DE112007001278T5 - Infrarotlaser-Waferritzen unter Verwendung von kurzen Impulsen - Google Patents

Infrarotlaser-Waferritzen unter Verwendung von kurzen Impulsen Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Ritzen eines Substrats mit einer Vielzahl von integrierten Schaltungen, die darauf oder darin ausgebildet sind, wobei die integrierten Schaltungen durch einen oder mehrere Gräben getrennt sind, wobei das Verfahren umfasst:
Erzeugen von einem oder mehreren Laserimpulsen mit einer Wellenlänge und einer Impulsbreitendauer;
wobei die Wellenlänge derart ausgewählt wird, dass der eine oder die mehreren Impulse durch Zielmaterial mit mindestens einer von einer Passivierungsschicht und einer Einkapselungsschicht, die über dem Substrat ausgebildet ist, im Wesentlichen absorbiert werden;
wobei die Wellenlänge ferner derart ausgewählt wird, dass das Substrat für den einen oder die mehreren Impulse im Wesentlichen durchlässig ist; und
wobei die Impulsbreitendauer so ausgewählt wird, dass die Abschmelzschwelle des Zielmaterials verringert wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Anmeldung betrifft das Laserschneiden oder -ritzen und insbesondere ein Verfahren zum Ritzen eines fertig gestellten Halbleiterwafers unter Verwendung eines gütegeschalteten Lasers, um das Absplittern und Einreißen zu verringern oder zu beseitigen.
  • Hintergrundinformationen
  • Integrierte Schaltungen (ICs) werden im Allgemeinen in einer Matrix auf oder in einem Halbleitersubstrat hergestellt. ICs umfassen im Allgemeinen mehrere Schichten, die über dem Substrat ausgebildet sind. Eine oder mehrere der Schichten können unter Verwendung einer mechanischen Säge oder eines Lasers entlang Ritzbahnen oder -gräben enffernt werden. Nach dem Ritzen kann das Substrat unter Verwendung einer Säge oder eines Lasers durchgeschnitten werden, was manchmal zertrennt genannt wird, um die Schaltungskomponenten voneinander zu trennen. Eine Kombination von Laserritzen mit folgendem mechanischen Sägen wird auch zum Zertrennen verwendet.
  • Herkömmliche mechanische und Laserschneidverfahren sind jedoch zum Ritzen von vielen fortschrittlichen fertig gestellten Wafern mit beispielsweise Isolations- oder Einkapselungsschichten und/oder dielektrischen Schichten mit niedrigem k nicht gut geeignet. 1A–1C 1B sind Elektronenmikrophotographien von Kanten 110, 112, 113, die in fertig gestellte Wafer 114, 116, 118 unter Verwendung einer herkömmlichen Säge geschnitten wurden. Wie gezeigt, sind die fertig gestellten Wafer nahe den Kanten 110, 112, 113 abgesplittert und eingerissen. Die relativ geringe Dichte, das Fehlen von mechanischer Festigkeit und die Empfindlichkeit gegen Wärmebeanspruchung machen das dielektrische Material mit niedrigem k gegen eine Beanspruchung sehr empfindlich. Von herkömmlichen mechanischen Waferzertrenn- und -ritzverfahren ist bekannt, dass sie Späne, Risse und andere Arten von Defekten in Materialien mit niedrigem k verursachen, wobei somit die IC-Bauelemente beschädigt werden. Um diese Probleme zu verringern, werden die Schneidgeschwindigkeiten verringert. Dies verringert jedoch den Durchsatz stark.
