TrancheLa découpe est une étape importante de la production de semi-conducteurs de puissance. Cette étape permet de séparer avec précision les circuits intégrés ou puces des plaquettes de semi-conducteurs.
La clé detrancheLa découpe doit permettre de séparer les puces individuelles tout en garantissant que les structures et circuits délicats intégrés dans lestranchene sont pas endommagés. La réussite ou l'échec du processus de découpe affecte non seulement la qualité de séparation et le rendement des copeaux, mais est également directement lié à l'efficacité de l'ensemble du processus de production.
▲Trois types courants de découpe de plaquettes | Source : KLA CHINA
Actuellement, le communtrancheLes processus de coupe sont divisés en :
Coupe à la lame : faible coût, généralement utilisée pour les matériaux plus épaisgaufrettes
Découpe laser : coût élevé, généralement utilisée pour les plaquettes d'une épaisseur supérieure à 30 µm
Découpe plasma : coût élevé, plus de restrictions, généralement utilisée pour les plaquettes d'une épaisseur inférieure à 30 µm
Coupe à lame mécanique
La découpe à la lame est un procédé de découpe le long d'un trait de coupe à l'aide d'un disque de meulage rotatif à grande vitesse (lame). La lame est généralement constituée d'un matériau abrasif ou diamanté ultra-fin, adapté au tranchage ou au rainurage des plaquettes de silicium. Cependant, en tant que méthode de découpe mécanique, la découpe à la lame repose sur l'enlèvement de matière, ce qui peut facilement entraîner l'écaillage ou la fissuration du bord de la lame, affectant ainsi la qualité du produit et réduisant le rendement.
La qualité du produit final obtenu par le processus de sciage mécanique est affectée par plusieurs paramètres, notamment la vitesse de coupe, l'épaisseur de la lame, le diamètre de la lame et la vitesse de rotation de la lame.
La coupe complète est la méthode de coupe de lame la plus basique, qui coupe complètement la pièce en coupant sur un matériau fixe (comme un ruban de coupe).
▲ Coupe mécanique à lame pleine | Source de l'image réseau
La demi-coupe est une méthode d'usinage qui produit une rainure en coupant jusqu'au milieu de la pièce. En effectuant ce rainurage en continu, on obtient des pointes en forme de peigne et d'aiguille.
▲ Coupe mécanique à lame - demi-coupe | Source de l'image réseau
La double coupe est une méthode de traitement qui utilise une scie à double tranchage équipée de deux broches pour réaliser des coupes complètes ou partielles sur deux lignes de production simultanément. La scie à double tranchage possède deux axes de broche. Ce procédé permet d'atteindre un rendement élevé.
▲ Coupe mécanique à lame double | Source de l'image réseau
La découpe par étapes utilise une scie à double tranchant à deux broches pour réaliser des coupes complètes et partielles en deux étapes. L'utilisation de lames optimisées pour la découpe de la couche de câblage à la surface de la plaquette et d'autres optimisées pour le monocristal de silicium restant permet un traitement de haute qualité.
▲ Découpe mécanique à la lame – coupe par étapes | Source de l'image réseau
La découpe en biseau est une méthode de traitement qui utilise une lame à bord en V sur le bord à moitié coupé pour découper la plaquette en deux étapes. Le chanfreinage est réalisé pendant la découpe. Cela permet d'obtenir une résistance élevée du moule et un traitement de haute qualité.
▲ Découpe mécanique à la lame – coupe en biseau | Source de l'image réseau
Découpe laser
La découpe laser est une technologie de découpe de plaquettes sans contact qui utilise un faisceau laser focalisé pour séparer les puces individuelles des plaquettes de semi-conducteurs. Le faisceau laser à haute énergie est focalisé sur la surface de la plaquette et évapore ou retire de la matière le long d'une ligne de découpe prédéterminée par ablation ou décomposition thermique.
▲ Schéma de découpe laser | Source de l'image : KLA CHINA
Les lasers actuellement largement utilisés comprennent les lasers ultraviolets, les lasers infrarouges et les lasers femtosecondes. Parmi eux, les lasers ultraviolets sont souvent utilisés pour l'ablation à froid précise grâce à leur énergie photonique élevée et à la très petite zone affectée thermiquement, ce qui réduit efficacement le risque de dommages thermiques pour la plaquette et les puces environnantes. Les lasers infrarouges sont plus adaptés aux plaquettes plus épaisses, car ils peuvent pénétrer profondément dans le matériau. Les lasers femtosecondes permettent une élimination de matière haute précision et efficace avec un transfert de chaleur quasi négligeable grâce à des impulsions lumineuses ultracourtes.
La découpe laser présente des avantages significatifs par rapport à la découpe traditionnelle à la lame. Tout d'abord, grâce à son procédé sans contact, elle ne nécessite aucune pression physique sur la plaquette, réduisant ainsi les problèmes de fragmentation et de fissuration fréquents lors de la découpe mécanique. Cette caractéristique rend la découpe laser particulièrement adaptée au traitement de plaquettes fragiles ou ultra-minces, notamment celles présentant des structures complexes ou des détails fins.
