Was ist Waferwürfeln?

A Wafermuss drei Veränderungen durchlaufen, um zu einem echten Halbleiterchip zu werden: Zuerst wird der blockförmige Barren in Wafer geschnitten; Im zweiten Prozess werden Transistoren im vorherigen Prozess auf der Vorderseite des Wafers eingraviert. Abschließend erfolgt die Verpackung, also durch den SchneidvorgangWaferwird zu einem kompletten Halbleiterchip. Es ist ersichtlich, dass der Verpackungsprozess zum Back-End-Prozess gehört. Dabei wird der Wafer in mehrere hexaederförmige Einzelchips zerschnitten. Dieser Prozess zur Gewinnung unabhängiger Chips wird „Singulation“ genannt, und der Prozess des Zersägens der Waferplatine in unabhängige Quader wird „Wafer Cutting (Die Sawing)“ genannt. Mit der Verbesserung der Halbleiterintegration hat sich in letzter Zeit die Dicke vonWaffelnist immer dünner geworden, was den „Vereinzelung“-Prozess natürlich sehr erschwert.

Die Entwicklung des Waferwürfelns

Front-End- und Back-End-Prozesse haben sich durch Interaktion auf verschiedene Weise entwickelt: Die Entwicklung von Back-End-Prozessen kann die Struktur und Position der kleinen Hexaeder-Chips bestimmen, die vom Chip auf dem Chip getrennt sindWafersowie die Struktur und Position der Pads (elektrische Verbindungspfade) auf dem Wafer; Im Gegenteil, die Entwicklung der Front-End-Prozesse hat den Prozess und die Methode verändertWaferBack Thinning und „Die Dicing“ im Back-End-Prozess. Daher wird das immer anspruchsvollere Erscheinungsbild des Pakets einen großen Einfluss auf den Back-End-Prozess haben. Darüber hinaus ändern sich auch die Anzahl, das Verfahren und die Art des Würfelns entsprechend der Änderung des Erscheinungsbilds der Verpackung.

Schreiber Würfeln

In der Anfangszeit war das „Zerbrechen“ durch äußere Krafteinwirkung die einzige Würfelmethode, mit der man Würfel teilen konnteWaferin Hexaeder stirbt. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, dass die Kante des kleinen Chips abplatzt oder bricht. Da zudem die Grate auf der Metalloberfläche nicht vollständig entfernt werden, ist auch die Schnittfläche sehr rau.
Um dieses Problem zu lösen, wurde die Schneidmethode „Scribing“ entwickelt, also vor dem „Brechen“ der Oberfläche des WerkstücksWaferwird auf etwa die Hälfte der Tiefe geschnitten. Unter „Scribing“ versteht man, wie der Name schon sagt, die Verwendung eines Impellers, um die Vorderseite des Wafers vorab zu zersägen (zu halbieren). In der Anfangszeit nutzten die meisten Wafer unter 6 Zoll diese Schneidmethode, bei der zuerst zwischen den Chips „geschnitten“ und dann „gebrochen“ wurde.

Klingenwürfeln oder Klingensägen

Aus der „Scribing“-Schneidemethode entwickelte sich nach und nach die „Blade Dicing“-Schneide- (oder Säge-)Methode, bei der mit einer Klinge zwei- oder dreimal hintereinander geschnitten wird. Die „Blade“-Schneidemethode kann das Phänomen des Ablösens kleiner Späne beim „Brechen“ nach dem „Ritzen“ ausgleichen und kleine Späne während des „Vereinzelungsvorgangs“ schützen. Das Schneiden mit der „Klinge“ unterscheidet sich vom vorherigen „Würfelschneiden“, d. h. nach dem Schneiden mit der „Klinge“ wird nicht „gebrochen“, sondern erneut mit einer Klinge geschnitten. Daher wird es auch „Step Dicing“-Methode genannt.

