DE19730028A1

DE19730028A1 - Verfahren zum Trennen und Bearbeiten von Halbleiterchips

Info

Publication number: DE19730028A1
Application number: DE19730028A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Hanke; Wolf-Dieter Dipl Ing Nohr; Ji-Ping Dr Yang
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: DE19730028C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen und Bearbeiten von Halbleiterchips gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Vereinzelung von Halbleitern aus dem Chipverband wie auch allgemein zur Trennung von Halbleitersubstraten sind die Methoden a) Ritzen und Brechen und b) Trennen durch Materialabtrag bekannt (siehe hierzu E. Schoppnies, "Halbleiterelektronik"; Leipzig 1988; S. 362f). Das Ritzen kann z. B. mittels eines Diamanten oder auch mittels eines Lasers ausgeführt werden; anschließend erfolgt das Brechen des Halbleitersubstrates. Als Trennmethoden sind Sägen, Ultraschalltrennen und auch Ätzen bekannt (siehe z. B. für das Vereinzeln von Beam-Lead Bauelementen: H. Reichl, "Hybrid-Integration", Dr. A. Hüthig Verlag, Heidelberg 1988, S. 218).

Für die Übertragung extrem hoher Frequenzen (≧ 20 GHz) und Bitraten (≧ 20 Gbit/s) ist die Chipmontage nach der CIB-Technologie (Chip-in-Board) vorteilhaft, da sie kurze Kontaktübergänge von einer hybriden Höchstfrequenzschaltung zu einem in dieser eingebetteten Höchstfrequenzchip ermöglicht. Dabei ist es wichtig, den Halbleiterchip (HL-Chip) paßgenau und bündig in eine entsprechende Substrataussparung der Höchstfrequenzschaltung einzusetzen, wobei die Spalten zwischen Substrat und Halbleiterchip wie auch die Abstände der Bondpads des HL-Chips von den Kontakten der Hybridschaltung möglichst gering sein sollen.

Dies ist bei Anwendung o.g. herkömmlicher Trennverfahren im allgemeinen nicht möglich. Ritzen und Brechen führt zu unsauberen und ungenauen Chipkanten und ist daher für die genannte, höchstfrequenzgeeignete Chip-in-Board-Technologie nur bedingt anwendbar. Außerdem bleibt nach dem Ritz- und Brechvorgang ein Rand um den Chip bestehen, was für den späteren hybriden Einbau des jeweiligen HL-Chips größere Kontaktlängen erfordert. Auch das Trennen durch Sägen, Ultraschall oder Ätzen ist mit Nachteilen verbunden, die allen auf Materialabtrag beruhenden Methoden eigen sind. Insbesondere bei den mechanisch sehr empfindlichen AIII-BV-Halbleitermaterialien lassen sich nur sehr schwer saubere und genaue Kanten herstellen. Eine Nachbearbeitung der Kanten ist an einem kleinen Chipverband oder gar an einem Einzelchip darüberhinaus nahezu unmöglich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung von Halbleiterchips, insbesondere solchen aus AIII-BV-Verbindungshalbleitermaterial anzugeben, das einerseits ein kantengenaues Trennen von im Verband hergestellten Chips gestattet und eine Nachbearbeitung der Schnittkanten derart getrennter Chips überflüssig macht, und andererseits eine Nachbearbeitung ungenauer Kanten an Einzelchips zum Zwecke der Erhöhung der Kantengenauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich z. B. AIII-BV-Ver bindungshalbleiterchips, z. B. solche aus GaAs, nahezu ohne Materialabtrag und mit höchster Kantengenauigkeit voneinander trennen oder im Bereich der Kanten bearbeiten. Dies gilt für größere Chipverbände wie auch für Einzelchips. Dabei besteht ein zusätzlicher Vorteil darin, daß zwischen den Bondpads benachbarter Halbleiterchips nur ein geringer Schneidabstand vorgesehen werden muß, somit eine optimale Nutzung der verfügbaren Substratfläche gegeben ist.

Der bei dem Verfahren nach der Erfindung vorgesehene Initialschnitt wird durch schrittweises Verlagern der nahezu punktförmigen Auftrefffläche des Laserstrahls entlang der Trennlinie erzeugt. Durch entsprechende Einstellung der Schrittweite und der Verlagerungsgeschwindigkeit (Vorschub) und durch geeignete Wahl der Lasereinstellungen können dabei Tiefe und Struktur des Initialschnitts an das zu bearbeitende Halbleitermaterial angepaßt und somit optimiert werden.

Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

So betreffen die Ansprüche 2 und 3 die geometrische Gestaltung des zur Spaltung eines GaAs- Halbleitersubstrates führenden Initialschnittes. Dabei ist in Anspruch 3 die auf die Dicke des Substrates bezogene, geeignete Tiefe des Initialschnittes angegeben. Anspruch 4 trägt der Tatsache Rechnung, daß auch die Länge eines derartigen Initialschnittes für das Zustandekommen der gewünschten Spaltung maßgebend ist.

Patentanspruch 4 sieht die Anbringung des Initialschnittes auf der Rückseite des Substrates vor. Dies läßt die Substratvorderseite ungestört und erlaubt, diese vollständig für die Anlage von Schaltelementen oder Kontakten zu nutzen. Diese Methode eignet sich insbesondere auch für die Einzelchip-Bearbeitung.

Die Patentansprüche 5 und 6 geben einen geeigneten Lasertyp und Werte für Lasereinstellungen und Zielpunktabstand an, die sich, insbesondere für die Bearbeitung von GaAs-Substraten, als geeignet erwiesen haben.

Die selbständigen Patentanspruche 7 und 8, schließlich, betreffen Produkte, die mit dem Verfahren nach der Erfindung, je nachdem, ob dieses zur Chipvereinzelung oder zur Kantenbearbeitung benutzt wird, erhalten werden.

Nachfolgend wird anhand zweier Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingehend beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Excimer-Laseranordnung zur Bearbeitung eines Einzelchips oder eines mehrere Einzelchips im Verband enthaltenden Substrates.

Fig. 2 in Seitenansicht und in Draufsicht die Schnittführung des Excimer-Lasers bei Abtrennung eines Einzelchips von einem Chipverband.

In Fig 1 ist mit 1 ein AIII-BV-Halbleiterchip bezeichnet, der insbesondere aus GaAs besteht und in einer die gesamte Anordnung einschließenden Vakuumkammer 2, auf einem X-Y-Z-Tisch 3 befestigt ist und der mittels eines Femtosekunden-(fs)-Excimer-Lasers 4 bearbeitet wird. Der Laserstrahl ist dabei durch eine Maske 5 randbegrenzt und mit Hilfe einer Linse 6 auf einen gewünschten, in der Bearbeitungsebene wirksamen Durchmesser abgebildet. Der zu bearbeitende Chip 1 ist vorzugsweise mit der Rückseite zum Excimer-Laser 4 hin orientiert. Der Excimer-Laser gibt UV-Lichtpulse mit einer Pulsdauer von ca. 100 fs und einer Wellenlänge von 248 nm ab. Die Lichtintensität in der Bearbeitungsebene, d. h. auf der Rückseite des Chips 1, beträgt dabei zwischen 5.10¹³ und 2.10¹⁴ W/cm². Bei der Bearbeitung entstehende Abprodukte werden von der Vakuumanlage abgesaugt und damit Verunreinigungen des Chips vermieden.

Eine zur Erzeugung eines Initialschnittes erforderliche Relativbewegung des Laserstrahles gegenüber dem zu bearbeitenden Chip wird hier zweckmäßig durch schrittweises Verstellen des X-Y-Z-Tisches durch eine geeignete, in der Figur nicht dargestellte Steuerung sichergestellt, während Laser und Abbildungssystem fest eingestellt bleiben.

Fig. 2 zeigt den Bearbeitungsvorgang am Beispiel der Trennung eines Einzelchips 10, beispielsweise eines GaAs- Chips einer Dicke von a = 0,5 mm von einem größeren, einen Chipverband 11 tragenden Halbleitersubstrat. Die Breite d des Chips, die hier der Trennlänge entspricht, beträgt z. B. 1,56 mm.

Der Trennvorgang wird durch die Bewegung der nahezu punktförmigen Auftrefffläche des Laserstrahls über die Substratoberfläche hinweg, entlang einer gewünschten Trennlinie 8, beginnend am Rand des Chips, ausgeführt durch die Bewegung des X-Y-Z-Tisches 3 (Fig. 1), eingeleitet. Diese Trennlinie 8 hat die Richtung einer Spaltebene (110) des GaAs- Substrats, zu der die Chips (z. B. Chip 10) mit ihren Pads orthogonal bzw. parallel ausgerichtet sind. Durch den Laser werden entlang der Trennlinie 8 eine Reihe dicht aufeinanderfolgender Zielpunkte nacheinander mit energiereichem UV-Licht bestrahlt. Auf jeden Zielpunkt werden ca. 120 Pulse vorgegebener Dauer bei einer Folgefrequenz von 5 Hz eingestrahlt. Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zielpunkten beträgt jeweils 40 µm und ist damit so klein, daß durch die Bestrahlung um die Zielpunkte herum entstehende Vertiefungen einander überlappen oder zumindest aneinandergrenzen. Dabei entsteht ein Initialschnitt 7 der Tiefe b.

