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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellungs- und Prozessierungstechnologie von
Halbleiterschaltungen und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung
perforierter Trägerwafer, die
beispielsweise bei der Fertigung ultradünner Prozeßwafer oder Chips (Dies) und
bei deren prozeßtechnischer
Bearbeitung eingesetzt werden können.
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Bei
der Herstellung und Nutzung beispielsweise von Si-, Ge- oder III-V-Halbleiter-Schaltungen (Si
= Silizium; GE = Germanium) werden gegenwärtig in zunehmendem Maße Anstrengungen
unternommen, die jeweiligen Substratdicken der Halbleiterschaltungen
zu minimieren, um die Material- bzw. Schaltungseigenschaften optimieren
zu können.
Einige Gründe
für die
erwünschte
Verringerung der jeweiligen Substratdicken von Halbleiterschaltungen sind
beispielsweise u. a. eine erhöhte
Gewichtsreduktion, eine verbesserte Stapelbarkeit, eine mögliche Gehäuseverkleinerung,
eine verbesserte Verlustwärmeableitung
und eine erhöhte
Biegsamkeit.
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Um
die Substratdicken von Halbleiterschaltungen auf Waferebene unter
eine Dicke von etwa 80 μm
dünnen
zu können,
muß der
prozeßtechnisch
zu behandelnde Schaltungswafer, der im nachfolgenden zur Vereinfachung
als Prozeßwafer
bezeichnet wird, mit einem Trägerwafer
verbunden und durch diesen gestützt
werden. Die Notwendigkeit für
die Verwendung eines Trägerwafers
resultiert aus den Handling-Systemen der Technologiegeräte bei der Halbleiterherstellung,
wie z. B. Schleifmaschinen, Spinätzer,
Poliermaschinen. Mit abnehmen der Dicke biegt sich der Prozeßwafer bei
der Handhabung durch die Handling-Systeme und Technologiegeräte schwerkraftbedingt
immer stärker
durch, wodurch der Prozeßwafer
die vorgegebene Geometrie der Handling-Systeme nicht mehr einhalten
kann, und dann beispielsweise von einem Roboter eines Handling-Systems
durch Anstoßen
an eine Kante zerstört werden
kann.
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Um
nun einen Prozeßwafer
mit dem stützenden
Trägerwafer
zu verbinden, werden im allgemeinen Verbindungsschichten wie Folien,
Klebstoffe, Lacke und Wachsmaterialien eingesetzt, die nach der prozeßtechnischen
Behandlung des Prozeßwafers, z.
B. nach dem Dünnungsprozeß, wieder
gelöst
werden müssen.
Bei einer ganzflächigen
Klebeverbindung zwischen dem Prozeßwafer und dem Trägerwafer
muß das
zum Lösen
verwendete Lösemittel durch
den sehr kleinen Spalt, der der Dicke der Verbindungsschicht entspricht,
zwischen dem Prozeßwafer
und dem Trägerwafer
vom Umfang der Klebeverbindung her vordringen, was im allgemeinen
eine zu lange Zeitdauer in Anspruch nimmt und oftmals überhaupt
nicht möglich
ist. Angemessene Ablösezeiten
des Prozeßwafers
von dem Trägerwafer
können
daher im allgemeinen nur erreicht werden, wenn ein Angriff des Lösemittels über die
gesamte Fläche des
Trägerwafers
erfolgen kann. Im Stand der Technik werden beispielsweise dafür perforierte
Trägerwafer
eingesetzt, bei denen das Lösemittel
den Trägerwafer
entsprechend der Perforation durchdringen kann.
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Gegenwärtig werden
als perforierte Trägerwafer
beispielsweise neben sehr teuren, laserperforierten Saphirwafern
auch Trägerwafer
aus porösen Materialien,
wie Sintermetallen oder Sinterkeramiken mit kleinen Porengrößen im Bereich
von 1 bis 10 μm verwendet.
Ferner sind auch Trägerwafer
aus organisch gebundenen porösen
Materialien auf Aluminiumbasis verfügbar. Die oben genannten Trägerwafer bzw.
die oben genannten Materialien für
Trägerwafer weisen
jedoch ungünstigerweise
eine Reihe von Unzulänglichkeiten
und Einschränkungen
auf.
