DE102015100491B4

DE102015100491B4 - Vereinzelung von Halbleiter-Dies mit Kontaktmetallisierung durch elektroerosive Bearbeitung

Info

Publication number: DE102015100491B4
Application number: DE102015100491.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Roesner; Gudrun Stranzl; Manfred Schneegans
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-01-15
Also published as: US9449876B2; CN104795360A; US20150206802A1; DE102015100491A1; CN104795360B

Abstract

Verfahren zum Trennen von einzelnen Dies eines Halbleiter-Wafers, wobei das Verfahren umfasst:
Ausbilden einer Metallschicht auf einer ersten Oberfläche des Halbleiter-Wafers, wobei der Halbleiter-Wafer eine Mehrzahl von Dies umfasst;
Trennen der Mehrzahl von Dies voneinander; und
elektroerosives Bearbeiten der Metallschicht in einzelne Segmente, von denen jedes auf einem der Dies befestigt bleibt, wobei das elektroerosive Bearbeiten der Metallschicht in einzelne Segmente umfasst:
Anordnen wenigstens einer Elektrode über einem Bereich der Metallschicht zwischen benachbarten Dies; und
Anlegen von Hochspannungs-Hochfrequenzimpulsen an die wenigstens eine Elektrode und die Metallschicht, welche ausreichen, um Metallionen von jedem Bereich der Metallschicht freizusetzen, welcher von der wenigstens einen Elektrode bedeckt ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft die Vereinzelung von Dies, welche auf einem Halbleiter-Wafer hergestellt werden, insbesondere die defektfreie Vereinzelung solcher Dies.
Die Vereinzelung (d. h. Trennung) von Dies (Chips), welche auf einem Halbleiter-Wafer hergestellt werden, wird herkömmlicherweise durch mechanisches Dicing (Sägen), Trockenlaser-Dicing, wasserstrahlgeführtes Laser-Dicing, Stealth-Dicing mit gepulstem Laser oder Plasma-Dicing durchgeführt. Im Falle von dünnen Dies mit einer dicken Rückseitenmetallschicht, welche zur mechanischen Stabilisierung benötigt wird, ist die Strukturierung des Rückseitenmetallstapels, bestehend aus einer Vielzahl von verschiedenen Metallschichten, wie beispielsweise Cu, auf dem Wafer vor der Trennung der Halbleiter-Dies erforderlich, um Zerspanung (Absplittern) und Metallgratbildung zu vermeiden. Diese Strukturierung der dicken Rückseitenmetallisierung wird typischerweise durch Musterplattierung oder Nassätzen durchgeführt, welche beide auf dünne Metallstabilisierungsschichten von einer Dicke von ca. 20 μm bis 40 μm begrenzt sind. Die nasschemische Strukturierung der dicken Rückseitenmetallstapel mit einer Dicke von etwa 40 μm bis 100 μm und größer ist sehr teuer und führt zu seitlichem Ätzen und somit nicht senkrechten Metallseitenwänden. Im Falle von mechanischem Dicing können die Seitenwände der Dies durch Risse beschädigt werden, welche sich während des Sägevorgangs ausbreiten.
Im Falle von laserbasiertem Dicing verursacht die Eindringtiefe der Laserstrahlung in das Halbleitermaterial (den ”Bulk-Halbleiter”) übermäßige Erwärmung der darunterliegenden Halbleiter-Dies. Diese übermäßige Erwärmung führt zu chemischer Bildung von Metall-Halbleiterverbindungen wie Cu-Silizid auf den Seitenwänden der Dies. Die Metall-Halbleiterverbindung diffundiert in den Halbleiter-Bulk und verschlechtert die elektrische Leistung der abzutrennenden Dies. Die übermäßige Erwärmung, welche von laserbasiertem Dicing resultiert, verursacht ebenfalls lokalisiertes Schmelzen des Rückseitenmetallisierung.
Die nachveröffentlichte DE 10 2014 104 630 A1 zeigt ein Verfahren zum Trennen von einzelnen Halbleiter-Dies. Der gedünnte Halbleiter-Wafer kann auf ein metallisches Basissubstrat aufgebracht werden. Das Basissubstrat kann nach Vereinzelung des Wafers in einzelne Halbleiter-Dies in einem elektroerosiven Verfahren zerteilt werden.
US 2005/0263864 A1 zeigt die Verwendung eines elektroerosiven Trennverfahrens für die Herstellung eines Leadframes.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, ein geeignetes Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiter-Dies zu schaffen, das insbesondere die oben genannten Nachteile vermeidet. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein Halbleiter-Die mit vorteilhaften Eigenschaften zu schaffen.
Die Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Trennen (Vereinzeln) von einzelnen Dies eines Halbleiter-Wafers umfasst das Verfahren: Ausbilden einer Metallschicht auf einer ersten Oberfläche eines Halbleiter-Wafers, wobei der Halbleiter-Wafer eine Mehrzahl von Dies umfasst; Trennen der Mehrzahl von Dies voneinander; und elektroerosives Bearbeiten der Metallschicht in einzelne Segmente, von denen jedes auf einem der Dies befestigt bleibt. Die Metallschicht wird elektroerosiv in einzelne Segmente durch Anordnen wenigstens einer Elektrode über einem Bereich der Metallschicht zwischen benachbarten Dies und Anlegen von Hochspannungs-Hochfrequenzimpulsen an die wenigstens eine Elektrode und die Metallschicht bearbeitet, welche ausreichen, um Metallionen von jedem Bereich der Metallschicht freizusetzen, welche von der wenigstens einen Elektrode bedeckt ist.
