晶片的减薄切割知识

晶圆的背面研磨工艺会产生应力并传导到晶圆本体上导致晶圆变脆。这种晶圆变脆的效应可以用等离子应力去除工艺来去除。背面研磨带在减薄工艺（从725 µm通过研磨减薄到目标厚度，例如75 µm）时用以保护晶圆高活性的一面。之后，用远程等离子对晶圆背面进行应力去除,将减薄后留下的3 µm厚的损伤硅层去除。远程冷等离子是洁净、干燥、各向同性的化学刻蚀工艺，不含可能会对晶圆表面充电的自由离子或电子。通过把工艺温度控制在70°C以下来保护背面研磨带，避免对背面研磨带产生任何的损坏。应力 去除可以和钝化、晶圆减薄一起在原位进行。

示例

为了堆叠裸片，芯片的最终厚度必须要减少到了30μm甚至以下。然而在实际生产中，这样的厚度已经不可能由研磨来实现了，特别是在大批量生产50µm及以 下的厚度,应力去除变成了一个重要的问题时。用于3D互连的铜制层需要进行无金属污染的自由接触处理。应力消除加工方法，主要有以下4种。

刀片切割

就是用机械的方式对晶圆进行切割

如果加工物的厚度变薄，背面崩裂现象就会有加重的趋势。照片1、2所示的是厚度为25µm的硅晶片(采用干 式抛光法对背面进行研磨抛光)在加工后发生的背面崩裂状况。由于照片1是以用于通常晶片厚度，由普通尺寸的磨粒构成的磨轮刀片(#2000)进行加工的， 所以背面崩裂的现象比较明显。而照片2是使用由微细磨粒构成的磨轮刀片(#4800)进行加工的。为了解决薄型晶片的背面崩裂，使用由微细磨粒构成的磨轮 刀片进行加工，是减轻对加工物冲击力的关键因素。(参照图1)

照片1:

使用普通磨粒的磨轮刀片(#2000)

照片2:

使用微细磨粒的磨轮刀片(#4800)

在高速电子元器件上逐步被采用的低介电常数(Low-k)膜及铜质材料，由于难以使用普通的金刚石磨轮刀片进行切割加工，所以有时无法达到电子元件厂家所要求的加工标准。为此，迪思科公司的工程师开发了可解决这种问题的加工应用技术。

激光开槽加工工艺

先在切割道内切开2条细槽(开槽)，然后再使用磨轮刀片在2条细槽的中间区域实施全切割加工。通过采用该项加工工艺，能够提高生产效率，减少甚至解决因崩裂、分层(薄膜剥离)等不良因素造成的加工质量问题。

示例

在π激光开槽后，使用磨轮刀片实施阶梯切割。 只出现很微小的崩裂和薄膜剥落现象。

激 光

◆ 切割加工质量

DFL7160将短脉冲激光聚焦到晶片表面后进行照射。激光脉冲被Low-k膜连续吸收，当吸收到一定程度的热能后，Low-k膜会瞬间汽化。由于相互作用的原理，被汽化的物质会消耗掉晶片的热能，所以可以进行热影响极少的加工。

 

           

熔敷、热影响清晰可见。(材质: 硅)  熔敷、热影响稍微可见。(材质: 硅)

设 备

由于在适用于300mm晶片的全自动激光切割机DEL7160上采用了非发热加工方式即短脉冲激光切割技术，来去除切割道上的Low-k膜及铜等金属布线，所以能够在开槽加工过程中最大限度地排除因发热所产生的影响。另外，在该设备上还配置了LCD触摸屏和图形化用户界面(GUI)，使操作更为方便。

 

激光全切割工艺

本工艺是在厚度200µm以下的薄型晶片表面(图案面)，用激光照射1次或多次，切入胶带实现晶片全切割的切割方法。因为激光全切割可以加快进给速度，从而可以提高生产效率。

加工实例

◆GaAs化合物半导体的薄型晶片切割

GaAs晶片因为材料比较脆，在切割时容易发生破裂或缺损，所以难以提高通常磨轮刀片切割的进给速度。如果利用激光全切割技术，加工进给速度可以达到磨轮刀片切割进给速度的10倍以上，从而提高生产效率。(进给速度仅为一例。实际操作时，因加工晶片的不同会有所差异。)

采用激光全切割工艺，加工后的切割槽宽度小，与刀片相比切割槽损失少，所以可以减小芯片间的间隔。对于为了切割出更多小型芯片而致使加工线条数增多的化合物半导体晶片而言，通过减小芯片间的间隔，可以提高1枚晶片中可生产的芯片数量。

◆薄型化硅晶片的全切割加工

随着晶片的薄型化，切割时的崩裂和裂缝对芯片强度的影响也越来越大，切割的难度也越来越大。因此，需要有可 以进一步抑制崩裂现象的加工方法。另外，随着薄型化芯片积层接合材料DAF(Die Attach Film)使用的增加，如何对背面粘贴DAF的晶片进行抑制毛边等现象发生的高质量切割，也成为一个重要的课题。

针对这些课题，迪思科确立了作为薄型硅晶片切割的解决方案之一的激光全切割应用技术。激光全切割，通过激光的高速加工，使UPH得以提高。另外，对于附有DAF的硅晶片，可以进行硅和DAF的一体切割或单独切割。

DBG＋DAF激光切割

DBG(Dicing Before Grinding)*1工艺利用研削来分割芯片，故能够降低背面崩裂，并能因此提高芯片抗折强度。另外，因为是在研削结束阶段分割成芯片，所以有望在加工薄形芯片时减小晶片破损的风险。今后如能在这种DBG工艺中采用DAF(Die Attach Film)*2的话，也有可能在SiP（System in Package）等薄型芯片的叠层封装制造方面全面采用DBG工艺。

在DBG工艺中采用DAF时，需要在分割成芯片的晶片背面贴上DAF，并再次将DAF单独切割。这次我们向大家介绍利用激光全自动切割DAF的应用技术。

1 DBG (Dicing Before Grinding) :　这种技术将传统的“背面研削→晶片切断”的工艺倒过来，先将晶片半切割，然后利用背面研削进行芯片分割。

2 DAF (Die Attach Film) :　这是一种薄膜状的接合材料，用于薄型芯片叠层等。

DBG＋DAF激光切割的工艺

将DBG加工后的晶片转放到框架上，剥离掉表面保护胶带后，从晶片表面一侧对DAF进行全切割。晶片已经分离成了芯片，所以就可以从芯片间照射激光，只将DAF切断。

DAF激光切割的优点

1、可改善DAF的加工质量

采用激光切割技术可以抑制采用磨轮刀片切割DAF时产生的毛边。

图1. 表面一侧SEM照片　DAF激光切割 （70µmSi + 20µmDAF）

2、能够进行高速切割，提高生产效率

与磨轮刀片切割相比，可以提高DAF全自动切割时的加工速度。

加工实例 ：　加工进给速度100mm/sec ～ 300mm/sec，以1pass进行DAF切割

（加工条件因DAF的种类、DAF的厚度、晶片厚度和切割槽宽度等的不同而有所变化。）

3、利用特殊校准，可以解决芯片错位问题

即使在DBG加工后的晶片上出现了芯片错位，也能够通过采用特殊校准进行跟随芯片错位的加工。根据各加工线上的每个校准点，记忆切割槽中心的位置，并用激光对其中心进行切割。

图2. DAF切割的图示

装置

DFL7160 （DBG＋DAF切割规格）