半導體芯片產品要求：工藝操作

時間：2021/07/20    點擊量：690

1.1 晶圓減薄

一般在完成所有工序后宜采用研磨晶圓背面的方法減薄晶圓。機械研磨后晶圓背面會造成幾個微米厚的損傷,宜采用精細拋光或等離子腐蝕、化學機械拋光 (CMP晶)圓等減工薄藝通進常一將步晶處圓理正。面朝下粘在背面研磨帶上或用蠟進行固定;或用蠟固定在石英片上。對于要求非常薄的晶圓,減薄時應采用臨時性的剛性載體做支撐,該載體也可以一直用于后續(xù)的工藝。

1.2 晶圓劃片

1.2.1 本章的劃片指晶圓分割為單個芯片的方法。包括:晶圓砂輪劃片、金剛刀劃片、激光劃片和磨片前 劃片。硅晶圓(Si)、氮化鎵(GaN)最常用的是砂輪劃片,砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)晶圓通常采用金 剛刀劃片。激光劃片也是一種常用的劃片技術。晶圓與常規(guī)的砂輪劃片一樣固定在壓敏膠(PSA)膜框架上, 使用激光切割半導體材料。應選擇合適的 PSA 膜和激光波長以使 PSA 膜不受到激光的影響。晶圓可以只切割到晶圓厚度的一部分,然后進行裂片得到芯片,或者通過背面研磨到劃片深度而得 到芯片。半導體晶圓易碎,劃片操作時應特別注意以避免芯片造成損傷。晶圓劃片時應粘在薄膜上,并固定在膜框架上,薄膜及框架的材料和大小應與所使用的劃片工藝設 備和晶圓大小相匹配。

1.2.2 砂輪劃片 采用砂輪劃片應注意以下方面: 砂輪刀片的類型; 砂輪刀片的速度; 進片的速度; 劃片用水的流量; 劃片用水的純度; 所用薄膜的類型; 劃片深度; 在劃片道上采用雙刀劃片的工藝控制模式; 正面和背面的崩邊。

裸芯片和倒裝芯片產品建議采用“斜角”劃片法,這有助于去除芯片正面、邊緣和背面的碎屑和裂 紋,也可去除鎳/金剛刀刃穿過劃片道內測試圖形時產生的金屬碎屑。圖1給出了引線鍵合和倒裝焊工 藝芯片的斜角示意圖。

圖 1 裸芯片和倒裝芯片斜角劃片示意圖 

說明: ①———裸芯片; ②———倒裝芯片; ③———斜角; ④———襯底。 

1.2.3 金剛刀劃片 采用金剛刀劃片時應注意以下方面: 刀頭的材料和形狀; 刀頭的速度和施加的力; 薄膜的類型。劃片后,在晶圓裂片為單個芯片前的操作應特別注意。為了妥善保存芯片,晶圓在裂片前通常一直 固定在薄膜上。 

1.2.4 激光劃片 采用激光劃片應注意以下方面: ———激光類型、功率和其他參數; ———劃片的寬度和速度; ———薄膜的類型。激光劃片工藝會加熱劃片道相鄰的區(qū)域,同時產生的融化物在晶圓表面積累。應注意調節(jié)激光器 的參數以確保產生的熱量最小,從而避免劃片道臨近的電路特性發(fā)生變化或造成損傷。晶圓上的碎屑 應采用后續(xù)的沖洗工藝去除。

1.2.5 磨片前劃片 對薄晶圓劃片時采用該工藝,可避免直接劃片時出現的一些問題。晶圓先從背部減薄到一定厚度, 然后劃片到一定深度后,再一次進行背部減薄和拋光,直到晶圓厚度達到或超過劃片深度,并滿足最終 芯片厚度要求。一般需要使用離子腐蝕工藝來去除背面研磨造成的損傷層并釋放表面的應力。采用該工藝時,應特別注意劃片、研磨、拋光和最后腐蝕(需要時)的厚度。

1.2.6 薄膜的選擇 選擇合適的薄膜固定晶圓非常重要,使用特定的薄膜在晶圓劃片后可降低缺陷。使用較高強度膜、 較高粘性膜和 UV 膜可減少芯片碎裂。 

1.2.7 砂輪劃片中水的使用 水在砂輪劃片工藝中用于潤滑、冷卻和碎屑的沖洗。為避免芯片沾污,應使用超純水。通常在水中通入少量高純二氧化碳氣體起泡以減少靜電損傷,但應控制二氧化碳的通入量。水中加入添加物可改善劃片效果,但使用的添加物應充分評估。

