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Dokumentenidentifikation DE102005046479A1 05.04.2007
Titel Verfahren zum Spalten von spröden Materialien mittels Trenching Technologie
Anmelder Infineon Technologies Austria AG, Villach, AT
Erfinder Horsfield, Nicolas, Faak am See, AT
Vertreter Westphal, Mussgnug & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 28.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005046479
Offenlegungstag 05.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.04.2007
IPC-Hauptklasse B28D 5/00(2006.01)A, F, I, 20060112, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spalten eines Objekts (10), das aus sprödem Material hergestellt ist, in mindestens zwei Stücke (21, 22), wobei das Objekt eine erste flache Oberfläche (11) und eine zweite flache Oberfläche (12) aufweist, die sich gegenüberliegen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Ätzen von mindestens einem Graben (25) in mindestens eine (11) der Oberflächen, um mindestens eine Linie (26) auf der Oberfläche (1) auszubilden, und
Spalten des Objekts (10) in getrennte Stücke (21, 22) entlang der Linie (26).

Beschreibung[de]
Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Spalten von Objekten, die aus spröden Materialien hergestellt sind, und insbesondere Verfahren zum Spalten von aus spröden Materialien hergestellten Halbleiterwafern.

Hintergrund der Erfindung

Es sind Verfahren zum Schneiden und Spalten von Objekten bekannt, die aus spröden Materialien wie z. B. Glas, Saphir, Quarz, Silizium, Germanium, Keramik, und vielen anderen, hergestellt sind. Eine wichtige industrielle Anwendung des Schneidens von sprödem Material ist die Halbleiterherstellung, bei der ein Halbleiterwafer in viele getrennte, kleinere Stücke zerteilt wird.

Die Verfahren zum Schneiden und Spalten von sprödem Material reichen vom herkömmlichen Sägen über das Spalten mit mechanischer Kraft oder mit einem Anreiß-/Abrasivwerkzeug bis zum thermischen Spalten mit oder ohne thermischen Schockprozess, zur Laserablösung oder umfassen eine beliebige Kombination davon.

Die US 2004/0251290 A1 beschreibt in ihrem einleitenden Abschnitt eine Zusammenfassung von einigen der bekannten herkömmlichen Verfahren zum Spalten von sprödem Material bereit.

Zu den zahlreichen Einschränkungen der herkömmlichen Verfahren gehören Ineffizienz und die geringe Qualität der mit diesen Verfahren erhaltenen Kanten bzw. Ränder. Um diese Gesichtspunkte zu verbessern, beschreibt die EP 0 633 867 B1 ein Verfahren zum Spalten von Körpern aus nichtmetallischem sprödem Material, wie z. B. Glas, durch Anritzen eines bestimmten Punktes des Materials bis zu einer bestimmten Tiefe und nachfolgendes Spalten mittels irgendeines Spaltverfahrens. Das Anritzen verursacht jedoch unvermeidbar eine "anfängliche Kerbe" im Material. Obwohl es zu einer erhöhten Spaltgeschwindigkeit und zu einer Verbesserung der Ränderqualität führen soll, erfordert dieses Verfahren dennoch eine "anfängliche Kerbe" in dem Objekt aus sprödem Material am Beginn jedes Spaltens auszuführen, was untragbare Probleme verursachen kann: z. B. sind bei bestimmten Anwendungen wie z. B. beim Zerteilen von Halbleiterwafern viele solcher "anfängliche Kerben" erforderlich, da der Wafer sowohl in X- als auch in Y-Richtung geschnitten werden soll. Dies ist sehr zeitaufwändig und für kleine Halbleiterplättchen nicht praktikabel.

Darüber hinaus würden aufgrund der erheblichen "anfänglichen Kerbe" die Qualität der Kante(n) der getrennten Waferstücke oder letztendlich hergestellten Bauelemente leiden; außerdem würde(n) die Kante(n) von niedriger Qualität wiederum die Stücke oder Bauelemente hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, wie z. B. der Robustheit, und hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften wie z. B. dem elektrischen Leckstrom, des Bauelements verschlechtern.

Es ist daher wünschenswert, ein neues Verfahren zum Spalten von Objekten aus sprödem Material bereitzustellen, das schnell ist, qualitativ hochwertige Kanten für die Enderzeugnisse produziert und wenig oder keinen Verlust mechanischer und elektrischer Eigenschaften an den Enderzeugnissen hervorruft.

Zusammenfassung der Erfindung

Die oben erwähnten Aufgaben sowie zusätzliche technische Vorteile werden durch das Verfahren des Anspruchs 1 erreicht.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Das neue Verfahren ist auf beliebige Objekte anwendbar, die entweder aus einem einzigen spröden Material oder einer Kombination von unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Das Objekt ist vorzugsweise flach und weist zwei flache Oberflächen auf, die sich gegenüberliegen.

