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Dokumentenidentifikation DE102006028718A1 27.12.2007
Titel Verfahren zur Vereinzelung von Halbleiterwafern zu Halbleiterchips
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Pressel, Klaus, Dr. rer. nat., 93049 Regensburg, DE;
Koller, Adolf, Dipl.-Phys., 93059 Regensburg, DE;
Theuss, Horst, Dr. rer. nat., 93173 Wenzenbach, DE
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 20.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028718
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H01L 21/30(2006.01)A, F, I, 20060620, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vereinzelung von Halbleiterwafern (1) zu Halbleiterchips (2). Dazu wird ein Halbleiterwafer (1) mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen (5) versehen, zwischen denen geradlinige Trennspuren (6) angeordnet sind. In den Bereich der Trennspuren (6) werden kristallographische Verspannungen (7) induziert. Anschließend erfolgt eine Laserablation (8) entlang der Trennspuren (6), wobei der Halbleiterwafer (1) in einzelne Halbleiterchips (2) aufgetrennt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vereinzelung von Halbleiterwafern zu Halbleiterchips, wobei das Verfahren nachfolgende Verfahrensschritte aufweist. Zunächst wird ein Halbleiterwafer mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen hergestellt, wobei zwischen den Halbleiterchippositionen geradlinige Trennspuren angeordnet sind.

Üblicherweise wird entlang dieser Trennspuren der Halbleiterwafer mittels eines Sägeblattes, das mit Diamantsplittern besetzt ist, geradlinig durchtrennt. Dazu weist das Sägeblatt eine mit hoher Geschwindigkeit rotierende Metallfolienscheibe von einigen 10 Mikrometern Dicke auf, wobei die Metallfolienscheibe von einem Sägeblattkörper gestützt wird, der von einem luftgelagerten Motor auf Umdrehungen von über 30000 Umdrehungen pro Minute gebracht wird. Aufgrund der Belegung der scheibenförmigen Metallfolie mit Diamantsplittern können Sägenuten in den Halbleiterkristall entlang der Trennspuren in einer Breite von weniger als 100 Mikrometern eingebracht werden.

Aus der Druckschrift US 2005/0003633 A1 ist ein derartiges Sägeverfahren mit Diamantsägen bekannt. Gleichzeitig wird in der Druckschrift festgestellt, dass das Diamantsägen problematisch ist, insbesondere am Austritt des Sägeblatter auf der Rückseite des Halbleiterwafers. Die Rückseite weist hohe interne Verspannungen auf, zumal die Rückseite eine geringere Ebenheit und größere Rauhigkeit aufweist als die aktive Oberseite des Halbleiterwafers, so dass es zu Absplitterungen, Mikrorissen und/oder Kristalldefekten beim Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips kommt.

Somit ist das Trennen von Halbleiterwafern mittels Diamantsägen problematisch und nicht zufrieden stellend. Insbesondere dünne Halbleiterwafer werden darüber hinaus durch die Sägekräfte, die einen hohen Spannungszustand im Kristall erzeugen, sehr schnell mechanisch aufgrund von Mikrorissen und Verspannungen durch Absplitterungen beschädigt. Dieses macht sich besonders dann bemerkbar, wenn der Halbleiterwafer in seiner vollen Dicke durchtrennt werden soll.

Teilweise wird dieses Problem dadurch umgangen, dass ein Halbleiterwafer nur angesägt wird, indem Trennfugen entlang der Trennspuren eingebracht werden. Anschließend wird von der spannungsbeladenen Rückseite der Halbleiterwafer aus so weit dünn geschliffen, dass er in einzelne Halbleiterchips zerfällt. Dieses Vorgehen wird auch "dicing-before-grinding" oder DBG-Technik genannt. Derartige Verfahren benötigen zusätzliche Fertigungsschritte und deutlich höhere Fertigungskosten. Außerdem bleiben Probleme ungelöst, wie eine langsame Trenngeschwindigkeit, eine nicht stabile Schnittqualität und ein hoher Verbrauch an Diamantsägeblättern, die grundlegend mit dem Diamantsägen von Halbleiterkristallen verbunden sind.

