DE10156465C1 - Bonded assembly of two wafers is formed using wafer recessed to make penetrations, and results in highly temperature-stable, detachable connection - Google Patents
Bonded assembly of two wafers is formed using wafer recessed to make penetrations, and results in highly temperature-stable, detachable connectionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine hochtemperaturstabile, wiederab lösbare Waferanordnung und ein Verfahren zur Herstellung ei ner Bondverbindung zwischen zwei Wafern.The invention relates to a high temperature stable, again Detachable wafer arrangement and a method for producing egg ner bond connection between two wafers.
In der modernen Halbleitertechnologie, insbesondere bei Leis tungshalbleiterbauelementen, wie Leistungs-MOSFETs, IGBTs, Thyristoren und dergleichen, geht die Tendenz hin zu einer Reduzierung der Waferdicke, um dadurch den Einschaltwider stand RON des Halbleiterbauelementes zu reduzieren und um da mit einhergehend die Durchlass- und Schaltverluste des Halb leiterbauelementes zu optimieren. Heutige Halbleiterwafer werden daher vor oder während der Herstellung der Halbleiter bauelemente dünn geschliffen, typischerweise auf eine Dicke von 150 µm und weniger.In modern semiconductor technology, in particular in the case of power semiconductor components, such as power MOSFETs, IGBTs, thyristors and the like, there is a tendency towards a reduction in the wafer thickness, in order to reduce the on-resistance R ON of the semiconductor component and in this way to reduce the transmission and to optimize switching losses of the semiconductor component. Today's semiconductor wafers are therefore ground thinly before or during the manufacture of the semiconductor components, typically to a thickness of 150 μm and less.
Solche dünne Wafer sind allerdings aufgrund ihrer mechani schen Eigenschaften sehr schwierig zu handhaben und lassen sich daher nicht mit denselben Fertigungsmaschinen und Trans port- und Halterungsvorrichtungen bearbeiten wie Standarddi cke aufweisende Wafer. Die Ursache dafür liegt darin, dass der Wafer nach dem Dünnschleifen bzw. Dünnätzen auf die er forderliche Dicke statt der erforderlichen Steifigkeit eine mehr oder weniger stark gewellte, gebogene oder leicht ver drehte (Torsion) Oberfläche aufweist. Besonders gravierend ist dieser Effekt bei ultradünnen Wafern im Bereich von etwa 70 µm. In diesem Fall ist der Wafer so dünn, dass er ähnlich einem Blatt Papier biegsam ist. Die geforderte Steifigkeit ist bei solch dünnen Wafern also nicht mehr gewährleistet. Deshalb müssen eigens für dünne Wafer modifizierte Ferti gungsmaschinen und Transportvorrichtungen bereitgestellt wer den, die für spezielle Waferkassetten ausgelegt sind und die eigens für dünne Wafer konstruierte, üblicherweise manuell zu bedienende Greifvorrichtungen zur Bestückung der Fertigungs maschinen aufweisen. Ferner sind die Vorrichtungen zur Fixie rung der dünnen Wafer während des eigentlichen Herstellungs prozesses, wie beispielsweise Chucks und Greifer, mehr oder weniger aufwendig für die Erfordernisse der dünnen Wafer um zubauen. Neben den dafür erforderlichen Zusatzkosten sind der Modifizierung von Fertigungsmaschinen für die Zwecke der Be arbeitung und Handhabung dünner Wafer aufgrund ihrer zuneh menden Komplexität enge Grenzen gesetzt.Such thin wafers are, however, due to their mechani very difficult to handle and leave therefore not with the same manufacturing machines and Trans edit port and bracket devices like standard di wafers. The reason for this is that the wafer after thin grinding or thin etching onto which it required thickness instead of the required stiffness more or less wavy, curved or slightly ver rotated (torsion) surface. Particularly serious this effect is in the range of approximately for ultra-thin wafers 70 µm. In this case, the wafer is so thin that it is similar a sheet of paper is pliable. The required rigidity is no longer guaranteed with such thin wafers. Therefore, specially modified for thin wafers machines and transport devices provided those that are designed for special wafer cassettes and that specially designed for thin wafers, usually manually operating gripping devices for loading the production have machines. Furthermore, the devices for fixie tion of the thin wafers during the actual production process, such as chucks and grabs, more or less expensive for the requirements of thin wafers to build. In addition to the additional costs required for this, the Modification of manufacturing machines for the purpose of loading processing and handling of thin wafers due to their increasing The limits of complexity are limited.
Statt der äußerst aufwendigen und kostenintensiven Modifizie rung herkömmlicher Fertigungsmaschinen ist es vielfach einfa cher, den dünnen Wafer auf einen sogenannten Trägerwafer zu montieren und dann zu bearbeiten.Instead of the extremely complex and costly modification It is often easy to use conventional manufacturing machines cher, the thin wafer to a so-called carrier wafer assemble and then edit.
Gemäß einem ersten bekannten Verfahren wird ein sogenannter Produktwafer, auf dem später die Halbleiterbauelemente aufge bracht werden sollen, auf einen sogenannten Trägerwafer form schlüssig beispielsweise mittels einer zweiseitig klebenden Folie geklebt. Der Produktwafer kann anschließend dünn ge schliffen werden und zur Erzeugung der Halbleiterbauelemente weiter prozessiert werden. Schließlich kann der Produktwafer wieder von dem Trägerwafer abgelöst werden. 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 hier jedoch die Verbindung aus Kleber und Folie wieder lösen, dass heißt eine temperaturstabile Verbindung zwischen den beiden Wafern ist hier nicht gewährleistet. Dar über hinaus besteht die Gefahr, dass der Produktwafer durch Ausdiffusion von Fremdatomen der Folie bzw. dem Kleber in den Halbleiterkörper unerwünschterweise verunreinigt wird.According to a first known method, a so-called Product wafer, on which the semiconductor components later opened to be brought onto a so-called carrier wafer form conclusively, for example, by means of a double-sided adhesive Foil glued. The product wafer can then be thin be ground and to produce the semiconductor devices be processed further. Finally, the product wafer can be detached from the carrier wafer again. Disadvantageous this procedure is that the positive and non-positive Ver binding is only designed for the lowest temperatures. At ho temperatures typical for semiconductor process technology but here would be the combination of glue and foil loosen again, that means a temperature stable connection between the two wafers is not guaranteed here. Dar there is also a risk that the product wafer through Diffusion of foreign atoms of the film or the adhesive into the Semiconductor body is contaminated undesirably.
In der US 6,127,243 ist ein Verfahren zum Bonden von zwei Wa fern beschrieben. In eine Oberfläche eines dieser Wafer wer den Gräben eingebracht. Anschließend werden die beiden Wafer formschlüssig aufeinander gelegt und sodann einer Temperatur behandlung in einer oxidierenden Atmosphäre unterworfen. Zwi schen den Wafern bildet sich somit eine temperaturstabile und mechanisch stabile Verbindung aus, die mittels Flusssäure wieder ablösbar ist. Problematisch daran ist jedoch, dass das Bonden und Wiederablösen der beiden Wafer - insbesondere bei sehr großen Waferdurchmessern - außerordentlich lange dauert. Dies liegt daran, dass die oxidierende Atmosphäre zur Erzeu gung des Siliziumdioxides sowie die Flusssäure zum Ablösen des Siliziumdioxides nur sehr langsam über die Gräben ein dringen kann. Der in der US 6,127,243 beschrieben Prozess ist daher zur Serienfertigung von dünnen Wafern aus Effizienz gründen nicht sehr praktikabel.No. 6,127,243 describes a method for bonding two Wa described from afar. In one surface of one of those wafers who the trenches. Then the two wafers positively placed on top of each other and then a temperature subjected to treatment in an oxidizing atmosphere. Zwi between the wafers, a temperature-stable and mechanically stable connection made using hydrofluoric acid is removable again. The problem with this, however, is that Bonding and redetachment of the two wafers - especially at very large wafer diameters - takes an extraordinarily long time. This is because the oxidizing atmosphere creates supply of the silicon dioxide as well as the hydrofluoric acid to detach of silicon dioxide enters the trenches very slowly can penetrate. The process described in US 6,127,243 is therefore for the serial production of thin wafers for efficiency are not very practical.
