介绍晶圆减薄的原因、尺寸以及4种减薄方法

在封装前，通常要减薄晶圆，减薄晶圆主要有四种主要方法：机械磨削、化学机械研磨、湿法蚀刻和等离子体干法化学蚀刻。

晶圆减薄原因

减薄后的芯片的体积更小，可以适应更薄的封装设计。更小的体积在智能手机、平板电脑、智能手表等设备中可以减少整体厚度和重量。

在3D IC封装中，可以在有限的空间内通过垂直堆叠更多层次的减薄芯片，从而实现更高的功能密度。

减薄后的晶圆具有更短的热扩散路径和较高的表面积与体积比，有助于将芯片运行时产生的热量更快，更有效地传递出去。如果芯片太厚，热量在传递过程中会在芯片内部积聚，导致局部过热，影响器件性能。

晶圆能减到多薄？

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。LN,LT，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。

     

四种晶圆减薄方法介绍

机械磨削（Grinding）

Grinding完全通过物理摩擦力去除晶圆表面的材料。磨削通常使用含有金刚石颗粒的砂轮，在高速旋转时接触晶圆表面，并用纯水作为冷却液和润滑剂，以达到减薄的目的。

化学机械研磨（cmp）

cmp是一种结合了化学反应和机械研磨的技术。在CMP过程中，研磨液与要抛光的材料先发生轻微化学反应，软化晶圆表面，再用机械研磨去除软化的材料，达到全局平坦化的目的。相对于Grinding，cmp的成本更昂贵。

湿法刻蚀

使用液态化学药剂来去除晶圆表面的材料。

干法刻蚀

使用等离子体产生的活性基团来去除晶圆表面的材料。

四种晶圆减薄方法的比较

Grinding

优点：快速去除大量材料，适合于初步减薄。

缺点：可能导致表面损伤和应力，通常需要后续工艺来改善表面质量。

CMP

优点：可实现极高的表面光洁度和平整度，适用于要求高精度的应用。

 

缺点：成本较高，过程控制复杂。

湿法蚀刻

优点：成本低，设备简单，操作容易。

缺点：蚀刻不够均匀，难以控制蚀刻深度和剖面，减薄后表面粗糙。

干法蚀刻

缺点：成本高，工艺复杂，减薄后表面粗糙。

晶圆减薄工艺难点

精确控制减薄厚度较难：晶圆的均匀厚度对于保证整批晶圆中的器件具有一致性至关重要。如果采用刻蚀的方法进行减薄，晶圆厚度的均匀性将得不到保障。

控制表面质量较难：减薄过程中经常会产生表面粗糙度过大、微裂纹，颗粒等其他表面缺陷。

应力控制较难：减薄过程中会引入热应力和机械应力，这些应力会导致晶圆弯曲、变形或产生内部缺陷等。

审核编辑：刘清