文章來源：Jeff的芯片世界

原文作者：Jeff的芯片世界

本文介紹了半導體后道工序中的激光開槽工藝。該技術通過激光預先燒蝕材料，為后續(xù)刀片切割掃清障礙，能有效提升芯片切割質量和效率。

在半導體制造的后道工序中，將晶圓切割成獨立的芯片是封裝測試的第一步，其加工質量直接影響到最終產(chǎn)品的良率。隨著芯片制程不斷向40nm及以下節(jié)點發(fā)展，為了提升芯片處理速度并降低電阻電容延遲，業(yè)界普遍引入了低介電常數(shù)材料作為芯片內(nèi)部的層間電介質。然而，這些Low-k材料多為有機高分子，具有耐熱性差、結合強度低等特點，給傳統(tǒng)的刀輪劃片帶來了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)刀片切割容易導致Low-k材料出現(xiàn)分層、剝離或崩邊等缺陷。為了解決這一問題，激光開槽工藝應運而生，并成為高品質晶圓切割中的關鍵環(huán)節(jié)。

激光開槽的工藝原理與流程

激光開槽工藝，通常是指在進行最終的晶圓全切割之前，先在切割道內(nèi)用激光燒蝕出兩條細槽，然后再使用機械刀片在兩條細槽的中間區(qū)域進行切割。這兩條預先開出的細槽起到了保護作用，能有效防止后續(xù)切割時產(chǎn)生的崩邊或裂紋向芯片內(nèi)部延伸，從而提升切割質量。對于Low-k晶圓，激光開槽的主要目的是利用激光的燒蝕作用，將切割道表層脆弱的Low-k材料、測試圖形或金屬層先行去除，只留下單一的硅襯底，為后續(xù)的刀片切割掃清障礙。

在實際應用中，激光開槽的典型工藝流程分為三步。首先，使用兩束未經(jīng)擴束的精細激光束，在切割道的兩側開出距離目標寬度的兩道細槽，這一步主要為了控制槽邊緣的平整度。接著，使用一束經(jīng)過擴束的寬光束，將第一步中兩道細槽之間的Low-k材料或其他阻擋層進行燒蝕去除。最后，使用磨輪刀片在激光開槽后的區(qū)域進行全切割，將剩余的硅材料快速去除，最終分離出單顆芯片。

影響激光開槽質量的核心參數(shù)

激光開槽的效果受多個工藝參數(shù)影響，其中激光功率、激光頻率和開槽速度是三個核心要素，它們共同決定了作用于材料上的能量密度，進而影響加工品質。

激光功率直接決定了材料去除的能力。功率過低時，激光能量不足以徹底氣化材料，會導致燒蝕痕跡斷斷續(xù)續(xù)，材料去除不充分。功率過高則可能產(chǎn)生熱影響區(qū)，在開槽區(qū)域以外造成變色，這種熱損傷可能成為芯片使用的隱患。因此，選擇功率的原則是在能完全去除材料的前提下，盡量使用較低的功率值。

激光頻率對開槽的精細度和邊緣質量有顯著影響。在使用細光束開槽時，頻率過低會導致單脈沖能量過高，產(chǎn)生明顯的“爆點”和較大的崩邊，燒蝕區(qū)域遠大于設定寬度。隨著頻率提高，崩邊和爆點現(xiàn)象會逐漸改善。當頻率過高時，能量過于分散，又可能導致燒蝕不完全，槽底痕跡深淺不一。研究發(fā)現(xiàn)，存在一個能避免“爆點”的頻率閾值，在該閾值之上，可以獲得更為平滑的開槽痕跡。

開槽速度指的是承載晶圓的工作臺的移動速度。速度較慢時，單脈沖能量積累多，開槽深度較深，邊緣平整但外圍可能存在熱影響區(qū)。速度過快時，在激光頻率不變的情況下，脈沖光斑之間的距離增大，會導致燒蝕區(qū)域出現(xiàn)明顯的光斑痕跡，甚至可能出現(xiàn)表層材料去除不凈的情況。一個適中的速度能夠平衡加工效率與質量，在獲得良好邊緣的同時減少熱影響。

激光開槽的工藝優(yōu)勢與品質管控

采用激光開槽與刀片切割相結合的方式，相比僅使用刀片切割具有明顯優(yōu)勢。首先，它能有效控制芯片切割的正崩，尤其是在切割道上存在測試圖形等復雜結構時，切割痕跡更加整齊。其次，由于激光已去除了脆弱的表層材料，后續(xù)的刀片切割速度可以提升2至3倍，從而顯著提高整體加工效率。此外，更快的切割速度也減少了晶圓長時間浸泡在切割水中而導致的焊盤腐蝕風險。

激光開槽后的品質管控通常包括幾個關鍵指標：開槽邊緣與芯片內(nèi)部的密封環(huán)之間的安全距離需大于5微米;開槽的左右偏移量需控制在2微米以內(nèi);開槽深度必須確保切透金屬層并額外增加3至5微米的余量;同時，切割道附近及晶圓表面不允許有任何金屬殘留，以確保后續(xù)工藝的可靠性和最終產(chǎn)品的良率。

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