DE102004012013B4 - wafer assembly - Google Patents

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Abstract

Waferanordnung mit – zwei übereinanderliegenden Wafern, zwischen denen sich ein Kontaktbereich (15) befindet, wobei die Wafer an ausgewählten Verbindungspunkten (21, 31) ihres Kontaktbereichs (15) miteinander verbunden sind, wobei – wenigstens einer der Wafer (11, 12) mindestens eines der Halbleitermaterialien Silizium, Germanium, Galliumarsenid, InP, GaP oder eines der Metalle Mo, Cu, CuW oder ein keramisches Material enthält, – wenigstens einer der Wafer (11, 12) eine Mehrzahl von Einzelschichten umfasst, wenigstens eine der Einzelschichten eine epitaktisch aufgebrachte Schicht ist, und wenigstens eine der Einzelschichten Teil eines optoelektronischen Bauelements ist, – wenigstens ein Material (13, 14) zwischen den Wafern (11, 12) eine mechanische Verbindung zwischen den Wafern (11, 12) herstellt, und – die beiden Wafer (11, 12) nur in den ausgewählten Verbindungspunkten (21, 31) des Kontaktbereichs (15) miteinander verbunden sind, wobei neben den Verbindungspunkten (31) auch verbindungsfreie Bereiche (22, 32) des Kontaktbereichs (15) vorhanden sind, an denen keine Verbindung zwischen den beiden Wafern (11, 12) besteht.Wafer arrangement with - two superimposed wafers, between which a contact region (15) is located, wherein the wafers at selected connection points (21, 31) of their contact area (15) are interconnected, wherein - at least one of the wafer (11, 12) at least one the semiconductor materials comprise silicon, germanium, gallium arsenide, InP, GaP or one of the metals Mo, Cu, CuW or a ceramic material, - at least one of the wafers (11, 12) comprises a plurality of individual layers, at least one of the individual layers comprises an epitaxially applied layer at least one of the individual layers is part of an optoelectronic component, - at least one material (13, 14) between the wafers (11, 12) establishes a mechanical connection between the wafers (11, 12), and - the two wafers (11 , 12) are interconnected only in the selected connection points (21, 31) of the contact region (15), wherein besides the connection points (31 ) also connection-free areas (22, 32) of the contact area (15) are present, where there is no connection between the two wafers (11, 12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Waferanordnung.The invention relates to a wafer arrangement.

Aus der Druckschrift US 6 284 998 B1 ist ein Verfahren zum Auflöten eines elektronischen Bauelements auf ein dielektrisches Substrat bekannt. Auf einer Oberfläche des Substrats sind dazu mindestens zwei Anschlussstellen aus Metall vorgegeben, die jeweils mit Lötpaste bedeckt werden. Im Folgenden werden die Anschlüsse des elektronischen Bauelements mit den Anschlussstellen auf dem Substrat in Kontakt gebracht. Der Strahl eines Diodenlasers wird dann so lange durch die, den Anschlussstellen gegenüberliegende, Seite des Substrats auf jeweils eine der metallischen Anschlussstellen gerichtet, bis die Lötpaste auf der Anschlussstelle schmilzt. Die Wellenlänge des Laserstrahls wird dabei so gewählt, dass die Laserenergie hauptsächlich von der Anschlussstelle und nicht vom dielektrischen Substrat absorbiert wird.From the publication US Pat. No. 6,284,998 B1 For example, a method of soldering an electronic device to a dielectric substrate is known. For this purpose, at least two connection points made of metal, which are each covered with soldering paste, are provided on a surface of the substrate. In the following, the connections of the electronic component are brought into contact with the connection locations on the substrate. The beam of a diode laser is then directed through the side of the substrate opposite the connection points to one of the metallic connection points until the soldering paste melts on the connection point. The wavelength of the laser beam is chosen so that the laser energy is absorbed mainly by the junction and not by the dielectric substrate.

Nach Abkühlen der Anschlussstelle besteht eine Lötverbindung zwischen der Anschlussstelle und dem Anschluss des elektronischen Bauelements.After cooling the connection point there is a solder connection between the connection point and the connection of the electronic component.

Die Druckschrift DE 103 03 978 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, bei dem ein Dünnfilmhalbleiterkörper auf einen Träger gelötet wird. Dazu werden jeweils auf Dünnfilmhalbleiterkörper und Träger Lötmetalle aufgebracht. Dünnfilmhalbleiterkörper und Träger werden dann unter erhöhtem Druck, bei einer Temperatur, die über dem Schmelzpunkt der beteiligten Lötmetalle liegt, zusammengefügt.The publication DE 103 03 978 A1 describes a method for manufacturing a semiconductor device in which a thin-film semiconductor body is soldered onto a carrier. For this purpose, solder metals are respectively applied to the thin-film semiconductor body and carrier. Thin film semiconductor body and carrier are then joined together under elevated pressure at a temperature above the melting point of the solders involved.

Die Druckschrift US 5 500 540 A beschreibt eine optoelektronische Anordnung auf Wafer-Ebene.The publication US 5 500 540 A describes an optoelectronic arrangement on the wafer level.

Die Druckschrift EP 0 981 159 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Systems.The publication EP 0 981 159 A1 describes a method for producing a microelectronic system.

