Durch Thermisches Laserstrahlseparieren (TLS) getrennte Silicium-Chips mit Bauelementstrukturen und perfekten Schnittkanten.
Fraunhofer IISB
Das Heraustrennen der Chips aus einem Siliziumwafer gestaltet sich mit mechanischem Sägen bei immer dünner werdenden Wafern zunehmend schwierig. Abhilfe schafft ein neuartiges laserbasiertes Trennverfahren für sprödbrüchige Materialien.
In der Fertigung von Chips spielt mechanisches Sägen als Trennverfahren immer noch eine große Rolle. Zunächst wird polykristallines Silizium geschmolzen, um daraus einen zylinderförmigen Einkristall herzustellen. Daraus werden dann mit Diamantsägen, deren Drähte mit Diamantsplitter besetzt sind, dünne Scheiben, die Wafer, herausgeschnitten, wie Marc-Denis Weitze und Christina Berger in „Werkstoffe“ auf Seite 98 beschreiben. Nach vielen weiteren Verfahrensschritten und dem Einbringen der mikroelektronischen Schaltkreise werden schließlich die Wafer zu Chips zersägt.
Wissenschaftlern des Fraunhofer IISB in Erlangen und der JENOPTIK Automatisierungstechnik in Jena ist es gelungen, für diesen Vereinzelungsprozess ein laserbasiertes Trennverfahren zu entwickeln. Dafür wurden sie Ende letzten Jahres mit dem Georg Waeber Innovationspreis 2013 des Förderkreises für die Mikroelektronik e. V. ausgezeichnet. Ihr thermisches Laserstrahlseparieren (TLS) nutzt thermisch induzierte mechanische Spannungen, um das sprödbrüchige Silizium ohne Materialverlust mit einem Riss zu trennen. Dazu wird die Materialoberfläche lokal mit einem Laser erwärmt und anschließend durch ein Aerosol abgekühlt.
100-mal schneller als etablierte Trennverfahren
„TLS besitzt ein großes Potenzial nicht nur in der Halbleiterindustrie“, kommentiert Dr. Martin Schellenberger, der am Fraunhofer IISB für die wissenschaftliche Planung und Koordination der Geräte- und Prozessentwicklung für das TLS-Trennverfahren sowie die Verbreiterung der Anwendungsfelder verantwortlich zeichnete. Ein erstes Einsatzgebiet für das thermische Laserstrahlseparieren ist die Vereinzelung integrierter Schaltkreise (Mikrochips) auf Silicium-Basis. TLS ermöglicht hier beispielsweise bei der Herstellung von Mikrochips eine höhere Packungsdichte auf den Halbleiterscheiben (Wafer) und durch die Qualität der Trennkanten auch eine höhere Bruchfestigkeit der vereinzelten Chips, was insgesamt einer höheren Ausbeute (Yield) zugutekommt. In Siliciumcarbid, einem Halbleitermaterial mit großem Zukunftspotenzial in der Leistungselektronik, soll TLS nach Angaben der Entwickler bis zu 100-mal schneller als etablierte Trennverfahren arbeiten.