0 引言 
       SiC器件正面工藝完成后，需要用到減薄工藝 對襯底進行減薄加工，降低器件的導通電阻。尤 其對于600-1200V的中低壓SiC器件，襯底電阻帶 來的損耗影響了SiC器件的高效使用。同時，襯底 減薄還能降低封裝體積、提升散射效率。常用的 減薄方式包括金剛石砂輪減薄、鑄鐵盤或樹脂鐵 盤研磨、CMP拋光。在這些(xie)工藝中，砂輪(lun)(lun)減薄具(ju)有 最高的去除效率和(he)相(xiang)對穩定的精度控制(zhi)。然(ran)而， 由于SiC晶圓和(he)砂輪(lun)(lun)成本(ben)都比較昂貴，如(ru)何降低減 薄過(guo)程(cheng)中的破片率和(he)砂輪(lun)(lun)損(sun)耗受到關(guan)注(zhu)。

       1 研究背景  
       實驗原理與設備。本實驗采用in-feed磨削原 理的減(jian)薄(bo)機進(jin)(jin)(jin)行工藝，晶(jing)圓(yuan)減(jian)薄(bo)過程(cheng)如圖1所示。晶(jing)圓(yuan)由真空吸盤帶著自轉，砂(sha)(sha)輪(lun)由減(jian)薄(bo)機主軸帶 動反方(fang)(fang)向(xiang)旋轉，同(tong)時以一定速率(lv)向(xiang)下進(jin)(jin)(jin)給(gei)，利(li)用(yong) 砂(sha)(sha)輪(lun)的鋒利(li)度對晶(jing)圓(yuan)進(jin)(jin)(jin)行磨(mo)削加工。該方(fang)(fang)法加工 過程(cheng)中，砂(sha)(sha)輪(lun)只與(yu)晶(jing)圓(yuan)的1/4區域接觸(chu)，保(bao)證了減(jian) 薄(bo)過程(cheng)中砂(sha)(sha)輪(lun)負載(zai)不受晶(jing)圓(yuan)面(mian)積變(bian)化的影響。

       實驗所(suo)采用(yong)的設(she)備(bei)如圖2所(suo)示(shi)，主(zhu)軸最(zui)大轉速(su)(su)2 800rpm,主(zhu)軸進(jin)給精度為(wei)(wei)0.1μm，最(zui)小進(jin)給速(su)(su)度 為(wei)(wei)0.1μm/s，真空吸盤最(zui)大轉速(su)(su)300rpm。加(jia)工(gong)(gong)過(guo)(guo)(guo)程 中(zhong)，冷(leng)卻水(shui)會(hui)對主(zhu)軸、砂輪(lun)(lun)、晶圓(yuan)進(jin)行(xing)冷(leng)卻，并對 晶圓(yuan)表面進(jin)行(xing)清洗，避(bi)免減(jian)(jian)薄過(guo)(guo)(guo)程產生(sheng)的熱量以(yi)(yi)及 磨削(xue)的碎屑對工(gong)(gong)藝(yi)造成影響。設(she)備(bei)具有自動(dong)在線測 厚功能(neng)(neng)(neng)，可以(yi)(yi)邊(bian)加(jia)工(gong)(gong)邊(bian)測量晶圓(yuan)厚度。同時(shi)(shi)根(gen)據(ju)加(jia) 工(gong)(gong)量和主(zhu)軸下降位置，計算出(chu)砂輪(lun)(lun)的損耗量。設(she)備(bei) 自帶負載實時(shi)(shi)監控(kong)功能(neng)(neng)(neng)，可以(yi)(yi)顯示(shi)加(jia)工(gong)(gong)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)的主(zhu) 軸負載電流值(zhi)，從(cong)而判斷(duan)樣品減(jian)(jian)薄過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)砂輪(lun)(lun)去除 樣品的能(neng)(neng)(neng)力。負載值(zhi)設(she)置報警卡(ka)控(kong)線，超(chao)過(guo)(guo)(guo)卡(ka)控(kong)值(zhi) 會(hui)報警，自動(dong)停止工(gong)(gong)藝(yi)。

       實驗(yan)過程(cheng)。選(xuan)用直徑為(wei)150mm的SiC樣品進行(xing)減(jian) 薄(bo)工藝(yi)，樣品厚度為(wei)360±30μm。選(xuan)取不(bu)同加工參(can)(can) 數的砂輪(lun)對樣品進行(xing)減(jian)薄(bo)，對比砂輪(lun)參(can)(can)數對減(jian)薄(bo)效(xiao) 果的影響。根據加工經(jing)驗(yan)選(xuan)擇(ze)并優化工藝(yi)參(can)(can)數，對 比相同砂輪(lun)不(bu)同工藝(yi)參(can)(can)數對減(jian)薄(bo)的影響。

