用于高管芯破裂強(qiáng)度和平滑的側(cè)壁的激光劃片和等離子體蝕刻的制作方法
【專利說明】用于高管芯破裂強(qiáng)度和平滑的側(cè)壁的激光劃片和等離子體 蝕刻
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請案主張2013年7月2日提交的美國臨時申請No. 61/842, 056的優(yōu)先權(quán)權(quán) 益，該美國臨時申請的整體內(nèi)容以引用形式并入本文。
[0003] 背景 1)
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明的實施例涉及半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，更具體而言，涉及用于劃切（dicing)半導(dǎo) 體晶片的方法和設(shè)備，其中，每一個晶片在所述晶片上具有多個集成電路。 2)
【背景技術(shù)】
[0005] 在半導(dǎo)體晶片處理中，集成電路形成在由硅或其他半導(dǎo)體材料組成的晶片（也稱 作基板）上。通常，各種材料（其是半導(dǎo)電、導(dǎo)電或絕緣的）層用于形成集成電路。使用各 種公知工藝來摻雜、沉積和蝕刻這些材料以形成集成電路。每一個晶片經(jīng)處理以形成大量 含有集成電路的單個區(qū)域，這些單個區(qū)域被稱為管芯。
[0006] 在集成電路形成工藝后，晶片經(jīng)"劃切"（"dice"）以將單個的管芯彼此分開供 封裝或以未封裝的形式供在較大的電路內(nèi)使用。用于晶片劃切的兩種主要的技術(shù)是劃片 (scribing)和鋸切（sawing)。利用劃片，沿預(yù)先形成的劃刻線跨晶片表面來移動金剛石尖 端的劃刻器。這些劃刻線沿管芯的間隔延伸。這些間隔一般被稱作"劃切道"（"street")。 金剛石劃片沿劃切道在晶片表面形成淺劃痕。當(dāng)（諸如，利用輥（roller))施加壓力后，晶 片沿劃刻線分開。晶片中的裂縫遵循晶片基板的晶格結(jié)構(gòu)。劃片可用于厚度約10密耳（千 分之一英寸）或更小的晶片。對于較厚的晶片，鋸切是當(dāng)前較佳的用于劃切的方法。
[0007] 利用鋸切，以每分鐘高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的金剛石尖端的鋸接觸晶片表面，并且沿劃切道 來鋸切晶片。晶片裝載在支撐構(gòu)件（諸如，跨膜框被延伸的粘附膜）上，并且鋸被反復(fù)施加 于豎直和水平的劃切道。劃片或鋸切的一個問題在于，碎片（chip)和鑿孔（gouge)會沿管 芯的隔離的邊緣形成。此外，裂縫會形成，并且會從管芯的邊緣傳播到基板內(nèi)，并且導(dǎo)致集 成電路失效。剝落（chipping)和破裂（cracking)對于劃片尤其是問題，因為在晶體結(jié)構(gòu)的 〈11〇>方向上，僅可對正方形或矩形管芯的一側(cè)劃切。因而，使管芯的另一側(cè)開裂導(dǎo)致鋸齒 狀分隔線。由于剝落和破裂，在晶片上的管芯之間需要額外的間距以防止對集成電路的損 壞，例如，使碎片和裂縫保持在距實際的集成電路一定距離處。作為間距要求的結(jié)果，沒有 許多的管芯可形成在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的晶片上，并且浪費了否則可用于電路的晶片基板面（real estate)。鋸的使用加劇了半導(dǎo)體晶片上的基板面的浪費。鋸刃約為15微米厚。由此，為 了確保圍繞由鋸產(chǎn)生的切口的破裂和其他損壞不損害集成電路，管芯中的每一個管芯的電 路通常必須分開300至500微米。另外，在切割（cutting)之后，每一個管芯需要大量的清 洗以去除源自鋸切工藝的顆粒和其他污染物。
