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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil (13) mit einem dünnen Halbleiterchip (1) und ein Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitung derart dünner Halbleiterchips (1). Das Halbleiterbauteil (13) weist neben dem dünnen Halbleiterchip (1) ein Verdrahtungssubstrat (2) auf, das auf seiner Oberseite (5) den Halbleiterchip (1) trägt und auf seiner Unterseite (6) und/oder seinen Randseiten (27, 28) Außenkontakte (3) aufweist. Der Halbleiterchip (1) ist vorzugsweise aus monokristallinem Silicium einer Dicke d 25 mum hergestellt.
    公开号:DE102004010956A1
    申请号:DE102004010956
    申请日:2004-03-03
    公开日:2005-09-22
    发明作者:Edward FÜRGUT；Holger Wörner
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L21-58
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem dünnen Halbleiterchipund einem steifen Verdrahtungssubstrat. Ferner betrifft die Erfindungein Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitung von dünnen Halbleiterchipszu Halbleiterbauteilen.
    [0002] Dünne Halbleiterchipswerden durch Dünnen vonfertig prozessierten Halbleiterwafern mit Standardabmessungen gewonnen,wobei diese Halbleiterwafer eine Dicke D von 300 μm bis 1.500 μm und einemDurchmesser von einigen 10 cm aufweisen. Der prozessierte und zudünnendeHalbleiterwafer weist auf seiner aktiven Oberseite eine Passivierungsschichtauf. Diese Passivierungsschicht weist frei liegende metallischeKontaktflächenauf, die währenddes Dünnensin einer Dünnungsanlagenicht beschädigtwerden dürfen.Je dünnerein Halbleiterwafer wird, umso kritischer wird eine Weiterverarbeitung dergedünntenHalbleiterchips des gedünntenHalbleiterwafers zu einem Halbleiterbauteil, sodass bei Halbleiterchipdickenvon 30 μmeine kritische Dicke erreicht ist, die nicht unterschritten werdenkann, da derartige Halbleiterchips nicht mehr selbsttragend sindund ein kritisches Bruchverhalten aufweisen. Bei diesen minimalenDicken unter 30 μmist weder ein Handhaben zum Aufbringen auf das Verdrahtungssubstratnoch ein Anbringen von Flipchip-Kontakten ohne erhebliche Einbußen beider Produktausbeute möglich.
    [0003] Dennochbesteht ein Bedarf, die Chipdicke weiter zu verringern, zumal dünnere Halbleiterchipplättchen auchdie elektrische Performence verbessern können. So lassen sich mit extremdünnenHalbleiterchips Durchschaltzeiten und Sperrzeiten von Leistungsdiodenund Leistungstransistoren deutlich verringern, wenn es gelingt,Leistungsmodule mit Halbleiterchips einer Dicke unter 30 μm zu Leistungsmodulenzu integrieren. Jedoch scheint ein unüberwindliches Hindernis daskritische Bruchverhalten derart dünner Halbleiterchips zu sein,sodass ein Handling derart dünnerHalbleiterchips bisher nicht möglichist.
    [0004] Aufgabeder Erfindung ist es, ein Halbleiterbauteil mit einem dünnen Halbleiterchipzu schaffen, wobei das Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip aufweist,dessen Dicke d < 30 μm ist. Fernerist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitungeines derart dünnenHalbleiterchips anzugeben.
    [0005] DieseAufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
    [0006] Erfindungsgemäß wird einHalbleiterbauteil mit einem dünnenHalbleiterchip und einem steifen Verdrahtungssubstrat geschaffen.Das Verdrahtungssubstrat weist auf seiner Oberseite den Halbleiterchipund auf seiner Unterseite und/oder seinen Randseiten Außenkontakteauf. Der Halbleiterchip weist monokristallines Halbleitermaterialeiner Dichte d < 100 μm auf. Vorzugsweiseweist der Halbleiterchip monokristallines Silicium einer Dicke d ≤ 25 μm auf.
    [0007] Einderartiges Halbleiterbauteil hat den Vorteil einer Raumersparnis,da mit einem derart dünnen Halbleiterchipflache Halbleiterbauteile realisierbar sind. Darüber hinaus hat dieses Halbleiterbauteilden Vorteil, insbesondere wenn ein derartig gedünnter Halbleiterchip für ein Leistungsbauteileingesetzt wird, dass Durchlasszeiten und Sperrzeiten verkürzt werden,zumal die Laufzeit der Minoritätsladungsträger in demmonokristallinen Silicium von der Dicke d des Halbleiterchips abhängt. Dazuweisen derartige Leistungshalbleiterbauteile auf der Rückseitedes dünnenHalbleiterchips einen großflächigen Rückseitenkontaktauf, und auf der Oberseite des Halbleiterchips mindestens eine Kontaktanschlussfläche, wennes sich um eine Leistungsdiode handelt und mehrere Kontaktanschlussflächen, wennmit dem dünnenHalbleiterchip ein Leistungstransistor oder ein Thyristor realisiertwerden soll.
    [0008] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung weist das steife Verdrahtungssubstrat ein Keramikmaterialauf, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient an den thermischenAusdehnungskoeffizienten des Halbleiterchips angepasst ist. Miteinem derartigen Keramikmaterial ist der Vorteil verbunden, dassdie thermischen Spannungen zwischen dem Keramikmaterial und dem dünnen Halbleiterchipbei thermischer Belastung minimiert sind, sodass keine Mikrorissein dem dünnen Halbleiterchipmaterialauftreten.
