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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。
機械研磨因其高減薄率而成為最常見的晶圓減薄技術(shù)。研磨系統(tǒng)通常采用兩步工藝，先以極高的速度(5米/秒)進行粗磨，然后以較低的速度進行細(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，需要在機械研磨后進行額外的減薄工藝來提供可靠的薄晶片。這種最終的蝕刻和表面調(diào)節(jié)可以通過CMP、干法蝕刻或濕法化學(xué)蝕刻來完成。最具成本效益的工藝是濕法蝕刻。與機械研磨相比，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。對于金屬沉積，輕微的粗糙度將提高附著力。2對于晶片鍵合，需要非常光滑的表面。
本文對一些關(guān)鍵工藝參數(shù)進行了研究，以提供非常均勻的蝕刻和可控的表面光潔度，并對這些工藝進行了演示。
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實驗性
實驗是在SSEC 3300系統(tǒng)上進行的。在蝕刻過程中，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工藝步驟編程的參數(shù)。我們希望將重點放在對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，在市場上可以買到Spinetch D?；瘜W(xué)物質(zhì)的循環(huán)使用SSEC的開放式或封閉式收集環(huán)技術(shù)。
硅片厚度和TTV測量是在MTI Proforma 300SA上使用MTI獨有的推/拉電容技術(shù)完成的。整個晶片表面的自動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。流速對蝕刻速率幾乎沒有影響。
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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測量過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程中自動計算該值。
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表面粗糙度
進入的晶片的表面粗糙度取決于背面研磨工藝。對于這些實驗，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。對于這些實驗，我們決定通過測量蝕刻前后粗糙度的百分比變化來量化表面粗糙度。
表面粗糙度結(jié)果不可預(yù)測。參數(shù)估計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。
一般來說，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。