Die Druckschrift EP 1 369 912 A2 beschreibt ein Verfahren zur Flip-Chipmontage unter Verwendung eines Laserstrahls.The publication EP 1 369 912 A2 describes a method of flip-chip mounting using a laser beam.

Die Druckschrift DE 42 19 132 A1 ein Verfahren zum Verbinden von Wafern.The publication DE 42 19 132 A1 a method of joining wafers.

Die Druckschrift US 2002/0 076 902 A1 ein Verfahren zum Verbinden von Wafern.The publication US 2002/0 076 902 A1 a method of joining wafers.

Die Druckschrift US 5 481 082 A ein Verfahren zum Verbinden optoelektronischer Elemente.The publication US 5,481,082 A a method for connecting optoelectronic elements.

Die Druckschrift EP 0 232 935 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils.The publication EP 0 232 935 A1 a method of manufacturing a semiconductor device.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Waferanordnung anzugeben.The object of the present invention is to specify a wafer arrangement.

Diese Aufgaben wird durch die Waferanordnung nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Ein Verfahren zum Verbinden zweier Wafer wird im Folgenden zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Waferanordnung beschrieben.These objects are achieved by the wafer arrangement according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims. A method for connecting two wafers is described below for a better understanding of the wafer arrangement according to the invention.

Es wird ein Verfahren für das Verbinden zweier Wafer beschrieben. Dazu wird zwischen den beiden Wafern ein Kontaktbereich gebildet, indem die beiden Wafer übereinander gelegt werden.A method for connecting two wafers will be described. For this purpose, a contact area is formed between the two wafers by placing the two wafers on top of each other.

Die Verbindung zwischen den Wafern findet durch ein örtlich und zeitlich begrenztes Erhitzen des Kontaktbereichs der beiden Wafer statt.The connection between the wafers takes place by a local and temporal heating of the contact area of the two wafers.

Örtlich begrenztes Erhitzen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine nennenswerte Erwärmung der Wafer in einer Richtung parallel oder senkrecht zum Kontaktbereich, vorzugsweise in beide Richtungen, begrenzt bleibt. Nach Abkühlung sind beide Wafer dann an ihrem Kontaktbereich, am Ort der lokalen Erhitzung, mechanisch miteinander verbunden.Localized heating in this context means that appreciable heating of the wafers in a direction parallel or perpendicular to the contact region, preferably in both directions, remains limited. After cooling, both wafers are then mechanically bonded together at their contact area, at the location of the local heating.

In einer Ausführungsform des Verfahrens werden zwei Wafer bereitgestellt. Auf wenigstens eine der Waferoberflächen wird ein Material aufgebracht. Dabei kann das Material über die gesamte Waferoberfläche verteilt aufgebracht werden, oder das Material wird stellenweise auf ausgewählte Bereiche der Waferoberfläche aufgebracht, oder das Material wird über die gesamte Waferoberfläche verteilt aufgebracht und anschließend von ausgewählten Bereichen weggeätzt. Anschließend wird ein Kontaktbereich zwischen den Wafern hergestellt, indem die Wafer so übereinandergelegt werden, dass sich das aufgebrachte Material zwischen den Wafern befindet. Durch eine lokale und zeitlich begrenzte Erhitzung des Materials im Kontaktbereich entsteht dann eine mechanische Verbindung zwischen den Wafern, vermittelt durch das Material zwischen den Wafern.In one embodiment of the method, two wafers are provided. On at least one of the wafer surfaces, a material is applied. In this case, the material can be applied distributed over the entire wafer surface, or the material is applied in places to selected areas of the wafer surface, or the material is applied distributed over the entire wafer surface and then etched away from selected areas. Subsequently, a contact area between the wafers is made by overlaying the wafers so that the deposited material is between the wafers. By local and temporary heating of the material in the contact area then creates a mechanical connection between the wafers, mediated by the material between the wafers.

Dabei kann das Material beispielsweise geeignet so gewählt werden, dass das Material durch das lokale Erhitzen zunächst aufschmilzt und beim Abkühlen unter Ausbildung eines Eutektikums mit dem Wafer erstarrt.The material may, for example, suitably be chosen so that the material initially melts due to the local heating and solidifies on cooling to form a eutectic with the wafer.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden auf die Oberflächen beider Wafer Materialien aufgebracht. Dabei unterscheidet sich das Material, das auf den ersten Wafer aufgebracht wird, vom Material, das auf den zweiten Wafer aufgebracht wird.In a further embodiment of the method, materials are applied to the surfaces of both wafers. In this case, the material that is applied to the first wafer differs from the material that is applied to the second wafer.

Die Materialien müssen dabei nicht unbedingt auf die gesamte Waferoberfläche aufgebracht werden, sondern können auch stellenweise, auf ausgewählte Bereiche der Waferoberfläche, aufgebracht werden. The materials do not necessarily have to be applied to the entire wafer surface, but can also be applied in places, to selected areas of the wafer surface.

