切割半导体衬底的方法及对应的半导体产品

本申请要求享有意大利于2019年12月18日提交的第102019000024436号专利申请的优先权，该申请的内容在此通过引用法律允许的最大范围被并入。

技术领域

本说明书涉及切割半导体衬底(晶片)。

例如，在从半导体衬底移除与测试元件组(TEG)相关联的集成电路装置时，可以施加一个或多个实施例。

背景技术

例如，半导体衬底(晶片)通常在单独的半导体芯片或裸片的所谓“切单(singulation)”期间被切割。

切割可能涉及晶片切割，即由刀片切割。

锯切可能由于其遵循切割(划线)线的能力而有利，其可以包含用于测试元件组(TEG)图案的集成电路装置。这些集成电路装置可以呈现出材料不均匀性(特别是金属与电介质)，这可以使TEGs对于通过刀片切割去除是关键的。事实上，不均匀性可能导致在硅中引起碎裂/裂纹以及金属上的悬挂材料。

在一些技术中，切割可以涉及(附加的)激光开槽步骤，其中使用刀片完成切割，通过施加激光束能量在(整个长度)的期望的切割线上创建第一通道。

激光开槽也可能在硅金属层/电介质中引起损坏。此外，虽然某些基于激光的技术(例如“哈森切割”，激光在激光处理期间重复地接通-关断)可以有助于根据开关设置来处理不同的形状，但是常规的激光开槽不允许沿锯切路径简单地修改激光参数。

可以采用诸如等离子体切割的其他技术，以具有避免平衡不必要的碎裂的处理被在划线中没有金属的晶片所限制的可能性。

附加地，尽管有某些可能的优点，但是常规的切割技术可能呈现出缺陷，诸如长处理时间、管芯强度减小、有源区污染(如果没有适当地保护)。

在本领域中存在有利于克服前述讨论的缺点技术的需要。

发明内容

一个或多个实施例可以涉及一种方法。

一个或多个实施例可以涉及对应的半导体产品。

一个或多个实施例可以被施加到切割几乎任何类型的半导体衬底或包括这种衬底的产品。

一个或多个实施例可以提供晶片切割处理，其可以在某种程度上“意识到”沿锯切路径的测试结构设计。因此，一个或多个实施例可以促进放宽前端/后端(FE/BE)约束。

在一个或多个实施例中，在常规刀片锯切之前，激光烧蚀可以(仅)被施加到某些关键部分(例如，要移除的TEG)。因此，与常规的激光开槽步骤相比，可以减少处理时间，并且可以同样地减少由管芯侧壁和顶部金属上的热作用引起的损坏。

在一个或多个实施例中，可以基于某个芯片的图形数据库系统(GDS)信息来识别期望的激光烧蚀目标区。

一个或多个实施例可以提供具有一个或多个切割边缘的半导体产品，该切割边缘包括烧蚀部分(熔合)，该烧蚀部分可以(仅)与锯切切割的部分区分，只要这些部分可以呈现条纹。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图来描述一个或多个实施例，其中：

图1是实施例的使用的可能背景的示例；

图2是在半导体衬底中的切割线处的常规刀片锯切的可能结果的示例；

图3是基本上沿图1中的箭头III的视图，该视图以放大比例再现并且在实施例中的切割线处是选择性激光烧蚀的可能结果的示例；

图4是在图3中示例的选择性激光烧蚀之后的刀片锯切的可能结果的示例；以及

图5是实施例中可能的激光烧蚀图案的示例。

应当理解，为了清楚和易于描述，各个附图可能未按相同的比例绘制。

具体实施方式

在以下描述中，给出了各种具体细节以提供对本说明书的各种示例性实施例的透彻理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者利用其它方法、部件、材料等实践实施例。在其他示例中，没有详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免模糊实施例的各个方面。贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在贯穿本说明书的各个地方出现可能的出现不一定都指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。

