WaffelDas Schneiden ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Leistungshalbleitern. Dieser Schritt dient dazu, einzelne integrierte Schaltkreise oder Chips präzise von Halbleiterwafern zu trennen.
Der Schlüssel zuWaferDas Schneiden ist in der Lage, einzelne Chips zu trennen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die empfindlichen Strukturen und Schaltkreise, die in denWafernicht beschädigt werden. Der Erfolg oder Misserfolg des Schneidprozesses beeinflusst nicht nur die Trennqualität und Ausbeute des Spans, sondern steht auch in direktem Zusammenhang mit der Effizienz des gesamten Produktionsprozesses.
▲Drei gängige Arten des Waferschneidens | Quelle: KLA CHINA
Derzeit ist die gemeinsameWaferSchneidprozesse werden unterteilt in:
Klingenschneiden: kostengünstig, normalerweise für dickereWaffeln
Laserschneiden: hohe Kosten, wird normalerweise für Wafer mit einer Dicke von mehr als 30 μm verwendet
Plasmaschneiden: hohe Kosten, mehr Einschränkungen, normalerweise für Wafer mit einer Dicke von weniger als 30 μm verwendet
Mechanischer Klingenschnitt
Beim Klingenschneiden wird mit einer schnell rotierenden Schleifscheibe (Klinge) entlang der Ritzlinie geschnitten. Die Klinge besteht üblicherweise aus abrasivem oder ultradünnem Diamantmaterial und eignet sich zum Schneiden oder Nuten von Silizium-Wafern. Da es sich jedoch um ein mechanisches Schneidverfahren handelt, beruht das Klingenschneiden auf physikalischem Materialabtrag, was leicht zu Absplitterungen oder Rissen an der Chipkante führen kann, was die Produktqualität beeinträchtigt und den Ertrag reduziert.
Die Qualität des Endprodukts, das durch den mechanischen Sägeprozess entsteht, wird von mehreren Parametern beeinflusst, darunter Schnittgeschwindigkeit, Blattdicke, Blattdurchmesser und Blattrotationsgeschwindigkeit.
Der Vollschnitt ist die einfachste Schneidmethode mit der Klinge, bei der das Werkstück durch Schneiden in ein festes Material (z. B. ein Schneidband) vollständig durchtrennt wird.
▲ Mechanischer Klingenschnitt - Vollschnitt | Bildquellennetzwerk
Beim Halbschnitt handelt es sich um ein Bearbeitungsverfahren, bei dem durch Schneiden bis zur Mitte des Werkstücks eine Nut erzeugt wird. Durch kontinuierliches Nuten können kamm- und nadelförmige Spitzen erzeugt werden.
▲ Mechanischer Klingenschnitt - Halbschnitt | Bildquellennetzwerk
Doppelschnitt ist ein Bearbeitungsverfahren, bei dem eine Doppelkreissäge mit zwei Spindeln Voll- oder Halbschnitte an zwei Produktionslinien gleichzeitig durchführt. Die Doppelkreissäge verfügt über zwei Spindelachsen. Durch dieses Verfahren wird ein hoher Durchsatz erreicht.
▲ Mechanischer Klingenschnitt - Doppelschnitt | Bildquellennetzwerk
Beim Step-Cut-Verfahren wird eine Doppelkreissäge mit zwei Spindeln verwendet, um Voll- und Halbschnitte in zwei Schritten durchzuführen. Verwenden Sie Klingen, die für das Schneiden der Verdrahtungsschicht auf der Waferoberfläche optimiert sind, und Klingen, die für den verbleibenden Silizium-Einkristall optimiert sind, um eine hochwertige Verarbeitung zu erzielen.
▲ Mechanisches Klingenschneiden – Stufenschneiden | Bildquelle Netzwerk
Beim Fasenschneiden handelt es sich um ein Bearbeitungsverfahren, bei dem eine Klinge mit V-förmiger Schneide an der Halbschnittkante verwendet wird, um den Wafer während des Stufenschneidprozesses in zwei Schritten zu schneiden. Der Anfasvorgang wird während des Schneidprozesses durchgeführt. Dadurch werden eine hohe Formfestigkeit und eine hochwertige Verarbeitung erreicht.
