在裁切晶粒附著膜或其它材料層之前，蝕刻激光切割半導體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明先利用激光裁切與蝕刻的組合，接著通過裁切一下方材料層(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。一第二激光制程或是一第二激光蝕刻制程可能會被用來裁切所述下方材料層。在切割所述下方材料層之前先實施側壁蝕刻會在所述側壁蝕刻制程期間減少或防止所述切口側壁上的碎屑。一薄晶圓裁切激光系統(tǒng)可能包含單一激光處理頭解決方式或是雙激光處理頭解決方式，以便符合總處理量必要條件。
【專利說明】在裁切晶粒附著膜或其它材料層之前，蝕刻激光切割半導體
【技術領域】
[0001]本發(fā)明和激光處理系統(tǒng)與方法有關。明確地說，本發(fā)明是關于用以微加工(舉例來說，切劃(scribing)或裁切(dicing))半導體裝置的激光處理系統(tǒng)與方法。
【背景技術】
[0002]多個集成電路(Integrated Circuit, 1C)通常會被制作在一半導體基板之上或之中的一數(shù)組之中。1C通常包含被形成在所述基板上方或之中的一或多層。所述一或多個迭置層可能會利用一機械鋸或是一激光沿著切劃路線(scribing lane)或切劃道(scribingstreet)被移除。在切劃之后，利用一鋸子或激光來將電路器件相互分離，所述基板便可以被貫穿切割(throughcut),有時候也稱為裁切(diced)。
[0003]當利用激光處理時，結果會有非常高的材料相依性的傾向。舉例來說，第一激光類型(或是第一組激光參數(shù))可能非常適合用于切割半導體；而第二激光類型(或是第二組激光參數(shù))則可能非常適合用于切割金屬。
[0004]富有挑戰(zhàn)性的問題的其中一范例便是單一化削切(singulation)被鑲嵌在晶粒附著膜(Die Attach Film,DAF)之上的半導體裝置，此制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(chǎn)中通過利用具有超薄刀片的機械式鉆石鋸來解決，因為利用已知制程來進行激光裁切會傾向于產(chǎn)生一機械強度低于由機械性鋸切所產(chǎn)生的晶粒。將易碎的低k值介電材料并入此等半導體裝置之中并且縮減硅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(chǎn)量以及更大的良率損耗(yield loss)。利用傳統(tǒng)的單獨激光制程來對薄的硅晶圓進行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?！?、過度切割的DAF(「錨定作用(anchoring) J)及/或低晶粒破損強度(「在激光裁切DAF之后因進行蝕刻時的蝕刻變異所造成」)。
[0005]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激光來切劃所述低k值介電質(zhì)及/或所述半導體層，結合激光裁切與后段裁切蝕刻制程來強化晶粒，利用具有兩種不同激光(或是兩組不同的激光參數(shù)，例如，脈沖寬度)的完全切割激光裁切系統(tǒng)，或是凍結所述DAF并且將其拉伸直到卷帶斷裂為止。利用單一激光裁切策略來裁切貫穿所述半導體裝置與所述DAF兩者的一已知方法會導致DAF材料沉積在所述半導體晶粒的側壁上，使得一接續(xù)的二氟化氙(XeF2)蝕刻制程會受到此「DAF飛濺(DAF splash) J的負面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]于其中一實施例中，本發(fā)明提供一種裁切半導體晶圓的方法，所述半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面。所述底部表面會被附著至一下方材料層。所述方法包含:產(chǎn)生一第一激光射束；以及讓所述第一激光射束相對于所述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所述頂端表面處至少部分裁切所述半導體晶圓。所述第一激光射束會在所述半導體晶圓之中形成一由多個側壁所定義的切口。所述方法進一步包含:蝕刻所述已至少部分裁切的半導體晶圓的所述側壁，用以縮減或移除因所述第一激光射束在所述側壁之中所產(chǎn)生的熱影響區(qū)帶(Heat Affected Zone, HAZ);以及沿著所述一或多條裁切道來切割貫穿所述下方材料層，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并且產(chǎn)生一等于至少一預設最小良率的操作晶粒良率。所述側壁蝕刻是在切割貫穿所述下方材料層之前先被實施，以便在所述側壁的蝕刻期間減少或防止所述側壁上來自所述下方材料層的碎屑。
