濕法蝕刻在硅片減薄中的作用

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的晶圓減薄技術(shù)。1商用研磨系統(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(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。

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(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。化學(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)。

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。

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)，我們決定通過測(cè)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(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。

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。

審核編輯：湯梓紅