半導體器件的多波長雷射微加工的製作方法

2023-08-05 14:06:56

專利名稱：：半導體器件的多波長雷射微加工的製作方法
技術領域：
：0003本發明一般涉及雷射加工多層工件材料，特別是涉及使用基本無抖動、多波長雷射能量分布圖來進行半導體器件微加工從而獲得高質量加工和可能的更小光斑尺寸，其中多波長雷射能量能夠或可以在雷射能量分布圖中交迭。
背景技術：
：0004IC器件製造工藝的產率通常受以下缺陷的影響源於亞表面層或圖案的對準波動，顆粒汙染物，或是襯底材料自身中的缺陷。圖1、2A和2B示出IC存儲器件或工件12的重複電子線路10，該工件通常成行或列製造以便包括冗餘電路元件14的多次重複，如存儲器單元20的備用行16和備用列18。參考圖1、2A和2B，電路10也被設計成包括在電觸點24之間的特定雷射可切割的電路鏈路22，例如，所述電路鏈路可被除去從而斷開有缺陷的存儲單元20，並以存儲器件，如DRAM，SRAM，或嵌入存儲器中的替換冗餘單元26替代。類似的技術也用於切斷鏈路從而程序化邏輯產品、門陣列、或ASIC。0005鏈路22是以傳統的約1.0微米鏈路寬度28，鏈路長度30，和距離鄰近電路結構或元件34，如鏈路結構36約1.5微米或更小的元件與元件間距(中心到中心間隔)32設計的。鏈路尺寸和間距被器件製造商連續減小。雖然最主流的鏈路材料是多晶矽等成分，存儲器製造商最近採用多種導電性更好的金屬鏈路材料，這些鏈路材料包括，但不局限於鋁、銅、金鎳、鈦、鎢、鉑、以及其他金屬、諸如鎳鉻的金屬合金、諸如氮化鈦或氮化鉭的金屬氮化物、諸如矽化鎢的金屬矽化物、或其他類金屬材料。0006電路10、電路元件14、或單元20被測試以查看有無缺陷。要切斷的供校正缺陷的鏈路是從器件測試數據確定的，且這些鏈路的位置被映射到資料庫或程序中。雷射脈衝被用於切斷電路鏈路已經超過20年了。圖2A和2B示出了撞擊在鏈路結構36上的光斑尺寸直徑40的雷射光斑38，該鏈路結構由位於矽襯底42上並在鈍化層疊層的成分層之間的鏈路22組成，該鈍化層疊層包括上鈍化層44(圖2A中示出，但圖2B中未示出)和下鈍化層46(圖2B中示出，但圖2A中未示出)。圖2C是圖2B中的鏈路結構在鏈路22被雷射脈衝除去後的局部截面側視圖。0007現有技術使用僅由單一雷射波長組成的雷射脈衝進行半導體器件鏈路處理。1064納米或1047納米波長的單一雷射脈衝已經被廣泛應用於半導體存儲晶片鏈路動態處理，這要求以單個脈衝為每個鏈路逐個切斷獨立鏈路，同時不停止光束定位器運動。1320納米的雷射脈衝在隨後的金屬鏈路處理中是優選的，因為它可以較少損傷矽襯底。利用UV雷射進行鏈路處理也被提出並被實踐。有些用戶已經嘗試了利用雙脈衝處理粗(即，厚)銅鏈路。所有使用的雷射脈衝都具有相同的波長。0008有利於最小化矽襯底損傷和增強處理窗口的波長是1300納米左右的波長，如轉讓給本專利申請受讓人的美國專利No.5，265，114中所公開的。然而，1300納米的最小實用雷射束光斑尺寸約為1.7微米。半導體存儲器晶片日益縮小的形體尺寸或鏈路尺寸要求1.4微米和更小的雷射束光斑尺寸。使用UV光譜範圍內的短波長，如轉讓給本專利申請受讓人的美國專利No.6,057,180所公開的，可產生所需的小光束光斑尺寸並刺穿上鈍化層，但要求該鈍化層材料能吸收UV波長從而保護矽襯底。而且，鏈路結構設計應與下鈍化層結構配合從而僅對下鈍化材料造成較小的損傷。使用綠光/可見光範圍內的短波長將帶來對矽襯底造成高損傷的風險，這是因為矽襯底對綠光/可見光範圍內波長的高度吸收。0009半導體器件微加工所需的是一系列特殊雷射脈衝，在按照多層結構中不同加工特徵層排列的能量分布內，每個雷射脈衝在不同的時間具有由不同雷射波長構成的能量分布圖。一個這樣的能量分布圖序列將是uv或綠光波長的雷射脈衝能量分布圖的第一部分，從而最佳地加工上鈍化層和鏈路材料的頂部，然後是1.3微米波長的雷射脈沖能量分布圖的第二部分，以清除殘留鏈路材料，同時限制對下鈍化層和矽晶片襯底的損傷風險。
發明內容0010本發明的優選實施例要求使用來自兩個或更多雷射器的不同波長的雷射脈衝，從而形成具有由能量分布圖內在不同時間的不同雷射波長組成的能量分布圖的雷射脈衝，其具有少量抖動或無抖動，該雷射脈衝入射在多層結構上或用來加工多層結構。其他的雷射參數可以相同也可以不同。半導體器件鏈路加工是參考鏈路切割作為優選實施例描述的。按照參考優選實施例描述的本發明的雷射脈衝的雷射使用也可以應用到其他雷射加工操作中，例如鑽通孔。通常，雷射脈衝能量分布圖的第一部分是短波長，例如UV或綠光波長，然後是較長波長的雷射脈衝能量分布圖的第二部分，例如可見光或IR波長。UV/綠光雷射能量和可見光/IR雷射能量之間的時間延遲是可以基於工藝和耙結構控制的。UV/綠光雷射能量切割或割裂上鈍化層並除去部分鏈路材料；接著，後續的可見光/IR雷射能量除去殘留鏈路材料。可見光/IR雷射能量的使用帶來對下鈍化層的較小的損傷風險。因為在鏈路結構己經部分被UV或綠光雷射脈衝加工後需要較少的可見光/IR雷射能量，所以可見光/IR雷射脈衝損傷矽晶片襯底的風險要小得多。0011按照本發明加工半導體器件鏈路有幾個特徵或方面。第一個特徵是在不同時間以包括不同雷射波長的所需的能量分布圖形成雷射脈衝。能量分布圖被很好地控制，且在不同雷射波長的雷射能量之間有短暫的時間抖動或者沒有時間抖動，從而保持整個雷射脈衝能量分布圖穩定。