DE102018010330A1 - Fügeverfahren von Scheiben - Google Patents

Fügeverfahren von Scheiben Download PDF

Info

Publication number
DE102018010330A1
DE102018010330A1 DE102018010330.8A DE102018010330A DE102018010330A1 DE 102018010330 A1 DE102018010330 A1 DE 102018010330A1 DE 102018010330 A DE102018010330 A DE 102018010330A DE 102018010330 A1 DE102018010330 A1 DE 102018010330A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
disc
cover
interior
underside
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102018010330.8A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102018010330B4 (de
Inventor
Rüdiger Löckenhoff
Tim Kubera
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Azur Space Solar Power GmbH
Original Assignee
Azur Space Solar Power GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Azur Space Solar Power GmbH filed Critical Azur Space Solar Power GmbH
Priority to DE102018010330.8A priority Critical patent/DE102018010330B4/de
Publication of DE102018010330A1 publication Critical patent/DE102018010330A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102018010330B4 publication Critical patent/DE102018010330B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von zwei Scheibe, wobei mindestens eine der Scheiben eine Halbleiterschicht aufweist. Die Scheiben werden in einem aus einem Boden, einem als Membran ausgebildeten Deckel und einer sich zwischen Boden und Deckel erstreckenden Seitenwand gebildeten Innenraum angeordnet, wobei der Boden oder die Seitenwand einen Anschluss an eine Druckreduziervorrichtung aufweist. Der Druck im Innenraum wird mittels der Druckreduziervorrichtung reduziert, um zumindest den als Membran ausgebildeten Deckel in den Innenraum hinein zu wölben und ein Außendruck wird bereitgestellt, so dass im Innenraum ein Unterdruck gegenüber dem an einer Unterseite des Bodens und/oder an einer Oberseite des Deckels anliegenden Außendruck entsteht und die Unterseite des Deckels auf die Oberseite der zweiten Scheibe einen ersten Druck ausübt. Anschließend wird mindestens die erste oder die zweite Scheibe von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erwärmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Scheiben.
  • In der Halbleiterindustrie werden zunehmend sehr dünne Halbleiterscheiben eingesetzt, da sich diese durch geringen Platzbedarf, geringes Gewicht und einen geringen Wärmewiderstand entlang ihrer Dicke auszeichnen. Zur besseren Handhabung bzw. zur mechanischen Stabilisierung werden sehr dünne Substrate häufig auf ein Trägermaterial aufgeklebt.
  • Aus der DE 10 2009 059 312 A1 ist ein Verfahren zum Aufkleben einer aus einem dünnen Substrat und einer sehr dünnen photoelektrisch aktiven Schicht aufgebauten Solarzelle auf ein Trägermaterial bekannt. Es wird ein gasdurchlässiges Trägermaterial verwendet, um das Entweichen von Wasserdampf oder anderen gasförmigen Stoffen aus der Solarzelle und der Klebstoffschicht während des Herstellungsprozesses zu ermöglichen.
  • Aus Fabrication of Wafer-Level Thermocompression Bonds, C. Tsau, IEEE, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 11, NO. 6, S. 641 - S- 647, December 2002, ist ein Verfahren zum Fügen von zwei Halbleiterscheiben bekannt.
  • Weitere Fügeverfahren sind aus der DE 102 00 538 B4 , der DE 10 2009 020 991 A1 , der US 4,883,215 A , der US 2003 / 0 000 638 A1 und der JP H02 - 123 726 A bekannt.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, welche eine Alternative zum Stand der Technik bilden.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 24 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von mindestens einer ersten und einer zweiten Scheibe bereitgestellt, wobei mindestens eine der Scheiben eine Halbleiterschicht aufweist.
