MEMS晶圆切割方法—激光隐形切割

MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）即微电子机械系统，一般由微机械结构、微传感器、微执行器和控制电路组成，MEMS是通过半导体工艺实现不同能量形式之间的转换的一种芯片。根据能量转换形式的不同，一般分为传感器和执行器两类，传感器即感测到外界信号并将其转换成所需的信号（一般是电信号）进行处理，应用有：惯性传感器、硅麦克风等；执行器即将控制信号（一般是电信号）转化为其他形式的能量（一般是机械能）输出，应用有：光学系统、RF MEMS等。

MEMS的制造主要采用Si材料，它与IC的不同在于，IC是电信号的传输、转换及处理，而MEMS是电信号和其他形式能量间的转换（以机械能为典型），所以在MEMS制造中往往需要利用半导体工艺在Si上制作悬梁、薄膜、空腔、密封洞、针尖、微弹簧等复杂的机械结构，这些微机械结构容易因机械接触而损坏、因暴露而沾污，能承受的机械强度远远小于IC芯片。基于这样的特点，MEMS晶圆的划片方法不同于典型IC的划片。典型IC砂轮划片是通过砂轮刀片高速旋转来完成材料的去除，从而实现芯片切割。由于刀片的高速旋转，往往需要使用纯水进行冷却和冲洗，那么刀片高速旋转产生的压力和扭力，纯水的冲洗产生的冲击力以及切割下来的Si屑造成的污染都容易对MEMS芯片中机械微结构造成不可逆的破坏。所以典型IC的砂轮划片不适用MEMS晶圆的划片。

图1 激光隐形切割在玻璃中的应用切割示意图

激光隐形切割作为激光切割晶圆的一种方案，很好的避免了砂轮划片存在的问题。如图1所示，激光隐形切割是通过将脉冲激光的单个脉冲通过光学整形，让其透过材料表面在材料内部聚焦，在焦点区域能量密度较高，形成多光子吸收非线性吸收效应，使得材料改性形成裂纹。每一个激光脉冲等距作用，形成等距的损伤即可在材料内部形成一个改质层。在改质层位置材料的分子键被破坏，材料的连接变的脆弱而易于分开。切割完成后通过拉伸承载膜的方式，将产品充分分开，并使得芯片与芯片之间产生间隙。这样的加工方式避免了机械的直接接触和纯水的冲洗造成的破坏。目前激光隐形切割技术可应用于蓝宝石/玻璃/硅以及多种化合物半导体晶圆。

图2 硅材料透射光谱的特性

硅材料透射光谱的特性，见图2，硅材料对红外透过率很高，所以硅的隐形切割设备，通过选用短脉冲红外激光器，将激光脉冲聚焦到硅衬底内部，实现隐形切割。激光隐形切割是非接触式切割，解决了砂轮切割引入外力冲击对产品破坏的问题。不过一般设备的激光隐形切割形成的改质层区域会使材料变得酥脆，还是会形成少量细小硅碎屑掉落，虽然碎屑数量远少于砂轮切割，如前文所述，MEMS晶圆因为无法通过清洗的方法去除细小硅碎屑，故这些碎屑将对芯片造成破坏，影响良率。德龙激光生产的硅晶圆激光切割设备，见图3，选用自制的红外激光器和自主开发的激光加工系统，实现硅晶圆的隐形切割，该设备能够很好的控制隐形切割后碎屑的产生，从而满足高品质MEMS晶圆切割的要求，保证切割良率。德龙激光的硅晶圆激光切割设备自推向市场后，得到了国内多家量产客户的认可和好评，设备在多个MEMS制造厂内批量切割诸如硅麦克风/电热堆/陀螺仪等MEMS产品。实物切割效果图见图4。