Ein Halbleiter-Die umfasst ein Halbleitersubstrat mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche und Seitenwänden, welche sich senkrecht zwischen den ersten und zweiten Oberflächen erstrecken. Der Halbleiter-Die umfasst ferner eine Metallschicht, welche die erste Oberfläche des Halbleitersubstrats bedeckt. Die Metallschicht weist eine erste Oberfläche auf, welche der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats zugewandt ist, eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche und Seitenwände, welche sich senkrecht zwischen den ersten und zweiten Oberflächen erstrecken. Die Seitenwände des Halbleitersubstrats sind frei von Metall-Halbleiterverbindungen. Die Seitenwände der Metallschicht sind frei von geschmolzenen Bereichen und Graten.
Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht in Bezug zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, wenn sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
1, welche 1A bis 1O umfasst, veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Trennen (Vereinzeln) von einzelnen Dies eines Halbleiter-Wafers durch elektroerosives Bearbeiten.
2, welche 2A bis 2H umfasst, veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zum Trennen (Vereinzeln) von einzelnen Dies eines Halbleiter-Wafers durch elektroerosives Bearbeiten.
3, welche 3A und 3B umfasst, veranschaulicht eine noch weitere Ausführungsform eines Verfahrens zum Trennen (Vereinzeln) von einzelnen Dies eines Halbleiter-Wafers durch elektroerosives Bearbeiten.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen stellen das Strukturieren einer Metallschicht, welche auf einem Halbleiter-Wafer angeordnet ist, durch elektroerosives Bearbeiten bereit, was ein Entfernen von Metall durch Mikrofunkenbildung nur im Bereich der Metallschicht unter der Elektrode, die verwendet wird um die elektroerosive Bearbeitung zu implementieren, beinhaltet. Die Metallschicht auf dem Wafer kann mittels jeder standardmäßigen Metallisierungstechnik realisiert werden, wie beispielsweise elektrochemische Abscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD), Sputtern usw., oder durch Befestigen einer Metallfolie am Halbleiter-Wafer mittels einer beliebigen standardmäßigen Technik, wie beispielsweise Diffusionslöten, anodisches Bonden, Klebebefestigung usw., vor oder nach der Die-Vereinzelung (d. h. Trennung).
1, welche 1A bis 1O umfasst, veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Trennen von einzelnen Dies (Chips) eines Halbleiter-Wafers durch elektroerosives Bearbeiten ((Elektroentladungsbearbeiten – allgemein auch als Mikrofunkenbildung bezeichnet). 1A bis 1O zeigen jeweils teilweise Querschnittsansichten eines Halbleiter-Wafers in verschiedenen Stadien des Verfahrens. 1A bis 1C veranschaulichen rein optionale Schritte zum Befestigen eines Trägersubstrats am Halbleiter-Wafer vor der Metallschichtstrukturierung. Diese optionalen Schritte sind insbesondere für Halbleiter-Wafer nützlich, welche dünner gemacht werden sollen, z. B. auf zwischen 500 nm und 100 μm, und/oder für Wafer, die Schnittfugenstellen (Kerf-Stellen) mit Teststrukturen aufweisen. Die Teststrukturen in den Schnittfugenstellen werden zur Prozesssteuerung und zur Vorhersage des Verhaltens der Dies verwendet, da die Schnittfugenstellen in der gleichen Umgebung und durch die gleichen Verfahren wie die Dies verarbeitet werden.
In 1A wird eine zweite Oberfläche 104 des Halbleiter-Wafers 100 mit einem Positivresist 106 beschichtet. Der Positivresist 106 wird unter Verwendung einer photolithographischen Maske 108 mit Öffnungen 110 belichtet und dann entwickelt, um eine Maske mit Öffnungen 112 auszubilden, welche Teststrukturen 114 der Schnittfugenstellen 116 auf der zweiten Oberfläche 104 des Halbleiter-Wafers 100 belichten. Alternativ könnte ein Negativresist verwendet und unter Verwendung einer photolithographischen Maske mit umgekehrter Polarität belichtet werden.
In 1B sind die Teststrukturen 114 der Schnittfugenstellen 116 entfernt, z. B. durch Nassätzen. Im Falle von kupfer-basierten Teststrukturen 114 kann dies AISiCu-Metallnassätzen umfassen.
In 1C kann jegliches restliches Oxid 118 in den Schnittfugenstellen 116 entfernt werden, z. B. ebenfalls durch Nassätzen.