Das Verfahren ist insbesondere auf bearbeitete Halbleiterwafer anwendbar. Dieser besteht typischerweise aus einem Substrat aus sprödem Material mit verschiedenen zusätzlichen Schichten wie z. B. Oxid, Metall, Siliziumglas, etc. Die durch Spalten eines bearbeiteten Halbleiterwafers erhaltenen Erzeugnisse bezeichnet man üblicherweise als "Bauelemente" (devices) oder "Chips".

Das wesentliche Prinzip des neuen Verfahrens ist die Kombination von Grabenätzen mit einem beliebigen Schneid- oder Spaltverfahren für sprödes Material. GEnauer gesagt ätzt das neue Verfahren zuerst einen Graben oder eine Vielzahl von Gräben in mindestens eine der beiden sich gegenüberliegenden flachen Oberflächen des Objekts, wodurch der Graben oder die Gräben eine Linie oder eine Vielzahl von Linien auf der/den geätzten Oberfläche(n) definieren; anschließend spaltet das Verfahren das Objekt in mindestens zwei Teile entlang der definierten Linie(n) mittels eines beliebigen Spaltverfahrens für sprödes Material. Diese Verfahren umfassen das Spalten mit mechanischer Kraft, Anreiß-/Abrasions-verfahren, thermisches Spalten mit oder ohne thermischen Schockprozess, Laserablösung, etc., sind aber nicht darauf begrenzt. Die Kanten der getrennten Teile entsprechen der/den definierten Linie(n), entlang derer das Spalten stattfindet.

Bei der vorliegenden Erfindung spielt das Grabenätzen eine sehr wichtige Rolle. Das Ätzen entfernt einen Teil des spröden Materials entlang der durch den/die geätzten Graben/Gräben geschaffenen Linie(n) und vermindert dadurch die Waferdicke entlang der Linie(n). Verglichen mit Verfahren zum Spalten des Objekts ohne Grabenätzen vor dem letztendlichen Spalten ermöglicht diese Schwächung, dass das letztendliche Spalten in vielen Richtungen durchgeführt wird, einschließlich des Kreuzens einer zuvor gespaltenen Linie und bei einer höheren Geschwindigkeit mit besserer Kantenqualität und mit verbesserter Kontrolle.

Somit bringt das Ätzen von Gräben in die Oberfläche(n) eines Objekts aus sprödem Material vor dem Spalten des Objekts der vorliegenden Erfindung signifikante und wesentliche Vorteile gegenüber Verfahren des Standes der Technik:

Erstens erspart die vorliegende Erfindung viel Zeit. Beim Spalten des Objekts in mehrere Stücke muss das Verfahren des Standes der Technik einen anfänglichen Defekt zu Beginn jedes Schnittes erzeugen. Bei der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Gräben in derselben oder in unterschiedlichen Richtungen gleichzeitig ausgebildet werden. Damit muss bei Beispielen wie dem Zerteilen von Halbleiterwafern, wo ein Wafer üblicherweise in kleine Stücke sowohl in X- als auch in Y-Richtung zerteilt werden muss, die "anfängliche Kerbe" exakt ausgeführt werden, nicht nur am Waferrand in X-Richtung, sondern auch bei jedem Chip in Y-Richtung. Dies ist sehr zeitaufwändig und kann soweit reichen, dass es für kleine Halbleiterplättchen nicht möglich ist. Somit ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung viel effizienter als das Verfahren des Standes der Technik.

Zweitens schwächt das Grabenätzen das Substratmaterial in dem Bereich, in dem die Spaltung durchgeführt werden soll. Dies reduziert die dem Substrat inhärente Neigung zur Spannung, um die Spaltrichtung zu ändern, z. B. in den Waferrandbereichen, und es ermöglicht ebenfalls das Spalten des Objekts in anderen Richtungen als der Kristallausrichtung, was für. mehr Spaltoptionen sorgt. Z. B. kann der äußere Rand oder ein Abschnitt des Wafers entfernt werden. Dies hat wichtige Anwendungen für einige Halbleiterherstellungsverfahren.

