CN103703554A - 在裁切晶粒附着膜或其它材料层之前，蚀刻激光切割半导体 - Google Patents
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Abstract
本发明先利用激光裁切与蚀刻的组合，接着通过裁切一下方材料层(例如，晶粒附着膜(DAF)或是金属)来改善半导体晶粒破损强度与良率。一第二激光制程或是一第二激光蚀刻制程可能会被用来裁切所述下方材料层。在切割所述下方材料层之前先实施侧壁蚀刻会在所述侧壁蚀刻制程期间减少或防止所述切口侧壁上的碎屑。一薄晶圆裁切激光***可能包含单一激光处理头解决方式或是双激光处理头解决方式，以便符合总处理量必要条件。
Description
技术领域
本发明和激光处理***与方法有关。明确地说，本发明是关于用以微加工(举例来说，切划(scribing)或裁切(dicing))半导体装置的激光处理***与方法。
背景技术
多个集成电路(Integrated Circuit，IC)通常会被制作在一半导体基板之上或之中的一数组之中。IC通常包含被形成在所述基板上方或之中的一或多层。所述一或多个迭置层可能会利用一机械锯或是一激光沿着切划路线(scribing lane)或切划道(scribing street)被移除。在切划之后，利用一锯子或激光来将电路器件相互分离，所述基板便可以被贯穿切割(throughcut)，有时候也称为裁切(diced)。
当利用激光处理时，结果会有非常高的材料相依性的倾向。举例来说，第一激光类型(或是第一组激光参数)可能非常适合用于切割半导体；而第二激光类型(或是第二组激光参数)则可能非常适合用于切割金属。
富有挑战性的问题的其中一范例便是单一化削切(singulation)被镶嵌在晶粒附着膜(Die Attach Film，DAF)之上的半导体装置，此制程在本文中有时候称为「晶粒附着膜裁切(DAF dicing)」。此问题可以在生产中通过利用具有超薄刀片的机械式钻石锯来解决，因为利用已知制程来进行激光裁切会倾向于产生一机械强度低于由机械性锯切所产生的晶粒。将易碎的低k值介电材料并入此等半导体装置之中并且缩减硅晶圆厚度会增加机械锯裁切的难度，从而导致较慢的总生产量以及更大的良率损耗(yield loss)。利用传统的单独激光制程来对薄的硅晶圆进行DAF裁切还通常会导致高晶粒挑选故障率(低晶粒良率)，举例来说，如未被切割的DAF(「双晶粒」)、过度切割的DAF(「锚定作用(anchoring)」)及/或低晶粒破损强度(「在激光裁切DAF之后因进行蚀刻时的蚀刻变异所造成」)。
先前针对DAF裁切所尝试过的解决方式包含在进行机械锯裁切之前利用激光来切划所述低k值介电质及/或所述半导体层，结合激光裁切与后段裁切蚀刻制程来强化晶粒，利用具有两种不同激光(或是两组不同的激光参数，例如，脉冲宽度)的完全切割激光裁切***，或是冻结所述DAF并且将其拉伸直到卷带断裂为止。利用单一激光裁切策略来裁切贯穿所述半导体装置与所述DAF两者的一已知方法会导致DAF材料沉积在所述半导体晶粒的侧壁上，使得一接续的二氟化氙(XeF2)蚀刻制程会受到此「DAF飞溅(DAF splash)」的负面影响。
发明内容
于其中一实施例中，本发明提供一种裁切半导体晶圆的方法，所述半导体晶圆包含一顶端表面与一底部表面。所述底部表面会被附着至一下方材料层。所述方法包含：产生一第一激光射束；以及让所述第一激光射束相对于所述半导体晶圆的顶端表面进行相对移动，以便沿着一或多条裁切道从所述顶端表面处至少部分裁切所述半导体晶圆。所述第一激光射束会在所述半导体晶圆之中形成一由多个侧壁所定义的切口。所述方法进一步包含：蚀刻所述已至少部分裁切的半导体晶圆的所述侧壁，用以缩减或移除因所述第一激光射束在所述侧壁之中所产生的热影响区带(Heat Affected Zone，HAZ)；以及沿着所述一或多条裁切道来切割贯穿所述下方材料层，以便将一晶粒与具有至少一预设晶粒破损强度的半导体晶圆分离并且产生一等于至少一预设最小良率的操作晶粒良率。所述侧壁蚀刻是在切割贯穿所述下方材料层之前先被实施，以便在所述侧壁的蚀刻期间减少或防止所述侧壁上来自所述下方材料层的碎屑。
于所述方法的特定实施例中，所述下方材料层包含一晶粒附着膜(DAF)。于此等实施例中，切割贯穿所述下方材料层包含：产生一第二激光射束；以及让所述第二激光射束沿着所述一或多条裁切道相对于所述DAF进行相对移动。所述第一激光射束可能包含一具有紫外光(UltraViolet，UV)波长以及奈秒(nanosecond)或皮秒(picosecond)时间脉冲宽度的脉冲式激光射束。所述第二激光射束可能包含一具有可见光波长以及奈秒时间脉冲宽度的脉冲式激光射束。
