A WaffelEin Halbleiterchip muss drei Schritte durchlaufen: Zuerst wird der blockförmige Rohling in Wafer geschnitten; im zweiten Schritt werden die Transistoren durch den vorherigen Prozess auf die Vorderseite des Wafers graviert; schließlich erfolgt die Verpackung, d. h. durch den Schneideprozess wird der Chip in die Chips verpackt.Waffelwird zu einem vollständigen Halbleiterchip. Der Verpackungsprozess gehört zum Backend-Prozess. Dabei wird der Wafer in mehrere einzelne Hexaeder-Chips zerteilt. Dieser Prozess der Chip-Gewinnung wird als „Vereinzelung“ bezeichnet, das Zerteilen des Waferboards in einzelne Quader als „Wafer-Sägen“. Mit der fortschreitenden Integration von Halbleitern hat sich in letzter Zeit die Dicke derWaffelnist immer dünner geworden, was den „Vereinzelungsprozess“ natürlich erheblich erschwert.
Die Entwicklung des Wafer-Vereinzelns
Front-End- und Back-End-Prozesse haben sich durch Interaktion auf vielfältige Weise weiterentwickelt: Die Entwicklung der Back-End-Prozesse kann die Struktur und Position der hexaederförmigen kleinen Chips bestimmen, die vom Chip abgetrennt werden.Waffelsowie die Struktur und Position der Pads (elektrische Verbindungswege) auf dem Wafer; im Gegenteil, die Entwicklung der Front-End-Prozesse hat den Prozess und die Methode vonWaffelDie Rückseitenverjüngung und das „Sägen“ erfolgen im Back-End-Prozess. Daher hat das zunehmend anspruchsvolle Erscheinungsbild der Verpackung einen großen Einfluss auf den Back-End-Prozess. Darüber hinaus ändern sich Anzahl, Verfahren und Art des Sägens entsprechend der Veränderung des Verpackungsdesigns.
Schreiberwürfel
In den Anfängen war das „Zerbrechen“ durch Anwendung äußerer Kraft die einzige Methode, mit der man die Würfel teilen konnte.Waffelin Hexaederformen. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, dass die Kanten der kleinen Späne abplatzen oder reißen können. Da zudem die Grate auf der Metalloberfläche nicht vollständig entfernt werden, ist die Schnittfläche sehr rau.
Um dieses Problem zu lösen, entstand die „Anritz“-Schneidmethode, bei der vor dem „Brechen“ die Oberfläche des Materials bearbeitet wird.WaffelDie Scheibe wird bis etwa zur Hälfte ihrer Tiefe eingeschnitten. Das sogenannte „Anritzen“ bezeichnet, wie der Name schon sagt, das Vorschneiden (Halbieren) der Vorderseite der Scheibe mithilfe eines Flügelrads. In der Anfangszeit wurden die meisten Scheibe unter 15 cm (6 Zoll) mit dieser Methode geschnitten, bei der zunächst zwischen den Chips „geschnitten“ und dann „gebrochen“ wurde.
Klingentrennen oder Klingensägen
Die „Anritz“-Schneidmethode entwickelte sich allmählich zur „Säge“-Schneidmethode, bei der zwei- bis dreimal hintereinander mit einer Klinge geschnitten wird. Die Sägemethode verhindert das Ablösen kleiner Späne beim Brechen nach dem Anritzen und schützt diese beim Vereinzeln. Im Gegensatz zur vorherigen Sägemethode wird beim Sägen nicht gebrochen, sondern erneut mit der Klinge geschnitten. Daher wird diese Methode auch als „Stufensägen“ bezeichnet.
Um den Wafer während des Schneidevorgangs vor äußeren Beschädigungen zu schützen, wird er vorab mit einer Schutzfolie versehen, um ein sicheres Vereinzeln zu gewährleisten. Beim Rückseitenschleifen wird die Folie auf der Vorderseite des Wafers angebracht. Beim Schneiden mit der Schneidklinge hingegen wird sie auf der Rückseite befestigt. Während des eutektischen Chipbondens (Fixierung der vereinzelten Chips auf der Leiterplatte oder dem Rahmen) löst sich die rückseitige Folie automatisch ab. Aufgrund der hohen Reibung beim Schneiden muss kontinuierlich deionisiertes Wasser aus allen Richtungen aufgesprüht werden. Zusätzlich wird das Schneidrad mit Diamantpartikeln versehen, um ein besseres Trennergebnis zu erzielen. Der Schnitt (Schneidstärke : Nutbreite) muss gleichmäßig sein und darf die Breite der Trennnut nicht überschreiten.
Sägen war lange Zeit die am weitesten verbreitete traditionelle Schneidmethode. Ihr größter Vorteil liegt darin, dass sie das Schneiden einer großen Anzahl von Wafern in kurzer Zeit ermöglicht. Wird die Vorschubgeschwindigkeit jedoch stark erhöht, steigt die Gefahr des Ablösens der Chiplet-Kanten. Daher sollte die Drehzahl des Impellers auf etwa 30.000 Umdrehungen pro Minute begrenzt werden. Man sieht, dass die Technologie der Halbleiterfertigung oft ein Geheimnis ist, das sich über lange Zeiträume durch Erfahrung und Versuch und Irrtum langsam entwickelt hat (im nächsten Abschnitt über eutektisches Bonden werden wir das Schneiden und DAF genauer betrachten).
Zerkleinern vor dem Schleifen (DBG): Die Schnittreihenfolge hat sich geändert.