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So
sind bei den oben genannten Materialien im allgemeinen die Porengrößen zu klein,
um ein Auswaschen der Verbindungsmaterialien, z. B. des Klebers,
in einer ausreichend kurzen Zeitdauer zu ermöglichen. Ferner ist zu beachten,
daß für die elektrischen
Eigenschaften von Halbleiterschaltungen unerwünschte Spuren von Metallen äußerst schädlich sind,
wobei die Metallspuren auf dem Prozeßwafer beispielsweise durch
einen unbeabsichtigten, direkten Kontakt des Trägerwafers mit dem Prozeßwafer hervorgerufen
werden können.
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Ferner
ist bisher die Herstellung von Platten aus den oben genannten porösen Materialien
mit der erwünschten
hohen Stabilität
und gleichzeitig geringer Dicke nicht möglich. Darüber hinaus liegt im allgemeinen
eine Differenz im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen
dem Prozeßwafer
aus einem Halbleitermaterial und dem Trägerwafer aus einem der oben
genannten, üblicherweise
verwendeten porösen
Materialien vor, so daß diese
Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei starken Temperaturunterschieden
oder Temperaturschwankungen, die bei der prozeßtechnischen Behandlung des
Prozeßwafers
auftreten können,
zu einer Durchbiegung des Verbundes aus Prozeß- und Trägerwafer führen.
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Die
deutsche Patentveröffentlichung
DE 100 55 763 A1 beschreibt
beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturfesten
Verbindung zwischen zwei Wafern, wobei in eine Oberfläche des
Trägerwafers
beispielsweise Gräben
durch naßchemische
oder trockenchemische Ätzvorgänge eingebracht
sind. Die Gräben
erstrecken sich über eine
Oberfläche
des Trägerwafers,
wobei die Gräben etwa
50 μm tief
und über
100 μm breit
sind, so daß diese
eine Tiefe aufweisen, die eine Dicke einer für die Verbindung mit einem
Produktwafer verwendeten Flüssigschicht
wesentlich überschreitet.
Auf diese Weise soll sichergestellt werden, daß die Flüssigschicht die Gräben nicht
vollständig
auffüllt
und somit ausreichende Kanäle
unterhalb dieser Schicht zum Zuführen
eines entsprechenden Trennungsmittels für eine spätere Trennung von zwei verbundenen
Wafern ermöglicht
ist.
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Die
wissenschaftliche Veröffentlichung "NESS, M; HANNEBORG,
A.: Anodic bonding of silicon to silicon wafers coated with aluminium,
silicon oxide, polysilicon or silicon nitride; in Sensors and Actuators
A, 1993, Vol. 37–38,
Seite 61–67", bezieht beispielsweise
sich auf ein anodisches Bonden von Silizium mit Siliziumwafern,
die mit Aluminium, Siliziumoxid, Polysilizium oder Siliziumnitrid
beschichtet sind. Diese Veröffentlichung
bezieht sich dabei insbesondere auf die Untersuchung verschiedener
Wafer-zu-Wafer-Verbindungstechniken,
wobei anhand unterschiedlicher Testverfahren die Verbindungsfestigkeit
verschiedener Proben mittels Drucktestverfahren und Zugtestverfahren
ermittelt wird. So wird dabei ein Probenaufbau bestehend aus einem
oberen Wafer und einem Trägerwafer,
die mittels anodischem Bonden aneinander befestigt wurden, beschrieben,
wobei der obere Wafer und der Trägerwafer
daraufhin in einzelne Chips vereinzelt wurden, die entsprechend
aus einem oberen Chip (top chip) und einem Trägerchip (support chip) bestehen.
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Die
US-Patentschrift
US-3,648,131 beschreibt
beispielsweise eine Sanduhr-förmige
leitfähige
Verbindung durch Halbleiterstrukturen. Um die elektrisch leitfähigen Verbindungen
durch den Wafer vorzusehen, wird ein Loch geätzt, das daraufhin isoliert
und schließlich
metallisiert wird. Aktive oder passive Bauelemente können entweder
auf einer oder beiden Seiten des Wafers gebildet werden und mit
einem Substrat mittels Lötmittelanschlußflächen verbunden
werden. Die Öffnungen
durch den Wafer weisen eine rechteckige oder runde Form auf.