第二個特徵是在鏈路結構的不同鏈路加工階段選擇不同的優選雷射能量水平和波長，例如首先使用UV或綠光雷射能量，然後使用可見光/IR雷射能量。第三個特徵是藉助由所需能量分布圖和波長區段(division)組成的雷射脈衝實施鏈路加工系統，從而動態加工半導體器件鏈路。0012本發明使得能夠以較窄的鏈路寬度、較密的間距尺寸、較高的厚度-寬度比、以及更複雜的鈍化層結構和工藝脆弱的鈍化材料實現鏈路加工。在由UV和可見光雷射能量組成的雷射脈衝的情形中，上升邊雷射能量加工上鈍化層(其產生大燒蝕坑或引起鈍化結構中形成裂縫的風險較小)，而下降邊可見光/IR雷射能量除去殘留鏈路材料(其對下鈍化層和矽襯底產生損傷的風險較小)。當可見光雷射能量被選擇為綠光和藍光光譜時，相對使用單一IR雷射波長的現有技術，總的有效雷射束斑尺寸被顯著減小。基於鏈路結構，UV和IR/可見光雷射能量的參數和它們的時序可調整以便獲得最好的結果。0013能量分布圖包括不同雷射波長的基本無抖動形式的雷射脈沖提供穩定且唯一的雷射能量分布圖，該能量分布圖具有多個在不同波長處的能量峰值，且抖動時間減小並受控制。通過同步驅動信號驅動不同波長的各雷射能量發生器減小雷射脈衝能量分布圖抖動，通過注入鎖定啟動在不同的雷射波長的雷射能量積累，或這兩種措施都能實現短峰間間隔的可控時移波長峰。0014本發明額外的方面和優點將從下面優選實施例的詳細描述中看出，這些描述是參考附圖進行的。0015圖1是DRAM的一部分的示意圖，其示出了在通用電路單元的備用行中的可編程鏈路的冗餘布局以及該可編程鏈路。0016圖2A是傳統的大半導體鏈路結構的局部截面側視圖，該鏈路結構接收具有現有技術脈衝參數的雷射脈衝。0017圖2B是圖2A中鏈路結構和雷射脈衝以及鄰近電路結構的局部俯視圖。0018圖2C是圖2B的鏈路結構的局部截面側視圖，其中鏈路結構己經被現有技術雷射脈衝除去。0019圖3是雷射系統實施例的簡化總方框圖，該實施例配置有兩個由注入鎖定耦合的雷射頭，其輸出被用來形成脈衝雷射輸出光束，且脈衝能量分布圖由兩種不同波長組成。0020圖4A和4B示出了用來形成圖4C所示的特定形狀的雷射脈衝能量分布圖的不同雷射波長的系列雷射能量的例子，其中在來自圖3中兩個雷射頭的不同波長處有兩個部分交迭的能量峰。0021圖5A，5B和5C示出了用來形成特定形狀的雷射脈衝能量分布圖的不同雷射波長的系列雷射能量的例子，該特定形狀的雷射脈衝能量分布圖在來自圖3中兩個雷射頭的不同波長處有兩個未交迭的能量峰。0022圖6A是用於組合兩個脈衝雷射輸出的現有技術系統的簡化總方框圖。0023圖6B是示波器軌跡，其示出由圖6A的現有技術雷射脈衝組合系統展示的雷射脈衝抖動的效果。0024圖7是示波器軌跡，其示出由按照本發明實施的雷射脈衝產生系統實現的雷射能量分布圖。0025圖8是雷射脈衝產生系統實施例的簡化方框圖，該實施例配置有應用到兩個雷射頭Q開關的同步RF驅動信號，這兩個雷射頭的輸出形成脈衝的或以脈衝形式發送的簡稱脈送的(pulsed)雷射能量，其由不同波長的穩定輸出能量分布圖表徵。0026圖9A和圖9B示出圖8的RF信號驅動器的可替換實施例。具體實施例方式0027優選實施例使用發射具有不同波長和其他相同或不同的雷射參數的雷射脈衝能量的兩個雷射頭，從而形成特定形狀的雷射能量分布圖來加工在圖1和圖2A-2C所示類型的集成電路晶片上的導電性鏈路，其中雷射能量分布圖在不同雷射波長有多個能量峰。0028一個優選實施例要求在雷射能量分布圖開始時使用從UV諧波波長雷射頭髮射的雷射能量，該雷射能量分布圖在工藝時序開始時產生，然後是來自可見光波長的雷射頭的雷射能量，如綠光或藍光雷射。UV雷射能量峰和可見光雷射能量峰之間的時間延遲可根據工藝和靶結構控制，並且實際上可在0納秒到300納秒-500納秒之間。在500納秒時間範圍內，光束定位系統(未示出)移動小於0.1微米；從而雷射能量分布圖中的兩個雷射能量峰動態入射(即，定位系統保持移動)到同一鏈路寬度，如單一雷射脈衝的情形那樣。0029由於UV雷射能量的鈍化材料的吸收，UY雷射能量要麼直接刺穿鏈路上的鈍化層，要麼上鈍化層沿雷射束路徑經歷溫度增加，從而導致可靠和一致的上鈍化層割裂(mpture)，而不會導致鈍化層結構破碎(cmck)。這在鏈路寬度窄、鏈路厚度-寬度比高、以及在鏈路底部鈍化層結構脆弱或鈍化層由脆弱的低k材料(如SiLk)形成時特別重要。0030選擇UV雷射能量以便其割裂上鈍化層並除去部分鏈路材料從而形成部分切斷口容積區域(openvolumetricregion)。在完成UV段雷射脈衝能量分布圖加工後殘留有部分鏈路材料。雷射強度最高的UV雷射束的中心不是直接入射到下鈍化層和矽晶片襯底上；因此，這兩者都由鏈路材料"護罩"良好保護而免受UV雷射能量的損傷。用於加工鏈路結構的雷射脈衝能量分布圖的"第一階段"割裂上鈍化層並除去部分鏈路材料。可替換地，在綠光光譜內的雷射能量可在雷射脈衝能量分布圖開始時選擇，這是由於它對導電鏈路材料具有更好的能量耦合效率。在鏈路工藝開始時的雷射脈衝能量分布圖的短上升時間是有利的，因為其能更快地割裂上鈍化層，給下鈍化層在割裂前破碎留下較少時間。0031加工鏈路結構的雷射脈衝能量分布圖的"第二階段"使用較長波長的可見綠光或藍光雷射能量來除去所有殘留鏈路材料。