TrancheLa découpe est une étape essentielle de la production de semi-conducteurs de puissance. Elle permet de séparer avec précision les circuits intégrés ou puces des plaquettes de semi-conducteurs.
La clé detrancheLe découpage consiste à séparer les puces individuelles tout en veillant à préserver les structures et circuits délicats qui y sont intégrés.tranchene sont pas endommagées. La réussite ou l'échec du processus de découpe influe non seulement sur la qualité de séparation et le rendement des copeaux, mais aussi directement sur l'efficacité de l'ensemble du processus de production.
▲Trois types courants de découpe de plaquettes | Source : KLA CHINA
Actuellement, le communtrancheLes procédés de découpe sont divisés en :
Découpe à la lame : peu coûteuse, généralement utilisée pour les épaisseurs plus importantesplaquettes
Découpe laser : coût élevé, généralement utilisée pour les plaquettes d’une épaisseur supérieure à 30 µm.
Découpe au plasma : coût élevé, plus de restrictions, généralement utilisée pour les plaquettes d’une épaisseur inférieure à 30 µm.
Découpe à lame mécanique
La découpe à la lame est un procédé de découpe suivant une ligne de traçage, réalisé à l'aide d'un disque de meulage rotatif à grande vitesse (lame). La lame est généralement composée d'un matériau abrasif ou de diamant ultra-mince, adapté au découpage ou au rainurage des plaquettes de silicium. Cependant, en tant que méthode de découpe mécanique, la découpe à la lame repose sur l'enlèvement physique de matière, ce qui peut facilement entraîner l'écaillage ou la fissuration du bord de la puce, affectant ainsi la qualité du produit et réduisant le rendement.
La qualité du produit final issu du procédé de sciage mécanique est influencée par de multiples paramètres, notamment la vitesse de coupe, l'épaisseur de la lame, le diamètre de la lame et la vitesse de rotation de la lame.
La coupe franche est la méthode de coupe à la lame la plus basique, qui coupe complètement la pièce à usiner en coupant jusqu'à un matériau fixe (tel qu'un ruban à découper).
▲ Coupe mécanique à lame - coupe complète | Réseau de sources d'images
La demi-coupe est une méthode d'usinage qui consiste à créer une rainure en coupant jusqu'au milieu de la pièce. En répétant ce processus de rainurage, on peut obtenir des pointes en forme de peigne ou d'aiguille.
▲ Coupe mécanique à lame - demi-coupe | Réseau de sources d'images
La double coupe est une méthode de traitement qui utilise une scie à double tranchage à deux broches pour effectuer des coupes complètes ou partielles sur deux lignes de production simultanément. Cette scie possède deux axes de broche. Ce procédé permet d'atteindre un débit élevé.
▲ Coupe mécanique à double lame | Réseau de sources d'images
La découpe par étapes utilise une scie à double broche pour réaliser des découpes complètes et partielles en deux phases. Des lames optimisées pour la découpe de la couche conductrice en surface de la plaquette et des lames optimisées pour le monocristal de silicium restant permettent d'obtenir un traitement de haute qualité.
▲ Découpe mécanique à lame – découpe par étapes | Réseau de sources d'images
La découpe en biseau est une méthode de traitement qui utilise une lame à bord en V sur la moitié du bord coupé pour découper la plaquette en deux étapes lors du processus de découpe par étapes. Le chanfreinage est effectué pendant la découpe. On obtient ainsi une grande résistance du moule et un traitement de haute qualité.
▲ Découpe mécanique à la lame – découpe en biseau | Réseau de sources d'images
Découpe laser
La découpe laser est une technologie de découpe de plaquettes sans contact qui utilise un faisceau laser focalisé pour séparer les puces individuelles des plaquettes de semi-conducteurs. Le faisceau laser à haute énergie est focalisé sur la surface de la plaquette et vaporise ou enlève de la matière le long de la ligne de découpe prédéterminée par des processus d'ablation ou de décomposition thermique.
▲ Schéma de découpe laser | Source de l'image : KLA CHINA
Les lasers les plus couramment utilisés sont les lasers ultraviolets, les lasers infrarouges et les lasers femtoseconde. Les lasers ultraviolets sont souvent employés pour l'ablation à froid de précision grâce à leur énergie photonique élevée et à la zone affectée thermiquement extrêmement réduite, ce qui limite les risques de dommages thermiques pour la plaquette et les puces environnantes. Les lasers infrarouges sont mieux adaptés aux plaquettes épaisses car ils pénètrent profondément dans le matériau. Les lasers femtoseconde permettent une ablation de matière de haute précision et efficace, avec un transfert de chaleur quasi négligeable grâce à des impulsions lumineuses ultracourtes.
La découpe laser présente des avantages considérables par rapport à la découpe traditionnelle à la lame. Tout d'abord, étant un procédé sans contact, elle ne nécessite aucune pression physique sur la plaquette, réduisant ainsi les problèmes de fragmentation et de fissuration fréquents en découpe mécanique. Cette caractéristique la rend particulièrement adaptée au traitement de plaquettes fragiles ou ultra-minces, notamment celles présentant des structures complexes ou des détails fins.
