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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Chips, einen Chip, der einen Rückseitenmetallstapel umfasst, und eine Halbleiterscheibe, die eine Mehrzahl von Chipflächen umfasst.
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STAND DER TECHNIK
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Die
US 2012/0234807 A1 beschreibt ein verbesserndes Ablationsverhalten beim Dicing mittels Laser. Die
US 2011/0132885 A1 beschreibt eine entsprechende Vorrichtung. Die US 2012 / 0 211 748 A1 beschreibt ein Verfahren zum Dicen von Wafern.
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HINTERGRUND
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In einem üblichen Prozess zur Herstellung von Halbleiterbauelementen wird eine Mehrzahl von Chips parallel hergestellt. Hierbei wird das Chiplayout der Mehrzahl von Chips derart auf eine Halbleiterscheibe strukturiert, dass die einzelnen Chipflächen auf der Halbleiterscheibe nebeneinander angeordnet sind, und derart, dass eine Halbleiterstruktur, die integrierte Schaltungen (ICs) umfasst, in jeder Chipfläche gebildet wird. Die Chipflächen sind durch eine Ritzgrabenlinie getrennt, die auch als Trennlinie bezeichnet wird und typischerweise metallfrei ist. Am Ende dieses sogenannten Frontend-Prozesses wird die Halbleiterscheibe entlang der Trennlinien zerschnitten oder zerteilt, um die Chips zu vereinzeln. Dies kann zum Beispiel durch Verwenden einer Säge oder durch Verwenden von verdeckter Zerteilung (Laserzerteilung) erfolgen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Chips bereit, das den Schritt des Bereitstellens einer Halbleiterscheibe, die eine Mehrzahl von Chipflächen umfasst, die durch eine oder mehrere Trennlinien getrennt sind, wobei die Chipflächen auf einer ersten Hauptfläche angeordnet sind, den Schritt des Bereitstellens einer Laserabsorptionsschicht auf einer zweiten Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche und den Schritt des Bereitstellens eines Rückseitenmetallstapels auf der Laserabsorptionsschicht umfasst. Danach wird die Laserabsorptionsschicht entlang der Trennlinien mit einem Laserlicht bestrahlt, bevor die Chips entlang der Trennlinien durch Verwenden von verdeckter Zerteilung vereinzelt werden. Weitere Merkmale sind im Anspruch 1 definiert.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Chips bereit, das den Schritt des Bereitstellens einer Halbleiterscheibe, die eine Mehrzahl von Chipflächen umfasst, die durch eine oder mehrere Trennlinien getrennt sind, wobei die Chipflächen auf einer ersten Hauptfläche angeordnet sind, den Schritt des Abscheidens einer Laserabsorptionsschicht auf eine zweite Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche und den Schritt des Bereitstellens eines Rückseitenmetallstapels auf der Laserabsorptionsschicht umfasst. Danach wird die erste Hauptfläche mit einem Laserlicht bestrahlt, wobei das Laserlicht wenigstens entlang der Trennlinien auf oder über die Laserabsorptionsschicht fokussiert wird, wobei das Laserlicht eine lokale Schrumpfung der Laserabsorptionsschicht bewirkt. Die lokale Schrumpfung führt eine vorbestimmte Bruchstelle in den Rückseitenmetallstapel ein. Der letzte Schritt ist das Vereinzeln der Chips entlang der Trennlinien durch Verwenden von verdeckter Zerteilung.
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Weitere Ausführungsformen stellen einen Chip bereit, der ein Substrat und einen Rückseitenmetallstapel umfasst, wobei eine Laserabsorptionsschicht zwischen dem Substrat und dem Rückseitenmetallstapel angeordnet ist. Ein Bereich, der ein Laserbeleuchtungsreaktionsprodukt eines Materials des Substrats und eines Materials der Laserabsorptionsschicht umfasst, ist zwischen dem Substrat und der Laserabsorptionsschicht ausgebildet, wobei das Reaktionsprodukt wenigstens entlang von Trennkanten des Chips angeordnet ist. Weitere Merkmale sind durch Anspruch 10 definiert.