[0007]于所述方法的特定實施例中，所述下方材料層包含一晶粒附著膜(DAF)。于此等實施例中，切割貫穿所述下方材料層包含:產(chǎn)生一第二激光射束；以及讓所述第二激光射束沿著所述一或多條裁切道相對于所述DAF進行相對移動。所述第一激光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)時間脈沖寬度的脈沖式激光射束。所述第二激光射束可能包含一具有可見光波長以及奈秒時間脈沖寬度的脈沖式激光射束。
[0008]于特定的其它實施例中，蝕刻所述側壁包含利用一被配置成用以從所述半導體晶圓處移除半導體材料的第一蝕刻劑；而切割貫穿所述下方材料層則包含利用一被配置成用以移除所述DAF材料的第二蝕刻劑。于其中一實施例中，所述第一蝕刻劑包含一自發(fā)性蝕亥IJ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所述DAF。
[0009]于特定的實施例中，所述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，所述電子電路器件是通過一或多條線道來分離。所述方法進一步包含:在產(chǎn)生所述第一激光射束之前先涂敷一涂層至所述半導體晶圓，以便在所述第一激光射束沿著所述一或多條裁切道進行第一次移動中保護所述半導體晶圓，使其不會受到所述第一激光射束所產(chǎn)生的碎屑的影響；切劃所述一或多個裝置層；以及在所述第一激光射束沿著所述一或多條線道進行第二次移動中至少部分裁切所述半導體晶圓之后并且在蝕刻所述側壁之前，清洗所述半導體晶圓，以便移除所述涂層。
[0010]于特定的實施例中，所述下方材料層包含一金屬。于特定的此等實施例中，切割貫穿所述下方材料層包含:產(chǎn)生一第二激光射束；以及讓所述第二激光射束沿著所述一或多條裁切道相對于所述金屬進行相對移動。于其它此等實施例中，切割貫穿所述下方材料層包含利用一被配置成用以移除所述金屬的第二蝕刻劑。
[0011]于其中一實施例中，本發(fā)明提供一種裁切半導體晶圓的激光處理系統(tǒng)，所述半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面。所述底部表面會被附著至一下方材料層。所述系統(tǒng)包含一第一激光處理頭，用以產(chǎn)生一第一激光射束并且用以讓所述第一激光射束相對于所述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所述頂端表面處至少部分裁切所述半導體晶圓。所述第一激光射束會在所述半導體晶圓之中形成一由多個側壁所定義的切口。所述系統(tǒng)進一步包含:一第一蝕刻站，用以蝕刻所述已至少部分裁切的半導體晶圓的所述側壁，以便縮減或移除因所述第一激光射束在所述側壁之中所產(chǎn)生的熱影響區(qū)帶(HAZ);以及一裁切站，用以沿著所述一或多條裁切道來切割貫穿所述下方材料層，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并且用以產(chǎn)生一等于至少一預設最小良率的操作晶粒良率。所述第一蝕刻站會在所述裁切站切割貫穿所述下方材料層之前先實施側壁蝕刻，以便在所述側壁的蝕刻期間減少或防止所述側壁上來自所述下方材料層的碎屑。
[0012]于特定的系統(tǒng)實施例中，所述第一激光處理頭包含一第一激光源，用以產(chǎn)生具有奈秒或皮秒時間脈沖寬度的紫外光(UV)激光脈沖。
[0013]于特定的系統(tǒng)實施例中，所述第一蝕刻站會使用一自發(fā)性蝕刻劑從所述半導體晶圓的所述側壁處移除半導體材料。所述自發(fā)性蝕刻劑可能包含二氟化氙(XeF2)。
[0014]于特定的系統(tǒng)實施例中，所述下方材料層包含DAF，而所述裁切站包含一第二激光處理頭，其包含一第二激光源，用以產(chǎn)生一第二激光射束，所述第二激光射束包括用以切割所述DAF的具有奈秒時間脈沖寬度的可見光激光脈沖。
