晶圓背面研磨（Back Grinding）工藝介紹

今天小編給大家分享一編關于晶圓背面研磨（Back Grinding）工藝的相關內容，希望能對您有所幫助！

經過前端工藝處理并通過晶圓測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，還在于聯結前端和后端工藝以解決前后兩個工藝之間出現的問題。半導體芯片（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致產品性能的下降。所以，集成度和提升產品性能之間就存在矛盾。因此，決定晶圓厚度的研磨（Grinding）方法是降低半導體芯片成本、決定產品質量的關鍵之一。

1. 背面研磨（Back Grinding）的目的

圖1. 晶圓制造工藝和半導體制造工藝中的形態變化

在由晶圓制成半導體的過程中，晶圓的外觀不斷發生變化。首先，在晶圓制造工藝中，晶圓的邊緣（Edge）和表面會進行拋光（Polishing），這一過程通常會研磨晶圓的兩面。前端工藝結束后，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卡或移動設備的薄型芯片。此外，這一工序還有減少電阻、降低功耗、增加熱導率而迅速散熱至晶圓背面的優點。但與此同時，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。

2. 背面研磨（Back Grinding）詳細工藝流程

圖2. 背面研磨三步驟

背面研磨具體可以分為以下三個步驟：第一、在晶圓上貼上保護膠帶貼膜（Tape Lamination）；第二、研磨晶圓背面；第三、在將芯片從晶圓中分離出來前，需要將晶圓安置在保護膠帶的晶圓貼片（Wafer Mounting）上。晶圓貼片工藝是分離芯片（切割芯片）的準備階段，因此也可以包含在切割工藝中。近年來，隨著芯片越來越薄，工藝順序也可能發生改變，工藝步驟也愈發精細化。

3. 保護晶圓的貼膜（Tape Lamination）工藝

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。進行背面研磨時，硅化合物會向四周擴散，晶圓也可能在這一過程中會因外力而破裂或翹曲，且晶圓面積越大，越容易受到這種現象的影響。因此，在背面研磨之前，需要貼上一條薄薄的紫外線（Ultra Violet, 簡稱 UV）藍膜用于保護晶圓。

貼膜時，為了使晶圓和膠帶之間沒有間隙或氣泡，需要提高粘合力。但在背面研磨后，晶圓上的膠帶應通過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，該工藝會使用粘合力較弱且容易產生氣泡的非紫外線減粘膜處理，雖然缺點多，但價格低廉。此外，還會用到比UV減粘膜厚兩倍的凸塊（Bump）膜，預計在未來會有越來越高的使用頻率。

4. 晶圓厚度與芯片封裝成反比

圖4. 多芯片封裝（MCP，Multi Chip Package）結構

經過背面研磨的晶圓厚度一般會從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，通過兩次研磨的工藝，晶圓甚至可以減薄到大約20?，從而堆疊到16到32層，這種多層半導體結構被稱為多芯片封裝（MCP）。在這種情況下，盡管使用了多層結構，成品封裝的總高度不得超過一定厚度，這也是為何始終追求磨得更薄的晶圓。晶圓越薄，缺陷就會越多，下一道工序也越難進行。因此，需要先進的技術改進這一問題。

5. 背面研磨方法的改變

圖5. 根據晶圓厚度而不同的研磨方法

通過將晶圓切割得盡可能薄以克服加工技術的局限性，背面研磨技術不斷發展。對于常見的厚度大于等于50?的晶圓，背面研磨有三個步驟：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，類似化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing，簡稱 CMP）一樣，一般會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。當晶圓較厚時，可以采用超精細研磨（Super Fine Grinding），但晶圓越薄，就越需要進行拋光。

如果晶圓變得更薄，在切割過程中容易出現外部缺陷。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，會采用先劃片后減薄（DBG，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。此外，還有使用堅固的玻璃板來防止晶圓破裂的特殊的研磨方法。

隨著電器小型化對集成度的要求越來越高，背面研磨技術也應不但克服其局限性，繼續發展。同時，不僅要解決晶圓的缺陷問題，還必須為未來工藝可能出現的新問題做好準備。為了解決這些問題，可能需要調換工藝順序，或引入應用于半導體前端工藝的化學蝕刻技術，全面開發新的加工方法。為了解決大面積晶圓固有的缺陷，正對研磨方法進行多種探索嘗試。此外，關于如何回收利用研磨晶圓后產生的硅渣的研究也正在進行。

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