Um auch ein bruchfreies Durchsägen des gesamten Halbleiterwafers mittels Diamantsägeblätter zu ermöglichen, werden in dem aus der Druckschrift US 2005/0003633 A1 bekannten Verfahren die spannungsbeladene Rückseite des Halbleiterwafers mindestens im Bereich der Trennspuren durch Laserabtrag bzw. durch Laserschmelzen des Rückseitenmaterials weitestgehend eingeebnet und spannungsarm durch die Laserbehandlung geglüht. Durch diese Laservorbehandlung wird erreicht, dass ein Diamantsägen entlang der Trennfugen zu verbesserten Rändern der Halbleiterchips in den jeweiligen Halbleiterchippositionen führt.

Aus der Druckschrift JP 19860178392 ist ein Lasertrennverfahren bekannt, um die Qualität beim Bilden von Trennfugen in einem Halbleiterwafer zu verbessern, indem zunächst mit einem Sägeblatt Sägefugen eingebracht werden, die dann durch Laserlicht bis zu der Rückseite der Halbleiterwafers erstreckt werden. Dabei erfolgt ein Schmelztrennen des Halbleiterwafers. Dazu wird der Halbleiterwafer auf eine selbstklebende Oberfläche einer selbstklebenden Folie, die aus einem UV-härtbaren Harzkleber besteht, aufgebracht. Danach wird der Halbleiterwafer mittels Thermokompressionsbonden auf der Folie fixiert. Schließlich werden die Trennfugen entlang der Trennspuren des Halbleiterwafers eingesägt und das weitere Wafermaterial einem Laserschneidegerät ausgesetzt und durch eine Projektion des Laserlichts getrennt.

Da das nicht durch die Säge getrennte Halbleitermaterial durch Laserlicht getrennt wird, werden Brüche der Halbleiterchips beim Entfernen von der Folie verhindert. Außerdem kann durch das Lasertrennen die Bearbeitungszeit verkürzt werden und gleichzeitig die Schneidqualität für den Halbleiterwafer verbessert werden. Jedoch werden nachteilig zwei technisch unterschiedliche Trennverfahren kombiniert, was die Fertigungskosten belastet.

Aus der Druckschrift JP 19870527 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem zunächst ein Sägen bis zu einer vorbestimmten Tiefe durch eine Diamantsäge entlang der Trennspuren erfolgt, und anschließend der Rest, der etwa 20 Mikrometer beträgt, mittels Laser durchtrennt wird, um keine Absplitterungen im Bodenbereich zu erzeugen. Dazu wird der Laser in einem Wasserstrahl geführt und gleichzeitig der Durchmesser des Laserstrahls geringer als die Dicke des Trennsägeblattes eingestellt.

Diese Wasserstrahlführung für den Laserstrahl hat den Nachteil, dass diese Fertigung aufwendige Maßnahmen erfordert, um das anfallende Wasservolumen abzuführen. Teilweise müssen extra poröse und wasserdurchlässige Folien eingesetzt werden, durch die weitere Fertigungsschritte behindert sind, so dass derartige poröse und wasserdurchlässige Folien von den getrennten Halbleiterchips noch vor der Weiterverarbeitung wieder entfernt werden müssen.

Siliziumwafer, die durch einen Laserprozess vereinzelt werden weisen dennoch eine stark reduzierte Bruchfestigkeit auf. Eine reduzierte Bruchfestigkeit kann in den nachfolgenden Fertigungs- und Montageschritten wie das Halbleiterchipbonden, das Bonddrahtbonden, das Spritzgussverarbeiten oder das Löten zu einem Halbleiterchipbruch führen, so dass ein nicht akzeptabler Fertigungsausschuss entsteht.

Die 12 bis 15 verdeutlichen dieses Problem des Laserschneidens im Stand der Technik.

