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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe.
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In
zunehmendem Maße
werden Halbleiterbauelemente unter Verwendung eines sehr dünnen Halbleitergrundmaterials
hergestellt. Solche Halbleiterbauelemente finden Verwendung in Chipkarten, Solarzellen,
integrierten Schaltungen und Einzelhalbleiterbauelementen wie z.
B. Transistoren und Dioden.
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Herkömmlicherweise
werden dünne
Halbleiterscheiben, auch als Wafer bekannt, hergestellt, indem eine
konventionelle Halbleiterscheibe auf eine Trägerscheibe aufgeklebt wird
und dann die freie Oberfläche
der Halbleiterscheibe mechanisch und/oder chemisch solange bearbeitet
wird bis die gewünschte
Zieldicke eingestellt ist. Anschließend wird die gedünnte Halbleiterscheibe
wieder von dem Trägerwafer
abgenommen.
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Eine
andere Methode ist es, die Halbleiterscheibe nicht auf eine Trägerscheibe
aufzukleben, sondern mit einer anderen Halbleiterscheibe durch eine
gemeinsame Oxidschicht zu „bonden". Weitere Möglichkeiten
zur Verbindung der Halbleiterscheibe mit der Trägerscheibe sind durch Ausbilden
z.B. eines Vakuums oder elektrostatischer Kräfte bekannt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
eines dünnen
Halbleitersubstrats, insbesondere eines dünnen Halbleitersubstrats ohne
große
Dickenschwankungen bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen einer Halbleiterscheibe umfasst folgende Schritte:
- – Bereitstellen
eines Halbleitersubstrats aus einem ersten Halbleitermaterial mit
einer ersten Oberfläche
und einer zweiten Oberfläche,
die der ersten Oberfläche
gegenüberliegt,
- – epitaktisches
Aufbringen einer ersten Halbleiterschicht aus einem zweiten Halbleitermaterial
auf der zweiten Oberfläche,
- – zumindest
teilweises Entfernen des Halbleitersubstrates von der ersten Halbleiterschicht.
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Durch
den Epitaxieschritt kann eine sehr genaue und homogene erste Halbleiterschicht
hergestellt werden, die sehr geringe Dickenschwankungen aufweist.
Außerdem
erlaubt die Verwendung zweier unterschiedlicher Halbleitermaterialien
beim Halbleitersubstrat und bei der ersten epitaktischen Halbleiterschicht
ein selektives Entfernen des Halbleitersubstrats von der ersten
Halbleiterschicht z. B. durch Ätzung.
Somit kann die Dünnung
des Verbundes aus Halbleitersubstrat und erster Halbleiterschicht
selbstjustiert durchgeführt
werden, weil die selektive Ätzung
des ersten Halbleitermaterials beim Übergang zu dem zweiten Halbleitermaterial
endet. Die zurückbleibende
erste Halbleiterschicht bildet die Halbleiterscheibe mit der gewünschten
Zieldicke.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Eine
Ausführungsform
des erfingunsgemäßen Verfahren
sieht ein epitaktisches Aufbringen einer zweiten Halbleiterschicht
aus einem dritten Halbleitermaterial auf der ersten Halbleiterschicht
bis zur gewünschten
Zieldicke vor, dadurch kann die zweite Halbleiterschicht ein drittes
Halbleitermaterial aufweisen, das für die darin auszubildenden
Halbleiterbauelement optimiert ist, während die erste Halbleiterschicht
ein zweites Halbleitermaterial aufweist, das als Ätzstopschicht
für die
selektive Ätzung
des ersten Halbleitermaterials optimiert ist. Außerdem können durch unterschiedliche
Halbleitermaterialien spezielle Halbleiterbauelemente, wie z.B.
Hetero-Bipolartransistoren ausgebildet werden.
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Eine
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass nach dem zumindest teilweisen Entfernen des Halbleitersubstrats
auch die erste Halbleiterschicht zumindest teilweise entfernt wird.
Die erste Halbleiterschicht aus einem zur zweiten Halbleiterschicht
unterschiedlichen Halbleitermaterial kann ebenfalls selektiv, z.
B. durch Ätzen,
entfernt werden, weil die Ätzung
der ersten Halbleiterschicht am Übergang
zur zweiten Halbleiterschicht aufgrund der unterschiedlichen Halbleitermaterialien endet.
Die so entstehende Halbleiterscheibe weist somit eine noch geringere
Dicke auf und ist ebenfalls sehr homogen und ohne Dickenschwankungen.