Zum dritten verbessert die vorliegende Erfindung die Qualität der erzeugten Kante oder Kanten. Ätztechniken erzeugen im Allgemeinen eine Kante, die frei von Belastungen oder Fehlern ist und gute mechanische und elektrische Eigenschaften aufweist. Das Ätzen wendet keine direkte Kraft auf das Material an, somit werden keine Kristalllageveränderungen, keine Kristalleffekte usw. oder andere mechanische Defekte wie z. B. Mikrorisse gebildet. Darüber hinaus ist die Ätztemperatur auch relativ niedrig und ein Hochtemperaturschaden wird vermieden. Z. B. ist im Fall des Siliziumplasmaätzens die Temperatur typischerweise 400 °C, was weit unterhalb der Hochtemperaturprozesse (über 800 °C) liegt, die zu Verwerfunen, Rekristallisationen und Reformation des Substrats führen können und für Schäden an den Metallschichten und Veränderungen der Dotierprofile bewirken können. Solche Defekte verursachen große Schwierigkeiten. Im Fall von Glas oder Saphir wird die mechanische Stärke und Robustheit verringert. Im Falle von Halbleitern werden nicht nur die mechanische Stärke, sondern auch die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigt, insbesondere kann der Lechstrom in erheblichem Maße erhöht werden. Als solche ist die resultierende Kante, die mittels Grabenätzen und bestimmten Spaltverfahren erzeugt wird, frei von Defekten und ist den durch Verfahren des Standes der Technik hergestellten Kanten mechanisch und elektrisch überlegen, insbesondere denen, bei denen eine anfängliche Kerbe und hohe Temperaturen verwendet werden.

Viertens führt die verbesserte elektrische Leistung, die sich aus der vorliegenden Erfindung ergibt, zu einem signifikanten weiteren Vorteil für elektrische Bauelemente: Randabschlussstrukturen werden typischerweise bei Bauelemente verwendet, um den fehlerhaften Rand mit schlechter Qualität von dem praktisch fehlerfreien aktiven Bereich zu isolieren. Wenn der Rand eine hohe Qualität aufweist, kann die Größe der Randabschlussstrukturen reduziert oder auf die Randabschlussstrukturen kann sogar verzichtet werden. Dies kann den erforderlichen Platzbedarf für das Bauelement in erheblichem Maße reduzieren und dadurch die Anzahl der aus einem Wafer erhaltenen Bauelemente in signifikanter Weise erhöhen.

Der fünfte Vorteil besteht darin, dass als Ergebnis der verbesserten mechanischen Randqualität, die sich aus dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt, die Robustheit dahingehend verbessert wird, dass ein Bruch entweder während des Spaltens oder danach bei der späteren Verarbeitung ebenfalls reduziert wird, was zu einem verbesserten Endertrag führt.

Der sechste Vorteil ist, dass die Gräben, die in der/den Oberfläche(n) des Objekts ausgebildet sind, in denen das Spalten stattfinden soll, auch eine nützliche sichtbare Ausrichtungshilfe für die tatsächliche Spaltung bilden. Im Ergebnis kann das Spalten leichter, schneller und unter einer verbesserten Kontrolle durchgeführt werden, was sämtlich zu einer Verbesserung bezüglich Geschwindigkeit und Randqualität am Ende des Spaltens beiträgt.

Der siebte Vorteil liegt darin, dass die vorliegende Erfindung zum Spalten von dünnen Materialien besser als die Verfahren des Standes der Technik verwendbar ist. Jegliche "anfängliche Kerbung" oder jeder Prozess, der zu mechanischer Belastung führt wie z. B. hohe Temperatur, kann in einer unkontrollierten Rissbildung und Bruch des Materials resultieren. Z. B. werden bei Halbleitervorrichtungen "dünne Wafer" typischerweise unter 220 &mgr;m Dicke verarbeitet und es wird in zunehmenden Maße schwierig, solche Wafer zu schneiden, insbesondere unterhalb bei Dicken von weniger als 100 &mgr;m. Die vorliegende Erfindung kann als Ergebnis der bereits beschriebenen Verarbeitungseigenschaften das Schneiden von solch dünnen Materialien ermöglichen. Anders als beim Verfahren des Standes der Technik, wo die "anfängliche Kerbung" oder hohe Temperaturen die dünnen Wafer brechen können, ist das Grabenätzen bei Halbleiterwafern eine entwickelte Technologie, die gut kontrolliert und eingestellt werden kann, um nicht zu einem Brechen der dünnen Wafer zu führen.

Zu guter Letzt sind bestimmte Sprödspalteverfahren nicht geeignet, zusätzlich die Metallisierungsschichten zu spalten, die sich auf den Vorder- oder Rückseiten des Materials befinden. Das Grabenätzen der vorliegenden Erfindung kann diese Schichten durch schneiden, wodurch ein Verfahren bereitgestellt wird, das gewisse Spaltverfahren ermöglicht, die sonst nicht möglich sind. Z. B. wird bei Leistungshalbleitern die Rückseite häufig als Kontakt für das Bauelement verwendet und es können relativ hohe Ströme fließen. Dies erfordert ein Übereinanderschichten von unterschiedlichen Metallen verschiedener Dicken, und die Schneidoperation muss diese ohne Unterschneiden oder Erzeugen von mechanischer oder chemischer Belastung trennen, was sonst zu einem Abschälen dieser Metallisierungsschicht oder anderen derartigen Schwierigkeiten führen könnte. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, dass sowohl spröde als auch nicht-spröde Materialien als ein inhärentes Merkmal der kombinierten Verfahrensschritte geschnitten werden.