  • In einem ersten Verfahrensschritt werden die erste und die zweite Scheibe in einem aus einem Boden, einem als Membran ausgebildeten Deckel und einer sich zwischen Boden und Deckel erstreckenden Seitenwand gebildeten Innenraum angeordnet.
  • Eine Unterseite der ersten Scheibe liegt auf einer Oberseite des Bodens auf.
  • Eine Unterseite der zweiten Scheibe ist der Oberseite der ersten Scheibe zugewandt und eine Oberseite der zweiten Scheibe ist einer Unterseite des Deckels zugewandt.
  • Der Boden oder die Seitenwand weisen einen Anschluss an eine Druckreduziervorrichtung.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Druck im Innenraum mittels der Druckreduziervorrichtung reduziert und bereitstellen eines Außendrucks, so dass im Innenraum ein Unterdruck gegenüber einem an einer Unterseite des Bodens und/oder an einer Oberseite des Deckels anliegenden Außendruck entsteht.
  • Die Unterseite des Deckels übt auf die Oberseite der zweiten Scheibe einen ersten Druck aus.
  • In einem dritten Verfahrensschritt wird mindestens die erste oder die zweite Scheibe von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erwärmt.
  • Es sei angemerkt, dass unter einer Scheibe eine dünne Platte verstanden wird, wobei der Durchmesser der Platte um ein Vielfaches größer ist als die Dicke der Platte.
  • Es versteht sich, dass sich die Verfahrensschritte in einer beliebigen Reihenfolge als auch parallel ausführen lassen. Anders ausgedrückt lässt sich die Vorrichtung erst beladen und anschließend wird in einer beliebigen Reihenfolge erwärmt und mit einem Druck oder einem Unterdruck beaufschlagt.
  • Der zweite als auch der dritte Verfahrensschritte lassen sich auch parallel ausführen, d.h. solange noch erwärmt wird, wird gleichzeitig Vakuum gezogen oder Druck in den Deckel geleitet.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Platte um eine Halbleiterscheibe insbesondere mit 100mm oder 150 mm Durchmesser und eine Dicke in einem Bereich zwischen 100 µm und 700 µm. Vorzugsweise umfassen oder bestehen die Halbleiterscheiben aus einem GaAs Substrat oder aus Ge Substrat. Vorzugsweise weisen die Halbleiterscheiben eine Vielzahl von insbesondere III-V Halbleiterschichten beispielsweise mit einer Gesamtdicke unterhalb von 20 µm auf.
  • Als Membran wird ein flächig ausgebildeter Körper bezeichnet, der ausreichend flexibel ist, um der größten zu Erwarten Biegung unter der Einwirkung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Innenraum und dem Außendruck zu folgen.
  • Durch die Reduzierung des Drucks im Innenraum gegenüber dem an der Oberseite des Deckels anliegenden Druck wird auf die Oberseite ein erster Druck ausgeübt, wodurch der als Membran ausgebildete Deckel sich in den Innenraum hinein wölbt und einen flächigen ersten Druck auf die Oberseite der zweiten Scheibe ausübt, während der Boden und die Seitenwand steif bleiben. Im Innenraum kann beispielsweise ein Vakuum bzw. ein Teilvakuum mit einem technisch bedingten Restdruck erzeugt werden, während als Außendruck der herrschende Atmosphärendruck genutzt werden kann.
  • Eine stoffschlüssige Verbindung kann mittels des Verfahrens beispielsweise durch Aufschmelzen bzw. Erweichen, durch Diffusion und/oder durch Ausbildung einer Legierung erfolgen. Bekannte Verfahren sind das Diffusionsbonden, das Transient Liquid Phase Diffusion Bonding, das eutektische Bonden und das Polymer-Bonden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auf einfache Weise Halbleiterscheiben mit extrem dünnen Schichtdicken und auch abgelöste Halbleiterschichten zur Stabilisierung mit einer Trägerscheibe flächig und stoffschlüssig zu verbinden. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass Lufteinschlüsse in der flächigen Verbindung vermieden werden können, ohne dass hierfür besondere Anforderungen an das Material der Trägerscheibe bestehen.