DE102006009394A1 - Mehrlagenschichtsystem mit einer Schicht als Trennschicht zum Trägern von dünnen Wafern bei der Halbleiterherstellung - Google Patents

Mehrlagenschichtsystem mit einer Schicht als Trennschicht zum Trägern von dünnen Wafern bei der Halbleiterherstellung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Wafern mit Bauelementen beim Abdünnen des Wafers, wobei eine Trennschicht und ein Trägerschichtsystem zum Einsatz kommen, wobei die Trennschicht auf das Trägerschichtsystem aufgebracht wird.

Description

  • Bezeichnung der Erfindung:
  • Anwendungsgebiet
  • Die Erfindung soll es erleichtern, dünnere Wafer zu fertigen und/oder sicherer zu bearbeiten und/oder den Fertigungsaufwand beim Herstellen von elektrischen Bauelementen und/oder Schaltungen, und/oder Sensoren u.s.w. zu reduzieren und/oder kostengünstiger zu gestalten und/oder – aber insbesondere – die Beschichtung der Rückseite des gedünnten Wafers ermöglichen und/oder erleichtern.
  • Stand der Technik
  • Die Verfahrensweise im Stand der Technik kann von Anwender zu Anwender abweichen. Generell wird jedoch wie folgt verfahren. Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen und Schaltungen (Dioden, Transistoren, IC's, Sensoren etc.) werden auf Wafer (Scheiben aus Silizium, GaAs etc.) mittels verschiedener Technologien Strukturen, Schichten u.a. aufgebracht. Gegenwärtig werden diese Wafer nach Abschluss der hierzu notwendigen Fertigungsschritte auf der Vorderseite (aktive Seite bzw. Seite auf der sich die aufgebrachten Strukturen befinden) mit einer Schutzfolie oder einer sonstigen Schutzschicht versehen. Diese Folie bzw. Schicht hat die Aufgabe, die Waferoberseite und somit die aufgebrachten elektrischen und mechanischen Strukturen während des anschließend folgenden Dünnens des Wafers (durch Grinden, Läppen, Schleifen, Ätzen usw. der Rückseite) zu schützen. Nach Aufbringen der Folie oder Schicht wird der Wafer auf der rückwärtigen Seite abgedünnt. Dadurch wird die ursprüngliche Dicke des Wafers reduziert. Die verbleibende Restdicke wird nachhaltig, von den zu erwartenden mechanischen Belastungen und/oder der nachfolgenden Prozessschritte bestimmt, die ohne signifikante Erhöhung einer Bruchgefahr überstanden werden müssen. Nach dem Abdünnen kann sich zur Verbesserung der Brucheigenschaften des Wafers eine chemische Behandlung der Waferrückseite anschließen. Nach eventuellen Reinigungsschritten wird die Schutzfolie von der Waferoberseite abgezogen bzw. entfernt. Es können sich nun eventuelle weitere Fertigungsschritte und/oder Maßnahmen der Verbesserung von Eigenschaften und/oder Untersuchungen anschließen. Vielfach wird die Rückseite des gedünnten Wafers mit einer metallischen Schicht überzogen. Dieses Beschichtungsverfahren erfolgt meist mittels Sputtern oder ähnlichen Abscheideverfahren im Vakuum und bedingt vielfach thermische Belastung und/oder thermische Unterstützung. Danach wird der Wafer mit der Rückseite nach unten (aktive Seite nach oben) auf eine Sägefolie {Expansionsfolie bzw. Rahmen) aufgelegt. Abschließend erfolgt das Sägen des Wafers (Vereinzeln der Bauteile) mittels Rotationstrennscheiben oder anderer mechanischer Sägevorrichtungen. Vereinzelt kommen hierbei auch bereits Lasertrennverfahren zur Anwendung. Vereinzelt werden Wafer hierbei auch gebrochen, wobei vereinzelt unterstützende Verfahren des Ritzens zur Anwendung gelangen. Mit den herkömmlichen Verfahren ist es sehr schwierig, dünne Wafer zu behandeln bzw. herzustellen. Diese Schwierigkeiten ergeben sich u.a. aus dem umstand, dass der Wafer nach dem Abdünnen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden muss. Diese Belastungen treten u.a. auf
    • a) während dem Abziehen der Schutzfolie bzw. Schutzschicht, die während des Abdünnens die Wafervorderseite schützt,
    • b) während des Auflegens des Wafers auf die Sägefolie, und
    • c) während des Transportes zwischen dem Abdünnen und dem Vereinzeln des Wafers und aller eventuell dazwischen geschalteten Fertigungsschritte. Insbesondere aber bei der Beschichtung der Rückseite. Wobei es unerheblich ist, ob dieser Beschichtungsprozess vor oder nach dem Vereinzeln des Wafers stattfindet.
