DE102006013419A1 - Integrated electronic circuit manufacturing method, involves subjecting porous silicon in wafer to thermal treatment, and closing pores at process of treatment, where material needed for closing is derived from low lying layer of silicon - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung, mit den Schritten:
- – Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche,
- – Erzeugen von zumindest einer Schaltungsstruktur in einem definierten Waferabschnitt im Bereich der ersten Oberfläche, und
- – Heraustrennen des definierten Waferabschnitts aus dem Halbleiterwafer, wobei der Waferabschnitt in einem ersten Prozessablauf freigestellt wird, so dass er nur noch über lokale, stegartige Verbindungen an dem verbleibenden Halbleiterwafer gehalten wird, und wobei die stegartigen Verbindungen in einem zweiten Prozessablauf aufgetrennt werden.
- Providing a semiconductor wafer having a first and a second surface,
- Generating at least one circuit structure in a defined wafer section in the region of the first surface, and
- - Separating the defined wafer portion of the semiconductor wafer, wherein the wafer portion is released in a first process flow, so that it is held only on local, web-like compounds on the remaining semiconductor wafer, and wherein the web-like compounds are separated in a second process flow.
Ein solches Verfahren ist aus WO 2005/104223 A1 bekannt.One such method is known from WO 2005/104223 A1.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von sogenannten Chips mit einer integrierten elektronischen Schaltung, wobei die Chips bzw. das Chipmaterial sehr dünn sind. Erfindungsgemäße Chips können eine Dicke von deutlich weniger als 300 μm besitzen, vorteilhafterweise eine Dicke von 50 μm und weniger. Derartig dünne Chips eignen sich gut zur Herstellung von sogenannten 3D-Chips, bei denen mehrere dünne Chips mit jeweils einer integrierten Schaltung aufeinander gestapelt werden. Darüber hinaus besitzen derartig dünne Chips aufgrund der geringen Materialstärke eine gewisse Flexibilität, so dass sie auf flexiblen Trägermaterialien, wie z.B. einer Kunststofffolie, verwendet werden können.The in particular, the present invention relates to a method of manufacturing of so-called chips with an integrated electronic circuit, wherein the chips or the chip material are very thin. Chips according to the invention can have a thickness of significantly less than 300 microns, advantageously a thickness of 50 microns and less. Such a thin one Chips are well suited for the production of so-called 3D chips, where several thin chips each stacked with an integrated circuit. About that In addition, such thin ones have Chips due to the low material thickness some flexibility, so that on flexible substrates, such as. a plastic film, can be used.
Eine
Möglichkeit,
um derartig dünne
Chips mit einer integrierten Schaltung herzustellen, besteht darin,
die integrierte Schaltung zunächst
auf einem Halbleiterwafer mit einer Dicke von bspw. 500 μm bis zu
1 mm herzustellen. Nach der Herstellung der integrierten Schaltung
wird die Rückseite
des Halbleiterwafers durch einen mechanischen und/oder chemischen
Prozess abgetragen. Anschließend
muss der Halbleiterwafer, der typischerweise eine Vielzahl von integrierten
Schaltungen trägt,
zu den Chips vereinzelt werden. Herkömmlicherweise geschieht dies durch
Sägen,
Trennschleifen, Schneiden oder Ritzen und Brechen. Ein Verfahren
zum Vereinzeln von Halbleiterwafern zu Chips ist in
Die beschriebene Vorgehensweise besitzt den Nachteil, dass ein erheblicher Teil des Wafermaterials durch den Abtrag ungenutzt verloren geht. Des weiteren müssen relativ große Abstände zwischen den einzelnen Chips auf einem Wafer vorgesehen werden, damit genügend Platz zum Sägen, Trennschleifen etc. zur Verfügung steht. Typische Abstände liegen hier in einer Größenordnung von 500 μm bis 1 mm. Dies alles wirkt sich nachteilig auf die Kosten für die Herstellung von dünnen integrierten Schaltungen aus, d.h. Chips mit Materialstärken von weniger als 150 μm.The The procedure described has the disadvantage that a considerable Part of the wafer material is lost by the removal unused. Furthermore, must relatively large distances be provided between the individual chips on a wafer, with enough Space for sawing, Cutting loops etc. available stands. Typical distances are here in an order of magnitude from 500 μm to 1 mm. This all adversely affects the cost of manufacturing of thin integrated circuits, i. Chips with material thicknesses of less than 150 μm.
