背面减薄工艺优化探讨

对于PT-IGBT或PIC芯片而言，由于p型衬底较厚，导致其串联电阻和热阻都很大，不利于散热和减小装配时的热应力，而且硅片较厚时不容易划片。所以，在芯片正面工艺完成后，需要对背面进行减薄，以降低衬底的厚度。对于NPT-IGBT或FS-IGBT，由于采用区熔单晶作为衬底，导致n^-区较厚。为了降低其通态损耗，在形成背面的p⁺集电区或n FS层之前，也必须减薄n^-区。减薄的厚度可根据特性设计和工艺设备容限的要求而定。

背面减薄技术有磨削、研磨、干式抛光（Dry Polishing）、化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）、电化学腐蚀（Electrochemical Etching）、湿法腐蚀（Wet Etching，WE）、等离子增强化学腐蚀（Plasma-Enhanced Chemi-cal Etching，PECE）、常压等离子腐蚀（Atmosphere Downstream Plasma Etching，ADPE）等。

1.标准的减薄工艺

减薄工艺一般采用机械磨削法，是利用固定在特定模具上尺寸适宜的金刚砂轮对硅片背面进行磨削，标准的减薄工艺流程包括贴片、磨片（粗磨、细磨）及腐蚀，这三道工序相互配合可得到最终所要求的厚度、最小的厚度变化以及最优的表面品质。机械磨削不可避免地会造成硅片表面损伤。表面损伤层分为有微裂纹的非晶层、较深的晶格位错层及弹性变形层。粗磨、细磨后，硅片背面仍留有深度为15～20μm的微损伤及微裂纹，会严重影响硅片的强度。因此，磨片后还需要用腐蚀法来去除硅片背面残留的晶格损伤层，避免因残余应力引起硅片翘曲而发生碎裂。

减薄后的硅片被送进划片机进行划片，划片槽的断面往往比较粗糙，通常存在少量微裂纹和凹坑，对芯片后续加工过程中的碎裂有直接影响。采用非机械接触加工的激光划片技术可避免机械划片所产生的微裂痕、碎片等现象，大大提高成品率。(www.xing528.com)

2.背面减薄新技术

为了减少划片工艺对芯片的损伤，目前已提出了新减薄划片技术，如划后减薄（Dicing Before Grinding，DBG）法和减薄划片（Dicing By Thinning，DBT）法^[31]。划后减薄法是在背面磨削之前将硅片的正面切割出一定深度的切口，然后再进行背面磨削；减薄划片法是在减薄之前，先用机械或化学的方式在正面切割出切口，再用磨削方法减薄到一定厚度以后，采用常压等离子体腐蚀技术去除掉剩余加工量，实现芯片的自动分离。这两种方法可以很好地避免或减少因减薄引起的硅片翘曲以及划片引起的芯片边缘损伤。特别对于DBT技术，各向同性的Si刻蚀剂不仅能去除硅片背面研磨损伤，而且能除去芯片边缘由于划片引起的微裂缝和凹槽，大大增强了芯片的抗碎裂能力。这两种方法多用于PIC芯片的制造。

IGBT芯片减薄时，通常采用大面积减薄和局部减薄两种技术。局部减薄技术是采用直径小于硅片直径的磨削头进行机械磨片，使得硅片背面实现局部减薄，即硅片圆周处形成台阶、而中央部分很薄，以便于芯片分割。