于特定的其它实施例中，蚀刻所述侧壁包含利用一被配置成用以从所述半导体晶圆处移除半导体材料的第一蚀刻剂；而切割贯穿所述下方材料层则包含利用一被配置成用以移除所述DAF材料的第二蚀刻剂。于其中一实施例中，所述第一蚀刻剂包含一自发性蚀刻剂，例如，二氟化氙(XeF2)。电浆蚀刻、湿式光阻剥除、或是湿式蚀刻技术则可被用来切割贯穿所述DAF。
于特定的实施例中，所述顶端表面包含一或多个装置层，其包含一由多个彼此隔开的电子电路器件所组成的图样，所述电子电路器件是通过一或多条线道来分离。所述方法进一步包含：在产生所述第一激光射束之前先涂敷一涂层至所述半导体晶圆，以便在所述第一激光射束沿着所述一或多条裁切道进行第一次移动中保护所述半导体晶圆，使其不会受到所述第一激光射束所产生的碎屑的影响；切划所述一或多个装置层；以及在所述第一激光射束沿着所述一或多条线道进行第二次移动中至少部分裁切所述半导体晶圆之后并且在蚀刻所述侧壁之前，清洗所述半导体晶圆，以便移除所述涂层。
于特定的实施例中，所述下方材料层包含一金属。于特定的此等实施例中，切割贯穿所述下方材料层包含：产生一第二激光射束；以及让所述第二激光射束沿着所述一或多条裁切道相对于所述金属进行相对移动。于其它此等实施例中，切割贯穿所述下方材料层包含利用一被配置成用以移除所述金属的第二蚀刻剂。
于其中一实施例中，本发明提供一种裁切半导体晶圆的激光处理***，所述半导体晶圆包含一顶端表面与一底部表面。所述底部表面会被附着至一下方材料层。所述***包含一第一激光处理头，用以产生一第一激光射束并且用以让所述第一激光射束相对于所述半导体晶圆的顶端表面进行相对移动，以便沿着一或多条裁切道从所述顶端表面处至少部分裁切所述半导体晶圆。所述第一激光射束会在所述半导体晶圆之中形成一由多个侧壁所定义的切口。所述***进一步包含：一第一蚀刻站，用以蚀刻所述已至少部分裁切的半导体晶圆的所述侧壁，以便缩减或移除因所述第一激光射束在所述侧壁之中所产生的热影响区带(HAZ)；以及一裁切站，用以沿着所述一或多条裁切道来切割贯穿所述下方材料层，以便将一晶粒与具有至少一预设晶粒破损强度的半导体晶圆分离并且用以产生一等于至少一预设最小良率的操作晶粒良率。所述第一蚀刻站会在所述裁切站切割贯穿所述下方材料层之前先实施侧壁蚀刻，以便在所述侧壁的蚀刻期间减少或防止所述侧壁上来自所述下方材料层的碎屑。
于特定的***实施例中，所述第一激光处理头包含一第一激光源，用以产生具有奈秒或皮秒时间脉冲宽度的紫外光(UV)激光脉冲。
于特定的***实施例中，所述第一蚀刻站会使用一自发性蚀刻剂从所述半导体晶圆的所述侧壁处移除半导体材料。所述自发性蚀刻剂可能包含二氟化氙(XeF2)。
于特定的***实施例中，所述下方材料层包含DAF，而所述裁切站包含一第二激光处理头，其包含一第二激光源，用以产生一第二激光射束，所述第二激光射束包括用以切割所述DAF的具有奈秒时间脉冲宽度的可见光激光脉冲。
于特定的***实施例中，所述下方材料层包括一金属背衬，而所述裁切站包含一第二激光处理头，其包含一第二激光源，用以产生一用于切割所述金属背衬的第二激光射束。
于特定的***实施例中，所述下方材料层包含DAF，而所述裁切站包含一用以切割贯穿所述DAF的第二蚀刻站。
于特定的***实施例中，所述下方材料层包括一金属背衬，而所述裁切站包含一用以切割贯穿所述金属背衬的第二蚀刻站。
于特定的实施例中，所述***进一步包含一涂布站，位于所述第一激光处理头的前面，用以将一保护性涂层涂敷至所述半导体晶圆。此等实施例可能进一步包含一清洗站，位于所述第一激光处理头的后面以及所述第一蚀刻站的前面，用以从所述半导体晶圆处移除所述保护性涂层以及碎屑。
从下面较佳实施例的详细说明中，参考随附的图式，便会明白额外的观点与优点。
附图说明
图1所示的是一工作件的概略俯视图，其包含一被镶嵌在一裁切卷带之上的半导体晶圆，所述裁切卷带是被设置在一晶圆环之中。
图2A所示的是在进行侧壁蚀刻之前利用一完全切割激光制程所裁切的具有DAF的硅的扫描式电子显微镜(SEM)显微照相图。
图2B所示的是在进行侧壁蚀刻之后，图2A中所示的具有DAF的硅的SEM显微照相图。
图3所示的是三个硅晶圆的经测量的晶粒破损强度的关系图。
