一鲜一枯艺无定法一系列型号通流损失以相机为画笔以牺牲细节为代价以细节取胜以牺牲层次为代价一系列照片义务与责任SiC器件正面工艺完成后，需要用到减薄工艺 对衬底进行减薄加工，降低器件的导通电阻。尤 其对于600-1200V的中低压SiC器件，衬底电阻带 来的损耗影响了SiC器件的高效使用。同时，衬底 减薄还能降低封装体积、提升散射效率。常用的 减薄方式包括金刚石砂轮减薄、铸铁盘或树脂铁 盘研磨、CMP抛光。在这些工艺中，砂轮减薄具有 最高的去除效率和相对稳定的精度控制。然而， 由于SiC晶圆和砂轮成本都比较昂贵，如何降低减 薄过程中的破片率和砂轮损耗受到关注。 实验原理与设备。本实验采用in-feed磨削原 理的减薄机进行工艺，晶圆减薄过程如图1所示。晶圆由真空吸盘带着自转，砂轮由减薄机主轴带 动反方向旋转，同时以一定速率向下进给，利用 砂轮的锋利度对晶圆进行磨削加工。该方法加工 过程中，砂轮只与晶圆的1/4区域接触，保证了减 薄过程中砂轮负载不受晶圆面积变化的影响。 实验所采用的设备如图2所示，主轴最大转速2 800rpm,主轴进给精度为0.1μm，最小进给速度 为0.1μm/s，线rpm。加工过程 中，冷却水会对主轴、砂轮、晶圆进行冷却，并对 晶圆表面进行清洗，避免减薄过程产生的热量以及 磨削的碎屑对工艺造成影响。设备具有自动在线测 厚功能，可以边加工边测量晶圆厚度。同时根据加 工量和主轴下降位置，计算出砂轮的损耗量。设备 自带负载实时监控功能，可以显示加工过程中的主 轴负载电流值，从而判断样品减薄过程中砂轮去除 样品的能力。负载值设置报警卡控线，超过卡控值 会报警，自动停止工艺。 实验过程。选用直径为150mm的SiC样品进行减 薄工艺，样品厚度为360±30μm。选取不同加工参 数的砂轮对样品进行减薄，对比砂轮参数对减薄效 果的影响。根据加工经验选择并优化工艺参数，对 比相同砂轮不同工艺参数对减薄的影响。 工艺步骤如下：（1）贴膜→测量样品厚度→ 工艺加工→量测厚度、测量粗糙度、记录砂轮损耗 值。（2）工艺加工过程中，实时观察主轴负载电流 值，根据主轴负载电流值优化工艺参数。 不同参数砂轮的加工效果及工艺参数优化。根 据经验值，选择初始减薄工艺参数如下：主轴转速 2 000rpm，线μm/ s。工艺过程中，根据实际工艺情况调整主轴转速和 进给速率。主轴负载电流卡控值为45mA。 1#样品：砂轮使用传统金属结合剂，粒度 2000#，无人造孔隙，烧结温度500℃。采用经验 工艺参数进行减薄加工，砂轮与晶圆接触后负载电 流持续增加，10s钟内主轴负载电流超过报警值， 暂停工艺。取下晶圆检查外观和测试厚度。晶圆 表面有划痕，厚度几乎无变化。提高砂轮转速到 2500rpm,减薄进给速率降至0.1μm/s，重新进行 工艺加工，现象与上述相同。判断该砂轮无法减薄 SiC晶圆。 2#样品：砂轮使用传统金属结合剂，粒度 2000#，无人造孔隙，烧结温度500℃。在1#砂轮 基础上，加入一定比例脆性填料，如玻璃，氧化铝 等。采用经验工艺参数进行减薄加工，砂轮与晶圆 接触后负载电流变大，4min后主轴负载电流超过 报警值，暂停工艺，取下晶圆检查外观和测试厚 度。晶圆表面有划痕，厚度降低45μm。根据设备 补偿值计算，砂轮损耗3μm。提高砂轮转速到2 500 rpm,减薄进给速率降至0.1μm/s，重新进行工艺加 工，砂轮主轴负载电流在10s内超过报警值。判断 该砂轮无法减薄SiC晶圆。