硅片背面減薄技術

　　硅片上電路層的有效厚度一般為5～10mm，為了保證其功能，有一定的支撐厚度是必要的，因此，硅片的厚度極限為20～30mm。這只占總厚度的一小部分，占總厚度90%左右的襯底材料是為了保證硅片在制造、測試和運送過程中有足夠的強度。因此，電路層制作完成后，需要對硅片進行背面減薄(backsidethinning)，使其達到所需的厚度;然后再對硅片進行劃片(Dicing)加工，形成一個個減薄的裸芯片。減薄后的芯片有如下優點：

　　(1)提高熱擴散效率隨著半導體結構越來越復雜、集成度越來越高，晶體管體積不斷減小，散熱已逐漸成為影響芯片性能和壽命的關鍵因素，薄的芯片更有利于散熱。

　　(2)減小芯片封裝體積微電子產品日益向輕薄短小的方向發展，減小芯片封裝體積是適應這一發展趨勢的必由之路。

　　(3)提高機械性能減薄后的芯片機械性能顯著提高，硅片越薄，其柔韌性越好，受外力沖擊引起的應力也越小。

　　(4)提高電氣性能晶片的厚度越薄元件之間的連線將越短，元件導通電阻將越低，信號延遲時間越短，從而實現更高的性能。

　　(5)減輕劃片加工量減薄以后再切割，可以減小劃片(Dicing)時的加工量，降低芯片崩邊的發生率。

　　未來硅片背面減薄將趨向20～30mm的極限厚度。當芯片厚度小于50mm時，可以彎曲到一定程度而不斷裂，特殊的超薄芯片甚至可以隨意彎曲，可用來做成閃存芯片和電子標簽等。

　　目前，硅片的背面減薄技術主要有磨削、研磨、化學機械拋光(CMP)、干式拋光(drypolishing)、電化學腐蝕(electrochemicaletching)、濕法腐蝕(wetetching)、等離子輔助化學腐蝕(PACE)、常壓等離子腐蝕(atmosphericdownstreamplasmaetching，ADPE)等，其中最常用的背面減薄技術有磨削、CMP、濕法腐蝕、ADPE和干式拋光五種。

　　磨削的加工效率高，加工后的硅片平整度好，成本低，但是硅片表面會產生深達幾微米的損傷層，導致硅片的強度降低，容易發生碎片，磨削表面還存在殘余應力，使硅片發生翹曲，給搬運和后續處理帶來困難，一般需要后續工藝來消除損傷層和殘余應力�；瘜W機械拋光是利用化學和機械復合作用去除材料的，硅片表面的損傷很小，缺點是材料去除率低、工作壓力高。濕法蝕刻是將硅片浸入酸性化學溶液(HNO3/HF/HPO4)中，通過化學反應去除硅片表層材料，硅片表面無損傷和無晶格位錯，能極大地提高硅片的強度，減小翹曲，其缺點是需對硅片的正面進行保護，對磨削條紋的校正能力弱，不適合加工有凸起硅片(bumpedwafer)，腐蝕速度快去除率為5～40mm/min，腐蝕速度不均勻，為腐蝕量的5%～10%，環境污染問題[4]。常壓等離子腐蝕是新近發展起來的、利用磁力控制的在大氣壓力下工作的一種純化學作用的干式腐蝕技術，在氬氣環境下ADP系統將氣體(CF4乯引入等離子區，使之100%分解，F與硅片表面的材料發生化學反應生成SiF4，達到去除材料的目的。加工時，利用Bernoulli效應產生的壓力將硅片懸置于等離子區上方，硅片的正面不必像濕式腐蝕那樣需用膠帶保護，因此，適合加工較薄的硅片，也適合加工有凸起的硅片。ADPE能夠去除硅片背面由于磨削引起的損傷層，加工速度為1～4mm/min，背面去除量可達50～100mm，加工后的表面平整性比濕式腐蝕好[5]。干式拋光是新出現的去除硅片應力的技術，其加工原理類似于硅片磨削，與磨削不同之處是用纖維和金屬氧化物制成的拋光輪取代了金剛石砂輪。干式拋光能有效地去除硅片背面磨削引起的殘余應力，成本低，但加工效率低，加工速度僅為1mm/min，只適合去除較淺的損傷層。硅片的原始厚度一般為675~775mm，最終要減薄到100~200mm，有時甚至要減薄到50mm。在硅片減薄工藝中一般不能將硅片磨削到很薄的尺寸，因為如果將硅片直接磨削到芯片封裝所需的厚度，由于機械損傷層的存在，在運輸和后序工藝中碎片率非常高。因此，實際應用中，對于200mm的硅片，如果需要100mm的薄硅片，首先先用磨削的方式去除絕大部分余量，背面減薄到180mm左右，然后CMP、濕法腐蝕、ADPE和干式拋光中的一種或兩種消除磨削引起的損傷層和殘余應力，得到無損傷的片表面。