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激光划片、隐形切割与刀片切割工艺优劣对比
来源: | 作者:id1506174 | 发布时间: 2023-08-06 | 1958 次浏览 | 分享到:

1.  激光划片

激光划片是指把高峰值功率的激光束聚焦在硅片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。激光切割划片特别适用于微电路的制造,如划硅片,陶瓷,玻璃,太阳能电池硅片,半导体掩膜,集成电路及薄膜电路等。一般采用峰值功率高,光斑模式好的1064nm或532nm波长激光光源。针对不同材料采用不同的激光波长,如下表为DISCO 对应的激光划片机与激光波长表。

图1 DISCO对应的激光划片机与激光波长表



2.  激光划片的优点

1)非接触划切,无机械应力,基本无崩边现象,切口光滑无裂纹,切割质量好,成品率较高。

2)切割精度高,划槽窄,允许晶圆排列更为紧密,节约成本。

3)可进行线段,圆等异型线型的划切。

4)消耗资源少,不需要更换刀具,不适用冷却液,不需要去离子水。

5)激光可以切割一些较复杂的晶圆芯片,如MEMS芯片,六边形管芯等。

6)脆性材料的加工,比如砷化镓GaAs化合物半导体晶圆和高精度高、可靠性器件的加工。


3.  激光划片工艺

尽管激光划片具有诸多优点,但在实际应用中容易产生一些问题,主要有热效应,回焊现象,粉尘等异物对芯片产生的不良影响。

对于热效应问题,即使使用单光子能量极高的紫外激光束进行划片加工,也不能完全避免热效应的产生,只有在激光脉冲宽度达到皮秒级或更短的情况下才能够完全避免,但目前皮秒激光器价格昂贵,设备成本高。

针对这些问题,需要进一步优化激光划片的效率以及生产工艺,以减少粉尘或者热效应等不良影响。

主要工艺方法有:

1)首先是晶圆贴膜,在晶圆背面贴上UV膜。划片之前在晶圆表面涂敷一层水溶性保护膜,这样一来,划切时产生的碎屑将不会损伤芯片表面,同时还能降低热影响,防尘。切割完成后进行清洗甩干,最后UV膜阔膜完成晶圆颗粒分离。

2)隐形划片切割(Stealth dicing),即切割深度只需硅片厚度的1/3~1/4,由于应力作用只需要稍加外力,晶圆就可以很容易地沿切缝裂开;


图2 Stealth Dicing


4.  隐形切割工艺


隐形切割技术是将半透明波长的激光束聚集在晶圆内部,形成一个分割用的起点(改质层:以下称之为SD层),再对晶圆片施以外力将其分割成小片芯片的切割技术。

隐形切割工艺分为三个过程:

图3 Stealth Dicing process


1)晶圆贴膜晶圆贴膜,将晶圆贴在UV膜表面。晶圆及框架通过真空吸附在贴膜台上,划片面朝上完成贴膜。

2)激光过程,脉冲激光聚焦在晶圆内部在晶圆内部形成SD层。激光高温造成晶圆内部的局部熔化损伤,损伤向晶圆上下表面扩展。如下图


3)晶圆扩片过程晶片切割后的切割道宽度非常窄,芯片之间的干涉会导致碎裂和碎裂。晶片扩片使切割/分割后的芯片之间的间距增大,有利于后续的取芯贴片。


图4 Separation process


5.  激光划片、隐形切割与刀片切割工艺优劣对比

在实际生产中,硅片厚度如果大于0.3mm,传统的激光切割将变得效率低下,还有上下表面锥度太大,因此0.3mm以上厚度的硅片,金刚石刀片切割和隐形切割比较合适;

隐形切割对材料的单一性要求高,如果晶圆切割道含有金属线路,就不能用隐形切割工艺,而必须选择传统的激光划切或金刚石双刀切割(STEP-CUT)。