Die eingangs genannte WO 2005/104223 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem an der ersten Oberfläche des Halbleiterwafers zunächst eine Vielzahl von vertikalen Gräben durch einen anisotropen Ätzprozess hergestellt werden. Anschließend wird die geöffnete erste Oberfläche durch eine Epitaxieschicht wieder verschlossen und der Halbleiterwafer wird einer Wärmebehandlung (Annealing) unterzogen. Hierdurch sollen einzelne geschlossene Kanäle unterhalb der ersten Oberfläche gebildet werden. In einem weiteren anisotropen Ätzprozess werden dann vertikale Zugänge zu den verborgenen Kanälen geschaffen. Anschließend werden die Innenwände der Kanäle und der vertikalen Zugänge durch einen Oxidationsprozess mit einer Oxidschicht versehen. Die Kanäle und vertikalen Zugänge umgeben einen Waferabschnitt an der ersten Oberfläche, in dem dann in herkömmlicher Weise eine Schaltungsstruktur erzeugt wird. Daran anschließend wird die Oxidschicht in den Kanälen und vertikalen Zugängen durch einen weiteren Ätzprozess entfernt, so dass der Waferabschnitt nur noch über stegartige Verbindungen an seiner Unterseite mit dem Rest des Wafers verbunden ist. Diese Verbindungen werden aufgebrochen, indem der Waferabschnitt nach oben aus dem verbleibenden Halbleiterwafer herausgerissen wird, wobei ergänzend auch eine Torsionsbewegung vorgeschlagen wird. Mit diesem Verfahren sollen Chips mit einer Dicke von weniger als 10 μm hergestellt werden können.The WO 2005/104223 A1, referred to above, describes a method in which at the first surface of the semiconductor wafer first a variety of vertical trenches by an anisotropic etching process getting produced. Subsequently will the open first surface closed again by an epitaxial layer and the semiconductor wafer becomes a heat treatment (Annealing) subjected. As a result, individual closed channels below the first surface be formed. In another anisotropic etching process then vertical Additions to the hidden channels created. Subsequently become the interior walls of the channels and the vertical accesses provided with an oxide layer by an oxidation process. The channels and vertical accesses surround a wafer portion at the first surface, in FIG then in conventional Way a circuit structure is generated. Subsequently, the Oxide layer in the channels and vertical accesses another etching process removed, so that the wafer section only via web-like connections connected to the rest of the wafer at its bottom. These Connections are broken by the wafer section after torn out of the top of the remaining semiconductor wafer, being supplementary also a torsional motion is proposed. With this procedure Chips are to be made with a thickness of less than 10 microns.
Nachteilig an diesem Verfahren erscheint, dass die Unterseite der vereinzelten Chips eine starke Rauigkeit (verglichen mit der Materialstärke der Chips) aufweisen dürften, weil an der Unterseite des Waferabschnitts unregelmäßige Bruchkanten der ehemaligen stegartigen Verbindungen verbleiben. Außerdem ist das Erzeugen der tiefliegenden Oxidschichten unter dem Waferabschnitt sowie deren späteres, selektives Herausätzen aufwendig und schwierig.adversely At this procedure appears that the bottom of the isolated Chips a high roughness (compared to the material thickness of the chips) should have because at the bottom of the wafer section irregular break edges the former bar-type connections remain. Besides that is generating the deep oxide layers below the wafer section and their later, selective rejection elaborate and difficult.
Aus einem Aufsatz von Overstolz et al. mit dem Titel „A Clean Wafer-Scale Chip-Release Process without Dicing Based on Vapor Phase Etching", 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Januar 2004, Seiten 717 bis 720, ist es bekannt, einen mikromechanischen Sensor, nämlich einen Neigungsmesser, allein durch verschiedene Ätzprozesse aus einem Siliziummaterial herauszulösen. Als Ausgangsmaterial dient ein SOI-Wafer (Silicon on Insulator). Zum Herauslösen des Neigungssensors werden Gräben und Löcher sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite des Wafermaterials geätzt. Außerdem wird die im Halbleitermaterial liegende Oxidschicht teilweise ausgeätzt, indem ein Flusssäuredampf durch die Löcher an der Vorder seite und Rückseite in das Innere des Halbleiterwafers gebracht wird.From an article by Overstolz et al. entitled "A Clean Wafer-Scale Chip-Release Process Without Dicing Based on Vapor Phase Etching", 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, January 2004, pages 717 to 720, discloses a micromechanical sensor, namely a Inclinometer, by means of different etching processes from a silicon material to dissolve.As starting material an SOI wafer (Silicon on Insulator) is used.To release the inclination sensor trenches and holes etched from both the front and back of the wafer material. In addition, the oxide film disposed in the semiconductor material is partially etched by bringing a hydrofluoric acid vapor into the inside of the semiconductor wafer through the holes on the front side and the back side.
