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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
der Druckschrift
JP
63036988 A 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.
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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.
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Aus
der Druckschrift
JP
63293939 A 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.
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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.
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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.
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Die 12 bis 15 verdeutlichen
dieses Problem des Laserschneidens im Stand der Technik.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 10 2005
004 827 A1 ist es bekannt, durch Bestrahlung mit einem
gepulsten Laser Defekte entlang von Trennspuren in die Kristallstruktur
eines Wafers einzubringen.
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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.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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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. Anschließend erfolgt
eine Verbreiterung des Bereichs der kristallographischen Verspannungen
in lateraler Richtung durch einen Temperschritt. Danach wird eine
Laserablation entlang der Trennspuren durchgeführt. Dabei wird der Halbleiterwafer
in einzelne Halbleiterchips getrennt.
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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.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Induktion von kristallographischen Verspannungen
in dem Bereich der Trennspuren mittels Ionenimplantation 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.
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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 Ver spannung 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.
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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.
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Anstelle
einer Ionenimplantation 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.
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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
Ionenimplantation in den Halbleiterkristall einzubringen sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Draufsicht auf einen Halbleiterwafer, der in Halbleiterchips
zu vereinzeln ist;
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2 bis 6 zeigen
Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts eines Halbleiterwafers
im Bereich einer Trennspur;
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2 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt eines Halbleiters
im Bereich einer Trennspur;
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 2 beim
Induzieren von Verspannungen im Bereich der Trennspur mittels Laserbestrahlung;
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4 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 3 nach
erfolgter Induktion;
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5 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 4 nach
Tempern des Halbleiterwafers;
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6 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 5 nach
Laserablation im Bereich der Trennspur;
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7 bis 11 zeigen
Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts eines Halbleiterwafers
im Bereich einer Trennspur;
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7 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt des Halbleiterwafers
im Bereich der Trennspur;
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8 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 7 beim
Induzieren von Verspannungen im Bereich der Trennspur mittels Ionenimplatation;
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9 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 8 nach
erfolgter Induktion in einen Bereich der Trennspur;
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10 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 9 nach
Tempern des Halbleiterwafers;
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11 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Abschnitt gemäß 10 nach
Laserablation im Bereich der Trennspur;
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12 bis 15 zeigen
Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts eines Halbleiterwafers
beim Vereinzeln des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips
gemäß dem Stand
der Technik.
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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.
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Die 2 bis 6 zeigen
Verfahrensschritte anhand eines Abschnitts 13 eines Halbleiterwafers 1 im
Bereich einer Trennspur 6.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Zonenimplantation vorgesehen
ist. Diese Ionenimplantation erfolgt abhängig von der Implantationsenergie
in unterschiedlichen Tiefen des Halbleitermaterials. Dazu kann die Ionenimplantationsenergie
kontinuierlich oder in Stufen hochgefahren werden.
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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.
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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 Ionenarten 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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
- Ionenstrahl
- 21
- amorpher
Bereich
- 22
- monokristallines
Silizium
- 23
- höchste kristallographische
Verspannung
- b
- Breite
der Trennspur
- s
- Breite
des Trennspalts