来源: 国产划片机 发布时间：2021-06-07
圆片划片是集成电路制造工艺中的一个重要环节，无论是传统芯片封装还是先进的圆片级封装技术，划片工序都是不可或缺的，对于传统芯片封装而言，圆片划片是封装过程的前段工序，而对于圆片级封装，划片往往成为封装的最后步骤，一前一后都直接关系到封装成品的最终可靠性。圆片通常采用刀片切割进行芯片分离，即所谓的刀片划片，刀片划片工艺多采用金刚砂刀片作为划片刀具，存在刀片磨损、切割过程中硅屑飞溅、崩边、颗粒沾污等现象且无法避免，划片机厂家浅谈圆片等离子划片工艺优势：
随着集成电路技术的不断进步，芯片集成度在提升，圆片上的有效芯片尺寸也在不断增加，伴随的是划片槽尺寸的进一步缩小，传统的刀片划片技术已经很难适应，激光划片技术应运而生。激光划片技术大致分为基于激光熔融的常规激光划片、激光隐形切割(SD) 划片和微水刀激光划片 3 种主要形式。常规激光划片技术主要用于 Low-K 工艺的圆片表面开槽，即采用高能激光将在 Low-K 工艺圆片表面的易碎钝化层包括 PCM 图形烧蚀 ；激光隐形切割技术则是利用特殊波长的激光打断圆片划片槽上的硅晶格，此过程不会在硅片有效图形区中形成高温，划片后形成的划痕宽度只有数微米；微水刀激光划片结合常规激光划片与水冷技术的特点，将高能量的激光束约束在一个狭小的水道中，划片过程中同样不会造成硅片中的热损伤。
等离子划片是近年来兴起的一项全新的圆片划片技术，它是采用等离子刻蚀技术在圆片划片槽中形成窄小的蚀刻槽，使得芯片分离，与其他几种划片技术相比，可以一次性同步完成所有芯片的划片，无需先后对所有划片槽进行分步切割，其划片速度与芯片大小无关，仅与圆片厚度相关，划片效率明显提升，是对现有划片技术的一个颠覆。本文重点介绍这种先进的圆片划片技术。
等离子划片原理：等 离 子 划 片 技 术 源 于 ON Semiconductors 和Plasma-Therm 的专利授权，由 DISCO 公司开发成一种商用技术。等离子划片的技术核心是等离子刻蚀工艺，是一种微电子圆片制造过程中的硅材料干法腐蚀工艺，以博世公司开发的基于氟基气体的具有高深宽比的硅刻蚀工艺最具代表性，即 Bosch 工艺，其典型工艺过程如图 1 所示。Bosch 工艺中使用两种含氟气体 C 4 F 8 、SF 6 ，在第一套射频电源的螺旋线圈产生感应耦合的电场作用下，刻蚀气体辉光放电产生高密度等离子体，其中 C 4 F 8 生成聚合物，分别沉积在侧壁和底部，形成抗腐蚀膜，以阻止侧向刻蚀，该过程为钝化过程；SF 6 为刻蚀气体，SF 6 产生的等离子体首先对表面及底部沉积的聚合物进行轰击，然后大流量的等离子体开始刻蚀硅。由于 SF 6 对于硅有较高的刻蚀选择比，侧壁的聚合物刻蚀速率较慢，所以形成一个深宽比较大（~ 20:1）的沟槽，此过程为刻蚀过程。在 Bosch 工艺中钝化和刻蚀过程交替进行，一个完整的深反应刻蚀过程由数个钝化 - 刻蚀循环组成。日本 Panasonic 公司开发了类似的等离子划片技术，二者采用的是相同的深反应刻蚀工艺原理，同样实现了商用化。
在圆片制造中，Bosch 工艺主要应用于 MEMS器件的结构形成以及 TSV 中的通孔制作。DISCO 公司联合 ON Semiconductors 和 Plasma-Therm，巧妙利用了 DRIE 工艺原理，通过针对性的优化和改进，成功开发出一种圆片划片工艺技术。
SF 6 对于圆片表面不同钝化层的刻蚀速率是不同的，等离子刻蚀工艺也正是利用刻蚀气体不同的刻蚀选择比来实现正常刻蚀过程。所谓刻蚀选择比 S R 是指同一刻蚀条件下，被刻蚀材料（即主体材料）的刻蚀速率与另一种材料（如光刻胶、PI 等屏蔽材料）的刻蚀速率之比，即：S R = E f / E r ，其中，E f 为被刻蚀材料的刻蚀速率，E r 为屏蔽材料的刻蚀速率。
SF 6 气体对 Si 材料的刻蚀速率远远超过 SiO 2 、Si 3 N 4 和 PI，PI 刻蚀速率慢，即 Si 对 PI 的刻蚀选择比较高，故通常选择厚度大于 5 μm 的 PI 层来作为屏蔽层。光刻胶 PR 也是一种较好的屏蔽层。
典型的等离子划片侧壁形貌与标准的硅刻蚀工艺不同，等离子划片仅仅是划片槽中的局部硅材料区域进行刻蚀，也就是说适用于等离子划片的圆片与传统的圆片有所不同，前者需要在划片槽的刻蚀区域暴露出需要刻蚀的硅本体材料，其他区域须被屏蔽层所覆盖，否则其他区域会被同时刻蚀。
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