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Bevorzugterweise
erfolgt das Entfernen des Halbleitersubstrats und der ersten Halbleiterschicht zumindest
in einer Endphase durch Ätzen.
Die Ätzung
erlaubt in sehr gut beherrschbarer Weise das selektive Entfernen
der einzelnen Halbleitermaterialien.
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Eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es, wenn vor dem Ätzen
eine Vorrichtung als Ätzmaske
an der ersten Oberfläche
des Halbleitersubstrates angebracht wird, wobei die Vorrichtung
einen äußeren Bereich
der ersten Oberfläche
bedeckt und eine Öffnung
begrenzt, die einen inneren Bereich der ersten Oberfläche des
Halbleitersubstrates freilässt
und wobei die Vorrichtung nach dem Ätzen wieder entfernt wird.
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Dadurch
ist es möglich,
einen Stützring
für die
dünne Halbleiterscheibe
auszubilden, der eine Verwerfung oder ein Brechen der dünnen Halbleiterscheibe
beim weiteren Bearbeiten und Transport der Halbleiterscheibe verhindert.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Vorrichtung vorgefertigt
ist. Eine solche Vorrichtung lässt
sich wieder verwenden und erlaubt somit ein kostengünstiges
und einfaches Herstellen eines Stützrings an der dünnen Halbleiterscheibe.
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Eine
weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es, wenn vor dem zumindest teilweisen Ablösen des Halbleitersubstrats
in der ersten und/oder der zweiten Halbleiterschicht zumindest ein
Halbleiterbauelement ausgebildet wird. Somit wird erreicht, dass
die dünne
Halbleiterscheibe nicht unnötig
vielen Verfahrensschritten und den dazugehörigen Transportschritten ausgesetzt
ist, um eine ungewollte Zerstörung
der dünnen
Halbleiterscheibe zu vermeiden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 9 näher erläutert. Es
zeigen:
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1 bis 9:
Schematische Querschnittsansichten zur Darstellung einzelner Prozessschritte eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Halbleiterscheibe.
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In
den nachfolgenden Figuren sind die dargestellten Gegenstände nur
schematisch dargestellt und geben nicht die tatsächlichen Größen- und Dickenverhältnisse
wieder.
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1 zeigt
das Ergebnis eines ersten Prozessschrittes, bei dem ein Halbleitersubstrat 1 aus
einem ersten Halbleitermaterial wie z. B. Silizium bereitgestellt
wird. Das Halbleitersubstrat 1 ist beispielsweise eine
konventionelle Siliziumhalbleiterscheibe, auch Wafer genannt, die
es in verschiedenen Größen gibt.
Bevorzugterweise werden für
das erfindungsgemäße Verfahren
möglichst
große
Halbleiterscheiben, wie z. B. Scheiben mit 300 mm Durchmesser verwendet.
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Es
können
auch andere Halbleitermaterialien wie z. B. Siliziumkarbid, Galiumarsenit,
Indiumphosphit etc. für
das Halbleitersubstrat verwendet werden.
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2 zeigt
das Ergebnis eines zweiten Prozessschrittes, bei dem eine erste
Halbleiterschicht 2 aus einem zweiten Halbleitermaterial,
wie z. B. Siliziumgermanium auf dem Halbleitersubstrat 1 epitaktisch
aufgebracht wird. Als zweites Halbleitermaterial kann auch jedes
andere zum ersten Halbleitermaterial unterschiedliches Halbleitermaterial
verwendet werden, das epitaktisch auf das Halbleitersubstrat 1 abgeschieden
werden kann.
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3 zeigt
das Ergebnis eines optionalen dritten Prozessschrittes, bei dem
auf der ersten Halbleiterschicht 2 eine zweite Halbleiterschicht 3 aus
einem dritten Halbleitermaterial epitaktisch aufgebracht wird. Das
dritte Halbleitermaterial kann entweder wie das erste Halbleitermaterial
des Halbleitersubstrats 1 aus Silizium sein oder aus jedem
anderen zum zweiten Halbleitermaterial unterschiedlichen Halbleitermaterial
bestehen, das epitaktisch auf die erste Halbleiterschicht 2 abgeschieden
werden kann.
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4 stellt
eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dar, bei der nach dem epitaktischen Aufbringen der zweiten Halbleiterschicht 3 in
der zweiten Halbleiterschicht 3 Halbleiterbauelemente 4 ausgebildet
werden und an der freien Oberfläche 7 der
zweiten Halbleiterschicht dazugehörige Strukturen durch z.B.