因為可見雷射能量僅需要完成鏈路加工的第二階段，即除去在UV雷射脈衝加工後餘下的鏈路材料，從而完全形成開口容積區，所需的雷射能量的量比傳統以單一雷射波長的單一雷射脈衝進行鏈路加工所需的要小的多。結果，可見光雷射脈衝損傷矽晶片襯底的風險被顯著減小。另一方面，可見光波長的雷射脈衝損傷下鈍化層的風險很小，因為下鈍化層材料不吸收它。0032兩個發射雷射能量的雷射頭優選以相同的重複速率進行鏈路加工操作，且其具有良好的相互同步性。用於鏈路加工的典型的雷射脈衝重複速率範圍在1KHz到200KHz之間或更大。對於不同的應用，雷射脈衝重複速率可低於1KHz(低到1Hz)或高於200KHz。對於鏈路加工，形成雷射能量分布圖的兩個或更多雷射能量中的每一個範圍都小於0.001[JJ到約20pJ，且每個的持續時間都在100fs到幾十ns。0033另一個優選實施例要求使用由1064nm或1320nm雷射能量，及其二次諧波或三次諧波(分別為532nm和660nm，355nm和440nm)雷射能量組成的雷射脈衝能量分布圖來切斷導電性鏈路。通過適當地選擇形成雷射脈衝能量分布圖的每個雷射波長的能量和時序，鏈路可以被切斷，同時防止對鄰近鏈路或矽晶片襯底的損傷。0034表1給出常用半導體器件鏈路金屬對不同波長的吸收數據。表1tableseeoriginaldocumentpage16表1表明，如果以1320nm加工銅鏈路所需的初始能量為E，那麼如果以660nm和1320nm的組合加工，則新的1320nm所需的能量值可以是50%E，而660nm能量值則可以約為25XE。關於對附近的鏈路結構的損傷，1320nm能量是兩個應用的能量中具有較大光斑尺寸的能量，因而產生較大損傷的風險。然而，對於高斯型光束，從損傷的角度看，入射到鏈路結構任何部分上的50%E的1320nm能量產生的有效光斑尺寸為100%E的1320nm能量的80%。藉助適當設計的聚焦光學器件，25%E的660nm雷射能量的有效雷射束斑尺寸可以等於或小於50%E的1320nm雷射能量的雷射束斑尺寸。0035關於對矽晶片襯底的損傷，25%E的660nm雷射能量遠低於矽襯底的損傷閾值。加上另一50%E的1320nm能量會留有足夠的不損傷矽晶片襯底的上部或頭部餘地。這種能量的百分比混合可很容易地針對不同鏈路結構進行調整。例如，可以是40%-20%E的660nm能量和20%-60%E的1320nm能量。0036其他優選實施例要求使用不同波長的混合物。除了1320nm532nm9%25%和660nm雷射能量的混合，其他混合可以是1320nm和330nm(其四次諧波)能量或1064nm能量，或者更短的雷射波長能量，例如532nm、355nm、和266nm，所有這些都是來自Nd:YAG或Nd:YVO雷射器的1064nm輻射的諧波。0037基波長與其二次諧波混合是有利的，因為這簡化了聚焦透鏡的設計。相對基波長及其三次諧波或四次諧波，為基波長及其二次諧波產生可為兩種波長形成所需束斑尺寸的雙波長透鏡較容易。0038要求使用混合UV和1320nm雷射能量的優選實施例的另一個優勢在於UV雷射能量有助於直接打開上鈍化層。這對於切斷具有非常窄鏈路寬度的鏈路是很有必要的。UV雷射可以是Nd:YAG，Yb:YAG，Nd:YVO，Nd:YLF雷射的三次諧波，或355nm、351■、或349nm或UV光譜中其他波長的Nd、Yb摻雜的光纖雷射。綠光雷射可以是Nd:YAG，Yb:YAG，Nd:YVO，Nd:YLF雷射的二次i皆波，或532nm、526nm、或523nm或綠光光譜中其他波長的Nd、Yb摻雜的光纖雷射。藍光雷射可以是來自於1320nm或其它雷射源的440nm的Nd:YAG或Nd:YLF雷射的三次諧波。優選可見光光譜中較短的雷射波長，如400nm，這是由於更靠近UV波長(355nm)的可見光波長有助於混合雷射能量聚焦到較小的束斑尺寸上。0039其他優選雷射波長混合物可以是綠光和1320nm，綠光和1064nm，1064nm禾卩1320跳1064nm和1047nm，以及1320nm和1047nm。綠光和1300nm混合物在加工"粗(厚)銅鏈路"中非常有用，其束斑尺寸不是最關鍵的問題。綠光雷射脈衝加速鏈路頂部的加熱，從而有助於割裂上鈍化層，而同時在鈍化材料的其他地方產生破裂的風險較小。在綠光雷射能量割裂上鈍化層並除去部分鏈路材料後，1320nm雷射能量完成鏈路工藝。因為殘留鏈路材料已經被綠光雷射能量加熱，鏈路材料對1320nm能量的吸收將被極大地改善，這進而減小所需的1320nm的雷射能量。而且，矽晶片襯底對1320nm的能量具有低得多的吸收係數。所有這些因素疊加並導致所用的雷射能量對矽晶片襯底的損傷風險小得多。對於UV雷射波長和藍光或綠光雷射波長的混合物，UV波長可以是355nm、266nm、或更短的波長。0040圖3示出系統50的一個實施例，其使用不同雷射波長的兩個雷射頭52和54的輸出來形成特定形狀的雷射輸出脈衝能量分布圖。系統50優選是，但可以不必是以注入鎖定實施的，從而減小雷射輸出抖動以便形成可靠穩定的脈衝能量分布圖。當兩個雷射頭輸出能量部分臨時交迭從而形成具有分離的不同波長峰的雷射脈衝能量分布圖時抖動減小。在這些實施例中，其中輸出能量暫時交迭，特定形狀的能量脈衝分布圖具有至少部分對應於兩個雷射頭輸出能量的特徵。用於減小抖動的源和技術在下面參考圖6A，6B，7和8進行描述。