晶圆切割、研磨

描述

晶圆切割（Dicing）

切割的本质是：在不伤害器件的情况下，把整片晶圆分成一颗颗独立芯片（die）。

1.刀片切割（Blade Dicing）
使用超薄金刚石刀片，高速旋转，沿着街道线“划开”。
关键要点：

• 需要在晶圆背面贴 蓝膜（UV tape）固定。

• 刀片厚度越薄，单位线宽越小，良率越高，但刀片越容易损。

• 要控制切割深度，不得“吃进”器件层。

刀片切割就像用一把极薄的陶瓷刀切生鱼片，既要薄又要稳。

适用刀片切割的：
也就是材质硬度适中、不怕机械应力、不太薄的晶圆。

常见包括：

• 单晶硅（电子 IC）

• 大多数 Si-based MEMS

• GaAs（但较脆，要小心参数）

• SiC（但硬，需要特殊刀片）

• 显示类驱动芯片

• CMOS 图像传感器

• 多数光学探测器（InGaAs PD 小尺寸封装前）

不适合刀片切割的：
较脆、较薄、存在光栅结构、热敏或机械敏感的材料。

例如：

• InP（磷化铟）：脆性大，常用激光/隐切方案。

• 薄晶圆（≤100 µm）：一切就裂，需 Stealth Dicing 或 UV 胶支撑。

• 硅光芯片（SOI）：为减少侧壁损伤，经常用激光或混合工艺。

• LiNbO₃（铌酸锂）：极易崩边，一般用激光/隐切。

• GaN on Sapphire：衬底很硬，用机械刀片就像在切蓝宝石——危险。

2. 激光切割（Laser Dicing）
利用激光的热作用或光解作用“烧开”路径。
优点：

• 不接触晶圆，无机械应力。

• 速度快、线宽小。
  缺点：

• 热影响区域需控制，避免硅熔化、残渣。

• 工程上很依赖设备调参。

3. Stealth Dicing（隐切 SD）
这是一种很酷的工艺：
激光并不切表面，而是聚焦在晶圆内部，沿街道形成一串隐蔽微裂纹。
之后再施加外力，晶圆自动沿着这些“暗线”断开。
适合超薄晶圆、高密度IC。

晶圆研磨（Back Grinding）

研磨主要出现在切割前或切割后，用于将晶圆从750–800 µm 的原始厚度减薄到几十甚至十几微米，满足封装（像COB、COF、3D封装、硅光等）的厚度需求。

这是一套三明治式工艺：

1. 背面保护（Backside Protection）
晶圆正面通常已经有金属互连、电路结构，所以先贴保护膜，避免研磨损伤。

2. 粗磨（Rough Grinding）
大幅去除硅厚度。
材料去除速率高，但应力大。
磨削轮（Grind Wheel）通常用金刚石颗粒。

3. 精磨（Fine Grinding）
降低粗磨留下的应力与表面损伤，达到数微米级粗糙度。

4. CMP（Chemical Mechanical Polishing）可选
为了硅光器件或更高要求，把表面做到镜面级别的平坦度（几十纳米级）。

5. 洗净与干燥
去除硅粉、残留物。

6. 薄晶圆支撑（Temporary Bonding）
当晶圆被磨得非常薄（如50 µm），已经像湿纸一样易碎，需要临时键合到载板上支撑，直到封装结束再解键。