Ультратонкие / Taiko пластины
Ультратонкие пластины (до 20 мкм) для 3D-IC, силовых приборов. Процесс Taiko с кольцом жесткости.
Что такое утонение сверхтонких пластин?
Утонение сверхтонких пластин — это механическое, химическое и плазменное уменьшение толщины кремниевой пластины стандартной толщины (725–775μm) до конечной толщины вплоть до 20μm — тоньше человеческого волоса. Эта возможность лежит в основе современных технологий полупроводниковой сборки, включая 3D-IC-стекирование, сквозные кремниевые переходы (TSV), датчики изображения с обратной подсветкой и высоковольтные силовые приборы, где уменьшение толщины подложки напрямую снижает электрическое сопротивление, улучшает отвод тепла и уменьшает высоту корпуса.
Обычная шлифовка с обратной стороны позволяет уменьшить толщину пластины примерно до 50–100μm, но ниже этого порога пластина становится слишком хрупкой для обработки — она изгибается под собственным весом и разрушается при малейшем механическом воздействии. Процесс Taiko, впервые предложенный компанией DISCO Corporation, решает эту проблему, оставляя полнотолщинное опорное кольцо (шириной 2–3mm) по краю пластины и утоняя только центральную область приборов. Это кольцо служит структурной рамкой, позволяя пластине выдерживать последующие этапы литографии, травления, осаждения и формирования TSV без приклеивания к носителю.
В GINECHIP мы предлагаем полный спектр услуг по утонению пластин: от стандартной шлифовки обратной стороны (100–200μm) до сверхтонкого утонения (20μm) и процесса Taiko (минимальная утоненная область 30μm) для диаметров 200mm и 300mm. Наш технологический процесс объединяет черновое шлифование, чистовое шлифование, CMP или сухую полировку, снятие напряжений и ламинирование ленты для резки — всё выполняется в условиях чистого помещения Class 1 с полной метрологией на каждом этапе.
Процесс Taiko для пластин
Процесс Taiko (названный в честь японского барабана, форму которого он напоминает) избирательно утоняет центральную область пластины, оставляя по периферии кольцо полной толщины. Это изящное решение обеспечивает механическую жёсткость без затрат и сложности временного приклеивания и отклеивания носителя.
Неутоненное внешнее кольцо служит структурной рамкой. Оно сохраняет жёсткость пластины, предотвращает сколы кромки и позволяет обрабатывать пластину стандартной автоматикой фабрики — без носителя.
Углублённая центральная область проходит полную последовательность утонения: черновое шлифование → чистовое шлифование → снятие напряжений → CMP. Именно здесь выполняются TSV, металлизация обратной стороны и стекирование кристаллов.
Обработка лицевой стороны завершается на пластинах полной толщины до утонения. Во время шлифовки обратной стороны на лицевую сторону наносится защитная лента. Слой приборов остаётся неповреждённым на протяжении всей последовательности утонения.
Этапы процесса утонения пластин
Производство сверхтонких пластин следует последовательному многоэтапному процессу. Каждый этап решает конкретную задачу: удаление основного материала, минимизация повреждений, качество поверхности, механическая целостность и безопасная обработка. Пропуск или недостаточное выполнение любого этапа снижает прочность кристаллов и выход годных.
Черновое шлифование
Высокоскоростное удаление основного кремния грубым алмазным кругом (#320–#600)
Черновое шлифование удаляет основную часть кремния — обычно 600–700μm — при высокой скорости подачи. Грубый алмазный круг создаёт значительные подповерхностные повреждения (микротрещины, дислокации), простирающиеся на 3–5μm вглубь кремния. Этот повреждённый слой необходимо удалить на последующих этапах для восстановления прочности кристаллов.
Чистовое шлифование
Мелкозернистый круг снижает глубину подповерхностных повреждений (#2000–#8000)
Мелкозернистый алмазный круг удаляет сильно повреждённый слой кремния, оставшийся после чернового шлифования, снижая глубину подповерхностных повреждений на 70–80%. Частота вращения шпинделя, скорость подачи и расход охлаждающей жидкости строго контролируются для минимизации внесения новых повреждений. После этого этапа пластина имеет матовую поверхность и TTV обычно < 3μm.
CMP / сухая полировка
Химико-механическая или сухая полировка до зеркального блеска
CMP обеспечивает наименьшую шероховатость поверхности (< 0.5nm RMS) и устраняет остаточные следы шлифования. Сухая полировка — альтернатива для пластин, не выдерживающих влажную химию (например, готовых структур MEMS). Выбор между CMP и сухой полировкой зависит от применения: CMP предпочтительна для вскрытия TSV и металлизации обратной стороны; сухая полировка подходит для MEMS и некоторых силовых приборов.
