Разделение кристаллов , также называемое разделением пластин , представляет собой процесс в производстве полупроводниковых приборов, при котором кристаллы отделяются от готовой пластины полупроводника . [1] Разделение кристаллов происходит после процесса фотолитографии . Оно может включать скрайбирование и разрыв, механическую распиловку (обычно с помощью машины, называемой пилой для резки пластин ) [2] или лазерную резку . Все методы, как правило, автоматизированы для обеспечения точности и аккуратности. [3] После процесса разделения пластин отдельные кремниевые чипы могут быть инкапсулированы в чипоносители , которые затем пригодны для использования в создании электронных устройств, таких как компьютеры и т. д.
Во время резки пластины обычно крепятся на клейкую ленту , которая имеет липкую подложку, которая удерживает пластину на тонкой металлической раме. Лента для резки имеет разные свойства в зависимости от области применения резки. УФ-отверждаемые ленты используются для меньших размеров, а не УФ-отверждаемая лента для резки для больших размеров кристаллов. Пилы для резки могут использовать лезвие для резки с алмазными частицами, вращающееся со скоростью 30 000 об/мин и охлаждаемое деионизированной водой. После резки пластины оставшиеся на ленте для резки части называются кристаллами , кубиками или плашками . Каждый из них будет упакован в подходящую упаковку или размещен непосредственно на подложке печатной платы в качестве «голого кристалла». Области, которые были вырезаны, называемые дорожками кристалла , обычно имеют ширину около 75 микрометров (0,003 дюйма). После нарезки пластины кристалл остается на ленте для резки до тех пор, пока он не будет извлечен с помощью специального оборудования, например, устройства для соединения кристаллов или сортировщика кристаллов , в ходе дальнейшей сборки электронного устройства.
Стандартное производство полупроводников использует подход «нарезка после утончения», когда пластины сначала утончаются, прежде чем нарезаться. Пластина измельчается в процессе, называемом шлифованием обратной стороны (BSG), перед тем, как ее нарезать. [1]
Размер оставшейся на ленте матрицы может варьироваться от 35 мм по стороне (очень большой) до 0,1 мм в квадрате (очень маленький). Созданная матрица может иметь любую форму, образованную прямыми линиями, но обычно они имеют прямоугольную или квадратную форму. В некоторых случаях они могут иметь и другие формы в зависимости от используемого метода разделения. Лазерный дисер с полной резкой может резать и разделять в различных формах.
Материалы, которые подвергаются резке, включают стекло , оксид алюминия , кремний, арсенид галлия (GaAs), кремний на сапфире (SoS), керамику и тонкие полупроводниковые соединения. [ необходима ссылка ]
Нарезка кремниевых пластин может также выполняться с помощью лазерной техники, так называемого процесса невидимой нарезки. Он работает как двухэтапный процесс, в котором дефектные области сначала вводятся в пластину путем сканирования луча вдоль предполагаемых линий резки, а затем базовая несущая мембрана расширяется, чтобы вызвать разрушение. [5]
Первый этап выполняется с помощью импульсного лазера Nd:YAG , длина волны которого (1064 нм ) хорошо адаптирована к электронной ширине запрещенной зоны кремния (1,11 эВ или 1117 нм), так что максимальное поглощение можно легко отрегулировать с помощью оптической фокусировки . [6] Дефектные области шириной около 10 мкм вписываются в многократные сканирования лазера вдоль предполагаемых полос резки, где луч фокусируется на разной глубине пластины. [7] На рисунке показана оптическая микрофотография плоскости скола отделенного чипа толщиной 150 мкм, который был подвергнут четырем лазерным сканированиям, сравните. [4] Самые верхние дефекты разрешаются лучше всего, и становится понятно, что один лазерный импульс вызывает дефектную область кристалла, которая напоминает форму пламени свечи. Эта форма вызвана быстрым плавлением и затвердеванием облученной области в фокусе лазерного луча, где температура всего нескольких мкм3 малых объемов внезапно повышается до примерно 1000 К в течение наносекунд и снова падает до температуры окружающей среды. [6] [7] Лазер обычно импульсный с частотой около 100 кГц, в то время как пластина перемещается со скоростью около 1 м/с. В конечном итоге в пластину вписывается дефектная область шириной около 10 мкм, вдоль которой происходит предпочтительный разрыв под механической нагрузкой . Разрыв выполняется на втором этапе и происходит путем радиального расширения несущей мембраны, к которой прикреплена пластина. Расщепление начинается внизу и продвигается к поверхности, поэтому высокая плотность искажений должна быть введена внизу. [ требуется разъяснение ] [ необходима цитата ]
Преимущество процесса невидимой резки заключается в том, что он не требует охлаждающей жидкости . Методы сухой резки неизбежно должны применяться для подготовки определенных микроэлектромеханических систем ( MEMS ), в частности, когда они предназначены для биоэлектронных приложений. [4] Кроме того, невидимая резка практически не создает мусора и позволяет улучшить эксплуатацию поверхности пластины из-за меньших потерь при пропиле по сравнению с пилой для пластин. Шлифовка пластин может быть выполнена после этого шага, чтобы уменьшить толщину кристалла. [8]
Процесс DBG или «нарезка кубиками перед измельчением» — это способ разделения кристаллов без нарезки кубиками. Разделение происходит на этапе утончения пластины. Пластины сначала нарезаются кубиками с помощью полурезака на глубину ниже конечной целевой толщины. Затем пластина утончается до целевой толщины, будучи закрепленной на специальной клейкой пленке [9] , а затем закрепленной на липкой ленте, чтобы удерживать кристаллы на месте, пока они не будут готовы к этапу упаковки. Преимущество процесса DBG заключается в более высокой прочности кристалла. [10] В качестве альтернативы можно использовать плазменную нарезку кубиками, которая заменяет пилу нарезчика плазменным травлением DRIE . [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18]
Для процесса DBG требуется лента для обратной шлифовки, которая имеет следующие характеристики: 1) сильная адгезионная сила (предотвращает проникновение шлифовальной жидкости и пыли от штампов во время шлифования), 2) поглощение и/или снятие напряжения сжатия и напряжения сдвига во время шлифования, 3) подавление растрескивания из-за контакта между штампами, 4) адгезионная прочность, которая может быть значительно снижена за счет УФ-облучения. [19]