12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Abschnitt 13 eines Halbleiterwafers 1 im Bereich einer Trennspur 6, die zwischen zwei Halbleiterchippositionen 5 des Halbleiterwafers 1 angeordnet ist. Die Breite b der Trennspur 6 ist durch entsprechende Randstrukturen 10 und 11 auf der Oberseite 12 des Halbleiterwafers 1 optisch sichtbar markiert. In den oberflächennahen Bereichen 14 des Halbleiterwafers 1 sind Halbleiterbauelementstrukturen angeordnet, die zu den jeweiligen Halbleiterchippositionen 5 gehören.

13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 gemäß 12 beim Bestrahlen der Trennspur 6 mit einem Laserablationsstrahl 9, der einen Materialabtrag im kreuzschraffierten Bereich mit kristallographischer Verspannung 7 im Halbleiterwafers 1 entlang der Trennspur 6 hervorruft.

14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 gemäß 12 nach Abtrag eines Teils des Halbleitermaterials zu einer Trennfuge 15 im Bereich der Trennspur 6. Dabei entsteht an den Rändern 16 und 17 der Trennfuge 15 ein amorpher Bereich 21 aus Halbleitermaterial, der durch kurzzeitiges Aufschmelzen der Randseiten 16 und 17 beim Laserbestrahlen entsteht. Derartiges amorphes Silizium unterscheidet sich in der Massendichte und in weiteren mechanischen Eigenschaften deutlich vom monokristallinen Silizium 22, aus dem der Halbleiterwafer 1 besteht. Daraus ergeben sich an der Grenze bzw. im Bereich der Randseiten 16, 17 amorph-kristallin-mechanische Spannungsüberhöhungen, die zur Nukleation von Rissen und zur Reduzierung der Biegebruchfestigkeit des entstehenden Halbleiterchips führen können.

15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 gemäß 14 nach dem Durchtrennen des Halbleiterwafers 1 mit den gefährdeten amorph erstarrten Rändern 16 und 17 der Trennfuge, wobei der Verlauf 18 der kristallographischen Verspannung als Diagramm gezeigt wird. Es wird deutlich, dass die höchste Verspannung 23 im Übergang vom amorphen Bereich 21 zum monokristallinen Bereich 22 liegt. Eine derartige Amorphisierung kann auch durch einen Wasserstrahl und damit durch Wasserstrahl geleiteten und gekühlten Laserstrahlabtrag nicht verhindert werden, zumal der amorphe Zustand eines an sich kristallinen Halbleitermaterials nur durch Abschreckung einer Schmelze und damit einem Erstarren im schmelzartigen Zustand erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Vereinzelung von Halbleiterwafern zu Halbleiterchips anzugeben, dass mittels schneller Laserablation einen höheren Durchsatz ermöglicht und außerdem eine verbesserte Schneidqualität unter gleichzeitig verminderter Bruchgefahr und verbesserter Bruchfestigkeit der Halbleiterchips ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Vereinzelung von Halbleiterwafern zu Halbleiterchips geschaffen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist. Zunächst wird ein Halbleiterwafer mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen hergestellt, wobei zwischen den Chippositionen Trennspuren angeordnet sind. Zur Vorbereitung der Vereinzelung werden in den Bereich der Trennspuren kristallographische Verspannungen induziert. Danach wird eine Laserablation entlang der Trennspuren durchgeführt. Dabei wird der Halbleiterwafer in einzelne Halbleiterchips getrennt.

Mit diesem Verfahren wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass die Spannungen, die bei der Laserablation, wie es die 12 bis 15 zeigen, am Halbleiterchiprand entstehen über einen größeren Bereich in das Halbleiterchipvolumen hinein induziert werden, als dies beim reinen Laserschneiden, wie es die 12 bis 15 zeigen, der Fall ist. Dabei entsteht am Halbleiterchiprand eine ähnlich starke Verspannung wie sie auch der Laserablationsprozess verursacht, jedoch erfolgt dann das Laserschneiden bzw. die Laserablation in einem Gebiet mit einer mechanisch relaxierteren Umgebung. Durch Temperprozesse kann ferner ein laterales Eindiffundieren und teilweise auch Ausheilen der Strahlenschädigungen erreicht werden, so dass sich die gewünschten mechanischen Spannungsverhältnisse im Halbleiterchiprandbereich einstellen. Somit wird durch Einbringen oder Induktion von Vorschädigungen im Bereich der Trennspur eine Erhöhung der Bruchfestigkeit lasergeschnittener Halbleiterchips erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Induktion von kristallographischen Verspannungen in dem Bereich der Trennspuren mittels Innenimplantation von interstitiell in das monokristalline Gitter eines Halbleiterkristalls einbaubaren, geladenen Teilchen und/oder ionisierten Atomen. Durch diese interstitiell eingebauten geladenen Teilchen und/oder ionisierten Atomen wird das Gitter aufgeweitet und damit verspannt, so dass eine Vorschädigung des Gitters durch erhöhte kristallographische Verspannungen erreicht wird.

