WO2011082857A2 - Production of a component - Google Patents

Production of a component Download PDF

Info

Publication number
WO2011082857A2
WO2011082857A2 PCT/EP2010/066447 EP2010066447W WO2011082857A2 WO 2011082857 A2 WO2011082857 A2 WO 2011082857A2 EP 2010066447 W EP2010066447 W EP 2010066447W WO 2011082857 A2 WO2011082857 A2 WO 2011082857A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
layer
component
etching process
sacrificial
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/066447
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2011082857A3 (en
Inventor
Georg Bischopink
Christina Leinenbach
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2011082857A2 publication Critical patent/WO2011082857A2/en
Publication of WO2011082857A3 publication Critical patent/WO2011082857A3/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/7806Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices involving the separation of the active layers from a substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6835Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2221/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof covered by H01L21/00
    • H01L2221/67Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L2221/683Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L2221/68304Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
    • H01L2221/6835Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support used as a support during build up manufacturing of active devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2221/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof covered by H01L21/00
    • H01L2221/67Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L2221/683Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L2221/68304Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
    • H01L2221/68363Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support used in a transfer process involving transfer directly from an origin substrate to a target substrate without use of an intermediate handle substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2221/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof covered by H01L21/00
    • H01L2221/67Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L2221/683Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L2221/68304Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
    • H01L2221/68368Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support used in a transfer process involving at least two transfer steps, i.e. including an intermediate handle substrate

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a component.
  • So-called power semiconductor components which are designed for operation with high electrical currents and voltages, are used in different areas. This includes, for example, the automotive sector, with applications ranging from the combustion engine to the processing of electrical energy in hybrid vehicles. Other examples include the use in drive and automation technology, as well as in energy and communication technology. For such and future applications of power semiconductors, criteria such as miniaturization of the electrical systems, system integration, improvement of performance and reliability at higher operating temperatures as well as cost reduction are in the foreground.
  • Suitable materials include, for example, silicon carbide and gallium nitride, which have advantages over silicon such as greater band gap, higher thermal conductivity, better electron mobility, and better high frequency characteristics.
  • the disadvantage is that the (defect-free) production of starting substrates or wafers from these materials is associated with a high production and cost.
  • silicon carbide adding to this is the fact that it is currently not possible to produce substrates with dimensions comparable to conventional silicon wafers (non-scalability).
  • gallium nitride there are attempts to grow this material heteroepitaxially on extraneous substrates of silicon carbide or sapphire.
  • Power semiconductors which are based on substrates which are not or poorly conductive (made of silicon), are generally constructed laterally, with corresponding connections (for example, source and drain) lying in one plane.
  • connections for example, source and drain
  • the achievement of high breakdown voltages is associated with a large distance of the terminals.
  • the possibilities of construction and connection techniques are limited in lateral components.
  • a simultaneously poor heat conduction of the substrate also has a disadvantageous effect on the component
  • Such disadvantages can be solved by the use of vertically constructed thin-film power semiconductors, which are produced on conventional silicon substrates and subsequently applied to any conductive substrates, whereby an adaptation to the respective application is possible.
  • This requires a separation of the power semiconductor layer composite from the silicon substrate ahead.
  • One way to do this is to perform a backside dulling or polishing process, which, however, involves additional costs.
  • Another method proposed for the transfer of gallium nitride layers of sapphire substrates consists of a so-called "laser lift-off process. In this case, the gallium nitride layer composite is bonded on the front side to a further substrate, and the gallium nitride layer composite is separated from the sapphire substrate by using a laser. Possible disadvantages of this method range from mechanically strained gallium nitride layers to possible cracks. The solution for working in numerous intermediate layers results in complex and costly manufacturing processes.
  • a method for producing a component comprises providing a first substrate and forming a layer arrangement on the first substrate, wherein the layer arrangement has at least one component layer.
  • the method further comprises forming circuit structures in the region of the device layer, and providing a second substrate. It is further provided to establish a connection between the second substrate and the component layer, and to carry out an etching process for separating at least a part of the first substrate.
  • the first substrate serves as a starting base on which the component or the corresponding circuit structures can be produced.
  • Performing the etching process offers the possibility of separating the first substrate or a partial area of the first substrate from the component.
  • a cost-effective substrate for the first substrate while for example, a silicon substrate can be used.
  • the separation with the aid of an etching process can furthermore be carried out in a simple and cost-effective manner. Also, damage or risk to the component functionality can be avoided.
  • the layer arrangement formed on the first substrate at least additionally has a sacrificial layer.
  • carrying out the etching process results in a removal of the sacrificial layer and thus the desired separation of the component.
  • the method further comprises implanting a filler material into the first substrate to form a sacrificial region in the first substrate.
  • carrying out the etching process results in removal of the sacrificial region, as a result of which separation is likewise possible.
  • implanting the additional material into the first substrate it is possible to avoid contamination of the component layer (possibly occurring when the layer arrangement or the component layer is formed).
  • the method further comprises
  • the second substrate is formed with an opening structure.
  • the trench structure and the opening structure are formed such that an etching medium used in the etching process through the opening structure and the
  • Trench structure can be moved to the first substrate.
  • This embodiment in which neither a sacrificial layer nor a sacrificial area is provided, can be carried out in a relatively simple and fast manner.
  • the device layer and the circuit structures may first be generated in view of predetermined requirements on the first substrate.
  • the second substrate which may for example serve as the end substrate of the component, may be provided with an embodiment. which is adapted to the respective field of use of the component and satisfies (further) requirements of the component.
  • the method produces a power semiconductor component.
  • a material suitable for producing power semiconductors is used. These include materials such as silicon, but also wide bandgap materials such as gallium nitride, silicon carbide, zinc selenide, and diamond. Such materials may have advantages over silicon such as higher thermal conductivity, better Electron mobility, and have better high frequency properties.
  • the method further comprises providing a third substrate, establishing a connection between the third substrate and the device layer after performing the etching process, and separating the second substrate from the device layer.
  • the second substrate acts as a transfer substrate
  • the third substrate now serve as a final substrate and therefore may have an adapted to the particular application of the device configuration.
  • a connection layer which comprises a metal, a metallic alloy, a solder, or a conductive adhesive is used to establish a connection between the second or third substrate with the component layer.
  • Such materials have a high thermal conductivity, as a result of which a quantity of heat generated during operation of the relevant component can be reliably transferred to the respective final substrate.
  • the second substrate or the third substrate according to a further preferred embodiment, a metallic material. In this way, the corresponding end substrate can provide a high thermal conductivity, whereby an amount of heat generated during operation of the component in question can be effectively dissipated.
  • FIG. 1 shows a flow diagram of a method for producing a component
  • FIGS. 2 to 8 show the production of a component, each in a schematic perspective view
  • FIG. 9 shows a further flow chart of a method for producing a component
  • Figures 10 and 1 1 are further perspective views for illustrating the manufacture of a device
  • FIG. 12 shows a further flow chart of a method for producing a component
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method for producing a component.
  • the device produced according to the method is, for example, a power semiconductor device which can be used in different areas. Possible applications include the automotive sector, use in drive and automation technology, as well as in energy and communication technology. In the production process, customary processes and materials can be used in semiconductor production or in the power semiconductor sector.
  • the layer arrangement produced in step 101 comprises a sacrificial layer and a device layer.
  • the layer arrangement may optionally have further layers in order to promote the formation of individual layers. These include, for example, nucleation and gradient layers.
  • the device layer has a greater distance from the first substrate than the sacrificial layer (which may optionally be arranged directly on the first substrate).
  • the sacrificial layer is, for example, germanium into consideration. Also alternative are other sacrificial materials, such as silicon-based
  • Sacrificial materials for example silicon or silicon germanium
  • the choice of the sacrificial material is dependent, in particular, on the material of the starting substrate and on an etching medium provided for removing the sacrificial layer.
  • the component layer has a semiconductor material.
  • a suitably suitable material is chosen. These include, for example, materials with a relatively large bandgap such as gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), zinc selenide (ZnSe) and diamond.
  • GaN gallium nitride
  • SiC silicon carbide
  • ZnSe zinc selenide
  • diamond silicon can also be used for the component layer.
  • silicon can also be used for the component layer.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • sputtering process for example a nucleation layer
  • circuit structures are formed in the region of the component layer.
  • processes known from semiconductor technology can be carried out, which can be, for example, structuring methods, doping methods, as well as other methods for forming or producing further layers, for example insulation layers.
  • the circuit structures may be formed in the form of laterally and / or vertically provided arrangements (relative to the substrate plane). In this case, it is also possible to produce a structure suitable for producing a vertical power semiconductor component.
  • the device layer (provided with circuit structures) is connected to a second substrate provided. The connection can take place via a corresponding adhesive or bonding layer.
  • an etching process is performed, thereby removing the sacrificial layer and, as a result, removing the first substrate from the sacrificial layer
  • the removal of the sacrificial layer can be carried out in the context of a plasmaless dry chemical gas-phase etching process in which an etching medium suitable for etching the sacrificial layer is used.
  • an etching medium suitable for etching the sacrificial layer is used.
  • this is, for example, a fluorine-based etching gas such as, for example, chlorine trifluoride (CIF3).
  • CIF3 chlorine trifluoride
  • the second substrate may (already) be a final substrate which has a configuration adapted to the respective field of use of the component.
  • the second substrate (or a large part of the second substrate) may, for example, comprise a metallic material (and thus a high thermal conductivity) in order to dissipate a quantity of heat occurring during operation of the component with a high degree of effectiveness.
  • the connection layer used to connect the component layer and the second substrate may have a suitable material in order to reliably transmit a heat quantity that arises during operation of the component to the second substrate.
  • Possible materials for the bonding layer are, for example, a metal, a metallic alloy, a solder, or a conductive adhesive. For such materials, a wafer bonding, soldering or bonding process may be used to bond the device layer and the second substrate (step 103).
  • the second substrate can also serve merely as a transfer substrate.
  • the second substrate may, for example, comprise silicon, or be made, for example, from a cost-effective silicon, glass or polymer or plastic material.
  • a connection between component layer and second Substrate (step 103) can in this case be produced via a (re) releasable adhesive layer, for example a thermally dissolvable lacquer layer.
  • the component layer is connected (via a connection layer) to a third substrate which now can act as a final substrate.
  • second substrate as final substrate.
  • the second substrate is separated from the device layer, which may include, for example, performing a temperature step (to dissolve the adhesive layer between the device layer and the second substrate).
  • FIG. 1 can be advantageously used to produce a vertical power semiconductor component.
  • FIG. 2 To further illustrate the following figures 2 to 8, the production of such a power semiconductor device or - chip according to a possible embodiment, each in a schematic perspective view.
  • a starting substrate 110 is provided, which may be a conventional silicon wafer. Further, as shown in FIG. 2, a layer arrangement 120 is applied to the initial substrate 1 10 provided, it being possible to use conventional layer application methods such as, for example, sputtering, growth and vapor deposition methods.
  • the layers of the illustrated layer arrangement 120 are a gradient layer 121 applied to the starting substrate 110, a sacrificial layer 122 and a component layer 123.
  • the sacrificial layer 122 has, for example, germanium.
  • a gradient layer 121 of silicon germanium can be used to produce a crystallographic transition from the silicon starting substrate 110 to the germanium sacrificial layer 122.
  • the germanium content can be adapted to the respective application.
  • gallium nitride is considered, for example. In such a case, further between the component layer 123 and the sacrificial layer 122, a further optional mortab.
  • Nucleation layer may be provided (not shown) to allow a good layer growth despite factors such as a lattice mismatch of the materials and different coefficients of thermal expansion.
  • a nucleation layer of germanium nitride (Ge3N4) or aluminum nitride (AIN) is considered, whereby the heteroepitaxial
  • gallium nitride is favored on germanium, taking into account certain crystal orientations.
  • Such nucleation layer may also favor the growth of other materials such as silicon or silicon germanium.
  • circuit structures for the later power semiconductor component are formed in the region of the device layer 123 (not shown).
  • circuit structures for the later power semiconductor component are formed in the region of the device layer 123 (not shown).
  • customary (photolithographic) patterning and etching processes, doping methods and others known from semiconductor manufacturing can be used
  • circuit structures can be produced with a structure which is suitable for a vertical power semiconductor component
  • separation trenches 125 are additionally produced in the component layer 123, as illustrated in FIG. whereby the different components or chips (in one step) are separated from each other.
  • the composite of the starting substrate 110 and the layer arrangement 120 is bonded to a transfer substrate 150 as shown in FIG. Due to the separating trenches 125, the "thin-film chips" of the component layer 123 are arranged separately on the transfer substrate 150
  • Transfer substrate 150 is, for example, a low cost silicon or plastic substrate.
  • This (temporary) bond may be made via a releasable bonding layer 140 of, for example, a thermally-releasable paint material disposed between the device layer 123 and the transfer substrate 150.
  • a plasmaless dry chemical etching is carried out, as shown in FIG. 5, whereby the component layer 123 of the Starting substrate 1 10 is separated.
  • a suitable etching medium 160 is used, which can attack on the sacrificial layer 122 via lateral entry regions (wafer circumference) as indicated in FIG. 5 by arrows.
  • Suitable etching medium 160 is, for example, chlorine trifluoride.
  • the gradient layer 121 can also be removed.
  • an alternative transfer substrate 151 can be used instead of the transfer substrate 150 shown in FIGS. 4 and 5, as shown in FIG.
  • the transfer substrate 151 has, in contrast to the transfer substrate 150, additional vertical opening structures 155 for passing through the etching medium 160.
  • the opening structures 155 are adapted to the dimensions and the position of the separating trenches 125 of the component layer 123, or the opening structures 125 have sections adapted to the dimensions and the position of the separating trenches 125, for example channel feed lines.
  • the etching medium 160 may (also) pass from the top of the transfer substrate 151 to the sacrificial layer 122, whereby the etching process can be accelerated.
  • the component layer 123 connected to the transfer substrate 150 or 151 is bonded to a final substrate 180, wherein the connection is established via a connection layer 170.
  • a connection layer 170 This is illustrated in FIG. 7 for the case of the transfer substrate 151.
