【光电集成】什么是晶圆的切割？

一个晶圆要经历三次的变化过程，才能成为一个真正的半导体芯片：首先，是将块儿状的铸锭切成晶圆；在第二道工序中，通过前道工序要在晶圆的正面雕刻晶体管；最后，再进行封装，即通过切割过程，使晶圆成为一个完整的半导体芯片。可见，封装工序属于后道工序，在这道工序中，会把晶圆切割成若干六面体形状的单个芯片，这种得到独立芯片的过程被称作做“切单（Singulaton）”,而把晶圆板锯切成独立长方体的过程则叫做“晶片切割(Die Sawing)”。近来，随着半导体集成度的提高，晶圆厚度变得越来越薄，这当然给“切单”工艺也带来了不少难度。

前道和后道工序通过各种不同方式的互动而进一步发展：后道工序的进化可以决定晶圆上die单独分离出的六面体小芯片）的结构和位置，以及晶片上焊盘（电连接路径）的结构和位置；与之相反，前端工艺的进化则改变了后端工艺中的晶圆背面减薄和“晶片切割(Die Sawing)”晶圆的流程和方法。因此，封装的外观日益变得精巧，会对后端工艺带来很大的影响。而且，根据包装外观的变化，切割次数、程序和类型也会发生相应的变化。

划片切割（Scribe Dicing）

早期，通过施加外力切割的“掰开（Breaking）”是唯一可以把晶圆分割成六面形的Die的切割法。然而，这种方法却存小芯片边缘剥落（Chipping）或产生裂纹等弊端。而且，由于没有完全去除金属表面的毛刺（Burr：切割时产生的一些残渣），所以切割表面也非常粗糙。

刀片切割 (或锯切) (Blade Dicing or Blade Sawing)

为了保护晶圆在切割过程中免受外部损伤，事先会在晶圆上贴敷胶膜，以便保证更安全的“切单”。“背面减薄（Back Grinding）”过程中，胶膜会贴在晶圆的正面。但与此相反，在“刀片”切割中，胶膜要贴在晶圆的背面。而在共晶贴片（Die Bonding，把分离的芯片固定在PCB或定架上）过程中，贴会背面的这一胶膜会自动脱落。切割时由于摩擦很大，所以要从各个方向连续喷洒DI水。而且，叶轮要附有金刚石颗粒，这样才可以更好地切片。此时，切口（刀片厚度：凹槽的宽度）必须均匀，不得超过划片槽的宽度。

很长一段时间，锯切一直是被最广泛使用的传统的切割方法，其最大的优点就是可以在短时间内切割大量的晶圆。然而，如果切片的进给速度（Feeding Speed）大幅提高，小芯片边缘剥落的可能性就会变大。因此，应将叶轮的旋转次数控制在每分钟30000次左右。可见，半导体工艺的技术往往是通过很长一段时间的积累和试错，慢慢积累的秘诀（在下一节有关共晶贴片的内容上，将讨论有关切割与DAF的内容）。

激光切割(Laser Dicing)

晶圆级晶片尺寸封装（WLCSP，Wafer Level Chip Scale Package）工艺主要采用激光切割法。采用激光切割可以减少剥落和裂纹等现象，从而获得更优质的芯片，但晶圆厚度为100μm以上时，生产率将大打折扣。所以，多用在厚度不到100μm（相对较薄）的晶圆上。激光切割是通过在晶圆的划片槽上施加高能量的激光来切割硅。但使用传统的激光(Conventional Laser)切割法，要在晶圆表面上事先涂层保护膜。因为，在晶圆表面加热或照射激光等，这些物理上的接触会晶圆表面会产生凹槽，而且切割的硅碎片也会粘附在表面上。可见，传统的激光切割法也是直接切割晶圆表面，在这一点上，它与“刀片”切割法有相似之处。

激光隐形切割（SD, Stealth Dicing）则是先用激光能量切割晶圆的内部，再向贴附在背面的胶带施加外部压力，使其断裂，从而分离芯片的方法。当向背面的胶带施加压力时，由于胶带的拉伸，晶圆将被瞬间向上隆起，从而使芯片分离。相对传统的激光切割法SD的优点为：一是没有硅的碎屑；二是切口（Kerf：划片槽的宽度）窄，所以可以获得更多的芯片。此外，使用SD方法剥落和裂纹现象也将大大减少，这至关定切割的整体质量。因此，SD方法非常有望成为未来最受青睐的一项技术。