脉冲瞄准连线结构36以去除连线22。激光系统300最好是使用单一激光脉冲37将每个要被切断的连线22进行快速切断。激光系统300在任何连线22以不停止光束定位系统380的方式完成处理，因此高产量得以实现。本领域技术人员将意识到，装备有传统的二极管激发式Q开关固态激光器的此类激光系统300可在市场上购得，并且是本领域技术人员公知的。
【0055】激光控制器382被提供有与所选连线的适当处理有关的指示或指令。激光控制器382可以受定时数据的影响，该定时数据用于同步激光系统300的发射与平台的移动，例如在Konecny的题为“Radiation Beam Position and Emission Coordination System”的美国专利第5,453,594号中所描述的。或者，在本发明的一个实施例中，本领域技术人员将意识到，激光控制器382被用来通过E-O组件340进行激光能量的外腔调制，并且指示次控制器342和386对Q开关314、E-O装置340和泵激二极管304进行控制。
【0056】参考图2A-图2C，基于上述的观点，与利用传统功率轮廓的激光脉冲进行连线处理相比，利用具有特别定制的功率轮廓的激光脉冲37来处理连线可以得到更宽的处理窗和更优的连线切断质量。在激光脉冲开始处的过冲和/或适当地定时在在激光脉冲持续时间内的尖峰，可以确保使适当量的激光能量在选定连线的连线材料被完全去除之前的一段时间内耦合于连线结构。对于连线结构和激光参数本身存在的不可避免的变化，这是利用适当的处理余量来完成的。在利用激光能量去除了大多数连线材料后，对激光脉冲功率进行特别定制，以使该功率值远小于激光脉冲峰值功率或者过冲和尖峰的功率。因此，这种特别定制的激光脉冲功率轮廓确保了对相邻结构和硅衬底42较少的损伤危险。尽管硅晶片在较短激光波长处的吸收力要高于在传统IR波长处的吸收力，但是除了传统连线吹击(blowing)IR激光波长之外，短于IR的激光波长也可被用于该处理，而且具有激光光点尺寸更小的额外优点。因此，有利于处理更窄更厚的连线。这种较好的连线去除分辨率允许连线22的位置更加靠近，从而增加了电路密度。虽然连线结构36可能为传统尺寸，但连线宽度28可以例如少于或等于约0.5μm。
【0057】类似地，更好的对激光脉冲功率轮廓进行定制的通用性，在适应不同钝化特性方面提供了更好的灵活性。可用不同于传统材料的材料制造连线22之上的钝化层44或之下的钝化层46，或者如果欲使这些钝化层的高度不同于典型高度，也可以对其进行修改。这是因为定制的激光脉冲可以降低在下面或相邻钝化层结构损伤的危险。此外，可以使用比约1.06μm短得多的波长来产生小于约2μm连线22中心到中心之间节距32的临界光点直径40。因此对于利用激光脉冲52的组50进行处理的连线22，它们之间的中心到中心节距32可基本小于由传统的单一IR激光束切断脉冲所吹击的连线22之间的节距32。例如，连线22与其它连线22或相邻电路结构34之间的距离可以在约2.0μm之内或更小。
【0058】上覆钝化层44可以包括任何传统的钝化材料，例如二氧化硅(SiO2)以及氮化硅(Si3N4)。下垫钝化层46可以包括与上覆钝化层44相同或不同的钝化材料。特别地，目标结构36中的下垫钝化层46可以包括脆性材料，其包括但不限于：由低K材料组成的材料、低K介电材料、低K基于氧化物的介电材料、正硅酸盐玻璃(OSG)、氟硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃、基于正硅酸四乙酯的氧化物(基于TEOS的氧化物)、甲基三乙氧基正硅酸盐(MTEOS)、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、硅酸酯、氢基含硅倍半环氧乙烷(HSQ)、甲基含硅倍半环氧乙烷(MSQ)、聚芳香醚、苯并环丁烯(BCB)、SiCOH、或SiCOH衍生膜(例如由AppliedMaterials，Inc.出售的“Black Diamond(黑钻石)”)、或基于旋涂的低k介电聚合物(spin on-based low K dielectric polymer，例如由DowChemical Company出售的“SiLK”)。对于由这些材料中的一些材料制成的下垫钝化层46，当利用传统的单一激光脉冲连线去除操作对其目标连线22进行吹击或切除时，它们更容易断裂。本领域技术人员将意识到，SiO2、SiON、Si3N4、低K材料、低K介电材料、低K基于氧化物的介电材料、OSG，氟硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃、HSQ、MSQ、BCB、SiLKTM及Black DiamondTM是实际的层材料，而TEOS、MTEOS和聚芳香醚是半导体凝结前体材料。
