DE10029791A1 - Verfahren zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen zwei Wafern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturstabilen und mechanisch stabilen, wiederablösbaren Verbindung zwischen zwei Wafern mit den folgenden Verfahrensschritten: DOLLAR A - Zwei zu verbindende Wafer werden so übereinandergelegt, dass eine Oberfläche des ersten Wafers auf einer Oberfläche des zweiten Wafers angeordnet ist; DOLLAR A - zwischen den Wafern werden zumindest teilweise die Oberflächen verbindende Zwischenräume erzeugt; DOLLAR A - in die Zwischenräume wird eine Flüssigglasverbindung derart eingebracht, dass ein die inneren Oberflächen der Zwischenräume benetzender Flüssigglasfilm gebildet wird, wobei im Inneren der mit der Flüssigglasverbindung benetzten Zwischenräume Hohlräume verbleiben, die mit der die Wafer umgebenden Atmosphäre verbunden sind; DOLLAR A - zur Umwandlung des benetzenden Flüssigglasfilms in einen festen Siliziumdioxidfilm werden die übereinander liegenden Wafer einer Temperaturbehandlung unterworfen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturstabilen und mechanisch stabilen, wiederablös­ baren Verbindung zwischen zwei Wafern.

Heutige Halbleiterbauelemente werden zunehmend auf sehr dün­ nen Halbleiterkörpern, darunter auch solche, die dünner als 100 µm sind, hergestellt. Hierzu werden typischerweise her­ kömmliche Wafer verwendet, die eine Dicke von 500-700 µm aufweisen und die vor der Herstellung der Halbleiterbauele­ mente dünn geschliffen werden.

Solche ultradünnen Wafer sind jedoch aufgrund ihrer mechani­ schen Eigenschaften sehr schwierig handhabbar und lassen sich daher nicht mit denselben Fertigungsmaschinen und Transport- und Halterungsvorrichtungen bearbeiten, wie Standarddicke aufweisende Wafer. Deshalb müssen eigens für ultradünne Wafer modifizierte Fertigungsmaschinen und Transportvorrichtungen bereitgestellt werden, die für spezielle Waferkassetten aus­ gelegt sind und die eigens für ultradünne Wafer konstruierte, üblicherweise manuell zu bedienende Greifvorrichtungen zur Bestückung der Fertigungsmaschinen aufweisen. Ferner sind hier die Vorrichtungen zur Fixierung der ultradünnen Wafer während des eigentlichen Herstellungsprozesses, wie bei­ spielsweise Chucks, mehr oder weniger aufwendig für die Er­ fordernisse der ultradünnen Wafer umgebaut. Allerdings sind der Modifizierung von Fertigungsmaschinen für die Zwecke der Bearbeitung und Handhabung ultradünner Wafer aufgrund ihrer zunehmenden Komplexität enge Grenzen gesetzt.

Die Bereitstellung neuer oder modifizierter Fertigungsmaschi­ nen zur Bearbeitung ultradünner Wafer ist aus all diesen ge­ nannten Gründen äußerst aufwendig und kostenintensiv.

Nachfolgend wird ein deutlich einfacheres Verfahren zur Her­ stellung und Handhabung ultradünner Wafer beschrieben:
Ein erster, sogenannter Produktwafer, auf dem später die Halbleiterbauelemente aufgebracht werden sollen und der daher ultradünn geschliffen werden soll, wird auf einen zweiten, sogenannten Trägerwafer formschlüssig aufgelegt und befe­ stigt. Der Produktwafer kann dann dünn geschliffen werden und in den dünn geschliffenen Produktwafer können die Halbleiter­ bauelemente unter Verwendung der entsprechenden Herstellungs­ technologie eingebracht werden. Schließlich kann der Produkt­ wafer wieder von dem Trägerwafer abgelöst werden.