Für die Ionenimplantation können Kohlenstoffionen, Stickstoffionen, Sauerstoffionen und/oder Siliziumionen eingesetzt werden. Solange kein Temperschritt erfolgt, werden derartige Ionen auf Zwischengitterplätzen platziert und weiten das Gitter auf. Beim Tempern jedoch wird durch Kohlenstoffionen, die einen kleineren Wirkungsradius aufweisen als die Halbleiteratome auf den Gitterplätzen aus Silizium, eine Verspannung des Gitters durch Schrumpfung verursacht, während bei Stickstoffionen und Sauerstoffionen eine kristallographische Verspannung des Gitters durch Aufweitung von Gitterabständen erfolgt. Die Wirkung von Siliziumionen wird jedoch durch Tempern nahezu neutralisiert, da in einem Siliziumwirtsgitter diese dann auf Gitterplätzen beim Tempern angeordnet werden.

Zur Erhöhung der kristallographischen Verspannung können auch Edelgasionen im Bereich der Trennspuren angeordnet bzw. induziert sein. Derartige Edelgasionen auf interstitiellen Gitterplätzen haben die Tendenz, das Gitter zu erweitern und damit die kristallographische Verspannung im Bereich der Trennspuren zu erhöhen.

Anstelle einer Zonenimplantation kann auch eine Bestrahlung mittels Protonen oder mittels Alpha-Teilchen erfolgen, so dass eine Induktion von kristallographischen Verspannungen im Bereich der Trennspur mittels Protonen bzw. mittels Alpha-Teilchen erfolgt. Diese Protonen bzw. Alpha-Teilchen weisen gegenüber Kohlenstoffionen, Stickstoffionen, Sauerstoffionen oder Siliziumionen bei gleicher Implantationssenergie eine höhere Eindringtiefe auf, so dass die Vorschädigung mit einer einzigen Protonenbestrahlung oder mit einer einzigen Alpha-Teilchen-Bestrahlung den Halbleiterwafer in den Trennspuren vollständig durchdringen kann.

Eine weitere Möglichkeit eine Induktion von kristallographischen Verspannungen zu erreichen, liegt darin, Ionen aus der Gruppe der Übergangsmetalle und/oder aus der Gruppe der Lanthanide zu implantieren. Diese deutlich größeren Ionen bewirken eine deutlich größere Schädigung des monokristallinen Halbleitergitters im Bereich der Trennspuren, wobei jedoch die Eindringtiefe begrenzt ist, so dass in mehreren Stufen eventuell hintereinander, d.h. seriell, derartig große Ionen durch Innenimplantation in den Halbleiterkristall einzubringen sind.

Ein weiteres bevorzugtes Durchführungsbeispiel des Verfahrens besteht darin, die Induktion von kristallographischen Verspannungen in den Bereichen der Trennspuren mittels Bestrahlung unter Bildung von Leerstellenclustern zu erreichen. Leerstellencluster sind eine Anhäufung von Gitterleerstellen, die vorzugsweise durch elektromagnetische Bestrahlung erreicht wird.

Dabei kann die Bestrahlung zur Bildung von Leerstellenclustern mittels Infrarotlaser erfolgen. Infrarotlaser können einerseits den Siliziumkristall vollständig durchleuchten und/oder andrerseits bei entsprechend hoher Anregung dafür sorgen, dass Siliziumatome von ihren Gitterplätzen unter Zurücklassung von Leerstellen entfernt werden.