Die beiden Wafer werden nachfolgend in solcher Weise übereinandergelegt, dass sich die Materialien zwischen den Wafern befinden. Die Materialien werden dann im so hergestellten Kontaktbereich zwischen den Wafern örtlich und zeitlich begrenzt erhitzt, so dass sich die beiden verschiedenen Materialen im Bereich der Erwärmung verbinden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die beiden Materialen aufschmelzen und sich die Materialen in der Schmelze durchmischen. Auch eine erhöhte Mobilität der Teilchen aufgrund der Erwärmung ist denkbar, so dass durch Teilchendiffusion eine Durchmischung der Materialen stattfindet.The two wafers are subsequently overlaid in such a way that the materials are between the wafers. The materials are then heated locally and temporarily in the contact area thus produced between the wafers, so that the two different materials combine in the area of heating. This can be done, for example, by melting the two materials and mixing the materials in the melt. An increased mobility of the particles due to the heating is conceivable, so that takes place by particle diffusion thorough mixing of the materials.

In jedem Fall entsteht nach dem örtlich und zeitlich begrenzten Erhitzen des Kontaktbereichs eine mechanische Verbindung zwischen den Wafern, vermittelt durch die Materialien zwischen den Wafern.In any case, after the localized and temporary heating of the contact region, a mechanical bond between the wafers is created, mediated by the materials between the wafers.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den Materialien, die auf die Waferoberflächen am Kontaktbereich aufgebracht werden, um Lote.In a preferred embodiment of the invention, the materials applied to the wafer surfaces at the contact area are solders.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Loten um Lötmetalle. Bevorzugt finden dabei die folgenden Lötmetalle im Verfahren Anwendung: Au, AuSn, Pd, In, Pt.In a particularly preferred embodiment, the solders are solders. The following solders are preferably used in the process: Au, AuSn, Pd, In, Pt.

Beim lokalen Erhitzen des Kontaktbereichs schmelzen diese Lötmetalle auf und vermischen sich. Nach Abkühlen und Erstarren der Lotschicht besteht dann eine mechanische Verbindung zwischen den Wafern.Upon local heating of the contact area, these solders melt and mix. After cooling and solidification of the solder layer then there is a mechanical connection between the wafers.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Verbinden zweier Wafer wird der Kontaktbereich zwischen den Wafern mittels wenigstens eines Laserstrahls lokal erhitzt. Für das Prinzip des Verfahrens ist es dabei unerheblich, ob ein einzelner Laserstrahl in zeitlicher Abfolge, Stelle für Stelle, oder etwa eine Vielzahl von Laserstrahlen gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen des Kontaktbereichs zum Einsatz kommen.In a preferred embodiment of the method for connecting two wafers, the contact area between the wafers is locally heated by means of at least one laser beam. For the principle of the method, it is irrelevant whether a single laser beam in time sequence, position by point, or about a plurality of laser beams are used simultaneously at different locations of the contact area.

Die Wellenlänge des Lasers und mindestens einer der Wafer sind dabei so aneinander angepasst, dass wenigstens einer der Wafer für den Laserstrahl zumindest teilweise durchlässig ist. Das heißt, dass allenfalls eine geringfügige Absorption der Energie des Laserstrahls im Wafer stattfindet.The wavelength of the laser and at least one of the wafers are adapted to each other so that at least one of the wafers for the laser beam is at least partially transmissive. This means that at most a slight absorption of the energy of the laser beam takes place in the wafer.

Der Laserstrahl wird dann durch wenigstens einen den Wafer hindurch auf den Kontaktbereich zwischen den Wafern fokussiert.The laser beam is then focused through at least one of the wafers onto the contact area between the wafers.

Der Laserstrahl wird, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform, im überwiegenden Maße von dem Material oder den Materialien am Kontaktbereich zwischen den Wafern absorbiert. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass die Materialien am Kontaktbereich für den Laserstrahl überwiegend nicht transparent sind und die Energie des Laserstrahls absorbieren. Dadurch ist gewährleistet, dass der Kontaktbereich erhitzt wird und zwar lokal begrenzt um den Bereich herum, auf den der Fokus des Laserstrahls gerichtet ist. Die Leistung des Lasers ist dabei vorzugsweise ausreichend hoch zu wählen, so dass nach Abkühlung eine mechanische Verbindung der beiden Wafer am Kontaktbereich erfolgt ist.The laser beam is, in a particularly preferred embodiment, largely absorbed by the material or materials at the contact area between the wafers. This can be done, for example, by the fact that the materials at the contact area for the laser beam are predominantly not transparent and absorb the energy of the laser beam. This ensures that the contact area is heated, namely locally limited around the area to which the focus of the laser beam is directed. The power of the laser is preferably sufficiently high to select, so that after cooling, a mechanical connection of the two wafers is made at the contact area.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann der Laser dabei im Dauerbetrieb betrieben werden.In one embodiment of the method, the laser can be operated in continuous operation.