JP 2002-299500 beschreibt die Entnahme von Chips mit Hilfe eines sogenannten Dummy-Substrates.JP 2002-299500 describes the removal of chips by means of a so-called Dummy substrate.
Schließlich ist
im Stand der Technik die Erzeugung und Verwendung von porösem Silizium
bekannt.
Des weiteren wird poröses Silizium beim sog. ELTRAN-Prozess (Epitaxial Layer TRANsfer) verwendet, mit dessen Hilfe SOI-Wafer hergestellt werden. Die Vorgehensweise ist in einer Veröffentlichung von T. Yonehara und K. Sakaguchi beschrieben, die unter dem Titel „ELTRAN; Novel SOI-Wafer Technology" in JSAP International No. 4, Juli 2001 erschienen ist.Of another becomes porous Silicon in the so-called ELTRAN process (epitaxial layer TRANsfer) used, with its help SOI wafer getting produced. The procedure is in a publication by T. Yonehara and K. Sakaguchi, entitled "ELTRAN; Novel SOI-Wafer Technology "in JSAP International No. 4, July 2001 appeared.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren anzugeben, um dünne in tegrierte Schaltungen möglichst kostengünstig und mit guter Qualität und Ausbeute herzustellen.In front In this context, it is an object of the present invention to to provide an alternative method to possible thin integrated circuits as possible economical and with good quality and yield.
Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Waferabschnitt im ersten Prozessablauf so freigestellt wird, dass die stegartigen Verbindungen an einer seitlichen Peripherie des Waferabschnitts angeordnet werden.These Task is done according to a Aspect of the present invention by a method of the preamble solved kind, in which the wafer section is thus released in the first process sequence is that the web-like connections on a lateral periphery of the wafer section are arranged.
Das neue Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren aus der eingangs erwähnten WO 2005/104223 A1 dadurch, dass die tragenden stegartigen Verbindungen, die den Waferabschnitt vor der abschließenden Vereinzelung halten, im Wesentlichen seitlich an dem Waferabschnitt angreifen. Vorzugsweise halten die stegartigen Verbindungen den Waferabschnitt an mehreren gegenüberliegenden Ecken oder Seiten, wobei sie den Waferabschnitt umgeben. In einigen Ausgestaltungen der Erfindung sind die stegartigen Verbindungen an den Ecken eines rechteckigen Waferabschnitts angeordnet. In anderen Ausgestaltungen können die stegartigen Verbindungen an den Längsseiten eines rechteckigen Waferabschnitts sitzen. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf rechteckige Waferabschnitte (und entsprechende Chips) beschränkt. Beispielsweise können stegartige Verbindungen auch am Außenumfang eines in der Grundfläche runden oder elliptischen Waferabschnitts angeordnet sein.The new procedure differs from the procedure of the beginning mentioned WO 2005/104223 A1 in that the load-bearing web-like connections, which hold the wafer section before the final singulation, attack substantially laterally on the wafer portion. Preferably the web-like connections hold the wafer section at several opposite corners or sides surrounding the wafer portion. In some embodiments The invention relates to the web-like connections at the corners of a arranged rectangular wafer section. In other embodiments can the web-like connections on the longitudinal sides of a rectangular wafer section to sit. About that In addition, the present invention is not limited to rectangular wafer sections (and corresponding chips) limited. For example, you can web-like connections also on the outer circumference of a round in the base or be arranged elliptical wafer section.
Die vorliegende Erfindung schließt nicht aus, dass einzelne stegartige Verbindungen auch unterhalb des auszulösenden Waferabschnitts bestehen. Dies ist jedoch abhängig von dem Verfahren, mit dem der Waferabschnitt im ersten Prozessablauf freigestellt wird, ein „Resteffekt" (wird weiter unten ausgeführt).The present invention includes not that individual web-like connections also below of the triggering Wafer section exist. However, this is dependent on the method, with the wafer section is released in the first process sequence, a "residual effect" (below) running).
In erster Linie wird der Waferabschnitt nach der vorliegenden jedoch von den lokalen, stegartigen Verbindungen an seiner seitlichen Peripherie gehalten.In First, however, the wafer portion according to the present invention will be from the local, web-like connections at its lateral periphery held.
