半导体晶圆划片工艺简述聂仁勇.doc

半导体晶圆划片工艺简述 作者：聂仁勇，无锡开益禧半导体有限公司 引言： 半导体器件的生产全过程通常分为圆片制造工艺和封测工艺两部分。一般封测工艺包括圆片减薄、背面蒸发、晶圆划片、装片、键合、封装、后固化、高温贮存、去飞边、浸锡（电镀）、切筋（打弯）、测试分类、打印、包装等工序。 首先芯片的封测工艺始于将晶片分离成单个的芯片。本文在此将着重介绍晶圆划片工序的作用、重要性等主要因素。 晶圆切割介绍： 晶圆划片通常有两种方法：划片分离或锯片分离。 在一个晶圆上，通常有几百个至数千个芯片连在一起。它们之间留有80um至150um的间隙，此间隙被称之为切割街区（Saw Street）。将每一个具有独立电气性能的芯片分离出来的过程叫做划片或切割（Dicing Saw）。划片法或钻石划法是工业界开发的第一种划片技术。目前，机械式金刚石切割(图1)是划片工艺的主流技术。在这种切割方式下，金刚石刀片（Diamond Blade）以每分钟3万转到4万转的高转速切割晶圆的街区部分，同时，承载着晶圆的工作台以一定的速度沿刀片与晶圆接触点的切线方向呈直线运动，切割晶圆产生的硅屑被去离子水（DI water）冲走。依能够切割晶圆的尺寸 ，目前半导体界主流的划片机分８英寸和12英寸划片机两种。但我公司由于生产TO-92等低端DIODE,TRANSISTER以及简单稳压管，沿用的仍旧是6英寸划片机。 【图1：机械式金刚石切割】 晶圆划片工艺的重要质量缺陷的描述： 崩角 (Chipping) 【图2-1 表面chipping】 【图2-2 背面chipping】 因为硅材料的脆性，机械切割方式会对晶圆的正面和背面机械应力，结果在芯片的边缘产生正面崩角（FSC- Front Side Chipping）及背面崩角（BSC – Back Side Chipping）。　　正面崩角和背面崩角会降低芯片的机械强度，初始的芯片边缘裂隙在后续的封装工艺中或在产品的使用中会进一步扩散，从而可能引起芯片断裂，导致电性失效。另外，如果崩角进入了用于保护芯片内部电路、防止划片损伤的密封环（Seal Ring）内部时，芯片的电气性能和可靠性都会受到影响。　　封装工艺设计规则限定崩角不能进入芯片边缘的密封圈。如果将崩角大小作为评核晶圆切割质量／能力的一个指标，则可用公式来计算晶圆切割能力指数（Cpk）（图）。 　D1、D2代表划片街区中保留完整的部分，FSC是指正面崩角的大小。依照封装工艺设计规则，D1、D2的最小值可以为0，允许崩角存在的区域宽度D为（街区宽度-刀痕宽度）/2， 为D1、D2的平均值， 为D1、D2的方差。依统计学原理，对于一个合格的划片工艺而言，其切割能力指数应大于1.5。 【图4：划片工艺的原理图】 此处参考：不好的Blade的切断粉末不会充分排出，导致Chipping的增大及Crack的增大. Dicing blade持续锋利的理论： Blade因Sawing工作而磨损，但Grit本身容易破损，在一个Grit掉下来的位子上，会有新的Grit显出，有新的Chip Pocket形成的自生作用。根据持续的自生作用有良好状态的Blade会持续维持良好切割的状态(图5)。 【图5：Dicing Blade持续良好切割的状态原理】 影响晶圆划片质量的重要因素 1）划片工具，材料及划片参数 划片工具和材料主要包括：划片刀（Dicing blade图5）、承载薄膜(Mounting tape), 划片参数主要包括：切割模式、切割参数（步进速度、刀片转速、切割深度等）。对于由不同的半导体工艺制作的晶圆需要进行划片工具的选择和参数的优化，以达到最佳的切割质量和最低的切割成本。 【图5：日本DISCO公司DICING BALDE】 2）影响chipping的一般因子汇总： Blade Machine Workpiece 1.Blade缺陷 1)窟窿 2)缺陷 及 金刚 3)洞出 及 发硬 4)Dia 粒子没露出 5)Dia 密集 6)Hub和Blade交接面的凹凸 7)AL 残存 2.Blade条件 1)Grit Size 2)Bond type(Hard,Soft) 3)Dia 集中度(表面集中度) 4)Dressing(Board,Wafer) 1.Spindle振动 2.Feed speed 3.rpm 4.Cutting方式 5.Blade height 6.Pre-cut 7.Set-up 8.D.I Flow 9.其它 1)Single cut 2)Double cut 3)Step cut 4)Bevel cut 1.Wafer厚度 2.Wafer表面状态 3.Street Width(Scribe lane) 4.Tape种类(UV,Normal) 5