DE102019101661A1 - A method of manufacturing a semiconductor device and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung (100). Das Verfahren umfasst zumindest einen Schritt des Erzeugens, einen Schritt des Verbindens und einen Schritt des Entfernens. Im Schritt des Erzeugens werden zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) auf einem Halbleitersubstrat (105) erzeugt. Dabei werden die zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) in einer vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander angeordnet. Im Schritt des Verbindens wird das Halbleitersubstrat (105) mit einem Trägersubstrat (110) verbunden. Zumindest eine thermische Eigenschaft eines Materials des Trägersubstrats (110) unterscheidet sich dabei von zumindest einer thermischen Eigenschaft eines Materials des Halbleitersubstrats (105). Im Schritt des Entfernens wird zumindest eines Teilabschnitts des Halbleitersubstrats (105) aus einem Bereich außerhalb einer Standfläche (305, 306) der zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) entfernt.

Figure DE102019101661A1_0000
The invention relates to a method for producing a semiconductor device (100). The method comprises at least a step of creating, a step of connecting, and a step of removing. In the step of generating, at least two functional units (115, 116) are produced on a semiconductor substrate (105). In this case, the at least two functional units (115, 116) are arranged in a predefined geometric relationship to one another. In the step of bonding, the semiconductor substrate (105) is connected to a supporting substrate (110). At least one thermal property of a material of the carrier substrate (110) differs from at least one thermal property of a material of the semiconductor substrate (105). In the removal step, at least one subsection of the semiconductor substrate (105) is removed from an area outside a footprint (305, 306) of the at least two functional units (115, 116).
Figure DE102019101661A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, ein entsprechendes Steuergerät und eine Halbleitervorrichtung.The invention relates to a method for producing a semiconductor device, a corresponding control device and a semiconductor device.

Um Funktionseinheiten, beispielsweise elektronische oder optische Strukturen, mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern zueinander auszurichten, ist es möglich, ein lithografisches Verfahren zu verwenden. Dazu können beispielsweise Kolloide von Metallen als Film auf einer Oberfläche aufgetragen werden, der gezielt abschnittsweise belichtet wird. Anschließend können nicht belichtete Abschnitte des Films weggewaschen werden, um die Strukturen zu erzeugen. Die EP0897557B1 beschreibt ein solches Verfahren.In order to align functional units, for example electronic or optical structures, with an accuracy of a few nanometers to one another, it is possible to use a lithographic method. For this purpose, for example, colloids of metals can be applied as a film on a surface, which is selectively exposed in sections. Subsequently, unexposed portions of the film may be washed away to create the structures. The EP0897557B1 describes such a method.

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, eine Halbleitervorrichtung, ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.Against this background, with the approach presented here, a method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device, a controller using this method, and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. Advantageous embodiments and further developments of the invention will become apparent from the following subclaims.

Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, Funktionseinheiten wie die genannten Strukturen auf einem Halbleitersubstrat, wie beispielsweise Silizium, zu erzeugen, und das Halbleitersubstrat mit einem Trägersubstrat mit einer anderen thermischen Eigenschaft zu verbinden, und anschließend das Halbleitersubstrat abschnittsweise zu entfernen, um eine hohe Positionsgenauigkeit der erzeugten Strukturen zueinander und beispielsweise eine hohe thermo-mechanische Stabilität der Halbleitervorrichtung zu erreichen. Durch das Entfernen von Abschnitten des Halbleitersubstrats werden dabei thermo-mechanische Eigenschaften der Halbleitervorrichtung vorteilhafterweise zu einem überwiegenden Teil von den Eigenschaften des Trägersubstrats bestimmt. Vorteilhafterweise ist es somit möglich, elektronische oder optische Strukturen mit einer hohen Positionsgenauigkeit zueinander auf dem Halbleitersubstrat zu erzeugen, und für das Trägersubstrat ein Material zu verwenden, das für eine Funktion der Halbleitervorrichtung vorteilhaft ist, beispielsweise ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit oder ein Material mit einem geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.The approach presented here is based on the realization that it is possible to produce functional units such as the mentioned structures on a semiconductor substrate, such as silicon, and to connect the semiconductor substrate to a carrier substrate having a different thermal property, and then to partially connect the semiconductor substrate to achieve a high positional accuracy of the generated structures to each other and, for example, a high thermo-mechanical stability of the semiconductor device. By removing portions of the semiconductor substrate, thermo-mechanical properties of the semiconductor device are advantageously determined to a large extent by the properties of the carrier substrate. Advantageously, it is thus possible to produce electronic or optical structures with a high position accuracy relative to one another on the semiconductor substrate, and to use for the carrier substrate a material that is advantageous for a function of the semiconductor device, for example a material with a high thermal conductivity or a material with a low thermal expansion coefficient.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Erzeugens, einen Schritt des Verbindens und einen Schritt des Entfernens. Im Schritt des Erzeugens werden zumindest zwei Funktionseinheiten auf einem Halbleitersubstrat erzeugt. Dabei werden die zumindest zwei Funktionseinheiten in einer vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander angeordnet. Im Schritt des Verbindens wird das Halbleitersubstrat mit einem Trägersubstrat verbunden. Zumindest eine thermische (warum nur thermische???) Eigenschaft eines Materials des Trägersubstrats unterscheidet sich dabei von zumindest einer thermischen Eigenschaft eines Materials des Halbleitersubstrats. Im Schritt des Entfernens wird zumindest ein Teilabschnitt des Halbleitersubstrats aus einem Bereich außerhalb einer Standfläche der zumindest zwei Funktionseinheiten entfernt.A method of manufacturing a semiconductor device is presented. The method includes a step of creating, a step of connecting, and a step of removing. In the step of generating, at least two functional units are generated on a semiconductor substrate. In this case, the at least two functional units are arranged in a predefined geometric relationship to one another. In the step of connecting, the semiconductor substrate is connected to a carrier substrate. At least one thermal (why only thermal ???) property of a material of the carrier substrate differs from at least one thermal property of a material of the semiconductor substrate. In the removal step, at least one subsection of the semiconductor substrate is removed from an area outside a footprint of the at least two functional units.

