DE19840508A1 - Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiter-Bauelementen - Google Patents

Abstract

Auf der Waferfrontseite (1) werden entlang der gewünschten Trennlinien (5, 6) zwischen den zukünftigen individuellen Halbleiter-Bauelementen (8) Gräben (4) erzeugt, deren Tiefe (14) geringer als die Dicke (16) des Wafers (2) ist. Anschließend wird die Dicke des Wafers von der Rückseite (32) her soweit vermindert, daß die dabei entstehende Waferrückseite (32') die Gräbenböden (4b) erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft die Fertigung von Halbleiter-Bauele­ menten (nachfolgend auch als Halbleiterchips bezeichnet), die zunächst auf einem gemeinsamen Halbleiter-Ausgangsmaterial ausgebildet werden. Das Ausgangsmaterial liegt in Form einer Halbleiterscheibe vor, die auch als Wafer bezeichnet wird. Die Vorderseite oder Frontseite des Wafers wird gemäß den funktionalen Anforderungen und den Kontaktierungsbedingungen bereichsweise strukturiert. Anschließend werden die so struk­ turierten Bereiche unter Bildung individueller Halbleiter- Bauelemente voneinander getrennt werden. Dieser Trennvorgang wird auch als Vereinzeln bezeichnet.

Um eine saubere Trennung zu gewährleisten, die insbesondere die hochempfindlichen strukturierten Bereiche der Halbleiter­ chips unbeeinträchtigt läßt und die zu erzeugenden Kanten möglichst hochwertig ausbildet, muß das Vereinzeln hochprä­ zise und materialschonend durchgeführt werden. Dabei werden die zunächst auf der gemeinsamen Halbleiterscheibe ausgebil­ deten aktiven Bereiche der späteren Halbleiterchips durch so­ genannte "Ritzrahmen" voneinander getrennt. Der Ausdruck "Ritzrahmen" ist historisch bedingt und bezieht sich auf Trennverfahren, bei denen mittels einer Diamantspitze V-för­ mige Spuren entlang des Ritzrahmens erzeugt wurden, an denen anschließend durch Brechen die Halbleiter-Bauelemente verein­ zelt worden. Die dafür vorzusehende Spurbreite (Ritzrahmenbreite) liegt in der Größenordnung von 100 µm und ist somit ein wesentlicher Faktor im Hinblick auf die Aus­ beute einer Halbleiterscheibe, insbesondere bei dem derzeiti­ gen Trend zu immer kleiner werdenden Halbleiterchips.

Aus der DE 44 14 373 A1 geht ein heute weit verbreitetes Ver­ fahren zum Vereinzeln vom Halbleiter-Bauelementen hervor, das auf dem Sägen bzw. Trennschleifen basiert. Mit diesem Verfah­ ren können relativ saubere Halbleiterchipkanten unabhängig von etwaigen Kristallorientierungen des Halbleitermaterials erzeugt werden. Dabei wird der Wafer auf einem X-Y-Tisch be­ festigt und relativ zu einer mit hoher Drehzahl rotierenden Diamantschleifscheibe bewegt. Dabei ist es üblich, den Wafer auf eine selbstklebende Trägerfolie aufzubringen und mit ge­ ringer Tiefe (ca. 10 µm) in die Folie hineinzusägen, um das Wafermaterial entlang dem jeweiligen Ritzrahmen zu trennen und damit eine vollständige Vereinzelung der Halbleiter-Bau­ elemente zu realisieren. Um jedoch eine hohe Qualität der bei dem Trennprozeß gebildeten Halbleiterchipkanten zu gewährlei­ sten, müssen äußerst hochwertige Schneidwerkzeuge verwendet werden. Dies ist kostenaufwendig und beeinträchtigt wegen der begrenzten Standzeiten der Werkzeuge den Fertigungsprozeß bzw. den Fertigungsdurchsatz. Auch das erneute Einrichten nach einem Werkzeugaustausch ist im Hinblick auf die einzu­ haltenden geringen Toleranzen vergleichsweise aufwendig.

Da schon geringste mechanische oder geometrische Defekte an den Rändern (Kanten und insbesondere Ecken) der Halbleiter­ chips die Bruchgefahr erheblich erhöhen, besteht insbesondere im Hinblick auf das Bestreben nach weiter verengten Ritzrah­ men Bedarf nach einem Verfahren zum Vereinzeln von Halblei­ ter-Bauelementen, das annähernd fehlerfreie Kanten der ver­ einzelten Halbleiter-Bauelemente erzeugt.