  • Alternativ zu den aufgezeigten Verfahren werden heute schon Verfahren zur Anwendung gebracht und/oder entwickelt, bei denen der Wafer auf der Oberfläche (der strukturierten Seite) bereits vor dem Dünnungprozess mittels Schleifen von Ritzstrukturen und/oder Ritzen und/oder chemischen Ätzen und oder Plasmaätzen von Gräben und/oder Strukturen so strukturiert wird, dass diese Strukturen während des sich anschließenden Dünnungsprozesses mittels mechanischer und oder chemischer Verfahren freigelegt werden und somit dabei eine Vereinzelung des Wafers stattfindet.
  • In der Erfinderanmeldung mit internationaler Patentanmeldung PCT/EP03/13434 wird nunmehr ein Verfahren beschrieben, bei der eine Trennschicht zur Anwendung kommt. Diese Trennschicht wird hierbei vorzugsweise direkt auf die aktive Seite des Wafers aufgebracht und mittels geeigneter Materialien verstärkt. Hierbei übernimmt dieses Material die Funktion eines Trägers, der mittels der Trennschicht wieder vom Wafer abgelöst werden kann.
  • Nachteile des Standes der Technik
  • In der als Stand der Technik aufgeführten internationalen Patentanmeldung PCT/EP03/13434 wird eine Trägerschicht erwähnt, die hinsichtlich ihrer technologischen Gestaltung nicht weiterführend beschrieben ist. In der Anmeldung 10 2006 004 834.2 beim Deutschen Patent- und Markenamt wird ein Mehrlagenschichtsystem beschrieben, das zumindest aus einer harten Schicht besteht, welche den Träger vorrangig stabilisieren soll und einer weichen Schicht, welche sich der Topografie der Waferoberfläche – der aktiven Seite des Wafer – anpassen soll und diese vorrangig schützen soll. Die Trennung dieses Mehrlagensichtsystems erfolg hierbei, durch eine auf der Waferoberfläche vorab aufgebrachten Trennschicht.
    •
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP03/13434 aufgeführte Trägerschicht – die in der Anmeldung 10 2006 004 834.2 beim Deutschen Patent- und Markenamt weiterführend beschrieben wird – so zu beschreiben, dass diese wirtschaftlich, effizient und technologisch einfach aufgebracht werden kann. Insbesondere soll hierbei auf die, in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP03/13434 aufgeführte, Trennschicht verzichtet werden und dieselbige auf das, in der Anmeldung 10 2006 004 834.2 beim Deutschen Patent- und Markenamt beschriebene Mehrlagenschichtsystem, aufgebracht werden.
  • Lösung der Aufgabe
  • In der internationalen Patentanmeldung PCT/EP03/13434 wird ein Wafer beschrieben, der mit einer Trennschicht überzogen wurde. Hierbei wird beschrieben, dass nach dem Aufbringen eine weitere Schicht oder Schichtsystem aufgebracht wird. Diese Schicht soll hierbei im weiteren die Waferoberfläche schützen und als Träger den Wafer mechanisch unterstützen. Nach Abschluss der gewollten Prozessfolge wird diese Schicht oder das Schichtsystem vorzugsweise zusammen mit der Trennschicht von der Waferoberfläche entfernt.
  • Diese, in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP03/13434 beschriebenen Trennschicht wird in dieser Erfindung nunmehr nicht auf der Waferoberfläche aufgebracht, bevor diese mit dem Trägermaterial und/oder dem in der Anmeldung 10 2006 004 834.2 beim Deutschen Patent- und Markenamt beschriebenen Mehrlagenschichtsystem überzogen wird. Vielmehr wird diese Trennschicht vorab auf der, der Waferoberfläche zugewandten Seite, des in der Anmeldung 10 2006 004 834.2 beim Deutschen Patent- und Markenamt beschriebenen Mehrlagenschichtsystems, aufgebracht. Das Mehrlagenschichtsystem besteht demnach aus einer weiteren Schicht, welche die funktionalen Aufgaben der in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP03/13434 beschriebenen Trennschicht übernimmt.