In 1D wird der Resist 106 entfernt, z. B. unter Verwendung von NMP (1-Methyl-2-Pyrrolidon), und ein Trägersubstrat 120, wie beispielsweise eine Klebefolie, Glasträger, Keramik usw., wird an der zweiten Oberfläche 104 des Halbleiter-Wafers 100 befestigt, wie beispielsweise mit einem Klebstoff 122. Eine gegenüberliegende erste Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 kann gedünnt sein, z. B. bis 40 μm oder dünner, falls gewünscht, um dünnere Dies (Chips) zu erhalten. Die erste Oberfläche 102 des Wafers 100 entspricht der Rückseite der Dies gemäß dieser Ausführungsform.
In 1A bis 1D wird zur Vereinfachung der Darstellung nur ein Teil des Halbleiter-Wafers 100 zwischen zwei benachbarten Dies gezeigt. Der Wafer 100 kann viele Dies umfassen, wie es in der Halbleiterindustrie üblich ist.
In 1E wird die erste Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 mit einem Negativresist 124 beschichtet. Eine Maske 126, wie beispielsweise eine Cr-Maske, wird über dem Resist 124 angeordnet und zum Belichten und Entwickeln des Resists 124 verwendet, um eine Maske mit Öffnungen 128 auszubilden, welche Dicing- oder Sägestraßen 130 zwischen benachbarten Dies belichten. Alternativ könnte ein Positivresist verwendet und unter Verwendung einer photolithographischen Maske mit umgekehrter Polarität belichtet werden. Die Dicing-/Sägestraßen 130 sind Bereiche des Halbleiter-Wafers 100 frei von irgendwelchen Vorrichtungen im Zusammenhang mit den einzelnen Dies und repräsentieren Bereiche des Wafers 100, welcher getrennt werden soll, z. B. durch Sägen, Laser-Ablation, Ätzen usw., um die einzelnen Dies zu vereinzeln.
In 1F wurden die einzelnen Dies entlang der Dicing-/Sägestraßen 130 vereinzelt. Ein beliebiger standardmäßiger Vereinzelungsprozess kann verwendet werden, um die einzelnen Dies zu trennen. Beispielsweise kann der Vereinzelungsprozess in diskreten Ätzschritten gefolgt von Polymerabscheidung an den Seitenwänden 132 der Dies durchgeführt werden. Der Ätzprozess kann auf dem Klebstoff 122 oder einem anderen Material stoppen, welches verwendet wird, um den Halbleiter-Wafer 100 auf dem Trägersubstrat (falls bereitgestellt) 120 zu befestigen. Die diskrete Anwendung eines Polymers 134 an den Seitenwänden 132 der Dies schützt die Die-Seitenwände 132 während der nachfolgenden Ätzschritte.
In 1G wurden der Resist 124 und das Polymer 134 an den Seitenwänden 132 der Dies mittels beliebigem geeigneten Standardprozess entfernt, wie beispielsweise Ätzen.
In 1H wird ein Metallisierungsbefestigungsmaterial 136, wie beispielsweise ein Klebstoff, Lot, ein weiterentwickeltes Diffusionslötmaterial wie AuSn usw., auf der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 bereitgestellt. Im Falle eines weiterentwickelten Diffusionslötmaterials kann das Metallisierungsbefestigungsmaterial 136 durch Sputtern in einer Plasmaumgebung in die Vereinzelungsgräben 138 zwischen benachbarten Dies abgeschieden werden.
In 1I ist eine Metallschicht 140, wie beispielsweise eine Metallfolie, an der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 mit dem Metallisierungsbefestigungsmaterial 136 befestigt, wie durch die nach unten weisenden Pfeile in 1I angegeben. Die Metallschicht 140 kann eine beliebige standardmäßige Metallisierung, wie beispielsweise Cu, Mo, W usw. oder Legierungen davon, umfassen. Noch andere Arten von Metallschichten können verwendet werden. Im Allgemeinen ist die Metallschicht 140 ein abdeckendes Stück von Metallmaterial, welches auf wenigstens einem Teil des Halbleiter-Wafers 100 liegt. Im Falle von Cu-Materialsystemen kann die Metallschicht 140 auf der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 in einem Vakuumofen mit Ameisensäure-Vorreinigung befestigt werden.
1J zeigt den Fall der Metallschicht 140, welche an der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 durch weiterentwickeltes Diffusionslöten befestigt ist. In diesem Fall wird eine dünne Metallschicht (z. B. 1–10 μm dick) mit der Metallschicht 140 während eines Wärmeprozesses interdiffundiert, um eine intermetallische Verbindungsschicht mit einer Wiederschmelztemperatur höher als die Bindungstemperatur zu ergeben. CuSn und AuSn sind verbreitete weiterentwickelte Diffusionslötsysteme. Weitere weiterentwickelte Diffusionslötsysteme können verwendet werden.
1K bis 1M veranschaulichen den Prozess der elektroerosiven Bearbeitung der Metallschicht 140 in einzelne Segmente 142, von denen jedes an einem der Dies befestigt bleibt. In 1K ist die Metallschicht 140 in eine dielektrische Flüssigkeit 144 eingetaucht, wie beispielsweise deionisiertes Wasser oder eine Flüssigkeit, die Kohlenwasserstoffe enthält, wie z. B. Kerosin. In einigen Fällen kann die dielektrische Flüssigkeit 144 weggelassen werden. Wenigstens eine Elektrode 146 ist über einem Bereich der Metallschicht 140 zwischen benachbarten Dies angeordnet. In 1K ist ein Array von Elektroden 146 über jedem Bereich der Metallschicht 140 angeordnet, um mittels Mikrofunkenbildung geschnitten zu werden. Alternativ kann eine einzelne Elektrode 146 über dem Wafer 100 angeordnet werden, welche so geformt ist, dass alle Bereiche der Metallschicht 140, die elektroerosiv bearbeitet werden sollen, abgedeckt werden.