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Scheibe eine Trägerschicht und die zweite Scheibe eine Halbleiterscheibe oder eine Halbleiterschicht. Die erste Scheibe kann beispielsweise eine Siliziumscheibe, eine Metallscheibe oder eine Keramikscheibe sein, die als mechanischer Träger dient. Die zweite Scheibe kann beispielsweise ein Halbleiterwafer mit einer Halbleiterstruktur auf der der ersten Scheibe bzw. gegebenenfalls einem Verbindungsmittel zugewandten Seite sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform unterscheiden sich die Durchmesser der beiden Scheiben höchstens um einen Faktor 2 oder höchstens um einen Faktor 1,5 oder höchstens um einen Faktor 1,05.
  • Gemäß einer Weiterbildung grenzt die Unterseite des Deckels nach dem Anordnen der Scheiben im Innenraum an die Oberseite der zweiten Scheibe an. Dies reduziert die Anforderungen an die Flexibilität der Membran. Durch eine geringe Biegung der Membran entsteht eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Deckel und erster Scheibe, so dass der Druck auf die zu fügenden Scheiben während des Fügeprozesses möglichst flächig und gleichmäßig auf die Fläche wirkt.
  • Gemäß einer anderen Weiterbildung wird vor dem Anordnen auf der Oberseite der ersten Scheibe und/oder auf der Unterseite der zweiten Scheibe mindestens ein Verbindungsmittel flächig aufgebracht. Das Verbindungsmittel kann beispielsweise ein Metall oder Polymer mit einem Schmelzpunkt sein, der niedriger als der Schmelzpunkt der ersten und der zweiten Scheibe ist. Mittels des Verbindungsmittels kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Scheibe erreicht werden, beispielsweise durch erweichen oder aufschmelzen des Verbindungsmittels während des Erwärmens.
  • In einer Ausführungsform ist es bevorzugt, ein organisches oder metallisches Verbindungsmittel zu verwenden.
  • Beim Diffusionsbonden (Diffusion Bonding) werden auf der Oberseite der ersten Scheibe und auf der Unterseite der zweiten Scheibe jeweils eine Metallschicht aufgebracht und aneinander angrenzend angeordnet. Durch aufgrund von Druck und Temperatur auftretender Diffusion von Metallatomen an der Grenzfläche zwischen den beiden Scheiben bzw. den beiden Metallschichten bildet sich eine stoffschlüssige Verbindung aus, ohne dass dabei die Metallschichten aufschmelzen. Werden für die Metallschichten von Ober- und Unterseite unterschiedliche Metalle verwendet, so bildet sich eine Legierung aus. Der notwendige Druck auf den Deckel zum Anpressen der beiden Scheiben ist typischerweise mindestens 50 bar. Beispielsweise wird Gold-Gold-Diffusionsbonden bei einem Druck von 70 bar und einer Temperatur 300° C ausgeführt.
  • Beim Transient Liquid Phase Diffusion (TLP) Bonding wird als ein erstes Verbindungsmittel eine Metallschicht mit einer niedrigen Schmelztemperatur, z.B. Zinn oder Indium und als zweites Verbindungsmittel eine Metallschicht mit einer höheren Schmelztemperatur verwendet. Das erste Verbindungsmittel schmilzt während des Erwärmens und legiert mit dem zweiten Verbindungsmittel zu einer Legierung mit einer höheren Schmelztemperatur. Übliche Kombinationen sind Kupfer mit Kupferoxid, Silber mit Silber-KupferLegierung oder Indium, Gold mit Zinn oder Indium, Blei mit Indium.
  • Beim Eutektischen Bonden werden hochschmelzende Metallschichten als Verbindungsmittel verwendet, wobei mindestens ein Verbindungsmittel zusätzlich eine niedrigschmelzende, eutektische Legierung umfasst. Die eutektische Legierung schmilzt während des Erwärmens und verbindet die beiden Metallschichten beim Abkühlen stoffschlüssig. Alternativ kann die eutektische Legierung erst beim Erwärmen durch Legierung des ersten mit dem zweiten Verbindungsmittels ausgebildet werden. Übliche eutektische Legierungen sind Zinn-Blei, Gold-Germanium, Gold-Zinn, Silber-Zinn.
