國(guó)產(chǎn)劃片機(jī) 2021-06-07
圓片劃片是集成電路制造工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，無(wú)論是傳統(tǒng)芯片封裝還是先進(jìn)的圓片級(jí)封裝技術(shù)，劃片工序都是不可或缺的，對(duì)于傳統(tǒng)芯片封裝而言，圓片劃片是封裝過(guò)程的前段工序，而對(duì)于圓片級(jí)封裝，劃片往往成為封裝的最后步驟，一前一后都直接關(guān)系到封裝成品的最終可靠性。圓片通常采用刀片切割進(jìn)行芯片分離，即所謂的刀片劃片，刀片劃片工藝多采用金剛砂刀片作為劃片刀具，存在刀片磨損、切割過(guò)程中硅屑飛濺、崩邊、顆粒沾污等現(xiàn)象且無(wú)法避免，劃片機(jī)廠家淺談圓片等離子劃片工藝優(yōu)勢(shì)：
隨著集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，芯片集成度在提升，圓片上的有效芯片尺寸也在不斷增加，伴隨的是劃片槽尺寸的進(jìn)一步縮小，傳統(tǒng)的刀片劃片技術(shù)已經(jīng)很難適應(yīng)，激光劃片技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。激光劃片技術(shù)大致分為基于激光熔融的常規(guī)激光劃片、激光隱形切割(SD) 劃片和微水刀激光劃片 3 種主要形式。常規(guī)激光劃片技術(shù)主要用于 Low-K 工藝的圓片表面開槽，即采用高能激光將在 Low-K 工藝圓片表面的易碎鈍化層包括 PCM 圖形燒蝕 ；激光隱形切割技術(shù)則是利用特殊波長(zhǎng)的激光打斷圓片劃片槽上的硅晶格，此過(guò)程不會(huì)在硅片有效圖形區(qū)中形成高溫，劃片后形成的劃痕寬度只有數(shù)微米；微水刀激光劃片結(jié)合常規(guī)激光劃片與水冷技術(shù)的特點(diǎn)，將高能量的激光束約束在一個(gè)狹小的水道中，劃片過(guò)程中同樣不會(huì)造成硅片中的熱損傷。
等離子劃片是近年來(lái)興起的一項(xiàng)全新的圓片劃片技術(shù)，它是采用等離子刻蝕技術(shù)在圓片劃片槽中形成窄小的蝕刻槽，使得芯片分離，與其他幾種劃片技術(shù)相比，可以一次性同步完成所有芯片的劃片，無(wú)需先后對(duì)所有劃片槽進(jìn)行分步切割，其劃片速度與芯片大小無(wú)關(guān)，僅與圓片厚度相關(guān)，劃片效率明顯提升，是對(duì)現(xiàn)有劃片技術(shù)的一個(gè)顛覆。本文重點(diǎn)介紹這種先進(jìn)的圓片劃片技術(shù)。
等離子劃片原理：等 離 子 劃 片 技 術(shù) 源 于 ON Semiconductors 和Plasma-Therm 的專利授權(quán)，由 DISCO 公司開發(fā)成一種商用技術(shù)。等離子劃片的技術(shù)核心是等離子刻蝕工藝，是一種微電子圓片制造過(guò)程中的硅材料干法腐蝕工藝，以博世公司開發(fā)的基于氟基氣體的具有高深寬比的硅刻蝕工藝最具代表性，即 Bosch 工藝，其典型工藝過(guò)程如圖 1 所示。Bosch 工藝中使用兩種含氟氣體 C 4 F 8 、SF 6 ，在第一套射頻電源的螺旋線圈產(chǎn)生感應(yīng)耦合的電場(chǎng)作用下，刻蝕氣體輝光放電產(chǎn)生高密度等離子體，其中 C 4 F 8 生成聚合物，分別沉積在側(cè)壁和底部，形成抗腐蝕膜，以阻止側(cè)向刻蝕，該過(guò)程為鈍化過(guò)程；SF 6 為刻蝕氣體，SF 6 產(chǎn)生的等離子體首先對(duì)表面及底部沉積的聚合物進(jìn)行轟擊，然后大流量的等離子體開始刻蝕硅。由于 SF 6 對(duì)于硅有較高的刻蝕選擇比，側(cè)壁的聚合物刻蝕速率較慢，所以形成一個(gè)深寬比較大（~ 20:1）的溝槽，此過(guò)程為刻蝕過(guò)程。在 Bosch 工藝中鈍化和刻蝕過(guò)程交替進(jìn)行，一個(gè)完整的深反應(yīng)刻蝕過(guò)程由數(shù)個(gè)鈍化 - 刻蝕循環(huán)組成。日本 Panasonic 公司開發(fā)了類似的等離子劃片技術(shù)，二者采用的是相同的深反應(yīng)刻蝕工藝原理，同樣實(shí)現(xiàn)了商用化。
在圓片制造中，Bosch 工藝主要應(yīng)用于 MEMS器件的結(jié)構(gòu)形成以及 TSV 中的通孔制作。DISCO 公司聯(lián)合 ON Semiconductors 和 Plasma-Therm，巧妙利用了 DRIE 工藝原理，通過(guò)針對(duì)性的優(yōu)化和改進(jìn)，成功開發(fā)出一種圓片劃片工藝技術(shù)。
SF 6 對(duì)于圓片表面不同鈍化層的刻蝕速率是不同的，等離子刻蝕工藝也正是利用刻蝕氣體不同的刻蝕選擇比來(lái)實(shí)現(xiàn)正常刻蝕過(guò)程。所謂刻蝕選擇比 S R 是指同一刻蝕條件下，被刻蝕材料（即主體材料）的刻蝕速率與另一種材料（如光刻膠、PI 等屏蔽材料）的刻蝕速率之比，即：S R = E f / E r ，其中，E f 為被刻蝕材料的刻蝕速率，E r 為屏蔽材料的刻蝕速率。
SF 6 氣體對(duì) Si 材料的刻蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) SiO 2 、Si 3 N 4 和 PI，PI 刻蝕速率慢，即 Si 對(duì) PI 的刻蝕選擇比較高，故通常選擇厚度大于 5 μm 的 PI 層來(lái)作為屏蔽層。光刻膠 PR 也是一種較好的屏蔽層。
典型的等離子劃片側(cè)壁形貌與標(biāo)準(zhǔn)的硅刻蝕工藝不同，等離子劃片僅僅是劃片槽中的局部硅材料區(qū)域進(jìn)行刻蝕，也就是說(shuō)適用于等離子劃片的圓片與傳統(tǒng)的圓片有所不同，前者需要在劃片槽的刻蝕區(qū)域暴露出需要刻蝕的硅本體材料，其他區(qū)域須被屏蔽層所覆蓋，否則其他區(qū)域會(huì)被同時(shí)刻蝕。
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