In der japanischen Patentanmeldung JP 63-168054 A ist eine Anordnung mit einem Substrat 21 und einer Siliziumplatte 24, die mittels eines Oxidfilm 27 zusammengehalten werden, offen bart. Die Siliziumplatte 24 weist durchgehende Löcher auf, die bis zum Oxidfilm 27 reichen. Diese Löcher bilden nach ei nem anschließenden Zersägen dieser Halbleiterstruktur die Be standteile eines Drucksensors.In Japanese patent application JP 63-168054 A an arrangement with a substrate 21 and a silicon plate 24 , which are held together by means of an oxide film 27 , is openly bearded. The silicon plate 24 has through holes which extend to the oxide film 27 . After a subsequent sawing of this semiconductor structure, these holes form the components of a pressure sensor.
In dem US-Patent US 4,962,062 werden zwei Siliziumwafer mit tels sehr hoher Temperatur quasi zu einer einzigen Einheit unlösbar verschmolzen. Ein Ablösen nach deren Zusammenfügen ist ohne Zerstörung der Strukturen nicht mehr möglich. Diese Strukturen dienen bei einem anschließenden Prozessieren der Aufnahme der Elemente einer integrierten Schaltung.In the US patent US 4,962,062 two silicon wafers are used very high temperature into a single unit fused indissolubly. A detachment after merging them is no longer possible without destroying the structures. This Structures are used in subsequent processing of the Inclusion of the elements of an integrated circuit.
In der deutschen Patentschrift DE 100 29 035 C1 sind zwei Wa fer beschrieben, die mittels eines Dielektrikums quasi um hüllt und so fixiert werden. Das Dielektrikum haftet jedoch lediglich auf seiner einen Seite, wohingegen die andere Seite des Dielektrikums nach außen gerichtet ist und somit keine Zusammenhaltekräfte entfaltet. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass diese Struktur eine geringe mechanische sowie eine geringe Temperaturstabilität aufweist. Dass heißt, die beiden von dem Oxidfilm zusammen gehaltenen Wafer lassen sich auch ohne Ätzmedium durch geringe mechanische Kräfte sehr leicht voneinander lösen.In the German patent DE 100 29 035 C1 two Wa fer described, the quasi by means of a dielectric envelops and so fixed. However, the dielectric adheres only on one side, whereas the other side of the dielectric is directed outwards and therefore none Cohesive forces unfolded. A disadvantage of this arrangement is that this structure has a low mechanical as well as a has low temperature stability. That means the two wafers held together by the oxide film can also be very easy without etching medium due to low mechanical forces separate from each other.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 29 791 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen Verbindung zwischen zwei Wafern beschrieben, bei dem in die Oberfläche des einen Wafers Gräben eingebracht werden. An die Grabenwände wird ei ne Flüssigglasverbindung aufgebracht, die die beiden Wafer bei einem Übereinanderlegen zusammenhalten soll. Das Wieder ablösen erfolgt mittels Zwischenräumen, die in den Gräben verbleiben. Da hier ein Ätzangriff lediglich lateral über die Oberfläche erfolgen kann, ist dieses Verfahren insbesondere bei sehr großen Wafern sehr langwierig und somit wirtschaft lich nicht sehr interessant. Darüber hinaus werden auch hier die Wafer lediglich durch eine einseitig haftende Verbindung zusammengehalten, die mechanisch nicht sehr stabil ist.In German published patent application DE 100 29 791 A1 there is a Process for establishing a stable connection between described two wafers, one in the surface of the Wafers trenches are introduced. On the walls of the ditch ne liquid glass compound applied to the two wafers hold together when stacked. That again detachment takes place by means of gaps in the trenches remain. Since here an etching attack is only lateral to the This method is particularly useful very long for very large wafers and therefore economical not very interesting. In addition, here too the wafers only by a one-sided adhesive connection held together, which is not mechanically very stable.
Halbleiterstrukturen mit durchgehenden Löchern sind auch in den deutschen Offenlegungsschriften DE 100 47 963 A1 und DE 198 42 419 A1 beschrieben.Semiconductor structures with through holes are also in the German laid-open documents DE 100 47 963 A1 and DE 198 42 419 A1.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise eine hochtemperaturstabile, wiederablösba re Verbindung zwischen zwei Wafern bereitzustellen.The present invention is therefore based on the object in a simple way a high temperature stable, removable re connection between two wafers.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 19 gelöst.According to the invention, this object is achieved with an arrangement the features of claim 1 and a method with the Features of claim 19 solved.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen und der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung zu entnehmen.Further advantageous refinements and developments of The inventive method are the dependent claims and the Description can be found with reference to the drawing.
Durch das vorliegende 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, sogenannte Produktwafer anschließend unter Verwendung der herkömmlichen Halbleiter technologie weiter prozessiert werden kann. Für die weitere Verarbeitung des Produktwafers, selbst wenn dieser sehr dünn ist, können vorteilhafterweise sämtliche bereits vorhandene Fertigungsmaschinen der Halbleitertechnologie ohne konstruk tive Umgestaltung, was ggf. zur Handhabung von dünn geschlif fenen Wafer erforderlich wäre, herangezogen werden. Der be sondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, dass die miteinander durch eine Siliziumdioxidschicht verbundenen Wafer sehr einfach - beispielsweise durch eine Flusssäureverbindung - wieder voneinander gelöst werden kön nen. Das Ablösen ist im Vergleich zu bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik schnell, einfach und damit billig und darüber hinaus mechanisch unkritisch.The present method can be used according to the invention in a very simple way but nevertheless very effective two wafers mechanically stable and high temperature stable with connect each other in such a way that the so-called product wafer then using conventional semiconductors technology can be processed further. For the further Processing of the product wafer, even if it is very thin is, advantageously all that already exist Manufacturing machines of semiconductor technology without construct tive remodeling, what if necessary for handling thinly ground open wafer would be required. The be There is also a particular advantage of the present invention in that the one another through a silicon dioxide layer connected wafers very easily - for example by a Hydrofluoric acid compound - can be separated from each other again NEN. The detachment is compared to known methods the state of the art quickly, easily and therefore cheaply and mechanically uncritical.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich auch da durch, dass der die Gräben und Löcher aufweisende Produktwa fer beliebig häufig wiederverwendbar ist, dass heißt die Strukturierung des Produktwafers muss nur ein einziges Mal durchgeführt werden.There is also a particular advantage of the invention through that the product having the trenches and holes is reusable any number of times, that is the Structuring of the product wafer only has to be done once be performed.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is described below with reference to the figures of the Exemplary embodiments illustrated in the drawing.
Es zeigt hier:It shows here:
Fig. 1 in einem schematisierten Teilschnitt und einer Draufsicht einen Trägerwafer, der Ausnehmungen an beiden Oberflächen aufweist;Which Figure 1 in a schematic partial section and a plan view of a carrier wafer having recesses on both surfaces.