Für eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist ein Laser im gepulsten Betrieb zweckmäßig. Durch eine entsprechende Wahl von Impulsdauer und Impulsabstand kann dabei der Abtransport der an der Kontaktfläche entstehenden Wärme optimal eingestellt werden. Es kann also mit einem Laser im Pulsbetrieb die örtliche Begrenzung der Erhitzung besonders leicht erreicht werden. Auch die gewünschte zeitliche Begrenzung der Erhitzung ist bei einem pulsbetriebenen Laser durch die begrenzte Impulsdauer gegeben. Zum Erzeugen der Laserstrahlen kommt dabei in einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens ein Nd:YAG Laser zum Einsatz.For a preferred embodiment of the method, a laser in pulsed operation is expedient. By an appropriate choice of pulse duration and pulse spacing while the removal of heat generated at the contact surface heat can be optimally adjusted. It can therefore be achieved particularly easily with a laser in pulsed operation, the local limit of heating. The desired time limit of the heating is given in the case of a pulse-driven laser by the limited pulse duration. To generate the laser beams, in one possible embodiment of the method, an Nd: YAG laser is used.

In einer weitern Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens wird der Laserstrahl dabei kontinuierlich über den gesamten Kontaktbereich zwischen den Wafern geführt.In a further embodiment of the described method, the laser beam is guided continuously over the entire contact area between the wafers.

Auf diese Weise werden alle Bereiche des Kontaktbereichs örtlich begrenzt erhitzt und es entsteht über den gesamten Kontaktbereich beider Wafer eine flächige, mechanische Verbindung zwischen den beiden Wafern. Die lokalen Erhitzungen des Kontaktbereichs, können dabei in zeitlicher Abfolge durch einen einzelnen Laserstrahl erfolgen oder, bei Verwendung einer Vielzahl von Laserstrahlen, an mehreren lokalen Bereichen des Kontaktbereichs gleichzeitig.In this way, all areas of the contact area are heated locally and over the entire contact area of both wafers a flat, mechanical connection between the two wafers is produced. The local heating of the contact region can be effected in chronological order by a single laser beam or, if a plurality of laser beams are used, at several local regions of the contact region simultaneously.

In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird der Laser über ausgewählte Bereiche des Kontaktbereichs geführt, so dass nur in diesen ausgewählten Bereichen eine Verbindung zwischen den beiden Wafern hergestellt wird. Es wird dabei also eine Verbindung zwischen beiden Wafern in ausgewählten Stellen des Kontaktbereichs erreicht, während andere Bereiche des Kontaktbereichs zwischen den Wafern ohne durch direkte Erwärmung hergestellte Verbindung bleiben. Dabei können Form, Anordnung, Anzahl und Größe der Verbindungsbereiche und der verbindungsfreien Bereiche je nach den Erfordernissen des Produkts ausgebildet sein.In another embodiment of the method, the laser is guided over selected regions of the contact region, so that a connection between the two wafers is produced only in these selected regions. So there is a connection between both wafers in selected areas of the contact area, while other areas of the contact area between the wafers remain without a connection made by direct heating. In this case, the shape, arrangement, number and size of the connection areas and the connection-free areas can be formed depending on the requirements of the product.

Das heißt, Form, Anordnung, Anzahl und Größe von Verbindungsbereichen und verbindungsfreien Bereichen können beispielsweise der erforderlichen Temperaturbeständigkeit, der bevorzugten mechanischen Stabilität, der Funktionsweise des Bauelements, oder auch den gewünschten Kosten des Produkts angepasst werden.That is, the shape, arrangement, number and size of connection areas and connection-free areas can be adapted for example to the required temperature resistance, the preferred mechanical stability, the operation of the device, or even the desired cost of the product.

Auch in dieser Ausführungsform des Verfahrens ist es natürlich möglich, einen einzelnen Laserstrahl oder eine Vielzahl von Laserstrahlen einzusetzen.Of course, in this embodiment of the method as well, it is possible to use a single laser beam or a plurality of laser beams.

In einer weitern Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Verbindung beider Wafer am Kontaktbereich punktweise. Dazu wird der Laserstrahl nur auf einzelne, vorgegebene Stellen des Kontaktbereichs fokussiert. An diesen Stellen kommt es dabei zu einer Verbindung zwischen den beiden Wafern. Dabei können die einzelnen Verbindungspunkte vorteilhaft an den Knotenpunkten eines regelmäßigen Netzwerks angeordnet werden. Anzahl der Verbindungspunkte und Ausgestaltung des Netzwerks können dabei an die Erfordernisse des Produkts angepasst werden.In a further embodiment of the method, the connection of the two wafers takes place at the contact area pointwise. For this purpose, the laser beam is focused only on individual, predetermined points of the contact area. At these points, this leads to a connection between the two wafers. In this case, the individual connection points can advantageously be arranged at the nodes of a regular network. Number of connection points and design of the network can be adapted to the requirements of the product.

Auch in dieser Ausführungsform ist es möglich einen Laserstrahl in zeitlicher Abfolge oder eine Vielzahl von Lasern gleichzeitig einzusetzen. Insbesondere ist es hier möglich, dass die Zahl der Laserstrahlen der Zahl der gewünschten Verbindungspunkte entspricht.Also in this embodiment, it is possible to use a laser beam in time sequence or a plurality of lasers simultaneously. In particular, it is possible here for the number of laser beams to correspond to the number of desired connection points.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dabei nur auf solche Bereiche des Kontaktbereichs Material aufgebracht, die danach vom Laserstrahl bestrahlt werden. Beispielsweise wird für den Fall einer punktweisen Verbindung beider Wafer nur an diesen Punkten vorher Material aufgebracht wird.In a particularly preferred embodiment of the method, material is applied only to those regions of the contact region, which are then irradiated by the laser beam. For example, in the case of a pointwise connection of both wafers material is applied only at these points.

