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(dǎo)體后道工序中的激光開槽工藝。該技術(shù)通過激光預(yù)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(zhì)量和效率。

在半導(dǎo)體制造的后道工序中，將晶圓切割成獨(dú)立的芯片是封裝測試的第一步，其加工質(zhì)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(diǎn)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(zhì)。然而，這些Low-k材料多為有機(jī)高分子，具有耐熱性差、結(jié)合強(qiáng)度低等特點(diǎn)，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(dǎo)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(yīng)運(yùn)而生，并成為高品質(zhì)晶圓切割中的關(guān)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(jìn)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(xì)槽，然后再使用機(jī)械刀片在兩條細(xì)槽的中間區(qū)域進(jìn)行切割。這兩條預(yù)先開出的細(xì)槽起到了保護(hù)作用，能有效防止后續(xù)切割時(shí)產(chǎn)生的崩邊或裂紋向芯片內(nèi)部延伸，從而提升切割質(zhì)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(shí)際應(yīng)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(kuò)束的精細(xì)激光束，在切割道的兩側(cè)開出距離目標(biāo)寬度的兩道細(xì)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(kuò)束的寬光束，將第一步中兩道細(xì)槽之間的Low-k材料或其他阻擋層進(jìn)行燒蝕去除。最后，使用磨輪刀片在激光開槽后的區(qū)域進(jìn)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(zhì)量的核心參數(shù)

激光開槽的效果受多個(gè)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(gè)核心要素，它們共同決定了作用于材料上的能量密度，進(jìn)而影響加工品質(zhì)。

激光功率直接決定了材料去除的能力。功率過低時(shí)，激光能量不足以徹底氣化材料，會(huì)導(dǎo)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(xì)度和邊緣質(zhì)量有顯著影響。在使用細(xì)光束開槽時(shí)，頻率過低會(huì)導(dǎo)致單脈沖能量過高，產(chǎn)生明顯的“爆點(diǎn)”和較大的崩邊，燒蝕區(qū)域遠(yuǎn)大于設(shè)定寬度。隨著頻率提高，崩邊和爆點(diǎn)現(xiàn)象會(huì)逐漸改善。當(dāng)頻率過高時(shí)，能量過于分散，又可能導(dǎo)致燒蝕不完全，槽底痕跡深淺不一。研究發(fā)現(xiàn)，存在一個(gè)能避免“爆點(diǎn)”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(dòng)速度。速度較慢時(shí)，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(shí)，在激光頻率不變的情況下，脈沖光斑之間的距離增大，會(huì)導(dǎo)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(gè)適中的速度能夠平衡加工效率與質(zhì)量，在獲得良好邊緣的同時(shí)減少熱影響。

激光開槽的工藝優(yōu)勢與品質(zhì)管控

采用激光開槽與刀片切割相結(jié)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(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，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(shí)間浸泡在切割水中而導(dǎo)致的焊盤腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

激光開槽后的品質(zhì)管控通常包括幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：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(shí)，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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