1.2.8 清洗與干燥 應使用超純水清洗劃片后的晶圓,以去除晶圓上的殘留物。應采用干燥工藝以確保清洗后的晶圓干凈、干燥。

1.3 芯片分選過程 

1.3.1 概述 晶圓的類型和技術應與所采用的分選工藝設備相匹配。表面未鈍化的芯片、非常薄的芯片、易碎材 料的芯片等特別容易損傷,應選擇適用的技術與工藝設備。從粘片薄膜上取下芯片放置在后續(xù)裝配的芯片載體中,這個過程稱為芯片的分選。分選將按照電 性能將芯片分為合格品與不合格品或分為不同的等級。芯片載體包括芯片托盤(盒)、真空托盤(盒)和 載帶。在芯片分選過程中應進行過程檢驗,因為吸頭會對芯片表面產生損傷或沾污,芯片背面也會出現殘 留物或工藝鍍層缺陷。 

1.3.2 包含已劃片晶圓的薄膜框架的操作 用于分選的晶圓在劃片后宜固定在薄膜框架上,薄膜框架宜放置在支撐架上,支撐架應安全牢固。 

1.3.3 真空條件的確定 真空條件由挑選工具(真空吸頭)和晶圓薄膜背面所需的真空要求確定。 

1.3.4 挑選工具 應優(yōu)先選用自動化設備和真空工具對芯片產品進行操作;使用的任何設備和工具都不應產生靜電 損害。操作芯片產品的工具應僅用于其設計用途,不應作為螺絲刀、撬杠和信件啟封器等其他用途。 

1.3.5 芯片的接觸和選取 為保證芯片能被挑選工具摘下而不損壞芯片,挑選工具和芯片間的接觸力應最小。芯片被頂針抬 起的速度應緩慢,過快的上升抬起速度會導致芯片與挑選工具脫離,造成芯片報廢。 

1.3.6 從晶圓薄膜上取下芯片 用來固定已分割晶圓的背面粘合薄膜,從整卷上取下后其粘合強度會發(fā)生變化。為將芯片取下難 度盡量減小,在晶圓劃片后應盡快進行芯片分選工序。

1.3.7 頂針形貌及在芯片背面的印跡 劃片后晶圓上的芯片常采用一個針或一組針來從薄膜上取下。對于較小的芯片,頂針應有小的尖 端半徑和較小的角度A°(如圖2所示),此時頂針應能使得芯片從薄膜抬起,被真空吸頭吸離薄膜而不 造成芯片的背面損壞。對于較大的芯片,頂針或針排應有大的尖端半徑和較大的角度 A°,這種頂針應 能使芯片從薄膜上抬起,同時芯片背面不應留有粘附殘留物質。芯片的背面有不同的拋光形式,有些可能會由頂針造成損壞。在芯片分選工作中,針頭的形貌對避 免芯片在分選過程中的損壞起著關鍵作用,頂針尖端半徑特征形貌如圖2所示,表1給出了芯片頂針在 芯片背面留下的印跡示意圖。對于薄或易碎晶圓,采用頂針分離的方法不適用。

圖 2 芯片頂針示意圖

說明: ①———針的直徑; ②———針尖端的角度; ③———L(針的長度); ④———R(針尖端半徑)。

表 1 芯片背面頂針印記示例

1.3.8 未鈍化芯片、微機電系統(MEMS)、光電和微波芯片 普通真空鑷子的尖端可能會在芯片表面產生劃傷,應使用柔軟的橡膠吸頭抓取芯片的邊緣,尤其是 對未經鈍化及設計有空氣橋芯片的操作。 微機電系統(MEMS)、傳感器、光電和微波芯片的表面含有微機械或空氣橋等圖形結構,使用普通 挑選工具容易造成損壞,可使用夾頭抓取芯片的邊緣。 微機電系統(MEMS)、傳感器和微波芯片也有可能包含穿透整個芯片的器件結構,為避免損壞芯 片的底面結構,不應使用背面頂針來摘取芯片。 應避免使用拾取工具或夾頭觸碰光電芯片的光學腔面。 

1.3.9 晶圓粘附薄膜的影響 粘附在薄膜上的晶圓劃片后,應盡快進行芯片的分類挑選,避免薄膜粘附強度變化及薄膜掉膠影響芯 片的摘取質量和芯片背面的潔凈。不同型號的薄膜的粘附強度和膠的穩(wěn)定性不同,安全放置時間也不同。