▲ Schéma de découpe laser | Réseau de sources d'images
De plus, la haute précision de la découpe laser permet de focaliser le faisceau laser sur un point extrêmement petit, de réaliser des motifs de découpe complexes et d'obtenir un espacement minimal entre les puces. Cette caractéristique est particulièrement importante pour les dispositifs semi-conducteurs de pointe dont la taille ne cesse de diminuer.
Cependant, la découpe laser présente aussi certaines limites. Comparée à la découpe au laser, elle est plus lente et plus coûteuse, notamment pour les productions à grande échelle. De plus, le choix du type de laser approprié et l'optimisation des paramètres pour garantir un enlèvement de matière efficace et une zone affectée thermiquement minimale peuvent s'avérer complexes pour certains matériaux et épaisseurs.
Découpe par ablation laser
Lors de la découpe par ablation laser, le faisceau laser est focalisé avec précision sur un point précis de la surface de la plaquette. L'énergie laser est ensuite guidée selon un motif de découpe prédéfini, découpant progressivement la plaquette jusqu'à sa base. Selon les exigences de découpe, cette opération est réalisée à l'aide d'un laser pulsé ou d'un laser à onde continue. Afin de prévenir tout dommage à la plaquette dû à un échauffement local excessif du laser, un système de refroidissement par eau est utilisé pour la refroidir et la protéger des dommages thermiques. Ce système permet également d'éliminer efficacement les particules générées pendant la découpe, évitant ainsi toute contamination et garantissant la qualité de la découpe.
Découpe invisible au laser
Le laser peut également être focalisé pour transférer la chaleur au cœur même de la plaquette, une méthode appelée « découpe laser invisible ». Dans ce cas, la chaleur du laser crée des interstices dans les rainures de découpe. Ces zones fragilisées produisent alors un effet de pénétration similaire en se rompant lorsque la plaquette est étirée.
▲Processus principal de découpe laser invisible
Le procédé de découpe invisible est un procédé laser à absorption interne, contrairement à l'ablation laser où le laser est absorbé en surface. La découpe invisible utilise l'énergie d'un faisceau laser dont la longueur d'onde est semi-transparente au matériau du substrat. Le procédé se divise en deux étapes principales : un procédé laser et une étape de séparation mécanique.
▲Le faisceau laser crée une perforation sous la surface de la plaquette, sans affecter les faces avant et arrière. | Image source network
Dans un premier temps, le faisceau laser balaie la plaquette et se focalise sur un point précis à l'intérieur, créant ainsi un point de fissuration. L'énergie du faisceau provoque la formation d'une série de fissures internes, qui ne se sont pas encore propagées sur toute l'épaisseur de la plaquette jusqu'à ses surfaces supérieure et inférieure.
▲Comparaison de plaquettes de silicium de 100 µm d'épaisseur découpées par la méthode à la lame et par découpe laser invisible | Image source network
Dans un second temps, le ruban adhésif situé au bas de la plaquette est dilaté, ce qui induit des contraintes de traction dans les fissures internes créées par le procédé laser de la première étape. Ces contraintes provoquent la propagation verticale des fissures jusqu'aux surfaces supérieure et inférieure de la plaquette, permettant ainsi sa séparation en puces le long de ces points de découpe. En découpe invisible, on utilise généralement une découpe partielle ou une découpe partielle par le bas pour faciliter la séparation des plaquettes en puces.
Principaux avantages de la découpe laser invisible par rapport à l'ablation laser :
• Aucun liquide de refroidissement requis
• Aucun débris généré
• Absence de zones affectées par la chaleur susceptibles d'endommager les circuits sensibles
Découpe au plasma
La découpe plasma (également appelée gravure plasma ou gravure sèche) est une technologie de découpe de plaquettes de semi-conducteurs avancée qui utilise la gravure ionique réactive (RIE) ou la gravure ionique réactive profonde (DRIE) pour séparer les puces individuelles des plaquettes. Cette technologie réalise la découpe en enlevant chimiquement de la matière le long de lignes de découpe prédéterminées à l'aide de plasma.
Lors du procédé de découpe plasma, la plaquette de semi-conducteur est placée dans une chambre à vide. Un mélange gazeux réactif contrôlé y est introduit, et un champ électrique est appliqué pour générer un plasma contenant une forte concentration d'ions et de radicaux réactifs. Ces espèces réactives interagissent avec le matériau de la plaquette et en retirent sélectivement le long de la ligne de découpe par une combinaison de réaction chimique et de pulvérisation cathodique.
Le principal avantage de la découpe plasma réside dans la réduction des contraintes mécaniques sur la plaquette et la puce, ainsi que dans la diminution des risques de dommages liés au contact physique. Toutefois, ce procédé est plus complexe et plus long que d'autres méthodes, notamment pour les plaquettes épaisses ou les matériaux à forte résistance à la gravure, ce qui limite son application en production de masse.
▲Réseau de sources d'images
Dans la fabrication des semi-conducteurs, la méthode de découpe des plaquettes doit être sélectionnée en fonction de nombreux facteurs, notamment les propriétés du matériau de la plaquette, la taille et la géométrie de la puce, la précision requise et l'exactitude, ainsi que le coût et l'efficacité globaux de la production.
Date de publication : 20 septembre 2024