摘要：在半导体制造流程中，晶圆在前端工艺阶段需保持一定厚度，以确保其在流片过程中的结构稳定性，避免弯曲变形，并为芯片制造工艺提供操作便利。不同规格晶圆的原始厚度存在差异：4 英寸晶圆厚度约为 520 微米，6 英寸晶圆厚度约为 670 微米，8 英寸晶圆厚度约为 7

半导体工程师 2025年05月05日 09:03 北京

减薄的作用

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在半导体制造流程中，晶圆在前端工艺阶段需保持一定厚度，以确保其在流片过程中的结构稳定性，避免弯曲变形，并为芯片制造工艺提供操作便利。不同规格晶圆的原始厚度存在差异：4 英寸晶圆厚度约为 520 微米，6 英寸晶圆厚度约为 670 微米，8 英寸晶圆厚度约为 725 微米，12 英寸晶圆厚度约为 775 微米。尽管芯片功能层的制备仅涉及晶圆表面几微米范围，但完整厚度的晶圆更有利于保障复杂工艺的顺利进行。直至芯片前制程完成后，晶圆才会进入封装环节进行减薄处理。

晶圆翘曲

封装阶段对晶圆进行减薄主要基于多重考量。从划片工艺角度，较厚晶圆硬度较高，在传统机械切割时易出现划片不均、裂片等问题，显著提升不良率；而减薄后的晶圆硬度降低，能够实现更精准、高效的分离，大幅提升划片质量与效率。随着电子设备向轻薄化方向发展，封装厚度已成为关键指标，尤其在芯片堆叠技术中，晶圆减薄能够有效降低整体封装厚度，满足可穿戴设备、移动终端等微型电子产品的需求。同时，晶圆制造过程中背面形成的氧化层会影响芯片键合质量，减薄工艺可有效去除氧化层，为键合提供洁净、平整的表面，确保电气连接的可靠性。此外，减薄能够缩短芯片工作时的热量传导路径，加速散热，避免因高温导致的性能衰退与寿命缩短，提升芯片长期运行的稳定性。

不同封装结构对晶圆减薄厚度的要求存在显著差异。DIP封装通常将晶圆减薄至约300微米；BGA封装减薄范围在120 - 250微米；而在先进的叠层封装中，芯片厚度甚至可薄至30微米以下，以满足高密度集成需求。

在芯片切割环节，传统流程是先在晶圆背面粘贴蓝膜并固定于钢制框架（即晶圆黏片工艺），随后采用机械切割或激光切割进行分离。机械切割使用高速旋转的金刚石磨轮刀片，但易在晶圆表面产生应力导致崩裂；激光切割则通过聚焦激光在晶圆内部形成变质层，配合胶膜扩展实现晶粒分离，显著降低对硅片的损伤。

随着工艺创新，“先划片后减薄”（DBG）与“减薄划片”（DBT）技术应运而生。DBG工艺先在晶圆正面切割出一定深度的切口，再进行背面磨削；DBT技术则是预先形成切割切口，通过磨削减薄后利用ADPE腐蚀去除剩余材料，实现裸芯片自动分离。这两种方法有效规避了传统工艺中减薄导致的硅片翘曲与划片造成的芯片边沿损伤问题。其中，DBT技术凭借各向同性Si刻蚀剂，既能消除背面研磨损伤，又能修复芯片微裂与凹槽，大幅提升芯片抗碎裂性能。在此基础上发展的DBG加DAF切割技术，通过在DBG处理后的晶圆背面粘贴DAF（直接黏合膜），并对DAF进行单独激光切割，进一步优化了晶粒对齐精度，显著提升加工质量，成为先进封装工艺中的关键技术突破。

如图所示，晶圆减薄到一定厚度后会像纸张一样弯曲变形。

主要减薄技术

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目前，硅片的背面减薄技术种类多样，主要包括磨削、研磨、干法抛光、化学机械抛光（CMP）、湿法腐蚀、等离子增强化学腐蚀（PECE）、常压等离子腐蚀（ADPE）等方法。

