TW445684B - Method of severing electrically conductive links with ultraviolet laser output - Google Patents
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Description
4456 8 4 A7 _B7___ 五、發明說明(I ) 枝術領域 本發明係有關於一種以雷射爲基礎的方法,其用以切 斷被製造在一半導體晶圓上之積體電路元件的導電性鏈結 1而且更特別地是有關於一種方法,其使用一紫外線雷射 輸出,此輸出在一預先決定的波長下具有足夠大小的功率 能夠切斷保護層(passivation layer)上方的鏈結,該保護層 之特徵爲高度以及吸收敏感度,而此高度及吸收敏感度足 以避免該雷射輸出影響到下層的基板。 本發明之背景 傳統之1.047/zm或1.064"^的雷射波長已經被用於 爆炸性地移除雷射可切斷電路鏈結超過20年。譬如,在一 記億體元件像是DRAM、SRAM或是一嵌入式記憶體中, 用以切斷一具有缺陷的記憶體單元並以一備用單元予以取 代。·類似的技術亦使用於切斷鏈結進而程式化一邏輯產品 、閘陣列或特殊用途積體電路(ASIC)。圖1A表示一傳統 具有光點直徑Η的紅外線(IR)脈衝雷射光束12,其打在一 由多晶矽或金屬鏈結18所組成的鏈結結構16上,而此鏈 結結構係位於一矽基板20的上方,並且介於一保護層的兩 成份層之間,該保護層含有一上部保護層21及一下部保護 層22。矽基板吸收一相當低比例的IR輻射量,而且傳統 的保護層21以及22,像是二氧化矽或是氮化矽對於IR輻 射是相當通透的。 在保持足夠的能量以加工一金屬鏈結18時,爲了避免 損傷基板20,Sun等人在美國專利編號5,265,114文件中 4 f紙張尺度適用^國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公釐) 445684 A7 B7 五、發明說明(V ) 建議使用較長的雷射波長,譬如,來加工矽晶圓上 之鏈結18。在1.3//m的波長雷射之下,鏈結材料以及基 板20之間的吸收率對比要比傳統1/zm之雷射波長中的對 比大很多。由此項技術能提供更寬的雷射加工窗口 (window)以及更佳的加工品質己極成功地使用於此產業中 有3年之久, 然而,該雷射波長有一些缺點:耦合雷射光束 12到高度導電性金屬鏈結18的效率相當低;以及實際上 可得到之用於鏈結切割的IR雷射光束的光點尺寸14相當 大,因而限制了鏈結寬度24、接觸墊(contact pads)28之間 的鏈結長度、以及鏈結節距30的臨界尺寸。此IR雷射鏈 結製程係依賴鏈結18之加熱、熔化,並產生一機械應力集 中以爆開上方的保護層21。此熱應力爆炸行爲或多或少地 依鏈結1S的寬度而定°當該鏈寬度變得約比1/zm更窄時 ,保護層21的爆炸樣式變得不規則,並且導致不一致的加 工品質,此點是令人無法接受的。 對於一鏈結切割雷射光束12的實際上可獲得之雷射光 點尺寸下限係爲光學元件選擇以及基板20之淸潔度的原因 ,可以方便地近似爲2倍的波長(2λ)。,因此對於1.32/zm 、1.06/zm以及1.04em之雷射波長來說,用於鏈結移除 的實際光點尺寸限制大約分別是直徑2.6# m、2.1 //m以及 2.0"m。因爲可用之鏈結節距30的下限是由雷射光束斑點 尺寸14,以及由雷射光束12與鏈結is之目標位置的對準 精度兩者所形成之函數,因此光點尺寸下限直接影響電路 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) y' 1 Κ» n n f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^456 84 A7 B7 五、發明說明(勺) 積集之密度。 --------—:—、;'裝— (請先閱讀背面之注意事氣痕填寫本頁) 目前使用於產業中,用以修復64M位元DRAMs之最 小聚焦材料移除雷射光點尺寸大約是直徑2#m。一 2.1# m的光點尺寸14被期望一直到256M位元,甚至某些1G 位元的DRAM設計仍然有用。圖2是一張光點尺寸對年份 的圖形,其說明了當鏈結節距30及鏈結寬度24減少時, 產業上將要求更小的光點尺寸。該圖係基於一用以近似光 點尺寸要求的簡單公式:光點尺寸直徑=2(最小鏈結節距)-2(系統對準精度)-(鏈結寬度)。(這些參數表示於圖中) 。該圖假設到1997年爲0.5/zm精度,到1999年爲〇.35// m精度以及之後爲0.25 μ m精度。因此工業專家預測 以下的光點尺寸很快即會被需求來加工鏈結18。然而這些 光點尺寸以傳統IR鏈結熔斷之雷射波長事實上是無法達成 的。
