硅片减薄集成工艺

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：硅片减薄集成工艺

编号：JFKJ-21-664

作者：炬丰科技

关键词：TSV硅通孔

摘要

本文提出了一种基于TSV硅通孔三维系统封装技术的低成本、可靠的晶圆减薄工艺。硅晶片首先通过目数约为325的粗机械研磨变薄，随后通过目数约为#2000的细机械研磨变薄。当在粗磨过程中应用高进给速率以实现更高的材料去除速率时，观察到薄化的硅晶片具有边缘裂纹。结果表明，与砂轮接触的晶片边缘的应力远大于其他位置。由于研磨过程中产生的损坏层，机械研磨产生了晶片翘曲。几种应力释放处理，包括化学机械抛光(CMP)和干蚀刻工艺(等离子体蚀刻)，被用来减薄硅晶片并去除受损层。化学机械抛光和干法蚀刻工艺可以去除粗磨和细磨产生的大部分损伤，将机械强度和晶片翘曲恢复到原始状态，并产生更光滑的表面。

介绍

本文介绍了一种适用于TSV应用的低成本、可靠的晶圆减薄工艺。硅晶片首先通过目数约为#325的粗机械研磨变薄，随后通过目数约为#2000的细机械研磨变薄.包括化学机械抛光(CMP)和干法蚀刻在内的几种应力释放工艺被用于减薄硅晶片并去除由研磨引起的亚表面损伤。给出了一种用于硅片减薄的集成工艺。使用集成工艺，4英寸硅片被成功减薄至30微米。

实验

通过使用ICP蚀刻将图案从PR转移到硅层中。去除光刻胶掩膜后，通过Detak手写笔轮廓术获得硅的平均蚀刻深度。为了获得平均蚀刻深度，对硅表面上的四个不同点进行测量。蚀刻速率由蚀刻深度和蚀刻时间决定。

结果和讨论

在研磨过程中，减少硅片厚度的技术是通过使用砂轮研磨破坏硅材料。砂轮包含由金刚石颗粒、粘结材料和孔隙的烧结复合材料制成的磨齿。硅片的研磨是由金刚石颗粒完成的。用于实验的研磨过程包括两个步骤:粗研磨和细研磨。粗磨使用带有粗金刚石颗粒的砂轮，材料去除率更高。精细磨削利用具有较小金刚石颗粒的砂轮，并且具有较低的材料去除率，因此对硅片的损伤较小。使用不同类型的砂轮会导致硅表面的粗糙度不同。

结论

本文采用机械研磨、化学机械抛光和干法刻蚀工艺对硅片进行减薄。即使在精细研磨工艺之后，一些应力/损伤仍然保留在晶片的表面下。为了减小应力，从而增加晶片强度并减少晶片级翘曲，采用化学机械抛光或干法蚀刻工艺来减薄硅晶片。在化学机械抛光或干蚀刻工艺之后，晶片翘曲可以恢复到它们的原始状态，因为粗研磨和细研磨产生的应力/损伤可以通过化学机械抛光或干蚀刻工艺去除。与化学机械抛光工艺相比，干法刻蚀工艺具有更高的材料去除率和更低的成本。然而，与干法蚀刻工艺相比，化学机械抛光可以得到更光滑的表面。因此，为了实现更高的材料去除率和更光滑的表面，包括机械研磨、干法蚀刻和化学机械抛光的集成工艺可以用于硅晶片减薄。