    [0009] Dassteife Umverdrahtungssubstrat kann derart ausgebildet sein, dasses mehrere dünne Halbleiterchipsaufnimmt, die fürein Leistungsmodul erforderlich sind. Um diese Halbleiterchips untereinanderzu verdrahten, ist das Verdrahtungssubstrat metallkaschiert undweist metallische Verdrahtungsstrukturen auf seinen Oberflächen, d.h.auf seiner Oberseite und seiner Unterseite auf, und verfügt über Durchkontakte durchdas Verdrahtungssubstrat hindurch, um die Verdrahtungsstruktur aufder Oberseite des Verdrahtungssubstrats mit der Verdrahtungsstrukturauf der Unterseite des Verdrahtungssubstrats elektrisch zu verbinden.Dazu kann die Verdrahtungsstruktur auf der Unterseite des VerdrahtungssubstratsAußenkontaktflächen aufweisen,die geeignet sind, Lotbälleals Außenkontakteaufzunehmen. Überdie Verdrahtungsstruktur auf der Unterseite des Verdrahtungssubstratsund überdie Durchkontakte könnendiese Außenkontaktemit der Verdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Verdrahtungssubstrats verbundensein. Zur Aufnahme des nur wenige μm-dicken Halbleiterchips aufdas Verdrahtungssubstrat weist die Verdrahtungsstruktur auf derOberseite des Verdrahtungssubstrats eine Chipmontagefläche auf,mit welcher der dünneHalbleiterchip über eineLötschichtoder übereine elektrisch leitende Klebstoffschicht verbunden ist. Der dünne Halbleiterchipweist auf seiner aktiven Oberseite Kontaktflächen auf, die über Bondverbindungmit der Umverdrahtungsstruktur auf der Oberseite des Verdrahtungssubstratselektrisch in Verbindung stehen.
    [0010] Ineiner weiteren Ausführungsformder Erfindung ist es vorgesehen, dass der dünne Halbleiterchip auf einerChipinsel eines Flachleiterrahmens aufgebracht ist und die Kontaktflächen derOberseite des dünnenHalbleiterchips mit inneren Flachleitern des Flachleiterrahmens über Bondverbindungenin Verbindung stehen. Darüberhinaus ist es möglich, dassdie dünnenHalbleiterchips auf einem Verdrahtungssubstrat aus einem Kunststoffals Trägermaterialaufgebracht sind, wobei dieses Trägermaterial aus Kunststoffmit Keramikpartikeln gefülltist, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägermaterialsan den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des dünnen Halbleiterchipsanzupassen.
    [0011] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung weist der dünneHalbleiterchip eine Dicke d von 0,5 μm ≤ d ≤ 25 μm auf. Die untere Grenze von0,5 μm ergibtsich durch die begrenzten Möglichkeitender Dünnungsanlagen,sowie der Dünnungsverfahren,und den damit verbundenen Fertigungstoleranzgrenzen. Vorzugsweisewird eine Dicke d ≤ 10 μm angestrebt,bei der bereits die vorteilhaften Effekte einer Laufzeitverkürzung für Minoritätsladungsträger durchden Halbleiterchip wirksam sind, sodass steile Einschalt- und Ausschaltflanken für hohe Stromdichtenderartigen Halbleiterchips möglichwerden. Ein bevorzugter Bereich für die Dicke d des dünnen Halbleiterchipsliegt bei 1,2 μm ≤ d ≤ 10 μm. In diesemBereich ist die Fertigungsausbeute von Halbleiterbauteilen mit dünnen Halbleiterchips amgrößten, sodasseine preiswerte Massenproduktion möglich ist.
    [0012] EinVerfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitung von dünnen Halbleiterchipsweist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wirdein zu dünnendermonokristalliner Halbleiterwafer vorzugsweise ein Siliciumwafermit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionenbereitgestellt. Die Halbleiterchippositionen weisen Kontaktflächen zumVerbinden des Halbleiterchips mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen aufeinem Verdrahtungssubstrat eines Halbleiterbauteils auf. Eine doppelseitigklebende Folie wird vorbereitend auf eine Oberseite einer formstabilenselbsttragenden Platte, die vorzugsweise ein Standart-Halbleiterwaferist und als Trägerfür denDünnungsprozessdient, aufgebracht.
    [0013] DerartigePlatten weisen genormte Dicken D auf, die in etwa der Dicke deszu dünnendenHalbleiterwafers entsprechen, und die mit zunehmendem Durchmesserdes Wafers zunehmen. Die doppelseitig klebende Folie, die auf diesePlatte aufgebracht wird, weist auf ihren beiden Oberseiten Klebstoffschichtenauf, die unterschiedliche Eigenschaften haben. Wenn beide Klebstoffschichtenaus einem Thermoplast bestehen, so unterscheiden sich die beidenKlebstoffschichten durch die Schmelztemperatur ihrer Thermoplaste.Dabei wird die Klebstoffschicht mit der höheren Schmelztemperatur aufden Standard-Halbleiterwafer aufgebracht und die Klebstoffschichtmit der etwas niedrigeren Schmelztemperatur bleibt für die Aufnahmedes zu dünnenden Halbleiterwafersreserviert.
    [0014] Beieiner anderen Ausführungsformder Erfindung wird eine thermisch sensitive Klebstofffolie zur Verfügung gestellt,die auf einer Seite einen aushärtbarenDuroplasten aufweist und auf der gegenüberliegenden Seite einen thermoplastischenKlebstoff aufweist. Dabei ist die Zersetzungstemperatur der Klebstoffschichtaus Duroplast höherals die Schmelztemperatur der thermoplastischen Klebstoffschicht.In diesem Fall wird die Platte mit der Klebstoffschicht aus Duroplastverbunden, währenddie thermoplastische Klebstoffschicht der Folie zur Aufnahme deszu dünnendenHalbleiterwafers frei bleibt.
