TW201308416A - 在裁切晶粒附著膜或其它材料層之前，蝕刻雷射切割半導體 - Google Patents

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Abstract

本發明先利用雷射裁切與蝕刻的組合，接著藉由裁切一下方材料層(例如，晶粒附著膜(DAF)或是金屬)來改善半導體晶粒破損強度與良率。一第二雷射製程或是一第二雷射蝕刻製程可能會被用來裁切該下方材料層。在切割該下方材料層之前先實施側壁蝕刻會在該側壁蝕刻製程期間減少或防止該等切口側壁上的碎屑。一薄晶圓裁切雷射系統可能包含單一雷射處理頭解決方式或是雙雷射處理頭解決方式，以便符合總處理量必要條件。

Description

在裁切晶粒附著膜或其它材料層之前，蝕刻雷射切割半導體
本發明和雷射處理系統與方法有關。明確地說，本發明係關於用以微加工(舉例來說，切劃(scribing)或裁切(dicing))半導體裝置的雷射處理系統與方法。
多個積體電路(Integrated Circuit，IC)通常會被製作在一半導體基板之上或之中的一陣列之中。IC通常包含被形成在該基板上方或之中的一或多層。該等一或多個疊置層可能會利用一機械鋸或是一雷射沿著切劃路線(scribing lane)或切劃道(scribing street)被移除。在切劃之後，利用一鋸子或雷射來將電路器件相互分離，該基板便可以被貫穿切割(throughcut)，有時候亦稱為裁切(diced)。
當利用雷射處理時，結果會有非常高的材料相依性的傾向。舉例來說，第一雷射類型(或是第一組雷射參數)可能非常適合用於切割半導體；而第二雷射類型(或是第二組雷射參數)則可能非常適合用於切割金屬。
富有挑戰性之問題的其中一範例便係單一化削切(singulation)被鑲嵌在晶粒附著膜(Die Attach Film，DAF)之上的半導體裝置，此製程在本文中有時候稱為「晶粒附著膜裁切(DAF dicing)」。此問題可以在生產中藉由利用具有超薄刀片的機械式鑽石鋸來解決，因為利用已知製程來進行雷射裁切會傾向於產生一機械強度低於由機械性鋸切 所產生的晶粒。將易碎的低k值介電材料併入此等半導體裝置之中並且縮減矽晶圓厚度會增加機械鋸裁切的難度，從而導致較慢的總生產量以及更大的良率損耗(yield loss)。利用傳統的單獨雷射製程來對薄的矽晶圓進行DAF裁切還通常會導致高晶粒挑選故障率(低晶粒良率)，舉例來說，如未被切割的DAF(「雙晶粒」)、過度切割的DAF(「錨定作用(anchoring)」)及/或低晶粒破損強度(「在雷射裁切DAF之後因進行蝕刻時的蝕刻變異所造成」)。
先前針對DAF裁切所嘗試過的解決方式包含在進行機械鋸裁切之前利用雷射來切劃該低k值介電質及/或該等半導體層，結合雷射裁切與後段裁切蝕刻製程來強化晶粒，利用具有兩種不同雷射(或是兩組不同的雷射參數，例如，脈衝寬度)的完全切割雷射裁切系統，或是凍結該DAF並且將其拉伸直到捲帶斷裂為止。利用單一雷射裁切策略來裁切貫穿該半導體裝置與該DAF兩者的一已知方法會導致DAF材料沉積在該等半導體晶粒的側壁上，使得一接續的二氟化氙(XeF2)蝕刻製程會受到此「DAF飛濺(DAF splash)」的負面影響。
於其中一實施例中，本發明提供一種裁切半導體晶圓的方法，該半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面。該底部表面會被附著至一下方材料層。該方法包含：產生一第一雷射射束；以及讓該第一雷射射束相對於該半導體晶 圓的頂端表面進行相對移動，以便沿著一或多條裁切道從該頂端表面處至少部分裁切該半導體晶圓。該第一雷射射束會在該半導體晶圓之中形成一由多個側壁所定義的切口。該方法進一步包含：蝕刻該已至少部分裁切之半導體晶圓的該等側壁，用以縮減或移除因該第一雷射射束在該等側壁之中所產生的熱影響區帶(Heat Affected Zone，HAZ)；以及沿著該等一或多條裁切道來切割貫穿該下方材料層，以便將一晶粒與具有至少一預設晶粒破損強度的半導體晶圓分離並且產生一等於至少一預設最小良率的操作晶粒良率。該側壁蝕刻係在切割貫穿該下方材料層之前先被實施，以便在該等側壁的蝕刻期間減少或防止該等側壁上來自該下方材料層的碎屑。
於該方法的特定實施例中，該下方材料層包含一晶粒附著膜(DAF)。於此等實施例中，切割貫穿該下方材料層包含：產生一第二雷射射束；以及讓該第二雷射射束沿著該等一或多條裁切道相對於該DAF進行相對移動。該第一雷射射束可能包含一具有紫外光(UltraViolet，UV)波長以及奈秒(nanosecond)或皮秒(picosecond)時間脈衝寬度的脈衝式雷射射束。該第二雷射射束可能包含一具有可見光波長以及奈秒時間脈衝寬度的脈衝式雷射射束。