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Die
deutsche Patentschrift
DE
198 40 421 C2 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur
Fertigung von dünnen
Substratschichten und eine dafür geeignete
Substratanordnung, wobei ein erstes und ein zweites Substrat mit
ihren Vorderseiten über
eine oder mehrere dazwischenliegende Verbindungsschichten verbunden
werden, wobei zumindest eine der Verbindungsschichten oder die Vorderseite
eines der Substrate kanalförmige
Vertiefungen aufweist, die ein seitliches Eindringen eines Ätzmittels
ermöglichen.
Daraufhin wird das erste Substrat von der Rückseite bis auf eine Substratschicht
gedünnt,
woraufhin die Substratschicht von dem Substrat durch ein Eindringen
des Ätzmittels
in die kanalförmigen Vertiefungen
abgelöst
wird.
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Die
deutsche Patentveröffentlichung
DE 101 22 845 A1 beschreibt
beispielsweise ein Verfahren zum Trennen einer Verbindung zwischen
einem scheibenförmigen
Gegenstand und einem Trägerwafer.
Insbesondere wird eine Trage- und Schutzvorrichtung für scheibenförmige Gegenstände bzw.
Pro duktwafer sowie ein dazugehöriges
Trennverfahren beschrieben, wobei auf einen Trägerwafer ein Kanalsystem zur
Realisierung einer Vielzahl von Vorsprüngen zum Tragen eines Produktwafers
sowie eine durchgehende Öffnung
zum Eindringen eines Strömungsmittels
in das Kanalsystem ausgebildet ist, die beispielsweise auch mittels
Laserstrahlen ausgebildet werden kann.
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Die
deutsche Patentschrift
DE
100 29 035 C1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur
Bearbeitung eines scheibenförmigen
Wafers, bei dem unter Zwischenlagerung einer Schutzschicht auf einen Wafer
ein Trägerwafer
aufgebracht wird. Der Trägerwafer
wird mit dem Wafer mittels einer Verbindungsschicht lösbar verbunden.
An der freiliegenden Scheibenseite des Wafers werden Bearbeitungsschritte
durchgeführt,
woraufhin der Trägerwafer durch,
Entfernen der Verbindungsschicht von dem Wafer abgelöst wird.
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Die
nach veröffentlichte
deutsche Patentschrift
DE
101 56 465 C1 beschreibt beispielsweise eine Waferanordnung
und ein Verfahren zur Herstellung einer Bondverbindung, wobei eine
hochtemperaturstabile, wieder ablösbare Waferanordnung mit einem
ersten Wafer (Trägerwafer),
in dessen erste Oberfläche
erste Ausnehmungen und in dessen zweite Oberfläche zweite Ausnehmungen durch nass-
oder trockenchemisches Ätzen
eingebracht sind, die jeweils zumindest teilweise Teil von durchgehenden
Verbindungen zwischen der ersten und zweiten Oberfläche des
ersten Wafers sind, mit einem zweiten Wafer (Produktwafer), mit
einer temperaturstabilen, wieder ablösbaren Bondverbindung hergestellt
wird, die mindestens eine zwischen dem ersten und zweiten Wafer
angeordnete und diese voneinander beabstandende Schicht, insbesondere eine
dielektrische Schicht, aufweist, wobei diese Schicht die erste Oberfläche des
ersten Wafers mit einer ersten Oberfläche des zweiten Wafers durch Waferbonding
verbindet.
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Die
US-Patentschrift
US-6,054,371 beschreibt
beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements
durch ein wiederabnehmbares Befestigen von Substraten an einer Halteplatine.
Dabei wird eine Mehrzahl von Halbleitersubstraten auf eine wiederabnehmbare
Art und Weise an einer ersten Halterplatine angebracht, um ein komplexes
Halbleitersubstrat zu bilden. Daraufhin können diese Halbleitersubstrate üblichen
Bearbeitungsschritten für
Halbleiterbauelemente ausgesetzt werden. Dabei ist zumindest eines
der mehreren Halbleitersubstrate an einer zweiten Halterplatine
angeordnet. Dieses spezielle Halbleitersubstrat wird von der zweiten
Halterplatine abgenommen und dann an der ersten Halterplatine angebracht.