Durch die neue Art der „Aufhängung" des Waferabschnitts an seiner Peripherie ist es möglich, den Waferabschnitt in den Halbleiterwafer hineinzudrücken, um die stegartigen Verbindungen aufzubrechen. Der Waferabschnitt kann nach dem neuen Verfahren also durch eine Druckkraft von oben aus dem verbleibenden Material des Halbleiterwafers herausgebrochen werden. Im Gegensatz dazu muss bei dem Verfahren nach der eingangs genannten WO 2005/104223 A1 eine Zugkraft aufgebracht werden, und diese Zugkraft muss so stark sein, dass sie die stegartigen Verbindungen in ihrer Längsrichtung auftrennt. Im Gegensatz dazu können bei dem neuen Verfahren Scherkräfte verwendet werden, um die stegartigen Verbindungen aufzutrennen. Berücksichtigt man, dass der Waferabschnitt in bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sehr dünn ist (Materialstärke kleiner als 150 μm und vorzugsweise im Bereich unter 50 μm), erkennt man, dass die Gefahr einer Beschädigung des Waferabschnitts bei dem neuen Verfahren geringer ist. Darüber hinaus liegen die Trennstellen an der seitlichen Peripherie des Waferabschnitts, die einen gewissen Abstand zu den empfindlichen Schaltungsstrukturen in dem Waferabschnitt aufweisen kann. Demgegenüber liegen die gewaltsam aufgebrochenen Trennstellen bei dem bekannten Verfahren direkt unterhalb der empfindlichen Schaltungsstrukturen.By the new way of "suspending" the wafer section on its periphery it is possible to use the Press wafer section into the semiconductor wafer to the web-like connections break. The wafer section can thus according to the new method by a pressure force from above from the remaining material of the Semiconductor wafers are broken out. In contrast, must in the method according to the aforementioned WO 2005/104223 A1 A tensile force must be applied, and this traction must be so strong be that they have the web-like connections in their longitudinal direction separates. In contrast, you can shear forces in the new process used to separate the web-like connections. Considered that the wafer section in preferred embodiments of the Invention very thin is (material thickness smaller than 150 μm and preferably in the range below 50 microns), one recognizes that the danger damage of the wafer portion is smaller in the new method. Furthermore are the separation points on the lateral periphery of the wafer section, a certain distance from the sensitive circuit structures may have in the wafer portion. In contrast, they are violently broken Separation points in the known method directly below the sensitive circuit structures.
Mit der vorliegenden Erfindung lässt sich daher das Risiko, das der Waferabschnitt beim Vereinzeln beschädigt wird, deutlich reduzieren. Darüber hinaus kann das Vereinzeln in bevorzugten Ausgestaltungen auf sehr kostengünstige Weise mit bekannten Vorrichtungen ausgeführt werden, die zur Handhabung und Bestückung von SMD-Bauelementen (Surface Mounted Devices) verwendet werden.With the present invention, therefore, the risk that the wafer portion is damaged when singulated, can be significantly reduced. Above it hi In addition, the separation can be carried out in preferred embodiments in a very cost-effective manner with known devices that are used for handling and assembly of SMD components (Surface Mounted Devices).
Darüber hinaus besitzt das neue Verfahren den Vorteil, dass der verbleibende Halbleiterwafer erneut zur Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden kann, wenn man die verbleibenden Stegreste an der ersten Oberfläche abschleift. Damit wird der Halbleiterwafer optimal genutzt. Die Herstellungskosten für dünne integrierte Schaltungen lassen sich reduzieren.Furthermore the new method has the advantage that the remaining semiconductor wafer be used again for the production of integrated circuits can be, if one abrades the remaining web remainders on the first surface. In order to the semiconductor wafer is used optimally. The manufacturing costs for thin integrated Circuits can be reduced.
Schließlich besitzt das neue Verfahren den Vorteil, dass die Unterseite der Waferabschnitte (zumindest weitgehend) frei von Bruchstellen und Artefakten ist, wodurch der Waferabschnitt bzw. der Chip leichter und exakter weiterverarbeitet werden kann, bspw. beim Aufeinanderstapeln für einen 3D-Chip oder beim Anordnen auf einer dünnen Folie.Finally owns the new process has the advantage of having the bottom of the wafer sections (at least largely) free of breakages and artifacts, whereby the wafer section or the chip is processed more easily and accurately can be, for example, when stacking for a 3D chip or when arranging on a thin one Foil.
Insgesamt ermöglicht das neue Verfahren somit eine kostengünstige und qualitativ hochwertige Herstellung von dünnen integrierten Schaltungen. Die eingangs genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.All in all allows the new process thus a cost-effective and high-quality production of thin integrated circuits. The object mentioned is therefore completely solved.
Wie bereits erwähnt, werden die stegartigen Verbindungen in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens mit Hilfe eines Drucks von oben auf die erste Oberfläche aufgebrochen. Alternativ oder ergänzend hierzu können die stegartigen Verbindungen auch mit Hilfe einer Torsionsbewegung aufgebrochen werden.As already mentioned, be the web-like compounds in a preferred embodiment of Procedure with the help of a pressure from above on the first surface broken. Alternative or supplementary can do this the web-like connections also by means of a torsional movement be broken up.