图4所示的是根据其中一实施例所裁切的晶粒的SEM显微照相图。
图5所示的是根据其中一实施例的用以裁切一半导体晶圆的制程的流程图。
图6A、6B、6C、6D以及6E所示的是根据特定实施例在一裁切制程的不同步骤期间的一工作件的概略剖面图。
图7所示的是根据其中一实施例的用以裁切一工作件的制程的流程图，所述工作件包含一被形成在一硅基板之中或之上的设备堆栈，所述硅基板具有一被贴附至DAF的一背表面或底部表面。
图8所示的是根据其中一实施例的用以裁切一半导体晶圆的***的方块图，所述半导体晶圆具有一被附着至一下方材料层的表面。
图9A、9B、9C以及9D所示的是根据特定实施例被裁切的一半导体晶圆的概略侧面透视图，所述半导体晶圆包含一金属背衬。
具体实施方式
本文中所揭示的***与方法提供一种激光裁切解决方式，用以减轻或消弭因材料飞溅至半导体侧壁上所造成的问题。相较于习知的完全激光切割***，本文所揭示的实施例会提供较高的良率(举例来说，较高的晶粒破损强度)以及较高的晶粒挑选百分率。
本文中的许多范例虽然是关于薄晶圆裁切，且明确地说，是关于裁切一被附着至一晶粒附着膜(DAF)的半导体材料；但是，其它实施例也包含裁切一包含一半导体层的工作件，所述半导体层位于一包括任何其它材料的层(其可能会飞溅至所述半导体的侧壁上)的旁边。举例来说，特定的实施例提供裁切一包含一半导体层的工作件，所述半导体层是位于一金属层旁边或是被附着至一金属层。
根据特定的实施例，一薄晶圆裁切激光***可能包含单一激光处理头解决方式或是双激光处理头解决方式，以便针对厚度小于约50μm、直径约300mm且晶粒尺寸约10mmx10mm的晶圆可符合每小时约15片晶圆(15WPH)的总处理量的必要条件。熟练的技术人士从本文的揭示内容中便会理解，利用本文中所揭示的实施例也可以处理任何其它晶圆尺寸及/或晶粒尺寸。
根据其中一实施例，一第一处理激光头包含单一奈秒或皮秒紫外光(UV)激光。端视要被所述单一处理激光头处理的特殊目标材料而定，也可以使用其它类型的激光。举例来说，可以使用红外光(InfraRed，IR)激光或绿光激光。所述激光可能是一二极管激升固态激光、一锁模激光或是适合用来加工所述半导体以及所述晶圆的其它材料的任何其它激光。举例来说，射束定位可以利用电流计以及一远心扫描透镜来控制，用以沿着一裁切路线或裁切道来切割一治具修整路径。在一XY平台依照索引编号移动至下一个扫描场之前，可能会先切划每一个扫描场或扫描区，接着会进行半导体(举例来说，硅)裁切。
特定实施例还使用一第二处理激光头。所述第二处理激光头的激光会经过选择用以处理一位于所述半导体旁边的材料。举例来说，所述第二处理激光头的激光可能包含一用以切割所述DAF的具有可见光波长的低成本奈秒激光。于另一范例中，所述第二处理激光头的激光可能包含一用以切割金属的具有UV、绿光或是IR波长的脉冲式或连续波长(Continuous Wave，CW)激光，举例来说，CO2激光。
于特定的实施例中，本发明提供一种用以裁切一被附着至一下方材料层(举例来说，DAF或是金属背衬)的半导体晶圆的方法，其包含：利用一激光射束来至少部分裁切所述半导体晶圆；蚀刻所述侧壁，以便缩减或移除热影响区带(HAZ)；接着，利用相同的激光射束或是一不同的激光射束来切割贯穿所述下方材料层。用于所述半导体晶圆的侧壁蚀刻的蚀刻剂可能是，但是并不受限于，一自发性蚀刻剂，例如，二氟化氙(XeF2)。于特定的实施例中，也可以使用其它类型的蚀刻，例如，湿式化学蚀刻或是电浆蚀刻。
切割贯穿一下方材料层(例如，DAF或是金属背衬)会有在所述侧壁上产生碎屑或飞溅的倾向，其可能会降低所述用以移除HAZ的蚀刻制程的效力。因此，在切割贯穿所述下方材料层之前先实施侧壁蚀刻会减少或防止所述侧壁之上的碎屑或飞溅，俾使得所述侧壁蚀刻制程会更有效力。
于特定的其它实施例中，本发明提供一种用以裁切一被附着至一下方材料层(举例来说，DAF或是金属背衬)的半导体晶圆的方法，其包含：利用一激光射束来至少部分裁切所述半导体晶圆；蚀刻所述侧壁，以便缩减或移除热影响区带(HAZ)；接着，利用一第二蚀刻制程来切割贯穿所述下方材料层。举例来说，在利用一自发性蚀刻剂来进行所述半导体晶圆的侧壁蚀刻之后，可以利用电浆蚀刻、湿式光阻剥除或是湿式蚀刻来蚀刻贯穿所述DAF。于另一范例中，针对所述下方材料层是一金属背衬的实施例来说，可以利用微影术以及电浆蚀刻来切割贯穿所述裁切道之中的金属。下面表1提供的便是用以蚀刻作为所述下方材料层的金属或其它材料的电浆蚀刻特定化学药剂的范例。
