劃片是將半導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上進行。同時作為半導體封裝的首步工序，劃片質量將直接影響封裝成品的最終可靠性。砂輪切割是目前應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，經主軸聯動高速旋轉，與被加工材料相互磨削，并以一定速度進給，將晶圓逐刀分割成獨立芯片。在工藝過程因殘余應力和機械損傷導致的崩裂等缺陷，是制約砂輪劃片發展的主要問題。
隨著半導體集成電路飛速發展對劃片效率和質量的新要求，該切割技術已結合不同加工材料的特點，從劃片刀選取、工藝參數優化以及劃片方式改進等方面著手，有了一定的發展。面對器件多樣化的發展趨勢，特別是在超薄晶圓以及含有可動結構的 MEMS 晶圓等非接觸劃片的發展需求，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，凸顯出愈發重要的優勢，本文將主要對目前主要應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
芯片分離，是在改質層形成的基礎上，通過外力如劈刀施壓，或是直接通過擴裂方式，使改質層貫穿于晶圓表面和底面，進而分離成獨立芯片的過程。
激光燒蝕切割是利用高能脈沖激光，經光學系統準直和聚焦后，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，使被照射區域局部熔化、氣化，從而使劃片間道材料去除，最終實現開槽或直接劃透。
激光燒蝕切割以高溫為作用機理，在燒蝕邊緣會形成被加工材料頻繁重鑄等現象的熱影響區域，如何控制熱影響區大小，是實現激光劃片在半導體行業發展的主要途徑。根據所加工材料對不同波長激光的吸收特性，選擇配置相應的激光器和光學系統。其中，脈沖寬度是影響切割質量的重要參數，實指每一個激光單脈沖的持續時間，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量，一般激光波長越短，加工熱影響區越小，但激光速度偏慢，效率偏低。
目前應用半導體晶圓切割的兩類主要激光切割技術，即激光隱形切割和激光燒蝕切割。兩種技術各具特點，均展現出傳統砂輪劃片所無法比擬的優勢。隨著激光技術的不斷發展和相關設備的成熟完善，激光切割將在半導體晶圓切割領域占據更具主導的地位。
來源：中國電子科技集團公司第十三研究所
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