本文提供的标题/参考仅仅是为了方便，并且因此这些标题/参考不解释保护范围或实施例的范围。

参考图1和图2。如前所述，借助于刀片的锯切是在切割线C10处切割半导体衬底10(为简单起见，将在以下简称为任何已知类型的半导体晶片)中采用的常规方法。

再为简单起见，线C10将被假定为直线：如以下所讨论的(例如，结合图5)，一个或多个实施例可以在切割方向上呈现柔性。

如图1中所例示的，在线C10处切割晶片10可以涉及切割(并且实际上去除)与一个或多个测试元件组(TEG)图案相关联的集成电路装置。在图1中以示例的方式示出了用于这些TEG中的两个TEG(指定为121和122)的集成电路装置。

某些TEG(诸如，在切割线的方向上具有简单形状和/或短长度的TEG)对于刀片切割不是特别关键：图1的左手侧上的短矩形TEG121是这些的示例。

相反地，其它TEG，诸如在图1的中心处的TEG 122，其具有不均匀的形状和/或在切割线的方向上的一定长度，将对于刀片切割变得至关重要。

注意，TEG的形状和/或长度可以主要与如在本文的某些附图中可见的集成电路装置的顶部金属有关。

这些关键的TEG可能由于刀片锯切而呈现碎裂，这可能损坏相关联的设备(例如集成电路或IC)和/或影响其可靠性。

图2中示意性地表示了此不期望的效果，其中在切割线C10的两侧上示出了两对剩余物121’和剩余物122’，由晶片10的刀片锯切产生，如在图2的左手侧的B处示意性指示的。

这可能导致严重的情况，其中碎裂影响设备的触摸凹槽：此情形是关键的，只要该情形可能导致操作期间的设备故障。

即使不希望受限于这方面的任何具体理论，使用刀片移除某些TEG的关键性的可能解释可以在于待锯切的材料中的不均匀性，这可能引起在硅中的碎裂/裂纹以及在金属上的“悬挂(dangling)”材料。

可以认为两个主要性质可能使TEG较为关键：TEG长度(在切割线C10的方向上)和TEG形状。

具有复杂形状的较长的(多个)TEG(例如，参见图1中的122)是最关键的TEG，并且最可能因为锯切晶片而导致碎裂。

如常规实现的激光开槽可以同样地引起硅金属层/电介质中的损坏。此外，使用能够仅烧蚀选定几何形状的激光机器，沿切割路径改变激光参数在常规激光开槽中可能是关键的。

出于该原因，激光开槽可以用于某些类型的晶片(低K材料，即相对于二氧化硅具有小的相对介电常数的材料是这些低K材料的示例)，以便通过沿整个晶片切割路径街道(street)创建凹槽来促进后续的刀片锯切。

这可以提供改进的锯切质量，但是导致更长的处理时间且降低管芯强度。

观察到，激光开槽还会在管芯侧引起损伤，并且可能需要在激光处理期间保护有源区，以便在未被适当地保护的情况下抵消不期望的有源区污染。

类似地观察到，在抵消碎裂的同时，等离子体切割几乎不与锯切路径中的金属TEG兼容。此外，等离子体切割是一种高成本技术。

一个或多个实施例可以基于如下认识：通过激光束能量(烧蚀)选择性地去除(至少部分)关键的TEG可以促进更平滑的子顺序刀片锯切动作，同时克服了如前述的常规切割技术的缺点。

这种去除是“选择性”的，这表明，在一个或多个实施例中，可以仅向某些位置(例如，图1的“关键”TEG122)施加激光束烧蚀能量，同时避免向其它位置施加激光束烧蚀能量(例如，图1的“非关键”TEG121)。

如下面结合图5所讨论的，激光束能量的选择性施加(例如，用于TEG去除)可以遵循期望的图案，例如，根据TEG设计和沿切割线C10的位置的曲线(非直线)路径。

图3例示了经由(仅)在TEG(诸如122)处施加的激光束LB的烧蚀的可能结果，并且图4例示沿切割线C10执行的锯切(在图4的左手侧上的B处再次示意性地指示)，以覆盖先前烧蚀的区域(在关键的TEG 122处)和非烧蚀区域(在非关键的TEG121处)两者。