[0008] 也已使用了等離子體劃切，但是等離子體劃切也有限制。例如，阻礙等離子體劃切 的實現(xiàn)的一個限制是成本。用于對光阻圖案化的標(biāo)準(zhǔn)光刻（lithography)操作將使該實現(xiàn) 成本過高?？赡茏璧K等離子體劃切的實現(xiàn)的另一限制在于，在沿劃切道進(jìn)行劃切時，對常用 金屬（例如，銅）的等離子體處理會造成生產(chǎn)問題或產(chǎn)量限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] -個或多個實施例涉及用于劃切半導(dǎo)體晶片的方法和設(shè)備，每一個晶片上都具有 多個集成電路。
[0010] 在實施例中，劃切具有多個集成電路的半導(dǎo)體晶片的方法涉及在半導(dǎo)體晶片上方 形成掩模，所述掩模覆蓋并保護(hù)集成電路。所述方法還涉及：利用激光劃片工藝來圖案化掩 模以提供具有間隙的經(jīng)圖案化的掩模，從而暴露半導(dǎo)體晶片在集成電路之間的多個區(qū)域。 所述方法還涉及：穿過經(jīng)圖案化的掩模中的間隙來各向異性地蝕刻半導(dǎo)體晶片，以形成經(jīng) 蝕刻的溝槽并推進(jìn)經(jīng)蝕刻的溝槽以完全穿過所述半導(dǎo)體晶片，從而單片化（singulate)集 成電路。所述方法還涉及：利用基于NFjPCFj^組合的等離子體來各向同性地蝕刻經(jīng)各向 異性地蝕刻的溝槽。
[0011] 在另一實施例中，用于劃切具有多個1C的基板的系統(tǒng)包括激光劃片模塊，所述激 光劃片模塊用于圖案化多層式掩模，并暴露基板在1C之間的多個區(qū)域。所述系統(tǒng)還包括各 向異性等離子體蝕刻模塊，所述各向異性等離子體蝕刻模塊實體耦接至激光劃片模塊的各 向異性等離子體蝕刻模塊，以便各向異性地形成經(jīng)蝕刻的溝槽并推進(jìn)經(jīng)蝕刻的溝槽以穿過 在激光劃片后保留的基板的厚度。所述系統(tǒng)還包括各向同性等離子體蝕刻模塊，所述各向 同性等離子體蝕刻模塊實體耦接至激光劃片模塊，以便利用基于NF#P 組合的等離子 體來各向同性地蝕刻經(jīng)各向異性地蝕刻的溝槽。所述系統(tǒng)還包括機(jī)器人傳送腔室，所述機(jī) 器人傳送腔室用于將經(jīng)激光劃片的基板從激光劃片模塊傳送至各向異性的等離子體蝕刻 模塊。
[0012] 在另一實施例中，劃切具有多個集成電路的半導(dǎo)體晶片的方法涉及提供半導(dǎo)體晶 片，所述半導(dǎo)體晶片上具有經(jīng)圖案化的掩模，所述經(jīng)圖案化的掩模覆蓋并保護(hù)集成電路，并 且具有暴露半導(dǎo)體晶片在集成電路之間的多個區(qū)域的間隙。所述方法還涉及：穿過經(jīng)圖案 化的掩模中的間隙來各向異性地蝕刻半導(dǎo)體晶片，以形成經(jīng)蝕刻的溝槽并推進(jìn)經(jīng)蝕刻的溝 槽以完全穿過半導(dǎo)體晶片，從而單片化集成電路。所述方法還涉及：利用基于NF#PCFj9 組合的等離子體來各向同性地蝕刻經(jīng)各向異性地蝕刻的溝槽。
【附圖說明】
[0013] 通過示例而非限制方式來說明本發(fā)明的實施例，并且當(dāng)結(jié)合附圖來考慮時，參照 以下【具體實施方式】可更完整地理解本發(fā)明的實施例，其中：
[0014] 圖1是流程圖，其表示根據(jù)本發(fā)明的實施例的劃切包括多個集成電路的半導(dǎo)體晶 片的方法中的操作；
[0015] 圖2A、2B、2C和2D示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、在執(zhí)行對應(yīng)于圖1的操作的劃切 半導(dǎo)體晶片的方法期間的、包括多個集成電路的半導(dǎo)體晶片的截面圖；
[0016] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的、可存在于半導(dǎo)體晶片或基板的劃切道區(qū)域中的 材料疊層的截面圖；
[0017] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的一體式劃切系統(tǒng)的平面示意圖；以及
