文章来历：学习那些事。
原文作者：赵先生。
本文概述了。集成电路。制作中的划片工艺，介绍了划片工艺的品种、进程和面对的应战。
划片工艺介绍。
半导体制作。的起点是对硅的加工。首要，要把纯度高达 99.9999% 的硅晶柱切开成不同厚度的晶圆。一般来说，4 英寸晶圆的厚度约为 520 微米，6 英寸的是 670 微米，8 英寸的为 725 微米，12 英寸的则是 775 微米 。在晶圆上经过窗口刻蚀技能，一个个电路芯片被制作出来，它们规整摆放，在晶圆上构成小方格阵列，每一个小方格都代表着一个具有特定功用的电路芯片。
在。半导体。制作进程中，因为晶圆呈圆形，其边际必定区域内的芯片图形工艺存在不完好的状况，首要有三种景象，如图 1 所示。考虑到边际区域图形不完好，在制作掩模版时会将这部分去除，然后确保每个图形都是工艺完好、功用齐备的晶粒，便于进行良率计算、晶粒分拣以及盲封操作。硅晶柱的尺度越大，切开得到的晶圆面积就越大，可以产出的功用完好的有用芯片晶粒数量也就越多。所以，芯片制作。工艺越先进，晶圆尺度越大，每只电路芯片的本钱就越低，从而下降半导体的出产本钱。
图1 晶圆边际。
半导体器材的开展方向是单个芯片尺度越来越小，一起单个芯片集成的。晶体管。数量越来越多。硅晶圆的开展趋势则是尺度不断增大，硅晶柱跟着工艺前进，从开端能成长为 1 英寸、2 英寸，到后来的 4 英寸、6 英寸(约 150 毫米)、8 英寸(约 200 毫米)，近年来更是开展出 12 英寸，乃至还在研制更大标准，如 14 英寸、16 英寸，乃至 20 英寸以上。在一片晶圆上，重复刻蚀着几只到几十万只电路芯片。在晶圆上，电路芯片单元之间经过特定区域彼此隔脱离，这些独立的电路芯片被称作芯片晶粒，而阻隔区域则被称为划片槽，如图 2、图 3 所示。
图2：晶圆切开晶粒示意图。
图3：晶圆、芯片晶粒与划片槽。
在运用芯片晶粒之前，需求经过有用的办法将其切开并独自取下，这就需求划片这一工序。划片工序将晶圆切开成一个个独自的芯片晶粒，随后对芯片晶粒进行镜检、焊接、键合、封盖等一系列工序，终究封装出能完结各种功用且不易受环境损害的制品集成电路。
晶圆出产线制作完结的一整片晶圆，在经过探针台电测验后，经过切开工艺切开成具有。电气。功用、可用于制作集成电路的独立芯片，这个进程被称为晶圆切开或划片。图 4。
展现了集成电路制作封装流程及划片工序的方位。晶圆划片是电子封装工艺流程的第一道工序，首要经过研磨、灼烧等办法来完结切开。在划片进程中，还伴跟着对晶圆的固定、清洗等工艺进程，以此确保芯片不被划片进程中产生的污物污染，保持晶粒的洁净度。一起，也要确保在划片进程中芯片电路功用的完好性与牢靠性。
图4：集成电路制作封装流程及划片工序方位。
划片办法。
在前期，晶圆切开选用的是物理切开办法，经过划片刀进行横向和纵向的切开运动，把晶圆切开成方形的芯片晶粒。直至今天，运用金刚石砂轮划片刀(见图 5)进行晶圆切开的办法依旧是干流。不过，机械。划片时，划片力直接作用于晶圆外表，这会让晶体内部产生应力损害，简单引发芯片崩边以及晶圆破损的问题。尤其是对厚度在 100 微米以下的晶圆进行划片操作时，晶圆破碎的危险极高。机械划片的速度一般为 8 - 10 毫米 / 秒，速度相对较慢，而且要求划片槽宽度大于 30 微米，关于高牢靠电路，划片槽宽度需更大，乃至要到达 50 - 60 微米，以此确保芯片划片后的完好性与牢靠性。一般芯片的预留划片槽宽度与切开用金刚石砂轮划片刀厚度的推荐值，如表 1 所示。机械划片原理示意图如图 6 所示。
图6：机械划片原理。
表 1：一般芯片的预留划片槽宽度与切制用金刚石砂轮划片刀厚度的推荐值。
