Da sich Halbleitergeräte weiter in Richtung dünnerer Wafer, zerbrechlicherer Strukturen und höherer Integrationsdichte entwickeln, werden herkömmliche Wafer-Dicktechnologien zunehmend herausgefordert.MEMS-Geräte, Speicherchips, Leistungshalbleiter und ultradünne Pakete erfordern eine höhere Chipfestigkeit, minimale Kontamination und eine überlegene Ausbeute.

Die Stealth DicingTM-Technologie führt einen grundlegend anderen Ansatz zur Wafertrennung ein.Stealth Dicing verwendet einen internen Laser-Modifikationsprozess, um kontrollierte Frakturen innerhalb der Wafer zu initiierenDie Wafer wird dann durch Anwendung externer Zugspannungen getrennt, wodurch Oberflächenschäden, Trümmer und Kernverlust beseitigt werden.

Dieses trockene, berührungslose Verfahren bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Ausbeute, Festigkeit, Sauberkeit und Verarbeitungseffizienz.Damit wird sie zu einer wichtigen Technologie für die Halbleiterherstellung der nächsten Generation..

1. Einschränkungen der herkömmlichen Wafer-Dicing-Methoden

1.1 Schneiden der Klinge

Bei der Schneiderei wird mit einer hochgeschwindig drehenden Diamantklinge physisch durch die Wafer geschnitten.

• Mechanische Vibrationen führen zur Belastung des Geräts

• Kühlwasser ist erforderlich, was die Gefahr einer Kontamination erhöht

• Die Splitterung erfolgt entlang der Schnittkanten

• Kerfverlust verringert die nutzbare Waferfläche

• Abfall und Partikel können zerbrechliche Strukturen beschädigen

• Der Ertrag ist durch die Qualität der Kanten begrenzt.

• Die Verarbeitungsgeschwindigkeit wird durch den Verschleiß der Klinge eingeschränkt.

Für fortgeschrittene MEMS-Geräte oder ultradünne Wafer werden diese Probleme noch kritischer.

1.2 Ablationslaserschneiden

Das Laserablationsdicken konzentriert einen Laserstrahl auf die Waferoberfläche, um Material zu schmelzen und zu verdampfen und Rillen zu bilden, die die Wafer trennen.

Obwohl es mechanischen Kontakt eliminiert, führt es thermische Effekte ein:

• Wärmebelastete Zone (HAZ) verringert die Materialfestigkeit

• Oberflächenschmelzen kann Metallschichten beschädigen

• Verstreute Partikel verunreinigen Geräte

• Zusätzliche Schutzbeschichtungsprozesse können erforderlich sein

• Die Splitterfestigkeit wird durch thermische Belastung reduziert

• Der Durchsatz ist durch die Materialentfernung begrenzt

Da die Geometrie der Geräte immer empfindlicher wird, stellen die Methoden zur Oberflächenentfernung immer größere Risiken dar.

2. Prinzip der Stealth DicingTM Technologie

Stealth Dicing funktioniert nach einem ganz anderen physikalischen Prinzip:Anstelle der Entfernung von Oberflächenmaterial eine interne Änderung.

Der Prozess besteht aus zwei Hauptphasen:

1. Laserstrahlungsprozess (SD-Schichtbildung)

2. Ausdehnungsprozess (kontrollierte Trennung)

2.1 Laserstrahlungsverfahren Formation der SD-Schicht

Ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die in der Lage ist, das Wafermaterial zu durchdringen, wird in das Wafer konzentriert und nicht auf seine Oberfläche.

Im Brennpunkt entsteht innerhalb der Kristallstruktur eine modifizierte Schicht.Stealth Dicing-Schicht (SD-Schicht).

Hauptmerkmale:

• Keine Ablation der Oberfläche

• Keine Materialentfernung

• Innere Mikrokreckeneinleitung

• Kontrollierte Rissverbreitung entlang der geplanten Schnittlinien

Durch das Scannen des Lasers entlang des beabsichtigten Schnittweges entsteht eine kontinuierliche innere Bruchfläche.

Bei dicken Wafern oder MEMS-Geräten können mehrere SD-Schichten entlang der Dickenrichtung erstellt werden, um eine vollständige Trennkontrolle sicherzustellen.

2.2 Vier SD-Schichtmodi

Je nach Waferdicke, Gerätestruktur und Metallfolie werden verschiedene SD-Schichtkonfigurationen verwendet:

Durch die Auswahl und Kombination dieser Modi können optimale Verarbeitungsbedingungen für verschiedene Halbleiterstrukturen erreicht werden.

2.3 Ausdehnungsprozess  Stressbedingte Trennung

Nach der Bildung der SD-Schicht wird das Wafer auf Expansionsband montiert.

