專利名稱：利用激光器進行連線處理的方法
技術領域：
0003本發(fā)明涉及對存儲器芯片或其它集成電路(IC)芯片上的導電連線的激光處理，特別是涉及利用具有特別定制的功率輪廓的激光脈沖的激光方法和系統(tǒng)，以得到更佳的處理質量以及產量。
背景技術：
0004IC器件制造過程中的產量減少通常是由于次表面(subsurface)層或圖案的未對準或粒子污染造成的。圖1、圖2A和圖2B示出了IC器件或工件12的重復性電子電路10，其通常以成行或成列的方式制造，從而包括冗余電路元件14的多重重復，例如存儲器單元20的備用行16以及列18。參考圖1、圖2A和圖2B，電路10被設計成在電接點24之間包括有激光可切斷的導電連線22，例如導電連線22可被去除，從而斷開有缺陷的存儲器單元20，并在諸如DRAM、SRAM或嵌入式存儲器之類的存儲器件中取代一個替換的冗余單元26。類似技術也被用于切斷連線22以修復CCD成像器件或者用于設計邏輯產品、門陣列或ASIC(專用集成電路)。
0005連線結構36中的連線22約為0.3微米(μm)-2μm厚，并且被設計為具有約0.4μm-2.5μm的傳統(tǒng)連線寬度28、在相鄰電接點24之間的連線長度30、以及距離相鄰電路結構或元件34約2μm-8μm的元件到元件節(jié)距(pitch)(中心到中心的間距)32。雖然最常使用的連線材料為多晶硅、多晶硅-金屬硅化物(polycide)以及類似合成物，但存儲器制造商近年來已經采用了多種導電性更好的金屬連線材料，其包括但不限于鋁、鉻化物、銅、金、鎳、鉻化鎳、鈦、鎢、鉑、以及其它金屬、金屬合金、金屬氮化物(例如氮化鈦或氮化鉭)、金屬硅化物(例如二硅化物、硅化鎢)，或其它類金屬材料。
0006對電子電路10、電路元件14、或存儲器單元20進行測試來發(fā)現缺陷，并且可將缺陷的位置映射到數據庫或程序中。傳統(tǒng)的1.047μm或1.064μm的紅外線(IR)激光波長已經使用超過20年，以便迅速地去除導電連線22。傳統(tǒng)存儲器器連線處理系統(tǒng)將脈沖持續(xù)時間約為4納秒(ns)到30ns的單一激光輸出脈沖37聚焦在選定的連線22上。圖2A和圖2B示出了一個具有光點尺寸(面積或直徑)40的激光光點38，其沖擊一個由多晶硅或金屬連線22構成的連線結構36，該多晶硅或金屬連線22位于硅襯底42上并處于鈍化層疊層(passivation layer stack)的組件層之間，該鈍化層疊層包括一個厚度通常為500-10,000的上覆(overlying)鈍化層44(如圖2A所示)，以及一個下墊(underlying)鈍化層46。圖2C示出了由中間鈍化層48分開的兩個相鄰連線22。連線22中的每個連線具有分開一定距離的相反側表面52，該距離定義了一個標稱連線寬度28，激光光點38將其包圍以切斷連線22。硅襯底42吸收一個相對較小的成比例的IR激光輻射量，并且傳統(tǒng)鈍化層44、46和48(例如二氧化硅或氮化硅)對IR激光輻射相對較為透明。通常是“動態(tài)地(on-the-fly)”對連線22進行處理，以致當激光脈沖向一個選定的連線22射擊時(其中每個選定的連線22由單一激光脈沖處理)，光束定位系統(tǒng)不必停止移動。這種動態(tài)處理有助于實現非常高的連線處理量，例如每秒處理數萬個連線22。
0007圖2D是圖2B的連線結構在用現有技術激光脈沖去除了連線22之后的部分截面?zhèn)纫晥D。為了避免損傷襯底42，并同時保持足夠的激光能量以處理一種金屬或非金屬連線22，Sun等在美國專利第5,265,114和第5,473,624號中描述了使用一種處于較長激光波長(例如1.3μm)的單一9ns-25ns激光脈沖，來處理硅晶片上的存儲器連線22。處于1.3μm波長，連線材料22和硅襯底42之間的激光能量吸收差異比處于傳統(tǒng)的1μm激光波長時要大得多。這種技術所給予的更寬的激光處理窗和更佳的處理質量，已經很成功地在工業(yè)中使用了約5年。
0008然而，不斷縮小的連線尺寸和連線到連線的節(jié)距尺寸，要求更小的激光束光點尺寸。因此，更短的激光波長對傳送出或釋放出一個更小的激光束光點是較佳的。小于1μm和1.3μm的激光波長也使激光能量能夠更好地耦合到連線目標材料中以便于處理。
0009Sun等的美國專利第6,057,180號中描述一種使用紫外線(UV)激光輸出來切斷連線的方法，其利用了較小束光點尺寸的優(yōu)點。不過，通過這樣的紫外線激光脈沖來去除連線本身，需要仔細考慮下層的鈍化結構和材料，以保護下層的鈍化和硅晶片不受到紫外線激光脈沖的損傷。
0010Swenson等人的美國專利第6,025,256號描述了使用紫外線(UV)激光輸出來曝光或去除一個涂覆在連線上的蝕刻鈍化層(例如抗蝕劑或光阻材料)的方法，該連線也可以有上覆鈍化材料，以允許利用不同的材料去除機制來進行連線去除(以及上覆鈍化材料的去除)，例如利用化學蝕刻技術。這個處理使利用更小的光束光點成為可能。不過，曝光和蝕刻去除技術都要使用額外的鍍膜、顯影、和/或蝕刻步驟，這通常需要把芯片送回到生產過程的前端以便進行一種或多種額外的步驟。