於特定的其它實施例中，蝕刻該等側壁包含利用一被配置成用以從該半導體晶圓處移除半導體材料的第一蝕刻劑；而切割貫穿該下方材料層則包含利用一被配置成用以移除該DAF材料的第二蝕刻劑。於其中一實施例中，該第 一蝕刻劑包含一自發性蝕刻劑，例如，二氟化氙(XeF2)。電漿蝕刻、濕式光阻剝除、或是濕式蝕刻技術則可被用來切割貫穿該DAF。
於特定的實施例中，該頂端表面包含一或多個裝置層，其包含一由多個彼此隔開的電子電路器件所組成的圖樣，該等電子電路器件係藉由一或多條線道來分離。該方法進一步包含：在產生該第一雷射射束之前先塗敷一塗層至該半導體晶圓，以便在該第一雷射射束沿著該等一或多條裁切道進行第一次移動中保護該半導體晶圓，使其不會受到該第一雷射射束所產生之碎屑的影響；切劃該等一或多個裝置層；以及在該第一雷射射束沿著該等一或多條線道進行第二次移動中至少部分裁切該半導體晶圓之後並且在蝕刻該等側壁之前，清洗該半導體晶圓，以便移除該塗層。
於特定的實施例中，該下方材料層包含一金屬。於特定的此等實施例中，切割貫穿該下方材料層包含：產生一第二雷射射束；以及讓該第二雷射射束沿著該等一或多條裁切道相對於該金屬進行相對移動。於其它此等實施例中，切割貫穿該下方材料層包含利用一被配置成用以移除該金屬的第二蝕刻劑。
於其中一實施例中，本發明提供一種裁切半導體晶圓的雷射處理系統，該半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面。該底部表面會被附著至一下方材料層。該系統包含一第一雷射處理頭，用以產生一第一雷射射束並且用以讓 該第一雷射射束相對於該半導體晶圓的頂端表面進行相對移動，以便沿著一或多條裁切道從該頂端表面處至少部分裁切該半導體晶圓。該第一雷射射束會在該半導體晶圓之中形成一由多個側壁所定義的切口。該系統進一步包含：一第一蝕刻站，用以蝕刻該已至少部分裁切之半導體晶圓的該等側壁，以便縮減或移除因該第一雷射射束在該等側壁之中所產生的熱影響區帶(HAZ)；以及一裁切站，用以沿著該等一或多條裁切道來切割貫穿該下方材料層，以便將一晶粒與具有至少一預設晶粒破損強度的半導體晶圓分離並且用以產生一等於至少一預設最小良率的操作晶粒良率。該第一蝕刻站會在該裁切站切割貫穿該下方材料層之前先實施側壁蝕刻，以便在該等側壁的蝕刻期間減少或防止該等側壁上來自該下方材料層的碎屑。
於特定的系統實施例中，該第一雷射處理頭包含一第一雷射源，用以產生具有奈秒或皮秒時間脈衝寬度的紫外光(UV)雷射脈衝。
於特定的系統實施例中，該第一蝕刻站會使用一自發性蝕刻劑從該半導體晶圓的該等側壁處移除半導體材料。該自發性蝕刻劑可能包含二氟化氙(XeF2)。
於特定的系統實施例中，該下方材料層包含DAF，而該裁切站包含一第二雷射處理頭，其包含一第二雷射源，用以產生一第二雷射射束，該第二雷射射束包括用以切割該DAF之具有奈秒時間脈衝寬度的可見光雷射脈衝。
於特定的系統實施例中，該下方材料層包括一金屬背 襯，而該裁切站包含一第二雷射處理頭，其包含一第二雷射源，用以產生一用於切割該金屬背襯的第二雷射射束。
於特定的系統實施例中，該下方材料層包含DAF，而該裁切站包含一用以切割貫穿該DAF的第二蝕刻站。
於特定的系統實施例中，該下方材料層包括一金屬背襯，而該裁切站包含一用以切割貫穿該金屬背襯的第二蝕刻站。
於特定的實施例中，該系統進一步包含一塗佈站，位於該第一雷射處理頭的前面，用以將一保護性塗層塗敷至該半導體晶圓。此等實施例可能進一步包含一清洗站，位於該第一雷射處理頭的後面以及該第一蝕刻站的前面，用以從該半導體晶圓處移除該保護性塗層以及碎屑。
從下面較佳實施例的詳細說明中，參考隨附的圖式，便會明白額外的觀點與優點。
本文中所揭示的系統與方法提供一種雷射裁切解決方式，用以減輕或消弭因材料飛濺至半導體側壁上所造成的問題。相較於習知的完全雷射切割系統，本文所揭示的實施例會提供較高的良率(舉例來說，較高的晶粒破損強度)以及較高的晶粒挑選百分率。
本文中的許多範例雖然係關於薄晶圓裁切，且明確地說，係關於裁切一被附著至一晶粒附著膜(DAF)的半導體材料；但是，其它實施例亦包含裁切一包含一半導體層的工 作件，該半導體層位於一包括任何其它材料的層(其可能會飛濺至該半導體的側壁上)的旁邊。舉例來說，特定的實施例提供裁切一包含一半導體層的工作件，該半導體層係位於一金屬層旁邊或是被附著至一金屬層。
根據特定的實施例，一薄晶圓裁切雷射系統可能包含單一雷射處理頭解決方式或是雙雷射處理頭解決方式，以便針對厚度小於約50μm、直徑約300mm且晶粒尺寸約10mmx10mm的晶圓可符合每小時約15片晶圓(15 WPH)之總處理量的必要條件。熟練的技術人士從本文的揭示內容中便會理解，利用本文中所揭示的實施例亦可以處理任何其它晶圓尺寸及/或晶粒尺寸。
