大尺寸硅片磨削技术

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1、大尺寸硅片磨削技术2017-08-23磨削系统解决方案微信摘要：集成电路芯片不断向高密度、高性能和轻薄短小方向发展，发满足1C封装要求，图形硅八的背面减薄成力半导体后半制程中的重要工序。随着大直径硅片的应用，硅片的厚度相应增大，而先进的封装技术则要求更薄的芯片，超精密磨削作为硅片背而减薄主要工艺得到广泛应用。木文分析了儿种常用的硅片背而减薄技术，论述了的基于自旋转磨削法的硅片背而磨削的加工原理、工艺特点和关键技木，先容了硅片背而磨削技术而临的挑战和取得的新进展。关键词：硅片；背面减薄；磨削；1C01引言为了增大1C芯片产量，降低单元制造本钱，要求1C的基

2、础材料硅片趋向大直径化。现在200mm硅片是主流产品，正在向300mm硅片发展，全世界已经陆续建立了十儿条300mm硅片生产线，预计将采用直径450mm(18英寸)硅片。随着硅片直径增大，为了保证硅片在电路制作过程中具有足够的强度，原始硅片(primewafer)的M度也相应增加。直径150mm和200腿硅片的/V:度分别力625mm和725mm,而直径300mm硅片均匀厚度将达到775mm。另一方面，1C的技术进步日新月异，正在向高速化、高集成化、高密度化和高性能化的方向发展。微电子产品在集成度、速度和可靠性不断进步的同时正向轻薄短小的方向发展，与此相

3、适应，新型的芯片封装技术不断涌现，这些先进的封装技术所需要的芯片厚度越来越薄。早期的双列直插式封装(DIP)对应芯片的厚度为600mm左右，BGA封装所用的芯片厚度为375mm,而(AFCP)所用的芯片厚度为125mm左右，一些智能卡所用的芯片厚度己减到100mm以下，高性能电子产品的立体封装甚至需要厚度小于50醒超薄的芯片。02硅片背面减薄技术硅片上电路层的有效厚度一般为5-10mm,为了保证其功能，有一定的支撑厚度是必要的，因此，硅片的厚度极限为20-30mm。这只占总厚度的一小部分，占总厚度90%左右的衬底材料是为了保证硅片在制造、测试和运送过程中

4、有足够的强度。因此，电路层制作完成后，需要对硅片进行背面减薄(backsidethinning),使其达到所需的对硅片进行划片(Dicing)加工，形成一个个减薄的裸芯片。减薄后的芯片有如下优点：(1)进步热扩散效率随着半导体结构越来越复杂、集成度越来越高，晶体管体积不断减小，散热已逐渐成为影响芯片性能和寿命的关键因素，薄的芯片更有利于散热。(2)减小芯片封装体积微电子产品H益向轻薄短小的方向发展，减小芯片封装体积是适应这一发展趋势的必由之路。(3)进步机械性能减薄后的芯片机械性能明显进步，硅片越薄，其柔韧性越好，受外力冲击引起的应力也越小。(4)气性能

5、晶片的厚度越薄元件之间的连线将越短，元件导通电阻将越低，信号延迟时间越短，从而实现更高的性能。(5)减轻划片加工量减薄以后再切割，可以减小划片(Dicing)时的加工量，降低芯片崩边的发生率。未來硅片背面减薄将趋向20-30醒的极限厚度。当芯片厚度小于50mm时，可以弯曲到一定程度而不断裂，特殊的超薄芯片甚至可以随意弯曲，可用来做成闪存芯片和电子标签等。目前，硅片的背而减薄技术主要有磨削、研磨、化学机械抛光(CMP)、干式抛光(drypolishing)、电化学腐蚀(electrochemicaletching)、湿法腐蚀(wetetching)、等离子

6、辅助化学腐蚀(PACE)、常压等离子腐蚀(atmosphericdownstreamplasmaetching，ADPE)等，其巾最常用的背面减薄技术有磨削、CMP、湿法腐蚀、ADPE和干式抛光五种。磨削的加工效率高，加工后的硅片平整度好，本钱低，但是硅片表而会产生深达几微米的损伤层，导致硅片的强度降低，轻易发生碎片，磨削表面还存在残余应力，使硅片发生翘曲，给搬运和后续处理带来困傩，一般需要后续工艺来消除损伤层和残余应力，化学机械抛光是利用化学和机械复合作用往除材料的，硅片表面的损伤很小，缺点是材料往除率低、工作压力高。湿法蚀刻是将硅片浸进酸性化学溶液(

7、HN03/HF7HP04)巾，通过化学反应往除硅片表层材料，硅片表面无损伤和无晶格位错，能极大地进步硅片的强度，减小翘曲，其缺点是需对硅片的正面进行保沪，对磨削条纹的校正能力弱，不itS合加工有突出硅片(bumpedwafer)，腐蚀速度快往除率为5-4Omm/min，腐蚀速度不均匀，为腐蚀的5%-10%，环境污染题目。常压等离子腐蚀是最新发展起来的、利用磁力控制的在大气压力下工作的一种纯化学作用的干式腐蚀技术，在氩气环境下ADP系统将气体(CF-4引进等离子区，使之100%分解，F与硅片表面的材料发生化学反应天生SiF4,达到往除材料的目的。加工时，利

8、用Bernoulli效应产生的压力将硅片悬置于等离子区上方，硅片的正面不必像湿式