0011圖3A是一個在該連線處理中使用的、處于1μm和1.3μm波長的傳統(tǒng)激光脈沖的典型時域形狀。為了更有效地使用激光能量，Smart等人在美國專利第6,281,471號和第6,340,806號建議使用具有圖3B所示時域形狀的激光脈沖來處理連線，該時域形狀具有基本方形的時域功率密度分布。根據Smart等人所建議的，激光脈沖的上升時間必須小于1ns，方波頂部的平坦度必須好于10％，而且下降時間必須足夠短。已闡述的、使用具有如圖3B所示時域形狀激光脈沖的優(yōu)點在于激光脈沖的急速上升時間會將熱沖擊(thermal shock)傳送到上覆氧化物層，并藉此促進連線吹擊處理。此外，連線在更高功率密度反射的激光能量將隨著脈沖的快速上升以及更短的持續(xù)時間而降低。然而，如果借助于隨激光脈沖的急速上升時間傳送到上覆鈍化層的熱沖擊波，來很快地損毀上覆鈍化層，會真正有利于該處理，那么處理那些沒有上覆鈍化層的連線結構就不會存在技術難題。否則工業(yè)實踐已經證明了這一點。
0012由于連線結構存在不可避免的變化(例如上覆鈍化層的厚度；連線本身的厚度、寬度以及側壁斜率；以及下墊鈍化層的厚度)，因此在用于處理這些連線的激光脈沖能量中需要一定的峰值儲備(headroom)。連線材料通常會在激光脈沖結束之前全部被去除。優(yōu)選地，對于所用的典型激光脈沖，連線材料在時間t1之前被全部去除，如圖3A所示。類似地，圖3B中的時間t1表示了典型連線材料被全部去除的時間。本領域技術人員將意識到，對于這兩種情況在時間t1之后，由于沒有剩下任何連線材料來保護襯底不暴露于激光能量下，因此存在激光脈沖能量對硅襯底造成損傷的危險。時間t1之后的激光脈沖能量也會對連線的相鄰結構帶來巨大的損傷危險。不幸地，對于傳統(tǒng)的激光脈沖而言，無法控制時間t1之后的激光脈沖的時域形狀。對于基本方形的時域激光脈沖而言，情況更糟，因為在時間t1之后右側的激光脈沖將保持在其波峰一段時間，這就存在對襯底或相鄰結構造成損傷的更大的危險。
0013因此，需要一種更好的方式來控制激光脈沖的時域功率輪廓，以有利于獲得更好的連線處理質量和產量。

發(fā)明內容
0014本發(fā)明的一個目的是要提供一種用于改善去除制于襯底上的IC連線和上覆鈍化結構材料的處理質量的方法和設備。
0015本發(fā)明的另一個目的是要利用一種特別定制的時域激光脈沖功率輪廓來處理連線，從而獲得改進的處理質量和更寬的處理窗。
0016本發(fā)明的一個進一步的目的是要提供一種方法和設備，以便在連線去除技術中利用更短的激光波長來使用更小的激光束光點，而不明顯地損傷襯底以及圍繞正被去除的連線的側面和下層的鈍化結構材料。
0017本發(fā)明使用一種具有特別定制的時域功率輪廓的激光脈沖來切斷IC連線，而不是使用傳統(tǒng)的時域形狀或基本方形的激光脈沖。特別定制的激光脈沖優(yōu)選在激光脈沖的開始處具有一個過沖，或者在激光脈沖的持續(xù)時間期間具有一個“尖峰波峰”。所述過沖的功率振幅或者在脈沖期間的尖峰波峰，超過激光脈沖的平均功率振幅約10％以上，最好是10％到50％。過沖或尖峰波峰的時域寬度約在1ns至激光脈沖持續(xù)時間的約50％之間，并且最好在激光脈沖持續(xù)時間的約10％至約50％之間?？紤]到連線結構所有的實際變化以及制造期間的激光參數，尖峰的時機最好是設定在連線被全部去除的時間之前?？梢允褂闷渌募す饷}沖時域功率輪廓調制技術，例如基于不同連線結構的多前沿過沖、多尖峰波峰或振蕩峰值功率振幅。激光脈沖的持續(xù)時間最好是在約1ns至約40ns之間。激光脈沖時域功率輪廓的下降沿通常小于約10ns。激光脈沖的能量最好是在約0.001微焦耳(μJ)至約10微焦耳之間。
0018特別定制的激光脈沖的功率輪廓允許使用一個更寬的激光脈沖能量范圍以及更短的激光波長(例如綠光和紫外線)，以在上覆鈍化層產生一個開口并切斷連線。開口要足夠寬，以完成連線切斷，但也要足夠窄，以致不會明顯損壞任何相鄰結構。這種技術也不會明顯地損壞襯底以及位于連線兩側和下層的鈍化結構材料。
0019在一個實施例中，可利用一個介于兩個激光脈沖之間可編程的延遲時間使從兩個激光器中傳播的兩個時移激光脈沖相結合。從第一激光器傳播的第一激光脈沖的脈沖寬度最好比從第二激光器傳播的第二激光脈沖的脈沖寬度窄。不同的延遲時間將為每個結合的激光脈沖建立一個在結合的時域輪廓的不同部分處出現的過沖或尖峰。
0020在另一個實施例中，一個外腔(extra-cavity)門控裝置(例如光電式泡克耳斯(Pockels)單元(E-O)裝置以及偏光器)被用來對激光源所發(fā)出的激光脈沖進行整形。E-O裝置由施加在其上的驅動電壓進行控制，可以從激光脈沖的不同部分中“門控(gate)”出一部分激光脈沖，其具有期望的脈沖寬度、上升和下降時間、以及定制的形狀。
0021在一個更進一步的實施例中，一個從二極管激光器中發(fā)出的激光輸出脈沖被注入到一個功率放大器。通過對二極管激光器的驅動器進行控制，可以特別地定制其所發(fā)出的激光脈沖的時域功率輪廓。功率放大器工作于不飽和狀態(tài)，以提供一個放大的激光輸出脈沖，其基本上復制了注入式激光脈沖的特別定制的時域功率輪廓，并且在脈沖內提供足夠的激光能量以進行連線處理應用。本領域技術人員將意識到，很容易實現對來自二極管激光驅動器的驅動脈沖的時域電流輪廓所進行的定制，以便從二極管激光器中產生以其特別定制的功率輪廓為特征的激光脈沖，其優(yōu)選用于連線處理應用中。