因此，一个或多个实施例可以促进经由激光束能量选择性可靠地去除关键的TEG。

因此，与常规激光开槽(在切割线的整个长度上执行)相比，处理时间减少，而对管芯侧壁和顶部金属的激光热作用也减少。

可以类似地减小常规刀片切割(诸如，碎裂)的不期望效果，因此提供具有基本上免除碎裂的切割边缘的半导体衬底(晶片)。

如本文所使用的，“基本上免除碎裂”旨在标识半导体衬底中的切割边缘，在包括半导体衬底(半导体晶片)的制造设备领域中的技术人员将认为该切割边缘免除碎裂/裂纹。

在一个或多个实施例中，TEG可以基于制造规范(例如，与TEG材料/TEG几何结构(尤其是长形状的(多个)TEG)相关的图形数据库系统(GDS)信息)而被识别为对于晶片锯切预期而言较为关键。

在一个或多个实施例中，仅一些TEG可以因此被激光束“烧蚀去除(burned away)”(烧蚀)。与施加到整个切割(划线)线的激光开槽相比，这导致更快的处理。

一个或多个实施例促进改进的处理调谐，只要可以基于图形数据库系统(GDS)信息(例如，通过遵循TEG几何形状的能力)为每个单独的TEG选择(定制)激光束参数。

如图5中所例示的，在一个或多个实施例中，来自激光源14的激光束LB(如下，已知类型的)可以在常规激光束控制电路装置140的控制下在整个区域(例如关键TEG)的几何形状上(如本领域技术人员已知的)沿可能的非线性扫描路径“转向(steered)”，图5中的螺旋轨迹LP1和闭环轨迹LP2所例示的可能的该非线性扫描路径，具有选择针对每个不同区域定制的足够的激光图案参数/策略的能力(例如TEG)。

如在图5中例示的，因此可以使激光束LB仅“跳到(jump)”待烧蚀的位置(例如，诸如122的关键的(多个)TEG)，而不影响相邻的“无切割(no-cut)”(无激光切割)区域NCZ，该无切割区域NCZ可能包括一个或多个非关键的TEG，诸如121。

在这方面，一个或多个实施例可以依赖于(例如，与常规的哈森切割技术相比较)，在以下特征中的一个或多个：可以使激光开/关区的边缘的位置取决于TEG沿切割线的开始/结束(例如，基于可用于激光控制电路140的GDS信息)；横向于切割线C10的烧蚀区的横向延伸或宽度可以同样地根据TEG形状而变化(例如，基于对于激光控制电路140可用的GDS信息，例如，具有轨迹LP1、轨迹LP2的不同宽度)；并且关于TEG的形状和/或长度，烧蚀本身(烧蚀能量)也可以是选择性的。

一个或多个实施例适于由当前可用的各种类型的激光器来实现，该激光器诸如LPKF Laser&Electronics(参见lpkf.com)、

一个或多个实施例便于在选择根据待烧蚀的各种类型的半导体区域的操作参数时实现高柔性(TEG只是这些的示例)。

在实施例中的操作参数的可能范围可以包括：对于脉冲激光器，微微的脉冲重复率是从50kHz到2000kHz，毫微微的值是100MHz；激光束功率是从0.5W到2W(低功率)，其中较高的功率值(诸如，50W)预期不会涉及大部分应用；衬底处的激光束光斑直径从10微米到100微米(假定圆形形状)；被施加到衬底的特定激光束功率取决于衬底类型而可调节，例如，电介质相对于金属的情况可以是从25W/mm

例如，在激光烧蚀限于少量关键TEG的情况下，示例性激光参数可以包括：功率＝1.5W；脉冲频率＝400kHz；扫描速度＝500mm/s；光斑直径＝23微米；光斑重叠＝15微米；以及作业重复＝10。

在一个或多个实施例中，与常规激光开槽相比，半导体的受热影响的区被减少并且激光处理时间可以小于减半。

与激光开槽相比，一个或多个实施例可以促进在激光扫描之后减少燃烧/熔化的颗粒，只要较少的材料被熔化。

与涉及计数器有源区污染的保护的过程相比，可以降低处理成本。

如所讨论的，可以容易地调谐激光束烧蚀能量(例如，以选择性地移除TEG)，可能采用实时激光参数调整(例如，如在140处实现的)，从而将每个单个TEG拟合在切割(划线)线中。