    [0015] Nachdieser Vorbereitung des Trägerswird auf die Platte, bzw. auf die thermoplastische Klebstoffschichtder doppelseitig klebenden Folie der zu dünnende Halbleiterwafer aufgebracht.Dabei entsteht ein Sandwichwafer, dessen Oberseiten von den Rückseitender übereinandergestapelten Halbleiterwafer gebildet wird. Dieser Sandwichwaferist mechanisch stabil und kann in eine Dünnungsanlage zum Dünnen deszu dünnendenHalbleiterwafers eingebracht werden. In dieser Dünnungsanlage wird die ursprünglicheDicke D auf die Dicke d ≤ 25 μm herun tergebracht.Nach dem Dünnendes zu dünnenden Halbleiterwaferswird nun der Sandwichwafer in einzelne Sandwichchips entlang derZeilen und Spalten des gedünntenHalbleiterwafers aufgetrennt. Diese Sandwichchips bilden einen selbsttragendenStapel aus einem Plattenstückder Platte der Standard-Dicke D, aus einer doppelseitig klebendenFolie und aus einem dünnenHalbleiterchip, der nach dem Dünnenan der Folie haftet und von dem Plattenstück getragen wird.
    [0016] Dieserselbsttragende Sandwichchip wird nun mit der Rückseite des dünnen Halbleiterchipsauf eine Chipmontageflächeeines steifen Verdrahtungssubstrats fixiert. Dazu kann ein Duroplast-Klebstoff eingesetztwerden, der zum Fixieren des dünnen Halbleiterchipsmit seiner Rückseiteauf der Chipmontageflächeunter thermischer Einwirkung ausgehärtet wird. Die Zersetzungstemperaturdieses Duroplast-Klebstoffs auf der Chipmontagefläche isthöher alsdie Schmelztemperatur des thermoplastischen Klebstoffs der doppelseitigklebenden Folie. Nach dem Aushärtendes Duroplast-Klebstoffs ist der dünne Halbleiterchip derart festmit dem Verdrahtungssubstrat verbunden, dass ein Erwärmen desfixierten Sandwichchips dazu führt,dass der Träger,bzw. das Plattenstück,mitsamt der doppelseitig klebenden Folie von dem dünnen Halbleiterchipim Bereich der thermoplastischen Klebstoffschicht abgestreift und/oderabgehoben werden kann.
    [0017] DiesesVerfahren hat den Vorteil, dass durch die Trägerung des sehr dünnen Halbleiterchips,der Halbleiterchip mit den herkömmlichenVerfahren weiterbearbeitet werden kann. Die doppelseitig klebendeFolie kann in Form eines thermosensitiven Klebebandes zur Verfügung gestelltwerden und erlaubt eine nahezu kraftlose Demontage des Trägers von demgedünntenHalbleiterchip, wobei der Trägeraus einem Halbleiterchipma terial wie einem Standard-Halbleiterwaferaus Silicium , einem Metall wie Kupfer oder Aluminium, oder einerKeramik bestehen kann,. Bei einem geeigneten Maschinenkonzept kanndie Demontage des Trägersparallel zu einem Bondprozess durchgeführt werden. Dadurch kann in vorteilhafterWeise die Gesamtprozessdauer nahezu gleich gehalten werden. DieTrägerplattekann in Verbindung mit dem thermosensitiven Klebeband in vorteilhafterWeise bereits beim Rückätzen deszu dünnendenHalbleiterwafers eingesetzt werden. Somit sind bis auf die Trägermontageselbst keine zusätzlichenProzessschritte zur Herstellung und Weiterverarbeitung von gedünnten Halbleiterchipserforderlich.
    [0018] Einalternatives Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitung vondünnenHalbleiterchips weist nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst wirdein zu dünnender,monokristalliner Halbleiterwafers vorzugsweise ein Siliciumwafermit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionenbereitgestellt, wobei die Halbleiterchippositionen Halbleiterchipsfür Halbleiterbauteileaufweisen. Anschließendwird der Halbleiterwafer auf eine vorgegebene Dicke d gedünnt. Parallelwird eine doppelseitig klebenden Folie auf eine Oberseite einerPlatte, die vorzugsweise ein Standard-Halbleiterwafers ist, aufgebracht. Dannwird der gedünnteHalbleiterwafer mit seiner Rückseiteauf die doppelseitig klebende Folie mittels einer thermoplastischenKlebeschicht unter Bildung eines Sandwichwafers, aufgebracht.
    [0019] Dabeibildet die aktive Oberseite des gedünnten Halbleiterwafers dieOberseite des Sandwichwafers. Auf die aktive Oberseite des gedünnten Halbleiterwaferwerden nun Flipchip-Kontakteaufgebracht. Anschließendwird der Sandwichwafer in einzelne Sandwichchips entlang der Zeilenund Spalten des ge dünntenHalbleiterwafers getrennt, wobei die Sandwichchips einen selbstragendenStapel aus einem Plattenstückeiner Standarddicke, einer doppelseitig klebenden Folie und einemdünnenHalbleiterchip bilden. Nun werden die Sandwichchips mit den Flipchip-Kontaktendes dünnenHalbleiterchips auf einem steifen Verdrahtungssubstrat durch Anlöten derFlipchip-Kontaktefixiert. Abschließendwird der Sandwichchip erwärmtund das Plattenstückmit doppelseitig klebender Folie von dem dünnen Halbleiterchip im Bereichder thermoplastischen Klebstoffschicht der Klebstofffolie abgehoben.
    [0020] DiesesVerfahren hat den Vorteil, dass hauchdünne Halbleiterchips mit Flipchip-Kontakten realisiertund auf ein Verdrahtungssubstrat mit ihren Flipchip-Kontakten aufgebrachtwerden können, ohnedass bei der Bestückungvon Verdrahtungssubstraten mit den Halbleiterchips unter Anlöten derFlipchip-Kontaktehohe Ausschussraten in der Fertigung auftreten.