0022根據下文參照附圖對較佳實施方式進行的詳細描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將更加明顯。


0023圖1是現有技術DRAM的一部分的示意圖，其示出了一般電路單元的備用行的冗余布局，以及處于其中的可編程連線。
0024圖2A是一個傳統(tǒng)的大半導體連線結構的部分截面圖，其接收以現有技術的脈沖參數為特征的激光脈沖。
0025圖2B是圖2A中的連線結構和激光脈沖以及相鄰電路結構的部分俯視圖。
0026圖2C是圖2B中連線結構的部分截面端視圖，其示出了兩個相鄰連線以及與其相關的鈍化層疊層的寬度尺寸。
0027圖2D是圖2B的連線結構在利用現有技術激光脈沖進行了連線去除之后的部分截面?zhèn)纫晥D。
0028圖3A、圖3B、圖3C和圖3D分別示出了傳統(tǒng)的、基本方形的、上升沿過沖被特別定制的激光脈沖時域功率輪廓，以及尖峰波峰被特別定制的激光脈沖時域功率輪廓。
0029圖3E是圖2C的連線結構在應用激光脈沖去除連線之后的部分截面圖，該激光脈沖具有依據本發(fā)明的特別定制的脈沖功率輪廓。
0030圖4A示出了本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例，其中從第一和第二不同激光中結合而成的激光脈沖產生一個具有特別定制的時域功率輪廓的激光脈沖。
0031圖4B、圖4C和圖4D為圖4A的實施例分別示出了第一激光器的、第二激光器的、以及一個用于連線處理的第一和第二激光結合的激光脈沖時域功率輪廓。
0032圖5A示出了本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例，其中的脈沖激光器后跟有一個E-O門控裝置。
0033圖5B示出了從激光導軌(laser rail)發(fā)出的激光脈沖的激光時域功率輪廓，而圖5C和圖5D示出了在該E-O門控裝置輸出端產生的、用于不同門控延遲時間的、不同的激光脈沖時域功率輪廓。
0034圖6A示出了本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例，其使用了一個注入式激光器，該注入式激光器后跟有一個放大器，該放大器工作于不飽和狀態(tài)，從而可將注入激光脈沖不失真地放大到連線處理所需的能量水平。
0035圖6B、圖6C和圖6D分別為圖6A實施例的一種實施方式示出了注入式激光驅動電流波形、合成的注入式激光脈沖功率輪廓、以及一個復制了注入式激光脈沖輪廓的放大了的激光脈沖功率輪廓。
0036圖6E和圖6F分別為圖6A實施例的另一種實施方式示出了注入式激光驅動電流波形和所合成的注入式激光脈沖功率輪廓。
0037圖7是一個示例性系統(tǒng)的實施例的部分簡化示意圖，其被實現成具有一個由二極管激發(fā)的、Q開關Nd:YAG激光器，該激光器后跟有一個E-O門控裝置和一個工件定位器，它們與激光處理控制系統(tǒng)共同協作以實現本發(fā)明的方法。
具體實施例方式
0038圖3A和圖3B分別示出了傳統(tǒng)的激光脈沖功率輪廓以及用在現有技術的基本方形的激光脈沖輪廓。圖3C示出了本發(fā)明的一個實施例，其使用特別定制的激光脈沖功率輪廓60c，其在激光脈沖的開始處出現顯著的過沖或“尖峰”62。過沖的峰值功率為Pmax，激光脈沖的平均功率為Pmin。過沖的振幅被定義為Pmax-Pmin。過沖或“尖峰”的寬度Δts被定義為在Pmax以及并且Pmin之間處于中間功率點Ps處的整個持續(xù)時間。過沖或“尖峰”功率Pmax，最好是超過激光脈沖平均功率Pmin約10％至約50％。過沖或“尖峰”的寬度Δts最好是激光脈沖持續(xù)時間的約10％至約50％?！凹夥濉钡纳仙龝r間通常小于約5ns，并且最好是小于約2ns。圖3D示出了本發(fā)明的另一個實施例，其所使用的功率輪廓60d具有的過沖或“尖峰”64并未出現在開始處，而是出現在激光脈沖期間。過沖或“尖峰”在時間t1之前的一個時間te處結束，時間t1是連線材料被激光能量完全去除之時。為方便起見，術語“尖峰”在本申請的整個剩余部分用來表示激光功率的一個顯著、瞬時的增加，不管它在激光脈沖期間中何時出現。
0039圖3E示出了鈍化層在連線22被一束激光去除之后的狀態(tài)，該激光具有激光脈沖功率輪廓60c或60d。鈍化層44覆蓋在連線22的上表面70，其有一個以一個相對小的量(例如約為上覆鈍化層44的厚度)延伸超過連線22寬度28的開口72。與連線22的側表面52相鄰的中間鈍化層48的材料、處于連線22底表面74之下的鈍化層46、以及襯底42不會被明顯地損壞。圖3E示出了一個不規(guī)則曲線76，其通過鈍化層44、46、以及48幾個部分，圍繞著之前由被去除連線22所占據的開口區(qū)域。曲線76表示鈍化層結構的典型損傷，特別是以一個定量延伸的特定損壞，例如距離先前被連線占據的區(qū)域約0.5μm，或在顯微鏡下明顯可見的損傷。典型的損傷也包括鈍化層結構里的裂縫，其在附圖中未示出。
0040圖4-圖6示出了幾種定制的激光脈沖功率輪廓優(yōu)選實施例的實現方式以及與它們相關的特別定制的激光脈沖功率輪廓，依據本發(fā)明用它們來切斷連線22。取決于激光的輸出波長何連線材料的特性，激光脈沖功率輪廓的定制提供足夠的脈沖波峰功率和能量以及適當的持續(xù)時間以切斷連線。在完成連線材料的去除以后，對激光脈沖的功率輪廓和剩余持續(xù)時間進行定制，以便不會對襯底和正進行處理的連線的相鄰結構產生損傷危險，即使所用的激光波長小于1.3μm、處于可見光范圍或處于紫外光范圍內。