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Eine weitere Ausführungsform stellt einen Chip bereit, der ein Substrat und einen Rückseitenmetallstapel umfasst, wobei eine Laserabsorptionsschicht zwischen dem Substrat und dem Rückseitenmetallstapel angeordnet ist, und wobei eine Dicke der Laserabsorptionsschicht entlang von Trennkanten, die den Chip umgeben, reduziert ist.
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Eine weitere Ausführungsform stellt eine Halbleiterscheibe bereit, die eine Mehrzahl von Chipflächen umfasst, die durch eine oder mehrere Trennlinien getrennt sind, die kleiner als 70 µm sind, wobei die Halbleiterscheibe einen Rückseitenmetallstapel umfasst. Hierbei ist die Laserabsorptionsschicht zwischen einer Hauptfläche und dem Rückseitenmetallstapel angeordnet. Weitere Merkmale sind durch Anspruch 21 definiert.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Chips mit einer Laserabsorptionsschicht gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Substrats mit mindestens zwei durch Trennlinien getrennten Chipflächen und einem Rückseitenmetallstapel gemäß einer Ausführungsform darstellt; und
- 3a bis 3e ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von Chips mit einer Laserabsorptionsschicht gemäß einer Ausführungsform darstellen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 3 erörtert. In den Zeichnungen sind identische Bezugszeichen für Objekte mit identischen oder ähnlichen Funktionen vorgesehen, so dass Objekte, die innerhalb der verschiedenen Ausführungsformen durch identische Bezugszeichen bezeichnet sind, untereinander austauschbar sind und ihre Beschreibung wechselseitig anwendbar ist.
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Nachstehend wird ein Verfahren zur Vereinzelung einer Mehrzahl von auf einer Halbleiterscheibe strukturierten Chips, nämlich der sogenannte verdeckte Zerteilungsprozess, zusammen mit seinen Schwächen vor der Erörterung von Ausführungsformen der Erfindung erörtert. Verdeckte Zerteilung ist eine laserbasierte Technik, welche Seitenwände hoher Güte in Silicium und einen hohen Ausnutzungsrad der Siliciumfläche (kleine Breite der Trennlinien) erreicht. Neben dem erhöhten Ausnutzungsgrad der Siliciumfläche ist außerdem die Prozesszeit verdeckter Zerteilung gegenüber Zerteilung mit Säge kürzer. So sollte für eine Halbleiterscheibe mit einer beispielhaften Dicke von 100 µm eine Ritzgrabenbreite von 40 µm oder weniger genügen. Es wird zwischen verdeckter Vorderseitenzerteilung (wobei der Laser auf die Vorderseite gerichtet wird) und verdeckter Rückseitenzerteilung (wobei der Laser auf die Rückseite gerichtet wird) unterschieden.
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Der erste Schritt des zweistufigen Prozesses besteht im derartigen Richten eines Laserstrahls auf das Substrat und derartigen Führen des Strahls entlang der Trennlinie, dass Defektregionen in das Substrat eingeführt werden. Hierbei wird typischerweise ein gepulster Nd:YAG-Laser verwendet, welcher bei einer Wellenlänge von 1064 nm, 1080 nm (Faserlaser) oder 1342 nm arbeitet ( Wellenlängenbereich zwischen 950 nm und 1400 nm). Während mehrerer Abtastungen des Laserstrahls entlang der Trennlinien werden die Defektregionen in verschiedenen Tiefen der Halbleiterscheibe durch Fokussieren des Laserstrahls auf die verschiedenen Tiefen eingraviert. Infolge der Defektregionen, die entlang der Trennlinien in verschiedenen Tiefen angeordnet sind, wird eine Art von vorbestimmter Bruchstelle erzeugt. Der nächste Schritt des zweistufigen verdeckten Zerteilungsprozesses besteht in der Herstellung der Halbleiterscheibe entlang der Trennlinien. Hierbei wird die Halbleiterscheibe typischerweise an einer Trägermembran angebracht, welche radial dehnbar ist. Infolge der Dehnung wird eine mechanische Beanspruchung auf die Halbleiterscheibe aufgebracht, derart dass die Halbleiterscheibe entlang der Trennlinien bricht, die durch das Bereitstellen von Defektregionen geschwächt sind. Dieses Vereinzelungsverfahren ermöglicht eine verbesserte Halbleiterscheibenausbeute infolge der kleineren Trennschnitte am Ritzgraben gegenüber der Halbleiterscheibentrennung durch Zersägen.