一个或多个实施例通过分配由刀片锯切引起的碎裂(其可以向上延伸到半导体芯片的有源区)来提供锯切质量的明显改进(例如，在关键的(多个)TEG的区域中)。

如本文所例示，在具有长度的切割线(例如，C10)处切割半导体衬底(例如，10)的方法可以包括：在切割线处向所述半导体衬底选择性地施加激光束烧蚀能量(例如，LB、14)，其中该半导体衬底包括在所述切割线处的至少一个烧蚀区域(例如，在122处)和至少一个未烧蚀区域(例如，在121或NCZ处)，并且在所述切割线的(整个)长度上刀片锯切(例如，B)所述半导体衬底，其中由于所述刀片锯切(B)，所述半导体衬底在所述至少一个烧蚀区域和所述至少一个未烧蚀区域都被切割。

在如本文所例示的方法中，半导体衬底在所述切割线处可以包括至少一个易碎裂区域(例如，在TEG122处)，并且该方法可以包括向所述至少一个易碎裂的区域施加激光束烧蚀能量，其中由于所述刀片锯切在所述至少一个易碎裂区域处基本上不存在碎裂，因此在所述至少一个激光束烧蚀的易碎裂区域处切割所述半导体衬底。

在如本文所例示的方法中：半导体衬底可以包括在所述切割线处的至少一个测试元件组TEG(例如，122)；并且方法可以包括在所述切割线处向所述至少一个测试元件组TEG施加激光束烧蚀能量，其中作为所述刀片锯切的结果，在所述切割线处在所述测试元件组TEG处切割所述半导体衬底。

在如本文所例示的方法中：半导体衬底可以包括在所述切割线处的多个测试元件组TEG(例如121、122)；并且该方法可以包括将至少一个测试元件组TEG(例如121)留在免除施加激光束烧蚀能量的所述多个测试元件组TEG(例如121、122)中，其中(仅)由于所述刀片锯切，所述半导体衬底在免除了激光束烧蚀能量的施加的所述至少一个测试元件组TEG上切割，。

如本文例示的方法可以包括(例如，基于GDS信息/数据)从所述多个测试元件组TEG(例如，121、122)中选出免除施加激光束烧蚀能量(根据沿所述切割线的形状或其长度中的一个)的所述至少一个测试元件组TEG(例如，121)。

如本文所例示的方法可以包括从所述多个测试元件组TEG(例如121、122)中选出免除施加激光束烧蚀能量的至少一个测试元件组TEG(例如121)，由于该测试元件组沿所述切割线的长度小于关键长度。

如本文所例示的方法可以包括沿所述切割线选择大约等于250微米的所述关键长度。

在如本文所例示的方法中，向半导体衬底选择性地施加激光束烧蚀能量可以包括在布置在所述切割线处(C10)的半导体衬底(10)的至少一个区域(122)上的曲线路径(例如，参见图5中的螺旋状路径LP1、路径LP2)中扫描激光束。

如本文所例示的半导体产品可以包括半导体衬底(例如10)，该半导体衬底具有在具有长度的切割线(例如C10)处切割的至少一个边缘(在切割线C10上方和下方的图4中示出的边缘中的任一个可以是这样的切割边缘的示例)，其中所述至少一个边缘包括至少一个激光束烧蚀区域(例如，122’)和至少一个未烧蚀区域(例如，121’)，其中所述至少一个边缘在所述至少一个烧蚀区域和所述至少一个未烧蚀区域两者处在所述切割线的长度上被刀片切割(例如，B)。

如本文例示的半导体产品可以包括在所述至少一个边缘处切割测试元件组TEG(例如，122)的至少一个剩余物(例如，122’)，其中所述至少一个边缘包括在切割测试元件组TEG(122)的所述至少一个剩余物处的激光束烧蚀区域。

如本文所例示的半导体产品可以包括在所述至少一个边缘处切割测试元件组TEG的多个剩余物(例如，121’、122’)，其中切割测试元件组的至少一个剩余物(例如，121’)，所述多个切割测试元件组的剩余物中的TEG位于所述至少一个边缘中免除激光束烧蚀的区域(例如，NCZ)处。

细节和实施例关于本文所公开的内容以及可以在不脱离保护范围的情况下仅作为示例而变化。

权利要求是如本文所提供的实施例的技术公开的组成部分。

保护范围由所附权利要求确定。