Was ist Wafer-Dicing?

A Wafermuss drei Veränderungen durchlaufen, um ein echter Halbleiterchip zu werden: Zuerst wird der blockförmige Ingot in Wafer geschnitten; im zweiten Prozess werden Transistoren durch den vorherigen Prozess auf der Vorderseite des Wafers eingraviert; schließlich wird das Packaging durchgeführt, d.h. durch den Schneideprozess wird dieWaferwird zu einem vollständigen Halbleiterchip. Der Verpackungsprozess gehört zum Back-End-Prozess. Dabei wird der Wafer in mehrere hexaedrische Einzelchips zerlegt. Dieser Prozess zur Gewinnung einzelner Chips wird als „Vereinzelung“ bezeichnet, und das Zersägen der Waferplatte in einzelne Quader wird als „Waferschneiden (Die Sawing)“ bezeichnet. Mit der Verbesserung der Halbleiterintegration konnte die Dicke vonWaffelnist immer dünner geworden, was den „Vereinzelungsprozess“ natürlich sehr schwierig macht.

Die Entwicklung des Wafer-Dicings

Front-End- und Back-End-Prozesse haben sich durch Interaktion auf verschiedene Weise entwickelt: Die Entwicklung der Back-End-Prozesse kann die Struktur und Position der Hexaeder-Chips bestimmen, die vom Chip auf demWafer, sowie die Struktur und Position der Pads (elektrische Verbindungspfade) auf dem Wafer; im Gegenteil, die Entwicklung der Front-End-Prozesse hat den Prozess und die Methode derWaferRückverdünnung und „Die-Dicing“ im Back-End-Prozess. Daher wird das zunehmend anspruchsvollere Erscheinungsbild des Gehäuses einen großen Einfluss auf den Back-End-Prozess haben. Darüber hinaus werden sich Anzahl, Verfahren und Art des Dicings entsprechend der veränderten Optik des Gehäuses ändern.

Anreißer-Würfeln

In den frühen Tagen war das „Brechen“ durch die Anwendung äußerer Kraft die einzige Methode, die dasWaferin Hexaeder-Stanzformen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Kante des kleinen Spans absplittert oder bricht. Da die Grate auf der Metalloberfläche nicht vollständig entfernt werden, ist die Schnittfläche zudem sehr rau.
Um dieses Problem zu lösen, wurde die Schneidmethode „Scribing“ entwickelt, d.h. vor dem „Brechen“ wird die Oberfläche desWaferwird bis zur Hälfte der Tiefe geschnitten. „Ritzen“ bezeichnet, wie der Name schon sagt, das Vorsägen (Halbieren) der Vorderseite des Wafers mit einem Impeller. Früher wurde diese Schneidmethode bei den meisten Wafern unter 6 Zoll verwendet, bei der zuerst zwischen den Chips „geschnitten“ und dann „gebrochen“ wurde.

Klingenwürfeln oder Klingensägen

Das Ritzschneiden entwickelte sich allmählich zum Sägen (oder Sägen), bei dem zwei- bis dreimal hintereinander mit einer Klinge geschnitten wird. Das Sägen kann das Ablösen kleiner Späne beim Brechen nach dem Ritzen ausgleichen und kleine Späne während des Vereinzelungsprozesses schützen. Das Sägen unterscheidet sich vom Sägen, da nach dem Sägen kein Brechen, sondern erneutes Schneiden mit der Klinge erfolgt. Daher wird es auch als schrittweises Sägen bezeichnet.

Um den Wafer während des Schneidevorgangs vor äußeren Beschädigungen zu schützen, wird vorab eine Folie auf den Wafer aufgebracht, um ein sichereres „Vereinzeln“ zu gewährleisten. Beim „Rückseitenschleifen“ wird die Folie auf der Vorderseite des Wafers angebracht. Beim „Klingenschneiden“ hingegen sollte die Folie auf der Rückseite des Wafers angebracht werden. Beim eutektischen Die-Bonding (Die-Bonding, Fixieren der vereinzelten Chips auf der Leiterplatte oder einem festen Rahmen) fällt die auf der Rückseite angebrachte Folie automatisch ab. Aufgrund der hohen Reibung beim Schneiden muss kontinuierlich deionisiertes Wasser aus allen Richtungen gesprüht werden. Außerdem sollte das Laufrad mit Diamantpartikeln ausgestattet sein, damit die Scheiben besser geschnitten werden können. Dabei muss der Schnitt (Klingendicke: Nutbreite) gleichmäßig sein und darf die Breite der Dicing-Rille nicht überschreiten.
Sägen ist seit langem die am weitesten verbreitete traditionelle Schneidmethode. Ihr größter Vorteil liegt darin, dass sie eine große Anzahl von Wafern in kurzer Zeit schneiden kann. Erhöht man jedoch die Zuführgeschwindigkeit der Scheiben deutlich, steigt die Gefahr des Ablösens der Chiplet-Kanten. Daher sollte die Drehzahl des Laufrads auf etwa 30.000 Umdrehungen pro Minute eingestellt werden. Es zeigt sich, dass die Technologie des Halbleiterprozesses oft ein Geheimnis ist, das sich über einen langen Zeitraum des Ausprobierens und Ausprobierens langsam angesammelt hat (im nächsten Abschnitt über eutektisches Bonden werden wir auf Schneiden und DAF eingehen).