  • Beim Polymer-Bonden wird die stoffliche Verbindung mittels eines Polymers erzeugt, welches durch Erwärmen aufgeschmolzen oder zu einem Duroplast vernetzt wird. Diese Art des Fügens hat den Vorteil, dass die Verbindung durch erneutes Erhitzen, UV-Licht oder Laserlicht wieder lösbar ist.
  • Bei Bondverfahren mit zeitweilig aufschmelzendem Verbindungsmittel ist es vorteilhaft, das Verbindungsmittel als Schicht mit einer ausgeprägten Höhenstruktur z.B. in Form von Noppen bereitzustellen, wobei die Höhenstruktur einen flächigen Formschluss zwischen der Oberseite der ersten Scheibe und der Unterseite der zweiten Scheibe vor dem Aufschmelzen des Verbindungsmittels verhindert und so ein freies Entweichen von Gasen zwischen der Oberseite der ersten Scheibe und der Unterseite der zweiten Scheibe gewährleistet.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform entspricht der Außendruck dem Atmosphärendruck oder übersteigt diesen. Ein Erhöhen des Außendrucks kann mittels eines Druckkammerdeckels erreicht werden, der oberhalb des Deckels zum Deckel hin abgedichtet angeordnet wird und so eine an den Deckel angrenzende Druckkammer mit einem Drucküberträgermedium, z.B. Luft, umschließt und der Außendruck zumindest im Bereich des Druckkammervolumens gegenüber dem Atmosphärendruck beispielsweise um 1 bar oder auch mindestens 2 bar oder mindestens 50 bar erhöht werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Außendruck zumindest in der Druckkammer nach dem Reduzieren des Drucks im Innenraum und vor dem Erwärmen erhöht.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung wird während des Reduzierens des Drucks im Innenraum auch der Außendruck zumindest in der Druckkammer reduziert und erst anschließend wieder erhöht wird.
  • Hierdurch wird eine Verpressung der Scheiben während des Druckreduzierens im Innenraum vermieden und ein freies Entweichen von Gasen zwischen den Scheiben sichergestellt. So können Gaseinschlüsse nach dem Bonden vermieden werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden die Oberseite der ersten Scheibe und die Unterseite der zweiten Scheibe zueinander beabstandet angeordnet und während des Reduzierens des Drucks im Innenraum zueinander beabstandet gehalten, um das Einschließen von Luft zwischen den beiden Scheiben zu vermeiden.
  • In einer Weiterbildung wird der Abstand mittels eines Distanzmittels erreicht, z.B. eine bewegliche Platte oder eine den Rand der zweiten Scheibe unterstützende Feder. Die Platte oder ein ähnlich ausgeformter Abstandshalter wird während des Anordnens zwischen der Oberseite der ersten Scheibe und der Unterseite der zweiten Scheibe angeordnet und wird nach dem Reduzieren des Drucks im Innenraum und vor dem Erwärmen oder nach dem entfernt.
  • Durch eine federnde Unterstützung des Rands der zweiten Platte wird ein Kontakt der beiden Scheiben erst ab einem ausreichenden Druck des Deckels auf die Feder erreicht bzw. der Abstand zwischen den Platten bis zum Erreichen eines gewissen Drucks auf den Deckel aufrechterhalten.
  • In einer anderen Ausführungsform wird der Abstand dadurch erreicht, dass die Oberseite der zweiten Scheibe an der Unterseite des Deckels befestigt wird und der Deckel so oberhalb des Bodens angeordnet wird, dass ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Scheibe verbleibt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird zum Erwärmen zumindest der Boden induktiv erwärmt. In weiteren Ausführungsformen wird zum Erwärmen Wärmestrahlung verwendet oder zumindest der Boden durch Kontaktwärme, z.B. mittels Heizplatte oder elektrischer Heizpatrone, erwärmt.