Um den Wafer während des Schneidvorgangs vor äußeren Beschädigungen zu schützen, wird vorab eine Folie auf den Wafer aufgebracht, um ein sichereres „Vereinzeln“ zu gewährleisten. Beim „Back Grinding“-Prozess wird die Folie auf der Vorderseite des Wafers befestigt. Im Gegensatz dazu sollte beim „Klingen“-Schneiden die Folie auf der Rückseite des Wafers befestigt werden. Beim eutektischen Die-Bonding (Die-Bonden, Fixieren der getrennten Chips auf der Leiterplatte oder dem festen Rahmen) fällt die auf der Rückseite angebrachte Folie automatisch ab. Aufgrund der hohen Reibung beim Schneiden sollte DI-Wasser kontinuierlich aus allen Richtungen gesprüht werden. Zudem sollte das Laufrad mit Diamantpartikeln befestigt sein, damit sich die Scheiben besser schneiden lassen. Zu diesem Zeitpunkt muss der Schnitt (Klingenstärke: Nutbreite) gleichmäßig sein und darf die Breite der Würfelnut nicht überschreiten.
Das Sägen war lange Zeit die am weitesten verbreitete traditionelle Schnittmethode. Ihr größter Vorteil besteht darin, dass sie in kurzer Zeit eine große Anzahl von Waffeln schneiden kann. Wenn jedoch die Vorschubgeschwindigkeit der Scheibe stark erhöht wird, erhöht sich die Möglichkeit, dass sich die Chiplet-Ränder ablösen. Daher sollte die Drehzahl des Laufrads auf etwa 30.000 Umdrehungen pro Minute geregelt werden. Es ist ersichtlich, dass die Technologie des Halbleiterprozesses oft ein Geheimnis ist, das sich durch langes Ansammeln und Ausprobieren langsam angesammelt hat (im nächsten Abschnitt zum eutektischen Bonden werden wir den Inhalt über Schneiden und DAF diskutieren).

Würfeln vor dem Schleifen (DBG): Die Schneidreihenfolge hat die Methode geändert

Wenn das Klingenschneiden an einem Wafer mit 8 Zoll Durchmesser durchgeführt wird, besteht kein Grund zur Sorge, dass sich die Chiplet-Kanten ablösen oder Risse bekommen. Wenn der Durchmesser des Wafers jedoch auf 21 Zoll ansteigt und die Dicke extrem gering wird, treten erneut Abblätterungs- und Rissbildungserscheinungen auf. Um die physische Belastung des Wafers während des Schneidvorgangs deutlich zu reduzieren, ersetzt die DBG-Methode „Dicing before Grinding“ die herkömmliche Schneidsequenz. Im Gegensatz zur herkömmlichen „Klingen“-Schneidemethode, die kontinuierlich schneidet, führt DBG zunächst einen „Klingen“-Schnitt durch und verringert dann schrittweise die Waferdicke, indem die Rückseite kontinuierlich verdünnt wird, bis der Chip gespalten ist. Man kann sagen, dass DBG eine verbesserte Version der vorherigen „Klingen“-Schneidmethode ist. Da es die Auswirkungen des zweiten Schnitts reduzieren kann, hat sich die DBG-Methode schnell in der „Wafer-Level-Verpackung“ durchgesetzt.

Laserwürfeln

Der Wafer-Level-Chip-Scale-Package-Prozess (WLCSP) nutzt hauptsächlich Laserschneiden. Durch Laserschneiden können Phänomene wie Abblättern und Risse reduziert werden, wodurch qualitativ hochwertigere Chips erzielt werden. Wenn die Waferdicke jedoch mehr als 100 μm beträgt, wird die Produktivität erheblich verringert. Daher wird es meist auf Wafern mit einer Dicke von weniger als 100 μm (relativ dünn) eingesetzt. Beim Laserschneiden wird Silizium durch die Anwendung eines hochenergetischen Lasers auf die Ritzrille des Wafers geschnitten. Beim herkömmlichen Laserschneiden (Conventional Laser) muss jedoch vorab eine Schutzfolie auf die Waferoberfläche aufgebracht werden. Da die Oberfläche des Wafers mit einem Laser erhitzt oder bestrahlt wird, erzeugen diese physischen Kontakte Rillen auf der Oberfläche des Wafers, und die geschnittenen Siliziumfragmente bleiben ebenfalls an der Oberfläche haften. Es ist ersichtlich, dass das herkömmliche Laserschneidverfahren auch direkt die Oberfläche des Wafers schneidet und in dieser Hinsicht dem „Klingen“-Schneideverfahren ähnelt.

