Поскольку полупроводниковые устройства продолжают развиваться в сторону более тонких пластин, более хрупких структур и более высокой плотности интеграции, традиционные технологии разделения пластин сталкиваются со все большими трудностями. Устройства MEMS, чипы памяти, силовые полупроводники и ультратонкие корпуса требуют повышенной прочности чипов, минимального загрязнения и превосходной стабильности выхода.

Технология Stealth Dicing™ представляет собой принципиально новый подход к разделению пластин. В отличие от резки лезвием или поверхностной лазерной абляции, Stealth Dicing использует процесс внутренней лазерной модификации для инициирования контролируемого растрескивания внутри пластины. Затем пластина разделяется путем приложения внешнего растягивающего напряжения, что исключает повреждение поверхности, образование обломков и потерю материала.

Этот сухой бесконтактный процесс обеспечивает значительные преимущества в плане выхода, прочности, чистоты и эффективности обработки, что делает его ключевой технологией для производства полупроводников следующего поколения.

1. Ограничения традиционных методов разделения пластин

1.1 Резка лезвием

При резке лезвием используется вращающееся с высокой скоростью алмазное лезвие для физического разрезания пластины. Несмотря на широкое применение в отрасли, этот механический подход сопряжен с рядом присущих ему проблем:

• Механические вибрации создают нагрузку на устройство

• Требуется охлаждающая вода, что увеличивает риск загрязнения

• По краю реза возникает скол

• Потеря материала уменьшает полезную площадь пластины

• Обломки и частицы могут повредить хрупкие структуры

• Выход ограничен качеством края

• Скорость обработки ограничена износом лезвия

Для передовых устройств MEMS или ультратонких пластин эти проблемы становятся еще более критичными.

1.2 Лазерная абляционная резка

Лазерная абляционная резка фокусирует лазерный луч на поверхности пластины для расплавления и испарения материала, образуя канавки, разделяющие пластину.

Хотя это и исключает механический контакт, оно вызывает тепловые эффекты:

• Зона термического влияния (ЗТВ) снижает прочность материала

• Поверхностное плавление может повредить металлические слои

• Разлетающиеся частицы загрязняют устройства

• Могут потребоваться дополнительные процессы защитного покрытия

• Прочность чипа снижается из-за термического напряжения

• Производительность ограничена скоростью удаления материала

По мере того как геометрия устройств становится все более деликатной, методы удаления с поверхности представляют все возрастающий риск.

2. Принцип технологии Stealth Dicing™

Stealth Dicing работает на совершенно ином физическом принципе: внутренняя модификация вместо удаления поверхностного материала.

Процесс состоит из двух основных этапов:

1. Процесс лазерного облучения (формирование слоя SD)

2. Процесс расширения (контролируемое разделение)

2.1 Процесс лазерного облучения – Формирование слоя SD

Лазерный луч с длиной волны, способной проникать сквозь материал пластины, фокусируется внутри пластины, а не на ее поверхности.

В точке фокуса внутри кристаллической структуры создается модифицированный слой. Эта внутренняя модифицированная область называется слоем Stealth Dicing (слой SD).

Ключевые характеристики:

• Отсутствие поверхностной абляции

• Отсутствие удаления материала

• Инициирование внутренних микротрещин

• Контролируемое распространение трещин по запланированным линиям резки

Трещины распространяются от слоя SD к обеим поверхностям, верхней и нижней. Сканируя лазером по предполагаемому пути резки, формируется непрерывная внутренняя плоскость разрушения.

Для толстых пластин или устройств MEMS может быть создано несколько слоев SD по толщине для обеспечения полного контроля разделения.

2.2 Четыре режима слоя SD

В зависимости от толщины пластины, структуры устройства и наличия металлической пленки используются различные конфигурации слоя SD:

Выбирая и комбинируя эти режимы, можно достичь оптимальных условий обработки для различных полупроводниковых структур.

