东工大研发激光加工超薄晶圆技术，切片留白宽度缩小至原来四分之一

东京工业大学科学技术创成研究院特种功能集成研究小组的特聘教授 -- 大场隆之教授于 2020 年 6 月宣布，研发了不会损伤超薄晶圆、晶圆切片留白（Dicing Street）宽度缩小至原来四分之一的激光切片加工技术。

根据日媒 Eetimes.jp 报道，此次新技术是以东京工业大学为主导，与研究小组“WOW 联盟”（由从事半导体元件设计、相关生产设备、材料的企业组成）合作研发的。

围绕半导体元件的高性能、低功耗技术研发在不断推进。比方说，晶圆厚度做到微米级别，运用 TSV（Through-Silicon-Via）排线技术做到三维压层等。

为了实现三维压层，切割薄膜晶圆时，需要消除晶圆边上的裂纹（Chippping）、且缩小切片留白（Dicing Street）的宽度。其中，被称为隐形切割（Stealth Dicing, SD）的激光切割技术颇受关注。

研发小组在此次研发中着重致力于薄膜晶圆切割工程中的“晶圆损伤程度与发生位置的定量分析”、“削减切片留白（Dicing Street）”。

在实验中，实验小组制作了线宽、线距分别为 1um 的 TEG（Test Element Group）检测晶圆。此款用于测试的芯片的 A1 和 Ti 的成膜厚度分别为 30nm。此外，为了检出晶圆的损害位置，在激光加工区域（即 Dicing Street 区域）平行地设计了间距为 1um 的“监测线路”。在切片后，计算了各个监测线路的阻值变化率，并评价了激光加工引起的损害。

左上为 TEG 晶圆，左下为排线结构、中间为排线的扩大图，右边为排线的断面构造图 （图片出自：东京工业大学）

实验中，使用了 TEG 晶圆，模拟“SDBG（Stealth Dicing Before Grinding）”工艺，使用波长为 1099nm 和 1342nm 的激光进行加工，评价了对厚度为 50um 的晶圆的损害程度。

实验表明，用波长为 1099nm 的激光进行加工后，排线的阻值没有增加，没有对晶圆造成损害。与之相对，用波长为 1342nm 的激光进行加工后，作业中心附近的排线阻值大幅度增加，且晶圆的加工中心附近被破坏。

左图：用波长为 1342nm 的激光切割后的排线阻值，右图：用波长为 1099nm 的激光切割后的排线阻值 （图片出自：东京工业大学）
 

同时也比较了用 SD 方法进行切割后的切片留白（Dicing Street）的宽度。在以往的 DBG（Dicing Before Grinding）工艺中，切片留白的宽度为 60um。此次使用 SDBG 工艺后，切片留白的宽度为 15um，宽度缩短了四分之一。芯片的面积越小，宽度的缩短越对提高芯片良率有益。

切片留白（Dicing Street）的宽度，左侧为概略图，右侧为 DBG 和 SDBG 的比较图 （图片出自：东京工业大学）
 

将留白宽度从 60um 缩短至 15um 后的芯片数量增长率（图片出自：东京工业大学）

 
未来，针对此次研发的 Damage Less Dicing（晶圆无损切割）技术的实用化，此研究小组的目标是尽快制造出波长为 1099nm 的激光专用光学引擎。