    [0021] Einweiteres alternatives Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitungvon dünnenHalbleiterchips weist nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst wirdein zu dünnender,monokristalliner Halbleiterwafer vorzugsweise ein Siliciumwafermit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositioneneingestellt, wobei die Halbleiterchippositionen Halbleiterchipsfür Halbleiterbauteileaufweisen. Anschließendwird der Halbleiterchip auf eine vorgegebene Dicke gedünnt. Parallelwird eine doppelseitig klebende Folie auf eine Oberseite einer formstabilen selbsttragendenPlatte, die vorzugsweise ein Standard-Halbleiterwafer ist, aufgebracht.Dann wird der gedünnteHalbleiterwafer mit seiner aktiven Oberseite auf die doppelseitigklebenden Folie mit einer thermoplastischen Klebeschicht der Folieaufgebracht unter Bildung eines Sandwich wafers, wobei die Rückseitender Platte und des Halbleiterwafer die Oberseiten des Sandwichwafersbilden.
    [0022] Anschließend wirdder Sandwichwafers in einzelne Sandwichchips entlang der Zeilenund Spalten des gedünntenHalbleiterwafers getrennt, wobei die Sandwichchips einen selbstragendenStapel aus einem Plattenstückeiner Standarddicke, einer doppelseitig klebenden Folie und einemdünnenHalbleiterchip bilden. Nun werden die Sandwichchips mit der Rückseitedes dünnenHalbleiterchips auf eine Chipmontagefläche eines steifen Verdrahtungssubstratsmittels einer Klebstoffschicht vorzugsweise einer Klebstoffschichtaus einem Duroplast und unter Aushärten der Klebstoffschicht fixiert.Anschließend werdendie Sandwichchips erwärmtund das Plattenstückmit der doppelseitig klebenden Folie wird von dem dünnen Halbleiterchipim Bereich der thermoplastischen Klebstoffschicht abgehoben.
    [0023] DiesesVerfahren hat den Vorteil, dass ein Halbleiterwafer parallel zurPräparationeiner Platte als Trägerder zu bildenden Sandwichwafer gedünnt werden kann, und anschließend dieFertigung unter Bilden von Sandwichchips als stabiles selbsttragendesZwischenprodukt erfolgt.
    [0024] Ineiner bevorzugten Durchführungdes Verfahrens weist der zu dünnendeHalbleiterwafer in den Halbleiterpositionen eine oberste Passivierungsschichtmit freiliegenden Kontaktflächender aktiven Oberseite der Halbleiterchips auf. Die Klebstoffschichtaus einem Thermoplast bedeckt dann vollständig beim Aufbringen der doppelseitigklebenden Folie diese Passivierungsschicht und die freiliegendenKontaktflächen.Um Lufteinschlüsseund andere Defekte zu vermeiden, wird vorzugsweise der Aufklebevorgangim Vakuum durchgeführt.
    [0025] Alsformstabile selbsttragende Platte kann vorzugsweise ein Standard-Halbleiterwaferaus einem monokristallinen Siliciumwafer eingesetzt werden, derden gleichen Außendurchmesseraufweist wie der zu dünnendeHalbleiterwafer. Außerdem weistder Standard-Halbleiterwafer auch die gleichen Außenrandmarkierungenauf, um eine korrekte Justage fürspäteresAussägenein derartiger Halbleiterchips entlang der Halbleiterchippositionenzu gewährleisten.Auf diese Oberseite des Silicium-Halbleiterwaferswird vorzugsweise die doppelseitig klebende Folie mit einer Klebstoffschichtaus einem Duroplast aufgebracht. Da die Zersetzungstemperatur vonDuroplasten deutlich höherist als die Schmelztemperatur von Thermoplasten. Danach wird derzu DünnendeHalbleiterwafer mit seiner aktiven Oberseite und seinen zu schützendenKontaktflächenauf die thermoplastische Klebstoffschicht der Folie aufgebracht.Nach diesem Vorgang hat sich ein Sandwichhalbleiter gebildet, dermehr als die doppelte Dicke eines Standard-Halbleiterwafers aufweistund folglich ebene und stabile Rückseitenfür einenDünnungsprozesszur Verfügungstellt.
    [0026] BeimDünnungsprozesswird zunächstein chemomechanischer Abtrag mittels einer Läppanlage und anschließend einchemomechanisches Polieren in einer Polieranlage durchgeführt. Dabei überwiegtmit fortschreitender Dünnungdes Halbleiterwafers der chemische Abtrag. Bei diesem Dünnungsprozesseswird der zu dünnendeWafer auf eine Dicke d ≤ 100 μm, vorzugsweisezwischen 0,5 μm ≤ d < 25 μm gedünnt, wobeiein noch bevorzugter Dickenbereich bei 1,2 μm ≤ d ≤ 10 μm liegt.
    [0027] Zusammenfassendist festzustellen, dass ein zu bondender Halbleiterchip zunächst geträgert wird undmit dem Trägerauch montiert wird. Der Träger wirddabei mit dem Halbleiter chip durch ein doppelseitig klebendes Band,bzw. eine Folie, verbunden, von dem mindestens eine Seite einenthermisch löslichenKlebstoff aufweist. Nach Fixieren des Halbleiterchips durch einKleben oder Lötenauf einer Chipmontageflächeeines Verdrahtungssubstrats wird der Träger unter Aufheizen wiederentfernt. ZurückbleibendeKlebstoffreste können,falls erforderlich ist, in einem Lösungs- und Reinigungsschrittvon der aktiven Oberseite des gedünnten Halbleiterchips abgetragenwerden.
