芯片的切割技术

芯片的切割技术：芯片切割的概念，芯片切割的方式，激光切割芯片切割的概念：晶圆切割（Die saw）,有时也叫“划片”（Dicing）。一个晶圆上做出来的独 立的IC有几百个到几千个甚至上万个，切割的目的是将整个晶圆上每一个独立的IC通过高 速旋转的金刚石刀片切割开来，为后面的工序做准备。芯片的切割是指将晶圆上的多个芯片 分离开来，以便在后续的封装中对单个芯片进行粘贴，键合等操作。左图为芯片切割前，有图为芯片切割后另一个重要的概念，绷片：绷片（Wafer Mounter）是一道辅助工序，主要是给晶圆的背 面贴上一层有弹性和一定粘性的蓝膜，并固定在一个直径稍大的金属框架上，以利于后面的 加工。为了避免粘贴不牢靠而造成切割过程中的飞片问题，在绷膜的过程中要加6080 度的温度。 这是绷片的示意图飞片： 在切割的过程中，刀片的转速往往达到几万转/分钟，而切割道的宽度往往只有几十到一百 微米，所以对于设备的要求也是很高的。如果前面绷膜的时候晶圆粘贴不牢靠或者有气泡存 在，切割开来的硅片（Die）就会从蓝膜上飞出来，称作飞片。飞片是非常危险的，第一是会造成成品率的下降，第二是飞出来的硅片可能会造成临近硅片 的物理损伤。这就是为什么刀片需要这么高的转速的一个原因。这是切割过程钟可能存在的切割损伤芯片的切割方式：一般分为两种：刀片切割/激光切割 刀片切割：用机械的方式对晶圆进行切割，通过空气静压主轴带动金刚石砂轮划切刀具高速 旋转，将晶圆或器件沿切割道方向进行切割或开槽。激光切割： 激光划片是指把高峰值功率的激光束聚焦在硅片（或陶瓷基片、金刚石薄膜等）表面，使硅 材料表面产生高温汽化，从而打出连续的盲孔，形成沟槽。一般采用峰值功率高、模式好的1064nm或532nm波长激光光源刀片切割：刀片切割原理是撞击当工作物是属于硬、脆的材质，钻石颗粒会以撞击（Fracturing）的方式，将工作物敲 碎，再利用刀口将粉末移除。（容易产生绷碎：chipping）左边是切割时钻石颗粒的撞击示意 图，这是刀片切割的仿真示意。激光切割：激光属于无接触式加工，不对晶圆产生机械应力的作用，对晶圆损伤较小。 由于激光在聚焦上的优点, 聚焦点可小到亚微米数量级, 从而对晶圆的微处理更具优 越性, 可以进行小部件的加工 ; 即使在不高的脉冲能量水平下 , 也能得到较高的能量密度, 有效地进行材料加工。左图是激光切割示意图，右图是激光切割机。通过对传统的刀片切割与激光切割对比可以知道：1. 机械划片是机械力直接作用在晶圆表面，在晶体内部产生应力损伤，容易产生晶圆崩 边及晶片破损。激光划片是非机械式的，可以避免出现芯片破碎和其它损坏现象。2. 由于刀片具有一定的厚度，由此刀具的划片线宽较大。金刚石锯片划片能够达到的最小切 割线宽度一般在2535微米之间。激光划片采用的高光束质量的光纤激光器对芯片的电性 影响较小，可以提供更高的划片成品率。3. 刀具划片采用的是机械力的作用方式，因而刀具划片具有一定的局限性。对于厚度在100 微米以下的晶圆，用刀具进行划片极易导致晶圆破碎。激光可以切割厚度较薄的晶圆，可以 胜任不同厚度的晶圆划片。同时可以切割一些较复杂的晶圆芯片，如六边形管芯等。4. 刀片划片速度为8-10mm/s,划片速度较慢。且切割不同的晶圆片，需要更换不同的刀具。 激光划片速度为150mm/s。划片速度较快5. 旋转砂轮式划片（Dicing Saw）需要刀片冷却水和切割水，均为去离子水（DI纯水）激光 划片不需要去离子水，不存在刀具磨损问题，并可连续24 小时作业。刀片切割刀片需要频繁的更换，后期运行成本较高。激光具有很好的兼容性，对于不同的晶 圆片，激光划片具有更好的兼容性和通用性。激光开槽加工一种常见激光半切割方式（需要进行激光切割和刀片切割）先在切割道内切开2 条细槽（开槽），然后再使用磨轮刀片再2 条细槽的中间区域实施全切 割加工，通过采用该项加工工艺，能够提高生产效率，减少甚至解决因崩裂，分层（薄膜剥 离）等不良因素造成的加工质量问题。在高速电子元器件上逐步被采用的低介电常数（LOW-K）膜及铜质材料，由于难以使用普通 的金刚石磨轮刀进行切割加工，所以有时无法达到电子原件厂家所要求的加工标准，为此， 迪思科公司的工程师开发了可解决这种问题的加工应用技术，减少应力对硅片的破坏作用。 激光开槽加工的示意图：（IT激光开槽加工：阶梯式磨轮刀片切割；s激光开槽加工:一次式 磨轮刀片切割）1/2/3/激光开槽加工的设备有DFL60,将短脉冲激光聚焦到晶片表面后进行照射，激光脉冲被LOW-K膜连续吸收，当吸收到一定程度的热能后， LOW-K 膜会被瞬间汽化。由于相互作用的原理，被汽化的物质会消耗掉晶片的热能，所以可以进行热影响极小的加工。（配图） 激光开槽加工设备：由于在适用于300mm晶片的全自动激光切割机DEL7160上采用了非发热加工方式即短脉冲 激光切割技术，来去除切割道上的 LOW-K 膜及铜等金属布线，所以能够在开槽加工过程中 最大限度地排除因发热所产生的影响，另外，在该设备上还配置了 LCD 触摸屏和图形化用 户界面（GUI）,使操作更为方便。（设备外观图，）激光全切割技术：本工艺是在厚度 200um 以下的薄型晶片表面（图案面）用激光照射1 次或多次，切入胶带 实现晶片全切割的切割方式，因为激光全切割可以加快进给速度，从而可以提高生产效率。（激光全切割示意图）GaAs 化合物半导体的薄型晶片切割GaAs 晶片因为材料比较脆，在切割时容易发生破裂或缺损，所以难以提高通常磨轮刀切割 的进给速度。如果利用激光全切割技术，加工进给速度可以达到磨轮刀片切割进给速度的 10 倍以上，从而提高生产效率。（进给速度仅为一例，实际操作时，因加工晶片的不同会有 所差异） 采用激光全切割工艺，加工后的切割槽宽度小，与刀片相比切割槽损失少，所以可以减少芯 片间的间隔，对于为了切割出更多小型芯片而致使加工线条数增多的化合物半导体晶片而言， 通过减小芯片间的间隔，可以提高1 枚晶片上可生产的芯片数量。（化合物半导体切割槽剖 面图）