A rånmåste genomgå tre förändringar för att bli ett riktigt halvledarchip: först skärs den blockformade tackan till wafers; i den andra processen graveras transistorer på waferns framsida genom den föregående processen; slutligen sker paketering, det vill säga genom skärningsprocessen,rånblir ett komplett halvledarchip. Det kan ses att paketeringsprocessen tillhör backend-processen. I denna process skärs wafern i flera hexaederformade individuella chips. Denna process för att erhålla oberoende chips kallas "singulering", och processen att såga waferkortet till oberoende kuber kallas "waferskärning (die sawing)". Nyligen, med förbättringen av halvledarintegration, har tjockleken påwafershar blivit tunnare och tunnare, vilket naturligtvis medför stora svårigheter för "singulationsprocessen".
Utvecklingen av wafer-tärning
Front-end- och back-end-processer har utvecklats genom interaktion på olika sätt: utvecklingen av back-end-processer kan bestämma strukturen och positionen för de hexaederformade små chipsen som separerats från formen pårån, såväl som strukturen och positionen för plattorna (elektriska anslutningsvägar) på wafern; tvärtom har utvecklingen av front-end-processer förändrat processen och metoden förrånbakåtuttunning och "die dicing" i backend-processen. Därför kommer förpackningens alltmer sofistikerade utseende att ha stor inverkan på backend-processen. Dessutom kommer antalet, proceduren och typen av dicing också att ändras i enlighet med förändringen i förpackningens utseende.
Scribe Tärning
I början var "brytning" genom att applicera extern kraft den enda tärningsmetoden som kunde dela uppråntill hexaederformar. Denna metod har dock nackdelarna att kanten på det lilla fliset flisas eller spricker. Eftersom graderna på metallytan inte tas bort helt blir dessutom den skurna ytan mycket grov.
För att lösa detta problem uppstod skärmetoden ”Scribing”, det vill säga att innan man ”bryter” ytan pårånskärs till ungefär halva djupet. ”Scribing”, som namnet antyder, syftar på att använda ett impeller för att såga (halvsåga) framsidan av wafern i förväg. I början använde de flesta wafers under 6 tum denna skärmetod där man först ”skar” mellan chipsen och sedan ”bryter”.
Knivsågning eller knivsågning
"Scribing"-skärmetoden utvecklades gradvis till "Blade dicing"-skärning (eller sågning), vilket är en metod att skära med ett blad två eller tre gånger i rad. "Blade"-skärningsmetoden kan kompensera för fenomenet med små flisor som lossnar vid "brott" efter "ritsning", och kan skydda små flisor under "singulation"-processen. "Blade"-skärning skiljer sig från tidigare "dicing"-skärning, det vill säga att efter en "bladskärning" "brotts" den inte, utan skär igen med ett blad. Därför kallas den även "step dicing"-metoden.
För att skydda wafern från yttre skador under skärningsprocessen appliceras en film på wafern i förväg för att säkerställa säkrare "singling". Under "back grinding"-processen fästs filmen på waferns framsida. Men vid "bladskärning" bör filmen fästas på waferns baksida. Under den eutektiska formbindningen (formbindning, fixering av de separerade chipsen på kretskortet eller den fasta ramen) kommer filmen som är fäst på baksidan automatiskt att falla av. På grund av den höga friktionen under skärning bör avjoniserat vatten sprutas kontinuerligt från alla håll. Dessutom bör impellern fästas med diamantpartiklar så att skivorna kan skäras bättre. Vid denna tidpunkt måste snittet (bladtjocklek: spårbredd) vara enhetligt och får inte överstiga bredden på skärspåret.
Sågning har länge varit den mest använda traditionella skärmetoden. Dess största fördel är att den kan skära ett stort antal wafers på kort tid. Men om skivans matningshastighet ökas kraftigt ökar risken för att chipletkanten lossnar. Därför bör antalet rotationer av impellern kontrolleras till cirka 30 000 gånger per minut. Det framgår att halvledarprocesstekniken ofta är en hemlighet som ackumulerats långsamt genom en lång period av trial and error (i nästa avsnitt om eutektisk bindning kommer vi att diskutera innehållet om skärning och DAF).