  • Laserritzverfahren besitzen viele Vorteile gegenüber dem mechanischen Sägen. Bekannte Laserverfahren können jedoch übermäßige Wärme und Überbleibsel erzeugen. Eine Diffusion von übermäßiger Wärme kann von Wärme betroffene Zonen, umgeformte Oxidschichten, übermäßige Überbleibsel und andere Probleme verursachen. Risse können sich in der von Wärme betroffenen Zone bilden und können die Bruchfestigkeit des Halbleiterwafers verringern. Somit werden die Zuverlässigkeit und Ausbeute verringert. Ferner werden die Überbleibsel über die Oberfläche des Halbleitermaterials verstreut und können beispielsweise Bondkontaktstellen verunreinigen. Außerdem können herkömmliche Laserschneidprofile unter einer Grabenauffüllung mit durch den Laser ausgeworfenem Material leiden. Wenn die Waferdicke erhöht wird, wird diese Auffüllung stärker und verringert die Zertrenngeschwindigkeit. Ferner kann für einige Materialien unter vielen Prozessbedingungen das ausgeworfene Auffüllungsmaterial bei anschließenden Durchgängen schwieriger zu entfernen sein als das ursprüngliche Zielmaterial. Folglich werden Schnitte mit geringer Qualität erzeugt, die IC-Bauelemente beschädigen und eine zusätzliche Reinigung und/oder einen weiten Abstand der Bauelemente auf dem Substrat erfordern können.
  • Herkömmliche Laserritzverfahren umfassen beispielsweise die Verwendung von Dauerstrich-(CW)CO2-Lasern mit Wellenlängen im Mittelinfrarotbereich. Solche CW-Laser sind jedoch schwierig zu fokussieren und erfordern im Allgemeinen hohe Energien, um IC-Bearbeitungsmaterialien abzuschmelzen. Folglich werden eine übermäßige Erhitzung und Überbleibsel erzeugt. Gepulste CO2-Laser wurden auch zum Ritzen verwendet. Solche Ritzverfahren verwenden jedoch lange Impulse im Allgemeinen im Millisekundenbereich. Folglich wird eine niedrige Spitzenleistung durch die langen Impulse erzeugt und hohe Energien pro Impuls werden verwendet, um Material abzuschmelzen. Folglich ermöglichen die langen Impulse eine Diffusion von übermäßiger Wärme, die von Wärme betroffene Zonen, umgeformte Oxidschichten, übermäßige Überbleibsel, Absplittern und Einreißen verursacht.
  • Ein weiteres herkömmliches Laserritzverfahren umfasst beispielsweise die Verwendung von Lasern mit Wellenlängen im Bereich von ungefähr 1064 nm bis ungefähr 266 nm. Äußere Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten sind jedoch für diese Wellenlängen im Allgemeinen teilweise durchlässig. Der erste Teil eines Impulses bei diesen Wellenlängen kann beispielsweise durch die oberen Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten hindurchtreten, ohne dass er absorbiert wird. Die Impulse werden jedoch durch die nachfolgenden metallischen und/oder dielektrischen Schichten absorbiert. Folglich können die nachfolgenden Schichten sich erhitzen und explodieren, bevor die oberen Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten durch den Laser abgeschmolzen werden können. Dies verursacht, dass sich die Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten ablösen oder abplatzen und Überbleibsel verstreuen. 2A und 2B sind Elektronenmikrophotographien von Einschnitten 210, 212, die in Wafer 214, 216 unter Verwendung von herkömmlichen gaußförmigen Laserimpulsen mit Impulsbreiten im Pikosekundenbereich geritzt wurden. Wie gezeigt, sind Teile der Wafer 210, 212 nahe den Kanten der Einschnitte 210, 212 abgesplittert und eingerissen.
  • Ein Verfahren zum Laserritzen, das das Absplittern, Einreißen und die Überbleibsel verringert oder beseitigt und das den Durchsatz erhöht und die Schnittoberflächen- oder Einschnittqualität verbessert ist daher erwünscht.