Die besagte form- und kraftschlüssige Verbindung wird hier beispielsweise durch eine Wachs- oder Klebstoffverbindung oder durch eine zwischen Trägerwafer und Produktwafer ange­ ordnete, zweiseitig klebende Folie erzeugt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die form- und kraftschlüssige Ver­ bindung nur für geringste Temperaturen ausgelegt ist. Bei ho­ hen, für die Halbleiterprozesstechnik typischen Temperaturen, würde sich die Verbindung aus Wachs, Klebstoff oder Folie je­ doch wieder lösen, dass heißt eine temperaturstabile Verbin­ dung zwischen den beiden Wafern ist hier nicht mehr gewähr­ leitet. Darüber hinaus könnten bei Verwendung der oben ge­ nannten Materialien Fremdatome in den Halbleiterkörper ein­ diffundieren und diesen unerwünschterweise verunreinigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturstabilen und mechanisch stabilen, wiederablösbaren Verbindung zwischen zwei Wafern bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demgemäss ist ein Verfahren zur Herstellung einer hochtempe­ raturstabilen und mechanisch stabilen, wiederablösbaren Ver­ bindung zwischen zwei Wafern mit den folgenden Verfahrens­ schritten vorgesehen:

• - Zwei zu verbindende Wafer werden so übereinandergelegt, dass eine Oberfläche des ersten Wafers auf einer Oberflä­ che des zweiten Wafers angeordnet ist;
• - Zwischen den Wafern werden zumindest teilweise die Ober­ flächen verbindende Zwischenräume erzeugt;
• - In die Zwischenräume wird eine Flüssigglasverbindung der­ art eingebracht, dass ein die inneren Oberflächen der Zwi­ schenräume benetzender Flüssigglasfilm gebildet wird, wo­ bei im Inneren der mit der Flüssigglasverbindung benetzten Zwischenräume Hohlräume verbleiben, die mit der die Wafer umgebenden Atmosphäre verbunden sind;
• - Zur Umwandlung des benetzenden Flüssigglasfilms in einen festen Siliziumdioxidfilm werden die übereinander liegen­ den Wafer einer Temperaturbehandlung unterworfen.

Durch das vorliegenden Verfahren lassen sich erfindungsgemäß auf sehr einfache Weise aber nichts desto trotz sehr effektiv zwei Wafer mechanisch stabil sowie hochtemperaturstabil mit­ einander derart verbinden, dass der eine sogenannte Produkt­ wafer anschließend dünn geschliffen und weiter prozessiert werden kann. Für die weitere Verarbeitung des Produktwafers kann vorteilhafterweise das gesamte Equipment der herkömmli­ chen Silizium-Technologie herangezogen werden, dass heißt es sind hier keine zusätzlich modifizierten Fertigungsmaschinen bzw. Transportvorrichtungen zur Handhabung von dünn geschlif­ fener Wafer erforderlich. Der besondere Vorteil der vorlie­ genden Erfindung besteht darin, dass die miteinander durch einen dünnen Siliziumdioxidfilm verbundenen Wafer sehr ein­ fach - beispielsweise durch eine Flusssäureverbindung - wie­ der voneinander gelöst werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen und der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt hier:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Trägerwafer;

Fig. 2 in einem Querschnitt schematisch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel zweier sandwichartig aufeinander lie­ gender Wafer;

Fig. 3 in einem Querschnitt schematisch ein zweites Aus­ führungsbeispiel zweier sandwichartig aufeinander liegender Wafer und dazwischen angeordnete Fasern;

In allen Figuren der Zeichnung sind - sofern nichts anderes angegeben ist - gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Trägerwafer 1, der aus einem oxidierbaren Halbleitermaterial - beispielsweise Silizium oder Siliziumkarbid - besteht. Der Trägerwafer 1 weist vorteilhafterweise eine möglichst ebene, polierte Ober­ fläche 4 auf, in die Gräben 2 eingebracht sind. Die Gräben 2 können in die Oberfläche 4 des Trägerwafer 1 in üblicher Wei­ se durch naßchemisches oder trockenchemisches Ätzen einge­ bracht werden oder sonstwie ausgespart werden, wozu typi­ scherweise die Fotolack- und Ätztechnik herangezogen wird.

