DE10030443A1

DE10030443A1 - Verfahren zur Herstellung einer wärmeabführenden Oberfläche und Bauelement mit einer wärmeabführenden Oberfläche

Info

Publication number: DE10030443A1
Application number: DE10030443A
Authority: DE
Inventors: Thoai-Thai Le; Juergen Lindolf; Eckhard Brass; Bernd Klehn
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-01-17

Abstract

Die Oberfläche eines Bauelementes wird in Form von V-förmigen Gräben strukturiert, damit eine verbesserte Wärmeabführung erreicht wird. Die Gräben sind vorzugsweise außerhalb von Sägebereichen angeordnet, wodurch eine Beschädigung des Bauelementes beim Sägen vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer wärmeabführenden Oberfläche gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1 und ein Bauelement mit einer wärmeabführenden Oberfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.

Moderne Bauelemente, insbesondere hochgetaktete Prozessoren, entwickeln aufgrund von Verlustleistung eine relativ große Wärmemenge. Die Wärmemenge muss vom Bauelement abgeführt wer den, um eine Überhitzung und damit eine Beschädigung des Bau elementes zu vermeiden.

Aus dem japanischen Abstract JP-61-161745 ist ein Halbleiter- Bauelement bekannt, das an seiner Oberfläche Gräben aufweist, mit denen die Oberfläche des Bauelementes vergrößert ist. Die Gräben sind über eine leitende Schicht mit einer Metallplatte verbunden, um Wärme effektiv abzugeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer wärmeableitenden Oberfläche eines Bauelementes und ein entsprechendes Bauelement bereit zustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An spruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Gräben mittels eines Ätzvorgangs in die Oberfläche des Bauelementes eingebracht werden, und dass bei dem Ätzvorgang eine Maskierungsschicht verwendet wird, die die Bereiche der Gräben festlegt. Auf diese Weise kann eine optimale Struktur auf dem Bauelement angeordnet werden, wobei bei spielsweise Sägekanten von der Grabenstruktur ausgenommen werden. Folglich werden Beschädigungen des Bauelements beim folgenden Sägevorgang vermieden.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Bauelements besteht darin, dass die Grabenflächen mit Metall bedampft sind. Durch die Metallschicht wird die Abgabe von Wärme zusätzlich verbes sert.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Vorzugsweise werden als Ätzmittel Kaliumlauge (KOH), Tetra methylammoniumahydroxid (TMAH), Ethylendiamin oder Hydrazin verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine 25%-Vol. TMAH- Lösung bei einer Temperatur von 70°C verwendet.

Vorzugsweise werden die Gräben mit Metall, beispielsweise Kupfer oder Silber, bedampft. In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt wird das aufgedampfte Metall durch einen Polierschritt eingeebnet, wodurch eine ebene Fläche erzeugt wird. Die ebene Fläche weist den Vorteil auf, dass das Bau element mit der Metallschicht auf eine Kühlplatte über einen leitfähigen Kleber aufgeklebt werden kann.

Vorzugsweise werden bei der Maskierung der Oberfläche des Bauelementes Trennbereiche, in denen das Bauelement bei einem späteren Verarbeitungsschritt zersägt wird, abgedeckt. Auf diese Weise wird vermieden, dass Gräben in Sägebereiche ein geätzt werden. Somit werden Abplatzungen, die beim Sägen von Gräben auftreten könnten, vermieden.

Vorzugsweise wird als Bauelement Silicium verwendet, in das Gräben in Form von V-Nuten eingebracht werden. Die Flächen der Gräben entsprechen vorzugsweise den 1-1-1 Flächen des Si liciumkristalls.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er läutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Bauelement mit einer Grabenstruktur;

Fig. 2 ein Bauelement mit einer Grabenstruktur, die mit einer Metallschicht aufgefüllt ist;

Fig. 3 eine Grabenstruktur im Querschnitt, und

Fig. 4 ein Verfahren zur Herstellung einer Grabenstruktur.