0041優(yōu)選地，每一個激光脈沖37切斷單一連線22。(除非另行說明，所提到的與優(yōu)選實施例的描述有關的激光脈沖37和聚焦光點40(均示于圖2A中)涉及激光脈沖發(fā)射而不涉及跟它們有關的現有技術功率輪廓)。在從約250nm至約2000nm的優(yōu)選波長中，激光脈沖37聚焦光點尺寸40的優(yōu)選切除參數包括每束激光脈沖的能量在約0.005微焦耳至約10微焦耳之間，每束激光脈沖37的持續(xù)時間最好是小于約40ns短，且大于約1ns，激光脈沖重復頻率大于1Hz，更佳的是在10KHz至60KHz內或更高，并且是定位系統(tǒng)380(圖7)的速度和各個待處理的相鄰連線22間距離的函數。聚焦的激光光點直徑約在0.5μm至約3μm間的范圍內，并且最好是大于連線22的寬度約40％到100％，這取決于連線寬度28、連線節(jié)距尺寸32、連線材料以及其它的連線結構和處理考慮因素。
0042參考圖3C和圖3D，激光脈沖功率輪廓60c和60d分別可以被特別定制成在激光脈沖的開始處有明顯的前沿過沖62(圖3C)，或在連線材料被全部去除之前，激光脈沖持續(xù)時間內的某個時間具有一個或兩個在中間的脈沖尖峰64(圖3D顯示一個尖峰)。功率尖峰的優(yōu)選時間在從測量到激光脈沖功率輪廓上升沿到激光脈沖功率持續(xù)時間的70％之間的持續(xù)時間內。圖3D示出了激光脈沖功率輪廓60d，在其中功率級在脈沖尖峰64前后是相對平坦的。激光脈沖功率輪廓在脈沖尖峰64前后可以有改變的功率級。以這種模式定制的激光脈沖功率輪廓，從前沿過沖或中間脈沖尖峰提供足夠的激光峰值功率和能量，使令人滿意的連線材料去除變得容易，并且當大多數的連線材料去除時，去除剩余連線材料的低得多的激光脈沖功率因此確保襯底以及鄰接連線結構的損傷風險降低。結果，這樣特別定制的激光功率輪廓提供更好的處理結果以及更寬的處理窗，并且降低對硅襯底和連線鄰接結構的損傷風險。
0043參考圖4A，在第一實施例中，通過從兩個分離的激光導軌110和112所結合的兩個脈沖完成激光脈沖功率輪廓的特別定制。激光導軌110產生圖4B所示的較短激光脈沖114，并且激光導軌112產生圖4C所示的較長激光脈沖118，激光脈沖114和118的同步或其間的延遲時間(td)由同步電子裝置120控制。在激光脈沖118反射離開鏡131并傳播通過用于極化控制目的的波片132之后，光束結合器130對激光脈沖114和118進行結合。圖4D示出了一個結合的激光脈沖134，其具有適用于連線處理的顯著功率尖峰136的最終功率輪廓。結合激光脈沖134的總激光脈沖寬度可以是激光脈沖114和118寬度的總和，或者是激光脈沖118的寬度，這取決于激光脈沖114和118之間的延遲時間。激光脈沖114和118的寬度可以基于連線結構為連線處理進行優(yōu)化。結合激光脈沖134可以被配置成，使一個額外的功率尖峰出現在功率尖峰136之后，例如ta。額外功率尖峰最好是具有一個超過結合激光脈沖134平均功率5％的功率值。
0044在時間tp的尖峰136的時間也可以容易地由同步電子裝置120編程控制，以得到最佳的處理質量以及產量。本領域技術人員將意識到，由于激光脈沖114和118是從不同的激光導軌傳播出的，并且在光束結合器130結合之前是沿著不同的光束路徑行進的，因此可以操縱激光脈沖114和118以具有不同的光束光點尺寸，從而進一步使連線處理變得更容易。
0045通常，激光脈沖114和118在光束結合器130結合之后，它們的極化狀態(tài)與它們的原始極化狀態(tài)不同。例如，激光脈沖114的能量可以被垂直極化，而激光脈沖118的能量可以被水平極化?；诮Y合激光的能量極化狀態(tài)，可以相應地改變安裝在可工作系統(tǒng)上的目標連線或晶片的方向，從而獲得最佳處理質量和產量。一個可選波片140可以被插在結合的激光脈沖134的傳遞路徑中，以使所有的激光能量都被圓形地極化，如果這樣的配置對于某種特定連線結構能夠獲得更好的處理質量和產量的話。
0046參考圖5A，在第二實施例中，一個E-O門控裝置150對一個從二極管激發(fā)式、Q開關固態(tài)激光152傳播出的激光脈沖的功率輪廓進行整形。激光器152提供多激光脈沖160(其中一個示于圖5B中)，每個激光脈沖具有處于半最大值全寬度(FWHM)的相對較長的激光脈沖寬度。例如FWHM脈沖寬度可以約是30ns至50ns。激光脈沖160傳播穿過E-O門控裝置150。輸出激光脈沖功率輪廓取決于從驅動電子裝置164傳出的驅動電壓脈沖162的寬度和形狀、以及激光脈沖160與施加在E-O組件150上的驅動電壓脈沖162之間的延遲時間。輸出激光脈沖可以具有一個向上地基本線性傾斜(遞增)的功率輪廓，如圖5C所示的激光脈沖166c，或一個向下地基本線性傾斜(遞減)的功率輪廓，其在激光脈沖的開始處具有較高的波峰，如圖5D所示的激光脈沖166d。在波峰之后的總功率下降超過激光輸出脈沖平均功率的約10％。本領域技術人員將意識到，施加在E-O組件150的電壓脈沖本身寬度和形狀可以被定制成，在激光脈沖166的寬度和功率輪廓的定制中提供更大的靈活性。