激光切开归于无触摸式划片，不会给晶圆带来机械应力，对晶圆形成的损害较小，可以有用防止芯片破碎、损坏等状况(见图 7)。因为激光聚集可以到达亚微米数量级，在对晶圆进行微处理时优势明显。一起，激光划片速度可以到达 150 毫米 / 秒，比较机械划片速率有大幅进步，还能完结较薄晶圆的加工使命，也可用于切开一些形状较为杂乱的芯片，比方六边形芯片。但是，设备本钱昂扬成为了阻止激光划片广泛使用的要素之一。
图7：机械划片与激光划片。
划片工艺进程。
在划片工艺正式开端前，需求先做好必要的预备作业。随后，把待切开的晶圆片粘贴到蓝膜上，将蓝膜结构放置到划片机中，敞开划片进程，而且在划片进程中实时铲除产生的硅渣和污物。最终，将切开好的芯片进行拾取和妥善保存，详细进程如图 8 所示。
图8：划片工艺进程。
1.预备作业。
在进行划片工艺前，需对相关设备与环境进行详尽预备。首要，运用乙醇浸湿无尘布，对贴膜机进行全面擦洗，以去除外表的尘埃与杂质。随后，运用氮气枪对作业台面及周边区域进行吹扫，确保无残留的细小颗粒。在必要状况下，敞开去离子风吹淋作业区域，有用消除静电搅扰，防止静电对晶圆及后续工艺形成影响。完结设备与环境整理后，需对待划片的晶圆(见图 9)进行严厉检查。细心核对晶圆的数量以及批次信息，一起全面检查晶圆外表，确保其完好无缺，无任何破损痕迹，为后续工艺的顺利展开奠定根底。
2.贴装蓝膜。
贴装蓝膜后的晶圆如图 10 所示。
1)蓝膜：蓝膜在划片工艺中承担着固定晶圆和捆绑晶粒的关键作用。它将晶圆反面安定地固定在。金属膜。框上，确保在晶圆被切开成单个晶粒后，晶粒不会散落。晶圆一般依据直径巨细区别，常见的尺度有 6 英寸、8 英寸、12 英寸，部分用于高牢靠电路的安稳老品种还会运用 4 英寸晶圆。与之对应，蓝膜也具有不同尺度标准。蓝膜的首要特征参数为厚度与黏附力，大多数用于硅晶圆划片的蓝膜厚度在 80 - 95 微米之间。蓝膜的黏附力既要满意大，以确保划片进程中能将别离的每个晶粒紧紧固定在膜上，又要在划片完结后，便于从膜上轻松取下晶粒。现在，最常用的蓝膜类型为一般蓝膜和紫外(UV)膜。一般蓝膜本钱约为 UV 膜的三分之一。UV 膜的粘接强度可经过紫外线照耀改动，照耀后，其粘接剂聚合固化，黏附力减小 90%，使得脱膜、揭膜更为简单，且不会留下残留物。UV 膜具有极强的初始黏附力，能有用固定晶圆，即使是细小晶粒也不会呈现位移或剥除问题;经过紫外线照耀下降黏附力后，即使大晶粒也能轻松分拣，且应力极小，晶粒反面无残留。
2)贴膜框：贴膜框又称晶圆环、膜框、金属结构等，选用金属原料制成，具有必定刚性，不易变形，常与贴膜机配套运用。其首要作用是绷紧蓝膜，安定固定晶圆，便利后续的晶圆划片以及晶粒分拣工序，防止晶圆切开后，因蓝膜褶皱导致晶粒间彼此磕碰揉捏而形成损害。
3)安装进程：图 11 展现了晶圆、蓝膜及贴膜框的安装图，图 12 呈现了详细的安装进程。首要，取出一片晶圆，使其正面朝下、反面朝上，放置在贴膜机作业盘上，翻开真空开关，运用真空吸力牢牢吸住晶圆。接着，将贴膜框放置在贴膜机作业台上，细心调整方位，使其。中心。与晶圆中心精准对齐，然后将侧边定位框移动至贴膜框外侧，对其进行左右限位。最终，拉出满意长度的蓝膜，将其拉紧后贴在贴膜机后部，确保蓝膜掩盖整个贴膜框区域，再用滚筒滚压蓝膜，使晶圆、蓝膜及结构严密安装在一起。
3. 晶圆切开。
此进程旨在依照芯片巨细，将晶圆切开成单一的晶粒，以便用于后续的芯片贴装、引线键合等工序。尽管机械划片存在许多牢靠性和本钱方面的问题，如晶圆机械损害严峻、划片线宽较大、划片速度较慢、需求冷却水辅佐切开、刀具替换保护本钱较高级，但现在机械切开仍是首要的划片办法。为处理机械划片中芯片崩边、分层、硅渣污染等问题，人们经过调整划片工艺参数、精心挑选最佳的刀具类型以及选用屡次划片等手法加以应对。划片机切开晶圆的场景如图 13 所示。