  • Ausgehend von einer Waferoberfläche, die nicht mit der, in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP03/13434 beschriebenen, Trennschicht überzogen ist, wird nunmehr ein Schichtverbund aufgebracht und mit der Waferoberfläche verbunden oder verpresst. Der Schichtverbund besteht vorzugsweise aus drei Schichten, wobei unerheblich ist, dass er weitere Schichten beinhalten kann. Die erste Schicht des Schichtverbundes besteht vorzugsweise aus einer Schicht, welche die Funktion einer Schicht zur bewussten Trennung beinhaltet.
  • Diese erste Schicht kann hierbei als Schicht vorliegen. Sie kann aber auch eine funktionelle Eigenschaft der Oberfläche der zweiten Schicht darstellen, die dem Material der zweiten Schicht durch gezielte Modifizierung seiner Oberfläche durch geeignete Verfahren wie sie vakuumtechnische Verfahren zur Beschichtung und/oder Modifizierung und/oder Aktivierung von Oberflächen darstellen beigebracht werden. In diesem Falle würde die Zone der gezielten Veränderung der Haftungseigenschaften des Materials der zweiten Schicht als eigenständige Schicht gewertet und die Trennschicht darstellen.
  • Die gezielte Beeinflussung der Trenneigenschaft der zweiten Schicht an deren Oberfläche kann auch durch eine gezielte stoffliche Auswahl und Vernetzung des Materials der zweiten Schicht erfolgen. Hierbei ist auch eine chemische und/oder physikalische – wie thermische – Behandlung des Materials der zweiten Schicht möglich.
  • Die Trennschicht kann aber auch vorab hergestellt werden – zum Beispiel mittels vakuumtechnischer Verfahren wie zum Beispiel CVD-Verfahren. Wobei eine existierende Folie und/oder Schicht mittels vakuumtechnischer Verfahren so beschichtet und/oder modifiziert wird, dass sie auf beiden Seiten der Folie und/oder Schicht voneinander unabhängige Adhäsionseigenschaften aufweist. Vorzugweise soll hierbei die Seite, die später im direkten Kontakt mit der Waferoberfläche ist, eine höhere Haftung und/oder Adhäsion aufweisen, als die gegenüberliegende Seite der Schicht, die im direkten Kontakt mit den weiteren Schichten (in der Regel der zweiten Schicht des Mehrlagenschichtsystems) steht.
  • Die Trennschicht kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Hierbei ist es möglich, dass eine Folie b.z.w. Schicht, eines organischen und/oder anorganischen Materials oder einer anderen Zusammensetzung so modifiziert und/oder beschichtet wird, dass sie die gewünschten Haftungseigenschaften auf ihren beiden Seiten aufweist. Wobei vorteilhaft ist, dass die der Waferoberfläche zugewandten Seite eine höhere Haftung und/oder Adhäsion aufweist, wie die, der Waferoberfläche abgewandten Seite.
  • Die Trennschicht kann aber auch mittels geeigneter Verfahren ohne die Zuhilfenahme einer bereits existierender Schicht oder Folie hergestellt werden. Hierbei wird die Schicht mittels geeigneter Verfahren wie CVD-Verfahren direkt hergestellt. Es ist hierbei möglich, dass die Schicht aus der Abscheidung eines vakuumtechnischen Verfahrens besteht. Dabei ist es auch möglich, dass diese Abscheidung im Ganzen oder nur zum Teil aus der vakuumtechnischen Abscheidung besteht. Es ist auch möglich, dass die Schicht im Ganzen oder nur zum Teil aus einem Material wie zum Beispiel Silikonöl besteht, welches mittels geeigneter Verfahren wie vorzugsweise CVD-Verfahren modifiziert wird. Die Schicht kann hierbei auch direkt auf der, der Waferoberfläche zugewandten Oberfläche eines, in der Anmeldung 10 2006 004 834.2 beim Deutschen Patent- und Markenamt beschriebenen, Mehrlagenschichtsystems aufgebracht werden.
  • Die Trennschicht kann aber auch nach ihrer Herstellung auf das, in der Anmeldung 10 2006 004 834.2 beim Deutschen Patent- und Markenamt beschriebene, Mehrlagenschichtsystem aufgebracht werden. dieses Aufbringen kann hierbei durch Laminieren oder Verpressen erfolgen, wobei möglich ist, dass weitere Schichen wie Kleber und/oder Haftvermittler und/oder Verfahren wie zum Beispiel zur Oberflächenaktivierung wie zum Beispiel vakuumtechnische Verfahren sein können, wie es beispielhaft ein Plasma sein könnte.
