劃片是將半導(dǎo)體晶圓分割成單個芯片的過程，一般在晶圓已完成前道工藝制程和電性能測試的基礎(chǔ)上進(jìn)行。同時作為半導(dǎo)體封裝的首步工序，劃片質(zhì)量將直接影響封裝成品的最終可靠性。砂輪切割是目前應(yīng)用最為廣泛的一種劃片方式，采用金剛石顆粒和粘合劑組成的刀片，經(jīng)主軸聯(lián)動高速旋轉(zhuǎn)，與被加工材料相互磨削，并以一定速度進(jìn)給，將晶圓逐刀分割成獨(dú)立芯片。在工藝過程因殘余應(yīng)力和機(jī)械損傷導(dǎo)致的崩裂等缺陷，是制約砂輪劃片發(fā)展的主要問題。
隨著半導(dǎo)體集成電路飛速發(fā)展對劃片效率和質(zhì)量的新要求，該切割技術(shù)已結(jié)合不同加工材料的特點，從劃片刀選取、工藝參數(shù)優(yōu)化以及劃片方式改進(jìn)等方面著手，有了一定的發(fā)展。面對器件多樣化的發(fā)展趨勢，特別是在超薄晶圓以及含有可動結(jié)構(gòu)的 MEMS 晶圓等非接觸劃片的發(fā)展需求，砂輪劃片已無法完全滿足。激光切割可有效避免砂輪崩裂問題，同時在小尺寸及 MEMS 芯片方面，凸顯出愈發(fā)重要的優(yōu)勢，本文將主要對目前主要應(yīng)用的激光隱形切割和激光燒蝕切割兩種劃片方式展開討論。
激光隱形切割技術(shù)
芯片分離，是在改質(zhì)層形成的基礎(chǔ)上，通過外力如劈刀施壓，或是直接通過擴(kuò)裂方式，使改質(zhì)層貫穿于晶圓表面和底面，進(jìn)而分離成獨(dú)立芯片的過程。
激光燒蝕切割是利用高能脈沖激光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直和聚焦后，形成能量密度高，束斑尺寸只有微米級的激光束，作用于工件表面，使被照射區(qū)域局部熔化、氣化，從而使劃片間道材料去除，最終實現(xiàn)開槽或直接劃透。
激光燒蝕切割以高溫為作用機(jī)理，在燒蝕邊緣會形成被加工材料頻繁重鑄等現(xiàn)象的熱影響區(qū)域，如何控制熱影響區(qū)大小，是實現(xiàn)激光劃片在半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的主要途徑。根據(jù)所加工材料對不同波長激光的吸收特性，選擇配置相應(yīng)的激光器和光學(xué)系統(tǒng)。其中，脈沖寬度是影響切割質(zhì)量的重要參數(shù)，實指每一個激光單脈沖的持續(xù)時間，在功率和頻率一致的情況下，脈沖寬度越小，激光與加工材料的作用時間越短，熱影響區(qū)越小，可降低燒蝕過程對邊緣的不利影響。此外，激光器的選取還需兼顧效率和質(zhì)量，一般激光波長越短，加工熱影響區(qū)越小，但激光速度偏慢，效率偏低。
目前應(yīng)用半導(dǎo)體晶圓切割的兩類主要激光切割技術(shù)，即激光隱形切割和激光燒蝕切割。兩種技術(shù)各具特點，均展現(xiàn)出傳統(tǒng)砂輪劃片所無法比擬的優(yōu)勢。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)設(shè)備的成熟完善，激光切割將在半導(dǎo)體晶圓切割領(lǐng)域占據(jù)更具主導(dǎo)的地位。
來源：中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所
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