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Ein Rückseitenmetallstapel (der auf einer der Hauptflächen vorgesehen ist) beeinflusst jedoch den verdeckten Zerteilungsprozess infolge der hohen Elastizität und der Reflexion des Lasers, der zur verdeckten Zerteilung verwendet wird, und erfordert möglicherweise einen breiteren Ritzgraben. Zum Beispiel kann ein Rückseitenmetallstapel nach der mechanischen Zerteilung zu sauberer Zerspanungsqualität führen. Ferner kann eine Bearbeitung durch Laserablation zu Wiederabscheidung von Metallverbindungen auf die Chip-Seitenwand führen. Demnach ist das Strukturieren von Rückseitenmetall vor einer Chiptrennung kompliziert und teuer. Dicke Metallschichtstapel können gar nicht getrennt werden. Es besteht jedoch eine Tendenz zu dünneren Dicken bei Rückseitenmetall, z. B. für Energietechnologien. Die dünnere Dicke der Halbleiterscheibe oder des Substrats ermöglicht eine kleinere Trennlinie, welche insbesondere durch verdeckte Zerteilung realisierbar ist. Es besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Ansatz, welcher verdeckte Zerteilung in Kombination mit Rückseitenmetall sowie einen höheren Zuverlässigkeitsgrad bei der Bearbeitung ermöglicht. Im Anschluss wird dieser verbesserte Ansatz erörtert.
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1 stellt einen Chip 10 dar, der ein Substrat 12 umfasst, wobei das Substrat 12 (z. B. ein Siliciumsubstrat) eine Chipfläche 14 auf der ersten Hauptfläche 12a umfasst. Es kann eine Halbleiterstruktur 16 auf der Chipfläche 14 bereitgestellt werden, derart dass dieselbe mindestens eine integrierte Schaltung umfasst. Ferner umfasst der Chip 10 einen Rückseitenmetallstapel 18, welcher auf einer zweiten Seite 12b gegenüber der ersten Seite (vergleiche erste Hauptfläche 12a) angeordnet ist. Zwischen dem Rückseitenmetallstapel 18, welcher eine oder mehrere Metallschichten umfassen kann, und dem Substrat 12 ist eine Laserabsorptionsschicht 20 auf einer zweiten Hauptfläche 12b (gegenüber der ersten Hauptfläche 12a) angeordnet, um die Beschränkungen der verdeckten Zerteilung zu überwinden. Die Laserabsorptionsschicht, 20, welche ein Silicid, z. B. Siliciumcarbid (SiC), Cobalt-Silicium (CoSi), oder ein anderes Silicid umfassen kann, das Titan (Ti), Nickel (Ni) oder Molybdän (Mo) umfasst, wird zu Herstellungszwecken angeordnet.
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Die Laserabsorptionsschicht 20 führt zu einer besseren Trennung des Rückseitenmetallstapels 18 bei Verwendung von verdeckter Zerteilung zur Vereinzelung einer Mehrzahl von Chips, die auf einer Halbleiterscheibe strukturiert sind. Daher wird die Laserabsorptionsschicht 20 wenigstens zwischen dem Rückseitenmetallstapel 18 und dem Substrat 12 in einem Bereich benachbart zu Trennkanten 22a, 22b, 22c und 22d bereitgestellt, entlang welcher der Chip 10 von den anderen, gleichzeitig hergestellten Chips getrennt wurde. Vorzugsweise wird die Laserabsorptionsschicht 20 zur Gänze auf der gesamten zweiten Hauptfläche bereitgestellt. Um zu vermeiden, dass eine Isolierung zwischen dem Substrat 12 und dem Rückseitenmetallstapel 18 bereitgestellt wird, ist die Laserabsorptionsschicht 20 leitend und weist vorzugsweise einen niedrigen spezifischen Widerstand auf. Es ist zu erwähnen, dass der spezifische Widerstand der Laserabsorptionsschicht 20 im Vergleich zum Rückseitenmetallstapel 18 höher sein kann. Daher ist die Laserabsorptionsschicht 20 so dünn wie möglich.