Fig. 2 in einem schematisierten Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wafer anordnung bestehen aus zwei sandwichartig aufeinan der angeordneter Wafer; Fig. 2 in a schematic cross section a first embodiment of a wafer arrangement according to the invention consist of two sandwiched on the arranged wafer;
Fig. 3 in einem schematisierten Querschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wafer anordnung bestehen aus zwei sandwichartig aufeinan der angeordneter Wafer; Fig. 3 in a schematic cross section a second embodiment of a wafer arrangement according to the invention consist of two sandwiched on the arranged wafer;
Fig. 4 anhand mehrerer Querschnitte (a)-(f) ein erfin dungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer erfin dungsgemäßen Waferanordnung; Fig. 4 based on several cross-sections (a) - (f) an inventive method for producing an inventive wafer arrangement;
Fig. 5 anhand einer Draufsicht auf die Rückseite des Trä gerwafers eine vorteilhafte Ausgestaltung der Lö cher. Fig. 5 based on a plan view of the back of the Gerwafers Trä an advantageous embodiment of the holes.
In allen Figuren der Zeichnung sind - sofern nichts anderes angegeben ist - gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In all figures of the drawing are - unless otherwise is specified - same or functionally identical elements with provided with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt einen schematisierten Teilschnitt (a) und eine Draufsicht (b) auf die Vorderseite eines mit Bezugszeichen 1 versehenen Trägerwafers. Der Trägerwafer 1 besteht vorteil hafterweise aus einem oxidierbaren Halbleiterkörper - bei spielsweise aus Silizium oder Siliziumkarbid. Der Trägerwafer 1 weist eine erste, vorderseitige Oberfläche 4 auf, in die Gräben 2 eingebracht sind. Die erste Oberfläche 4 ist vor teilhafterweise, jedoch nicht notwendigerweise möglichst eben und poliert. Die Gräben 2 können in die Oberfläche 4 des Trä gerwafer 1 in üblicher Weise durch nasschemisches oder tro ckenchemisches Ätzen eingebracht werden oder sonst wie ausge spart werden, wozu typischerweise die Fotolack- und Ätztech nik herangezogen wird. Die Gräben 2 sind sich vorteilhafter weise über die gesamte Oberfläche 4 des Trägerwafers 1 ver teilt. Obwohl in der Fig. 1 die Gräben 2 jeweils parallel zueinander angeordnet sind, ist diese parallele Anordnung keinesfalls notwendig: Die Gräben 2 können vielmehr auch schräg oder über Kreuz zueinander verlaufen 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. Fig. 1 shows a schematic partial section (a) and a plan view (b) on the front provided with a reference numeral 1 the carrier wafer. The carrier wafer 1 advantageously consists of an oxidizable semiconductor body - for example of silicon or silicon carbide. The carrier wafer 1 has a first, front-side surface 4 , into which trenches 2 are made. The first surface 4 is geous, but not necessarily as flat and polished as possible. The trenches 2 can be introduced into the surface 4 of the carrier wafer 1 in a conventional manner by wet chemical or dry chemical etching or otherwise saved, for which purpose typically the photoresist and etching technology is used. The trenches 2 are advantageously divided over the entire surface 4 of the carrier wafer 1 . Although the trenches 2 are each arranged parallel to one another in FIG. 1, this parallel arrangement is by no means necessary: the trenches 2 can also run obliquely or crosswise to one another or can be arranged more or less “at random”. Any arrangement of the trenches 2 in the plane of the surface 4 of the carrier wafer 1 would thus be conceivable.
Die Gräben 2 weisen eine Grabentiefe t1 von jeweils typi scherweise 2 bis 10 µm auf und sind voneinander in einem ty pischen Abstand a1 von 1 und 10 µm angeordnet. Die Graben breite d1 bewegt sich in einem üblichen Bereich zwischen 10 nm bis 1 µm. Jedoch wären auch größere oder kleinere Tiefen t1, Breiten d1 und Abstände a1 denkbar. Die Gräben 2 weisen im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ein rechteckförmiges Profil auf. Selbstverständlich sind auch andere Grabenprofile, zum Beispiel ein trapezförmiges, V-förmiges, U-förmiges, halbrun des, halbovales, quadratisches, mehreckiges oder ähnliches Profil denkbar. The trenches 2 have a trench depth t1 of typically 2 to 10 μm each and are arranged at a typical distance a1 of 1 and 10 μm from one another. The trench width d1 is in a typical range between 10 nm and 1 µm. However, larger or smaller depths t1, widths d1 and distances a1 would also be conceivable. In the exemplary embodiment in FIG. 1, the trenches 2 have a rectangular profile. Of course, other trench profiles, for example a trapezoidal, V-shaped, U-shaped, half-round, semi-oval, square, polygonal or similar profile are also conceivable.
In die zweite, rückseitige Oberfläche 3 des Trägerwafers 1 sind kreisrunde Löcher 5 bis in eine Tiefe t2 in den Halblei terkörper des Trägerwafers 1 eingebracht, wobei die Löcher 5 einen Lochdurchmesser d2 aufweisen. Die Löcher 5 sind jeweils in Reihen entlang der zweiten Oberfläche 3 angeordnet. Die Stegbreite a2 ergibt sich aus dem Abstand a2 benachbarter Lö cher 5. Die Löcher 5 benachbarter Reihen sind darüber hinaus gegeneinander versetzt. Die Löcher 5 müssen jedoch nicht not wendigerweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, viel mehr können die Löcher 5 auch oval, quadratisch, hexagonal, streifenförmig, mehreckig oder mehr oder weniger beliebig ausgebildet sein. Wenngleich in Fig. 1 ein zylinderförmiges Profil der Löcher 5 dargestellt ist, wäre jedoch auch ein den Gräben 2 vergleichbares Profil denkbar.In the second, rear surface 3 of the carrier wafer 1 , circular holes 5 are introduced to a depth t2 in the semiconductor body of the carrier wafer 1 , the holes 5 having a hole diameter d2. The holes 5 are each arranged in rows along the second surface 3 . The web width a2 results from the distance a2 between adjacent holes 5 . The holes 5 of adjacent rows are also offset from one another. However, the holes 5 do not necessarily have to have a circular cross section; much more, the holes 5 can also be oval, square, hexagonal, strip-shaped, polygonal or more or less arbitrary. Although a cylindrical profile of the holes 5 is shown in FIG. 1, a profile comparable to the trenches 2 would also be conceivable.
Von Bedeutung ist hier zum einen, dass die Tiefen t1, t2 von Gräben 2 und Löchern 5 größer ist als die Dicke t des Träger wafers 1, d. h. t ≦ t1 + t2. Nur dann ist sicher gestellt, dass Gräben 2 und Löcher 5 auch miteinander verbunden sein können. Wesentlich ist ferner, dass die Form der Löcher 5 bzw. deren Durchmesser d2 derart gewählt wird, dass jeder Graben 2 auch zumindest an jeweils einem dieser Löcher 5 an geschlossen ist. Im Falle streifenförmiger Gräben 2 und run der Löcher 5, entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbei spiel, sollte also der Durchmesser d2 der Löcher 5 zumindest so groß sein wie der Abstand a1 der Gräben 2 zueinander. Fer ner sollte der Lochabstand a2 kleiner als der Abstand a1 der Gräben 2 sein. Bei einer solchen Dimensionierung von Löchern 5 und Gräben 2 wird eine durchgehend offene Verbindung von der ersten Oberfläche 4 zur zweiten Oberfläche 3 gewährleis tet.It is important here on the one hand that the depths t1, t2 of trenches 2 and holes 5 are greater than the thickness t of the carrier wafer 1 , ie t t t1 + t2. Only then is it ensured that trenches 2 and holes 5 can also be connected to one another. It is also essential that the shape of the holes 5 or their diameter d2 is chosen such that each trench 2 is also closed at least at one of these holes 5 . In the case of strip-shaped trenches 2 and run of the holes 5 , according to the present exemplary embodiment, the diameter d2 of the holes 5 should be at least as large as the distance a1 of the trenches 2 from one another. Furthermore, the hole spacing a2 should be smaller than the distance a1 of the trenches 2 . With such dimensioning of holes 5 and trenches 2 , a continuously open connection from the first surface 4 to the second surface 3 is guaranteed.