Eine derartige Laserbestrahlung durch den gesamten Kristall unter Bildung von Leerstellenclustern kann dadurch erreicht werden, dass die Fokustiefeneinstellung des Laserstrahls tiefengestaffelt vorgenommen wird, so dass nacheinander die gesamte Halbleiterdicke im Bereich der Trennspuren vorgeschädigt ist.

Darüber hinaus ist es auch möglich, anstelle einer tiefengestaffelten Fokussierung des Laserstrahls bei der Laserbestrahlung, diese mit unterschiedlicher Laserwellenlänge durchzuführen, da die höchste Absorption von Laserstrahlen in oberflächennahen Bereichen durch UV-Laser erfolgt und in tieferen Bereichen durch entsprechend angepasste Infrarotlaser, so dass eine Laserbestrahlung unter gestaffelter Variation der Laserwellenlänge, vorzugsweise im Bereich von nahem UV bis tiefem Infrarot eine erfolgreiche und durchgängige Leerstellenclusterbildung begünstigt. Ein derart vorgeschädigter Halbleiterwafer kann dann beispielsweise getempert werden, um lateral die Konzentration von Leerstellenclustern und/oder von Fremdatomen in das Volumen des Halbleiters von den Trennspuren aus hineinzubringen.

Zum Trennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips ist eine Laserablation entlang der Trennspuren nach dem Vorschädigen des Halbleiterwafers in den Trennspuren vorgesehen, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Halbleiterwafer in seiner gesamten Dicke mittels Laserschneiden durchtrennt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden durch Laserablation entlang der Trennspuren lediglich Trennfugen erzeugt, deren Tiefe geringer ist als die Dicke des Halbleiterwafers. Durch die erhöhte Verspannung jedoch in dem Restbereich des durchtrennten Bereichs des Halbleiterwafermaterials unterhalb der Trennfugen ist es nun möglich, mittels einer expandierenden Folie unter Zugbelastung des Halbleiterwafers diesen in einzelne Halbleiterchips zu spalten, ohne dass es zu Absplitterungen auf der Rückseite des Halbleiterwafers kommt und ohne dass es zu Beeinträchtigungen der Bruchfestigkeit der Halbleiterchips kommt.

Eine weitere Möglichkeit, bei einem derart vorpräparierten Halbleiterwafer mit einer mit Hilfe einer Laserablation vorbereiteten Trennfuge nachträglich das übrig gebliebene Halbleitermaterial unterhalb der Trennfuge durchzutrennen, besteht darin, eine flexible Folie einzusetzen, auf der sich der Halbleiterwafer beim Einbringen der Trennfuge befindet, um anschließend unter Biegebelastung des Halbleiterwafers, diesen in einzelne Halbleiterchips zu spalten.

In allen drei Ausführungsformen, nämlich dem vollständigen Durchtrennen im Bereich der Trennfugen, dem teilweisen Durchtrennen und dem anschließenden Expandieren sowie dem teilweisen Durchtrennen durch Laser und dem anschließenden Biegespalten in einzelne Halbleiterchips, kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Bruchgefahr der Halbleiterchips vermindert ist und ein Absplittern von Teilstücken, insbesondere im Rückseitenbereich der Halbleiterchips, unterbunden wird. Gleichzeitig haben diese Verfahren den Vorteil, dass ein Planieren oder Einebenen der Rückseite mit Hilfe eines Laseraufschmelzens nicht erforderlich ist. Außerdem hat diese Methode den Vorteil, dass eine Diamantsägetechnik vollständig unterbleiben kann.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Halbleiterwafer, der in Halbleiterchips zu vereinzeln ist;

2 bis 6 zeigen Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts eines Halbleiterwafers im Bereich einer Trennspur;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt eines Halbleiters im Bereich einer Trennspur;

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 2 beim Induzieren von Verspannungen im Bereich der Trennspur mittels Laserbestrahlung;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 3 nach erfolgter Induktion;

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 4 nach Tempern des Halbleiterwafers;

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 5 nach Laserablation im Bereich der Trennspur;

7 bis 11 zeigen Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts eines Halbleiterwafers im Bereich einer Trennspur;

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt des Halbleiterwafers im Bereich der Trennspur;

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 7 beim Induzieren von Verspannungen im Bereich der Trennspur mittels Ionenimplatation;

9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 8 nach erfolgter Induktion in einen Bereich der Trennspur;

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 9 nach Tempern des Halbleiterwafers;

11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 10 nach Laserablation im Bereich der Trennspur;

12 bis 15 zeigen Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts eines Halbleiterwafers beim Vereinzeln des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips gemäß dem Stand der Technik.