0047參考圖6A，在第三實施例中，激光器200由一個跟有放大器204的注入式激光器202組成。注入式激光器202可以是一個二極管激光器，其具有一個快速反應時間并且在激光波長提供與放大器204的增益頻譜相匹配的激光輸出。圖6B示出了一個從驅動電子裝置208傳出的特別定制的驅動電流脈沖206，圖6C示出了從注入式激光器202傳播的一個注入式激光輸出脈沖210，其因注入式激光器202的快速響應能力而會復制驅動電流脈沖206的輪廓。將注入式激光輸出脈沖210傳到激光功率放大器204，其在一個不飽和狀態(tài)操作以放大注入式激光輸出脈沖210并且傳出一個輸出脈沖212，該脈沖沒有引進顯著的定制的激光脈沖功率輪廓失真，如圖6D所示。輸出脈沖212在能量尖峰產生之后并且在激光脈沖時域功率輪廓下降沿之前為相對平坦的。本領域技術人員將意識到，驅動電流脈沖206的輪廓可以容易地被編程為任何依據本發(fā)明的優(yōu)選輪廓。本領域技術人員也將意識到，放大器204的增益要求取決于從注入式激光器202中可以獲得的激光脈沖功率以及本發(fā)明要求的激光輸出脈沖212的功率。
0048圖6E和圖6F分別示出了一個依據圖6A第三實施例的不同實施方式產生的驅動電流輪廓214以及復制它的激光脈沖功率輪廓216。驅動電流輪廓214由一個具有三個時移電流尖峰218、220和222的脈沖組成，這三個時移電流尖峰的數值分別在時間t1、t2、t3處隨時間遞減。電流尖峰218、220和222為激光脈沖功率輪廓216產生對應的功率尖峰224、226和228。功率尖峰224代表在激光脈沖功率輪廓216上升沿產生的過沖，而功率尖峰226和228代表在脈沖期間出現但是在目標連線材料完全去除之前出現的功率尖峰。功率尖峰224、226和228一起形成一個合成功率尖峰，其形式為振蕩波，該振蕩波的功率變化超過激光輸出脈沖平均功率約10％。振蕩波可以在激光脈沖功率輪廓持續(xù)時間內持續(xù)約半個振蕩周期到三個振蕩周期。振蕩周期的時長最好是在約1ns至約15ns之間。
0049放大器204的一個優(yōu)選實施例是光纖激光放大器。光纖的長度、產生激光的摻雜物的類型、摻雜級、以及泵激能級可以被定制以實現要求的放大增益。一個示例性激光器200可以是由IMRA，America，Inc.，Fremont，CA和IPG Photonics Corp.，Oxford，MA.制造的光纖激光器的變型。IMRA和IPG生產的激光器件包括快速激光二極管，該二極管可以用作所述的其后跟有光纖功率放大器的注入式激光器。激光波長在1.06μm至1.1μm范圍是可調的。激光脈沖波形是基本方形的，并且具有從5ns至20ns可編程的脈沖寬度、從0.1至10微焦耳的激光能量、以及約20KHz的激光脈沖重復頻率。隨著供應到快速二極管的激光驅動電流定制，激光脈沖功率輪廓可以定制為如本發(fā)明描述的輪廓。另一個由INO，Quebec，Canada生產的示例性光纖激光器實現了一種特別的技術，其從光纖本身得到注入式激光脈沖，然后使用光纖來放大注入式脈沖。它目前可得到的版本工作于1.57μm激光波長，并且它的脈沖輪廓非常類似于圖6F所示的脈沖輪廓。依據INO，制作一個工作于1.06μm至1.1μm波長、并具有不同定制激光脈沖輪廓的類似激光器并不困難。
0050參考圖4、圖5和6，優(yōu)選的激光波長從約150nm至約2000nm的光譜范圍，并且包括但不限于1.54、1.3、1.1-1.06、1.05、1.047、1.03-0.75μm或它們的第二、第三、第四、或第五諧波，其來自具有不同的基礎材料和摻雜物的Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YVO4、Yb:YAG、Ti:Sapphire和光纖激光器。本領域技術人員將意識到，以其它合適的波長來發(fā)射輸出脈沖的激光器可在市面上購得并且可以使用。本領域技術人員將意識到，可以使用任何Nd:YAG(532nm、355nm、266nm)；Nd:YLF(524nm、349nm、262nm)的第二、第三、或第四諧波；或Ti:Sapphire(375nm-425nm)的第二諧波，通過適當的公知諧波變換技術來較佳地處理某些類型的連線22和/或鈍化層44。諧波轉換處理描述于V.G.Dmitriev，et al.，Handbook of Nonlinear Optical Crystals，138-141，Springer-Verlag，New York，1991 ISBN 3Ei540-53547-0。
0051參考圖7，激光系統(tǒng)300在此被示例性地建模成1.064μm的Nd:YAG激光器302。Nd:YAG或其它固態(tài)激光器302最好是由激光二極管304泵激，其發(fā)射光306由透鏡組件308聚焦到激光諧振器310。激光諧振器310最好是包括激光材料312、Q開關314以及一個沿著光學軸320并位于諧振器鏡316和318之間的可選偏光器315。一個光圈330也可以位于激光材料312和鏡318之間。一個激光輸出脈沖334沿著光學軸320穿過鏡318傳遞，該鏡部分地充當了反射輸出耦合器。在本發(fā)明的一個實施例中，從激光器302傳播的激光脈沖334入射到可選光學組件或設備336(例如波片、偏光器或隔離器)上，然后利用一個由次控制器342控制的E-O門控裝置340進行特定強度輪廓的定制。