相对于1#砂轮，2#砂轮 略有改善。经过判断，认为锋利度不够可能是无法 减薄的主要原因，为3#砂轮的研制提供了思路。 3#样品：砂轮使用超细脆性金属结合剂，粒度 2000#，人造孔隙率60%以上，孔径120μm左右，烧 结温度500℃。采用经验工艺参数进行减薄加工， 加工一段时间后砂轮电流报警。加大主轴转速到 2500rpm进行工艺，主轴电流无报警，电流值波动 大，如图3所示。设置减薄100μm，实际减薄90μm SiC晶圆，砂轮损耗50μm。损耗比（砂轮损耗：晶 圆去除量）1:1.8，无法满足低成本生产要求。通 过该样品得出，砂轮是否可以减薄SiC，主要与人 造孔隙率相关。提高减薄转速砂轮可以减薄晶圆， 验证砂轮的锋利度，这是SiC减薄的关键因素。 4#样品：基于3#样品结果，砂轮使用超细脆 性金属结合剂，粒度2000#，人造孔隙率降低5%， 孔径70μm左右，烧结温度降低20%，烧结压力增 加50%。采用经验工艺参数进行减薄加工，砂轮电 流无报警，电流值波动稳定，如图4所示。设置减 薄100μm，实际减薄98μm，砂轮损耗5μm，损耗 比接近1:20。在此基础上，提高砂轮转速到2 500 rpm,砂轮进给速率0.5μm/s，主轴电流变大，有 安全隐患。降低进给速率到0.3μm/s，主轴电流稳 定。经过100片次晶圆减薄验证后，发现砂轮偶有打滑现象，晶圆表面偶尔出现表面纹路过深，甚至 晶圆破损。 5#样品：为了改善砂轮打滑，提高减薄稳定 性和减薄工艺质量，降低晶圆破损率，在4#样品基 础上进行砂轮改善。采用4#工艺，烧结压力较4#样 品降低10%。采用工艺参数为主轴转速2 500rpm， 进给速率0.3μm/s。砂轮电流无报警，电流值波 动稳定性提高，如图5所示。设置减薄100μm，实际减薄 98μm，砂轮损耗8μm，损耗 比接近1:13。长期使用砂轮 稳定性好，晶圆无破损，表面 纹路及粗糙度均满足要求。 结果分析。通过上述5个样品砂轮进行减薄工 艺，可以得出在砂轮金刚石目数（2000#）相同的 情况下，决定砂轮是否可以减薄SiC的关键因素是 锋利度，而锋利度与孔隙率密切相关。这是由于 SiC硬度大，在减薄过程中，金刚石锋利度逐渐降 低，砂轮脱落不及时会造成新的金刚石无法露出表 面，造成无法去除SiC，同时主轴负载增加过大。 实验中还得出，砂轮寿命和稳定性是一对矛盾 的因素。提高砂轮寿命，就要降低孔隙率，同时减 薄过程会出现打滑、减薄后晶圆表面质量差甚至碎 片的可能。通过实验发现，降低烧结压力可以在保 证减薄工艺稳定的情况下，略微降低砂轮寿命。比 起调节孔隙率，降低烧结压力更加容易实现。试验 中发现，烧结温度提高会降低砂轮的锋利度，降低 烧结温度有利于提高减薄工艺的稳定性。 在SiC减薄工艺中，主轴减薄转速和进给速率 对于去除速率和减薄质量有着一定影响。砂轮参数 对于SiC减薄的有着决定性的影响。采用砂轮工艺 需要平衡砂轮锋利度（稳定性）和寿命的关系，合 适的砂轮孔隙率和烧结工艺决定了砂轮是否可以有 效去除SiC、减薄时砂轮的损耗和稳定性。对于不 同能力的机台，可以根据机台主轴功率、最大转速 和进给速率，选择合适的砂轮来兼顾生产效率、生 产质量和砂轮损耗。采用砂轮工艺进行SiC减薄， 控制砂轮稳定性和提高砂轮寿命是一对矛盾的关 系，为了开发某款型号设备的减薄砂轮，需要根据 设备能力和工艺参数，进行一系列的实验来平衡稳 定性和寿命的问题。 |