Beschreibung
Rückseitenbeschichteter, dünner Halbleiterchip und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen rückseitenbeschichteten, dünnen Halbleiterchip, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Dünne Halbleiterchips gewinnen immer mehr an Bedeutung. Zum einen hat die Halbleiterchipdicke einen direkten Einfluss auf die Gesamthöhe des gehäusten Halbleiterbauteils, und zum anderen weisen dünne Halbleiterchips eine höhere mechanische Flexibilität bzw. eine gewisse Biegeelastizität auf. Das Herstellen von dünnen Halbleiterchips wird deshalb benötigt zur Rea- lisierung sehr dünner Halbleiterbauteile im Rahmen der Miniaturisierung, sowie zur Herstellung biegeelastischer Halbleitermodule, welche z. B. in Chipkarten eingesetzt werden.
Mit "dünn" werden gemäß dieser Erfindung Wafer und/oder Halb- leiterchips bezeichnet, die eine Dicke von < 300 μm und insbesondere Wafer und/oder Halbleiterchips, welche eine Dicke von < 100 μm aufweisen.
Die Herstellung dünner Halbleiterchips erfordert den Einsatz neuer Herstell- und Verarbeitungsverfahren. Um ein Handhaben von dünnen Halbleiterchips bzw. Wafern in der Produktion so weit wie möglich zu minimieren, wurde ein Verfahren entwickelt, das es erlaubt, aus den dicken, ungeschliffenen Wafern dünne Halbleiterchips herzustellen, ohne im Prozessverlauf dünne Wafer handhaben zu müssen. Dieses Verfahren wird in der Halbleitermontage als "dicing before grinding" oder DBG, also als "Sägen vor dem Schleifen" bezeichnet.
Gemäß diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt der dicke Wafer von seiner Vorderseite, also der Seite, welche die Halbleiterchipstrukturen aufweist, entsprechend der Dicke des fertigen Halbleiterchips angesägt. In einem nächsten Schritt wird der so vorbereitete Wafer mit seiner Vorderseite auf eine Schutzfolie aufgebracht und anschließend von der Rückseite her gedünnt, bis die Halbleiterchips in vereinzelter Form vorliegen.
Zur Montage der dünnen Halbleiterchips wird ein Fügematerial zwischen dem Halbleiterchip und einem Substrat benötigt. Ein getrenntes Aufbringen von Halbleiterchip und Fügematerial auf das Substrat ist jedoch mit Nachteilen behaftet, da zum einen mindestens zwei Verfahrensschritte, nämlich das Aufbringen des Fügematerials und das Aufbringen des Halbleiterchips benötigt werden und da zum anderen sowohl Fügematerial, als auch Halbleiterchip jeweils auf dem Substrat ausgerichtet werden müssen, was in der Praxis ein aufwendiges Justieren mehrere Modu- le relativ zueinander bedingt.
Unter "Substrat" werden im vorliegenden Text Träger verstanden, auf welche Halbleiterchips aufgebracht werden und welche die Außenkontakte für den Einbau des fertig gehäusten Halblei- terbauteils bereitstellen. Ein Substrat im Sinne der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Materialien, wie zum Beispiel Keramik, Metall oder ein organisches Kunststoffmaterial aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen dünnen, rückseitenbeschichteten Halbleiterchips, welcher direkt auf
dem Substrat befestigt werden kann, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung rückseitenbeschichteter Halbleiterchips. Diese weisen auf ihrer Vorderseite Sägestrassen mit vorgegebener Tiefe auf und werden durch Abtragen von Wafermaterial von der Rückseite her singuliert. Anschließend wird eine als Fügeschicht dienende Rückseitenbeschichtung auf die Rückseite des Wafers aufgebracht und diese dann, entsprechend den singulier- ten Halbleiterchips, durchtrennt.
Es wird also zuerst ein Wafer bereitgestellt, welcher auf seiner Vorderseite Sägestrassen mit einer vorgegebenen Tiefe, die in etwa der Dicke der zu singulierenden Halbleiterchips entspricht, aufweist. Die Sägestrassen werden beispielsweise durch mechanisches Sägen mit herkömmlichen Wafersägeautomaten oder durch Wasserstrahlschneiden auf der Vorderseite des Wafers aufgebracht.
Anschließend wird eine Schutzfolie auf die Vorderseite des Wafers aufgebracht, um die Halbleiterchipstrukturen bei der Weiterverarbeitung vor Beschädigungen zu schützen. Die Schutzfolie wird außerdem benötigt, um die singulierten Halbleiter- chips zusammenzuhalten, so dass sie als Einheit auf einen mit einer Sägefolie versehenen Sägerahmen aufgebracht werden können. Dies hat den Vorteil, dass ein Handhaben einzelner Halbleiterchips, welches je nach Halbleiterchipgröße und Wafer- durchmesser sehr zeitaufwendig sein kann, vermieden wird.
