Отделение кристаллов , также называемое нарезкой пластин , представляет собой процесс изготовления полупроводниковых устройств , при котором кристаллы отделяются от готовой полупроводниковой пластины . [1] Отделение матрицы происходит после процесса фотолитографии . Это может включать в себя разметку и разрушение, механическую распиловку (обычно с помощью машины, называемой нарезной пилой ) [2] или лазерную резку . Все методы обычно автоматизированы для обеспечения точности и аккуратности. [3] После процесса нарезки отдельные кремниевые чипы могут быть инкапсулированы в держатели чипов , которые затем пригодны для использования в создании электронных устройств, таких как компьютеры и т. д.
Во время нарезания кубиками пластины обычно крепятся на ленту для нарезки кубиками , которая имеет липкую основу, которая удерживает пластину на тонком каркасе из листового металла . Лента для нарезки кубиками имеет разные свойства в зависимости от области применения. Ленты, отверждаемые УФ-излучением, используются для матриц меньшего размера, а лента для нарезки кубиков без УФ-излучения — для штампов большего размера. В пилах для нарезки кубиков может использоваться лезвие с алмазными частицами, вращающееся со скоростью 30 000 об/мин и охлаждаемое деионизированной водой. После того, как вафля была нарезана кубиками, кусочки, оставшиеся на ленте для нарезки кубиков, называются кубиками , кубиками или штампами . Каждый из них будет упакован в подходящую упаковку или помещен непосредственно на подложку печатной платы как «голый кристалл». Вырезанные области, называемые улицами , обычно имеют ширину около 75 микрометров (0,003 дюйма). После того, как пластина была нарезана кубиками, матрица остается на ленте для нарезки кубиков до тех пор, пока она не будет извлечена с помощью оборудования для обработки кристаллов, такого как устройство для склеивания кристаллов или сортировщик кристаллов , в дальнейшем в процессе сборки электроники.
В стандартном производстве полупроводников используется подход «нарезка кубиками после утончения», при котором пластины сначала утончаются, а затем нарезаются кубиками. Прежде чем нарезать кубиками, пластина измельчается в процессе, называемом шлифовкой обратной стороны (BSG). [1]
Размер матрицы, оставшейся на ленте, может варьироваться от 35 мм по стороне (очень большой) до квадрата 0,1 мм (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 другую форму в зависимости от используемого метода разделения. Полноценный лазерный станок для нарезки кубиков способен резать и разделять изделия различной формы.
В число нарезанных материалов входят стекло , оксид алюминия , кремний, арсенид галлия (GaAs), кремний на сапфире (SoS), керамика и хрупкие составные полупроводники. [ нужна цитата ]
Нарезка кремниевых пластин также может выполняться с помощью лазерной техники, так называемого процесса скрытой нарезки кубиками. Он работает как двухэтапный процесс, в котором области дефектов сначала вводятся в пластину путем сканирования луча вдоль намеченных линий разреза, а во-вторых, лежащая под ней несущая мембрана расширяется, чтобы вызвать разрушение. [5]
На первом этапе используется импульсный Nd:YAG-лазер , длина волны которого (1064 нм) хорошо адаптирована к электронной запрещенной зоне кремния (1,11 эВ или 1117 нм), так что максимальное поглощение вполне можно регулировать с помощью оптической фокусировки . [6] Области дефектов шириной около 10 мкм вписываются путем многократного сканирования лазером вдоль намеченных дорожек нарезки кубиками, где луч фокусируется на разной глубине пластины. [7] На рисунке представлена оптическая микрофотография плоскости скола выделенного чипа толщиной 150 мкм, подвергнутого четырем лазерным сканированиям, ср. [4] Самые верхние дефекты разрешаются лучше всего, и известно, что одиночный лазерный импульс вызывает дефектную область кристалла, напоминающую форму пламени свечи. Такая форма вызвана быстрым плавлением и затвердеванием облученной области в фокусе лазерного луча, где температура лишь нескольких микрон 3 небольших объемов внезапно возрастает примерно до 1000 К в течение наносекунд и снова падает до температуры окружающей среды. [6] [7] Лазер обычно излучает импульсы с частотой около 100 кГц, а пластина перемещается со скоростью около 1 м/с. В конечном итоге в пластину вписывается дефектная область шириной около 10 мкм, вдоль которой при механическом нагружении происходит преимущественное разрушение . Разрушение выполняется на втором этапе и происходит за счет радиального расширения несущей мембраны, к которой прикреплена пластина. Расщепление начинается внизу и продвигается к поверхности, поэтому внизу необходимо ввести высокую плотность искажений. [ нужны разъяснения ] [ нужна ссылка ]
Преимущество процесса скрытой нарезки кубиками заключается в том, что он не требует охлаждающей жидкости . Методы сухого нарезки неизбежно приходится применять для приготовления некоторых микроэлектромеханических систем ( МЭМС ), в частности, когда они предназначены для биоэлектронных приложений. [4] Кроме того, при скрытой нарезке кубиками почти не образуется мусор, и это позволяет улучшить эксплуатацию поверхности пластины за счет меньших потерь в пропиле по сравнению с распиловкой пластин. После этого этапа можно выполнить шлифование пластин, чтобы уменьшить толщину матрицы. [8]
DBG или процесс «нарезки кубиками перед измельчением» — это способ разделения матриц без нарезки кубиками. Разделение происходит на этапе утончения пластин. Первоначально пластины нарезаются кубиками с использованием полуразрезанной нарезки на глубину ниже конечной целевой толщины. Затем пластину утончают до заданной толщины, закрепляют на специальной клейкой пленке [9] , а затем прикрепляют к липкой ленте, чтобы удерживать матрицы на месте до тех пор, пока они не будут готовы к этапу упаковки. Преимущество процесса DBG заключается в более высокой прочности штампа. [10] В качестве альтернативы можно использовать плазменную нарезку кубиками, которая заменяет пилу нарезки кубиками плазменным травлением DRIE . [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18]
Для процесса DBG требуется лента обратного шлифования, которая обладает следующими характеристиками: 1) сильная сила сцепления (предотвращает проникновение шлифовальной жидкости и пыли матрицы во время шлифования), 2) поглощение и/или снятие напряжения сжатия и напряжения сдвига во время шлифования, 3) подавляет растрескивание из-за контакта между штампами, 4) прочность сцепления, которая может быть значительно снижена при УФ-облучении. [19]