國產劃片機 2021-06-07
圓片劃片是集成電路制造工藝中的一個重要環節，無論是傳統芯片封裝還是先進的圓片級封裝技術，劃片工序都是不可或缺的，對于傳統芯片封裝而言，圓片劃片是封裝過程的前段工序，而對于圓片級封裝，劃片往往成為封裝的最后步驟，一前一后都直接關系到封裝成品的最終可靠性。圓片通常采用刀片切割進行芯片分離，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、切割過程中硅屑飛濺、崩邊、顆粒沾污等現象且無法避免，劃片機廠家淺談圓片等離子劃片工藝優勢：
隨著集成電路技術的不斷進步，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一步縮小，傳統的刀片劃片技術已經很難適應，激光劃片技術應運而生。激光劃片技術大致分為基于激光熔融的常規激光劃片、激光隱形切割(SD) 劃片和微水刀激光劃片 3 種主要形式。常規激光劃片技術主要用于 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 ；激光隱形切割技術則是利用特殊波長的激光打斷圓片劃片槽上的硅晶格，此過程不會在硅片有效圖形區中形成高溫，劃片后形成的劃痕寬度只有數微米；微水刀激光劃片結合常規激光劃片與水冷技術的特點，將高能量的激光束約束在一個狹小的水道中，劃片過程中同樣不會造成硅片中的熱損傷。
等離子劃片是近年來興起的一項全新的圓片劃片技術，它是采用等離子刻蝕技術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相比，可以一次性同步完成所有芯片的劃片，無需先后對所有劃片槽進行分步切割，其劃片速度與芯片大小無關，僅與圓片厚度相關，劃片效率明顯提升，是對現有劃片技術的一個顛覆。本文重點介紹這種先進的圓片劃片技術。
等離子劃片原理：等 離 子 劃 片 技 術 源 于 ON Semiconductors 和Plasma-Therm 的專利授權，由 DISCO 公司開發成一種商用技術。等離子劃片的技術核心是等離子刻蝕工藝，是一種微電子圓片制造過程中的硅材料干法腐蝕工藝，以博世公司開發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生感應耦合的電場作用下，刻蝕氣體輝光放電產生高密度等離子體，其中 C 4 F 8 生成聚合物，分別沉積在側壁和底部，形成抗腐蝕膜，以阻止側向刻蝕，該過程為鈍化過程；SF 6 為刻蝕氣體，SF 6 產生的等離子體首先對表面及底部沉積的聚合物進行轟擊，然后大流量的等離子體開始刻蝕硅。由于 SF 6 對于硅有較高的刻蝕選擇比，側壁的聚合物刻蝕速率較慢，所以形成一個深寬比較大（~ 20:1）的溝槽，此過程為刻蝕過程。在 Bosch 工藝中鈍化和刻蝕過程交替進行，一個完整的深反應刻蝕過程由數個鈍化 - 刻蝕循環組成。日本 Panasonic 公司開發了類似的等離子劃片技術，二者采用的是相同的深反應刻蝕工藝原理，同樣實現了商用化。
在圓片制造中，Bosch 工藝主要應用于 MEMS器件的結構形成以及 TSV 中的通孔制作。DISCO 公司聯合 ON Semiconductors 和 Plasma-Therm，巧妙利用了 DRIE 工藝原理，通過針對性的優化和改進，成功開發出一種圓片劃片工藝技術。
SF 6 對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實現正常刻蝕過程。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 Si 材料的刻蝕速率遠遠超過 SiO 2 、Si 3 N 4 和 PI，PI 刻蝕速率慢，即 Si 對 PI 的刻蝕選擇比較高，故通常選擇厚度大于 5 μm 的 PI 層來作為屏蔽層。光刻膠 PR 也是一種較好的屏蔽層。
典型的等離子劃片側壁形貌與標準的硅刻蝕工藝不同，等離子劃片僅僅是劃片槽中的局部硅材料區域進行刻蝕，也就是說適用于等離子劃片的圓片與傳統的圓片有所不同，前者需要在劃片槽的刻蝕區域暴露出需要刻蝕的硅本體材料，其他區域須被屏蔽層所覆蓋，否則其他區域會被同時刻蝕。
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