Nachdem dieser Schnitt eine Länge c erreicht hat, kommt es ohne zusätzliche mechanische Einwirkung zum Spaltvorgang entlang der Trennlinie 8 und der sie enthaltenden Spaltebene. Die außerhalb des Bereichs des Initialschnittes entstehende Chipkante ist sehr genau und steil. Dies gilt sowohl für die bearbeitete Rückseite des Chips wie auch für die unbearbeitete Vorderseite, auf der sich die durch die Trennung geschaffene Kante über die ganze Chipbreite d erstreckt. Ein Verhältnis von Chipdicke a zu Initialschnitt-Tiefe b von a/b = 5/3 und ein Verhältnis von Chipbreite d zur Laserschnitt-Länge c von d/c = 5 wurde für ein GaAs-Substrat der oben angegebenen Dicke von 0,5 mm als optimal ermittelt. Es sind jedoch auch von diesen ermittelten Optimalwerten abweichende Bemessungen möglich.

Bezugszeichenliste

1

AIII-BV-Halbleiterchip

2

Vakuumkammer

3

X-Y-Z-Tisch

4

Excimer-Laser

5

Maske

6

Linse

7

Initialschnitt

8

Trennlinie

10

Einzelchip

11

Chipverband
a Chipdicke
b Initialschnittiefe
c Initialschnittlänge
d Chipbreite

Claims

1. Verfahren zum Trennen und zum Bearbeiten von Halbleiterchips (1, 10), insbesondere zum Vereinzeln von auf einem Substrat, im Verband (11) hergestellten Chips (10) aus AIII-BV-Verbindungshalbleitern unter Verwendung eines Excimer-Lasers (4), dadurch gekennzeichnet, daß durch Verlagern der Auftrefffläche des Laserstrahles auf einer zu bearbeitenden Substratoberfläche entlang einer gewünschten, in einer Spaltebene des Halbleitersubstrates (11) gelegenen Trennlinie (8) ein Initialschnitt (7) erzeugt wird, dessen Tiefe (b) im Verhältnis zur Dicke (a) des Substrates und dessen Länge (c) im Verhältnis zur Länge der Trennlinie so bemessen sind, daß es während oder nach Erzeugung des Initialschnittes (7) ohne weiteres Zutun zur Spaltung des Substrates entlang der Trennlinie (8) kommt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bearbeitung von GaAs-Substraten Laser-Bearbeitungsparameter wie Pulszahl, Folgefrequenz, Abstand der Zielpunkte voneinander, Strahlungsintensität und Einwirkzeit des Excimer-Lasers (4) zur Erzeugung des Initialschnittes so gewählt werden, daß das Verhältnis der Tiefe (b) des Initialschnitts (7) zur Dicke (a) des Substrates etwa 3/5 beträgt.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bearbeitung von GaAs- Substraten die Laser-Bearbeitungsparameter zur Erzeugung des Initialschnittes und damit dessen Tiefe (b) so gewählt werden, daß es zur Spaltung des Substrates entlang der Trennlinie (8) kommt, wenn der Initialschnitt eine Länge (c) von etwa 1/5 der Länge (d) der Trennlinie erreicht hat.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Initialschnitt auf der Rückseite des Substrats erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Patentanspruche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Excimer-Laser mit etwa 100 fs Pulsdauer und etwa 248 nm Wellenlänge benutzt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung des Initialschnitts die Lichtintensität des Excimer-Laserstrahles zwischen 5.10¹³ und 2.10¹⁴ W/cm², die Folgefrequenz etwa 5 Hz, die Anzahl der Pulse pro Zielpunkt etwa 120 und der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zielpunkten etwa 40 µm beträgt.

7. Halbleiterchips mit hochgenauen Kanten, erhältlich durch Teilen eines die Chips im Verband tragenden Halbleitersubstrates nach dem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Patentansprüche.

8. Halbleiterchip mit hochgenauen Kanten, erhältlich durch Nachbearbeitung der Kanten nach dem Verfahren gemäß einem der Patentanspruche 1 bis 6.