0041系統50由發射雷射輸出的兩個雷射頭52和54組成。雷射頭52由激射物質(未示出)、泵浦源(未示出)、和高速快門器件(如Q開關56)組成，其產生所需能量分布圖的脈衝雷射輸出光束。雷射頭52和可選衰減器58及擴束器59元件形成雷射導軌(laserrail)60，雷射能量的脈衝輸出光束62從其中發出。類似地，由激射物質(未示出)、泵浦源(未示出)、和高速快門器件(如Q開關66)組成的雷射頭54產生所需能量分布圖的脈衝雷射輸出光束。雷射頭54和可選衰減器68和擴束器69元件形成雷射導軌70，雷射能量的脈衝輸出光束72從其中發出。本領域技術人員可以理解雷射輸出波長和其他雷射參數規定雷射頭52和54的元件的特定設計和配置。雷射導軌60的雷射輸出的光束62入射到分束器74，其與反射鏡76配合引導注入鎖定雷射束62的能量的一小部分78至雷射頭54，並通過直接傳輸將雷射束62的雷射能量的其餘部分傳給光束組合器80。雷射導軌70的雷射輸出的光束72是部分地響應注入的雷射能量產生的，其從反射鏡84反射以便入射到光束組合器80上。光束組合器80接收雷射導軌60和70的系列脈送的雷射輸出，從而形成脈送的雷射輸出光束86，其由入射到要微加工的多層結構上的所需的雷射脈衝能量分布圖表徵。可選諧波變換器88可與在入射到光束組合器80之前的雷射頭輸出脈衝的光束關聯。系統操作的細節以及其他系統實施例的細節將在下面完整地描述。0042圖4A，4B和4C示出雷射脈衝能量分布圖合成的一個例子，該雷射脈衝能量分布圖是由部分暫時交迭的雷射輸出62和72形成的。圖4A示出雷射導軌60產生的一系列脈衝尖峰90。每個脈衝尖峰卯的能量分布圖具有快速上升時間和適於割裂靶鏈路材料的峰能量水平92。圖4B示出一系列由雷射導軌70產生的脈衝尖峰94。脈衝尖峰94具有比脈衝尖峰卯長的持續時間並相對後者被延遲，以便系列脈衝尖峰卯和94部分暫時交迭。每個脈衝尖峰94的能量分布圖具有相對緩的上升吋間和適於除去由脈衝尖峰90引起的靶鏈路材料割裂形成的開口中殘留靶材料的峰能量水平96。脈衝尖峰94的上升時間比脈衝尖峰90的上升時間較長，且脈衝尖峰94的能量小於脈衝尖峰90的能量。脈衝尖峰90和94每個的持續時間範圍在約1ps到約100ns之間。圖4C示出光束組合器80的輸出端產生的兩個系列的雷射脈衝分布圖98。光束組合器80可基於偏振或簡單的部分傳輸和反射，如50。％-50%或40%-60%，並基於脈衝尖峰90的能量要求和脈衝尖峰94的能量要求。各脈衝尖峰90和94的尖峰92和96的相對位置取決於它們之間的時移。這樣的時移可通過，例如規定適當的雷射頭52和54的不同Q開關點火吋間，以及適當的沿圖3所示的路徑"A"的光纖長度而實現。圖4C示出形成系列單一脈衝98的脈衝尖峰90和94的交迭，每個脈衝都具有峰值100和102，其由出現時間，各脈衝尖峰卯和94的能量分布圖的峰值能量水平表徵。峰100和102之間的延遲時間在約0到500ns之間。峰100的前沿上升時間短於約10ns，且雷射脈衝分布圖98的總持續時間約比5ns長。0043圖5A，5B和5C示出使用系列獨立雷射脈衝能量分布圖形成暫時無交迭脈送的雷射輸出62和72的光束的一個例子。圖4A和5A的系列脈衝尖峰90是相同的，且圖4B和5B的系列脈衝尖峰94也是相同的。然而相應脈衝尖峰90和94的時移足夠大而不會交迭。圖5C示出交替、無交迭的脈衝尖峰90和脈衝尖峰94的組合系列104，其各自的尖峰能量水平92和96是部分獨立、無交迭脈衝。0044通過採用多雷射頭，並使用偏振敏感元件或其他元件，如光束組合器80，在不同加工階段用由兩個不同波長組成的雷射脈衝能量分布圖進行的半導體鏈路加工可以更高雷射功率或更高雷射脈衝重複速率實現，或延伸到兩個以上不同雷射波長。0045雖然有組合由多個雷射頭髮出的雷射脈衝的現有技術，但還沒有討論在脈衝組合過程中雷射脈衝抖動的問題。雷射脈衝抖動是雷射脈衝吋序相對雷射脈衝控制信號的隨機抖動。對於用在雷射鏈路加工中的典型二極體泵浦固體(DPSS)雷射器，雷射脈衝抖動在5ns到30ns範圍內。這意味著當從兩個雷射頭髮出的兩個相應脈衝以近似脈衝抖動範圍的量時移時，雷射脈衝能量分布圖的形狀實際上不能穩定。0046解決雷射脈衝抖動的問題使得能夠實現高精度和穩定的由兩個或兩個以上不同雷射波長組成的能量分布圖的雷射脈衝。從兩個雷射頭髮出並由範圍在0到幾百納秒時間間隔分離的雷射能量可以用來產生具有穩定的雷射脈衝能量分布圖形狀並可用於多種應用的組合雷射脈衝。本發明的這方面基本消除多個雷射頭之間的雷射輸出抖動，並因此能夠使用更高雷射功率、更高雷射脈衝重複速率、或特殊構型的雷射脈衝形狀。0047雷射脈衝抖動主要來自兩個原因，雷射器驅動電子線路和雷射器自身。回顧傳統雷射器驅動電子線路，其給出由下面描述的特定發明解決的雷射脈衝抖動原因。圖6A示出為雷射脈衝組合配置的現有技術系統110。系統110包括配置有聲光(A-O)Q開關的DPSS雷射導軌112和114。電子控制器/延遲控制器116在輸出端118提供聲光Q開關RF信號和雷射脈衝需求控制信號至雷射導軌112和114，雷射導軌112和114相應地發射各自脈送的雷射輸出光束130和132。輸出光束130直接傳播入射到光束組合器134上，而輸出光束132通過反射鏡136反射傳播入射到光束組合器134上。