Dabei geht die Halterplatine aus einer Siliziumscheibe hervor, in
die sowohl Grüben
als auch Durchgangslöcher mittels
reaktiven Ianenätzen
(RIE) oder nasschemisch eingebracht werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Trägerwafers
und einen verbesser ten Trägerwafer
zu schaffen, der für
die Fertigung ultradünner
Prozeßwafer
oder Chips einsetzbar und auch wiederholt verwendbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Trägerwafer zum
Anbringen an einem Prozeßwafer
gemäß Anspruch
1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Trägerwafers
gemäß Anspruch
8 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Trägerwafers
wird zuerst ein Wafer mit einer ersten und einer gegenüberliegenden
zweiten Hauptoberfläche
bereitgestellt. Daraufhin wird eine Mehrzahl von Gräben in der
ersten Hauptoberfläche
und eine Mehrzahl von Gräben
in der zweiten gegenüberliegenden
Hauptoberfläche
des Wafers gebildet, wobei die Gräben in der ersten Hauptoberfläche und
die Gräben
in der zweiten gegenüberliegenden
Hauptoberfläche
des Wafers winkelversetzt zueinander und mit einer solchen Tiefe
gebildet werden, daß in
Schnittbereichen der Gräben
den Wafer durchdringende Öffnungen
gebildet werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein kostengünstiger
und zuverlässiger,
perforierter Trägerwafer
für die
Fertigung ultradünner
Prozeßwafer
oder Chips hergestellt werden kann, indem mittels eines Sägevorgangs
(Wafersägen)
auf einem Trägerwafer,
der vorzugsweise ein Halbleitermaterial, ein Glas- und/oder ein
Keramikmaterial aufweist, beidseitig um einen beliebigen Winkel
versetzte Gräben
in frei wählbaren
Abständen auf
Teilflächen
oder ganzflächig
auf dem Trägerwafer erzeugt
werden. Die winkelversetzten Gräben
auf beiden Hauptoberflächen
des Trägerwafers
weisen dabei eine vorbestimmte Tiefe, vorzugsweise eine Tiefe, die
etwa der halben Dicke des Trägerwafers (und
vorzugsweise etwas mehr als der halben Dicke des Trägerwafers)
entspricht, auf, wodurch in Schnittbereichen der Gräben auf
den beiden Hauptoberflächen
des Trägerwafers Öffnungen
entstehen, die den Trägerwafer
durchdringen.
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Die
Variation der Öffnungsgrößen der
den Wafer durchdringenden Öffnungen
ist über
die jeweilige Grabenbreite, d. h. beispielsweise über die
Sägeblattdicke,
einstellbar, wobei damit die Anzahl, die Häufigkeit und auch die Verteilung
der Öffnungen
pro Flächeeinheit
des Trägerwafers über den
jeweiligen Abstand der Gräben
einstellbar ist. Dabei ist ferner zu beachten, daß damit
die Öffnungsgröße und die
Anzahl der Öffnungen
auch in Abhängigkeit
von dem jeweiligen Ort auf dem Trägerwafer variiert werden können, um
beispielsweise in bestimmten Bereichen des Trägerwafers ein schnelleres Durchdringen
mit dem Lösemittel,
das die Verbindungsschicht zwischen dem Trägerwafer und dem Prozeßwafer entfernen
soll, zu gewährleisten,
wenn dies entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall vorteilhaft
und zweckmäßig erscheint.
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Vorzugsweise
sind sowohl die Gräben
in der ersten Hauptoberfläche
des Wafers parallel zueinander angeordnet als auch die Gräben in der
zweiten Hauptoberfläche
des Wafers parallel zueinander angeordnet, wobei die Gräben in der
ersten und zweiten Hauptoberfläche
winkelversetzt und aus Symmetriegründen vorzugsweise senkrecht
zueinander angeordnet sind. Wie bereits angesprochen, ist es jedoch
auch denkbar, die Geometrie, d. h. die Breite, den Abstand, die
Form und die Tiefe, der Gräben
so zu variieren, um in Abhängigkeit
von dem Ort auf dem Trägerwafer
eine bestimmte Variation der Öffnungsgrößen, der Öffnungsformen
und/oder eine Variation der Häufigkeit
der Öffnungen
vorzusehen.