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較短的可見光波長,譬如〇.532 μιη將允許雷射光束斑 點尺寸減小。然而在這些波長之下,矽基板20會強烈吸收 可見光,而且該雷射鏈結切割製程會損壞基板20的一部份 。基於確保被加工元件之可靠度的理由,基板損壞是無法 接受的。 因此,我們需要一種以所選擇之雷射波長來切割製造 在半導體晶圓上之導電性鏈結的方法及設備,而此雷射波 長降低了實際光束斑點尺寸到低於2ym,但在切斷鏈結時^ 卻不會損傷半導體晶圓基板。 本發明之槪要 6 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 445684 : 五、發明說明(斗) 因此,本發明之一項目標是提供—種以雷射爲基礎的 方法,此方法使用紫外線(uv)雷射輸出來切斷在半導體晶 圓上之積體電路結構之中的導電性鏈結,而导不損傷下層 晶圓基板。 本發明之另一項目的是提供一種方法’此種方法係以 所選擇的雷射輸出參數的方式予以實現’進而利用某種鏈 結結構成份材料對波長敏感之光吸收特性’使得在切斷鏈 結時能減少雷射輸出能量耦合至基板 本發明提供一 uv波長範圍的雷射II出光束來切斷積 體電路結構中的導電性鏈結。此波長範圍不是傳統上用於 鏈結製程的波長,而且本發明係利用介於鏈結和基板之間 的保護層對波長敏感的光吸收特性。由於傳統之保護層, 諸如二氧化矽及氮化矽對UV輻射呈現相當高的吸收率, 因而這些材料可用來吸收多餘的UV雷射輸出能量,並避免 這些能量損傷基板。這些以及其它的鈍化材料可以進一步 最佳化,以便對選用的UV雷射波長有更好的吸收。 更明確地,位於鏈結底下之鈍化材料層會吸收打在積 體電路結構的UV雷射能量,此能量係分佈在整個光束斑 點尺寸之面積內,而此面積涵蓋了鏈結寬度以及鄰近未被 鏈結覆蓋的保護層部份。由於保護層會吸收UV光,因此 下層保護層會衰減UV光並避免此UV光以具有切斷鏈結 的能量大小損傷晶圓基板。如果缺乏用下層保護層對UV 光的吸收》則入射於鄰近部份之切斷鏈結的雷射輸出能量 在鏈結切割加工時將導致基板損傷。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝i —丨II — —訂---- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) A7 < 4-456 0 4 五、發明說明(〇 再者,該鏈結的底部是很難予以完全淸除的,而且此 部份若不完全淸除,則鏈結切斷後會造成一很低的開路電 阻。爲了確保鏈結完全分離,一雷射光束控制器會使UV 雷射部分地切入以使在下層保護層形成一凹陷,如此即有 助於在光點面積內的整個鏈結在縱深方向被淸除乾淨。該 控制器係經由控制實施鏈結切斷製程的雷射能量大小來決 定凹陷的深度。而鈍化材料的高度也可以被調整,以便具 有足夠厚度能夠吸收鏈結移除後所殘留的雷射能量。因此 ,完全沒有破壞周圍或者是下部基板材料的風險。 使用UV波長來進行鏈結加工的另—項優點爲光束斑 點尺寸比起以IR波長加工要小很多β例如對於212nm波 長來說,一 0.5 μ m的光束斑點尺寸比起一 i"m波長之 2.5 μιη光束斑點尺寸是可以很容易地獲得。該鏈結之特徵 尺寸愈小,也就愈允許製造封裝更爲緊密的1C元件。對於 鏈結上面覆有一保護層的積體電路結構,本發明之另一項 優點是上層保護層的移除不完全只由熱所產生的應力集中 所造成,而且還有經由UV雷射能量對上層保護層所直接 熔蝕的部份。此種現象使上層保護層之開口形狀能一致精 準’因而追種現象在切割非吊窄的鍵結是很有利的,否則 根據傳統之鏈結切割製程,當鏈結加熱造成上層保護層爆 開,將會使該窄鏈結的破裂形狀極不規則。 本發明還有另一項優點是由保護層材料對UV雷射能 量的高度吸收所形成。在傳統的鏈結製程中,雷射能量 會由鏈結被加工的地方向側邊反射’造成附近的鏈結損壞 8 --------------裝 (請先閱讀背面之注意事t填寫本頁) « ϋ ϋ ϋ I ϋ n I— 訂---------娘, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公楚) 4456 84 at ____B7 五、發明說明() 。當鏈結之持賴顿,㈣題變觀常發生。 但是,以uv雷難_事鏈㈣㈣,_結所反射出 來的光可由保護層材料予以衰減,因此大爲減少損傷附近 鏈結或者其他電路結構的風險。 本發明之其他目標及優點經由以下較佳實施例之細節 說明將會更爲淸楚’而這些說明係參照附圖來進行。 圖式之.簡要說明 圖1A係傳統半導體鏈結結構的局部剖面側視圖,圖 中該結構接收由習知技術之脈衝參數所特徵化的雷射脈衝 〇 圖1B係呈現鏈結寬度、節距以及雷射光束斑點尺寸 參數的互連關係圖’這些參數係參照圖1A並且與鄰近的 電路結構一起加以說明。 圖2係一張光點尺寸對照年份的圖彫,此圖預測鏈結 製程各個時期所需用到的雷射光點大小。 圖3以圖形表示4種不同金屬之光學吸收特性對波長 的關係。 圖4以圖形表示在矽中摻雜數種不同濃度的砷時,其 光學吸收係數對雷射光子(photon)能量(波長)的關係。 圖5以圖形表示在室溫下各種不同半導體之光學吸收 特性對波長的關係。 圖6A及圖6B係以圖形表示普通鈍化材料’特別是二 氧化矽以及氮化矽之光學吸收特性對波長的關係。 圖7A係本發明之半導體鏈結結構與一鄰近之電路結 (請先閱讀背面之注畫 ί裝i I έ填寫本頁)