    [0028] DieErfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
    [0029] 1 zeigteinen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil einerAusführungsformder Erfindung;
    [0030] 2 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen Sandwichwafer vor einemDünneneines zu dünnendenHalbleiterwafers;
    [0031] 3 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen Sandwichwafer mit gedünntem Halbleiterwafer;
    [0032] 4 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen Sandwichwafer auf einemSägetischvor einem Auftrennen des Sandwichwafers in einzelne Sandwichchips;
    [0033] 5 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen Sandwichchip, der über einem Verdrahtungssubstrateines Halbleiterbauteils angeordnet ist;
    [0034] 6 zeigteinen schematischen Querschnitt eines Sandwichchips nach Aufsetzendes Sandwichchips auf das Verdrahtungssubstrat;
    [0035] 7 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen dünnen Halbleiterchip, der auf demVerdrahtungssubstrat fixiert ist.
    [0036] 1 zeigteinen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 13 einerAusführungsformder Erfindung. Das Halbleiterbauteil 13 weist einen 10 μm dünnen Halbleiterchip 1 auf,der auf einem Verdrahtungssubstrat 2 montiert ist. Das Verdrahtungssubstrat 2 weisteine Keramikplatte auf, die dem Halbleiterbauteil 13 Stabilität liefertund in ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten dem dünnen Halbleiterchip 1 angepasstist. Das Verdrahtungssubstrat 2 weist eine Oberseite 5 auf,auf der der Halbleiterchip 1 montiert ist und die eineVerdrahtungsstruktur 4 mit metallischen Leiterbahnen 30 und Bondkontaktanschlussflächen 31 aufweist.
    [0037] Aufeiner Unterseite 6, die der Oberseite 5 gegenüberliegt,weist das steife Verdrahtungssubstrat 2 eine Anordnungvon Außenkontaktflächen 29 auf,die Außenkontakte 3 inForm von Lotbällentragen. Die Außenkontaktflächen 29 sind über Durchkontakte 7 mitder Verdrahtungsstruktur 4 auf der Oberseite 5 verbunden.In dem gezeigten Querschnitt des Halbleiterbauteils 13 istlediglich ein Halbleiterchip 1 abgebildet, der als Leistungsdiodein dem Halbleiterbauteil 13 angeschlossen ist, wobei das Halbleiterbauteil 13 einLeistungsmodul mit einem Brückengleichrichteraus mindestens vier derartigen Halbleiterchips aufweist.
    [0038] DerVorteil eines derart dünnenHalbleiterchips 1 von 10 μm für die Dioden dieses Leistungsmodulsliegt in der Möglichkeit,hohe Strömebei gleichzeitig kurzen Anstiegs- und Abfallflanken zu schalten.Ein derartiges Halbleiterbauteil 13 kann eine Moldkappeaufweisen oder, wie hier in dem Beispiel gezeigt, in einem Hohlraumgehäuse untergebrachtsein. Dieses hier gezeigte Hohlraumgehäuse weist zusätzlich zudem steifen Verdrahtungssubstrat 2 einen Keramikrahmen 32 auf,der einen Hohlraum 33 umschließt, welcher von einer elektrischeStreufelder abschirmenden Metallabdeckung 34 abgeschlossenwird. Diese Metallabdeckung 34 kann über eine Masseleitung 36 undeinen äußeren Masseanschluss 35 zurAbschirmung auf Massepotenzial gelegt werden. Die übrigen Außenkontakte 3 aufder Unterseite 6 des Verdrahtungssubstrats 2 sind über Durchkontakte 7 mitder Verdrahtungsstruktur 4 und über die Bondverbindungen 10 mitden Elektroden A und K auf der aktiven Oberseite 8 desdünnenHalbleiterchips 1 elektrisch verbunden.
    [0039] DieAnodenelektrode A und die Kathodenelektrode K des als Leistungsdiodegeschalteten dünnenHalbleiterchips 1 sind somit über die Bondverbindungen 10 mitder Verdrahtungsstruktur 4 auf der Oberseite 5 desVerdrahtungssubstrats 2 verbunden. Dazu weist der Halbleiterchip 1 aufseiner aktiven Oberseite 8, die Kontaktflächen 9 auf,die während desDünnensdes Halbleiterchips 1 auf die jeweils erforderte Dicke,vorzugsweise d ≤ 10mm, geschützt sindund erhalten bleiben.
    [0040] DieRückseite 19 desdünnenHalbleiterchips 1 ist übereinen Duroplast-Klebstoff 24 auf einer Chipmontagefläche 23 desVerdrahtungssubstrats 2 fixiert. Das Aufbringen eines derartdünnenHalbleiterchips 1 auf ein Verdrahtungssubstrat 2 bildeteine großeHerausforderung an die Technologie und wird in den anschließenden 2 bis 7 näher erläutert. Indiesen
    [0041] 2 bis 7 werdenKomponenten mit gleichen Funktionen, wie in 1, mit gleichenBezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
    [0042] Während beider in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung dieAußenkontakte 3 aufder Unterseite 6 des Verdrahtungssubstrats 2 angeordnetsind, könnendie Außenkontakte 3 auchauf den Randseiten 27 und 28 angeordnet sein,um eine Stromzuführungoder Signalzuführungzu dem Halbleiterbauteil 13 zu gewährleisten. Ferner kann anstelledes keramischen Hohlgehäusesauch eine Moldkappe den dünnenHalbleiterchip 1 umschließen.