Die Gräben 2 erstrecken sich über die gesamte Oberfläche 4 des Trägerwafers 1, was durch Strichlinien A, a angedeutet ist, d. h. sie erstrecken sich von einer Kante 3 des Träger­ wafers 1 zur anderen. Obwohl in der Fig. 1 die Gräben 2 je­ weils parallel und senkrecht zueinander angeordnet sind, ist diese parallele bzw. senkrechte Anordnung keinesfalls notwen­ dig: Die Gräben 2 können vielmehr auch schräg zueinander ver­ laufen oder überhaupt mehr oder weniger "zufällig" angeordnet sein. Denkbar wäre also jede beliebige Anordnung der Gräben 2 in der Ebene der Oberfläche 4 des Trägerwafers 1. Von Bedeu­ tung ist hier lediglich, dass die Gräben 2, wenn die Oberflä­ che 4 des Trägerwafers 1 durch einen weiteren, sogenannten Produktwafer 5 abgedeckt ist, einen Zutritt bzw. Austritt von flüssigen und gasförmigen Materialien zu praktisch allen Stellen der Oberfläche der so aufeinanderliegenden Wafer 1, 5 zulassen.

Fig. 2 zeigt in einem Querschnitt einen vergrößerten Aus­ schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels zweier übereinander angeordneter Wafer, wobei eine Wafer der Trägerwafer 1 und der andere Wafer der Produktwafer 5 ist.

In die Oberfläche 4 des Trägerwafers 1 sind trapezförmig aus­ gebildete Gräben 2 eingebracht worden. Die Gräben 2 weisen eine Tiefe d1 und eine Breite d2 von typischerweise 2 bis 10 µm auf und sind voneinander in einen Abstand d3 zwischen 1 und 10 µm angeordnet, jedoch wären auch größere oder kleinere Tiefen d1, Breiten d2 und Abstände d3 denkbar. Die Gräben 2 weisen im Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ein rechteckförmiges oder trapezförmiges Profil auf. Selbstverständlich sind auch andere Grabenprofile, wie beispielsweise ein V-förmiges, U-förmiges, halbrundes, halbovales, quadratisches, mehrecki­ ges oder ähnliches Profil, denkbar.

Der Produktwafer 5 ist über seine Oberfläche 6 auf die Ober­ fläche 4 des Trägerwafers 1 mehr oder weniger formschlüssig aufgelegt. Innerhalb dieser "sandwichartig" aufeinanderlie­ genden Wafer 1, 5 werden durch die Gräben 2 Zwischenräume 7 definiert. Auf die inneren Oberflächen 11 dieser Zwischenräu­ me 7 wird ein dünner Film 8, der typischerweise aus Silizium­ dioxid besteht, aufgebracht und der eine temperaturstabile, wiederablösbare Verbindung zwischen den Wafern 1, 5 sicher­ stellt. Durch den dünnen Film 8, der durchgehend ausgebildet ist, das heißt die inneren Oberflächen 11 der Zwischenräume 7 vollständig bedeckt, werden im Inneren der Zwischenräume 7 Hohlräume 9 definiert.

Fig. 3 zeigt in einem Querschnitt ein zweites Ausführungs­ beispiel zweier sandwichartig angeordneter Wafer 1, 5. Die in Fig. 2 mit Bezugszeichen 7 bezeichneten Zwischenräume müssen nicht notwendigerweise in Form von Gräben 2 ausgebildet sein. Vielmehr können dies vorteilhafterweise auch durch die Zwi­ schenräume 7 von nebeneinander mehr oder weniger regelmäßig angeordneten einzelnen Fasern 10 oder einem ganzen Bündel von in einer Fasermatte 10 angeordneten Fasern 10 erzeugt werden. Diese Fasern 10 - zum Beispiel Quarzglasfasern, Kohlefasern oder dergleichen - werden auf die Oberfläche 4 eines Träger­ wafers 1 oder eines Produktwafers 5 mehr oder weniger paral­ lel aufgelegt. Anschließend wird der jeweils andere Wafer 1, 5 formschlüssig aufgelegt. Der besondere Vorteil besteht dar­ in, dass die Fasern 10 einen mehr oder weniger großen Abstand d3 zueinander aufweisen, wodurch Zwischenräume 7 zwischen be­ nachbarten Fasern 10 definiert sind. Auch hier werden durch den durchgehenden Film 8 Hohlräume 9 im Inneren der Zwischen­ räume 7 gebildet.

