中國粉體網(wǎng)訊 半導(dǎo)體材料從棒材到晶圓再到芯片，減薄工藝起著承上啟下的作用。廣義的減薄既包含襯底制備流程中的研磨和拋光，也涵蓋IC制造流程中的化學(xué)機(jī)械拋光和背面研磨。一般而言，晶圓減薄指的是晶圓的背面研磨。
IC制造流程
01.晶圓為什么要減薄
晶圓之所以需要減薄主要考慮三方面原因。
第一，在電路中通電情況下，由于襯底材料及互聯(lián)金屬層存在電阻，芯片會(huì)發(fā)生熱效應(yīng)。在芯片工作過程中，熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致芯片背面內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。芯片熱量持續(xù)的產(chǎn)生會(huì)使各金屬層之間的熱差異性加劇，芯片內(nèi)應(yīng)力會(huì)進(jìn)一步增加。芯片損壞、破碎的主要原因之一就是內(nèi)應(yīng)力的增加。因此，通過背面減薄工藝，可以減小芯片電阻，提高芯片的熱擴(kuò)散效率，將芯片損壞率降到最低，進(jìn)而提高了集成電路的可靠性和成品率。
第二，電子產(chǎn)品發(fā)展越來越趨向于多功能集成化和小型化，對(duì)便攜的要求越來越高。這就要求電路芯片不斷向高密度、高性能和輕薄短小方向發(fā)展，這需要不斷地降低芯片封裝的厚度。以存儲(chǔ)器為例，其封裝形式主要為疊層封裝。隨著存儲(chǔ)容量的不斷增大，封裝的層數(shù)目前已達(dá)到96層以上，為滿足IC先進(jìn)封裝要求，在封裝整體厚度不變甚至減小的趨勢下，堆疊中各層芯片的厚度就不可避免地需要減薄。一般來說，較為先進(jìn)的多層封裝所用的芯片厚度都在100μm以下甚至30μm以下，比一張A4打印紙還要�。ㄒ粡圓4打印紙的厚度約104μm）。
圖片來源：天科合達(dá)
我們知道，晶圓或芯片制造是在硅片基礎(chǔ)上進(jìn)行的，但是呢，目前為了降低集成電路芯片的制造成本，硅片的直徑已經(jīng)達(dá)到300mm甚至450mm。與此同時(shí)，為了增強(qiáng)大直徑硅片的強(qiáng)度，硅片的厚度也隨之增加，300mm大直徑硅片的厚度達(dá)到775μm，450mm硅片的厚度達(dá)到925μm。
這個(gè)硅片厚度太厚了，離芯片所需的厚度還有很大的距離，因此，在晶圓表面電路制作結(jié)束以后，為了達(dá)到所要求的厚度，占總厚度90％左右的襯底材料大部分需要被除掉，即需要對(duì)芯片背面進(jìn)行減薄。
第三，劃片工藝是集成電路制造工藝中不可或缺的一步，而經(jīng)過減薄工藝之后的晶片就變得更為容易分離，這對(duì)于提高芯片的劃片質(zhì)量和成品率是非常有利的。
02.晶圓減薄的好處
總結(jié)來講，減薄后的晶圓有下列優(yōu)點(diǎn)：
（1）熱擴(kuò)散效率被顯著提高。隨著半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)越來越復(fù)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(guān)鍵因素，薄的芯片更有利于熱量的散發(fā)；
（2）減小芯片封裝體積。微電子產(chǎn)品日益向輕薄短小的方向發(fā)展，厚度的減小也相應(yīng)地減小了芯片體積，這也是適應(yīng)發(fā)展趨勢的必然之路；
（3）減薄的厚度能夠提高機(jī)械性能。減薄后的芯片機(jī)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(yīng)力也越小，破片率也會(huì)相應(yīng)降低；
50μm厚度下發(fā)生卷曲的300mm晶圓
（4）提高電氣性能。晶圓的厚度越薄，器件內(nèi)部以及器件之間的連線將越短，器件導(dǎo)通電阻將越低，信號(hào)延遲時(shí)間越短，從而實(shí)現(xiàn)更高的性能。
（5）減輕封裝劃片時(shí)的加工量。減薄以后再進(jìn)行切割，可以減小劃片(Dicing)時(shí)的加工量，降低芯片破邊的發(fā)生率。
03.如何減��？
晶圓在減薄之前需要在正面（圖形層）固定一層背磨膠帶。背磨膠帶的主要作用是固定晶圓和保護(hù)晶圓的圖形層。接著將晶圓翻轉(zhuǎn)，先對(duì)晶圓進(jìn)行粗磨。因?yàn)榫A的厚度遠(yuǎn)大于裸芯片的厚度，考慮到加工效率，粗磨采用粒度為350-500目的金剛砂輪對(duì)晶圓進(jìn)行快速的磨削，磨削量占總減薄量的90%。經(jīng)過粗磨的晶圓表面存在大量缺陷和裂紋，因而在粗磨后需要對(duì)晶圓進(jìn)行精磨。精磨則采用粒度為2000-3000目的金剛砂輪對(duì)晶圓進(jìn)行更細(xì)致的研磨以去除粗磨產(chǎn)生的損傷層。磨削完成后，對(duì)晶圓進(jìn)行清洗干燥，去除背磨膠帶后就得到了減薄后的晶圓。
晶圓背面減薄的流程示意圖
精磨在去除粗磨產(chǎn)生的損傷層時(shí)不可避免地也會(huì)引入微裂紋和微缺陷，當(dāng)晶圓較薄時(shí)，存留在表面的殘余應(yīng)力則會(huì)使減薄后的晶圓發(fā)生翹曲變形影響后續(xù)工藝。因此，當(dāng)晶圓的目標(biāo)厚度或臨界尺寸較小時(shí)，晶圓在磨削后還會(huì)通過后續(xù)工藝去除表面的微損傷，降低表面的殘余應(yīng)力。常規(guī)的后續(xù)工藝包括拋光研磨和刻蝕，其中拋光研磨分為CMP、干式拋光和超精密研磨，刻蝕則又分為濕法刻蝕和干法刻蝕。
小結(jié)
在晶圓大型化、芯片超薄化、材料多樣化的趨勢下，晶圓減薄工藝在IC制造中的作用逐漸凸顯，與半導(dǎo)體材料減薄過程相關(guān)的研究也不斷涌現(xiàn)。
參考來源：
[1]趙海峰.半導(dǎo)體激光器芯片減薄、拋光工藝研究
[2]王淼操.晶圓減薄仿真的應(yīng)力計(jì)算及其應(yīng)用研究
[3]劉東生.晶圓減薄及背面金屬蒸鍍制程的研究
[4]衣忠波等.超薄晶圓減薄工藝研究
（中國粉體網(wǎng)/山川）
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