       工(gong)藝(yi)步驟(zou)如下(xia)：（1）貼膜→測量樣品厚度→ 工(gong)藝(yi)加(jia)工(gong)→量測厚度、測量粗糙度、記(ji)錄砂輪損耗 值(zhi)。（2）工(gong)藝(yi)加(jia)工(gong)過程中，實時觀察主軸(zhou)負載(zai)電(dian)流 值(zhi)，根據主軸(zhou)負載(zai)電(dian)流值(zhi)優(you)化工(gong)藝(yi)參數(shu)。

       2 實驗結果及分析  
        不同參數(shu)砂(sha)輪的加工(gong)效果及工(gong)藝參數(shu)優(you)化。根 據(ju)經驗值，選擇初始減薄工(gong)藝參數(shu)如下：主(zhu)軸轉速(su)(su)(su)(su)  2 000rpm，真空吸盤(pan)轉速(su)(su)(su)(su)277rpm，進給速(su)(su)(su)(su)率0.2μm/ s。工(gong)藝過程中(zhong)，根據(ju)實(shi)際(ji)工(gong)藝情況調整(zheng)主(zhu)軸轉速(su)(su)(su)(su)和(he) 進給速(su)(su)(su)(su)率。主(zhu)軸負載電流卡控(kong)值為(wei)45mA。

       1#樣品：砂輪(lun)使(shi)用(yong)傳(chuan)統金屬(shu)結(jie)合劑(ji)，粒(li)度(du)(du)(du) 2000#，無(wu)(wu)人造(zao)孔(kong)隙，燒(shao)結(jie)溫度(du)(du)(du)500℃。采用(yong)經(jing)驗 工(gong)(gong)(gong)藝參(can)數進行減(jian)薄(bo)(bo)加工(gong)(gong)(gong)，砂輪(lun)與(yu)晶(jing)圓(yuan)接觸后負(fu)載(zai)電 流持(chi)續增加，10s鐘(zhong)內主軸負(fu)載(zai)電流超過報(bao)警(jing)值， 暫停工(gong)(gong)(gong)藝。取下晶(jing)圓(yuan)檢查外觀(guan)和測試(shi)厚(hou)度(du)(du)(du)。晶(jing)圓(yuan) 表(biao)面有(you)劃痕，厚(hou)度(du)(du)(du)幾乎無(wu)(wu)變化(hua)。提高砂輪(lun)轉速(su)(su)到 2500rpm,減(jian)薄(bo)(bo)進給速(su)(su)率(lv)降至0.1μm/s，重(zhong)新進行 工(gong)(gong)(gong)藝加工(gong)(gong)(gong)，現象與(yu)上(shang)述相同。判斷該砂輪(lun)無(wu)(wu)法減(jian)薄(bo)(bo) SiC晶(jing)圓(yuan)。

       2#樣品：砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)使用(yong)傳統(tong)金屬(shu)結合劑，粒度 2000#，無人(ren)造孔隙，燒結溫(wen)度500℃。在(zai)1#砂(sha)(sha)(sha)輪(lun) 基礎上，加(jia)入(ru)一定比例脆性填料，如玻璃，氧化鋁(lv) 等。采用(yong)經驗工藝(yi)(yi)參數進行減薄(bo)(bo)加(jia)工，砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)與晶圓(yuan) 接觸后(hou)(hou)負(fu)(fu)載(zai)(zai)電流(liu)變大，4min后(hou)(hou)主(zhu)軸(zhou)負(fu)(fu)載(zai)(zai)電流(liu)超過 報警值(zhi)，暫停(ting)工藝(yi)(yi)，取下晶圓(yuan)檢查(cha)外觀和測試厚 度。晶圓(yuan)表面有(you)劃(hua)痕，厚度降(jiang)低45μm。根據設備 補償值(zhi)計算，砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)損耗3μm。提(ti)高砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)轉(zhuan)速到2 500  rpm,減薄(bo)(bo)進給(gei)速率降(jiang)至0.1μm/s，重新進行工藝(yi)(yi)加(jia) 工，砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)主(zhu)軸(zhou)負(fu)(fu)載(zai)(zai)電流(liu)在(zai)10s內超過報警值(zhi)。判斷(duan) 該砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)無法(fa)減薄(bo)(bo)SiC晶圓(yuan)。相對于1#砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)，2#砂(sha)(sha)(sha)輪(lun) 略有(you)改(gai)善。經過判斷(duan)，認為鋒利(li)度不夠可(ke)能(neng)是無法(fa) 減薄(bo)(bo)的主(zhu)要原因，為3#砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)的研(yan)制(zhi)提(ti)供了思路。

