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工業(yè)制造

激光技術(shù)在半導(dǎo)體晶圓劃片工藝中的應(yīng)用

來源:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所2024-01-12 我要評論(0 )   

劃片是將半導(dǎo)體晶圓分割成單個芯片的過程,一般在晶圓已完成前道工藝制程和電性能測試的基礎(chǔ)上進(jìn)行。同時作為半導(dǎo)體封裝的首步工序,劃片質(zhì)量將直接影響封裝成品的最終...

劃片是將半導(dǎo)體晶圓分割成單個芯片的過程,一般在晶圓已完成前道工藝制程和電性能測試的基礎(chǔ)上進(jìn)行。同時作為半導(dǎo)體封裝的首步工序,劃片質(zhì)量將直接影響封裝成品的最終可靠性。砂輪切割是目前應(yīng)用最為廣泛的一種劃片方式,采用金剛石顆粒和粘合劑組成的刀片,經(jīng)主軸聯(lián)動高速旋轉(zhuǎn),與被加工材料相互磨削,并以一定速度進(jìn)給,將晶圓逐刀分割成獨立芯片。在工藝過程因殘余應(yīng)力和機(jī)械損傷導(dǎo)致的崩裂等缺陷,是制約砂輪劃片發(fā)展的主要問題。

隨著半導(dǎo)體集成電路飛速發(fā)展對劃片效率和質(zhì)量的新要求,該切割技術(shù)已結(jié)合不同加工材料的特點,從劃片刀選取、工藝參數(shù)優(yōu)化以及劃片方式改進(jìn)等方面著手,有了一定的發(fā)展。面對器件多樣化的發(fā)展趨勢,特別是在超薄晶圓以及含有可動結(jié)構(gòu)的 MEMS 晶圓等非接觸劃片的發(fā)展需求,砂輪劃片已無法完全滿足。激光切割可有效避免砂輪崩裂問題,同時在小尺寸及 MEMS 芯片方面,凸顯出愈發(fā)重要的優(yōu)勢,本文將主要對目前主要應(yīng)用的激光隱形切割和激光燒蝕切割兩種劃片方式展開討論。

激光隱形切割技術(shù)

隱形切割技術(shù)是將半透明波長的激光束通過光學(xué)聚焦透鏡聚焦于晶圓內(nèi)部,在晶圓內(nèi)部形成分割用的起點,即改質(zhì)層,再對晶圓施加外力將其分割成獨立芯片的技術(shù)。因此,隱形切割技術(shù)一般包括激光切割和芯片分離兩個過程。激光切割過程,是根據(jù)加工材料的不同,選擇相應(yīng)波長激光經(jīng)由特定光路,聚焦于晶圓內(nèi)部形成改質(zhì)層,該改質(zhì)層在形成的同時,會形成指向晶圓正反兩個表面延伸的龜裂。對一定厚度的晶圓,需激光以不同焦深多次聚焦于晶圓內(nèi)部進(jìn)行掃描,使改質(zhì)層間相互連接,最終形成適合分割的整體改質(zhì)層,這是促使芯片分離的重要步驟。

芯片分離,是在改質(zhì)層形成的基礎(chǔ)上,通過外力如劈刀施壓,或是直接通過擴(kuò)裂方式,使改質(zhì)層貫穿于晶圓表面和底面,進(jìn)而分離成獨立芯片的過程。

激光燒蝕切割技術(shù)

激光燒蝕切割是利用高能脈沖激光,經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直和聚焦后,形成能量密度高,束斑尺寸只有微米級的激光束,作用于工件表面,使被照射區(qū)域局部熔化、氣化,從而使劃片間道材料去除,最終實現(xiàn)開槽或直接劃透。

激光燒蝕切割以高溫為作用機(jī)理,在燒蝕邊緣會形成被加工材料頻繁重鑄等現(xiàn)象的熱影響區(qū)域,如何控制熱影響區(qū)大小,是實現(xiàn)激光劃片在半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的主要途徑。根據(jù)所加工材料對不同波長激光的吸收特性,選擇配置相應(yīng)的激光器和光學(xué)系統(tǒng)。其中,脈沖寬度是影響切割質(zhì)量的重要參數(shù),實指每一個激光單脈沖的持續(xù)時間,在功率和頻率一致的情況下,脈沖寬度越小,激光與加工材料的作用時間越短,熱影響區(qū)越小,可降低燒蝕過程對邊緣的不利影響。此外,激光器的選取還需兼顧效率和質(zhì)量,一般激光波長越短,加工熱影響區(qū)越小,但激光速度偏慢,效率偏低。

目前應(yīng)用半導(dǎo)體晶圓切割的兩類主要激光切割技術(shù),即激光隱形切割和激光燒蝕切割。兩種技術(shù)各具特點,均展現(xiàn)出傳統(tǒng)砂輪劃片所無法比擬的優(yōu)勢。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)設(shè)備的成熟完善,激光切割將在半導(dǎo)體晶圓切割領(lǐng)域占據(jù)更具主導(dǎo)的地位。

來源:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所


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半導(dǎo)體晶圓切割激光燒蝕切割技術(shù)
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