DE102006048800B4

DE102006048800B4 - Mehrlagenschichtsystem mit hartem Träger zum Trägern von dünnen Wafern bei der Halbleiterherstellung

Info

Publication number: DE102006048800B4
Application number: DE102006048800.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Jakob
Original assignee: Nissan Chemical Corp
Current assignee: Nissan Chemical Corp
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2026-10-17
Also published as: DE102006048800A1

Abstract

Verfahren zum Behandeln von Wafern mit Bauelementen beim Abdünnen des Wafers (1, 2, 3) und dem späteren Vereinzeln der Bauelemente und den gegebenenfalls dazwischen liegenden Fertigungsschritten, wobei die Vorderseite des Wafers (1, 2, 3) mit den Bauelementen und einer bereits aufgebrachten Trennschicht (4) vor dem Abdünnen mit einem Schichtsystem überzogen wird, das zumindest aus einem Elastomer (5) und einer Scheibe aus Glas (6) oder einem, dem Glas in seiner mechanischen Festigkeit ähnlichen Material besteht, wobei die Elastomerschicht (5) in viskoser Form auf den Wafer aufgebracht wird und zwischen Wafer (1, 2, 3) und der Glasscheibe (6) oder dem dem Glas in seiner mechanischen Festigkeit ähnlichen Material verpresst wird, wobei die Elastomerschicht beim Verpressen bereits anfängt zu verhärten und/oder zu vernetzen.

Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung soll es erleichtern, dünnere Wafer zu fertigen und/oder sicherer zu bearbeiten und/oder den Fertigungsaufwand beim Herstellen von elektrischen Bauelementen und/oder Schaltungen, und/oder Sensoren u.s.w. zu reduzieren und/oder kostengünstiger zu gestalten und/oder - aber insbesondere - die Beschichtung der Rückseite des gedünnten Wafers ermöglichen und/oder erleichtern.
Stand der Technik
Die Verfahrensweise im Stand der Technik kann von Anwender zu Anwender abweichen. Generell wird jedoch wie folgt verfahren. Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen und Schaltungen (Dioden, Transistoren, IC 's, Sensoren etc.) werden auf Wafer (Scheiben aus Silizium, GaAs etc.) mittels verschiedener Technologien Strukturen, Schichten u.a. aufgebracht. Gegenwärtig werden diese Wafer nach Abschluss der hierzu notwendigen Fertigungsschritte auf der Vorderseite (aktive Seite bzw. Seite auf der sich die aufgebrachten Strukturen befinden) mit einer Schutzfolie oder einer sonstigen Schutzschicht versehen. Diese Folie bzw. Schicht hat die Aufgabe, die Waferoberseite und somit die aufgebrachten elektrischen und mechanischen Strukturen während des anschließend folgenden Dünnens des Wafers (durch Grinden, Läppen, Schleifen, Ätzen usw. der Rückseite) zu schützen. Nach Aufbringen der Folie oder Schicht wird der Wafer auf der rückwärtigen Seite abgedünnt. Dadurch wird die ursprüngliche Dicke des Wafers reduziert. Die verbleibende Restdicke wird nachhaltig von den zu erwartenden mechanischen Belastungen und/oder den nachfolgenden Prozessschritten bestimmt, die ohne signifikante Erhöhung einer Bruchgefahr überstanden werden müssen. Nach dem Abdünnen kann sich zur Verbesserung der Brucheigenschaften des Wafers eine chemische Behandlung der Waferrückseite anschließen. Nach eventuellen Reinigungsschritten wird die Schutzfolie von der Waferoberseite abgezogen bzw. entfernt. Es können sich nun eventuelle weitere Fertigungsschritte und/oder Maßnahmen der Verbesserung von Eigenschaften und/oder Untersuchungen anschließen. Vielfach wird die Rückseite des gedünnten Wafers mit einer metallischen Schicht überzogen. Dieses Beschichtungsverfahren erfolgt meist mittels Sputtern oder ähnlichen Abscheideverfahren im Vakuum und bedingt vielfach thermische Belastung und/oder thermische Unterstützung. Danach wird der Wafer mit der Rückseite nach unten (aktive Seite nach oben) auf eine Sägefolie (Expansionsfolie bzw. Rahmen) aufgelegt. Abschließend erfolgt das Sägen des Wafers (Vereinzeln der Bauteile) mittels Rotationstrennscheiben oder anderer mechanischer Sägevorrichtungen. Vereinzelt kommen hierbei auch bereits Lasertrennverfahren zur Anwendung. Vereinzelt werden Wafer hierbei auch gebrochen, wobei vereinzelt unterstützende Verfahren des Ritzens zur Anwendung gelangen. Mit den herkömmlichen Verfahren ist es sehr schwierig, dünne Wafer zu behandeln bzw. herzustellen. Diese Schwierigkeiten ergeben sich u.a. aus dem Umstand, dass der Wafer nach dem Abdünnen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden muss. Diese Belastungen treten u.a. auf:

a) während des Abziehens der Schutzfolie bzw. Schutzschicht, die während des Abdünnens die Wafervorderseite schützt,
b) während des Auflegens des Wafers auf die Sägefolie, und
c) während des Transportes zwischen dem Abdünnen und dem Vereinzeln des Wafers und aller eventuell dazwischen geschalteten Fertigungsschritte, insbesondere aber bei der Beschichtung der Rückseite, wobei es unerheblich ist, ob dieser Beschichtungsprozess vor oder nach dem Vereinzeln des Wafers stattfindet.

Alternativ zu den aufgezeigten Verfahren werden heute schon Verfahren zur Anwendung gebracht und/oder entwickelt, bei denen der Wafer auf der Oberfläche (der strukturierten Seite) bereits vor dem Dünnungprozess mittels Schleifen von Ritzstrukturen und/oder Ritzen und/oder chemischen Ätzen und oder Plasmaätzen von Gräben und/oder Strukturen so strukturiert wird, dass diese Strukturen während des sich anschließenden Dünnungsprozesses mittels mechanischer und oder chemischer Verfahren freigelegt werden und somit dabei eine Vereinzelung des Wafers stattfindet.
In der WO 2004/ 051 708 A2 wird nunmehr ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Trennschicht zur Anwendung kommt. Diese Trennschicht wird hierbei vorzugsweise direkt auf die aktive Seite des Wafers aufgebracht und mittels geeigneter Materialien verstärkt. Hierbei übernimmt dieses Material die Funktion eines Trägers, der mittels der Trennschicht wieder vom Wafer abgelöst werden kann.
In der DE 10 2006 009 394 A1 wird in Anspruch 2 eine Trägerschicht beschrieben, die zumindest aus einem Elastomer und einer harten Schicht besteht.
Weitere Dokumente aus dem beschriebenen Technologiefeld sind die US 2005 / 0 221 598 A1 und US 2004 / 0 038 469 A1 .
Nachteile des Standes der Technik
In der als Stand der Technik aufgeführten WO 2004/ 051 708 A2 wird eine Trägerschicht erwähnt, die hinsichtlich ihrer technologischen Gestaltung nicht weiterführend beschrieben ist.
Die in der DE 10 2006 009 394 A1 beschriebene harte Schicht besteht vorzugsweise aus einem Polyimid oder Polyamid. Nachteilig erweist sich hierbei, dass die beschriebene Lösung hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser harten Schicht an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Wafer und hierbei vornehmlich an Silizium angepasst werden muss. Dieses ist notwendig, da der Wafer zusammen mit seinem Träger während der zu durchlaufenden Fertigungsschritte verschieden hohen thermischen Belastungen ausgesetzt wird. So die Wärmeausdehnungskoeffizienten der harten Schicht und des Wafers voneinander abweichen, ergeben sich Zug- und Dehnungsspannungen, die zu ungewünschtem Durchbiegen des gesamten Systems (Wafer und Träger) führen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das in der DE 10 2006 009 394 A1 beschriebenen Verfahren zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Zur Anwendung für die harte Schicht kommen hierbei folgende Materialien:

- Glas, modifizierte Gläser oder den Eigenschaften von Glas ähnliche Materialien
- Materialien, die dem Material des zu trägerndem Wafers gleich oder ähnlich sind.