▲ Mechanisches Klingenschneiden – Fasenschneiden | Bildquelle Netzwerk
Laserschneiden
Laserschneiden ist eine berührungslose Wafer-Schneidtechnologie, bei der ein fokussierter Laserstrahl einzelne Chips von Halbleiterwafern trennt. Der hochenergetische Laserstrahl wird auf die Waferoberfläche fokussiert und verdampft oder entfernt Material entlang der vorgegebenen Schnittlinie durch Ablation oder thermische Zersetzung.
▲ Laserschneiddiagramm | Bildquelle: KLA CHINA
Zu den derzeit weit verbreiteten Lasertypen gehören Ultraviolett-, Infrarot- und Femtosekundenlaser. Ultraviolettlaser werden aufgrund ihrer hohen Photonenenergie häufig für die präzise Kaltablation eingesetzt. Die Wärmeeinflusszone ist extrem klein, wodurch das Risiko thermischer Schäden am Wafer und den umliegenden Chips effektiv reduziert werden kann. Infrarotlaser eignen sich besser für dickere Wafer, da sie tief in das Material eindringen können. Femtosekundenlaser erreichen durch ultrakurze Lichtimpulse einen hochpräzisen und effizienten Materialabtrag bei nahezu vernachlässigbarer Wärmeübertragung.
Laserschneiden bietet gegenüber dem herkömmlichen Klingenschneiden erhebliche Vorteile. Erstens erfordert das berührungslose Verfahren keinen physischen Druck auf den Wafer, wodurch die beim mechanischen Schneiden üblichen Fragmentierungs- und Rissprobleme reduziert werden. Dadurch eignet sich das Laserschneiden besonders für die Bearbeitung zerbrechlicher oder ultradünner Wafer, insbesondere solcher mit komplexen Strukturen oder feinen Details.
▲ Laserschneiddiagramm | Bildquellennetzwerk
Darüber hinaus ermöglicht die hohe Präzision und Genauigkeit des Laserschneidens die Fokussierung des Laserstrahls auf einen extrem kleinen Punkt, die Unterstützung komplexer Schnittmuster und die Trennung kleinster Chipabstände. Diese Funktion ist besonders wichtig für fortschrittliche Halbleiterbauelemente mit immer kleiner werdenden Abmessungen.
Das Laserschneiden weist jedoch auch einige Einschränkungen auf. Im Vergleich zum Klingenschneiden ist es langsamer und teurer, insbesondere in der Großserienproduktion. Darüber hinaus kann die Wahl des richtigen Lasertyps und die Optimierung der Parameter für einen effizienten Materialabtrag und eine minimale Wärmeeinflusszone bei bestimmten Materialien und Dicken eine Herausforderung darstellen.
Laserablationsschneiden
Beim Laserablationsschneiden wird der Laserstrahl präzise auf eine bestimmte Stelle auf der Waferoberfläche fokussiert. Die Laserenergie wird gemäß einem vorgegebenen Schnittmuster geführt und durchschneidet den Wafer schrittweise bis zur Unterseite. Je nach Schneidanforderung wird dieser Vorgang mit einem gepulsten Laser oder einem Dauerstrichlaser durchgeführt. Um Schäden am Wafer durch übermäßige lokale Erwärmung des Lasers zu vermeiden, wird Kühlwasser verwendet, um ihn abzukühlen und vor thermischen Schäden zu schützen. Gleichzeitig entfernt Kühlwasser effektiv beim Schneiden entstehende Partikel, verhindert Verunreinigungen und sichert die Schnittqualität.
Laserunsichtbares Schneiden
Der Laser kann auch fokussiert werden, um Wärme in den Waferkörper zu übertragen – ein Verfahren, das als „unsichtbares Laserschneiden“ bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren erzeugt die Hitze des Lasers Lücken in den Ritzspuren. Diese geschwächten Bereiche erzielen dann einen ähnlichen Penetrationseffekt, indem sie beim Dehnen des Wafers brechen.