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Die Laserabsorptionsschicht 20 hat den Zweck, eine vordefinierte Bruchstelle in den Metallschichtstapel 18 zu integrieren, wenn die Laserabsorptionsschicht 20 durch einen Laser, z. B. einen Infrarotlaser, bestrahlt wird. Daher ist dieselbe so konfiguriert, dass sie einen Laser mit einer Wellenlänge in einem Bereich von zum Beispiel 1000 nm bis 1100 nm absorbiert. Das Integrieren dieser vorbestimmten Bruchstelle (entlang der Trennkanten (vergleiche Trennkanten 22a, 22b, 22c und 22d) in den Metallschichtstapel 18 basiert auf dem Prinzip, dass durch eine thermische Belastung, die durch die Laserstrahlung hervorgerufen wird, eine Änderung des Volumens der Laserabsorptionsschicht 20 herbeigeführt werden kann. Infolge der Volumenänderung der Laserabsorptionsschicht 20 wird der Rückseitenmetallstapel 18 verformt, so dass die vorbestimmte Bruchstelle in den Rückseitenmetallstapel 18 integriert wird. Als Folge davon gibt es entlang der Trennkanten 22a bis 22d (welche die Chipfläche 14 umgeben) keine Absplitterungs- oder Abtragungswirkungen mehr.
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Infolge der thermischen Belastung der Laserabsorptionsschicht 20 und des Substrats 12 kann ein Laserbeleuchtungsreaktionsprodukt 23 des Substrats 12 und der Laserabsorptionsschicht 20 entlang der Trennkanten 22a bis 22d erzeugt werden. Dieses Laserbeleuchtungsreaktionsprodukt 23 umfasst das Material der Laserabsorptionsschicht 20 und des Substrats 12, z. B. eine Kombination von Silicium und Cobalt-Silicium oder eine Reaktion von Silicium und Titan.
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2 stellt eine Halbleiterscheibe 12 (vergleiche Substrat) dar, welche eine Mehrzahl von Chipflächen 14a und 14b auf der ersten Hauptfläche 12a aufweist. Außerdem umfasst die Halbleiterscheibe 12 den zuvor erörterten Rückseitenmetallstapel 18, der auf einer zweiten Seite (vergleiche zweite Hauptfläche 12b) angeordnet ist, wobei die Laserabsorptionsschicht 20 zwischen die Halbleiterscheibe 12 und den Rückseitenmetallstapel 18 eingefügt ist. Die Trennlinie 28, welche nach dem Trennen der Chips die beiden Trennkanten (vergleiche 22a bis 22d) bildet, ist zwischen den beiden Chipflächen 14a und 14b veranschaulicht. Eine Breite w28 der Trennlinie 28 kann zum Beispiel kleiner als 50 µm oder kleiner als 30 µm oder sogar kleiner als 20 µm sein. Es ist zu beachten, dass die Laserabsorptionsschicht 20 sich nicht unbedingt über die gesamte Halbleiterscheibe 12 erstreckt, da es genügt, dass die zwischen den Metallstapel 18 und das Substrat 12 eingefügte Laserabsorptionsschicht im Bereich der Trennlinie 28 angeordnet ist. Im Folgenden wird das Verfahren zur Vereinzelung der beiden dargestellten Chipflächen 14a und 14b unter Bezugnahme auf 3a bis 3e erörtert.