Dazu ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiter-Bauelementen aus ihrem ursprünglichen Wafer-Ver­ band vorgesehen, bei dem:

• a) auf der Waferfrontseite entlang gewünschter Trennlinien zwischen den zukünftigen individuellen Halbleiter-Bauele­ menten Gräben erzeugt werden, deren Tiefe geringer als die Dicke des Wafers ist, und
• b) in einem späteren Verfahrensschritt die Dicke des Wafers von seiner Rückseite her zumindest soweit vermindert wird, daß die dabei entstehende Waferrückseite die Gräbenböden erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Gräben mit an sich bekannten und beherrschten Verfahren erzeugt werden. Die Gräben können bevorzugt durch Ätzen, insbesondere Naßätzen, Trockenätzen oder Plasmaätzen, oder Laserschneiden erzeugt werden. Vorteilhafterweise erfolgt durch das Einbringen der Gräben in die Waferfrontseite keine vollständige, sondern nur eine teilweise Materialtrennung in Richtung der Waferdicke. Dabei wird die Mindesttiefe der Gräben durch die gewünschte Dicke des fertigen Halbleiter-Bauelementes bestimmt.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die Erkenntnis, daß mechanische Probleme, insbesondere die Gefahr eines Chip­ bruchs, dadurch erheblich vermindert oder gar ausgeschlossen werden können, daß zur Vereinzelung von der Waferfrontseite her nur ein Teilabtrag des Wafermaterials erforderlich ist. Damit kann die Schnitttiefe und somit die mechanische Bela­ stung des Wafermaterials beim Vereinzelungsprozeß erheblich vermindert werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß der zur vollständigen Vereinzelung der Halb­ leiter-Bauelemente notwendige weitere Materialabtrag in Rich­ tung der Waferdicke von der Rückseite des Wafers her in dem Verfahrensschritt des üblicherweise ohnehin notwendigen Ver­ minderns der Waferdicke (sog. Waferdünnen) integriert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich auch dadurch aus, daß keine wesentlichen zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich sind, um die Qualität der Halbleiterchipkanten signifikant zu erhöhen. Außerdem gestattet das erfindungs­ gemäße Verfahren in vorteilhafter Weise eine weitere Veren­ gung des Ritzrahmens bzw. der Grabenbreite, weil die Gräben nur mit einer erheblich geringeren Tiefe als bisher ausge­ bildet werden müssen.

Bei der bevorzugten Verwendung von Ätzverfahren oder beim La­ serschneiden ist kein Materialabtrag durch rotierende Schnei­ den (z. B. Sägeblätter) involviert; dies bedeutet eine beson­ ders schonende Behandlung der entstehenden Halbleiterchipkan­ ten.

Ein besonders schonender Materialabtrag läßt sich nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreichen, daß die Gräben durch kumulativen Material­ abtrag erzeugt werden. In diesem Zusammenhang ist es beson­ ders vorteilhaft, wenn der kumulative Materialabtrag im Rah­ men von Verfahrensschritten vorgenommen wird, die ohnehin zur strukturellen Bearbeitung der funktionalen Waferfrontseite durchgeführt werden. So können beispielsweise mehrere erfor­ derliche Trenchätzungen dazu dienen, die Gräben schrittweise zu vertiefen. Dies hat den erheblichen Vorteil, daß kein zu­ sätzlicher Aufwand zur Erzeugung der Gräben anfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen möglichen Ablauf des erfindungs­ gemäßen Verfahrens und

Fig. 2 einen Ausschnitt eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren prozessierten Wafers.

Gemäß den Fig. 1 und 2 wird in an sich bekannter Weise zunächst die Frontseite 1 eines Wafers 2 bearbeitet. Dabei werden auch Gräben 4 entlang gewünschter Trennlinien 5, 6 eingebracht. Die Trennlinien 5, 6 definieren ein Raster, das der Anordnung der zu erzeugenden (zukünftigen) Halbleiter­ chips 8 entspricht. Der Verlauf der Trennlinien gibt den so­ genannten Ritzrahmen 10 wieder, der prinzipiell den bishe­ rigen sogenannten Sägestraßen entspricht. Der Ritzrahmen ist dabei durch den Abstand von den zukünftigen Kanten der Halb­ leiterchips nach deren Vereinzelung bestimmt, d. h. beispiels­ weise durch den Zwischenraum zwischen Anschlußflächen (Pads) benachbarter Chips. Gegebenenfalls können die Anschlußflächen von Schutzringen umgeben sein, die nicht verletzt werden dür­ fen; die Ritzrahmenbreite wäre dann durch die Schutzringe be­ grenzt.

Die einzelnen zukünftigen Halbleiterchips 8 sind somit zu­ nächst in einem gemeinsamen Wafer-Verband 12 enthalten. Die Tiefe 14 der Gräben 4 ist geringer bemessen als die ursprüng­ liche Dicke 16 des Wafers.