  • the end substrate 180 has a configuration corresponding to the desired application of the power semiconductor components.
  • the end substrate 180 may be a metallic substrate in order to provide a high heat dissipation in the operation of the components and thus a high component reliability.
  • thermally conductive materials such as a metal, a metallic alloy, a solder or a conductive adhesive may be considered for the bonding layer 170.
  • the nucleation layer may also be removed prior to bonding to the final substrate 180.
  • a wet or dry chemical etching process can be performed.
  • a mechanical removal which can be done for example in the context of a polishing process such as CMP (chemical mechanical polishing).
  • the interconnect layer 170 may be patterned to provide separate sections (not shown) through corresponding insulative regions of isolation material 16. In this manner, portions of the interconnect layer 170 may be used as electrical contact areas to provide electrical contact between mating contact areas and locations of the end substrate 180 and the device layer 123. In such an embodiment, the end substrate 180 may also be provided with corresponding pads on the exposed underside (not shown).
  • a detachment of the transfer substrate 150 or 151 takes place, as shown in FIG.
  • a temperature step can be carried out, by means of which the connection layer 140 can be dissolved or removed.
  • the transfer substrate 150, 151 By detachment of the transfer substrate 150, 151, the upper side of the component layer 123 and, thus, contact points (not shown) provided on this side (if appropriate) can be exposed.
  • These upper-side contact points may have a relatively large distance from the above-described lower-side contact points of the end substrate 180, as a result of which the relevant components may have high breakdown voltages.
  • further method steps can be performed in order to complete or complete the production of the power semiconductor components.
  • a singulation method is contemplated to provide separate power semiconductor devices.
  • a mechanical sawing process can be carried out in which a saw blade is the individual
  • the component layer 123 in addition to the abovementioned gallium nitride, it is also possible to use a further material suitable for the production of power semiconductors.
  • a possible example is silicon carbide.
  • the growth process of the device layer 123 can be adapted accordingly, whereby an (optional) intermediate layer (nucleation layer) can again be used.
  • an (optional) intermediate layer nocleation layer
  • a silicon germanium alloy instead of germanium as waxing and sacrificial layer 122 may be used (with an additional gradient layer 121 may be omitted).
  • the substrate 150 is not a transfer but a final substrate, which may have a configuration and properties corresponding to the substrate 180.
  • the layer 140 may be formed comparable to the connection layer 170.
  • the component layer 123 the corresponding (vertical)
  • Circuit structures are preferably designed such that an electrical contacting of contact points on the (exposed after the removal of the sacrificial layer 122 and in Figure 5 downward) side of the device layer 123 is possible.
  • Associated upper-side contact points may in this case be provided on the substrate 150.
  • FIG. 9 shows a further flowchart of a method for producing a (power semiconductor) component.
  • a filler material is implanted in a first substrate provided in a step 201, in order to form a sacrificial region serving as a sacrificial layer in the first substrate.
  • the first substrate may again be a low-cost substrate, in particular a silicon wafer.
  • the additive material implanted in a defined depth of the first substrate is, for example, germanium, or alternatively another suitable additive material.
  • a layer arrangement is formed on the first substrate.
  • the layer arrangement comprises a component layer, for example of gallium nitride or another (power) semiconductor material.
  • the layer arrangement may comprise further layers, in particular a nucleation layer.
  • circuit structures are formed in the region of the component layer.
  • the device layer is connected to a second provided substrate using a suitable interconnect layer. It can be at the second substrate be a final substrate, or alternatively a transfer substrate. This determines in particular (as described above) the choice of material of the second substrate and the connection layer.
  • an etching process for example a dry-chemical gas-phase etching process
  • an etching medium suitable for etching the sacrificial region of the first substrate for example a fluorine-based etching gas such as, for example, chlorine trifluoride
  • the sacrificial region is removed, as a result of which the first substrate or a part thereof is separated from the layer composite of the second substrate.
  • the component layer is connected in a further step 206 to a third substrate, which can now function as a final substrate. Further, in a step 207, the second substrate is separated from the device layer.
  • FIGS. 10 and 11 show individual stages of the method, each in a schematic perspective view.
  • FIG. 10 shows a starting substrate 110 after carrying out an implantation process for introducing a sacrificial material and after forming a device layer 123 on the starting substrate 1 10.
  • the starting substrate 110 which is, for example, a silicon wafer, is due to of the introduced into a given substrate depth additional material (for example, germanium) two areas 1 1 1, 1 13, which are separated from one another by the additional material formed and serving as a sacrificial layer sacrificial area.
  • the component layer 123 which, for example, has gallium nitride, is located on top of the upper substrate region 13, as shown in FIG. 10.
  • an intermediate or nucleation layer of, for example germanium nitride or not shown, may be provided between the device layer 123 and the upper substrate region 13 Aluminum nitride be provided.
  • the formation of a sacrificial region 1 12 in a given substrate depth offers the advantage of avoiding contamination of the component layer 123 during its formation.
  • Deposition processes for depositing the device layer 123 eg, CVD or PVD processes
  • germanium may result in contamination of the device layer 123.
  • additional material By introducing the additional material at a defined depth in the starting substrate 110, such an effect can be avoided.
  • Silicon germanium layer 1 12 form. Such a layer 1 12 may also extend (contrary to the representation in FIGS. 10 and 11) as far as the upper side of the starting substrate 110, as a result of which there is no upper subregion 13. Without an interdiffusion, a sacrificial area 112 of essentially germanium can be present.
  • the composite of the starting substrate 1 10 and the device layer 123 are bonded to a low-cost transfer substrate 151, which may have adapted to the separating trenches 125 opening structures 155 to facilitate a subsequent etching process.
  • a releasable connection layer 140 In the bonding method, a releasable connection layer 140
  • a thermally dissolvable paint material can be used.
  • an etching process is carried out in the course of which an etching medium 160 (for example chlorotrifluoride) removes the sacrificial region 12, whereby the starting substrate 110 or its lower substrate region 11 is removed.
  • an etching medium 160 for example chlorotrifluoride
  • the etching medium 160 both attack via lateral entry regions (wafer circumference) at the sacrificial region 1 12, as well as, due to the opening structures 155 and the separation trenches 125, proceed from the upper side of the transfer substrate 151 to the sacrificial region 1 12.
  • the separating trenches 125 are formed not only in the region of the component layer 123, but (at least) also in the region of the upper substrate region 13 (if present).
  • the etching process can furthermore be carried out or adapted so that the remaining substrate region 13 (if present) is also removed below the component layer 123.
  • etching parameters such as a temperature, a pressure, a concentration of the etching medium 160, etc., may be changed during the etching process and, if appropriate, a plasma may be added in order to make the etching process more aggressive.
  • an optionally provided nucleation layer can also be removed from the component layer 123 in this etching process.
  • the arrangement comprising the transfer substrate 151 and the component layer 123 to a final substrate 180 after the etching process (corresponding to FIG. 7) and to detach the transfer substrate 151 (corresponding to FIG. 8).
  • the substrate 151 already functions as a final substrate, whereby such method steps can be dispensed with.
  • the substrate 150 of FIG. 5 can also be used without such opening structures 155.
  • FIG. 12 shows a further flow chart of a method for producing a (power semiconductor) component.
  • a sacrificial layer nor a sacrificial area is provided, whereby the method can be carried out in a relatively simple and fast manner.
  • a layer arrangement is formed on a first provided substrate, which has at least one component layer.
  • the first substrate may be a low cost silicon Wafer
  • the device layer may comprise a (performance) semiconductor material such as gallium nitride.
  • a nucleation layer may be provided to improve the application of the device layer.
  • circuit structures are formed in the region of the component layer.
  • a trench structure is formed in the device layer in a step 303.
  • the component layer is connected to a second substrate, which serves as a final substrate, or alternatively as a transfer substrate.
  • the second substrate has an opening structure which is adapted to the trench structure or has sections adapted to the trench structure (eg channel feed lines).
  • an etching process for example a dry chemical gas phase etching process
  • an etching medium suitable for etching material of the first substrate for example a fluorine-based etching gas such as, for example, chlorine trifluoride
  • the aforementioned trench structure in the device layer and the opening structure in the second substrate are formed such that the etching medium can be led to the first substrate.
  • an area of the first substrate below the component layer can be removed or an undercutting of the component layer take place, as a result of which (at least) a component (connected to the second substrate) is released.
  • the component layer is connected in a further step 306 to a third substrate, which can now function as a final substrate. Further, in a step 307, the second substrate is separated from the device layer.
  • FIGS. 13 and 14 show individual stages of the method, each in a schematic perspective view.
  • FIG. 13 shows a starting substrate 110 (for example a silicon wafer) after application of a component layer 123 (for example made of gallium nitride) and formation of circuit structures and a trench structure in the form of isolation trenches 125.
  • a component layer 123 for example made of gallium nitride
  • FIG. 13 shows a starting substrate 110 (for example a silicon wafer) after application of a component layer 123 (for example made of gallium nitride) and formation of circuit structures and a trench structure in the form of isolation trenches 125.
  • a component layer 123 for example made of gallium nitride
  • Nucleation layer may be provided, for example, germanium nitride or aluminum nitride. Contrary to the representation in FIG. 13, the separating trenches 125 can also extend into the starting substrate 110.
  • the composite of the starting substrate 110 and the component layer 123 can be bonded to a low-cost transfer substrate 151, which has opening structures 155 adapted to the separating trenches 125.
  • a releasable bonding layer 140 (of, for example, a thermally-releasable paint material) may be used.
  • an etching process is carried out, wherein a corresponding etching medium 160 (for example chlorine trifluoride) can reach regions of the starting substrate 1 10 below the device layer 123, in particular via the opening structures 155 and the separating trenches 125, so that starting from the Separation trenches 125 a substantially isotropic etching of the starting substrate 1 10 can take place.
  • a corresponding etching medium 160 for example chlorine trifluoride
  • a part of the substrate 110 may remain in the form of a remaining region 15 below the component layer 123.
  • This residual region 15 can be removed by continuing or adjusting the etching process (for example by changing etching parameters, connecting a plasma).
  • an optional nucleation layer may be removed from the device layer 123.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Weting (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for producing a component. The method comprises providing a first substrate (110) and forming a layer arrangement (120) on the first substrate (110), wherein the layer arrangement (120) has at least one component layer (123). The method further comprises forming circuit structures in the region of the component layer (123) and providing a second substrate (150, 151). The invention further relates to producing a bond between the second substrate (150, 151) and the component layer (123) and carrying out an etching process for separating at least one part of the first substrate (110).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Herstellung eines Bauelements  Production of a component
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements. The present invention relates to a method for manufacturing a component.
Stand der Technik State of the art
Sogenannte Leistungshalbleiter-Bauelemente, welche für einen Betrieb mit hohen elektrischen Strömen und Spannungen ausgelegt sind, werden in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Hierzu zählt zum Beispiel der Automobilbereich, mit Anwendungen vom Verbrennungsmotor bis hin zur Aufbereitung der elektrischen Energie bei Hybrid-Fahrzeugen. Weitere Beispiele sind der Einsatz in Antriebs- und Automatisierungstechnik, sowie in Energie- und Kommunikationstechnik. Für solche und zukünftige Anwendungen von Leistungshalbleitern stehen Kriterien wie Miniaturisierung der elektrischen Systeme, Systemintegration, Verbesserung der Performance und Zuverlässigkeit bei höheren Betriebstemperaturen sowie Kostenreduzierung im Vordergrund. So-called power semiconductor components, which are designed for operation with high electrical currents and voltages, are used in different areas. This includes, for example, the automotive sector, with applications ranging from the combustion engine to the processing of electrical energy in hybrid vehicles. Other examples include the use in drive and automation technology, as well as in energy and communication technology. For such and future applications of power semiconductors, criteria such as miniaturization of the electrical systems, system integration, improvement of performance and reliability at higher operating temperatures as well as cost reduction are in the foreground.
Um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, wird der Einsatz neuer Materialien alternativ zum derzeit eingesetzten Silizium verfolgt. In Betracht kommende Materialien sind zum Beispiel Siliziumcarbid und Galliumnitrid, welche Vorteile gegenüber Silizium wie zum Beispiel ein größerer Bandabstand, eine höhere Wärmeleitfähigkeit, eine bessere Elektronenmobilität, sowie bessere Hochfrequenzeigenschaften besitzen. Von Nachteil ist jedoch, dass die (defektfreie) Herstellung von Ausgangssubstraten bzw. Wafern aus diesen Materialien mit einem hohen Herstellungs- und Kostenaufwand verbunden ist. Im Falle von Siliziumcarbid kommt erschwerend hinzu, dass es derzeit nicht möglich ist, Substrate mit Abmessungen vergleichbar zu konventionellen Silizium-W afern herzustellen (Nicht-Skalierbarkeit). Im Hinblick auf Galliumnitrid bestehen Ansätze, dieses Material heteroepitaxial auf Fremdsubstraten aus Siliziumcarbid oder Saphir aufzuwachsen. Der Einsatz derartiger Fremdsubstrate ist jedoch mit entsprechenden Kosten verbunden. Ei- ne Lösung hierzu ist die Verwendung kostengünstiger Siliziumsubstrate als Ausgangsbasis für das Wachstum von Galliumnitrid. Herausforderungen dabei sind vor allem die Gitterfehlpassung der Materialien sowie unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Zum Bewältigen derartiger Probleme wird im Rahmen der sogenannten„GaN-On-Silicon"-Technologieplattform die Generierung ver- schiedener Schichtsequenzen vorgeschlagen. In order to meet the increasing demands, the use of new materials is being pursued as an alternative to the currently used silicon. Suitable materials include, for example, silicon carbide and gallium nitride, which have advantages over silicon such as greater band gap, higher thermal conductivity, better electron mobility, and better high frequency characteristics. The disadvantage, however, is that the (defect-free) production of starting substrates or wafers from these materials is associated with a high production and cost. In the case of silicon carbide, adding to this is the fact that it is currently not possible to produce substrates with dimensions comparable to conventional silicon wafers (non-scalability). With regard to gallium nitride, there are attempts to grow this material heteroepitaxially on extraneous substrates of silicon carbide or sapphire. However, the use of such foreign substrates is associated with corresponding costs. One solution to this problem is the use of low-cost silicon substrates as a basis for the growth of gallium nitride. The main challenges here are the lattice mismatch of the materials as well as different thermal expansion coefficients. In order to overcome such problems, the generation of different layer sequences is proposed within the framework of the so-called "GaN-on-silicon" technology platform.