LrJ· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用111國國家標準(CNS)A4規格(210 χ 297公釐) 4456 8 4 B7 五、發明說明(^]) 構一起的局部放大俯視圖。 圖7B是圖7A之鏈結結構的局部放大剖面側視圖,該 結構接收由本發明之脈衝參數予以特徵化的雷射脈衝。 圖7C係圖7B之鏈結結構在其鏈結被本發明之雷射脈 衝移除之後的局部剖面側視圖。 圖8係一較佳之UV雷射系統之實例的部分槪要簡化 圖,該雷射系統包含有一晶圓定位器,其配合雷射製程控 制系統以實現本發明所提之方法。 圖9A係以圖示方法表示傳統UV雷射輸出之每個脈衝 的能量變化,該變化是介於脈衝之間的時間間隔的函數。 圖9B是一電壓校正訊號圖,此訊號被用以穩定在變 動的時間間隔下所產生之每個UV雷射輸出脈衝的能量。 圖9C係以圖形表示本發明的每個UV雷射輸出脈衝 的能量大小,其中的脈衝己被根據脈衝之間變動的時間間 隔而對不穩定性加以校正。 主要部份代表圖號之簡要說明 ---------11„.—裝 ii — ί 訂--- Λιν- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員_工消費合作社印製 12脈衝雷射光束 14光點直徑 16鏈結結構 18鏈結 20基板 21上部保護層 22下部保護層 24鏈結寬度 28接觸墊 30鏈結節距 38晶圓 40鏈結結構 42鏈結 43光點範圍 44雷射脈衝 47鏈結寬度 10 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ^ 445b „ » a 4 5 6 8 4 A7 ____ B7 五、發明說明(I ) 48保護層 49節距 5〇基板 51表面 52接觸墊 54保護層 56高度 57切斷鏈結的部份 58光點尺寸 110雷射二極體 Η 2光線 114透鏡組件 120雷射系統 1U雷射共振器 123脈衝輸出 124激光器 126後方鏡. .128輸出鏡 130光軸線 134倍頻器 138四倍頻器 140雷射系統輸出 142、Μ4光學組件 146光束路徑 148聚焦透鏡 160光束定位系統 Π0雷射控制器 Π1 ΟΜ控制器 172、174、176 ' 178 反射鏡 180 Q-開關 181光學調變器 ------1!!裝--- • f./ {請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 較佳實施例之詳迦說明 本發明之方法可促進在進行鏈結移除時使用較短之波 長(譬如UV .範圍的波長),因此允許雷射光束斑點尺寸之 減小。比400nm更短或相等的波長有助於0.8 μ m之雷射 光點尺寸的產生。而數種常用的鏈結材料,其波長相依的 (wavelength-dependent)特性將在下文中討論。 圖3係以圖形表示數種不同金屬,像是鋁、鎳、鎢及 白金的光學吸收特性,這些金屬可以用來作爲鏈結18。圖 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 4 456 8 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明(1 ) 3係從、、軸14學與撕手冊〃(光學材難第二部, Marvm J . Weber著,CRC卩物出版,中之吸收 ,麵相__關下賴。圖3題了馳金屬,像 疋鋁鎮、鎢以及白金通常;g Uv波長時對雷射能量之吸 收會比在m波長時來歸。麵氮化物_卩氮化鈦)以及 其他用以形成導電性鏈結18的導電材料通常也有相似的光 學吸收特性。但是這些材料的吸收係數並不像前述的金屬 一樣地容易取得。 波長在uv範圍,特別是短於3〇0nm之波長時,由這 些鏈結材料所展現的闻度吸收率表示這些材料可以輕易地 以UV雷射輸出進行加工。因此,除了光點尺寸的優點外 ’ UV雷射輸出能夠提供更好的輔合效率至導電鏈結,以 獲致更乾淨的鏈結移除、更佳的跨於被切斷之鏈結上的開 路電阻品質以及更高的鏈結加工良率。 很不幸地’許多半導體基板也更加易受短於波 長的雷射輸出所影響而損壞。數種常用之基板材料的吸收 特性說明於下文中。 圖4係以圖形表示在矽中摻雜數種不同濃度的#日寺, 其光學吸收係數對雷射光子能量(波長)的關係。圖4係從 Jellison 等人之著作(Phys. Rev. Let. ’第 46 冊,1414 頁, 1981)中的一張圖的複製圖。圖4顯示在短於約之波 長時,經摻雜或者未經摻雜之矽的吸收係數均呈現急劇之 增加。此種行爲之詳細物理被描述於''半導體之脈衝雷射 製程半導P與半金屬’第23冊,Academic press出 --------------Irt'i 裳--------訂--- 广V (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------ί 本紙張尺度適用中國®家標準(CNS)A4規格(210 x 297么釐) 4 45 6 8 4 A7 __B7_ 五、發明說明( 版,1984)中。 雖然針對經摻雜之多晶矽、多晶矽化合物以及二矽化 合物之光學吸收率對波長關係所發表之可靠刊物尙不多見 ,但熟悉此項技藝之人士可能料想得到在短於1//ηι的波 長時,這些經摻雜之材料的吸收係數也會有顯著的增加。 圖5係以圖形表示在室溫下各種不同半導體(包含有砷 化鎵以及矽)之光學吸收特性對波長的關係。