In jedem Fall werden Hochspannungs-Hochfrequenzimpulse an jeder Elektrode 146 und der Metallschicht 140 angewendet. Die Spannung und die Frequenz der Impulse sind ausreichend, um Metallionen 148 von jedem Bereich der Metallschicht 140, welche von einer Elektrode 146 bedeckt ist, freizusetzen. In einer Ausführungsform schwanken die Hochspannungs-Hochfrequenzimpulse, welche auf jede Elektrode 146 angewendet werden, im Bereich zwischen 1 mV und mehreren kV und zwischen 10³ Hz bis 10⁶ Hz, um mittels Mikrofunkenbildung durch die Metallschicht 140 zu schneiden.
Ebenfalls in 1K bilden die Elektroden 146 die Anode (+) für den elektroerosiven Bearbeitungsprozess, und die Metallschicht 140 bildet die Kathode (–). Die Funkenbildung, welche von den Hochspannungs-Hochfrequenzimpulsen erzeugt wird, bewirkt, dass kleine Erosionskrater in der Metallschicht 140 ausgebildet werden, wobei die freigesetzten Metallionen 148 von der dielektrischen Flüssigkeit 144 entfernt werden. Jede Elektrode 146 wird in einer vertikalen Richtung (X) in der dielektrischen Flüssigkeit 144 in Richtung der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 bewegt, während die Metallionen 148 mittels der dielektrischen Flüssigkeit 144 entfernt und gelöst werden. Die vertikale Elektrodenbewegung wird durch die nach unten weisenden Pfeile mit der Bezeichnung „Feed” (Zuführen) in 1K angegeben. In einer Ausführungsform bewegt sich jede Elektrode 146 in Richtung der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 mit einer konstanten Feed-Geschwindigkeit, welche abhängig von der Mikrofunkenspannung und -frequenz und der Art der Metallschicht 140 bestimmt werden kann, welche elektroerosiv bearbeitet wird.
1L zeigt den Halbleiter-Wafer 100 während der elektroerosive Bearbeitungsprozess fortgesetzt wird, wobei sich die Elektroden 146 näher zur ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 bewegen, während zusätzliche Metallionen 148 weiterhin von der Metallschicht 140 freigesetzt und mittels der dielektrischen Flüssigkeit 144 entfernt werden. Durch Anwenden einer konstanten Feed-Geschwindigkeit bewegen sich die Elektroden 146 in die Metallschicht 140 und funken Metallionen aus und erzeugen tiefe Gräben 150 in der Metallschicht 140 mit glatten Metallseitenwänden 152.
In 1M stoppt der elektroerosive Bearbeitungsprozess, wenn die Elektroden 146 den zuvor erstellten Spalt 138 zwischen benachbarten der vereinzelten (getrennten) Dies erreichen. Die Mikrofunkenbildung stoppt, sobald das gesamte Metall direkt unter den Elektroden 146 entfernt ist.
1N zeigt den Halbleiter-Wafer 100 nach Abschluss des elektroerosiven Bearbeitungsprozesses. Jeder Halbleiter-Die weist ein Halbleitersubstrat 154 mit einer ersten Oberfläche 102, einer zweiten Oberfläche 104 gegenüber der ersten Oberfläche 102 und Seitenwände 132 auf, welche sich senkrecht zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 102, 104 erstrecken. Ein Segment 142 der Metallschicht 140 bedeckt die erste Oberfläche 102 jedes einzelnen Halbleitersubstrats 154 und wurde zuvor durch den elektroerosiven Bearbeitungsprozess segmentiert. Jedes Metallsegment 142 weist eine erste Oberfläche 156 auf, welche der ersten Oberfläche 102 des entsprechenden Halbleitersubstrats 154 zugewandt ist, eine zweite Oberfläche 158 gegenüber der ersten Oberfläche 156 und Seitenwände 152, welche sich senkrecht zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 156, 158 erstrecken. Die Seitenwände 132 jedes Halbleitersubstrats 154 sind frei von Metall-Halbleiterverbindungen. Die Seitenwände 152 jedes Metallsegments 142, welches durch den elektroerosiven Bearbeitungsprozess realisiert ist, sind frei von geschmolzenen Bereichen und Graten.
1O zeigt den post-elektroerosiv bearbeiteten Halbleiter-Wafer nach der Laminierung und Befestigung der Struktur an einem Rahmen 160, z. B. mittels Klebstoff. Das Trägersubstrat (falls bereitgestellt) 120 an der gegenüberliegenden Seite der Struktur kann entfernt werden, wie durch die nach unten weisenden Pfeile in 1O angegeben.
