Low－K材料简介

在半导体制程中，Low－K是相对于二氧化硅具有小的相对介电常数的材料（主要有SiOF，SiOC以及几种有机Low－K材料等）；其主要应用在0.13um及以下工艺技术中，配合铜互连工艺技术，目的是减小电路的寄生电容（Cu是为了减小寄生电阻，因其电阻率较Al小很多），从而实现更快的开关速度和更低的散热量。因此，Low-K工艺是目前业界发展的重点，特别是在逻辑运算，存储等领域。Low－K材质在芯片中的位置是处于金属互连层之间。

Low－K材料加工方法

Low-K材料及铜质材料，难以用普通的金刚石刀轮进行切割加工，原因是金刚石刀轮直接作用会导致Low-K材料的飞溅和外观不良（如崩缺，裂纹，钝化/金属层掀起等现象）。解决此问题需先去除晶圆表面的Low-K以及铜质金属层，之后再用刀轮切割衬底材料。

现在市场上主流的Low-k去除技术是激光开槽技术。激光开槽技术是将短脉冲激光聚焦到晶圆表面，脉冲激光被Low-K层和铜质材料持续吸收，当吸收一定能量后，Low-K层和铜质材料会被瞬间汽化或熔化，从而达到材料去除的效果。

创新性Low－K材料激光加工工艺方案

双细线加工 + 双宽线开槽（Dual Narrow trenching+ Dual Wide Laser Scan）：用Dual Narrow方式先在切割道内距边缘10μm处切两条8~10μm左右宽度的保护槽；再使用Dual Wide方式，根据切割道宽度，开槽25~60μm（如下图）。

＊常规激光切割功能选择：双细线间距可调范围：0~80μm，宽线宽度可调范围：15~50μm（可根据实际需求定制光路）；

＊4种切割功能随意组合，高精度快速切换（如下图）；

＊加工能力：

加工速度250~600mm/s 

开槽宽度25~60μm（可定制）

晶圆厚度50~760μm 

开槽深度≥10μm

可加工切割道宽度≥35μm 

热影响区域≤2μm

Low－K激光开槽工艺优势

1、激光脉冲宽度（皮秒/ps）

热影响

皮秒激光的先天优势，可将热影响区域降至2μm以内。

激光开槽SEM图像

终端客户针对TI（德州仪器）的某些产品做过对比，有些产品的PATTERN采用UV laser方案很容易爆点，有些位置（淡绿色非金属区）会在表面形成炸点，无法开槽。

我司采用Green Laser方案的设备均不会出现。

槽形

紫外纳秒激光在开槽标准参数重频为40KHz的条件下，底部有1~2μm锯齿状的起伏。

绿光皮秒激光开槽所用重频为400~500KHz。光斑重叠率增大，底部均匀性提高，而且效果一致性会更高。

激光开槽3D形貌分析，平均深度12~13μm，呈U形

激光开槽FIB图像

2、激光波段（绿光）

Green Laser开槽时在Metal Layer不产生侧面金属结晶的主要原因：

1、金属对Green Laser吸收率较UV Laser为佳；

2、皮秒的高频短脉冲激光形成的冷加工方式使得Narrow beam开槽时不易侧面金属结晶。

3、独创的激光光束传输系统

平顶光（Top Hat）整形方案：通过软件对旋转电机角度的精确控制，实现不同尺寸Top Hat的随意切换，进而实现不同宽度的激光开槽作业,同时亦能保证开槽底部的平整性。

工艺效果对比

绿光皮秒激光开槽在其它材料以及领域中的应用前景

特殊规格的绿光皮秒激光器+特制的光束整形系统（已申请国家发明专利）不仅可以高质量、高效率的解决Low-k晶圆片的表面开槽问题，在其它材料以及微加工领域中也有着巨大的应用潜力。例如：利用粗线宽度的可调整性，可以实现多种材料的快速、有效去除（e.g. LED晶圆片背金层、晶圆片表面粘结胶层等）；利用细线间距和粗线宽度的可调整性，可同时实现双光点单轨、双轨以及四轨加工，成倍的提升激光加工效率；也可利用皮秒级绿光激光器的加工特性，对玻璃、陶瓷以及各种金属材料进行高效、高质量的激光加工作业。

灵活可调、稳定高效是我们基于low-k激光开槽工艺技术方案的出发点和落脚点，这点亦得到了客户的极大认可。我们将秉承着创新的理念，带着我们的方案为中国半导体封装领域贡献出属于自己的一份力量。