0052不管波長或激光器類型如何，門控裝置340的激光輸出350可以由多種傳統(tǒng)的光學組件352和354操縱，它們沿著一個光束路徑356放置。組件352和354可以包括一個光束擴展器或其它激光光學組件，以對激光輸出350進行準直，從而產生具有有利傳遞特性的光束。可選地，可以使用一個或更多光束反射鏡358、360、362和364，這些反射鏡在期望激光波長處具有非常高的反射率，但是在未使用的波長處具有非常高的穿透率，以致只有期望的激光波長可以到達連線結構36。聚焦透鏡366最好使用單一組件或多組件透鏡系統(tǒng)，其對一個準直脈沖激光系統(tǒng)輸出368進行聚焦，以產生一個聚焦的光點尺寸40，該光點尺寸大于連線寬度，藉此圍繞連線寬度，并且直徑最好小于2μm或更小，這取決于連線寬度28和激光波長。
0053一個優(yōu)選的光束定位系統(tǒng)380由光學組件358、360、362和364組成，其在Overbeck的題為“Method and Apparatus for Positioninga Focused Beam on an Integrated Circuit”的美國專利第4,532,402號中被詳細描述。光束定位系統(tǒng)380最好使用激光控制器382，該控制器控制至少兩個平臺或級(堆疊的或軸分裂的)并且與光束反射鏡358、360、362和364共同協作，以將激光系統(tǒng)輸出368瞄準和聚焦到一個IC器件或工件12上的選定導電連線22。光束定位系統(tǒng)380允許在工件12的連線22間快速移動，以基于所提供的測試數據或設計數據，動態(tài)地有效進行獨特的快速切斷連線操作。
0054位置數據將聚焦的激光光點38導向工件12，利用激光系統(tǒng)輸出368的一個激光脈沖瞄準連線結構36以去除連線22。激光系統(tǒng)300最好是使用單一激光脈沖37將每個要被切斷的連線22進行快速切斷。激光系統(tǒng)300在任何連線22以不停止光束定位系統(tǒng)380的方式完成處理，因此高產量得以實現。本領域技術人員將意識到，裝備有傳統(tǒng)的二極管激發(fā)式Q開關固態(tài)激光器的此類激光系統(tǒng)300可在市場上購得，并且是本領域技術人員公知的。
0055激光控制器382被提供有與所選連線的適當處理有關的指示或指令。激光控制器382可以受定時數據的影響，該定時數據用于同步激光系統(tǒng)300的發(fā)射與平臺的移動，例如在Konecny的題為“Radiation Beam Position and Emission Coordination System”的美國專利第5,453,594號中所描述的?；蛘撸诒景l(fā)明的一個實施例中，本領域技術人員將意識到，激光控制器382被用來通過E-O組件340進行激光能量的外腔調制，并且指示次控制器342和386對Q開關314、E-O裝置340和泵激二極管304進行控制。
0056參考圖2A-圖2C，基于上述的觀點，與利用傳統(tǒng)功率輪廓的激光脈沖進行連線處理相比，利用具有特別定制的功率輪廓的激光脈沖37來處理連線可以得到更寬的處理窗和更優(yōu)的連線切斷質量。在激光脈沖開始處的過沖和/或適當地定時在在激光脈沖持續(xù)時間內的尖峰，可以確保使適當量的激光能量在選定連線的連線材料被完全去除之前的一段時間內耦合于連線結構。對于連線結構和激光參數本身存在的不可避免的變化，這是利用適當的處理余量來完成的。在利用激光能量去除了大多數連線材料后，對激光脈沖功率進行特別定制，以使該功率值遠小于激光脈沖峰值功率或者過沖和尖峰的功率。因此，這種特別定制的激光脈沖功率輪廓確保了對相鄰結構和硅襯底42較少的損傷危險。盡管硅晶片在較短激光波長處的吸收力要高于在傳統(tǒng)IR波長處的吸收力，但是除了傳統(tǒng)連線吹擊(blowing)IR激光波長之外，短于IR的激光波長也可被用于該處理，而且具有激光光點尺寸更小的額外優(yōu)點。因此，有利于處理更窄更厚的連線。這種較好的連線去除分辨率允許連線22的位置更加靠近，從而增加了電路密度。雖然連線結構36可能為傳統(tǒng)尺寸，但連線寬度28可以例如少于或等于約0.5μm。
0057類似地，更好的對激光脈沖功率輪廓進行定制的通用性，在適應不同鈍化特性方面提供了更好的靈活性?？捎貌煌趥鹘y(tǒng)材料的材料制造連線22之上的鈍化層44或之下的鈍化層46，或者如果欲使這些鈍化層的高度不同于典型高度，也可以對其進行修改。這是因為定制的激光脈沖可以降低在下面或相鄰鈍化層結構損傷的危險。此外，可以使用比約1.06μm短得多的波長來產生小于約2μm連線22中心到中心之間節(jié)距32的臨界光點直徑40。因此對于利用激光脈沖52的組50進行處理的連線22，它們之間的中心到中心節(jié)距32可基本小于由傳統(tǒng)的單一IR激光束切斷脈沖所吹擊的連線22之間的節(jié)距32。例如，連線22與其它連線22或相鄰電路結構34之間的距離可以在約2.0μm之內或更小。