【0059】对本领域技术人员而言明显的是，在不脱离本发明基本原则的情况下，可以对上述实施例的各种细节进行很多变化。因此，本发明的范围应该仅由所附权利要求来限定。

Claims (33)

1.一种基于激光的处理方法，其用于从冗余存储器或集成电路的选定的导电连线结构中去除目标材料，每个选定的连线结构包括一个连线，该连线具有相对的侧表面、上表面和下表面，所述相对的侧表面之间间隔一个距离，该距离限定了一个连线宽度，至少所述侧表面和所述下表面被放置成邻近于一个电路中的钝化结构材料，该电路被制于一个衬底上，该方法包括：
导引一个激光输出脉冲，以入射到一个选定的连线结构上，该激光输出脉冲的特征在于一个激光光点和一个激光脉冲时域功率轮廓；
激光光点在所述选定的连线结构上的一个激光光点位置处具有一个光点尺寸，该光点尺寸大于所述连线宽度；并且
所述激光脉冲时域功率轮廓具有上升沿和下降沿、一个平均功率以及一个脉冲持续时间，并且其特征在于一个功率尖峰，该功率尖峰具有一个基本上比所述脉冲持续时间短的尖峰持续时间；一个比所述激光输出脉冲的平均功率大的峰值功率；以及一个从上升沿到下降沿的出现时间；而且所述峰值功率、尖峰持续时间、以及所述功率尖峰的出现时间共同协作，以为所述激光输出脉冲创建一个特别定制的激光脉冲功率轮廓，其有助于切断所述选定的连线结构，而不对所述衬底或邻近于所述侧表面和下表面的所述钝化结构材料造成明显损伤。
2.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述脉冲持续时间短于约40ns。
3.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述功率尖峰与所述激光脉冲时域功率轮廓的上升沿一致，并且具有一个超过所述激光输出脉冲的平均功率约10％以上的峰值功率值。
4.根据权利要求3所述的激光处理方法，其中所述功率尖峰具有一个上升时间，且该上升时间短于约5ns。
5.根据权利要求4所述的激光处理方法，其中所述上升时间短于约2ns。
6.根据权利要求3所述的激光处理方法，其中所述尖峰持续时间介于约1ns至所述激光脉冲时域功率轮廓的所述脉冲持续时间的约50％之间。
7.根据权利要求3所述的激光处理方法，其中在所述功率尖峰出现之后的所述激光脉冲时域功率轮廓被定制成，在所述下降沿之前随时间基本线性地下降。
8.根据权利要求7所述的激光处理方法，其中在所述功率尖峰出现之后的总功率下降大于所述激光输出脉冲的平均功率的约10％。
9.根据权利要求3所述的激光处理方法，其中在所述功率尖峰出现之后的所述激光脉冲时域功率轮廓在所述激光脉冲时域功率轮廓的下降沿之前是相对平坦的。
10.根据权利要求3所述的激光处理方法，其中所述激光脉冲时域功率轮廓包括一个额外的功率尖峰，该额外的功率尖峰出现在与所述激光脉冲时域功率轮廓的上升沿一致的所述功率尖峰之后。
11.根据权利要求10所述的激光处理方法，其中所述额外的功率尖峰具有一个超过所述平均功率5％的功率值，以及一个介于约1ns至所述激光脉冲时域功率轮廓的所述脉冲持续时间约30％之间的尖峰持续时间。
12.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述功率尖峰的形式为振荡波，该振荡波的功率变化超过所述激光输出脉冲的平均功率约10％以上。
13.根据权利要求12所述的激光处理方法，其中所述振荡波在所述激光脉冲时域功率轮廓的所述脉冲持续时间中持续了半个至三个振荡周期，且所述振荡周期的时长在约1ns至约15ns之间。
14.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述功率尖峰出现在一个时间间隔中的一个时间处，该时间间隔是从所述上升沿至所述激光脉冲时域功率轮廓的所述脉冲持续时间的70％之间来测量出的。