  • In einer Weiterbildung wird nach dem Erwärmen auf die zweite Temperatur zumindest die erste oder die zweite Scheibe auf eine Temperatur, die niedriger als die zweite Temperatur ist, abgekühlt. Bevorzugt wird zum Abkühlen ein Wärmeüberträgermedium durch Kühlkanäle geleitet, welche zumindest im Boden angeordnet sind.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform werden nach dem Anordnen der ersten und zweiten Scheibe und vor dem Erzeugen des Unterdrucks eine dritte und eine vierte Scheibe zwischen der zweiten Scheibe und dem Deckel angeordnet, wobei eine Unterseite einer dritten Scheibe auf der Oberseite der zweiten Scheibe angeordnet wird und eine Oberseite der vierten Scheibe dem Deckel zugewandt ist und wobei die dritte Scheibe der ersten Scheibe und die vierte Scheibe der zweiten Scheibe gleicht.
  • In einer Weiterbildung wird als Membran eine Polymermembran, eine Metallmembran, eine Halbleitermembran oder eine Keramikmembran verwendet und/oder die erste Scheibe auf einem als Membran ausgebildeten Boden angeordnet.
  • In einer anderen Weiterbildung wird die Oberseite der zweiten Scheibe mit der Unterseite des Deckels vor dem Anordnen adhäsiv verbunden. Der Deckel ist beispielsweise ein Polymer-Klebefilm, auf dem adhäsiv eine dünne Halbleiterschicht als zweite Scheibe während des Anordnens und/oder Druckreduzierens gehalten wird.
  • In Weiterbildungen werden der Druck im Innenraum und der Außendruck vor der vollständigen Abkühlung aneinander angeglichen oder die Druckdifferenz zwischen Druck im Innenraum und Außendruck bleibt während der Abkühlung bestehen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen die
    • 1 eine Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung für ein Verfahren zum Fügen von Scheiben,
    • 2 eine schematische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
    • 3 eine Skizze einer dritten Ausführungsform und
    • 4 eine Skizze einer vierten Ausführungsform.
  • Die Abbildung der 1 zeigt eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Verbindung von Scheiben, aufweisend einen Boden 12, einen als Membran ausgebildeten Deckel 14 und eine Seitenwand 16. Boden 12, Deckel 14 und Seitenwand 16 umschließen einen Innenraum 18. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Seitenwand 16 einen Anschluss 20 an eine Druckreduziervorrichtung (nicht dargestellt) auf, wodurch der Druck im Innenraum 18 reduziert werden kann. Oberhalb des Deckels 14 und unterhalb des Bodens 16 sind Halogen-Lampen als Heizvorrichtung 22 angeordnet.
  • Zum Fügen einer ersten Scheibe 24, z.B. einer Trägerscheibe, mit einer zweiten Scheibe 26, z.B. einer Halbleiterscheibe oder einer abgelösten Halbleiterschicht, wird die erste Scheibe 24 mit einer Unterseite auf einer Oberseite des Bodens 14 angeordnet. Die zweite Scheibe 26 wird so angeordnet, dass eine Unterseite der zweiten Scheibe 26 zu einer Oberseite der ersten Scheibe 24 und eine Oberseite der zweiten Scheibe 26 zu einer Unterseite des Deckels 14 zeigt. Im Ausführungsbeispiel ist zur Herstellung der Verbindung ein Verbindungsmittel 28 zwischen der Oberseite der ersten Scheibe 24 und der Unterseite der zweiten Scheibe 26 angeordnet.
  • Nach dem Anordnen der Scheiben 24, 26 im Innenraum 18 wird der Druck im Innenraum 18 mittels der Druckreduziervorrichtung reduziert. So entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im Innenraum 18 der Vorrichtung 10 und einem die Vorrichtung umgebenden Außendruck. Hierdurch wird der als Membran ausgebildete Deckel 14 in den Innenraum 18 hinein gedrückt bzw. gezogen, wodurch der Deckel 14 einen flächigen Druck auf die Oberseite der zweiten Scheibe 26 ausübt. Gleichzeitig wird durch die Druckreduzierung im Innenraum 18 verhindert, dass sich Lufteinschlüsse zwischen den Scheiben 24, 26 bilden.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt werden die Scheiben 24, 26 mit dem Verbindungsmittel 28 mittels der Heizvorrichtung 22 von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur erwärmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies mittels von den Halogenlampen ausgehender Wärmestrahlung 30. Das Erwärmen kann auf jede bekannte Art durchgeführt werden, beispielsweise auch mittels Kontaktwärme oder Induktion.