Fig. 2 zeigt in einem schematisierten Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Waferanordnung. Die mit 10 bezeichnete Waferanordnung weist einen Trägerwafer 1 entsprechend Fig. 1 sowie einen zweiten, sogenannten Pro duktwafer 11 auf. Die beiden Wafer 1, 11 sind jeweils mit ih rer ersten Oberfläche 4, 12 übereinander angeordnet. Typi scherweise weisen die beiden Wafer 1, 11 jeweils die gleiche Form auf und liegen daher möglichst formschlüssig übereinan der. Die erste Oberfläche 12 des Produktwafers 11 bildet des sen Rückseite, wohingegen in dessen zweite Oberfläche 16 mit tels nicht näher beschriebener Prozessschritte die Halblei terstrukturen der entsprechenden Halbleiterbauelemente einge bracht werden. Zwischen den beiden Wafern 1, 11 ist ferner eine an beide Oberflächen 4, 12 angrenzende und die Wafer 1, 11 voneinander beabstandende Schicht 13 vorgesehen. Im Falle des Trägerwafers 1 reicht diese Schicht 13 auch geringfügig in die Gräben 2 hinein und erzeugt in den übrigen Bereichen des Grabens 2 somit einen Hohlraum. Fig. 2 shows a first embodiment of a wafer assembly according to the invention in a schematic cross-section. The wafer arrangement designated 10 has a carrier wafer 1 corresponding to FIG. 1 and a second, so-called product wafer 11 . The two wafers 1 , 11 are each arranged one above the other with ih rer first surface 4 , 12 . Typically, the two wafers 1 , 11 each have the same shape and therefore lie one above the other in a form-fitting manner. The first surface 12 of the product wafer 11 forms the rear side thereof, whereas in its second surface 16 the semiconductor structures of the corresponding semiconductor components are introduced by means of process steps not described in detail. Between the two wafers 1 , 11 there is also a layer 13 adjacent to both surfaces 4 , 12 and spacing the wafers 1 , 11 apart. In the case of the carrier wafer 1, this layer 13 also extends slightly into the trenches 2 and thus creates a cavity in the other regions of the trench 2 .
Fig. 3 zeigt in einem schematisierten Querschnitt ein zwei tes Ausführungsbeispiel der Waferanordnung 10. Im Unterschied zu Fig. 2 grenzt hier ein dünnes Dielektrikum 14, 15 an bei de Oberflächen 4, 12 von Produktwafer 11 und Trägerwafer 1, so dass die beiden Wafer 1, 11 nun von den beiden dielektri schen Schichten 14, 15 sowie der Schicht 12 beabstandet wer den. Die dielektrischen Schichten 14, 15 sind hier als ther misches Oxid (Siliziumdioxid, SiO2) ausgebildet. Mittels die ses thermischen Oxides 14, 15 wird das Verbinden der beiden Wafer 1, 11 beim Waferbonding noch unterstützt. Fig. 3 shows a schematic cross-section a two-th embodiment, the wafer assembly 10. In contrast to Fig. 2 adjoins here a thin dielectric 14, 15 on to de surfaces 4, 12 of product wafer 11 and carrier wafer 1 so that the two wafers 1, 11 now from the two dielektri rule layers 14, 15 and the layer 12 spaced who the. The dielectric layers 14 , 15 are formed here as a thermal oxide (silicon dioxide, SiO 2 ). The connection of the two wafers 1 , 11 during wafer bonding is further supported by means of the thermal oxides 14 , 15 .
Mittels Waferbonding lässt sich unter Zwischenschaltung der Schichten 13-15 eine Bondverbindung 21 schaffen, die die beiden Wafer 1, 11 mechanisch und Hochtemperatur stabil sowie wiederablösbar zusammenhält. In den Beispielen der Fig. 2 und 3 besteht die Schicht 13 aus Fliessglas. Unter Fliessglas ist im Allgemeinen eine dielektrische Schicht zu verstehen, die bei Raumtemperatur zunächst flüssig ist, die Siliziumdi oxid enthält und die bei Erwärmung oder Erhitzung erstarrt und fest wird. Im Hinblick auf die besonderen Reinheitsan sprüche der Mikroelektronik bieten sich etablierte Ausgangs materialien als Fliessglasverbindungen an, die im Prinzip aus mehr oder weniger polymerisierten, hochreinen Siliziumalkoxi den bestehen. Als Fliessglas werden vorteilhafterweise hoch dotiertes BPSG (Borphosphorsilikatglas) oder gängige Spin-on- Gläser verwendet. BPSG ist bei Raumtemperatur fest, hat je doch die besondere Eigenschaft, dass es bei Temperaturen von etwa 800°C viskos wird. Diese Viskosität des BPSG reicht aus, um die gewünschte einebnende Wirkung zum Verschließen der Gräben zu erzielen. Der besondere Vorteil bei Verwendung von BPSG besteht darin, dass es mit beliebigen Dicken auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden kann, da es dort durch Abscheidung aufgebracht wird. Die Bildung einer Oxidschicht aus dem BPSG ist somit nicht wie bei gängigen Spin-on-Gläsern diffusionslimitiert. BPSG wird typischerweise mit Dicken von 1-2 µm bei etwa 400°C abgeschieden und haftet nach dem Auftra gen hervorragend auf einer Silizium-Oberfläche. Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Fliessglas in Alkohol gelöste, polymerisierte sowie teilweise durch organische Reste substi tuierte Kieselsäuremoleküle verwendet werden. Ein solches Ma terial ist beispielsweise in Butanol gelöstes Methyl- Silsesquioxan.By means of wafer bonding, with the interposition of layers 13-15, a bond connection 21 can be created, which holds the two wafers 1 , 11 together mechanically and at high temperature in a stable and removable manner. In the examples of FIGS. 2 and 3, the layer 13 consists of flow glass. Flow glass is generally to be understood as a dielectric layer which is initially liquid at room temperature, which contains silicon dioxide and which solidifies and solidifies when heated or heated. With regard to the special purity requirements of microelectronics, there are established starting materials as flow glass compounds, which in principle consist of more or less polymerized, high-purity silicon alkoxides. Highly doped BPSG (borophosphosilicate glass) or common spin-on glasses are advantageously used as the flow glass. BPSG is solid at room temperature, but has the special property that it becomes viscous at temperatures of around 800 ° C. This viscosity of the BPSG is sufficient to achieve the desired leveling effect for closing the trenches. The particular advantage of using BPSG is that it can be applied to the semiconductor body with any thickness, since it is applied there by deposition. The formation of an oxide layer from the BPSG is therefore not diffusion-limited, as is the case with conventional spin-on glasses. BPSG is typically deposited with a thickness of 1-2 µm at around 400 ° C and adheres excellently to a silicon surface after application. It is particularly advantageous if silica glasses dissolved, polymerized and partially substituted by organic residues are used as the flow glass. Such a material is, for example, methyl silsesquioxane dissolved in butanol.