Bei der Herstellung einer stabilen und wiederablösbaren Ver­ bindung zwischen zwei Wafern 1, 5 unter Verwendung einer An­ ordnung gemäß Fig. 2 oder 3 sind jedoch die folgenden Rand­ bedingungen zu beachten:
Zur Herstellung einer hochtemperaturstabilen sowie wieder ab­ lösbaren Verbindung und somit zur Lösung der eingangs genann­ ten Aufgabe existieren einerseits geometrische, bei der Ober­ flächentopographie zu beachtende und andererseits physikali­ sche Einschränkungen. Diese topographischen Einschränkungen erklären sich aus den Besonderheiten der Umwandlung der flüs­ sigen Phase in die feste Phase eines hier zu verwendenden Flüssigglases, das fachspezifisch im allgemeinen auch als Spin-on-Glas bezeichnet wird. Infolgedessen werden zunächst diese Besonderheiten dargelegt, um danach die geometrischen Einschränkungen, die Grundlage für die Erfindung sind, erklä­ ren zu können.

Die Umwandlung einer Flüssigglasverbindung in eine Silizium­ dioxidschicht mit den gewünschten mechanischen und physikali­ schen Eigenschaften erfordert zum ersten eine Oberfläche, an der sich auch eine Siliziumdioxidschicht 8 abscheiden lässt. Zum anderen muss die Möglichkeit gegeben sein, dass sich die gasförmigen Reaktionsprodukte des Flüssigglases nach der Er­ zeugung der Siliziumdioxidschicht 8 wieder hinreichend rasch verflüchtigen können. Hierzu ist es erforderlich, dass das Flüssigglas nach seiner Verteilung als dünner, möglichst durchgehender Film 8 vorliegt, damit nämlich die gasförmigen Reaktionsprodukte nur durch diesen dünnen Film 8 vom Ort der Reaktion wegdiffundieren müssen, bis sie sich wieder in der Gasphase des Systems befinden. Darüber hinaus ist es erfor­ derlich, dass der Weg von der Grenze der flüssigen/festen Phase bis zum Verlassen des Ortes der Reaktion, also des hochtemperaturstabilen Siliziumdioxidfilms 8, den gasförmigen Reaktionsprodukten einen hinreichend kleinen Strömungswider­ stand bietet.

Ferner ist zu beachten, dass die Festigkeit des Siliziumdi­ oxidfilms 8 nur dann gegeben ist, wenn sie als kompakter Dünnfilm an einer geeigneten Oberfläche 11 anhaftet. Wenn der hochtemperaturstabile Siliziumdioxidfilm zwischen zwei Sili­ ziumwafern 1, 5, die mit Hilfe des Flüssigglases angestrebt wird, in ihrem Endzustand zu viele freitragende Abschnitte des resultierenden Siliziumdioxids enthalten soll, so ist die erforderliche Festigkeit nicht ohne weiteres erzielbar.

Überhaupt ist es zur Gewährleistung der Festigkeit der Ver­ bindung zwischen Trägerwafer 1 und Produktwafer 5 zwingend notwendig, dass eine hinreichend große Querschnittsfläche des Siliziumdioxidfilms 8 zwischen den Wafern 1, 5 ausgebildet ist. Da diese aber aus den genannten Gründen nur als dünner Film 8 vorliegen darf, kann die große Querschnittsfläche nur durch eine entsprechend feine Strukturierung der Zwischenräu­ me 7 erreicht werden.