  • Durch das Erwärmen bildet sich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Scheibe 24, 26 aus, z.B. durch aufschmelzen oder Diffusion.
  • In der Abbildung der 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum erfindungsgemäßen Fügen von zwei Scheiben dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
  • Beim Anordnen der beiden Scheiben 24, 26 im Innenraum 18 wird ein erstes Verbindungsmittel 28.1 auf der Oberseite der ersten Scheibe 24 und ein zweites Verbindungsmittel 28.2 auf der Unterseite der zweiten Scheibe 26 als dünne Schicht angeordnet, so dass die beiden Verbindungsmittel 28.1, 28.2 im angeordneten Zustand aneinander Angrenzen.
  • Der Boden 12 und die Seitenwand 16 sind als ein einziges Bauteil 12.1 ausgebildet. Der als Membran ausgebildete Deckel 14 ist mittels eines Dichtrings 32.1 gegenüber diesem Bauteil 12.1 abgedichtet.
  • Nach oder während des Reduzierens des Drucks im Innenraum 18 über den Anschluss 20, wird der Außendruck zumindest in einem zentralen Bereich auf der Oberseite des Deckels 14 von einem ersten Druck auf einen zweiten Druck erhöht. Hierzu ist auf der Oberseite des Deckels 14 ein Druckkammerdeckel 34 mit einem Anschluss 36 an eine Vorrichtung zum Erhöhen oder Reduzieren des Drucks (nicht dargestellt) angeordnet und mittels eines weiteren Dichtrings 32.2 gegenüber dem Deckel 14 abgedichtet ist, so dass sich unmittelbar oberhalb des Deckels 14 eine Druckkammer 38 ausbildet. Der Druck in der Druckkammer wird mittels eines Drucküberträgermediums 40, z.B. Gas, erhöht.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Verfahrens ist es, während des Reduzierens des Drucks im Innenraum 18 den Außendruck in der Druckkammer 38 zuerst ebenfalls zu reduzieren, so dass noch keine Kraft auf den Deckel 14 und dadurch auch noch keine Kraft auf die Scheibe 26 wirkt. Nach Erreichen eines gewünschten Enddrucks, z.B. eines Vakuums oder Teilvakuums im Innenraum, wird der Außendruck in der Druckkammer 38 wieder erhöht und so ein Anpressdruck auf die Scheiben 24, 26 aufgebaut.
  • In der in 2 dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung 10 ferner einen Kühlkanal 40 im Boden 12 des Bauteils 12.1 auf. Nach dem Erwärmen der Scheiben 24, 26 und der Verbindungsmittel 28.1, 28.2 werden die Scheiben mittels eines durch den Kühlkanal 40 geleiteten Kühlmittels (nicht dargestellt) von der zweiten Temperatur auf eine dritte Temperatur abgekühlt.
  • In der in 3 dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung 10 ein plattenförmig ausgebildetes Distanzmittel 42 auf, welches die erste Scheiben 24 mit einem ersten Verbindungsmittel 28.1 und die zweite Scheibe 26 mit einem zweiten Verbindungsmittel 28.2 während des Anordnens und des Reduzierens des Drucks im Innenraum 18 auf Abstand hält. Nach dem Erreichen eines gewünschten Enddrucks, z.B. eines Vakuums, im Innenraum 18 wird das Distanzmittel 42, z.B. mittels eines Magneten, zwischen den beiden Scheiben 24, 26 entfernt, so dass sich die obere Scheibe 26 auf die untere Scheibe 24 absenkt und die Verbindungsmittel 28.1, 28.2 für die weiteren Verfahrensschritte direkt aneinander angrenzen.
  • In 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, wobei im Innenraum 18 vier Scheiben angeordnet werden, von denen jeweils zwei stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Hierfür wird auf der Oberseite der zweiten Scheibe 26 eine dritte Scheibe 44, ein Verbindungsmittel 28.3 und eine vierte Scheibe 46 angeordnet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009059312 A1 [0003]
    • DE 10200538 B4 [0005]
    • DE 102009020991 A1 [0005]
    • US 4883215 A [0005]
    • US 2003/0000638 A1 [0005]
    • JP H02123726 A [0005]

