半導體改質(zhì)切割的應(yīng)用、優(yōu)勢及加工方案

1、半導體材料簡介

半導體(semiconductor)，指常溫下導電性能介于導體(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制成的半導體材料，主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應(yīng)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，并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導體性質(zhì)。

半導體材料按其發(fā)展歷程：

大族激光在半導體材料上與相關(guān)客戶協(xié)作，共同完善現(xiàn)有半導體行業(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、半導體改質(zhì)切割的應(yīng)用、優(yōu)勢及加工方案

3.1半導體改質(zhì)切割應(yīng)用

改質(zhì)切割工藝在半導體封裝行業(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