In der erfindungsgemäßen Waferanordnung enthält wenigstens einer der Wafer eines der folgenden Halbleitermaterialien: Silizium, Germanium, Galliumarsenid, InP, GaP oder wenigstens eines der folgenden Metalle: Mo, Cu, CuW oder ein keramisches Material.In the wafer arrangement according to the invention, at least one of the wafers contains one of the following semiconductor materials: silicon, germanium, gallium arsenide, InP, GaP or at least one of the following metals: Mo, Cu, CuW or a ceramic material.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens enthält die epitaktisch aufgebrachte Schicht dabei vorzugsweise eines der folgenden Halbleitermaterialen: GaInN, AlGaAs, AlGaInP, GaP, InP, InGaAs, InGaAsP, GaN, AlGaInN.In a further embodiment of the method, the epitaxially deposited layer preferably contains one of the following semiconductor materials: GaInN, AlGaAs, AlGaInP, GaP, InP, InGaAs, InGaAsP, GaN, AlGaInN.

Dabei bildet in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wenigstens eine Einzelschicht des Wafers ein elektronisches oder mikroelektronisches Bauelement.In a preferred embodiment of the method, at least one individual layer of the wafer forms an electronic or microelectronic component.

Hierbei sind Ausführungsformen besonders bevorzugt, bei denen das elektronische Bauelement ein optoelektronisches Bauelement bildet, beispielsweise eine Leuchtdiode, einen Halbleiterlaser oder einen Detektor.In this case, embodiments are particularly preferred in which the electronic component forms an optoelectronic component, for example a light-emitting diode, a semiconductor laser or a detector.

Weiter betrifft die Erfindung eine Waferanordnung, bei der zwei übereinanderliegende Wafer an ausgewählten Bereichen ihres Kontaktbereichs miteinander verbunden sind.Furthermore, the invention relates to a wafer arrangement in which two superimposed wafers are connected to each other at selected areas of their contact area.

Diese Verbindung wird erfinungsgemäß durch ein Material, oder zwei verschiedene Materialen zwischen den Wafer vermittelt. This connection is mediated according to the invention by one material, or two different materials between the wafers.

Der erfindungsgemäßen Waferanordnung liegt dabei die Idee zugrunde, dass sich die Verbindung beider Wafer nicht über den gesamten Kontaktbereich beider Wafer flächig erstreckt, sondern die beiden Wafer nur an ausgewählten Stellen ihres Kontaktbereichs miteinander verbunden sind. Dabei können die Materialen, die die Verbindung zwischen den Wafern vermitteln, entweder im gesamten Kontaktbereich aufgebracht sein, oder nur an jenen Stellen des Kontaktbereichs, an denen sich eine Verbindung zwischen den Wafern befindet.The wafer arrangement according to the invention is based on the idea that the connection of the two wafers does not extend over the entire contact region of both wafers, but the two wafers are connected to one another only at selected points of their contact region. In this case, the materials that mediate the connection between the wafers can be applied either in the entire contact area, or only at those points of the contact area where there is a connection between the wafers.

Bei einer Ausführungsform der Waferanordnung sind die beiden Wafer an ihrem Kontaktbereich dabei punktweise, an Verbindungspunkten, miteinander verbunden. Hierbei ist die Summe der Flächen des Kontaktbereichs, an denen die beiden Wafer miteinander verbunden sind, klein gegenüber der Summe der Flächen des Kontaktbereichs, in denen keine Verbindung zwischen den beiden Wafern besteht.In one embodiment of the wafer arrangement, the two wafers are connected to one another at their contact area at points, at connection points. Here, the sum of the areas of the contact area where the two wafers are connected to each other is small compared to the sum of the areas of the contact area in which there is no connection between the two wafers.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Waferanordnung sind die Verbindungspunkte dabei an den Knoten eines regelmäßigen Netzwerks angeordnet.In a preferred embodiment of the wafer arrangement, the connection points are arranged at the nodes of a regular network.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der beschriebenen Waferanordnung beinhaltet zumindest einer der Wafer eine besonders temperaturempfindliche Schicht. Das heißt, dass die maximale Temperatur, auf welche diese Schicht ohne Beschädigung erwärmt werden kann, kleiner ist als beispielsweise die Temperatur, bei der sich die Materialien am Kontaktbereich miteinander verbinden. In diesem Fall würde ein Erwärmen der gesamten Waferanordnung auf die Temperatur, bei der sich die Materialien verbinden, die temperaturempfindliche Schicht beschädigen.In a particularly preferred embodiment of the described wafer arrangement, at least one of the wafers contains a particularly temperature-sensitive layer. That is, the maximum temperature to which this layer can be heated without damage is less than, for example, the temperature at which the materials bond together at the contact area. In this case, heating the entire wafer assembly to the temperature at which connect the materials, damage the temperature-sensitive layer.