0058上覆鈍化層44可以包括任何傳統(tǒng)的鈍化材料，例如二氧化硅(SiO2)以及氮化硅(Si3N4)。下墊鈍化層46可以包括與上覆鈍化層44相同或不同的鈍化材料。特別地，目標結構36中的下墊鈍化層46可以包括脆性材料，其包括但不限于由低K材料組成的材料、低K介電材料、低K基于氧化物的介電材料、正硅酸鹽玻璃(OSG)、氟硅酸鹽玻璃、有機硅酸鹽玻璃、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鹽(MTEOS)、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、硅酸酯、氫基含硅倍半環(huán)氧乙烷(HSQ)、甲基含硅倍半環(huán)氧乙烷(MSQ)、聚芳香醚、苯并環(huán)丁烯(BCB)、SiCOH、或SiCOH衍生膜(例如由AppliedMaterials，Inc.出售的“Black Diamond(黑鉆石)”)、或基于旋涂的低k介電聚合物(spin on-based low K dielectric polymer，例如由DowChemical Company出售的“SiLK”)。對于由這些材料中的一些材料制成的下墊鈍化層46，當利用傳統(tǒng)的單一激光脈沖連線去除操作對其目標連線22進行吹擊或切除時，它們更容易斷裂。本領域技術人員將意識到，SiO2、SiON、Si3N4、低K材料、低K介電材料、低K基于氧化物的介電材料、OSG，氟硅酸鹽玻璃、有機硅酸鹽玻璃、HSQ、MSQ、BCB、SiLKTM及Black DiamondTM是實際的層材料，而TEOS、MTEOS和聚芳香醚是半導體凝結前體材料。
0059對本領域技術人員而言明顯的是，在不脫離本發(fā)明基本原則的情況下，可以對上述實施例的各種細節(jié)進行很多變化。因此，本發(fā)明的范圍應該僅由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種基于激光的處理方法，其用于從冗余存儲器或集成電路的選定的導電連線結構中去除目標材料，每個選定的連線結構包括一個連線，該連線具有相對的側表面、上表面和下表面，所述相對的側表面之間間隔一個距離，該距離限定了一個連線寬度，至少所述側表面和所述下表面被放置成鄰近于一個電路中的鈍化結構材料，該電路被制于一個襯底上，該方法包括導引一個激光輸出脈沖，以入射到一個選定的連線結構上，該激光輸出脈沖的特征在于一個激光光點和一個激光脈沖時域功率輪廓；激光光點在所述選定的連線結構上的一個激光光點位置處具有一個光點尺寸，該光點尺寸大于所述連線寬度；并且所述激光脈沖時域功率輪廓具有上升沿和下降沿、一個平均功率以及一個脈沖持續(xù)時間，并且其特征在于一個功率尖峰，該功率尖峰具有一個基本上比所述脈沖持續(xù)時間短的尖峰持續(xù)時間；一個比所述激光輸出脈沖的平均功率大的峰值功率；以及一個從上升沿到下降沿的出現時間；而且所述峰值功率、尖峰持續(xù)時間、以及所述功率尖峰的出現時間共同協作，以為所述激光輸出脈沖創(chuàng)建一個特別定制的激光脈沖功率輪廓，其有助于切斷所述選定的連線結構，而不對所述襯底或鄰近于所述側表面和下表面的所述鈍化結構材料造成明顯損傷。
2.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述脈沖持續(xù)時間短于約40ns。
3.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述功率尖峰與所述激光脈沖時域功率輪廓的上升沿一致，并且具有一個超過所述激光輸出脈沖的平均功率約10％以上的峰值功率值。
4.根據權利要求3所述的激光處理方法，其中所述功率尖峰具有一個上升時間，且該上升時間短于約5ns。
5.根據權利要求4所述的激光處理方法，其中所述上升時間短于約2ns。
6.根據權利要求3所述的激光處理方法，其中所述尖峰持續(xù)時間介于約1ns至所述激光脈沖時域功率輪廓的所述脈沖持續(xù)時間的約50％之間。
7.根據權利要求3所述的激光處理方法，其中在所述功率尖峰出現之后的所述激光脈沖時域功率輪廓被定制成，在所述下降沿之前隨時間基本線性地下降。
8.根據權利要求7所述的激光處理方法，其中在所述功率尖峰出現之后的總功率下降大于所述激光輸出脈沖的平均功率的約10％。
9.根據權利要求3所述的激光處理方法，其中在所述功率尖峰出現之后的所述激光脈沖時域功率輪廓在所述激光脈沖時域功率輪廓的下降沿之前是相對平坦的。
10.根據權利要求3所述的激光處理方法，其中所述激光脈沖時域功率輪廓包括一個額外的功率尖峰，該額外的功率尖峰出現在與所述激光脈沖時域功率輪廓的上升沿一致的所述功率尖峰之后。
11.根據權利要求10所述的激光處理方法，其中所述額外的功率尖峰具有一個超過所述平均功率5％的功率值，以及一個介于約1ns至所述激光脈沖時域功率輪廓的所述脈沖持續(xù)時間約30％之間的尖峰持續(xù)時間。
12.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述功率尖峰的形式為振蕩波，該振蕩波的功率變化超過所述激光輸出脈沖的平均功率約10％以上。
13.根據權利要求12所述的激光處理方法，其中所述振蕩波在所述激光脈沖時域功率輪廓的所述脈沖持續(xù)時間中持續(xù)了半個至三個振蕩周期，且所述振蕩周期的時長在約1ns至約15ns之間。