光束組合器134接收並組合脈送的雷射輸出光束130和132，從而形成雷射脈衝的同軸光束138。0048對於聲光Q開關固體雷射器，為了實現較高的脈衝間穩定性，聲光Q幵關RF信號僅在其跨過預設觸發點時切斷從而產生雷射脈衝，在優選實施例中該預設觸發點是零電平。例如，如果Q開關RF信號頻率是48MHz，則兩個連續Q開關RF信號過零點之間的時間差約為10ns。因為雷射脈衝時序命令控制信號是隨機的並與Q開關RF信號不同步，響應雷射脈衝時序命令控制信號出現的實際Q開關RF信號切斷有10ns的隨機時序不確定性。當兩個相似的雷射導軌用於脈衝組合時，從兩個雷射導軌發出的兩個雷射脈衝的脈衝抖動將是20ns。0049圖6B示出按照現有技術形成的雷射脈衝組合同軸光束138中的雷射脈衝抖動。特別地，圖6B示出示波器軌跡150，其表示通過組合輸出光束130的12ns寬雷射脈衝152和輸出光束132的23ns寬雷射脈衝154而形成的同軸光束138。相鄰12ns寬和23ns寬雷射脈衝間的平均時間延遲是60ns，且它們之間組合的雷射脈衝抖動約為50ns。圖7是示波器軌跡156，其示出雷射脈衝的所需雷射能量分布圖形狀，該雷射脈衝是脈衝寬度12ns的雷射輸出152和脈衝寬度23ns的雷射輸出154的組合，雷射輸出152和雷射輸出154之間的時間延遲為10ns。除了它們之間平均延遲時間差，圖7的雷射輸出152和154對應於參考圖6B描述的各雷射脈衝152和154。顯然，雷射脈衝抖動使得現有技術的雷射脈衝組合技術不可用。0050為了減小源自雷射驅動電子線路的雷射脈衝抖動，圖8中所示的雷射系統160的一個實施例採用了一種設計，其中與多雷射器相關的聲光Q開關由公共RF信號驅動器發出的同步驅動信號驅動。系統160包括DPSS雷射頭162和164，其配置有各自的聲光Q開關166和168。由雷射控制信號驅動器172和RF信號驅動器174組成的雷射驅動器子系統170控制雷射頭162和164工作。雷射控制信號驅動器172提供雷射脈衝時序命令控制信號176，而RF信號驅動器174響應它們提供同步化的RF信號至聲光Q開關66和168。與雷射頭162相關的紫外光波長轉換器180提供脈送的UV雷射輸出光束182，與雷射頭164相關的綠光波長轉換器184提供脈送的綠光雷射輸出光束186。UV雷射輸出光束182直接傳播入射到光束組合器188，而綠光雷射輸出光束186從發反射鏡190反射傳播入射到光束組合器188。對UV光高度透過並對綠光高度反射的光束組合器188接收並組合UV光和綠光雷射輸出光束182和186，從而形成雷射脈衝光束192。在RF信號驅動器174和各聲光Q開關166及168之間不同長度的RF同軸光纜194和196可用來提供輸出光束182和186之間相應雷射脈衝之間的延遲時間，該輸出光束182和186從不同雷射頭162和164發出。0051藉助該設計，當雷射脈衝時序命令控制信號176請求雷射脈衝時，在應用到聲光Q開關166和168的RF驅動信號為過零電平，即相對RF驅動信號電平不是隨機時，兩個雷射能量都被激勵從而保持雷射輸出振幅的高度穩定性。然而，即使Q開關RF信號切斷展示出相對雷射脈衝時序命令控制信號176相同的10ns的時間抖動，在雷射脈沖之間也沒有相對的脈衝抖動，這是由於應用到聲光Q開關166和168的RF驅動信號的同步化。因此，穩定的雷射脈衝能量分布圖可以雷射脈衝峰值之間準確的時序實現。雷射穩定性的操作容限在約±10%內是可以實現的。0052圖9A示出由RF信號發生器200組成的RF信號驅動器174的實施例，該RF信號發生器200為第一RF驅動器/放大器202和第二RF驅動器/放大器204提供公共Q開關RF信號。RP驅動器/放大器202沿同軸纜線194提供RF驅動信號至聲光Q開關166，且RF驅動器/放大器204沿同軸纜線196提供RF驅動信號至聲光Q開關168。0053圖9B示出由RF頻率發生器210組成的RF信號驅動器174的可替換實施例，該RF頻率發生器210為第一RF信號發生器212和放大器214組合，第二RF信號發生器216和放大器218組合以提供公共Q開關RF頻率信號。放大器214沿同軸纜線194提供RF驅動信號至聲光Q開關166，而放大器218沿同軸纜線196提供RF驅動信號至聲光Q開關168。在可替換實施例中，Q開關RF信號驅動器174使用公共Q幵關RF頻率信號作為不同RF信號發生器212和214及它們各自功率放大器214和218的輸入，從而驅動不同聲光器件166和168。對於不同功率放大器214和218，Q開關RF信號切斷時間的差可以是Q開關RP頻率周期時間一半的整數倍。在該情形中，應用到不同雷射頭的所有RF信號將在過零電平切斷，然而，切斷延遲時間為Q開關RF頻率周期時間一半的整數倍。根據Q開關RF信號頻率，這將可在幾個納秒的步驟中在雷射脈衝間產生可編程延遲時間。0054本領域技術人員可以理解，當RF信號發生器212和216的RF觸發點在同一電平或不同電平連續可編程時，可在第一和第二雷射能量之間實現連續可編程延遲時間。0055在Q開關RF信號切斷後，從所謂的量子噪聲開始形成雷射脈衝。由於量子噪聲的隨機性，Q開關RF信號切斷的時間和雷射脈衝開始形成的時間之間的隨機時間變化在幾個納秒到IO納秒之間。