 本文针对公司汽车传感器产品中超薄芯片 ( 小于 100 微米 ) 在贴片 DB(“Die Bonding”，以下简称 DB) 工序中存在的断裂问题。通过测试晶圆磨削面的损伤层，发现不同颗粒的磨轮磨出的晶圆损伤层有显著的差异。因而将晶圆减薄的磨轮颗粒从 2 ～ 6um(SD3000的磨轮 )优化到 1 ～ 3um(SD6000 的磨轮 )，芯片断裂的比率有明显改善但仍然存在断裂的情况。为了进一步的减少损伤层，最初采用氩气电离产生的 Ar+ 轰击去除研磨表面的损伤层，结果对芯片强度的改善亦不明显，分析是由于 Ar+ 轰击产生了新的损伤层；进一步实验了CF4 电离产生 F- 的等离子体化学蚀刻移除损伤层，通过 TEM 的测试显示芯片损伤层得到明显的减薄，压力测试计显示抗折强度提高到原来的3 倍，最终解决了芯片断裂问题。随着传感器产品在汽车上的广泛应用，传感器的可靠性和安全性变得尤为重要；而贴片 DB 中出现芯片断裂则具有极大的危害性，轻则导致产品报废而优率降低，重则因产品性能在汽车高速行驶过程中因产品性能丧失引起重大交通事故，导致人员伤亡。鉴于此，改善芯片强度避免芯片断裂已刻不容缓。 从本文的研究得知，通过减小晶圆减薄工艺中磨轮颗粒的大小能改善芯片的强度，但仍然不能彻底消除此类坏品。进一步的实验表明，使用等离子体化学蚀刻的方式能很好的移去晶圆磨削面的损伤层而不产生新的损伤层，从而使得芯片的强度有大幅度的提升并消除了芯片断裂的风险。 1 贴片DB工序中的芯片断裂的现象描述及分析 本文讨论的工序主要是晶圆的减薄划片及贴片工序 , 其目的是将切割好的芯片利用贴片机粘贴到引线框架上。其主要流程：晶圆背面减薄（BG）→晶圆粘贴切割膜（Bonding）→晶圆划片（Dicing，将晶圆切割成单粒芯片）→贴片（DB），完成了贴片 DB 后转移到下工序。通过这些工序之后需要检测芯片断裂的情况。 从光学图片能探测到芯片断裂情况， 如图 1。  2 贴片DB工序中的芯片断裂的形成机理 通过观察发现，芯片的裂痕方向与背面磨的磨痕方向大体一致。磨痕较深的地方是应力集中的区域，因而在贴片 DB 过程中容易因顶杆向上的推力而产生断裂，见示意图 2。  3 改善芯片强度的有效方法 3.1 晶圆减薄的磨轮颗粒优化 通过查阅相关的资料及以往实验的经验，减小磨轮颗粒的大小，能更好地减小背磨面的表面粗糙度，从而相应地减小背磨面的损伤层，达到提升芯片强度之目的。 将磨轮的颗粒从 SD3000 改为SD6000 后，磨轮磨料的表面粗糙度从 23.5nm 改善到14.7nm，物料磨削面的损伤层也从 387.6nm改善到172.5nm（见表 1），结果显示芯片断裂的比率从 201 DPPM改到 10 DPPM。但由于磨轮颗粒更细的话，它的磨削能力将会降低，晶圆的除去量也会相应的降低，出现所谓磨不动的现象。因此为了进一步的提高芯片的抗折强度，我们应该考虑如何将磨削面的损伤层减到最少而不只是减小物理表面粗糙度。采用等离子刻蚀的方法去减少磨削面的损伤层是否可行呢？因此我们接下来研究等离子体蚀刻的方法并检验其效果。  3.2 等离子体物理蚀刻 等离子物理刻蚀是一种干式刻蚀。它的工作原理是把 Ar、Kr或Xe之类的惰性气体充入离子源放电室并使之电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈线状引出、加速、汇聚成一定能量的离子束进入工作室，射向和撞击工件表面，将能量传递给工件材料的原子或分子，其中一部分能量使工件的原子或分子产生溅射，抛出工件表面。当这样的过程连续进行时，可以使工件表面原子或者分子层层铣削，达到除去损伤层的目的。 这样通过物理的方法利用 Ar离子去轰击晶圆研磨层的过程中，也可能会产生新的损伤层，使用 TEM 测试显示最终损伤层减薄不明显（从 172.5nm 到 150.6nm），测试芯片的抗压强度改善效果也不明显，只提高大约 10%（从 2.64N 到 2.91N），见表 2。因此不建议采用等离子体物理蚀刻。  3.3 等离子体化学蚀刻 在半导体、集成电路等电子产品生产中，等离子表面刻蚀是一种常用的工艺。是利用典型的气体电离形成具有强烈蚀刻性的气相等离子体与物体表面的基体发生化学反应，生成如 CO, CO2, H2O等气体，从而达到蚀刻的目的。四氟化碳（CF4）是实现刻蚀功能的一种无色无味的气体，无毒、不燃。四氟化碳（CF4）在电离后会产生含氢氟酸成分的刻蚀性气相等离子体，能够对各种有机表面实现刻蚀达到去除损伤层的目的。在晶圆制造、线路板制造、太阳能电池板制造等行业中被广泛应用。工作腔体中通入 CF4 加 O2 后等离子体刻蚀硅晶圆Si 的反应过程如下：  反应后产生的 SiF4 能随等离子刻蚀机的工作腔体抽真空抽走。为了比较等离子蚀刻后的效果，采用了投射电子显微镜 TEM 对SD3000/SD6000 研磨面和等离子刻蚀面损伤层的厚度测试，见表 1。以及采用压力测试计对晶圆进行破坏性抗折强度测试，见表 2。 结果显示，采用四氟化碳做为反应气体的等离子体化学蚀刻后的磨削面芯片损伤层从SD6000 研磨后的 172.5nm 显著减少到大约1.9nm,见表 1。抗折强度也因此得到大幅度提升，提升到原来的 3倍 （从 2.64N 到 9.29N），见表 2。这将极大的减少芯片在贴片过程中造成的断裂的风险。 3.4 效果的验证 为了验证等离子体化学蚀刻后的效果，我们使用了最严苛的DB 条件去贴片，超过 100 万个芯片样品都没有发现芯片断裂的现象。这充分的验证了利用 CF4 通过化学的方法除去芯片磨削面损伤层能极大地提升其抗折的强度，效果显著。计划引入这一新的工艺到量产生产线中。 4 结束语 本文通过实验分析后采用等离子体化学蚀刻利用 CF4 产生活性离子的化学的方法除去晶圆磨削面的损伤层后能大幅度地提升芯片的抗折强度，成功解决了 DB 工序中存在的芯片断裂问题，减少了芯片因断裂造成的浪费，最重要的是提升了产品的安全性和可靠性，增强了公司传感器产品在日益竞争激烈的市场上的竞争力。 |