Diese Ausgestaltung ermöglicht die Handhabung der Waferabschnitte mit Hilfe von Greifwerkzeugen, wie sie auch zur Handhabung von SMD-Bauelementen verwendet werden. Damit ist eine besonders kostengünstige und rationelle Herstellung von dünnen Chips möglich.These Design allows the handling of the wafer sections with the aid of gripping tools, as they are also used to handle SMD components. This is a particularly cost-effective and rational production of thin Chips possible.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der erste Prozessschritt die Erzeugung eines geschlossenen Waferhohlraums unter dem definierten Waferabschnitt. Vorzugsweise wird die Schaltungsstruktur über dem geschlossenen Waferhohlraum erzeugt.In Another embodiment includes the first process step the creation of a closed wafer cavity below the defined wafer portion. Preferably, the circuit structure becomes over the closed wafer cavity generated.
Die Realisierung des neuen Verfahrens mit einem geschlossenen Hohlraum besitzt den Vorteil, dass der Halbleiterwafer trotz Hohlraum (bzw. mit einer Vielzahl solcher Hohlräume für eine Vielzahl solcher Waferabschnitte) auf Lager bevorratet werden kann, wodurch der Produktionsprozess weiter rationalisiert und noch kostengünstiger gemacht werden kann.The Realization of the new method with a closed cavity has the advantage that the semiconductor wafer despite cavity (or. with a variety of such cavities for one Variety of such wafer sections) can be stored in stock, which further streamlines the production process and even more cost-effective can be made.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Erzeugung des Waferhohlraums folgende Schritte:
- – Bereitstellen eines Substratwafers mit einer Oberseite aus einem ersten Halbleitermaterial, insbesondere einem hoch-p-dotierten Silizium,
- – Erzeugen einer Vielzahl von porösen Bereichen in dem ersten Halbleitermaterial, wobei jeder poröse Bereich eine Flächenausdehnung besitzt, die in etwa der Flächenausdehnung des definierten Waferabschnitts entspricht, und
- – Erzeugen einer Deckschicht auf der Oberseite, die die porösen Bereiche überdeckt.
- Providing a substrate wafer having a top side made of a first semiconductor material, in particular a highly p-doped silicon,
- Producing a multiplicity of porous regions in the first semiconductor material, each porous region having an areal extent which corresponds approximately to the areal extent of the defined wafer section, and
- - Generating a cover layer on the top, which covers the porous areas.
Vorzugsweise überdeckt die Deckschicht die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers, so dass der Halbleiterwafer von außen kaum oder gar nicht von einem Halbleiterwafer ohne Hohlräume zu unterscheiden ist.Preferably covered the cover layer covers the entire surface of the semiconductor wafer, so that the semiconductor wafer from the outside hardly or not at all to be distinguished from a semiconductor wafer without cavities is.
Mit dieser Ausgestaltung lassen sich geeignete Waferhohlräume sehr kostengünstig erzeugen. Diese Ausgestaltung ist daher besonders vorteilhaft für eine Massenfertigung von integrierten Schaltungen.With This configuration can be very suitable wafer cavities economical produce. This embodiment is therefore particularly advantageous for mass production of integrated circuits.
In einer weiteren Ausgestaltung wird jeder poröse Bereich mit einer großporigen unteren Schicht und einer feinporigen oberen Schicht erzeugt.In In a further embodiment, each porous area with a large-pored produced lower layer and a fine-pored upper layer.
Die Eindringtiefe und Porengröße der Schichten kann beim Herstellen der porösen Bereiche variiert werden, indem bspw. die Stromdichte eines Stroms variiert wird, der durch eine Lösung aus Flusssäure und Ethanol fließt, in der der Substratwafer aus einkristallinem Silizium als Anode angeordnet ist (vgl. die eingangs erwähnte Veröffentlichung von Yonehara/Sakaguchi). Indem man eine großporige untere Schicht und eine feinporige obere Schicht erzeugt, lässt sich der Waferhohlraum einfacher nach oben verschließen. Unten sorgt eine großporige untere Schicht dafür, dass der Waferabschnitt möglichst frei über dem restlichen Wafermaterial „schwebt". Je größer die Porengröße hier ist, desto weniger ist der Waferabschnitt mit dem darunter liegenden Wafermaterial verbunden.The Penetration depth and pore size of the layers can when producing the porous Areas can be varied by, for example, the current density of a stream is varied by a solution from hydrofluoric acid and ethanol flows, in which the substrate wafer of monocrystalline silicon as the anode is arranged (see the above-mentioned publication of Yonehara / Sakaguchi). By having a large pore bottom Layer and a fine-pored upper layer produced, can be the wafer cavity easier to close up. Below provides a large pore lower layer for that, that the wafer section is as free as possible over the remaining wafer material "floats." The larger the Pore size here is, the less is the wafer portion with the underlying Wafer material connected.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Substratwafer nach dem Erzeugen der porösen Bereiche aufgeheizt, um die Deckschicht zu erzeugen.In In a further embodiment, the substrate wafer is after the production the porous one Areas heated to produce the topcoat.