Zusammenfassend bildet die Kombination der Grabenätztechnologie mit Spaltverfahren von sprödem Material bei dem Spaltverfahren von sprödem Material der vorliegenden Erfindung ein wirksames Verfahren mit ausgezeichneter Leistung, das viele Spaltoptionen ermöglicht, qualitativ hochwertige Ränder mit guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften erzeugt und frei von Defekten ist, die man typischerweise beim mechanischen Sägen oder bei solchen Techniken des Standes der Technik erhält, bei denen eine "anfängliche Kerbung" erforderlich ist.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die vorliegende Erfindung kann besser unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren und Beschreibung verstanden werden. Die Elemente in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, es liegt stattdessen die Betonung auf der Veranschaulichung der Grundprinzipien der Erfindung. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugsziffern die entsprechenden Teile in den unterschiedlichen Darstellungen.

1 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Objekts, das aus sprödem Material besteht.

2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Objekts, das unter Verwendung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespaltet wird.

3 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Objektes, das unter Verwendung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird.

4. ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Objektes, das unter Verwendung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird.

5 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Objektes, das unter Verwendung einer vierten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird.

6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Objektes, das unter Verwendung einer fünften Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird.

7 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Objektes, das unter Verwendung einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird.

8 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Objektes, das unter Verwendung einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird.

9 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Randes, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet wird.

Detaillierte Beschreibung

1 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften aus sprödem Material hergestellten Objekts. Das Objekt 10 kann aus einem einzigen spröden Material oder einer Kombination von verschiedenen Materialien wie z. B. einem bearbeiteten Halbleiterwafer hergestellt sein, kann aus einem spröden Substrat und einer Anzahl von anderen Schichten, wie z. B. Oxid, Metall, Siliziumglas, Siliziumnitrid, etc. bestehen. Das Objekt ist vorzugsweise flach und weist zwei flache Oberflächen 11 und 12 auf, die sich gegenüberliegen. Ein spezielles Beispiel eines solchen Objekts ist ein bearbeiteter Halbleiterwafer, der unter Verwendung von Silizium, Germanium oder anderem bekannten Material hergestellt ist. Der Wafer weist zwei Oberflächen auf, die typischerweise Vorder- und Rückseite genannt werden, die der oberen Oberfläche 11 bzw. der unteren Oberfläche 12 in 1 entsprechen. Typischerweise liegen sich diese beiden Oberflächen einander gegenüber mit einem Abstand von typischerweise weniger als 250 &mgr;m (obwohl Abstände bis zu 500 &mgr;m ebenfalls üblich sind).

Eine erste Schicht 14 kann unterhalb der unteren Oberfläche 12 oder der Rückseite des Wafer ausgebildet sein. Des Weiteren kann eine zweite Schicht 13 oberhalb der oberen Oberfläche 11 oder Vorderseite des Wafers zusätzlich zu beliebigen weiteren ausgebildeten Schichten vorhanden sein, die einen Bestandteil des bearbeiten Waferobjekts 10 bilden können.

Jede der Schichten 13, 14 kann eine einzelne Metallisierungsschicht oder Passivierungsschicht sein, oder kann eine Verbundschicht sein, die mindestens eine Metallisierungs- und eine Passivierungsschicht oder Isolationsschicht aufweist. Eine derartige Sandwichstruktur von unterschiedlichen Schichten kann als Leitungsstruktur für Halbleiterbauelemente dienen, die in den Chips/Scheiben integriert sind, die den Wafer bilden.

2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Objekts aus sprödem Material zeigt, das unter Verwendung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird. Diese erste Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Spalten des Objekts in zwei getrennte Stücke bereit, in dem zuerst ein Graben in eine Oberfläche des Objekts geätzt und anschließend ein Spaltverfahren auf das Objekt angewendet wird, um die Spaltung zu vollenden.

Im Detail wird bei dieser Ausführungsform in einem ersten Schritt ein Graben 25 in eine der beiden Oberflächen geätzt, hier in die obere Oberfläche 11 des Objekts 10, wodurch eine Linie 26 auf der Oberfläche 11 definiert wird. Obwohl es keine zwingende Bedingung ist, kann es vorteilhaft sein, dass die Linie 26 an einem Ende 27 der Oberfläche beginnt und sich bis zu einem anderen Ende (nicht dargestellt) der Oberfläche erstreckt. Die Tiefe des resultierenden Grabens ist mit H und dessen Breite mit W gekennzeichnet.

