《集成电路制造工艺项目化实践》 课件 项目6 晶圆贴膜与划片

晶圆贴膜与划片项目6项目导读本项目从晶圆贴膜任务入手，先让读者对集成电路封装工艺有一个初步了解；然后详细介绍集晶圆贴膜、晶圆划片等职业技能。通过晶圆划片的任务实施，让读者进一步了解晶圆贴膜与划片工艺。知识目标1.了解集成电路封装2.掌握晶圆贴膜与划片的工艺操作3.掌握晶圆贴膜与划片的质量评估4.会识读晶圆贴膜与划片工艺相关的随件单技能目标1.能正确操作晶圆贴膜与划片的设备，设置相关设备的常规参数2.能正确排查晶圆贴膜与划片设备常见故障教学重点1．单晶硅片制备的工艺2．硅提纯、单晶硅生长3．检验制备产物的质量教学难点晶圆贴膜与划片的实施建议学时6学时推荐教学方法从任务入手，通过晶圆贴膜的操作，让读者了解晶圆贴膜的工艺操作，进而通过晶圆划片的操作，熟悉晶圆划片的质量评估推荐学习方法勤学勤练、动手操作是学好晶圆贴膜与划片工艺的关键，动手完成晶圆贴膜与划片任务实施，通过“边做边学”达到更好的学习效果6.1认识集成电路封装6.2晶圆贴膜6.3晶圆划片目录C

AB6.1.2集成电路封装类型6.1.1集成电路封装结构与功能集成电路封装工艺6.1.36.1认识集成电路封装6.1认识集成电路封装6.1.1集成电路封装结构与功能1.集成电路封装结构

集成电路封装是指利用微细加工技术及膜技术，将芯片和其他要素在框架或载板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子，通过各自绝缘介质固定，构成整体立体结构的工艺。2.集成电路封装功能

结构保护与支撑；传递电能；传递电信号；提供散热通路。6.1认识集成电路封装6.1.2集成电路封装类型1.

封装材料

从封装材料来看，封装可以划分为玻璃封装、金属封装、陶瓷封装和塑料封装。2.集成电路封装方式

从与电路板的互连方式来看，封装可以划分为通孔插装式（直插式）和表面贴装式（贴片式）封装。6.1认识集成电路封装6.1.2集成电路封装类型3.集成电路封装外形

从集成电路芯片的外形来看，封装可以划分为单边引脚、双边引脚、四边引脚和底部引脚等外形封装。（a）单边引脚（b）双边引脚（c）四边引脚（d）底部引脚6.1认识集成电路封装6.1.3集成电路封装工艺1.集成电路封装工艺流程

一般而言，集成电路封装始于集成电路晶圆完成之后，基本工艺流程分为前道工序和后道工序。

以塑料封装为例，前道工序是指用塑料封装之前的工艺步骤，后道工序是指在塑料封装之后的工艺步骤。6.1认识集成电路封装6.1.3集成电路封装工艺2.集成电路封装工序

（1）晶圆减薄

对晶圆背面进行减薄，减小晶圆的厚度，使其变薄、变轻，以满足封装的工艺要求。（2）晶圆划片

对完整的晶圆进行切割，将其切成一颗颗独立的晶粒，为后面单颗芯片的制作打好基础。（3）芯片粘接

将切割好的晶粒从保护膜上取下，放到引线框架上并固定。（4）引线键合

使用金线等键合线，将晶粒的引线位和引线框架的引脚连接，使晶粒能与外部电路连接。6.1认识集成电路封装6.1.3集成电路封装工艺2.集成电路封装工序（5）塑封

对完成引线键合的半导体器件或电路芯片采用树脂等材料进行包装的一类封装。（6）激光打标

利用激光在塑封体表面打上去不掉的、字迹清楚的标识，这可以方便后续对元件的跟踪与辨识。（7）电镀

一般使用锡作为电镀材料进行电镀，目的为了防止外露的引线框架生锈或受到其他污染。（8）切筋成型

去除引线框架上多余的引脚连接边，再将引脚打弯成所需要的形状。6.1认识集成电路封装6.1.3集成电路封装工艺2.集成电路封装工序集成电路采用塑料封装的典型封装工艺，集成电路塑料封装，如下图所示。C

