[发明专利]用于微加工的脉冲时间可程序化超快突发模式激光

说明书

技术领域

本发明揭示有关于激光微加工(laser micromachining)。特别是关于使用超快激光脉冲的突发(burst)的激光系统及方法。

背景技术

在半导体存储器阵列晶片制造完成之后，晶片曝光表面上的集成电路(IC)图案是以一钝化材料(passivating material)的电性绝缘层密封。典型的钝化材料包括合成树脂(resin)或者诸如聚亚酰胺(polyimide)的热塑性塑胶聚合物(thermoplastic polymer)。此最后″钝化(passivation)″层的目的在于防止晶片表面与周遭湿气产生化学反应、防护表面受环境微粒影响、以及吸收机械应力。钝化密封之后，晶片被安置于一电子封装之中，该电子封装内嵌允许该存储器单元被以探针检测及功能性测试的金属连接。当一备用存储器单元被判定故障之时，其通过切断该单元连接其在阵列中的邻接单元的金属连接，或称导线，以禁能该单元。通过″连接处理″或者″连接烧断″对个别存储器单元加以禁能系利用能够控驭激光光束能量的激光微加工设备达成，以选择性地在范围高度集中的小区域内移除连接材料而不致损伤移除标的邻近、下方、或上方的材料。选择性地处理一指定连接的实行可以是通过改变激光光束波长、光斑尺寸、脉冲重复率(pulse repetition rate)、脉冲形状、或者影响能量传送的其他空间或时间射束参数。

需要对存储器阵列或者其他形式IC晶片中的导电连接进行后处理的激光微加工制程是运用具有快速上升前缘(例如，具有1至2纳秒(nanosecond)上升时间)的陡峭脉冲以达成预定的品质、良率、以及可靠度。为了干净俐落地切断一连接，激光脉冲在切穿金属连接之前先穿透上方叠覆钝化层。现有固态激光的典型脉冲的上升缘随着脉冲宽度而改变。在连接处理中使用一具有5至20纳秒脉冲宽度和一和缓倾斜上升前缘的传统高斯型态激光脉冲往往在钝化层中造成一″过度凹陷(over crater)″，特别是若其厚度太大或不均匀时。过度凹陷降低了IC晶片的可靠度。

上方叠覆钝化层的破裂反应已由Yunlong Sun在其题为″半导体式元件的激光处理最佳化(Laser processing optimization of semiconductor based devices)″的博士论文(1997，Oregon研究院)中充分地加以分析。由于钝化层厚度是一重要的参数，一特定钝化层材料的最佳厚度可以由基于Sun的分析的模拟而决定。在IC生产期间，维持钝化层晶圆层次制程控制的困难度可能导致非最佳化的厚度以及晶圆与晶圆间较差的厚度一致性。因此，在后处理中所使用激光脉冲的最佳化特性可以有助于钝化层的错置尺寸以及变异源头的补偿。

编号No.6,281,471的Smart所提的美国专利案提出在连接处理中使用大致方波形状的激光脉冲。此一陡峭信号缘脉冲可以通过将一主振荡器激光连接一光纤放大器(MOPA)而产生。此低功率主振荡器运用一二极管激光，其能够产生一具有快速上升时间的方波形状脉冲。另一方面，受让予本专利申请案受让人，由Yunlong Sun等人提申的编号No.7,348,516的美国专利案指出，虽然一大致方波形状的激光脉冲具有一垂直上升缘，但其并非用于连接处理的最佳激光脉冲形状。反之，Sun等人在一实施例中揭示使用一形状类似椅子的特制激光脉冲形状，其具有一快速上升的峰值或者多重峰值以有效地处理连接，且信号强度之后急遽下降，而在关闭之前平稳维持于一较低的功率位准。此一特制激光脉冲，具有高峰值功率但低平均功率，经由所谓的脉冲分截(pulse slicing)技术成功产生，可以通过光电式调变(electro-optical modulation；简称EOM)或声光式调变(acousto-optical modulation；简称AOM)实施。举例而言，一传统的主动式Q型开关固态激光提供具有高强度及高脉冲能量的纳秒级种子脉冲，且随后一光回圈分截装置将一标准激光脉冲转换成一预定的特制脉冲形状。

由Xiaoyuan Peng等人提申，受让予本专利申请案受让人的编号No.12/057,264美国专利申请案教示一光回圈分截机制，实施于一诸如用于半导体连接处理的紫外线(UV)激光系统。或者，一特制激光脉冲可以由使用一增益光纤(gain fiber)做为功率放大器的MOPA产生。使用MOPA的优点在于其在一特定的固定频率下构建出一稳定的信号源。