半導(dǎo)體改質(zhì)切割的應(yīng)用、優(yōu)勢及加工方案

1、半導(dǎo)體材料簡介

半導(dǎo)體(semiconductor)，指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。

常用半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體。

元素半導(dǎo)體是由單一元素制成的半導(dǎo)體材料，主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應(yīng)用最廣。

化合物半導(dǎo)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，并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)。

半導(dǎo)體材料按其發(fā)展歷程：

大族激光在半導(dǎo)體材料上與相關(guān)客戶協(xié)作，共同完善現(xiàn)有半導(dǎo)體行業(yè)遇到的制程工藝問題，提供一整套的解決方案。特別針對半導(dǎo)體行業(yè)中晶圓片對加工過程潔凈度高要求的需求，我們提出激光改質(zhì)切割技術(shù)。

2、改質(zhì)切割加工原理

激光改質(zhì)切割是使用特定波長的激光束通過透鏡聚焦在晶圓內(nèi)部，產(chǎn)生局部形變層即改質(zhì)層，該層主要是由孔洞、高位錯密度層以及裂紋組成。改質(zhì)層是后續(xù)晶圓切割龜裂的起始點，可通過優(yōu)化激光和光路系統(tǒng)使改質(zhì)層限定在晶圓內(nèi)部，對晶圓表面和底面不產(chǎn)生熱損傷，再借用外力將裂紋引導(dǎo)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(zhì)加工示意圖

3、半導(dǎo)體改質(zhì)切割的應(yīng)用、優(yōu)勢及加工方案

3.1半導(dǎo)體改質(zhì)切割應(yīng)用

改質(zhì)切割工藝在半導(dǎo)體封裝行業(yè)內(nèi)可應(yīng)用于MEMS芯片、FRID芯片、SIM芯片、存儲芯片、SiC芯片等，但對晶圓而言需要一定的要求：

l擁有特定的圖案便于CCD的精準定位；

l劃片槽寬度大于等于20 um，在激光掃描和機臺定位精度內(nèi)。

l正面激光加工時，晶圓表面不能有TEG/金屬層。

l背面激光加工時，晶圓背面需貼附改質(zhì)專用貼膜。

3.2半導(dǎo)體改質(zhì)切割優(yōu)勢

傳統(tǒng)的晶圓切割通常使用刀輪，刀輪切割主要通過其穩(wěn)定、高速的旋轉(zhuǎn)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(zhì)切割對比

對比刀輪切割，改質(zhì)切割具有明顯的優(yōu)勢，具體如下：

l完全干燥的加工過程；

l切割表面無沾污，不產(chǎn)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(dǎo)體改質(zhì)切割工藝方案

大族激光全自動晶圓激光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(zhì)膜，使用激光在晶圓正面劃片槽內(nèi)進行劃片，最后對晶圓擴膜（部分晶圓需要裂片+擴膜，視實際產(chǎn)品及應(yīng)用而定）。

圖4晶圓片改質(zhì)加工方案

目前大部分半導(dǎo)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(shù)方案進行生產(chǎn)加工。

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