Alors que les dispositifs semi-conducteurs continuent d’évoluer vers des tranches plus fines, des structures plus fragiles et une densité d’intégration plus élevée, les technologies conventionnelles de découpe de tranches sont de plus en plus remises en question. Les dispositifs MEMS, les puces mémoire, les semi-conducteurs de puissance et les boîtiers ultra-fins exigent une résistance de puce plus élevée, une contamination minimale et une stabilité de rendement supérieure.

La technologie Stealth Dicing™ introduit une approche fondamentalement différente de la séparation des tranches. Contrairement au découpage par lame ou à l'ablation laser de surface, le Stealth Dicing utilise un processus de modification laser interne pour initier une fracture contrôlée au sein de la tranche. La tranche est ensuite séparée en appliquant une contrainte de traction externe, éliminant ainsi les dommages de surface, les débris et la perte de saignée.

Ce processus sec et sans contact offre des avantages significatifs en termes de rendement, de résistance, de propreté et d’efficacité de traitement, ce qui en fait une technologie clé pour la fabrication de semi-conducteurs de nouvelle génération.

1. Limites des méthodes conventionnelles de découpe de plaquettes

1.1 Découpage de lames

Le découpage en dés par lame utilise une lame diamantée rotative à grande vitesse pour couper physiquement la plaquette. Bien que largement adoptée dans l'industrie, cette approche mécanique présente plusieurs défis inhérents :

• Les vibrations mécaniques introduisent une contrainte sur l'appareil

• De l'eau de refroidissement est nécessaire, ce qui augmente le risque de contamination

• L'écaillage se produit le long des bords coupés

• La perte de saignée réduit la surface utilisable de la tranche

• Les débris et les particules peuvent endommager les structures fragiles

• Le rendement est limité par la qualité des bords

• La vitesse de traitement est limitée par l'usure de la lame

Pour les dispositifs MEMS avancés ou les plaquettes ultra fines, ces problèmes deviennent encore plus critiques.

1.2 Découpe au laser par ablation

Le découpage par ablation laser concentre un faisceau laser sur la surface de la plaquette pour faire fondre et évaporer le matériau, formant ainsi des rainures qui séparent la plaquette.

Bien qu’il supprime le contact mécanique, il introduit des effets thermiques :

• La zone affectée par la chaleur (ZAT) dégrade la résistance du matériau

• La fusion superficielle peut endommager les couches métalliques

• Les particules dispersées contaminent les appareils

• Des processus de revêtement protecteur supplémentaires peuvent être nécessaires

• La résistance des copeaux est réduite en raison du stress thermique

• Le débit est limité par le taux d'enlèvement de matière

À mesure que la géométrie des appareils devient plus délicate, les méthodes de retrait basées sur la surface présentent des risques croissants.

2. Principe de la technologie Stealth Dicing™

Stealth Dicing fonctionne sur un principe physique complètement différent :modification interne au lieu d'enlèvement de matière de surface.

Le processus comprend deux étapes principales :

1. Processus d'irradiation laser (formation de couche SD)

2. Processus d'expansion (séparation contrôlée)

2.1 Processus d'irradiation laser – Formation de la couche SD

Un faisceau laser ayant une longueur d'onde capable de pénétrer dans le matériau de la tranche est focalisé à l'intérieur de la tranche plutôt que sur sa surface.

Au point focal, une couche modifiée est créée au sein de la structure cristalline. Cette région interne modifiée est appelée laCouche de dés furtive (couche SD).

Principales caractéristiques :

• Pas d'ablation de surface

• Aucun enlèvement de matière

• Initiation de micro-fissures internes

• Propagation contrôlée des fissures le long des lignes de découpe planifiées

Les fissures s'étendent de la couche SD vers les surfaces supérieure et inférieure. En balayant le laser le long du chemin de coupe prévu, un plan de fracture interne continu est formé.

Pour les tranches épaisses ou les dispositifs MEMS, plusieurs couches SD peuvent être créées dans le sens de l'épaisseur pour garantir un contrôle complet de la séparation.

2.2 Quatre modes de couche SD

En fonction de l'épaisseur de la tranche, de la structure du dispositif et de la présence du film métallique, différentes configurations de couches SD sont utilisées :

En sélectionnant et en combinant ces modes, des conditions de traitement optimales peuvent être obtenues pour diverses structures semi-conductrices.

