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        半導(dǎo)體芯片切割加工品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法分析

        2021-04-09 01:51:38江蘇捷捷微電子股份有限公司
        電子世界 2021年16期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)檢測(cè)

        江蘇捷捷微電子股份有限公司 徐 洋

        隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,電子信息產(chǎn)業(yè)逐漸成為各國(guó)主流發(fā)展企業(yè)投資的對(duì)象,所以,作為元器件重要組成部分的半導(dǎo)體芯片的研發(fā)和制造也逐漸被重視起來(lái)。其中,日本在該領(lǐng)域的科研成果較為突出,通過(guò)對(duì)日本部分相關(guān)著名企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)線的跟進(jìn)和學(xué)習(xí),在對(duì)質(zhì)量控制方法和生產(chǎn)規(guī)范等方面進(jìn)行深入分析后,整理出具有建設(shè)性的檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法。為檢測(cè)關(guān)于半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程中所涉及的新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方法的有效性,通過(guò)設(shè)計(jì)完善且詳盡的切割實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,對(duì)比各項(xiàng)指標(biāo)的出錯(cuò)率,以實(shí)現(xiàn)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的芯片切割加工品質(zhì)評(píng)價(jià)過(guò)程的開(kāi)展。同時(shí)為優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)高速切割機(jī)和切割工藝提供參考依據(jù)。本文通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體芯片的深入研究,結(jié)合先進(jìn)的高速切割設(shè)備,以實(shí)驗(yàn)為主要研究形式,對(duì)芯片切割加工品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),同時(shí),為高速切割機(jī)的合理化設(shè)計(jì)及切割工藝的改進(jìn)提出相應(yīng)的參考建議,最后得出品質(zhì)評(píng)價(jià)方法規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明。

        世界發(fā)展進(jìn)入電子信息時(shí)代,其中,半導(dǎo)體材料是支持電子信息設(shè)備不斷創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)元件。人們的生活日常也逐漸趨于數(shù)字化,例如,數(shù)碼相機(jī)、各種計(jì)算機(jī)、各種移動(dòng)設(shè)備等電子產(chǎn)品都需要半導(dǎo)體材料制成的芯片作為底端支撐,才能實(shí)現(xiàn)服務(wù)為民的理念。隨著科研設(shè)備的精進(jìn)和相關(guān)技術(shù)的成熟,同時(shí),為滿(mǎn)足人們對(duì)電子產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求,半導(dǎo)體集成電路的集成度越來(lái)越高,電子設(shè)備成品的外形逐漸趨于小巧化,滿(mǎn)足人們出行時(shí)的便攜要求。制作高品質(zhì)的半導(dǎo)體芯片不僅需要先進(jìn)的技術(shù)和精密的儀器做產(chǎn)品支撐,還要有完善合理的芯片切割品質(zhì)評(píng)價(jià)方法作為產(chǎn)品品質(zhì)保障的服務(wù)陣地。所以,建立完善的半導(dǎo)體芯片切割品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法是十分必要的。

        1 當(dāng)前用于評(píng)價(jià)芯片切割加工品質(zhì)的方法分析

        隨著人們對(duì)半導(dǎo)體芯片切割技術(shù)的要求不斷提高,對(duì)芯片切割加工品質(zhì)的評(píng)價(jià)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的重要環(huán)節(jié)。為更好地檢測(cè)芯片加工品質(zhì),人們提出了多種品質(zhì)評(píng)估方法。但到目前為止,各種方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍然不盡相同,各著名企業(yè)會(huì)根據(jù)自身的需求來(lái)設(shè)計(jì)符合當(dāng)前實(shí)際情況的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范;但對(duì)比中小企業(yè)來(lái)說(shuō),雖然在檢測(cè)項(xiàng)目的設(shè)定上會(huì)向知名企業(yè)看齊,選擇比較統(tǒng)一的檢測(cè)項(xiàng)目和一些通用的檢測(cè)方法,但是,他們的指標(biāo)值設(shè)定仍然存在較鮮明的差異。另外,重要的一點(diǎn)是,選擇不同的檢測(cè)方法會(huì)直接影響檢測(cè)指標(biāo)的歸類(lèi),包括芯片切斷面形狀尺寸的檢測(cè)項(xiàng)目和總體外觀的觀測(cè)項(xiàng)目?jī)深?lèi)。

        半導(dǎo)體芯片切割加工品質(zhì)是產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中需要全程檢測(cè)的重要項(xiàng)目。其中,對(duì)于芯片整體外觀的檢查與監(jiān)測(cè)是尤為重要的工序,通過(guò)該程序的產(chǎn)品相關(guān)信息的反饋情況,對(duì)比生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn),總結(jié)分析可能出現(xiàn)故障的設(shè)備器件,并幫助提供故障原因分析的依據(jù)。對(duì)于不同的產(chǎn)品,所選擇的檢測(cè)項(xiàng)目會(huì)略微不同。比如,對(duì)于芯片切割新成品來(lái)說(shuō),就需要對(duì)切面表面質(zhì)量、洗凈度、管腳缺損情況、芯片總體外觀檢測(cè)和金屬粘結(jié)情況等項(xiàng)目進(jìn)行檢查。項(xiàng)目檢測(cè)過(guò)程中需要利用各種顯微鏡進(jìn)行必要的人眼觀察,但是這種觀察方式容易受多種客觀條件影響,使得最終檢測(cè)結(jié)果失真嚴(yán)重。當(dāng)然,對(duì)于斷面的表面質(zhì)量而言,就不存在這種問(wèn)題,因?yàn)?,在一般情況下,它是采用高精尖行業(yè)的檢測(cè)手段并依照粗糙度的公式開(kāi)展的檢測(cè),近而獲得產(chǎn)品相應(yīng)項(xiàng)目的精準(zhǔn)指標(biāo)值。