Leistungshalbleiter, welche auf nicht bzw. schlecht leitenden Substraten (aus Silizium) basieren, sind in der Regel lateral konstruiert, wobei entsprechende Anschlüsse (zum Beispiel Source und Drain) in einer Ebene liegen. Dies hat jedoch eine relativ große (laterale) Ausdehnung und Nachteile in Bezug auf die Performance des betreffenden Bauelements zur Folge. Insbesondere ist das Erreichen hoher Durchschlagsspannungen mit einer großen Distanz der Anschlüsse verbunden. Des Weiteren sind die Möglichkeiten von Aufbau und Verbindungstechniken bei lateralen Bauelementen eingeschränkt. Eine gleichzeitig schlechte Wärmeleitung des Substrats wirkt sich überdies nachteilig auf die Bauteil-Power semiconductors, which are based on substrates which are not or poorly conductive (made of silicon), are generally constructed laterally, with corresponding connections (for example, source and drain) lying in one plane. However, this results in a relatively large (lateral) extension and disadvantages in terms of the performance of the device in question. In particular, the achievement of high breakdown voltages is associated with a large distance of the terminals. Furthermore, the possibilities of construction and connection techniques are limited in lateral components. A simultaneously poor heat conduction of the substrate also has a disadvantageous effect on the component
Zuverlässigkeit aus. Reliability.
Günstiger in Bezug auf räumliche Abmessungen und Performance erweisen sich Bauelemente mit einem vertikalen Aufbau. Voraussetzung hierfür ist eine ausrei- chende Leitfähigkeit im Substratmaterial, um entsprechende Anschlüsse auf gegenüberliegenden Seiten (Substratober- bzw. -Unterseite) auszubilden. Entsprechend geeignete Ausgangssubstrate (aus zum Beispiel Galliumnitrid oder Siliziumcarbid) sind jedoch mit den oben genannten Nachteilen behaftet. Gegebenenfalls können alternativ Durchkontaktierungen in einem Siliziumsubstrat vorgese- hen werden, was jedoch mit aufwendigen Herstellungsprozessen verbunden ist. Cheaper in terms of spatial dimensions and performance, components with a vertical structure prove. The prerequisite for this is sufficient conductivity in the substrate material in order to form corresponding connections on opposite sides (upper or lower substrate side). Correspondingly suitable starting substrates (of gallium nitride or silicon carbide, for example), however, have the above-mentioned disadvantages. Optionally, vias may alternatively be provided in a silicon substrate, but this is associated with expensive manufacturing processes.
Derartige Nachteile können durch Einsatz von vertikal konstruierten Dünnschicht- Leistungshalbleitern gelöst werden, welche auf herkömmlichen Siliziumsubstraten erzeugt und nachfolgend auf beliebige leitfähige Substrate aufgebracht wer- den, wodurch eine Anpassung an die jeweilige Applikation möglich ist. Dies setzt eine Trennung des Leistungshalbleiter-Schichtverbunds vom Silizium-Substrat voraus. Eine Möglichkeit hierzu ist das Durchführen eines rückseitigen Abdünn- bzw. Polierprozesses, was jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Ein weiteres Verfahren, das zum Transfer von Galliumnitridschichten von Saphirsubstraten vorgeschlagen wird, besteht aus einem sogenannten„Laser lift-off- Prozess. Dabei wird der Galliumnitrid-Schichtverbund vorderseitig auf ein weiteres Substrat gebondet, und der Galliumnitrid-Schichtverbund durch Einsatz eines Lasers von dem Saphirsubstrat getrennt. Mögliche Nachteile dieses Verfahrens reichen von mechanisch stark verspannten Galliumnitridschichten bis hin zu möglichen Rissen. Der Lösungsansatz hierzu, zahlreiche Zwischenschichten ein- zuarbeiten, resultiert wiederum in aufwendigen und kostenintensiven Fertigungsprozessen. Such disadvantages can be solved by the use of vertically constructed thin-film power semiconductors, which are produced on conventional silicon substrates and subsequently applied to any conductive substrates, whereby an adaptation to the respective application is possible. This requires a separation of the power semiconductor layer composite from the silicon substrate ahead. One way to do this is to perform a backside dulling or polishing process, which, however, involves additional costs. Another method proposed for the transfer of gallium nitride layers of sapphire substrates consists of a so-called "laser lift-off process. In this case, the gallium nitride layer composite is bonded on the front side to a further substrate, and the gallium nitride layer composite is separated from the sapphire substrate by using a laser. Possible disadvantages of this method range from mechanically strained gallium nitride layers to possible cracks. The solution for working in numerous intermediate layers results in complex and costly manufacturing processes.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Bauelements anzugeben. It is an object of the invention to specify an improved method for producing a component.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a method according to claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines ersten Substrats und ein Ausbilden einer Schichtanordnung auf dem ersten Substrat, wobei die Schicht- anordnung wenigstens eine Bauelementschicht aufweist. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Ausbilden von Schaltungsstrukturen im Bereich der Bauelementschicht, und ein Bereitstellen eines zweiten Substrats. Weiter vorgesehen ist ein Herstellen einer Verbindung zwischen dem zweiten Substrat und der Bauelementschicht, und ein Durchführen eines Ätzprozesses zum Abtrennen wenigs- tens eines Teils des ersten Substrats. According to the invention, a method for producing a component is proposed. The method comprises providing a first substrate and forming a layer arrangement on the first substrate, wherein the layer arrangement has at least one component layer. The method further comprises forming circuit structures in the region of the device layer, and providing a second substrate. It is further provided to establish a connection between the second substrate and the component layer, and to carry out an etching process for separating at least a part of the first substrate.
Bei dem Verfahren dient das erste Substrat als Ausgangsbasis, auf welchem das Bauelement bzw. die entsprechenden Schaltkreisstrukturen erzeugt werden können. Das Durchführen des Ätzprozesses bietet die Möglichkeit, das erste Sub- strat bzw. einen Teilbereich des ersten Substrats von dem Bauelement zu trennen. Insofern kann für das erste Substrat ein kostengünstiges Substrat, bei- spielsweise ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Die Separierung mit Hilfe eines Ätzprozesses kann des weiteren auf einfache und kostengünstige Weise durchgeführt werden. Auch kann eine Beschädigung bzw. Gefährdung der Bauteilfunktionalität vermieden werden. In the method, the first substrate serves as a starting base on which the component or the corresponding circuit structures can be produced. Performing the etching process offers the possibility of separating the first substrate or a partial area of the first substrate from the component. In this respect, a cost-effective substrate for the first substrate, while For example, a silicon substrate can be used. The separation with the aid of an etching process can furthermore be carried out in a simple and cost-effective manner. Also, damage or risk to the component functionality can be avoided.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die auf dem ersten Substrat ausgebildete Schichtanordnung wenigstens zusätzlich eine Opferschicht auf. In dieser Ausgestaltung hat das Durchführen des Ätzprozesses ein Entfernen der Opferschicht und damit die angestrebte Separierung des Bauelements zur Folge. In a preferred embodiment, the layer arrangement formed on the first substrate at least additionally has a sacrificial layer. In this embodiment, carrying out the etching process results in a removal of the sacrificial layer and thus the desired separation of the component.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter ein Implantieren eines Zusatzmaterials in das erste Substrat, um einen Opferbereich in dem ersten Substrat auszubilden. Hierbei hat das Durchführen des Ätzprozesses ein Entfernen des Opferbereichs zur Folge, wodurch ebenfalls eine Separie- rung möglich ist. Durch das Implantieren des Zusatzmaterials in das erste Substrat kann eine (gegebenenfalls beim Ausbilden der Schichtanordnung bzw. der Bauelementschicht auftretende) Verunreinigung der Bauelementschicht vermieden werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter einIn a further preferred embodiment, the method further comprises implanting a filler material into the first substrate to form a sacrificial region in the first substrate. In this case, carrying out the etching process results in removal of the sacrificial region, as a result of which separation is likewise possible. By implanting the additional material into the first substrate, it is possible to avoid contamination of the component layer (possibly occurring when the layer arrangement or the component layer is formed). In a further preferred embodiment, the method further comprises
Ausbilden einer Grabenstruktur in der Bauelementschicht vor dem Herstellen der Verbindung zwischen dem zweiten Substrat und der Bauelementschicht. Des Weiteren wird das zweite Substrat mit einer Öffnungsstruktur ausgebildet. Hierbei sind die Graben struktur und die Öffnungsstruktur derart ausgebildet, dass ein in dem Ätzprozess eingesetztes Ätzmedium durch die Öffnungsstruktur und dieForming a trench structure in the device layer prior to establishing the connection between the second substrate and the device layer. Furthermore, the second substrate is formed with an opening structure. Here, the trench structure and the opening structure are formed such that an etching medium used in the etching process through the opening structure and the
Grabenstruktur an das erste Substrat heranführbar sind. Diese Ausgestaltung, bei welcher weder eine Opferschicht noch ein Opferbereich vorgesehen ist, kann auf relativ einfache und schnelle Weise durchgeführt werden. Durch das Ausbilden von Schaltungsstrukturen auf dem ersten Substrat undTrench structure can be moved to the first substrate. This embodiment, in which neither a sacrificial layer nor a sacrificial area is provided, can be carried out in a relatively simple and fast manner. By forming circuit patterns on the first substrate and
Transfer derselben auf das zweite Substrat stellt das Verfahren des Weiteren eine hohe Flexibilität zur Verfügung. Die Bauelementschicht und die Schaltungsstrukturen können zunächst im Hinblick auf vorgegebene Anforderungen auf dem ersten Substrat erzeugt werden. Das zweite Substrat, welches zum Beispiel als Endsubstrat des Bauelements dienen kann, kann mit einer Ausgestaltung bereit- gestellt werden, welche an das jeweilige Einsatzgebiet des Bauelements ange- passt ist und (weiteren) Anforderungen des Bauelements genügt. Further, transferring the same to the second substrate provides the method with high flexibility. The device layer and the circuit structures may first be generated in view of predetermined requirements on the first substrate. The second substrate, which may for example serve as the end substrate of the component, may be provided with an embodiment. which is adapted to the respective field of use of the component and satisfies (further) requirements of the component.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird mit dem Verfahren ein Leis- tungshalbleiter-Bauelement hergestellt. Im Hinblick auf die Bauelementschicht wird ein für das Herstellen von Leistungshalbleitern geeignetes Material verwendet. Hierzu zählen Materialien wie zum Beispiel Silizium, aber auch Materialien mit einem großen Bandabstand (,,wide-bandgap"-Materialien) wie beispielsweise Galliumnitrid, Siliziumcarbid, Zinkselenid und Diamant. Derartige Materialien können Vorteile gegenüber Silizium wie zum Beispiel eine höhere Wärmeleitfähigkeit, eine bessere Elektronenmobilität, sowie bessere Hochfrequenzeigenschaften besitzen. In a further preferred embodiment, the method produces a power semiconductor component. With regard to the device layer, a material suitable for producing power semiconductors is used. These include materials such as silicon, but also wide bandgap materials such as gallium nitride, silicon carbide, zinc selenide, and diamond. Such materials may have advantages over silicon such as higher thermal conductivity, better Electron mobility, and have better high frequency properties.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter ein Bereitstellen eines dritten Substrats, ein Herstellen einer Verbindung zwischen dem dritten Substrat und der Bauelementschicht nach dem Durchführen des Ätzprozesses, und ein Abtrennen des zweiten Substrats von der Bauelementschicht. Hierbei fungiert das zweite Substrat als Transfersubstrat, wohingegen das dritte Substrat nunmehr als Endsubstrat dienen und daher eine an das jeweilige Einsatzgebiet des Bauelements angepasste Ausgestaltung aufweisen kann. In another preferred embodiment, the method further comprises providing a third substrate, establishing a connection between the third substrate and the device layer after performing the etching process, and separating the second substrate from the device layer. Here, the second substrate acts as a transfer substrate, whereas the third substrate now serve as a final substrate and therefore may have an adapted to the particular application of the device configuration.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem zweiten oder dritten Substrat mit der Bauelementschicht eine Verbindungsschicht eingesetzt, welche ein Metall, eine metallische Legie- rung, ein Lotmittel, oder einen leitfähigen Klebstoff aufweist. Derartige Materialien weisen eine hohe thermische Leitfähigkeit auf, wodurch eine im Betrieb des betreffenden Bauelements entstehende Wärmemenge zuverlässig auf das jeweilige Endsubstrat übertragen werden kann. In diesem Zusammenhang weisen das zweite Substrat oder das dritte Substrat gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein metallisches Material auf. Auf diese Weise kann das entsprechende Endsubstrat eine hohe Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung stellen, wodurch eine im Betrieb des betreffenden Bauelements entstehende Wärmemenge effektiv abgeführt werden kann. In a further preferred embodiment, a connection layer which comprises a metal, a metallic alloy, a solder, or a conductive adhesive is used to establish a connection between the second or third substrate with the component layer. Such materials have a high thermal conductivity, as a result of which a quantity of heat generated during operation of the relevant component can be reliably transferred to the respective final substrate. In this context, the second substrate or the third substrate according to a further preferred embodiment, a metallic material. In this way, the corresponding end substrate can provide a high thermal conductivity, whereby an amount of heat generated during operation of the component in question can be effectively dissipated.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauelements; The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it: FIG. 1 shows a flow diagram of a method for producing a component;
Figuren 2 bis 8 die Herstellung eines Bauelements, jeweils in einer schematischen perspektivischen Darstellung; FIGS. 2 to 8 show the production of a component, each in a schematic perspective view;
Figur 9 ein weiteres Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauelements; FIG. 9 shows a further flow chart of a method for producing a component;
Figuren 10 und 1 1 weitere perspektivische Darstellungen zur Veranschaulichung der Herstellung eines Bauelements; Figures 10 and 1 1 are further perspective views for illustrating the manufacture of a device;
Figur 12 ein weiteres Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauelements; und FIG. 12 shows a further flow chart of a method for producing a component; and
Figuren 13 und 14 weitere perspektivische Darstellungen zur Veranschaulichung der Herstellung eines Bauelements. Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauelements. Das gemäß des Verfahrens hergestellte Bauelement ist zum Beispiel ein Leistungshalbleiter-Bauelement, welches in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden kann. Mögliche Anwendungen umfassen den Automobilbereich, den Einsatz in Antriebs- und Automatisierungstechnik, sowie in Energie- und Kommunikationstechnik. In dem Herstellungsverfahren können in der Halbleiterherstellung bzw. in dem Leistungshalbleiterbereich übliche Prozesse und Materialien zum Einsatz kommen. Figures 13 and 14 further perspective views for illustrating the manufacture of a device. FIG. 1 shows a flow chart of a method for producing a component. The device produced according to the method is, for example, a power semiconductor device which can be used in different areas. Possible applications include the automotive sector, use in drive and automation technology, as well as in energy and communication technology. In the production process, customary processes and materials can be used in semiconductor production or in the power semiconductor sector.