Bei der Herstellung einer stabile und wiederablösbaren Ver
bindung zwischen zwei Wafern 1, 11 unter Verwendung einer An
ordnung gemäß der Fig. 2 oder 3 sind jedoch die folgenden
Randbedingungen zu beachten:
Zur Herstellung einer mechanisch und Hochtemperatur stabil
sowie wiederablösbaren Verbindung und somit zur Lösung der
eingangs genannten Aufgabe existieren die bereits anhand von
Fig. 1 erwähnten geometrischen, bei der Oberflächentopogra
phie zu beachtenden Einschränkungen. Ferner ist zu beachten,
dass die Festigkeit der Siliziumdioxidschicht 13 und somit
die angestrebte mechanisch und Hochtemperatur stabile Bond
verbindung 21 nur dann gegeben ist, wenn sie als kompakte
Schicht an beiden Oberflächen 4, 12 haftet. Hierzu ist es
vorteilhaft, wenn die Fliessglasschicht 13 in ihrem Endzu
stand möglichst durchgehend über die gesamte Oberfläche 4 des
jeweiligen Wafers 1 verteilt wird und sich vorteilhafterweise
auch teilweise in die Gräben 2 erstreckt. Andererseits müssen
besagte Gräben 2 sowie die Löcher 5 grob genug sein, so dass
in die Gräben 2 und Löcher 5 schließlich eine Flusssäurelö
sung zum Auflösen der Siliziumdioxidschichten 13-15 und so
mit zum Trennen des Trägerwafers 1 vom Produktwafer 11 ein
dringen kann. Hier ist es vorteilhaft, wenn die Gräben, so
weit dies möglich ist, ein relativ enges Raster bilden. Fer
ner muss auch der Ätzfortschritt durch hinreichend rasche Ab
diffusion der Reaktionsprodukte der Flusssäureätzung gewähr
leistet sein.When producing a stable and removable connection between two wafers 1 , 11 using an arrangement according to FIG. 2 or 3, however, the following boundary conditions must be observed:
To produce a mechanically and high-temperature stable and removable connection and thus to solve the problem mentioned above, there are the geometric limitations already mentioned with reference to FIG. 1, which must be observed in the surface topography. It should also be noted that the strength of the silicon dioxide layer 13 and thus the desired mechanically and high-temperature stable bond connection 21 is only given if it adheres to both surfaces 4 , 12 as a compact layer. For this purpose, it is advantageous if the flow glass layer 13 in its end position was distributed as continuously as possible over the entire surface 4 of the respective wafer 1 and advantageously also extends partially into the trenches 2 . On the other hand, said trenches 2 and the holes 5 must be coarse enough so that a hydrofluoric acid solution for dissolving the silicon dioxide layers 13-15 and thus for separating the carrier wafer 1 from the product wafer 11 can finally penetrate into the trenches 2 and holes 5 . Here it is advantageous if the trenches, as far as possible, form a relatively narrow grid. Furthermore, the progress of the etching must also be ensured by sufficiently rapid diffusion of the reaction products of the hydrofluoric acid etching.
Vorteilhaft ist die Anordnung möglichst vieler, schmaler Grä ben 2, um so eine gute Verschließbarkeit der Gräben 2 und da mit eine stabile Bondverbindung 21 zu gewährleisten. Um einen flächigen Ätzangriff zu erhalten, sollten also möglichst vie le schmale Gräben 2 mit engem Abstand a1 zueinander in den Trägerwafer 1 geätzt werden. Vorteilhafterweise reichen die Gräben ferner bis zum Rand 6 des Trägerwafers 1, so dass hier eine seitliche Eintrittsöffnung entsteht, in die die Ätzflüs sigkeit zusätzlich eindringen kann.The arrangement is advantageous as many, narrow Countess ben 2, so as to ensure a good sealability of the trenches 2 and there with a stable bond 21st In order to obtain a planar etching attack, as many as possible narrow trenches 2 should be etched into the carrier wafer 1 with a small distance a1 from one another. Advantageously, the trenches also extend to the edge 6 of the carrier wafer 1 , so that here there is a lateral inlet opening into which the liquid can also penetrate.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren
unter Bezugnahme auf Fig. 4 der Zeichnung näher erläutert.
Die Aufzählungszeichen entsprechen dabei den entsprechenden
Teilfiguren in Fig. 4:
The connection method according to the invention is explained in more detail below with reference to FIG. 4 of the drawing. The bullets correspond to the corresponding partial figures in FIG. 4:
- a) In die erste Oberfläche 4 des Trägerwafers 1 werden bis in eine Tiefe t1 Gräben 2 geätzt, vorteilhafterweise durch anisotropes Ätzen.a) Trenches 2 are etched into the first surface 4 of the carrier wafer 1 to a depth t1, advantageously by anisotropic etching.
- b) Auf die Oberfläche 4 des Trägerwafers 1 wird eine dünnes thermisches Oxid 14 aufgebracht.b) A thin thermal oxide 14 is applied to the surface 4 of the carrier wafer 1 .
- c) In die zweite Oberfläche 3 des Trägerwafers 1 werden bis in eine Tiefe t2 Löcher 5 derart (anisotrop) geätzt, dass die Löcher 5 und die Gräben 2 zumindest teilweise anein ander angeschlossen sind. c) In the second surface 3 of the carrier wafer 1 , holes 5 are etched (anisotropically) to a depth t2 such that the holes 5 and the trenches 2 are at least partially connected to one another.
- d) Auf die Oberfläche 4 des Trägerwafers 1 wird ein Fliess glasfilm 13 beispielsweise durch Aufschleudern oder Ab scheiden aufgebracht. Anschließend kann durch Abschleu dern, also unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft, der Großteil des Fliessglases abgeschleudert werden. Die Grä ben 2 an der Oberfläche 4 werden dadurch weitestgehend verschlossen. Ferner entsteht dadurch eine weitestgehend planare Oberfläche. Wesentlich ist, dass durch das Auf schleudern und Einebnen ein die Oberfläche 4 benetzender, durchgehender dünner Fliessglasfilm 13 entsteht, dessen Dicke d3 geeignet ist, dass sich das Material des Fliess glases unter langsamer Temperatureinwirkung in einen Si liziumdioxidfilm 13 umwandelt.d) On the surface 4 of the carrier wafer 1 , a flow glass film 13 is applied, for example, by spin coating or from deposition. Subsequently, the majority of the flow glass can be spun off by centrifugal force, i.e. using the centrifugal force. The trenches 2 on the surface 4 are thereby largely closed. This also creates a largely planar surface. It is essential that by spinning and leveling a surface 4 wetting, continuous thin flow glass film 13 is formed, the thickness d3 of which is suitable for the material of the flow glass to be converted into a silicon dioxide film 13 under slow temperature influence.
- e) Ein Produktwafer 11, auf dessen Oberfläche 12 ebenfalls ein dünnes thermisches Oxid 15 aufgebracht ist, wird be reitgestellt. Der Produktwafer wird mit seiner Oberfläche 12 auf die den Fliessglasfilm 13 enthaltende Oberfläche 4 des Trägerwafers 1 gelegt.e) A product wafer 11 , on the surface 12 of which a thin thermal oxide 15 is also applied, is provided. The product is applied to the wafer containing the fluidized glass film 13 surface 4 placed with its surface 12 of the wafer carrier. 1
- f) Die so entstandene Anordnung von Produktwafer 11 und Trä gerwafer 1 wird einer Temperaturbehandlung unterworfen. Die Temperaturbehandlung kann beispielsweise mittels ei nes aufgeheizten Chucks, einer Vielzahl von Halogenlampen 22 oder dergleichen erfolgen. Die Temperaturbehandlung wird im Falle von BPSG typischerweise bei einer Tempera tur T von etwa 800°C durchgeführt, im Falle eines Spin- on-Glases liegt die Temperatur bei etwa 120°C bis 450°C. Durch die Temperaturbehandlung entsteht aus dem Fliess glasfilm 13 ein Siliziumdioxidfilm, der eine stabile Bondverbindung 21 zwischen den beiden Wafern 1, 11 dar stellt. Während der Temperaturbehandlung wird die Wafera nordnung 10 über die Oberflächen 3, 16 vorteilhafterweise großflächig mit einem gleichförmigen Druck beaufschlagt. Der Produktwafer 11 kann dann auf herkömmliche Weise - unter Verwendung von Standardequipment - halbleitertech nologisch prozessiert werden.f) The resulting arrangement of product wafer 11 and carrier wafer 1 is subjected to a temperature treatment. The temperature treatment can be carried out, for example, by means of a heated chuck, a plurality of halogen lamps 22 or the like. In the case of BPSG, the temperature treatment is typically carried out at a temperature T of approximately 800 ° C., in the case of a spin-on glass the temperature is approximately 120 ° C. to 450 ° C. The heat treatment creates a silicon dioxide film from the flow glass film 13 , which provides a stable bond connection 21 between the two wafers 1 , 11 . During the heat treatment, the wafer arrangement 10 is advantageously subjected to a uniform pressure over the surfaces 3 , 16 over a large area. The product wafer 11 can then be processed in a conventional manner - using standard equipment - using semiconductor technology.