為了減小源自雷射脈衝形成過程的雷射脈衝抖動，優選實施例利用要注入另一個雷射頭的小部分來自一個雷射頭(該雷射頭比另一個形成脈衝早)的雷射輸出能量，以便另一個雷射頭脈衝形成將從注入的雷射信號幵始，並進而消除雷射形成抖動。0056圖3示出本實施例的一種系統配置，該系統利用兩個由注入鎖定耦合的DPSS雷射器。注入鎖定是利用從雷射頭52(或雷射導軌60)通過注入到雷射頭54的光學路徑發出的第一雷射脈衝62的小部分雷射能量執行的。雷射頭54的Q開關66是在雷射頭52的Q開關56激勵後延遲一段時間再激勵的。光學路徑可包括光纖雷射器來輸送注入的雷射信號。光學路徑的長度可調整來實現來自雷射頭52和54的兩個雷射能量之間所需的延遲時間。藉助雷射頭52的注入雷射能量，雷射頭54的雷射脈衝是響應注入的雷射能量，而不是通過共振器中量子噪聲的刺激形成的。注入鎖定將光束62和72的雷射脈衝高度同步化，因而顯著減小它們之間的相對脈衝抖動。圖8中的虛線220表示提供由雷射脈衝抖動的兩種解決方案實施的雷射系統的雷射頭162和164的注入鎖定。0057雷射頭52的基波長可經腔外諧波轉換為二次諧波波長或三次諧波波長，同時注入雷射能量是從基波長獲得的，該基波長與雷射頭54的雷射波長相同。腔外諧波轉換實施是通過使用可選諧波轉換器88實現的，該可選諧波轉換器88接收來自雷射頭52(或雷射導軌60)的脈衝雷射束60。0058雷射頭54的激勵時序可相對雷射導軌60的輸出脈衝電控，以便雷射導軌70的每個輸出脈衝的起始點可以是在相應雷射導軌60的輸出脈衝的起始點和結束點之間的任意時間，如圖4A和4B所示，從而改變圖4C中形成的雷射脈衝能量分布圖的脈衝形狀。0059典型雷射脈衝尾部持續相對長的時間，即使對較短的半峰值全寬度(FWHM)。例如，對於標稱5ns脈衝寬度(FWHM)的雷射脈衝，總雷射脈衝寬度(從雷射能量剛開始到剛結束之間測量的)可以是15ns到20ns。這為雷射頭54的輸出脈衝提供了相當寬的可利用激勵時序範圍。當注入雷射信號的光束路徑，圖3中的"A"在注入雷射頭54之前更長時，雷射頭52和54的相應輸出脈衝之間的延遲可以增加，因此包括所形成的雷射脈衝能量分布圖的兩個能量峰可暫時由小量抖動完全切斷，如圖5A，5B和5C所示。0060解決雷射脈衝抖動的這些方面可允許以高度準確的時序和分布穩定性，從多個雷射頭產生特定形狀的雷射能量分布圖的雷射脈衝。例如，從不同雷射頭髮出的兩個雷射脈衝可用來產生準確和穩定的脈衝分布圖形狀，或"雷射能量分布對時間"關係的雷射脈衝，從不同雷射頭髮出的這兩個雷射脈衝的時間差在零到幾百納秒範圍內。這兩個雷射頭可以以不同雷射脈衝參數操作，例如不同的脈衝寬度、每脈衝的能量、光束髮散角、和不同雷射波長。在改變雷射脈衝分布圖形狀，"雷射能量對時間"的分布，不同發散角，和最終雷射脈衝分布的波長方面寬泛的靈活性對於不同的應用是非常有用的工具。0061由不同雷射波長組成的準確和穩定的雷射脈衝能量分布圖的產生適於用在半導體存儲晶片鏈路加工中。可獲得鏈路結構加工質量的提高，例如使用來自第一雷射頭的較短持續時間的雷射能量和來自第二雷射頭的較長持續時間的雷射能量形成具有快速上升邊緣和長脈衝寬度的雷射脈衝分布圖，或尖峰位於分布圖中某處的雷射分布圖形狀。再次參考圖4A-4C，當兩個雷射頭以不同雷射波長工作時，按照本發明，可以實現如下特徵的雷射脈衝分布圖例如，在分布圖的第一所需時間段，uv波長的雷射能量的雷射脈衝分布圖，以及在分布圖的第二所需其他時間段，綠光或其他波長的雷射能量。例如，雷射脈衝分布圖98的前面部分或峰值100處於UV波長，而雷射脈衝分布圖98的後面部分或峰值102處於綠光波長。由於前面描述的原因，上述特徵對鏈路加工是非常有用的。優選波長組合，例如1064nm和1320mn，355nm的UV和1064nm或1320nm的近紅外對於不同鏈路結構或不同應用是可以實現的。0062該應用系統可以控制雷射脈衝分布圖、其能量分量和波長分量，從而進一步促進系統的其他功能，例如光束-工作靶對準。例如，對於光束-工作靶對準，該系統可僅使能雷射脈衝分布圖的綠光能量部分，或僅UV雷射能量部分，而不使能能量分布圖的其他部分，從而改進襯度和提高靶特徵部件反射的信噪比，從而提高對準準確度。對於鏈路加工，系統充分利用雷射脈衝能量成形的能力。0063對本領域技術人員來說顯然的是，對於上述實施例的細節可在做出許多改變而不偏離本發明基本原理。因此本發明的範圍應僅由所附權利要求來限定。權利要求1.一種雷射微加工多層結構的方法，其除去深度方向上的部分靶層材料，而不引起所述多層結構的非靶層材料附近明顯的損傷，該方法包括產生能量分布圖由第一和第二能量分布圖部分組成的雷射脈衝，所述雷射脈衝包括所述能量分布圖第一部分中第一雷射波長的第一雷射能量特徵，和所述能量分布圖第二部分中第二雷射波長的第二雷射能量特徵；引導所述雷射脈衝至所述靶層材料；在所述能量分布圖的第一部分中第一波長的所述第一雷射能量特徵在深度方向除去所述靶層材料的初始部分，從而形成部分部切斷口容積區域而不損傷所述多層結構的非靶層材料；和在所述能量分布圖的第二部分中第二波長的所述第二雷射能量特徵在深度方向除去所述靶層材料的其餘部分，從而完成所述部分切斷口容積區域的形成而不損傷所述部分切斷口容積區域下面或附近的非靶層材料。2.