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Halbleiterwafer 1, der in Halbleiterchips 2 zu vereinzeln ist. Dazu weist der Halbleiterwafer 1 Halbleiterchippositionen 5 auf, die in Zeilen 3 und Spalten 4 auf der Oberseite 12 des Halbleiterwafers 1 angeordnet sind. Diese Halbleiterchippositionen 5 werden von geradlinigen Trennspuren 6 begrenzt, die zum Vereinzeln des Halbleiterwafers 1 vorgesehen sind.

Die 2 bis 6 zeigen Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts 13 eines Halbleiterwafers 1 im Bereich einer Trennspur 6.

2 zeigt einem schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 eines Halbleiterwafers 1 im Bereich der Trennspur 6, die von optisch sichtbaren Randmarkierungen 10 und 11 in ihrer Breite b begrenzt ist. Die benachbart zu der Trennspur 6 und den Markierungen 10 und 11 angeordneten Halbleiterchippositionen 5 weisen in den oberflächennahen Bereichen 14 des Halbleiterwafers 1 Halbleiterelemente auf, die zu integrierten Schaltungen der Halbleiterchips gehören. Die Breite b der Trennspur 6 ist derart vorgesehen, dass die Toleranz beim Justieren des Halbleiterwafers 1 auf einer in x- und y-Richtung bewegbaren Unterlage und die Toleranz der Positionierung eines Laserstrahls berücksichtigt werden können, so dass bei dem Trennvorgang die optisch sichtbaren Markierungen 10 und 11 nicht überschritten werden.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 eines Halbleiterwafers 1 im Bereich der Trennspur 6 beim Bestrahlen der Trennspur 6 mit Hilfe eines Laserstrahls 8. Die Energie des Laserstrahls 8 ist derart eingestellt, dass es nicht zu einer Laserablation im Bereich der Trennspur 6 kommt, sondern vielmehr im Halbleiterkörper des Halbleiterwafers 1 im Bereich der Trennspur 6 durch Ausbilden von Leerstellenclustern Spannungen erzeugt werden, die eine Relaxation mit Verspannungen, die durch den Laserablationsvorgang entstehen, ermöglichen. In diesem Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird die gesamte Dicke des Halbleiterwafers im Bereich der Trennspur 6 durch Laserbeschuss mit kristallographischen Verspannungen unter Ausbildung von Leerstellenclustern versehen, so dass sich der in 4 gezeigte Verlauf der Verspannungen in lateraler Richtung ergibt.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 gemäß 3 nach erfolgter Induktion von kristallographischen Verspannungen in dem Halbleitermaterial. Dabei ist die kristallographische Verspannung im Mittenbereich der Trennspur 6 am größten und klingt in lateraler Richtung zu den Seiten der Trennspur 6 ab. Um eine Verbreiterung des vorgeschädigten Bereichs zu erreichen, wird als nächstes ein Temperschritt durchgeführt.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 gemäß 4 nach Tempern des Halbleiterwafers 1. Dabei zeigt der Verlauf 18 der Verspannung im Bereich der Trennspur 6 eine Verminderung, während sich die Verspannungen in lateraler Richtung über die Randstrukturmarkierungen 10 und 11 hinaus verbreitet haben.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 gemäß 5 nach Laserablation im Bereich der Trennspur 6. Bei der Laserablation 9 in Pfeilrichtung A befinden sich zwar auch amorphe Bereiche im Bereich der Ränder 16 und 17 des Trennspaltes 19 mit einer Breite s, jedoch belastet diese amorphe Struktur das vorgeschädigte monokristalline Material des Halbleiters geringer, was durch den Verlauf 18 der nun vorhandenen Verspannung gezeigt wird. Die Verspannung 18 in lateraler Richtung in das Halbleitermaterial klingt in einem größeren Bereich ab als bei den in 12 bis 15 gezeigten Spannungsverläufen.