AB6.2.2晶圆贴膜设备6.2.1认识晶圆贴膜晶圆贴膜实施6.2.36.2晶圆贴膜6.2晶圆贴膜6.2.1认识晶圆贴膜1.晶圆贴膜的作用

（1）在进行晶圆减薄操作之前，需要在晶圆的正面进行覆膜。

其目的是保护晶圆正面的电路，防止晶圆在减薄过程中被损坏或受到污染，同时增强晶圆在减薄时的固定能力，不易发生移动。

（2）在晶圆划片操作之前，需要在晶圆的背面进行覆膜。

其目的是使晶圆在划片过程中不脱落、不飞散，即固定晶圆不发生移动以及保证划片后的晶粒不散落，从而能被准确的切割。6.2晶圆贴膜6.2.1认识晶圆贴膜2.晶圆贴膜原材料

晶圆贴膜时，需要的原材料有蓝膜、晶圆贴片环以及晶圆框架盒，贴膜完成的晶圆放入晶圆框架盒，方便搬运。晶圆贴膜的原材料，如下图所示。

（a）整卷的蓝膜

（b）晶圆贴片环

（c）晶圆框架盒6.2晶圆贴膜6.2.1认识晶圆贴膜3.晶圆贴膜的质量要求

晶圆贴膜作为晶圆划片的第一道保障，操作时需保证其合格的质量，以满足晶圆划片时对晶圆或晶粒黏附牢固的需求。（1）贴膜质量要求

合格的贴膜应满足以下几点要求：1）蓝膜平整，无起皱现象；2）蓝膜和晶圆贴合紧密，无气泡；3）晶圆、蓝膜表面以及两者贴合处洁净，无污点；4）蓝膜边缘光滑，无毛边、渣刺；5）晶圆和蓝膜完整，无破损、划伤。6.2晶圆贴膜6.2.1认识晶圆贴膜3.晶圆贴膜的质量要求（2）贴膜不良原因

通常对于贴膜气泡、蓝膜破损或起皱等不影响晶圆质量的问题，只需将晶圆上的蓝膜取下，重新贴膜即可；对于晶圆划伤、破损等问题则视情况进行研磨或剔除操作。其中，贴膜后产生的气泡可以通过抽真空的方式确认空气的位置。

在贴膜操作过程中，常见的贴膜不良现象及其产生原因，如下表所示。6.2晶圆贴膜晶圆贴膜不良现象产生原因晶圆和蓝膜之间存在气泡（1）晶圆背面存在颗粒物；（2）操作时贴膜的温度未达到设定值；（3）贴膜温度设置不合适。蓝膜起皱（1）铺贴后遇到温度变化；（2）覆膜时蓝膜未拉紧。蓝膜破损（1）存在硬物；（2）拉动滚轮时用力过大。蓝膜毛边、扎刺（1）横切刀质量出现问题；（2）操作员切膜时操作不当。晶圆或蓝膜沾污（1）贴膜机未清理干净；（2）贴膜机漏油；（3）蓝膜本身携带污物。晶圆划伤（1）存在硬物；（2）操作员操作不当。6.2晶圆贴膜6.2.2晶圆贴膜设备晶圆贴膜一般在贴膜机上进行。贴膜机是通过橡胶滚轮，使蓝膜与晶圆、晶圆贴片环形成良好粘贴的设备。晶圆贴膜机外观，如右图所示。晶圆贴膜机是由设置区、贴膜区和蓝膜区组成。（1）设置区包括电源键、温度设置和真空开关几部分；（2）贴膜区是进行覆膜操作的位置，包括贴膜盘和橡胶滚轮；（3）蓝膜区则用于放置蓝膜。知识目标掌握晶圆贴膜实施流程能利用虚拟仿真软件，设置相关参数进行晶圆贴膜技能目标6.2.3晶圆贴膜实施晶圆贴膜流程6.2.3晶圆贴膜实施领料确认贴膜前准备结批贴膜操作外观检查6.2.3晶圆贴膜实施领料确认贴膜前准备结批贴膜操作外观检查6.2.3晶圆贴膜实施领料确认1.领料确认--2.贴膜前准备--3贴膜操作--4.外观检查--5.结批1.领料确认--2.贴膜前准备--3贴膜操作--4.外观检查--5.结批6.2.3晶圆贴膜实施贴膜准备6.2.3晶圆贴膜实施领料确认贴膜前准备结批贴膜操作外观检查6.2.3晶圆贴膜实施1.领料确认--2.贴膜前准备--3贴膜操作--4.外观检查--5.结批合格的晶圆贴膜不合格的晶圆贴膜6.2.3晶圆贴膜实施领料确认贴膜前准备结批贴膜操作外观检查6.2.3晶圆贴膜实施1.领料确认--2.贴膜前准备--3贴膜操作--4.外观检查--5.结批C