  • Zusammenfassung der Offenbarung
  • Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zum Laserritzen eines fertig gestellten Wafers bereit, um Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten effizient abzuschmelzen, während das Absplittern und Einreißen in den Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten verringert oder beseitigt werden. Kurze Laserimpulse werden verwendet, um hohe Spitzenleistungen bereitzustellen und die Abschmelzschwelle zu verringern. In einem Ausführungsbeispiel wird das Ritzen durch einen gütegeschalteten CO2-Laser durchgeführt.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Ritzen eines Substrats mit einer Vielzahl von darauf oder darin ausgebildeten integrierten Schaltungen bereitgestellt. Die integrierten Schaltungen sind durch einen oder mehrere Gräben getrennt. Das Verfahren umfasst das Erzeugen von einem oder mehreren Laserimpulsen mit einer Wellenlänge und einer Impulsbreitendauer. Die Wellenlänge wird derart ausgewählt, dass der eine oder die mehreren Impulse durch Zielmaterial mit mindestens einer von einer Passivierungsschicht und einer Einkapselungsschicht, die über dem Substrat ausgebildet ist, im Wesentlichen absorbiert werden. Die Wellenlänge wird ferner derart ausgewählt, dass das Substrat für den einen oder die mehreren Impulse im Wesentlichen durchlässig ist. Die Impulsbreitendauer wird so ausgewählt, dass die Abschmelzschwelle des Zielmaterials verringert wird.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Ritzen eines Halbleiterwafers bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Abschmelzen eines Teils von einer oder mehreren Schichten, die über dem Halbleiterwafer ausgebildet sind, mit einem oder mehreren Laserimpulsen mit einer Wellenlänge in einem Bereich zwischen ungefähr 9 μm und ungefähr 11 μm. Der eine oder die mehreren Laserimpulse weisen eine Impulsbreitendauer in einem Bereich zwischen ungefähr 130 Nanosekunden und ungefähr 170 Nanosekunden auf. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Halbleiterwafer Silizium. In einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst der Halbleiterwafer Germanium.
  • Zusätzliche Aspekte und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich, die mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen vor sich geht.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1A–1C sind Elektronenmikrophotographien von Einschnitten, die durch fertig gestellte Wafer unter Verwendung einer herkömmlichen mechanischen Säge geschnitten wurden.
  • 2A und 2B sind Elektronenmikrophotographien von Einschnitten, die in fertig gestellte Wafer unter Verwendung von Lasern mit Wellenlängen von ungefähr 1064 nm bzw. 355 nm geritzt wurden.
  • 3 ist ein Seitenansichtsdiagramm eines beispielhaften Werkstücks, das gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung geritzt wird.
  • 4A und 4B sind Seitenansichtsdiagramme, die das Werkstück von 3 gemäß herkömmlichen Laserritzverfahren bearbeitet darstellen.
  • 5A und 5B sind Seitenansichtsdiagramme, die das Werkstück von 3 mit einem gütegeschalteten CO2-Laser gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung geritzt darstellen.
  • 6A–6C sind Elektronenmikrophotographien von Einschnitten, die durch Passivierungs-/Einkapselungsschichten unter Verwendung eines gütegeschalteten CO2-Lasers gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung geritzt wurden.
  • 7 ist eine Elektronenmikrophotographie eines Einschnitts, der durch Passivierungs-/Einkapselungsschichten unter Verwendung eines gütegeschalteten CO2-Lasers und eines gaußförmigen Pikosekundenimpuls-Laserstrahls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung geritzt wurde.
  • Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
  • Die Fähigkeit eines Materials, Laserenergie zu absorbieren, bestimmt die Tiefe, in die diese Energie die Abschmelzung durchführen kann. Die Abschmelztiefe wird durch die Absorptionstiefe des Materials und die Wärme der Verdampfung des Materials bestimmt. Parameter wie z. B. Wellenlänge, Impulsbreitendauer, Impulswiederholungsfrequenz und Strahlqualität können gesteuert werden, um die Schneidgeschwindigkeit und die Qualität der Schnittoberfläche oder des Einschnitts zu verbessern. In einem Ausführungsbeispiel werden einer oder mehrere dieser Parameter so ausgewählt, dass die Energieabsorption in den äußeren Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten erhöht wird und die Menge an Fluenz (typischerweise in J/cm2 gemessen), die erforderlich ist, um die Passivierungs-/Einkapselungsschichten und/oder zusätzliche Schichten abzuschmelzen (hierin als "Abschmelzschwelle" bezeichnet), verringert wird. Folglich wird die Menge an übermäßiger Energie, die in das Material abgegeben wird, verringert oder beseitigt. Die Verwendung einer niedrigeren Fluenz verringert oder beseitigt ferner umgeformte Oxidschichten, von Wärme betroffene Zonen, das Absplittern, Einreißen und Überbleibsel. Folglich wird die Bruchfestigkeit erhöht und die Menge an erforderlicher Reinigung nach dem Laser wird verringert.
  • In einem Ausführungsbeispiel werden Laserimpulse mit einer Wellenlänge in einem Bereich zwischen ungefähr 9 μm und ungefähr 11 μm verwendet, um einen fertig gestellten Halbleiterwafer zu ritzen. Bei diesen Wellenlängen sind die Passivierungs- und Einkapselungsschichten so konfiguriert, dass sie einen großen Teil der Impulsenergie absorbieren. Folglich werden die Passivierungs- und Einkapselungsschichten abgeschmolzen, bevor sie aufgrund der Abschmelzung von unteren Schichten zerrissen und weggeblasen werden. Ferner absorbieren Siliziumsubstrate bei diesen Wellenlängen sehr wenig Impulsenergie. Folglich besteht eine sehr geringe oder keine Substraterhitzung, die das Einreißen verursachen kann.
  • Die Laserimpulse weisen kurze Impulsbreiten in einem Bereich zwischen ungefähr 130 Nanosekunden und ungefähr 170 Nanosekunden auf. In einem Ausführungsbeispiel wird ein gütegeschalteter CO2-Laser verwendet, um die Laserimpulse zu erzeugen. Ein Fachmann wird erkennen, dass das Güteschalten ein Verfahren ist, das verwendet wird, um energetische kurze Impulse von einem Laser zu erhalten, in dem der Gütefaktor des Laserresonators moduliert wird. Die Verwendung des gütegeschalteten CO2-Lasers mit kurzen Impulsen beseitigt das Absplittern und Einreißen während Waferritz- und Waferzertrennprozessen oder verringert dies signifikant.
  • Die kurzen Impulsbreiten werden so ausgewählt, dass eine höhere Spitzenenergie als jene von Dauerstrich-(CW)Impulsen oder langen Impulsbreiten bereitgestellt wird. Das US-Patent Nr. 5 656 186 von Mourou et al. lehrt, dass die Abschmelzschwelle eines Materials eine Funktion der Laserimpulsbreite ist. CW-Impulse oder Impulse mit langen Impulsbreiten (z. B. im Millisekundenbereich) erfordern im Allgemeinen eine höhere Abschmelzschwelle im Vergleich zu jener von kürzeren Impulsbreiten. Kürzere Impulse erhöhen die Spitzenleistung und verringern die Wärmeleitung. Folglich ist das Ritzen von fertig gestellten Wafern unter Verwendung der kurzen Impulse effizienter. Das Ergebnis ist ein schnellerer Ritzprozess.
  • Der Bequemlichkeit halber kann der Begriff Schneiden allgemein verwendet werden, um Ritzen (Schneiden, das nicht die volle Tiefe eines Zielwerkstücks durchdringt) und Durchschneiden, das in Scheiben schneiden (häufig mit der Waferreihentrennung verbunden) oder Zertrennen (häufig mit der Teilvereinzelung von Waferreihen verbunden) umfasst, einzuschließen. Scheibenschneiden und Zertrennen können im Zusammenhang mit dieser Erfindung austauschbar verwendet werden.
