DE10328876A1 - Method for separation of semiconductor chips from semiconductor wafer using formation of separation lines by ion implantation and separation using ultrasonic bath - Google Patents

Method for separation of semiconductor chips from semiconductor wafer using formation of separation lines by ion implantation and separation using ultrasonic bath Download PDF

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Abstract

The semiconductor chip separation method has a mask (2) placed over the surface of the semiconductor wafer (1), for formation of separation lines in its surface via a hydrogen ion implantation process, before immersion of the semiconductor wafer in an ultrasonic bath for separation along the separation lines for provision of the individual semiconductor chips. Alternatively the separation lines are provided by a focused ion beam implantation process.

Description

In der US 6,372,609 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von SOI-Wafern mittels Wasserstoffionenimplantation beschrieben. Bei diesem Verfahren werden Wasserstoffionen dicht unter einer Oberseite eines Halbleiterwafers implantiert. Dadurch entsteht eine dünne Schicht aus mikroskopisch kleinen Löchern oder Rissen, so dass in dieser Schicht eine Trennung der darüber und darunter befindlichen Anteile des kristallinen Halbleitermateriales möglich ist. Wenn zwei Halbleiterwafer, von denen der eine in der angegebenen Weise mittels Wasserstoffionenimplantation behandelt wurde, über eine dünne dielektrische Schicht, z. B. ein Oxid, miteinander verbunden werden und anschließend eine dünne Schicht des einen Wafers längs der durch die Implantation hergestellten Grenzschicht abgetrennt wird, verbleiben ein restlicher Anteil des gespaltenen Wafers sowie ein SOI-Wafer mit einer dicken und einer dünnen kristallinen Halbleiterschicht, die voneinander durch die dielektrische Schicht getrennt sind. In der angegebenen Schrift wird noch gezeigt, wie bei diesem Verfahren eine Oberflächenrauhigkeit des Halbleitermateriales bei dem entstehenden SOI-Substrat vermieden wird.In the US 6,372,609 B1 A method for producing SOI wafers by means of hydrogen ion implantation is described. In this method, hydrogen ions are implanted closely under an upper surface of a semiconductor wafer. This results in a thin layer of microscopically small holes or cracks, so that a separation of the above and below portions of the crystalline semiconductor material is possible in this layer. When two semiconductor wafers, one of which has been treated as described by means of hydrogen ion implantation, are passed over a thin dielectric layer, e.g. Example, an oxide, are joined together and then a thin layer of the one wafer is separated along the boundary layer produced by the implantation, a remaining portion of the split wafer and an SOI wafer with a thick and a thin crystalline semiconductor layer, passing through each other the dielectric layer are separated. In the specified document, it is also shown how a surface roughness of the semiconductor material in the resulting SOI substrate is avoided in this method.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes und vereinfachtes Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterchips aus einem Wafer anzugeben, mit dem ein hoher Durchsatz von Wafern erzielt wird.task The present invention is an improved and simplified To provide a method for separating semiconductor chips from a wafer, with which a high throughput of wafers is achieved.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These Task is with the method with the features of the claim 1 solved. Embodiments emerge from the dependent claims.

Bei dem Verfahren wird der Wafer mit einer Maske bedeckt, die Öffnungen entlang vorgesehener Trennlinien aufweist; dann wird eine Wasserstoffionenimplantation in den Wafer vorgenom men, so dass im Bereich der Maskenöffnungen implantierte Bereiche ausgebildet werden, die höchstens 10 μm, vorzugsweise höchstens 3 μm breit sind. Der so behandelte Wafer, in dem durch die Wasserstoffionenimplantation entlang der Trennlinien Hohlräume oder Mikrorisse entstanden sind, wird in einem Ultraschallbad in die Halbleiterchips zerteilt.at In the method, the wafer is covered with a mask, the openings along provided dividing lines; then a hydrogen ion implantation into the wafer, leaving in the area of the mask openings implanted areas are formed, which is at most 10 microns, preferably at most 3 μm wide are. The thus treated wafer in which by the hydrogen ion implantation along the dividing lines cavities or micro cracks are formed in an ultrasonic bath the semiconductor chips parts.

Es folgt eine genauere Beschreibung des Verfahrens anhand der 1 und 2.The following is a more detailed description of the method based on the 1 and 2 ,

In der 1 ist ein Wafer im Ausschnitt im Querschnitt dargestellt.In the 1 a wafer is shown in section in cross-section.

In der 2 ist eine Anordnung des Wafers in einem Ultraschallbad im Querschnitt dargestellt.In the 2 an arrangement of the wafer in an ultrasonic bath is shown in cross-section.