Die Halbleitervorrichtung kann beispielsweise für ein Messmodul verwendet werden. Bei den zumindest zwei Funktionseinheiten kann es sich um elektronische, optische und zusätzlich oder alternativ mikrooptische Strukturen im Nanometerbereich handeln, beispielsweise um Mikrochips oder elektrische Strukturen einer Diode. Das Halbleitersubstrat kann beispielsweise aus Silizium ausgeformt sein. Unter der vordefinierten geometrischen Beziehung der Funktionseinheiten untereinander kann eine relativ zueinander definierte Lage in drei räumlichen Richtungen oder Achsen verstanden werden. Das Material des Trägersubstrats kann entsprechend der thermischen Eigenschaft des Materials gewählt werden, beispielsweise um eine Funktion der Halbleitervorrichtung zu unterstützen. Im Schritt des Entfernens kann der zu entfernende Teilabschnitt des Halbleitersubstrats beispielsweise das gesamte außerhalb der Standflächen der Funktionseinheiten angeordnete Material des Halbleitersubstrats umfassen. Bei der Standfläche der Funktionseinheit kann es sich um einen Bereich handeln, über den die Funktionseinheit mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist. Die Standfläche kann somit beispielsweise einen Bereich definieren, der sich im Wesentlichen lotrecht oder lotrecht unter der Funktionseinheit befindet. Beim Entfernen des Teilabschnitts des Halbleitersubstrats kann vorteilhafterweise die vordefinierte geometrische Beziehung der zumindest zwei Funktionseinheiten zueinander auch auf dem Trägersubstrat erhalten bleiben. Das Entfernen des Halbleitersubstrats kann beispielsweise mechanisch durch Fräsen erfolgen, oder chemisch, beispielsweise durch Ätzen. Zudem kann das Entfernen auch mittels eines Lasers oder mittels hochenergetischer Licht- oder Strahlungsenergie erfolgen.The semiconductor device may be used for a measuring module, for example. The at least two functional units may be electronic, optical and additionally or alternatively micro-optical structures in the nanometer range, for example microchips or electrical structures of a diode. The semiconductor substrate may be formed of silicon, for example. The predefined geometric relationship of the functional units with one another can be understood to mean a position defined relative to one another in three spatial directions or axes. The material of the carrier substrate may be selected according to the thermal property of the material, for example to assist a function of the semiconductor device. In the removal step, the partial section of the semiconductor substrate to be removed may comprise, for example, the entire material of the semiconductor substrate arranged outside the footprints of the functional units. The stand surface of the functional unit may be an area via which the functional unit is connected to the semiconductor substrate. Thus, for example, the footprint may define a region that is substantially perpendicular or perpendicular to the functional unit. When removing the subsection of the semiconductor substrate, the predefined geometric relationship of the at least two functional units relative to one another can also be maintained on the carrier substrate. The removal of the semiconductor substrate may, for example, be done mechanically by milling, or chemically, for example by etching. In addition, the removal can also take place by means of a laser or by means of high-energy light or radiation energy.

Das Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung kann beispielsweise zum Anordnen von Mikrochips mit Strukturen im Nanometerbereich auf einem Träger verwendet werden, oder um Strukturen, beispielsweise elektrische Strukturen für Dioden oder elektrische oder optische Strukturen für Sensormodule auf dem Träger anzuordnen. The method for producing the semiconductor device can be used, for example, for arranging microchips with nanometer-sized structures on a carrier, or for arranging structures, for example, electrical structures for diodes or electrical or optical structures for sensor modules, on the carrier.

Dabei kann die Halbleitervorrichtung dazu ausgeformt sein, dass die Strukturen ihre relative Position zueinander bei Temperaturveränderungen nicht oder nur wenig ändern.In this case, the semiconductor device may be formed so that the structures have their relative Position to each other with temperature changes not or only slightly change.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Verbindens ein Trägersubstrat verwendet werden, dessen Material sich von dem Material des Halbleitersubstrats in einer Wärmeleitfähigkeit unterscheidet. Zusätzlich oder alternativ kann sich das Material in einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und zusätzlich oder alternativ einer elektrischen Leitfähigkeit und zusätzlich oder alternativ einem optischen Reflexionsvermögen unterscheiden. Das Material des Trägersubstrats kann sich entsprechend in einer oder mehrerer der genannten thermischen Eigenschaften von dem Material des Halbleitersubstrats unterscheiden. Dies kann in Bezug auf eine thermo-mechanische Stabilität der Halbleitervorrichtung vorteilhaft sein. Auch können eine Materialauswahl der Trägerstruktur und damit eine Auswahl der thermischen Eigenschaft der Halbleitervorrichtung entsprechend eines Verwendungsziels der Halbleitervorrichtung ermöglicht werden.According to one embodiment, in the joining step, a carrier substrate may be used whose material differs from the material of the semiconductor substrate in thermal conductivity. Additionally or alternatively, the material may differ in a thermal expansion coefficient and additionally or alternatively an electrical conductivity and additionally or alternatively an optical reflectivity. The material of the carrier substrate may accordingly differ from the material of the semiconductor substrate in one or more of the mentioned thermal properties. This may be advantageous in terms of thermo-mechanical stability of the semiconductor device. Also, a material selection of the carrier structure and thus a selection of the thermal property of the semiconductor device may be made possible according to a use target of the semiconductor device.

Im Schritt des Verbindens können das Halbleitersubstrat und das Trägersubstrat gemäß einer Ausführungsform stoffschlüssig verbunden werden. Dazu können das Halbleitersubstrat und das Trägersubstrat beispielsweise mittels Kleben, Bonden, Löten, Laserschweißen oder mittels Ansprengen miteinander verbunden werden. Vorteilhafterweise ist dadurch keine aktive Lagekorrektur bezüglich der geometrischen Beziehung der Funktionseinheiten zueinander erforderlich, was zeit- und kostensparend ist.In the step of bonding, the semiconductor substrate and the carrier substrate may be materially bonded according to an embodiment. For this purpose, the semiconductor substrate and the carrier substrate can be connected to one another, for example by means of gluing, bonding, soldering, laser welding or by means of wringing. Advantageously, this means that no active position correction with respect to the geometric relationship of the functional units relative to one another is required, which saves time and money.

Zudem kann im Schritt des Verbindens gemäß einer Ausführungsform eine Verbindungsschicht zum Verbinden des Halbleitersubstrats mit dem Trägersubstrat zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Trägersubstrat eingebracht werden. Bei der Verbindungsschicht kann es sich beispielsweise um eine für eine Verbindung des Halbleitersubstrats mit dem Trägersubstrat erforderliche Zwischenschicht handeln, beispielsweise um Kleber oder Lot. Vorteilhafterweise können das Halbleitersubstrat und das Trägersubstrat auf diese Weise schnell und kostengünstig auf zuverlässige Weise miteinander verbunden werden.In addition, in the step of connecting according to an embodiment, a connection layer for connecting the semiconductor substrate to the carrier substrate may be interposed between the semiconductor substrate and the carrier substrate. The connection layer can be, for example, an intermediate layer required for a connection of the semiconductor substrate to the carrier substrate, for example adhesive or solder. Advantageously, the semiconductor substrate and the carrier substrate can be connected in this way quickly and inexpensively in a reliable manner.