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3a stellt einen ersten Schritt 100 des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von Chips dar. In diesem ersten Schritt 100 wird das Substrat 12 auf der Vorderseite in den Chipflächen 14a und 14b bearbeitet, derart dass die Halbleiterstruktur 16 (BEOL-Stapel, Back-End-of-Line-Stapel) auf der ersten Hauptfläche 12a vorgesehen ist. Optional kann für dünne Halbleiterscheiben 12 ein Träger auf der Vorderseite (vergleiche erste Hauptfläche 12a) montiert werden, um die Handhabung für die nächsten Prozessschritte zu verbessern. Dieser Schritt 100 kann den optionalen Schritt des Rückseitenschleifens (vergleiche zweite Hauptfläche 12b), um die Oberflächenrauheit zu erhöhen, und den optionalen Schritt des Entspannens vor dem Bereitstellen der Rückseitenschichten 18 und 20 umfassen.
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3b veranschaulicht den nächsten Schritt 110 zum Bereitstellen der beiden Rückseitenschichten, nämlich der Laserabsorptionsschicht 20 und des Rückseitenmetallstapels 18. Das Bereitstellen der Laserabsorptionsschicht 20 auf der zweiten Hauptfläche 12b kann durch Abscheidung, z. B. Abscheidung eines nicht in Reaktion getretenen Materials wie Titan, erfolgen. Vorzugsweise wird das Material der Laserabsorptionsschicht 20 derart ausgewählt, dass keine weitere Volumen- oder Phasenänderung unter der Wirkung der maximalen Montagetemperatur des Backend-Prozesses (z. B. Löttemperatur) verursacht werden kann. Außerdem kann Schritt 110 einen optionalen Schritt 110 des Ausheilens der Laserabsorptionsschicht 20 vor dem Bereitstellen des Rückseitenmetallstapels 18 umfassen, um die Temperaturtauglichkeit des Trägerprozesses (Backend-Prozess) zu gewährleisten. Dieses Ausheilen kann eine Phasenänderung oder eine lokal begrenzte Phasenänderung der Laserabsorptionsschicht 20 bewirken. Insbesondere empfiehlt sich Ausheilen durch Laser, um die Tauglichkeit beim FE-Prozess zu gewährleisten. Hierbei ist neben dem Typ des Ausheilprozesses der Typ der verwendeten Silicidbildung der Laserabsorptionsschicht 20 ein weiterer Einflussfaktor. Danach kann der Rückseitenmetallstapel 18 auf der Laserabsorptionsschicht 20 zum Beispiel durch Abscheidung bereitgestellt werden.
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3c stellt den Schritt 120 des Bestrahlens der Vorderseite 12a mit dem Laserlicht 122 und Fokussierens des Laserstrahls 122 auf die Laserabsorptionsschicht 20 oder über derselben dar. Bestrahlen der Laserabsorptionsschicht 20 mit dem Laserlicht 122 bedeutet also, dass der Laserstrahl 122 vorzugsweise genau auf die Laserabsorptionsschicht 20 gerichtet werden kann, aber nicht unbedingt muss, da es genügt, den Laserstrahl 122 in eine Nähe der Absorptionsschicht 20 (z. B. darüber) zu richten. Es ist zu erwähnen, dass dieser Schritt 120 vorzugsweise nach dem Montieren der Halbleiterscheibe 12 mit ihrer Rückseite 12b oder, genauer gesagt, über den Rückseitenmetallstapel 18 auf einem Band bzw. einer Trägermembran (nicht dargestellt) durchgeführt werden kann.