根據其中一實施例，一第一處理雷射頭包含單一奈秒或皮秒紫外光(UV)雷射。端視要被該單一處理雷射頭處理的特殊目標材料而定，亦可以使用其它類型的雷射。舉例來說，可以使用紅外光(InfraRed，IR)雷射或綠光雷射。該雷射可能係一二極體激昇固態雷射、一鎖模雷射或是適合用來加工該半導體以及該晶圓之其它材料的任何其它雷射。舉例來說，射束定位可以利用電流計以及一遠心掃描透鏡來控制，用以沿著一裁切路線或裁切道來切割一治具修整路徑。在一XY平台依照索引編號移動至下一個掃描場之前，可能會先切劃每一個掃描場或掃描區，接著會進行半導體(舉例來說，矽)裁切。
特定實施例還使用一第二處理雷射頭。該第二處理雷射頭的雷射會經過選擇用以處理一位於該半導體旁邊的材 料。舉例來說，該第二處理雷射頭的雷射可能包含一用以切割該DAF之具有可見光波長的低成本奈秒雷射。於另一範例中，該第二處理雷射頭的雷射可能包含一用以切割金屬之具有UV、綠光或是IR波長的脈衝式或連續波長(Continuous Wave，CW)雷射，舉例來說，CO2雷射。
於特定的實施例中，本發明提供一種用以裁切一被附著至一下方材料層(舉例來說，DAF或是金屬背襯)的半導體晶圓的方法，其包含：利用一雷射射束來至少部分裁切該半導體晶圓；蝕刻該等側壁，以便縮減或移除熱影響區帶(HAZ)；接著，利用相同的雷射射束或是一不同的雷射射束來切割貫穿該下方材料層。用於該半導體晶圓之側壁蝕刻的蝕刻劑可能係，但是並不受限於，一自發性蝕刻劑，例如，二氟化氙(XeF2)。於特定的實施例中，亦可以使用其它類型的蝕刻，例如，濕式化學蝕刻或是電漿蝕刻。
切割貫穿一下方材料層(例如，DAF或是金屬背襯)會有在該等側壁上產生碎屑或飛濺的傾向，其可能會降低該用以移除HAZ的蝕刻製程的效力。因此，在切割貫穿該下方材料層之前先實施側壁蝕刻會減少或防止該等側壁之上的碎屑或飛濺，俾使得該側壁蝕刻製程會更有效力。
於特定的其它實施例中，本發明提供一種用以裁切一被附著至一下方材料層(舉例來說，DAF或是金屬背襯)的半導體晶圓的方法，其包含：利用一雷射射束來至少部分裁切該半導體晶圓；蝕刻該等側壁，以便縮減或移除熱影響區帶(HAZ)；接著，利用一第二蝕刻製程來切割貫穿該下方 材料層。舉例來說，在利用一自發性蝕刻劑來進行該半導體晶圓的側壁蝕刻之後，可以利用電漿蝕刻、濕式光阻剝除或是濕式蝕刻來蝕刻貫穿該DAF。於另一範例中，針對該下方材料層係一金屬背襯的實施例來說，可以利用微影術以及電漿蝕刻來切割貫穿該裁切道之中的金屬。下面表1提供的便係用以蝕刻作為該下方材料層的金屬或其它材料的電漿蝕刻特定化學藥劑的範例。
由對應的氣體系統來蝕刻的範例材料
本文中所揭示的實施例會提高整片晶圓中的晶粒良率以及晶粒強度，改善標準差與製程穩定性，並且因DAF切割的關係而改善晶粒挑選。已揭示的實施例可能還會減少用於側壁蝕刻所用掉的蝕刻劑消耗量，其可以導致較低的擁有成本(Cost of Ownership，CoO)、較低的每片晶圓成本以及附加的治具價值。
現在參考圖式，其中，相同的元件符號表示相同的元件。在下面的說明中會提供許多明確的細節，以便透澈的瞭解本文中所揭示的實施例。然而，熟習本技術的人士便會理解，即使沒有該等明確細節中的一或多者，或者利用其它方法、器件或材料，仍可以實行該等實施例。進一步言之，於某些情況中，本發明並不會顯示或詳細說明已眾所熟知的結構、材料或操作，以免混淆該等實施例的觀點。再者，該等已述的特點、結構或是特徵亦可於一或多個實施例中以任何合宜的方式來結合。
圖1所示的係一工作件100的概略俯視圖，其包含一被鑲嵌在一裁切捲帶112之上的半導體晶圓110，該裁切捲帶係被設置在一晶圓環114之中。該半導體晶圓110的一頂端表面(如圖1中所示)會沿著切劃線或切劃道118被分割成複數個半導體晶片116。該等半導體晶片116包含被形成在該半導體晶圓110的一或多個裝置層(在本文中亦稱為「裝置堆疊」)之上或之中的多個電子電路器件。該半導體晶圓110的一底部表面(圖中並未顯示)可能包含一晶粒附著膜(DAF)，其係在將該等半導體晶片116鑲嵌至一繞線基 板(圖中並未顯示)時充當一黏著劑。該DAF可能包括一聚合物。舉例來說，但是沒有限制意義，DAF材料可向Hitachi(舉例來說，FH-900)或是向Nitto(舉例來說，EM-500或EM-700)購得。