Im folgenden werden das hier beschriebene Verfahren zum Verbinden zweier Wafer und die erfindungsgemäße Waferanordnung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert:In the following, the method described here for connecting two wafers and the wafer arrangement according to the invention will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments and the associated figures:

1 zeigt eine Prinzipskizze zum hier beschriebenen Verfahren zum Verbinden zweier Wafer anhand der Herstellung einer AlGaInP Dünnfilmleuchtdiode. 1 shows a schematic diagram of the method described here for connecting two wafers based on the production of an AlGaInP thin-film light emitting diode.

2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Kontaktbereich der erfindungsgemäßen Waferanordnung, bei der sich die Verlötung der beiden Wafer an ausgewählten Bereichen des Kontaktbereichs befindet. 2 shows a schematic plan view of the contact region of the wafer arrangement according to the invention, in which the soldering of the two wafers is located at selected areas of the contact area.

3 zeigt eine Draufsicht auf den Kontaktbereich der Waferanordnung bei punktweiser Verlötung beider Wafer. 3 shows a plan view of the contact region of the wafer assembly with point soldering both wafers.

1 erläutert ein Verfahren zur Herstellung einer AlGaInP Dünnfilmleuchtdiode 10. Dazu werden beispielsweise ein GaAs Träger-Wafer 11 und eine Epitaxiescheibe 12 mit einer AlGaInP Leuchtdiodenschicht, die auf ein GaAs-Substrat epitaktisch aufgebracht ist, bereitgestellt. 1 illustrates a method of making an AlGaInP thin film light emitting diode 10 , These are, for example, a GaAs carrier wafer 11 and an epitaxial disc 12 with an AlGaInP light emitting diode layer epitaxially deposited on a GaAs substrate.

Auf den Träger-Wafer 11 wird auf der Oberseite beispielsweise eine AuSn-Lotschicht 13 aufgebracht. Auf die Epitaxiescheibe 12 wird auf die Unterseite beispielsweise eine Au-Lotschicht 14 aufgebracht. Für das beschriebene Verfahren ist es dabei natürlich unerheblich, welches der Lötmetalle auf welchen der beiden Wafer aufgebracht wird.On the carrier wafer 11 For example, on the top is an AuSn solder layer 13 applied. On the epitaxy disc 12 For example, an Au solder layer will be applied to the underside 14 applied. Of course, it does not matter for the described method which of the soldering metals is applied to which of the two wafers.

Dann wird durch das Übereinanderlegen der beiden Wafer ein Kontaktbereich 15 erzeugt, so dass sich die Lötmetallschichten 13, 14 zwischen den beiden Wafern 11, 12 befinden und einander berühren.Then, by superposing the two wafers, a contact area becomes 15 generates, so that the solder layers 13 . 14 between the two wafers 11 . 12 are located and touching each other.

Der Laserstrahl 16, beispielsweise eines Nd:YAG Lasers, wird daraufhin bei einer Wellenlänge durch den Träger-Wafer 11 eingestrahlt, bei welcher der Träger-Wafer 11 für den Laserstrahl 16 durchlässig ist.The laser beam 16 , for example, an Nd: YAG laser, then becomes at a wavelength through the carrier wafer 11 irradiated, in which the carrier wafer 11 for the laser beam 16 is permeable.

Dabei wird der Laserstrahl 16 auf den Kontaktbereich 15 zwischen den beiden Wafern fokussiert.At the same time, the laser beam becomes 16 on the contact area 15 focused between the two wafers.

Die Leistung des Lasers ist dafür so gewählt, dass die beiden Lotschichten 13, 14 lokal um den Fokus des Lasers herum aufschmelzen, so dass sich die beiden Lote miteinander verbinden und nach Abkühlung und Erstarrung des lokal erhitzen Bereichs 17 eine lokale Lötverbindung zwischen den beiden Wafern 11 und 12 besteht.The power of the laser is chosen so that the two solder layers 13 . 14 locally melt around the focus of the laser, so that the two solders connect with each other and after cooling and solidification of the locally heated area 17 a local solder joint between the two wafers 11 and 12 consists.

Der Laser kann dabei sowohl im Dauerbetrieb, als auch gepulst betrieben werden.The laser can be operated both in continuous operation, as well as pulsed.

Wird der Laserstrahl dabei kontinuierlich über den gesamten Kontaktbereich 15 geführt, so entsteht eine flächige Lötverbindung zwischen den beiden Wafern 11, 12.If the laser beam is continuously over the entire contact area 15 guided, so creates a flat solder joint between the two wafers 11 . 12 ,

Es versteht sich, dass neben dem genannten GaAs Wafer auch noch andere Träger-Wafer in Betracht kommen. Möglich ist beispielsweise auch die Verwendung von Wafern, die Germanium oder Silizium beinhalten. Gegebenenfalls ist dann die Wellenlänge des Laserstrahls so anzupassen, dass der Träger-Wafer für den Laserstrahl zumindest teilweise transparent ist.It goes without saying that, in addition to the GaAs wafer mentioned, other carrier wafers are also suitable. For example, the use of wafers containing germanium or silicon is also possible. Optionally, then the wavelength of the laser beam is to be adjusted so that the carrier wafer for the laser beam is at least partially transparent.