圖5係"光學 手冊"(美國光學協會之Walter G. Driscoll編著, McGraw-Hill Book Co.出版,1978)之圖 156 的複製圖。 該圖顯示在室溫時',矽、砷化鎵以及其他半導體材料的光 吸收率在可見光及UV範圍的波長下,會比在IR範圍的波 長下有一更顯著的增加。參考圖4以及圖5,由這些基板 材料在UV範圍對波長的高度吸收率提示我們:這些材料 很容易遭受UV雷射輸出的損傷。 圖6A係以圖形表示熔矽石(二氧化矽)之光學吸收特性 對波長的關係°圖6A係由C.M. Randall及R. Rawcliff 的著作(應用光學,7 : 213,1968)所取得。該圖顯示出二 氧化矽在大約比300nm還短的波長時,呈現良好的吸收特 性,而且其吸收行爲在短於200nm的波長時更是顯著地增 加。熟悉此項技藝的人士將會了解到不管是經由刻意地或 者是由一摻雜過之晶圓的擴散結果,二氧化矽保護層通常 都會受到摻雜。普通的摻雜物包含有三族以及五族元素, 例如硼、磷、砷以及銻。此二氧化矽保護層通常也包含有 一些缺陷。由於摻雜以及/或者缺陷,此二氧化矽或氮化矽 _ 13 本紙張尺度適用中國囷家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 4456 84 A7 B7 五、發明說明() 保護層在較長的波長下,例如約短於或者等於4〇〇nm附近 也變得相當有吸收性。熟悉此項技藝的人士將會了解到可 以利用特殊摻雜物以及其濃度的調整來"調整〃(tune)該保 護層,以對想要的UV雷射波長有更好的吸收率。 圖6B+係以圖形表示包含氮化矽的數種結晶光學材料 之光穿透率範圍對波長的關係。圖6B係'紅外線光擧材 料手冊 〃(Paul Klocek 編著,Marcel Dekker Inc.出版 ,紐約,1991)之第四章之圖5.1的複製圖。圖6B顯示氮 化矽的穿透率在短於約3〇〇nm附近的波長時會變小。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事_再填寫本頁) 圖7A係一具有本發明之半導體鏈結結構40之晶圓38 的局部放大俯視圖;圖7B是鏈結結構40的局部放大剖面 側視圖,該結構接收由本發明之脈衝參數予以特徵化之雷 射脈衝44的光點範圍43 ;以及圖7 C係圖7B之鏈結結構 4〇在其鏈結42被雷射脈衝44移除之後的局部剖面側視圖 。參考圖7A-7C ’鏈結結構40最好包含有一金屬的或者 導電性的鏈結42,此鏈結要具有介於接觸墊52之間的鏈 結長度46以及一鏈結寬度47。而鏈結寬度47可以設計得 比鏈結18(其由傳統之IR鏈結熔斷雷射光束12來熔斷)的 寬度24(約2.5"m)還小。鏈結材料可以包含(但不限於)錦 、銅、鎳、鎢、白金、金、以及其他的金屬、金屬合金(例 如鉻酸鎳)、金屬氮化物(例如氮化鉅或氮化鈦金屬砂化 物(例如砂化鶴)以及經慘雜的多晶砂和類似的材料。雖然 鏈結結構40可能有傳統之尺寸,但鏈結寬度尺寸可能只等 於或小於約l.〇/im。相似地,介於鏈結42間之中心到中 14 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4456 8 4 A7 _ B7__ 五、發明說明( 心的節距49可以比介於鏈結1S(以光束12熔斷)之間的節 距30小很多。例如鏈結42可以在其他鏈結42或附近電路 結構的2·5/ηη範圍內。如果一具有小於或等於約 光點尺寸的212nm光束被用來切斷鏈結42,則節距49可 小於或等於約1.0 # m。 鏈結結構40典型上包含有一覆蓋在鏈結42之上的 UV吸收保護層48。不過,熟悉此項技藝的人士將會了解 鏈結42上面也可能沒有任何的覆蓋。鏈結結構40也包含 一 UV吸收保護層54,此層係位於基板50與鏈結42之間 〇 保護層54最好要有一高度56,此高度係足夠大而能 夠將用於切斷鏈結42的UV雷射能量作一足量的衰減,使 得基板5〇不會被損壞。對一由二氧化矽或是氮化矽所組成 的保護層54來說’高度56最好至少要有約o.Sym,更佳 的是0.8/im左右。該保護層48以及/或54的高度56可以 經特別的調整,以便於光點面積43內之切斷鏈結(0ff-unk) 的部份57,能夠對來自脈衝44的能量作足夠衰減,以避 免在淸除鏈結範圍之基板被損壞。保護層48及54可能由 相同或者不同的材料組成。保護層邮以及/或54也可被摻 雜,以增加其在較長的UV波長如300nm到400nm之間的 吸收性。 除了以上所討論之使用UV的優點外,保護層54還可 形成其他的製程優點°參考圖7B,可以調整高度56以刻 意造成保護層54之部份熔解。此保護層54之部份熔解, 15 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------—訂----- 5. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 4-56 8 4- A7 ___B7______ — 五、發明說明(A ) 在沒有損壞基板5〇的風險下,可促進鏈結42底部之完全 移除,因此可獲得一跨在接觸點52的高開路電阻。 