        與芯片整體外觀的檢測(cè)項(xiàng)目相比,檢測(cè)芯片切面的尺寸與形狀的觀測(cè)較為精細(xì),難度較大,而且檢測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容及方式都有較大的差異。一般包括斷面角度、切邊垂直度、大小尺寸及崩碎坑大小定位等項(xiàng)目。不同的項(xiàng)目的檢測(cè)要求和測(cè)量誤差都有明確的要求。比如,芯片外形尺寸的誤差是根據(jù)機(jī)械制造業(yè)度量的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的,一般不會(huì)超0.1mm的誤差范圍;斷面一般具有兩個(gè)角度;在切邊垂直度項(xiàng)目檢測(cè)時(shí),要注意芯片內(nèi)外部中心的電路偏移情況,通過(guò)測(cè)量芯片斷面到邊角小球中心的距離進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè),同時(shí),保證芯片之間相鄰的垂直誤差在可控范圍內(nèi)。檢測(cè)過(guò)程應(yīng)注意儀器的正確使用方法和數(shù)據(jù)記錄整理過(guò)程。

        2 芯片切割實(shí)驗(yàn)所需要條件及實(shí)施方法

        根據(jù)對(duì)之前半導(dǎo)體芯片相關(guān)科研成果的研究,總結(jié)出一些對(duì)芯片切割品質(zhì)全面評(píng)價(jià)的規(guī)律性結(jié)論。旨在統(tǒng)一不同切割方式下所產(chǎn)生的檢測(cè)方法不一致的情況。在前人總結(jié)的理論基礎(chǔ)上,通過(guò)設(shè)計(jì)內(nèi)容詳盡,條理清晰的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃書(shū),進(jìn)行實(shí)踐探究,從而得出高效性和可實(shí)踐性兼具的新型評(píng)價(jià)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在切割基板的相應(yīng)底邊,偏低0.1mm,安裝圓形薄片砂輪,效果更顯著。

        在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,要充分考慮芯片在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的真實(shí)工序和相關(guān)數(shù)據(jù)。比如,試驗(yàn)時(shí)的切割機(jī)轉(zhuǎn)速要小于30000r/min,保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安全。對(duì)于不同類(lèi)型的芯片設(shè)置相應(yīng)的進(jìn)給速度,一般而言有機(jī)材料基板的進(jìn)給速度要高于銅板基板的進(jìn)給速度。對(duì)于兩種不同的基板材料,試驗(yàn)進(jìn)給速度與實(shí)際進(jìn)給速度相差較大。對(duì)于有機(jī)材料基板而言,實(shí)驗(yàn)時(shí)的進(jìn)給速度最高達(dá)310mm/s,但在實(shí)際生產(chǎn)中,經(jīng)常選用的是50~80mm/s;銅板材料基板在實(shí)驗(yàn)時(shí),200mm/s,而實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)為20~30mm/s。確定試驗(yàn)數(shù)據(jù)后,再根據(jù)給定的進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速關(guān)系,進(jìn)而完成試驗(yàn),分析切割后的各項(xiàng)目。

        3 觀測(cè)芯片總體外觀的結(jié)果

        3.1 檢查芯片外觀

        芯片切割加工品質(zhì)的評(píng)價(jià)包含多個(gè)方面,其中,檢查芯片外觀完整度是最基礎(chǔ)的一項(xiàng)。在正常的切割環(huán)境中,芯片的切割檢查工作同樣不可忽視,因?yàn)椋酒膭冸x、變色等情況極其容易引發(fā)工作故障且不易發(fā)現(xiàn)。同時(shí),要著重注意芯片裂紋的檢查,其誘發(fā)因素一般是切割環(huán)境潮濕或摻雜了雜質(zhì)等微小原因。所以,在檢查時(shí)要認(rèn)真細(xì)心。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出,運(yùn)用熒光液滲透法對(duì)細(xì)微的裂紋進(jìn)行檢查,具有良好的效果。