Auch bei der Wahl der Epitaxiescheibe gibt es zahlreiche Möglichkeiten. So kann die Epitaxiescheibe beispielsweise eine Laserdiodenschicht oder eine Detektorschicht enthalten. Insbesondere ist das angegebene Verfahren für das Verlöten von temperaturempfindlichen Bauelementen geeignet, da die Erwärmung nicht die gesamte Waferanordnung, sondern nur einen örtlich begrenzten Bereich betrifft.Also in the choice of epitaxial disc there are numerous possibilities. For example, the epitaxial disk may contain a laser diode layer or a detector layer. In particular, the specified method is suitable for the soldering of temperature-sensitive components, since the heating does not concern the entire wafer arrangement, but only a localized area.

Auch ist das beschriebene Verfahren hinsichtlich der Wahl der Lötmetalle nicht eingeschränkt. Da im beschriebenen Verfahren die Wärmebelastung lokal auf den Kontaktbereich zwischen den Wafern beschränkt ist, sind insbesondere Kombinationen von Lötmetallen denkbar, die sich erst bei viel höheren Temperaturen als die angegebnen Au und AuSn Lote verbinden.Also, the described method is not limited in the choice of soldering metals. Since the heat load is locally limited to the contact area between the wafers in the described method, combinations of solder metals are particularly conceivable, which connect only at much higher temperatures than the specified Au and AuSn solders.

2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Kontaktbereich 15 zwischen zwei Wafern. Die beiden Wafer sind dabei nur an ausgewählten Verbindungsbereichen des Kontaktbereichs 15 miteinander verlötet. Neben den Verbindungsbereichen 21 finden sich auch verbindungsfreie Bereiche 22 des Kontaktbereichs 15, an denen keine Verbindung zwischen den beiden Wafern besteht. 2 shows a schematic plan view of the contact area 15 between two wafers. The two wafers are only at selected connection areas of the contact area 15 soldered together. Next to the connection areas 21 There are also connectionless areas 22 of the contact area 15 where there is no connection between the two wafers.

Dabei ist es möglich, die Lötmetalle entweder nur an den Verbindungsbereichen 21 auf die Wafer aufzubringen, oder die Lötmetalle über den gesamten Kontaktbereich 15 verteilt auf den Waferoberflächen aufzubringen.It is possible, the soldering metals either only at the connection areas 21 applied to the wafers, or the soldering metals over the entire contact area 15 distributed over the wafer surfaces.

Form, Größe, Anzahl und Anordnung der ausgewählten Verbindungsbereiche 21 und der verbindungsfreien Bereiche 22 können dabei, je nach den Erfordernissen der Waferanordnung, angepasst werden.Shape, size, number and arrangement of the selected connection areas 21 and the connectionless areas 22 can be adjusted depending on the requirements of the wafer arrangement.

3 zeigt eine Draufsicht auf den Kontaktbereich 15 der hier beschriebenen Waferanordnung. Dabei sind die beiden Wafer an Verbindungspunkten 31 des Kontaktbereichs 15 miteinander verbunden. Die Verbindungspunkte 31 sind dabei an den Knoten eines regelmäßigen Netzwerks angeordnet. Der verbindungsfreie Bereich 32 nimmt dabei eine weitaus größere Fläche des Kontaktbereichs 15 ein, als die Gesamtfläche der Verbindungspunkte 31 beträgt. 3 shows a plan view of the contact area 15 the wafer arrangement described here. The two wafers are at connection points 31 of the contact area 15 connected with each other. The connection points 31 are arranged at the nodes of a regular network. The connection-free area 32 takes a much larger area of the contact area 15 a, as the total area of the connection points 31 is.

Dabei ist es möglich die Lötmetalle entweder nur an den Verbindungspunkten 31 auf die Wafer aufzubringen, oder die Lötmetalle über den gesamten Kontaktbereich 15 auf den Waferoberflächen aufzubringen.It is possible, the soldering metals either only at the connection points 31 applied to the wafers, or the soldering metals over the entire contact area 15 on the wafer surfaces.

Anzahl und Anordnung der Verbindungspunkte 31 werden dabei an die Erfordernisse der Waferanordnung angepasst.Number and arrangement of connection points 31 are adapted to the requirements of the wafer arrangement.

Da bei einer punktweisen Verbindung beider Wafer, die Temperaturbelastung besonders gering ist, ist diese Waferanordnung beispielsweise dann besonders geeignet, wenn zumindest einer der Wafer ein temperaturempfindliches Bauteil beinhaltet. Denn bei punktweisen Verbinden der beiden Wafer findet nur an wenigen Stellen der Waferanordnung ein geringer Temperatureintrag in die Wafer statt und der insgesamte Temperatureintrag ist dabei sehr gering.Since with a point-wise connection of both wafers, the temperature load is particularly low, this wafer arrangement is particularly suitable, for example, if at least one of the wafers contains a temperature-sensitive component. Because with pointwise connection of the two wafers, a small temperature input into the wafer takes place only at a few points of the wafer arrangement and the total temperature input is very low.