Die angewandte Zugspannung führt dazu, dass sich die inneren Risse auf natürliche Weise auf die Waferoberflächen erstrecken und einzelne Chips trennen.

Die Trennung erfolgt durch kontrollierte Rissverbreitung und nicht durch Materialentfernung.

Dies hat mehrere Vorteile:

• Keine mechanischen Auswirkungen auf die Vorrichtungen

• Keine thermische Belastung

• Keine Splitterung

• Keine Entstehung von Abfällen

• Keine Verluste

3. Technische Vorteile von Stealth DicingTM

Stealth-Dicing löst grundsätzlich die Probleme, die mit Blade- und Ablation-Dicing verbunden sind.

3.1 Vollständig trockener Prozess

Im Gegensatz zum Schneiden ist kein Kühlwasser erforderlich.

• Wasserverschmutzung

• Rücklagerung von Partikeln

• Trocknungsverfahren

• Sekundäre Reinigungsschritte

Das Verfahren ist sauber und umweltfreundlich.

3.2 Kein Kerfverlust

Das traditionelle Schneiden entfernt Material, um eine Scheibe zu bilden, wodurch die nutzbare Waferfläche reduziert wird.

Stealth Dicing bildet eine innere Bruchfläche, ohne Material zu entfernen, was bedeutet:

• Höchstmenge der Wafernutzung

• Höhere Chipzahl pro Wafer

• Verbesserung der Kosteneffizienz

3.3 Kein Chipping und kein HAZ

Da die Oberfläche nicht geschliffen oder geschmolzen wird:

• Kein Splittern der Kanten

• Keine Hitze betroffene Zone

• Kein Abbau der Festigkeit

• Überlegene Biegefestigkeit

Dies ist besonders für ultradünne Wafer unter 50 μm wichtig.

3.4 Höhere Chipleistung

Durch die Beseitigung von Trümmern, Stress und Wärmeschäden:

• Die Zuverlässigkeit des Geräts verbessert sich

• Ertragssteigerungen

• Die zerbrechlichen MEMS-Membranstrukturen bleiben intakt

• Metall und Schutzfolien bleiben unberührt

3.5 Verbesserte Durchsatzleistung

Durch fortschrittliche optische Systeme wie den Laserstrahlverstellungsgerät (LBA) wird die Strahlformung und der Durchsatz verbessert.

Darüber hinaus ermöglicht SDBG (Stealth Dicing Before Grinding) die Verarbeitung von ultradünnen Geräten, indem die SD-Schicht vor der Ausdünnung gebildet wird.

Diese Fortschritte verbessern die Produktivität bei der Produktion großer Stückzahlen erheblich.

4. Vergleich von Dicing-Technologien

5. Anwendungen

Stealth Dicing wird häufig in:

• MEMS-Sensoren mit zerbrechlichen Membranstrukturen

• NAND- und DRAM-Speichergeräte

• Geräte mit Halbleiterleistung

• CMOS-Logikgeräte

• Optische Geräte

• Wafer mit Metall- oder Schutzfolie

• Ultradünne Verpackungen (< 50 μm)

Die Technologie ist besonders für hochwertige und strukturell empfindliche Geräte von Vorteil.

6Industrieentwicklung und Zukunftsperspektive

Da sich die Halbleiterherstellung auf folgende Wege bewegt:

• Weiterentwickelte Verpackungen

• Chiplet-Architekturen

• Integration mit hoher Dichte

• Ultrafeine Verformungen

• Breitbandmaterial (SiC, GaN)

Die schadensfreie Wafertrennung wird immer wichtiger.

Stealth Dicing ist eine wichtige Technologie für die Halbleiterverarbeitung der nächsten Generation.

Die trockene Prozessart unterstützt auch umweltverträgliche Fertigungsinitiativen, indem der Wasserverbrauch und die Entsorgung von Abfällen reduziert werden.

Schlussfolgerung

Stealth DicingTM stellt einen Paradigmenwechsel in der Wafertrenntechnologie dar.

Durch die Ersetzung von mechanischem Schneiden und Oberflächenablation durch interne Lasermodifikation und stressgesteuerte Frakturen werden Splitter, Trümmer, thermische Schäden und Schnittverluste beseitigt.

Das Ergebnis ist:

• Höhere Splitterfestigkeit

• Verbesserte Ausbeute

• Sauberere Verarbeitung

• Bessere Eignung für ultradünne und zerbrechliche Geräte

• Verbesserung der Produktionseffizienz

Für Halbleiterhersteller, die eine höhere Zuverlässigkeit, eine bessere Leistung und eine verbesserte Kosteneffizienz suchen, bietet Stealth Dicing eine leistungsstarke und zukunftsfähige Lösung.