    [0043] 2 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen Sandwichwafer 18 voreinem Dünneneines zu dünnendenHalbleiterwafers 11. Da es das Ziel dieses Verfahrens ist,nicht nur einen dünnenHalbleiterchip herzustellen, sondern diesen so lange wie möglich auchim Weiterverarbeitungsverfahren durch einen Träger in Form eines Halbleiterchipsmit einer Standard-Dicke D zu handhaben und zu schützen, kommtes bei dem Sandwichwafer 18 darauf an, eine doppelseitigklebende Folie 14 bereitzustellen, deren Klebstoffschichten 26 und 17 inihrem thermischen Verhalten unterschiedlich sind. Während dieKlebstoffschicht 26 mit der die doppelseitig klebende Folie 14 aufeine spiegelglanzpolierte Oberseite 15 eines Standard-Halbleiterwafers 16 aufgeklebtist, aus einem Duroplast in diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrensbesteht, weist die Klebstoffschicht 17, auf die der zudünnendeHalbleiterwafer 11 mit seiner aktiven Oberseite 8 undden darauf befindlichen Kontaktflächen 9 zu kleben ist,einen Thermoplast auf.
    [0044] Einederartige thermoplastische Klebstoffschicht 17 hat denVorteil, dass sie bei Erreichen einer Schmelztemperatur auf schmilzt.Somit können relativkräftefreidie mit einer thermoplastischen Klebstoffschicht 17 verbundenenTeile wieder voneinander gelöstwerden. Die Klebstoffschicht 26 aus einem Duroplast hingegen,muss einer Zersetzungstemperatur ausgesetzt werden, um Teile, diedurch einen Duroplast miteinander verbunden sind, freizugeben. Somitbildet der in 2 gezeigte Sandwichwafer 18 eineselbsttragende und formstabile Einheit, die nun in eine Dünnungsanlageeingebracht werden kann. Dazu wird die Rückseite 20 des Standardhalbleiterwafers 16 aufeinen Halter geklebt und die Rückseite 19 deszu dünnendenHalbleiterwafers 11 einem chemomechanischen Abtrag ausgesetzt.
    [0045] 3 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen Sandwichwafer 18 mitgedünntemHalbleiterwafer 11, der aus der Dünnungsanlage herauskommt. Beidem Dünnungsvorgangwird der in 2 gezeigte zu dünnende Halbleiterwafer 11 auf eineDicke d ≤ 25 μm und indiesem Durchführungsbeispielder Erfindung auf eine Dicke d von 10 μm gedünnt. Dabei bleiben die aufder aktiven Oberseite 8 des gedünnten Halbleiterwafers 11 angeordneten Kontaktflächen 9 unversehrt.Die Rückseite 19 des gedünnten Halbleiterwafers 11 kannnun mit dem Trägeraus einem Standard-Halbleiterwafer 16 auf einen Sägetisch,der in 4 zeigt wird, geklebt werden.
    [0046] 4 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen Sandwichwafer 18 aufeinem Sägetisch 25 voreinem Auftrennen in einzelne Sandwichchips 21. Die in 4 gezeigtenvertikalen und gestrichelten Linien 37 zeigen die Sägespurenentlang der Halbleiterchippositionen 12 des dünnen Halbleiterwafers 11.Auf dem Sägetisch 25 können nunbeide Halbleiterwafer 11 und 16 des Sandwichwafers 18 gemeinsamin einzelne Sandwichchips 21 entlang der gestricheltenLinien 37 getrennt werden, sodass weiter zu verarbeitendeHalbleiterchipstapel entstehen, die aus einem Halbleiterchip einerStandard-Dicke D und einem dünnenHalbleiterchip 1 bestehen, zwischen denen eine thermosensitiveFolie angeordnet ist.
    [0047] 5 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen Sandwichchip 21,der übereinem Verdrahtungssubstrat 2 eines Halbleiterbauteils angeordnetist. Ein derartiger Sandwichchip 21 ist äußerst stabilund kann mit herkömmlichenSingulier- und Bestückungswerkzeugenweiter verarbeitet werden. In 5 wird nunin Pfeilrichtung B dieser Sandwichchip 21 auf einem steifenVerdrahtungssubstrat 2 abgesetzt, das eine Chipmontagefläche 23 aufweist,die ihrerseits mit einem Duroplast-Klebstoff 24 bedecktist.
    [0048] 6 zeigteinen schematischen Querschnitt eines Sandwichchips 21 nachAufsetzen des Sandwichchips 21 auf das Verdrahtungssubstrat 2. DurchErwärmendes in 6 gezeigten Aufbaus kann der Duroplast 24 aufder Chipmontagefläche 23 desVerdrahtungssubstrats 2 aushärten, sodass der dünne Halbleiterchip 1 aufdem Verdrahtungssubstrat 2 fixiert ist.
    [0049] 7 zeigteinen schematischen Querschnitt durch einen dünnen Halbleiterchip 1,der auf einem Verdrahtungssubstrat 2 fixiert ist und vondem durch Aufschmelzen der thermoplastischen Klebstoffschicht 17 derKlebefolie 14 nun der tragende Halbleiterchip 22 mitder Klebstoffschicht 26 anhaftenden Klebstofffolie 14 inPfeilrichtung C abgehoben wird. Anschließend kann eine Verdrahtungsstruktur aufdem steifen Verdrahtungssubstrat 2 über Bondverbindungen mit denKontaktflächen 9 desdünnen Halbleiterchips 1 verbundenwerden. Danach können weitereVerfahrensschritte zum Verpacken des dünnen Halbleiterchips 1 ineinem Gehäuseund zum Anschließen vonAußenkontaktenan das Gehäusezur Komplettierung eines Halbleiterbauteils oder eines Halbleitermodulsdurchgeführtwerden.