2, welche 2A bis 2H umfasst, veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zum Trennen von einzelnen Dies (Chips) eines Halbleiter-Wafers 100 durch elektroerosives Bearbeiten. 2A bis 2H zeigen jeweils teilweise Querschnittsansichten eines Halbleiter-Wafers 100 in verschiedenen Stadien des Verfahrens. Die in 2 gezeigte Ausführungsform ist ähnlich der in 1 gezeigten Ausführungsform, die Dies sind jedoch voneinander getrennt, nachdem die Metallschicht 140 elektroerosiv in die einzelnen Segmente 142 bearbeitet wurde.
In 2A ist der Halbleiter-Wafer 100 an einem Trägersubstrat 120 befestigt, z. B. nach Entfernen der Schnittfugenteststrukturen, falls bereitgestellt. Ein beliebiges standardmäßiges Trägersubstrat 120 kann verwendet werden, wie beispielsweise Klebefolie, Glasträger, Keramik usw., und auf der zweiten Oberfläche 104 des Halbleiter-Wafers 100 befestigt werden, z. B. durch einen Klebstoff 122. Die gegenüberliegende erste Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 kann gedünnt sein, z. B. bis 40 μm oder dünner, falls gewünscht, um dünnere Dies zu erhalten. Die erste Oberfläche 102 des Wafers 100 entspricht der Rückseite der Dies gemäß dieser Ausführungsform. In 1A wird zur Vereinfachung der Darstellung nur ein Teil des Halbleiter-Wafers 100 zwischen zwei benachbarten Dies gezeigt. Der Wafer 100 kann viele Dies umfassen, wie es in der Halbleiterindustrie üblich ist.
In 2B wird ein Metallisierungsbefestigungsmaterial 136, wie beispielsweise ein Klebstoff, Lot, ein weiterentwickeltes Diffusionslötmaterial wie AuSn usw., auf der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 bereitgestellt. Eine Metallschicht 140, wie beispielsweise eine Metallfolie, ist an der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 mit dem Metallisierungsbefestigungsmaterial 136 befestigt, wie durch die nach unten weisenden Pfeile in 2B angegeben. Die Metallschicht 140 kann eine beliebige standardmäßige Metallisierung, wie beispielsweise Cu, Mo, W usw. oder Legierungen davon, umfassen. Noch andere Arten von Metallschichten können verwendet werden. Im Allgemeinen ist die Metallschicht 140 ein abdeckendes Stück von Metallmaterial, welches über wenigstens einem Teil des Halbleiter-Wafers 100 liegt. Im Falle von Cu-Materialsystemen kann die Metallschicht 140 auf der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 in einem Vakuumofen mit Ameisensäure-Vorreinigung befestigt werden.
2C zeigt den Fall der Metallschicht 140, welche an der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 durch weiterentwickeltes Diffusionslöten befestigt ist. In diesem Fall wird eine dünne Metallschicht (z. B. 1–10 μm dick) mit der Metallschicht 140 interdiffundiert, um eine intermetallische Verbindungsschicht zu ergeben, wie zuvor hierin beschrieben.
2D bis 2F veranschaulichen den Prozess der elektroerosiven Bearbeitung der Metallschicht 140 in einzelne Segmente 142, von denen jedes an einem der Dies befestigt bleibt. In 2D ist die Metallschicht 140 in eine dielektrische Flüssigkeit 144 eingetaucht, wie beispielsweise deionisiertes Wasser oder eine Flüssigkeit, die Kohlenwasserstoffe enthält, wie z. B. Kerosin. In einigen Fällen kann die dielektrische Flüssigkeit weggelassen werden. Wenigstens eine Elektrode 146 ist über einem Bereich der Metallschicht 140 zwischen benachbarten Dies angeordnet. In 2D ist ein Array von Elektroden 146 über jedem Bereich der Metallschicht 140 angeordnet, um mittels Mikrofunkenbildung geschnitten zu werden. Alternativ kann eine einzelne Elektrode 146, welche so geformt ist, dass alle Bereiche der Metallschicht 140 abgedeckt werden, die elektroerosiv bearbeitet werden sollen, über dem Wafer 100 angeordnet werden.
In jedem Fall werden Hochspannungs-Hochfrequenzimpulse an jeder Elektrode 146 und der Metallschicht 140 angewendet. Die Spannung und die Frequenz der Impulse sind ausreichend, um Metallionen 148 von jedem Bereich der Metallschicht 140, welche von einer Elektrode 146 bedeckt ist, freizusetzen, wie zuvor hierin beschrieben.
Ebenfalls in 2D bilden die Elektroden 146 die Anode (+) für den elektroerosiven Bearbeitungsprozess, und die Metallschicht 140 bildet die Kathode (–). Die Mikrofunkenbildung, welche von den Hochspannungs-Hochfrequenzimpulsen erzeugt wird, bewirkt, dass kleine Erosionskrater in der Metallschicht 140 ausgebildet werden, wobei die Metallionen 148 von der dielektrischen Flüssigkeit 144 entfernt und gelöst werden. Jede Elektrode 146 wird in einer vertikalen Richtung (V) in der dielektrischen Flüssigkeit 144 in Richtung der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 bewegt, während die Metallionen 148 mittels der dielektrischen Flüssigkeit 144 entfernt werden. Die vertikale Elektrodenbewegung wird durch die nach unten weisenden Pfeile mit der Bezeichnung „Feed” (Zuführen) in 2D angegeben. Jede Elektrode 146 kann sich mit einer konstanten Feed-Geschwindigkeit in Richtung der ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 bewegen, wie zuvor hierin beschrieben.