Sowohl die Laserablation 9, die in 6 gezeigt wird, als auch die Laserbestrahlung 8, die in 3 gezeigt wird, kann tiefengestaffelt erfolgen, indem ein fokussierter Laserstrahl verwendet wird, dessen Fokus tiefengestaffelt variiert wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Tiefenstaffelung durch Variation der Wellenlänge des Laserstrahls zu erreichen, wobei oberflächennah ein UV-Laser eingesetzt wird und in tieferen Bereichen ein Infrarotlaser mit entsprechender Fokussierung verwendet wird.

Die 7 bis 11 zeigen Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts 13 eines Halbleiterwafers 1 im Bereich einer Trennspur 6, wobei in dieser Verfahrensvariante keine Laserbestrahlung erfolgt, sondern vielmehr eine Innenimplantation vorgesehen ist. Diese Ionenimplantation erfolgt abhängig von der Implantationsenergie in unterschiedlichen Tiefen des Halbleitermaterials. Dazu kann die Ionenimplantationsenergie kontinuierlich oder in Stufen hochgefahren werden.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 des Halbleiterwafers 1 im Bereich der Trennspur 6. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und in den 7 bis 11 nicht extra erörtert. Die 7 entspricht der 2, so dass sich eine Erörterung erübrigt.

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 gemäß 7 beim Induzieren von Verspannungen 7 im Bereich der Trennspur 6. Dazu wird die Trennspur 6 auf ihrer vollen Breite b mit Ionen bestrahlt, wobei die Innenarten oben im Detail beschrieben wurden und deshalb an dieser Stelle nicht erneut wiederholt werden. Im Prinzip bewirken die eingestrahlten Ionen eine Schädigung des Kristallgitters dadurch, dass sich die Ionen auf interstitielle Gitterplätze im Bragg'schen-Abbremsbereich setzten. Die Tiefe dieses Bragg'schen-Abbremsbereichs hängt von der Größe der implantierten Ionen und der Intensität der Bestrahlung ab, mit der die Ionen eingestrahlt werden. Je größer das einzelne Ion ist, um so höher ist der Schädigungsgrad des Kristallgitters, so dass eine hohe Konzentration an Verspannungen im Bragg'schen-Abbremsbereich erreicht werden kann.

9 zeigt einen schematischen Querschnitt des Abschnitts 13 gemäß 8 nach erfolgter Induktion einer kristallographischen Verspannung in einen Bereich der Trennspur 6. Außerdem zeigt 9 den Verlauf 18 der Verspannungen im Bereich der Trennspur 6. In diesem Fall sind die Verspannungen 7 auf den Mittenbereich des Halbleiterwafers 1 konzentriert, jedoch wird in der Regel die Intensität derart variiert, dass die gesamte Dicke des Halbleiterwafers 1 im Bereich der Trennspur 6 vorgeschädigt wird.

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt 13 gemäß 9 nach Tempern des Halbleiterwafers 1. Dabei verbreitert sich der Verlauf 18 der Schädigungen in lateraler Richtung und gleichzeitig nimmt die maximale Schädigung im Bereich der Trennspur 6 ab.

11 zeigt schließlich einen schematischen Querschnitt des Abschnitts 13 gemäß 10 nach Laserablation 9 in Pfeilrichtung A im Bereich der Trennspur 6. Die Wirkung der Vorschädigung bzw. der induzierten kristallographischen Verspannung ist die gleiche wie bei einer Vorschädigung durch eine Laserbestrahlung, wie sie in den 2 bis 6 gezeigt wurden.

Die weiteren 12 bis 15 zeigen Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts 13 eines Halbleiterwafers 1 im Bereich einer Trennspur 6 zum Vereinzeln des Halbleiterwafers 1 in einzelne Halbleiterchips gemäß dem Stand der Technik. Diese Verfahrensschritte wurden bereits in der Beschreibungseinleitung im Detail erörtert.