Die 1 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus einem Wafer 1, in dem nicht dargestellte Halbleiterbauelemente hergestellt sind, die jeweils für einen Halbleiterchip vorgesehen sind. Der Wafer soll in diese Halbleiterchips zerteilt werden. Dazu wird entlang der Trennlinien zwischen den Halbleiterchips eine Wasserstoffionenimplantation eingebracht, wobei die H+-Dosis oberhalb von 1016 cm-2 liegt.The 1 shows in cross section a section of a wafer 1 in which non-illustrated semiconductor components are produced, which are each provided for a semiconductor chip. The wafer is to be divided into these semiconductor chips. For this purpose, a hydrogen ion implantation is introduced along the dividing lines between the semiconductor chips, the H + dose being above 10 16 cm -2 .

Dafür kann im Prinzip jede für Implantationen hoher Implantationsrate geeignete Vorrichtung oder Anlage eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist dabei eine P3+-Implantationsvorrichtung, mit der eine großflächige Wasserstoffionenimplantation 4 mit einer gleichmäßigen Implantationsrate möglich ist. Auf der mit den Halbleiterbauelementen versehenen Oberseite des Wafers 1 wird eine Maske 2 aufgebracht, die Öffnungen entlang der Trennlinien zwischen den Halbleiterchips besitzt. Eine dafür geeignete Maske ist insbesondere eine Fotolackmaske, z. B. eine 3 μm dicke Schicht aus PMMA (Polymethylmetacrylat), ggf. in Verbindung mit einem Fotolack. Die Öffnungen dieser Maske können typisch etwa 3 μm breite Streifen sein.In principle, any device or system suitable for implantations with a high implantation rate can be used. More preferably a P, it is 3+ -Implantationsvorrichtung with a large-scale hydrogen ion implantation 4 with a uniform implantation rate is possible. On top of the wafer provided with the semiconductor devices 1 becomes a mask 2 applied, the openings along the dividing lines between the semiconductor chips has. A suitable mask is in particular a photoresist mask, z. B. a 3 micron thick layer of PMMA (polymethylmethacrylate), optionally in conjunction with a photoresist. The openings of this mask may typically be about 3 μm wide stripes.

Alternativ zur Maskenbelichtung kann eine Vorrichtung für die Implantation mittels gebündelter Ionenstrahlen 5 verwendet werden. Dabei kann eine unzureichende Bündelung des Ionenstrahls möglicherweise problematisch sein.As an alternative to mask exposure, a device for implantation by means of bundled ion beams 5 be used. In this case, insufficient bundling of the ion beam may possibly be problematic.

Die implantierten Bereiche 3 werden bis zu einer für eine Zerteilung des Wafers ausreichende Tiefe hergestellt. Durch die Wahl der Breite der Maskenöffnungen und eine ausreichende Bündelung des Implantationsstrahles werden diese Bereiche 3 mit einer Breite von höchstens 10 μm, vorzugsweise höchstens 3 μm, hergestellt. Die H+-Implantation wird mit einer einigermaßen gleichmäßigen Verteilung der Ionen in dem implantierten Bereich 3 vorgenommen, so dass kein Maximum der Ionenkonzentration, zumindest kein ausgeprägtes Maximum, in diesem Bereich vorhanden ist. Auf diese Weise werden die besagten Bereiche 3 vollständig mit kleinen Hohlräumen oder Mikrorissen versehen. Diese lokale Beschädigung der Kristallstruktur des Wafers ist für eine anschließende Zerteilung des Wafers durch Aufbrechen dieser Bereiche geeignet. Das Zerteilen des Wafers geschieht vorzugsweise unter Verwendung eines Ultraschallbades.The implanted areas 3 are made to a depth sufficient for wafer fragmentation. By choosing the width of the mask openings and a sufficient bundling of the implantation beam these areas 3 having a width of at most 10 μm, preferably at most 3 μm. H + implantation involves a reasonably uniform distribution of ions in the implanted area 3 made so that no maximum of the ion concentration, at least no pronounced maximum, is present in this area. In this way, the said areas become 3 completely provided with small cavities or microcracks. This local damage to the crystal structure of the wafer is suitable for subsequent dicing of the wafer by rupturing these areas. The dicing of the wafer is preferably done using an ultrasonic bath.

