[发明专利]用于以激光及等离子体蚀刻切割基板的多层掩模

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及半导体处理领域，尤其涉及当每个基板上具有集成电路(IC)时，用以切割基板的掩模方法。

现有技术的背景描述

在半导体基板处理中，于基板(亦称晶圆)上形成IC，基板通常由硅或其它半导体材料组成。一般使用各种材料(材料是半导电的、导电的或绝缘的)的膜层形成IC。使用各种已知工艺对此等材料进行掺杂、沉积和蚀刻而在同一个基板上平行且同时形成多个IC，例如存储器器件、逻辑器件、光伏打器件等等。

于器件形成之后，将基板放置在支撑构件(例如张挂在膜框架上的黏性膜)上，并“切割(dice)”该基板以使每个个体器件或“管芯(die)”彼此分开以进行封装，等等。目前两种最常用的切割技术为划线(scribing)和锯切(sawing)。就划线而言，使钻石尖头划线刀沿着预先形成的划线在基板表面上移动。当例如利用滚子(roller)施加压力时，基板会顺着这些划线分开。就锯切法而言，以钻石尖头锯刀沿着通道(street)切割基板。对于薄基板单体化，例如厚度＜150微米的块状硅单体化而言，常规方法仅能得到差劣的工艺质量。从薄基板上单体化管芯时所需面对的一些挑战可能包括微裂纹形成或不同层之间的分层(delamination)、无机介电层碎裂化(chipping)、保持严格切口宽度控制或精准消融深度控制。

虽然亦曾想过采用等离子体切割法，然而用于图案化光刻胶的标准平版印刷术可能使实施成本高得惊人。另一个可能妨碍实施等离子体切割法的限制条件是当以等离子体法处理常用金属(例如铜)而沿着通道进行切割时可能引发产品问题或产量限制。最后，取决于特别是基板的厚度和顶表面地形、等离子体蚀刻的选择性和可从存在于基板顶表面上的材料上选择性地移除掩模，该等离子体切割工艺的掩模操作可能存在一些问题。

概要

本发明的实施例包含掩模半导体基板以进行混合式(hybrid)切割工艺的方法，该混合式切割工艺包含激光划线和等离子体蚀刻两者。

在实施例中，一种切割具有多个IC的半导体基板的方法包括：在半导体基板上形成掩模(mask)，该掩模包含多个不同材料层，覆盖并保护IC。使用激光划线工艺对该掩模进行图案化，藉以提供具有多个间隙的图案化掩模，从而暴露该基板介于IC之间的区域。随后等离子体蚀刻该基板至贯穿该图案化掩模中的间隙以将IC单体化成芯片。

在另一实施例中，用于切割半导体基板的系统包含飞秒激光、等离子体蚀刻腔室及掩模沉积模块，且上述激光、腔室和模块皆耦合至同一个平台。一种用于切割具有多个IC的基板的系统，可包括：激光划线模块，用于对多层掩模进行图案化并暴露基板介于IC之间的区域；物理地耦合至激光划线模块的等离子体模块，用于通过对基板进行等离子体蚀刻来单体化IC；机器人移送室，用于将经激光划线的基板从激光划线模块移送至等离子体蚀刻模块，以及掩模形成模块或溶剂湿法清洁模块的至少一个，该掩模形成模块包括旋涂器或化学气相沉积(CVD)室。在进一步实施例中，激光划线包括飞秒激光，该飞秒激光具有小于或等于540纳米的波长以及小于或等于400飞秒的脉冲宽度。在进一步实施例中，掩模形成模块中的化学气相沉积(CVD)室用于沉积CVD碳层。在进一步实施例中，等离子体蚀刻腔室被耦合至SF₆以及C₄F₈和C₄F₆中的至少一个。

在另一实施例中，切割具有多个IC的基板的方法包括形成双层掩模，该双层掩模包含位于硅基板的正面上的可溶性材料层，例如聚(乙烯醇)的材料层。位于该可溶性材料层上的是非可溶性材料层，例如光刻胶或聚酰亚胺(PI)。双层掩模覆盖并保护设置在基板正面上的IC。IC包含铜凸块顶表面(copper bumped top surface)，该铜凸块顶表面具有被钝化层(例如聚酰亚胺(PI))所环绕的多个凸块(bumps)。位于这些凸块和钝化层下方的表面下薄膜包含低κ层间介电(ILD)层和铜互联层(layer ofcopper interconnect)。使用飞秒激光划线工艺对双层掩模、钝化层和表面下薄膜进行图案化以暴露出该硅基板介于IC之间的区域。使用深硅等离子体蚀刻工艺蚀刻硅基板至贯穿间隙，藉以切割IC，随后以湿法处理双层掩模以溶解可溶层并揭除非可溶层。