Würfeln vor dem Mahlen (DBG): Die Schneidereihenfolge hat die Methode verändert

Beim Klingenschneiden eines Wafers mit 8 Zoll Durchmesser besteht kein Grund zur Sorge über Abblättern oder Risse an den Chiplet-Rändern. Steigt der Waferdurchmesser jedoch auf 21 Zoll und wird die Dicke extrem dünn, treten Abblätterungen und Risse erneut auf. Um die physische Belastung des Wafers während des Schneidevorgangs deutlich zu reduzieren, wird die traditionelle Schneidfolge durch die DBG-Methode „Dicing before Grinding“ ersetzt. Anders als bei der traditionellen „Klingen“-Schneidmethode, bei der kontinuierlich geschnitten wird, wird bei DBG zuerst ein „Klingen“-Schnitt ausgeführt und dann die Waferdicke schrittweise verringert, indem die Rückseite kontinuierlich dünner gemacht wird, bis der Chip gespalten ist. DBG ist sozusagen eine verbesserte Version der früheren „Klingen“-Schneidmethode. Da sie die Belastung des zweiten Schnitts reduzieren kann, hat sich die DBG-Methode im Bereich des „Wafer-Level-Packaging“ schnell durchgesetzt.

Laser-Dicing

Beim Wafer-Level-Chip-Scale-Package-Prozess (WLCSP) kommt hauptsächlich Laserschneiden zum Einsatz. Laserschneiden kann Abplatzungen und Risse reduzieren und so die Chipqualität verbessern. Bei Waferdicken über 100 μm nimmt die Produktivität jedoch stark ab. Daher wird dieses Verfahren hauptsächlich bei Wafern mit einer Dicke von weniger als 100 μm (relativ dünn) eingesetzt. Beim Laserschneiden wird Silizium durch Einwirkung eines Hochenergielasers in die Rillen des Wafers geschnitten. Beim konventionellen Laserschneiden muss jedoch vorab eine Schutzfolie auf die Waferoberfläche aufgetragen werden. Durch das Erhitzen oder Bestrahlen der Waferoberfläche mit dem Laser entstehen durch diese physischen Kontakte Rillen auf der Waferoberfläche, an denen die geschnittenen Siliziumfragmente haften bleiben. Es ist ersichtlich, dass auch beim herkömmlichen Laserschneiden die Waferoberfläche direkt geschnitten wird. In dieser Hinsicht ähnelt es dem Klingenschneiden.

Stealth Dicing (SD) ist ein Verfahren, bei dem zunächst die Innenseite des Wafers mit Laserenergie geschnitten und anschließend äußerer Druck auf das auf der Rückseite befestigte Klebeband ausgeübt wird, um dieses zu brechen und den Chip abzutrennen. Durch Druck auf das Klebeband auf der Rückseite wird der Wafer durch die Dehnung des Klebebands schlagartig angehoben, wodurch der Chip abgetrennt wird. Die Vorteile von SD gegenüber dem herkömmlichen Laserschneiden sind: Erstens entstehen keine Siliziumreste; zweitens ist die Schnittfuge (Schnittfuge: die Breite der Ritznut) schmaler, sodass mehr Chips gewonnen werden können. Zudem werden Ablöse- und Rissbildungserscheinungen durch das SD-Verfahren deutlich reduziert, was entscheidend für die Gesamtqualität des Schnitts ist. Daher wird sich das SD-Verfahren voraussichtlich in Zukunft zur beliebtesten Technologie entwickeln.

Plasma-Dicing
Plasmaschneiden ist eine neu entwickelte Technologie, die Plasmaätzen zum Schneiden während des Herstellungsprozesses nutzt. Beim Plasmaschneiden werden halbgasförmige Materialien anstelle von Flüssigkeiten verwendet, wodurch die Umweltbelastung relativ gering ist. Da der gesamte Wafer auf einmal geschnitten wird, ist die Schneidgeschwindigkeit relativ hoch. Allerdings verwendet das Plasmaverfahren chemisches Reaktionsgas als Ausgangsmaterial, und der Ätzprozess ist sehr kompliziert, was den Prozessablauf relativ umständlich macht. Im Vergleich zum Klingenschneiden und Laserschneiden verursacht Plasmaschneiden jedoch keine Beschädigung der Waferoberfläche, wodurch die Fehlerrate reduziert und mehr Chips gewonnen werden.

Da die Waferdicke in letzter Zeit auf 30 μm reduziert wurde und vermehrt Kupfer (Cu) oder Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k) verwendet werden, werden Plasmaschneidverfahren bevorzugt, um Grate zu vermeiden. Natürlich entwickelt sich auch die Plasmaschneidtechnologie ständig weiter. Ich bin überzeugt, dass beim Ätzen in naher Zukunft keine spezielle Maske mehr nötig sein wird, da dies eine wichtige Entwicklungsrichtung des Plasmaschneidens darstellt.

Mit der kontinuierlichen Reduzierung der Waferdicke von 100 μm auf 50 μm und schließlich auf 30 μm veränderten sich auch die Schneidverfahren zur Herstellung einzelner Chips und entwickelten sich vom Brech- und Klingenschneiden hin zum Laser- und Plasmaschneiden. Zwar haben die immer ausgereifteren Schneidverfahren die Produktionskosten des Schneidprozesses selbst erhöht, doch sind die Produktionskosten eines einzelnen Chips tendenziell gesunken, da unerwünschte Phänomene wie Abblättern und Rissbildung, die häufig beim Schneiden von Halbleiterchips auftreten, deutlich reduziert und die Anzahl der pro Wafer produzierten Chips erhöht wurde. Die Zunahme der pro Waferfläche produzierten Chips hängt eng mit der Reduzierung der Dicing-Straßenbreite zusammen. Mit Plasmaschneiden lassen sich im Vergleich zum Klingenschneiden fast 20 % mehr Chips herstellen, was ein wichtiger Grund für die Wahl des Plasmaschneidens ist. Mit der Weiterentwicklung von Wafern, Chip-Erscheinungsbild und Verpackungsmethoden entstehen auch verschiedene Schneidverfahren wie die Waferverarbeitungstechnologie und DBG.