對更薄晶圓和更小芯片的強勁需求將驅動晶圓切割(劃片)技術發展。

 

    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用驅動，近年來對薄晶圓的需求日益增長。

 

    據估算，2015年，用于MEMS器件、CMOS圖像傳感器、應用硅通孔(TSV)技術的存儲器和邏輯器件以及功率器件的薄晶圓數量超過了1650萬片，這個數量相當于8英寸晶圓投入總片數(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，薄晶圓的復合年增長率預計為14%，預計到2020年，薄晶圓的數量將達到峰值的3200萬片，相當于2020年8英寸晶圓投入總片數。

 

    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展，這些應用的薄晶圓厚度小于100μm或甚至小于50μm。

 

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

 

    薄晶圓正催生磨削、化學機械拋光以及濕法/干法蝕刻設備產業的市場增長

 

    現階段，最常規的半導體應用減薄工藝為磨削，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，是非常具有挑戰性的。

 

    不同厚度的晶圓減薄所面臨的技術問題

 

    存儲器和邏輯器件等領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量。

 

    TAIKO工藝是由迪思科科技有限公司(以下簡稱DISCO)開發的新型晶圓背面磨削技術。這是功率器件應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工藝已經應用到英飛凌和意法半導體等功率器件主要制造商的大批量生產中。

 

    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用的詳細分析。報告還按晶圓尺寸、市場營收以及上述應用所需的減薄設備類型，對若干減薄處理應用的設備進行了詳細分析。

 

    不同應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，驅動晶圓切割(劃片)技術發展

 

    2015年，晶圓切割(劃片)設備市場規模為1億美元，預計2020-2021年，該市場的市場規模將翻倍。但是，薄晶圓加工對晶圓切割設備的濃厚興趣同時也為該行業帶來許多新的挑戰，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，使我們關注到市場對替代切割技術的應用趨勢，這些替代技術包括隱形切割和基于深反應離子蝕刻技術的等離子切割。

 

    主要晶圓切割技術

 

    存儲器主要依賴于刀片和激光切割的結合來分割復雜的堆棧。因為金屬密度高，頂層只使用刀片分割將導致脫層問題。然而，即使結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結構，比如MEMS麥克風的切割，在這種情況下，大批量生產已經開始應用隱形切割來避免上述問題。

 

    等離子切割如今也應用于MEMS器件和RFID的小批量生產，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量，最終降低設備所有者的整體成本。受益于刀片切割產品，DISCO在切割設備市場處于領先地位，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主導地位。然而，它們的市場地位可能面臨著已經開發出等離子切割設備的Plasma Therm、Orbotech/ SPTS和松下(Panasonic)的挑戰。這一具有前景的技術將在半導體領域快速增長，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用領域所使用的關鍵切割技術，這些應用領域包括存儲器、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、應用類型和切割技術，對若干切割設備進行了詳細分析。報告描述了相關的技術突破和制造工藝流程。對上述應用中都使用的特定切割設備，還進行了重點分析。