圖2A所示的係在進行側壁蝕刻之前利用一完全切割雷射製程所裁切之具有DAF 212的矽210的掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)顯微照相圖。如上面的討論，圖2A中所示之未蝕刻的已雷射切割側壁214(a)包含一熱影響區帶(HAZ)，其會降低該晶粒的機械性強度。該HAZ可以經由側壁蝕刻被移除。圖2B所示的係在進行側壁蝕刻之後，圖2A中所示之具有DAF 212的矽210的SEM顯微照相圖。圖2B顯示出已蝕刻側壁214(b)之上的沉積DAF「飛濺」216。該DAF沉積物或DAF飛濺216會阻礙該蝕刻製程(舉例來說，利用XeF2)並且降低該矽晶圓210的晶粒強度。因為被附著至該DAF飛濺216之一部分的矽已經被蝕除的關係，圖2B中的DAF飛濺216的至少一部分會傾斜或減量該已蝕刻側壁214(b)。因此，該DAF飛濺216會抬昇該已蝕刻側壁214(b)並且可能會至少部分鉸鏈連接在該矽210與該DAF 212的介面處。
圖3所示的係三個矽晶圓之經測量的晶粒破損強度的關係圖。圖中所示的資料(平均晶粒強度、最大晶粒強度、以及最小晶粒強度)係利用對空白的75μm矽(Si)晶圓(有DAF以及沒有DAF)進行三點晶粒強度測試所測得。第一行310顯示的係已經過雷射裁切但是並未被蝕刻之沒有DAF 的第一矽晶圓的資料。第二行312顯示的係已經過雷射裁切以及蝕刻之沒有DAF的第一矽晶圓的資料。第三行314顯示的係在被蝕刻之前先被雷射裁切貫穿矽與DAF之具有DAF的第三矽晶圓的資料。於此範例中，該DAF係可向Hitachi購得的FH-900。如圖所示，第三晶圓的最小晶粒強度低於第二晶圓的最小晶粒強度，因為DAF飛濺阻止了該蝕刻製程，使其無法有效移除該HAZ，其會在外加應力時讓微小裂痕傳導遍及整個矽。
熟習本技術的人士便會理解，可以使用一種三點彎折技術在一矽晶圓中產生一斷裂。一般來說，三點晶粒強度測試包含將一矽晶圓放置在兩個支撐體之間並且於該晶圓的之間施加一作用力。晶圓產生斷裂處的作用力會被測量並且使用在一已知的三點彎折公式之中，該公式包含該矽晶圓的厚度、該矽晶粒/樣本的寬度以及該等兩個支撐體之間的跨距。該公式會計算該矽晶圓之每個單位面積中的應力。因此，可以在各種雷射處理技術中決定晶粒的機械性強度。
圖4所示的係根據本文中揭示的一實施例所裁切之晶粒400的SEM顯微照相圖。圖4顯示該晶粒400的一頂端表面410以及一已蝕刻的矽側壁412。圖中雖然並未顯示；但是，於特定的實施例中，一或多個裝置層可能會被形成在該頂端表面410之上或之中，及/或該頂端表面410可能會被一光阻或是其它塗層材料覆蓋。該矽側壁412係藉由從該頂端表面410處往下雷射裁切該矽至該矽的底部表面 (圖中並未顯示)，其會被附著至一層DAF 414。在切割該DAF 414之前，該矽側壁412會先被蝕刻，以達減輕應力之目的(舉例來說，用以移除因對該矽進行雷射處理所造成的HAZ)。在該側壁蝕刻之後，會使用一第二雷射製程來裁切該DAF 414。此外，或者，於其它實施例中，該已蝕刻的矽側壁412會被塗佈(舉例來說，利用聚對二甲苯基聚合物或是其它聚合物)，以便在該第二雷射製程及/或接續的處理步驟期間保護該已蝕刻的矽側壁412。
圖4還顯示一因在該側壁蝕刻製程期間增寬該矽側壁412所創造的DAF唇部或摺部416。為清楚起見，在圖7E中也顯示一DAF唇部或摺部630。於特定的實施例中，該側壁蝕刻製程會受到控制，俾使得該DAF唇部或摺部412的大小可讓該第二雷射製程切割該DAF 414，而不會有來自該已蝕刻的矽側壁412的干擾(或是干擾該已蝕刻的矽側壁412)。在裁切該DAF 414之後，於圖4中所示的範例中，晶粒400的DAF唇部或摺部416寬約18.5μm。在矽沿著該晶粒400與一相鄰晶粒(圖中並未顯示)之間的線道至少部分被裁切與蝕刻之後，晶粒400的矽和該相鄰晶粒之間的距離會決定在該第二雷射製程期間沿著該線道來對齊該雷射射束的精確性。最終DAF唇部或摺部416的大小可能係由該第二雷射製程期間的雷射射束的光點尺寸以及其它參數來決定。於該DAF 414在一第二蝕刻製程中(而並非在一第二雷射製程中)被移除的實施例中，該DAF唇部或摺部416可能會縮小，甚至完全被移除。
圖5所示的係根據其中一實施例之用以裁切一半導體晶圓的製程500的流程圖。該半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面。該底部表面會被附著至一下方材料層。於特定的實施例中，該下方材料層包含DAF。於其它實施例中，舉例來說，該下方材料層包含金屬。該方法500包含利用510一第一雷射射束來至少部分裁切該半導體晶圓。於特定的實施例中，該第一雷射射束會移除足量的半導體材料，以便沿著一裁切道至少部分露出該下方層的一表面。於其它實施例中，該第一雷射射束僅會沿著該線道部分裁切該半導體材料，俾使得該下方材料層不會露出。於此等實施例中，在該下方材料層的上方留下一薄的(舉例來說，約1μm至3μm或更大)半導體層會降低該下方材料層於該蝕刻製程之前飛濺至該半導體之側壁上的可能性。
