半导体制程中“背金工艺”的详解；

半导体背金工艺是一种在wafer背面淀积金属的工艺。它是一种高端封装技术，其主要目的是提高芯片的可靠性和稳定性。在该工艺中，背面的金属材料被蒸镀到芯片背面，以提供更好的散热性能和机械稳定性。

背金工艺也是现代半导体产业对晶圆表面加工的一种工艺手段，也是半导体产品制造的一个重要步骤,应用于晶片批产中,以使晶圆的表面更具有匀质性和均一性。通常,在背金工艺中,晶片的表面将先经过一种叫做“表面研磨”的步骤,然后经过背金(镀金),最后经过一种叫做“转染”的步骤,以形成一个平滑、光洁、均匀的金属覆盖层。

目前背金蒸发使用的金属材料为钛（TI）、镍（NI）、银（AG）三种，蒸镀的顺序分别是钛层（1KA）、镍层（2KA）、银层（10KA）。其中TI和Sl能很好的结合，但是电阻较高，Ti层厚度最薄。Ni作为中间黏合层，不能太薄，最外一层镀AG层保护Ni层。工艺步骤为∶ TAPE→GRINDING → Si-Etch → DETAPE → EG-BOE →BACK-METAL。

一、Wafer 背金工艺的步骤

1、贴膜

将硅片正面粘贴一层保护膜。加工完产品后，需要逐片检查贴膜质量，要求整张膜下面都没有气泡，贴膜在硅片表面的颜色要均匀、一致，硅片边缘的膜要切割整齐、光滑，膜的边缘和硅片边缘一致，上述任何一项不满足， 都要撕掉膜，重新贴膜。

2、研磨（减薄）

表面研磨的目的是利用物理原理将晶片表面改善,使之变得更光滑、更平整,以减少背金后造成的缺陷,提高金属覆盖层的稳定性及可靠性,洁净表面也会有助于金属的真空贴装及准备工作。

减薄时发现有纹路异常，异常原因∶减薄时减薄机砂轮粗糙、研磨不均匀引起，处理方法∶ 当站检出、返工​。

3、硅腐蚀

原理

(1). NO2 formation(HNO2 always in traces in HNO3): HNO2+ HNO3→2 NO2 1+ H2O

(2). Oxidation of silicon by NO2: 2NO2+Si →Si2++2NO2

(3). Formation of SiO2: Si2++2 (OH)-→ SiO2 + H2

(4). Etching of SiO2:SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O

总反应式∶

Si+HNO3+6HF=H2SiF6+H2NO2+H2O+H2

我们硅腐蚀速率∶ 1-2um/Min

作用

硅片减薄后会产生很多表面损伤，并且有硅粉残留。此时wafer内部应力很大，容易碎片，硅腐蚀可以消除其内部应力，并且使其表面粗糙度更大，金属更容易在其上淀积。

异常

硅腐蚀异常描述∶背金后背面有日光灯下可见的白色痕迹异常原因∶残留酸液与硅片反应，或者 cassette、提拔有水滴落到 wafer上。处理方法∶日光灯下不可见即可放行严重的分出待集中返工。

4、蒸发前清洗

Wafer背面清洁度对金属和硅的结合度有很大的影响，所以蒸发前清洗是非常重要的一步。此步可以清除wafer 表面自然氧化层。

5、EG-BOE 异常

异常描述∶产品正面发雾。

异常原因∶正面Al被BOE腐蚀，且不均匀。

处理方法∶ baseline放行。

6、电子束蒸发

原理

在高温材料的蒸发上，我佣通常采用电子束蒸发（Electron Beam Evaporation，简称EBE）来进行的， EBE 是利用电子束（Electron Beam）在高压下加速，经过强磁场偏转，撞击靶材， 使蒸发源加热，且加热的范围可局限在蒸发源表面极小，不必对整侗蒸发源加热，效率更高。所以，在半导体制程上的应用，蒸发法通常使用是以EBE 来进行的，如我们的Ti，Ni，Ag的蒸发便是一例。