  • Nun wird auf die Figuren Bezug genommen, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente beziehen. Der Klarheit halber gibt die erste Ziffer einer Bezugsziffer die Figurnummer an, in der das entsprechende Element zum ersten Mal verwendet wird. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details für ein gründliches Verständnis der Ausführungsbeispiele der Erfindung vorgesehen. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die Erfindung ohne eines oder mehrere der spezifischen Details oder mit anderen Verfahren, Komponenten oder Materialien ausgeführt werden kann. Ferner werden in einigen Fällen gut bekannte Strukturen, Materialien oder Vorgänge nicht im Einzelnen gezeigt oder beschrieben, um es zu vermeiden, die Aspekte der Erfindung unklar zu machen. Ferner können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einem oder mehreren Ausführungsbeispielen in einer beliebigen geeigneten Weise kombiniert werden.
  • 3 ist ein Seitenansichtsdiagramm eines beispielhaften Werkstücks 300, das gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung geritzt wird. Das Werkstück 300 umfasst eine erste Schicht 302, eine zweite Schicht 304, eine dritte Schicht 306, eine vierte Schicht 308, eine fünfte Schicht 310 und eine sechste Schicht 312, die über einem Substrat 314 ausgebildet sind. Wie ein Fachmann erkennen wird, können die Schichten 302, 304, 306, 308, 310, 312 Verbindungsschichten, die durch Isolationsschichten getrennt sind, einschließlich Dielektrika mit niedrigem k, umfassen, um eine elektronische Schaltungsanordnung zu bilden. In diesem Beispiel bilden die oberen zwei Schichten 302, 304 eine Passivierungs- und Einkapselungsschicht. Die erste Schicht 302 kann beispielsweise Siliziumdioxid (SiO2) umfassen und die zweite Schicht 304 kann ein Siliziumnitrid (SiYNX) umfassen. Die zweite Schicht 304 kann beispielsweise Si4N3 umfassen. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Materialien verwendet werden können, um Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten zu bilden.
  • In diesem Beispiel umfasst die dritte Schicht 306 ein Metall (z. B. Cu oder Al), die vierte Schicht 308 umfasst ein Dielektrikum (z. B. SiN), die fünfte Schicht 310 umfasst ein Metall (z. B. Cu oder Al) und die sechste Schicht 312 umfasst ein Dielektrikum mit niedrigem k. Dielektrische Materialien mit niedrigem k können beispielsweise ein anorganisches Material wie z. B. SiOF oder SiOB oder ein organisches Material wie z. B. ein Polymer auf Polyimidbasis oder Parylenbasis umfassen. Ein Fachmann wird erkennen, dass die für die Schichten 306, 308, 310, 312 erörterten Materialien nur beispielhaft sind und dass andere Arten davon auch verwendet werden könnten. Ferner wird ein Fachmann erkennen, dass mehr Schichten oder weniger Schichten für spezielle ICs verwendet werden können. Wie gezeigt, umfasst das Substrat 314 Silizium (Si). Ein Fachmann wird jedoch auch erkennen, dass andere Materialien, die bei der IC-Herstellung nützlich sind, für das Substrat 314 verwendet werden können, einschließlich beispielsweise Gläsern, Polymeren, Metallen, Verbundstoffen und anderer Materialien. Das Substrat 314 kann beispielsweise FR4 umfassen.
  • Wie vorstehend erörtert, bilden die Schichten 302, 304, 306, 308, 310, 312 eine elektronische Schaltungsanordnung. Individuelle Schaltungen werden durch eine Ritzbahn oder einen Ritzgraben 316 (in 3 als zwei vertikale gestrichelte Linien gezeigt) voneinander getrennt. Um individuelle ICs zu erzeugen, wird das Werkstück 300 entlang des Grabens 316 geritzt, durchgeschnitten oder beides. In bestimmten Ausführungsbeispielen wird das Werkstück 300 durch Abschmelzen von einer oder mehreren der Schichten 302, 304, 306, 308, 310, 312 mit einem Strahl von Laserimpulsen geritzt. Vorteilhafterweise erzeugt der hierin erörterte Laserritzprozess einen sauberen Einschnitt mit im Wesentlichen gleichmäßigen Seitenwänden im Bereich des Grabens 316 mit wenig oder keinem Einreißen oder Absplittern in Bereichen außerhalb des Grabens 316, die bei typischen Laserritzprozessen üblich sind.