Eine beliebige bekannte Ätztechnik kann verwendet werden, um den Graben zu bilden. Im Falle des Zerteilens von Halbleiterlasern kann beispielsweise ein fotolithografischer Prozess verwendet werden, um die Position des Grabens zu definieren, der erzeugt werden soll. Über dem Wafer kann beispielsweise eine Maskenschicht ausgebildet sein, um eine sich über den Wafer erstreckende Linienöffnung über den Wafer zu definieren. Der definierte Ort wird anschließend unter Verwendung eines ausgewählten Ätzmittels geätzt. Es kann ein beliebiges bekanntes Ätzmittel verwendet werden, z. B. ein Trockenätzmittel, wie anisotropes trockenes Plasma, ein Nassätzmittel, wie z. B. eine nasse Chemikalie, oder dergleichen. Eine Plasmatechnik zum Ätzen tiefer Gräben kann vorzuziehen sein, da sie einen tiefen Graben erzeugt, der gewisse Vorteile bietet, wie nachfolgend erläutert wird. Aus den gleichen Gründen ist eine längere Ätzzeit einer kürzeren vorzuziehen. Das Grabenprofil ist typischerweise U-förmig, wie in der Figur dargestellt, es sind jedoch andere Formen wie eine V-Form oder eine Flaschenform ebenfalls möglich, je nach verwendeter unterschiedlicher Ätztechnik und angewendeten Ätzbedingungen. Es sollte angemerkt werden, dass die Abmessung und das Profil des resultierenden Grabens nicht von großem Belang sind, da es ausreichend ist, wenn das Ätzen eine Schwächung des spröden Materials in einem solchen Ausmaß verursacht, dass das finale Spalten unter Verwendung von herkömmlichen Spaltverfahren von sprödem Material möglich ist. Dennoch ist ein tiefer und enger Graben, d. h. ein hohes Verhältnis von Tiefe zu Breite (H:W), vorteilhaft, da es in einer hohen Abnahme der Festigkeit des spröden Materials resultiert, während es die für das letztendliche Spalten erforderlichen Breite minimiert. Ein hohes Verhältnis von Tiefe zu Breite der Gräben ermöglicht also ein effizientes Spalten und führt zu einer guten Randqualität (edge quality) am Ende des Spaltens. Für Halbleiterwafer bedeutet eine gute Ränderqualität auch gute mechanische und elektrische Eigenschaften. Ein typisches hohes Verhältnis von Tiefe zu Breite liegt bei 5:1 oder darüber. Dies Verhältnis entspricht einer Grabentiefe von 5 &mgr;m und einer Grabenbreite von 1 &mgr;m bei einem Halbleiterwafer mit einer Standarddicke, wie 50 &mgr;m bis 200 &mgr;m, z. B. 100 &mgr;m.

Nachdem der Graben 25 geätzt ist, wird das Objekt 10 in zwei Stücke 21 und 22 entlang der Linie 26 gespalten unter Verwendung eines beliebigen Spaltverfahrens von sprödem Material, das im Stand der Technik bekann ist, wie z. B. Spalten mit mechanischer Kraft, Anreiß-/Abrasionsverfahren, thermisches Spalten mit oder ohne einen thermischen Schockprozess, Laserablösung (Ablation) usw. Wenn ein thermisches Spaltverfahren verwendet wird, erstreckt sich der Bereich C des Objekts, der aufgeheizt wird, quer über den Graben 25, wodurch sich ein Spalt 29 im Körper des Objekts bildet. Der Spalt beginnt am Boden des Grabens und erstreckt sich bis hin zur anderen Oberfläche, hier 12, des Objekts. Sobald der Spalt 29 vollständig durch das Objekt verläuft, ist das Objekt in zwei Stücke gespalten.

3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Objekts aus sprödem Material zeigt, das unter Verwendung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird. Diese zweite Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Spalten des Objekts in zwei getrennte Stücke bereit, indem zuerst ein Graben in eine Oberfläche des Objekts und anschließend ein weiterer Graben in die gegenüberliegende Oberfläche des Objekts geätzt wird, wobei der zweite Graben genau auf den ersten Graben ausgerichtet ist, und indem schließlich ein herkömmliches Spaltverfahren für sprödes Material auf das Objekt angewendet wird, um die Spaltung zu vollenden.

