作者：Shogo Okita, Noriyuki Matsubara, Atsushi Harikai, James Weber, 松下株式会社

等离子切割技术解决了切割更小更薄芯片的挑战， 得以实现更高的吞吐量，并能够增加每片晶圆的良率。

从某种程度上可以说，电子元器件产业的典型特征是小型化的能力。每一个对电子学感兴趣的人都听说过摩尔定律：价格合理的CPU的处理能力——或芯片上的晶体管数量——大约每两年翻一番。戈登• 摩尔的远见卓识，以及世界各地不断创新的技术和工程团队，使得该“定律”至今仍在被行业继续探讨之中，这些都非常值得称道。

芯片尺寸减小的部分原因在于技术节点（工艺几何 尺寸）的缩小。目前正在批量生产的最小节点是 7nm，更小的工艺尺寸行业也在开发中。工艺技术进步持续带来处理能力和速度的提高，以及电子功能的微型化和集成化，这些都是在我们日常生活中普遍存在的电子产品的核心：我们所依赖的智能手机；智能家庭和智慧城市对人工智能的采纳；无人驾驶车辆；远程医疗家庭诊断——我们生活的各个方面都有电子产品和系统的渗透。

要使这一进步趋势持续下去，我们需要的不仅仅是在光刻工艺技术领域的不断创新。晶圆一旦被制造出来，它就必须被分割成单独的芯片，而且随着芯片变得越来越小，越来越薄，许多产品都面临着分割或切割过程所带来的困难。新的挑战包括：由于切割跑道的宽度而导致的材料损失增加；机械损伤，如碎屑；工艺时间增加等。现在，松下公司已经开发出等离子切割工艺，在某些情况下可以取代机械切割，从而解决了这些问题。

传统上，人们使用过两种切割技术，进行机械切割：

    ①划线和裂片（scribing and breaking）

    ②使用切割刀（dicing saw or dicing blade）

划线和裂片会在晶圆和芯片上产生应力，导致崩裂和良率低下。刀片切割也会引入应力和污染物，随着芯片尺寸和工艺几何尺寸的缩小，这些问题更加严重。激光切割是另一种比使用刀片切割更快的方法，但也会导致芯片的开裂和损坏。

现在，人们引入了一种新的切割工艺，它使用等离子 化学蚀刻工艺，所有的“切割”都在一个批处理过程中实现，没有芯片应力，没有污染，并且提高了晶圆切割的生产能力。由于采用掩模图案，所以可以使用更窄的切割“跑道”，因此可以在晶圆上设计更多的芯片。此外，掩模图案也使得能够有足够的灵活性来选择芯片尺寸、形状和定位。两种方法的比较如图1所示。

▲图1：刀片切割和等离子切割工艺对比

图2显示了松下的等离子切割工艺，它使用了切割掩模。等离子工艺通过化学反应蚀刻切割跑道。等离子体切割使用脉冲或时间复用蚀刻，工艺在两个阶段之间反复循环：一个阶段是接近各向同性的等离子体蚀刻，离子以接近垂直方向轰击晶圆；然后沉积化学惰性钝化层，保护整个基板免受进一步的化学侵蚀。在蚀刻过程中，垂直方向的离子仅在沟槽底部（而不是侧壁面）轰击钝化层，使沟槽基底暴露于化学蚀刻。这种两个阶段的工艺使得侧壁的增加和减少幅度在 100~500纳米之间。周期时间可调：短周期产生光滑侧壁；周期越长，刻蚀速率越高。

▲图2：松下的化学蚀刻切割工艺

在机械切割工艺中刀片的作用会造成机械损伤并影响芯片的内层。图3显示了边缘和内层的损坏和缺口。相比之下，显微照片显示使用等离子切割工艺时单个芯片分离而没有损坏的形貌。此外，与刀片切割不同的是，通过使用等离子蚀刻，不会释放出污染颗粒，而刀片切割会释放出晶圆的微粒（如硅），从而可能导致器件失效。

▲图3：使用刀片切割的芯片样品上损坏明显（左）；使用等离子切割时则不存在损坏。