▲ Hauptprozess des unsichtbaren Laserschneidens
Das unsichtbare Schneiden ist ein Laserverfahren mit interner Absorption, im Gegensatz zur Laserablation, bei der der Laser auf der Oberfläche absorbiert wird. Beim unsichtbaren Schneiden wird Laserstrahlenergie mit einer Wellenlänge verwendet, die für das Wafersubstratmaterial halbtransparent ist. Der Prozess besteht aus zwei Hauptschritten: einem laserbasierten und einem mechanischen Trennprozess.
▲Der Laserstrahl erzeugt eine Perforation unter der Waferoberfläche, Vorder- und Rückseite bleiben unberührt | Bildquelle Netzwerk
Im ersten Schritt scannt der Laserstrahl den Wafer und fokussiert ihn auf einen bestimmten Punkt im Inneren des Wafers, wodurch ein Riss entsteht. Die Strahlenergie führt zu einer Reihe von Rissen im Inneren, die sich noch nicht über die gesamte Dicke des Wafers bis zur Ober- und Unterseite ausgebreitet haben.
▲Vergleich von 100 μm dicken Silizium-Wafern, die mit der Klingenmethode und der unsichtbaren Laserschneidemethode geschnitten wurden | Bildquellennetzwerk
Im zweiten Schritt wird das Chipband an der Unterseite des Wafers physikalisch gedehnt, wodurch in den Rissen im Wafer, die im ersten Schritt durch den Laserprozess erzeugt wurden, Zugspannungen entstehen. Diese Spannung führt dazu, dass sich die Risse vertikal zur Ober- und Unterseite des Wafers ausbreiten und den Wafer entlang dieser Schnittpunkte in Chips trennen. Beim unsichtbaren Schneiden wird üblicherweise Halbschneiden oder Halbschneiden an der Unterseite verwendet, um die Trennung von Wafern in Chips oder Chips zu erleichtern.
Hauptvorteile des unsichtbaren Laserschneidens gegenüber der Laserablation:
• Kein Kühlmittel erforderlich
• Es entstehen keine Ablagerungen
• Keine wärmebeeinflussten Zonen, die empfindliche Schaltkreise beschädigen könnten
Plasmaschneiden
Plasmaschneiden (auch bekannt als Plasmaätzen oder Trockenätzen) ist eine fortschrittliche Waferschneidtechnologie, die reaktives Ionenätzen (RIE) oder tiefes reaktives Ionenätzen (DRIE) nutzt, um einzelne Chips von Halbleiterwafern zu trennen. Das Schneiden erfolgt durch chemisches Entfernen von Material entlang vorgegebener Schnittlinien mittels Plasma.
Beim Plasmaschneiden wird der Halbleiterwafer in eine Vakuumkammer gelegt, ein kontrolliertes reaktives Gasgemisch in die Kammer eingeleitet und ein elektrisches Feld angelegt, um ein Plasma mit einer hohen Konzentration reaktiver Ionen und Radikale zu erzeugen. Diese reaktiven Spezies interagieren mit dem Wafermaterial und entfernen selektiv Wafermaterial entlang der Ritzlinie durch eine Kombination aus chemischer Reaktion und physikalischem Sputtern.
Der Hauptvorteil des Plasmaschneidens besteht darin, dass es die mechanische Belastung von Wafer und Chip reduziert und potenzielle Schäden durch physischen Kontakt verringert. Allerdings ist dieser Prozess komplexer und zeitaufwändiger als andere Methoden, insbesondere bei dickeren Wafern oder Materialien mit hoher Ätzbeständigkeit, sodass seine Anwendung in der Massenproduktion begrenzt ist.
▲ Bildquellennetzwerk
Bei der Herstellung von Halbleitern muss die Methode zum Schneiden von Wafern auf der Grundlage zahlreicher Faktoren ausgewählt werden, darunter die Materialeigenschaften des Wafers, die Größe und Geometrie des Chips, die erforderliche Präzision und Genauigkeit sowie die Gesamtproduktionskosten und -effizienz.
Veröffentlichungszeit: 20. September 2024