Bei dem Verfahren wird in einem Schritt 101 eine Schichtanordnung bzw. In the method, in a step 101, a layer arrangement or
Schichtsequenz auf einem ersten bereitgestellten Substrat ausgebildet, welches als Ausgangssubstrat dient. Da das Ausgangssubstrat lediglich als Ausgangsbasis fungiert, welches von dem (späteren) Bauelement getrennt wird, kann hierfür ein kostengünstiges und schlecht leitendes Substrat, beispielsweise ein üblicher Silizium-Wafer, verwendet werden. Die in dem Schritt 101 erzeugte Schichtanordnung umfasst eine Opferschicht und eine Bauelementschicht. Neben den beiden genannten Schichten kann die Schichtanordnung optional noch weitere Schichten aufweisen, um das Ausbilden einzelner Schichten zu begünstigen. Hierunter fallen zum Beispiel Nukleations- und Gradientenschichten. Die Bauelementschicht weist einen größeren Abstand zu dem ersten Substrat auf als die Opferschicht (welche gegebenenfalls unmittelbar auf dem ersten Substrat angeordnet sein kann). Layer sequence formed on a first substrate provided, which serves as a starting substrate. Since the starting substrate acts merely as the starting base which is separated from the (later) device, a low cost and poorly conductive substrate, such as a common silicon wafer, may be used. The layer arrangement produced in step 101 comprises a sacrificial layer and a device layer. In addition to the two layers mentioned, the layer arrangement may optionally have further layers in order to promote the formation of individual layers. These include, for example, nucleation and gradient layers. The device layer has a greater distance from the first substrate than the sacrificial layer (which may optionally be arranged directly on the first substrate).
Als Material für die Opferschicht kommt zum Beispiel Germanium in Betracht. Al- ternativ sind auch andere Opfermaterialien, wie beispielsweise Silizium-basierteAs a material for the sacrificial layer is, for example, germanium into consideration. Also alternative are other sacrificial materials, such as silicon-based
Opfermaterialien (zum Beispiel Silizium oder Silizium-Germanium), möglich. Die Wahl des Opfermaterials ist insbesondere abhängig von dem Material des Ausgangssubstrats sowie einem zum Entfernen der Opferschicht vorgesehenen Ätzmedium. Die Bauelementschicht weist ein Halbleitermaterial auf. Im Hinblick auf die Herstellung eines Leistungshalbleiters wird ein entsprechend geeignetes Material gewählt. Dazu zählen beispielsweise Materialien mit einem relativ großen Bandabstand wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN), Siliziumcarbid (SiC), Zinkse- lenid (ZnSe) und Diamant. Alternativ kann für die Bauelementschicht auch Silizium verwendet werden. Zum Aufbringen der Schichten können übliche Epitaxie- Aufwachsverfahren wie zum Beispiel eine chemische Gasphasenabscheidung bzw. CVD (chemical vapour deposition) oder eine physikalische Gasphasenabscheidung bzw. PVD (physical vapour deposition), aber auch andere Depositi- onsverfahren wie zum Beispiel Sputterverfahren (beispielsweise zum Ausbilden einer Nukleationsschicht) durchgeführt werden. Sacrificial materials (for example silicon or silicon germanium), possible. The choice of the sacrificial material is dependent, in particular, on the material of the starting substrate and on an etching medium provided for removing the sacrificial layer. The component layer has a semiconductor material. With regard to the production of a power semiconductor, a suitably suitable material is chosen. These include, for example, materials with a relatively large bandgap such as gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), zinc selenide (ZnSe) and diamond. Alternatively, silicon can also be used for the component layer. For the application of the layers conventional epitaxial growth methods such as chemical vapor deposition or CVD (chemical vapor deposition) or a physical vapor deposition or PVD (physical vapor deposition), but also other Depositi- onsverfahren such as sputtering process (for example a nucleation layer).
In einem weiteren Schritt 102 werden Schaltungsstrukturen im Bereich der Bauelementschicht ausgebildet. Zu diesem Zweck können aus der Halbleitertechnik bekannte Prozesse durchgeführt werden, bei denen es sich zum Beispiel um Strukturierungsverfahren, Dotierverfahren, sowie weitere Verfahren zum Ausbil- den bzw. Erzeugen von weiteren Schichten wie zum Beispiel Isolationsschichten handeln kann. Die Schaltkreisstrukturen können in Form von lateral und/oder vertikal vorgesehenen Anordnungen (bezogen auf die Substratebene) ausgebildet werden. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, eine zur Herstellung eines vertikalen Leistungshalbleiter-Bauelements geeignete Struktur zu erzeugen. In einem weiteren Schritt 103 wird die (mit Schaltungsstrukturen versehene) Bauelementschicht mit einem zweiten bereitgestellten Substrat verbunden. Die Verbindung kann über eine entsprechende Haft- bzw. Verbindungsschicht erfolgen. Des weiteren wird in einem Schritt 104 ein Ätzprozess durchgeführt, wo- durch die Opferschicht entfernt, und infolgedessen das erste Substrat von demIn a further step 102, circuit structures are formed in the region of the component layer. For this purpose, processes known from semiconductor technology can be carried out, which can be, for example, structuring methods, doping methods, as well as other methods for forming or producing further layers, for example insulation layers. The circuit structures may be formed in the form of laterally and / or vertically provided arrangements (relative to the substrate plane). In this case, it is also possible to produce a structure suitable for producing a vertical power semiconductor component. In a further step 103, the device layer (provided with circuit structures) is connected to a second substrate provided. The connection can take place via a corresponding adhesive or bonding layer. Further, in a step 104, an etching process is performed, thereby removing the sacrificial layer and, as a result, removing the first substrate from the sacrificial layer
Schichtenverbund des zweiten Substrats abgetrennt wird. Das Entfernen der Opferschicht kann im Rahmen eines plasmalosen trockenchemischen Gasphasen- Ätzprozesses durchgeführt werden, in welchem ein zum Ätzen der Opferschicht geeignetes Ätzmedium eingesetzt wird. Für den Fall des oben genannten Ger- maniums als Opfermaterial ist dies beispielsweise ein fluorbasiertes Ätzgas wie zum Beispiel Chlortrifluorid (CIF3). Das Ätzen der Opferschicht zum Separieren des ersten Substrats kann auf einfache und kostengünstige Weise durchgeführt werden. Auch besteht keine Gefahr einer Beschädigung bzw. Beeinträchtigung des Bauelements bzw. der zugehörigen Schaltungsstrukturen. Layer composite of the second substrate is separated. The removal of the sacrificial layer can be carried out in the context of a plasmaless dry chemical gas-phase etching process in which an etching medium suitable for etching the sacrificial layer is used. In the case of the above mentioned geranium as sacrificial material, this is, for example, a fluorine-based etching gas such as, for example, chlorine trifluoride (CIF3). The etching of the sacrificial layer for separating the first substrate can be carried out in a simple and cost-effective manner. There is also no risk of damage or impairment of the component or the associated circuit structures.
Bei dem zweiten Substrat kann es sich (bereits) um ein Endsubstrat handeln, welches eine an das jeweilige Einsatzgebiet des Bauelements angepasste Ausgestaltung aufweist. Im Hinblick auf ein Leistungshalbleiter-Bauelement kann das zweite Substrat (bzw. ein großer Teil des zweiten Substrats) beispielsweise ein metallisches Material (und damit eine hohe Wärmeleitfähigkeit) aufweisen, um eine im Betrieb des Bauelements auftretende Wärmemenge mit einer hohen Effektivität abzuführen. In gleicher weise kann die zum Verbinden von Bauelementschicht und zweitem Substrat eingesetzte Verbindungsschicht ein geeignetes Material aufweisen, um eine im Betrieb des Bauelements entstehende Wär- memenge zuverlässig auf das zweite Substrat zu übertragen. Mögliche Materialien für die Verbindungsschicht sind zum Beispiel ein Metall, eine metallische Legierung, ein Lotmittel, oder ein leitfähiger Klebstoff. Für derartige Materialien kann zum Verbinden von Bauelementschicht und zweitem Substrat (Schritt 103) ein Waferbond-, Löt- oder Klebeverfahren durchgeführt werden. The second substrate may (already) be a final substrate which has a configuration adapted to the respective field of use of the component. With regard to a power semiconductor component, the second substrate (or a large part of the second substrate) may, for example, comprise a metallic material (and thus a high thermal conductivity) in order to dissipate a quantity of heat occurring during operation of the component with a high degree of effectiveness. In the same way, the connection layer used to connect the component layer and the second substrate may have a suitable material in order to reliably transmit a heat quantity that arises during operation of the component to the second substrate. Possible materials for the bonding layer are, for example, a metal, a metallic alloy, a solder, or a conductive adhesive. For such materials, a wafer bonding, soldering or bonding process may be used to bond the device layer and the second substrate (step 103).
Anstelle das zweite Substrat als Endsubstrat des Bauelements zu verwenden, kann das zweite Substrat auch lediglich als Transfersubstrat dienen. Hierbei kann das zweite Substrat beispielsweise Silizium aufweisen, oder beispielsweise aus einem kostengünstigen Silizium-, Glas- oder Polymer- bzw. Kunststoffmate- rial gefertigt sein. Eine Verbindung zwischen Bauelementschicht und zweitem Substrat (Schritt 103) kann hierbei über eine (wieder) lösbare Haftschicht, beispielsweise eine thermisch lösbare Lackschicht hergestellt werden. Instead of using the second substrate as the final substrate of the device, the second substrate can also serve merely as a transfer substrate. In this case, the second substrate may, for example, comprise silicon, or be made, for example, from a cost-effective silicon, glass or polymer or plastic material. A connection between component layer and second Substrate (step 103) can in this case be produced via a (re) releasable adhesive layer, for example a thermally dissolvable lacquer layer.
Für den Fall des als Transfersubstrat dienenden zweiten Substrats wird darüber hinaus wie in Figur 1 angedeutet nach dem Durchführen des Ätzprozesses zum Entfernen der Opferschicht (Schritt 104) in einem weiteren Schritt 105 die Bauelementschicht (über eine Verbindungsschicht) mit einem dritten Substrat verbunden, welches nunmehr als Endsubstrat fungieren kann. Im Hinblick auf Details hierzu wird auf die obigen Ausführungen (zweites Substrat als Endsubstrat) verwiesen. Des weiteren wird in einem Schritt 106 das zweite Substrat von der Bauelementschicht getrennt, was zum Beispiel das Durchführen eines Temperaturschrittes (zum Ablösen bzw. Verflüssigen der Haftschicht zwischen Bauelementschicht und zweitem Substrat) umfassen kann. In the case of the second substrate serving as the transfer substrate, moreover, as indicated in FIG. 1, after performing the etching process for removing the sacrificial layer (step 104), in a further step 105, the component layer is connected (via a connection layer) to a third substrate which now can act as a final substrate. With regard to details, reference is made to the above statements (second substrate as final substrate). Further, in a step 106, the second substrate is separated from the device layer, which may include, for example, performing a temperature step (to dissolve the adhesive layer between the device layer and the second substrate).
Wie bereits angedeutet, kann das in Figur 1 gezeigte Verfahren in vorteilhafter Weise zur Herstellung eines vertikalen Leistungshalbleiter-Bauelements herangezogen werden. Zur weiteren Veranschaulichung zeigen die folgenden Figuren 2 bis 8 die Herstellung eines solchen Leistungshalbleiter-Bauelements bzw. - Chips gemäß einer möglichen Ausführungsform, jeweils in einer schematischen perspektivischen Darstellung. As already indicated, the method shown in FIG. 1 can be advantageously used to produce a vertical power semiconductor component. To further illustrate the following figures 2 to 8, the production of such a power semiconductor device or - chip according to a possible embodiment, each in a schematic perspective view.
Zu Beginn des Verfahrens wird ein Ausgangssubstrat 1 10 bereitgestellt, bei dem es sich um einen üblichen Silizium-Wafer handeln kann. Auf das bereitgestellte Ausgangssubstrat 1 10 wird ferner wie in Figur 2 dargestellt eine Schichtanordnung 120 aufgebracht, wobei übliche Schichtaufbringungsverfahren wie zum Beispiel Sputter-, Aufwachs- und Aufdampfverfahren zum Einsatz kommen können. At the beginning of the process, a starting substrate 110 is provided, which may be a conventional silicon wafer. Further, as shown in FIG. 2, a layer arrangement 120 is applied to the initial substrate 1 10 provided, it being possible to use conventional layer application methods such as, for example, sputtering, growth and vapor deposition methods.