- g) Schließlich werden die beiden Wafer 1, 11 wieder vonein ander getrennt. Dabei wird die Waferanordnung 10 in einen Behälter 23 mit einer oxidlösenden Chemikalie (Ätzflüs sigkeit) 20 gelegt. Der Ätzangriff 24 der Ätzflüssigkeit 20 erfolgt nun von der zweiten Oberfläche 3 des Trägerwa fers 1 aus den eingeätzten Löchern 5 und Gräben 2 heraus. Die beiden Wafer 1, 11 werden voneinander getrennt, indem die Bondverbindung 21 durch die Ätzflüssigkeit 20 aufge löst wird. Vorteilhafterweise werden also die Schichten 13, 14, 15 vollständig durch die Ätzflüssigkeit 20 aufge löst. Die maximal zu ätzende Oxiddicke ist dabei gegeben durch die (maximale) Oxidschichtdicke d4 oder den halben Grabenabstand a1/2. Der Größere der beiden Werte ist pro zessbestimmend, vorausgesetzt es ist ausreichend Ätzflüs sigkeit vorhanden. Als Ätzflüssigkeit wird vorteilhafter weise eine Flusssäure enthaltende Lösung verwendet, die geeignet ist, die die beiden Wafer 1, 11 zusammenhaltende Verbindung aufzulösen.g) Finally, the two wafers 1 , 11 are separated from each other again. The wafer assembly 10 is placed in a container 23 with an oxide-dissolving chemical (Ätzflüs liquid) 20 . The etching attack 24 of the etching liquid 20 now takes place from the second surface 3 of the Trägerwa fers 1 from the etched holes 5 and trenches 2 out. The two wafers 1 , 11 are separated from one another by the bond connection 21 being released by the etching liquid 20 . Advantageously, the layers 13 , 14 , 15 are completely dissolved by the etching liquid 20 . The maximum oxide thickness to be etched is given by the (maximum) oxide layer thickness d4 or half the trench spacing a1 / 2. The larger of the two values determines the process, provided that sufficient etching liquid is available. A solution containing hydrofluoric acid is advantageously used as the etching liquid, which is suitable for dissolving the connection holding the two wafers 1 , 11 together.
Dieses soeben beschriebene Verfahren lässt sich auf verschie
dene Art und Weise abwandeln, modifizieren oder erweitern:
This procedure just described can be modified, modified or expanded in various ways:
- - Die Löcher 5 können auch erst nach der Herstellung der Bondverbindung 21 in den Trägerwafer 1 eingebracht wer den.- The holes 5 can also be introduced into the carrier wafer 1 only after the production of the bond 21 .
- - Auf die Bildung eines dünnen thermischen Oxides 14, 15 auf den Wafern 1, 11 könnte auch verzichtet werden.- The formation of a thin thermal oxide 14 , 15 on the wafers 1 , 11 could also be dispensed with.
- - Der Produktwafer 1 ist als dünner Wafer ausgebildet, d. h. er sollte eine Dicke t3 von kleiner 180 µm, insbesondere von kleiner 120 µm, aufweist. Vorteilhafterweise wird der Produktwafer 11 erste nach der Herstellung der Bondver bindung auf eine Dicke von kleiner 180 µm, insbesondere von kleiner 120 µm, geschliffen oder geätzt.- The product wafer 1 is designed as a thin wafer, ie it should have a thickness t3 of less than 180 μm, in particular less than 120 μm. Advantageously, the product wafer 11 first after the preparation of Bondver bond to a thickness of less than 180 microns, especially less than 120 microns, ground or etched.
- - Die Löcher 5 und Gräben 2 bilden jeweils ein Raster, wo bei bei der Erzeugung der Löcher 5 und Gräben 2 deren Raster vorteilhafterweise nicht aufeinander justiert sein muss. - The holes 5 and trenches 2 each form a grid, where, when the holes 5 and trenches 2 are created, their grid advantageously does not have to be aligned with one another.
- - Statt einer Ätzflüssigkeit zum Lösen der Bondverbin dung 21 kann die Waferanordnung 10 auch einer ätzenden Atmosphäre ausgesetzt werden.- Instead of an etching liquid for loosening the Bondverbin extension 21 , the wafer assembly 10 can also be exposed to an etching atmosphere.
- - Beim Wiederablösen der beiden Wafer 1, 11 wird zumindest die Oberfläche 16 des Produktwafers 11 mit einer Passi vierungsschicht bedeckt.- When re-separation of the two wafers 1, 11 at least the surface 16 of product wafer 11 with a passivation vierungsschicht covered.
- - Vor dem Ablösen kann der Produktwafer 11 vorteilhafter weise in einzelne Halbleiterbauelemente gesägt werden. Dies ist insbesondere bei einem sehr dünnen Produktwafer 11 von Vorteil, da dieser bekanntlich allein sehr schwer handhabbar und somit auch sehr schwer zu zersägen ist.- Before detaching, the product wafer 11 can advantageously be sawn into individual semiconductor components. This is particularly advantageous in the case of a very thin product wafer 11 , since it is known that this alone is very difficult to handle and therefore also very difficult to saw.
- - Im Anschluss an das Aufschleudern oder Abscheiden des Fliessglases kann alternativ auch ein Verfließprozess vorgesehen sein, der sicherstellt, dass der Fliessglas film sämtliche Oberflächenbereiche benetzt sind und die Gräben 2 zumindest teilweise mit Fliessglas gefüllt sind. Zusätzlich oder alternativ kann noch ein Planarisierungs prozess (Schleifen, Ätzen, etc.) vorgesehen sein, der ei ne ebene Waferoberfläche schafft.- Following the spinning or deposition of the flow glass, a flow process can alternatively also be provided, which ensures that the flow glass film is wetted on all surface areas and that the trenches 2 are at least partially filled with flow glass. Additionally or alternatively, a planarization process (grinding, etching, etc.) can also be provided, which creates a flat wafer surface.
- - Auf die Fliessglasschicht 13 können nach deren Aufschleu dern und Planarisierung weitere (Oxid-)Schichten, bei spielsweise durch einen TEOS-Prozess, aufgebracht werden.- After the spin coating and planarization, further (oxide) layers, for example by a TEOS process, can be applied to the flow glass layer 13 .
