楊宏智臺灣大學:機械工程學研究所林傳傑Lin, Chuan-ChiehChuan-ChiehLin2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282009U0001-1208200922083800http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187238為進行矽晶圓薄化技術之研究及創新，本論文嘗試提出一系統性的研究創新方法與流程，協助學者對一新投入之技術領域進行學術或技術研究時，對該技術領域的研究現況、發展趨勢的分析、問題的妥善定義乃至於如何找到未曾被研究探討過的創新突破方向等程序，利用對技術地圖分析、心智圖法、文獻矩陣分析、TRIZ理論等方法的整合及應用，獲得研究的切入點與創新構想。研究中除提出此一整合多種研究創新方法之流程與「文獻矩陣分析」的方法外，並針對TRIZ理論的學理發展提出包括「多組矛盾對狀況下TRIZ發明原則之優先選用法」及「物質-場分析中的場圖建立」等增進TRIZ使用成效之研究建議。著日益增進的薄化晶片、疊晶封裝等需求，對於己完成正面IC電路製程的晶圓進行背面薄化程序己成為先進半導體製程中廣泛運用的技術。針對矽晶圓薄化技術，本論文整合系統性研究創新方法進行分析與研究，並整理歸納各項技術發展現況及趨勢。同時運用TRIZ理論、心智圖法進行創意激盪與構想整合，除提出二項創新專利提案外，並激發引導出三個相關研究主題，並藉由文獻矩陣分析的方法，協助獲得研究主題的切入點與創新性。晶圓薄化製程研究方面，本研究規劃以批次式製程同時進行晶圓厚度薄化與應力消除的程序，並應用系統性的實驗研究程序，透過田口法進行參數的優化，探討批次式蝕刻薄化的可行性，以期提高量產速率並降低設備投資需求。薄化後晶圓翹曲問題的研究上，本研究經由第三章所獲得平衡力的概念，探討晶圓正、反面殘留應力的疊加與平衡效果，針對在相同的薄化製程參數下，不同的晶圓正面應力狀態對翹曲量的關係進行探討，以作為未來業界針對正面製程殘留應力的狀況，來界定合理翹曲規格時的參考。於晶片的強度對於薄化後的後續製程良率、可靠度與產品品質的重要性，本論文就晶片破壞的機制、影響晶片強度的因素進行探討，並就不同的晶圓薄化背面製程對晶片強度之影響進行研究。另基於第三章所獲得之平衡力原理，驗證了薄化後晶圓的背面金屬薄膜鍍層對於提昇晶片強度的效果，未來業界只要能適度的調整背面金屬蒸鍍製程的參數，便可在不增加其他製程道次的情況下提昇產品晶片強度，而對品質及成本均有所助益。A systematic innovation process for academic research works was proposed in this dissertation to help scholars analyze technology research status, trends, and problems as well as find out innovation chances while they are getting in a new technology field.he TRIZ theory, the Mind Mapping® method, and technical roadmap analysis were integrated and an academic literature matrix analysis method was proposed in this systematic innovation process to induce innovative research ideas and solutions. Some improvements in TRIZ theory were also proposed in this research.ith an increasing demand of thinner chips and the stacked-die packages, backside thinning of fully processed IC wafers has become a widely used technique in advanced semiconductor manufacturing. The systematic innovation process was integrated in the research of the silicon wafer thinning technique in this dissertation to analyze the technology research status, trends and problems. As the results of this innovation process, two patentable innovative concepts and three potential research topics were generated and identified. systematic experimental study was conducted with the Taguchi method to obtain the thinning parameters that could successfully reduce both wafer thickness and residual stress after the grinding process. Also more experiments were performed to investigate the feasibility and associated problems of wafer thinning process in batch type. n the study on the warping problems for thinned wafers, the relation between warpage and wafer thickness for wafers with different stress status on the front side were investigated with the same backside wafer thinning parameters. The results