半导体超精密加工的核心:研磨与抛光

  • 02/14 08:49
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半导体制造是典型的“精度至上”领域,尤其在前道晶圆加工和后道封装环节中,研磨(Grinding)与抛光(Polishing)技术直接决定了器件的性能和良率。以下从技术原理、工艺难点及行业趋势三方面展开分析。

研磨技术:晶圆减薄与表面平整化

原理:
研磨通过机械去除与化学协同作用实现材料精密去除。传统研磨依赖金刚石等超硬磨料的机械切削,而新型工艺结合化学腐蚀(如机械化学研磨),可减少表面损伤并提升效率。

技术难点:

应力控制:机械研磨易引入微裂纹和残余应力,需通过优化磨粒尺寸、压力及冷却液流量降低损伤。

均匀性:300mm大尺寸晶圆的研磨需保证全片厚度误差<±1μm,基片尺寸增大导致研磨均匀性难以控制

趋势:

超薄晶圆加工:针对3D封装需求,减薄至20μm以下,需结合临时键合/解键合技术。

复合工艺:机械研磨+湿法刻蚀,提升效率并减少缺陷。

抛光技术:原子级表面精修

化学机械抛光(CMP):半导体抛光以CMP为主,通过化学腐蚀与机械研磨的协同作用,实现表面原子级平整(粗糙度<0.1nm)。

关键要素:

抛光液:含纳米SiO₂或CeO₂颗粒的化学试剂,根据材料(Si、SiO₂、Cu等)定制配方。

抛光垫:多孔聚氨酯材料,需定期修整以维持表面形貌一致性。

挑战:

材料选择性:多层结构中不同材料(如Cu与介电层)的同步抛光速率控制。

缺陷控制:微划痕、残留颗粒的检测与抑制(需原位清洗+兆声波辅助)。

新兴技术:

电化学抛光(ECMP):用于铜互连的无应力抛光,减少碟形坑(Dishing)。

等离子体抛光:针对金刚石、GaNSiC等宽禁带材料,实现非接触式高精度加工。

行业技术挑战与未来方向

第三代半导体的加工瓶颈:

金刚石、SiC、GaN等高硬度材料对磨抛设备提出更高要求(如SiC晶圆的研磨效率仅为硅的1/10),推动激光辅助加工、等离子体刻蚀等复合工艺发展。

大尺寸与高集成度需求:
450mm晶圆与GAA晶体管结构要求抛光全局平整度达到0.5nm以内,驱动多区压力调节抛光头、智能在线监测系统升级。

绿色制造与成本控制:
抛光液回收、低耗材工艺(如固定磨料抛光垫)成为行业焦点,同时AI驱动的工艺参数优化可降低20%以上能耗。

无锡鑫磊精工科技有限公司

无锡鑫磊精工科技有限公司作为一家专业从事超精密研磨抛光材料、研磨工艺及相关设备的研发、生产和经营的企业,针对三代半导体均有不同的研磨抛光解决方案,完美解决了目前市面上的半导体的磨抛问题。

提供全套的研磨抛光解决方案:

衬底客户:提供化合物半导体研磨机、抛光机、粗磨液、精磨液、粗抛液和CMP抛光液;

后道外延芯片背面减薄客户:提供减薄设备、耗材产品,以及匹配的粗抛垫和精抛垫。

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