电科装备自研8英寸全自动晶圆减薄机已成功进入商业应用

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近日,北京经开区企业北京中电科电子装备有限公司(以下简称“电科装备”)自主研发的8英寸全自动晶圆减薄机产业化机型,成功进入国内某8英寸集成电路生产线,意味着国产集成电路封装设备在自主可控道路上又迈出关键一步。

电科装备自研8英寸全自动晶圆减薄机已成功进入商业应用

此前长期被国外垄断


从集成电路断面结构来看,大部分集成电路是在硅基体材料的浅表面层上制造。由于制造工艺的要求,对晶片的尺寸精度、几何精度、表面洁净度以及表面微晶格结构提出很高要求。


因此在几百道工艺流程中,不可采用较薄的晶片,只能采用一定厚度的晶片在工艺过程中传递、流片。


通常在集成电路封装前,需要对晶片背面多余的基体材料去除一定的厚度,以满足芯片封装厚度尺寸和表面粗糙度的要求。这一工艺过程称之为晶片背面减薄工艺,对应装备就是晶片减薄机,而该设备此前长期被国外垄断。

电科装备自研8英寸全自动晶圆减薄机已成功进入商业应用

实现国产化替代


电科装备依托国家科技重大专项技术成果,完成了8英寸全自动晶圆减薄机产业化机型的技术研发和改进,使产品的运行精度、可靠性有了质的提升,气浮主轴、气浮承片台、大直径回转工作台等核心零部件100%拥有自主知识产权,并成功进入国内某8英寸集成电路生产线。


预计在今年三季度,电科装备还将推出首台12英寸全自动晶圆减薄机产业化机型,实现8-12英寸全自动系列减薄设备国产化替代。今年底,电科装备12英寸全自动减薄抛光机也将交付客户,解决超薄晶圆加工领域“卡脖子”问题。


作为北京经开区集成电路产业领域的重点企业,电科装备是国家重大专项连续支持的国内集成电路领域减薄设备供应商,在集成电路晶圆、化合物、第三代半导体等应用领域国产装备占有率超过90%,具备高效的整机开发和产业化能力。


延伸阅读:晶圆减薄工艺与基本原理


减薄的目的


直径150mm(6寸)和200mm(8寸)的晶圆厚度分别为625um和725um,而直径为300mm硅片平均厚度达到775um。在晶圆中总厚度90%以上的衬底材料是为了保证晶圆在制造,测试和运送过程中有足够的强度。


晶圆减薄工艺的作用是对已完成功能的晶圆(主要是硅晶片)的背面基体材料进行磨削,去掉一定厚度的材料。有利于后续封装工艺的要求以及芯片的物理强度,散热性和尺寸要求。


晶圆减薄后对芯片有以下优点


1)散热效率显著提高,随着芯片结构越来越复杂,集成度越来越高,晶体管数量急剧增加,散热已逐渐称为影响芯片性能和寿命的关键因素。薄的芯片更有利于热量从衬底导出。


2)减小芯片封装体积。微电子产品日益向轻薄短小的方向发展,厚度的减小也相应地减小了芯片体积。


3)减少芯片内部应力。芯片厚度越厚芯片工作过程中由于热量的产生,使得芯片背面产生内应力。芯片热量升高,基体层之间的热差异性加剧,加大了芯片内应力,较大的内应力使芯片产生破裂。


4)提高电气性能。晶圆厚度越薄背面镀金使地平面越近,器件高频性能越好。


5)提高划片加工成品率。减薄硅片可以减轻封装划片时的加工量,避免划片中产生崩边、崩角等缺陷,降低芯片破损概率等。


2 减薄的工艺流程

电科装备自研8英寸全自动晶圆减薄机已成功进入商业应用

3 减薄的原理

电科装备自研8英寸全自动晶圆减薄机已成功进入商业应用

国际当前主流晶圆减薄机的整体技术采用了In-Feed磨削原理设计。该技术基本原理是,采用了晶圆自旋,磨轮系统以极低速进给方式磨削。


具体步骤是把所要加工的晶圆粘接到减薄膜上,然后把减薄膜及上面芯片利用真空吸附到多孔陶瓷承片台上,杯形金刚石砂轮工作面的内外圆舟中线调整到硅片的中心位置,硅片和砂轮绕各自的轴线回转,进行切进磨削。磨削深度Tw与砂轮轴向给进速度f 和硅片转速nw关系为


Tw =f/Nw     (1)


根据(1)式,对于给定的磨轮轴向进给速度f,提高硅片转速Nw,可以减小晶圆磨削深度。


目前国际主流的晶圆减薄机,其磨轮轴向进给速度可以控制在1um/min以内。如果晶圆转速为200r/min,则晶圆每转的磨削深度只有0.005um,达到了微量切深的塑性磨削条件。


磨削过程可以分为三个阶段


第一粗磨阶段:使用的金刚砂轮磨料粒度大,砂轮每转的进给量大,单个磨粒的切深度大于临界切削深度。是典型的脆性域磨削。采用相对较大的进给速度,主要考虑提高加工效率。这个阶段占总减薄量的94%左右。这个过程会引起较大的晶格损伤,边缘崩边。


第二精磨阶段:所使用的砂轮磨料力度很小,砂轮每转的给进量很小,一部分磨粒的切深小于临界切削深度,属于延性域切削。另一部分的切深大于临界切削深度,属于脆性域切削。给进速度降低,可以消除前端粗磨产生的损伤,崩边等现象。占这总磨削量的6%。


第三抛光:最后数微米采用精磨抛光,磨削深度小于0.1um,已进入延性域加工范围,此时材料加工表现为先变形,再撕裂的化学变化的方式。


文章来源: 北京亦庄,秦岭农民

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