Stealth Dicing (SD) ist eine Methode, bei der zunächst die Innenseite des Wafers mit Laserenergie durchtrennt wird und dann äußerer Druck auf das auf der Rückseite angebrachte Band ausgeübt wird, um es zu zerbrechen und so den Chip zu trennen. Wenn auf das Band auf der Rückseite Druck ausgeübt wird, wird der Wafer durch die Dehnung des Bandes augenblicklich nach oben gehoben und dadurch der Chip getrennt. Die Vorteile von SD gegenüber der herkömmlichen Laserschneidmethode sind: Erstens gibt es keine Siliziumrückstände; Zweitens ist die Schnittfuge (Schnittfuge: die Breite der Ritznut) schmal, sodass mehr Späne gewonnen werden können. Darüber hinaus wird das Phänomen des Abblätterns und der Rissbildung durch die SD-Methode erheblich reduziert, was für die Gesamtqualität des Schnitts von entscheidender Bedeutung ist. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass die SD-Methode in Zukunft die beliebteste Technologie wird.

Plasmawürfeln
Plasmaschneiden ist eine kürzlich entwickelte Technologie, die Plasmaätzen zum Schneiden während des Herstellungsprozesses (Fab) nutzt. Beim Plasmaschneiden werden Halbgasmaterialien anstelle von Flüssigkeiten verwendet, sodass die Auswirkungen auf die Umwelt relativ gering sind. Und es wird die Methode angewendet, den gesamten Wafer auf einmal zu schneiden, sodass die „Schneide“-Geschwindigkeit relativ hoch ist. Bei der Plasmamethode wird jedoch ein chemisches Reaktionsgas als Ausgangsmaterial verwendet, und der Ätzprozess ist sehr kompliziert, sodass der Prozessablauf relativ umständlich ist. Aber im Vergleich zum „Blade“-Schneiden und Laserschneiden verursacht das Plasmaschneiden keine Schäden an der Waferoberfläche, wodurch die Fehlerrate verringert und mehr Chips erhalten werden.

In letzter Zeit wurde die Waferdicke auf 30 μm reduziert und es werden viel Kupfer (Cu) oder Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k) verwendet. Um Grate (Burr) zu vermeiden, werden daher auch Plasmaschneidverfahren bevorzugt. Natürlich entwickelt sich auch die Plasmaschneidtechnik ständig weiter. Ich glaube, dass es in naher Zukunft eines Tages nicht mehr nötig sein wird, beim Ätzen eine spezielle Maske zu tragen, da dies eine wichtige Entwicklungsrichtung des Plasmaschneidens ist.

Da die Dicke der Wafer kontinuierlich von 100 μm auf 50 μm und dann auf 30 μm reduziert wurde, haben sich auch die Schneidmethoden zur Herstellung unabhängiger Chips verändert und weiterentwickelt, vom „Brechen“ und „Klingenschneiden“ zum Laserschneiden und Plasmaschneiden. Obwohl die immer ausgereifteren Schneidmethoden die Produktionskosten des Schneidprozesses selbst erhöht haben, wurden andererseits unerwünschte Phänomene wie Abblättern und Risse, die beim Schneiden von Halbleiterchips häufig auftreten, erheblich reduziert und die Anzahl der pro Wafereinheit erhaltenen Chips erhöht Die Produktionskosten eines einzelnen Chips weisen einen Abwärtstrend auf. Natürlich hängt die Erhöhung der Anzahl der erhaltenen Chips pro Flächeneinheit des Wafers eng mit der Verringerung der Breite der Würfelstraße zusammen. Beim Plasmaschneiden können fast 20 % mehr Späne gewonnen werden als beim „Blatt“-Schneidverfahren, was auch ein Hauptgrund dafür ist, warum sich Menschen für das Plasmaschneiden entscheiden. Mit der Entwicklung und Veränderung von Wafern, Chip-Aussehen und Verpackungsmethoden entstehen auch verschiedene Schneidprozesse wie Wafer-Verarbeitungstechnologie und DBG.