Insbesondere wird bei dieser Ausführungsform am Anfang ein Graben 25 in eine der beiden Oberflächen, z. B. die obere Oberfläche 11 des Objekts 10 geätzt, wodurch eine Linie 26 auf der Oberfläche 11 definiert wird. Anschließend wird ein weiterer Graben 25' in die gegenüberliegende Oberfläche 12 des Objekts 10 geätzt. Jede bekannte Ätztechnik, die zuvor diskutiert wurde, kann verwendet werden, um die Gräben zu bilden. Es ist jedoch wichtig, dass die beiden Gräben genau aufeinander ausgerichtet sind. Schließlich wird das Objekt 10in zwei Stücke 21 und 22 entlang der Linie 26 durch Verwendung eines beliebigen, im Stand der Technik bekannten Spaltverfahrens für sprödes Material gespalten. Dieser finale Spaltschritt bildet einen Spalt 29 im Körper des Objekts, wobei der Spalt seinen Ursprung am Boden des ersten Grabens 25 hat und sich zum Boden des zweiten Grabens 25' hin erstreckt. Selbstverständlich ist ein Ausdehnen des Spalts in entgegengesetzter Richtung ebenfalls möglich. Sobald der Spalt 29 vollständig durch das Objekt verläuft, ist das Objekt in zwei Stücke gespalten.

4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Objekts aus sprödem Material zeigt, das unter Verwendung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird. Diese dritte Ausführungsform bietet ein Verfahren zum Spalten des Objekts in mehr. als zwei getrennte Stücke, indem zuerst eine Vielzahl von parallelen Gräben in mindestens eine Oberfläche des Objekts geätzt wird, wodurch eine Vielzahl von Linien auf der Oberfläche definiert werden, und indem anschließend ein beliebiges herkömmliches Spaltverfahren für sprödes Material auf das Objekt angewendet wird, um die Spaltung zu vervollständigen.

Insbesondere werden bei dieser Ausführungsform am Anfang eine Vielzahl von Gräben 251, 252, ..., 25n in mindestens eine der beiden Oberflächen 11 und 12 des Objekts 10 geätzt. Es ist möglich, dass alle Gräben in eine Oberfläche geätzt werden, z. B. 11. Es ist ebenfalls möglich, einige der Gräben in eine Oberfläche, die anderen hingegen in die andere Oberfläche zu ätzen. Diese Gräben 251, 252, ..., 25n können parallel geätzt werden. Eine zuvor erläuterte beliebige Ätztechnik kann verwendet werden, um die Gräben auszubilden. Diese Gräben 251, 252, ..., 25n definieren entsprechend eine Vielzahl von Linien 261, 262, ..., 26n auf der/den Oberfläche(n) 11. Jede Linie entspringt an einem Ende der Oberfläche und erstreckt sich zum anderen Ende der Oberfläche, obwohl dies keine zwingende Bedingung ist. Nachdem die Gräben geätzt sind, wird das Objekt in mehr als zwei Stücke, 21, 22, 23 usw. entlang der Linien 261, 262, ..., 26n unter Verwendung eines beliebigen, im Stand der Technik bekannten Spaltverfahrens für sprödes Material gespalten. Wie zuvor erläutert, wird die Spaltung mit der Ausbildung und Ausdehnung von Spalten, hier einer Vielzahl von Spalten 291, 292, ..., 29n im Körper des Objekts vollendet.

5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Objekts aus sprödem Material zeigt, das unter Verwendung einer vierten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird. Diese vierte Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Spalten des Objekts in mehr als zwei getrennte Stücke bereit, indem anfänglich eine erste Vielzahl von Gräben 251, 252, ..., 25n (nur zwei sind in der Figur dargestellt) parallel in eine Oberfläche, z. B. 11, des Objekts geätzt werden, wodurch eine erste Vielzahl von Linien 261, 262, ..., 26n parallel auf der Oberfläche 11 definiert werden, und indem anschließend eine zweite Vielzahl von Gräben 351, 352, ..., 35n (nur zwei sind in der Figur dargestellt) parallel in die gleiche Oberfläche geätzt werden, wodurch eine zweite Vielzahl von Linien 361, 362, ..., 36n parallel auf der Oberfläche 11 definiert werden. Diese beiden Vielzahlen von Linien kreuzen einander unter einem dazwischen liegenden Winkel, der hier als &agr; bezeichnet ist. &agr; kann ein beliebiger Wert größer als 0° sein. Z. B. kann &agr; 90° betragen, womit die beiden Vielzahlen von Linien senkrecht aufeinander stehen. Nachdem die Gräben geätzt sind, wird das Objekt in mehr als zwei Stücke, 21, 22, 23, 21', 22', 23', 21'', 22'', 23'' entlang der Linien 261, 262, ..., 26n und 361, 362, ..., 36n unter Verwendung eines beliebigen, im Stand der Technik bekannten Spaltverfahrens für sprödes Material, gespalten. Die Details hinsichtlich des Ätzens und des finalen Spaltens sind ähnlich zu den bei den früheren Ausführungsformen erläuterten.

