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Dokumentenidentifikation DE102007025649A1 22.01.2009
Titel Verfahren zum Übertragen einer Epitaxie-Schicht von einer Spender- auf eine Systemscheibe der Mikrosystemtechnik
Anmelder X-FAB Semiconductor Foundries AG, 99097 Erfurt, DE
Erfinder Knechtel, Roy, Dr., 98716 Geraberg, DE;
Schwarz, Uwe, 99102 Niedernissa, DE
Vertreter Dorofejew, T., 99097 Erfurt
DE-Anmeldedatum 21.07.2007
DE-Aktenzeichen 102007025649
Offenlegungstag 22.01.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.01.2009
IPC-Hauptklasse B81C 1/00  (2006.01)  A,  F,  I,  20070721,  B,  H,  DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen einer Epitaxie-Schicht von einer Spenderscheibe auf eine Systemscheibe der Mikrosystemtechnik durch Bonden und Rückdünnen der Scheibe mit der Epitaxie-Schicht, mit dem eine sehr hochwertige einkristalline Siliziumschicht auf bereits gefertigte Strukturen der Systemscheibe aufgebracht wird. Um ein ungestörtes Bonden bis zum Waferrand zu ermöglichen, muss der im Epitaxie-Prozess entstehende unvermeidbare Wulst der Epitaxie-Schicht am Scheibenrand vor dem Bonden entfernt werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch einen Siliziumätzprozess, bei dem insbesondere die notwendige Lackmaske durch Randentlackung und Freibelichtung der Scheibenfase definiert wird. Dieses Verfahren bedarf somit keiner Fotomaske, ist damit sehr preiswert und kann auf unterschiedliche Randwulstgeometrien angepasst werden.

Beschreibung[de]

Prozesse bei denen durch Waferbonden und Rückdünnen bzw. Absprengen Schichten von einer Spender- auf eine Prozess- oder Systemscheibe übertragen werden sind seit mehreren Jahren bekannt ( Tong & Gössele „Semiconductor Wafer Bonding" ECS Monography ISBN 0-471-57481-3 ) und werden inzwischen auch industriell eingesetzt, z. B. zur Herstellung von SOI-(Silicon On Insulator) Wafern. In der Veröffentlichung DE 000010257097 B4, „Verfahren zur Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen (Microelectromechanical Systems: MEMS) mittels Silizium-Hochtemperatur-Fusionsbonden" wurde jedoch erstmals die Notwendigkeit zum Übertragen von Epitaxie-Schichten mittels Waferbonden erwähnt, um hinsichtlich ihres Volumens qualitativ hochwertige Siliziumschichten auf strukturierte Wafer aufzubringen. In der Praxis erwies sich das Bonden von Wafern mit Epitaxie-Schichten als problematisch, da sich beim Epitaxie-Prozess am Scheibenrand ein Wulst1

1
Wulst ist typisch für den Epitaxieprozess und kann Werder durch die Prozessführung noch durch Randbearbeitung des Wafers vor dem Epitaxie-Prozess verhindert werden
ergibt, der aufgrund seiner Höhe das Bonden am Waferrand über einen größeren Bereich hinweg verhindert. Da mit steigender Epitaxi-Schichtdicke der Randwulst in seiner Höhe zunimmt, kann z. B. beim Bonden von Absolutdrucksensorsubstraten (Bonden einer Epitaxie-Scheibe auf eine Scheibe mit geätzten Gruben) bis mehrer Zentimeter vom Rand weg nicht das benötige Vakuum eingeschlossen werden. Aus der Schrift DE 000010355728A1 „Verfahren und Anordnung zur Herstellung von Halbleitersubstraten mit vergrabenen Schichten durch Verbinden von Halbleiterscheiben (Bonden)" ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine mechanische Bearbeitung des Waferrandes der zu bondenden Scheibe vor der Oberflächenpolitur vorgenommen wird. Dies ist jedoch für die epitaxierten Wafer nicht anwendbar, da die mechanische Bearbeitung die Scheibenoberfläche beschädigt, so dass diese unbondbar würde. Eine Nachpolitur würde jedoch die gewünschten positiven Eigenschaften der Epitaxie-Schicht (z. B. Getterwirkung) stark beeinträchtigen, so dass der gewünschte Effekt nicht mehr erreicht wird. Die erwähnte Schrift zielt darauf, dass ein Bonden bis in den unmittelbaren Randbereich (<1 mm) möglich wird. Es steht ferner keine definierte Randabbruchkante der übertragenen Schicht im Mittelpunkt, da bei den adressierten Anwendungen in der Mikrosystemtechnik zumeist noch deutlich größerer Randausschlüsse typisch sind.