[0015]于特定的系統(tǒng)實施例中，所述下方材料層包括一金屬背襯，而所述裁切站包含一第二激光處理頭，其包含一第二激光源，用以產(chǎn)生一用于切割所述金屬背襯的第二激光射束。
[0016]于特定的系統(tǒng)實施例中，所述下方材料層包含DAF，而所述裁切站包含一用以切割貫穿所述DAF的第二蝕刻站。
[0017]于特定的系統(tǒng)實施例中，所述下方材料層包括一金屬背襯，而所述裁切站包含一用以切割貫穿所述金屬背襯的第二蝕刻站。
[0018]于特定的實施例中，所述系統(tǒng)進一步包含一涂布站，位于所述第一激光處理頭的前面，用以將一保護性涂層涂敷至所述半導體晶圓。此等實施例可能進一步包含一清洗站，位于所述第一激光處理頭的后面以及所述第一蝕刻站的前面，用以從所述半導體晶圓處移除所述保護性涂層以及碎屑。
[0019]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(yōu)點?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0020]圖1所示的是一工作件的概略俯視圖，其包含一被鑲嵌在一裁切卷帶之上的半導體晶圓，所述裁切卷帶是被設置在一晶圓環(huán)之中。
[0021]圖2A所示的是在進行側壁蝕刻之前利用一完全切割激光制程所裁切的具有DAF的娃的掃描式電子顯微鏡(SEM)顯微照相圖。
[0022]圖2B所示的是在進行側壁蝕刻之后，圖2A中所示的具有DAF的硅的SEM顯微照相圖。
[0023]圖3所示的是三個硅晶圓的經(jīng)測量的晶粒破損強度的關系圖。
[0024]圖4所示的是根據(jù)其中一實施例所裁切的晶粒的SEM顯微照相圖。
[0025]圖5所示的是根據(jù)其中一實施例的用以裁切一半導體晶圓的制程的流程圖。
[0026]圖6A、6B、6C、6D以及6E所示的是根據(jù)特定實施例在一裁切制程的不同步驟期間的一工作件的概略剖面圖。
[0027]圖7所示的是根據(jù)其中一實施例的用以裁切一工作件的制程的流程圖，所述工作件包含一被形成在一硅基板之中或之上的設備堆棧，所述硅基板具有一被貼附至DAF的一背表面或底部表面。
[0028]圖8所示的是根據(jù)其中一實施例的用以裁切一半導體晶圓的系統(tǒng)的方塊圖，所述半導體晶圓具有一被附著至一下方材料層的表面。[0029]圖9A、9B、9C以及9D所示的是根據(jù)特定實施例被裁切的一半導體晶圓的概略側面透視圖，所述半導體晶圓包含一金屬背襯。
【具體實施方式】
[0030]本文中所揭示的系統(tǒng)與方法提供一種激光裁切解決方式，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。相較于習知的完全激光切割系統(tǒng)，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。
[0031]本文中的許多范例雖然是關于薄晶圓裁切，且明確地說，是關于裁切一被附著至一晶粒附著膜(DAF)的半導體材料；但是，其它實施例也包含裁切一包含一半導體層的工作件，所述半導體層位于一包括任何其它材料的層(其可能會飛濺至所述半導體的側壁上)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，所述半導體層是位于一金屬層旁邊或是被附著至一金屬層。
[0032]根據(jù)特定的實施例，一薄晶圓裁切激光系統(tǒng)可能包含單一激光處理頭解決方式或是雙激光處理頭解決方式，以便針對厚度小于約50 μ m、直徑約300mm且晶粒尺寸約lOmmxlOmm的晶圓可符合每小時約15片晶圓(15WPH)的總處理量的必要條件。熟練的技術人士從本文的揭示內(nèi)容中便會理解，利用本文中所揭示的實施例也可以處理任何其它晶圓尺寸及/或晶粒尺寸。
[0033]根據(jù)其中一實施例，一第一處理激光頭包含單一奈秒或皮秒紫外光(UV)激光。端視要被所述單一處理激光頭處理的特殊目標材料而定，也可以使用其它類型的激光。舉例來說，可以使用紅外光(InfraRed，IR)激光或綠光激光。所述激光可能是一二極管激升固態(tài)激光、一鎖模激光或是適合用來加工所述半導體以及所述晶圓的其它材料的任何其它激光。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平臺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(qū)，接著會進行半導體(舉例來說，硅)裁切。