       3#樣品：砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)使用超細脆(cui)性金屬(shu)結(jie)合(he)劑，粒度 2000#，人(ren)造(zao)孔(kong)隙(xi)率(lv)60%以上，孔(kong)徑120μm左右，燒 結(jie)溫度500℃。采用經驗(yan)工(gong)藝參數進行(xing)減(jian)薄(bo)(bo)加工(gong)， 加工(gong)一段時(shi)間后(hou)砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)電流(liu)報警。加大主軸轉(zhuan)速到(dao) 2500rpm進行(xing)工(gong)藝，主軸電流(liu)無(wu)報警，電流(liu)值(zhi)波動 大，如圖3所示。設置減(jian)薄(bo)(bo)100μm，實際減(jian)薄(bo)(bo)90μm  SiC晶(jing)(jing)圓(yuan)，砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)損耗(hao)(hao)50μm。損耗(hao)(hao)比(bi)（砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)損耗(hao)(hao)：晶(jing)(jing) 圓(yuan)去除量）1:1.8，無(wu)法滿足低(di)成本(ben)生產要求。通(tong) 過該樣品得出，砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)是否(fou)可以減(jian)薄(bo)(bo)SiC，主要與人(ren) 造(zao)孔(kong)隙(xi)率(lv)相關。提高減(jian)薄(bo)(bo)轉(zhuan)速砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)可以減(jian)薄(bo)(bo)晶(jing)(jing)圓(yuan)， 驗(yan)證砂(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)的鋒利(li)度，這是SiC減(jian)薄(bo)(bo)的關鍵因(yin)素(su)。

       4#樣品：基(ji)于3#樣品結(jie)(jie)果，砂(sha)(sha)輪(lun)使用(yong)超(chao)細脆 性金屬結(jie)(jie)合劑，粒度2000#，人造孔(kong)隙率降(jiang)低(di)5%， 孔(kong)徑(jing)70μm左右，燒結(jie)(jie)溫度降(jiang)低(di)20%，燒結(jie)(jie)壓力增 加(jia)50%。采(cai)用(yong)經(jing)(jing)驗工藝參數進行減(jian)薄加(jia)工，砂(sha)(sha)輪(lun)電(dian) 流無報警，電(dian)流值波動穩(wen)定，如圖(tu)4所示。設置減(jian) 薄100μm，實際減(jian)薄98μm，砂(sha)(sha)輪(lun)損(sun)耗(hao)5μm，損(sun)耗(hao) 比接近(jin)1:20。在此基(ji)礎上，提高砂(sha)(sha)輪(lun)轉速到(dao)2 500  rpm,砂(sha)(sha)輪(lun)進給速率0.5μm/s，主(zhu)軸(zhou)電(dian)流變大，有(you) 安全隱患。降(jiang)低(di)進給速率到(dao)0.3μm/s，主(zhu)軸(zhou)電(dian)流穩(wen) 定。經(jing)(jing)過100片(pian)次(ci)晶圓減(jian)薄驗證后，發(fa)現(xian)(xian)砂(sha)(sha)輪(lun)偶有(you)打(da)滑(hua)現(xian)(xian)象，晶圓表面偶爾出現(xian)(xian)表面紋路過深，甚(shen)至 晶圓破損(sun)。

       5#樣品：為了改(gai)(gai)善砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)打滑(hua)，提高減薄穩(wen)定(ding) 性和減薄工藝質量，降(jiang)低晶圓破損(sun)率(lv)，在(zai)4#樣品(pin)基 礎上(shang)進行砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)改(gai)(gai)善。采用4#工藝，燒(shao)結壓力較4#樣 品(pin)降(jiang)低10%。采用工藝參數為主軸轉速2 500rpm， 進給(gei)速率(lv)0.3μm/s。砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)電流無報(bao)警，電流值波 動穩(wen)定(ding)性提高，如圖5所示(shi)。設置(zhi)減薄100μm，實際減薄 98μm，砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)損(sun)耗8μm，損(sun)耗 比接近1:13。長期(qi)使用砂(sha)(sha)輪(lun)(lun) 穩(wen)定(ding)性好，晶圓無破損(sun)，表面 紋路(lu)及粗糙度均滿(man)足(zu)要求。

