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經(jīng)過(guò)前端工藝處理并通過(guò)晶圓測(cè)試的晶圓將從背面研磨(Back Grinding)開始后端處理。背面研磨是將晶圓背面磨薄的工序,其目的不僅是為了減少晶圓厚度,還在于聯(lián)結(jié)前端和后端工藝以解決前后兩個(gè)工藝之間出現(xiàn)的問(wèn)題。半導(dǎo)體芯片(Chip)越薄,就能堆疊(Stacking)更多芯片,集成度也就越高。但集成度越高卻可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能的下降。所以,集成度和提升產(chǎn)品性能之間就存在矛盾。因此,決定晶圓厚度的研磨(Grinding)方法是降低半導(dǎo)體芯片成本、決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵之一。
圖1. 晶圓制造工藝和半導(dǎo)體制造工藝中的形態(tài)變化
在由晶圓制成半導(dǎo)體的過(guò)程中,晶圓的外觀不斷發(fā)生變化。首先,在晶圓制造工藝中,晶圓的邊緣(Edge)和表面會(huì)進(jìn)行拋光(Polishing),這一過(guò)程通常會(huì)研磨晶圓的兩面。前端工藝結(jié)束后,可以開始只研磨晶圓背面的背面研磨工序,能去除在前端工藝中受化學(xué)污染的部分,并減薄芯片的厚度,這非常適用于制作搭載于IC卡或移動(dòng)設(shè)備的薄型芯片。此外,這一工序還有減少電阻、降低功耗、增加熱導(dǎo)率而迅速散熱至晶圓背面的優(yōu)點(diǎn)。但與此同時(shí),由于晶圓較薄,很容易被外力折斷或翹曲,使得處理步驟更加困難。
圖2. 背面研磨三步驟
背面研磨具體可以分為以下三個(gè)步驟:第一、在晶圓上貼上保護(hù)膠帶貼膜(Tape Lamination);第二、研磨晶圓背面;第三、在將芯片從晶圓中分離出來(lái)前,需要將晶圓安置在保護(hù)膠帶的晶圓貼片(Wafer Mounting)上。晶圓貼片工藝是分離芯片(切割芯片)的準(zhǔn)備階段,因此也可以包含在切割工藝中。近年來(lái),隨著芯片越來(lái)越薄,工藝順序也可能發(fā)生改變,工藝步驟也愈發(fā)精細(xì)化。
圖3. 貼膜工藝和晶圓正面
背面研磨的第一步是貼膜。這是一種將膠帶粘到晶圓正面的涂層工藝。進(jìn)行背面研磨時(shí),硅化合物會(huì)向四周擴(kuò)散,晶圓也可能在這一過(guò)程中會(huì)因外力而破裂或翹曲,且晶圓面積越大,越容易受到這種現(xiàn)象的影響。因此,在背面研磨之前,需要貼上一條薄薄的紫外線(Ultra Violet, 簡(jiǎn)稱 UV)藍(lán)膜用于保護(hù)晶圓。
貼膜時(shí),為了使晶圓和膠帶之間沒(méi)有間隙或氣泡,需要提高粘合力。但在背面研磨后,晶圓上的膠帶應(yīng)通過(guò)紫外線照射降低粘合力。剝離后,膠帶的殘留物不得留在晶圓表面。有時(shí),該工藝會(huì)使用粘合力較弱且容易產(chǎn)生氣泡的非紫外線減粘膜處理,雖然缺點(diǎn)多,但價(jià)格低廉。此外,還會(huì)用到比UV減粘膜厚兩倍的凸塊(Bump)膜,預(yù)計(jì)在未來(lái)會(huì)有越來(lái)越高的使用頻率。
圖4. 多芯片封裝(MCP,Multi Chip Package)結(jié)構(gòu)
經(jīng)過(guò)背面研磨的晶圓厚度一般會(huì)從800-700?減少到80-70?。減薄到十分之一的晶圓能堆疊四到六層。近來(lái),通過(guò)兩次研磨的工藝,晶圓甚至可以減薄到大約20?,從而堆疊到16到32層,這種多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被稱為多芯片封裝(MCP)。在這種情況下,盡管使用了多層結(jié)構(gòu),成品封裝的總高度不得超過(guò)一定厚度,這也是為何始終追求磨得更薄的晶圓。晶圓越薄,缺陷就會(huì)越多,下一道工序也越難進(jìn)行。因此,需要先進(jìn)的技術(shù)改進(jìn)這一問(wèn)題。
圖5. 根據(jù)晶圓厚度而不同的研磨方法
通過(guò)將晶圓切割得盡可能薄以克服加工技術(shù)的局限性,背面研磨技術(shù)不斷發(fā)展。對(duì)于常見(jiàn)的厚度大于等于50?的晶圓,背面研磨有三個(gè)步驟:先是粗磨(Rough Grinding),再是精磨(Fine Grinding),兩次研磨后切割并拋光晶圓。此時(shí),類似化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing,簡(jiǎn)稱 CMP)一樣,一般會(huì)在拋光墊和晶圓之間投入漿料(Slurry)和去離子水(Deionized Water)。這種拋光工作能減少晶圓和拋光墊之間的摩擦,使表面光亮。當(dāng)晶圓較厚時(shí),可以采用超精細(xì)研磨(Super Fine Grinding),但晶圓越薄,就越需要進(jìn)行拋光。
如果晶圓變得更薄,在切割過(guò)程中容易出現(xiàn)外部缺陷。因此,如果晶圓的厚度為50?微米或更小,可以改變工藝順序。此時(shí),會(huì)采用先劃片后減?。―BG,Dicing Before Grinding)的方法,即在第一次研磨之前,先將晶圓切割一半。按照劃片(Dicing)、研磨和劃片的順序,將芯片從晶圓安全地分離出來(lái)。此外,還有使用堅(jiān)固的玻璃板來(lái)防止晶圓破裂的特殊的研磨方法。
隨著電器小型化對(duì)集成度的要求越來(lái)越高,背面研磨技術(shù)也應(yīng)不但克服其局限性,繼續(xù)發(fā)展。同時(shí),不僅要解決晶圓的缺陷問(wèn)題,還必須為未來(lái)工藝可能出現(xiàn)的新問(wèn)題做好準(zhǔn)備。為了解決這些問(wèn)題,可能需要調(diào)換工藝順序,或引入應(yīng)用于半導(dǎo)體前端工藝的化學(xué)蝕刻技術(shù),全面開發(fā)新的加工方法。為了解決大面積晶圓固有的缺陷,正對(duì)研磨方法進(jìn)行多種探索嘗試。此外,關(guān)于如何回收利用研磨晶圓后產(chǎn)生的硅渣的研究也正在進(jìn)行。
源文地址:https://news.skhynix.com.cn/back-grinding-determines-the-thickness-of-a-wafer/#
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