2.3 Процесс расширения – разделение под действием напряжения

После формирования слоя SD пластина монтируется на расширяющуюся ленту. Лента растягивается радиально наружу.

Приложенное растягивающее напряжение вызывает естественное распространение внутренних трещин к поверхностям пластины, разделяя отдельные чипы.

Разделение происходит за счет контролируемого распространения трещин, а не за счет удаления материала.

Это дает несколько преимуществ:

• Отсутствие механического воздействия на устройства

• Отсутствие термического напряжения

• Отсутствие сколов

• Отсутствие образования обломков

• Отсутствие потери материала

3. Технические преимущества Stealth Dicing™

Stealth Dicing принципиально решает проблемы, связанные с резкой лезвием и абляцией.

3.1 Полностью сухой процесс

В отличие от резки лезвием, охлаждающая вода не требуется. Это исключает:

• Загрязнение водой

• Повторное осаждение частиц

• Процессы сушки

• Дополнительные этапы очистки

Процесс чистый и экологически безопасный.

3.2 Отсутствие потери материала

Традиционная резка удаляет материал для создания улицы резки. Это уменьшает полезную площадь пластины.

Stealth Dicing формирует внутреннюю плоскость разрушения без удаления материала, что означает:

• Максимальное использование пластины

• Больше чипов на пластину

• Повышение экономической эффективности

3.3 Отсутствие сколов и ЗТВ

Поскольку отсутствует шлифовка или плавление поверхности:

• Отсутствие сколов по краю

• Отсутствие зоны термического влияния

• Отсутствие снижения прочности

• Превосходная прочность на изгиб

Это особенно важно для ультратонких пластин толщиной менее 50 мкм.

3.4 Более высокий выход чипов

За счет исключения обломков, напряжения и термических повреждений:

• Повышается надежность устройств

• Увеличивается выход

• Хрупкие мембранные структуры MEMS остаются неповрежденными

• Металлические и защитные пленки не затрагиваются

3.5 Улучшенная производительность

Передовые оптические системы, такие как регулятор лазерного луча (LBA), улучшают формирование луча и производительность.

Кроме того, SDBG (Stealth Dicing Before Grinding) позволяет обрабатывать ультратонкие устройства, формируя слой SD перед утоньшением.

Эти достижения значительно повышают производительность для крупномасштабного производства.

4. Сравнение технологий разделения

5. Применение

Stealth Dicing широко используется в:

• Датчики MEMS с хрупкими мембранными структурами

• Устройства памяти NAND и DRAM

• Силовые полупроводниковые устройства

• Логические устройства CMOS

• Оптические устройства

• Пластины с металлическими или защитными пленками

• Ультратонкие корпуса (<50 мкм)Технология особенно выгодна для дорогостоящих и структурно чувствительных устройств.

6. Отраслевые тенденции и перспективы

По мере того как производство полупроводников движется к:

Передовая упаковка

• Архитектуры чиплетов

• Высокоплотная интеграция

• Ультратонкая укладка кристаллов

• Широкозонные материалы (SiC, GaN)

• Бездефектное разделение пластин становится все более критичным.

Stealth Dicing позиционируется как ключевая технология в производстве полупроводников следующего поколения.

Его сухой процесс также поддерживает инициативы по экологически ответственному производству, сокращая потребление воды и образование отходов.

Заключение

Stealth Dicing™ представляет собой парадигмальный сдвиг в технологии разделения пластин.

Заменяя механическую резку и поверхностную абляцию внутренней лазерной модификацией и контролируемым растрескиванием под действием напряжения, он устраняет сколы, обломки, термические повреждения и потерю материала.

Результатом является:

Повышенная прочность чипа

• Улучшенный выход

• Более чистая обработка

• Лучшая пригодность для ультратонких и хрупких устройств

• Повышенная эффективность производства

• Для производителей полупроводников, стремящихся к более высокой надежности, лучшей производительности и повышенной экономической эффективности, Stealth Dicing предлагает мощное и готовое к будущему решение.