Снятие напряжений
Удаление механически повреждённого слоя кремния влажным травлением или плазмой
Снятие напряжений — важнейший отдельный этап для прочности кристаллов. Даже чистовое шлифование оставляет остаточный повреждённый слой, который служит местом зарождения трещин при резке и сборке. Контролируемое изотропное травление полностью удаляет этот слой, повышая прочность кристалла на излом с ~400 MPa (после шлифования) до > 800 MPa — двукратное улучшение, необходимое для надёжной сборки тонких кристаллов.
Ламинирование ленты для резки
Монтаж на UV- или термоотклеивающуюся ленту для безопасной обработки при резке
После утонения и снятия напряжений пластина ламинируется лентой для резки с обратной стороны и монтируется на жёсткую рамку. UV-ленты теряют адгезию при UV-облучении (обычно 365nm, 200–500 mJ/cm²), что обеспечивает чистое извлечение кристаллов после разделения. Термоотклеивающиеся ленты отслаиваются при повышенной температуре (120–180°C). Выбор ленты зависит от размера кристалла, последующего процесса сборки и теплового бюджета.
Технические характеристики
| Параметр | Доступный диапазон / значения |
|---|---|
| Wafer Diameter | 200mm (8″), 300mm (12″) |
| Starting Thickness | 725μm (200mm), 775μm (300mm) — standard prime |
| Minimum Final Thickness | 20μm (conventional backgrind), 30μm (Taiko ring) |
| Taiko Ring Width | 2–3mm from wafer edge, full original thickness retained in ring |
| TTV After Thinning | < 2μm (within thinned area), < 3μm overall (conventional) |
| Surface Roughness After CMP | < 0.5nm RMS (AFM, 1×1μm scan) — mirror finish |
| Sub-Surface Damage (SSD) | < 1μm after stress relief; < 0.2μm after CMP finish |
| Die Strength (3-Point Bend) | > 800 MPa (stress-relieved); > 400 MPa (rough grind only) |
| Dicing Tape Type | UV-release (PO, PET base), thermal-release, non-UV (standard) |
| Backside Metal | Ti/Ni/Ag, Ti/Ni/Au, AuSn solder — sputtered or evaporated, on request |
| Wafer Type | Standard, HR-Si, SOI device layer thinning, SiGe, GaAs-on-Si |
Применения и рыночные сегменты
3D-IC & Advanced Packaging
Ultra-thin wafers (30–100μm) enable through-silicon via (TSV) formation, die stacking with microbumps, and chip-on-wafer hybrid bonding for HBM memory and chiplet architectures. Taiko ring provides mechanical integrity during TSV processing.
Power Devices (IGBT/MOSFET)
Thinned IGBTs and power MOSFETs (60–120μm) reduce on-state resistance (Ron) and improve thermal impedance to the heatsink. Backside grinding enables field-stop and punch-through vertical device structures.
Back-Side Illuminated (BSI) Sensors
CMOS image sensors requiring back-side illumination must be thinned to 5–20μm so that photons reach the photodiode from the back surface. Taiko wafer processing is the industry-standard approach for BSI CIS production.
Stacked Memory (HBM / NAND)
High-bandwidth memory and 3D NAND flash stacks use ultra-thin die (30–50μm) to maximize the number of die per package within a fixed z-height. Thinning uniformity is critical for consistent bond-line thickness.
Discrete & RF Power
RF LDMOS, GaN-on-Si HEMT, and discrete power diodes on thinned substrates (50–100μm) improve thermal dissipation and reduce source inductance for better RF gain and efficiency.
Flexible & Medical Electronics
Silicon thinned below 30μm becomes mechanically flexible. Used in implantable medical sensors, neural probes, and conformable electronics where substrate compliance is required.
Метрология и обеспечение качества
Метрология тонких пластин исключительно сложна, поскольку стандартные контактные и ёмкостные датчики могут разрушить пластины тоньше 100μm. Наш протокол сочетает бесконтактные оптические методы с разрушающим тестированием образцов, обеспечивая полную картину качества.
Нужны сверхтонкие пластины или пластины Taiko?
Укажите диаметр пластины, целевую толщину, требования к кольцу Taiko, предпочтения по снятию напряжений и тип ленты для резки — наши специалисты по утонению предоставят план квалификации процесса и коммерческое предложение в течение 24 часов.