硅片磨削工艺：该工艺通过砂轮在硅片表面旋转施压，使硅片表面经历损伤、破裂，最终实现材料移除，达到减薄目的。其显著优势在于加工效率高，减薄后硅片平整度良好，且成本相对较低。然而，这种工艺也存在明显弊端，磨削后的硅片表面会产生深达几微米的损伤层，这不仅会降低器件的可靠性和稳定性，还会在样品表面残留应力，致使硅片发生翘曲。因此，通常需要后续工艺来消除损伤层和残余应力，以保证硅片的质量。

硅片研磨工艺：硅片研磨工艺一般是指在低速条件下，使用松散研磨粉（膏）作为研磨剂进行的多种表面精加工操作。经过研磨后的硅片表面通常会呈现出微小的火山坑，表面灰暗而无光亮感。与磨削工艺相比，二者存在一些差异。磨削工艺压力较大，研磨剂固定在砂轮上；而研磨工艺的研磨剂分布在研磨轮与样品之间。此外，磨削工艺的材料去除速度比研磨更高。

化学机械抛光：综合运用机械、化学或电化学作用，通过降低工件表面粗糙度，得到光亮、平整的加工表面。该工艺属于 “湿” 加工，使用精细的微米或亚微米磨料颗粒与液体，并利用衬垫容纳磨料，抛光时材料去除量以微米为单位。它对工件预处理要求较高，需工件表面预先达到较低粗糙度，加工后能使样品表面呈镜面效果。虽然该工艺能有效改善晶圆表面平整度，减少表面缺陷，但存在加工效率低、成本高的问题。

干式抛光技术：原理与硅片磨削类似，区别在于采用纤维和金属氧化物制成的抛光轮替代金刚石砂轮。它可去除硅片磨削产生的损伤，实现纳米和亚纳米级镜面加工，具有成本优势。不过其工艺效率较低，处理速度慢，更适合去除较浅的损伤层，在需要大量减薄材料的情况下难以发挥主要作用。

湿法化学腐蚀：通过腐蚀液与硅片发生化学反应实现减薄，常用的腐蚀液有酸性体系，如硝酸、冰乙酸与氢氟酸混合液，以及碱性体系，如氢氧化钾溶液。这种工艺的优点是化学腐蚀后的硅片表面无损伤、无晶格位错，有助于提高硅片强度，减少翘曲变形。但应用时需要保护硅片正面，防止受到腐蚀液侵蚀，且对磨削条纹的校正能力较弱，限制了其在复杂表面处理场景中的单独使用。

常压等离子腐蚀：是一种在常压下工作的纯化学干式腐蚀技术，以氩气为环境气体，将 CF₄气体电离分解，硅片表面材料与氟发生化学反应生成气态 SiF₄，从而实现材料去除。该技术无需保护硅片正面，特别适合加工较薄硅片和带有凸起结构的硅片，能有效去除磨削损伤层，背面材料去除量可达 50 - 100μm，加工后的表面平整性优于湿法化学腐蚀。然而，该技术设备成本较高，工艺参数控制要求也很严格。

在实际晶圆减薄生产中，多采用组合工艺来确保加工精度与效率。例如，若需将硅片从初始的 300μm 减薄至 120μm，可先通过高效的磨削工艺去除大部分材料，将硅片厚度削减至 160μm 左右。此时，硅片表面因磨削产生损伤层与残余应力，就需要根据后续产品性能要求，从化学机械抛光、湿法化学腐蚀、常压等离子腐蚀或干式抛光等工艺中，选择一种或多种进行精细处理。

常见的工艺组合方案有“背面磨削 + 化学机械抛光”“背面磨削 + 湿法化学腐蚀”“背面磨削 + 常压等离子腐蚀”“背面磨削 + 干式抛光”。以“背面磨削 + 化学机械抛光”为例，前者快速去除大量材料，后者能有效降低表面粗糙度至纳米级，适用于对表面平整度要求极高的芯片制造；而“背面磨削 + 常压等离子腐蚀”组合，在处理带有复杂微结构的超薄晶圆时更具优势，既能高效减薄，又能保证结构完整性。根据不同的产品需求与工艺标准，灵活搭配这些组合方案，可实现晶圆减薄的高效化与高质量化。

