隨著用于便攜式和手持產(chǎn)品的更小和更薄封裝的普及，對(duì)更薄半導(dǎo)體器件的需求增加，因此晶圓減薄技術(shù)變得比以往任何時(shí)候都更加重要。隨著更厚的 300 毫米晶圓、凸塊晶圓、堆疊芯片要求和超薄封裝的出現(xiàn)，晶圓背面研磨設(shè)備和工藝正成為裝配的關(guān)鍵問題。

晶圓減薄選項(xiàng)

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• ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?減薄到厚度：50?μm晶圓，直徑300毫米的晶圓

  
  

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背磨過程
目前有幾種方法用于減薄晶圓，最流行的是成熟的機(jī)械背面研磨和拋光技術(shù)。在許多情況下，此工藝是首選，因?yàn)樗茸罱_發(fā)的新型化學(xué)或等離子蝕刻工藝更快且成本更低。然而，它確實(shí)存在在研磨過程中施加機(jī)械應(yīng)力和熱量以及在晶圓背面造成劃痕的缺點(diǎn)。這些劃痕圖案和晶圓表面劃痕的深度與磨粒的大小和研磨過程中施加在晶圓上的壓力成正比。半導(dǎo)體裸片的劃痕深度和背面粗糙度與裸片的強(qiáng)度有直接關(guān)系，為了提高操作的生產(chǎn)率，通常執(zhí)行多步磨削操作。第一步使用大砂礫粗磨晶圓并去除大部分多余的晶圓厚度。在第二步中使用更細(xì)的砂礫來拋光晶圓并將晶圓精確地研磨到所需的厚度。對(duì)于直徑為 200 mm 的晶圓，通常從大約 720 μm 的晶圓厚度開始，然后將其研磨至 150 μm 或更小的厚度。粗磨通常會(huì)去除大約 90% 的多余材料。典型的兩步背磨操作將使用雙主軸，每個(gè)主軸上都裝有砂輪。

劃痕和晶圓強(qiáng)度

背面研磨后，晶圓背面會(huì)出現(xiàn)劃痕圖案。這些劃痕的深度將取決于砂輪的砂礫大小和打磨過程中施加的垂直壓力大小。（更細(xì)的砂礫會(huì)產(chǎn)生更小和更淺的劃痕。）由于硅的強(qiáng)度與劃痕的深度成反比，因此將晶圓表面的粗糙度降至最低非常重要。壓力來源在實(shí)際應(yīng)用中施加到芯片上的應(yīng)力大小取決于許多因素，包括芯片的基板材料、芯片尺寸、芯片附著材料以及芯片將經(jīng)受的溫度偏移在應(yīng)用程序中。對(duì)于許多大功率應(yīng)用，芯片直接安裝在銅或鋁等高導(dǎo)熱材料上，硅和金屬之間的熱膨脹系數(shù) (TCE) 不匹配會(huì)導(dǎo)致芯片承受巨大的機(jī)械應(yīng)力在極端溫度期間。在這種應(yīng)用中芯片上的實(shí)際應(yīng)力類似于在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)期間由測(cè)試方法引起的應(yīng)力。例如，如果芯片安裝在銅散熱器或芯片連接墊上，則較大的 TCE (銅基板的 3 ppm/K) 與硅芯片的小 TCE (2.3 ppm/K) 相比，會(huì)在芯片邊緣產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。更大的芯片會(huì)導(dǎo)致更大的壓力。此外，如果金屬散熱器或基板的厚度不足以抵抗芯片的膨脹或收縮，則材料會(huì)彎曲并在芯片上產(chǎn)生更高水平的應(yīng)力。在環(huán)境測(cè)試或?qū)嶋H電源應(yīng)用可能引起的應(yīng)力條件下，芯片背面的任何劃痕都可能造成裂紋。

背磨設(shè)備

為了提高生產(chǎn)率，許多設(shè)備制造商生產(chǎn)用于減薄和處理多個(gè)晶圓的設(shè)備。這些機(jī)器的設(shè)計(jì)與研磨主軸的選擇一樣影響減薄晶圓的質(zhì)量。晶圓內(nèi)的總厚度變化在晶圓背面研磨過程中必須密切監(jiān)控的工藝參數(shù)（輸入和輸出）包括：

• 晶圓與晶圓之間的厚度變化

• 平均粗糙度

• 翹曲和彎曲

• 模具強(qiáng)度

• 最終晶圓厚度

• 晶圓破損

其他細(xì)化選項(xiàng)機(jī)械減薄晶圓的能力還取決于晶圓材料本身。硅晶圓比一些較新的材料更容易變薄，例如砷化鎵或磷化銦，這些材料往往更脆，更容易受到機(jī)械損壞。現(xiàn)在將 200 毫米硅晶片減薄到 150 微米的厚度是可行的，但 100 毫米砷化鎵晶圓通常只能減薄到 250 微米。成本更高的化學(xué)或等離子蝕刻工藝提供的優(yōu)勢(shì)包括：1）在工藝過程中不會(huì)引入劃痕；2）減薄過程中施加在晶圓上的熱量和機(jī)械應(yīng)力更少；3) 生產(chǎn)更薄晶圓的能力。由于在減薄過程中沒有對(duì)晶圓施加機(jī)械應(yīng)力，因此晶圓可以加工至 50 μm 的厚度。如果最終產(chǎn)品必須超薄，或者必須將多個(gè)裸片堆疊在一個(gè)薄封裝中，那么別無選擇，只能采用化學(xué)或等離子工藝，或者機(jī)械和化學(xué)/等離子工藝的組合。結(jié)語只要封裝的垂直尺寸繼續(xù)縮小并且晶圓直徑繼續(xù)增長(zhǎng)，背面研磨和其他晶圓減薄工藝將繼續(xù)成為關(guān)鍵步驟。在過去，它一直被認(rèn)為不是非常重要的工序之一，但現(xiàn)在是半導(dǎo)體生產(chǎn)必須要用到的工序之一。

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