In dieser Ausgestaltung wird der Substratwafer nach dem Erzeugen der porösen Bereiche einer Wärmebehandlung (Annealing) unterzogen. Hierdurch schließen sich die Poren an der Oberseite. Außerdem kann so die Porengröße in den tieferliegenden Bereichen noch vergrößert werden. Es findet eine Art Reflow-Prozess statt, mit dessen Hilfe das (bevorzugt feinporige) Material an der Oberseite wieder in eine einkristalline Struktur umgeformt wird. Das dazu erforderliche Material stammt aus der tieferliegenden, vorzugsweise großporigen Schicht. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, um einen geeigneten Hohlraum auf kostengünstige Weise zu erzeugen.In this embodiment, the substrate wafer is subjected to a heat treatment (annealing) after the production of the porous regions. This closes the pores on the top. In addition, so the pore size in the deeper areas can be increased. There is a kind of reflow process, with the help of which (preferably fine-pored) material on the top like which is transformed into a monocrystalline structure. The required material comes from the deeper, preferably large-pored layer. This embodiment is particularly advantageous to produce a suitable cavity in a cost effective manner.
In einer weiteren Ausgestaltung wird auf die Oberseite ein zweites Halbleitermaterial aufgebracht, um die Deckschicht zu erzeugen. In bevorzugten Ausführungen der Erfindung wird eine Epitaxieschicht auf die oberste kristalline Lage aufgewachsen, die durch den gerade beschriebenen Reflow-Prozess über dem Hohlraum erzeugt wurde.In Another embodiment is on the top of a second Semiconductor material applied to produce the cover layer. In preferred embodiments The invention is an epitaxial layer on the uppermost crystalline Grown up by the above-described reflow process above the Cavity was created.
Diese Ausgestaltung erleichtert die spätere Herstellung der Schaltungsstrukturen in dem Waferabschnitt, weil die Schaltungsstrukturen in einem „normalen" einkristallinen Halbleitermaterial erzeugt werden können. Daher lässt sich das neue Verfahren in dieser Ausgestaltung besonders einfach in bestehende Produktionsprozesse integrieren.These Design facilitates later production of the circuit structures in the wafer portion, because the circuit structures in a "normal" monocrystalline Semiconductor material can be generated. Therefore, it is possible the new method in this embodiment particularly simple in Integrate existing production processes.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Substratwafer ein drittes Halbleitermaterial auf, vorzugsweise ein geringer p-dotiertes Halbleitermaterial (zum Beispiel Silizium), das unter dem ersten Halbleitermaterial (vorzugsweise hoch-p-dotiertes Silizium) angeordnet ist, wobei die porösen Bereiche nur in dem ersten Halbleitermaterial erzeugt werden.In In a further embodiment, the substrate wafer has a third one Semiconductor material, preferably a low p-type semiconductor material (for Example silicon), which under the first semiconductor material (preferably highly p-doped silicon), the porous regions only be produced in the first semiconductor material.
Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, um eine möglichst ebene Oberfläche über den Hohlräumen zu erhalten. Für die Herstellung der porösen Schichten ist es nämlich von Vorteil, ein hoch-p-dotiertes Silizium zu verwenden. Demgegenüber werden für die Schaltungsstruktur häufig weniger hochdotierte Bereiche benötigt. Es ist daher von Vorteil, die bereits erwähnte Epitaxieschicht auf der Oberseite des Halbleiterwafers aufzubringen. Unterschiedliche hohe Dotierungen können jedoch Spannungen im Material aufgrund von unterschiedlichen Gitterkonstanten hervorrufen. Diese Spannungen können zur Folge haben, dass die Oberfläche des Halbleiterwafers wellig wird. Indem man nun die porösen Bereiche in einer hochdotierten Schicht erzeugt, die auf einem dritten Halbleitermaterial angeordnet ist, kann man durch geeignete Wahl der Prozessparameter dafür Sorge tragen, dass die Gitterkonstanten der Materialien nach dem Herstellen der porösen Schicht besser aneinander angepasst sind. Hierdurch lassen sich Spannungen und daraus folgende Welligkeiten zumindest reduzieren.These Embodiment is particularly advantageous to a possible level surface over the cavities too receive. For the production of the porous It is namely layers advantageous to use a highly p-doped silicon. In contrast, be for the Circuit structure often Less heavily doped areas needed. It is therefore an advantage the already mentioned Epitaxial layer on the top of the semiconductor wafer to apply. However, different high dopings can cause stresses in the material due to different lattice constants. These Tensions can entail that the surface of the semiconductor wafer is wavy. By now the porous areas generated in a highly doped layer on a third semiconductor material is arranged, one can by suitable choice of the process parameters take care Bear in mind that the lattice constants of the materials after manufacturing the porous one Layer are better adapted to each other. This can be done At least reduce stresses and consequent ripples.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Waferabschnitt in dem ersten Prozessablauf von der zweiten Oberfläche her freigestellt.In In a further embodiment of the invention, the wafer section in the first process flow from the second surface optional.
