【大族技術講堂】半導體Si、SiC晶圓雷射改質切割工藝技術方案

2020-11-25 電子工程專輯


1、半導體材料簡介


半導體(semiconductor)，指常溫下導電性能介於導體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。

 

常用半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。

 

元素半導體是由單一元素製成的半導體材料，主要有矽、鍺、硒等，以矽、鍺應用最廣。

 

化合物半導體即是指由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物，並具有確定的禁帶寬度和能帶結構等半導體性質。

 

半導體材料按其發展歷程：

 


大族雷射在半導體材料上與相關客戶協作，共同完善現有半導體行業遇到的製程工藝問題，提供一整套的解決方案。特別針對半導體行業中晶圓片對加工過程潔淨度高要求的需求，我們提出雷射改質切割技術。

 

2、改質切割加工原理


雷射改質切割是使用特定波長的雷射束通過透鏡聚焦在晶圓內部，產生局部形變層即改質層，該層主要是由孔洞、高位錯密度層以及裂紋組成。改質層是後續晶圓切割龜裂的起始點，可通過優化雷射和光路系統使改質層限定在晶圓內部，對晶圓表面和底面不產生熱損傷，再借用外力將裂紋引導至晶圓表面和底面進而將晶圓分離成需要的尺寸。

 

圖1改質加工示意圖

 

3、半導體改質切割的應用、優勢及加工方案

 

3.1半導體改質切割應用

 

改質切割工藝在半導體封裝行業內可應用於MEMS晶片、FRID晶片、SIM晶片、存儲晶片、SiC晶片等，但對晶圓而言需要一定的要求：

 

l 擁有特定的圖案便於CCD的精準定位；

l 劃片槽寬度大於等於20 um，在雷射掃描和機臺定位精度內。

l 正面雷射加工時，晶圓表面不能有TEG/金屬層。

l 背面雷射加工時，晶圓背面需貼附改質專用貼膜。

 

3.2半導體改質切割優勢

 

傳統的晶圓切割通常使用刀輪，刀輪切割主要通過其穩定、高速的旋轉對晶圓進行磨削，切割過程中需要使用冷卻液降低溫度和帶走碎屑。

 

圖2 刀輪加工示意圖

圖3 刀輪切割和改質切割對比

 

對比刀輪切割，改質切割具有明顯的優勢，具體如下：

 

l 完全乾燥的加工過程；

l 切割表面無沾汙，不產生碎片、損傷，截面陡直、無傾斜，零切割線寬；

l 非接觸式切割，使用壽命長。

 

3.3半導體改質切割工藝方案

 

大族雷射全自動晶圓雷射切割機為客戶提供一整套晶圓（Si或SiC）切割工藝方案。針對晶圓片我們提供以下加工方案，將晶圓背面貼上特質膜，使用雷射在晶圓正面劃片槽內進行劃片，最後對晶圓擴膜（部分晶圓需要裂片+擴膜，視實際產品及應用而定）。

 

圖4 晶圓片改質加工方案

 

目前大部分半導體材料（如Si、SiC、GaN、GaAs等）或脆性材料（如玻璃、藍寶石、鉭酸鋰等）均已用此技術方案進行生產加工。 

 

圖5  Si改質效果：（a）上表面示意圖，直線度小於5 um （b）晶圓加工的截面效果

 

圖6 SiC改質上表面效果

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