Claims (23)

  1. Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von mindestens einer ersten Scheibe und einer zweiten Scheibe (24, 26), wobei mindestens eine der Scheiben (24, 26) eine Halbleiterschicht aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten, • Anordnen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe (24, 26) in einem aus einem Boden (12), einem als Membran ausgebildeten Deckel (14) und einer sich zwischen Boden (12) und Deckel (14) erstreckenden Seitenwand (16) gebildeten Innenraum (18), wobei eine Unterseite der ersten Scheibe (24) auf einer Oberseite des Bodens (12) aufliegt, eine Unterseite der zweiten Scheibe (26) der Oberseite der ersten Scheibe (24) zugewandt ist und eine Oberseite der zweiten Scheibe (26) einer Unterseite des Deckels (14) zugewandt ist und wobei der Boden (12) oder die Seitenwand (16) einen Anschluss (20) an eine Druckreduziervorrichtung aufweist, • Reduzieren des Drucks im Innenraum (18) mittels der Druckreduziervorrichtung, um zumindest den als Membran ausgebildeten Deckel in den Innenraum hinein zu wölben, • Bereitstellung eines Außendrucks, so dass im Innenraum (18) ein Unterdruck gegenüber dem an einer Unterseite des Bodens (12) und/oder an einer Oberseite des Deckels (14) anliegenden Außendruck entsteht und die Unterseite des Deckels (14) auf die Oberseite der zweiten Scheibe (26) einen ersten Druck ausübt, • Erwärmen mindestens der ersten oder der zweiten Scheibe (24, 26) von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur, wobei die zweite Temperatur wenigstens um 60°C höher ist als die erste Temperatur ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (24) eine Trägerschicht und die zweite Scheibe (26) eine Halbleiterscheibe oder eine Halbleiterschicht ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der beiden Scheiben (24, 26) sich höchstens um einen Faktor 2 oder höchstens um einen Faktor 1,5 oder höchstens um einen Faktor 1,05 unterscheiden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des Deckels (14) nach dem Anordnen der Scheiben (24, 26) im Innenraum (18) an die Oberseite der zweiten Scheibe (26) angrenzt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anordnen auf der Oberseite der ersten Scheibe (24) und/oder auf der Unterseite der zweiten Scheibe (26) mindestens ein Verbindungsmittel (28) flächig aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein organisches oder metallisches Verbindungsmittel (28) verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendruck dem Atmosphärendruck entspricht oder diesen übersteigt.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anordnen ein Druckkammerdeckel (34) oberhalb des Deckels (14) zum Deckel (14) hin abgedichtet angeordnet wird, der eine an den Deckel (14) angrenzende Druckkammer (38) mit einem Drucküberträgermedium (40) umschließt und dass der Außendruck zumindest in der Druckkammer (38) gegenüber dem Atmosphärendruck erhöht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendruck zumindest in der Druckkammer (38) den Atmosphärendruck um mindestens ·105 Pa übersteigt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendruck zumindest in der Druckkammer (38) auf mindestens 2 ·105 Pa, insbesondere mindestens 50 ·105 Pa, erhöht wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Reduzieren des Drucks im Innenraum (18) und vor dem Erwärmen, der Außendruck zumindest in der Druckkammer (38) erhöht wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Reduzierens des Drucks im Innenraum (18) auch der Außendruck zumindest in der Druckkammer (38) reduziert wird und dass anschließend der Außendruck zumindest in der Druckkammer (38) wieder erhöht wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anordnen ein Distanzmittel (42) zwischen der ersten und der zweiten Scheibe (24, 26) angeordnet wird und dass das Distanzmittel (42) nach dem Reduzieren des Drucks im Innenraum (18) und vor dem Erwärmen wieder entfernt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der ersten Scheibe (24) und die Unterseite der zweiten Scheibe (26) zueinander beabstandet angeordnet und während des Reduzierens des Drucks im Innenraum (18) zueinander beabstandet gehalten werden.
  15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen zumindest der Boden (12) induktiv erwärmt wird.
  16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen Wärmestrahlung (30) verwendet wird.
  17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen zumindest der Boden durch Kontaktwärme erwärmt wird.
  18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erwärmen auf die zweite Temperatur zumindest die erste oder die zweite Scheibe (24, 26) auf eine Temperatur, die niedriger als die zweite Temperatur ist, abgekühlt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abkühlen ein Wärmeüberträgermedium durch Kühlkanäle (40) geleitet wird, welche zumindest im Boden (12) angeordnet sind.
  20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anordnen der ersten und zweiten Scheibe (24, 26) und vor dem Erzeugen des Unterdrucks eine dritte und eine vierte Scheibe (44, 46) zwischen der zweiten Scheibe (26) und dem Deckel (14) angeordnet werden, wobei eine Unterseite einer dritten Scheibe (44) auf der Oberseite der zweiten Scheibe (26) angeordnet wird und eine Oberseite der vierten Scheibe (46) dem Deckel (14) zugewandt ist und wobei die dritte Scheibe (44) der ersten Scheibe (24) und die vierte Scheibe (46) der zweiten Scheibe (26) gleicht.
  21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Membran eine Polymermembran, eine Metallmembran, eine Halbleitermembran oder eine Keramikmembran verwendet wird.
  22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben auf einem als Membran ausgebildeten Boden (12) angeordnet werden.
  23. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der zweiten Scheibe (26) mit der Unterseite des Deckels (14) vor dem Anordnen adhäsiv verbunden wird.
DE102018010330.8A 2018-06-15 2018-06-15 Fügeverfahren von Scheiben Active DE102018010330B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018010330.8A DE102018010330B4 (de) 2018-06-15 2018-06-15 Fügeverfahren von Scheiben