Bei den Schichten der dargestellten Schichtanordnung 120 handelt es sich um eine auf das Ausgangssubstrat 1 10 aufgebrachte Gradientenschicht 121 , eine Opferschicht 122 und eine Bauelementschicht 123. Die Opferschicht 122 weist zum Beispiel Germanium auf. In diesem Fall kann eine Gradientenschicht 121 aus Silizium-Germanium eingesetzt werden, um einen kristallographischen Ü- bergang vom Silizium-Ausgangssubstrat 1 10 zur Germanium-Opferschicht 122 zu erzeugen. Der Germanium-Anteil kann hierbei an die jeweilige Applikation an- gepasst sein. Als Material für die Bauelementschicht 123, welche mit einer Dicke von beispielsweise mehreren Mikrometern ausgebildet wird, kommt zum Beispiel Galliumnitrid in Betracht. In einem solchen Fall kann des Weiteren zwischen der Bau- elementschicht 123 und der Opferschicht 122 eine weitere optionale Zwischenbzw. Nukleationsschicht vorgesehen sein (nicht dargestellt), um ein gutes Schichtwachstum trotz Faktoren wie zum Beispiel einer Gitterfehlpassung der Materialien und unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zu ermöglichen. In Betracht kommt insbesondere eine Nukleationsschicht aus Germanium- nitrid (Ge3N4) oder auch Aluminiumnitrid (AIN), wodurch das heteroepitaxialeThe layers of the illustrated layer arrangement 120 are a gradient layer 121 applied to the starting substrate 110, a sacrificial layer 122 and a component layer 123. The sacrificial layer 122 has, for example, germanium. In this case, a gradient layer 121 of silicon germanium can be used to produce a crystallographic transition from the silicon starting substrate 110 to the germanium sacrificial layer 122. The germanium content can be adapted to the respective application. As the material for the device layer 123, which is formed with a thickness of, for example, several micrometers, gallium nitride is considered, for example. In such a case, further between the component layer 123 and the sacrificial layer 122, a further optional Zwischenbzw. Nucleation layer may be provided (not shown) to allow a good layer growth despite factors such as a lattice mismatch of the materials and different coefficients of thermal expansion. In particular, a nucleation layer of germanium nitride (Ge3N4) or aluminum nitride (AIN) is considered, whereby the heteroepitaxial
Wachstum von Galliumnitrid auf Germanium unter Berücksichtigung bestimmter Kristallorientierungen begünstigt wird. Eine solche Nukleationsschicht kann auch das Wachstum anderer Materialien wie zum Beispiel Silizium oder Silizium- Germanium begünstigen. Growth of gallium nitride is favored on germanium, taking into account certain crystal orientations. Such nucleation layer may also favor the growth of other materials such as silicon or silicon germanium.
Nach dem Ausbilden der Schichtanordnung werden Schaltungsstrukturen für das spätere Leistungshalbleiter-Bauelement (bzw. für eine Anzahl solcher Bauelemente) im Bereich der Bauelementschicht 123 ausgebildet (nicht dargestellt). Zu diesem Zweck können übliche (photolithographische) Strukturierungs- und Ätz- verfahren, Dotierverfahren sowie weitere aus der Halbleiterfertigung bekannteAfter the formation of the layer arrangement, circuit structures for the later power semiconductor component (or for a number of such components) are formed in the region of the device layer 123 (not shown). For this purpose, customary (photolithographic) patterning and etching processes, doping methods and others known from semiconductor manufacturing can be used
Verfahren durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang können auch weitere Schichten auf bzw. im Bereich der Bauelementschicht 123 ausgebildet werden, welche der auch als„Dünnschicht-Leistungshalbleiter" bezeichneten Bauelementschicht 123 zugerechnet werden. Zu diesen weiteren Schichten der Bau- elementschicht 123 gehören zum Beispiel Isolations-, Passivierungs-, Kontaktschichten, usw. Die Schaltungsstrukturen können mit einem für ein vertikales Leistungshalbleiter-Bauelement geeigneten Aufbau erzeugt werden. Im Rahmen der auch als„Frontend' -Fertigung bezeichneten Ausbildung von Schaltungsstrukturen werden zusätzlich wie in Figur 3 dargestellt Vereinzelungsgräben 125 in der Bauelementschicht 123 hergestellt, wodurch die unterschiedlichen Bauelemente bzw. Chips (in einem Schritt) voneinander getrennt werden. Procedures are performed. In this context, further layers can also be formed on or in the region of the device layer 123, which are attributed to the device layer 123, which is also referred to as "thin-film power semiconductor." These further layers of the device layer 123 include, for example, insulation, passivation layers. , Contact layers, etc. The circuit structures can be produced with a structure which is suitable for a vertical power semiconductor component In the context of the formation of circuit structures, also referred to as "front-end" fabrication, separation trenches 125 are additionally produced in the component layer 123, as illustrated in FIG. whereby the different components or chips (in one step) are separated from each other.
Nachfolgend wird der Verbund aus dem Ausgangssubstrat 1 10 und der Schichtanordnung 120 wie in Figur 4 dargestellt auf ein Transfersubstrat 150 gebondet. Aufgrund der Vereinzelungsgräben 125 sind die„Dünnschicht-Chips" der Bauelementschicht 123 separiert auf dem Transfersubstrat 150 angeordnet. Bei dem Transfersubstrat 150 handelt es sich zum Beispiel um ein kostengünstiges Silizium- oder ein Kunststoff-Substrat. Dieser (vorübergehende) Verbund kann über eine lösbare Verbindungsschicht 140 aus zum Beispiel einem thermisch lösbaren Lackmaterial hergestellt werden, welche zwischen der Bauelementschicht 123 und dem Transfersubstrat 150 angeordnet ist. Subsequently, the composite of the starting substrate 110 and the layer arrangement 120 is bonded to a transfer substrate 150 as shown in FIG. Due to the separating trenches 125, the "thin-film chips" of the component layer 123 are arranged separately on the transfer substrate 150 Transfer substrate 150 is, for example, a low cost silicon or plastic substrate. This (temporary) bond may be made via a releasable bonding layer 140 of, for example, a thermally-releasable paint material disposed between the device layer 123 and the transfer substrate 150.
Zum nachfolgenden Entfernen der Germanium-Opferschicht 122 und damit zum Transfer bzw. Freisetzen der (Galliumnitrid-)Bauteile (bzw. der entsprechenden Schaltungsstrukturen) auf das Transfersubstrat 150 wird wie in Figur 5 dargestellt eine plasmalose trockenchemische Ätzung durchgeführt, wodurch die Bauelementschicht 123 von dem Ausgangssubstrat 1 10 getrennt wird. Bei diesem Verfahrensschritt wird ein geeignetes Ätzmedium 160 eingesetzt, welches über seitliche Eintrittsbereiche (Waferumfang) wie in Figur 5 anhand von Pfeilen angedeutet an der Opferschicht 122 angreifen kann. Als Ätzmedium 160 kommt zum Bei- spiel Chlortrifluorid in Betracht. Im Verlauf des Ätzverfahrens kann wie in Figur 5 dargestellt auch die Gradientenschicht 121 entfernt werden. For the subsequent removal of the germanium sacrificial layer 122 and thus for the transfer or release of the (gallium nitride) components (or the corresponding circuit structures) onto the transfer substrate 150, a plasmaless dry chemical etching is carried out, as shown in FIG. 5, whereby the component layer 123 of the Starting substrate 1 10 is separated. In this method step, a suitable etching medium 160 is used, which can attack on the sacrificial layer 122 via lateral entry regions (wafer circumference) as indicated in FIG. 5 by arrows. Suitable etching medium 160 is, for example, chlorine trifluoride. In the course of the etching process, as shown in FIG. 5, the gradient layer 121 can also be removed.
Um den Ätzvorgang einfacher und gegebenenfalls schneller durchzuführen, kann anstelle des in den Figuren 4 und 5 dargestellten Transfersubstrats 150 wie in Figur 6 dargestellt ein alternatives Transfersubstrat 151 zum Einsatz kommen.In order to carry out the etching process more simply and, if necessary, faster, an alternative transfer substrate 151 can be used instead of the transfer substrate 150 shown in FIGS. 4 and 5, as shown in FIG.
Das Transfersubstrat 151 weist im Unterschied zu dem Transfersubstrat 150 zusätzliche vertikale Öffnungsstrukturen 155 zum Durchführen des Ätzmediums 160 auf. Hierbei sind die Öffnungsstrukturen 155 an die Abmessungen und die Lage der Vereinzelungsgräben 125 der Bauelementschicht 123 angepasst, bzw. weisen die Öffnungsstrukturen 125 an die Abmessungen und die Lage der Vereinzelungsgräben 125 angepasste Abschnitte wie zum Beispiel Kanalzuleitungen auf. Auf diese Weise kann das Ätzmedium 160 (auch) ausgehend von der Oberseite des Transfersubstrats 151 zu der Opferschicht 122 gelangen, wodurch der Ätzvorgang beschleunigt werden kann. The transfer substrate 151 has, in contrast to the transfer substrate 150, additional vertical opening structures 155 for passing through the etching medium 160. In this case, the opening structures 155 are adapted to the dimensions and the position of the separating trenches 125 of the component layer 123, or the opening structures 125 have sections adapted to the dimensions and the position of the separating trenches 125, for example channel feed lines. In this way, the etching medium 160 may (also) pass from the top of the transfer substrate 151 to the sacrificial layer 122, whereby the etching process can be accelerated.
Im Anschluss an das Ablösen des Ausgangssubstrats 1 10 wird die mit dem Transfersubstrat 150 bzw. 151 verbundene Bauelementschicht 123 auf ein Endsubstrat 180 gebondet, wobei die Verbindung über eine Verbindungsschicht 170 hergestellt wird. Dies ist in Figur 7 für den Fall des Transfersubstrats 151 veran- schaulicht. Zum Verbinden kann zum Beispiel ein Waferbond-, Löt- oder Klebeverfahren durchgeführt werden. Das Endsubstrat 180 weist eine Ausgestaltung entsprechend der angestrebten Applikation der Leistungshalbleiter-Bauelemente auf. Insbesondere kann es sich bei dem Endsubstrat 180 um ein metallisches Substrat handeln, um eine hohe Wärmeabführung im Betrieb der Bauelemente und damit eine hohe Bauteilzuverlässigkeit zur Verfügung zu stellen. In entsprechender Weise kommen für die Verbindungsschicht 170 wärmeleitfähige Materialien wie zum Beispiel ein Metall, eine metallische Legierung, ein Lotmittel oder ein leitfähiger Klebstoff in Betracht. Following the detachment of the starting substrate 110, the component layer 123 connected to the transfer substrate 150 or 151 is bonded to a final substrate 180, wherein the connection is established via a connection layer 170. This is illustrated in FIG. 7 for the case of the transfer substrate 151. For bonding, for example, a wafer bonding, soldering or bonding process can be performed. The end substrate 180 has a configuration corresponding to the desired application of the power semiconductor components. In particular, the end substrate 180 may be a metallic substrate in order to provide a high heat dissipation in the operation of the components and thus a high component reliability. Correspondingly, thermally conductive materials such as a metal, a metallic alloy, a solder or a conductive adhesive may be considered for the bonding layer 170.
Bei Verwendung der oben beschriebenen Nukleationsschicht aus zum Beispiel Germaniumnitrid oder Aluminiumnitrid (welche vor Entfernen der Opferschicht 122 zwischen Bauelementschicht 123 und Opferschicht 122 angeordnet sein kann) besteht die Möglichkeit, dass diese Nukleationsschicht weiterhin auf der Unterseite der Bauelementschicht 123 vorhanden ist, und somit nach Herstellen der Verbindung mit dem Endsubstrat 180 zwischen Bauelementschicht 123 und Verbindungsschicht 170 angeordnet ist (nicht dargestellt). In einer alternativen Ausgestaltung kann die Nukleationsschicht auch vor dem Bonden auf das Endsubstrat 180 entfernt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein nass- oder trockenchemisches Ätzverfahren durchgeführt werden. Möglich ist auch ein mechanischer Abtrag, welcher beispielsweise im Rahmen eines Polierprozesses wie zum Beispiel CMP (chemisch mechanisches Polieren) erfolgen kann. When using the above-described nucleation layer of, for example, germanium nitride or aluminum nitride (which may be disposed between device layer 123 and sacrificial layer 122 before removing sacrificial layer 122), there is the possibility that this nucleation layer may still be present on the underside of device layer 123, and thus after fabrication the connection with the end substrate 180 between the device layer 123 and connection layer 170 is disposed (not shown). In an alternative embodiment, the nucleation layer may also be removed prior to bonding to the final substrate 180. For this purpose, for example, a wet or dry chemical etching process can be performed. It is also possible a mechanical removal, which can be done for example in the context of a polishing process such as CMP (chemical mechanical polishing).
Anstelle die Verbindungsschicht 170 in Form einer„großflächigen" Schicht vorzusehen, kann die Verbindungsschicht 170 strukturiert ausgebildet sein, um voneinander (durch entsprechende Isolationsbereiche aus einem Isolationsmaterial) getrennte Abschnitte bereitzustellen (nicht dargestellt). Auf diese Weise können Abschnitte der Verbindungsschicht 170 als elektrische Kontaktbereiche dienen, durch welche eine elektrische Kontaktierung zwischen aufeinander abgestimmten Kontaktbereichen und -stellen des Endsubstrats 180 und der Bauelementschicht 123 hergestellt werden kann. In einer solchen Ausgestaltung kann das Endsubstrat 180 ferner an der freiliegenden Unterseite mit entsprechenden Kontaktstellen versehen sein (nicht dargestellt). Instead of providing the interconnection layer 170 in the form of a "large area" layer, the interconnect layer 170 may be patterned to provide separate sections (not shown) through corresponding insulative regions of isolation material 16. In this manner, portions of the interconnect layer 170 may be used as electrical contact areas to provide electrical contact between mating contact areas and locations of the end substrate 180 and the device layer 123. In such an embodiment, the end substrate 180 may also be provided with corresponding pads on the exposed underside (not shown).