AB6.3.2晶圆减薄与划片设备6.3.1认识晶圆减薄与划片晶圆划片实施6.3.36.3晶圆划片6.3晶圆划片6.3.1认识晶圆减薄与划片1.晶圆减薄

在划片之前，要对晶圆背面进行减薄操作。（1）晶圆减薄工艺

晶圆减薄就是对晶圆背面的衬底进行减薄，以使得芯片厚度能够满足封装体封装要求。

常见的背面减薄工艺主要有磨削、研磨、化学机械抛光、干式抛光、腐蚀等，如下图所示。（a）磨削

（b）研磨

（c）化学机械抛光6.3晶圆划片6.3.1认识晶圆减薄与划片1.晶圆减薄（2）晶圆减薄的目的晶圆减薄的目的，主要有如下5点：1）去掉晶圆背面的氧化物，保证芯片焊接时良好的黏结性；2）消除晶圆背面的扩散层，防止寄生结的存在；3）减小晶圆的厚度，提高晶圆划片的质量；4）由于大直径的晶圆较厚，需要减薄来减小晶粒的体积，以满足芯片封装工艺的要求；5）减少串联电阻和提高散热性能，同时改善欧姆接触。6.3晶圆划片6.3.1认识晶圆减薄与划片2.晶圆划片晶圆划片也称晶圆切割，是将晶圆上相连晶粒分割成一颗颗独立晶粒的工艺过程。（1）晶圆划片工艺

晶圆划片是将经过背面减薄的晶圆上的一颗颗晶粒切割分离，完成切割后，一颗颗晶粒按晶圆原有的形状有序地排列在蓝膜上。（2）晶圆划片操作

晶圆划片一般在砂轮划片机内进行。（a）划片前

（b）划片后6.3晶圆划片6.3.1认识晶圆减薄与划片2.晶圆划片（3）晶圆划片质量检查

在划片操作过程中，常见的划片不良现象及其产生原因，如下表所示。晶圆划片不良现象产生原因

晶圆崩边（1）划片刀质量；（2）划片参数设置；（3）冷却水流量等。

晶圆划伤（1）划片存在异物，造成微小划痕；（2）划片步进设置错误或对刀错误，造成划片位置错误而大部分划伤。

设备故障

（1）冷却水管路漏水；（2）步进电机故障引起设备异常；（3）真空传感器异常。6.3晶圆划片6.3.2晶圆减薄与划片设备1.晶圆减薄设备

根据减薄机的自动化程度，可以分为半自动减薄机和全自动减薄机。

根据载片台和磨削轮的相对位置和运动方向的不同，减薄机可以分为立式减薄机和卧式减薄机。（a）立式减薄机

（b）卧式减薄机6.3晶圆划片6.3.2晶圆减薄与划片设备2.晶圆划片设备

晶圆划片机根据其自动化程度可分为半自动划片机和全自动划片机。

晶圆划片机根据划片方式又可分为机械划片机和激光划片机，其对比示意图，如下图所示。6.3晶圆划片6.3.2晶圆减薄与划片设备2.晶圆划片设备

机械划片机主要由显示区、切割区和气枪三部分组成，如左下图所示。

切割在晶圆正面按照水平切割形式进行，等所有X轴方向切割完成后，切割平面旋转90度，以相同方式对Y轴进行切割。划片机的划片区运行示意图，如右下图所示。知识目标掌握晶圆划片实施流程能利用虚拟仿真软件，设置相关参数进行晶圆划片技能目标6.3.3晶圆划片实施晶圆划片流程领料确认划片前准备结批划片运行下片6.3.3晶圆划片实施外观检查晶圆清洗1.领料确认--2.划片前准备--3划片实施--4.下片--5.外观检查--6.清洗--7.结批6.3.3晶圆划片实施领料确认晶圆划片流程领料确认划片前准备结批划片运行下片6.3.3晶圆划片实施外观检查晶圆清洗晶圆划片流程领料确认划片前准备结批划片运行下片6.3.3晶圆划片实施外观检查晶圆清洗（1）崩边