Andererseits muß besagte Strukturierung grob genug sein, dass zwischen den zu verbindenden Wafern 1, 5 ein System von Hohl­ räumen 9 vorliegt, in welche schließlich Flusssäurelösung zum Auflösen des Siliziumdioxidfilms 8 und somit zum Trennen des Trägerwafers 1 und des Produktwafers 5 eindringen kann. Fer­ ner muss auch der Ätzfortschritt durch hinreichend rasche Ab­ diffusion der Reaktionsprodukte der Flusssäureätzung gewähr­ leistet sein.

Im Hinblick auf die besonderen Reinheitsansprüche der Mikro­ elektronik bieten sich dort etablierte Ausgangsmaterialien für Flüssigglasverbindungen an, die im Prinzip aus mehr oder weniger polymerisierten, hochreinen Siliziumalkoxiden beste­ hen.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Die Gräben 2 bzw. die Zwischenräume 7 sollten derart angeord­ net sein, dass ein Flüssigglas zunächst die im Querschnitt der Fig. 2 und 3 dargestellten Hohlräume 9, die aus dem Trägerwafer 1 und dem ultradünnen oder zu dünnenden Produkt­ wafer 5 gebildet wird, zur Gänze ausfüllt. Anschließend kann durch Abschleudern, also durch Zentrifugalkraft, der Großteil des Flüssigglasses so lange abgeschleudert werden, bis ein alle inneren Oberflächen 11 benetzender, durchgehender Film 8 übrigbleibt, dessen Dicke d4 geeignet ist, dass sich das Ma­ terial unter langsamer Temperatureinwirkung genauso in einen Siliziumdioxidfilm 8 umwandelt, als wäre das Flüssigglas kon­ ventionell von oben auf eine planare Waferoberfläche aufge­ schleudert worden.

Der hydraulische Durchmesser d5 der die möglichst radial an­ geordneten Hohlräume 9 bildenden Gräben 2, ist vorzugsweise so zu dimensionieren, dass die Flüssigglasverbindung zunächst durch Kapillarwirkung von außen selbständig eindringt, um an­ schließend bei Anwendung von Zentrifugalkraft durch Rotation den gewünschten, benetzenden Flüssigglasfilm 8 zurückzulas­ sen. Es versteht sich, dass die Gräben 2 bzw. die Zwischen­ räume 7 ausreichend groß sein müssen, dass beim Lösen des durch die Flüssigglasverbindung gebildeten Siliziumdioxid­ films 8 Flusssäurelösung überall in die Gräben 2 bzw. die Zwischenräume 7 vordringen kann und somit der Abtransport der Reaktionsprodukte, die bei dem Abätzen des Siliziumdioxids entstehen, nicht behindert wird.

Auf der anderen Seite muß hinsichtlich der Dimensionierung der Hohlräume 9 das Gleichgewicht gefunden werden, dass deren Größe und Anzahl eine möglichst große, aufsummierte Linie er­ gibt, um die Kraftübertragung zwischen den beiden aufeinan­ derliegenden Wafern 1, 5 zu maximieren. Um dieses Ziel im Zu­ sammenhang damit, dass das Flüssigglas nach seinem Aufschleu­ der- und Trocknungsvorgang als dünner Siliziumdioxidfilm 8 in der Größenordnung von einigen hundert Nanometer bis wenigen Mikrometer vorliegt, zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn gegebenenfalls auf dem Produktwafer 5 eingebrachte Halblei­ terbauelemente Strukturhöhen in der Oberflächentopographie aufweisen, die geringer als die Filmdicke d4 des Siliziumdi­ oxidfilms 8 sind.