Ferner können im Schritt des Erzeugens die zumindest zwei Funktionseinheiten gemäß einer Ausführungsform mittels eines lithografischen Prozesses erzeugt werden. Dazu kann das Halbleitersubstrat aus einem für eine Bearbeitung mit Lithografie-Geräten geeignetem Material ausgeformt sein, beispielsweise aus Silizium. Vorteilhaft wird dadurch im Schritt des Erzeugens eine Verwendung von Geräten ermöglicht, die in der Halbleiter-Lithografie üblicherweise eingesetzt werden, was kostensparend ist. Zudem können die Funktionseinheiten dadurch vorteilhafterweise mit einer hohen initialen Lagegenauigkeit zueinander erzeugt werden.Furthermore, in the step of generating, the at least two functional units can be generated according to an embodiment by means of a lithographic process. For this purpose, the semiconductor substrate may be formed from a suitable material for processing with lithographic devices, for example silicon. Advantageously, this makes possible in the step of generating a use of devices which are usually used in semiconductor lithography, which is cost-saving. In addition, the functional units can advantageously be generated with a high initial positional accuracy to each other.

Die zumindest zwei Funktionseinheiten können gemäß einer Ausführungsform im Schritt des Erzeugens als optische und zusätzlich oder alternativ als elektronische Komponenten oder Strukturen der Halbleitervorrichtung erzeugt werden. Vorteilhafterweise können die zwei Funktionseinheiten entsprechend einem Verwendungszweck der Halbleitervorrichtung als Strukturen mit einer unterschiedlichen Funktion erzeugt werden. Im Schritt des Erzeugens kann auch eine Mehrzahl an Funktionseinheiten als optische und zusätzlich oder alternativ als elektronische Komponenten oder Strukturen der Halbleitervorrichtung erzeugt werden.The at least two functional units may be generated according to an embodiment in the step of generating as optical and additionally or alternatively as electronic components or structures of the semiconductor device. Advantageously, the two functional units may be generated according to a purpose of use of the semiconductor device as structures having a different function. In the step of generating, a plurality of functional units may also be produced as optical and additionally or alternatively as electronic components or structures of the semiconductor device.

Das Verfahren kann gemäß einer Ausführungsform zudem einen Schritt des Aufbringens eines wärmeisolierenden Materials in einen Zwischenraum zwischen die zumindest zwei Funktionseinheiten umfassen, um die zumindest zwei Funktionseinheiten thermisch voneinander zu trennen. Der Zwischenraum kann beispielsweise eine gesamte, die zumindest zwei Funktionseinheiten umgebende Fläche außerhalb der Standflächen der Funktionseinheiten umfassen. Durch das Aufbringen des wärmeisolierenden Materials können Thermofallen erzeugt werden, welche die thermische Leitfähigkeit verringern. Dazu können auch Membrane aufgebracht werden.In one embodiment, the method may further comprise a step of applying a heat-insulating material into a gap between the at least two functional units to thermally separate the at least two functional units. The intermediate space may, for example, comprise an entire surface surrounding at least two functional units outside the standing surfaces of the functional units. By applying the heat-insulating material thermal traps can be generated, which reduce the thermal conductivity. For this purpose, membranes can also be applied.

Im Schritt des Aufbringens kann das wärmeisolierende Material gemäß einer Ausführungsform auch durch Oxidation oder durch ein Einbringen von Fremdatomen verändert werden. Dazu kann beispielsweise eine Dotierung mittels einer Ionenimplantation erfolgen.In the application step, the heat-insulating material according to an embodiment may also be changed by oxidation or by introduction of foreign atoms. For this purpose, for example, a doping by means of an ion implantation.

Auch kann das Verfahren gemäß einer Ausführungsform einen Schritt des Ausformens zumindest eines thermischen Leitabschnitts in dem Bereich außerhalb der zumindest zwei Funktionseinheiten umfassen. Der Leitabschnitt kann ausgeformt sein, unterschiedliche Bereiche des Zwischenraums zwischen den zumindest zwei Funktionseinheiten miteinander zu verbinden. Dazu kann der Leitabschnitt beispielsweise mit einem Füllstoff gefüllt werden.Also, in one embodiment, the method may include a step of forming at least one thermal lead in the area outside the at least two functional units. The guide portion may be formed to connect different portions of the gap between the at least two functional units. For this purpose, the guide section can be filled, for example, with a filler.

Mit diesem Ansatz wird zudem eine Halbleitervorrichtung vorgestellt. Die Halbleitervorrichtung weist ein Halbleitersubstrat auf. Auf dem Halbleitersubstrat sind zumindest zwei Funktionseinheiten in einer vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander angeordnet. Die Halbleitervorrichtung weist zudem ein mit dem Halbleitersubstrat verbundenes Trägersubstrat auf. Zumindest eine thermische Eigenschaft eines Materials des Trägersubstrats unterscheidet sich von zumindest einer thermischen Eigenschaft eines Materials des Halbleitersubstrats. In einem Bereich außerhalb einer Standfläche der zumindest zwei Funktionseinheiten ist zumindest ein Teilabschnitt des Halbleitersubstrats entfernt.This approach also introduces a semiconductor device. The semiconductor device has a semiconductor substrate. At least two functional units are arranged in a predefined geometric relationship to one another on the semiconductor substrate. The semiconductor device further has a carrier substrate connected to the semiconductor substrate. At least one thermal property of a material of the carrier substrate is different from at least one thermal property of a material of the semiconductor substrate. In An area outside a standing area of the at least two functional units is at least a partial section of the semiconductor substrate removed.

Die Halbleitervorrichtung ist durch eine Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens herstellbar.The semiconductor device can be produced by an embodiment of the aforementioned method.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control unit which is designed to execute, to control or to implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.

Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the control unit may comprise at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least a communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EEPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface which can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

  • 1 eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung im Herstellprozess gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung im Herstellprozess gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
  • 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
An embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawings and will be described in more detail below. It shows
  • 1 a schematic representation of a semiconductor device in the manufacturing process according to an embodiment;
  • 2 a schematic representation of a semiconductor device in the manufacturing process according to an embodiment;
  • 3 a schematic representation of a semiconductor device according to an embodiment; and
  • 4 a flowchart of a method for producing a semiconductor device according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung 100 im Herstellprozess gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Halbleitervorrichtung 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 105 und ein Trägersubstrat 110 in noch unverbundenem Zustand. Auf dem Halbleitersubstrat 105 sind zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 in einer vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander angeordnet. Die vordefinierte geometrische Beziehung der Funktionseinheiten 115, 116 zueinander ist dabei beispielsweise mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern realisiert. 1 shows a schematic representation of a semiconductor device 100 in the manufacturing process according to an embodiment. The semiconductor device shown here 100 includes a semiconductor substrate 105 and a carrier substrate 110 in still unconnected condition. On the semiconductor substrate 105 are at least two functional units 115 . 116 arranged in a predefined geometric relationship to each other. The predefined geometric relationship of the functional units 115 . 116 each other is realized, for example, with an accuracy of a few nanometers.

Die zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 sind gemäß einer Ausführungsform als optische oder mikrooptische Komponenten oder Strukturen der Halbleitervorrichtung 100 ausgeformt. Zusätzlich oder alternativ sind die zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 als elektronische Komponenten oder Strukturen der Halbleitervorrichtung 100 ausgeformt. Zudem können die Funktionseinheiten 115, 116 als weitere in der Halbleitertechnologie verwendete Strukturen ausgeformt sein, beispielsweise als Mikrochips oder als Komponenten für Dioden oder für Messmodul.The at least two functional units 115 . 116 According to one embodiment, they are optical or micro-optical components or structures of the semiconductor device 100 formed. Additionally or alternatively, the at least two functional units 115 . 116 as electronic components or structures of the semiconductor device 100 formed. In addition, the functional units 115 . 116 as further structures used in semiconductor technology, for example as Microchips or as components for diodes or for measuring module.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 mittels eines lithografischen Prozesses erzeugt. Dies ermöglicht eine Nutzung von Geräten, die in der Halbleiter-Lithografie benutzt werden und die dazu ausgebildet sind, die Funktionseinheiten 115, 116 mit einer hohen initialen Lagegenauigkeit zueinander zu erzeugen. Dabei können sowohl passive wie auch aktive Strukturen erzeugt werden.According to one embodiment, the at least two functional units 115 . 116 generated by a lithographic process. This allows use of devices used in semiconductor lithography and designed to be the functional units 115 . 116 with a high initial positional accuracy to each other to produce. Both passive and active structures can be generated.

In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Halbleitersubstrat 105 mit dem Trägersubstrat 110 unverbundenen Zustand während des Herstellprozesses bzw. eines nachstehend unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Verfahrens gezeigt. Die Funktionseinheiten 115, 116 sind auf dem Halbleitersubstrat 105 angeordnet, das aus einem Material ausgeformt ist, das für Maschinen mit extrem hoher Lagegenauigkeit der Strukturen geeignet ist, hier beispielhaft aus Silizium, das für eine Bearbeitung in einem Lithografie-Gerät geeignet ist.In the embodiment shown here, the semiconductor substrate 105 with the carrier substrate 110 Unconnected state during the manufacturing process or one with reference to below 4 shown method. The functional units 115 . 116 are on the semiconductor substrate 105 arranged, which is formed of a material which is suitable for machines with extremely high positional accuracy of the structures, here for example made of silicon, which is suitable for processing in a lithographic apparatus.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung 100 im Herstellprozess gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Komponenten der hier gezeigten Halbleitervorrichtung 100 ähneln oder entsprechen dabei den anhand von 1 beschriebenen Komponenten der Halbleitervorrichtung. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Halbleitersubstrat 105 mit den zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 in einem mit dem Trägersubstrat 110 verbundenen Zustand gezeigt. Der hier gezeigte verbundene Zustand des Halbleitersubstrats 105 mit dem Trägersubstrat 110 stellt verglichen mit dem in 1 gezeigten Zustand einen nachfolgenden Schritt im Herstellvorgang der Halbleitervorrichtung 100 dar. Das Halbleitersubstrat 105 bildet hierbei eine durchgängige Schicht aus. 2 shows a schematic representation of a semiconductor device 100 in the manufacturing process according to an embodiment. The components of the semiconductor device shown here 100 are similar or correspond to the basis of 1 described components of the semiconductor device. In the embodiment shown here, the semiconductor substrate 105 with the at least two functional units 115 . 116 in one with the carrier substrate 110 connected state shown. The connected state of the semiconductor substrate shown here 105 with the carrier substrate 110 represents compared to the in 1 state a subsequent step in the manufacturing process of the semiconductor device 100 dar. The semiconductor substrate 105 forms a continuous layer.

Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Halbleitersubstrat 105 stoffschlüssig mit dem Trägersubstrat 110 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung des Halbleitersubstrats 105 mit dem Trägersubstrat 110 ist beispielsweise mittels Kleben, Bonden, Löten, Laserschweißen oder Ansprengen hergestellt.According to the embodiment shown here, the semiconductor substrate 105 cohesively with the carrier substrate 110 connected. The cohesive connection of the semiconductor substrate 105 with the carrier substrate 110 is for example made by gluing, bonding, soldering, laser welding or wringing.

Zwischen dem Halbleitersubstrat 105 und dem Trägersubstrat 110 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zudem eine Verbindungsschicht 205 zum Verbinden des Halbleitersubstrats 105 mit dem Trägersubstrat 110 eingebracht. Die Verbindungsschicht 205 besteht beispielsweise aus Kleber oder Lot. Die Verbindungsschicht 205 wird beim stoffschlüssigen Verbinden des Halbleitersubstrats 105 mit dem Trägersubstrat 110 als optional zum Verbinden erforderliche Zwischenschicht aufgebracht bzw. angeordnet.Between the semiconductor substrate 105 and the carrier substrate 110 is also a connection layer according to the embodiment shown here 205 for connecting the semiconductor substrate 105 with the carrier substrate 110 brought in. The connection layer 205 consists for example of glue or solder. The connection layer 205 is the material-locking connection of the semiconductor substrate 105 with the carrier substrate 110 applied as an optional for bonding required intermediate layer or arranged.

