硅片減薄技術(shù)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(duì)其進(jìn)行背面減薄(back thinning)，減薄后的硅片厚度甚至達(dá)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(nèi)外已有的硅片減薄技術(shù)主要有研磨(Lapping)、化學(xué)機(jī)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(shù)的分析如下：

　　硅片減薄技術(shù)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(jī)對(duì)圖案硅片進(jìn)行研磨減薄加工時(shí),首先對(duì)硅片的正面進(jìn)行保護(hù)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(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的、隨機(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等公認(rèn)的缺點(diǎn),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(chǎn)效率 等方面的缺點(diǎn)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(yīng)力, 這些缺陷將嚴(yán)重影響硅片的似小減薄厚度,還需耍后續(xù)工藝(如化學(xué)機(jī)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(yīng)力,以防止超薄碎片發(fā) 生破碎。

　　硅片減薄技術(shù)之化學(xué)機(jī)械拋光

　　化學(xué)機(jī)械拋光是仍助磨粒的機(jī)械磨擦作用和拋光液的化學(xué)腐燭作用完成對(duì)硅片表面材料的去除。化學(xué)機(jī)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(xué)機(jī)械拋光減傅硅片時(shí),由磨粒和化學(xué)溶液組成的拋光液在硅片勾拋光塾之間流動(dòng),在硅片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成一層較軟的化學(xué)反應(yīng)膜, 該反應(yīng)膜在磨粒和拋光絕的機(jī)械障擦作下被去除,并被流動(dòng)的拋光液帶走,滿出新的碎片表面,使得化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,在化學(xué)成脫和機(jī)械去膜的交替過程中實(shí)現(xiàn)碎片表面材料的去除化學(xué)機(jī)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(diǎn),主耍應(yīng)用在度大J: 200nm硅片的減薄加工,對(duì)厚度200^un以下碰片的減薄加工只有于實(shí)驗(yàn)室,還沒面“應(yīng)用到大批量生產(chǎn)

　　硅片減薄技術(shù)之濕法腐蝕

　　濕法腐蝕原理是將硅片浸入化學(xué)溶液中，通過化學(xué)反應(yīng)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(xué)溶液((HF+HN03)噴灑在旋轉(zhuǎn)的硅 片表面上，使硅片表面能均勻地布化學(xué)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(dá) 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(cuò)、殘余應(yīng)力等損傷，能極大地提高硅片的強(qiáng)度，減少翹曲，但其缺點(diǎn)是需對(duì)硅片的正面進(jìn)行特殊的保護(hù)，對(duì)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(yán)重的環(huán)境污染問題。

　　硅片減薄技術(shù)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(xué)腐蝕作用的干式腐蝕技術(shù)，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(xué)反應(yīng)生成SiF4，達(dá)到去除材料的目的。加工時(shí)，利用伯努利效應(yīng)產(chǎn)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(hù)，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(dá)20μm/min)，加工硅片的面型較好，但整個(gè)硅片表面質(zhì)量的均勻性較 差，加工成本高。

　　硅片減薄技術(shù)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(shù)。磨削減薄工序一般包括粗磨和精磨，通過合理調(diào)節(jié)參數(shù)達(dá)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(biāo)厚度，磨削量占總減薄量 的90%以上，粗磨會(huì)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(dá)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(shí)仍會(huì)在硅片表面產(chǎn)生輕微損傷，這將極大降低超 薄硅片的強(qiáng)度，尤其是表面微裂紋會(huì)造成硅片碎裂隱患，殘余應(yīng)力使薄硅片產(chǎn)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(xué)機(jī)械拋光、濕法腐蝕、常壓等離子腐蝕)去除磨削損傷。