[发明专利]半导体器件的多波长激光微加工

说明书

相关申请

【0001】本申请要求2004年12月9日申请的美国临时专利申请No.60/635,054的权益。

版权公告

【0002】电子科学工业公司◎2005。本专利文献公开的部分内容包含受版权保护的材料。版权所有人对本专利文献或专利公开，如在美国专利商标局专利文件或记录那样的传真复制不反对，但保留联邦法规全书第37章1.71节(d)规定的所有版权。

技术领域

【0003】本发明一般涉及激光加工多层工件材料，特别是涉及使用基本无抖动、多波长激光能量分布图来进行半导体器件微加工从而获得高质量加工和可能的更小光斑尺寸，其中多波长激光能量能够或可以在激光能量分布图中交迭。

背景技术

【0004】IC器件制造工艺的产率通常受以下缺陷的影响：源于亚表面层或图案的对准波动，颗粒污染物，或是衬底材料自身中的缺陷。图1、2A和2B示出IC存储器件或工件12的重复电子线路10，该工件通常成行或列制造以便包括冗余电路元件14的多次重复，如存储器单元20的备用行16和备用列18。参考图1、2A和2B，电路10也被设计成包括在电触点24之间的特定激光可切割的电路链路22，例如，所述电路链路可被除去从而断开有缺陷的存储单元20，并以存储器件，如DRAM，SRAM，或嵌入存储器中的替换冗余单元26替代。类似的技术也用于切断链路从而程序化逻辑产品、门阵列、或ASIC。

【0005】链路22是以传统的约1.0微米链路宽度28，链路长度30，和距离邻近电路结构或元件34，如链路结构36约1.5微米或更小的元件与元件间距(中心到中心间隔)32设计的。链路尺寸和间距被器件制造商连续减小。虽然最主流的链路材料是多晶硅等成分，存储器制造商最近采用多种导电性更好的金属链路材料，这些链路材料包括，但不局限于铝、铜、金镍、钛、钨、铂、以及其他金属、诸如镍铬的金属合金、诸如氮化钛或氮化钽的金属氮化物、诸如硅化钨的金属硅化物、或其他类金属材料。

【0006】电路10、电路元件14、或单元20被测试以查看有无缺陷。要切断的供校正缺陷的链路是从器件测试数据确定的，且这些链路的位置被映射到数据库或程序中。激光脉冲被用于切断电路链路已经超过20年了。图2A和2B示出了撞击在链路结构36上的光斑尺寸直径40的激光光斑38，该链路结构由位于硅衬底42上并在钝化层叠层的成分层之间的链路22组成，该钝化层叠层包括上钝化层44(图2A中示出，但图2B中未示出)和下钝化层46(图2B中示出，但图2A中未示出)。图2C是图2B中的链路结构在链路22被激光脉冲除去后的局部截面侧视图。

【0007】现有技术使用仅由单一激光波长组成的激光脉冲进行半导体器件链路处理。1064纳米或1047纳米波长的单一激光脉冲已经被广泛应用于半导体存储芯片链路动态处理，这要求以单个脉冲为每个链路逐个切断独立链路，同时不停止光束定位器运动。1320纳米的激光脉冲在随后的金属链路处理中是优选的，因为它可以较少损伤硅衬底。利用UV激光进行链路处理也被提出并被实践。有些用户已经尝试了利用双脉冲处理粗(即，厚)铜链路。所有使用的激光脉冲都具有相同的波长。

【0008】有利于最小化硅衬底损伤和增强处理窗口的波长是1300纳米左右的波长，如转让给本专利申请受让人的美国专利No.5,265,114中所公开的。然而，1300纳米的最小实用激光束光斑尺寸约为1.7微米。半导体存储器芯片日益缩小的形体尺寸或链路尺寸要求1.4微米和更小的激光束光斑尺寸。使用UV光谱范围内的短波长，如转让给本专利申请受让人的美国专利No.6,057,180所公开的，可产生所需的小光束光斑尺寸并刺穿上钝化层，但要求该钝化层材料能吸收UV波长从而保护硅衬底。而且，链路结构设计应与下钝化层结构配合从而仅对下钝化材料造成较小的损伤。使用绿光/可见光范围内的短波长将带来对硅衬底造成高损伤的风险，这是因为硅衬底对绿光/可见光范围内波长的高度吸收。

【0009】半导体器件微加工所需的是一系列特殊激光脉冲，在按照多层结构中不同加工特征层排列的能量分布内，每个激光脉冲在不同的时间具有由不同激光波长构成的能量分布图。一个这样的能量分布图序列将是UV或绿光波长的激光脉冲能量分布图的第一部分，从而最佳地加工上钝化层和链路材料的顶部，然后是1.3微米波长的激光脉冲能量分布图的第二部分，以清除残留链路材料，同时限制对下钝化层和硅晶片衬底的损伤风险。

发明内容