Tärning före slipning (DBG): skärsekvensen har förändrat metoden
När bladskärning utförs på en wafer med en diameter på 8 tum behöver man inte oroa sig för att chipletkanten ska skala eller spricka. Men när waferdiametern ökar till 21 tum och tjockleken blir extremt tunn, börjar skalnings- och sprickfenomen dyka upp igen. För att avsevärt minska den fysiska påverkan på wafern under skärprocessen ersätter DBG-metoden "tärning före slipning" den traditionella skärsekvensen. Till skillnad från den traditionella "bladskärningsmetoden" som skär kontinuerligt, utför DBG först ett "bladskär" och tunnar sedan gradvis ut waferns tjocklek genom att kontinuerligt tunna ut baksidan tills chipet är delat. Man kan säga att DBG är en uppgraderad version av den tidigare "bladskärningsmetoden". Eftersom den kan minska påverkan av det andra skäret har DBG-metoden snabbt blivit populär inom "wafer-nivåförpackning".
Laserutskärning
Wafer-level chip scale package (WLCSP)-processen använder huvudsakligen laserskärning. Laserskärning kan minska fenomen som flagning och sprickbildning, vilket ger chip av bättre kvalitet, men när waferns tjocklek är mer än 100 μm kommer produktiviteten att minskas kraftigt. Därför används den mestadels på wafers med en tjocklek på mindre än 100 μm (relativt tunna). Laserskärning skär kisel genom att applicera högenergilaser på waferns ritsspår. Men när man använder den konventionella laserskärningsmetoden (konventionell laser) måste en skyddande film appliceras på waferns yta i förväg. Eftersom waferns yta värms upp eller bestrålas med laser kommer dessa fysiska kontakter att producera spår på waferns yta, och de skurna kiselfragmenten kommer också att fästa vid ytan. Det kan ses att den traditionella laserskärningsmetoden också skär direkt på waferns yta, och i detta avseende liknar den "bladskärningsmetoden".
Stealth Dicing (SD) är en metod där man först skär insidan av wafern med laserenergi och sedan applicerar externt tryck på tejpen som är fäst på baksidan för att bryta den, vilket separerar chipet. När tryck appliceras på tejpen på baksidan kommer wafern omedelbart att lyftas uppåt på grund av tejpens sträckning, vilket separerar chipet. Fördelarna med SD jämfört med den traditionella laserskärningsmetoden är: för det första finns det inget kiselrester; för det andra är skärspåret (Kerf: bredden på ritspåret) smalt, så fler flisor kan erhållas. Dessutom kommer flagning och sprickbildning att minskas avsevärt med SD-metoden, vilket är avgörande för skärningens övergripande kvalitet. Därför är det mycket troligt att SD-metoden kommer att bli den mest populära tekniken i framtiden.
Plasma-tärning
Plasmaskärning är en nyligen utvecklad teknik som använder plasmaetsning för att skära under tillverkningsprocessen (Fab). Plasmaskärning använder halvgasiga material istället för vätskor, så miljöpåverkan är relativt liten. Och metoden att skära hela wafern samtidigt används, så "skär"-hastigheten är relativt snabb. Plasmametoden använder dock kemisk reaktionsgas som råmaterial, och etsningsprocessen är mycket komplicerad, så dess processflöde är relativt besvärligt. Men jämfört med "bladskärning" och laserskärning orsakar plasmaskärning inte skador på waferns yta, vilket minskar defektfrekvensen och ger fler chips.
På senare tid, eftersom wafertjockleken har minskats till 30 μm, används mycket koppar (Cu) eller material med låg dielektricitetskonstant (Low-k). För att förhindra grader (Burr) kommer därför plasmaskärningsmetoder också att gynnas. Naturligtvis utvecklas även plasmaskärningstekniken ständigt. Jag tror att det inom en snar framtid en dag inte längre kommer att finnas något behov av att bära en speciell mask vid etsning, eftersom detta är en viktig utvecklingsriktning för plasmaskärning.
I takt med att tjockleken på wafers kontinuerligt har minskats från 100 μm till 50 μm och sedan till 30 μm, har skärmetoderna för att erhålla oberoende chip också förändrats och utvecklats från "brytning" och "bladskärning" till laserskärning och plasmaskärning. Även om de alltmer mogna skärmetoderna har ökat produktionskostnaden för själva skärprocessen, har produktionskostnaden för ett enda chip å andra sidan, genom att avsevärt minska de oönskade fenomenen som flagning och sprickbildning som ofta uppstår vid halvledarchipskärning och öka antalet chip som erhålls per waferenhet, visat en nedåtgående trend. Naturligtvis är ökningen av antalet chip som erhålls per waferns ytenhet nära relaterad till minskningen av bredden på tärningsgatan. Med plasmaskärning kan nästan 20 % fler chip erhållas jämfört med att använda "bladskärning"-metoden, vilket också är en viktig anledning till att människor väljer plasmaskärning. Med utvecklingen och förändringarna av wafers, chipets utseende och förpackningsmetoder framträder också olika skärprocesser som waferbearbetningsteknik och DBG.
Publiceringstid: 10 oktober 2024