  • Die zweite Schicht, welcher in der Anmeldung 10 2006 004 834.2 beim Deutschen Patent- und Markenamt als erste Schicht beschrieben wird, besteht nun aus einem Elastomer wie Silikon oder ein Material ähnlicher Eigenschaft. Die zweite Schicht des Schichtverbundes besteht vorzugsweise aus einem Polyimid oder Polyamid. Sie kann dabei in Form einer Kaptonfolie oder einer Folie anderweitig geeigneter Materialien wie Ultem Anwendung erfahren.
  • Die beschriebe Schichtfolge kann alternativ auch in seiner Zusammensetzung direkt auf den Wafer aufgebracht werden, wobei hierbei die einzelnen Schichten oder Teile von ihnen erst durch das Verpressen oder Bonden ein Schichtsystem darstellen. Die Erfindung beschreibt aber hier vorzugsweise ein Schichtsystem, welches bereits als fertiges Schichtsystem vorliegt, bevor es mit der Waferoberfläche verpresst oder gebondet wird.
  • Die zweite Schicht, welche vorzugsweise aus einem Elastomer besteht, soll beim Aufbringen ausreichend weich sein, die Topographie der Waferoberfläche, vorzugsweise aber eventuelle Bumps zu umschließen b.z.w. vollflächig zu beschichten. Hierbei ist es möglich, dass diese Schicht flüssig in Form von geeigneten Spinn- oder Spraycoating oder anderen Technologien zum Aufbringen flüssiger Materialien aufgebracht wird, oder dass sie in Form einer Folie aufgebracht oder verpresst wird. Nach dem Aufbringen dieser Schicht wird das aufgebrachte Material verhärtet und/oder vernetzt. Dieses kann durch Zuführen oder Entziehen von Energie in Form von Licht, Wärme oder Druck u.s.w. erfolgen oder aber auch durch geeignete chemische und/oder mechanische Reaktionen erfolgen. Es kann aber vorteilhaft sein, dass diese Verhärtung und/oder Vernetzung der zweiten Schicht erst nach dem Aufbringen der dritten Schicht erfolgt.
  • Nach dem Ausbringen der zweiten Schicht wird nunmehr eine dritte Schicht aufgetragen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Schicht ausreichender mechanischer Stabilität um später den Wafer im gedünnten Zustand ausreichen mechanisch stabilisieren zu können. Vorzugweise wird hierbei eine Folie aus einem Polyimid Anwendung erfahren. Es können aber auch andere Folien zur Anwendung gelangen, so sie ausreichen mechanische und chemische Stabilität besitzen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung ermöglicht die Realisierung wesentlicher technologischer Vorteile in der Fertigung und die Handhabung von Wafern bei der Herstellung von elektrischen Bauelementen, IC's, Sensoren usw.. Mit dem Verfahren wird die Fertigung vereinfacht und kostengünstiger gestaltet. Weiterhin können geringere Waferscheibendicken einfacher, wirtschaftlicher und sicherer realisiert werden. Das Ausbringen des Träger, das aus einem Schichtsystem besteht, welches bereits eine Trennschicht beinhaltet, kann hierbei durch alleiniges Verpressen oder Bonden geschehen. Wobei vorab ein Prozess der Haftvermittlung wie Oberflächenaktivierung auf der Waferoberfläche und/oder dem Träger erfolgen kann.
    •
  • Beispielbeschreibung
  • Angenommene Voraussetzung ist, dass der Wafer bereits die Fertigungsschritte zum Aufbringen der elektrischen Bauelemente und/oder der mechanischen Strukturierung oder Schichten maßgeblich durchlaufen hat. Es hat nunmehr einen Durchmesser von 200 mm eine Dicke von 800 μm und besitzt auf seiner aktiven Seite Bumps mit einer Höhe von 80 μm. Der Wafer soll abschließend auf eine Restdicke von 50 μm gedünnt werden.
  • Es vorteilhaft sein, dass die Oberfläche des Wafers und/oder die Oberfläche des Trägers mittels eines Sauerstoffplasmas oder auf andere geeignete Weise aktiviert wird.