圖8顯兩一簡化之雷射系統120的較佳實施例,該系 統係用以產生想要的雷射脈衝(其可達成依據本發明的uv 鏈結切割)。爲了方便起見,此處之雷射系統120係只由4 次諧波之钕:釔鋁石榴石(Nd : YAG)雷射爲例子來示範, 此雷射係由雷射二極體110予以輸入能量(pumped),雷射 二極體之射出光線Π2由透鏡組件114聚焦進入IR雷射共 振器122。IR雷射共振器122包含有一激光器(iasam)124 ,其位於一後方鏡126以及一輸出鏡128之間,並沿著光 軸線130以具有小於10ns之特徵寬度的i〇64nm波長發射 IR脈衝輸出123。半極限値之全波寬鏡(FWHM. Mirror)l26 最好能百分之百反射Nd : YAG之基頻波長,並對二極體 雷射110的輸出具高穿透性,而且透鏡128最好能百分之 百反射Nd : YAG之基頻波長,並對沿著光軸130行進的 二次諧波有高度的穿透性。一共振器內倍頻器134最好位 於激光器124與輸出鏡128之間。一四倍頻器138最好位 於共振器Π2之外部以進一步將雷射光束頻率轉換爲四次 諧波。 該雷射系統也可被配置來產生第五次諧波(在Nd : YAG之 中爲212nm,在Nd : YLF(四氟化釔鋰)中爲210nm),其方 法係以另一非線性晶體將基頻與四次諧波組合或將二次諧 波與三次諧波組合。諧波轉換過程被描述在"非線性光學 晶體手冊〃(V.G. Dmitriev 等人著,Springer-Verlag 出版, Γ靖先閱靖背面之注意事項再填寫本頁} 「裝----II--訂----- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ix 4 5 6 8 4 A7 _____B7____ 五、發明說明(A ) 紐約,1991,ISBN3-540-53547-0)之 138-141 頁中。 IR雷射共振器122可以由一具有l..〇47#m之其頻波長的 Nd : YLF雷射,或者具有l‘〇64em基頻波長的Nd : YV04 的雷射代替。熟悉此項技藝的人士將也會了解到Nd : YAG 的三次諧波(355nm)以及Nd : YLF的三次諧波(349nm)可以 用來加工被摻雜過之保護層材料環繞的鏈結42。熟悉此項 技藝的人士也將了解到,其他能夠發射短於300nm波長的 合適雷射系統均可加以利用。例如由模式9300系列(由電 氣科學工業公司製造,波特蘭,奧勒岡州)的雷射系統做修 改爲較佳適合此項技藝的人士來獲得一更短的波長(UV雷 射)。 雷射系統輸出140可由各種不同的傳統光學組件142 及144進行操控,此二光學組件係沿著光束路徑146放置 。組件142及144可能包含一光束擴展器(beam expander) 或其他光學組件,以便準直化UV雷射輸出140,以產生 具有有用的傳播特質之光束。光束反射鏡172、174、176 及Π8係對於四次諧波之UV雷射波長有高度的反射特性 ,但對於Nd : YAG的二次諧波則有高度穿透性,因此只 有四次諧振之UV會到達鏈結結構40的表面51。聚焦透 鏡148最好使用一 FI、F2.或F3之單組件或者多組件透鏡 系統,此系統聚焦該準直後的UV脈衝輸出140,以產生 一聚焦後的光點尺寸58,此光點尺寸甚小於2/zm,且最 好小於1/2 m。該經過聚焦之雷射光點43係以UV雷射輸 出140之單一脈衝44而被引導到晶圓38上面,並瞄準鏈 17 {請先閱讀背面之注意事##'填寫本頁) 裝
• n I I ----訂-----
Mr 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 45b b 4456 84 五、發明說明(6 ) 結結構40以對鏈結42做較好的移除。施加於鏈結42之脈 衝44的切斷深度可經由脈衝44的能量選擇來做精確之計 算及控制。通常聚焦光點尺寸58較佳的切割參數係爲含有 0.01 /Z J到10" J間之脈衝能量的脈衝44,而且此脈衝要 有Ins到100ns的工作週期,且頻率約1到5kHz,最好是 在5kHz之下爲15ns。 一較佳之光束定位系統160在Overbeck的美國專利編號 4,532,4〇2的文件中有詳細的描述。光束定位系統160最好 使用一雷射控制器170,此控制器至少控制兩個平台或級 以及多個反射器172、I74、I76以及I78,以便猫準及聚 焦雷射系統輸出]4〇至晶圓38上想要的鏈結42 β光束定 位系統160允許在相同或者不同之晶粒上的鏈結42間作快 速移動,以便有效地根據所提供之測試或設計資料來完成 鏈結的切割操作。位置資料最好一次就能指定雷射系統輸 出的一個脈衝14〇到各個獨立的鏈結42上。 對於使用如圖8中所示的Q-開關ISO的腔內雷射光束 調變而言,雷射控制器Π0或許會被計時資料所影響(該資 料係用以同步化雷射系統120的點火與平台之移動),譬如 被描述於美國專利編號5,453,594(K〇nechy著)之文件中的 "輻射光束定位與發射座標系統〃。或者是,熟悉此項技 藝的人士將會了解到經由一波克斯單元(P〇ckels cell)或聲 光元件,雷射控制器170可被應用於連續波(CW)雷射能量 之外腔調變。此一替代可以提供一固定的峰値功率,而無 關於往復遮光(chopping)率或者輸出脈衝工作週期。