Das Halbleitersubstrat 105 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus Silizium ausgeformt. Das Material des Trägersubstrats 110 unterscheidet sich gemäß einem Ausführungsbeispiel von dem Material des Halbleitersubstrats 105 in einer Wärmeleitfähigkeit. Zusätzlich oder alternativ unterscheidet das Material sich in einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und zusätzlich oder alternativ einer elektrischen Leitfähigkeit und zusätzlich oder alternativ einem optischen Reflexionsvermögen. Für die Halbleitervorrichtung 100 ist entsprechend das Halbleitersubstrat 105 mit den Funktionseinheiten 115, 116 stoffschlüssig mit dem Trägersubstrat 110 verbunden, das sich thermo-mechanischen Eigenschaften und optional auch in geometrischen Abmessungen von dem Halbleitersubstrat 105 unterscheidet. Vorteilhafterweise sind die Funktionseinheiten 115, 116 somit beispielsweise mittels des lithografischen Prozesses in der vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander exakt auf dem Halbleitersubstrat 105 erzeugbar, und das Material des Trägersubstrats 110 ist abhängig von einer oder mehreren gewünschten thermischen Eigenschaften, z. B. der Wärmeleitfähigkeit, dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der elektrischen Leitfähigkeit und dem optischen Reflektionsvermögen auswählbar. Beim Verbinden des Halbleitersubstrats 105 mit dem Trägersubstrat 110 bleibt dabei eine hohe Lagegenauigkeit der Strukturen, hier der zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116, zueinander erhalten, ohne dass eine aktive Lagekorrektur erforderlich ist.The semiconductor substrate 105 is formed of silicon according to the embodiment shown here. The material of the carrier substrate 110 differs according to an embodiment of the material of the semiconductor substrate 105 in a thermal conductivity. Additionally or alternatively, the material differs in a thermal expansion coefficient and additionally or alternatively an electrical conductivity and additionally or alternatively an optical reflectivity. For the semiconductor device 100 is correspondingly the semiconductor substrate 105 with the functional units 115 . 116 cohesively with the carrier substrate 110 associated thermo-mechanical properties and optionally also in geometric dimensions of the semiconductor substrate 105 different. Advantageously, the functional units 115 . 116 thus, for example, by means of the lithographic process in the predefined geometric relationship to each other exactly on the semiconductor substrate 105 producible, and the material of the carrier substrate 110 is dependent on one or more desired thermal properties, eg. As the thermal conductivity, the thermal expansion coefficient, the electrical conductivity and the optical reflectivity selectable. When connecting the semiconductor substrate 105 with the carrier substrate 110 This leaves a high positional accuracy of the structures, here the at least two functional units 115 . 116 to each other, without an active position correction is required.

Das Unterscheiden des Materials des Halbleitersubstrats 105 von dem Material des Trägersubstrats 110 ist auch im Hinblick auf das Herstellen der Halbleitervorrichtung vorteilhaft. Lithografische Prozesse sind üblicherweise auf Vorrichtungen mit Silizium (Si) als Trägermaterial ausgerichtet, beispielsweise beim Erzeugen elektrischer Strukturen wie Dioden. Aus Gründen der thermo-mechanischen Stabilität ist es vorteilhaft, die Strukturen auf anderen Materialien zu erzeugen, zum Beispiel auf Materialien mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder auf Materialien mit hoher Wärmeleitung. Brächte man z. B. größere Chips mit Silizium als Trägermaterial auf solche Materialien auf, könnten sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten voneinander unterscheiden, wodurch es bei einer Temperaturänderung zu einem Bi-Metall-ähnlichen Effekt kommen könnte, das heißt die Gesamtstruktur könnte sich verbiegen. In dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung 100 wird dies trotz der unterschiedlichen Materialien des Halbleitersubstrats 105 und des Trägersubstrats 110 vorteilhafterweise durch ein Entfernen eines Teilabschnitts des Halbleitersubstrats 105 in einem Bereich außerhalb einer Standfläche der Funktionseinheiten 115, 116 vermieden, wie nachfolgend anhand von 3 gezeigt. Vorteilhafterweise weist die Halbleitervorrichtung 100 somit eine hohe thermo-mechanische Stabilität auf, wobei die exakte geometrische Beziehung der Funktionseinheiten 115, 116 zueinander erhalten bleibt. Dabei ändert sich die relative Position der zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 zueinander in allen drei Raumrichtungen bei Temperaturveränderungen höchstens in einem vernachlässigbaren Ausmaß.Distinguishing the material of the semiconductor substrate 105 of the material of the carrier substrate 110 is also advantageous in terms of manufacturing the semiconductor device. Lithographic processes are usually oriented on devices with silicon (Si) as the carrier material, for example when generating electrical structures such as diodes. For reasons of thermo-mechanical stability, it is advantageous to produce the structures on other materials, for example on materials with a small coefficient of thermal expansion or on materials with high thermal conductivity. Do you bring z. B. larger chips with silicon as a support material on such materials, the thermal expansion coefficients could differ from each other, which could cause a bi-metal-like effect with a change in temperature, that is, the overall structure could bend. In the embodiment of the semiconductor device presented here 100 This will be despite the different materials of the semiconductor substrate 105 and the carrier substrate 110 advantageously by removing a subsection of the semiconductor substrate 105 in an area outside a floor space of the functional units 115 . 116 avoided, as follows from 3 shown. Advantageously, the semiconductor device 100 Thus, a high thermo-mechanical stability, wherein the exact geometric relationship of the functional units 115 . 116 is maintained to each other. In this case, the relative position of the at least two functional units changes 115 . 116 to each other in all three spatial directions with temperature changes at most to a negligible extent.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist die Halbleitervorrichtung 100 in einem verglichen mit dem in 2 gezeigten Zustand nachfolgenden Zustand im Herstellvorgang der Halbleitervorrichtung 100. Entsprechend umfasst die Halbleitervorrichtung 100 das Halbleitersubstrat 105 mit den zumindest zwei in einer vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander auf dem Halbleitersubstrat 105 angeordneten Funktionseinheiten 115, 116, und das mit dem Halbleitersubstrat 105 verbundene Trägersubstrat 110. Zumindest eine thermische Eigenschaft des Materials des Trägersubstrats 110 unterscheidet sich dabei von zumindest einer thermischen Eigenschaft des Materials des Halbleitersubstrats 105. Zudem ist zumindest ein Teilabschnitt des Halbleitersubstrats 105 in einem Bereich außerhalb einer Standfläche 305, 306 der zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 entfernt. Der Bereich außerhalb der jeweiligen Standflächen 305, 306 der zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 erstreckt sich hier beispielhaft zwischen den beiden Funktionseinheiten 115, 116 und in Abschnitten zwischen den Standflächen der Funktionseinheiten 115, 116 und Enden des Trägersubstrats 110. Mit dem Teilabschnitt des Halbleitersubstrats 105 ist auch ein ähnlicher oder entsprechender Teilabschnitt der Verbindungsschicht 205 außerhalb der Standflächen 305, 306 der zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 entfernt, wodurch in dem Bereich außerhalb der Standflächen 305, 306 der Funktionseinheiten 115, 116 das Material des Trägersubstrats 110 verbleibt. Anders ausgedrückt ist in dem Bereich außerhalb der Standflächen 305, 306 der Funktionseinheiten 115, 116 das Material des Trägersubstrats 110 freiliegend. 3 shows a schematic representation of a semiconductor device 100 according to an embodiment. Shown is the semiconductor device 100 in one compared to the one in 2 shown state subsequent state in the manufacturing process of the semiconductor device 100 , Accordingly, the semiconductor device includes 100 the semiconductor substrate 105 with the at least two in a predefined geometric relationship to each other on the semiconductor substrate 105 arranged functional units 115 . 116 , and that with the semiconductor substrate 105 connected carrier substrate 110 , At least one thermal property of the material of the carrier substrate 110 differs from at least one thermal property of the material of the semiconductor substrate 105 , In addition, at least a partial section of the semiconductor substrate 105 in an area outside a stand area 305 . 306 the at least two functional units 115 . 116 away. The area outside the respective stand areas 305 . 306 the at least two functional units 115 . 116 extends here by way of example between the two functional units 115 . 116 and in sections between the footprints of the functional units 115 . 116 and ends of the carrier substrate 110 , With the subsection of the semiconductor substrate 105 is also a similar or corresponding subsection of the link layer 205 outside the booths 305 . 306 the at least two functional units 115 . 116 away, causing in the area outside the booths 305 . 306 the functional units 115 . 116 the material of the carrier substrate 110 remains. In other words, in the area outside the stand areas 305 . 306 the functional units 115 . 116 the material of the carrier substrate 110 exposed.