In Fig. 1 wurden die Löcher 5 als durchgehend offene Ausneh mungen dargestellt. Jedoch wäre es auch denkbar, dass die Lö cher 5 gewissermaßen eine waben- oder gitterförmige Struktur aufweisen. In diesem Falle bestehen die Löcher 5 aus einer Vielzahl kleiner, durchgehender Löcher 18, die durch die Ste ge 19 der Waben- bzw. Gitterstruktur begrenzt werden (siehe Fig. 5). Die Stege 19 innerhalb der Löcher 5 gewährleisten damit eine größere Stabilität des Trägerwafers 1, wodurch gleichermaßen die Löcher 5 sehr groß dimensioniert sein kön nen. Wesentlich hier ist wiederum, dass auch die kleinen Lö cher 18 so dimensioniert sein müssen, dass zum einen ein durchgehende Verbindung zwischen Wafervorderseite 4 und Wa ferrückseite 3 gewährleistet ist und darüber hinaus auch eine Ätzflüssigkeit oder -gas durch die kleinen Löcher 18 treten kann. Besonders vorteilhaft wäre es auch, wenn die gesamte Rückseite eine derartige Perforierung mit kleinen Löchern 18 aufweist. In diesem Fall könnte auf das Ätzen der Löcher 5 verzichtet werden, da deren Funktionalität bereits durch das sehr enge Raster der kleinen Löcher 18 erfüllt wird.In Fig. 1, the holes 5 have been shown as open openings. However, it would also be conceivable for the holes 5 to have a honeycomb or lattice-like structure. In this case, the holes 5 consist of a multiplicity of small, continuous holes 18 which are delimited by the webs 19 of the honeycomb or lattice structure (see FIG. 5). The webs 19 within the holes 5 thus ensure greater stability of the carrier wafer 1 , whereby the holes 5 can equally be very large. Essential here is again that the small Lö must be cher 18 dimensioned such that on the one hand, a continuous connection between the wafer front side 4 and Wa ferrückseite 3 is ensured, and it also an etching liquid or gas may also occur through the small holes 18th It would also be particularly advantageous if the entire rear side has such a perforation with small holes 18 . In this case, the etching of the holes 5 could be dispensed with, since their functionality is already fulfilled by the very narrow grid of the small holes 18 .
In einem weiteren sehr vorteilhaften, jedoch nicht in den Fi guren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel können die Gräben auch durch den gesamten Trägerwafer hindurch ge ätzt werden. Vorteilhafterweise werden die Gräben dabei an isotrop mittels nasschemischer Makroporenätzung geätzt. Die ses Verfahren der Makroporenätzung ist beispielsweise in dem Artikel von V. Lehmann "The Physics of Macropore Formation in Low Doped n-type Silicon" in Journal of the Electrochemical Society, Vol 140, Nr. 10, Oktober 1993 ausführlich beschrie ben. Bei der Makroporenätzung werden tiefe, durch den gesam ten Halbleiterwafer durchgehende Löcher in Äbhängigkeit von der Dotierung in dem Halbleiterkörper geätzt. Die Anordnung bzw. Verteilung der Makroporen über die Oberfläche ist dabei mehr oder weniger zufällig.In a further very advantageous embodiment, which is not shown in the figures of the drawing, the trenches can also be etched through the entire carrier wafer. The trenches are advantageously etched isotropically using wet chemical macroporous etching. This method of macroporous etching is described, for example, in the article by V. Lehmann "The Physics of Macropore Formation in Low Doped n-type Silicon" in the Journal of the Electrochemical Society, Vol 140 , No. 10, October 1993. In macro-pore etching, deep holes that pass through the entire semiconductor wafer are etched depending on the doping in the semiconductor body. The arrangement or distribution of the macropores over the surface is more or less random.
Ein auf diese Weise hergestellter Trägerwafer wird anschlie ßend mit einem abgeschiedenen Oxid, beispielsweise BPSG, be legt. Die Gräben bzw. Makroporen müssen dabei nicht notwendi gerweise verschlossen werden. Zum Trennen der zusammen gebon deten Wafer werden diese in ein Flüssigkeitsbad, welches bei spielsweise FAEL-Säure enthält, eingetaucht. Aufgrund des starken Konzentrationsgefälles zwischen verbrauchtem Ätzmedi um an der Ätzfront und frischem Ätzmedium im Flüssigkeitsbad kommt es zu einer schnellen Diffusion der Ätzflüssigkeit in den Makroporen und somit zu einer kontinuierlichen Auffri schung des Ätzmediums an der Ätzfront. Die zum vollständigen Trennen der beiden Wafer benötigte Zeit ergibt sich aus dem maximalen Abstand der Gräben bzw. der Makroporen voneinander und von der Dicke der zu ätzenden Oxidschicht. Wesentlich ist, dass die Anordnung und die Form der Gräben auf der Vor derseite des Trägerwafers so beschaffen ist, dass die nicht als Gräben geätzten Bereiche eine zusammenhängende Fläche er geben. Diese Einschränkung im Layout ist erforderlich, da sonst der Bondprozess an der Vorderseite des Trägerwafers ge stört wird. Das Layout der Rückseite unterliegt jedoch nicht diesen Einschränkungen, dass heißt hier könnten die Gräben bzw. Makroporen auch zusammenhängen, unterbrochen sein oder mehr oder weniger beliebig ausgestaltet sein. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt im Wegfall der Stöpseltechnik, dass heißt die Gräben müssen nicht notwendigerweise teilweise mit dem Fliesglas gefüllt sein.A carrier wafer produced in this way is then connected ßend with a deposited oxide, such as BPSG, be sets. The trenches or macropores need not necessarily be be partially closed. To separate the together These wafers are placed in a liquid bath, which contains, for example, FAEL acid, immersed. Because of the strong concentration gradient between used etching medium around on the etching front and fresh etching medium in the liquid bath there is a rapid diffusion of the etching liquid the macropores and thus to a continuous refresh the etching medium on the etching front. The complete Separation of the two wafers takes time maximum distance between the trenches or the macropores and the thickness of the oxide layer to be etched. Essential is that the arrangement and shape of the trenches on the front the side of the carrier wafer is such that it is not areas etched as trenches give. This layout limitation is necessary because otherwise the bond process on the front of the carrier wafer is disturbed. However, the layout of the back is not subject these restrictions, that means here the trenches or macropores are also related, interrupted or be designed more or less arbitrarily. The advantage this procedure lies in the elimination of the stopper technique that means that the trenches do not necessarily have to be part of it be filled with the flowing glass.
Es wäre auch denkbar, dass der Trägerwafer 1 lediglich Gräben 2 (oder Löcher 5) aufweist, die dann aber durch den Trägerwa fer 1 durchgehend ausgebildet sind. Es wäre ferner denkbar, wenn zusätzlich oder alternativ in die erste Oberfläche 12 des Produktwafers 11 Gräben eingebracht werden.It would also be conceivable that the carrier wafer 1 only has trenches 2 (or holes 5 ), which are then formed continuously by the carrier wafer 1 . It would also be conceivable if, additionally or alternatively, trenches are made in the first surface 12 of the product wafer 11 .
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurden Herstel lungsverfahren und Aufbau einer Waferanordnung bestehend aus einem Trägerwafer 1 und einem dünnen Produktwafer 11 be schrieben. Die Erfindung sei jedoch nicht ausschließlich auf dünne Produktwafer 11 beschränkt, sondern ist selbstverständ lich auch bei nicht dünn geschliffenen Wafern vorteilhaft einsetzbar.In the above exemplary embodiments, manufacturing methods and construction of a wafer arrangement consisting of a carrier wafer 1 and a thin product wafer 11 have been described . However, the invention is not limited exclusively to thin product wafers 11 , but can of course also be used advantageously with wafers that are not thinly ground.
