Warum wird beim Wafer-Dicing-Prozess CO₂ eingeführt?

Einbringen von CO₂ in das Würfelwasser währendWaferDas Schneiden ist eine wirksame Prozessmaßnahme zur Unterdrückung des Aufbaus statischer Aufladung und zur Verringerung des Kontaminationsrisikos, wodurch die Würfelausbeute und die langfristige Chipzuverlässigkeit verbessert werden.

1. Unterdrückung des Aufbaus statischer Aufladung

WährendWaferwürfelnEine sich schnell drehende Diamanttrennscheibe arbeitet mit entionisierten (DI) Hochdruckwasserstrahlen zusammen, um das Schneiden, Kühlen und Reinigen durchzuführen. Starke Reibung zwischen der Klinge und dem Wafer erzeugt eine große statische Aufladung; Gleichzeitig erfährt DI-Wasser durch Sprühen und Aufprall mit hoher Geschwindigkeit eine leichte Ionisierung, wodurch eine geringe Anzahl von Ionen entsteht. Da Silizium selbst dazu neigt, Ladung anzusammeln, kann die Spannung auf 500 V oder mehr ansteigen und eine elektrostatische Entladung (ESD) auslösen, wenn diese Ladung nicht rechtzeitig entladen wird.

ESD kann nicht nur Metallverbindungen zerstören oder Zwischenschichtdielektrika beschädigen, sondern auch dazu führen, dass Siliziumstaub durch elektrostatische Anziehung an der Waferoberfläche haftet, was zu Partikeldefekten führt. In schwerwiegenderen Fällen kann es zu Problemen mit dem Bondpad kommen, z. B. zu schlechter Drahtbondung oder zum Abheben des Bonds.

Wenn sich Kohlendioxid (CO₂) in Wasser löst, bildet es Kohlensäure (H₂CO₃), die weiter in Wasserstoffionen (H⁺) und Bicarbonationen (HCO₃⁻) zerfällt. Dadurch wird die Leitfähigkeit des Schneidwassers deutlich erhöht und sein spezifischer Widerstand verringert. Die höhere Leitfähigkeit ermöglicht eine schnelle Ableitung statischer Ladung durch den Wasserfluss zur Erde, wodurch es schwierig wird, dass sich Ladung auf den Wafer- oder Geräteoberflächen ansammelt.

Darüber hinaus ist CO₂ ein schwach elektronegatives Gas. In einer hochenergetischen Umgebung kann es ionisiert werden, um geladene Spezies wie CO₂⁺ und O⁻ zu bilden. Diese Ionen können die Ladung auf der Waferoberfläche und auf in der Luft befindlichen Partikeln neutralisieren, wodurch das Risiko elektrostatischer Anziehung und ESD-Ereignisse weiter gesenkt wird.

2. Reduzierung der Kontamination und Schutz der Waferoberfläche

Beim Zerteilen von Wafern entsteht eine große Menge Siliziumstaub. Diese feinen Partikel laden sich leicht auf und haften an Wafer- oder Geräteoberflächen, was zu einer Partikelverunreinigung führt. Wenn das Kühlwasser leicht alkalisch ist, kann es auch Metallionen (wie Fe, Ni und Cr, die aus Edelstahlfiltern oder -rohren freigesetzt werden) fördern und so Metallhydroxidniederschläge bilden. Diese Niederschläge können sich auf der Waferoberfläche oder in den Schneidstraßen ablagern und die Chipqualität beeinträchtigen.

Nach dem Einbringen von CO₂ schwächt die Ladungsneutralisierung einerseits die elektrostatische Anziehung zwischen Staub und der Waferoberfläche; Andererseits trägt der CO₂-Gasstrom dazu bei, Partikel aus der Zerteilungszone zu verteilen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Ablagerung in kritischen Bereichen verringert wird.

Die durch gelöstes CO₂ gebildete schwach saure Umgebung unterdrückt auch die Umwandlung von Metallionen in Hydroxidniederschläge und hält Metalle in einem gelösten Zustand, sodass sie leichter vom Wasserfluss weggetragen werden können, was Rückstände auf dem Wafer und der Ausrüstung reduziert.

Gleichzeitig ist CO₂ inert. Durch die Bildung einer bestimmten Schutzatmosphäre im Dicing-Bereich kann der direkte Kontakt zwischen Siliziumstaub und Sauerstoff verringert werden, wodurch das Risiko der Stauboxidation, -agglomeration und der anschließenden Anhaftung an Oberflächen verringert wird. Dies trägt dazu bei, eine sauberere Schneidumgebung und stabilere Prozessbedingungen aufrechtzuerhalten.

Das Einbringen von CO₂ in das Schneidwasser während des Waferschneidens kontrolliert nicht nur effektiv das Risiko statischer Elektrizität und ESD, sondern reduziert auch die Staub- und Metallverunreinigung erheblich, was es zu einem wichtigen Mittel zur Verbesserung der Schneidausbeute und der Chipzuverlässigkeit macht.