光束定 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (清先閱續背面之注¾事項再填寫本頁) 裝- ------- 訂-I! 4 456 B 4 A7 B7 五、發明說明(山) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 位系統16〇可以替代性地或附加性地使用該些改良或是光 束定位裝置(描述於被讓與給本案之受讓人Cutler等人所擁 有的美國專編號5,751,585文件中)。 就使用非線性頻率轉換之Q-開關脈衝固態uv雷射來 說,該uv輸出之脈衝到脈衝的功率位準對於連續脈衝點 火之間的重覆率或時間間隔特別敏感。圖9A係以圖不表 示每個脈衝的UV雷射能量相對於介於傳統UV雷射系統 的脈衝之間的時間間福。在一較佳的實施例中,一光學調 變器(〇M)181可能被安插於四倍頻器138與光學組件142 之間。系統120會預先檢查脈衝之間、不同時間間隔之每 個脈衝變動的UV能量,並建立一能量曲線。然後,根據 該能量曲線之資訊,一 a校準〃訊號會被產生並施加到 OM 181。圖9B係表示一校準訊號圖,該校準訊號施加到 OM 181以對個別時間隔作補償。不管雷射脈衝44何時被 點火,該校準訊號都將被觸發,因此,〇M 181上的控制訊 號電壓也將在上次之雷射脈衝點火之後隨著時間改變。不 論下一次之雷射脈衝是什麼時候點火,在OM 181上的校 準訊號都將確保隨著此校準訊號之後的雷射能量保持在一 預設的固定大小,而無關於任何兩連續雷射脈衝44之間的 時間間隔。圖9C係爲以OM 181校準之後的UV能量脈衝 。熟悉此項技藝的人士將會了解,此方式儘管脈衝44之間 會有不同的時間間隔,卻可在不改變每脈衝之UV雷射能 量的情形下實現最高的系統定位速度。 熟悉此項技藝的工作者將會了解,本發明的某些部份可以 閱 讀 背 拳
再 填 ,i裝 頁I 訂 ό 本紙張疋度適用中國國家標準(CNS)A4規格<210 X 297公釐)
I Λ 456 8 Δ Α7 Β7 五、發明說明(θ ) 有別於以上針對較佳實施例所做的實行描述來加以實施。 例如,系統控制電腦170、0Μ控制器171以及光束定位控 制器160可以被結合到單一處理器,或者用一些硬體線路 數位邏輯、執行於單一處理器的程式、微處理器、狀態機 器或者類比電路等組合來加以實施。 對於熟悉此項技藝之人士來說,以上針對本發明之較 佳實施例所做之細節說明很明顯地可以在不脫離本發明基 本原理之下有許多不同的改變。因此,本發明之範疇應僅 由以下之申請專利範圍所界定。 請 閱 讀 背 意 事 1C 填i I裝 頁 訂 if 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2〗0 x 297公釐)
Claims (1)
- ΑΛ56 B 巧年屮职曰 修正 捕 Kj 申請寻利範圍 A8 B8 C8 D8 修煩 早請 Μ 無明In ΪΗ 是月 否、t 手0 修所 正提 之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 · 一種用以切斷被製造在一半導體基板上之積體電路 鏈結結構內之導電性鏈結的方法,其中該積體電路鏈結結 構包含有一上表面以及一位於該鏈結與基板之間的無機電 介質保護層,該鏈結係具有一鏈結寬度,且該保護層具有 一高度及波長敏感的光吸收特性,此方法係包含: 產生以及引導紫外線雷射輸出至該鏈結結構,該紫外 線雷射輸出在一預先決定的波長下具有被一分佈在整個鏈 結結構之頂表面上的光點面積上之功率密度所特徵化的能 量,該光點面積具有小於約2.0#m之直徑並且涵蓋該鏈結 寬度以及一未被該鏈結覆蓋之保護層的鄰近部份,該功率 密度具有足夠大小能夠切斷該鏈結,並結合該預先決定的 波長與該保護層的交互作用,以使得該保護層之波長敏感 光吸收特性及高度造成未被該鏈結覆蓋之保護層的鄰近部 份在切斷鏈結時,能夠衰減入射於該鄰近部份的雷射輸出 之切斷鏈結的能量,以避免該雷射輸出損壞該基板。 2·如申請專利範圍第1項之方法,其中該雷射輸出之 預先決定的波長短於大約300nm。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法,其中該雷射輸出之 預先決定的波長大約爲266nm、262nm、212nm、210nm或 193nm ° 4 ‘如申請專利範圍第3項之方法,其中之紫外線雷射 輸出之產生係更包含藉由對一個Q-開關調變的紫外光發射 之固態雷射以光學方法提供能量,以形成一脈衝紫外線雷 射輸出。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 4 45 6 8 4 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 修煩 正請 本妾 有員 無确 變示嘗年 内<4 容H 是η 否 ♦所 正提 〇之 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 5 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中該保護層包含 有二氧化矽以及氮化矽。 