Durch das Entfernen des für die Funktion beziehungsweise die Montage der Funktionseinheiten 115, 116 verzichtbaren Teilabschnitts des Halbleitersubstrats 105 werden die thermo-mechanischen Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 100 im Wesentlichen vom Trägersubstrat 110 bestimmt, wobei die ursprüngliche Lagegenauigkeit der Funktionseinheiten 115, 116 zueinander erhalten bleibt. Dies ist vorteilhaft bezüglich einer Wahl des Materials des Trägersubstrats 110, das somit hinsichtlich einer eine gewünschte Funktion bestmöglich unterstützenden Eigenschaft und in seiner geometrischen Abmessung oder seinen materiellen Eigenschaften beispielsweise ohne Rücksicht auf eine Bearbeitung mittels lithografischer Geräte auswählbar ist, im Gegensatz zu dem Halbleitersubstrat 105, das durch das Entfernen des Teilabschnitts hier vorteilhafterweise im Wesentlichen die thermo-mechanischen Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 100 unberührt lässt.By removing the for the function or the assembly of the functional units 115 . 116 dispensable subsection of the semiconductor substrate 105 become the thermo-mechanical properties of the semiconductor device 100 essentially from the carrier substrate 110 determined, the original positional accuracy of the functional units 115 . 116 is maintained to each other. This is advantageous with respect to a choice of the material of the carrier substrate 110 , which is thus selectable in terms of a property which supports a desired function as much as possible and in its geometrical dimension or its material properties, for example irrespective of processing by means of lithographic apparatus, in contrast to the semiconductor substrate 105 by the removal of the sub-section here advantageously substantially the thermo-mechanical properties of the semiconductor device 100 leaves untouched.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in einem Zwischenraum zwischen den zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 ein wärmeisolierendes Material aufgebracht, um die zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 thermisch voneinander zu trennen. Durch die Trennung der thermisch leitenden Bereiche ergibt sich eine optionale Verringerung der thermisch leitenden Fläche der Halbleitervorrichtung 100. Alternativ dazu sind auch Thermofallen aufbringbar, d. h. definierte Bereiche in dem Bereich außerhalb der Standflächen 305, 306 der Funktionseinheiten 115, 116, die die Leitfähigkeit reduzieren, beispielsweise durch die geometrische Trennung der definierten Bereiche oder durch Membrane.According to one embodiment, there is a gap between the at least two functional units 115 . 116 a heat-insulating material applied to the at least two functional units 115 . 116 thermally separate from each other. The separation of the thermally conductive regions results in an optional reduction of the thermally conductive surface of the semiconductor device 100 , Alternatively, thermal traps can be applied, ie defined areas in the area outside the stand areas 305 . 306 the functional units 115 . 116 , which reduce the conductivity, for example by the geometric separation of the defined areas or by membranes.

Zudem ist gemäß einem Ausführungsbeispiel das wärmeisolierende Material in dem Zwischenraum zwischen den zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 durch Oxidation oder durch ein Einbringen von Fremdatomen veränderbar, beispielsweise durch eine Dotierung mittels einer Ionenimplantation.In addition, according to one embodiment, the heat-insulating material in the space between the at least two functional units 115 . 116 by oxidation or by introducing foreign atoms changeable, for example by doping by means of ion implantation.

Ferner weist die Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel zumindest einen thermischen Leitabschnitt in dem Bereich außerhalb der zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 auf. Dazu wird beispielsweise ein Füllstoff eingebracht, um den Leitabschnitt auszuformen. Der Leitabschnitt ist optional dazu ausgeformt, die zumindest zwei Funktionseinheiten 115, 116 thermisch miteinander zu verbinden.Furthermore, the semiconductor device 100 According to one embodiment, at least one thermal guide section in the area outside the at least two functional units 115 . 116 on. For this purpose, for example, a filler is introduced to form the guide section. The guide section is optionally formed to the at least two functional units 115 . 116 thermally connect with each other.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Mit dem Verfahren 400 ist ein Ausführungsbeispiel der vorstehend genannten Halbleitervorrichtung herstellbar. Das Verfahren 400 umfasst zumindest einen Schritt 405 des Erzeugens, einen Schritt 410 des Verbindens und einen Schritt 415 des Entfernens. Im Schritt 405 des Erzeugens werden zumindest zwei Funktionseinheiten auf einem Halbleitersubstrat erzeugt. Dabei werden die zumindest zwei Funktionseinheiten in einer vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander angeordnet. Im Schritt 410 des Verbindens wird das Halbleitersubstrat mit einem Trägersubstrat verbunden. Zumindest eine thermische Eigenschaft eines Materials des Trägersubstrats unterscheidet sich dabei von zumindest einer thermischen Eigenschaft eines Materials des Halbleitersubstrats. Im Schritt 415 des Entfernens wird zumindest ein Teilabschnitt des Halbleitersubstrats aus einem Bereich außerhalb einer Standfläche der zumindest zwei Funktionseinheiten entfernt. 4 shows a flowchart of a method 400 for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment. With the procedure 400 an embodiment of the above-mentioned semiconductor device can be produced. The procedure 400 includes at least one step 405 of creating, one step 410 of joining and a step 415 of removing. In step 405 of generating at least two functional units are generated on a semiconductor substrate. In this case, the at least two functional units are arranged in a predefined geometric relationship to one another. In step 410 of bonding, the semiconductor substrate is connected to a carrier substrate. At least one thermal property of a material of the carrier substrate differs from at least one thermal property of a material of the semiconductor substrate. In step 415 the removal, at least a portion of the semiconductor substrate from a Area outside a footprint of at least two functional units away.