  • 4A und 4B sind beispielsweise Seitenansichtsdiagramme, die das Werkstück 300 von 3 gemäß herkömmlichen Laserritzverfahren bearbeitet darstellen. 4A zeigt die Laserimpulsenergie 402 (z. B. bei Wellenlängen im Bereich von ungefähr 1064 nm bis ungefähr 266 nm), die durch die Passivierungs-/Einkapselungsschichten 302, 304 mit wenig oder keiner Absorption hindurchgehen. Vielmehr wird die Laserimpulsenergie 402 in einem Bereich 406 der dritten Schicht 306 absorbiert, was verursacht, dass sich der Bereich 406 aufheizt. Schließlich verursacht die Wärme, dass der Bereich 406 abschmilzt oder explodiert. Folglich werden Teile der Schichten 302, 304 weggeblasen. 4B stellt schematisch einen durch die Explosion erzeugten Einschnitt 408 dar. Der Einschnitt 408 weist keine gleichmäßigen Seitenwände auf und erstreckt sich (in Spänen) außerhalb den Grabenbereich 316, was die ICs beschädigen kann. Wie vorstehend erörtert, stellen 2A und 2B ein solches Absplittern dar.
  • 5A und 5B sind Seitenansichtsdiagramme, die das Werkstück 300 von 3 mit einem gütegeschalteten CO2-Laser gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung geritzt darstellen. Der CO2-Laser liefert einen Laserstrahl mit einer Reihe von Laserimpulsen mit einer Wellenlänge in einem Bereich zwischen ungefähr 9 μm und ungefähr 11 μm und einer Impulsbreitendauer in einem Bereich zwischen ungefähr 130 Nanosekunden und ungefähr 170 Nanosekunden.
  • Die Passivierungs-/Einkapselungsschichten 302, 304 sind so konfiguriert, dass sie die Energie der durch den CO2-Laser erzeugten Impulse absorbieren. Ferner weisen die kurzen Impulse hohe Spitzenenergien auf, die die Passivierungs-/Einkapselungsschichten 302, 304 schnell und effizient abschmelzen, um saubere Einschnitte mit im Wesentlichen gleichmäßigen Seitenwänden zu erzeugen. Außerdem ist das Siliziumsubstrat 314 für die Wellenlängen der durch den CO2-Laser erzeugten Impulse im Wesentlichen durchlässig. Folglich absorbiert das Substrat 314 wenig oder keine der Energie der durch den CO2-Laser erzeugten Impulse und erfährt sehr wenig oder keine Erwärmung.
  • Wie in 5A gezeigt, wird in einem Ausführungsbeispiel der CO2-Laser verwendet, um das Werkstück 300 zu ritzen, indem die Passivierungs-/Einkapselungsschichten 302, 304 abgeschmolzen werden, um einen Einschnitt 502 im Bereich des Grabens 316 zu erzeugen. Der Einschnitt 502 weist im Wesentlichen gleichmäßige Seitenwände und einen im Wesentlichen flachen Boden auf. In einigen Ausführungsbeispielen sind die durch den CO2-Laser erzeugten Wellenlängen nicht so effizient beim Abschmelzen von Metall (z. B. der Schichten 306, 310) wie es beim Abschmelzen der Passivierungs-/Einkapselungsschichten 302, 304 der Fall ist. Wie in dem Ausführungsbeispiel von 5A gezeigt, wird folglich der CO2-Laser nur verwendet, um die Passivierungs-/Einkapselungsschichten 302, 304 abzuschmelzen.
