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超薄晶圆工艺介绍和监控
发布时间:2024-10-21 09:15:02      点击次数:594

近年来,先进封装对集成电路的发展越来越重要,2.5D 和 3D 等集成技术不断应存储、逻辑等芯片上,已经成为先进半导体制造的核心技术,它们允许将多个晶片或芯片集成在一起,从而在单个封装中实现更高的性能和功能密度。对于薄晶圆处理的关键技术,尤其在2.5D和3D集成应用中,涉及到多个工艺步骤和技术,包括晶圆减薄、晶圆键合、通过硅通孔(TSV)、微凸块互连等。而晶圆薄化是实现集成电路小型化的主要工艺步骤,将硅片背面磨至70微米的厚度是集成电路小型化主要解决方法之一。所以,晶圆减薄工艺在半导体器件后道制造工艺中变的原来越重要。今天就后道减薄工艺做个介绍。



晶圆减薄的目的

在后道制程阶段,晶圆(正面已布好电路的硅片)在后续划片、压焊和封装之前需要进行背面减薄(backthinning)加工以降低封装贴装高度,减小芯片封装体积,改善芯片的热扩散效率、电气性能、机械性能及减小划片的加工量。背面磨削加工具有高效率、低成本的优点,目前已经取代传统的湿法刻蚀和离子刻蚀工艺成为最主要的背面减薄技术。



晶圆减薄的极限

晶圆减薄的极限厚度与晶圆的材质和尺寸有密切关系。较大的晶圆在减薄过程中更容易破裂。尺寸越大,减薄越困难。而晶圆的材质多种多样,一般有Si, GaAs, GaN, InP, LN,LT,玻璃,蓝宝石,陶瓷等。SiC, GaAs, GaN等相对硅来说更脆,因此减薄的极限厚度更大些。以硅为例,能够将12寸硅片减薄到50um 左右。



晶圆减薄工艺的类别


目前已经成功应用于硅片制备的磨削工艺有转台式磨削、硅片旋转磨削、双面磨削等。随着单晶硅片表面质量需求的进一步提高,新的磨削技术也不断提出,如TAIKO磨削、化学机械磨削、抛光磨削和行星盘磨削等。





转台式磨削


转台式磨削(rotarytablegrinding)是较早应用于硅片制备和背面减薄的磨削工艺,其原理如图1所示。硅片分别固定于旋转台的吸盘上,在转台的带动下同步旋转,硅片本身并不绕其轴心转动;砂轮高速旋转的同时沿轴向进给,砂轮直径大于硅片直径。转台式磨削有整面切入式(faceplungegrinding)和平面切向式(facetangentialgrinding)两种。整面切入式加工时,砂轮宽度大于硅片直径,砂轮主轴沿其轴向连续进给直至余量加工完毕,然后硅片在旋转台的带动下转位;平面切向式磨削加工时,砂轮沿其轴向进给,硅片在旋转盘带动下连续转位,通过往复进给方式(reciprocation)或缓进给方式(creepfeed)完成磨削。

减薄晶圆的机械背面研磨是常用的减薄方法之一,其基本流程包括以下几个步骤:

01

选取研磨机和研磨轮

选择适用的研磨机和研磨轮是首要任务。一般选取刚性较好的研磨机,研磨轮的种类较多,如金刚石砂轮、绿碳化硅砂轮等,需要根据晶圆材料的不同而选择不同的砂轮。

02

研磨晶圆背面

将晶圆固定在研磨机的研磨盘上,并通过调整加载压力、转速、进给速度等参数,控制研磨量和表面粗糙度,使晶圆表面平整光滑。

03

清洗晶圆背面

为了去除研磨过程中产生的余渣和污垢,需要用去离子水或其他适用的清洗溶液清洗晶圆背面。

04

检验晶圆质量

对研磨过的晶圆进行质量检验,如检查表面平整度、薄膜厚度等。机械背面研磨是减薄晶圆的一种可靠方法,通过控制研磨过程中的参数,可以获得理想的减薄效果。


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