▲ Schéma de découpe laser | Source de l'image réseau
De plus, la haute précision de la découpe laser permet de focaliser le faisceau laser sur un point extrêmement petit, de prendre en charge des motifs de découpe complexes et d'obtenir un espacement minimal entre les puces. Cette caractéristique est particulièrement importante pour les semi-conducteurs avancés de taille réduite.
Cependant, la découpe laser présente également certaines limites. Comparée à la découpe à la lame, elle est plus lente et plus coûteuse, surtout pour la production à grande échelle. De plus, le choix du type de laser et l'optimisation des paramètres pour garantir un enlèvement de matière efficace et une zone affectée thermiquement minimale peuvent s'avérer complexes pour certains matériaux et épaisseurs.
Découpe par ablation laser
Lors de la découpe par ablation laser, le faisceau laser est focalisé avec précision sur un emplacement précis de la surface du wafer. L'énergie laser est guidée selon un schéma de découpe prédéfini, découpant progressivement le wafer jusqu'en bas. Selon les exigences de découpe, cette opération est réalisée à l'aide d'un laser pulsé ou continu. Afin d'éviter tout dommage au wafer dû à un échauffement local excessif du laser, de l'eau de refroidissement est utilisée pour refroidir et protéger le wafer des dommages thermiques. L'eau de refroidissement permet également d'éliminer efficacement les particules générées pendant la découpe, d'éviter la contamination et de garantir la qualité de la découpe.
Découpe laser invisible
Le laser peut également être focalisé pour transférer la chaleur dans le corps principal de la plaquette, une méthode appelée « découpe laser invisible ». Dans cette méthode, la chaleur du laser crée des espaces dans les lignes de gravure. Ces zones fragilisées produisent ensuite un effet de pénétration similaire en se brisant lors de l'étirement de la plaquette.
▲Processus principal de découpe laser invisible
La découpe invisible est un procédé laser à absorption interne, contrairement à l'ablation laser où le laser est absorbé en surface. Elle utilise une énergie laser dont la longueur d'onde est semi-transparente au substrat de la plaquette. Le procédé se divise en deux étapes principales : une étape laser et une étape de séparation mécanique.
▲Le faisceau laser crée une perforation sous la surface de la plaquette, et les faces avant et arrière ne sont pas affectées | Source de l'image réseau
Lors de la première étape, le faisceau laser, en balayant la plaquette, se focalise sur un point précis à l'intérieur, formant ainsi une fissure. L'énergie du faisceau provoque la formation d'une série de fissures à l'intérieur, qui ne se sont pas encore étendues sur toute l'épaisseur de la plaquette, jusqu'aux surfaces supérieure et inférieure.
▲Comparaison de plaquettes de silicium de 100 µm d'épaisseur découpées par lame et par découpe laser invisible | Source de l'image réseau
Lors de la deuxième étape, la bande de puce située au bas de la plaquette est physiquement dilatée, ce qui provoque une contrainte de traction dans les fissures à l'intérieur de la plaquette, induites par le procédé laser lors de la première étape. Cette contrainte provoque l'extension verticale des fissures jusqu'aux surfaces supérieure et inférieure de la plaquette, puis la séparation de la plaquette en puces le long de ces points de découpe. Lors de la découpe invisible, la demi-découpe ou la demi-découpe par le bas est généralement utilisée pour faciliter la séparation des plaquettes en puces.
Principaux avantages de la découpe laser invisible par rapport à l'ablation laser :
• Aucun liquide de refroidissement requis
• Aucun débris généré
• Aucune zone affectée par la chaleur qui pourrait endommager les circuits sensibles
Découpe plasma
La découpe plasma (également appelée gravure plasma ou gravure sèche) est une technologie avancée de découpe de plaquettes qui utilise la gravure ionique réactive (RIE) ou la gravure ionique réactive profonde (DRIE) pour séparer les puces individuelles des plaquettes de semi-conducteurs. Cette technologie permet de découper par enlèvement chimique de matière le long de lignes de découpe prédéterminées à l'aide du plasma.
Lors du processus de découpe plasma, la plaquette semi-conductrice est placée dans une chambre à vide. Un mélange gazeux réactif contrôlé y est introduit et un champ électrique est appliqué pour générer un plasma hautement concentré en ions et radicaux réactifs. Ces espèces réactives interagissent avec le matériau de la plaquette et l'éliminent sélectivement le long de la ligne de découpe grâce à une combinaison de réaction chimique et de pulvérisation cathodique.
Le principal avantage de la découpe plasma est la réduction des contraintes mécaniques sur la plaquette et la puce, ainsi que des dommages potentiels causés par contact physique. Cependant, ce procédé est plus complexe et plus long que d'autres méthodes, notamment pour les plaquettes épaisses ou les matériaux à haute résistance à la gravure. Son application en production de masse est donc limitée.
▲Réseau source d'images
Dans la fabrication de semi-conducteurs, la méthode de découpe des plaquettes doit être sélectionnée en fonction de nombreux facteurs, notamment les propriétés du matériau de la plaquette, la taille et la géométrie de la puce, la précision et l'exactitude requises, ainsi que le coût et l'efficacité globaux de la production.
Date de publication : 20 septembre 2024