Im Anschluss an das Herstellen der Verbindung mit dem Endsubstrat 180 erfolgt ferner wie in Figur 8 dargestellt ein Ablösen des Transfersubstrats 150 bzw. 151 . Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Temperaturschritt durchgeführt werden, durch welchen die Verbindungsschicht 140 aufgelöst bzw. entfernt werden kann. Durch das Ablösen des Transfersubstrats 150, 151 können die Oberseite der Bauelementschicht 123 und damit an dieser Seite (gegebenenfalls) vorgese- hene Kontaktstellen (nicht dargestellt) freigelegt werden. Diese oberseitigen Kontaktstellen können einen relativ großen Abstand zu den vorstehend beschriebenen unterseitigen Kontaktstellen des Endsubstrats 180 aufweisen, wodurch die betreffenden Bauelemente hohe Durchschlagspannungen besitzen können. Neben den beschriebenen Verfahrensschritten können weitere Verfahren schritte durchgeführt werden, um die Herstellung der Leistungshalbleiter-Bauelemente zu vervollständigen bzw. abzuschließen. In Betracht kommt insbesondere ein Vereinzelungsverfahren, um voneinander getrennte Leistungshalbleiter- Bauelemente bereitzustellen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein mecha- nischer Sägeprozess durchgeführt werden, bei dem ein Sägeblatt die einzelnenFollowing the establishment of the connection with the end substrate 180, a detachment of the transfer substrate 150 or 151 takes place, as shown in FIG. For this purpose, for example, a temperature step can be carried out, by means of which the connection layer 140 can be dissolved or removed. By detachment of the transfer substrate 150, 151, the upper side of the component layer 123 and, thus, contact points (not shown) provided on this side (if appropriate) can be exposed. These upper-side contact points may have a relatively large distance from the above-described lower-side contact points of the end substrate 180, as a result of which the relevant components may have high breakdown voltages. In addition to the described method steps, further method steps can be performed in order to complete or complete the production of the power semiconductor components. In particular, a singulation method is contemplated to provide separate power semiconductor devices. For this purpose, for example, a mechanical sawing process can be carried out in which a saw blade is the individual
Bauelemente (entsprechend der Vorstrukturierung durch die Vereinzelungsgräben 125) voneinander separiert. Alternativ besteht die Möglichkeit, ein sogenanntes„Laserschneiden" durchzuführen, bei welchem ein fokussierter Laserstrahl zum Einsatz kommt. Components (according to the pre-structuring by the separation trenches 125) separated from each other. Alternatively, it is possible to perform a so-called "laser cutting", in which a focused laser beam is used.
Im Hinblick auf die Bauelementschicht 123 kann neben dem genannten Galliumnitrid auch ein weiteres zur Herstellung von Leistungshalbleitern geeignetes Material verwendet werden. Ein mögliches Beispiel ist Siliziumcarbid. In einem solchen Fall kann der Aufwachsprozess der Bauelementschicht 123 entsprechend angepasst werden, wobei erneut eine (optionale) Zwischenschicht (Nukleati- onsschicht) zum Einsatz kommen kann. Auch kann bedingt durch eine mögliche hohe Aufwachstemperatur von Siliziumcarbid gegebenenfalls eine Silizium- Germanium-Legierung anstelle von Germanium als Aufwachs- und Opferschicht 122 verwendet werden (wobei eine zusätzliche Gradientenschicht 121 entfallen kann). With regard to the component layer 123, in addition to the abovementioned gallium nitride, it is also possible to use a further material suitable for the production of power semiconductors. A possible example is silicon carbide. In such a case, the growth process of the device layer 123 can be adapted accordingly, whereby an (optional) intermediate layer (nucleation layer) can again be used. Also, due to a possible high growth temperature of silicon carbide optionally a silicon germanium alloy instead of germanium as waxing and sacrificial layer 122 may be used (with an additional gradient layer 121 may be omitted).
Darüber hinaus besteht alternativ die Möglichkeit, anstelle von drei Substraten lediglich zwei Substrate zu verwenden. Dies bedeutet, dass kein Transfersubstrat zum Einsatz kommt, sondern dass der entsprechende Wafer-Schichtenverbund nach dem Herstellen von Schaltungsstrukturen auf ein Endsubstrat gebondet wird. Eine derartige Vorgehensweise kann beispielsweise anhand der Figuren 3 bis 5 veranschaulicht werden. Hierbei ist das Substrat 150 kein Transfer-, sondern ein Endsubstrat, welches eine Ausgestaltung und Eigenschaften entsprechend dem Substrat 180 aufweisen kann. In entsprechender Weise kann die Schicht 140 vergleichbar zu der Verbindungsschicht 170 ausgebildet sein. Hin- sichtlich der Bauelementschicht 123 werden die entsprechenden (vertikalen)In addition, it is alternatively possible to use only two substrates instead of three substrates. This means that no transfer substrate is used, but rather that the corresponding wafer layer composite is bonded to a final substrate after the production of circuit structures. Such an approach can, for example, with reference to the figures 3 to 5 are illustrated. Here, the substrate 150 is not a transfer but a final substrate, which may have a configuration and properties corresponding to the substrate 180. In a corresponding manner, the layer 140 may be formed comparable to the connection layer 170. With regard to the component layer 123, the corresponding (vertical)
Schaltungsstrukturen vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine elektrische Kontaktierung von Kontaktstellen auf der (nach dem Entfernen der Opferschicht 122 freiliegenden und in Figur 5 nach unten gerichteten) Seite der Bauelementschicht 123 möglich ist. Zugehörige oberseitige Kontaktstellen können hierbei auf dem Substrat 150 vorgesehen sein. Circuit structures are preferably designed such that an electrical contacting of contact points on the (exposed after the removal of the sacrificial layer 122 and in Figure 5 downward) side of the device layer 123 is possible. Associated upper-side contact points may in this case be provided on the substrate 150.
Anhand der folgenden Figuren werden weitere Verfahren zum Herstellen eines Bauelements bzw. eines Leistungshalbleiter-Bauelements erläutert, welche vergleichbar oder ähnlich sind wie die vorstehend beschriebenen Verfahren. Im Hin- blick auf Details zu übereinstimmenden Verfahrensschritten und Merkmalen wird daher auf die obigen Ausführungen Bezug genommen. The following figures explain further methods for producing a component or a power semiconductor component which are comparable or similar to the methods described above. With regard to details of matching method steps and features, reference is therefore made to the above statements.
Figur 9 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines (Leistungshalbleiter-)Bauelements. Bei diesem Verfahren wird in einem Schritt 201 ein Zusatzmaterial in ein erstes bereitgestelltes Substrat implantiert, um einen als Opferschicht dienenden Opferbereich in dem ersten Substrat auszubilden. Bei dem ersten Substrat kann es sich erneut um ein kostengünstiges Substrat, insbesondere um einen Siliziumwafer, handeln. Das Zusatzmaterial, welches in eine definierte Tiefe des ersten Substrats implantiert wird, ist zum Beispiel Germanium, oder alternativ ein anderes geeignetes Zusatzmaterial. FIG. 9 shows a further flowchart of a method for producing a (power semiconductor) component. In this method, a filler material is implanted in a first substrate provided in a step 201, in order to form a sacrificial region serving as a sacrificial layer in the first substrate. The first substrate may again be a low-cost substrate, in particular a silicon wafer. The additive material implanted in a defined depth of the first substrate is, for example, germanium, or alternatively another suitable additive material.
In einem weiteren Schritt 202 wird eine Schichtanordnung auf dem ersten Substrat ausgebildet. Die Schichtanordnung weist eine Bauelementschicht, zum Beispiel aus Galliumnitrid oder einem anderen (Leistungs-)Halbleitermaterial auf. Neben der Bauelementschicht kann die Schichtanordnung weitere Schichten, wie insbesondere eine Nukleationsschicht, umfassen. In a further step 202, a layer arrangement is formed on the first substrate. The layer arrangement comprises a component layer, for example of gallium nitride or another (power) semiconductor material. In addition to the component layer, the layer arrangement may comprise further layers, in particular a nucleation layer.
In einem weiteren Schritt 203 werden Schaltungsstrukturen im Bereich der Bauelementschicht ausgebildet. Ferner wird in einem Schritt 204 die Bauelement- schicht mit einem zweiten bereitgestellten Substrat verbunden, wobei eine geeignete Verbindungsschicht verwendet wird. Bei dem zweiten Substrat kann es sich um ein Endsubstrat, oder alternativ um ein Transfersubstrat handeln. Hierdurch bestimmt sich insbesondere (wie oben beschrieben) die Materialwahl des zweiten Substrats und der Verbindungsschicht. In a further step 203, circuit structures are formed in the region of the component layer. Further, in a step 204, the device layer is connected to a second provided substrate using a suitable interconnect layer. It can be at the second substrate be a final substrate, or alternatively a transfer substrate. This determines in particular (as described above) the choice of material of the second substrate and the connection layer.
Anschließend wird in einem Schritt 205 ein Ätzprozess (beispielsweise ein trockenchemischer Gasphasenätzprozess) durchgeführt, in welchem ein zum Ätzen des Opferbereichs des ersten Substrats geeignetes Ätzmedium (beispielsweise ein fluorbasiertes Ätzgas wie zum Beispiel Chlortrifluorid) eingesetzt wird. Im Verlauf des Ätzprozesses wird der Opferbereich (sowie gegebenenfalls weitere Bereiche des ersten Substrats) entfernt, wodurch das erste Substrat bzw. ein Teil desselben von dem Schichtenverbund des zweiten Substrats abgetrennt wird. Subsequently, in a step 205, an etching process (for example a dry-chemical gas-phase etching process) is carried out in which an etching medium suitable for etching the sacrificial region of the first substrate (for example a fluorine-based etching gas such as, for example, chlorine trifluoride) is used. In the course of the etching process, the sacrificial region (and optionally further regions of the first substrate) is removed, as a result of which the first substrate or a part thereof is separated from the layer composite of the second substrate.
Für den Fall, dass das zweite Substrat als Transfersubstrat dient, wird wie in Figur 9 angedeutet nach dem Durchführen des Ätzprozesses die Bauelementschicht in einem weiteren Schritt 206 mit einem dritten Substrat verbunden, welches nunmehr als Endsubstrat fungieren kann. Ferner wird in einem Schritt 207 das zweite Substrat von der Bauelementschicht getrennt. In the event that the second substrate serves as a transfer substrate, as indicated in FIG. 9, after the etching process has been carried out, the component layer is connected in a further step 206 to a third substrate, which can now function as a final substrate. Further, in a step 207, the second substrate is separated from the device layer.
Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens von Figur 9 zeigen die Figuren 10 und 1 1 einzelne Stadien des Verfahrens, jeweils in einer schematischen perspektivischen Darstellung. To further illustrate the method of FIG. 9, FIGS. 10 and 11 show individual stages of the method, each in a schematic perspective view.
Figur 10 zeigt ein Ausgangssubstrat 1 10 nach Durchführen eines Implantationsprozesses zum Einbringen eines Zusatz- bzw. Opfermaterials und nach Ausbilden einer Bauelementschicht 123 auf dem Ausgangssubstrat 1 10. Das Ausgangssubstrat 1 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Silizium-Wafer handelt, weist aufgrund des in eine vorgegebene Substrattiefe eingebrachten Zusatzmaterials (zum Beispiel Germanium) zwei Bereiche 1 1 1 , 1 13 auf, welche von einem durch das Zusatzmaterial gebildeten und als Opferschicht dienenden Opferbereich 1 12 voneinander getrennt sind. Die Bauelementschicht 123, welche zum Beispiel Galliumnitrid aufweist, befindet sich dabei wie in Figur 10 dargestellt auf dem oberen Substratbereich 1 13. Gegebenenfalls kann zwischen der Bauelementschicht 123 und dem oberen Substratbereich 1 13 eine nicht dargestellte Zwischen- bzw. Nukleationsschicht aus zum Beispiel Germaniumnitrid oder Aluminiumnitrid vorgesehen sein. Das Ausbilden eines Opferbereichs 1 12 in einer vorgegebenen Substrattiefe bietet den Vorteil, eine Verunreinigung der Bauelementschicht 123 bei dessen Ausbilden zu vermeiden. Depositionsprozesse zum Aufbringen der Bauelementschicht 123 (zum Beispiel CVD- oder PVD-Verfahren) können mit relativ hohen Temperaturen verbunden sein, was zu einem Verdampfen eines OpfermaterialsFIG. 10 shows a starting substrate 110 after carrying out an implantation process for introducing a sacrificial material and after forming a device layer 123 on the starting substrate 1 10. The starting substrate 110, which is, for example, a silicon wafer, is due to of the introduced into a given substrate depth additional material (for example, germanium) two areas 1 1 1, 1 13, which are separated from one another by the additional material formed and serving as a sacrificial layer sacrificial area. The component layer 123, which, for example, has gallium nitride, is located on top of the upper substrate region 13, as shown in FIG. 10. Optionally, an intermediate or nucleation layer of, for example germanium nitride or not shown, may be provided between the device layer 123 and the upper substrate region 13 Aluminum nitride be provided. The formation of a sacrificial region 1 12 in a given substrate depth offers the advantage of avoiding contamination of the component layer 123 during its formation. Deposition processes for depositing the device layer 123 (eg, CVD or PVD processes) may be associated with relatively high temperatures, resulting in vaporization of a sacrificial material
(zum Beispiel Germanium) mit der Folge einer Verunreinigung der Bauelementschicht 123 führen kann. Durch Einbringen des Zusatzmaterials in einer definierten Tiefe in dem Ausgangssubstrat 1 10 kann ein solcher Effekt vermieden werden. (For example, germanium) may result in contamination of the device layer 123. By introducing the additional material at a defined depth in the starting substrate 110, such an effect can be avoided.
