Lasereinsatz in der Halbleiterfertigung

Immer kleiner werdende Strukturgrößen und eine hohe Integrationsdichte zeichnen die Halbleiterbranche aus. Das Werkzeug zur Bearbeitung von Halbleitermaterialien und Dielektrika muss mit dieser Entwicklung Schritt halten. Das Präzisionswerkzeug Laser arbeitet berührungslos und kann zum Bohren, Schneiden und dem Abtragen dünner Schichten eingesetzt werden.

Kante eines Siliziumwafers, geschnitten mit dem TruMicro 5250. Weder Rissbildung noch Wärmeeinflusszone sind erkennbar.
Kante eines Siliziumwafers, geschnitten mit dem TruMicro 5250. Weder Rissbildung noch Wärmeeinflusszone sind erkennbar.

Das Vereinzeln von Chips auf einem Siliziumwafer ist mit mechanischen Sägen bei immer dünner werdenden Wafern zunehmend schwierig. Der MikrobearbeitungslaserTruMicro 5250 dagegen trennt die Chips berührungslos und ohne Abplatzungen an der Schnittkante. Die hohe Kantenqualität bedingt eine höhere Bruchfestigkeit. Dies verringert den Produktionsausschuss deutlich und spart damit Produktionskosten.

Je kleiner die Strukturgrößen auf einem Computerchip werden und je dichter die integrierten Elemente aneinander rücken, desto dünner müssen die isolierenden Dielektrika sein. Diese dünnen Dielektrika verursachen Kapazitivverluste proportional zu ihrer Dielektrizitätskonstante k. Als Material wird üblicherweise Siliziumdioxid verwendet, das eine vergleichsweise hohe Dielektrizitätskonstante von k=4 hat. Die Verwendung von Material gleicher Dicke, aber mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante ("Low-k-Materialien") hat eine höhere Chipleistung mit weniger Energieverbrauch im Vergleich zu Siliziumdioxid zur Folge. Low-k-Materialien sind in der Regel spröder und weisen eine geringere Haftung als Siliziumdioxid auf. Dies erhöht beim Wafer-Trennen das Risiko von Absplittern und Ablösen der Low-k-Schichten, wenn ein Schneidrad verwendet wird. Die Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen ermöglicht schnelles und qualitativ hochwertiges Ritzen dieser Low-k-Schichten ohne die Nachteile einer mechanischen Behandlung. Das Ritzen der Low-k-Schichten kann entweder mit einem anschließenden Laserschnitt des Basiswafers oder mit der Trennung durch ein Schneidrad kombiniert werden.

Die neuesten Trends bei der Chip-Integration versuchen dem Mooreschen Gesetz durch eine Erweiterung in z-Richtung zu folgen. Diese Erweiterung bedeutet das Übereinanderstapeln von zwei oder mehr Mikrochips, um eine höhere Leistung pro Chipfläche zu erreichen. Ein Verfahren, um zwei oder mehr Mikrochips zu verbinden, ist die Herstellung kurzer, direkter Verbindungen durch das Siliziumsubstrat jedes Chips. Zu diesem Zweck werden Sacklöcher, sogenannte Through Silicon Vias (TSVs), in das Silizium gebohrt. Die Verwendung der TruMicro Serie 5000 ermöglicht das Bohren von TSVs ohne Wärmeeinflusszone. Bei dieser Applikation gestattet nur die truMicro Serie 5000 mit einer Kombination aus ausreichend hoher Pulsenergie und hoher Pulswiederholrate in der Größenordnung von 200 bis 500 kHz einen hohen Durchsatz in der Produktion.

Halbleiterfertigung