該方法500進一步包含蝕刻512該已至少部分裁切之半導體晶圓的該等側壁，用以縮減或移除因該第一雷射射束在該等側壁之中所產生的HAZ。接著，該方法500包含沿著該等一或多條裁切道來切割514貫穿該下方材料層，以便將一晶粒與具有至少一預設晶粒破損強度的半導體晶圓分離並且產生一等於至少一預設最小良率的操作晶粒良率。該預射晶粒破損強度與該預設最小良率會相依於該特殊應用。舉例來說，根據其中一實施例，一裸SiO2晶圓/鏡面SiO2晶圓的預射晶粒破損強度為約500MPa。此外，或者，於其它實施例中，該預設最小良率係在介於99.5%與100%之間的範圍中。該側壁蝕刻係在切割貫穿該下方材料 層之前先被實施，以便在該等側壁的蝕刻期間減少或防止該等側壁上來自該下方材料層的碎屑。該切割該下方材料層可能係利用一第二雷射射束或是一第二蝕刻劑來實施，該第二蝕刻劑係被配置成用以沿著該等一或多條裁切道來移除該下方材料層。
圖6A、6B、6C、6D以及6E所示的係根據特定實施例在一裁切製程的不同步驟期間的一工作件600的概略剖面圖。該工作件600包含一被形成在一半導體(舉例來說，矽)晶圓612上方的裝置堆疊610。於此範例中，DAF 614會被貼附至該半導體晶圓612的一背表面或底部表面。該裝置堆疊610可能包含多個電子電路器件，其包含被形成在該半導體晶圓612的一頂端表面之上或之中的一或多個裝置層。舉例來說，該裝置堆疊610的該等一或多個裝置層可能包含用於鈍化及/或囊封的二氧化矽(SiO2)及/或矽氮化物(SiYNX)(舉例來說，Si4N3)，藉由介電層(舉例來說，SiN)來分離的一或多個金屬層，及/或一低k值的介電層。
如圖6B中所示，一第一雷射射束616會切劃該裝置堆疊610，用以沿著一裁切道617來露出該下方半導體基板612。在圖6C中，一第二雷射射束618會至少部分裁切該半導體晶圓612。於其中一實施例中，該第一雷射射束616與該第二雷射射束618係由不同的雷射源所產生及/或具有不同的雷射參數。於另一實施例中，在圖6C中所示的第一雷射射束616與第二雷射射束618代表相同的雷射射束沿著該裁切道617之不同的行進動作。又，於其它實施例中， 該裝置堆疊610以及該半導體晶圓612的至少一部分會在單一雷射射束的單次行進動作中沿著該裁切道617被切割。如上面的討論，圖6C中的第二雷射射束618雖然看似移除該半導體晶圓612中足量的部分俾便露出該下方DAF 614；但是，特定的實施例卻在該DAF 614的上方留下數微米的半導體材料，以便減少或是防止該DAF 614於蝕刻之前飛濺至該半導體晶圓612的該等側壁上。
圖6D所示的係該側壁蝕刻步驟。在圖6D中，圖6C中由第二雷射射束618所形成的該等原始側壁620係以虛線來表示。該側壁蝕刻步驟會移除該等原始側壁620的一部分(舉例來說，包含HAZ的部分)，以便形成已蝕刻的側壁622。
在圖6E中，一第三雷射射束624會裁切該DAF 614，以便讓一第一晶粒626與一第二晶粒628分離。於其中一實施例中，該第二雷射射束618與該第三雷射射束624係由不同的雷射源所產生及/或具有不同的雷射參數。於另一實施例中，該第二雷射射束618與該第三雷射射束624代表相同的雷射射束沿著該裁切道617之不同的行進動作。如圖6E中所示，利用該第三雷射射束624來處理該DAF 614會導致上面參考圖4所討論的DAF唇部或摺部630。於其它實施例中，會使用一第二蝕刻步驟取代該第三雷射射束624來切割貫穿該DAF 614。此等實施例可以縮減或消弭該DAF唇部或摺部630。
圖7所示的係根據其中一實施例之用以裁切一工作件 的製程700的流程圖，該工作件包含一被形成在一矽基板之中或之上的裝置堆疊，該矽基板具有一被貼附至DAF的一背表面或底部表面。該製程700包含利用一保護性塗層來塗佈710該工作件，用以避免碎屑影響切劃製程與裁切製程。該保護性塗層可能包含一液態樹脂(舉例來說，矽二醇共聚物(silicon glycol copolymer))。如上面所述，該製程700進一步包含裝置堆疊切劃712，接著會進行矽雷射裁切，其會至少部分裁切該矽基板，但是會沿著一裁切道在該DAF的上方留下數微米的矽。該方法700進一步包含清洗716該工作件，以便移除該保護性塗層。舉例來說，可以利用去離子水或是另一種溶劑來清洗該工作件。該製程700還包含蝕刻718在該雷射裁切期間被切入該矽基板之中的一切口的側壁。在蝕刻718之後，該製程700包含DAF裁切720。在蝕刻718之後實施DAF裁切720會在蝕刻718期間減少或防止DAF出現在該等側壁上，其會提高該蝕刻718減少或移除HAZ的能力，因而提高晶粒破損強度。在蝕刻718之後實施DAF裁切720還會減少或防止已飛濺的DAF在後面的處理(舉例來說，封裝)期間產生鉸鏈連接或者從該等側壁處掉落。
