硅片減薄技術現(xiàn)狀與分析

　　在IC制造的裝配與封裝階段，硅片在后續(xù)封裝之前需要對其進行背面減薄(back thinning)，減薄后的硅片厚度甚至達到初始厚度的5%以下。為避免硅片減薄后碎裂，要求硅片表面/亞表面沒有損傷。目前，國內外已有的硅片減薄技術主要有研磨(Lapping)、化學機械拋光(Chemical mechanical polishing, CMP) ,濕法腐蝕(Wet etching)、常壓等離子腐蝕(Atmospheric downstream plasma etching, ADPE)、磨削(Grinding) 等，不同硅片減薄技術的分析如下：

　　硅片減薄技術之研磨

　　研磨分為單面研磨和雙面研磨,在圖案硅片的減簿加工中主要采用單面研磨。采用中-面研磨機對圖案硅片進行研磨減薄加工時,首先對硅片的正面進行保護并置 于研磨盤 .1:,然后加入液體研磨料,在研磨盤與硅片之間的相對摩擦運動及研磨液的共同作用K, 完成硅片表面材料的去除。由于游離磨料的運動是無規(guī)則的、隨機的,避免了桂片有一定方向性的加工痕跡,使桂片表面材料能夠均勾被去除但單面研磨存在高精度 面型不易保證、加工效率低,加工成本高、不易實現(xiàn)自動化等公認的缺點,尤其是隨著硅片直徑和厚度的抬大以及芯片厚度的減小,單面研磨在面型精度和生產效率 等方面的缺點將史加突出。此外,研磨加工的硅片表面粗糙度較大、祥在較大的損傷層和殘余應力, 這些缺陷將嚴重影響硅片的似小減薄厚度,還需耍后續(xù)工藝(如化學機械拋光、濕法腐燭、常壓等離子腐燭)去除研磨引起的損傷層和殘余應力,以防止超薄碎片發(fā) 生破碎。

　　硅片減薄技術之化學機械拋光

　　化學機械拋光是仍助磨粒的機械磨擦作用和拋光液的化學腐燭作用完成對硅片表面材料的去除。化學機械拋光系統(tǒng)與研磨相同,只足采用較軟的拋光鏈和拋光液代替研磨系統(tǒng)的研磨盤和研磨液。采用化學機械拋光減傅硅片時,由磨粒和化學溶液組成的拋光液在硅片勾拋光塾之間流動,在硅片表面發(fā)生化學反應,生成一層較軟的化學反應膜, 該反應膜在磨粒和拋光絕的機械障擦作下被去除,并被流動的拋光液帶走,滿出新的碎片表面,使得化學反應繼續(xù)進行,在化學成脫和機械去膜的交替過程中實現(xiàn)碎片表面材料的去除化學機械拋光減簿碎片的表面粗糙度低,表面層損傷層很小,但與研磨加工類似,存在材料去除率低、加工成本高、工作壓力高等缺點,主耍應用在度大J: 200nm硅片的減薄加工,對厚度200^un以下碰片的減薄加工只有于實驗室,還沒面“應用到大批量生產

　　硅片減薄技術之濕法腐蝕

　　濕法腐蝕原理是將硅片浸入化學溶液中，通過化學反應去除硅片表面材料。采用濕法腐蝕減薄硅片過程中，將酸性化學溶液((HF+HN03)噴灑在旋轉的硅 片表面上，使硅片表面能均勻地布化學溶液，硅片表面材料在混合酸液的作用下被連續(xù)地蝕掉[[42]。濕法腐蝕減薄硅片的效率高(去除率可達 5μ40μm/min)，加工硅片的表面粗糙度小于1 nm，亞表面沒有晶格畸變、位錯、殘余應力等損傷，能極大地提高硅片的強度，減少翹曲，但其缺點是需對硅片的正面進行特殊的保護，對硅片面型的校正能力 弱，不適合加工有凸起的硅片，腐蝕速度難以控制，還有嚴重的環(huán)境污染問題。

　　硅片減薄技術之常壓等離子腐蝕

　　常壓等離子腐蝕是利用磁力控制的、在大氣壓力下工作的一種基于純化學腐蝕作用的干式腐蝕技術，在氨氣環(huán)境下常壓等離子腐蝕系統(tǒng)將CF;氣體引入等離子 區(qū)，使之 100%分解，F(xiàn)與硅片表面的材料發(fā)生化學反應生成SiF4，達到去除材料的目的。加工時，利用伯努利效應產生的壓力將硅片懸置于等離子區(qū)上方，硅片的正 面不需要特殊保護，能夠加工較薄的硅片和有凸起的硅片，加工效率較高(去除率可達20μm/min)，加工硅片的面型較好，但整個硅片表面質量的均勻性較 差，加工成本高。

　　硅片減薄技術之磨削

　　磨削加工效率高，加工成本低，加工硅片的面型好，是目前主要的硅片減薄技術。磨削減薄工序一般包括粗磨和精磨，通過合理調節(jié)參數(shù)達到終所要求的硅片厚 度、厚度變化值((TTV)以及表面粗糙度。以直徑300mm硅片為例，首先利用粗磨將厚度775μm的硅片快速地減薄至接近目標厚度，磨削量占總減薄量 的90%以上，粗磨會在硅片表面層引起微裂紋和晶格扭曲等損傷，損傷層深度達20μ30μ,mμ0 4s]。隨后精磨去除10μ50μm，磨削量小于總減薄量的10%，精磨將去除粗磨造成的表面層損傷，但同時仍會在硅片表面產生輕微損傷，這將極大降低超 薄硅片的強度，尤其是表面微裂紋會造成硅片碎裂隱患，殘余應力使薄硅片產生彎曲和翹曲變形，給硅片的傳輸和后續(xù)處理帶來困難，增加碎片率[[46]。因 此，在精磨后還需采用其它減薄工藝(如化學機械拋光、濕法腐蝕、常壓等離子腐蝕)去除磨削損傷。