2E zeigt den Halbleiter-Wafer 100, während der elektroerosive Bearbeitungsprozess fortgesetzt wird, wobei sich die Elektroden 146 näher zur ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 bewegen, während zusätzliche Metallionen 148 von der Metallschicht 140 freigesetzt und mittels der dielektrischen Flüssigkeit 144 entfernt werden, wobei tiefe Gräben 150 in der Metallschicht 140 mit glatten Metallseitenwänden 152 ausgebildet werden.
In 2F stoppt der elektroerosive Bearbeitungsprozess, wenn die Elektroden 146 die erste Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 erreichen. Die Mikrofunkenbildung stoppt, sobald das gesamte Metall direkt unter den Elektroden 146 entfernt ist, einschließlich der weiterentwickelten Diffusionslötschicht 136, falls bereitgestellt.
In 2G sind die einzelnen Dies entlang der Dicing-/Sägestraßen 130 vereinzelt. Der Vereinzelungsprozess wird durch die nach unten weisenden Pfeile in 2G angegeben. Die Metallschicht 140 wird bei diesem Prozess nicht geschnitten, da die Metallschicht 140 zuvor durch den in 2D bis 2F gezeigten elektroerosiven Bearbeitungsprozess segmentiert wurde. Ein beliebiger standardmäßiger Die-Vereinzelungsprozess kann zur Trennung der einzelnen Dies verwendet werden, wie beispielsweise mechanisches Dicing, Trockenlaser-Dicing, wasserstrahlgeführtes Laser-Dicing, Stealth-Dicing, Plasma-Dicing usw. Beispielsweise kann der Vereinzelungsprozess in diskreten Ätzschritten gefolgt von der Abscheidung eines Polymers 134 an den Seitenwänden 132 der Dies durchgeführt werden. 2G zeigt die Struktur nach einem der diskreten Ätz-/Polymerabscheidungsschritte.
In 2H stoppt der Ätzprozess auf dem Klebstoff 122 oder einem anderen Material, welches verwendet wird, um den Halbleiter-Wafer 100 auf dem Trägersubstrat (falls bereitgestellt) 120 zu befestigen. Die diskrete Anwendung des Polymers 134 an den Seitenwänden 132 der Dies schützt die Die-Seitenwände 132 während der nachfolgenden Ätzschritte. Das Polymer 134 an den Seitenwänden 132 der Dies kann dann mittels eines geeigneten Standardprozesses, wie beispielsweise Ätzen, entfernt werden, und anschließend kann eine Standardverarbeitung durchgeführt werden, wie beispielweise Befestigen der endgültigen Struktur an einem Rahmen und Entfernen des Trägersubstrats (falls bereitgestellt) 120, z. B. wie in 1O gezeigt. Jeder resultierende Halbleiter-Die weist ein Halbleitersubstrat 154 mit einer ersten Oberfläche 102, einer zweiten Oberfläche 104 gegenüber der ersten Oberfläche 102 und Seitenwände 132 auf, welche sich senkrecht zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 102, 104 erstrecken. Ein Segment 142 der Metallschicht 140 bedeckt die erste Oberfläche 102 jedes einzelnen Halbleitersubstrats 154 und wurde zuvor durch den elektroerosiven Bearbeitungsprozess segmentiert.
Jedes Metallsegment 142 weist eine erste Oberfläche 156 auf, welche der ersten Oberfläche 102 des entsprechenden Halbleitersubstrats 154 zugewandt ist, eine zweite Oberfläche 158 gegenüber der ersten Oberfläche 156 und Seitenwände 152, welche sich senkrecht zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 158 erstrecken. Die Seitenwände 132 jedes Halbleitersubstrats 154 sind frei von Metall-Halbleiterverbindungen. Die Seitenwände 152 jedes Metallsegments 142, welches durch den elektroerosiven Bearbeitungsprozess realisiert ist, sind frei von geschmolzenen Bereichen und Graten.
Der hierin beschriebene elektroerosive Bearbeitungsprozess ist hochselektiv in Bezug auf Metall (typischerweise etwa 50 bis 100 Mal selektiver auf Metall im Vergleich zu Halbleitermaterialien wie beispielsweise Si, GaN, GaAs usw.) und stoppt dann automatisch, nachdem die Metallschicht 140 in den gewünschten Bereichen 142 vollständig segmentiert (getrennt) ist. Metall wird nicht im Rahmen des elektroerosiven Bearbeitungsprozesses verdampft, sondern Metallionen 148 werden von der Metallschicht 140 in den gewünschten Bereichen durch Mikrofunkenbildung freigesetzt und in der dielektrischen Flüssigkeit 144 gelöst. Als solche sind die Seitenwände 132 der Dies frei von Metall-Halbleiterverbindungen, wie beispielsweise Cu-Silizid. Darüber hinaus sind die Seitenwände 152 der Gräben 150, welche in der Metallschicht 140 ausgebildet werden, frei von geschmolzenen Bereichen und Graten, indem elektroerosive Bearbeitung verwendet wird, da der elektroerosive Bearbeitungsprozess keine übermäßige lokalisierte Erwärmung der Metallseitenwände 152 bewirkt.