由对应的气体***来蚀刻的范例材料
表1
本文中所揭示的实施例会提高整片晶圆中的晶粒良率以及晶粒强度，改善标准偏差与制程稳定性，并且因DAF切割的关系而改善晶粒挑选。已揭示的实施例可能还会减少用于侧壁蚀刻所用掉的蚀刻剂消耗量，其可以导致较低的拥有成本(Cost of Ownership，CoO)、较低的每片晶圆成本以及附加的治具价值。
现在参考图式，其中，相同的组件符号表示相同的组件。在下面的说明中会提供许多明确的细节，以便透澈的了解本文中所揭示的实施例。然而，熟习本技术的人士便会理解，即使没有所述明确细节中的一或多者，或者利用其它方法、器件或材料，仍可以实行所述实施例。进一步言之，于某些情况中，本发明并不会显示或详细说明已众所熟知的结构、材料或操作，以免混淆所述实施例的观点。再者，所述已述的特点、结构或是特征也可于一或多个实施例中以任何合宜的方式来结合。
图1所示的是一工作件100的概略俯视图，其包含一被镶嵌在一裁切卷带112之上的半导体晶圆110，所述裁切卷带是被设置在一晶圆环114之中。所述半导体晶圆110的一顶端表面(如图1中所示)会沿着切划线或切划道118被分割成复数个半导体芯片116。所述半导体芯片116包含被形成在所述半导体晶圆110的一或多个装置层(在本文中也称为「设备堆栈」)之上或之中的多个电子电路器件。所述半导体晶圆110的一底部表面(图中并未显示)可能包含一晶粒附着膜(DAF)，其是在将所述半导体芯片116镶嵌至一绕线基板(图中并未显示)时充当一黏着剂。所述DAF可能包括一聚合物。举例来说，但是没有限制意义，DAF材料可向Hitachi(举例来说，FH-900)或是向Nitto(举例来说，EM-500或EM-700)购得。
图2A所示的是在进行侧壁蚀刻之前利用一完全切割激光制程所裁切的具有DAF212的硅210的扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)显微照相图。如上面的讨论，图2A中所示的未蚀刻的已激光切割侧壁214(a)包含一热影响区带(HAZ)，其会降低所述晶粒的机械性强度。所述HAZ可以经由侧壁蚀刻被移除。图2B所示的是在进行侧壁蚀刻之后，图2A中所示的具有DAF212的硅210的SEM显微照相图。图2B显示出已蚀刻侧壁214(b)之上的沉积DAF「飞溅」216。所述DAF沉积物或DAF飞溅216会阻碍所述蚀刻制程(举例来说，利用XeF2)并且降低所述硅晶圆210的晶粒强度。因为被附着至所述DAF飞溅216的一部分的硅已经被蚀除的关系，图2B中的DAF飞溅216的至少一部分会倾斜或减量所述已蚀刻侧壁214(b)。因此，所述DAF飞溅216会抬升所述已蚀刻侧壁214(b)并且可能会至少部分铰链连接在所述硅210与所述DAF212的界面处。
图3所示的是三个硅晶圆的经测量的晶粒破损强度的关系图。图中所示的数据(平均晶粒强度、最大晶粒强度、以及最小晶粒强度)是利用对空白的75μm硅(Si)晶圆(有DAF以及没有DAF)进行三点晶粒强度测试所测得。第一行310显示的是已经过激光裁切但是并未被蚀刻的没有DAF的第一硅晶圆的资料。第二行312显示的是已经过激光裁切以及蚀刻的没有DAF的第一硅晶圆的资料。第三行314显示的是在被蚀刻之前先被激光裁切贯穿硅与DAF的具有DAF的第三硅晶圆的数据。于此范例中，所述DAF是可向Hitachi购得的FH-900。如图所示，第三晶圆的最小晶粒强度低于第二晶圆的最小晶粒强度，因为DAF飞溅阻止了所述蚀刻制程，使其无法有效移除所述HAZ，其会在外加应力时让微小裂痕传导遍及整个硅。
熟习本技术的人士便会理解，可以使用一种三点弯折技术在一硅晶圆中产生一断裂。ㄧ般来说，三点晶粒强度测试包含将一硅晶圆放置在两个支撑体之间并且于所述晶圆的之间施加一作用力。晶圆产生断裂处的作用力会被测量并且使用在一已知的三点弯折公式之中，所述公式包含所述硅晶圆的厚度、所述硅晶粒/样本的宽度以及所述两个支撑体之间的跨距。所述公式会计算所述硅晶圆的每个单位面积中的应力。因此，可以在各种激光处理技术中决定晶粒的机械性强度。