  • Über den Wafer wird nunmehr ein Foliensystem fixiert, welches aus einer Trennschicht, einer 200 μm dicken Schicht aus einem Silikonelastomer (diese ist der Waferoberfläche zugewandt) und einer 100 μm dicken Kaptonfolie (diese ist der Waferoberfläche abgewandt) besteht. In einem Bonder, wie er von Firmen wie der EV Group in Schärding/Österreich angeboten wird, wird dieses Foliensystem unter Vakuum mit der Waferoberfläche so verpresst, dass das Elastomer die gesamte Waferoberfläche beschichtet. Es hinterschneidet hierbei auch die Bumps ohne dass hierbei Lufteinschlüsse oder Blasen verbleiben. Noch unter dem Druck des Bonders wird thermische Energie zugeführt um die Vernetzung des Elastomers zu starten. Nach einer Zeit von drei Minuten kann nunmehr der Wafer zusammen mit der Trägerschicht dem Bonder entnommen werden. Es kann vorteilhaft sein, der Trägerschicht weitere thermische Energie zuzuführen um den Vorgang der Vernetzung abzuschließen. Abschließend wird der überstehende Rand des Trägers vom Wafers mittels eines Trimmers abgeschnitten.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen nicht maßstabsgerecht:
  • Zeichnung 1
    Zeigt eine konfektionierte Folie bestehend aus Trennschicht, einer Schicht Polyimid (z.B. Kapton) und einer Schicht Elastomer (z.B. Silikon). Die Folie ist zum Schutz auf der Seite des Elastomers mit einer Folie überzogen, welche vor dem Aufbringen der Folie auf dem Wafer abgezogen wird.
    Erste Schicht des Trägers (vorzugsweise eine vakuumtechnisch hergestellt und/oder modifizierte Trennschicht) bezeichnet mit 4 Zweite Schicht des Trägers (vorzugsweise Elastomer) bezeichnet mit 5 Dritte Schicht des Trägers (vorzugsweise Polyimid) bezeichnet mit 6 Schutzfolie bezeichnet mit 9
  • Zeichnung 2
    Zeigt eine konfektionierte Foie, welche mit einem Wafer auf dessen strukturierter Seite verpresst (gebondet) wurde.
    Wafer bezeichnet mit 1
    Strukturierte (aktive) Zone des Wafers bezeichnet mit 2
    Schutzschicht (Passivierung) der strukturierten (aktiven) Zone des Wafer bezeichnet mit 3
    Erste Schicht des Trägers (vorzugsweise Trennschicht) bezeichnet mit 4
    Zweite Schicht des Trägers (vorzugsweise Elastomer) bezeichnet mit 5
    Dritte Schicht des Trägers (vorzugsweise Polyimid) bezeichnet mit 6
    Bumps bezeichnet mit 7
    Eventuelle Ritz- oder Ätzgräben bezeichnet mit 8

Claims (9)

  1. Verfahren zum Behandeln von Wafern mit Bauelementen beim Abdünnen des Wafers und dem späteren Vereinzeln der Bauelemente und den gegebenenfalls dazwischen liegenden Fertigungsschritten, wobei die Vorderseite des Wafers mit den Bauelementen mit einer Schicht oder einem Schichtsystem überzogen wird, das zumindest aus einer Trennschicht und einer Trägerschicht besteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trägerschicht zumindest aus einem Elastomer und einer harten Schicht besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei die Trägerschicht anstelle des Elstomers auch aus einem anderen geeigneten Material organischer und/oder anorganischer Zusammensetzung besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trennschicht eine Schicht des Schichtsystems des Trägers ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Trennschicht eine Schicht des Schichtsystems des Trägers ist, welche durch das Aufbringen eines geeigneten Materials auf den Träger erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, wobei die Trennschicht eine Modifizierung und/oder Veränderung der Oberfläche der elastomeren Schicht des Trägers ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trennschicht das spätere Ablösen des Trägers vom Wafer oder seinen bereits vereinzelten Bauelementen ermöglicht und/oder erleichtert.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trennschicht vor dem Aufbringen des Trägers auf dem Wafer direkt auf den übrigen Schichten oder einem Teil der Schichten des Trägers aufgebracht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trennschicht als eigenständige Schicht und/oder Folie hergestellt wird und danach erst mit den übrigen Schichten oder einen Teil der Schichten des Trägers laminiert und/oder verpresst wird.
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