Fig. 1 zeigt ein Bauelement 1, das vorzugsweise in Form eines Halbleiter-Bauelementes ausgebildet ist. Ein Halbleiter- Bauelement kann beispielsweise aus Galium-Arsenid, Silicium oder einem anderen Halbleitermaterial gefertigt sein. Im fol genden wird ein Halbleiter-Bauelement 1 aus einem Silici umkristall beschrieben. Das Bauelement 1 weist elektrische Schaltungen auf, die Verlustwärme erzeugen. Die elektrischen Schaltungen sind vorzugsweise auf der Unterseite des Bauele mentes 1 der Fig. 1 aufgebracht. Die in Fig. 1 dargestellte Oberseite weist eine Grabenstruktur mit Gräben 3 auf. Auf grund der Gräben 3 wird die Oberfläche des Bauelementes 1 vergrößert, so dass Wärme, die sich im Bauelement 1 befindet, über die vergrößerte Oberfläche besser abgegeben wird. Zwi schen den Gräben 3 sind Sägebereiche 5 vorgesehen, die von der Grabenstruktur ausgenommen sind. Die Sägebereiche 5 sind durch gestrichelte Linien markiert. Dies bietet den Vorteil, dass eine Vereinzelung des Bauelementes 1 in mehrere Bauele mente durch ein Sägen im Bereich der Sägebereiche 5 möglich ist, ohne dass durch Gräben 3 gesägt wird. Beim Sägen von Gräben 3 treten Abplatzungen von Silicium auf, was zu einer Beschädigung des Bauelementes 1 und zu einer erhöhten Schmutzbelastung führt. Aufgrund der vorteilhaften Anordnung der Gräben 3 werden entsprechende Beschädigungen und eine entsprechende Verschmutzung vermieden.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der in den Gräben 3 eine Metallschicht 4 eingebracht ist. Die Metallschicht 4 besteht beispielsweise aus Silber oder Kupfer. Mit der Metallschicht 4 sind die Gräben 3 mindestens bis zum oberen Rand gefüllt. Vorzugsweise schließt die Me tallschicht 4 eben an die unstrukturierte Oberfläche 9 des Bauelementes 1 an. Die Metallschicht 4 erhöht die Wärmeleit fähigkeit und sorgt somit zusätzlich für einen verbesserten Transport der Wärme weg von der Oberfläche des Bauelementes 1.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Grabenstruktur, bei der ein Graben 3 einen Öffnungsbe reich von bis zu 400 nm bei einer Tiefe von 300 nm aufweist. Die Stege, die zwischen zwei Gräben 3 liegen, weisen eine Breite von vorzugsweise 200 nm auf. Als bevorzugtes Material für das Halbleiter-Bauelement 1 wird ein Siliciumkristall mit einer Ausrichtung der Oberfläche 9 in der [1 0 0]-Ebene ge wählt. Aus dem Siliciumkristall werden V-förmige Nuten ge ätzt, wobei die Seitenflächen 8 der Gräben 3 entsprechend den [1 1 1]-Ebenen des Siliciumkristalls herausgearbeitet werden.

Fig. 4 zeigt einen bevorzugten Verfahrensablauf der Herstel lung einer Grabenstruktur auf einem Bauelement 1. Bei Verfah renspunkt 10 wird die Oberfläche des Bauelementes 1 mit einer Maskierungsschicht, vorzugsweise mit Siliciumoxid (SiO₂) ab gedeckt. Bei diesem Vorgang werden zukünftige Sägebereiche 5 von der Maskierungsschicht abgedeckt, so dass in diesen Be reichen kein Graben 3 eingebracht wird.

Nach Aufbringen der Maskierungsschicht wird bei Verfahrens schritt 20 über einen Ätzvorgang eine Grabenstruktur mit Grä ben 3 in die Bereiche der Oberfläche 9 des Bauelementes 1 eingebracht, die nicht von der Maskierungsschicht bedeckt sind. Bei dem Ätzverfahren werden vorzugsweise selektive Ätz lösungen wie Kaliumlauge (KOH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), Ethylendiamin oder Hydrazin verwendet. Die Verwendung der Maskierungsschicht bietet den Vorteil, dass die Fläche, an der die Ätzlösungen angreifen, genau festgelegt werden können. Auf diese Weise können zudem die Ätztiefen exakt ein gestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Ätzlösung eine 25%-Vol. Tetramethylammoniumhydroxyd-Lösung bei einer Tempe ratur von 70°C verwendet. Diese Ätzlösung ist besonders für den Einsatz bei CMOS-Technologien geeignet, da sie keine Al kaliionen freisetzt. Weiterhin ist die Ätzlösung ungiftig und weist eine hervorragende Selektivität gegenüber einer Abdeck schicht aus Siliciumdioxid (SiO₂) auf. Bei der beschriebenen Ätzlösung werden [1 1 1]-Flächen mit einem Fußpunktwinkel α von 54,7° aus dem (1 0 0)-Siliciumkristall herausgeätzt.

