DE102004015403A1 - Verwendung nanoskaliger Partikel zur Erzeugung kratzfester Schutzschichten auf Halbleiterchips - Google Patents

Abstract

Zur Erzeugung von Schutzschichten für Halbleiterchips, welche u. a. kratzfeste Eigenschaften aufweisen, werden Nanoteilchen auf anorganischer Basis, und insbesondere Siliziumdioxid, verwendet. DOLLAR A Zur Herstellung der Schutzschicht werden die Nanoteilchen vorzugsweise zu einem Sol verarbeitet, welches auf die zu beschichtenden Halbleiterchips aufgebracht und anschließend durch Sintern in die eigentliche Schutzschicht überführt wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von nanoskaligen Partikeln zur Erzeugung von Schutzschichten, insbesondere von kratzfesten Schutzschichten auf Halbleiterchips.
• Schutzschichten auf der Basis nanoskaliger Partikel sind aus der Veröffentlichung "Thermische Aufbringung neuartiger Korrosionsschutzschichten für Leichtmetalle auf der Basis oxidischer Nanopartikel", H.-Q. Nguyen, W. Fürbeth, M. Schütze, Karl-Winnacker-Institut der DECHEMA e.V., Frankfurt am Main bekannt. Offenbart werden unter anderem Schutzschichten auf der Basis polymerischer oder partikulärer Sole, die als Sol mit einfachen mechanischen Beschichtungstechniken wie Dip- und Spin-Coating auf eine Werkstückoberfläche aufgebracht werden können. Die resultierenden Schutzschichten sind rein anorganisch, transparent und bereits bei niedriger Temperatur aushärtbar bzw. sinterbar und weisen neben einer sehr guten Korrosionsschutzwirkung insbesondere eine hohe Mikrohärte auf.
• Schutzschichten auf der Basis nanoskaliger Partikel werden bereits angewendet auf Glas- und Kunststoffoberflächen, um diese mit einer Wasser- und schmutzabweisenden Oberfläche zu versehen (Lotusblüteneffekt).
• Des Weiteren wird der Einsatz von Schutzschichten auf der Basis nanoskaliger Partikel zur Erzeugung kratzfester Klarlacke für die Automobillackierung untersucht.
• In der Halbleiterindustrie ist in den letzten Jahren ebenfalls das Bedürfnis entstanden, insbesondere nicht verkapselte Halbleiterchips vor mechanischen Beschädigungen, wie etwa Kratzern, auf einfache und zuverlässige Weise zu schützen.
• Dieses Bedürfnis hat zweierlei Ursachen. Zum einen werden in der Halbleitermontage prozessbedingt unverkapselte Halbleiterchips gehandhabt, zum anderen werden in bestimmten Gehäusetypen sogenannte "bare dice" bzw. unverkapselte Halbleiterchips verwendet, die unverkapselt bleiben, beispielsweise um den Wärmeabtransport aus dem Halbleiterchips heraus zu verbessern oder um den Platzverbrauch des Halbleiterbauteils zu minimieren. In beiden Fällen besteht das Risiko, dass das entsprechende Halbleiterbauteil insbesondere handhabungsbedingt durch Kratzer beschädigt wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Erzeugung eines Schutzfilmes auf Halbleiterchips bereitzustellen, welche diese vor mechanischer Beschädigung bzw. Kratzern schützt.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich zum Schutz eines Halbleiterchips Beschichtungen auf Nanopartikel- bzw. Nanoteilchen- und/oder Nano-Composite-Basis, welche vorzugsweise nach einem Sol-Gel-Prozess hergestellt und durch einfache und gängige Verfahren wie Tauchen, Gießen, Sprühen, Drucken, Rol len, Dip Coating, Spin Coating und andere aufgebracht werden können.