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Bei Schritt 120 wird der Laserstrahl 122 die eine oder die mehreren Trennlinien 28 entlang geführt, derart dass eine plastische Volumenänderung (z. B. lokale Schrumpfung) entlang der einen oder der mehreren Trennlinien herbeigeführt werden kann. Daher kann die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 122 derart durchgeführt werden, dass der Schmelzpunkt des jeweiligen Materials der Laserabsorptionsschicht 20 erreicht werden kann (z. B. 1470 °C für ein Silicid, das Titan umfasst (TiSi2), ungefähr 900 °C für Cobalt-Silicium (CoSi2) oder ungefähr 500 °C für ein Silicid, das Nickel umfasst (NiSi)). Die Volumenänderung oder, genauer gesagt, die Volumenreduktion der Laserabsorptionsschicht 20 wird infolge der Tastsache verursacht, dass die Laserabsorptionsschicht 20 eine wesentlich höhere Absorptionsrate für Infrarotlaserlicht und einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten, z. B. um mindestens 20 % höher, als das Substrat 12 aufweist, in welchem durch den gleichen Laserstrahl 122 Defektregionen verursacht werden, so dass die Bestrahlungen zu einer Veränderung der makromolekularen Materialstruktur in der Laserabsorptionsschicht 20 führen. Es ist zu erwähnen, dass, wenn der optionale Träger (für dünne Halbleiterscheiben) bei Schritt 100 auf der Vorderseite des Substrats 12 bereitgestellt wurde, derselbe vor der Bestrahlung der Absorptionsschicht 20 abgenommen werden kann.
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Infolge der oben erörterten Volumenänderung (Schrumpfung) der Laserabsorptionsschicht 20 kann die Form derselben und demnach die Form des Rückseitenmetallstapels 18 geändert werden. Zum Beispiel kann die Dicke der Laserabsorptionsschicht 20 entlang der Trennkanten 22a bis 22d (z. B. um mindestens 10 oder sogar 30 % gegenüber der Dicke der Schicht 20 in der Mitte des Chips 10) reduziert werden, derart dass der Metallschichtstapel 18 infolge der reduzierten Dicke entlang der Trennlinien 28 verformt werden kann. Die Verformung ist durch 3d veranschaulicht. Ferner kann eine Reaktion zwischen dem Substrat 12 und der Laserabsorptionsschicht 20 in mindestens einem Abschnitt benachbart zu der Trennlinie 28 infolge der hohen Temperaturen während des Bestrahlens der Laserabsorptionsschicht 20 mit dem Laserstrahl 22 hervorgerufen werden. Folglich kann in diesem Abschnitt ein Laserbeleuchtungsreaktionsprodukt 23, z. B. Titan-Silicium (TiSi) oder Nickel-Silicium (NiSi), gebildet werden.
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3d veranschaulicht die Volumenreduktion der Laserabsorptionsschicht 20 im Bereich der Trennlinie 28. Wie zu sehen ist, ist der Metallschichtstapel 18 im Bereich der Trennlinie 28 mechanisch verformt. Dies führt zu einer vorbestimmten Bruchstelle des Metallschichtstapels 18. Außerdem veranschaulicht 3d den Schritt 130 des Wiederholens der Laserabtastungen 122 in einer Tiefe des Substrats 12, um die Defektregionen (z. B. Defektregionen von 10 µm) in das Substrat 12 einzuführen. Es ist zu erwähnen, dass die Reihenfolge der Schritte 120 und 130 alternativ vertauscht werden kann.
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Der nächste Schritt, der durch 3e veranschaulicht wird, ist die Dehnung der Halbleiterscheibe 12 (Halbleiterscheibe 12' und 12") zur Vereinzelung der Mehrzahl von Chips. Infolge der (vorzugsweise radialen) Dehnung wird die Halbleiterscheibe 12 entlang der Trennlinie 28 getrennt, derart dass im Wesentlichen gerade Trennkanten 22a erzeugt werden. Wie zu sehen ist, sind die Trennkanten 22a infolge der in das Substrat 12 eingeführten Defektregionen und infolge der Verformung des Metallschichtstapels 18, die durch die Volumenänderung der Laserabsorptionsschicht 20 herbeigeführt wird, im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptflächen 12a und 12b. Optional kann dieser Prozessschritt 140 durch Verwenden einer Brechstange unterstützt werden.
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Der letzte Schritt (nicht dargestellt) besteht in der Neulaminierung der vereinzelten Chips auf Zielrahmengröße (vergleiche Substrate 12' und 12").