Der hierin beschriebene elektroerosive Bearbeitungsprozess ermöglicht das Strukturieren von sehr dicken Rückseitenmetallen (z. B. 20 μm bis 200 μm oder sogar noch dicker). Der hierin beschriebene elektroerosive Bearbeitungsprozess kann ebenfalls für die Strukturierung von dicken Metallschichten auf der Vorderseite von Halbleiter-Dies verwendet werden. Das heißt, dass die in 1 und 2 gezeigte Metallschicht 140 auf der Rückseite oder Vorderseite der Dies sein kann. Darüber hinaus können die Verfahren aus 1 und 2 das Ausbilden einer zusätzlichen Metallschicht auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Halbleiter-Wafers 100 wie die ursprüngliche Metallschicht 140 umfassen. Die beiden (gegenüberliegenden) Metallschichten können elektroerosiv in einzelne Segmente bearbeitet werden, von denen jedes auf einem der Dies befestigt bleibt. Auf diese Weise weist jeder Die eine dicke Metallschicht auf beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Dies auf, welcher durch elektroerosive Bearbeitung bearbeitet wurde.
Die Strukturierung von Halbleitersubstraten in-situ (ein einziges Gerät, ein einzelner Prozessschritt) ist mit dem hierin beschriebenen elektroerosiven Bearbeitungsprozess ebenfalls möglich. Jede elektroerosive Bearbeitungselektrode 146 kann unter Verwendung einer entsprechenden Schnittfugenstelle 116 unter Verwendung beliebiger standardmäßiger Vorder- oder Rückseitenausrichtungstechniken ordnungsgemäß ausgerichtet werden, wie beispielsweise optische Inspektion mit Kameras, Rückseiteninspektion im Falle eines Glasträgersubstrats 120 usw. Der hierin beschriebene elektroerosive Bearbeitungsprozess kann auf jeden Dicing-Prozess und beliebige Metallschichtstapel angepasst werden, welche auf einer Wafer-Rückseite oder -Vorderseite abgeschieden werden. Dadurch weisen dicke Metallschichten, welche mittels der hierin beschriebenen elektroerosiven Bearbeitungsverfahren verarbeitet werden, Nachbearbeitung mit gleichförmigen Eigenschaften auf, wie beispielsweise einheitliche Härte, einheitliche kristallographische Ausrichtung der Metallkörner, einheitliches Elastizitätsmodul usw. Durch Anpassen der Mikrofunkenbildungsparameter, wie beispielsweise Elektrodenspannung und/oder -frequenz, kann das Schneiden mittels Mikrofunkenbildung ebenfalls durch das Halbleitermaterial (z. B. Si, SiC, GaN, GaAs usw.) durchgeführt werden, um die Halbleiter-Dies zu trennen.
Die Breite der Gräben 150, welche durch den hierin beschriebenen elektroerosiven Bearbeitungsprozess in der Metallschicht 140 ausgebildet werden, wird durch die Elektrodenabmessungen bestimmt und kann durch die Verwendung verschiedener geometrischer Elektrodenformen und -größen angepasst werden. Beispielsweise ergibt eine breitere Elektrode 146 einen entsprechend breiteren Graben 150 durch die Metallschicht 140. Umgekehrt ergibt eine schmalere Elektrode 146 einen schmaleren Graben 150 durch die Metallschicht 140. Der Winkel und die Kontur der Grabenseitenwände 152 werden ebenfalls durch die Elektrodenabmessungen bestimmt. Die Seitenwände der Elektrode 146 können sich im Allgemeinen senkrecht in Bezug auf die erste Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 erstrecken, wodurch sich im Allgemeinen senkrechte Grabenseitenwände 152 in der Metallschicht 140 ergeben. Der Begriff „senkrecht”, wie er hierin im Hinblick auf die Form der Elektrode 146 und der Grabenseitenwände 152 verwendet wird, bezieht sich auf eine Richtung, welche senkrecht zur ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 ist. Alternativ können die Elektrodenseitenwände abgewinkelt werden, um entsprechend abgewinkelte Grabenseitenwände 152 in der Metallschicht 140 zu ergeben.
3A und 3B veranschaulichen eine Ausführungsform der elektroerosiven Bearbeitung einer Metallschicht 140, welche wenigstens einen Teil eines Halbleiter-Wafers 100 abdeckt, in einzelne Segmente. Gemäß dieser Ausführungsform weist wenigstens eine elektroerosive Bearbeitungselektrode 146 einen schmaleren (W1) ersten Teil 200 auf, welcher am nächsten zur zu segmentierenden Metallschicht 140 angeordnet ist, und einen breiteren (W2) zweiten Teil 202, welcher weiter entfernt von der Metallschicht 140 als der erste Elektrodenteil 200 angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine Stufe 204 in der Metallschicht 140 ausgebildet, wenn sich die Elektrode 146 näher zur ersten Oberfläche 102 des Halbleiter-Wafers 100 bewegt, wie im Übergang von 3A zu 3B gezeigt. Die Stufe 204 entspricht der Breitendifferenz zwischen den ersten und zweiten Teilen 200, 202 der Elektrode 146. Die Elektrode 146 kann abhängig vom Grabenprofil, welches in der Metallschicht 140 ausgebildet werden soll, andere Formen und Abmessungen aufweisen.

