Tranchela découpe est l’un des maillons importants de la production de semi-conducteurs de puissance. Cette étape est conçue pour séparer avec précision les circuits intégrés ou puces individuels des tranches semi-conductrices.
La clé detrancheLa découpe doit être capable de séparer les copeaux individuels tout en garantissant que les structures et circuits délicats intégrés dans letranchene sont pas endommagés. Le succès ou l’échec du processus de découpe affecte non seulement la qualité de séparation et le rendement des copeaux, mais est également directement lié à l’efficacité de l’ensemble du processus de production.
▲Trois types courants de découpe de plaquettes | Source : KLA CHINE
Actuellement, le communtrancheles processus de découpe sont divisés en :
Coupe à la lame : faible coût, généralement utilisée pour les coupes plus épaissesplaquettes
Découpe laser : coût élevé, généralement utilisée pour les plaquettes d'une épaisseur supérieure à 30 µm
Découpe plasma : coût élevé, plus de restrictions, généralement utilisé pour les plaquettes d'une épaisseur inférieure à 30 μm
Coupe à lame mécanique
La coupe à la lame est un processus de coupe le long de la ligne de traçage à l'aide d'un disque de meulage (lame) rotatif à grande vitesse. La lame est généralement constituée d'un matériau diamanté abrasif ou ultra-fin, adapté pour trancher ou rainurer des tranches de silicium. Cependant, en tant que méthode de coupe mécanique, la coupe à la lame repose sur l'enlèvement physique de matière, ce qui peut facilement conduire à l'écaillage ou à la fissuration du bord du copeau, affectant ainsi la qualité du produit et réduisant le rendement.
La qualité du produit final obtenu par le processus de sciage mécanique est affectée par plusieurs 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 complète est la méthode de coupe à lame la plus basique, qui coupe complètement la pièce en la coupant sur un matériau fixe (tel qu'un ruban à trancher).
▲ Coupe à lame mécanique-coupe complète | Réseau de sources d'images
La demi-coupe est une méthode de traitement qui produit une rainure en coupant jusqu'au milieu de la pièce. En effectuant continuellement le processus de rainurage, des pointes en forme de peigne et d'aiguille peuvent être produites.
▲ Lame mécanique coupe-demi-coupe | Réseau de sources d'images
La double coupe est une méthode de traitement qui utilise une scie à double tranche à deux broches pour effectuer des coupes complètes ou à moitié sur deux lignes de production en même temps. La scie à trancher double possède deux axes de broche. Un débit élevé peut être atteint grâce à ce processus.
▲ Coupe à lame mécanique-double coupe | Réseau de sources d'images
La coupe par étapes utilise une scie à double tranche avec deux broches pour effectuer des coupes complètes et à moitié en deux étapes. Utilisez des lames optimisées pour couper la couche de câblage sur la surface de la plaquette et des lames optimisées pour le monocristal de silicium restant afin d'obtenir un traitement de haute qualité.
▲ Coupe mécanique à la lame – coupe par étapes | Réseau de sources d'images
La découpe en biseau est une méthode de traitement qui utilise une lame avec un bord en forme de V sur le bord à moitié coupé pour couper la tranche en deux étapes au cours du processus de découpe par étapes. Le processus de chanfreinage est effectué pendant le processus de coupe. Par conséquent, une résistance élevée au moule et un traitement de haute qualité peuvent être obtenus.
▲ Coupe mécanique à la lame – coupe en biseau | Réseau de sources d'images
Découpe laser
La découpe laser est une technologie de découpe de tranches sans contact qui utilise un faisceau laser focalisé pour séparer les puces individuelles des tranches semi-conductrices. Le faisceau laser à haute énergie est focalisé sur la surface de la tranche et évapore ou élimine le matériau le long de la ligne de découpe prédéterminée par le biais de processus d'ablation ou de décomposition thermique.
▲ Schéma de découpe laser | Source de l'image : KLA CHINE
Les types de lasers actuellement largement utilisés comprennent les lasers ultraviolets, les lasers infrarouges et les lasers femtoseconde. Parmi eux, les lasers ultraviolets sont souvent utilisés pour une ablation à froid précise en raison de leur énergie photonique élevée et de la zone affectée par la chaleur est extrêmement petite, ce qui peut réduire efficacement le risque de dommages thermiques à la tranche et aux puces environnantes. Les lasers infrarouges conviennent mieux aux plaquettes plus épaisses car ils peuvent pénétrer profondément dans le matériau. Les lasers femtoseconde permettent un enlèvement de matière efficace et de haute précision avec un transfert de chaleur presque négligeable grâce à des impulsions lumineuses ultracourtes.
La découpe laser présente des avantages significatifs par rapport à la découpe à lame traditionnelle. Premièrement, en tant que processus sans contact, la découpe laser ne nécessite pas de pression physique sur la tranche, ce qui réduit les problèmes de fragmentation et de fissuration courants lors de la découpe mécanique. Cette caractéristique rend la découpe laser particulièrement adaptée au traitement de plaquettes fragiles ou ultra-fines, en particulier celles présentant des structures complexes ou des caractéristiques fines.