6 ·如申請專利範圍第5項之方法’其中該保護層的商 度至少約0.5私m。 7 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中該鏈結係爲多 個製造在上述基板上之導電性鏈結之中的一個,而這些鏈 結互相以約小於2.5 A m的節距距離隔開。 8 _如申請專利範圍第1項之方法,其中該鏈結寬度係 小於或等於約1.0以m。 9 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中該光點面積有 一小於約1 # m的直徑。 10 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中該雷射輸出 係移去位於下層且被鏈結覆蓋的保護層之一部份,以確保 在光點面積內的鏈結充份地被移除,而且位於下層且被鏈 結覆蓋的基板不會被損壞。 11 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中該鏈結結構 進一步包含有上保護層,其位於該鏈結之上,使得該上保 護層係被切斷鏈結之紫外線雷射輸出所至少部分坻直接熔 蝕。 12 _如申請專利範圍第1項之方法,其中該鏈結係形 成一記憶組件或一 ASIC的一部份。 13 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中該保護·層係 被摻雜以增加其在預先決定之波長的吸收率^ 14 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中該雷射輸出 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3ft--------訂---- It ft ϋ Ί I線· A8 Βδ C8 D8 1456 84 、申請專利範圍 之預先決定的波長大約爲349nm或355nm a 15 ·如申請專利範圍第1項之方法’其中該位於下層 且被鏈結覆蓋的保護層係哀減超過需要切斷鍵,結之身寸輸^ 出的能量,以確保位於下層且被鏈結覆蓋的基彳反不會^皮胃 壞。 ’ . _請專__ 1項之方法,柄該鏈結係多 個製造在上述基板上之導電性鏈結之中的〜個, 係彼此以具波長敏感光吸收特性的鈍化材料隔開 鈍化材料衰減由第一個鏈結反射到第二個鏈,結 能量,進而避免該雷射輸出損壞該第二個鏈,結。 17 . —種用以切斷一個被製造在一半導體基板上的第 一導電性鏈結之方法,該第一導電性鏈結與—第二導電性 鏈結之間係由位於上述兩者間且具有波長敏感光吸收特性 的無機電介質鈍化材料所隔開,其包含有: 產生以及引導紫外線雷射輸出至該第一鏈結,其中該 紫外線雷射輸出在一預先決定的波長下、於一個具有小於 約2.O^m之直徑的光點面積之上臭有被一大到足以切斷鏈 結的功率密度所特徵化的能量,並結合該預先決定的波長 與上述之保護層交互作用,以使得該鈍化材料之波長敏感 光吸收特性造成該鈍化材料衰減由該第一鏈結反射至該第 二鏈結的雷射輸出能量,以避免此雷射輸出損壞該第二鏈 結。 18 ·如申請專利範圍第17項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長短於約300nm。 Μ氏張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐〉 {請先閱讀背面之沒意事項再填寫本頁) 二9 -_線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4456 8 4 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 19 _如申請專利範圍第17項之方法,其中該第一及第 二鏈結係以小於約2.5/zm的節距距離隔開。 20 · —種用以切斷被製造在一半導體基板上之一積體 電路鏈結結構內之一對導電性接觸墊間之一導電性鏈結的 方法,其中該積體電路鏈結結構包含有一位於該鏈結與基 板之間的無機電介質保護層,該保護層具有一高度以及波 長敏感光吸收的特性,其包含有: 產生以及引導紫外線雷射輸出至該鍵結結構其中該 紫外線雷射輸岀具有由一個具有小於約2.0/zm之直徑的光 點面積之上被一足夠大小的功率密度所特徵化之能量以及 一預先決定的波長,此波長與該保護層之波長敏感光吸收 特性交互作用以切斷該鏈結,該保護層之高度以及波長敏 一 _· 感光吸收特性共同避免該雷射輸出損壞該鏈結底下之基板 〇 21 ·如申請專利範圍第20項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長短於約300nm。 22 ·如申請專利範圍第21項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長大約爲266nm、' 212nm、210nm 或 193nm。 23 ·如申請專利範圍第20項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長大約爲349nm或355nm。 