• Die erfindungsgemäße Verwendung von Beschichtungen auf Nanopartikel-Basis hat außerdem den Vorteil, dass durch die Wahl geeigneter Nanopartikel bzw. Nanoteilchen und/oder durch zusätzliche Dotierungen der Beschichtung weitere Eigenschaften verliehen werden können. Neben dem Schutz vor Kratzern kann der unverkapselte Halbleiterchip gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Wahl entsprechender Nanoteilchen beispielsweise vor Licht bzw. UV-Strahlung, Schmutzpartikeln, Feuchte und/oder unkontrollierten elektrostatischen Entladungen geschützt werden.
• Zur Herstellung der erfindungsgemäßen kratzfesten Beschichtungen werden vorzugsweise Sole verwendet, welche die Nanoteilchen entweder in partikulären oder polymerischer Form enthalten und welche auf einfache Art auf die zu beschichtenden Halbleiterchips aufgebracht werden können. Zum Aufbringen eines Sols zu sind sämtliche gängige Verfahren zum Aufbringen einer Flüssigkeit geeignet wie Tauchen, Gießen, Sprühen, Drucken, Rollen, sowie insbesondere zur Erzeugung von Schichten mit genau definierter Dicke Dip- oder Spin-Coating.
• Für partikulären Sole werden Nanoteilchen verwendet, für deren Synthese eine Reihe verschiedener Verfahren bekannt sind. Ein Beispiel für eine großtechnische Synthese ist der Aerosil^®-Prozess, welcher sich im wesentlichen als kontinuierliche Flammepyrolyse von Siliziumtetrachlorid (SiCl₄) beschreiben lässt. Hierbei wird das SiCl₄ in die Gasphase überführt und reagiert anschließend innerhalb einer Knallgasflamme mit dem intermediär gebildeten Wasser spontan und quantitativ unter Bildung des gewünschten Siliziumoxides. Durch Variation der Konzentration der Reaktionspartner, der Flammentemperatur und der Verweilzeit der Kieselsäure im Verbrennungsraum können die Teilchengrößen, die Teilchenverteilung, die spezifische Oberfläche, sowie ihre Beschaffenheit in weiten Grenzen beeinflusst werden. In einem darauffolgenden Schritt wird aus den Nanoteilchen dann unter Verwendung eines Dispergiermittels eine Suspension bzw. ein Sol erzeugt.
• Des Weiteren ist es bekannt, dass neben Siliziumdioxid andere Oxide, wie etwa Aluminium- oder Titanoxide, Alkalioxide und/oder weitere, metallische und/oder keramische Mischoxide verwendet werden können, um der Schutzschicht jeweils andere Eigenschaften zu verleihen.
• Für die Herstellung polymerischer Sole werden verzweigte Silan-Makromoleküle benötigt. Diese werden ausgehend von Silanen unter saurer Katalyse hergestellt. Neben der Verwendung von Silanen ist es außerdem möglich, weitere Alkoxide einzusetzen, so dass Multikomponenten-Nanoteilchen und somit Schutzschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugt werden können.
• Nach der Herstellung des Sols wird dieses durch herkömmliche mechanische Verfahren für das Aufbringen von Flüssigkeiten als dünne Schicht auf die zu beschichtenden Halbleiterchips aufgebracht.
• Aufgrund der Verwendung von Verfahren wie Tauchen, Gießen, Sprühen, Drucken oder Rollen ist es auf einfache Weise möglich, eine Beschichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung in der Halbleiterfertigung massenproduktionstauglich einzusetzen.
• Die aufgebrachte Sol-Schicht geht dann durch Ausflockung bzw. Alterung und/oder Trocknung in eine Gelschicht über, die sogenannte Grün-Schicht. Die Grün-Schicht wird anschließend durch einen Sinter-Prozess, eventuell unter Zuhilfenahme von Sinter-Additiven zu Reduzierung der Sintertemperatur, in die erfindungsgemäße kratzfeste Schutzschicht überführt.
• In der Figur sind diese Verfahrenschritte in einer Übersicht zusammengestellt.