如權利要求1所述的方法，其中所述多層結構包括位於疊層中的上鈍化層和下鈍化層之間的導電鏈路；且其中所述靶層材料的初始部分包括所述上鈍化層區域，所述靶層材料的所述其餘部分包括所述導電鏈路的區域，而所述非靶層材料包括所述部分切斷口容積區域下面附近中的所述下鈍化層區域。3.如權利要求2所述的方法，其中所述上鈍化層和所述導電性鏈路在邊界界面處彼此接觸，且其中被除去的所述靶層材料的初始部分進一步包括從所述邊界界面處導電鏈路的區域除去的部分。4.如權利要求2所述的方法，其中所述第一雷射能量具有割裂上鈍化層而不使鄰近上鈍化層結構破裂的量。5.如權利要求4所述的方法，內。6.如權利要求2所述的方法，鈍化層由低k材料製成。7.如權利要求2所述的方法，鎳、鈦、鎢、鉑、鎳鉻、氮化鈦、其中所述第一波長在紫外波長範圍其中一個或更多所述上鈍化層和下其中所述導電鏈路包括鋁、銅、金氮化鉭、矽化鎢、或其他類金屬材8.如權利要求1所述的方法，其中所述第一波長對應於限定所述部分切斷口容積區域的表面尺寸的有效雷射束斑尺寸。9.如權利要求1所述的方法，其中所述第一波長在可見光或紅外光波長範圍內，且其中在所述部分切斷口容積區域下面附近的非靶層材料對所述第一波長是基本透明的，因而所述第一波長不會對其造成可察覺的損傷。10.如權利要求1所述的方法，其中所述第二波長在可見光或紅外波長範圍內，且其中所述部分切斷口容積區域下面附近的非靶層材料對所述第二波長是基本透明的，因而所述第二波長不會對其造成可察覺的損傷。11.如權利要求1所述的方法，其中所述非靶層材料具有損傷閾值，所述第一波長在紫外波長範圍內，且所述第一波長被所述非靶層材料吸收，但具有所述非靶層材料損傷閾值以下的第一雷射能量的量。12.如權利要求l所述的方法，其中所述雷射脈衝具有主要為高斯型並帶有中心區域的光束能量分布圖，且該能量分布圖最高能量量集中在所述中心區域；所述多層結構包括位於導電鏈路和襯底之間的鈍化層，該導電鏈路包括部分所述靶層材料並具有一定寬度；以及所述非靶材料包括所述鈍化層，且所述導電鏈路的寬度使其用作防止所述第一雷射輸出的最高能量損傷所述鈍化層的護罩。13.如權利要求1所述的方法，其中所述雷射脈衝具有短於10ns的前沿上升時間和長於5ns的總持續時間。14.如權利要求1所述的方法，其中所述第一雷射能量特徵持續1ps到50ns，所述第二雷射能量特徵持續1ps到50ns。15.如權利要求1所述的方法，其中所述第一和第二能量特徵包括各自第一和第二雷射能量峰值，且其中所述第一雷射能量峰值和第二雷射能量峰值由0到300ns範圍內的時間延遲分離。16.如權利要求1所述的方法，其中所述第一和第二雷射波長在紅外到UV波長範圍內，包括1.32卩m、1.30(Jm、1.064卩m、1.053卩m、1.047(Jm以及它們的二次、三次、和四次諧波。17.如權利要求16所述的方法，其中所述第一和第二雷射波長相同。18.如權利要求16所述的方法，其中所述第一雷射波長比所述第二雷射波長短。19.如權利要求l所述的方法，其中所述第一雷射能量約在0.001卩J到20[JJ之間，且所述第二雷射能量約在0.001pJ到20|JJ之間。20.如權利要求1所述的方法，其中所述雷射脈衝重複速率在約1Hz到約200KHz之間。21.—種雷射微加工多層結構的方法，其用來除去深度方向的部分所述靶層材料而不會對鄰近的所述多層結構的所述非靶層材料產生可察覺的損傷，該方法包括將第一雷射能量的第一波長的第一雷射輸出引導入射到靶層材料上，所述第一波長和第一雷射能量配合以在深度方向除去所述靶層材料的初始部分，從而形成部分切斷口容積區域，且不損傷所述多層結構的非靶層材料；以及將第二雷射能量的第二波長的第二雷射輸出引導入射到所述靶層材料上，所述第二波長和第二雷射能量配合在深度方向除去所述靶層材料的其餘部分，從而完成所述部分切斷口容積區域的形成，且不損傷部分切斷口容積區域下面和鄰近區域中的所述非靶層材料。22.如權利要求21所述的方法，其中所述多層結構包括位於疊層的上鈍化層和下鈍化層之間的導電鏈路；且其中所述靶層材料的初始部分包括所述上鈍化層區域，所述靶層材料的其餘部分包括所述導電鏈路區域，且所述非靶層材料包括所述部分切斷口容積區域下面附近區域的下鈍化層區域。23.如權利要求22所述的方法，其中所述上鈍化層和導電鏈路在邊界界面彼此接觸，且其中所述除去的靶層材料的初始部分進一步包括在所述邊界界面從所述導電鏈路區域除去的部分。24.如權利要求22所述的方法，其中所述第一雷射能量的量能夠割裂所述上鈍化層而不使鄰近上鈍化層結構破碎。25.如權利要求24所述的方法，其中所述第一波長在紫外波長範圍內。26.如權利要求21所述的方法，其中所述第一波長在可見光或紅外波長範圍內，且其中在所述部分切斷口容積區域下面鄰近區域內所述非靶層材料對第一波長是基本透明的，因此第一波長不會對其產生可察覺的損傷。27.如權利要求21所述的方法，其中所述第二波長在可見光或紅外波長範圍內，且其中在所述部分切斷口容積區域下面鄰近區域內所述非靶層材料對第二波長是基本透明的，因此第二波長不會對其產生可察覺的損傷。28.如權利要求21所述的方法，其中所述非靶層材料具有損傷閾值，所述第一波長在紫外波長範圍內，且所述第一波長被所述非靶層材料吸收，但其具有在所述非靶層材料損傷閾值以下的第一雷射能量29.