1
Halbleiterwafer
2
Halbleiterchip
3
Zeilen
4
Spalten
5
Halbleiterchipposition
6
Trennspur
7
Bereich mit kristallographische Verspannung
8
Laserbestrahlung bzw. Laserstrahl
9
Laserablation
10
Randstruktur
11
Randstruktur
12
Oberseite des Halbleiterwafers
13
Abschnitt eines Halbleiterwafers
14
oberflächennaher Bereich des Halbleiterwafers
15
Trennfuge
16
Rand der Trennfuge
17
Rand der Trennfuge
18
Verlauf der Verspannung
19
Trennspalt
20
Innenstrahl
21
amorpher Bereich
22
monokristallines Silizium
23
höchste kristallographische Verspannung
b
Breite der Trennspur
s
Breite des Trennspalts


Anspruch[de]
Verfahren zur Vereinzelung von Halbleiterwafern (1) zu Halbleiterchips (2), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Herstellen eines Halbleiterwafers (1) mit in Zeilen (3) und Spalten (4) angeordneten Halbleiterchippositionen (5), zwischen denen Trennspuren (6) angeordnet sind;

– Induktion von kristallographischen Verspannungen (7) in den Bereich der Trennspuren (6);

– Laserablation (9) entlang der Trennspuren (6);

– Trennen des Halbleiterwafers (1) in einzelne Halbleiterchips (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktion von kristallographischen Verspannungen (7) in den Bereich der Trennspuren (6) mittels Innenimplantation von interstitiell in das monokristalline Gitter eines Halbleiterkristalls einbaubaren, geladenen Teilchen und/oder ionisierten Atomen erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktion von kristallographischen Verspannungen (7) in den Bereich der Trennspuren (6) mittels Innenimplantation von Kohlenstoffionen, Stickstoffionen, Sauerstoffionen und/oder Siliziumionen erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktion von kristallographischen Verspannungen (7) in den Bereich der Trennspuren (6) mittels Edelgasionen erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktion von kristallographischen Verspannungen (7) in den Bereich der Trennspuren (6) mittels Protonen erfolgt Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktion von kristallographischen Verspannungen (7) in den Bereich der Trennspuren (6) mittels Alpha-Teilchen erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktion von kristallographischen Verspannungen (7) in den Bereich der Trennspuren (6) mittels Ionen aus der Gruppe der Übergangselemente und/oder aus der Gruppe der Lanthanide erfolgt. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktion von kristallographischen Verspannungen (7) in den Bereich der Trennspuren (6) mittels Bestrahlung unter Bildung von Leerstellenclustern erfolgt. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung unter Bildung von Leerstellenclustern mittels Infrarotlaserbestrahlung erfolgt. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung unter Bildung von Leerstellenclustern mittels Laserbestrahlung (8) unter Einstellung tiefengestaffelter Fokussiertiefen erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung unter Bildung von Leerstellenclustern mittels Laserbestrahlung (8) unter gestaffelter Variation der Laserwellenlänge, vorzugsweise im Bereich von nahem UV bis tiefem Infrarot erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips die vorgesehene Laserablation (9) entlang der Trennspuren (6) den Halbleiterwafer in seiner gesamten Dicke durchtrennt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Laserablation (9) entlang der Trennspuren (6) Trennfugen erzeugt werden, deren Tiefe geringer ist als die Dicke des Halbleiterwafers. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen des Halbleiterwafers (1) in einzelne Halbleiterchips (2) der durch Laserablation (9) nicht durchtrennte Bereich des Halbleiterwafermaterials unterhalb der Trennfugen mit Hilfe einer expandierbaren Folie unter Zugbelastung des Halbleiterwafers (1) gespalten wird. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen des Halbleiterwafers (1) in einzelne Halbleiterchips (2) der durch Laserablation (9) nicht durchtrennte Bereich des Halbleiterwafermaterials unterhalb der Trennfugen mit Hilfe einer flexiblen Folie unter Biegebelastung des Halbleiterwafers (1) gespalten wird.






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