半导体晶圆背面研磨：深度技术指南一

随着对更小、更快、更节能的器件的需求不断增长，对更薄晶圆的需求也变得日益重要。晶圆背面研磨（也称为晶圆减薄 ）通过控制晶圆厚度，在实现这一目标中发挥着至关重要的作用。晶圆厚度控制是制造超薄晶圆的必要条件，而超薄晶圆则用于在紧凑型电子设备中实现比例协调、高密度封装。半导体晶圆背面研磨（Back Grinding, BG）是先进封装与3D集成中的关键薄化工艺。尤其对于混合键合工艺，背磨质量直接决定后续贴膜、贴片、混合键合、热压堆叠的可靠性与良率。

一.什么是晶圆背面研磨？
  该工艺包括研磨晶圆背面（半导体芯片的形成部位），以减薄晶圆。晶圆的初始厚度约为 700 微米，但必须减薄至 100 微米以下， 才能在封装和模块化过程中最大限度地提高空间利用率。

晶圆背面研磨机是一种专门用于该工艺并确保厚度均匀的专用设备。由于它要求表面光滑平整，无微裂纹，因此研磨机的刚性、减振性能和冷却技术至关重要。

前端工艺和晶圆测试完成后，晶圆进入后端工艺，首先进行背面研磨。背面研磨是指减薄晶圆背面的步骤。这不仅仅是降低晶圆厚度，它连接了前端和后端工艺，以解决两个工艺中都存在的问题。半导体芯片越薄，堆叠层数（芯片堆叠）就可以越高，从而提高集成度。然而，随着集成度的提高，功能性会降低，但与此同时，产品性能又必须通过提高集成度来提升，这二者之间存在矛盾。因此，决定晶圆厚度的研磨方法成为降低单个半导体芯片成本和决定产品质量的关键因素之一。

二、为什么要做晶圆背面研磨？

在前道完成晶体管制造后，晶圆厚度通常：200mm：约 725 μm   300mm：约 775 μm. 但先进封装要求：

• 逻辑芯片：50–100 μm

• 存储芯片（HBM）：30–50 μm

• 3D stacking：<30 μm

• Fan-out：甚至 <20 μm

研磨的主要目的：

1. 降低封装高度

2. 降低热阻

3. 缩短TSV长度

4. 提升堆叠密度

5. 提升混合键合对准精度（厚度均匀性极其关键）

三、背磨整体工艺流程

正面保护 → 贴背磨胶带 → 粗磨 → 精磨 → 应力释放 → 清洗 → UV解胶 → 后续工艺

     很多人常常把晶圆切割和晶圆背面研磨混淆。虽然晶圆背面研磨和晶圆切割都是半导体器件制造中的重要工序，但它们并不相同。晶圆经过背面研磨减薄后，需要使用切割锯将其切割成单个芯片。切割锯利用高速刀片切割晶圆，形成可进一步加工和组装成完整半导体器件的单个芯片。切割工序至关重要，它能确保芯片切割精准且无损伤，否则会影响器件的性能和可靠性。

  四.背面研磨主要分为三个工序。

1.进行胶带层压，即将胶带贴附到晶圆上。 → 2.研磨晶圆背面。然后，在切割工序（将芯片从晶圆上分离） → 3.进行晶圆贴装，即将晶圆放置在胶带上。晶圆贴装本质上是芯片切割的准备步骤，因此有时会包含在切割工序中。近年来，随着芯片厚度的减小，工序顺序发生了变化，每个工序也变得更加专业化。

背面研磨的第一步是覆膜。这是一种涂覆工艺，即将涂有粘合剂的胶带贴在晶圆正面。在背面研磨过程中，硅粉（硅化合物）会向各个方向扩散，研磨力有时会导致晶圆破裂或翘曲。晶圆表面积越大，越容易出现这种现象。因此，在进行背面研磨之前，必须用一层薄薄的蓝色抗紫外线胶带保护晶圆。

背面研磨后，必须去除贴在晶圆上的胶带。层压过程中，必须提高胶带的粘合强度，以防止晶圆和胶带之间出现缝隙或气泡。然而，这需要将胶带表面暴露于紫外线下以降低粘合强度。剥离后，任何残留的胶带都不应留在晶圆表面。有时会使用非紫外线胶带，但它们的粘合强度较低且容易产生气泡。这虽然有很多缺点，但价格也更便宜。凸点胶带的厚度约为紫外线胶带的两倍，目前也在使用，预计未来其使用量将会增加。

经过背面研磨后，晶圆的厚度从通常的 800-700 微米减薄至 80-70 微米，减薄至约十分之一厚度的晶圆堆叠成 4-6 层。近年来，在第一次研磨后，晶圆再次减薄至约 20 微米，即五分之一厚度，并堆叠成 16 层或 32 层。这种多层半导体结构被称为 MCP（多芯片封装，这是一个垂直轴结构术语）。在这种情况下，即使是多层结构，最终封装的总高度也必须在 1.4 毫米以内，因此晶圆必须切割得更薄才能满足高度要求。随着晶圆厚度的减小，缺陷率也会增加，从而难以进行后续工序，因此需要高水平的技术。

来源 DIY自动化工程师

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