  • Die restlichen Schichten 306, 308, 310, 312 können unter Verwendung von herkömmlichen Säge- oder Laserritzverfahren geritzt werden. Die Schichten 306, 308, 310, 312 können beispielsweise unter Verwendung von Impulsen im nahen Infrarot im Pikosekundenbereich geritzt werden. Das Substrat 314 kann auch unter Verwendung von herkömmlichen Säge- oder Laserabschmelzverfahren zertrennt werden. Ein Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 266 nm kann beispielsweise verwendet werden, um das Substrat 314 effizient und sauber zu zertrennen.
  • Wie in 5B gezeigt, wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel der CO2-Laser verwendet, um das Werkstück 300 durch Abschmelzen der Schichten 302, 304, 306, 308, 310, 312 zu ritzen, um einen Einschnitt 504 im Bereich des Grabens 316 zu erzeugen. Wiederum weist der Einschnitt 504 im Wesentlichen gleichmäßige Seitenwände und einen im Wesentlichen flachen Boden auf. Obwohl Wellenlängen im Bereich von ungefähr 9 μm bis ungefähr 11 μm weniger effizient beim Abschmelzen von Metallen sind, können sie dennoch Metalle nach ausreichender Erhitzung abschmelzen. In dem in 5B gezeigten Ausführungsbeispiel kann folglich der hierin erörterte CO2-Laser als einzelner Prozess zum Erzeugen des Einschnitts 504 verwendet werden, der sich von der oberen Oberfläche der ersten Schicht 302 zur oberen Oberfläche des Substrats 314 erstreckt. Wie vorstehend erörtert, ist das Siliziumsubstrat für die Wellenlängen im Bereich zwischen ungefähr 9 μm und ungefähr 11 μm im Wesentlichen durchlässig. Folglich ist es sehr ineffizient, das Substrat 314 mit dem CO2-Laser zu durchtrennen. Daher kann das Substrat 314 nach dem Ritzen unter Verwendung von herkömmlichen Säge- oder Laserabschmelzverfahren zertrennt werden.
  • 6A–6C sind Elektronenmikrophotographien von Einschnitten 610, 612, 614, die durch Passivierungs-/Einkapselungsschichten unter Verwendung eines gütegeschalteten CO2-Lasers gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung geritzt wurden. Wie vorstehend erörtert, erzeugte der CO2-Laser Laserimpulse mit einer Wellenlänge in einem Bereich zwischen ungefähr 9 μm und ungefähr 11 μm und einer Impulsbreitendauer in einem Bereich zwischen ungefähr 130 Nanosekunden und ungefähr 170 Nanosekunden. In 6A–6C kann beobachtet werden, dass wenig oder kein Absplittern, Einreißen oder Verunreinigen besteht. Folglich werden höhere Chipbruchfestigkeiten und Gesamtprozessausbeuten erreicht.
  • 7 ist eine Elektronenmikrophotographie eines fertig gestellten Halbleiterwafers 708, der mit einem gütegeschalteten CO2-Laser und einem gaußförmigen Pikosekundenimpuls-Laserstrahl gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung geritzt wurde. Wie in 7 gezeigt, ritzt ein gütegeschalteter Laser einen ersten Einschnitt 710 in die Passivierungs-/Einkapselungsschichten des fertig gestellten Wafers 708. Dann ritzt ein gaußförmiger Pikosekundenimpuls-Laserstrahl einen zweiten Einschnitt 712 durch zusätzliche Schichten des fertig gestellten Wafers 708. Für Erläuterungszwecke erstreckt sich der zweite Einschnitt 712 auch über den ersten Einschnitt 710 hinaus in einen Bereich 714. Wenn der fertig gestellte Wafer 708 zuerst mit dem gütegeschalteten CO2-Laser geritzt wird, weisen die Schnitte 710, 712 glatte Kanten auf und erzeugen wenig oder kein Einreißen. In dem Bereich 714, in dem der gütegeschaltete CO2-Laser nicht verwendet wurde, erzeugte jedoch der gaußförmige Pikosekundenimpulslaser ein Einreißen in den Passivierungs-/Einkapselungsschichten.