In dieser Ausgestaltung wird Material unterhalb des herauszulösenden Waferabschnitts von unten, also von der zweiten Oberfläche her, abgetragen. Dies kann in Ergänzung zu einem Hohlraum unter dem Waferabschnitt geschehen. Bevorzugt wird diese Ausgestaltung jedoch ohne Hohlraum unter dem Waferabschnitt realisiert. Besonders bevorzugt wird diese Ausgestaltung des Verfahrens mit einem SOI-Wafer realisiert, wobei der Waferabschnitt mit den Schaltungsstrukturen in der oberen Halbleiterschicht des SOI-Wafers ausgebildet wird und wobei die untere Materiallage (Bulk-Silizium) vor oder nach der Erzeugung der Schaltungsstrukturen herausgeätzt wird.In This embodiment is material below the herauszuösenden wafer section from the bottom, ie from the second surface ago, removed. This can in addition happen to a cavity under the wafer section. Prefers However, this configuration is without a cavity under the wafer section realized. This embodiment of the method is particularly preferred realized with an SOI wafer, wherein the wafer portion with the Circuit structures in the upper semiconductor layer of the SOI wafer is formed and wherein the lower material layer (bulk silicon) is etched out before or after the generation of the circuit structures.
Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, um eine sehr glatte Oberfläche an der Unterseite des Waferabschnitts zu erhalten. Dementsprechend eignet sich diese Ausgestaltung besonders für Anwendungen, die sehr hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Rückseite des vereinzelten Chips stellen. Gleichwohl macht auch diese Ausgestaltung von den grundsätzlichen Vorteilen des neuen Verfahrens Gebrauch, insbesondere der Möglichkeit, die Chips mit Hilfe von herkömmlichen SMD-Greifwerkzeugen zu vereinzeln und weiterzuverarbeiten.These Design is particularly advantageous to a very smooth surface on the Obtain the underside of the wafer section. Accordingly suitable This configuration especially for applications that are very high Requirements for the surface quality of the backside of the isolated chip. Nevertheless, this configuration also makes from the fundamental Advantages of the new method use, in particular the possibility the chips with the help of conventional SMD gripping tools too to separate and process.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der erste Prozessablauf die Erzeugung von Gräben an der ersten Oberfläche des Halbleiterwafers, nachdem die Schaltungsstruktur in dem Waferabschnitt erzeugt wurde.In Another embodiment includes the first process flow the creation of trenches the first surface of the semiconductor wafer after the circuit pattern is formed in the wafer portion has been.
In dieser Ausgestaltung kann der erste Prozessablauf zweigeteilt sein, indem er zumindest zwei zeitlich voneinander getrennte Stufen beinhaltet. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Waferabschnitt mit Hilfe eines Hohlraums freigestellt wird, der vorteilhafterweise erzeugt wird, bevor die Schaltungsstrukturen in dem Waferabschnitt hergestellt werden. Demgegenüber werden die Gräben nach dieser Ausgestaltung des Verfahrens erst nach dem Herstellen der Schaltungsstruktur geätzt oder anderweitig erzeugt. Die vorliegende Ausgestaltung ist jedoch auch in den alternativen Varianten des neuen Verfahrens von Vorteil, in denen auf einen Hohlraum verzichtet wird. Generell besitzt die Ausgestaltung den Vorteil, dass die Herstellung der integrierten Schaltung einfacher und damit kostengünstiger in bestehende Fertigungsabläufe integriert werden kann, da der Halbleiterwafer beim Herstellen der Schaltungsstrukturen eine (zumindest weitgehend) geschlossene Oberfläche besitzt.In this embodiment, the first process flow can be divided into two, by including at least two temporally separate stages. This For example, if the wafer section using a Cavity which is advantageously produced, before the circuit patterns are fabricated in the wafer section. In contrast, become the trenches after this embodiment of the method only after manufacture the circuit structure etched or otherwise generated. However, the present embodiment is also advantageous in the alternative variants of the new method, in which a cavity is dispensed with. Generally owns the Design the advantage that the production of the integrated circuit easier and thus cheaper in existing production processes can be integrated, since the semiconductor wafer in the manufacture of Circuit structures has a (at least largely) closed surface.
