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薄晶圆加工和切割设备市场-2016版

对更薄晶圆和更小芯片的强劲需求将驱动晶圆切割(划片)技术发展。

对薄晶圆的需求正强劲增长

受智能手机、智能卡和堆叠封装等消费类应用驱动,近年来对薄晶圆的需求日益增长。

据估算,2015年,用于MEMS器件、CMOS图像传感器、应用硅通孔(TSV)技术的存储器和逻辑器件以及功率器件的薄晶圆数量超过了1650万片,这个数量相当于8英寸晶圆投入总片数(wafer starts per year, WSPY)。这些薄晶圆主要贡献于CMOS图片传感器,其次是功率器件。2015年到2020年期间,薄晶圆的复合年增长率预计为14%%,预计到2020年,薄晶圆的数量将达到峰值的3200万片,相当于2020年8英寸晶圆投入总片数。

更薄的晶圆能够带来众多好处,包括超薄的封装,以及由此带来更小的尺寸外形,还包括改善的电气性能和更好的散热性能。

某些应用,如存储器和功率器件,它们的微型化朝着更小的尺寸、更高的性能以及更低的成本方向发展,这些应用的薄晶圆厚度小于100µm或甚至小于50µm。

本报告按厚度和应用分析预测了薄晶圆的需求数量。同时也包括按晶圆尺寸分析预测了晶圆减薄所使用的设备数量,以及影响上述应用的技术要点分析。

薄晶圆正催生磨削、化学机械抛光以及湿法/干法蚀刻设备产业的市场增长

现阶段,最常规的半导体应用减薄工艺为磨削,所减薄晶圆的平均起始厚度为750μm到120µm。然而,厚度低于100 μm的硅晶圆会变得非常柔软有弹性,受迫于大批量加工制造的压力,仅仅凭借标准的磨削方法将厚度小于100 µm的硅晶圆进一步减薄,是非常具有挑战性的。

不同厚度的晶圆减薄所面临的技术问题

存储器和逻辑器件等领域需要额外的减薄步骤,如运用化学机械抛光(CMP)来消除由标准化磨削加工所引起的晶圆微开裂和边缘崩裂。背照式CMOS图像传感器是唯一使用湿法/干法蚀刻处理和化学机械抛光(CMP)的应用,因为背照式CMOS图像传感器需要最多步骤的背面磨削工艺来确保最好的芯片质量。

TAIKO工艺是由迪思科科技有限公司(以下简称DISCO)开发的新型晶圆背面磨削技术。这是功率器件应用的最重要的减薄工艺之一,可用于650V-1200V IGBTs器件和40V-100V MOSFETs器件的背面金属化层的减薄。TAIKO工艺已经应用到英飞凌和意法半导体等功率器件主要制造商的大批量生产中。

本报告提供了需要薄晶圆加工的存储器、逻辑器件、MEMS、RFID、CMOS图像传感器和功率器件等应用的详细分析。报告还按晶圆尺寸、市场营收以及上述应用所需的减薄设备类型,对若干减薄处理应用的设备进行了详细分析。

不同应用所要求的晶圆厚度

市场对更薄的晶圆和性能更强劲的芯片的需求增长,驱动晶圆切割(划片)技术发展

2015年,晶圆切割(划片)设备市场规模为1亿美元,预计2020-2021年,该市场的市场规模将翻倍。但是,薄晶圆加工对晶圆切割设备的浓厚兴趣同时也为该行业带来许多新的挑战,如芯片断裂、破片、芯片强度低、其它待处理问题和切割破损。

最常用的运用于存储器、逻辑器件、MEMS、RFID和功率器件的切割技术是机械切割,也被称为刀片切割。然而,市场普遍要求更薄的晶圆和更小的器件,使我们关注到市场对替代切割技术的应用趋势,这些替代技术包括隐形切割和基于深反应离子蚀刻技术的等离子切割。

主要晶圆切割技术

存储器主要依赖于刀片和激光切割的结合来分割复杂的堆栈。因为金属密度高,顶层只使用刀片分割将导致脱层问题。然而,即使结合激光切割也很难安全地分割50µm的薄晶圆,这给了等离子切割“可乘之机”。

在MEMS器件领域,刀片切割主要运用于ASIC、封盖和MEMS传感器的分割。然而,切割工艺流程中的晶圆暴露,可能会污染传感器并破坏敏感的MEMS结构,比如MEMS麦克风的切割,在这种情况下,大批量生产已经开始应用隐形切割来避免上述问题。

等离子切割如今也应用于MEMS器件和RFID的小批量生产,来降低芯片过于脆弱的问题,从而增强芯片强度,增加每片晶圆的芯片数量,最终降低设备所有者的整体成本。受益于刀片切割产品,DISCO在切割设备市场处于领先地位,紧随其后的是东京精密公司(Accretech),东京精密则在隐形切割市场占据主导地位。然而,它们的市场地位可能面临着已经开发出等离子切割设备的Plasma Therm、Orbotech/ SPTS和松下(Panasonic)的挑战。这一具有前景的技术将在半导体领域快速增长,并有可能重塑切割市场格局。

以功能需求为基准,本报告综合概述了几大应用领域所使用的关键切割技术,这些应用领域包括存储器、逻辑器件、MEMS器件、RFID、CMOS图像传感器和功率器件。此外,报告还分别按晶圆尺寸、应用类型和切割技术,对若干切割设备进行了详细分析。报告描述了相关的技术突破和制造工艺流程。对上述应用中都使用的特定切割设备,还进行了重点分析。

责任编辑:陈炳欣


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