Nachfolgend wird eine alternative Methode beschrieben, um die geometrischen Randbedingungen zur Herstellung eines Silizium­ dioxidfilms 8 aus einer Flüssigglasverbindung zu erreichen:
Wenn mehr oder weniger regelmäßig und parallel angeordnete Fasern 10 entsprechend Fig. 3 zwischen dem Trägerwafer 1 und dem Produktwafer 5 positioniert werden, sind sie ebenfalls in der Lage, eine hinreichend große innere Oberfläche 11 zwi­ schen den beiden Wafern 1, 5 zur Verfügung zu stellen, ent­ lang derer sich die Flüssigglasverbindung orientieren und die gewünschte stabile Verbindung herstellen kann.

Hierzu können vorteilhafterweise Glasfasern verwendet werden. Glasfasern sind allein deshalb ein geeignetes Ausgangsmateri­ al. weil zu ihrer Herstellung vorzugsweise Schmelzen mit ei­ nem minimalen Gehalt an Alakaliionen zur Anwendung kommen. Besonders gut sind hier Borsilicat-Gläser geeignet, da sich über den Borgehalt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glasfasern geeignet einstellen läßt. Alternativ können hier prinzipiell auch Kohlefasern eingesetzt werden. Für Anwendun­ gen, die über dem Glaserweichungspunkt liegen, eignen sich auch verschiedene Quarzfaserprodukte.

In der Halbleitertechnologie werden in zunehmenden Maße Wafer mit immer größer werdender Durchmesser verwendet. Einherge­ hend mit dieser Tendenz ergibt sind die technologische Schwierigkeit, flüssige Verbindungen möglichst gleichmäßig über die gesamte Oberfläche eines Wafers aufzuschleudern bzw. abzuschleudern. Aus diesem Grund wird nachfolgend ein drit­ tes, besonders vorteilhaftes erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer temperaturstabilen, wiederablösbaren Ver­ bindung zwischen zwei Wafern beschrieben, das insbesondere dem Problem der gleichmässigen Ab/Aufschleudern bei großen Waferdurchmessern Rechnung trägt:
Es wird hier vorzugsweise eine oder mehrere alkalifreie, dün­ ne Fasermatten für ein die beiden Wafer 1, 5 verbindendes Ge­ rüst bereitgestellt. Die Fasern 10 dieser dünnen Fasermatten 10 können im wesentlichen regellos angeordnet sein. Als Fa­ sern bieten sich hier ebenfalls Glasfasern, Kohlefasern oder Quarzfasern an, wobei letztere unter der Handelsbezeichnung Quarzfaserpapier sehr einfach erhältlich sind.

Gemäß diesem besonderen Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Verfahrens werden die Fasermatten 10 zuerst mit der Flüssigglasverbindung benetzt, um erst danach zwischen die beiden Wafer positioniert zu werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei diesem Vorgang bereits ein definierter Dünn­ film 8 auf den Fasern der Fasermatte 10 eingestellt wird. Der in den vorherigen Ausführungsbeispielen erforderliche Ab­ schleudervorgang könnte in diesem Fall eingespart werden. Dies ist ein besonderer Vorteil, da das erfindungsgemäße Ver­ fahren damit weitestgehend unabhängig vom Durchmesser der Wa­ fer durchgeführt werden kann. Darüberhinaus kann durch Ein­ sparung eines Prozessschrittes auch Bearbeitungszeit und da­ mit die Kosten für das Abschleuder-Equipment eingespart wer­ den.

Die oben genannte Einstellung der Filmdicke d4 auf den Fasern der Fasermatte 10 kann beispielsweise dadurch erreicht wer­ den, dass die Fasermatten 10 mit dem Flüssigglas getränkt und eventuell auch in der Richtung normal zu ihrer Ebene zum Zwecke der weiteren Einstellung der Dicke d4 des dünnen Films 8 einer Zentrifugalkraft ausgesetzt werden. Hernach können die gezielt mit der Flüssigglasverbindung getränkten Faser­ matten 10 bei einer Temperatur von einigen Kelvin unter dem Gefrierpunkt bis zu ihrer Verwendung zwischengelagert werden. Die Lagerung bei tiefer Temperatur ist zum einen von Vorteil, weil die Flüssigglasverbindung dann chemisch stabiler wird. Zum anderen lässt sich dadurch eine höhere Viskosität des dünnen Films 8 einstellen. Um die Abhängigkeit der Viskosität der Flüssigglasverbindung von der Temperatur ausnützen zu können, besteht ferner die Möglichkeit, den Benetzungsvorgang der Fasermatte 10, bei erhöhter Temperatur durchzuführen.