24 ·如申請專利範圍第11項之方法,其中該上保護層 係被摻雜以增加其在預先決定之波長的吸收率。 ' 25 ·如申請專利範圍第17項之方法,其中該鈍化材料 4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · Ϊ tl n I 一-ej 1 ' 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4 8 6 5 4 4 888 99 ABCD 六、申請專利範圍 係被摻雜以增加其在預先決定之波長的吸收率。 26 ·如申請專利範圍第17項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長大約爲349nm或355nm。 27 ·如申請專利範圍第18項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長大約爲266nm ' 262nm、212nm、210nm 或 193nm 0 28 *如申請專利範圍第i項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長係包含一由Nd : YLF、Nd : YAG或是 Nd : YVO雷射所產生之基頻波長的三次諧波。 y 29 .如申請專利範圍第17項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長係包含一由Nd : YLF、Nd : YAG或是 Nd : YVO雷射所產生之基頻波長的三次諧波。 V 30 _如申請專利範圍第20項之方法,其中該雷射輸出 之預先決定的波長係包含一由Nd : YLF、Nd : yAG或是 Nd : YVO雷射所產生之基頻波長的三次諧波。 31 _ Ϊ申請專利範圍第9項之方法,其中該光點面積 具有一小於約L0//m的直徑。 & 32·如申請專利範圍第1項之方法,其中分布在該光 點面積上的功率密度係小於或是等於10#J。 33 ·如申請專利範圍第17項之方法,其中分布在該光 點面積上的功率密度係小於或是等於10//J。 34 ·如申請專利範圍第20項之方法,其中分布在該光 點面積上的功率密度係小於或是等於。 35 ·如申請專利範圍第17項之方法,其中介於該第一 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNSM4規格(210 X 297公龙) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - --------訂·—-----線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 88 8 8 ABCD 4 456 8 4 六、申請專利範圍 與第二鏈結之間的鈍化材料係至少約0.5 μ m厚。 36 ·如申請專利範圍第20項之方法,其中該保護層之 高度係至少約0.5 。 37 ·如申請專利範圍第17項之方法,其中該第一與第 二鏈結係具有小於或是等於約l.OMm之鏈結寬度。 38 ·如申請專利範圍第20項之方法,其中該鏈結寬度 係小於或是等於約1.0/zm。 39 ·如申請專利範圍第20項之方法,其中該鏈結係爲 多個製造在上述基板上之導電性鏈結之中的一個,而這些 鏈結互相以約小於2.5 的節距距離隔開。 40 ·如申請專利範圍第14項之方法,其中該保護層係 被摻雜以來自III族或是V族之一種元素。 41 _如申請專利範圍第17項之方法,其中該保護層係 被摻雜以來自III族或是V族之一種元素,並且該雷射輸 出之預先決定的波長大約爲349nm或355nm。 42 _如申請專利範圍第20項之方法,其中該預先決定 的波長係與該保護層之波長敏感光吸收特性交互作用,以 在該鏈結底下之保護層中形成一縱深凹陷,以在接觸墊間 產生高電氣開路電阻。 43 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中該鏈結結構 更包括上保護層,其位於該鏈結之上,使得切斷鏈結之紫 外線雷射輸出在該鏈結被切斷時,造成一熱感應的應力被 建立以移除該上保護層。 44 ‘如申請專利範圍第17項之方法,其中該保護層具 6 本紙張又度適用_國國家標i"(CNS)A4規格(210 x297公釐) ----------丨丨〆衣--------訂------丨_線^ <請先閱讀背面之^意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 445b 〇 . as 4456 8 4 S 六、申請專利範圍 有UV波長吸收特性類似於、或是包含Si〇2或是SiN之特 性。 45 _如申請專利範圍第20項之方法,其中該保護層具 有UV波長吸收特性類似於、或是包含或是SiN之特 性。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ¥--------訂---------線.. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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