EB GUN蒸发优点

因为电子束直接加热在被蒸发材料上且一般装被蒸发材坩锅之基座都有水冷装置，比起热电阻加热法污染较少，所以膜品质较高。又由于电子束可加速到很高能量，一些膜性质良好的氧化层在热电阻加热法中不能蒸发的，在此皆可。而且可以做成许多倜坩锅装放不同被蒸发材料排成一圈，要蒸发时就转到电子束轰击位置，因此镀多层膜相当方便。若膜层甚多需要很多材料则作半径很大的坩锅或上升型圆柱状的设计，则可放两种以上多量材料之材料座。

EB GUN蒸发缺点

（1）若电子束及电子流控制不当会引起材料分解或游离，前者会造成吸收后者会造成基板累计电荷而造成膜面放电损伤。

（2） 对不同材料所需之电子束的大小及扫描方式不同，因此若镀膜过程中使用不同镀膜材料时必须不时调换。

（3）对于升华材料或稍微溶解即会蒸发之材料，如SiO2，其蒸发速率及蒸发分布不稳定，因此对膜厚的均与性很大影响。若将Si02 由颗粒状改为块材并调好电子束扫描之形状，则可望获得较好的分布稳定性。

目前我们常用的蒸发设备型号为∶ULVAC EI-5Z

我们的工艺要求：

腔体真空∶ 4. OE-4Pa腔体温度∶ 200℃；

蒸发速率∶Ti∶10A/S，Ni∶10A/S；

AG∶20A/S；

行星架旋转速度∶ 8rpm；

背面PEELING分析 Peeling分类∶

a，TI-SI分离，三层全部peeling

b，NI-TI分离，NI/AG两层peeling

c，NI-AG分离，AG层peeling（我们目前出现最多）

Peeling异常原因分析∶

（1）工艺存在异常，导致金属层与SI的粘附力较差∶

a，wafer表面蒸发前未作业清洗，或者被沾污，水气等;

b，蒸发设备不稳定，真空差、漏气等;

（2）后续保存不当，受环境因素影响，导致AG表面沾污或氧化，出现黄

斑，白斑导致peeling。

蒸发异常

（1）卡坩埚

坩埚由设备转动至预定位置后， 重新编辑补蒸程序。补蒸程序需要检查process log做片记录后决定新建子菜单。

（2）溅源·溅源标准∶

金属溅源直径大于或等于 2mm，或小于 2mm 的颗数大于等于 5颗，蒸发后发现片子背面有圆形颗粒，只需用刀片将其剔掉即可；

二、Wafer 背金工艺的原理及特点

芯片背金工艺采用了高温高压的封装方法，这样可以确保芯片与基板之间有足够稳定的联结。通过背面蒸镀金属材料，可以实现更佳的导热和机械稳定性。与传统封装技术相比，芯片背金工艺具有以下特点：

1、更好的散热性能： 背面镀金属材料可以提高芯片的散热性能，降低工作温度和热应力。

2、更高的可靠性： 芯片背金工艺可以增加芯片与基板之间的联结强度，从而提高封装的可靠性和稳定性。

3、更高的集成度： 背面金属材料可以提高芯片的机械稳定性，降低振动和应力对芯片的影响，从而可以实现更高的密度和集成度。

三、Wafer 背金工艺的优缺点

1、优点：

背金工艺主要优点在于：

（1）能提高晶片表面的一致性,使得晶片表面更光滑、更平坦；

（2）能提高晶片的良品率；

（3）金属覆盖层可以提供更强的抗温度性能;

（4）可以保护晶片表面不受外界污染;

（5）可以增强晶片的抗电磁干扰性能;

（6）有利于金属的真空贴装及准备工作。

2、缺点：

背金工艺的缺点在于：

（1）背金工艺需要大量的体力劳动及高昂的成本;

（2）由于需要使用特定的设备,可能会导致晶片表面发生潮湿，甚至污染；

（3）金属覆盖层可以吸收一定的能量,可能会影响晶片的性能；

（4）背金工艺的成本高,往往不容易满足成本敏感型产品的要求。

四、Wafer 背金工艺的应用领域

背金工艺在高端封装技术中具有广泛的应用领域，主要包括以下方面：

1、太阳能电池板： 在太阳能电池板中，芯片背金工艺可以提高电池的散热和机械稳定性，从而提高电池的转换效率和寿命。

2、LED封装： 在LED封装中，芯片背金工艺可以提高LED的散热性能和可靠性，从而实现更高的光效和长寿命。

3、半导体封装： 在半导体封装中，芯片背金工艺可以提高芯片的稳定性和可靠性，从而延长芯片的寿命和提高产品质量。

五、Wafer 背金工艺的发展趋势

随着科技的不断进步和市场需求的不断增多，Wafer 背金工艺在未来必将得到更广泛的应用。未来，Wafer 背金工艺将会越来越多地应用于高端封装技术领域，实现更高的密度和集成度，同时也会更多地关注节能环保和资源利用的效益。