图4所示的是根据本文中揭示的一实施例所裁切的晶粒400的SEM显微照相图。图4显示所述晶粒400的一顶端表面410以及一已蚀刻的硅侧壁412。图中虽然并未显示；但是，于特定的实施例中，一或多个装置层可能会被形成在所述顶端表面410之上或之中，及/或所述顶端表面410可能会被一光阻或是其它涂层材料覆盖。所述硅侧壁412是通过从所述顶端表面410处往下激光裁切所述硅至所述硅的底部表面(图中并未显示)，其会被附着至一层DAF414。在切割所述DAF414之前，所述硅侧壁412会先被蚀刻，以达减轻应力的目的(举例来说，用以移除因对所述硅进行激光处理所造成的HAZ)。在所述侧壁蚀刻之后，会使用一第二激光制程来裁切所述DAF414。此外，或者，于其它实施例中，所述已蚀刻的硅侧壁412会被涂布(举例来说，利用聚对二甲苯基聚合物或是其它聚合物)，以便在所述第二激光制程及/或接续的处理步骤期间保护所述已蚀刻的硅侧壁412。
图4还显示一因在所述侧壁蚀刻制程期间增宽所述硅侧壁412所创造的DAF唇部或折部416。为清楚起见，在图7E中也显示一DAF唇部或折部630。于特定的实施例中，所述侧壁蚀刻制程会受到控制，俾使得所述DAF唇部或折部412的大小可让所述第二激光制程切割所述DAF414，而不会有来自所述已蚀刻的硅侧壁412的干扰(或是干扰所述已蚀刻的硅侧壁412)。在裁切所述DAF414之后，于图4中所示的范例中，晶粒400的DAF唇部或折部416宽约18.5μm。在硅沿着所述晶粒400与一相邻晶粒(图中并未显示)之间的线道至少部分被裁切与蚀刻之后，晶粒400的硅和所述相邻晶粒之间的距离会决定在所述第二激光制程期间沿着所述线道来对齐所述激光射束的精确性。最终DAF唇部或折部416的大小可能是由所述第二激光制程期间的激光射束的光点尺寸以及其它参数来决定。于所述DAF414在一第二蚀刻制程中(而并非在一第二激光制程中)被移除的实施例中，所述DAF唇部或折部416可能会缩小，甚至完全被移除。
图5所示的是根据其中一实施例的用以裁切一半导体晶圆的制程500的流程图。所述半导体晶圆包含一顶端表面与一底部表面。所述底部表面会被附着至一下方材料层。于特定的实施例中，所述下方材料层包含DAF。于其它实施例中，举例来说，所述下方材料层包含金属。所述方法500包含利用510一第一激光射束来至少部分裁切所述半导体晶圆。于特定的实施例中，所述第一激光射束会移除足量的半导体材料，以便沿着一裁切道至少部分露出所述下方层的一表面。于其它实施例中，所述第一激光射束仅会沿着所述线道部分裁切所述半导体材料，俾使得所述下方材料层不会露出。于此等实施例中，在所述下方材料层的上方留下一薄的(举例来说，约1μm至3μm或更大)半导体层会降低所述下方材料层于所述蚀刻制程之前飞溅至所述半导体的侧壁上的可能性。
所述方法500进一步包含蚀刻512所述已至少部分裁切的半导体晶圆的所述侧壁，用以缩减或移除因所述第一激光射束在所述侧壁之中所产生的HAZ。接着，所述方法500包含沿着所述一或多条裁切道来切割514贯穿所述下方材料层，以便将一晶粒与具有至少一预设晶粒破损强度的半导体晶圆分离并且产生一等于至少一预设最小良率的操作晶粒良率。所述预射晶粒破损强度与所述预设最小良率会相依于所述特殊应用。举例来说，根据其中一实施例，一裸SiO2晶圆/镜面SiO2晶圆的预射晶粒破损强度为约500MPa。此外，或者，于其它实施例中，所述预设最小良率是在介于99.5%与100%之间的范围中。所述侧壁蚀刻是在切割贯穿所述下方材料层之前先被实施，以便在所述侧壁的蚀刻期间减少或防止所述侧壁上来自所述下方材料层的碎屑。所述切割所述下方材料层可能是利用一第二激光射束或是一第二蚀刻剂来实施，所述第二蚀刻剂是被配置成用以沿着所述一或多条裁切道来移除所述下方材料层。
图6A、6B、6C、6D以及6E所示的是根据特定实施例在一裁切制程的不同步骤期间的一工作件600的概略剖面图。所述工作件600包含一被形成在一半导体(举例来说，硅)晶圆612上方的设备堆栈610。于此范例中，DAF614会被贴附至所述半导体晶圆612的一背表面或底部表面。所述设备堆栈610可能包含多个电子电路器件，其包含被形成在所述半导体晶圆612的一顶端表面之上或之中的一或多个装置层。举例来说，所述设备堆栈610的所述一或多个装置层可能包含用于钝化及/或囊封的二氧化硅(SiO2)及/或硅氮化物(SiYNX)(举例来说，Si4N3)，通过介电层(举例来说，SiN)来分离的一或多个金属层，及/或一低k值的介电层。