圖8所示的係根據其中一實施例之用以裁切一半導體晶圓的系統800的方塊圖，該半導體晶圓具有一被附著至一下方材料層的表面。於特定的實施例中，該下方材料層包含DAF。於其它實施例中，舉例來說，該下方材料層包含金屬。該系統800包含一第一晶匣810、一塗佈站812、 一第一雷射處理頭814、一清洗站816、一蝕刻站818、一第二雷射處理頭820以及一第二晶匣822。熟習本技術的人士從本文的揭示內容中便會理解，於其它實施例中，該系統800可能包含較少的元件(舉例來說，單一晶匣及/或單一雷射處理頭)或是額外的元件。
該第一晶匣810可能包含一載體，其會被配置成用以固持一由多個半導體晶圓所組成的堆疊，該等半導體晶圓會依序被裝載(舉例來說，藉由一機器人)，用以讓系統800來裁切。該塗佈站812可能會旋轉一半導體晶圓之上的保護性塗層710，用以避免碎屑影響切劃製程以及裁切製程。該第一雷射處理頭814包含：一雷射源，用以產生一第一雷射射束；以及一運動平台，用以提供該第一雷射射束相對於該半導體晶圓之頂端表面的相對移動，以便沿著一或多條裁切道從該頂端表面處至少部分裁切該半導體晶圓。該第一雷射射束會在該半導體晶圓之中形成一由多個側壁所定義的切口。該清洗站816接著會移除該保護性塗層以及因該第一雷射射束所產生的任何碎屑。
該蝕刻站818會蝕刻該已至少部分裁切之半導體晶圓的該等側壁，用以減少或移除因該第一雷射射束在該等側壁之中所產生的熱影響區帶(HAZ)。接著，該第二雷射處理頭820會沿著該等一或多條裁切道來切割貫穿該下方材料層，以便將一晶粒與具有至少一預設晶粒破損強度的半導體晶圓分離並且產生一等於至少一預設最小良率的操作晶粒良率。在切割貫穿該下方材料層之前先實施該側壁蝕刻 會在該等側壁的蝕刻期間減少或防止該等側壁上來自該下方材料層的碎屑。最後，該晶粒會被裝載至該第二晶匣822之中，用以進行進一步處理。於特定的實施例中，該第二雷射處理頭820會被一第二蝕刻站取代，如本文中的討論，該第二蝕刻站會被配置成用以利用蝕刻來切割貫穿該下方材料層。因此，該第二雷射處理頭820可能會被稱為一「裁切站」。
圖9A、9B、9C以及9D所示的係根據特定實施例被裁切的一工作件900的概略側面透視圖，該工作件900包含一金屬背襯914。該工作件900包含被形成在一半導體晶圓912(舉例來說，矽)上方的一或多個裝置層910。於此範例中，金屬914會被貼附至該半導體晶圓912的背表面。
如圖9B中所示，一裁切製程包含沿著該工作件900的一線道918來第一次移動一雷射射束916(舉例來說，利用一X-Y平移平台在箭頭的方向中提供雷射射束916相對於該線道918的相對運動)。該雷射射束916的第一次移動會藉由移除該等一或多個裝置層910來切劃該工作件900，以便沿著該線道918來露出下方的半導體晶圓912。用於該雷射射束916之第一次移動的雷射參數可能會被配置成用以處理該等一或多個裝置層910的線道918之中的多種金屬(舉例來說，銅)與多種低k值介電質的組合。於一範例實施例中，會使用一UV或綠光雷射源來產生該第一次移動的雷射射束916，其具有時間脈衝持續長度落在約12ns與約14ns之間的範圍之中的多個脈衝。
如圖9C中所示，該裁切製程的下一道步驟包含沿著該線道918來第二次移動該雷射射束916，用以切割貫穿該半導體晶圓912。於該第二次移動期間，該雷射射束916可能係由相同的UV或綠光雷射源所產生，以便提供具有時間脈衝持續長度落在約1奈秒與約3奈秒之間的範圍之中的多個雷射脈衝。圖中雖然並未顯示；不過，線道918裡面的側壁接著會被蝕刻。在側壁蝕刻之後，如圖9D中所示，該裁切製程的下一道步驟包含沿著該線道918來第三次移動該雷射射束916，用以切割貫穿該金屬914。於該第三次移動中，根據其中一實施例，該雷射射束916相對於該工作件900的速度落在約100mm/s與約4,000mm/s之間的範圍中，脈衝重複率落在約1kHz與約1MHz之間的範圍中，光點大小落在約4μm與約12μm之間的範圍中，脈衝能量落在約10μJ與約1,000μJ之間的範圍中，而UV波長則落在約352nm與約355nm之間的範圍中。於另一實施例中，在該第三次移動中，該雷射射束916具有綠光波長(舉例來說，約532nm)。又，於另一實施例中，在該第三次移動中，該雷射射束具有IR波長(舉例來說，藉由CO2雷射所產生)。熟習本技術的人士從本文的揭示內容中便會理解，於該等三次移動的每一次移動中亦可以使用其它類型的雷射或是雷射參數。
熟習本技術的人士便會瞭解，可以對上面所述之實施例的細節進行許多改變，其並不會脫離本發明的基礎原理。所以，本發明的範疇應該僅由下面的申請專利範圍來 決定。
100‧‧‧工作件
110‧‧‧半導體晶圓
112‧‧‧裁切捲帶