shown the stress on the front side of wafers represent dominant effects on the warping problems of thinned wafers. ince the failure strength of silicon is crucial in determining the manufacturing yield, operational reliability and device performance of semiconductor devices, the effects of the wafer backside roughen etching and the metal deposition treatment toward strength of thinned silicon dies have been investigated in this dissertation. The results represented the wafer backside metal processing used in this research could have a good performance to enhance the strength of thinned silicon dies, i.e., the semiconductor manufacturer could have the chance to improve the mechanical performance as well as electrical or thermal performance of thinned silicon dies while backside metal processing.誌謝 i要 iiBSTRACT iv錄 vi目錄 xii目錄 xvii號說明 xviii. 第一章 緒論 1.1. 研究動機 1.2. 晶圓薄化技術 2.3. 系統性研究創新方法 4.4. 研究方法、流程與論文架構 4. 第二章 系統性研究創新方法與TRIZ理論 之研究 6.1. 系統性研究創新方法與流程 6.1.1. 主要流程說明 7.1.2. 技術現況資料檢索及分類整理 8.1.3. 研究領域技術地圖建構及分析 9.1.4. 問題定義與創新方法的運用 14.1.5. 結合心智圖法與TRIZ發明原則進行創意激盪 14.1.6. 比對技術地圖進行創新構想的篩選、整合 18.1.7. 文獻矩陣分析與發表機會發掘 18.1.8. 創新方案規劃區分與研究主題定義 19.2. TRIZ創新性問題解決理論之研究 20.2.1. TRIZ 理論的源起與發展 20.2.2. TRIZ理論的基本原理 21.2.3. TRIZ的創新方法與工具 24.2.4. 多組矛盾對狀況下TRIZ發明原則之優先選用法 29.2.5. TRIZ物質-場分析中的場圖建立 34.3. 本章結論 37. 第三章 晶圓薄化技術探討與 創新構想發展 39.1. 晶圓薄化技術現況與文獻回顧 39.1.1. 晶圓薄化需求與應用 39.1.2. 主要的矽晶圓薄化技術 41.2. 矽晶圓薄化製程的達成策略與主要問題 50.3. 創新的薄化方法與發展趨勢 52.4. 薄化技術技術現況分析歸納 55.5. 運用TRIZ理論尋求晶圓薄化技術創新構想 56.5.1. 薄化至4 mil 之量產計畫需求及限制 56.5.2. 問題與資源分析 57.5.3. TRIZ矛盾定義與發明原則 57.5.4. 晶圓薄化技術問題解決之創意激盪 59.6. 創新構想整合與評估 61.6.1. 輪磨後蝕刻薄化製程方案之提案及評估 61.6.2. 晶圓固持與傳輸治具 62.6.3. 正面保護與污染問題 62.6.4. 晶圓翹曲與強度減損 63.7. 薄化後晶片強度研究之文獻矩陣分析 64.8. 其他創新概念之專利提案 68.8.1. 防止晶圓背面蝕刻時正面受污染的方法及其裝置 68.8.2. 創新晶圓薄化製程構想─雙晶圓同時薄化的方法 69.9. 本章結論 71. 第四章 批次式晶圓薄化製程 72.1. 批次式晶圓薄化製程規劃 72.2. 實驗規劃與執行步驟 74.2.1. 要因分析 74.2.2. 實驗規劃 75.3. 前期試片試驗 76.3.1. MAE蝕刻機制 76.3.2. 小試片試驗 77.3.3. 完整矽晶圓前期實驗 78.4. 田口實驗 78.4.1. 田口直交實驗 79.4.2. 因子效果與S/N分析 82.4.3. 最佳化參數 84.5. 確認實驗 85.5.2. 驗證薄化50 µm之批次式製程參數 85.5.3. 薄化至100 µm厚度的成品試作 88.5.4. 挑戰薄化厚度極限 89.6. 批次式薄化蝕刻對晶片強度之影響 91.7. 本章結論 92. 第五章 正面應力對薄化後晶圓翹曲之影響 94.1. 翹曲問題相關研究 94.1.1. 翹曲問題對薄化及後續製程的影響 94.1.2. 影響晶圓翹曲量的主要因素 95.1.3. 表面應力與翹曲量的評估 95.1.4. 翹曲量的量測 98.1.5. 晶圓正面殘留應力對薄化製程所造成的問題 100.2. 研究目的 101.3. 實驗設計與試片製作 101.4. 結果與討論 102.5. 晶圓正面不同應力狀況下薄化厚度與翹曲量關係 107.6. 本章結論 110. 第六章 薄化製程對晶片強度影響及其機制 112.1. 晶片強度的影響與重要性 112.2. 晶片破壞機制 113.3. 提昇強度的方法 116.4. 晶片強度量測技術 117.4.1. 各種量測方法簡介 117.4.2. 本研究量測方法選擇 124.5. 背面金屬蒸鍍製程及其對強度之影響 126.6. 實驗設計與試片製作 129.7. 強度測試方法介紹 132.8. 試驗結果與討論 138.9. 晶片強化機制探討 150.10. 本章結論 152. 第七章 結論與展望 153考文獻 15616411849 bytesapplication/pdfen-US系統性創新TRIZ理論晶圓薄化晶圓翹曲晶片強度systematic innovationTRIZwafer thinningwarpagedie strengththesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187238/1/ntu-98-D93522019-1.pdf