磨削减薄

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磨削减薄技术凭借其高效的材料去除能力、优异的表面平整度控制及相对经济的生产成本，成为晶圆减薄工序的核心技术方案。

1.硅片自旋转磨削技术的迭代与创新

硅片减薄技术的发展历程反映了半导体产业对加工精度与效率的持续追求。早期，旋转工作台磨削技术主要应用于小尺寸硅片（直径100mm以下）的背面减薄，但随着硅片尺寸向大直径发展，该技术在加工效率、厚度均匀性等方面的局限性日益凸显。1988年，Matsui等人提出的硅片自旋转磨削减薄技术，为大尺寸硅片的超薄加工提供了新途径。

该技术通过硅片的自主旋转与研磨砂轮的协同运动，实现了材料的高效去除与表面质量的精确控制。以300mm硅片为例，当原始厚度为750μm时，采用硅片自旋转磨削技术，可在约90秒内将其厚度减至180μm，厚度均匀性控制在±0.3μm以内，表面粗糙度Ra可低至2 - 4纳米，能够满足高端芯片制造对晶圆表面质量的严苛要求。

然而，由于硅片边缘倒角结构的特殊性，在磨削过程中容易出现边缘崩碎等缺陷。为解决这一问题，TAIKO工艺应运而生。该工艺通过在晶圆工作台边缘设置特殊保护环，在磨削时保留晶圆边缘约3mm区域，有效增强了硅片的机械强度，降低了薄型晶圆的破损风险，同时显著改善了晶圆的翘曲变形问题。

2. 磨削减薄工艺流程

1) 晶圆表面防护贴膜：在进行背面研磨之前，对晶圆正面的精密电路与器件进行保护至关重要。目前，行业普遍采用贴膜机完成晶圆贴膜操作。具体流程为：首先将晶圆正面朝上放置于贴膜机工作平台，随后将保护膜从卷轴上平稳拉出，覆盖在晶圆表面，通过滚轴的均匀滚压，使保护膜与晶圆表面紧密贴合，最后利用切割装置沿晶圆边缘将多余的保护膜切除，将完成贴膜的晶圆放入晶圆盒备用。

保护膜通常由膜层和胶层组成，胶层的黏性特性决定了其与晶圆表面的贴合效果。根据解胶方式的不同，保护膜可分为紫外线解胶型和热解胶型等。紫外线解胶型保护膜在特定波长紫外线照射下，胶层的黏性会迅速降低；而对于对紫外线敏感的集成电路产品，则需采用热解胶型保护膜，通过加热的方式实现解胶分离。

2) 背面研磨加工处理：完成贴膜的晶圆被转移至研磨设备的陶瓷多孔真空贴片盘上，贴片盘通过真空吸附作用固定晶圆，并带动其高速旋转。与此同时，研磨砂轮在伺服系统的精确控制下，以设定的压力与转速对晶圆背面进行研磨加工。

研磨过程分为粗磨和精磨两个阶段。粗磨阶段使用大粒度砂轮，以较高的材料去除速率快速削减晶圆厚度；精磨阶段则采用小粒度砂轮，对晶圆表面进行精细研磨，进一步降低表面粗糙度，提高表面平整度。通过粗、精磨的配合，能够在保证加工效率的同时，实现晶圆表面质量的精准控制。

3) 保护膜去除工艺：研磨完成后，首先对晶圆进行清洗和干燥处理，以去除表面残留的研磨碎屑和冷却液。随后，根据保护膜的类型选择合适的解胶方式。对于紫外线解胶型保护膜，通过特定波长的紫外线照射，使胶层失去黏性；对于热解胶型保护膜，则将晶圆加热至一定温度，实现胶层的软化与分离。

解胶后的晶圆正面朝上放置于去膜设备平台，利用具有黏性的剥离膜将保护膜从晶圆表面揭除。为防止剥离过程中产生的静电对晶圆造成损伤，整个操作过程需在离子风环境下进行。随着晶圆厚度的不断减薄，其机械强度下降，在加工过程中更易发生变形，因此在去膜过程中需严格控制操作力度与环境条件，确保晶圆的完整性。

来源于学习那些事，作者前路漫漫

半导体工程师

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来源：芯片测试赵工