如图6B中所示，一第一激光射束616会切划所述设备堆栈610，用以沿着一裁切道617来露出所述下方半导体基板612。在图6C中，一第二激光射束618会至少部分裁切所述半导体晶圆612。于其中一实施例中，所述第一激光射束616与所述第二激光射束618是由不同的激光源所产生及/或具有不同的激光参数。于另一实施例中，在图6C中所示的第一激光射束616与第二激光射束618代表相同的激光射束沿着所述裁切道617的不同的行进动作。又，于其它实施例中，所述设备堆栈610以及所述半导体晶圆612的至少一部分会在单一激光射束的单次行进动作中沿着所述裁切道617被切割。如上面的讨论，图6C中的第二激光射束618虽然看似移除所述半导体晶圆612中足量的部分俾便露出所述下方DAF614；但是，特定的实施例却在所述DAF614的上方留下数微米的半导体材料，以便减少或是防止所述DAF614于蚀刻之前飞溅至所述半导体晶圆612的所述侧壁上。
图6D所示的是所述侧壁蚀刻步骤。在图6D中，图6C中由第二激光射束618所形成的所述原始侧壁620是以虚线来表示。所述侧壁蚀刻步骤会移除所述原始侧壁620的一部分(举例来说，包含HAZ的部分)，以便形成已蚀刻的侧壁622。
在图6E中，一第三激光射束624会裁切所述DAF614，以便让一第一晶粒626与一第二晶粒628分离。于其中一实施例中，所述第二激光射束618与所述第三激光射束624是由不同的激光源所产生及/或具有不同的激光参数。于另一实施例中，所述第二激光射束618与所述第三激光射束624代表相同的激光射束沿着所述裁切道617的不同的行进动作。如图6E中所示，利用所述第三激光射束624来处理所述DAF614会导致上面参考图4所讨论的DAF唇部或折部630。于其它实施例中，会使用一第二蚀刻步骤取代所述第三激光射束624来切割贯穿所述DAF614。此等实施例可以缩减或消弭所述DAF唇部或折部630。
图7所示的是根据其中一实施例的用以裁切一工作件的制程700的流程图，所述工作件包含一被形成在一硅基板之中或之上的设备堆栈，所述硅基板具有一被贴附至DAF的一背表面或底部表面。所述制程700包含利用一保护性涂层来涂布710所述工作件，用以避免碎屑影响切划制程与裁切制程。所述保护性涂层可能包含一液态树脂(举例来说，硅二醇共聚物(silicon glycol copolymer))。如上面所述，所述制程700进一步包含设备堆栈切划712，接着会进行硅激光裁切，其会至少部分裁切所述硅基板，但是会沿着一裁切道在所述DAF的上方留下数微米的硅。所述方法700进一步包含清洗716所述工作件，以便移除所述保护性涂层。举例来说，可以利用去离子水或是另一种溶剂来清洗所述工作件。所述制程700还包含蚀刻718在所述激光裁切期间被切入所述硅基板之中的一切口的侧壁。在蚀刻718之后，所述制程700包含DAF裁切720。在蚀刻718之后实施DAF裁切720会在蚀刻718期间减少或防止DAF出现在所述侧壁上，其会提高所述蚀刻718减少或移除HAZ的能力，因而提高晶粒破损强度。在蚀刻718之后实施DAF裁切720还会减少或防止已飞溅的DAF在后面的处理(举例来说，封装)期间产生铰链连接或者从所述侧壁处掉落。
图8所示的是根据其中一实施例的用以裁切一半导体晶圆的***800的方块图，所述半导体晶圆具有一被附着至一下方材料层的表面。于特定的实施例中，所述下方材料层包含DAF。于其它实施例中，举例来说，所述下方材料层包含金属。所述***800包含一第一晶匣810、一涂布站812、一第一激光处理头814、一清洗站816、一蚀刻站818、一第二激光处理头820以及一第二晶匣822。熟习本技术的人士从本文的揭示内容中便会理解，于其它实施例中，所述***800可能包含较少的组件(举例来说，单一晶匣及/或单一激光处理头)或是额外的组件。
所述第一晶匣810可能包含一载体，其会被配置成用以固持一由多个半导体晶圆所组成的堆栈，所述半导体晶圆会依序被装载(举例来说，通过一机器人)，用以让***800来裁切。所述涂布站812可能会旋转一半导体晶圆之上的保护性涂层710，用以避免碎屑影响切划制程以及裁切制程。所述第一激光处理头814包含：一激光源，用以产生一第一激光射束；以及一运动平台，用以提供所述第一激光射束相对于所述半导体晶圆的顶端表面的相对移动，以便沿着一或多条裁切道从所述顶端表面处至少部分裁切所述半导体晶圆。所述第一激光射束会在所述半导体晶圆之中形成一由多个侧壁所定义的切口。所述清洗站816接着会移除所述保护性涂层以及因所述第一激光射束所产生的任何碎屑。