4. 清洗。
在晶圆切开进程中，清洗环节至关重要，首要意图是去除划片时产生的各种硅碎、粉尘，清洁晶粒，一起对划片刀起到降温冷却作用。冷却介质的挑选需依据划切资料的质量要求，可选用去离子水、自来水或其他冷却介质。冷却流量一般经过流量计进行调理操控，正常范围在 0.2 - 4 升 / 分钟。流量巨细需依据刀刃以及划切资料的品种和厚度进行调整，流量过大或许会冲走划切中粘接不结实的芯片，关于特别薄的刀刃，过大的流量还或许影响刀刃刚性;而流量过小则会影响刀刃寿数和划切质量。
5. 芯片拾取。
运用 UV 光照耀后，UV 膜的黏性会减退，这使得拾取切开好的晶粒变得愈加快捷，如图 14 所示。
图14：从UV膜上拾取所需芯片。
表 2 展现了划片工序触及的首要设备、部件及耗材和作用。
表 2：划片工序触及的首要设备、部件及耗材和作用。
机会与应战。
运用晶圆划片机，旨在完结将整个晶圆近乎无损地划切成单个集成电路芯片，以便后续展开装片和引线键合等工艺。鉴于划片对象是本钱昂扬的晶圆，所以晶圆划片机有必要具有。高精度。与高牢靠性。当时，在晶圆划片机范畴面对着许多首要应战：
晶圆标准与切开道改变：晶圆直径从以往的 150 毫米、200 毫米逐渐增大到现在的 300 毫米，而且其集成度继续攀升，芯片尺度益发细巧。与此一起，切开道宽度不断缩窄，从从前的 75 微米、65 微米、50 微米，缩减至现在的 30 微米，这已迫临机械式砂轮划片的才能极限。这种改变对划片机的精度和安稳性提出了更高要求，传统的划片办法在应对如此精密的切开使命时，显得益发费劲。
超薄晶圆的应力灵敏性：跟着先进 3D 叠层封装技能的开展，对晶圆及芯片的厚度要求越来越薄，乃至低于 50 微米。超薄晶圆关于机械应力和热应力极为灵敏，这就迫切要求划片进程中应力残留越低越好。而现有的机械划片办法在切开超薄晶圆时，难以有用操控应力的产生，简单导致晶圆决裂或芯片功用受损，给划片工艺带来了巨大应战。
新型资料的划切难题：低 K 介质层铜互联资料呈现出多孔网状结构，这种结构使其简单碎裂。此外，金属资料对金刚石砂轮刀具具有极强的黏粘性，这使得传统的划切办法难以满意需求，有必要探寻全新的划切手法。寻觅既能防止资料碎裂，又能处理刀具黏粘问题的划切技能，成为了亟待霸占的难题。
高硬度资料的使用应战：化合物半导体资料(如 GaAs、InP)和第三代半导体资料(如 SiC、GaN 和金刚石)的使用日益广泛。这些资料具有高硬度的特性，其划切无论是对设备的功用，仍是对刀具的耐磨性和尖利度，都提出了全新的要求。现有的划片机和刀具在处理这些高硬度资料时，往往无法到达抱负的划切作用，约束了这些新型资料在集成电路制作中的大规模使用。
本钱与牢靠性的两层压力：电子封装职业对本钱操控有着严厉要求，一起高牢靠集成电路对牢靠性有着底子需求。这就意味着划片制品率应尽或许到达 100%，一旦划片呈现质量问题，极有或许导致整个晶圆乃至整个批次晶圆作废，形成巨大的经济损失。如安在确保划片质量的前提下，下降本钱，进步出产功率，是晶圆划片机面对的又一严重应战。
尽管砂轮划片这种机械划片办法至今没有产生底子性革新，但上述这些应战促进设备商不得不积极探索新的划切办法。在迎接应战的一起，这些难题也为相关技能的立异与开展带来了机会。一旦新的划切办法得以打破，不只可以满意当时集成电路制作的需求，还或许推进整个职业向更高水平跨进，敞开新的开展华章。例如，激光划片技能尽管现在存在设备本钱昂扬的问题，但跟着技能的不断前进和本钱的下降，有望在未来成为处理这些应战的关键技能之一。此外，一些新式的划切技能，如等离子划切、超声划切等，也在不断研制和实验中，为晶圆划片机的开展注入了新的生机。