GPP二极管、可控硅的激光划片工艺

摘要：  随着技术的发展，激光作为一个功能强大的、生产性的工具，已广泛应用于制造、表面处理和材料加工领域。

关键字：  晶圆制造，  芯片，  晶圆划片机，  激光划片

晶圆划片是半导体芯片制造工艺流程中的一道必不可少的工序，在晶圆制造中属后道工序。将做好芯片的整片晶圆按芯片大小分割成单一的芯片(晶粒)，称之为晶圆划片。晶圆划片不仅仅是芯片封装的核心关键工序之一，而且是从圆片级的加工(即加工工艺针对整片晶圆，晶圆整片被同时加工)过渡为芯片级加工(即加工工艺针对单个芯片)的地标性工序。从功能上来看，划片工艺通过切割或刻化晶圆片上预留的切割划道，将一整片晶圆上众多的芯片划片后相互分离开，形成单一的芯片，为后续正式的芯片封装做好最后一道准备。

一、激光划片机的优点

随着技术的发展，激光作为一个功能强大的、生产性的工具，已广泛应用于制造、表面处理和材料加工领域。我们提出：激光作为加工工具的晶圆划片机，其无接触式加工对晶圆片不产生应力、具有较高的加工效率、极高的加工成品率，可有效的解决困扰晶圆划片的难题。同时，图像识别、高精度控制、自动化技术的发展，使得能实现图像自动识别、高精度自动对位、自动切割融为一体的晶圆划片机成为可能。

1.很低的运行成本：不要去离子水，无宝石刀片的消费，这将节约一笔很大的开支。

目前广大晶圆制造划片厂商，都是采用以旋转砂轮式切割机(Dicing Saw)。此种工艺需要刀片冷缺水和切割水，均为去离子水(DI纯水)，而激光划片不需要消耗切割水。旋转砂轮式切割需要宝石刀片，每分钟接近4万转的旋转速度，容易发生打刀，即使正常切割，也存在刀片磨损，在刀片寿命结束后，需更换新的宝石刀片，这是一笔很大的开支，激光划片不需要刀片。

2.对于切划不同类型的晶圆片，不需要更换刀具，激光具有很好的兼容性。

采用旋转砂轮式切割机，对于不同的晶圆片，需要更换刀具，例如：软刀、硬刀等。对于不同的晶圆片，激光划片具有更好的兼容性和通用性。可24小时连续作业，不需要更换刀具。

3.切割速度较快，对于大多速产品，速度可以提高到5倍左右。(刀片切割速度为8-10mm/s，激光切割为40-50mm/s)。

由于宝石刀片旋转机械力是直接作用在晶圆表面并在晶体内部产生应力损伤，芯片背面承受拉应力，故而容易产生崩边及晶圆破损问题。二极管制造业通常采用降低旋转砂轮式切割的进刀速度或者采取阶段切割(Step Cutting)的方式都可以改善部分芯片崩边及晶片破损的品质问题， 不过二者皆需付出降低产能和增加金刚砂轮刀片成本的高昂代价，并且不能完全解决。激光切割是无接触式加工方式，不直接接触晶圆片，无应力产生，从而可提高切割速度。例如：切一种叫做GPP(玻璃钝化工艺)的STD(标准整流)1200伏二极管，刀片切割一般情况下的切割速度为6到10mm/s，激光切割可达到30到40mm/s。

4.对于双台面的方片可控制硅、触发管，有较高的切割速度和成品率，可给双台面的方片可控制硅、触发管制造厂商带来显著的经济效应。

对于双台面双向1050伏可控硅晶圆的划片，传统的刀片划片很难兼顾正反两面的电性，速度也只有5mm/s左右，采用激光划片，在30mm/s的划片速度下，也能做到98%以上的良品率。

双台面的方片可控制硅、触发管采用双台面GPP工艺，正背面两个对应的沟道内均有钝化玻璃。刀片切割很难兼顾上、下两层钝化玻璃，切割成品电性良率低。目前厂商采取降低切割速度来提高切割成品率，刀片切割典型的速度为4到6mm/s，成品电性良率只有70%左右。我们有大量试验和客户试用结果表明：采用我们的激光划片机，同种方片可控制硅划片，速度可达到30到40mm/s，成品率更是高达99%以上!

对于双台面晶圆，可在正背两面任意一面进行划片;对于单台面晶圆，既可在沟道面进行划片，也可在背面进行划片。在划片速度不变的情况下，通过调节激光能量可将划片深度波动控制在20um之内。

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5.对于GPP产品来说，在高温下的电学性能有很大程度的改进，在有些情况下，可以使某些批次的晶片起死回生(因为某些批次的晶片，在使用宝石刀片切割时其高温电性能是不合格的)。

大量实验表明：对于同种标准整流类二极管或可控硅GPP产品来说，采用刀片的切割时，钝化玻璃受到刀片作用力的影响，产生应力、崩边等现象，使得高温下电学性能测试(二极管的一项测试指标)不通过，而采用激光划片机划片，同种GPP芯片，在高温下的电学性能有很大程度改善，可以使某些批次的晶片起死回生，避免了晶片制造厂的损失。

6.激光划片机，采用了图像识别、高精度控制、自动化控制技术，能实现大部分芯片的图像自动识别、高精度自动对位、自动划片功能。

传统晶圆切割机，都是采用人工肉眼对位切割，激光划片机，采用了先进的图像识别技术、高精度控制、自动化控制技术，能实现大部分芯片的图像自动识别、高精度自动对位、自动划片功能。同时我们的激光划片机也兼容了传统切割机手动对位的功能，满足不同客户的需求。