詳解硅片的研磨、拋光和清洗技術(shù)

引言

在半導(dǎo)體和LED的制造中，需要研磨以使晶片的厚度變薄，以及拋光以使表面成為鏡面。在半導(dǎo)體器件的制造中，半導(dǎo)體制造工藝包括:（1）從晶體生長(zhǎng)開始切割和拋光硅等，并將其加工成晶片形狀的工藝（晶片制造工藝）；（2）在晶片上形成IC的工藝（前一工藝）；以及（3）切割、組裝、檢查和安裝芯片的工藝（后一工藝）。在晶片制造過程中，通過雙面研磨、單面研磨、蝕刻等對(duì)從晶錠切片的晶片進(jìn)行厚度調(diào)節(jié)，以消除加工表面的變形，然后將晶片加工成鏡面。此外，存在用于使在前一工藝中制造的具有圖案的晶片的厚度均勻且薄的后研磨工藝。在背面研磨之后，在切割過程中進(jìn)行芯片化，并且在后處理中進(jìn)行安裝。研磨工藝和切割工藝是前一工藝和后一工藝之間的中間工藝，是提高附加值的中間工藝，如晶片減薄，應(yīng)力消除，以MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）晶片制造為代表的深挖蝕刻，減薄和重新布線。

本文介紹了硅片的研磨，拋光和清洗技術(shù)，這是中間工藝的需要。此外，我們還將介紹LED照明用藍(lán)寶石襯底和功率器件用碳化硅（SiC）襯底的研磨，拋光和清洗技術(shù)，這些技術(shù)有望成為下一代半導(dǎo)體，并已開始投入實(shí)際使用。

前工序和后工序的中間工序：

加速度傳感器和壓力傳感器等MEMS技術(shù)圖1利用半導(dǎo)體器件制造工藝的器件采用半導(dǎo)體制造技術(shù)在晶圓上大量制作。在制造器件之后，進(jìn)行重新布線或深挖蝕刻以使器件變薄或鏡面。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件制造不同，需要研磨切割以外的工藝，稱為中間工藝，如圖1。

中間工藝包括用于TSV的新技術(shù)，例如通過粘附支撐襯底使晶片變薄或形成凸塊。為了解決需要與常規(guī)工藝不同的工藝的問題，并且需要用于一致地處理研磨（減?。伖猓⊕伖猓┖颓鍧崳ㄇ鍧崳┑墓に?。

圖1 半導(dǎo)體器件制造工藝

研磨背面拋光

晶圓制造工藝的晶圓加工是用蠟將晶圓固定在圓形陶瓷塊上，稱為搭接表面板。研磨法是一種在圓形的表面板上澆注研磨劑，將表面板與晶圓表面摩擦在一起，調(diào)整厚度、平行度、表面粗糙度的加工方法。一般研磨后的晶圓，加工損傷層為10～15μm左右。因此，硅晶圓的加工方法一般是通過蝕刻處理去除加工損傷后再進(jìn)行拋光。

前道工序的最后，或后道工序的開始的背面研磨工序，用金剛石輪（磨石）加工晶圓，主要用于帶器件的晶圓減薄。加工損傷層小于1μm，無需蝕刻處理，直接拋光即可去除加工損傷。一般研磨加工稱為搭接拋光，背面研磨稱為背面研磨或BG，鏡面拋光加工稱為拋光加工或鏡面加工。

硅片鏡面加工是一種化學(xué)和機(jī)械拋光技術(shù)，稱為化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。在前一工藝的器件化過程中，用于多層布線的層間絕緣膜和金屬膜的平坦化處理的化學(xué)機(jī)械平坦化也表現(xiàn)為CMP。它們的縮寫都是CMP，經(jīng)常被誤解，但它們的加工目的，拋光設(shè)備，拋光劑和墊的種類等也不同。

MEMS晶片研磨、拋光和清洗的集成處理

MEMS是利用半導(dǎo)體制造技術(shù)制作而成，利用成膜、圖案形成、蝕刻等技術(shù)，將細(xì)微的電氣元件和機(jī)械元件編入一個(gè)基板上的部件。在制造器件之后，用于各種傳感器的晶片的背面被研磨以變薄。通過用保護(hù)帶保護(hù)其上形成有電路的晶片的電路表面來研磨晶片。此外，為了將硅玻璃等接合到用于傳感器的晶片的背面，需要將背面精加工成鏡面，并且需要使接合表面平滑。

硅晶片的精清洗采用RCA清洗。用SC-1洗滌液除去顆粒，用SC-2洗滌液除去金屬雜質(zhì)。為了清潔Si晶片的表面，需要去除顆粒、堿金屬和重金屬以及有機(jī)物質(zhì)和自然氧化物膜。RCA清洗工序多，需要大量的純水、藥液。為了減少和簡(jiǎn)化工藝數(shù)量，使用Frontier Cleaner系列等可用于單晶片清洗的新型RCA清洗液。這是一種新的RCA清洗液，可以用一種液體完成Si晶片的清洗，而不是傳統(tǒng)的兩種液體。為了降低成本和工藝數(shù)量，可以用于單晶片清洗方法，在傳統(tǒng)的分批式清洗方法中無法處理?？梢灾磺逑磫蚊?，適合于清洗薄型晶片、MEMS晶片和帶器件的晶片。