所述蚀刻站818会蚀刻所述已至少部分裁切的半导体晶圆的所述侧壁，用以减少或移除因所述第一激光射束在所述侧壁之中所产生的热影响区带(HAZ)。接着，所述第二激光处理头820会沿着所述一或多条裁切道来切割贯穿所述下方材料层，以便将一晶粒与具有至少一预设晶粒破损强度的半导体晶圆分离并且产生一等于至少一预设最小良率的操作晶粒良率。在切割贯穿所述下方材料层之前先实施所述侧壁蚀刻会在所述侧壁的蚀刻期间减少或防止所述侧壁上来自所述下方材料层的碎屑。最后，所述晶粒会被装载至所述第二晶匣822之中，用以进行进一步处理。于特定的实施例中，所述第二激光处理头820会被一第二蚀刻站取代，如本文中的讨论，所述第二蚀刻站会被配置成用以利用蚀刻来切割贯穿所述下方材料层。因此，所述第二激光处理头820可能会被称为一「裁切站」。
图9A、9B、9C以及9D所示的是根据特定实施例被裁切的一工作件900的概略侧面透视图，所述工作件900包含一金属背衬914。所述工作件900包含被形成在一半导体晶圆912(举例来说，硅)上方的一或多个装置层910。于此范例中，金属914会被贴附至所述半导体晶圆912的背表面。
如图9B中所示，一裁切制程包含沿着所述工作件900的一线道918来第一次移动一激光射束916(举例来说，利用一X-Y平移平台在箭头的方向中提供激光射束916相对于所述线道918的相对运动)。所述激光射束916的第一次移动会通过移除所述一或多个装置层910来切划所述工作件900，以便沿着所述线道918来露出下方的半导体晶圆912。用于所述激光射束916的第一次移动的激光参数可能会被配置成用以处理所述一或多个装置层910的线道918之中的多种金属(举例来说，铜)与多种低k值介电质的组合。于一范例实施例中，会使用一UV或绿光激光源来产生所述第一次移动的激光射束916，其具有时间脉冲持续长度落在约12ns与约14ns之间的范围之中的多个脉冲。
如图9C中所示，所述裁切制程的下一道步骤包含沿着所述线道918来第二次移动所述激光射束916，用以切割贯穿所述半导体晶圆912。于所述第二次移动期间，所述激光射束916可能是由相同的UV或绿光激光源所产生，以便提供具有时间脉冲持续长度落在约1奈秒与约3奈秒之间的范围之中的多个激光脉冲。图中虽然并未显示；不过，线道918里面的侧壁接着会被蚀刻。在侧壁蚀刻之后，如图9D中所示，所述裁切制程的下一道步骤包含沿着所述线道918来第三次移动所述激光射束916，用以切割贯穿所述金属914。于所述第三次移动中，根据其中一实施例，所述激光射束916相对于所述工作件900的速度落在约100mm/s与约4,000mm/s之间的范围中，脉冲重复率落在约1kHz与约1MHz之间的范围中，光点大小落在约4μm与约12μm之间的范围中，脉冲能量落在约10μJ与约1,000μJ之间的范围中，而UV波长则落在约352nm与约355nm之间的范围中。于另一实施例中，在所述第三次移动中，所述激光射束916具有绿光波长(举例来说，约532nm)。又，于另一实施例中，在所述第三次移动中，所述激光射束具有IR波长(举例来说，通过CO2激光所产生)。熟习本技术的人士从本文的揭示内容中便会理解，于所述三次移动的每一次移动中也可以使用其它类型的激光或是激光参数。
熟习本技术的人士便会了解，可以对上面所述的实施例的细节进行许多改变，其并不会脱离本发明的基础原理。所以，本发明的范畴应所述仅由下面的申请专利范围来决定。
Claims (22)
1.一种裁切半导体晶圆的方法，所述半导体晶圆包含一顶端表面与一底部表面，所述底部表面会被附着至一下方材料层，所述方法包括：
产生一第一激光射束；
让所述第一激光射束相对于所述半导体晶圆的所述顶端表面进行相对移动，以便沿着一或多条裁切道从所述顶端表面处至少部分裁切所述半导体晶圆，所述第一激光射束会在所述半导体晶圆之中形成由侧壁所定义的一切口；
蚀刻已至少部分裁切的所述半导体晶圆的所述侧壁，用以缩减或移除因所述第一激光射束在所述侧壁之中所产生的一热影响区带(HAZ)；以及
沿着一或多条所述裁切道来切割贯穿所述下方材料层，以便将一晶粒与具有至少一预设晶粒破损强度的所述半导体晶圆分离并且产生至少等于一预设最小良率的操作晶粒的一良率，
所述侧壁蚀刻是在切割贯穿所述下方材料层之前先被实施，以便在所述侧壁的蚀刻期间减少或防止所述侧壁上来自所述下方材料层的碎屑。
2.如权利要求1的方法，其中，所述下方材料层包括一晶粒附着膜(DAF)。
3.如权利要求2的方法，其中，切割贯穿所述下方材料层包括：
产生一第二激光射束；以及
让所述第二激光射束沿着一或多条所述裁切道相对于所述DAF进行相对移动。
4.如权利要求3的方法，其中，所述第一激光射束包括具有一紫外光(UV)波长以及选择自由包括奈秒时间脉冲宽度与皮秒时间脉冲宽度的群组中的时间脉冲宽度的一脉冲式激光射束。