[0018] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性計算機(jī)系統(tǒng)的框圖，該計算機(jī)系統(tǒng)控制對 本文中所述的掩膜、激光劃片、等離子體劃切方法中的一個或多個操作的自動化執(zhí)行。
【具體實施方式】
[0019] 描述了劃切半導(dǎo)體晶片的方法，每一個晶片在所述晶片上具有多個集成電路。在 下述描述中，陳述眾多特定細(xì)節(jié)（諸如，激光與等離子體蝕刻晶片劃切方式）以提供對本發(fā) 明的實施例的透徹理解。對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的是，可在不具這些特定細(xì)節(jié)的 情況下來實踐本發(fā)明的實施例。在其他實例中，不詳細(xì)地描述公知的方面（諸如，集成電路 制造），以免不必要地混淆本發(fā)明的實施例。另外，應(yīng)當(dāng)理解，附圖中所示的各種實施例僅是 說明性的表示，并且不一定是按比例繪制的。
[0020] 在實施例中，實現(xiàn)涉及初始的激光劃片和后續(xù)的等離子體蝕刻的混合式晶片或基 板劃切工藝，以進(jìn)行管芯單片化。可用激光劃片工藝來潔凈地去除掩模層、有機(jī)與無機(jī)電介 質(zhì)層和器件層。隨后可在暴露或部分蝕刻晶片或基板后終止激光蝕刻工藝。接著可利用劃 切工藝的等離子體蝕刻部分來蝕刻穿過晶片或基板的主體（bulk)(諸如，穿過大塊的單晶 硅）以產(chǎn)出管芯或晶片單片化或劃切。在更特定的實施例中，描述了用于高管芯破裂強(qiáng)度 和潔凈的側(cè)壁的激光劃片和等離子體蝕刻方法。實施例可包括以下一者或多者：晶片劃切、 激光劃片、等離子體蝕刻、管芯破裂強(qiáng)度考慮、管芯側(cè)壁粗糙度考慮、氟/碳?xì)埩粑锟紤]、側(cè) 壁潔凈度考慮和/或基于NF3&CF4的組合的蝕刻劑。
[0021] 為了提供進(jìn)一步的上下文，在激光劃切+等離子體蝕刻混合處理以使晶片上的1C芯片單片化期間，在此類管芯單片化中需解決的技術(shù)挑戰(zhàn)包括以下一者或二者：（1)對薄 的（例如，小于約1〇〇微米）晶片，尤其是對超薄的（例如，小于約50微米）晶片而言，所 產(chǎn)生的經(jīng)單片化的管芯應(yīng)當(dāng)具有足夠高的管芯破裂強(qiáng)度以確?？煽康墓苄臼叭『头胖靡?及后續(xù)的組裝工藝；（2)對于無論什么厚度的所有經(jīng)單片化的管芯，管芯側(cè)壁應(yīng)當(dāng)是潔凈 的，因為碳（C)或氟（F)元素的存在（諸如，以碳氟化合物（也稱作全氟碳化物或PFC)的 形式存在）會影響后續(xù)的封裝工藝中的管芯的粘附特性，且甚至?xí)?dǎo)致封裝工藝中的低可 靠度。
[0022] 在實施例中，可采用多重等離子體蝕刻方式來劃切晶片，其中，在各向異性的單片 化蝕刻之后采用各向同性的蝕刻來改善管芯側(cè)壁。激光劃片去除難以蝕刻的鈍化層、電介 質(zhì)和金屬層，直到位于下方的硅基板被暴露為止。隨后，可使用各向異性的等離子體蝕刻來 生成深度達(dá)到目標(biāo)管芯厚度的溝槽。最后，在管芯單片化之后，各向同性的蝕刻可去除來自 經(jīng)異向性蝕刻的管芯側(cè)壁的各向異性蝕刻副產(chǎn)物、粗糙度和/或扇形部（scalloping)。在 一個實施例中，所產(chǎn)生的經(jīng)單片化的管芯具有較高的管芯破裂強(qiáng)度（相對于沒有暴露于最 終各向同性的蝕刻的經(jīng)單片化的管芯）以確?？煽康墓苄臼叭『头胖靡约昂罄m(xù)的組裝工 藝。在實施例中，對管芯側(cè)壁清潔了碳（C)或氟（F)元素，碳或氟元素否則會不利地影響后 續(xù)的封裝工藝中的管芯的粘著特性，從而導(dǎo)致低可靠性。粗糙的側(cè)壁（例如，未經(jīng)處理的側(cè) 壁）可能降低管芯破裂強(qiáng)度（例如，