▲ Schéma de découpe laser | Réseau de sources d'images
De plus, la haute précision et l'exactitude de la découpe laser lui permettent de focaliser le faisceau laser sur une taille de spot extrêmement petite, de prendre en charge des modèles de découpe complexes et d'obtenir une séparation de l'espacement minimum entre les copeaux. Cette fonctionnalité est particulièrement importante pour les dispositifs semi-conducteurs avancés dont la taille diminue.
Cependant, la découpe laser présente également certaines limites. Comparée à la coupe à la lame, elle est plus lente et plus coûteuse, en particulier dans les productions à grande échelle. De plus, choisir le bon type de laser et optimiser les paramètres pour garantir un enlèvement de matière efficace et une zone affectée par la chaleur minimale peut s'avérer difficile 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 emplacement spécifié sur la surface de la tranche, et l'énergie laser est guidée selon un motif de découpe prédéterminé, coupant progressivement la tranche jusqu'au fond. Selon les besoins de découpe, cette opération est réalisée à l'aide d'un laser pulsé ou d'un laser à onde continue. Afin d'éviter d'endommager la plaquette en raison d'un échauffement local excessif du laser, de l'eau de refroidissement est utilisée pour refroidir et protéger la plaquette des dommages thermiques. Dans le même temps, l'eau de refroidissement peut également éliminer efficacement les particules générées pendant le processus de découpe, prévenir la contamination et garantir la qualité de la découpe.
Découpe invisible au laser
Le laser peut également être focalisé pour transférer la chaleur dans le corps principal de la plaquette, une méthode appelée « découpe laser invisible ». Pour cette méthode, la chaleur du laser crée des espaces dans les voies de traçage. Ces zones affaiblies obtiennent alors un effet de pénétration similaire en se cassant lorsque la plaquette est étirée.
▲ Processus principal de découpe laser invisible
Le processus de découpe invisible est un processus laser à absorption interne, plutôt qu'une ablation laser où le laser est absorbé sur la surface. Avec la découpe invisible, l'énergie d'un faisceau laser dont la longueur d'onde est semi-transparente pour le matériau du substrat de la tranche est utilisée. Le processus est divisé en deux étapes principales, l’une est un processus laser et l’autre est un processus de séparation mécanique.
▲Le faisceau laser crée une perforation sous la surface de la plaquette et les faces avant et arrière ne sont pas affectées | Réseau de sources d'images
Dans un premier temps, lorsque le faisceau laser balaie la tranche, le faisceau laser se concentre sur un point spécifique à l'intérieur de la tranche, formant un point de fissuration à l'intérieur. L'énergie du faisceau provoque la formation d'une série de fissures à l'intérieur, qui ne se sont pas encore étendues à toute l'épaisseur de la plaquette jusqu'aux surfaces supérieure et inférieure.
▲Comparaison de plaquettes de silicium de 100 μm d'épaisseur découpées par la méthode de la lame et la méthode de découpe invisible au laser | Réseau de sources d'images
Au cours de la deuxième étape, la bande de puce située au bas de la tranche est physiquement dilatée, ce qui provoque une contrainte de traction dans les fissures à l'intérieur de la tranche, induites lors du processus laser lors de la première étape. Cette contrainte amène les fissures à s'étendre verticalement jusqu'aux surfaces supérieure et inférieure de la tranche, puis à séparer la tranche en copeaux le long de ces points de coupe. Dans la découpe invisible, la demi-découpe ou la demi-découpe côté inférieur est généralement utilisée pour faciliter la séparation des tranches en chips ou chips.
Principaux avantages de la découpe laser invisible par rapport à l'ablation laser :
• Aucun liquide de refroidissement requis
• Aucun débris généré
• Aucune zone affectée par la chaleur qui pourrait endommager les circuits sensibles
Découpe plasma
Le découpage au plasma (également connu sous le nom de gravure au plasma ou gravure sèche) est une technologie avancée de découpe de tranches qui utilise la gravure ionique réactive (RIE) ou la gravure ionique réactive profonde (DRIE) pour séparer les puces individuelles des tranches semi-conductrices. La technologie permet de découper en éliminant chimiquement la matière le long de lignes de découpe prédéterminées à l'aide du plasma.
Au cours du processus de découpe au plasma, la plaquette semi-conductrice est placée dans une chambre à vide, un mélange gazeux réactif contrôlé est introduit dans la chambre et un champ électrique est appliqué pour générer un plasma contenant une concentration élevée d'ions et de radicaux réactifs. Ces espèces réactives interagissent avec le matériau de la tranche et éliminent sélectivement le matériau de la tranche le long de la ligne de découpe grâce à une combinaison de réaction chimique et de pulvérisation physique.
Le principal avantage du découpage plasma est qu’il réduit les contraintes mécaniques sur la tranche et la puce ainsi que les dommages potentiels causés par le contact physique. Cependant, ce processus est plus complexe et plus long que les autres méthodes, en particulier lorsqu'il s'agit de tranches plus épaisses ou de matériaux présentant une résistance élevée à la gravure, de sorte que son application dans la production de masse est limitée.
▲Réseau source d'images
Dans la fabrication de semi-conducteurs, la méthode de découpe des plaquettes doit être sélectionnée en fonction de nombreux facteurs, notamment les propriétés du matériau des plaquettes, la taille et la géométrie des puces, la précision et l'exactitude requises, ainsi que le coût et l'efficacité globaux de production.
Heure de publication : 20 septembre 2024