Die Erfindung sei ferner nicht ausschließlich auf oxidierbare Halbleiterkörper, wie zum Beispiel Silizium oder Siliziumkar bid, beschränkt, sondern lässt sich auch auf beliebige Halb leiterkörper, die mittels einer Bondverbindungen 21 zusammen gehalten werden sollen, erweitern. Ferner sei die Erfindung .nicht auf ein Fliessglas als die beiden Wafer verbindende Schicht beschränkt, sondern lässt sich selbstverständlich auch mit anderen Materialien, die durch ein geeignetes Ätzme dium wieder ablösbar sind, erweitern.The invention is furthermore not limited exclusively to oxidizable semiconductor bodies, such as silicon or silicon carbide, but can also be extended to any semiconductor bodies that are to be held together by means of a bond connection 21 . Furthermore, the invention is not limited to a flow glass as the layer connecting the two wafers, but can of course also be expanded with other materials which can be removed again by means of a suitable etching medium.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch das er findungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Waferan ordnung auf sehr einfache Weise eine hochtemperaturstabile, wiederablösbare Bondverbindung bereitgestellt wird, so dass zur Bearbeitung dünn geschliffener Wafer die herkömmlichen Gerätschaften der Silizium-Halbleitertechnologie nahezu ohne konstruktive Umgestaltung in gebräuchlicher Art und Weise he rangezogen werden können, ohne dass gleichzeitig die Nachtei le von Verfahren und Waferanordnungen nach dem Stand der Technik in Kauf genommen werden müssten.In summary, it can be said that through the inventive method and the wafer according to the invention order in a very simple way a high temperature stable, removable bond connection is provided so that the conventional ones for processing thinly ground wafers Devices of silicon semiconductor technology almost without constructive redesign in the usual way he can be drawn without the disadvantage le of methods and wafer arrangements according to the prior art Technology would have to be accepted.
Die Erfindung sei nicht ausschließlich auf die Ausführungs beispiele der Fig. 1 bis 5 beschränkt. Vielmehr lässt sich die vorliegende Erfindung durch Variation der geometrischen Form der Gräben und/oder der Löcher sowie deren Anordnung re lativ zueinander im Rahmen des fachmännischen Handelns und Wissens in mannigfaltigen Ausführungsformen und Abwandlungen realisieren. The invention is not limited to the execution examples of FIGS. 1 to 5. Rather, the present invention can be realized by varying the geometric shape of the trenches and / or the holes and their arrangement relative to one another within the scope of professional action and knowledge in a variety of embodiments and modifications.
11
Trägerwafer
carrier wafer
22
Gräben
trenches
33
zweite, rückseitige Oberfläche
second, back surface
44
erste, vorderseitige Oberfläche
first, front surface
55
Löcher
holes
66
Rand
edge
1010
Waferanordnung
wafer assembly
1111
Produktwafer
product wafers
1212
erste, rückseitige Oberfläche
first, back surface
1313
Schicht, Fliessglasschicht
Layer, flow glass layer
1414
, .
1515
Dielektrikum, dünne Siliziumdioxidschicht
Dielectric, thin silicon dioxide layer
1616
zweite, vorderseitige Oberfläche
second, front surface
1818
kleine Löcher
small holes
1919
Stege
Stege
2020
oxidlösende Chemikalie, Ätzflüssigkeit
oxide-dissolving chemical, etching liquid
2121
Bondverbindung
bond
2222
Halogenlampen, Temperaturquelle
Halogen lamps, temperature source
2323
Behälter
container
2424
Ätzangriff
a1 Grabenabstand
a2 Stegbreite
d1 Grabenbreite
d2 Lochdurchmesser
d3 Schichtdicke
d4 Oxidschichtdicke
t Waferdicke des Trägerwafers
t1 Grabentiefe
t2 Löchertiefe
t3 Waferdicke des Produktwafers
etching attack
a1 trench spacing
a2 bridge width
d1 trench width
d2 hole diameter
d3 layer thickness
d4 oxide layer thickness
t wafer thickness of the carrier wafer
t1 trench depth
t2 hole depth
t3 wafer thickness of the product wafer
Claims (33)
mit einem ersten Wafer (1), in dessen erste Oberfläche (4) erste Ausnehmungen (2) und in dessen zweite Oberfläche zweite Ausnehmungen (5) eingebracht sind, die jeweils zumindest teil weise Teil von durchgehenden Verbindungen (2, 5) zwischen der ersten und zweiten Oberfläche (3) des ersten Wafers (1) sind und die ersten Ausnehmungen (2) sich über die gesamte erste Oberfläche (4) des ersten Wafers (1) erstrecken,
mit einem zweiten Wafer (5),
mit einer temperaturstabilen, wiederablösbaren Bondverbindung (21), die mindestens eine zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer (1, 11) angeordnete und diese voneinander beabstandende Schicht (13, 14, 15), insbesondere dielektrische Schicht, aufweist und die die erste Oberfläche (4) des ersten Wafers (1) mit einer ersten Oberfläche (12) des zweiten Wafers (11) durch Waferbonding verbindet. 1. wafer arrangement,
with a first wafer ( 1 ), in whose first surface ( 4 ) first recesses ( 2 ) and in the second surface second recesses ( 5 ) are made, each of which is at least partially part of continuous connections ( 2 , 5 ) between the first and second surface ( 3 ) of the first wafer ( 1 ) and the first recesses ( 2 ) extend over the entire first surface ( 4 ) of the first wafer ( 1 ),
with a second wafer ( 5 ),
With a temperature-stable, releasable bond connection ( 21 ), which has at least one layer ( 13 , 14 , 15 ), in particular dielectric layer, arranged between the first and second wafers ( 1 , 11 ) and spacing them apart, and which has the first surface ( 4 ) of the first wafer ( 1 ) with a first surface ( 12 ) of the second wafer ( 11 ) by wafer bonding.
- A) Ein erster und ein zweiter Wafer (1, 11) werden bereitge stellt;
- B) In eine erste Oberfläche (4) des ersten Wafers (1) wer den erste Ausnehmungen (2) und in dessen zweite Oberfläche zweite Ausnehmungen (5) eingebracht, die jeweils zumindest teilweise durchgehende Verbindungen zwischen der ersten und zweiten Oberflä che (3) des ersten Wafers (1) bilden, und sich die ersten Ausnehmungen (2) über die gesamte erste Oberfläche (4) des ersten Wafers (1) erstrecken;
- C) Auf die erste Oberfläche (4) des ersten Wafers (1) oder auf eine erste Oberfläche (12) des zweiten Wafers (11) wird eine Fliessglasschicht (13) aufgebracht;
- D) Der erste und zweite Wafer (1, 11) werden jeweils mit de ren erster Oberfläche (4, 12) benachbart derart überein andergelegt, dass eine zumindest teilweise Bedeckung ent steht;
- E) Zur Erzeugung einer Bondverbindung (21) wird eine Tempe raturbehandlung vorgenommen;
- F) Ablösen des ersten vom zweiten Wafer (1, 11), indem ein Ätzmedium von der zweiten Oberfläche (3) des ersten Wa fers (1) her durch die zweiten und ersten Ausnehmungen (5, 2) hindurch zur Bondverbindung (21) gelangt.
- A) A first and a second wafer ( 1 , 11 ) are provided;
- B) In a first surface ( 4 ) of the first wafer ( 1 ) who introduced the first recesses ( 2 ) and in the second surface second recesses ( 5 ), the at least partially continuous connections between the first and second surface ( 3 ) form the first wafer ( 1 ), and the first recesses ( 2 ) extend over the entire first surface ( 4 ) of the first wafer ( 1 );
- C) A flow glass layer ( 13 ) is applied to the first surface ( 4 ) of the first wafer ( 1 ) or to a first surface ( 12 ) of the second wafer ( 11 );
- D) The first and second wafers ( 1 , 11 ) are placed one above the other with their first surface ( 4 , 12 ) in such a way that there is at least partial covering;
- E) To produce a bond ( 21 ), a temperature treatment is carried out;
- F) Detaching the first from the second wafer ( 1 , 11 ) by an etching medium coming from the second surface ( 3 ) of the first wafer ( 1 ) through the second and first recesses ( 5 , 2 ) to the bond connection ( 21 ) ,
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