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Um
die gemäß dem Stand
der Technik genannten Nachteile beispielsweise bezüglich störender Metallspuren
aufgrund der bisher verwendeter Materialien für Trägerwafer zu überwinden,
weist der Trägerwafer
gemäß der vorliegenden
Erfindung im wesentlichen das gleiche Material wie der Prozeßwafer auf,
an dem der Trägerwafer
beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht angebracht werden soll.
Durch die Verwendung von Trägerwafern
aus einem einkristallinen Halbleitermaterial können nun Trägerwafer mit gewünschter
hoher Stabilität
und damit Prozeßwafer
geringer Dicke hergestellt werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Trägerwafers,
der zum Anbringen an einen Prozeßwafer mittels einer Verbindungsschicht
vorgesehen ist, läßt sich
also auf eine kostengünstige
Weise ein wiederverwendbarer perforierter Trägerwafer herstellen. Der Trägerwafer
weist dabei vorzugsweise ein Halbleitermaterial auf, das mit dem Halbleitersubstratmaterial
des Prozeßwafers übereinstimmt,
wobei natürlich
auch Materialien wie Glas, Keramik und Kombinationen derselben bei
dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
als Materialien für
den Trägerwafer
verwendet werden können.
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Nachdem
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Trägerwafers
die Gräben
mittels eines Sägevorgangs
in zumindest eine der Hauptoberflächen des Trägerwafers eingebracht wurden,
kann zur Kantenglättung
und Verringerung der Bruchgefahr des Trägerwafers eine Anätzung des
Trägermaterials
erfolgen. Für
eine spätere
Ver wendung des perforierten Trägerwafers
bei weiteren Prozeßschritten,
wie z. B. bei Ätzvorgängen des
Prozeßwafers,
die auf den prozeßtechnisch
zu behandelnden Prozeßwafer
ausgeübt
werden, kann der Trägerwafer
beispielsweise mit einer Nitridschicht versehen werden, um den mit
dem Prozeßwafer
verbundenen Trägerwafer
gegenüber
diesen Prozeßschritten
resistent zu machen.
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Ferner
sollte beachtet werden, daß ein
mit dem erfindungsgemäß hergestellten,
perforierten Trägerwafer
verbundener Prozeßwafer
während
der gesamten Dünnungssequenz
des Prozeßwafers
bis zu einer Dicke von etwa 20 μm
mit Standard-Handling-Systemen
prozessiert und daraufhin der Prozeßwafer von dem Trägerwafer
abgelöst
werden kann. Der perforierte Trägerwafer
ist dabei wiederholt verwendbar.
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Mit
dem erfindungsgemäß hergestellten
Trägerwafer
können
die Eigenschaften der Gräben
und kann die Verteilung der Öffnungen
bzw. Porengrößen (Perforationen)
des Trägerwafers
exakt so eingestellt werden, um ein möglichst schnelles und gleichmäßiges Lösen und
Auswaschen der Verbindungsschicht zwischen dem Trägerwafer
und dem Prozeßwafer
in einem optimal kurzen Zeitraum zu ermöglichen. Da der Trägerwafer
vorzugsweise aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der Prozeßwafer bzw.
aus einem Glas- und/oder Keramikmaterial hergestellt ist, können keine
Spuren von störenden
Fremdstoffen (wie z. B. Metallen), die auf einen Kontakt mit dem Trägerwafer
zurückzuführen sind,
auf dem Prozeßwafer
zurückbleiben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Trägerwafers
ist es ferner möglich,
Trägerwafer
mit einer relativ geringen Dicke und trotzdem mit einer ausreichend
hohen Stabilität
herzustellen, wobei der Trägerwafer
und der Prozeßwafer
im wesentlichen keine Dif ferenz bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aufweisen, so daß es
bei der Prozessierung des Prozeßwafers
bei Temperaturschwankungen zu keiner unerwünschten Durchbiegung des Verbundes
aus Prozeß-
und Trägerwafer
kommen kann.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf einen
perforierten Trägerwafer
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 eine Schnittansicht eines
perforierten Trägerwafers
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bezug
nehmend auf 1 und 2 wird nun im folgenden
ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Herstellung eines Trägerwafers 10 detailliert
erläutert.