    [0050] Anstelleeines Duroplasten auf der Chipmontagefläche 23 kann auch eineLötschichtvorgesehen werden, die den dünnenHalbleiterchip 1 auf dem Verdrahtungssubstrat 2 fixiert.Außerdemkann anstelle des Duroplast-Klebstoffs 26 der Folie 14 ein thermoplastischerKlebstoff mit höhererSchmelztemperatur als die thermoplastische Klebstoffschicht 17 derdoppelseitig klebenden Folie 14 vorgesehen werden. Aufgrundderartiger Temperaturunterschiede kann über die Temperatur der jeweiligeWeiterverarbeitungsschritt unterstützt werden.
    1 Halbleiterchip 2 Umverdrahtungssubstrat 3 Außenkontakt 4 Verdrahtungsstruktur 5 Oberseite 6 Unterseite 7 Durchkontakt 8 Oberseitedes Halbleiterchips 9 Kontaktfläche 10 Bondverbindung 11 Halbleiterwafer 12 Halbleiterchipposition 13 Halbleiterbauteil 14 Folie 15 Oberseite 16 Halbleiterwafer 17 Klebstoffschicht 18 Sandwichwafer 19 Rückseite 20 Rückseite 21 Sandwichchip 22 Halbleiterchips 23 Chipmontagefläche 24 Klebstoffschicht 25 Sägetisch 26 Klebstoffschicht 27 Randseite 28 Randseite 29 Außenkontaktfläche 30 metallischeLeiterbahn 31 Bondkontaktanschlussfläche 32 Keramikrahmen 33 Hohlraum 34 Abdeckung 35 Masseanschluss 36 Masseleitung 37 gestrichelteLinie A Anodenelektrode B Pfeilrichtung C Pfeilrichtung d Dickedes Halbleiterchips D Dickeder Halbleiterwafers K Kathodenelektrode
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Halbleiterbauteil mit einem dünnen Halbleiterchip (1)und einem steifen Verdrahtungssubstrat (2), wobei das Verdrahtungssubstrat(2) auf seiner Oberseite (5) den Halbleiterchip(1) und auf seiner Unterseite (6) und/oder seinenRandseiten Außenkontakte (3)aufweist, und wobei der Halbleiterchip (1) monokristallinesHalbleitermaterial einer Dicke d 100 ≤ μm aufweist.
    [2] Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Halbleiterbauteil (13) einen Halbleiterchip (1)aus monokristallinem Silicium einer Dicke d ≤ 25 μm aufweist.
    [3] Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, dass das steife Verdrahtungssubstrat(2) ein Keramikmaterial aufweist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient anden thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterchips angepasstist.
    [4] Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das steife Verdrahtungssubstrat (2)metallkaschiert ist und metallische Verdrahtungsstrukturen (4)auf seinen Oberflächen(5, 6) und Durchkontakte (7) durch dasVerdrahtungssubstrat (2) aufweist.
    [5] Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der dünneHalbleiterchip (1) auf seiner aktiven Oberseite (8)Kontaktflächen(9) aufweist, die überBondverbindungen (10) mit Verdrahtungsstrukturen (4)des Verdrahtungssubstrats (2) elektrisch in Verbindungstehen.
    [6] Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Halbleiterchip (1)eine Dicke d von 0,5 μm ≤ d ≤ 25 μm aufweist.
    [7] Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Halbleiterchip (1)eine Dicke d ≤ 10 μm aufweist.
    [8] Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Halbleiterchip (1)eine Dicke d von 1,2 μm ≤ d ≤ 10 μm aufweist.
    [9] Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitungvon dünnenHalbleiterchips (1), das nachfolgende Verfahrensschritteaufweist: – Bereitstelleneines zu dünnenden,monokristallinen Halbleiterwafers (11) mit in Zeilen undSpalten angeordneten Halbleiterchippositionen (12), wobeidie Halbleiterchippositionen (12) Halbleiterchips (1)für Halbleiterbauteile(13) aufweisen; – Aufbringeneiner doppelseitig klebenden Folie (14) auf eine Oberseite(15) einer formstabilen sebsttragenden Platte; – Aufbringender Platte und der doppelseitig klebenden Folie (14) miteiner thermoplastischen Klebeschicht (17) der Folie (14)auf den zu dünnenden Halbleiterwafer(11), unter Bildung eines Sandwichwafers (18),wobei die Rückseiten(19) der Platte und des Halbleiterwafers (11)die Oberseiten des Sandwichwafers (18) bilden; – Einbringendes Sandwichwafers (18) in eine Dünnungsanlage und Dünnen deszu dünnendenHalbleiterwafers (11) auf eine vorgegebene Dicke d; – Trennendes Sandwichwafers (18) in einzelne Sandwichchips (21)entlang der Zeilen und Spalten des gedünnten Halbleiterwafers (11),wobei die Sandwichchips (21) einen selbstragenden Stapelaus einem Plattenstückeiner Standarddicke (D), eine doppelseitig klebende Folie (14)und einen dünnen Halbleiterchip(1) aufweisen; – Fixiereneines Sandwichchips (21) mit der Rückseite (19) des dünnen Halbleiterchips(1) auf eine Chipmontagefläche (23) eines steifenVerdrahtungssubstrats (2) mittels einer Klebstoffschicht(24) und Aushärtender Klebstoffschicht (24); – Erwärmen des fixierten Sandwichchips(21) und Abheben des Standard-Halbleiterchips (22)mit doppelseitig klebender Folie (14) von dem dünnen Halbleiterchip(1) im Bereich der thermoplastischen Klebstoffschicht (17).