Metallisierungsschichten erzeugt werden. In nicht dargestellter
Weise können
die Halbleiterbauelemente 4 und die dazugehörigen Strukturen
auch bereits in der ersten Halbleiterschicht 2 ausgebildet
werden. Auf die zweite Halbleiterschicht kann dann eventuell verzichtet
werden. Falls eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht
mit einem zur ersten Halbleiterschicht unterschiedlichem Halbleitermaterial
verwendet wird können
auch Hetero-Halbleiterbauelemente, die unterschiedliche Halbleitermaterialien
aufweisen, hergestellt werden, wie z.B. ein SiGe-Si Heterobipolartransitor
mit einen SiGe-Emitter auf der Rückseite.
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5 zeigt
das Ergebnis eines weiteren Prozessschrittes, bei dem die rückseitige
erste Oberfläche 8 des
Halbleitersubstrats 1 mechanisch, z. B. durch Schleifen,
bearbeitet wird und somit das Halbleitersubstrat 1 gedünnt wird,
bis eine erste Zieldicke erreicht wird.
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6 zeigt
das Ergebnis einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei dem entlang des umlaufenden Randes des Halbleitersubstrats 1 eine
vorgefertigte Vorrichtung 5 als Ätzmaske an der ersten Oberfläche 8 des
Halbleitersubstrats 1 angebracht wird, wobei die Vorrichtung 5 einen äußeren Bereich
der ersten Oberfläche 8 bedeckt
und eine Öffnung
begrenzt, die einen inneren Bereich der ersten Oberfläche 8 freilässt. Diese
vorgefertigte Vorrichtung 5 bildet also einen Ring auf
der ersten Oberfläche 8 und
umschließt außerdem den
Schichtstapel aus Halbleitersubstrat 1, erste Halbleiterschicht 2 und
zweite Halbleiterschicht 3. Außerdem bedeckt die Vorrichtung 5 die
an der Oberfläche 7 ausgebildete
Halbleiterbauelemente 4 und schützt diese vor schädlichen
Einflüssen
aus den nachfolgenden Verfahrensschritten.
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7 zeigt
das Ergebnis eines weiteren Prozessschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei
der die frei bleibende erste Oberfläche 8 des Halbleitersubstrats
einem isotropen Ätzmittel
ausgesetzt wird und somit das Halbleitersubstrat soweit entfernt
wird, dass nur noch ein schmaler Ring, entlang dem äußeren Rand
des Halbleitersubstrats 1, der von der Vorrichtung 5 bedeckt
wird, bestehen bleibt. Die Ätzung
endet selbstjustiert an dem Übergang
vom Halbleitersubstrat 1 zur ersten Halbleiterschicht 2,
wenn ein selektives Ätzmittel
verwendet wird, das nur auf das erste Halbleitermaterial wirkt, auf
das zweite Halbleitermaterial der ersten Halbleiterschicht aber
keine Wirkung zeigt.
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8 zeigt
das Ergebnis einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei
dem auch noch die erste Halbleiterschicht 2 selektiv und
anisotrop abgeätzt
wird, so dass ein Ring entlang des umlaufenden Randes an der zweiten Halbleiterschicht 3 bestehen
bleibt.
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9 zeigt
das Ergebnis einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei dem die Vorrichtung 5 wieder abgenommen wird und somit
eine dünne
Halbleiterscheibe aus der zweiten Halbleiterschicht 3 mit
den daran ausgebildeten Halbleiterbauelementen 4 und einem an
dem äußeren Rand
der Halbleiterscheibe ausgebildeten Stützrings 6, der sich
aus den Resten des Halbleitersubstrats 1 und der ersten
Halbleiterschicht 2 zusammensetzt, zurückbleibt.
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In
nicht dargestellter Weise kann in nachfolgenden Prozessschritten
die Halbleiterscheibe fertig prozessiert, der Stützring 6 z. B. durch
Lasertrennung entfernt und die Halbleiterbauelemente vereinzelt werden.
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Es
wird an dieser Stelle nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen,
dass die beschriebene Prozessabfolge nur beispielhaft für die Erfindung
angesehen wird. Es können
auch Prozessabfolgen mit nur einer oder auch mit 3 und
mehr aufeinander gestapelten Epitaxieschichten in Frage kommen.
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- 1
- Halbleitersubstrat
- 2
- erste
Halbleiterschicht
- 3
- zweite
Halbleiterschicht
- 4
- Halbleiterbauelement
- 5
- Vorrichtung, Ätzmaske
- 6
- Stützring
- 7
- Oberfläche
- 8
- erste
Oberfläche