Je nach Temperatur des zum Ausbilden der Bauelementschicht 123 eingesetzten Verfahrens kann eine Durchmischung des implantierten Materials mit dem Material des Ausgangssubstrats 1 10 stattfinden, was auch als„Interdiffusion" bezeichnet wird. Für den Fall des Einbringens von Germanium in einen Silizium- Wafer 1 10 kann sich daher ein Silizium-Germanium-Opferbereich 1 12 bzw. eineDepending on the temperature of the method used to form the device layer 123, mixing of the implanted material with the material of the starting substrate 110 may take place, which is also referred to as "interdiffusion." In the case of introducing germanium into a silicon wafer 110 Therefore, a silicon germanium sacrificial area 1 12 or a
Silizium-Germanium-Schicht 1 12 bilden. Eine derartige Schicht 1 12 kann sich auch (entgegen der Darstellung in den Figuren 10 und 1 1 ) bis zur Oberseite des Ausgangssubstrats 1 10 erstrecken, wodurch kein oberer Teilbereich 1 13 vorliegt. Ohne eine Interdiffusion kann ein Opferbereich 1 12 aus im Wesentlichen Ger- manium vorliegen. Silicon germanium layer 1 12 form. Such a layer 1 12 may also extend (contrary to the representation in FIGS. 10 and 11) as far as the upper side of the starting substrate 110, as a result of which there is no upper subregion 13. Without an interdiffusion, a sacrificial area 112 of essentially germanium can be present.
Im Anschluss an die anhand von Figur 10 beschriebenen Verfahrensschritte werden weitere Verfahrensschritte wie das Ausbilden von Schaltungsstrukturen für das bzw. eine Anzahl von (vertikalen Leistungshalbleiter-)Bauelementen, so- wie gegebenenfalls das Ausbilden von Vereinzelungsgräben 125 durchgeführt.Following the method steps described with reference to FIG. 10, further method steps, such as the formation of circuit structures for the or a number of (vertical power semiconductor) components, and, if appropriate, the formation of singulation trenches 125, are carried out.
Auch kann, wie in Figur 1 1 dargestellt, der Verbund aus dem Ausgangssubstrat 1 10 und der Bauelementschicht 123 auf ein kostengünstiges Transfersubstrat 151 gebondet werden, welches an die Vereinzelungsgräben 125 angepasste Öffnungsstrukturen 155 aufweisen kann, um einen nachfolgenden Ätzvorgang zu vereinfachen. Bei dem Bondverfahren kann eine lösbare Verbindungsschicht 140Also, as shown in Figure 1 1, the composite of the starting substrate 1 10 and the device layer 123 are bonded to a low-cost transfer substrate 151, which may have adapted to the separating trenches 125 opening structures 155 to facilitate a subsequent etching process. In the bonding method, a releasable connection layer 140
(aus zum Beispiel einem thermisch lösbaren Lackmaterial) eingesetzt werden. (For example, a thermally dissolvable paint material) can be used.
Nachfolgend wird, wie des Weiteren in Figur 1 1 dargestellt, ein Ätzverfahren durchgeführt, in dessen Verlauf ein Ätzmedium 160 (zum Beispiel Chlortrifluorid) den Opferbereich 1 12 entfernt, wodurch das Ausgangssubstrat 1 10 bzw. dessen unterer Substratbereich 1 1 1 abgetrennt wird. Hierbei kann das Ätzmedium 160 sowohl über seitliche Eintrittsbereiche (Waferumfang) an dem Opferbereich 1 12 angreifen, als auch aufgrund der Öffnungsstrukturen 155 und der Vereinzelungsgräben 125 ausgehend von der Oberseite des Transfersubstrats 151 zu dem Opferbereich 1 12 gelangen. Zu diesem Zweck werden die Vereinzelungsgräben 125 nicht nur im Bereich der Bauelementschicht 123, sondern (wenigstens) auch im Bereich des oberen Substratbereichs 1 13 (sofern vorhanden) ausgebildet. Subsequently, as further illustrated in FIG. 11, an etching process is carried out in the course of which an etching medium 160 (for example chlorotrifluoride) removes the sacrificial region 12, whereby the starting substrate 110 or its lower substrate region 11 is removed. In this case, the etching medium 160 both attack via lateral entry regions (wafer circumference) at the sacrificial region 1 12, as well as, due to the opening structures 155 and the separation trenches 125, proceed from the upper side of the transfer substrate 151 to the sacrificial region 1 12. For this purpose, the separating trenches 125 are formed not only in the region of the component layer 123, but (at least) also in the region of the upper substrate region 13 (if present).
Der Ätzprozess kann des Weiteren so durchgeführt bzw. angepasst werden, dass auch der restliche Substratbereich 1 13 (sofern vorhanden) unterhalb der Bauelementschicht 123 entfernt wird. Zu diesem Zweck können während des Ätzprozesses Ätzparameter, wie zum Beispiel eine Temperatur, ein Druck, eine Konzentration des Ätzmediums 160 usw. geändert werden, sowie gegebenenfalls ein Plasma hinzugeschaltet werden, um den Ätzprozess aggressiver zu gestalten. Des Weiteren kann in diesem Ätzprozess auch eine gegebenenfalls vorgesehene Nukleationsschicht von der Bauelementschicht 123 entfernt werden. The etching process can furthermore be carried out or adapted so that the remaining substrate region 13 (if present) is also removed below the component layer 123. For this purpose, etching parameters, such as a temperature, a pressure, a concentration of the etching medium 160, etc., may be changed during the etching process and, if appropriate, a plasma may be added in order to make the etching process more aggressive. Furthermore, an optionally provided nucleation layer can also be removed from the component layer 123 in this etching process.
Wie bei dem in den Figuren 2 bis 8 gezeigten Verfahren besteht die Möglichkeit, die Anordnung aus dem Transfersubstrat 151 und der Bauelementschicht 123 nach dem Ätzprozess auf ein Endsubstrat 180 aufzubringen (entsprechend Figur 7) sowie das Transfersubstrat 151 abzulösen (entsprechend Figur 8). Alternativ ist es möglich, dass das Substrat 151 bereits als Endsubstrat fungiert, wodurch derartige Verfahrensschritte entfallen können. Anstelle des in Figur 1 1 dargestellten Substrats 151 mit den Öffnungsstrukturen 155 kann auch das Substrat 150 von Figur 5 ohne solche Öffnungsstrukturen 155 eingesetzt werden. Für weitere Details hierzu, beispielsweise im Hinblick auf das Vorsehen bzw. Freilegen von Kontaktstellen und -bereichen, das Durchführen eines Vereinzelungsverfahrens usw. wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. As with the method shown in FIGS. 2 to 8, it is possible to apply the arrangement comprising the transfer substrate 151 and the component layer 123 to a final substrate 180 after the etching process (corresponding to FIG. 7) and to detach the transfer substrate 151 (corresponding to FIG. 8). Alternatively, it is possible that the substrate 151 already functions as a final substrate, whereby such method steps can be dispensed with. Instead of the substrate 151 shown in FIG. 11 with the opening structures 155, the substrate 150 of FIG. 5 can also be used without such opening structures 155. For further details, for example, with regard to the provision or exposure of contact points and areas, the implementation of a dicing process, etc., reference is made to the above statements.
Figur 12 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines (Leistungshalbleiter-)Bauelements. Bei diesem Verfahren ist weder eine Opferschicht noch ein Opferbereich vorgesehen, wodurch das Verfahren auf relativ einfache und schnelle Weise durchgeführt werden kann. FIG. 12 shows a further flow chart of a method for producing a (power semiconductor) component. In this method, neither a sacrificial layer nor a sacrificial area is provided, whereby the method can be carried out in a relatively simple and fast manner.
Bei diesem Verfahren wird in einem Schritt 301 eine Schichtanordnung auf einem ersten bereitgestellten Substrat ausgebildet, welche wenigstens eine Bauelementschicht aufweist. Das erste Substrat kann ein kostengünstiger Silizium- Wafer sein, und die Bauelementschicht kann ein (Leistungs-)Halbleitermaterial wie zum Beispiel Galliumnitrid aufweisen. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine Nukleationsschicht zum Verbessern des Aufbringens der Bauelementschicht vorgesehen sein. In this method, in a step 301, a layer arrangement is formed on a first provided substrate, which has at least one component layer. The first substrate may be a low cost silicon Wafer, and the device layer may comprise a (performance) semiconductor material such as gallium nitride. Optionally, in addition, a nucleation layer may be provided to improve the application of the device layer.
In einem weiteren Schritt 302 werden Schaltungsstrukturen im Bereich der Bauelementschicht ausgebildet. Nachfolgend oder im Rahmen des Ausbildens der Schaltungsstrukturen wird in einem Schritt 303 eine Grabenstruktur in der Bauelementschicht ausgebildet. Hieran anschließend wird die Bauelementschicht mit einem zweiten Substrat verbunden, welches als Endsubstrat, oder alternativ als Transfersubstrat dient. Das zweite Substrat weist eine Öffnungsstruktur auf, welche an die Grabenstruktur angepasst ist bzw. an die Grabenstruktur angepasste Abschnitte (z. B. Kanalzuleitungen) aufweist. In a further step 302, circuit structures are formed in the region of the component layer. Subsequent to or during the formation of the circuit structures, a trench structure is formed in the device layer in a step 303. Following this, the component layer is connected to a second substrate, which serves as a final substrate, or alternatively as a transfer substrate. The second substrate has an opening structure which is adapted to the trench structure or has sections adapted to the trench structure (eg channel feed lines).
Anschließend wird in einem Schritt 305 ein Ätzprozess (beispielsweise ein trockenchemischer Gasphasenätzprozess) durchgeführt, in welchem ein zum Ätzen von Material des ersten Substrats geeignetes Ätzmedium (beispielsweise ein fluorbasiertes Ätzgas wie zum Beispiel Chlortrifluorid) eingesetzt wird. Im Hinblick auf den Ätzprozess sind die zuvor genannte Grabenstruktur in der Bauelementschicht und die Öffnungsstruktur in dem zweiten Substrat derart ausgebildet, dass das Ätzmedium an das erste Substrat heranführbar ist. Hierdurch kann ein Bereich des ersten Substrats unterhalb der Bauelementschicht entfernt werden bzw. eine Unterätzung der Bauelementschicht stattfinden, wodurch (wenigstens) ein (mit dem zweiten Substrat verbundenes) Bauelement freigesetzt wird. Subsequently, in a step 305, an etching process (for example a dry chemical gas phase etching process) is carried out in which an etching medium suitable for etching material of the first substrate (for example a fluorine-based etching gas such as, for example, chlorine trifluoride) is used. With regard to the etching process, the aforementioned trench structure in the device layer and the opening structure in the second substrate are formed such that the etching medium can be led to the first substrate. As a result, an area of the first substrate below the component layer can be removed or an undercutting of the component layer take place, as a result of which (at least) a component (connected to the second substrate) is released.
Für den Fall, dass das zweite Substrat als Transfersubstrat dient, wird wie in Figur 9 angedeutet nach dem Durchführen des Ätzprozesses die Bauelementschicht in einem weiteren Schritt 306 mit einem dritten Substrat verbunden, welches nunmehr als Endsubstrat fungieren kann. Ferner wird in einem Schritt 307 das zweite Substrat von der Bauelementschicht getrennt. In the event that the second substrate serves as a transfer substrate, as indicated in FIG. 9, after the etching process has been carried out, the component layer is connected in a further step 306 to a third substrate, which can now function as a final substrate. Further, in a step 307, the second substrate is separated from the device layer.
Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens von Figur 12 zeigen die Figuren 13 und 14 einzelne Stadien des Verfahrens, jeweils in einer schematischen perspektivischen Darstellung. Figur 13 zeigt ein Ausgangssubstrat 1 10 (zum Beispiel ein Silizium-Wafer) nach dem Aufbringen einer Bauelementschicht 123 (zum Beispiel aus Galliumnitrid) sowie Ausbilden von Schaltungsstrukturen und einer Grabenstruktur in Form von Vereinzelungsgräben 125. Gegebenenfalls kann zwischen der Bauelementschicht 123 und dem Substrat 1 10 eine nicht dargestellte Zwischen- bzw. To further illustrate the method of FIG. 12, FIGS. 13 and 14 show individual stages of the method, each in a schematic perspective view. FIG. 13 shows a starting substrate 110 (for example a silicon wafer) after application of a component layer 123 (for example made of gallium nitride) and formation of circuit structures and a trench structure in the form of isolation trenches 125. Optionally, between the device layer 123 and the substrate 1 10 a not shown intermediate or
Nukleationsschicht aus zum Beispiel Germaniumnitrid oder Aluminiumnitrid vorgesehen sein. Entgegen der Darstellung in Figur 13 können sich die Vereinzelungsgräben 125 auch in das Ausgangssubstrat 1 10 hinein erstrecken. Nucleation layer may be provided, for example, germanium nitride or aluminum nitride. Contrary to the representation in FIG. 13, the separating trenches 125 can also extend into the starting substrate 110.
Hieran anschließend kann, wie in Figur 14 dargestellt, der Verbund aus dem Ausgangssubstrat 1 10 und der Bauelementschicht 123 auf ein kostengünstiges Transfersubstrat 151 gebondet werden, welches an die Vereinzelungsgräben 125 angepasste Öffnungsstrukturen 155 aufweist. Bei dem Bondverfahren kann eine lösbare Verbindungsschicht 140 (aus zum Beispiel einem thermisch lösbaren Lackmaterial) eingesetzt werden. Subsequently, as shown in FIG. 14, the composite of the starting substrate 110 and the component layer 123 can be bonded to a low-cost transfer substrate 151, which has opening structures 155 adapted to the separating trenches 125. In the bonding method, a releasable bonding layer 140 (of, for example, a thermally-releasable paint material) may be used.
Nachfolgend wird, wie in Figur 14 dargestellt, ein Ätzprozess durchgeführt, wobei ein entsprechendes Ätzmedium 160 (zum Beispiel Chlortrifluorid) insbesondere über die Öffnungsstrukturen 155 und die Vereinzelungsgräben 125 an Bereiche des Ausgangssubstrats 1 10 unterhalb der Bauelementschicht 123 gelangen kann, so dass ausgehend von den Vereinzelungsgräben 125 eine im wesentlichen isotrope Ätzung des Ausgangssubstrats 1 10 stattfinden kann. Sobald die von zwei benachbarten Vereinzelungsgräben 125 bzw. benachbarten Grabenabschnitten ausgehenden Ätzfronten aufeinander treffen, wird der Bauteil-Verbund aus der Bauelementschicht 123 und dem Substrat 151 von dem Substrat 1 10 abgelöst. Subsequently, as shown in FIG. 14, an etching process is carried out, wherein a corresponding etching medium 160 (for example chlorine trifluoride) can reach regions of the starting substrate 1 10 below the device layer 123, in particular via the opening structures 155 and the separating trenches 125, so that starting from the Separation trenches 125 a substantially isotropic etching of the starting substrate 1 10 can take place. As soon as the etching fronts emerging from two adjacent separating trenches 125 or adjacent trench sections meet, the component composite consisting of the component layer 123 and the substrate 151 is detached from the substrate 110.
