晶片知识

随着市场上行动电话(Mobil Phone)、数字相机(Digital Camera)及芯片卡(IC Card) 等各种电子产品之轻薄化及功能多样化之需求下，使各家制造商不断开发出多功能IC与大容量内存，但其体积要求更轻薄短小之情况下，使IC封制技术也面临极大之挑战。

例如：行动电话及PDA使用之IC模具，常常会在一个IC模具内封装不同功能之芯片，此可减少各种IC使用之数量，而可使此类产品体积越来越少。

数字元相机之像素不断增加，目前已出现高达800万像素之数字元相机，因此储存一帧800万像素所拍摄照片所用之内存，可能高达数MB以上。

所以，记忆卡从以往之32MB 或64MB不断发展到128MB 或256MB，更有可能到达1G之记忆卡。

但记忆卡之体积在保持不变之原则下，要制造出大容量记忆卡，就有必须靠半导体技术之提升。

当然这些功劳不单是芯片线路制造技术，另一部份为封装制造技术之贡献。

目前之封装装造技术已可把数个晶粒封装在同一颗IC内，称为多重芯片构装(Multi Chip Package)。

芯片薄型化面对之问题
1. IC Card：一般IC Card使用之芯片厚度往往会在100mm左右，更有厂商之目标要达到50mm以下。

在使用方面，也会因为使用者之不良习惯，IC Card会受到外力而变形，此种弯曲的力量会使在IC Card 内晶粒断裂，所以IC Card内之晶粒，必须有足够之抗折强度，才能维持IC Card之使用寿命。

2. 多重晶粒构装：此封装方法为把数个晶粒堆栈在一起，如底层为快闪忆体(Flash memory)上层堆栈一颗静态随机存储内存(SRAM)，成为一颗特别的模块。

在堆栈生产过程中，晶粒有可能会因为受到外力影向而发生断裂，所以晶粒本身之抗压强度要足够。

在生产数个内存堆栈而成之高容量记忆卡时，是一颗一颗芯片往上堆栈，如果芯片有弯曲变形，即会增加晶粒粘贴之困难度，当然晶粒抗折强度也是提高成品良率之重要因素。

3. 研磨制程中之问题：当芯片研磨至非常薄之情况下，会发生以下二种问题。

(一)芯片在制程内传送时，因为厚度太薄，芯片本身之强度不足，很容易发生破片的危险。

首先说明薄芯片之定义，日本DISCO公司使用芯片破损指数(Wafer Breakage Index)来制定薄芯片之范围，X代表芯片直径，y代表研磨后芯片厚度，X与y之比率(X/y)即为芯片破损指数(Wafer Breakage Index)，此指数在1以下，即代表芯片正处于薄芯片之状态下，很容易会有芯片断裂发生。

(二)芯片研磨后，芯片背面受到研磨破坏应力影响，会使芯片发生弯曲(Wafer Warpage) 现象(图一)，芯片弯曲会影响传送芯片之稳定性，所以必须使用薄芯片研磨相关的技术。

问题分析
1. 硅芯片材料问题：在相同材料情况下，材料之厚度越薄其抗折强度会越低，如果要改善此方面之问题，便是材料科学研究之题目。

2. 芯片弯曲问题：芯片在研磨时，会因使用之研磨轮，在芯片背面做研磨加工，此时晶背会受到研磨轮之颗粒破坏，造成粗糙面及加工变质层(图二)，这些不良之应力残留层即会使芯片强度减低及芯片弯曲变形。

以下再介绍芯片弯曲发生机构(图三)，芯片正面及背面之应力方向不同，如果残留在背面之研磨应力比芯片本身之抗弯弦度还大时，此种力量足以把芯片往上弯曲。

3. 芯片强度减低问题：研磨造成之变质层就是使芯片容易断裂之根源。

芯片如果受到外力加压时，芯片会从变质层残留应力比较严重的地方开始断裂。

4. 芯片边缘崩裂(Edge Chipping)问题：研磨时所产生芯片边缘崩裂，发生芯片边缘崩裂地方，如果再受到外力影响，芯片会在边缘崩裂的地方发生整枚芯片断裂。

5. 崩裂(Chipping)间题：切割产生的正面崩裂(Front side chipping)及背面崩裂(Back side chipping)在薄芯片加工制程中，任何会使芯片受伤之可能性都必须要考虑，在切割后晶粒会在正/背面发生崩裂，正
面崩裂一般可以经过切割刀片的选择及切割参数之选定，可将正崩控制在10mm以下，但背面崩裂以目前切割技术而言，如果能控制在50mm以下就非常不错。

在薄芯片制程中出现如此巨大之崩裂，当然会影响芯片强度。

除了正面崩裂及背面崩裂外，晶粒侧边的切痕也是缺陷之一，所以在薄晶粒的任何缺陷都会影响晶粒强度。

目前日本DISCO公司针对薄芯片制程已开发出多种改善方案。

消除研磨应力加工方法
目前市场上一般使用下列方法进行消除研磨应力加工：
1. 化学机械式抛光(Chemical & Mechanical Polishing “CMP”)
2. 湿式化学腐蚀(Wet Etching)
3. 干式腐蚀(Dry Etching)
4. 干式抛光(Dry Polishing “DP”)
以上各种加工方法，其目的都是除去研磨后之变质层。