15.根据权利要求14所述的激光处理方法，其中处于所述功率尖峰之前和之后的所述激光脉冲时域功率轮廓是相对平坦的。
16.根据权利要求14所述的激光处理方法，其中处于所述功率尖峰之前和之后的所述激光脉冲时域功率轮廓不平坦。
17.根据权利要求14所述的激光处理方法，其中所述功率尖峰具有一个超过所述激光输出脉冲的所述平均功率10％的峰值功率值，而且具有一个介于1ns至所述激光脉冲时域功率轮廓50％之间的尖峰持续时间。
18.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述相邻钝化结构材料覆盖在所述导电连线上，以形成一个上覆钝化层。
19.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述相邻钝化结构材料被放置成不覆盖所述导电连线。
20.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述激光脉冲时域功率轮廓的下降沿被定制成具有比10ns更短的持续时间。
21.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述选定的导电连线结构包括铝、铬化物、铜、多晶硅、二硅化物、金、镍、铬化镍、铂、多晶硅-金属硅化物、氮化钽、钛、氮化钛、钨或硅化钨。
22.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中每个激光输出脉冲具有介于约0.001微焦耳至约10微焦耳之间的激光能量。
23.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述相邻钝化结构材料、下垫钝化层、或其两者，包括下列材料中的一种或多种：SiO2、Si3N4、SiON、低K材料、低K介电材料、低K基于氧化物的介电材料、正硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃、基于正硅酸四乙酯的氧化物、甲基三乙氧基正硅酸盐、丙二醇甲醚醋酸酯、硅酸酯、氢基含硅倍半环氧乙烷、甲基含硅倍半环氧乙烷、聚芳香醚、苯并环丁烯、SiCOH或SiCOH-衍生膜、或基于旋涂的低k介电聚合物。
24.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中为了去除与各自选定的导电连线结构的位置对准的目标材料，以大于约10KHz的重复频率产生至少两个激光输出脉冲。
25.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述激光输出脉冲的波长在约150nm至约2000nm的光谱范围内。
26.根据权利要求25所述的激光处理方法，其中所述激光输出脉冲的波长为从YAG、YLF、YVO4、蓝宝石或光纤激光器中发出的基波、第二谐波或第三谐波波长中的一个。
27.根据权利要求25所述的激光处理方法，其中所述激光输出脉冲由一个光纤激光器以一波长发射，该波长约为1.06μm或其第二或第三谐波波长，或约为1.3μm或其第二或第三谐波波长，或约为1.5μm或其第二或第三谐波波长。
28.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述激光系统输出脉冲的波长约为下列波长之一或处于下列一个波长范围之内：1.54μm、1.3μm、1.1-1.06μm、1.05μm、1.047μm、1.03-0.75μm、0.65μm、0.53μm、0.5μm、0.43μm、0.35μm、或0.27μm。
29.根据权利要求27所述的激光处理方法，其中所述连线的厚度大于1μm。
30.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述连线的厚度大于1μm。
31.根据权利要求1所述的激光处理方法，其中所述激光输出脉冲的特征在于一个波长，且其中所述相邻钝化结构材料、所述衬底或两者对所述波长都有显著的吸收力。
32.根据权利要求31所述的激光处理方法，其中所述波长包括紫外线波长。
33.根据权利要求32所述的激光处理方法，其中所述连线的厚度大于1μm。
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