Der Zustand der Halbleitervorrichtung 100 nach dem Schritt 405 des Erzeugens ist beispielhaft in 1 gezeigt. Der Zustand der Halbleitervorrichtung 100 nach dem Schritt 410 des Verbindens ist beispielhaft in 2 gezeigt. Der Zustand der Halbleitervorrichtung 100 nach dem Schritt 415 des Entfernens ist beispielhaft in 3 gezeigt.The state of the semiconductor device 100 after the step 405 of generating is exemplary in 1 shown. The state of the semiconductor device 100 after the step 410 the bonding is exemplary in 2 shown. The state of the semiconductor device 100 after the step 415 Removal is exemplary in 3 shown.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 400 zudem einen Schritt 420 des Aufbringens. Im Schritt 420 wird ein wärmeisolierendes Material in einen Zwischenraum zwischen die zumindest zwei Funktionseinheiten aufgebracht, um die zumindest zwei Funktionseinheiten thermisch voneinander zu trennen. Der Schritt 420 ist optional nach dem Schritt 415 des Entfernens ausführbar.According to one embodiment, the method comprises 400 also a step 420 of applying. In step 420 a heat-insulating material is applied in a space between the at least two functional units to thermally separate the at least two functional units from each other. The step 420 is optional after the step 415 Removal executable.

Zudem umfasst das Verfahren 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Schritt 425 des Ausformens. Im Schritt 425 wird zumindest ein thermischer Leitabschnitt in dem Bereich außerhalb der zumindest zwei Funktionseinheiten ausgeformt. Der Schritt 425 ist zusätzlich oder alternativ zu dem Schritt 420 des Aufbringens nach dem Schritt 415 des Entfernens ausführbar.In addition, the process includes 400 according to one embodiment, a step 425 of molding. In step 425 At least one thermal conduction portion is formed in the region outside the at least two functional units. The step 425 is additional or alternative to the step 420 applying after the step 415 Removal executable.

Im Folgenden wird ein Ablauf des Verfahrens 400 nochmals in anderen Worten beschrieben. Das Verfahren 400, insbesondere der Schritt 405 des Erzeugens, ist unter Verwendung eines Lithografie-Geräts mit hoher Genauigkeit zur Erzeugung von Strukturen ausführbar. Im Schritt 405 des Erzeugens werden Strukturen wie die zumindest zwei Funktionseinheiten auf dem Halbleitersubstrat, beispielsweise einem Siliziumsubtrat, erzeugt. Im Schritt 410 des Verbindens wird das Halbleitersubstrat mit den Strukturen mittels Kleben, Löten oder Bonden auf einen Träger mit den gewünschten thermo-mechanischen Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, thermischer Ausdehnungskoeffizient, elektrische Leitfähigkeit oder optisches Reflexionsvermögen, auf das Trägersubstrat aufgebracht. Im Schritt 415 des Entfernens wird der Teilabschnitt des Halbleitersubstrats zwischen den Strukturen mechanisch, z.B. durch Fräsen, chemisch, z.B. durch Ätzen, oder mit einem Laser oder unter Einsatz von hochenergetischer Lichtenergie oder Strahlungsenergie entfernt.The following is a flow of the procedure 400 described again in other words. The procedure 400 , especially the step 405 of generating is executable using a lithography apparatus with high accuracy for generating structures. In step 405 When generating, structures such as the at least two functional units are produced on the semiconductor substrate, for example a silicon substrate. In step 410 bonding, the semiconductor substrate with the structures is applied to the carrier substrate by means of bonding, soldering or bonding to a carrier having the desired thermo-mechanical properties such as thermal conductivity, thermal expansion coefficient, electrical conductivity or optical reflectivity. In step 415 the removal of the portion of the semiconductor substrate between the structures is removed mechanically, for example by milling, chemically, for example by etching, or with a laser or by using high-energy light energy or radiant energy.

Mit diesem Verfahren 400 ist es vorteilhafterweise möglich, Strukturen wie die Funktionseinheiten in der vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander im Schritt 405 des Erzeugens mit der Genauigkeit eines lithografischen Prozesses zu erzeugen, und damit mit einer sehr hohen initialen Lagegenauigkeit zueinander. Dabei werden nach Abschluss der Schritte 410 und 415 die thermo-mechanischen Eigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit, der thermischer Ausdehnungskoeffizient, die elektrische Leitfähigkeit und das optische Reflektionsvermögen der Halbleitervorrichtung vorteilhafterweise fast ausschließlich vom gewählten Trägermaterial des Trägersubstrats bestimmt, anstatt von den Eigenschaften des Halbleitersubstrats, beispielsweise des Siliziums, beeinflusst. Wenn im Schritt des Verbindens 410 der Chip, also das Halbleitersubstrat, auf dem alle gewünschten Strukturen mit der gewünschten Genauigkeit erzeugt sind, auf das Trägersubstrat mit den gewünschten thermo-mechanischen Eigenschaften aufgebracht wird, z. B. geklebt, gebondet, gelötet, oder lasergeschweißt, bleibt die hohe Lagegenauigkeit der Strukturen zueinander erhalten, ohne dass eine aktive Lagekorrektur beispielsweise mittels einer Montagevorrichtung erforderlich ist. Nachdem Teile des Halbleitersubstrats, die für die Funktion der Strukturen oder die Montage des ersten auf dem zweiten Chip, also des Halbleitersubstrats auf dem Trägersubstrats, verzichtbar sind, im Schritt 415 des Entfernens entfernt sind, werden die thermo-mechanischen Eigenschaften des entstandenen Aufbaus lediglich von den thermo-mechanischen Eigenschaften des Trägersubstrats bestimmt, auf welches das Halbleitersubstrat im Schritt 410 des Verbindens montiert wird.With this procedure 400 it is advantageously possible to have structures such as the functional units in the predefined geometric relationship to one another in the step 405 of generating with the accuracy of a lithographic process, and thus with a very high initial registration to each other. In doing so, after completing the steps 410 and 415 the thermo-mechanical properties such as the thermal conductivity, the thermal expansion coefficient, the electrical conductivity and the optical reflectivity of the semiconductor device advantageously determined almost exclusively by the selected carrier material of the carrier substrate, rather than influenced by the properties of the semiconductor substrate, for example of silicon. If in the step of joining 410 the chip, ie the semiconductor substrate on which all desired structures are produced with the desired accuracy, is applied to the carrier substrate with the desired thermo-mechanical properties, for. B. glued, bonded, soldered, or laser welded, the high positional accuracy of the structures is maintained to each other without an active position correction, for example by means of a mounting device is required. After parts of the semiconductor substrate, which are dispensable for the function of the structures or the assembly of the first on the second chip, ie the semiconductor substrate on the carrier substrate, in step 415 Removing the removed, the thermo-mechanical properties of the resulting structure are determined solely by the thermo-mechanical properties of the carrier substrate, to which the semiconductor substrate in the step 410 of the connection is mounted.