[0034]特定實施例還使用一第二處理激光頭。所述第二處理激光頭的激光會經(jīng)過選擇用以處理一位于所述半導體旁邊的材料。舉例來說，所述第二處理激光頭的激光可能包含一用以切割所述DAF的具有可見光波長的低成本奈秒激光。于另一范例中，所述第二處理激光頭的激光可能包含一用以切割金屬的具有UV、綠光或是IR波長的脈沖式或連續(xù)波長(Continuous Wave, CW)激光，舉例來說，C02 激光。
[0035]于特定的實施例中，本發(fā)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:利用一激光射束來至少部分裁切所述半導體晶圓；蝕刻所述側壁，以便縮減或移除熱影響區(qū)帶(HAZ);接著，利用相同的激光射束或是一不同的激光射束來切割貫穿所述下方材料層。用于所述半導體晶圓的側壁蝕刻的蝕刻劑可能是，但是并不受限于，一自發(fā)性蝕刻劑，例如，二氟化氙(XeF2)。于特定的實施例中，也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。
[0036]切割貫穿一下方材料層(例如，DAF或是金屬背襯)會有在所述側壁上產(chǎn)生碎屑或飛濺的傾向，其可能會降低所述用以移除HAZ的蝕刻制程的效力。因此，在切割貫穿所述下方材料層之前先實施側壁蝕刻會減少或防止所述側壁之上的碎屑或飛濺，俾使得所述側壁蝕刻制程會更有效力。[0037]于特定的其它實施例中，本發(fā)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:利用一激光射束來至少部分裁切所述半導體晶圓；蝕刻所述側壁，以便縮減或移除熱影響區(qū)帶(HAZ);接著，利用一第二蝕刻制程來切割貫穿所述下方材料層。舉例來說，在利用一自發(fā)性蝕刻劑來進行所述半導體晶圓的側壁蝕刻之后，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所述DAF。于另一范例中，針對所述下方材料層是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所述裁切道之中的金屬。下面表1提供的便是用以蝕刻作為所述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范例。
[0038]由對應的氣體系統(tǒng)來蝕刻的范例材料
[0039]
【權利要求】
1.一種裁切半導體晶圓的方法，所述半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面，所述底部表面會被附著至一下方材料層，所述方法包括:產(chǎn)生一第一激光射束；讓所述第一激光射束相對于所述半導體晶圓的所述頂端表面進行相對移動，以便沿著一或多條裁切道從所述頂端表面處至少部分裁切所述半導體晶圓，所述第一激光射束會在所述半導體晶圓之中形成由側壁所定義的一切口 ；蝕刻已至少部分裁切的所述半導體晶圓的所述側壁，用以縮減或移除因所述第一激光射束在所述側壁之中所產(chǎn)生的一熱影響區(qū)帶(HAZ);以及沿著一或多條所述裁切道來切割貫穿所述下方材料層，以便將一晶粒與具有至少一預設晶粒破損強度的所述半導體晶圓分離并且產(chǎn)生至少等于一預設最小良率的操作晶粒的一良率，所述側壁蝕刻是在切割貫穿所述下方材料層之前先被實施，以便在所述側壁的蝕刻期間減少或防止所述側壁上來自所述下方材料層的碎屑。
2.如權利要求1的方法，其中，所述下方材料層包括一晶粒附著膜(DAF)。
3.如權利要求2的方法，其中，切割貫穿所述下方材料層包括:產(chǎn)生一第二激光射束；以 及讓所述第二激光射束沿著一或多條所述裁切道相對于所述DAF進行相對移動。
4.如權利要求3的方法，其中，所述第一激光射束包括具有一紫外光(UV)波長以及選擇自由包括奈秒時間脈沖寬度與皮秒時間脈沖寬度的群組中的時間脈沖寬度的一脈沖式激光射束。
5.如權利要求4的方法，其中，所述第二激光射束包括具有一可見光波長以及奈秒時間脈沖寬度的一脈沖式激光射束。
6.如權利要求2的方法，其中，蝕刻所述側壁包括利用被配置成用以從所述半導體晶圓處移除半導體材料的一第一蝕刻劑；以及其中，切割貫穿所述下方材料層則包含利用被配置成用以移除所述DAF材料的一第二蝕刻劑。