晶圆在切割时，由于切割刀对晶圆表面切割部位的作用力，使晶粒边缘产生损伤，并且发生崩裂的现象称为崩边，崩边严重则会造成芯片缺损。

1.领料确认--2.划片前准备--3划片实施--4.下片--5.外观检查--6.清洗--7.结批6.3.3晶圆划片实施

（2）划伤

现象描述：晶圆表面出现明显的划痕，如右图所示。

处理办法：右图中所示的现象为局部划伤，说明存在固体颗粒影响划片，此时需要检查晶圆表面以及划片区域，对其进行清洗。1.领料确认--2.划片前准备--3划片实施--4.下片--5.外观检查--6.清洗--7.结批6.3.3晶圆划片实施晶圆划片流程领料确认划片前准备结批划片运行下片6.3.3晶圆划片实施外观检查晶圆清洗6.3.3晶圆划片实施1.领料确认--2.划片前准备--3划片实施--4.下片--5.外观检查--6.清洗--7.结批晶圆清洗6.3.3晶圆划片实施1.领料确认--2.划片前准备--3划片实施--4.下片--5.外观检查--6.清洗--7.结批结批关键知识点梳理

1．目前普遍认为，集成电路封装具有结构保护与支撑、传递电能、传递电信号以及提供散热通路等4个基本功能。（1）从封装材料来看，封装可以划分为玻璃封装、金属封装、陶瓷封装和塑料封装。（2）从与电路板的互连方式来看，封装可以划分为通孔插装式和表面贴装式封装。（3）从集成电路芯片的外形来看，封装可以划分为单边引脚、双边引脚、四边引脚和底部引脚等外形封装。

2．集成电路封装的基本工艺流程分为前道工序和后道工序。前道工序主要包括晶圆减薄、晶圆划片、芯片粘接和引线键合，后道工序主要包括塑封、激光打标、电镀和切筋成型。关键知识点梳理3．晶圆贴膜是在晶圆表面贴上保护膜的过程，通常采用蓝膜作为保护膜。

（1）在进行晶圆减薄操作之前，需要在晶圆的正面进行覆膜。其目的是保护晶圆正面的电路，防止晶圆在减薄过程中被损坏或受到污染，同时增强晶圆在减薄时的固定能力，不易发生移动。

（2）在晶圆划片操作之前，需要在晶圆的背面进行覆膜。其目的是使晶圆在划片过程中不脱落、不飞散，即固定晶圆不发生移动以及保证划片后的晶粒不散落，从而能被准确的切割。关键知识点梳理

4．晶圆贴膜时，需要的原材料有蓝膜、晶圆贴片环以及晶圆框架盒，贴膜完成的晶圆放入晶圆框架盒，方便搬运。（1）晶圆贴膜机是由设置区、贴膜区和蓝膜区组成。（2）贴膜机是通过橡胶滚轮，使蓝膜与晶圆、晶圆贴片环形成良好粘贴的设备。5．每完成一片晶圆贴膜，都要对贴膜外观进行检查。

合格的晶圆贴膜，其贴膜平整，并且蓝膜和晶圆都无损坏。常见不合格的贴膜主要有贴膜气泡、蓝膜褶皱、蓝膜毛边、沾污、蓝膜或晶圆划伤等不良现象。关键知识点梳理

6．晶圆减薄就是对晶圆背面的衬底进行减薄，以使得芯片厚度能够满足封装要求。常见的背面减薄工艺主要有磨削、研磨、化学机械抛光、干式抛光、腐蚀等。晶圆减薄的目的，主要有如下5点：（1）去掉晶圆背面的氧化物，保证芯片焊接时良好的黏结性；（2）消除晶圆背面的扩散层，防止寄生结的存在；（3）减小晶圆的厚度，提高晶圆划片的质量；（4）由于大直径的晶圆较厚，需减薄来减小晶粒的体积，以满足芯片封装工艺要求；（5）减少串联电阻和提高散热性能，同时改善欧姆接触。关键知识点梳理7．晶圆划片是将经过背面减薄的晶圆上的一颗颗晶粒（芯片）切割分离，完成切割后，一颗颗晶粒按晶圆原有的形状有序地排列在蓝膜上。8．晶圆划片一般在砂轮划片机内进行。将贴膜完成的晶圆放置在划片机的承载台上，承载台以一定速度呈水平直线运动。圆形砂轮刀通过主轴驱动进行高速旋转，并通过承载台的移动，使其沿着晶圆的切割通道对晶圆进行切割，从而实现晶粒间的切割。关键知识点梳理9．对晶圆进行划片操作之后，还需借