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Um
den Trägerwafer 10 herzustellen,
werden in einen Wafer, der eine erste Hauptoberfläche 12 (in
der Zeichenebene oben) und eine zweite gegenüberliegende Hauptoberfläche 14 (in
der Zeichenebene unten) aufweist, jeweils eine Mehrzahl von Gräben 16 in
der ersten Hauptoberfläche
und eine Mehrzahl von Gräben 18 (gestrichelt
gezeichnet) in der zweiten Hauptoberfläche 14 des Wafers
gebildet. Die Gräben 16, 18 in
dem Trägerwafer 10 werden mittels
Sägevorgängen (Wafersägen) beidseitig
auf dem Halbleiterwafer gebildet, wobei die Gräben 16 auf der ersten
Hauptoberfläche 12 des
Trägerwafers 10 um
einen beliebigen (von 0° verschiedenen)
Winkel zu den Gräben 18 in
der zweiten Hauptoberfläche 14 des
Trägerwafers 10 versetzt
sind, wobei bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Winkel zwischen
denselben vorzugsweise etwa 90° beträgt, so daß das in 1 dargestellte symmetrische „Gitter" aus den Gräben 16, 18 in
dem Trägerwafer 10 entsteht.
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Die
Gräben
können
durch technisch gut beherrschte Sägevorgänge und Laserbearbeitungen gebildet
werden, um den perforierten Trägerwafer
zu bilden. So ist die Perforation des Trägerwafers beispielsweise entweder
direkt mittels einer Laserbearbeitung oder auch in Kombination mit
Säge- und
vorgängen
herstellbar. So ist es z. B. vorstellbar, daß die Gräben 16 in der ersten
Hauptoberfläche 12 des
Wafers 10 mit einem Ätzvorgang
hergestellt werden, wobei die Gräben 18 in
der zweiten Hauptoberfläche 14 des
Wafers 10 mit einem Sägevorgang
hergestellt werden (und umgekehrt).
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Im
folgenden wird nun dargestellt, welche geometrischen Eigenschaften
die in 1 und 2 dargestellten Gräben 16, 18 in
der ersten bzw. zweiten Hauptoberfläche 12, 14 des
Trägerwafers 10 aufweisen
und wie diese vorzugsweise ausgelegt sind.
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Wie
in 2 dargestellt ist,
weisen die Gräben 16 in
der ersten Hauptoberfläche 12 des
Trägerwafers 10 eine
Tiefe d1, eine Breite b1 und einen Abstand m auf, und die Gräben 18 in
der zweiten Hauptoberfläche 14 des
Trägerwafers 10 weisen eine
Tiefe d2, eine Breite b2 und einen Abstand n auf. Der Trägerwafer 10 weist
eine Gesamtdicke D auf.
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Bei
dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird optimalerweise von keiner Verjüngung der Grabenbreite in Richtung
der Grabentiefe ausgegangen, wie sie jedoch beispielsweise infolge
eines Ätzvorgangs
in der Praxis auftreten kann.
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In 1 und 2 ist dargestellt, daß die Breite b1 der Gräben 16 mit
der Breite b2 der Gräben 18 übereinstimmt.
Ferner ist in 1 dargestellt,
daß der
Abstand m der Gräben 16 in
der ersten Hauptoberfläche 12 des
Wafers 10 konstant ist und mit einer Breite n der Gräben 18 in
der zweiten Hauptoberfläche 14 des
Wafers 10 übereinstimmt.
Es sollte jedoch beachtet werden, daß diese in 1 und 2 gezeigte Anordnung
lediglich eine bevorzugte, optionale Ausgestaltung der Gräben 16, 18 ist.
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Ferner
ist in 1 dargestellt,
daß die
Gräben 16, 18 ganzflächig in
dem Trägerwafer 10 angeordnet
sind. Es ist jedoch auch möglich,
die Gräben nur
in Teilflächen
der Hauptoberflächen 12, 14 des Trägerwafers 10 anzuordnen.
