为薄型封装创建稳定和灵活的芯片.doc

为薄型封装创建稳定和灵活的芯片最近几年，晶圆减薄已成为半导体工业的一种关键技术。它有助于开发诸如智能卡和视频识别（RFID）器件等技术，并已成为在必威体育精装版型的移动电话、个人数字助理（PDA）和其他小型、轻便且功能强大的电子设备中日趋流行的堆栈式芯片封装的一种重要方法。 　在晶圆减薄到100?mm以下时，?制造商必须利用一种超出机械背面磨削以外的减薄新方法，他们也必须更多地关心诸如晶圆的抗断强度、柔韧性、粗糙度和切片质量等各种参数。本文将详细叙述晶圆减薄之后在机械特性方面的研究成果，同时讨论哪些参数对可行的薄型封装来说是最重要的。 　从材料的观点来看，硅的特性是非常稳定的，但它很脆，以至于硅晶圆会显示出某种脆性。尤其是在晶圆减薄工艺过程中，晶圆需要进行机械的拉伸。晶圆级的稳定性是晶圆破损率的主要因素。不过，对后道工艺和产品应用来说，芯片级的稳定性才是最关键的。 　有几种产品使用的芯片需要具有抗断强度或柔韧性，例如智能卡和其他类似的应用。其两个主要方面，即芯片的机械特性和封装的机械特性，他们之间会相互影响。本文则重点介绍硅芯片的机械特性。? 　芯片强度的测量 　有许多测量芯片强度的方法，而且要对不同测量系统的结果进行比较是很困难的。确实没有对或错的测量方法，但是你必须记住你所使用的是哪一种系统。大体上，我们需要在晶圆减薄工艺的过程中以不同的工艺流程检查抗断强度。我们采用的更为理想的方法是滚环方法；另一种通用的技术则是三点弯曲度方法。 　　滚环方法（图1）是将一个球压在一个芯片上，并以1mm/min的速度慢慢向前滚动。持续测量力量和运动，直到芯片裂缝。由于芯片边缘离滚环足够远，这种方法受切片质量的影响较小。 有时我们采用三点弯曲度试验（图2），因为这更接近于芯片在现实世界应用中承受的类似压力。对于一些应用来说，柔韧性是芯片的最重要的特性。但是，还有一些可以导致实际应用中芯片失败或成功的其他参数。这种方法是用第三棒压在芯片上。再一次进行1mm/min速度的测量，其方法类似于滚环方法。该系统由一台PC进行控制，它继续不断地将所有芯片的数据存储起来。 如前所述，硅是一种非常脆的材料。众所周知，相对于平均力量其抗断强度的分布是不均匀的。最为通用的分布是韦伯（Weibull）分布（图3）：破损与抗断强度的概率（以双对数表示）。我们使Faverage（算术平均值），有时使用Fmedian（芯片破裂力的63.2%）以得到更多关于分布的信息。 了解一个应用很有可能出现的压力是至关重要的。例如，一张信用卡必须能够维持若干年的功能不变，同时必须对付来自日常生活和每日使用的力量。另一方面，行李标签很可能只在若干天内发挥作用。芯片的大小也是一个因素：一个面积为0.8?mm×0.9mm的芯片将不会受到诸如行李标签的弯曲度造成的许多压力。如果你把一个能够识别你的指纹的按钮芯片放在一张信用卡上，它就必须承受通常信用卡所带来的弯曲力。因此，在这里你就需要一定的稳定性和柔韧性。 ???????我们认为，柔韧性是更重要的特性。使一张智能卡弯曲的力正是日常生活中的司空见惯的事情。你的信用卡会被弯曲。施加在你的上衣或口袋的力量总是大于芯片的抗断强度。因此，唯一的选择是芯片要具有柔韧性和能够弯曲。 　　在大多数情况下，主动面的抗断强度非常高，几乎像未处理的正面的抗断强度一样高。这就是为什么芯片稳定性的主要因素可以归结为背面处理的原因。因此，我们常常都不能达到一个极限。在芯片中可以达到的最高的抗断强度是多少呢？为了回答这个问题，我们必须首先看看不同厚度的晶圆可以达到的抗断强度。 　　厚度与强度的对比 　　为了显示与晶圆厚度有关的芯片抗断强度，我们使用初始厚度为675?mm的6英寸晶圆进行实验。我们使用了滚环方法（图4a）和三点弯曲度方法（图4b）测量抗断强度，两者都得到了类似的结果。 这个结果有两个值得注意的主要方面： 　　1.?通过去除初始厚度的7%，我们在抗断强度方面失去了60%以上。因此，不仅仅是厚度决定着抗断强度；最具决定性的影响来自背面处理。 　　2.?假定一个芯片对背面进行了研磨，随着厚度的减少抗断强度急剧减小。如果我们减少了30%（188?mm）的厚度，强度将减小4%-7%。 　　背面处理与强度的对比 　　芯片的背面稳定性是我们发现的最具决定性的参数，注意各种背面处理并对芯片稳定性值进行一下比较。在这些研究中，我们使用了下列工艺方法：粗研磨，精研磨，压力释放和切片。（注意：有若干能够进行压力释放的不同工艺。） 　　图5显示了各种背面处理的对比，及其所导致的抗断强度。作为基准的10?mm旋转蚀刻，通过化学机械抛光（CMP）和电浆蚀刻技术能够达到类似的强度。CMP显示了进一步的潜力，但是最高抗断强度是以25?mm旋转蚀刻工艺实现的。我们知道