Beim Schneiden von Wafern mit einem Durchmesser von 8 Zoll mittels Klinge besteht keine Gefahr des Ablösens oder Reißens der Chiplet-Kanten. Mit zunehmendem Waferdurchmesser auf 21 Zoll und der damit einhergehenden extrem geringen Dicke treten diese Phänomene jedoch wieder auf. Um die Belastung des Wafers während des Schneidprozesses deutlich zu reduzieren, ersetzt das DBG-Verfahren („Dicing before Grinder“) die herkömmliche Schneidreihenfolge. Im Gegensatz zum herkömmlichen Klingenschneiden, bei dem kontinuierlich geschnitten wird, führt DBG zunächst einen Klingenschnitt durch und reduziert anschließend die Waferdicke schrittweise durch kontinuierliches Ausdünnen der Rückseite, bis der Chip gespalten ist. DBG stellt somit eine Weiterentwicklung des Klingenschneidens dar. Da es die Belastung durch den zweiten Schnitt reduziert, hat sich das DBG-Verfahren in der Wafer-Level-Packaging-Technologie schnell etabliert.
Laser-Dicing
Das Wafer-Level Chip Scale Package (WLCSP)-Verfahren basiert hauptsächlich auf Laserschneiden. Laserschneiden reduziert Phänomene wie Ablösen und Risse und führt so zu Chips höherer Qualität. Bei Waferdicken über 100 µm sinkt die Produktivität jedoch stark. Daher wird es vorwiegend für Wafer mit einer Dicke von unter 100 µm (relativ dünne Wafer) eingesetzt. Beim Laserschneiden wird Silizium durch Anlegen eines Hochenergielasers an die Ritzrille des Wafers geschnitten. Bei der konventionellen Laserschneidmethode muss jedoch zuvor eine Schutzfolie auf die Waferoberfläche aufgebracht werden. Durch die Erwärmung oder Bestrahlung der Waferoberfläche mit dem Laser entstehen Rillen, an denen die geschnittenen Siliziumfragmente haften bleiben. Somit schneidet auch die traditionelle Laserschneidmethode die Waferoberfläche direkt und ähnelt insofern dem Schneiden mit einem Messer.
Stealth Dicing (SD) ist ein Verfahren, bei dem zunächst die Innenseite eines Wafers mit Laserenergie geschnitten und anschließend durch Druck auf das rückseitig angebrachte Klebeband aufgebrochen wird, wodurch der Chip abgetrennt wird. Durch die Dehnung des Klebebands wird der Wafer beim Druckeinwirken schlagartig angehoben und der Chip abgetrennt. Die Vorteile von SD gegenüber dem herkömmlichen Laserschneiden sind: Erstens entstehen keine Siliziumreste; zweitens ist die Schnittfuge schmal, wodurch mehr Chips gewonnen werden können. Darüber hinaus werden Ablösung und Rissbildung durch das SD-Verfahren deutlich reduziert, was für die Gesamtqualität des Schnitts entscheidend ist. Daher dürfte sich das SD-Verfahren in Zukunft als die gängigste Technologie etablieren.
Plasmaschneiden
Plasmaschneiden ist eine relativ neue Technologie, die Plasmaätzen zum Schneiden während des Fertigungsprozesses nutzt. Da beim Plasmaschneiden halbgasförmige Materialien anstelle von Flüssigkeiten verwendet werden, ist die Umweltbelastung vergleichsweise gering. Zudem wird der gesamte Wafer in einem Arbeitsgang geschnitten, was eine hohe Schnittgeschwindigkeit ermöglicht. Allerdings verwendet das Plasmaverfahren ein chemisches Reaktionsgas als Ausgangsmaterial, und der Ätzprozess ist sehr komplex, wodurch der Prozessablauf vergleichsweise aufwendig ist. Im Vergleich zum Schneiden mit einem Schneidmesser oder Laser verursacht das Plasmaschneiden jedoch keine Beschädigungen an der Waferoberfläche, wodurch die Fehlerrate reduziert und eine höhere Chipausbeute erzielt wird.
Da die Waferdicke in letzter Zeit auf 30 µm reduziert wurde und vermehrt Kupfer (Cu) oder Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k) eingesetzt werden, gewinnen Plasmaschneidverfahren zunehmend an Bedeutung, um Grate zu vermeiden. Die Plasmaschneidtechnologie entwickelt sich stetig weiter. Ich bin überzeugt, dass in naher Zukunft beim Ätzen keine spezielle Maske mehr benötigt wird, da dies eine wichtige Entwicklungsrichtung des Plasmaschneidens darstellt.
Mit der kontinuierlichen Reduzierung der Waferdicke von 100 µm über 50 µm auf 30 µm haben sich auch die Schneidverfahren zur Gewinnung einzelner Chips weiterentwickelt – vom Brechen und Schneiden mit der Klinge hin zum Laser- und Plasmaschneiden. Obwohl die zunehmend ausgereiften Schneidverfahren die Produktionskosten des Schneidprozesses selbst erhöht haben, ist der Kostenaufwand pro Chip durch die deutliche Reduzierung unerwünschter Phänomene wie Abplatzen und Risse, die häufig beim Schneiden von Halbleiterchips auftreten, und die Erhöhung der Chipanzahl pro Wafer gesunken. Die höhere Chipanzahl pro Flächeneinheit des Wafers hängt natürlich eng mit der Verringerung der Trennbreite zusammen. Mit dem Plasmaschneiden lassen sich fast 20 % mehr Chips gewinnen als mit der Klinge, was ein Hauptgrund für die Wahl des Plasmaschneidens ist. Mit der Weiterentwicklung von Wafern, Chipformen und Verpackungsmethoden entstehen auch verschiedene Schneidverfahren wie Waferbearbeitungstechnologien und DBG (Dynamic Beam Grating).
Veröffentlichungsdatum: 10. Oktober 2024