Die Gräben 4 können wie angedeutet durch den Schneidstrahl 18 eines Lasers 19 erzeugt werden, der in seiner Leistung so eingestellt ist, daß der Schneidstrahl 18 den Wafer 12 nicht vollständig durchtrennt, sondern Gräben 4 mit der gewünschten Tiefe - d. h. einem gewünschten Abstand 14 zwischen Gräbenbö­ den 4b und Frontseite 1 - erzeugt.

Die Gräben 4 können auch durch Ätzungen 20, 21 erzeugt werden. Besonders vorteilhaft können die Gräben 4 im Rahmen mehrerer Ätzungen (z. B. Naßätzen) 20, 21 erzeugt werden, die nacheinan­ derfolgend durchgeführt werden, um die Waferfrontseite 1 in gewünschter Weise zu strukturieren und die beispielsweise als sogenannte Trenchätzungen dienen. Mit den aufeinanderfolgen­ den Ätzungen 20, 21 wird die Grabentiefe 14 in z. B. zwei Tei­ lätzungen mit einer ersten Tiefe 24 und einer zweiten Tiefe 25 sukzessive erzeugt.

Anschließend wird der Wafer 2 mit seiner strukturierten Frontseite 1 auf eine Trägerfolie 30 geklebt. Von der Rück­ seite 32 des Wafers 2 her wird die ursprüngliche Dicke 16 des Wafers 2 vermindert. Dies erfolgt beispielsweise unter Ver­ wendung von diamantbesetzten Flachschleifscheiben 40, wie im unteren Teil der Fig. 2 angedeutet. Bevorzugt wird das Längsseitenplanschleifen nach DIN 8598T.11. Dabei wird der mit seiner Frontseite fertigprozessierte Wafer rückwärtig mit einem rotierenden Schleifring bearbeitet, der mit definierter axialer Vorschubgeschwindigkeit in die Rückseite des Wafers eindringt. Dabei wird der Wafer teilringförmig überdeckt. Um einen vollständigen gleichmäßigen Abtrag der Waferrückseite zu gewährleisten, wird der Wafer radial relativ zur Schleif­ scheibe bewegt. Dabei kann sich je nach Verfahrensweise ein stufenweiser Materialabtrag ergeben, an den sich ein Fein­ schliff anschließt. Dabei werden z. B. von einem Wafer von ur­ sprünglich 525 µm Dicke 400 µm abtragen. Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch wesentlich dünnere Wafer behandelt werden. Schließlich erreicht die Schleifscheibe 40 mit ihrer Oberseite 41 infolge des rückwär­ tigen Materialabtrags die Böden 4b der Gräben 4, wodurch die individuellen Halbleiterchips 8 von ihren jeweiligen Nachbarn vollständig getrennt (vereinzelt) sind und nur noch an der gemeinsamen Trägerfolie 30 haften. Somit fällt die neu erzeugte Rückseite 32' in die Ebene der Gräbenböden 4b, so daß aus den Gräben 4 Trennfugen werden. Bedarfsweise kann an­ schließend die Waferdicke 14' noch weiter vermindert (gedünnt) werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere bei Verwendung von Ätzverfahren oder Laserschneidverfahren zur Herstellung der Gräben der bisher notwendige Sägeprozeß er­ setzt. Dies bedeutet nicht nur eine erhebliche verfahrens­ technische Vereinfachung, sondern insbesondere auch eine we­ sentlich schonendere Behandlung der entstehenden Halbleiter­ chipkanten. Die Kanten sind damit frei von mechanischen De­ fekten. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem, die sogenannten Ritzrahmen zu verengen, was die Anzahl mögli­ cher Halbleiterchips pro Wafer (Ausbeute) erheblich erhöht.

Claims (4)

1. Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiter-Bauelementen (8) aus ihrem ursprünglichen Wafer-Verband (12), bei dem:

• a) auf der Waferfrontseite (1) entlang gewünschter Trennli­ nien (5, 6) zwischen den zukünftigen individuellen Halblei­ ter-Bauelementen (8) Gräben (4) erzeugt werden, deren Tiefe (14) geringer als die Dicke (16) des Wafers (2) ist, und
• b) in einem späteren Verfahrensschritt die Dicke (14') des Wafers (2) seiner der Rückseite (32) her zumindest soweit vermindert wird, daß die dabei entstehende Waferrückseite (32') die Gräbenböden (4b) erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gräben (4) durch Ätzen oder Laserschneiden erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gräben (4) durch kumulativen Materialabtrag (24, 25) erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der kumulative Materialabtrag (24, 25) im Rahmen von Ver­ fahrensschritten (20, 21) vorgenommen wird, die zur struk­ turellen Bearbeitung der funktionalen Waferfrontseite (1) durchgeführt werden.