如權利要求21所述的方法，其中所述第一雷射輸出具有主要為帶有中心區域的高斯型光束能量分布圖，且所述能量分布圖的最高能量量集中於所述中心區域；所述多層結構包括位於導電鏈路和襯底之間的鈍化層，所述導電鏈路包括部分所述耙層材料並具有一定寬度；以及所述非靶層材料包括所述鈍化層，且所述導電鏈路的寬度使得其用作防止所述鈍化層被所述第一雷射輸出的最高能量量損傷的護罩。30.如權利要求21所述的方法，其中所述第一和第二雷射輸出包括各個由一時間延遲分離的第一和第二能量峰值，且進一步包括形成特徵為具有分離的性能特徵的雷射脈衝分布圖的光束，這些分離的性能特徵至少部分對應於所述第一和第二能量峰值。31.—種產生具有穩定能量分布圖的雷射脈衝的方法，該穩定能量分布圖包括在所述分布圖第一部分的第一雷射波長的第一雷射能量特徵，和在所述分布圖第二部分的第二雷射波長的第二雷射能量特徵，該方法包括提供第一雷射頭，響應於第一驅動信號，第一波長且由第一能量分布圖特徵表徵的第一雷射能量從該雷射頭髮出，和提供第二雷射頭，響應於第二驅動信號，第二波長且由第二能量分布圖特徵表徵的第二雷射能量從該雷射頭髮出，所述第一和第二驅動信號是響應於時序命令信號同步形成的，因此具有範圍限制在操作容限範圍內的相對抖動；在所述第一和第二雷射能量之間建立延遲；以及形成雷射輸出脈衝，其由至少部分對應於所述第一和第二能量分布圖特徵的輸出脈衝能量分布圖特徵表徵，所述輸出脈衝能量分布圖特徵暫時由在所述第一和第二雷射能量之間建立的延遲分離。32.如權利要求31所述的方法，其中所述第一雷射器發出第一波長的第一雷射能量，而所述第二雷射器發出與所述第一波長不同的第二波長的第二雷射能量。33.如權利要求31所述的方法，進一步包括引導所述雷射輸出脈衝入射到所述多層結構上，從而除去靶層材料，且其中所述輸出脈衝順序割裂所述靶層材料區域的初始部分，並除去所述靶層材料區域的其餘部分。34.如權利要求33所述的方法，其中所述靶層材料包括導電鏈路。35.如權利要求34所述的方法，其中所述第一和第二波長在紫外、可見、或紅外波長範圍內，且所述第一波長比第二波長短。36.如權利要求34所述的方法，其中所述第一和第二波長在紫外、可見、或紅外波長範圍內，且所述第一和第二波長相同。37.如權利要求31所述的方法，其中所述第一和第二脈衝分布圖特徵表示各自第一和第二分離的脈衝尖峰。38.如權利要求31所述的方法，其中所述第一和第二雷射頭包括各自第一和第二聲光Q開關，第一和第二RF驅動器響應時序命令信號，分別通過第一和第二RF傳輸介質提供第一和第二驅動信號至所述第一和第二聲光Q開關，且所述第一和第二驅動信號具有在第一和第二雷射能量之間建立延遲的相對延遲。39.如權利要求38所述的方法，其中所述第一和第二RF驅動器包括各自第一和第二RF放大器，所述第一和第二RF放大器共享來自RF信號發生器的公共RF信號，該公共RF信號響應時序命令信號，並在RF信號跨過雷射激勵觸發點時被關斷，從而確保雷射能量穩定性限定在操作容限的範圍內。40.如權利要求38所述的方法，其中基於所述第一和第二雷射能量之間所需的時間延遲，所述第一和第二RF纜線的長度可選擇為相同或不同。41.如權利要求38所述的方法，其中所述第一RF驅動器和第二RF驅動器分別包括第一RF信號發生器和放大器及第二RF信號發生器和放大器，所述第一和第二RF信號發生器共享來自RF頻率發生器的公共RF頻率信號，響應時序命令信號並在RF信號跨過零電平時，所述第一RF信號發生器關斷第一放大器和第一聲光Q開關的RF信號，從而確保所述第一雷射能量穩定性限定在操作容限的範圍內；在所述第一聲光Q開關的RF信號被關斷後並當所述RF信號跨過其零電平時，所述第二RF信號發生器以可編程延遲時間關斷所述第二放大器和所述第二聲光Q幵關的RF信號，從而確保所述第二雷射能量穩定性限定在操作容限的範圍內，且所述延遲時間是所述RF頻率半周期時間的整數倍。42.如權利要求31所述的方法，其中所述第一和第二波長在紫外、可見、或紅外波長範圍內，且所述第一波長短於第二波長。43.如權利要求31所述的方法，其中所述第一和第二雷射頭通過將部分所述第一能量注入到所述第二雷射頭中而耦合。44.如權利要求43所述的方法，其中來自所述第一雷射頭的所述注入雷射能量通過長度由所述第一和第二雷射能量之間延遲確定的光學路徑。45.如權利要求44所述的方法，其中所述光學路徑包括光纖。46.如權利要求31所述的方法，其中所述第一和第二雷射能量之間的延遲時間在零到約500ns之間。47.如權利要求31所述的方法，其中所述雷射脈衝具有短於10ns且總持續時間長於約5ns的前沿上升時間。48.如權利要求31所述的方法，其中所述第一雷射能量持續時間在1ps到100ns範圍內，且所述第二雷射能量持續時間在約1ps到約100ns範圍內。49.如權利要求31所述的方法，其中所述脈衝抖動範圍的操作容限為約10ns。50.如權利要求31所述的方法，其中所述雷射能量穩定性的操作容限為約±10%。全文摘要由分布圖的不同時間的不同雷射波長表徵的特定形狀的雷射脈衝能量分布圖(98，104，156)，提供了減小的、受控制的抖動，從而使得可以進行能夠獲得高質量加工和較小可能光斑尺寸的半導體器件微加工。文檔編號H01L21/461GK101102866SQ200580046660公開日2008年1月9日申請日期2005年12月7日優先權日2004年12月9日發明者H·W·魯,K·布呂蘭,L·孫,R·F·海恩斯,R·哈裡斯,W·J·喬丹斯,Y·孫申請人:電子科學工業公司