In einem nächsten Schritt wird Wafermaterial von der Rückseite her abgetragen, bis die Halbleiterchips singuliert sind. Dies
geschieht beispielsweise mechanisch mittels Rotationsschleifen oder nasschemisch durch Ätzabtrag. Ein effizientes Verfahren zum Abtragen vom Wafermaterial, bei dem ein Bilden von Mikro- rissen an den singulierten Halbleiterchips vermieden wird, wird erreicht durch eine Kombination der beiden Verfahren, wobei zuerst ein Teil des Wafermaterials durch Rotationsschleifen und der Rest dann durch Ätzen abgetragen wird. Des Weiteren ist es möglich, die Waferrückseite trockenchemisch durch Plasmaätzung abzutragen.
Nach der Singulierung der Halbleiterchips, welche jetzt von der Schutzfolie auf der Vorderseite zusammengehalten werden, wird auf der Rückseite des Wafers, bzw. der singulierten Halbleiterchips, eine zusammenhängende Rückseitenbeschichtung auf- gebracht. Diese wird, gemäß der vorliegenden Erfindung, vor der Weiterverarbeitung der Halbleiterchips entsprechend den Umrissen der zu singulierenden Halbleiterchips durchtrennt. Das Durchtrennen der Rückseitenbeschichtung kann beispielsweise mechanisch durch Sägen, durch Laserschneiden oder durch Wasserstrahlschneiden erfolgen.
Danach werden die singulierten Halbleiterchips mit der beschichteten Rückseite auf einen Sägerahmen, welcher eine Folie zur Aufnahme des Wafers, bzw. der Halbleiterchips aufweist, aufgebracht und zum Schluss die Schutzfolie von der Vorderseite des Wafers, bzw. der Halbleiterchips entfernt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für Halbleiterchips mit einer Dicke von kleiner oder gleich 300 μm, und insbeson- dere für Halbleiterchips mit einer Dicke kleiner oder gleich 100 μm.
Der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte dünne, rückseitenbeschichtete Halbleiterchip kann direkt auf dem Substrat, ohne zusätzliches Fügematerial, befestigt werden. Die Rückseitenbeschichtung kann, je nach Art des hergestellten Halbleiterchips, aus verschiedenen Materialien bestehen. Insbesondere weist die Rückseitenbeschichtung einen organischen Klebefilm auf, welcher elektrisch leitend oder elektrisch isolierende Eigenschaften besitzen kann.
Figur 1 zeigt schematisch das Aufbringen von Sägestrassen auf einer Vorderseite eines Wafers mittels Sägen,
Figur 2 zeigt schematisch das Aufbringen einer Schutzfolie auf die Vorderseite des Wafers gemäß dem hier offen- barten Verfahren,
Figur 3 zeigt schematisch das Dünnen des Wafers gemäß dem hier offenbarten Verfahren,
Figur 4 zeigt schematisch das Aufbringen einer Rückseitenbeschichtung auf einer Rückseite des Wafers gemäß dem hier offenbarten Verfahren,
Figur 5 zeigt schematisch das Durchtrennen der Rückseitenbe- Schichtung mittels Laser gemäß dem hier offenbarten Verfahren,
Figur 6 zeigt schematisch das Aufbringen des Wafers mit Rückseitenbeschichtung auf einen Sägerahmen gemäß dem hier offenbarten Verfahren, und
Figur 7 zeigt schematisch das Ablösen der Schutzfolie von der Vorderseite des Wafers gemäß dem hier offenbarten Verfahren.
Figur 1 zeigt schematisch das Aufbringen von Sägestrassen 10 auf der Vorderseite 3 eines Wafers 1 mittels Sägen. Die Vorderseite 3 des Wafers 1 ist diejenige Seite, welche die aktiven Halbleiterchipstrukturen (nicht dargestellt) aufweist.
Auf diese Vorderseite 3 werden mittels einer Sägescheibe 11 Sägestrassen 10 aufgebracht. Wie im vergrößerten Ausschnitt schematisch gezeigt, weisen die Sägestrassen 10 eine Dicke D auf, welche der Dicke der vereinzelten Halbleiterchips entspricht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist D < 300 μm und insbesondere < 100 μm.
Figur 2 zeigt schematisch das Aufbringen einer Schutzfolie 5 auf der Vorderseite 3 des Wafers 1 gemäß dem hier offenbarten Verfahren. Die Schutzfolie 5 wird, wie durch den Pfeil ange- deutet, über die Vorderseite 3 des Wafers 1 gezogen. Die
Schutzfolie 5 weist auf der Seite, welche dem Wafer 1 zugewandt ist, eine Klebeschicht auf, so dass die Schutzfolie 5 nach dem Aufbringen auf den Wafer 1 auf dessen Vorderseite 3 haftet und später ein Auseinanderfallen der singulierten Halb- leiterchips verhindert.
