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06-18
《半导体芯科技》10/11月刊作者：Shogo Okita、Noriyuki Matsubara、Atsushi Harikai、James Weber、Panasonic Corporation 等离子切割技术解决了切割更小、更薄芯片的挑战，使其成为可能更高的吞吐量和提高每片晶圆产量的能力。
某种程度上，可以说电子元件行业的典型特征就是小型化能力。
每个对电子产品感兴趣的人都听说过摩尔定律：价格实惠的 CPU 的处理能力（或芯片上的晶体管数量）大约每两年翻一番。
戈登·摩尔的远见卓识以及世界各地的创新技术和工程团队，使得这一“定律”至今仍为业界所讨论，这是非常难能可贵的。
芯片尺寸减小的部分原因是技术节点（工艺几何结构）的缩小。
目前量产的最小节点是7纳米，更小工艺尺寸的产业也在开发中。
工艺技术的进步不断带来处理能力和速度的提高，以及电子功能的小型化和集成化，这是我们日常生活中无处不在的电子产品的核心：我们依赖的智能手机；智能家居和智能手机 城市对人工智能的采用；自动驾驶车辆；远程医疗家庭诊断——电子设备和系统渗透到我们生活的方方面面。
为了使这种进步趋势继续下去，我们需要的不仅仅是光刻工艺技术的持续创新。
晶圆制造完成后，必须将其分割成单个芯片，随着芯片变得更小、更薄，许多产品在分割或切割过程中面临困难。
新的挑战包括：由于切割轨迹的宽度导致材料损失增加；机械损坏，例如碎片；现在，松下通过开发等离子切割工艺解决了这些问题，在某些情况下可以替代机械切割。
切割工艺的类型传统上，人们采用两种切割技术进行机械切割：①划线和断裂（scribing and Breaking）②使用划片锯或划片刀片。
划线和断裂将在晶圆和芯片上进行。
产生应力，导致开裂和成品率差。
刀片切割还会带来应力和污染物，这些问题随着芯片尺寸和工艺几何形状的缩小而加剧。
激光切割是另一种比刀片切割更快的方法，但也会导致芯片破裂和损坏。
现在，推出了一种新的切割工艺，它采用等离子化学蚀刻工艺。
所有“切割”均在批量过程中实现，无芯片应力、无污染，提高了晶圆切割生产能力。
由于掩模图案的存在，可以使用更窄的切割“跑道”，因此可以在晶圆上设计更多的芯片。
此外，掩模图案还允许足够的灵活性来选择芯片尺寸、形状和定位。
两种方法的比较如图1所示。
▲图1：刀片切割与等离子切割工艺的比较图2为松下的等离子切割工艺，该工艺使用了切割掩模。
等离子工艺通过化学反应蚀刻轨道来切割轨道。
等离子切割使用脉冲或时分复用蚀刻，该过程在两个阶段之间重复循环：近各向同性等离子蚀刻，其中离子以几乎垂直的方向轰击晶圆；然后沉积化学惰性钝化层，保护整个基材免受进一步的化学侵蚀。
在蚀刻过程中，垂直定向的离子仅轰击沟槽底部（而不是侧壁）的钝化层，使沟槽衬底暴露于化学蚀刻。
这种两阶段工艺可以使侧壁在~nm范围内增加和减少。
循环时间可调：循环时间短，侧壁光滑；周期越长，蚀刻速率越高。
▲图2：松下化学蚀刻切割工艺。
等离子切割相对于机械切割的优点。
在机械切削过程中，刀片的动作会造成机械损伤，影响切屑内层。
图 3 显示了边缘和内层的损坏和碎裂。
相比之下，显微照片显示使用等离子切割工艺分离单个芯片时不会损坏形态。
此外，通过使用等离子蚀刻，不会释放任何污染颗粒，这与刀片切割不同，刀片切割会从晶圆上释放颗粒（例如硅），从而导致设备故障。
▲图3：刀片切割的芯片样品有明显损伤（左）；使用等离子切割时不会造成任何损坏。
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