Zweck der Erfindung

Zweck der Erfindung ist eine Qualitätsverbeserung des Bondvorganges beim Übertragen einer Epitaxie-Schicht von einer Spenderscheibe auf eine Systemscheibe der Mikrosystemtechnik durch Bonden und Rückdünnen der Scheibe mit der Epitaxie-Schicht, um ein ungestörtes Bonden bis zum Waferrand zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung ein einfaches und kostengünstiges Verfahren vorzuschlagen, mit dem dieser Randwulst leicht entfernt werden kann, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet und ein sicheres, definiertes Bonden bis zum Scheibenrand ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischen Skizzen

1 den Querschnittes einer Spenderscheibe mit Epitaxieschicht,

2 die Draufsicht der Spenderscheibe mit Epitaxieschicht gemäß 1,

3 die Spenderscheibe mit Epitaxieschicht im Querschnitt, wobei der der Randwulst mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise beseitigt wurde,

4 die mit der Systemscheibe über die Epitaxieschicht verbundene Spenderscheibe und

5 die Systemscheibe mit der Epitaxieschicht nach dem Abtrag der Spenderscheibe.

Als Ausgang dient eine Spenderscheibe (1) auf der sich die zu transferierende Epitaxie-Schicht (2) mit dem typischen Randwulst (3) befindet. Zum Entfernen des Randwulstes wird auf die Epitaxi-Schicht ein fotoempfindlicher Lack (4) aufgebracht, der im Bereich des gebogenen Scheibenrandes (5) mittels Randentalckung und im Bereich der geraden Scheibenfase (6) durch Freibelichten und Entwickeln entfernt wird. Anschließend wird die Epitaxi-Schicht in dem durch die Lackmaske nicht mehr abgedeckten Randbereichen (5, 6) soweit zurückgeätzt, dass der Randwulst verschwindet, bzw. niedriger als die ursprüngliche Epitaxi-Schichtoberfläche (7) wird. Sollte für das Siliziumätzen dickerer Randwulste (3) der Epiteine-Schicht (2) die Lackmaskenschicht (4) nicht ausreichend widerstandsfähig sein, kann mit ihr auch eine Hartmaske (z. B. aus Siliziumdioxid) strukturiert werden, die dann als eigentliche Ätzmaske dient. Nach dem Entfernen der Maske (Lack- bzw. Hartmaske) wird die Spenderscheibe mit der präparierten Epitaxie-Schicht (2) gegen die Systemscheibe (9) mit vorgefertigten Strukturen (10) gebondet. Nach dem Entfernen der Spenderscheibe durch Rückdünnen oder Absprengen ist die Epitaxie-Schicht (2) auf die Systemscheibe (9) übertragen.

Das Freibelichten erfolgt zweckmäßigerweise durch die Verwendung einer Stepperanlage, wobei das Freibelichtungsfeld durch deren Blendenstellung definiert wird, so dass keine spezielle Belichtungsmaske benötigt wird. Durch die Kombination von Randentlackung und Freibelichtung steht ein flexibler Prozess zur Verfügung, der an verschiedene Randwulstgeometrien angepasst werden kann und nur geringe Kosten verursacht.