Diese vierte Ausführungsform des Verfahrens ist bei einigen Anwendungen insbesondere nützlich, z. B. beim Zerteilen von Halbleiterwafern, wobei ein Wafer in viele kleinere Teile sowohl entlang der X- als der Y-Achse geteilt werden soll. In dieser Situation hat das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen entscheidenden Vorteil darin, dass es alle Schneidlinien in einem einzigen Schritt definieren kann. Eine Maskenschicht kann beispielsweise über dem Wafer ausgebildet sein, um ein Netz über den Wafer zu definieren, das die Positionen der vielen zu bildenden Gräben anzeigt; die definierten Orte werden anschließend gleichzeitig geätzt. Damit können viele Gräben in einem einzigen Schritt gebildet werden. Diese Technik ist wesentlich effizienter als das Verfahren des Standes der Technik, das dem Objekt eine anfängliche Kerbe beim Beginn jedes Schnittes zufügen muss.

Obwohl ein Winkel &agr; von 90° beim Schneiden von Halbleiterwafern besonders nützlich ist, kann &agr; ebenso jeden anderen Wert annehmen, um das Schneiden von Wafern in Richtungen zu ermöglichen, die nicht der Kristallausrichtung entsprechen. Dies kann bei gewissen Anwendungen durchgeführt werden, z. B. beim sogenannten „Wafer Edge Trimming".

6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Objekts aus sprödem Material zeigt, das von einer fünften Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird. Diese Ausführungsform ist identisch mit der vierten Ausführungsform, außer dass während des Grabenätzschrittes eine dritte Vielzahl von Gräben 25'1, 25'2, ..., 25'n (hier sind lediglich zwei dargestellt) zusätzlich parallel in die Oberfläche 12 des Objekts geätzt werden. Die dritte Vielzahl von Gräben wird genauausgerichtet auf die erste Vielzahl von Gräben 251, 252, ..., 25n entsprechend auf der gegenüberliegenden Oberfläche 11 geätzt.

7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Objekts aus sprödem Material zeigt, das unter Verwendung einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird. Diese Ausführungsform ist identisch mit der fünften Ausführungsform, außer dass während des Grabenätzschrittes eine vierte Vielzahl von Gräben 35'1, 35'2, ..., 35'n (hier sind lediglich zwei dargestellt) zusätzlich parallel in derselben Oberfläche 12 wie die dritte Vielzahl von Gräben 25'1, 25'2, ..., 25'n (hier sind lediglich zwei dargestellt) geätzt wird. Diese vierte Vielzahl von Gräben wird genauausgerichtet auf die zweite Vielzahl von Gräben 351, 352, ..., 35n (hier sind lediglich zwei dargestellt) entsprechend auf der gegenüberliegenden Oberfläche 11 geätzt.

8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Objekt aus sprödem Material darstellt, das unter Verwendung einer sechsten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gespalten wird. Wie zuvor erwähnt kann ein Objekt aus sprödem Material ein bearbeiteter Halbleiterwafer 10 mit einer Metallisierungs- oder anderen Schicht(en) 13 oder 14 sein, die entweder oberhalb der oberen Oberfläche 11 oder unterhalb der unteren Oberfläche 12 ausgebildet sind, oder das Objekt kann ein Wafer mit zwei oder mehr solchen Metallisierungs- oder anderen Schicht(en) 13 und 14, von denen eine Schicht 13 oberhalb der oberen Oberfläche 11 des Wafers und die andere Schicht 14 unterhalb der unteren Oberfläche 12 ausgebildet ist, sein. Bei Anwenden des Verfahrens der vorliegenden Erfindung auf einen derartigen Halbleiterwafer mit (einer) zusätzlichen Metallisierungsschicht(en) wird der Ätzschritt beispielsweise durch die Metallisierungsschicht(en) 13, 14 und weiter in die Oberfläche(n) direkt oberhalb und/oder unterhalb der geätzten Metallisierungsschicht(en) ätzen.

9 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildeten Randes. In der Figur ist E ein geätzter Bestandteil des Randes, der durch den Ätzschritt gebildet wird. Insbesondere ist der geätzte Teil auf der linken Seite das Ergebnis eines U-förmigen Grabens, der unter Verwendung eines trockenen Ätzmittels vom Typ anisotropes trockenes Plasma gebildet sein kann. Der geätzte Bestandteil auf der rechten Seite ist das Ergebnis eines V-förmigen Grabens, der unter Verwendung eines Ätzmittels wie z. B. einer Nasschemikalie gebildet sein kann. F ist der Abschnitt, der durch den finalen Spaltschritt unter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen Spaltverfahrens für sprödes Material erzeugt wird. F ist im Wesentlichen eine gerade Linie.

