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薄晶片已經(jīng)成為各種新型微電子產(chǎn)品的基本需求。這些產(chǎn)品包括用于RFID系統(tǒng)的功率器件、分立半導(dǎo)體、光電元件和集成電路。此外，向堆疊管芯組件的轉(zhuǎn)變、垂直系統(tǒng)集成和MEMS器件中的新概念要求晶片厚度薄至小于150 μm。
機(jī)械研磨因其高減薄率而成為最常見(jiàn)的晶圓減薄技術(shù)。研磨系統(tǒng)通常采用兩步工藝，先以極高的速度(5米/秒)進(jìn)行粗磨，然后以較低的速度進(jìn)行細(xì)磨(￡ 1米/秒)以去除由粗磨步驟產(chǎn)生的大部分損傷層。然而，在晶片表面附近仍然存在缺陷帶。該缺陷區(qū)的厚度取決于磨削條件。這些殘余缺陷會(huì)在變薄的晶片中產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致額外的彎曲，并導(dǎo)致晶片破裂。
由于殘留的缺陷層和表面粗糙度，需要在機(jī)械研磨后進(jìn)行額外的減薄工藝來(lái)提供可靠的薄晶片。這種最終的蝕刻和表面調(diào)節(jié)可以通過(guò)CMP、干法蝕刻或濕法化學(xué)蝕刻來(lái)完成。最具成本效益的工藝是濕法蝕刻。與機(jī)械研磨相比，在背面使用最終濕法蝕刻工藝減薄的晶片將具有更小的應(yīng)力。將減少晶片破損，并且在切割之后，芯片將具有更少的裂縫和碎片。
根據(jù)晶片背面的后續(xù)工藝，表面的最佳粗糙度或光滑度可能不同。對(duì)于金屬沉積，輕微的粗糙度將提高附著力。2對(duì)于晶片鍵合，需要非常光滑的表面。
本文對(duì)一些關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行了研究，以提供非常均勻的蝕刻和可控的表面光潔度，并對(duì)這些工藝進(jìn)行了演示。
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實(shí)驗(yàn)性
實(shí)驗(yàn)是在SSEC 3300系統(tǒng)上進(jìn)行的。在蝕刻過(guò)程中，有許多工藝參數(shù)可以改變。出于本研究的目的，使用了單一的蝕刻化學(xué)物質(zhì)。溫度、流速、分配曲線、旋轉(zhuǎn)速度和室排氣是可以通過(guò)工藝步驟編程的參數(shù)。我們希望將重點(diǎn)放在對(duì)工藝影響最大的工具參數(shù)上，因此選擇了溫度、旋轉(zhuǎn)速度和流速。
所用的化學(xué)物質(zhì)是氫氟酸、硝酸、硫酸和磷酸的混合物，在市場(chǎng)上可以買到Spinetch D?；瘜W(xué)物質(zhì)的循環(huán)使用SSEC的開(kāi)放式或封閉式收集環(huán)技術(shù)。
硅片厚度和TTV測(cè)量是在MTI Proforma 300SA上使用MTI獨(dú)有的推/拉電容技術(shù)完成的。整個(gè)晶片表面的自動(dòng)掃描提供了蝕刻前后晶片厚度的完整繪圖。掃描圖案上的間距是8毫米。
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結(jié)果
蝕刻速率
在所研究的參數(shù)范圍內(nèi)，硅蝕刻速率取決于旋轉(zhuǎn)速度，其次是溫度。下面顯示了響應(yīng)面圖以及參數(shù)估計(jì)值。
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圖3 刻蝕速率作為溫度和旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)的響應(yīng)曲面圖
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在較高的旋轉(zhuǎn)速度下獲得較高的蝕刻速率。正如所預(yù)料的那樣，蝕刻速率也隨著溫度的升高而增加。流速對(duì)蝕刻速率幾乎沒(méi)有影響。
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圖4
TTV(總厚度變化)
根據(jù)ASTM F657，TTV被定義為在掃描模式或一系列點(diǎn)測(cè)量過(guò)程中遇到的厚度的最大值和最小值之間的差。MTI形式300SA在掃描前和掃描后的分析過(guò)程中自動(dòng)計(jì)算該值。
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表面粗糙度
進(jìn)入的晶片的表面粗糙度取決于背面研磨工藝。對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)，我們使用粗磨(325粒度砂輪)的晶片，根據(jù)我們使用的掃描參數(shù)，其Ra值約為2000。對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)，我們決定通過(guò)測(cè)量蝕刻前后粗糙度的百分比變化來(lái)量化表面粗糙度。
表面粗糙度結(jié)果不可預(yù)測(cè)。參數(shù)估計(jì)表明溫度是主要影響因素，其次是流速。然而，p值相當(dāng)高，表明與數(shù)據(jù)擬合不佳。
一般來(lái)說(shuō)，我們看到蝕刻后的表面變得“光滑”了。響應(yīng)表面圖顯示了蝕刻后表面粗糙度降低的百分比。溫度越低，似乎越平滑。
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總結(jié)
在單晶片旋轉(zhuǎn)處理器中硅的濕法化學(xué)蝕刻提供了硅的均勻去除并降低了表面粗糙度。發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度和溫度是控制蝕刻速率的關(guān)鍵參數(shù)。表面粗糙度在較低溫度下得到改善。較高紡絲速度和較低溫度的最佳工藝提供了優(yōu)異的結(jié)果。