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半导体集成电路晶圆切割工序

作者: 来源: 日期:2024/1/9 13:06:54 人气:304

苏州佳德捷减震科技有限公司

集成电路封装的主要流程里,第一步就是晶圆切割,将前制程加工完成晶圆的一颗颗的晶粒切割分离。首先是将纯度达到 99.99%的硅晶柱切割成不同厚度的晶圆,在晶圆上按照刻蚀出一个个电路芯片,整齐划一地在晶圆上呈现出小方格阵列,每一个小方格代表着一个能实现某种特定功能的电路芯片。汉芯国科今天来介绍一下半导体集成电路封装流程里的晶圆切割工序:包括相关的准备工作、划片步骤、晶圆切割和清洗等,希望对您有所帮助!

一、相关准备工作
1.用乙醇和无尘布擦拭膜机,用氮气枪清洗工作台和区域。必要时,打开去离子风扇,吹工作区域,消除静电干扰。检查待划片的晶圆,检查晶圆数量和批次信息,确保晶圆完好无损。
2.晶圆贴蓝膜和膜框(见下图)。

蓝膜用于将晶圆背面固定在金属膜框上,固定晶圆,约束晶粒,使晶圆切割分离成晶粒粒不会散落。晶圆通常根据尺寸来区分,这里的尺寸是指晶圆的直径,通常是6in、8in、12in。目前使用的高可靠电路,一些稳定的老品种也使用4in 晶圆。蓝膜也有不同尺寸的规格。
除了蓝膜,汉芯国科也使用UV膜,UV膜的粘性可以使用紫外线的照射时间和强度来控制,防止芯片在抓取的过程中漏抓或者抓崩。如果使用较大粘性剥离度的蓝膜,可能使得顶针在顶起芯片的过程中将芯片顶碎。

膜框架又称晶圆环、膜框架、金属框架等,由金属材料制成,具有一定的刚度,不易变形,与膜机一起使用。膜框用于收紧蓝膜,固定晶圆,便于后期的晶圆划片和晶粒分类,避免蓝膜褶皱碰撞挤压造成的损坏。



二、划片
最早的晶圆切割方法是物理切割,通过横向、纵向切割运动,将晶圆分成方形芯片晶粒。目前,用金刚石砂轮切片刀(见下图)晶圆切割方法仍占据主流地位。机械划片的力直接作用于晶圆表面,会对晶体内部造成应力损伤,容易造成芯片崩边和晶圆损伤。尤其是对厚度 100um 在下面的晶圆划片中,很容易导致晶圆破碎。机械切片速唐一般为8~10mm/s,分区速度慢,要求分区槽宽度大于 30um,高可靠电路的划片槽宽度应更大,甚至达到 50~60um,确保芯片划片后的完整性和可靠性。

激光切割属于无接触式切片,不对晶圆产生机械应力,对晶圆损伤小,可避免芯片破碎、损坏等问题 (见图 2-7)。由于激光在聚焦上可以达到亚微米数量级的特点,因此对晶圆的微处理更有优势。同时,激光片的速度可以达到 150mm/s,与机械切片率相比,它可以大大提高,可以胜任薄晶圆的加工任务,也可以用来切割一些形状复杂的芯片,如六角形。但昂贵的设备成本是制约激光划片普及的因素之一。

三、晶圆切割
晶圆按芯片大小分成单晶粒,用于随后的芯片贴装、引线键合等工序。虽然机械分区存在许多可靠性和成本问题,如晶圆机械损坏严重、晶圆分区线宽大、分区速度慢、冷却水切割、刀具更换维护成本高等,但机械切割仍是主要的分区方法。通过调整切片工艺参数,选择最佳刀具类型,采用多次切片等方法,解决机械切片芯片崩边、分层、硅渣污染等问题。


四、清洗
主要是清洗分区产生的各种硅屑和粉尘,清洗晶粒,冷却分区刀。
根据切割材料的质量要求,冷却介质采用去离子水或自来水等冷却介质。冷却流量通常由流量计控制,正常 0.2~4L/mn。流量尺寸应根据刀片和切割材料的类型和厚度进行调整。流量会冲走切割过程中粘附不牢固的芯片。对于特别薄的刀片,大流量有时会影响刀片的刚度:小流量会影响刀片的使用寿命和切割质量。

在半导体制造过程中,受到圆形影响,晶圆边缘一定区域芯片图形工艺不完整,大致有三种情况如图 2-1 所示。考虑边缘区域图形不完整,制作掩模版时将其去除,每一个图形都是工艺、功能完整的晶粒、以便于良率统计、晶粒分拣、盲封。硅晶柱的尺寸越大,能切割出来的晶圆面积就越大,能产出功能完整的有效芯片晶粒数量就越多。所以芯片制造工艺越先进,晶圆尺寸越大,其中的每一只电路芯片的成本越能摊薄,半导体的生产成本就能下降。因此半导体器件的发展方向是单个芯片越来越小,且单个芯片集成的晶体管数量越来越多。
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