Anschließend wird bei Verfahrensschritt 30 die Oberfläche des strukturierten Bauelementes 1 gereinigt, wobei Reste von der Ätzlösung entfernt werden.

Beim folgenden Verfahrensschritt 40 wird vorzugsweise eine Metallschicht auf die Flächen 8 der Gräben 3 aufgedampft. Als Metall wird beispielsweise Kupfer oder Silber verwendet. Vor zugsweise werden die Gräben 3 vollständig mit einer Metall schicht aufgefüllt, die über die Stege 7 hinausragt. Deshalb werden bei einem folgenden Verfahrensschritt 50 die Metall schichten 4 durch einen Poliervorgang eingeebnet, so dass die Metallschichten 4 nahezu eben zu der Oberfläche der Stege 7 abschließen. Dies bietet den Vorteil, dass das Bauelement mit der Oberseite, in der die Grabenstruktur eingebracht ist, auf eine plane Kühlplatte vorzugsweise mittels eines wärmeleitfä higen Klebers aufgeklebt werden kann. Auf diese Weise wird zusätzlich der Abtransport von Wärme aus dem Bauelement 1 verbessert.

Bezugszeichenliste

1

Halbleiter-Bauelement

2

Maskierungsschicht

3

Graben

4

Metallschicht

5

Sägebereich

6

1 1 1-Fläche

7

Steg

8

Fläche

9

Oberfläche

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer wärmeabführenden Oberfläche eines Bauelementes, bei dem in die Oberfläche des Bauelemen tes Gräben eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (3) über einen Ätzvorgang in das Bauelement (1) eingebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bauelementes (1) mit einer Maskierungs schicht (2) in vorgegebenen Bereichen abgedeckt wird und dass beim folgenden. Ätzvorgang Gräben (3) in die nicht abgedeckten Bereiche der Oberfläche des Bauelementes (1) eingeätzt wer den.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzlösung eine 25%-Vol. Tetramethylammoniumhydoxid- Lösung bei einer Temperatur von 70°C verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass als Ätzlösung Ethylendiamin oder Hydrazin verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungsschicht (2) auf Bereiche (5) der Oberfläche des Bauelementes (1) aufgebracht wird, in denen das Bauele ment bei einem folgenden Verfahrensschritt zerteilt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass als Bauelement ein Siliciumkristall mit einer Oberfläche (9) verwendet wird, die in der [1 0 0]-Ebene des Siliciumkristalls angeordnet ist, und dass aus dem Bauelement V-förmige Gräben (3) herausgeätzt werden, wobei die Seitenflächen (8) der Gräben (3) entlang der [1 1 1]-Ebenen des Siliciumkristalls angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Seitenflächen (8) der Gräben (3) mit einer Metallschicht (4) bedampft werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (4) in einem Poliervorgang annähernd auf die Höhe der Oberfläche (9) des Bauelements (1) eingeebnet wird.

9. Bauelement, insbesondere Halbleiter-Bauelement, mit einer Grabenstruktur zur Abgabe von Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (8) der Gräben (3) mit einer Metallschicht (4) bedeckt sind.

10. Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (3) mit der Metallschicht (4) aufgefüllt sind, und dass die Oberfläche der Metallschicht (4) als polierte, plane Fläche ausgebildet ist.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement aus einem Silicium kristall gefertigt ist, und dass die Flächen (8) der Gräben entlang den [1 1 1]-Ebenen des Siliciumkristalls angeordnet sind.