1
Spenderscheibe
2
Epitaxie-Schicht
3
Randwulst der Epitaxie-Schicht
4
fotoempfindliche Lackschicht
5
Bereich der Randentlackung
6
Bereich der Freibelichtung an Scheibenfase
7
abgesenkter Rand
8
gebondete Spenderscheibe mit Epitaxie-Schicht
9
Systemscheibe strukturiert
10
Systemscheibenstruktur
11
übertragene Epitaxie-Schicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • - DE 000010257097 B4 [0001]
  • - DE 000010355728 A1 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • - Tong & Gössele „Semiconductor Wafer Bonding" ECS Monography ISBN 0-471-57481-3 [0001]


Anspruch[de]
Verfahren zum Übertragen einer qualitativ hochwertigen Epitaxie-Schicht (2) von einer Spenderscheibe (1) auf eine strukturierte Mikrosystemtechnikscheibe (9) durch Waferbonden, bei dem vor dem Bonden der prozessbedingte Randwulst (3) der Epitaxie-Schicht (2) durch Ätzen entfernt wird, wobei zum Entfernen des Randwulstes (3) auf die Epitaxi-Schicht (2) eine fotoempfindliche Lackschicht (4) aufgebracht wird, die im Bereich des gebogenen Scheibenrandes (5) mittels Randentlackung und im Bereich der geraden Scheibenfase (6) durch Freibelichten und Entwickeln entfernt wird und anschließend die Epitaxi-Schicht (2) in dem durch die Lackmaske nicht mehr abgedeckten Randbereichen (5,6) soweit zurückgeätzt wird, so dass der Randwulst verschwindet, bzw. das entsprechende Gebiet niedriger als die ursprüngliche Epitaxi-Schichtoberfläche (7) wird, wonach nach dem Entfernen des fotoempfindlichen Lackes (4) die Spenderscheibe (1) mit Apitaxie-Schicht (2) über die Epitaxie-Schicht (2) mit der Systemscheibe (9) auf der Seite der Systemscheibenstruktur (10) durch Bonden verbunden wird und anschließend die Spenderscheibe (1) durch Rückdünnen von der Epitaxi-Schicht (2) entfernt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Freibelichten durch die Verwendung einer Stepperanlage, wobei das Freibelichtungsfeld durch deren Blendenstellung definiert wird, so dass keine spezielle Belichtungsmaske benötigt wird, erfolgt. Verfahren zum Übertragen einer qualitativ hochwertigen Epitaxie-Schicht (2) von einer Spenderscheibe (1) auf eine strukturierte Mikrosystemtechnikscheibe (9) durch Waferbonden, bei dem vor dem Bonden der prozessbedingte Randwulst (3) der Epitaxie-Schicht (1) durch Ätzen entfernt wird, wobei zum Entfernen des Randwulstes (3) auf die Epitaxi-Schicht (2) eine Oxidschicht und auf diese eine fotoempfindliche Lackschicht (4) aufgebracht wird, die im Bereich des gebogenen Scheibenrandes (5) mittels Randentlackung und im Bereich der geraden Scheibenfase (6) durch Freibelichten und Entwickeln entfernt wird und anschließend die Oxidschicht in dem durch die Lackmaske nicht mehr abgedeckten Randbereichen (5, 6) weggeätzt wird, worauf die restliche Lackschicht (4) entfernt wird und die Oxidschicht als Schutzschicht für eine folgende Ätzung dient, bei der der Randwulst zurückgeätzt wird, bzw. so geätzt wird, dass in dem Bereich ein Niveau niedriger als die ursprüngliche Epitaxi-Schichtoberfläche (7) erreicht wird, wonach die Oxidschicht abgelöst wird und danach die Spenderscheibe (1) mit Apitaxie-Schicht (2) über die Epitaxie-Schicht (2) mit der Systemscheibe (9) auf der Seite der Systemscheibenstruktur (10) durch Bonden verbunden wird und anschließend die Spenderscheibe (1) durch Rückdünnen von der Epitaxi-Schicht (2) entfernt wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Freibelichten durch die Verwendung einer Stepperanlage, wobei das Freibelichtungsfeld durch deren Blendenstellung definiert wird, so dass keine spezielle Belichtungsmaske benötigt wird, erfolgt.






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