DE4242565C1 - Verfahren zur Justage von Halbleiterscheiben zueinander - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justage von zwei Halb­ leiterscheiben zueinander.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift 3-106012 vom 2.5.1991 bekannt.

Bei der Herstellung von Sensoren, insbesondere bei der Herstellung von mikromechanischen Sensoren, tritt die Problemstellung auf, daß zwei oder mehrere Halbleiterscheiben (Wafer) zunächst zueinander justiert und dann mit geeigneten technischen Verfahren (z. B. Anodic-Bonding, Wafer-Bon­ ding) verbunden werden müssen. Es sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen eine solche Justage möglich ist.

Beim Infrarot-Durchlichtverfahren werden die beiden Halbleiterscheiben mit langwelligem Licht durchstrahlt. Mit Hilfe eines Mikroskopes, einer Infrarotkamera und einer Positioniereinrichtung können geeignete Struk­ turen, die zwischen den Halbleiterscheiben liegen, erkannt und einander zugeordnet justiert werden. Von Nachteil bei diesem Verfahren ist, daß mit langwelligem Infrarotlicht eine nur ungenügende Justiergenauigkeit erzielt werden kann, und daß hochdotierte oder metallisierte Gebiete nicht mit Infrarotlicht durchstrahlt werden können.

Beim Verfahren der doppelseitigen Justage kommen zwei Mikroskope zum Einsatz, wobei das erste Mikroskop auf die Oberseite der ersten Halblei­ terscheibe und das zweite Mikroskop auf die Unterseite der zweiten Halb­ leiterscheibe ausgerichtet ist. In einem ersten Schritt werden die Mi­ kroskope mit Hilfe einer durchsichtigen Maske zueinander ausgerichtet. Danach werden die beiden Halbleiterscheiben in die Apparatur eingebracht und mittels Positioniereinrichtung die obere Scheibe mit ihren Marken zum Fadenkreuz des oberen Mikroskopes ausgerichtet. Entsprechend wird mit der unteren Scheibe verfahren. Von Nachteil bei diesem Verfahren ist insbesondere der hohe apparative Aufwand.

Beide Verfahren haben des weiteren den Nachteil, daß unmittelbar nach der Justage das eigentliche Verbindungsverfahren (das Bonding) erfolgen muß, das bei Temperaturen von einigen 100°C wirksam wird. Die apparati­ ve Kombination von Temperiereinrichtungen und hochpräzisen mechanischen und optischen Einrichtungen ist außerordentlich problematisch und auf­ wendig.

Bei dem aus der japanischen Offenlegungsschrift 3-106012 vom 02.05.1991 bekannten Verfahren zum optischen Ausrichten von Halbleitersubstraten ist vor dem Justiervorgang die Aufbringung von Schichten vorbestimmter Lichtdurchlässigkeit auf den Substraten erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsge­ mäßes Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, zwei Halbleiterscheiben mit einer Genauigkeit im Mikrometer-Bereich ohne teure apparative Anlagen automatisch zu justieren. Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll am Beispiel eines Strömungssensors (Fig. 1) beschrieben werden. Der Strömungssensor besteht aus den Halb­ leiterscheiben 1 und 2, zwischen denen der Strömungskanal 3 und das Sen­ sorelement 4 liegen. Mit Hilfe eines fotolithografischen Verfahrens wer­ den auf jeder zu verbindenden Oberfläche mindestens zwei Öffnungen ge­ schaffen. Danach werden mit chemischen oder physikalischen Verfahren am Ort der Öffnungen Vertiefungen 5 in den Halbleiterscheiben 1 und 2 er­ zeugt (Fig. 2). Die Form der sich ergebenden Vertiefung muß dabei be­ kannt und so gestaltet sein, daß eine Kugel 6 mit wohldefiniertem Durch­ messer genau bis zu ihrer Äquatorlinie in der Vertiefung plaziert werden kann. Wird nun die erste Halbleiterscheibe 1 mit den Vertiefungen nach oben plaziert und die Vertiefungen 5 mit Kugeln 6 beschickt, so kann da­ nach die zweite Halbleiterscheibe 2 mit ebensolchen Vertiefungen 5 auf die erste Scheibe gelegt werden, wobei eine Positionierung nur in grober Weise zu erfolgen braucht. Verursacht durch das Eigengewicht der oberen Scheibe plazieren sich die Vertiefungen über die herausragenden Kugel­ hälften so, daß es zu einer exakten Ausrichtung der Scheiben zueinander kommt. Das Sensorelement liefert über Kontakte 7 elektrische Signale nach außen. Dieses Verfahren hat eine Reihe weiterer Vorteile:

• - Fotolithografische Prozeßschritte und chemische oder physikalische Ätz­ schritte gehören zu den Standardprozeßschritten bei der Herstellung von Halbleitern, und dementsprechend lassen sich die Vertiefungen in­ nerhalb einer standardisierten Prozeßabfolge einfach herstellen.
• - Die durch das Eigengewicht bedingte automatische Justierung der Halb­ leiterscheiben erfolgt mit einer Genauigkeit im Mikrometer-Bereich.
• - Die Halbleiterscheiben sind, mit einem geringen Anpreßdruck beauf­ schlagt, in justiertem Zustand problemlos transportierbar.
• - Es werden keine teuren apparativen Anlagen, wie Infrarotmikroskop, doppelseitige Justiereinrichtung und Positioniereinrichtung (Manipula­ toren) benötigt.
• - Die Justage der Scheiben kann unmittelbar und mit nur wenigen Hilfs­ mitteln, an der Bondeinrichtung erfolgen.

Das Verfahren kann nicht nur zur Herstellung von mikromechanischen Sili­ ziumsensoren, sondern überall dort in der Mikroelektronik und Mikrome­ chanik eingesetzt werden, wo hochgenaue Justierungen zu erfolgen haben und mechanische Anschläge an den Außenkanten der Substrate nicht verwen­ det werden können.

Claims (5)

1. Verfahren zur Justage von zwei Halbleiterscheiben zueinander, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kugel mit der Hälfte ihres definier­ ten Durchmessers in eine Vertiefung der ersten Halbleiterscheibe ge­ bracht wird und mit der anderen Hälfte ihres Durchmessers mit einer kor­ respondierenden Vertiefung der zweiten Halbleiterscheibe in Verbindung gebracht wird, so daß mit Hilfe der Kugel eine Ausrichtung der beiden Halbleiterscheiben zueinander erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ tiefungen durch anisotrope oder Isotrope, chemische oder physikalische Verfahren erzeugt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vertiefungen definierte Abmessungen haben und an sich gegenüberliegenden Orten auf den Halbleiterscheiben angeordnet wer­ den.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kugel in einem jeweils technisch sinnvollen Ver­ hältnis ihres Durchmessers in die korrespondierenden Vertiefungen der zu justierenden Halbleiterscheiben hineinragt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich auf jeder der zu justierenden Halbleiterscheiben mehrere Vertiefungen befinden und jeweils zwei korrespondierenden Ver­ tiefungen eine Kugel zugeordnet wird.