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Wie
bereits erwähnt,
können
die Gräben 16, 18 in
der ersten bzw. zweiten Hauptoberfläche 12, 14 des
Trägerwafers 10 in
frei wählbaren
Abständen und
mit frei wählbaren
Breiten auf Teilflächen
des Trägerwafers 10 oder
ganzflächig
auf dem Trägerwafer 10 erzeugt
werden. Da die Gräben 16, 18 in
den beiden Hauptoberflächen 12, 14 winkelversetzt
sind, d. h. vorzugsweise um 90° winkelversetzt
sind, entstehen Schnittbereiche 20 (Überlappungsbereiche) der Gräben, wobei
diese Schnittbereiche 20 der Gräben 16, 18 den
Wafer 10 durch dringende Öffnungen 22 ergeben,
wenn die Tiefe d1 und die Tiefe d2 der Gräben 16, 18 geeignet
gewählt
sind.
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Idealerweise
entspricht die Tiefe d1, d2 der Gräben 16, 18 exakt
der Hälfte
der Dicke D des Wafers 10, wobei bei der praktischen Realisierung
die Tiefe d1, d2 der Gräben 16, 18 vorzugsweise
auf etwas mehr als die halbe Dicke des Halbleiterwafers eingestellt
ist, um sicher die Öffnungen 22 zu
bilden.
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Für die jeweilige
Wahl der Tiefe d1 des Grabens 16 und der Tiefe d2 des Grabens
18 im Verhältnis
zu der Materialdicke D des Trägerwafers 10 können beispielsweise
bezugnehmend auf folgende Beziehung zwischen der Materialdicke D
und der Tiefe d1, d2 der Gräben 16, 18 folgende
denkbaren Bereiche für
die Dicke d1, d2 der Gräben 16, 18 angegeben
werden D ≤ d1
+ d2 ≤ 1,4D; und 0,3D ≤ d1 ≤ 0,7D; und 0,3D ≤ d2 ≤ 0,7D.
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Der
für den
jeweiligen Trägerwafer 10 optimale
Tiefenbereich der Gräben 16, 18 wird
letztendlich in Verbindung mit den weiteren geometrischen Eigenschaften
der Gräben 16, 18 eingestellt,
um so beispielsweise optimale Anforderungen an die Stabilität, Haltbarkeit,
Wiederverwendbarkeit usw. des Trägerwafers
erfüllen
zu können.
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Es
wird deutlich, daß über die
Grabenbreite b1, b2 der Gräben 16, 18,
d. h. beispielsweise über die
Sägeblattdicke
die jeweilige Größe der Öffnung 22 (variabel)
einstellbar ist, wobei andererseits die Anzahl von Öffnungen 22 pro
Fläche
auf dem Trägerwafer 10 ü ber die
Abstände
m, n der Gräben 16, 18 einstellbar
ist. Die Breite b1, b2 der Gräben 16, 18 und
die Abstände
der Gräben 16, 18 können beispielsweise
in Abhängigkeit
von dem Ort auf dem Trägerwafer 10 variiert
werden, um abhängig
von dem Ort auf dem Trägerwafer 10 die
optimalen Öffnungsgrößen, die
optimale Anzahl und die optimale Verteilung der Öffnungen 22 pro Flächeneinheit
auf dem Trägerwafer 10 zu
erhalten.
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In
diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, daß bezüglich der Grabenanordnung beliebige
Gräben
eingesetzt werden können. 1 und 2 zeigen als bevorzugtes Ausführungsbeispiel
linear angeordnete Gräben.
Es sollte jedoch offensichtlich sein, daß die Gräben auch kreisförmig, spiralförmig, oval
usw., d. h. im wesentlichen in jeder denkbaren Form angeordnet sein
können,
um in Abhängigkeit von
dem Ort auf dem Trägerwafer
eine bestimmte Variation der Öffnungsgrößen bzw. Öffnungsformen und/oder
eine Variation der Häufigkeit
der Öffnungen vorsehen
zu können.
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Damit
kann die Art und Dichte der Perforation des Trägerwafers 10 so eingestellt
werden, um ein Auswaschen einer Verbindungsschicht, z. B. eines Klebstoffes,
mittels eines Lösemittels
in einer optimierten kurzen Zeitdauer zu ermöglichen, wobei der Durchsatz
mit dem Lösemittel
abhängig
vom Ort auf dem Trägerwafer 10 variiert
und damit optimiert werden kann, um beispielsweise ein schnelles
und gleichmäßige Auswaschen
der Verbindungsschicht zu ermöglichen.