5.如权利要求4的方法，其中，所述第二激光射束包括具有一可见光波长以及奈秒时间脉冲宽度的一脉冲式激光射束。
6.如权利要求2的方法，其中，蚀刻所述侧壁包括利用被配置成用以从所述半导体晶圆处移除半导体材料的一第一蚀刻剂；以及
其中，切割贯穿所述下方材料层则包含利用被配置成用以移除所述DAF材料的一第二蚀刻剂。
7.如权利要求6的方法，其中，所述第一蚀刻剂包括一自发性蚀刻剂。
8.如权利要求7的方法，其中，所述自发性蚀刻剂包括二氟化氙(XeF2)。
9.如权利要求6的方法，其中，所述第二蚀刻剂包括一氧化物蚀刻剂。
10.如权利要求1的方法，其中，所述顶端表面包括一或多个装置层，其包含由多个彼此隔开的电子电路器件所组成的一图样，所述电子电路器件通过一或多条线道来分离，所述方法进一步包括：
在产生所述第一激光射束之前，涂敷一涂层至所述半导体晶圆，以便保护所述半导体晶圆，使其不会受到所述第一激光射束所产生的碎屑的影响；
在所述第一激光射束沿着一或多条所述裁切道进行第一次移动中，切划一或多个所述装置层；以及
在所述第一激光射束沿着一或多条所述线道进行第二次移动中至少部分裁切所述半导体晶圆之后并且在蚀刻所述侧壁之前，清洗所述半导体晶圆，以便移除所述涂层。
11.如权利要求1的方法，其中，所述下方材料层包括一金属。
12.如权利要求11的方法，其中，切割贯穿所述下方材料层包括：
产生一第二激光射束；以及
让所述第二激光射束沿着一或多条所述裁切道相对于所述金属进行相对移动。
13.如权利要求11的方法，其中，蚀刻所述侧壁包括利用被配置成用以从所述半导体晶圆处移除半导体材料的一第一蚀刻剂；以及
其中，切割贯穿所述下方材料层则包含利用被配置成用以移除所述金属的一第二蚀刻剂。
14.一种裁切半导体晶圆的激光处理***，所述半导体晶圆包含一顶端表面与一底部表面，所述底部表面会被附着至一下方材料层，所述***包括：
一第一激光处理头，用以产生一第一激光射束并且用以让所述第一激光射束相对于所述半导体晶圆的所述顶端表面进行相对移动，以便沿着一或多条裁切道从所述顶端表面处至少部分裁切所述半导体晶圆，所述第一激光射束会在所述半导体晶圆之中形成由侧壁所定义的一切口；
一第一蚀刻站，用以蚀刻已至少部分裁切的所述半导体晶圆的所述侧壁，以便缩减或移除因所述第一激光射束在所述侧壁之中所产生的一热影响区带(HAZ)；以及
一裁切站，用以沿着一或多条所述裁切道来切割贯穿所述下方材料层，以便将一晶粒与具有至少一预设晶粒破损强度的所述半导体晶圆分离并且用以产生至少等于一预设最小良率的操作晶粒的一良率，
其中，所述第一蚀刻站会在所述裁切站切割贯穿所述下方材料层之前先实施所述侧壁蚀刻，以便在所述侧壁的蚀刻期间减少或防止所述侧壁上来自所述下方材料层的碎屑。
15.如权利要求14的***，其中，所述第一激光射束包括一第一激光源，用以产生具有选择自由包括奈秒时间脉冲宽度与皮秒时间脉冲宽度的群组中的时间脉冲宽度的紫外光(UV)激光脉冲。
16.如权利要求14的***，其中，所述第一蚀刻站会使用一自发性蚀刻剂从所述半导体晶圆的所述侧壁处移除半导体材料。
17.如权利要求16的***，其中，所述自发性蚀刻剂包括二氟化氙(XeF2)。
18.如权利要求14的***，其中，所述下方材料层包括一晶粒附着膜(DAF)，且其中，所述裁切站包括一第二激光处理头，其包括一第二激光源，用以产生一第二激光射束，所述第二激光射束包括用以切割所述DAF的具有奈秒时间脉冲宽度的可见光激光脉冲。
19.如权利要求14的***，其中，所述下方材料层包括一金属背衬，且其中，所述裁切站包括一第二激光处理头，其包括一第二激光源，用以产生用于切割所述金属背衬的一第二激光射束。
20.如权利要求14的***，其中，所述下方材料层包括一晶粒附着膜(DAF)，且其中，所述裁切站包括用以切割贯穿所述DAF的一第二蚀刻站。
21.如权利要求14的***，其中，所述下方材料层包括一金属背衬，且其中，所述裁切站包括用以切割贯穿所述金属背衬的一第二蚀刻站。
22.如权利要求14的***，其进一步包括：
一涂布站，位于所述第一激光处理头的前面，用以将一保护性涂层涂敷至所述半导体晶圆；以及
一清洗站，位于所述第一激光处理头的后面以及所述第一蚀刻站的前面，用以从所述半导体晶圆处移除所述保护性涂层以及碎屑。
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