【微纳加工】晶圆减薄与划片需要按照什么顺序？

文摘 2024-10-11 23:59 江苏

晶圆减薄与划片是芯片制造中至关重要的环节之一，这些步骤不仅决定了最终芯片的尺寸、质量和性能，还直接影响到整个生产线的效率和成本。本文梳理了晶圆减薄与划片的工艺顺序，以及常见的划片切割方式，特别是其背后的技术细节。

一、晶圆减薄与划片的常规流程

在半导体封装流程中，晶圆减薄与划片通常遵循一套标准化的流程，旨在确保芯片在后续处理中的稳定性和可靠性。这套流程大致可以分为以下几个关键步骤：

1. 贴膜（Tape Laminator）

一切始于晶圆正面的精心保护。通过Tape Laminator，一层名为BG Tape（背部保护胶带）的保护膜被精确地贴合在晶圆正面。这层膜如同一位细心的守护者，确保在后续的背面减薄和化学机械抛光（CMP）工序中，晶圆表面的芯片免受任何可能的损伤。BG Tape的选择与应用，不仅考验着工艺的精准度，也体现了对材料特性的深刻理解。

2. 粗磨（Rough Grinding）

紧接着，晶圆进入粗磨阶段。在这一步骤中，粗磨设备以其强大的磨削能力，对晶圆背面进行初步的快速厚度去除。粗磨的主要目的是迅速降低晶圆厚度，为后续工艺打下基础。尽管此阶段能够高效去除大部分材料，但表面粗糙度相对较高，留下了需要进一步处理的痕迹。

3. 精磨/抛光（Fine Grinding/Polishing）

粗磨之后，晶圆迎来精磨或抛光磨削的细致处理。这一阶段的目标是在进一步减少晶圆厚度的同时，显著改善表面粗糙度。通过更加精细的磨料和抛光液的配合，精磨能够去除粗磨留下的表面缺陷，达到更高的平滑度。这一步骤对于提升晶圆的整体质量至关重要，因为它直接关系到后续工艺的成败。

4. 化学机械抛光（CMP）

化学机械抛光（CMP）是晶圆减薄流程中的最后一道关键工序。它不仅进一步去除晶圆背面的微小瑕疵，更重要的是，通过化学与机械的共同作用，有效去除晶圆背面残留的应力。这一步骤确保了晶圆在后续封装和测试过程中不会因为内部应力而破裂，从而保障了芯片的长期稳定性和可靠性。

5. 背面贴切割膜（Frame Mounting）

在晶圆准备进入划片阶段前，它会被固定到一个带有切割薄膜的框架上。这层切割薄膜如同一张无形的网，将晶圆上的每个芯片牢牢锁定在原位，防止在划片过程中发生任何脱落或位移。这一步骤的精确性和稳定性，直接关系到划片的质量和效率。

6. 除去晶圆正面的BG膜（BG Tape Peeling）

在晶圆被安全固定在框架上后，最初贴在晶圆正面的BG膜将被移除。这一步骤标志着晶圆正面芯片的“亮相”，为接下来的划片工序做好了准备。BG膜的去除过程同样需要极高的精确度和洁净度控制，以避免对晶圆表面造成任何不必要的污染或损伤。

7. 切割（Dicing Saw）

最后，使用划片机（Dicing Saw）对晶圆进行切割。这台精密的设备沿着预先设计好的切割道，以极高的精度和速度将晶圆分割成单个芯片。每一步切割都是对工艺精度的考验，也是半导体制造智慧的结晶。

二、常规流程的局限性

尽管上述流程在半导体制造中得到了广泛应用，但当晶圆被减薄到极薄厚度时，传统的划片切割方式开始面临严峻挑战。特别是在进行划片时，极薄的晶圆极易出现芯片崩边、裂纹等问题，这不仅降低了良品率，还增加了生产成本。

三、探索更先进的划片切割方式

为了克服传统划片切割方式的局限性，业界不断探索新的解决方案，其中DBG工艺、Taiko工艺和激光工艺尤为引人注目。

DBG工艺

DBG（Deep Back Grinding）工艺是一种通过深度背面减薄来提高芯片良品率和可靠性的方法。它结合了先进的磨削技术和精密的CMP工艺，能够在不损伤芯片正面电路的前提下，将晶圆背面减薄至极薄厚度。这一工艺不仅减少了划片过程中的崩边风险，还提高了芯片的散热性能和封装密度。

Taiko工艺

Taiko工艺则是一种创新的柔性切割方法。它利用特殊的切割膜和切割设备，在晶圆背面形成一层柔性支撑层，从而在划片过程中有效吸收切割产生的冲击力。这种工艺能够显著降低芯片崩边的发生率，同时提高切割的精度和效率。

激光工艺

激光工艺以其高精度和高效率在半导体制造中崭露头角。激光切割机通过聚焦激光束，以非接触的方式对晶圆进行精确切割。这种工艺不仅避免了传统划片机在切割过程中可能产生的机械应力，还能够在更薄的晶圆上实现更精细的切割图案。随着激光技术的不断进步，激光工艺有望成为未来半导体制造中的主流划片方式。

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