14.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述功率尖峰出現在一個時間間隔中的一個時間處，該時間間隔是從所述上升沿至所述激光脈沖時域功率輪廓的所述脈沖持續(xù)時間的70％之間來測量出的。
15.根據權利要求14所述的激光處理方法，其中處于所述功率尖峰之前和之后的所述激光脈沖時域功率輪廓是相對平坦的。
16.根據權利要求14所述的激光處理方法，其中處于所述功率尖峰之前和之后的所述激光脈沖時域功率輪廓不平坦。
17.根據權利要求14所述的激光處理方法，其中所述功率尖峰具有一個超過所述激光輸出脈沖的所述平均功率10％的峰值功率值，而且具有一個介于1ns至所述激光脈沖時域功率輪廓50％之間的尖峰持續(xù)時間。
18.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述相鄰鈍化結構材料覆蓋在所述導電連線上，以形成一個上覆鈍化層。
19.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述相鄰鈍化結構材料被放置成不覆蓋所述導電連線。
20.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述激光脈沖時域功率輪廓的下降沿被定制成具有比10ns更短的持續(xù)時間。
21.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述選定的導電連線結構包括鋁、鉻化物、銅、多晶硅、二硅化物、金、鎳、鉻化鎳、鉑、多晶硅-金屬硅化物、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鎢或硅化鎢。
22.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中每個激光輸出脈沖具有介于約0.001微焦耳至約10微焦耳之間的激光能量。
23.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述相鄰鈍化結構材料、下墊鈍化層、或其兩者，包括下列材料中的一種或多種SiO2、Si3N4、SiON、低K材料、低K介電材料、低K基于氧化物的介電材料、正硅酸鹽玻璃、氟硅酸鹽玻璃、有機硅酸鹽玻璃、基于正硅酸四乙酯的氧化物、甲基三乙氧基正硅酸鹽、丙二醇甲醚醋酸酯、硅酸酯、氫基含硅倍半環(huán)氧乙烷、甲基含硅倍半環(huán)氧乙烷、聚芳香醚、苯并環(huán)丁烯、SiCOH或SiCOH-衍生膜、或基于旋涂的低k介電聚合物。
24.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中為了去除與各自選定的導電連線結構的位置對準的目標材料，以大于約10KHz的重復頻率產生至少兩個激光輸出脈沖。
25.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述激光輸出脈沖的波長在約150nm至約2000nm的光譜范圍內。
26.根據權利要求25所述的激光處理方法，其中所述激光輸出脈沖的波長為從YAG、YLF、YVO4、藍寶石或光纖激光器中發(fā)出的基波、第二諧波或第三諧波波長中的一個。
27.根據權利要求25所述的激光處理方法，其中所述激光輸出脈沖由一個光纖激光器以一波長發(fā)射，該波長約為1.06μm或其第二或第三諧波波長，或約為1.3μm或其第二或第三諧波波長，或約為1.5μm或其第二或第三諧波波長。
28.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述激光系統(tǒng)輸出脈沖的波長約為下列波長之一或處于下列一個波長范圍之內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.根據權利要求27所述的激光處理方法，其中所述連線的厚度大于1μm。
30.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述連線的厚度大于1μm。
31.根據權利要求1所述的激光處理方法，其中所述激光輸出脈沖的特征在于一個波長，且其中所述相鄰鈍化結構材料、所述襯底或兩者對所述波長都有顯著的吸收力。
32.根據權利要求31所述的激光處理方法，其中所述波長包括紫外線波長。
33.根據權利要求32所述的激光處理方法，其中所述連線的厚度大于1μm。
全文摘要
一種用于切斷IC連線的激光脈沖，其具有特別定制的時域功率輪廓，而不是傳統(tǒng)的時域形狀或基本方形的輪廓。特別定制的激光脈沖優(yōu)選在激光脈沖開始處具有一個過沖，或者在激光脈沖持續(xù)時間內具有一個尖峰波峰。尖峰波峰的時間最好設定在大部份連線被去除之前。特別定制的激光脈沖功率輪廓允許使用更寬的激光脈沖能量范圍和更短的激光波長(例如綠光和紫外線)，來切斷連線，而不會明顯損傷位于連線兩側及連線下層的襯底和鈍化結構材料。
文檔編號H04J14/02GK1839013SQ200480023899
公開日2006年9月27日 申請日期2004年8月18日 優(yōu)先權日2003年8月19日
發(fā)明者Y·孫, R·S·哈里斯, H·W·羅, B·W·貝爾德, J·C·約翰遜 申請人:電子科學工業(yè)公司