Die 2 zeigt eine Anordnung eines zu zerteilenden Wafers 1 mit den H+-implantierten Bereichen 3 in einem Ultraschallbad 6, 7, 8. In dem dargestellten Beispiel befindet sich in einem Behälter oder Gefäß 6 bis zu einem bestimmten Füllstand eine Flüssigkeit 7, vorzugsweise einfach Wasser. Ein Ultraschallwandler 8 ist so angeordnet, z. B. wie in der Anordnung der 2 dargestellt teilweise in die Flüssigkeit 7 eingetaucht, dass im Betrieb des Ultraschallwandlers ausgesandte Ultraschallwellen sich durch die Flüssigkeit 7 fortpflanzen und im Bereich des in dem Gefäß 6 angeordneten Wafers 1 eine mechanische Spannung (stress) erzeugen, die den Wafer 1 entlang der implantierten Bereiche 3 zerbricht.The 2 shows an arrangement of a wafer to be divided 1 with the H + -implanted areas 3 in an ultrasonic bath 6 . 7 . 8th , In the Darge Example placed in a container or vessel 6 up to a certain level a liquid 7 , preferably simply water. An ultrasonic transducer 8th is arranged, for. B. as in the arrangement of 2 represented partially in the liquid 7 immersed, that in the operation of the ultrasonic transducer emitted ultrasonic waves through the liquid 7 propagate and in the area of the vessel 6 arranged wafers 1 create a mechanical stress that causes the wafer 1 along the implanted areas 3 breaks.

Mit diesem Verfahren kann auf einfache Weise eine große Anzahl von Wafern in kurzer Zeit zerteilt und so die Halbleiterchips vereinzelt werden. Das ist insbesondere von Vorteil, wenn die Chips besonders geringe Abmessungen haben, zum Beispiel bei Dioden bis zu unterhalb 0,1 mm2. Durch die sehr schmal auszubildenden Trennbereiche ergibt sich damit eine erhebliche Platzeinsparung auf dem Wafer. Die Wafer können für eine Zerteilung bereits im Herstellungsabschnitt des Front-End für die Zerteilung präpariert werden. Sämtliche Trennlinien werden durch die Ionenimplantation gleichzeitig bearbeitet; es braucht kein Schreibgerät oder Schneidegerät an den Trennlinien entlang gefahren zu werden.With this method, a large number of wafers can be cut in a simple manner in a short time and thus the semiconductor chips are separated. This is particularly advantageous if the chips have particularly small dimensions, for example, in diodes up to below 0.1 mm 2 . Due to the very narrow trainees separation areas, this results in a considerable space savings on the wafer. The wafers can be prepared for dicing already in the manufacturing section of the front-end for the dicing. All dividing lines are processed simultaneously by the ion implantation; there is no need to drive a writing instrument or a cutting device along the dividing lines.

11
Waferwafer
22
Maskemask
33
BereichArea
44
flächige Wasserstoffionenimplantationplanar hydrogen ion implantation
55
gebündelter Ionenstrahlbundled ion beam
66
Gefäßvessel
77
Flüssigkeitliquid
88th
Ultraschallwandlerultrasound transducer

Claims (6)

Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterchips aus einem Wafer, bei dem in einem ersten Schritt eine Wasserstoffionenimplantation in den Wafer (1) entlang vorgesehener Trennlinien erfolgt und in einem zweiten Schritt der Wafer (1) in einem Ultraschallbad (6, 7, 8) in die Halbleiterchips zerteilt wird.Method for separating semiconductor chips from a wafer, in which, in a first step, a hydrogen ion implantation into the wafer ( 1 ) takes place along provided dividing lines and in a second step the wafer ( 1 ) in an ultrasonic bath ( 6 . 7 . 8th ) is divided into the semiconductor chips. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem ersten Schritt der Wafer (1) mit einer Maske (2) bedeckt wird, die Öffnungen entlang der vorgesehenen Trennlinien aufweist, und eine flächige Wasserstoffionenimplantation (4) erfolgt, die von der Maske (2) abgeschirmt wird.Method according to claim 1, wherein in the first step the wafer ( 1 ) with a mask ( 2 ), which has openings along the intended dividing lines, and a planar hydrogen ion implantation ( 4 ) carried out by the mask ( 2 ) is shielded. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Maske (2) Polymethylmetacrylat enthält.Method according to Claim 2, in which the mask ( 2 ) Contains polymethyl methacrylate. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem ersten Schritt die Wasserstoffionenimplantation durch eine gebündelte Ionenstrahlimplantation (5) erfolgt.The method of claim 1, wherein in the first step, the hydrogen ion implantation by a bundled ion beam implantation ( 5 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem durch die Wasserstoffionenimplantation längs der vorgesehenen Trennlinien höchstens 10 μm breite Bereiche (3) ausgebildet werden, die Hohlräume oder Mikrorisse enthalten.Method according to one of claims 1 to 4, in which by the hydrogen ion implantation along the dividing lines provided at most 10 microns wide areas ( 3 ), which contain voids or microcracks. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem durch die Wasserstoffionenimplantation längs der vorgesehenen Trennlinien höchstens 3 μm breite Bereiche (3) ausgebildet werden, die Hohlräume oder Mikrorisse enthalten.Method according to one of claims 1 to 4, in which by the hydrogen ion implantation along the dividing lines provided at most 3 microns wide areas ( 3 ), which contain voids or microcracks.
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