Claims

Verfahren zum Trennen von einzelnen Dies eines Halbleiter-Wafers, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Metallschicht auf einer ersten Oberfläche des Halbleiter-Wafers, wobei der Halbleiter-Wafer eine Mehrzahl von Dies umfasst; Trennen der Mehrzahl von Dies voneinander; und elektroerosives Bearbeiten der Metallschicht in einzelne Segmente, von denen jedes auf einem der Dies befestigt bleibt, wobei das elektroerosive Bearbeiten der Metallschicht in einzelne Segmente umfasst: Anordnen wenigstens einer Elektrode über einem Bereich der Metallschicht zwischen benachbarten Dies; und Anlegen von Hochspannungs-Hochfrequenzimpulsen an die wenigstens eine Elektrode und die Metallschicht, welche ausreichen, um Metallionen von jedem Bereich der Metallschicht freizusetzen, welcher von der wenigstens einen Elektrode bedeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Eintauchen der Metallschicht in eine dielektrische Flüssigkeit; und Bewegen der wenigstens einen Elektrode in einer vertikalen Richtung in der dielektrischen Flüssigkeit in Richtung der ersten Oberfläche des Halbleiter-Wafers, während die Metallionen mittels der dielektrischen Flüssigkeit entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Elektrode in Richtung der ersten Oberfläche des Halbleiter-Wafers mit einer konstanten Feed-Geschwindigkeit bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Dies voneinander getrennt werden, nachdem die Metallschicht elektroerosiv in die einzelnen Segmente bearbeitet wurde, und wobei die elektroerosive Bearbeitung stoppt, wenn die wenigstens eine Elektrode die erste Oberfläche des Halbleiter-Wafers erreicht.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Dies voneinander getrennt werden, bevor die Metallschicht elektroerosiv in die einzelnen Segmente bearbeitet wird, und wobei die elektroerosive Bearbeitung stoppt, wenn die wenigstens eine Elektrode einen Spalt zwischen benachbarten Dies erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die dielektrische Flüssigkeit Kohlenwasserstoffe oder deionisiertes Wasser umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Halbleiter-Wafer Schnittfugenstellen umfasst, welche Teststrukturen zwischen benachbarten Dies an einer zweiten Oberfläche des Halbleiter-Wafers gegenüber der ersten Oberfläche umfassen, wobei das Verfahren ferner umfasst: Ausrichten der wenigstens einen Elektrode mit den Schnittfugenstellen, so dass Metallionen von jedem Bereich der Metallschicht freigesetzt werden, welcher mit den Schnittfugenstellen ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Entfernen der Teststrukturen von den Schnittfugenstellen; und Befestigen des Halbleiter-Wafers an einem Trägersubstrat an der zweiten Oberfläche des Halbleiter-Wafers nach dem Entfernen der Teststrukturen und vor dem elektroerosiven Bearbeiten der Metallschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Anordnen wenigstens einer Elektrode über einem Bereich der Metallschicht zwischen benachbarten Dies das Anordnen eines Arrays von Elektroden über jedem Bereich der Metallschicht zwischen benachbarten Dies umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Hochspannungs-Hochfrequenzimpulse, welche an der wenigstens einen Elektrode angelegt werden, zwischen 1 mV und mehreren kV und zwischen 10³ Hz bis 10⁶ Hz liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die wenigstens eine Elektrode einen schmaleren ersten Teil umfasst, welcher am nächsten zur Metallschicht angeordnet ist, und einen breiteren zweiten Teil, welcher weiter entfernt von der Metallschicht als der erste Teil angeordnet ist, so dass eine Stufe in der Metallschicht ausgebildet wird, während sich die wenigstens eine Elektrode in Richtung der ersten Oberfläche des Halbleiter-Wafers bewegt, wobei die Stufe einem Übergang zwischen den ersten und zweiten Teilen der wenigstens einen Elektrode entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Ausbilden einer zusätzlichen Metallschicht auf einer zweiten Oberfläche des Halbleiter-Wafers gegenüber der ersten Oberfläche; und elektroerosives Bearbeiten der zusätzlichen Metallschicht in einzelne Segmente, von denen jedes auf einem der Dies befestigt bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht zwischen 20 μm und 200 μm dick ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dies voneinander getrennt werden, nachdem die Metallschicht elektroerosiv in die einzelnen Segmente bearbeitet wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dies voneinander getrennt werden, bevor die Metallschicht elektroerosiv in die einzelnen Segmente bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht eine Metallfolie ist, welche auf der ersten Oberfläche des Halbleiter-Wafers verklebt oder diffusionsgelötet ist.