  • Für Fachleute wird es offensichtlich sein, dass viele Änderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
  • Zusammenfassung
  • Systeme und Verfahren zum Ritzen von Wafern (300) werden bereitgestellt, um Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten (302, 304) effizient abzuschmelzen, während das Absplittern und Einreißen in den Passivierungs- und/oder Einkapselungsschichten (302, 304) verringert oder beseitigt werden. Kurze Laserimpulse werden verwendet, um hohe Spitzenleistungen bereitzustellen und die Abschmelzschwelle zu verringern. In einem Ausführungsbeispiel wird das Ritzen durch einen gütegeschalteten CO2-Laser durchgeführt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (20)

  1. Verfahren zum Ritzen eines Substrats mit einer Vielzahl von integrierten Schaltungen, die darauf oder darin ausgebildet sind, wobei die integrierten Schaltungen durch einen oder mehrere Gräben getrennt sind, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen von einem oder mehreren Laserimpulsen mit einer Wellenlänge und einer Impulsbreitendauer; wobei die Wellenlänge derart ausgewählt wird, dass der eine oder die mehreren Impulse durch Zielmaterial mit mindestens einer von einer Passivierungsschicht und einer Einkapselungsschicht, die über dem Substrat ausgebildet ist, im Wesentlichen absorbiert werden; wobei die Wellenlänge ferner derart ausgewählt wird, dass das Substrat für den einen oder die mehreren Impulse im Wesentlichen durchlässig ist; und wobei die Impulsbreitendauer so ausgewählt wird, dass die Abschmelzschwelle des Zielmaterials verringert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Erzeugen des einen oder der mehreren Laserimpulse mit einem CO2-Laser umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner das Güteschalten des CO2-Lasers umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wellenlänge in einem Bereich zwischen ungefähr 9 μm und ungefähr 11 μm liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Impulsbreitendauer in einem Bereich zwischen ungefähr 130 Nanosekunden und ungefähr 170 Nanosekunden liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine einer Passivierungsschicht und einer Einkapselungsschicht Siliziumdioxid umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine einer Passivierungsschicht und einer Einkapselungsschicht Siliziumnitrid umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat Silizium umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Abschmelzen eines Teils einer Metallschicht, die über dem Substrat ausgebildet ist, mit dem einen oder den mehreren Laserimpulsen umfasst.
  10. Integrierte Schaltung, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 geritzt wird.
  11. Verfahren zum Ritzen eines Halbleiterwafers, wobei das Verfahren umfasst: Abschmelzen eines Teils von einer oder mehreren Schichten, die über dem Halbleiterwafer ausgebildet sind, mit einem oder mehreren Laserimpulsen mit einer Wellenlänge in einem Bereich zwischen ungefähr 9 μm und ungefähr 11 μm; wobei der eine oder die mehreren Laserimpulse eine Impulsbreitendauer in einem Bereich zwischen ungefähr 130 Nanosekunden und ungefähr 170 Nanosekunden aufweisen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die eine oder die mehreren Schichten mindestens eine von einer Passivierungsschicht und einer Einkapselungsschicht umfassen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine einer Passivierungsschicht und einer Einkapselungsschicht Siliziumdioxid umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine einer Passivierungsschicht und einer Einkapselungsschicht Siliziumnitrid umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, welches ferner das Erzeugen der einen oder mehreren Laserimpulse unter Verwendung eines CO2-Lasers umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, welches ferner das Güteschalten des CO2-Lasers umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, welches ferner das Abschmelzen eines Teils einer Metallschicht mit einem oder mehreren Laserimpulsen umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Halbleiterwafer für den einen oder die mehreren Laserimpulse im Wesentlichen durchlässig ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Halbleiterwafer Silizium umfasst.
  20. Integrierte Schaltung, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 11 geritzt wird.
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