好了，本期的关于半导体背金工艺的相关知识就跟大家分享到这里了，如有不足或是遗漏的地方，还请大家不​吝赐教哦！

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触控IC 封装技术 问题锦囊

下面讲IC 封装知识做一个问答

问题一：磨片厚度和什么有关系？现在saw blade的宽度最小能到多少？

答：封装尺寸。咨询了下我们的划片工程师，目前我司的最小能做到60um。

问题二：IC封装工艺最具有挑战性是哪一个步骤?

答：WB（Wire Bonding键合工艺）。主要是封装集成度高，线密，对塑封后冲丝，打线是否打到Pad硅层，线弧线长控制，还有就是WB拉力，推力，lMC控制。另外就是封装的分层控制，系统工程。

问题三：环氧树脂可以通过印刷的方式涂吗??

答：应该说的是CoB封装，点黑胶固化，可能通过印刷的方式。这个具体可以让群里的中鹏塑料销售总监叶总，材料专家回答下。

问题四：固化一般多长时间?? 看过某小工厂后固化就2小时，时间短有什么影响？

答：前固化一般加N2一小时，后固化传统都是6～8小时，具体参考材料TDS。后固化时间短会导致应力释放不充分，可靠性受影响。

问题五： 划片蹦角成测能测出来吗?

答：划片有蹦角，一般没检出来的话在成测时会有漏电。划片蹦边，要看iC的功效及蹦角的具体部位及大小，一般来讲是不允许有大蹦角出现，会引起可靠性失效，成测可能会卡住也有可能会漏测，之前我们遇到过产品测试idd失效，经腐开试验确认是划片磞角引起漏电失效。

问题六：IC封装工艺哪些会是高温？最高温度会超过400度么？

答：WB因焊丝及芯片关系，铜线一般比金线略高，一般控制在180～240度主焊区，MD控制在175士5度左右，共晶控制在400度左右。

问题七：共晶指球封么？

答：不是，共晶是 支架 与圆片芯片背金形式DB结合， BGA 才是指球封。

问题八：什么时候共晶和什么情况焊料? 共晶还要打线么？

答：共晶是支架与圆片芯片背金形式DB结合，焊料一般适用于T0大功率器件，易散热，是DB的几种实现工艺，跟芯片结构功能及实现封装形式关联。DB时，支架与圆片共晶结合。共晶是DB，WB是打线，倒装不需要打线。

问题九：封测设备都能国产化了吗？有没那块还做不了的？

答：封测设备及材料有在实现国产化，大多数国产设备及材料都能达到行业工艺水准，基本都能实现产业化。

问题十：封装的成本高吗？比如说占ic成本的比例？

答：参考某同学从网上搜索到的DRAM CSP与WLCSP的封装成本与芯片成本的大致比例。

这个问题跟不同的产品线有关，一些consumer的产品，直接cob，省了塑封的钱，可靠性差一点。某个同学举了光电芯片的例子: 光电芯片的芯片成本1美金，封装成本可能要100美金，然后卖200美金。可能与大部分芯片的成本组成都不同。只要封装交付的，用陶瓷封装成本还可以，用golden box就最贵了，也有一些芯片是裸片交付，然后系统方把很多芯片都封装在一起，降低封装成本。

问题十一：什么情况下选择划片封装？什么情况会考虑晶圆级封装?

答：WL-CSP与传统的封装方式不同在于，传统的晶片封装是先切割再封测，而封装后约比原晶片尺寸增加20%；而WL-CSP则是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才划线分割，因此，封装后的体积与IC裸芯片尺寸几乎相同，能大幅降低封装后的IC 尺寸。

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