• Mögliche Sinter-Temperaturen für einen derartigen Prozess können bei etwa 400 Grad Celsius liegen, wie aus der eingangs erwähnten Veröffentlichung bekannt ist. Temperaturen von etwa 400 Grad Celsius sind in der Halbleitermontage bekannt und üblich, beispielsweise bei eutektischen oder Weichlöt-Chipmontage-Prozessen. Für temperaturempfindliche Halbleiterchips besteht außerdem die Möglichkeit, niedrigere Sinter-Temperaturen bei effizienten Redaktionsraten durch Verwendung sogenannter Sinter-Additive zu erzeugen.
• Zur Erzeugung eines Schutzfilmes beispielsweise aus einem Borosilikat-Sol auf einem Wafer mit Halbleiterchips gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer mögliche Ausführungsform wie folgt vorgegangen.
• Zuerst werden die Silane vorhydrolisiert. Dann wird Triethylborat beigemischt. Diese Prozedur ist notwendig, um die schnellere Hydrolysegeschwindigkeit von Triethylborat auszugleichen. Die Herstellung des Borosilikat-Sols erfolgt aufgrund der hohen Neigung von Triethylborat zu heterogenen Abscheidung einer Borsäure-Phase unter Luftfeuchtigkeit in einer mit Stickstoff gespülten Schutzkammer. Das entstehende glas klare Multioxid-Sol wird nach etwa 8 Stunden durch Auslagerung bei Raumtemperatur zur Beschichtung bereitgestellt.
• Zur Beschichtung des Wafers mit dem Sol mittels Spin Coating wird das Sol zuerst mit einer Pipette aufgebracht und der Wafer anschließend durch Rotieren geschleudert. Durch die Wahl der Rotationsgeschwindigkeit kann hierbei die Sol-Schichtdicke bestimmt werden.
• Die aufgetragene Sol-Schicht geht durch Gelieren der Sol-Partikel bzw. Altern der Schicht beim Abdampfen des Lösemittels in die Grün-Schicht über. Der Wafer mit der Grün-Schicht wird anschließend in einem Trockenschrank unter synthetischer Luft bei ca. 400 Grad Celsius für etwa 4 – 10 Stunden ausgelagert, wobei sich die Grün-Schicht zu einem Glas-artigen Überzug verdichtet.

Claims (6)

1. Verwendung von Schutzschichten auf der Basis nanoskaliger Partikel zur Beschichtung von Halbleiterchips.
2. Verwendung von nanoskaligen Siliziumdioxid-Partikeln zur Beschichtung von Halbleiterchips.
3. Verwendung von nanoskaligen Siliziumdioxid-basierten metallischen und/oder keramischen Oxiden zur Beschichtung von Halbleiterchips.
4. Verfahren zur Beschichtung von Halbleiterchips mit nanoskaligen Partikeln, welches die folgenden Schritte aufweist: – Erzeugen von Nanoteilchen aus Siliziumdioxid und/oder metallischen und/oder keramischen Oxiden; – Herstellen eines Sols mit Nanoteilchen; – Aufbringen des Sols auf die zu beschichtenden Halbleiterchips; – Ausbildung einer Gelschicht bzw. Grün-Schicht durch Alterung und/oder Trocknung der mit dem Sol beschichteten Halbleiterchips und – Ausbilden einer Schutzschicht durch Sintern der mit der Gelschicht versehenen Halbleiterchips.
5. Verfahren zur Beschichtung von Halbleiterchips mit nanoskaligen Partikeln, welches die folgenden Schritte aufweist: – Hydrolyse von Silanen und/oder Alkoxiden; – Herstellen eines Sols mit hydrolisierten Silanen und/oder Alkoxiden; – Aufbringen des Sols auf die zu beschichtenden Halbleiterchips; – Ausbildung einer Gelschicht bzw. Grün-Schicht durch Alterung und/oder Trocknung der mit dem Sol beschichteten Halbleiterchips und – Ausbilden einer Schutzschicht durch Sintern der mit der Gelschicht versehenen Halbleiterchips.
6. Verfahren zur Beschichtung von Halbleiterchips mit nanoskaligen Partikeln nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei zur Reduzierung der Sinter-Temperatur Sinter-Additive hinzugegeben werden.