Claims (10)

Waferanordnung mit – zwei übereinanderliegenden Wafern, zwischen denen sich ein Kontaktbereich (15) befindet, wobei die Wafer an ausgewählten Verbindungspunkten (21, 31) ihres Kontaktbereichs (15) miteinander verbunden sind, wobei – wenigstens einer der Wafer (11, 12) mindestens eines der Halbleitermaterialien Silizium, Germanium, Galliumarsenid, InP, GaP oder eines der Metalle Mo, Cu, CuW oder ein keramisches Material enthält, – wenigstens einer der Wafer (11, 12) eine Mehrzahl von Einzelschichten umfasst, wenigstens eine der Einzelschichten eine epitaktisch aufgebrachte Schicht ist, und wenigstens eine der Einzelschichten Teil eines optoelektronischen Bauelements ist, – wenigstens ein Material (13, 14) zwischen den Wafern (11, 12) eine mechanische Verbindung zwischen den Wafern (11, 12) herstellt, und – die beiden Wafer (11, 12) nur in den ausgewählten Verbindungspunkten (21, 31) des Kontaktbereichs (15) miteinander verbunden sind, wobei neben den Verbindungspunkten (31) auch verbindungsfreie Bereiche (22, 32) des Kontaktbereichs (15) vorhanden sind, an denen keine Verbindung zwischen den beiden Wafern (11, 12) besteht.Wafer arrangement with - two superimposed wafers, between which a contact area ( 15 ), with the wafers at selected connection points ( 21 . 31 ) of their contact area ( 15 ), wherein - at least one of the wafers ( 11 . 12 ) contains at least one of the semiconductor materials silicon, germanium, gallium arsenide, InP, GaP or one of the metals Mo, Cu, CuW or a ceramic material, - at least one of the wafers ( 11 . 12 ) comprises a plurality of individual layers, at least one of the individual layers is an epitaxially applied layer, and at least one of the individual layers is part of an optoelectronic component, - at least one material ( 13 . 14 ) between the wafers ( 11 . 12 ) a mechanical connection between the wafers ( 11 . 12 ), and - the two wafers ( 11 . 12 ) only in the selected connection points ( 21 . 31 ) of the contact area ( 15 ) are connected to each other, wherein beside the connection points ( 31 ) also connection-free areas ( 22 . 32 ) of the contact area ( 15 ) where there is no connection between the two wafers ( 11 . 12 ) consists. Waferanordnung nach Anspruch 1, bei der die Verbindungspunkte (31) an den Knoten eines regelmäßigen Netzwerks angeordnet sind.Wafer arrangement according to Claim 1, in which the connection points ( 31 ) are arranged at the nodes of a regular network. Waferanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der mindestens einer der Wafer (11, 12) wenigstens eine besonders temperaturempfindliche Schicht beinhaltet.Wafer arrangement according to one of Claims 1 or 2, in which at least one of the wafers ( 11 . 12 ) contains at least one particularly temperature-sensitive layer. Waferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine Legierung des Materials (13, 14) mit wenigstens einem der Wafer (11, 12) besteht.Wafer arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein an alloy of the material ( 13 . 14 ) with at least one of the wafers ( 11 . 12 ) consists. Waferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der wenigstens ein Material (13, 14) auf beide Wafer (11, 12) aufgebracht wird, wobei sich das Material (13), das auf den ersten Wafer aufgebracht wird, vom einem Material (14), das auf den zweiten Wafer aufgebracht wird, unterscheidet.Wafer arrangement according to one of Claims 1 to 4, in which at least one material ( 13 . 14 ) on both wafers ( 11 . 12 ) is applied, wherein the material ( 13 ) applied to the first wafer from a material ( 14 ), which is applied to the second wafer, is different. Waferanordnung nach Anspruch 5, bei der die unterschiedlichen Materialien (13, 14) durchmischt sind und eine mechanische Verbindung zwischen den Wafern (11, 12) herstellen.Wafer assembly according to claim 5, wherein the different materials ( 13 . 14 ) and a mechanical connection between the wafers ( 11 . 12 ) produce. Waferanordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der es sich bei den Materialien (13, 14) um Lote handelt.Wafer arrangement according to claim 5 or 6, wherein the materials ( 13 . 14 ) is about solders. Waferanordnung nach nach Anspruch 7, bei dem die Lote aus den folgenden Materialien ausgewählt sind: Au, AuSn, Pd, In, Pt.The wafer assembly of claim 7, wherein the solders are selected from the following materials: Au, AuSn, Pd, In, Pt. Waferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Summe der Flächen des Kontaktbereichs (15), an denen die beiden Wafer (11, 12) miteinander verbunden sind, klein gegenüber der Summe der Flächen des Kontaktbereichs (15) ist, in denen keine Verbindung zwischen den beiden Wafern (11, 12) besteht.Wafer arrangement according to one of Claims 1 to 8, in which the sum of the areas of the contact area ( 15 ), where the two wafers ( 11 . 12 ) are small compared to the sum of the areas of the contact area ( 15 ) in which there is no connection between the two wafers ( 11 . 12 ) consists. Waferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das wenigstens eine Material (13, 14) über die gesamte Waferoberfläche verteilt aufgebracht ist.Wafer arrangement according to one of claims 1 to 9, wherein the at least one material ( 13 . 14 ) is applied distributed over the entire wafer surface.
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