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018010330.8A DE102018010330B4 (de) 2018-06-15 2018-06-15 Fügeverfahren von Scheiben

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102018010330A1 true DE102018010330A1 (de) 2019-12-19
DE102018010330B4 DE102018010330B4 (de) 2024-04-18

Family

ID=68724390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018010330.8A Active DE102018010330B4 (de) 2018-06-15 2018-06-15 Fügeverfahren von Scheiben

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018010330B4 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4883215A (en) 1988-12-19 1989-11-28 Duke University Method for bubble-free bonding of silicon wafers
JPH02123726A (ja) 1988-11-02 1990-05-11 Mitsubishi Electric Corp ウエハ貼付装置
US20030000638A1 (en) 2001-06-08 2003-01-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Method of bonding a stack of layers by electromagnetic induction heating
DE10200538B4 (de) 2002-01-09 2004-01-08 Infineon Technologies Ag Vorrichtung und Verfahren zum flächigen Zusammendrücken zu verbindender scheibenförmiger Elemente
DE102009020991A1 (de) 2009-05-12 2010-11-18 Robert Bürkle GmbH Presse zum Laminieren von im wesentlichen plattenförmigen Werkstücken
DE102009059312A1 (de) 2009-12-23 2011-06-30 Solarion AG, 04288 Solarzelle oder Solarzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung für flächenartige Solarmodule

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1012578A (ja) 1996-06-26 1998-01-16 Mitsubishi Electric Corp ウエハ・支持基板貼付け方法，及びウエハ・支持基板貼付け装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02123726A (ja) 1988-11-02 1990-05-11 Mitsubishi Electric Corp ウエハ貼付装置
US4883215A (en) 1988-12-19 1989-11-28 Duke University Method for bubble-free bonding of silicon wafers
US20030000638A1 (en) 2001-06-08 2003-01-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Method of bonding a stack of layers by electromagnetic induction heating
DE10200538B4 (de) 2002-01-09 2004-01-08 Infineon Technologies Ag Vorrichtung und Verfahren zum flächigen Zusammendrücken zu verbindender scheibenförmiger Elemente
DE102009020991A1 (de) 2009-05-12 2010-11-18 Robert Bürkle GmbH Presse zum Laminieren von im wesentlichen plattenförmigen Werkstücken
DE102009059312A1 (de) 2009-12-23 2011-06-30 Solarion AG, 04288 Solarzelle oder Solarzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung für flächenartige Solarmodule

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018010330B4 (de) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007047698B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden von Komponenten
DE102006000687B4 (de) Kombination aus einem Träger und einem Wafer, Vorrichtung zum Trennen der Kombination und Verfahren zur Handhabung eines Trägers und eines Wafers
EP3103138B1 (de) Verfahren zum montieren eines elektrischen bauelements, bei der eine haube zum einsatz kommt
DE102012206869B4 (de) Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements
DE102014114097B4 (de) Sinterwerkzeug und Verfahren zum Sintern einer elektronischen Baugruppe
EP2299486B1 (de) Verfahren zum Bonden von Chips auf Wafer
DE102015107724B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Substratanordnung, Substratanordnung, Verfahren zum Verbinden eines Elektronikbauteils mit einer Substratanordnung und Elektronikbauteil
DE102010062118A1 (de) Abdeckvorrichtung für ein mikro-opto-mechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für eine derartige Abdeckvorrichtung
WO2018157937A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bonden von chips
DE102014202808A1 (de) Verfahren zum eutektischen Bonden zweier Trägereinrichtungen
DE102016102162A1 (de) Sintervorrichtung
DE102012213003A1 (de) Befestigung eines Halbleiterchips in trockenen und druckunterstützten Verbindungsverfahren
DE102014202842B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils
DE102018010330B4 (de) Fügeverfahren von Scheiben
DE102018004761B3 (de) Fügeverfahren von Scheiben
DE69013316T2 (de) Integrierter Löthalter zum Titanlöten.
DE102015200698A1 (de) System und Verfahren zum Halten eines Substrats
DE102014206606A1 (de) Verfahren zum Montieren eines elektrischen Bauelements auf einem Substrat
EP2883242A1 (de) Verfahren zum herstellen eines hermetisch abgeschlossenen gehäuses
DE102018215397A1 (de) Verfahren zum herstellen eines gestapelten waferaufbaus
WO2004068573A1 (de) Verfahren zur vertikalen montage von halbleiterbauelementen
EP0284817B1 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen
DE4235908A1 (de) Verfahren zum Verlöten eines Halbleiterkörpers mit einem Trägerelement
DE102015102535B4 (de) Verbundsystem und Verfahren zum haftenden Verbinden eines hygroskopischen Materials
DE19755088A1 (de) Kalibriervorrichtung zum Verkleben von Scheiben

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R129 Divisional application from

Ref document number: 102018004761

Country of ref document: DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division