Verfahrensschritte des Verfahrens 400 können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.Process steps of the process 400 may be repeated as well as in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0897557 B1 [0002]EP 0897557 B1 [0002]

Claims (13)

Verfahren (400) zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung (100), wobei das Verfahren (400) folgende Schritte umfasst: Erzeugen (405) von zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) auf einem Halbleitersubstrat (105), wobei die zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) in einer vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander angeordnet werden; Verbinden (410) des Halbleitersubstrats (105) mit einem Trägersubstrat (110), wobei sich zumindest eine thermische Eigenschaft eines Materials des Trägersubstrats (110) von zumindest einer thermischen Eigenschaft eines Materials des Halbleitersubstrats (105) unterscheidet; und Entfernen (415) zumindest eines Teilabschnitts des Halbleitersubstrats (105) aus einem Bereich außerhalb einer Standfläche (305, 306) der zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116).A method (400) for producing a semiconductor device (100), the method (400) comprising the steps of: Generating (405) at least two functional units (115, 116) on a semiconductor substrate (105), wherein the at least two functional units (115, 116) are arranged in a predefined geometric relationship to one another; Bonding (410) the semiconductor substrate (105) to a carrier substrate (110), wherein at least one thermal property of a material of the carrier substrate (110) differs from at least one thermal property of a material of the semiconductor substrate (105); and Removing (415) at least a portion of the semiconductor substrate (105) from an area outside a footprint (305, 306) of the at least two functional units (115, 116). Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (410) des Verbindens ein Trägersubstrat (110) verwendet wird, dessen Material sich von dem Material des Halbleitersubstrats (105) in einer Wärmeleitfähigkeit und/oder einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder einer elektrischen Leitfähigkeit und/oder einem optischen Reflexionsvermögen unterscheidet.Method (400) according to Claim 1 in that, in step (410) of bonding, a carrier substrate (110) is used whose material differs from the material of the semiconductor substrate (105) in thermal conductivity and / or thermal expansion coefficient and / or electrical conductivity and / or optical reflectivity , Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (410) des Verbindens das Halbleitersubstrat (105) und das Trägersubstrat (110) stoffschlüssig verbunden werden.Method (400) according to one of the preceding claims, wherein in the step (410) of the bonding, the semiconductor substrate (105) and the carrier substrate (110) are bonded together. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (410) des Verbindens eine Verbindungsschicht (205) zum Verbinden (410) des Halbleitersubstrats (105) mit dem Trägersubstrat (110) zwischen dem Halbleitersubstrat (105) und dem Trägersubstrat (110) eingebracht wird.Method (400) according to one of the preceding claims, wherein in step (410) of the connection, a connection layer (205) for connecting (410) the semiconductor substrate (105) to the carrier substrate (110) between the semiconductor substrate (105) and the carrier substrate (110 ) is introduced. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (405) des Erzeugens die zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) mittels eines lithografischen Prozesses erzeugt werden.Method (400) according to one of the preceding claims, wherein in the step (405) of generating, the at least two functional units (115, 116) are generated by means of a lithographic process. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (405) des Erzeugens die zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) als optische und/oder elektronische Komponenten oder Strukturen der Halbleitervorrichtung (100) erzeugt werden.Method (400) according to one of the preceding claims, wherein in the step (405) of generating, the at least two functional units (115, 116) are produced as optical and / or electronic components or structures of the semiconductor device (100). Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (420) des Aufbringens eines wärmeisolierenden Materials in einen Zwischenraum zwischen die zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116), um die zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) thermisch voneinander zu trennen.The method (400) according to one of the preceding claims, comprising a step (420) of applying a heat-insulating material into a gap between the at least two functional units (115, 116) to thermally separate the at least two functional units (115, 116). Verfahren (400) gemäß Anspruch 7, wobei im Schritt (420) des Aufbringens das wärmeisolierende Material durch Oxidation oder durch ein Einbringen von Fremdatomen verändert wird.Method (400) according to Claim 7 wherein in step (420) of applying, the heat-insulating material is changed by oxidation or by introduction of foreign atoms. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (425) des Ausformens zumindest eines thermischen Leitabschnitts in dem Bereich außerhalb der zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116).Method (400) according to one of the preceding claims, comprising a step (425) of forming at least one thermal conduction section in the area outside the at least two functional units (115, 116). Halbleitervorrichtung (100) mit einem Halbleitersubstrat (105), wobei auf dem Halbleitersubstrat (105) zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) in einer vordefinierten geometrischen Beziehung zueinander angeordnet sind, und mit einem mit dem Halbleitersubstrat (105) verbundenen Trägersubstrat (110), wobei sich zumindest eine thermische Eigenschaft eines Materials des Trägersubstrats (110) von zumindest einer thermischen Eigenschaft eines Materials des Halbleitersubstrats (105) unterscheidet, wobei zumindest ein Teilabschnitt des Halbleitersubstrats (105) in einem Bereich außerhalb einer Standfläche (305, 306) der zumindest zwei Funktionseinheiten (115, 116) entfernt ist.A semiconductor device (100) having a semiconductor substrate (105), wherein at least two functional units (115, 116) are arranged in a predefined geometric relationship to one another on the semiconductor substrate (105), and to a carrier substrate (110) connected to the semiconductor substrate (105), wherein at least one thermal property of a material of the carrier substrate (110) differs from at least one thermal property of a material of the semiconductor substrate (105), wherein at least a portion of the semiconductor substrate (105) is in an area outside a footprint (305, 306) of the at least two Function units (115, 116) is removed. Steuergerät, das eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.A controller adapted to perform the steps of the method (400) according to any one of Claims 1 to 9 execute and / or control in appropriate units. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.Computer program adapted to execute and / or control the steps of the method (400) according to one of the preceding claims. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program is based Claim 12 is stored.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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