7.如權利要求6的方法,其中,所述第一蝕刻劑包括一自發(fā)性蝕刻劑。
8.如權利要求7的方法，其中，所述自發(fā)性蝕刻劑包括二氟化氙(XeF2)。
9.如權利要求6的方法，其中，所述第二蝕刻劑包括一氧化物蝕刻劑。
10.如權利要求1的方法，其中，所述頂端表面包括一或多個裝置層，其包含由多個彼此隔開的電子電路器件所組成的一圖樣，所述電子電路器件通過一或多條線道來分離，所述方法進一步包括:在產(chǎn)生所述第一激光射束之前，涂敷一涂層至所述半導體晶圓，以便保護所述半導體晶圓，使其不會受到所述第一激光射束所產(chǎn)生的碎屑的影響；在所述第一激光射束沿著一或多條所述裁切道進行第一次移動中，切劃一或多個所述裝置層；以及在所述第一激光射束沿著一或多條所述線道進行第二次移動中至少部分裁切所述半導體晶圓之后并且在蝕刻所述側壁之前，清洗所述半導體晶圓，以便移除所述涂層。
11.如權利要求1的方法，其中，所述下方材料層包括一金屬。
12.如權利要求11的方法，其中，切割貫穿所述下方材料層包括:產(chǎn)生一第二激光射束；以及讓所述第二激光射束沿著一或多條所述裁切道相對于所述金屬進行相對移動。
13.如權利要求11的方法，其中，蝕刻所述側壁包括利用被配置成用以從所述半導體晶圓處移除半導體材料的一第一蝕刻劑；以及其中，切割貫穿所述下方材料層則包含利用被配置成用以移除所述金屬的一第二蝕刻劑。
14.一種裁切半導體晶圓的激光處理系統(tǒng)，所述半導體晶圓包含一頂端表面與一底部表面，所述底部表面會被附著至一下方材料層，所述系統(tǒng)包括:一第一激光處理頭，用以產(chǎn)生一第一激光射束并且用以讓所述第一激光射束相對于所述半導體晶圓的所述頂端表面進行相對移動，以便沿著一或多條裁切道從所述頂端表面處至少部分裁切所述半導體晶圓，所述第一激光射束會在所述半導體晶圓之中形成由側壁所定義的一切口；一第一蝕刻站，用以蝕刻已至少部分裁切的所述半導體晶圓的所述側壁，以便縮減或移除因所述第一激光射束在所述側壁之中所產(chǎn)生的一熱影響區(qū)帶(HAZ);以及一裁切站，用以沿著一或多條所述裁切道來切割貫穿所述下方材料層，以便將一晶粒與具有至少一預設晶粒破損強度的所述半導體晶圓分離并且用以產(chǎn)生至少等于一預設最小良率的操作晶粒的一良率，其中，所述第一蝕刻站會在所述裁切站切割貫穿所述下方材料層之前先實施所述側壁蝕刻，以便在所述側壁的蝕刻期間減少或防止所述側壁上來自所述下方材料層的碎屑。
15.如權利要求14的系統(tǒng)，其中，所述第一激光射束包括一第一激光源，用以產(chǎn)生具有選擇自由包括奈秒時間脈沖寬度與皮秒時間脈沖寬度的群組中的時間脈沖寬度的紫外光(UV)激光脈沖。
16.如權利要求14的系統(tǒng)，其中，所述第一蝕刻站會使用一自發(fā)性蝕刻劑從所述半導體晶圓的所述側壁處移除半導體材料。
17.如權利要求16的系統(tǒng)，其中，所述自發(fā)性蝕刻劑包括二氟化氙(XeF2)。
18.如權利要求14的系統(tǒng)，其中，所述下方材料層包括一晶粒附著膜(DAF)，且其中，所述裁切站包括一第二激光處理頭，其包括一第二激光源，用以產(chǎn)生一第二激光射束，所述第二激光射束包括用以切割所述DAF的具有奈秒時間脈沖寬度的可見光激光脈沖。
19.如權利要求14的系統(tǒng)，其中，所述下方材料層包括一金屬背襯，且其中，所述裁切站包括一第二激光處理頭，其包括一第二激光源，用以產(chǎn)生用于切割所述金屬背襯的一第二激光射束。
20.如權利要求14的系統(tǒng)，其中，所述下方材料層包括一晶粒附著膜(DAF)，且其中，所述裁切站包括用以切割貫穿所述DAF的一第二蝕刻站。
21.如權利要求14的系統(tǒng)，其中，所述下方材料層包括一金屬背襯，且其中，所述裁切站包括用以切割貫穿所述金屬背襯的一第二蝕刻站。
22.如權利要求14的系統(tǒng)，其進一步包括:一涂布站，位于所述第一激光處理頭的前面，用以將一保護性涂層涂敷至所述半導體晶圓；以及一清洗站，位于所述第一激光處理頭的后面以及所述第一蝕刻站的前面，用以從所述半導體晶圓處移除所述保護性涂層以及碎屑。
【文檔編號】H01L21/78GK103703554SQ201280028965
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年6月22日 優(yōu)先權日:2011年6月24日
【發(fā)明者】達瑞·S·芬恩 申請人:伊雷克托科學工業(yè)股份有限公司