半導(dǎo)體芯片產(chǎn)品要求：工藝操作

時(shí)間：2021/07/20    點(diǎn)擊量：823

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(jī)械研磨后晶圓背面會(huì)造成幾個(gè)微米厚的損傷,宜采用精細(xì)拋光或等離子腐蝕、化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP晶)圓等減工薄藝通進(jìn)常一將步晶處圓理正。面朝下粘在背面研磨帶上或用蠟進(jìn)行固定;或用蠟固定在石英片上。對(duì)于要求非常薄的晶圓,減薄時(shí)應(yīng)采用臨時(shí)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(gè)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(shù)。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(dǎo)體材料。應(yīng)選擇合適的 PSA 膜和激光波長(zhǎng)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(jìn)行裂片得到芯片,或者通過(guò)背面研磨到劃片深度而得 到芯片。半導(dǎo)體晶圓易碎,劃片操作時(shí)應(yīng)特別注意以避免芯片造成損傷。晶圓劃片時(shí)應(yīng)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(yīng)與所使用的劃片工藝設(shè) 備和晶圓大小相匹配。

1.2.2 砂輪劃片 采用砂輪劃片應(yīng)注意以下方面: 砂輪刀片的類型; 砂輪刀片的速度; 進(jìn)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(chǎn)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(guò)劃片道內(nèi)測(cè)試圖形時(shí)產(chǎn)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(shuō)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(shí)應(yīng)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(gè)芯片前的操作應(yīng)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(yīng)注意以下方面: ———激光類型、功率和其他參數(shù); ———?jiǎng)澠膶挾群退俣? ———薄膜的類型。激光劃片工藝會(huì)加熱劃片道相鄰的區(qū)域,同時(shí)產(chǎn)生的融化物在晶圓表面積累。應(yīng)注意調(diào)節(jié)激光器 的參數(shù)以確保產(chǎn)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(yīng)采用后續(xù)的沖洗工藝去除。

1.2.5 磨片前劃片 對(duì)薄晶圓劃片時(shí)采用該工藝,可避免直接劃片時(shí)出現(xiàn)的一些問(wèn)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(jìn)行背部減薄和拋光,直到晶圓厚度達(dá)到或超過(guò)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(lái)去除背面研磨造成的損傷層并釋放表面的應(yīng)力。采用該工藝時(shí),應(yīng)特別注意劃片、研磨、拋光和最后腐蝕(需要時(shí))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(qiáng)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(rùn)滑、冷卻和碎屑的沖洗。為避免芯片沾污,應(yīng)使用超純水。通常在水中通入少量高純二氧化碳?xì)怏w起泡以減少靜電損傷,但應(yīng)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(yīng)充分評(píng)估。

1.2.8 清洗與干燥 應(yīng)使用超純水清洗劃片后的晶圓,以去除晶圓上的殘留物。應(yīng)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(guò)程 

1.3.1 概述 晶圓的類型和技術(shù)應(yīng)與所采用的分選工藝設(shè)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(yīng)選擇適用的技術(shù)與工藝設(shè)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(gè)過(guò)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(jí)。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(guò)程中應(yīng)進(jìn)行過(guò)程檢驗(yàn),因?yàn)槲^會(huì)對(duì)芯片表面產(chǎn)生損傷或沾污,芯片背面也會(huì)出現(xiàn)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(yīng)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(yīng)優(yōu)先選用自動(dòng)化設(shè)備和真空工具對(duì)芯片產(chǎn)品進(jìn)行操作;使用的任何設(shè)備和工具都不應(yīng)產(chǎn)生靜電 損害。操作芯片產(chǎn)品的工具應(yīng)僅用于其設(shè)計(jì)用途,不應(yīng)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(yīng)最小。芯片被頂針抬 起的速度應(yīng)緩慢,過(guò)快的上升抬起速度會(huì)導(dǎo)致芯片與挑選工具脫離,造成芯片報(bào)廢。 

1.3.6 從晶圓薄膜上取下芯片 用來(lái)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(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。為將芯片取下難 度盡量減小,在晶圓劃片后應(yīng)盡快進(jìn)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(gè)針或一組針來(lái)從薄膜上取下。對(duì)于較小的芯片,頂針應(yīng)有小的尖 端半徑和較小的角度A°(如圖2所示),此時(shí)頂針應(yīng)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(duì)于較大的芯片,頂針或針排應(yīng)有大的尖端半徑和較大的角度 A°,這種頂針應(yīng) 能使芯片從薄膜上抬起,同時(shí)芯片背面不應(yīng)留有粘附殘留物質(zhì)。芯片的背面有不同的拋光形式,有些可能會(huì)由頂針造成損壞。在芯片分選工作中,針頭的形貌對(duì)避 免芯片在分選過(guò)程中的損壞起著關(guān)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(duì)于薄或易碎晶圓,采用頂針?lè)蛛x的方法不適用。

圖 2 芯片頂針示意圖

說(shuō)明: ①———針的直徑; ②———針尖端的角度; ③———L(針的長(zhǎng)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(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、光電和微波芯片 普通真空鑷子的尖端可能會(huì)在芯片表面產(chǎn)生劃傷,應(yīng)使用柔軟的橡膠吸頭抓取芯片的邊緣,尤其是 對(duì)未經(jīng)鈍化及設(shè)計(jì)有空氣橋芯片的操作。 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、傳感器、光電和微波芯片的表面含有微機(jī)械或空氣橋等圖形結(jié)構(gòu),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(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、傳感器和微波芯片也有可能包含穿透整個(gè)芯片的器件結(jié)構(gòu),為避免損壞芯 片的底面結(jié)構(gòu),不應(yīng)使用背面頂針來(lái)摘取芯片。 應(yīng)避免使用拾取工具或夾頭觸碰光電芯片的光學(xué)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(yīng)盡快進(jìn)行芯片的分類挑選,避免薄膜粘附強(qiáng)度變化及薄膜掉膠影響芯 片的摘取質(zhì)量和芯片背面的潔凈。不同型號(hào)的薄膜的粘附強(qiáng)度和膠的穩(wěn)定性不同,安全放置時(shí)間也不同。