Bei dem Ätzvorgang kann wie in Figur 14 angedeutet gegebenenfalls ein Teil des Substrats 1 10 in Form eines restlichen Bereichs 1 15 unterhalb der Bauelementschicht 123 verbleiben. Dieser Restbereich 1 15 kann durch Fortsetzen bzw. Anpassen des Ätzprozesses (zum Beispiel durch Ändern von Ätzparametern, Zuschalten eines Plasmas) entfernt werden. Auch kann eine gegebenenfalls vorgesehene Nukleationsschicht von der Bauelementschicht 123 entfernt werden. Hieran anschließend kann entsprechend des Verfahrens der Figuren 2 bis 8 dieIn the etching process, as indicated in FIG. 14, optionally a part of the substrate 110 may remain in the form of a remaining region 15 below the component layer 123. This residual region 15 can be removed by continuing or adjusting the etching process (for example by changing etching parameters, connecting a plasma). Also, an optional nucleation layer may be removed from the device layer 123. Thereafter, according to the method of Figures 2 to 8, the
Anordnung aus dem Transfersubstrat 151 und der Bauelementschicht 123 auf ein Endsubstrat 180 aufgebracht (entsprechend Figur 7) sowie das Transfersubstrat 151 abgelöst werden (entsprechend Figur 8). Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Substrat 151 bereits als Endsubstrat fungiert, wodurch derartige Verfahrensschritte entfallen können. Für weitere Details hierzu, beispielsweise im Hinblick auf das Vorsehen bzw. Freilegen von Kontaktstellen und -bereichen, das Durchführen eines Vereinzelungsverfahrens usw. wird auf die obigen Ausführungen Bezug genommen. Arrangement of the transfer substrate 151 and the device layer 123 on a final substrate 180 is applied (corresponding to FIG. 7) and the transfer substrate 151 is detached (corresponding to FIG. 8). Alternatively, there is the possibility that the substrate 151 already acts as a final substrate, as a result of which such method steps can be dispensed with. For further details, for example with regard to the provision or exposure of contact points and areas, the implementation of a dicing process, etc., reference is made to the above statements.
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Insbesondere können anstelle der genannten Materialien auch andere Materialien eingesetzt werden. Beispielsweise können anstelle von Chlortrifluorid andere fluorbasierte Ätzmedien wie zum Beispiel Bromtrifluorid (BrF3), Xenondifluorid (XeF2) und Schwefelhexafluorid (SF6) verwendet werden. Darüber hinaus können mit den beschriebenen Konzepten nicht nur Leistungshalbleiter-Bauelemente, sondern auch andere Bauelemente bzw. Halbleiter- Bauelemente hergestellt werden. In Betracht kommen zum Beispiel Leuchtdioden (LED, light emitting diode) und Smartcards. The embodiments explained with reference to the figures represent preferred or exemplary embodiments of the invention. In addition to the described and illustrated embodiments, further embodiments are conceivable which may comprise further modifications or combinations of features. In particular, other materials can be used instead of the materials mentioned. For example, instead of chlorotrifluoride, other fluorine-based etching media such as bromine trifluoride (BrF3), xenon difluoride (XeF2) and sulfur hexafluoride (SF6) may be used. In addition, not only power semiconductor components, but also other components or semiconductor components can be produced with the described concepts. For example, light emitting diodes (LED, light emitting diode) and smart cards are possible.

Claims

Ansprüche claims
1 . Verfahren zum Herstellen eines Bauelements, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: 1 . Method for producing a component, characterized by the method steps:
Bereitstellen eines ersten Substrats (1 10), Providing a first substrate (110),
Ausbilden einer Schichtanordnung (120) auf dem ersten Substrat (1 10), wobei die Schichtanordnung (120) wenigstens eine Bauelementschicht (123) aufweist, Forming a layer arrangement (120) on the first substrate (1 10), the layer arrangement (120) having at least one component layer (123),
Ausbilden von Schaltungsstrukturen im Bereich der Bauelementschicht (123), Forming circuit structures in the region of the device layer (123),
Bereitstellen eines zweiten Substrats (150, 151 ), Providing a second substrate (150, 151),
Herstellen einer Verbindung zwischen dem zweiten Substrat (150, 151 ) und der Bauelementschicht (123), und Establishing a connection between the second substrate (150, 151) and the device layer (123), and
Durchführen eines Ätzprozesses zum Abtrennen wenigstens eines Teils des ersten Substrats (1 10). Performing an etching process to sever at least a portion of the first substrate (110).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die auf dem ersten Substrat (1 10) ausgebildete Schichtanordnung (120) wenigstens zusätzlich eine Opferschicht (122) aufweist, und wobei das Durchführen des Ätzprozesses ein Entfernen der Opferschicht (122) zur Folge hat. 2. The method of claim 1, wherein the layer assembly formed on the first substrate comprises at least one additional sacrificial layer, and wherein performing the etching process results in removal of the sacrificial layer.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , weiter umfassend: 3. The method of claim 1, further comprising:
Implantieren eines Zusatzmaterials in das erste Substrat (1 10), um einen Opferbereich (1 12) in dem ersten Substrat (1 10) auszubilden, wobei das Durchführen des Ätzprozesses ein Entfernen des Opferbereichs (1 12) zur Folge hat. Implanting an additive material into the first substrate (1 10) to form a sacrificial region (1 12) in the first substrate (1 10), wherein performing the etching process results in removal of the sacrificial region (1 12).
Verfahren nach Anspruch 1 , weiter umfassend: The method of claim 1, further comprising:
Ausbilden einer Grabenstruktur (125) in der Bauelementschicht (123) vor dem Herstellen der Verbindung zwischen dem zweiten Substrat (151 ) und der Bauelementschicht (123), und Forming a trench structure (125) in the device layer (123) prior to establishing the connection between the second substrate (151) and the device layer (123), and
Bereitstellen des zweiten Substrats (151 ) mit einer Öffnungsstruktur (155), wobei die Grabenstruktur (125) und die Öffnungsstruktur (155) derart ausgebildet sind, dass ein in dem Ätzprozess eingesetztes Ätzmedium (160) durch die Öffnungsstruktur (155) und die Grabenstruktur (125) an das erste Substrat (1 10) heranführbar ist. Providing the second substrate (151) with an opening structure (155), wherein the trench structure (125) and the opening structure (155) are formed such that an etching medium (160) used in the etching process passes through the opening structure (155) and the trench structure (FIG. 125) to the first substrate (1 10) can be moved.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Leistungshalbleiter-Bauelement hergestellt wird, und wobei die Bauelementschicht (123) eines der folgenden Materialien aufweist: The method of any one of the preceding claims, wherein a power semiconductor device is fabricated, and wherein the device layer (123) comprises one of the following materials:
Silizium, Galliumnitrid, Siliziumcarbid, Zinkselenid, Diamant. Silicon, gallium nitride, silicon carbide, zinc selenide, diamond.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Method according to one of the preceding claims, further comprising:
Bereitstellen eines dritten Substrats (180), Providing a third substrate (180),
Herstellen einer Verbindung zwischen dem dritten Substrat (180) und der Bauelementschicht (123) nach dem Durchführen des Ätzprozesses, und Establishing a connection between the third substrate (180) and the device layer (123) after performing the etching process, and
Abtrennen des zweiten Substrats (150, 151 ) von der Bauelementschicht (123). Separating the second substrate (150, 151) from the device layer (123).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem zweiten oder dritten Substrat mit der Bauelementschicht (123) eine Verbindungsschicht (170) eingesetzt wird, wobei die Verbindungsschicht (170) eines der folgenden Materialien auf- weist: Method according to one of the preceding claims, wherein for establishing a connection between the second or third substrate with the component layer (123) a connection layer (170) is used, wherein the connection layer (170) of one of the following materials has:
Metall, metallische Legierung, Lotmittel, leitfähiger Klebstoff. Metal, metallic alloy, solder, conductive adhesive.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Substrat oder das dritte Substrat (180) ein metallisches Material aufweist. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the second substrate or the third substrate (180) comprises a metallic material.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Substrat (150, 151 ) und die Bauelementschicht (123) über ein thermisch lösbares Lackmaterial (140) verbunden werden. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the second substrate (150, 151) and the device layer (123) via a thermally dissolvable paint material (140) are connected.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ätzpro- zess ein trockenchemischer Ätzprozess ist. 10. The method of claim 1, wherein the etching process is a dry chemical etching process.
PCT/EP2010/066447 2009-12-15 2010-10-29 Production of a component WO2011082857A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009054659.6 2009-12-15
DE200910054659 DE102009054659A1 (en) 2009-12-15 2009-12-15 Production of a component

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011082857A2 true WO2011082857A2 (en) 2011-07-14
WO2011082857A3 WO2011082857A3 (en) 2011-11-03

Family

ID=43636455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/066447 WO2011082857A2 (en) 2009-12-15 2010-10-29 Production of a component

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE102009054659A1 (en)
TW (1) TW201126649A (en)
WO (1) WO2011082857A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014202886A1 (en) * 2013-06-19 2014-12-24 Soitec Method for transferring a layer of circuits

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3108777A1 (en) * 2020-03-24 2021-10-01 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives method of manufacturing a semiconductor structure by transferring thumbnails onto a support substrate
DE102021206965A1 (en) 2021-07-02 2023-01-05 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6774010B2 (en) * 2001-01-25 2004-08-10 International Business Machines Corporation Transferable device-containing layer for silicon-on-insulator applications
DE102004023405B4 (en) * 2004-05-12 2006-07-13 Infineon Technologies Ag Dicing ultra-thin wafer in to multiple integrated circuits, by fixing carrier wafer to front of product wafer, forming separating trenches between integrated circuits
TWI413152B (en) * 2005-03-01 2013-10-21 Semiconductor Energy Lab Manufacturing method of semiconductor device
DE102005047081B4 (en) * 2005-09-30 2019-01-31 Robert Bosch Gmbh Process for the plasma-free etching of silicon with the etching gas ClF3 or XeF2
JP2008053250A (en) * 2006-08-22 2008-03-06 Sony Corp Process for fabricating semiconductor device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014202886A1 (en) * 2013-06-19 2014-12-24 Soitec Method for transferring a layer of circuits
FR3007576A1 (en) * 2013-06-19 2014-12-26 Soitec Silicon On Insulator METHOD OF TRANSFERRING A LAYER OF CIRCUITS.
CN105324837A (en) * 2013-06-19 2016-02-10 Soitec公司 Process for transferring a layer of circuits
KR20160021784A (en) * 2013-06-19 2016-02-26 소이텍 Method for transferring a layer of circuits
US9583531B2 (en) 2013-06-19 2017-02-28 Soitec Process for transferring circuit layer
KR102231571B1 (en) 2013-06-19 2021-03-24 소이텍 Method for transferring a layer of circuits

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011082857A3 (en) 2011-11-03
DE102009054659A1 (en) 2011-06-16
TW201126649A (en) 2011-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011054035B4 (en) A method of manufacturing a composite wafer having a graphite core and a composite wafer having a graphite core
EP1327267B1 (en) Method for the production of a semiconductor component made from gan
EP1604390B9 (en) Method for the production of stress-relaxed layer structure on a non-lattice adapted substrate and utilization of said layer system in electronic and/or optoelectronic components
WO2011051499A1 (en) Method for producing silicon semiconductor wafers comprising a layer for integrating iii-v semiconductor components
DE112010002423T5 (en) FRONT END LIGHTING OF LIGHT EMITTING DIODE (WIRE) AND WIRE RESULTING DEVICES
DE102018102415B4 (en) WAFER COMPOSITION AND PROCESS FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR COMPONENT
DE102014106823B9 (en) Process for the production of semiconductor devices with a glass substrate and semiconductor devices with glass substrate
DE112019000892T5 (en) PROCESS AND STRUCTURE OF ELECTRONIC SINGLE CRYSTAL COMPONENTS WITH IMPROVED VOLTAGE EXTERNAL AREAS DUE TO THE INTRODUCTION OF POLLUTION
DE102015102718B4 (en) A method of manufacturing a plated lead frame semiconductor device
DE102013105035A1 (en) Method for producing an optoelectronic semiconductor chip
WO2013045181A1 (en) Method for producing an optoelectronic semiconductor chip and optoelectronic semiconductor chip
DE112013004330T5 (en) Pseudosubstrate with improved utilization efficiency of a single crystal material
DE102012110603B4 (en) Method for separating semiconductor dies by means of a material modification
DE102016116499A1 (en) Method of forming semiconductor devices and semiconductor devices
DE102014104103A1 (en) Method and substrate for thick III-N epitaxial layers
DE102013112646B4 (en) Process for the low-voltage production of semiconductor components
DE102014101283A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing a semiconductor device
WO2018109193A1 (en) Method for producing a semiconductor component
DE102011088732B4 (en) Method of making a plug in a semiconductor body
WO2011082857A2 (en) Production of a component
EP1497855B1 (en) Method for producing one or more monocrystalline layers, each with a different lattice structure, on one plane of a series of layers
DE102014110884B4 (en) Process for the production of optoelectronic semiconductor chips
DE102014116834B4 (en) Single semiconductor chip having a masking structure which is part of chip-singulation-kerf areas and defines these, method for forming a semiconductor chip and associated wafers
DE102013107380B4 (en) A method of forming a semiconductor device
WO2011051500A1 (en) Method for fabricating semiconductor wafers for the integration of silicon components with hemts, and appropriate semiconductor layer arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10778921

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10778921

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2