Die mindestens eine durch Ätzen ausgebildete Linie kann die Form eines geschlossenen Kreises (nicht dargestellt) aufweisen. Dies ist insbesondere nützlich beim Wafer-Edge-Trimming. In diesem Fall kehrt die Linie zu ihrem Ausgangspunkt zurück, und der Wafer wird anschließend entlang dieser Linie gespalten.


Anspruch[de]
Verfahren zum Spalten eines Objekts (10), das aus sprödem Material besteht, in mindestens zwei Stücke (21, 22), wobei das Objekt eine erste flache Oberfläche (11) und eine zweite flache Oberfläche (12) aufweist, die sich gegenüberliegen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Ätzen von mindestens einem Graben (25) in mindestens eine (11) der Oberflächen, um mindestens eine Linie (26) auf der Oberfläche (11) zu bilden, und

Spalten des Objekts (10) in getrennte Stücke (21, 22) entlang der Linie (26).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Linie (26) am einen Ende (27) der Oberfläche (11) beginnt und bis zum anderen Ende (28) der Oberfläche (11) reicht. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Linie eine geschlossene Schleife bildet. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ätzschritt eine erste Vielzahl von Gräben (251, 252, ..., 25n) parallel zur ersten Oberfläche (11) des Objektes (10) ätzt. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Ätzschritt weiterhin eine zweite Vielzahl von Gräben (351, 352, ..., 35n) parallel zur ersten Oberfläche (11) ätzt, wobei die erste und zweite Vielzahl von Gräben einen Winkel &agr; einschließen, wobei der Winkel &agr; größer als 0° ist. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Winkel &agr; 90° beträgt. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Ätzschritt des Weiteren eine dritte Vielzahl von Gräben (25'1, 25'2, ..., 25'n) parallel in die zweite Oberfläche (12) des Objekts (10) ätzt, wobei die erste und dritte Vielzahl von Gräben aufeinander ausgerichtet sind. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Ätzschritt des Weiteren eine vierte Vielzahl von Gräben (35'1, 35'2, ..., 35'n) parallel in die zweite Oberfläche (12) ätzt, wobei die zweite und vierte Vielzahl von Gräben aufeinander ausgerichtet sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Objekt (10) ein bearbeiteter Halbleiterwafer (10) ist, wobei die erste (11) und zweite (12) Oberfläche die obere (11) und untere (12) Oberfläche des Wafers (10) sind. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem mindestens eine Schicht (13, 14) auf mindestens einer der ersten (11) und zweiten (12) Oberflächen des Wafers (10) ausgebildet ist und bei dem der mindestens eine Graben durch die Metallisierungsschicht (13, 14) geätzt ist. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der mindestens eine Graben durch die Schicht (13, 14) und in den Wafer (10) geätzt ist. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die mindestens eine Schicht (13, 14) eine Metallisierungsschicht ist. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die mindestens eine Schicht (13, 14) eine Passivierungsschicht ist. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die mindestens eine Schicht (13, 14) eine Verbundschicht ist, die sich mindestens aus einer der folgenden Schichten zusammensetzt: Metallisierungsschicht, Passivierungsschicht, Isolierungsschicht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Ätzschritt eine Trockenätzung verwendet. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Trockenätzung eine trockene anisotrope Plasmaätzung ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Ätzschritt eine Nassätzung verwendet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gräben derart geätzt werden, dass sich ein großes Verhältnis von Tiefe zu Höhe (H:W) ergibt. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das hohe Verhältnis von Tiefe zu Höhe (H:W) gleich oder größer als 5:1 ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Spaltschritt mechanische Kraft anwendet, um das Objekt (10) in getrennte Stücke (21, 22, 23, 21', 22', 23', 21'', 22'', 23'') zu spalten. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem der Spaltschritt ein Abrasionsverfahren verwendet, um das Objekt (10) in getrennte Stücke (21, 22, 23, 21', 22', 23', 21'', 22'', 23'') zu spalten. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem der Spaltschritt ein thermisches Spaltverfahren verwendet, um das Objekt (10) in getrennte Stücke (21, 22, 23, 21', 22', 23', 21'', 22'', 23'') zu spalten. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem der Spaltschritt einen thermischen Schockprozess verwendet, um das Objekt (10) in getrennte Stücke (21, 22, 23, 21', 22', 23', 21'', 22'', 23'') zu spalten. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem der Spaltschritt ein Laserablationsverfahren verwendet, um das Objekt (10) in getrennte Stücke (21, 22, 23, 21', 22', 23', 21'', 22'', 23'') zu spalten. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das spröde Material Glas, Silizium, Germanium, Saphir, Quarz, Keramik oder Siliziumkarbid ist.






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