對更薄晶圓和更小芯片的強勁需求將驅(qū)動晶圓切割(劃片)技術(shù)發(fā)展。

 

    對薄晶圓的需求正強勁增長

 

    受智能手機、智能卡和堆疊封裝等消費類應(yīng)用驅(qū)動，近年來對薄晶圓的需求日益增長。

 

    據(jù)估算，2015年，用于MEMS器件、CMOS圖像傳感器、應(yīng)用硅通孔(TSV)技術(shù)的存儲器和邏輯器件以及功率器件的薄晶圓數(shù)量超過了1650萬片，這個數(shù)量相當于8英寸晶圓投入總片數(shù)(wafer starts per year, WSPY)。這些薄晶圓主要貢獻于CMOS圖片傳感器，其次是功率器件。2015年到2020年期間，薄晶圓的復(fù)合年增長率預(yù)計為14%，預(yù)計到2020年，薄晶圓的數(shù)量將達到峰值的3200萬片，相當于2020年8英寸晶圓投入總片數(shù)。

 

    更薄的晶圓能夠帶來眾多好處，包括超薄的封裝，以及由此帶來更小的尺寸外形，還包括改善的電氣性能和更好的散熱性能。

 

    某些應(yīng)用，如存儲器和功率器件，它們的微型化朝著更小的尺寸、更高的性能以及更低的成本方向發(fā)展，這些應(yīng)用的薄晶圓厚度小于100μm或甚至小于50μm。

 

    本報告按厚度和應(yīng)用分析預(yù)測了薄晶圓的需求數(shù)量。同時也包括按晶圓尺寸分析預(yù)測了晶圓減薄所使用的設(shè)備數(shù)量，以及影響上述應(yīng)用的技術(shù)要點分析。

 

    薄晶圓正催生磨削、化學機械拋光以及濕法/干法蝕刻設(shè)備產(chǎn)業(yè)的市場增長

 

    現(xiàn)階段，最常規(guī)的半導(dǎo)體應(yīng)用減薄工藝為磨削，所減薄晶圓的平均起始厚度為750μm到120μm。然而，厚度低于100 μm的硅晶圓會變得非常柔軟有彈性，受迫于大批量加工制造的壓力，僅僅憑借標準的磨削方法將厚度小于100 μm的硅晶圓進一步減薄，是非常具有挑戰(zhàn)性的。

 

    不同厚度的晶圓減薄所面臨的技術(shù)問題

 

    存儲器和邏輯器件等領(lǐng)域需要額外的減薄步驟，如運用化學機械拋光(CMP)來消除由標準化磨削加工所引起的晶圓微開裂和邊緣崩裂。背照式CMOS圖像傳感器是唯一使用濕法/干法蝕刻處理和化學機械拋光(CMP)的應(yīng)用，因為背照式CMOS圖像傳感器需要最多步驟的背面磨削工藝來確保最好的芯片質(zhì)量。

 

    TAIKO工藝是由迪思科科技有限公司(以下簡稱DISCO)開發(fā)的新型晶圓背面磨削技術(shù)。這是功率器件應(yīng)用的最重要的減薄工藝之一，可用于650V-1200V IGBTs器件和40V-100V MOSFETs器件的背面金屬化層的減薄。TAIKO工藝已經(jīng)應(yīng)用到英飛凌和意法半導(dǎo)體等功率器件主要制造商的大批量生產(chǎn)中。

 

    本報告提供了需要薄晶圓加工的存儲器、邏輯器件、MEMS、RFID、CMOS圖像傳感器和功率器件等應(yīng)用的詳細分析。報告還按晶圓尺寸、市場營收以及上述應(yīng)用所需的減薄設(shè)備類型，對若干減薄處理應(yīng)用的設(shè)備進行了詳細分析。

 

    不同應(yīng)用所要求的晶圓厚度

 

    市場對更薄的晶圓和性能更強勁的芯片的需求增長，驅(qū)動晶圓切割(劃片)技術(shù)發(fā)展

 

    2015年，晶圓切割(劃片)設(shè)備市場規(guī)模為1億美元，預(yù)計2020-2021年，該市場的市場規(guī)模將翻倍。但是，薄晶圓加工對晶圓切割設(shè)備的濃厚興趣同時也為該行業(yè)帶來許多新的挑戰(zhàn)，如芯片斷裂、破片、芯片強度低、其它待處理問題和切割破損。

 

    最常用的運用于存儲器、邏輯器件、MEMS、RFID和功率器件的切割技術(shù)是機械切割，也被稱為刀片切割。然而，市場普遍要求更薄的晶圓和更小的器件，使我們關(guān)注到市場對替代切割技術(shù)的應(yīng)用趨勢，這些替代技術(shù)包括隱形切割和基于深反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)的等離子切割。

 

    主要晶圓切割技術(shù)

 

    存儲器主要依賴于刀片和激光切割的結(jié)合來分割復(fù)雜的堆棧。因為金屬密度高，頂層只使用刀片分割將導(dǎo)致脫層問題。然而，即使結(jié)合激光切割也很難安全地分割50μm的薄晶圓，這給了等離子切割“可乘之機”。

 

    在MEMS器件領(lǐng)域，刀片切割主要運用于ASIC、封蓋和MEMS傳感器的分割。然而，切割工藝流程中的晶圓暴露，可能會污染傳感器并破壞敏感的MEMS結(jié)構(gòu)，比如MEMS麥克風的切割，在這種情況下，大批量生產(chǎn)已經(jīng)開始應(yīng)用隱形切割來避免上述問題。

 

    等離子切割如今也應(yīng)用于MEMS器件和RFID的小批量生產(chǎn)，來降低芯片過于脆弱的問題，從而增強芯片強度，增加每片晶圓的芯片數(shù)量，最終降低設(shè)備所有者的整體成本。受益于刀片切割產(chǎn)品，DISCO在切割設(shè)備市場處于領(lǐng)先地位，緊隨其后的是東京精密公司(Accretech)，東京精密則在隱形切割市場占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，它們的市場地位可能面臨著已經(jīng)開發(fā)出等離子切割設(shè)備的Plasma Therm、Orbotech/ SPTS和松下(Panasonic)的挑戰(zhàn)。這一具有前景的技術(shù)將在半導(dǎo)體領(lǐng)域快速增長，并有可能重塑切割市場格局。

 

    以功能需求為基準，本報告綜合概述了幾大應(yīng)用領(lǐng)域所使用的關(guān)鍵切割技術(shù)，這些應(yīng)用領(lǐng)域包括存儲器、邏輯器件、MEMS器件、RFID、CMOS圖像傳感器和功率器件。此外，報告還分別按晶圓尺寸、應(yīng)用類型和切割技術(shù)，對若干切割設(shè)備進行了詳細分析。報告描述了相關(guān)的技術(shù)突破和制造工藝流程。對上述應(yīng)用中都使用的特定切割設(shè)備，還進行了重點分析。