In allen Fällen wäre es auch denkbar, wenn auf die Oberfläche 4 des Trägerwafers 1 und/oder des Produktwafers 5 ein in der Zeichnung nicht dargestelltes dünnes Oxid aufgebracht wird. In diesem Fall kann das Wachstum des dünnen Siliziumdioxid­ films 8 noch zusätzlich gesteigert werden.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch das wie oben beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturstabilen Verbindung zwischen zwei Wafern und zur Bearbeitung nachfolgend dünngeschliffenen Wafers die herkömmlichen Gerätschaften der Siliziumtechnologie nahezu ohne Mehraufwand in gebräuchlicher Art und Weise herangezogen werden können, ohne dass gleichzeitig die Nachteile von Ver­ fahren nach dem Stand der Technik in Kauf genommen werden müssen.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand der vorstehenden Be­ schreibung so dargelegt, um das Prinzip der Erfindung und dessen praktische Anwendung am besten zu erklären. Selbstver­ ständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen des fachmännischen Handelns und Wissens in geeigneter Weise in mannigfaltigen Ausführungsformen abwandeln.

Bezugszeichenliste

1

Trägerwafer

2

Gräben

3

Kante des Trägerwafers

4

Oberfläche des Trägerwafer

5

Produktwafer

6

Oberfläche des Produktwafers

7

Zwischenräume

8

dünner Flüssigglasfilm/Siliziumdioxidfilm

9

Hohlräume

10

Fasern, Fasermatte

11

innere Oberfläche der Zwischenräume/Gräben
A, a Strichlinien
d1 Tiefe der Gräben
d2 Breite der Gräben
d3 Abstand der Gräben voneinander
d4 Dicke des dünnen Films
d5 hydraulischer Durchmesser