藍(lán)寶石襯底·SiC襯底的加工最新動(dòng)向

為了解決功率半導(dǎo)體制造商和傳感器半導(dǎo)體制造商要求SiC襯底具有與作為常規(guī)襯底材料的硅晶片相同的高精度和高質(zhì)量的問題，以便開發(fā)使用新材料SiC襯底的器件。

藍(lán)寶石襯底的C面和R面

藍(lán)寶石晶片包括C面晶片、R面晶片等，它們各自具有不同的用途。藍(lán)寶石C面被用作生長(zhǎng)用于LED的藍(lán)色LED（藍(lán)色發(fā)光二極管）的材料GaN（氮化鎵）的基板。LED壽命長(zhǎng)，可靠性高。然而，在成本方面，目前的燈泡和電燈之間存在5-20倍的差距，離廣泛普及還很遙遠(yuǎn)。然而，藍(lán)寶石襯底制造商正在迅速開發(fā)，以便目前的藍(lán)寶石C面4英寸至6英寸晶片將成為主流。藍(lán)寶石R面晶圓代替了用于智能手機(jī)、平板電腦的現(xiàn)有化合物SAW器件，提供一種能夠改善性能的裝置用基板。另外，SOS（藍(lán)寶石上硅）器件也備受關(guān)注。由于R面藍(lán)寶石襯底的普及，SAW器件已經(jīng)開發(fā)成產(chǎn)品并正在生產(chǎn)中。今后智能手機(jī)和平板電腦系統(tǒng)的PC將繼續(xù)普及，無線局域網(wǎng)和Wi-Fi等的普及也將不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)將進(jìn)一步量產(chǎn)。

SiC基板Si面c面

使用SiC晶片的功率半導(dǎo)體是用于將DC轉(zhuǎn)換為AC，將AC轉(zhuǎn)換為DC，頻率轉(zhuǎn)換，升壓/降壓等，并通過有效地轉(zhuǎn)換功率來執(zhí)行節(jié)能工作的器件。與常規(guī)Si功率器件相比，SiC在高溫操作、抗嚴(yán)環(huán)境操作、小型化、重量減輕、高性能和高效率方面是優(yōu)異的，并且預(yù)期在超過硅襯底功率器件的極限的區(qū)域中具有性能。SiC晶片的前表面和后表面具有不同的晶面，并且具有Si面和C面。一般來說，功率器件是在Si面上制作器件的。在研磨固定磨粒時(shí)，Si表面和C表面上的加工效率不變。但是，眾所周知，在拋光(CMP)加工中，Si面·C面的加工時(shí)間有很大差異。

SiC襯底和藍(lán)寶石襯底的清洗

為了解決以下問題:盡管CMP后的清洗通常通過目前用于清洗Si晶片的RCA清洗技術(shù)進(jìn)行，但隨著器件小型化的進(jìn)步，需要改進(jìn)。如果洗滌液可用于片狀洗滌裝置，例如新的RCA洗滌液，則與批量型洗滌液相比，可以降低洗滌條件等的評(píng)估成本。提高顆粒和金屬污染水平的藍(lán)寶石和SiC晶片的大直徑器件的微細(xì)化要求。為了解決這樣的問題，即表面檢查裝置專用于透明襯底的SiC、藍(lán)寶石等，并且難以檢測(cè)0.3μm或更小的可檢測(cè)顆粒尺寸。還需要提高清洗技術(shù)和提高評(píng)價(jià)技術(shù)。

總結(jié)

從使用硅晶圓的器件開始，使用作為下一代半導(dǎo)體器件的寬隙半導(dǎo)體的器件的實(shí)現(xiàn)從LED器件開始。正在進(jìn)行利用相同半導(dǎo)體制造技術(shù)的藍(lán)寶石襯底和SiC襯底的加工技術(shù)的開發(fā)。在半導(dǎo)體制造工藝中，晶片的拋光、研磨等部分通常是不受關(guān)注的工藝。為了解決由于封裝的小型化和減薄而導(dǎo)致的器件晶片的減薄、MEMS晶片的深蝕刻和重新布線等的要求，諸如背面研磨工藝、應(yīng)力消除工藝和拋光工藝的中間工藝變得引人注目。為了解決以下問題:由于硅器件的高功能和多功能化，制造工藝變得復(fù)雜，并且可以在最后的中間工藝中制造具有更高附加值的器件，在最后的中間工藝中可以將硅器件加工成晶片形狀。加工制造商需要從一個(gè)試制中提高生產(chǎn)效率，以生產(chǎn)少量和多品種的產(chǎn)品。使用藍(lán)寶石襯底和SiC襯底等的器件也被認(rèn)為與硅器件一樣，在高功能和微粉化方面取得了進(jìn)展。從研磨（減?。┑綊伖猓⊕伖猓┰俚骄吹囊粭l龍加工技術(shù)是推動(dòng)產(chǎn)品高附加值的關(guān)鍵。

　　審核編輯：湯梓紅