2.3 Processus d’expansion – Séparation induite par le stress

Après la formation de la couche SD, la plaquette est montée sur du ruban d'expansion. Le ruban est étiré radialement vers l'extérieur.

La contrainte de traction appliquée provoque l'extension naturelle des fissures internes aux surfaces des plaquettes, séparant les puces individuelles.

La séparation se produit par propagation contrôlée des fissures plutôt que par enlèvement de matière.

Cela offre plusieurs avantages :

• Aucun impact mécanique sur les appareils

• Pas de stress thermique

• Pas d'écaillage

• Aucune génération de débris

• Aucune perte de saignée

3. Avantages techniques du Stealth Dicing™

Stealth Dicing résout fondamentalement les problèmes associés au découpage par lame et par ablation.

3.1 Processus complètement sec

Contrairement au découpage en dés à lame, aucune eau de refroidissement n’est nécessaire. Cela élimine :

• Contamination de l'eau

• Re-dépôt de particules

• Processus de séchage

• Étapes de nettoyage secondaires

Le processus est propre et respectueux de l’environnement.

3.2 Aucune perte de saignée

La découpe traditionnelle enlève de la matière pour créer une rue découpée en dés. Cela réduit la surface utilisable de la tranche.

Stealth Dicing forme un plan de fracture interne sans enlever de matière, ce qui signifie :

• Utilisation maximale des plaquettes

• Nombre de puces plus élevé par tranche

• Rentabilité améliorée

3.3 Pas d'écaillage et pas de ZAT

Parce qu’il n’y a pas de meulage ni de fusion superficielle :

• Pas d'écaillage des bords

• Aucune zone affectée par la chaleur

• Aucune dégradation de la résistance

• Résistance à la flexion supérieure

Ceci est particulièrement important pour les plaquettes ultrafines inférieures à 50 μm.

3.4 Rendement en copeaux plus élevé

En éliminant les débris, les contraintes et les dommages thermiques :

• La fiabilité de l'appareil s'améliore

• Le rendement augmente

• Les structures fragiles de la membrane MEMS restent intactes

• Les métaux et les films de protection ne sont pas affectés

3.5 Débit amélioré

Les systèmes optiques avancés tels que le Laser Beam Adjuster (LBA) améliorent la mise en forme et le débit du faisceau.

De plus, SDBG (Stealth Dicing Before Grinding) permet le traitement de dispositifs ultra-fins en formant la couche SD avant l'amincissement.

Ces avancées améliorent considérablement la productivité pour la fabrication en grand volume.

4. Comparaison des technologies de découpe

5. Candidatures

Les dés furtifs sont largement utilisés dans :

• Capteurs MEMS aux structures membranaires fragiles

• Périphériques de mémoire NAND et DRAM

• Dispositifs à semi-conducteurs de puissance

• Dispositifs logiques CMOS

• Appareils optiques

• Plaquettes avec films métalliques ou protecteurs

• Emballages ultra-fins (<50 μm)

Cette technologie est particulièrement avantageuse pour les appareils de grande valeur et structurellement sensibles.

6. Tendances du secteur et perspectives d’avenir

À mesure que la fabrication de semi-conducteurs évolue vers :

• Emballage avancé

• Architectures de chipsets

• Intégration haute densité

• Empilage de matrices ultra fin

• Matériaux à large bande interdite (SiC, GaN)

La séparation des tranches sans dommage devient de plus en plus critique.

Stealth Dicing se positionne comme une technologie clé dans le traitement des semi-conducteurs de nouvelle génération.

Sa nature de procédé à sec soutient également les initiatives de fabrication respectueuses de l'environnement en réduisant la consommation d'eau et la production de déchets.

Conclusion

Stealth Dicing™ représente un changement de paradigme dans la technologie de séparation des tranches.

En remplaçant la découpe mécanique et l'ablation de surface par une modification interne au laser et une fracture contrôlée par la contrainte, il élimine l'écaillage, les débris, les dommages thermiques et la perte de saignée.

Le résultat est :

• Résistance aux copeaux plus élevée

• Rendement amélioré

• Un traitement plus propre

• Meilleure adaptation aux appareils ultra-fins et fragiles

• Efficacité de fabrication améliorée

Pour les fabricants de semi-conducteurs qui recherchent une plus grande fiabilité, de meilleures performances et une meilleure rentabilité, Stealth Dicing constitue une solution puissante et évolutive.