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturstabilen und mechanisch stabilen, wiederablösbaren Verbindung zwischen zwei Wafern (1, 5) mit den folgenden Verfahrensschritten:
Zwei zu verbindende Wafer (1, 5) werden so übereinan­ dergelegt, dass eine Oberfläche (4) des ersten Wafers (1) auf einer Oberfläche (6) des zweiten Wafers (5) angeordnet ist;
Zwischen den Wafern (1, 5) werden zumindest teilweise die Oberflächen (4, 6) verbindende Zwischenräume (7) erzeugt;
In die Zwischenräume (7) wird eine Flüssigglasverbin­ dung derart eingebracht, dass ein die inneren Oberflächen (11) der Zwischenräume (7) benetzender Flüssigglasfilm (8) gebildet wird, wobei im Inneren der mit der Flüssigglasver­ bindung benetzten Zwischenräume (7) Hohlräume (10) verblei­ ben, die mit der die Wafer (1, 5) umgebenden Atmosphäre ver­ bunden sind;
Zur Umwandlung des benetzenden Flüssigglasfilms (8) in einen festen Siliziumdioxidfilm (8) werden die übereinander liegenden Wafer (1, 5) einer Temperaturbehandlung unterwor­ fen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbehandlung zur Bildung des festen Silizi­ umdioxidfilm (8) bei einer Temperatur zwischen 120°C und 450°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden übereinander liegenden Wafer (1, 5) während der Temperaturbehandlung großflächig mit einem gleichförmigen Druck beaufschlagt werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wafer (1) als Träger für den zweiten Wafer (5) verwendet wird, wobei der zweite Wafer (5), auf dem die zu erzeugenden Halbleiterbauelemente vorgesehen sind, nach der Herstellung der hochtemperaturstabilen und mechanisch stabi­ len Verbindung dünn geschliffen oder dünn geätzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens eine Oberfläche (4, 6) in der Ebene der jeweiligen Oberfläche (4, 6) verlaufende Gräben (2) einge­ bracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (2) parallel und/oder senkrecht zueinander verlaufend in die jeweilige Oberfläche (4, 6) eingebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (2) in eine Tiefe (d1) von 2 µm bis 10 µm und in einem Abstand (d2) von 1 µm bis 10 µm voneinander in die jeweilige Oberfläche (4, 6) eingebracht werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (2) in einem annähernd rechteckförmigen oder trapezförmigen Querschnitt in die jeweilige Oberfläche (4, 6) eingebracht werden.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Wafern (1, 5) eine Vielzahl von Fa­ sern (10) angeordnet werden, wobei die Bereiche zwischen be­ nachbarten Fasern (10) die Zwischenräume (7) bilden.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Eine Schicht aus einer Flüssigglasverbindung wird zu­ nächst auf einen der beiden Wafer (1, 5) aufgebracht;
• b) Die beiden Wafer (1, 5) werden anschließend form- und kraftschlüssig aufeinander gelegt;
• c) Zur Erzeugung des dünnen Flüssigglasfilmes (8) wird - überschüssiges, in den Zwischenräumen (7) befindliches Flüssigglas durch schnelles Drehen der beiden Wafer (1, 5) unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft abgeschleudert.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Die beiden Wafer (1, 5) werden zunächst form- und kraft­ schlüssig aufeinander gelegt;
• b) Die beiden Wafer (1, 5) werden anschließend derart in einem Flüssigglasreservoir angeordnet, dass die Flüssig­ glasverbindung unter Ausnutzung eines Kapillarsoges in die Zwischenräume (7) eindringen kann;
• c) Zur Erzeugung des dünnen Flüssigglasfilmes (8) wird - überschüssiges, in den Zwischenräumen (7) befindliches Flüssigglas durch schnelles Drehen der beiden Wafer (1, 5) unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft abgeschleudert.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Die beiden Wafer (1, 5), von denen mindestens einer ein durchgehendes Loch aufweist, werden zunächst form- und kraftschlüssig aufeinander gelegt;
• b) Über das Loch wird die Flüssigglasverbindung in die Zwi­ schenräume (7) zwischen den beiden Wafern (1, 5) aufge­ schleudert;
• c) Zur Erzeugung des dünnen Flüssigglasfilmes (8) wird - überschüssiges, in den Zwischenräumen (7) befindliches Flüssigglas durch schnelles Drehen der beiden Wafer (1, 5) unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft abgeschleudert.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die beiden Wafern (1, 5) eine aus Faserwerk­ stoff hergestellte Fasermatte (10) gelegt wird, wobei die Be­ reiche zwischen den Fasern (10) der Fasermatte (10) die Zwi­ schenräume (7) bilden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Die Fasermatte (10) wird, bevor sie zwischen die beiden Wafer (1, 5) gelegt wird, mit der Flüssigglasverbindung getränkt oder benetzt;
• b) Zur Einstellung der Filmdicke wird die mit der Flüssig­ glasverbindung getränkte Fasermatte (10) einer schnellen Drehbewegung normal zu ihrer Ebene unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft ausgesetzt;
• c) Anschließend wird die Fasermatte (10) form- und kraft­ schlüssig zwischen die beiden Wafer (1, 5) gelegt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Flüssigglasverbindung benetzte oder getränk­ te Fasermatte (10) bis zur Temperaturbehandlung zur Erzeugung des Siliziumdioxidfilms (8) stark gekühlt gelagert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (10) bei einer erhöhten Temperatur mit der Flüssigglasverbindung getränkt wird oder die Flüssigglas­ verbindung bei einer erhöhten Temperatur auf die Wafer (1, 5) aufgeschleudert und/oder abgeschleudert wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Faserwerkstoff der Fasern (10) und der Fasermatte (10) Quarzglasfasern und/oder Kohlefasern verwendet wird.