       結果分析(xi)。通過(guo)上述5個樣(yang)品砂輪進行減(jian)(jian)(jian)薄工 藝，可(ke)以(yi)得出在(zai)砂輪金剛石(shi)目數（2000#）相(xiang)同(tong)的 情(qing)況(kuang)下，決定砂輪是否(fou)可(ke)以(yi)減(jian)(jian)(jian)薄SiC的關(guan)鍵因素是 鋒利(li)度，而鋒利(li)度與孔隙率(lv)密切相(xiang)關(guan)。這是由(you)于 SiC硬度大，在(zai)減(jian)(jian)(jian)薄過(guo)程中，金剛石(shi)鋒利(li)度逐漸降(jiang) 低，砂輪脫(tuo)落不及時會造成新(xin)的金剛石(shi)無法露出表(biao) 面，造成無法去除SiC，同(tong)時主軸(zhou)負載增加過(guo)大。

       實(shi)驗(yan)中還得(de)出，砂(sha)(sha)輪(lun)壽命和(he)穩(wen)定性是一對矛盾 的因素。提(ti)高(gao)(gao)(gao)砂(sha)(sha)輪(lun)壽命，就要降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)孔隙(xi)率(lv)，同時減 薄(bo)(bo)過(guo)程會(hui)出現(xian)(xian)(xian)打(da)滑、減薄(bo)(bo)后晶圓(yuan)表面(mian)質量差甚至碎 片(pian)的可(ke)能。通(tong)過(guo)實(shi)驗(yan)發現(xian)(xian)(xian)，降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)燒(shao)(shao)(shao)(shao)結壓(ya)力可(ke)以在保 證(zheng)減薄(bo)(bo)工藝穩(wen)定的情況下，略(lve)微降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)砂(sha)(sha)輪(lun)壽命。比 起(qi)調節孔隙(xi)率(lv)，降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)燒(shao)(shao)(shao)(shao)結壓(ya)力更加容易實(shi)現(xian)(xian)(xian)。試(shi)驗(yan) 中發現(xian)(xian)(xian)，燒(shao)(shao)(shao)(shao)結溫度(du)(du)提(ti)高(gao)(gao)(gao)會(hui)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)砂(sha)(sha)輪(lun)的鋒利度(du)(du)，降(jiang)(jiang)(jiang)低(di) 燒(shao)(shao)(shao)(shao)結溫度(du)(du)有利于(yu)提(ti)高(gao)(gao)(gao)減薄(bo)(bo)工藝的穩(wen)定性。

       3 結語   
        在SiC減(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)工藝中(zhong)，主(zhu)軸減(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)轉速和(he)(he)(he)進給速率(lv) 對于(yu)去(qu)除速率(lv)和(he)(he)(he)減(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)質量(liang)有著(zhu)一定(ding)影響。砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)參數(shu) 對于(yu)SiC減(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)的(de)有著(zhu)決定(ding)性(xing)的(de)影響。采用砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)工藝 需要(yao)平衡砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)鋒利度（穩定(ding)性(xing)）和(he)(he)(he)壽命(ming)的(de)關(guan)系(xi)(xi)，合 適的(de)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)孔隙率(lv)和(he)(he)(he)燒結工藝決定(ding)了砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)是否(fou)可以有 效(xiao)去(qu)除SiC、減(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)時(shi)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)的(de)損耗(hao)和(he)(he)(he)穩定(ding)性(xing)。對于(yu)不 同能力的(de)機臺(tai)，可以根據機臺(tai)主(zhu)軸功率(lv)、最大轉速 和(he)(he)(he)進給速率(lv)，選擇合適的(de)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)來兼顧生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)、生(sheng) 產(chan)質量(liang)和(he)(he)(he)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)損耗(hao)。采用砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)工藝進行(xing)SiC減(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)， 控制砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)穩定(ding)性(xing)和(he)(he)(he)提高砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)壽命(ming)是一對矛(mao)盾(dun)的(de)關(guan) 系(xi)(xi)，為了開發某(mou)款型號(hao)設(she)備(bei)的(de)減(jian)(jian)薄(bo)(bo)(bo)(bo)砂(sha)(sha)(sha)(sha)輪(lun)(lun)(lun)，需要(yao)根據 設(she)備(bei)能力和(he)(he)(he)工藝參數(shu)，進行(xing)一系(xi)(xi)列(lie)的(de)實驗(yan)來平衡穩 定(ding)性(xing)和(he)(he)(he)壽命(ming)的(de)問題。