图3 德龙硅晶圆激光切割设备外观图

图4 MEMS产品切割效果图

关于MEMS激光切割的进一步信息，欢迎咨询德龙激光：

填补空白！中国长城宣布推出我国首台半导体激光隐形晶圆切割机

来源：环球网

【环球网报道】微信公号“ CGT中国长城”17日发布消息称，在中国长城科技集团股份有限公司旗下郑州轨道交通信息技术研究院和河南通用智能装备有限公司科研人员奋勇攻关、共同努力下，我国首台半导体激光隐形晶圆切割机于近日研制成功，填补国内空白，在关键性能参数上处于国际领先水平。

据介绍，该装备是郑州轨交院与河南通用历时一年联合攻关研发成功，最终实现了最佳光波和切割工艺，开启了我国激光晶圆切割行业发展的序幕。

郑州轨交院成立于2017年，几年来，该院围绕自主安全工业控制器、高端装备制造和新一代信息技术突破开展科研创新、技术攻关。尤其是被中国长城旗下公司收购后，郑州轨交院科研创新、事业发展进入新一轮加速发展期。

晶圆切割是半导体封测工艺中不可或缺的关键工序。中国长城副总裁、郑州轨交院院长刘振宇介绍，与传统的切割方式相比，激光切割属于非接触式加工，可以避免对晶体硅表面造成损伤，并且具有加工精度高、加工效率高等特点，可以大幅提升芯片生产制造的质量、效率、效益。

图源： CGT中国长城

专家提到，我国首台半导体激光隐形晶圆切割机研制成功，打破了国外对激光隐形切割技术的垄断，对进一步提高我国智能装备制造能力具有里程碑式的意义。

中国长城董事长宋黎定说：“自主安全、核心技术始终是中国长城科研创新的聚焦主题，也是不变的工作主题。在国家发展的关键时期，中国长城的科研人员更要时刻牢记‘将核心技术掌握在自己手里’，牢记‘实践反复告诉我们，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全’，义无反顾、义不容辞地扛起央企主责，甘坐冷板凳，誓当主力军，勇攀核心技术突破高峰，加速解决‘卡脖子’的问题，争做新时代的圆梦人。”

相关问答

晶圆切割是半导体制造过程中的关键步骤,通常使用切割机进行。以下是典型的晶圆切割过程:准备工作:将大型晶圆(通常是硅)装入切割机,确保其安全固定。对晶...

我们先看一下半导体的分类,按照国际通行的半导体产品标准方式进行分类,半导体可以分为四类:集成电路,分立器件,传感器和光电子器件。激光芯片属于光电器件里...

[回答]浙江雷厉冷干机吸干机高效旋转油水分离器。专业激光切割机配套,压缩空气净化。一般线切割是单螺母滚珠丝杆,跟我们平常使用的轴承差不多一样的结构...

半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装过程为:来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片(Die),...

在日本大阪的一次演示中,松下展示了迄今为止强度最高的蓝色激光。借助波长光束合并(WBC)和直接二极管激光器(DDL)等技术,该公司成功地打造出了单体的高强...在...

[最佳回答]小题:选C。小题:选D。小题:选A。小题:选B。小题:选C。略小题:选D。略小题:选A。B妄加猜测;C缩氨酸不是构成电子元件的材料;D文章未说缩氨酸分子只能...

武汉帝尔激光是专业的激光设备制造商,由海外归国博士团队领导,自行研发生产的陶瓷激光切割机可针对氧化铝、氮化铝、氧化锆陶瓷电路基片、LED陶瓷基板、硅、锗...

水导激光加工技术是利用激光能量实现材料去除的加工技术,该技术特别适用于难加工材料,可解决碳纤维复合材料常规技术加工后存在毛刺和超快激光加工钢材的结构...

激光切割机原理的激光原理问题有些不是很清楚,你是想问激光切割机的激光工作原理吧。激光工作原理有以下几点:1,激光器是采用大概率半导体泵浦有源光纤产生...

[回答]唐义勇把时间投入到枯燥的专业学习中,甚至还补习补习机械方面的英语、计算机技术等。光纤激光切割的成本低于YAG激光切割机,后者需要经常换激光灯灯...