        3.2 洗凈度

        檢查洗凈度是保障半導(dǎo)體芯片切割工作順利進(jìn)行的必要環(huán)節(jié),因?yàn)樵谶M(jìn)行芯片的高速切割時(shí),會(huì)產(chǎn)生許多細(xì)小的材料廢物,若不進(jìn)行清洗會(huì)嚴(yán)重影響切割精度和成品芯片的品質(zhì),更嚴(yán)重的會(huì)影響芯片的正常運(yùn)行狀態(tài)。在芯片加工時(shí),洗凈工作會(huì)同時(shí)進(jìn)行,且操作簡(jiǎn)單,洗凈結(jié)果比較理想。但是,有些切割過(guò)程需要附粘膠帶紙對(duì)芯片進(jìn)行固定,這樣就比較容易產(chǎn)生不易清理的雜質(zhì),針對(duì)這種情況,必須要及時(shí)人為的進(jìn)行清除。

        3.3 金屬粘結(jié)

        觀測(cè)芯片總體外觀的觀測(cè)方法中最復(fù)雜的是金屬粘結(jié)項(xiàng)目的檢測(cè),因?yàn)樾酒牧媳旧砭哂衅洫?dú)特的化學(xué)性質(zhì),內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,所以,就現(xiàn)在所掌握的相關(guān)檢測(cè)技術(shù)而言,還不能給出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。一般情況的金屬粘結(jié)判定都是以人工檢測(cè)為主,所以,進(jìn)行該項(xiàng)目的檢測(cè)人員需要具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和工齡,以達(dá)到高效檢測(cè)的目的。同時(shí),金屬粘結(jié)還與主軸轉(zhuǎn)速有一定的聯(lián)系,當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí),粘連度相對(duì)較低。

        3.4 芯片外形尺寸

        芯片外形尺寸大小的檢測(cè)是針對(duì)芯片切割完成后進(jìn)行的檢測(cè)項(xiàng)目。因?yàn)樵诟咚偾懈畹倪^(guò)程中很可能會(huì)出現(xiàn)不可避免的傾斜情況出現(xiàn)。所以,對(duì)芯片的長(zhǎng)度和寬度進(jìn)行兩端分別檢測(cè)是十分必要的。再檢測(cè)時(shí)要逐一對(duì)每一側(cè)外形尺寸的相關(guān)信息進(jìn)行記錄,進(jìn)而判定檢測(cè)數(shù)據(jù)是否符合給定的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)還要計(jì)算出兩端的誤差數(shù)值,并判斷是否在允許的誤差范圍內(nèi)。在檢測(cè)過(guò)程中要謹(jǐn)慎細(xì)致,經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出結(jié)論,切割速度會(huì)影響芯片的外形尺寸,一般情況,對(duì)比傳統(tǒng)的芯片切割速度,高主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行切割時(shí)更容易造成芯片的損壞率上升。

        3.5 切邊的垂直度

        切邊的垂直度指的是被測(cè)要素與基準(zhǔn)要素的方向公差,即被側(cè)切面與選定的參考面之間的夾角度數(shù)。與芯片外形尺寸影響因素相似,在傳統(tǒng)切割速度進(jìn)行芯片加工時(shí),芯片四邊的垂直度都在允許的誤差角度范圍內(nèi),芯片成品合格率較高,但在較低主軸轉(zhuǎn)速的條件下,或在較高進(jìn)給速度時(shí)進(jìn)行芯片加工就容易造成產(chǎn)品合格率下降。

        3.6 切斷面的角度

        切斷面角度是檢測(cè)芯片產(chǎn)品工作運(yùn)行是否可以正常開(kāi)展的重要參考指標(biāo)。經(jīng)過(guò)周密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和多次實(shí)踐檢測(cè)研究,最終得出結(jié)論,在正常的主軸轉(zhuǎn)速情況下,保持50~80mm/s之間的有機(jī)材料基板的進(jìn)給速度,得到的切割芯片的切面角度一般都符合對(duì)器件的要求。同樣,對(duì)于銅板材料基板而言,只是,進(jìn)給速度稍有不同,實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不大。為更加確定這一研究發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)人員由增設(shè)多組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比對(duì),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速同時(shí)改變或單一改變都會(huì)影響產(chǎn)品的合格率。

        結(jié)束語(yǔ):為提升半導(dǎo)體芯片的切割品質(zhì),進(jìn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的芯片切割加工品質(zhì)評(píng)價(jià)是十分重要的品質(zhì)跟進(jìn)方式。在進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)之前,要充分了解半導(dǎo)體芯片加工技術(shù)和生產(chǎn)流程,并對(duì)影響芯片成品合格率的因素進(jìn)行探究。通過(guò)研究已有資料,進(jìn)行合理詳盡的實(shí)驗(yàn)組設(shè)計(jì),進(jìn)而得到客觀真實(shí)地實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析,總結(jié)出高效可實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法,為進(jìn)行芯片品質(zhì)評(píng)估提供統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),為芯片切割工作提供了改進(jìn)依據(jù),在切面直角度、崩碎坑等項(xiàng)目的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)上有了更加明確的數(shù)據(jù)支撐。

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法來(lái)進(jìn)行芯片的品質(zhì)評(píng)估,可以大幅度提升芯片切割質(zhì)量和用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的滿(mǎn)意度。同時(shí),對(duì)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片切割加工品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法的統(tǒng)一化具有深遠(yuǎn)影響。綜上所述,芯片品質(zhì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素,對(duì)芯片切割工藝的發(fā)展具有較深遠(yuǎn)的意義。

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