Die Schutzfolie 5 dient dem Schutz der Halbleiterchipstrukturen 2 vor mechanischer Beschädigung bei der Weiterverarbeitung des Wafers 1 und bedeckt die gesamte Vorderseite 3 des Wafers 1, zumindest aber den Bereich des Wafers 1, der vollständige bzw. elektrisch gute Halbleiterchipstrukturen 2 aufweist.
Figur 3 zeigt schematisch das Dünnen des Wafers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung mittels Rotationsschleifen. Hierzu wird von einer Rückseite 6 des Wafers 1 solange Material abgetragen, bis die Sägestrassen 10 erreicht und somit die Halblei- terchips, welche dann die gewünschte Dicke D aufweisen, singuliert sind. Der Materialabtrag geschieht dabei durch eine rotierende Schleifvorrichtung 12 mit einem Schleifaufsatz 13. Die Richtung der Drehbewegung der Schleifvorrichtung ist mit B gekennzeichnet. Der Wafer 1 rotiert in entgegengesetzter Rich- tung A. Die Schleifvorrichtung 13 wird außerdem während des
Schleifvorgangs so über die Rückseite 6 des Wafers 1 geführt, dass der Materialabtrag gleichmäßig auf der gesamten Rückseite 6 des Wafers 1 erfolgt.
Figur 4 zeigt schematisch das Aufbringen eines Klebefilms 7 auf der Rückseite 6 des Wafers 1 gemäß dem hier offenbarten Verfahren. Ähnlich wie bei dem in Figur 2 gezeigten Aufbringen der Schutzfolie 5 auf die Vorderseite 3 des Wafers 1 wird nach dem Dünnen und Singulieren der Halbleiterchips 4 auf die Rück- seite 6 des Wafers 1 eine Rückseitenbeschichtung 7 in Form einer zusammenhängenden Folie oder eines Films aufgebracht.
Da die Rückseitenbeschichtung 7 später als Fügematerial zwischen Halbleiterchip 4 und einem Substrat (nicht gezeigt) dient, haftet die zur Rückseite 6 des Wafers 1 weisende Seite der Rückseitenbeschichtung 7 auf dem Wafer 1 und die Seite der Rückseitenbeschichtung 7, die dem Wafer 1 abgewandt ist, weist haftende Eigenschaften bezüglich des Substrats auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Rückseitenbeschichtung 7 eine organischen Folie mit beidseitigem Klebefilm auf. Die Folie kann elektrisch isolierend, oder, je nach Zusammen-
setzung und Aufbau, elektrisch isotrop oder anisotrop leitend sein.
Figur 5 zeigt schematisch das Durchtrennen der Rückseitenbe- Schichtung 7 mittels einem Laser 14 gemäß dem hier offenbarten Verfahren. Hierzu wird über die Rückseite 6 des Wafers 1, welche die Rückseitenbeschichtung 7 aufweist, ein Laserstrahl 15 geführt. Der Laserstrahl 15 folgt dabei den Umrissen der singulierten Halbleiterchips 4, so dass die Größe der durchtrenn- ten Rückseitenbeschichtung 7 der Größe der Halbleiterchips 4 entspricht. Nach Beendigung dieses Verfahrensschrittes liegen, zusammengehalten durch die Schutzfolie 5 auf der Vorderseite 3 des Wafers 1, die singulierten Halbleiterchips 4 mit ebenfalls singulierter Rückseitenbeschichtung 7 vor.
Figur 6 zeigt schematisch das Aufbringen des Wafers 1 mit Rückseitenbeschichtung 7 auf einen Sägerahmen 8 gemäß dem hier offenbarten Verfahren. Dazu wird der Wafer 1 mit der Rückseite 6 nach oben innerhalb des Sägerahmens 8 vorzugsweise mittig ausgerichtet und anschließend eine Sägefolie 9 in Pfeilrichtung über Sägerahmen 8 und Wafer 1 gezogen, so dass der Wafer 1 durch die Sägefolie 9 mit dem Sägerahmen 8 verbunden ist.
De Sägerahmen 8 ist herkömmlicherweise aus Metall oder Kunst- Stoff und ermöglicht ein einfaches Handhaben der mit dem Wafer 1 versehenen Sägefolie 9. Die Sägefolie 9 weist, ähnlich wie die Schutzfolie 5, eine einseitig mit einem Klebefilm versehene, organische Kunststofffolie auf, von welcher sich der Halbleiterchip 4, bzw. die Rückseitenbeschichtung 7, beim späteren Chipmontagevorgang vorzugsweise rückstandsfrei lösen kann.
Figur 7 zeigt schematisch das Ablösen der Schutzfolie 5 von der Vorderseite 3 des Wafers 1 gemäß dem hier offenbarten Verfahren, so dass die singulierten Halbleiterchips 4 frei liegen und mit herkömmlichen Halbleiterchipmontageverfahren weiter- verarbeitet werden können.