114‧‧‧晶圓環
116‧‧‧半導體晶片
118‧‧‧切劃線或切劃道
210‧‧‧矽
212‧‧‧晶粒附著膜(DAF)
214(a)‧‧‧未蝕刻的側壁
214(b)‧‧‧已蝕刻的側壁
216‧‧‧DAF「飛濺」
310‧‧‧第一行
312‧‧‧第二行
314‧‧‧第三行
400‧‧‧晶粒
410‧‧‧頂端表面
412‧‧‧矽側壁
414‧‧‧DAF
416‧‧‧DAF唇部或摺部
500‧‧‧用於裁切的製程
510‧‧‧步驟
512‧‧‧步驟
514‧‧‧步驟
600‧‧‧工作件
610‧‧‧裝置堆疊
612‧‧‧半導體晶圓
614‧‧‧DAF
616‧‧‧第一雷射射束
617‧‧‧裁切道
618‧‧‧第二雷射射束
620‧‧‧原始側壁
622‧‧‧已蝕刻的側壁
624‧‧‧第三雷射射束
626‧‧‧第一晶粒
628‧‧‧第二晶粒
630‧‧‧DAF唇部或摺部
700‧‧‧裁切製程的流程圖
710‧‧‧步驟
712‧‧‧步驟
714‧‧‧步驟
716‧‧‧步驟
718‧‧‧步驟
720‧‧‧步驟
800‧‧‧系統
810‧‧‧第一晶匣
812‧‧‧塗佈站
814‧‧‧第一雷射處理頭
816‧‧‧清洗站
818‧‧‧蝕刻站
820‧‧‧第二雷射處理頭
822‧‧‧第二晶匣
900‧‧‧工作件
910‧‧‧(多個)裝置層
912‧‧‧半導體晶圓
914‧‧‧金屬背襯
916‧‧‧雷射射束
918‧‧‧線道
圖1所示的係一工作件的概略俯視圖，其包含一被鑲嵌在一裁切捲帶之上的半導體晶圓，該裁切捲帶係被設置在一晶圓環之中。
圖2A所示的係在進行側壁蝕刻之前利用一完全切割雷射製程所裁切之具有DAF的矽的掃描式電子顯微鏡(SEM)顯微照相圖。
圖2B所示的係在進行側壁蝕刻之後，圖2A中所示之具有DAF的矽的SEM顯微照相圖。
圖3所示的係三個矽晶圓之經測量的晶粒破損強度的關係圖。
圖4所示的係根據其中一實施例所裁切之晶粒的SEM顯微照相圖。
圖5所示的係根據其中一實施例之用以裁切一半導體晶圓的製程的流程圖。
圖6A、6B、6C、6D以及6E所示的係根據特定實施例在一裁切製程的不同步驟期間的一工作件的概略剖面圖。
圖7所示的係根據其中一實施例之用以裁切一工作件的製程的流程圖，該工作件包含一被形成在一矽基板之中或之上的裝置堆疊，該矽基板具有一被貼附至DAF的一背表面或底部表面。
圖8所示的係根據其中一實施例之用以裁切一半導體 晶圓的系統的方塊圖，該半導體晶圓具有一被附著至一下方材料層的表面。
圖9A、9B、9C以及9D所示的係根據特定實施例被裁切的一半導體晶圓的概略側面透視圖，該半導體晶圓包含一金屬背襯。
800‧‧‧系統
810‧‧‧第一晶匣
812‧‧‧塗佈站
814‧‧‧第一雷射處理頭
816‧‧‧清洗站
818‧‧‧蝕刻站
820‧‧‧第二雷射處理頭
822‧‧‧第二晶匣

Claims (22)

  1. 一種裁切半導體晶圓的方法，該半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面，該底部表面會被附著至一下方材料層，該方法包括：產生一第一雷射射束；讓該第一雷射射束相對於該半導體晶圓的頂端表面進行相對移動，以便沿著一或多條裁切道從該頂端表面處至少部分裁切該半導體晶圓，該第一雷射射束會在該半導體晶圓之中形成一由多個側壁所定義的切口；蝕刻該已至少部分裁切之半導體晶圓的該等側壁，用以縮減或移除因該第一雷射射束在該等側壁之中所產生的熱影響區帶(HAZ)；以及沿著該等一或多條裁切道來切割貫穿該下方材料層，以便將一晶粒與具有至少一預設晶粒破損強度的半導體晶圓分離並且產生一等於至少一預設最小良率的操作晶粒良率，該側壁蝕刻係在切割貫穿該下方材料層之前先被實施，以便在該等側壁的蝕刻期間減少或防止該等側壁上來自該下方材料層的碎屑。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該下方材料層包括一晶粒附著膜(DAF)。
  3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中，切割貫穿該下方材料層包括：產生一第二雷射射束；以及 讓該第二雷射射束沿著該等一或多條裁切道相對於該DAF進行相對移動。
  4. 如申請專利範圍第3項的方法，其中，該第一雷射射束包括一具有紫外光(UV)波長以及選擇自由包括奈秒時間脈衝寬度與皮秒時間脈衝寬度之群中的時間脈衝寬度的脈衝式雷射射束。
  5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中，該第二雷射射束包括一具有可見光波長以及奈秒時間脈衝寬度的脈衝式雷射射束。