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Falls
die Gräben 16, 18 in
dem Trägerwafer 10 mittels
eines Sägevorgangs
erzeugt werden, kann nach dem Sägevorgang
zur Kantenglättung
an dem perforierten Trägerwafer 10 oder
auch zur Verringerung der Bruchgefahr desselben eine Anätzung der Kanten
erfolgen.
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Um
den Trägerwafer
beispielsweise bei einer prozeßtechnischer
Bearbeitung des Prozeßwafers resistent
gegen mögliche Ätzprozeßschritte
zu machen, kann für
eine spätere
Verwendung des perforierten Trägerwafers 10 mit
einem an demselben angebrachten Prozeßwafer (nicht gezeigt) bei Ätzprozeßschritten
der Trägerwafer
mit einer als Schutzüberzug
wirksamen Nitridschicht versehen werden.
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Es
ist zu beachten, daß das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines Trägerwafers auch
zur Stabilitätserhöhung auf
gebondete Substrate mit doppelter oder mehrfacher Dicke angewendet werden
kann. So kann das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines perforierten Trägerwafers auch auf zwei oder
mehrere durch Anodisches Bonden, Silicon-Fusion-Bonden oder Kleben verbundene
Einzelwafer angewendet werden, die dann wie ein mehrfach dicker
Trägerwafer
mit der Gesamtdicke D2 (vgl. 2)
behandelt werden.
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Ein
mit dem perforierten Trägerwafer 10 verbundener
Prozeßwafer
kann während
der gesamten Dünnungssequenz
bis zu einer Dicke von etwa 20 μm
herab (und auch darunter) mit Standard-Handling-Systemen prozessiert
und danach abgelöst
werden. Der erfindungsgemäß hergestellte
perforierte Trägerwafer 10 ist
wiederholt verwendbar.
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Ein
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter
Trägerwafer
zum Anbringen an einem Prozeßwafer
mittels einer Verbindungsschicht, wobei der Trägerwafer eine erste und eine
zweite gegenüberliegende
Hauptoberfläche
aufweist, umfaßt
eine Mehrzahl von Gräben
in der ersten Hauptoberfläche und
eine Mehrzahl von Gräben
in der zweiten Hauptoberfläche
des Wafers, wobei die Gräben
in der ersten Hauptoberfläche
und die Gräben
in der zweiten Hauptoberfläche
winkelversetzt zueinander und mit einer solchen Tiefe gebildet sind,
daß in Schnittbereichen
der Gräben
den Wafer durchdringende Öffnungen
gebildet sind.
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Mit
dem erfindungsgemäß hergestellten
Trägerwafer
können
die Eigenschaften der Gräben
und kann die Form und die Verteilung der Öffnungen (Perforationen) des
Trägerwafers
exakt so eingestellt werden, um ein möglichst schnelles und gleichmäßiges Lösen und
Auswaschen einer Verbindungsschicht zwischen dem Trägerwafer
und dem Prozeßwafer
in einem optimal kurzen Zeitraum zu ermöglichen. Da der Trägerwafer
vorzugsweise aus dem gleichen Halbleitermaterial wie der Prozeßwafer hergestellt
ist, können
keine Spuren von Fremdstoffen (wie z. B. Metallen), die auf einen
Kontakt mit dem Trägerwafer
zurückzuführen sind,
auf dem Prozeßwafer
zurückbleiben.
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Natürlich können auch
Materialien wie Glas, Keramik und Kombinationen derselben bei dem
erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
als Materialien für
den Trägerwafer
verwendet werden, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des
Trägerwafermaterials
vorzugsweise übereinstimmend
mit dem des Prozeßwafermaterials
gewählt
ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Trägerwafers
ist es ferner möglich, Trägerwafer
mit ausreichend hoher Stabilität
und trotzdem geringer Dicke herzustellen, wobei der Trägerwafer
und der Prozeßwafer
im wesentlichen keine Differenz bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aufweisen, so daß es
bei der Prozes sierung des Prozeßwafers
bei Temperaturschwankungen zu keiner unerwünschten Durchbiegung des Verbundes
aus Prozeß- und Trägerwafer
kommen kann.
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Mit
der vorliegenden Erfindung kann also ein kostengünstiger und zuverlässiger,
perforierter, wiederverwendbarer Trägerwafer für die Fertigung ultradünner Prozeßwafer oder
Chips hergestellt werden.