一般而言，使用#2000研磨轮作细磨时，变质层之厚度约在1mm以下，所以消除磨力之加工厚度只须2mm即可，只要除去此变质层，芯片之强度自然可以提高。

日本DISCO公司提供的消除应力加工方法
干式抛光(Dry Polishing)
干式抛光方法之原理，是使用内有氧化金属分子之抛光轮，将抛光轮安装在机台之主轴下，主轴提供高转速同时会一直往芯片方向下降及往芯片背面加压，当抛光轮接触硅芯片之背面时，抛光轮内之氧离子与芯片上的硅分子产生反应，在芯片背面形成氧化硅SiO2，这些氧化生成物会被抛光轮转动之同时带离芯片外，使可达到清除此不良变质层之效果。

DISCO将低污染、运行成本又比较低的干式抛光法作为符合绿色环保要求的消除应力加工方法推荐给客户。

它和在研磨机上研磨的加工方法类似，在研磨后使用专用的抛光轮对芯片的背面实施干式抛光加工。

另外制程内芯片搬运需格外小心，以防芯片受伤，在薄芯片制程也必须被考虑，目前市场上使用之机台，一般是一个制程一种机台，各种机台独立运作。

芯片背面研磨后，机台会自动把芯片送回晶舟盒(Cassette)内。

但在制程间之传送，就必须靠人工方法，把晶舟盒送至抛光机进行消除应力工程，特别要注意研磨后之芯片厚度往往只有100mm ，利用人工搬送是一件风险很高之工作。

所以DISCO公司开发之干式抛光装置，全部有可以连接其它机台功能，只要把研磨机与抛光机以联机方法做结合，即不须要人工方法运送，降低人为失误造成整个晶舟盒内之芯片报废发生。

2004年DISCO公司更开发出把研磨机及抛光机结在一体之新机种DGP8760 全自动研磨抛光机(Fully Automatic Grinder / Polisher)，将研磨及抛光制程结合在一机台内完成作业，减少芯片在二机台间传送之风险。

DISCO机台不单可以将同厂牌之机台做连接，并且可以按客户须求连接其它制程机台，例如连接其它厂牌的撕片机，此可把整个研磨(Grinding)、抛光(Polishing)、撕片(De-tapping)及芯片贴上框架(Wafer Mount)制程连接在一起。

DISCO公司开发抛光机已有3年了，到现在为止已经开发出适用于加工
φ200mm以及φ300mm芯片的各种机型。

解决研磨时芯片边缘崩裂(Edge Chipping)
日本DISCO公司在研磨轮生产技术不断改良发展，已开发出可减低研磨负荷之研磨轮。

此研磨轮之原理，是使用较高的杨氏系数材料(Young Modulus)为研磨轮之接合剂，此种接合剂有较高之抓取研磨钻石颗粒的力量，只要接合剂触及一小部份之颗粒即可把整个颗粒固定，如此便可使钻石颗粒更加突出，进而增加接合剂与芯片之空间，防止研磨轮之接合材料接触芯片，便可减少研磨阻力，因为减少了研磨轮对芯片之压力，芯片边缘所受之力量也自然会减轻，进而大大降低芯片边缘崩裂之可能性。

同时DISCO公司经过长时间试验研究，已开发出适合薄芯片研磨之参数，在研磨轮及参数互有配合之下，可得更高之研磨质量。

薄芯片生产制程完全解决方案(DBG)
日本DISCO公司针对薄芯片生产品提出之完全解决方案“切割后研磨制程DBG”(Dicing Before Grinding)。

DBG与传统封装生制流程比较(图七)。

在传统制程中，第一步就是芯片背面研磨，当芯片被研磨至相当薄之状态下，其它制程就很难处理，尤其在全自动机台中之传送就变得相当难困。

但DBG在制程中，第一步只是在芯片背面利用切割刀片开槽，切入深度约为最后晶粒完成厚度再加深一些即可，然后利用研磨机把芯片研磨至晶粒分开。

其好处在于研磨制程放在最后，所以在整制程之芯片傅送都是处理较厚之芯片，如此可减少整个制程中因为传送失误所发生之破片率。

除了以上之效果外，DBG制程最大优点为减低背面崩裂发生，以上已说明DISCO公司可以利用研磨轮及研磨参数降低芯片边缘崩裂之发生，同理也可以应用此技术应用在晶背研磨，只要减低晶粒周边之缺陷，便可提高晶粒强度。

全方位提高晶粒强度方案(DBG+干式腐蚀)
以上介绍DBG制程可以消除背面崩裂，但切割后，芯片侧面因为有与切割刀片接触而会产生伤痕，这些伤痕在薄晶粒之强度也有影响，以下方法介绍如何消除晶粒侧面之切痕伤害。

因为切痕伤害在晶粒侧面，只能用流体(气体或液体)才能渗入切割道内消除伤痕。

因使用液体腐蚀(Wet Etching)时，腐蚀药液会流进宽度约50~60mm之切割道内，腐蚀完毕后要清洗干净全部之药液更是困难，腐蚀药液往往会残留在切割道内或渗入晶粒表面，造成晶粒伤害。

所以日本DISCO公司采用干式腐蚀(Dry Etching)方法消除切痕伤害。

利用氟类气体产生电浆效应渗入切割道内，把切痕伤害层消除后，也会不残留任何腐蚀物质，一旦消除晶粒侧面之伤痕被消除即可提高晶粒强度。

各种消除应力加工方法之芯片抗折强度比较
研磨机研磨(BG) + 消除应力加工(DP、Dry Etching、CMP、Wet Etching)
DBG + 消除应力加工(DP、Dry Etching、CMP、Wet Etching)
DBG+Dry Etching的优越性
在DBG + 各种消除应力加工方法的组合中，从减少背面崩裂现象以及去除晶粒侧面的切割伤害等角度考虑，采用DBG + Dry Etching可提高晶粒抗折强度方面称得上是一种非常有效的加工方法，所得到的晶粒强度亦是目前业界所有加工方法中最高的。

SST-AP/Taiwan。