單刀直入,能賺錢的激光設(shè)備工藝有如下:
1)激光晶圓退火
2)激光解鍵合
3)激光晶圓開槽
4)激光晶圓切割
5)激光晶圓飛拋
6)激光MEMS切割
7)激光晶圓切割道邊打標(biāo)
8)激光切割I(lǐng)C載板
9)激光晶圓正面打標(biāo)
10)激光芯片背面打標(biāo)
11)激光固化材料
12)激光TSV鉆孔與IC載板鉆孔
目前,中國的半導(dǎo)體市場需求約占全球市場需求的三成。然而,在產(chǎn)能方面,中國大陸廠商僅掌握全球不到1%的12英寸晶圓產(chǎn)能,位于中國大陸(包括外商獨資)的12英寸晶圓產(chǎn)能則有8%。巨大的半導(dǎo)體市場潛力與制程技術(shù)的局限性并存,使得中國大陸成為投資半導(dǎo)體制造的熱點。
中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸呈現(xiàn)向大陸地區(qū)轉(zhuǎn)移的新趨勢,為中國各行業(yè)的發(fā)展帶來了設(shè)備國產(chǎn)化的機遇。此外,政府政策大力支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展,大量資金將加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和成熟發(fā)展。
目前,中國是世界上最大的集成電路市場,需求量巨大。近年中國通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、智能終端持續(xù)發(fā)酵,以及汽車智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市的建設(shè)等,為中國IC產(chǎn)業(yè)持續(xù)注入動力。加之,中國政府的積極引導(dǎo)進(jìn)一步推動了半導(dǎo)體制造業(yè)的發(fā)展??梢灶A(yù)見,中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入黃金時代,而這一切的背后都需要有強而有力的晶圓代工來支持。多年來,與歐美、日韓和臺灣省相比,中國芯片行業(yè)一直處于弱勢地位。近年來,中國在半導(dǎo)體行業(yè)的R&D投資逐漸增加,芯片市場占GDP的比重持續(xù)上升。
隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展以及激光技術(shù)深入半導(dǎo)體行業(yè),激光已經(jīng)在半導(dǎo)體領(lǐng)域多道工序取得成功應(yīng)用。廣為熟知的激光打標(biāo),使得精細(xì)的半導(dǎo)體芯片標(biāo)識不 再是個難題。激光切割半導(dǎo)體晶圓,一改傳統(tǒng)接觸式刀輪切割弊端,解決了諸如刀輪切割易崩邊、切割慢、易破壞表面結(jié)構(gòu)等諸多問題。在集成電路工藝線寬越來越 小的情況下,LOW-K材料(K為介電常數(shù),即低介電常數(shù)材料)越來越多的應(yīng)用于集成IC中,由于LOW-K層傳統(tǒng)工藝很難加工,于是引入了激光開槽工 藝,利用激光將切割道中LOW-K層去除。目前12寸硅晶圓已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域,而且晶圓越做越薄,將薄晶圓鍵合于承載晶圓片上流片后通過拆 鍵和將兩部分分開,激光拆鍵以其高效率無耗材等諸多優(yōu)勢成為關(guān)注熱點。另外激光還在鉆孔、劃線、退火等工序取得不錯的應(yīng)用成果。
激光設(shè)備的優(yōu)勢細(xì)化描述如下,列舉幾個工藝細(xì)節(jié)!
近年來制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,高集成度和高性能的半導(dǎo)體晶圓需求不斷增長,硅、碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃以及磷化銦等材料作為襯底材料被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體 晶圓領(lǐng)域。隨著晶圓集成度大幅提高,晶圓趨向于輕薄化,傳統(tǒng)的很多加工方式已經(jīng)不再適用,于是在部分工序引入了激光技術(shù)。激光加工具有諸多獨特的優(yōu)勢:
A. 非接觸式加工:激光的加工只有激光光束與加工件發(fā)生接觸,沒有刀削力作用于切割件,避免對加工材料表面造成損傷。
B. 加工精度高:脈沖激光可以做到瞬時功率極高、能量密度極高而平均功率很低,可瞬間完成加工且熱影響區(qū)域極小,確保高精密加工。
C. 加工效率高,經(jīng)濟效益好:激光加工效率往往是機械加工效果的數(shù)倍且無耗材無污染。
1 激光隱形切割
激光隱形切割是一種全新的激光切割工藝,具有切割速度快、切割不產(chǎn)生粉塵、無切割基材耗損、所需切割道很小、完全干制程等諸多優(yōu)勢。其原理是將短脈 沖激光光束透過切割材料表面聚焦在材料中間,由于短脈沖激光瞬時能量極高,在材料中間形成改質(zhì)層,然后通過外部施加壓力使芯片分開。中間形成的改質(zhì)層如圖 1所示:
圖1 300μm厚晶圓截面圖
目前激光隱形切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于LED芯片、MEMS芯片、FRID芯片、SIM芯片、存儲芯片等諸多晶圓的切割,如圖2以硅襯底MEMS晶圓為例,可以看到隱形切割的芯片幾乎沒有崩邊和機械損傷。
圖2 MEMS晶圓激光切割效果圖
隱形切割也有它的局限性,由于隱形切割需要將特定波長的激光聚焦于物質(zhì)的內(nèi)部,所切割的物質(zhì)必須對特定波長的激光具有較大的透射率,另外需要切割道內(nèi)光滑以防止對照射的激光形成漫反射。目前隱形切割能夠切割Si、SiC、GaAS、LiTaO3、藍(lán)寶石、玻璃等材料。
2 激光表面燒蝕切割
表面燒蝕切割是較為普遍的激光切割工藝,其原理是將激光聚焦于所需材料的表面,聚焦的地方吸收激光能量后形成去除性的融化和蒸發(fā),在切割表面形成一定深度的"V"型口,然后通過外部施加壓力使芯片分開。切割完后的"V"型槽如圖3所示:
圖3 激光表面切割形成的"V"型口
激光表面切割具有更強的通用性,使用超短脈沖激光進(jìn)行表面切割能夠很好的將熱影響區(qū)域控制在很小的范圍內(nèi)。目前該激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于GPP工藝的晶圓、四元LED晶圓等晶圓的切割中。如圖4以四元LED芯片為例,我們可以看到激光表面切割能夠有較好的切割面。
圖4 激光表面切割截面以及切割效果圖
對比隱形切割技術(shù),激光表面切割的工藝窗口更寬,但是它也有不足之處:
A. 切割效率往往低于隱形切割;
B. 部分晶圓切割前需要涂覆保護(hù)液,切割完后需要清洗保護(hù)液;
C. 晶圓越厚需要切割越深,表面的開口就越大,熱影響區(qū)也就越大。
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國內(nèi)還有幾個重要晶圓激光工藝有待提高是哪些?
第一個是TSV鉆孔,第二個是晶圓飛拋。這兩個工藝基本被日本企業(yè)壟斷,國內(nèi)要想快速在晶圓激光加工領(lǐng)域獲利,搞這兩個工藝就以了。
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