  6. 如申請專利範圍第2項的方法，其中，蝕刻該等側壁包括利用一被配置成用以從該半導體晶圓處移除半導體材料的第一蝕刻劑；以及其中，切割貫穿該下方材料層則包含利用一被配置成用以移除該DAF材料的第二蝕刻劑。
  7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中，該第一蝕刻劑包括一自發性蝕刻劑。
  8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中，該自發性蝕刻劑包括二氟化氙(XeF2)
  9. 如申請專利範圍第6項的方法，其中，該第二蝕刻劑包括一氧化物蝕刻劑。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該頂端表面包括一或多個裝置層，其包含一由多個彼此隔開的電子電路器件所組成的圖樣，該等電子電路器件係藉由一或多條線道來分離，該方法進一步包括： 在產生該第一雷射射束之前，塗敷一塗層至該半導體晶圓，以便保護該半導體晶圓，使其不會受到該第一雷射射束所產生之碎屑的影響；在該第一雷射射束沿著該等一或多條裁切道進行第一次移動中，切劃該等一或多個裝置層；以及在該第一雷射射束沿著該等一或多條線道進行第二次移動中至少部分裁切該半導體晶圓之後並且在蝕刻該等側壁之前，清洗該半導體晶圓，以便移除該塗層。
  11. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該下方材料層包括一金屬。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中，切割貫穿該下方材料層包括：產生一第二雷射射束；以及讓該第二雷射射束沿著該等一或多條裁切道相對於該金屬進行相對移動。
  13. 如申請專利範圍第11項的方法，其中，蝕刻該等側壁包括利用一被配置成用以從該半導體晶圓處移除半導體材料的第一蝕刻劑；以及其中，切割貫穿該下方材料層則包含利用一被配置成用以移除該金屬的第二蝕刻劑。
  14. 一種裁切半導體晶圓的雷射處理系統，該半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面，該底部表面會被附著至一下方材料層，該系統包括：一第一雷射處理頭，用以產生一第一雷射射束並且用 以讓該第一雷射射束相對於該半導體晶圓的頂端表面進行相對移動，以便沿著一或多條裁切道從該頂端表面處至少部分裁切該半導體晶圓，該第一雷射射束會在該半導體晶圓之中形成一由多個側壁所定義的切口；一第一蝕刻站，用以蝕刻該已至少部分裁切之半導體晶圓的該等側壁，以便縮減或移除因該第一雷射射束在該等側壁之中所產生的熱影響區帶(HAZ)；以及一裁切站，用以沿著該等一或多條裁切道來切割貫穿該下方材料層，以便將一晶粒與具有至少一預設晶粒破損強度的半導體晶圓分離並且用以產生一等於至少一預設最小良率的操作晶粒良率，其中，該第一蝕刻站會在該裁切站切割貫穿該下方材料層之前先實施側壁蝕刻，以便在該等側壁的蝕刻期間減少或防止該等側壁上來自該下方材料層的碎屑。
  15. 如申請專利範圍第14項的系統，其中，該第一雷射射束包括一第一雷射源，用以產生具有選擇自由包括奈秒時間脈衝寬度與皮秒時間脈衝寬度之群中的時間脈衝寬度的紫外光(UV)雷射脈衝。
  16. 如申請專利範圍第14項的系統，其中，該第一蝕刻站會使用一自發性蝕刻劑從該半導體晶圓的該等側壁處移除半導體材料。
  17. 如申請專利範圍第16項的系統，其中，該自發性蝕刻劑包括二氟化氙(XeF2)。
  18. 如申請專利範圍第14項的系統，其中，該下方材料 層包括一晶粒附著膜(DAF)，且其中，該裁切站包括一第二雷射處理頭，其包括一第二雷射源，用以產生一第二雷射射束，該第二雷射射束包括用以切割該DAF之具有奈秒時間脈衝寬度的可見光雷射脈衝。
  19. 如申請專利範圍第14項的系統，其中，該下方材料層包括一金屬背襯，且其中，該裁切站包括一第二雷射處理頭，其包括一第二雷射源，用以產生一用於切割該金屬背襯的第二雷射射束。
  20. 如申請專利範圍第14項的系統，其中，該下方材料層包括一晶粒附著膜(DAF)，且其中，該裁切站包括一用以切割貫穿該DAF的第二蝕刻站。
  21. 如申請專利範圍第14項的系統，其中，該下方材料層包括一金屬背襯，且其中，該裁切站包括一用以切割貫穿該金屬背襯的第二蝕刻站。
  22. 如申請專利範圍第14項的系統，其進一步包括：一塗佈站，位於該第一雷射處理頭的前面，用以將一保護性塗層塗敷至該半導體晶圓；以及一清洗站，位於該第一雷射處理頭的後面以及該第一蝕刻站的前面，用以從該半導體晶圓處移除該保護性塗層以及碎屑。
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