    [10] Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitungvon dünnenHalbleiterchips (1), das nachfolgende Verfahrensschritteaufweist: – Bereitstelleneines zu dünnenden,monokristallinen Halbleiterwafers (11) mit in Zeilen undSpalten angeordneten Halbleiterchippositionen (12), wobeidie Halbleiterchippositionen (12) Halbleiterchips (1)für Halbleiterbauteile(13) aufweisen; – Dünnen desHalbleiterwafers (11) auf eine vorgegebene Dicke (d); – Aufbringeneiner doppelseitig klebenden Folie (14) auf eine Oberseite(15) einer formstabilen selbsttragenden Platte (16); – Aufbringendes gedünntenHalbleiterwafers mit seiner Rückseiteauf die doppelseitig klebenden Folie (14), unter Bildungeines Sandwichwafers (18), wobei die Rückseiten der Platte und dieOberseite des Halbleiterwafers (11) die Oberseiten desSandwichwafers (18) bilden; – Aufbringen von Flipchip-Kontaktenauf die Oberseite des gedünntenHalbleiterwafers (11) des Sandwichwafers (18); – Trennendes Sandwichwafers (18) in einzelne Sandwichchips (21)entlang der Zeilen und Spalten des gedünnten Halbleiterwafers (11),wobei die Sandwichchips (21) einen selbstragenden Stapelaus einem Plattenstückmit einer Standarddicke (D), einer doppelseitig klebenden Folie(14) und einem dünnenHalbleiterchip (1) mit Flipchip-Kontakten aufweisen; – Fixiereneines Sandwichchips (21) unter Anlöten der Flipchip-Kontakte desdünnenHalbleiterchips (1) auf einem steifen Verdrahtungssubstrat(2); – Erwärmen desfixierten Sandwichchips (21) und Abheben des Plattenstücks mitdoppelseitig klebender Folie (14) von dem dünnen Halbleiterchip(1) im Bereich der thermoplastischen Klebstoffschicht (17) derKlebstofffolie (14).
    [11] Verfahren zur Herstellung und Weiterverarbeitungvon dünnenHalbleiterchips (1), das nachfolgende Verfahrensschritteaufweist: – Bereitstelleneines zu dünnenden,monokristallinen Halbleiterwafers (11) mit in Zeilen undSpalten angeordneten Halbleiterchippositionen (12), wobeidie Halbleiterchippositionen (12) Halbleiterchips (1)für Halbleiterbauteile(13) aufweisen; – Dünnen desHalbleiterwafers (11) auf eine vorgegebene Dicke (d); – Aufbringeneiner doppelseitig klebenden Folie (14) auf eine Oberseite(15) einer formstabilen, selbsttragenden Platte; – Aufbringendes gedünntenHalbleiterwafers (11) auf die doppelseitig klebende Folie(14) mit seiner aktiven Oberseite unter Bildung eines Sandwichwafers (18),wobei die Rückseiten(19) der Platte und des Halbleiterwafers (11)die Oberseiten des Sandwichwafers (18) bilden; – Trennendes Sandwichwafers (18) in einzelne Sandwichchips (21)entlang der Zeilen und Spalten des gedünnten Halbleiterwafers (11),wobei die Sandwichchips (21) einen selbstragenden Stapelaus einem Plattenstückeiner Standarddicke (D), einer doppelseitig klebenden Folie (14)und einem dünnen Halbleiterchip(1) aufweisen; – Fixiereneines Sandwichchips (21) mit der Rückseite (19) des dünnen Halbleiterchips(1) auf einer Chipmontagefläche (23) eines steifenVerdrahtungssubstrats (2) mittels einer Klebstoffschicht(24) und Aushärtender Klebstoffschicht (24); – Erwärmen des fixierten Sandwichchips(21) und Abheben Plattenstücks mit doppelseitig klebender Folie(14) von dem dünnenHalbleiterchip (1) im Bereich der thermoplastischen Klebstoffschicht(17).
    [12] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass der zu dünnende Halbleiterwafer(11) in den Halbleiterchippositionen (12) eineoberste Passivierungsschicht mit freiliegenden Kontaktflächen (9)der aktiven Oberseite (8) des Halbleiterchips (1)aufweist, die von der Klebstoffschicht (17) aus einem Thermoplastbeim Aufbringen der doppelseitig klebenden Folie (14) vollständig bedecktwerden.
    [13] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass als Standard-Halbleiterwafer (16) ein monokristallinerspiegelglanzpolierter Silicium-Halbleiterwafer eingesetzt wird,der den gleichen Außendurchmesseraufweist wie der zu dünnendeHalbleiterwafer (11).
    [14] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass das zunächstauf die spiegelglanzpolierte Oberseite (15) des Standard-Halbleiterwafers(16) die doppelseitig klebende Folie (14) miteiner Klebstoffschicht (26) aus einem Duroplast aufgebrachtwird.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass die doppelseitig klebende Folie (14) auf die aktiveOberseite (8) des Halbleiterwafers (11) bei Schmelztemperaturender thermoplastischen Klebstoffschicht (17) der Folie (14)aufgebracht wird.
    [16] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet,dass das Aufbringen einer doppelseitig klebenden Folie (14)auf die aktive Oberseite (8) des Halbleiterwafers (11)unter Vakuum durchgeführtwird.
    [17] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass das Dünnendes Halbleiterwafers (11) zunächst durch chemomechanischenAbtrag in einer Läppanlageund anschließendin einer chemomechanischen Polieranlage erfolgt.
    [18] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass das nach Einbringen des Sandwichwafers (18) in eineDünnungsanlageder zu dünnendenHalbleiterwafers (11) auf eine Dicke d ≤ 100 μm gedünnt wird.
    [19] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet,dass das nach Einbringen des Sandwichwafers (18) in eineDünnungsanlageder zu dünnendenHalbleiterwafers (11) auf eine Dicke 0,5 μm ≤ d ≤ 25 μm gedünnt wird.
    [20] Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass das nach Einbringen des Sandwichwafers (18) in eineDünnungsanlageder zu dünnendenHalbleiterwafers (11) auf eine Dicke 1,2 μm ≤ d ≤ 10 μm gedünnt wird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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