In einer weiteren Ausgestaltung wird ein Halbleiterwafer bereitgestellt, der zumindest eine obere, eine mittlere und eine untere Materiallage aufweist, wobei die Schaltungsstruktur in der oberen Materiallage erzeugt wird, und wobei die mittlere Materiallage in dem ersten Prozessschritt herausgeätzt wird, um den Waferabschnitt freizustellen. Vorzugsweise wird in dieser Ausgestaltung ein SOI-Wafer als Ausgangsmaterial verwendet.In a further embodiment, a semiconductor wafer is provided, which has at least one upper, one middle and one lower material layer, wherein the circuit structure is produced in the upper material layer, and wherein the middle material layer is etched out in the first process step to expose the wafer section. virtue example, an SOI wafer is used as the starting material in this embodiment.
Wie bereits weiter oben erwähnt ist, lassen sich mit Hilfe eines mehrlagigen Halbleiterwafers Chips mit einer sehr glatten und qualitativ hochwertigen Rückseite herstellen. Die Verwendung eines SOI-Ausgangsmaterials trägt darüber hinaus zu einer Reduzierung der Produktionskosten bei, weil SOI-Wafer als Standardprodukte kostengünstig zur Verfügung stehen.As already mentioned above is, can be using a multi-layer semiconductor wafer chips with a very smooth and high quality back produce. The use of an SOI starting material contributes beyond to a reduction in production costs, because SOI wafers as Standard products cost-effective to disposal stand.
In einer weiteren Ausgestaltung wird zumindest eine Durchgangsöffnung in dem Waferabschnitt erzeugt, um ein Ätzmittel zu der mittleren Materiallage zu führen.In In another embodiment, at least one passage opening in generated to the wafer portion to an etchant to the middle material layer respectively.
Diese Ausgestaltung ist von Vorteil, weil sie ein exaktes „Unterätzen" des Waferabschnitts erleichtert, insbesondere wenn der Waferabschnitt lateral eine Ausdehnung besitzt, die deutlich größer ist als die Dicke der zweiten Materiallage. Die Herstellung der integrierten Schaltungen wird auf diese Weise beschleunigt und die Ausbeute erhöht.These Embodiment is advantageous because it is an exact "undercutting" of the wafer section facilitates, in particular if the wafer section laterally an extension owns, which is significantly larger than the thickness of the second material layer. The production of the integrated Circuits are accelerated in this way and the yield is increased.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Waferabschnitt in dem Halbleiterwafer in [100]-Ausrichtung oder in [110]-Ausrichtung angeordnet und die stegartigen Verbindungen werden an den Ecken oder an den Seitenkanten des Waferabschnitts angeordnet.In In another embodiment, the wafer section is in the semiconductor wafer arranged in [100] orientation or in [110] orientation and the web-like Connections become at the corners or at the side edges of the wafer section arranged.
Weil insbesondere das Brechverhalten von Halbleiterwafern in Abhängigkeit von der Lage einer Bruchkante relativ zum Kristallgitter unterschiedlich ist, kann man durch diese Ausgestaltung die zum Auftrennen der Verbindungen erforderlichen Kräfte und auch die Ausbildung der Trennstellen beeinflussen. Mit den bevorzugten Ausgestaltungen lässt sich eine optimale Auslösung des Waferabschnitts erreichen.Because in particular the breaking behavior of semiconductor wafers in dependence different from the position of a fracture edge relative to the crystal lattice, you can through this configuration for separating the compounds required forces and also influence the formation of the separation points. With the preferred Embodiments leaves an optimal triggering reach the wafer section.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explained. Show it:
In
In
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein solcher Halbleiterwafer
Dies
geschieht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass eine Vielzahl von Gräben
Wie
in
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
der Substratwafer
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Wie
aus der Zusammenschau der
Zu
den Vorteilen des in
Wie
in
Gemäß
Gemäß
Anschließend wird
der Chip
Alternativ
oder ergänzend
hierzu kann auch die mittlere Materiallage
Gemäß
Die
Gräben
In
bevorzugten Varianten dieses Ausführungsbeispiels werden außerdem Durchgangsöffnungen
Wie
in
Nun
wird gemäß
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