Ausgehend von einer Waferoberfläche, die mittels einer Trennschicht überzogen ist, wird nunmehr ein Schichtverbund aufgebracht und mit der Waferoberfläche verbunden oder verpresst. Der Schichtverbund besteht vorzugsweise aus zwei Schichten, wobei unerheblich ist, dass erweitere Schichten beinhalten kann. Die erste Schicht des Schichtverbundes besteht aus einem Elastomer wie Silikon oder ein Material ähnlicher Eigenschaft. Die zweite Schicht des Schichtverbundes besteht vorzugsweise aus einem Glas oder dem Material des zu trägerndem Wafers.
Die erste Schicht, welche aus einem Elastomer besteht, soll beim Aufbringen ausreichend weich sein, die Topographie der Waferoberfläche, vorzugsweise aber eventuelle Bumps zu umschließen bzw. vollflächig zu beschichten. Hierbei ist es möglich, dass diese Schicht flüssig in Form von geeignetem Spinn- oder Spraycoating oder anderen Technologien zum Aufbringen flüssiger Materialien aufgebracht und verpresst wird. Nach dem Aufbringen dieser Schicht wird das aufgebrachte Material verhärtet und/oder vernetzt. Dieses kann durch Zuführen oder Entziehen von Energie in Form von Licht, Wärme oder Druck usw. erfolgen oder aber auch durch geeignete chemische und/oder mechanische Reaktionen erfolgen. Es kann aber vorteilhaft sein, dass diese Verhärtung und/oder Vernetzung der ersten Schicht erst nach dem Aufbringen der zweiten Schicht erfolgt. Diese beschriebene erste Schicht wird unmittelbar auf die Waferoberfläche, vorzugsweise also auf der aktiven Seite des Wafers und deren aufgebrachte Trennschicht aufgetragen.
Nach dem Aufbringen der ersten Schicht wird nunmehr eine zweite Schicht aufgetragen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Schicht ausreichender mechanischer Stabilität, um später den Wafer im gedünnten Zustand ausreichen mechanisch stabilisieren zu können. Vorzugweise wird hierbei eine Scheibe aus einem Glas Anwendung erfahren. Es können aber auch andere Scheiben - wie Wafer - zur Anwendung gelangen, so sie ausreichen mechanische und chemische Stabilität besitzen.
Zum Aufbringen des Schichtverbundes, bestehend aus den beiden beschriebenen Schichten, bieten sich vorzugsweise zwei alternative Verfahren an.
Das erste Verfahren beruht darauf, dass die erste Schicht, welche vorzugsweise aus einem Elastomer besteht, in flüssiger (viskoser) Form auf die aktive Seite des Wafers und seiner Trennschicht aufgetragen wird. Nunmehr wird die zweite Schicht, welche vorzugsweise aus einer Glasscheibe besteht, über der aktiven Seite des Wafers fixiert und nunmehr vorzugsweise unter Vakuum mit dem Wafer planparallel verpresst. Hierbei soll sich das Material der ersten Schicht vorzugsweise so verteilen, dass eine ganzflächige Verteilung auf der Waferoberfläche möglichst ohne Einschlüsse von Luft oder Blasen erzielt wird. Es ist hierbei erfindungsgemäß, dass das Material der ersten Schicht hierbei bereits anfängt zu verhärten und/oder zu vernetzen. Dieses Verhärten der ersten Schicht kann bereits unter Druck erfolgen. Es kann vorteilhaft sein, den Wafer zusammen mit dem aufgebrachten Schichtverbund an einer anderen Stelle zu positionieren, an der dann das Verhärten und/oder Vernetzen der ersten Schicht erfolgen und/oder fortgesetzt werden soll. Dieses kann durch Zuführen oder Entziehen von Energie in Form von Licht, Wärme oder Druck erfolgen oder aber auch durch geeignete chemische und/oder mechanische Reaktionen wie z.B. Vulkanisieren erfolgen. Vorzugsweise ist der Wafer nunmehr auf seiner aktiven Seite mit einer Trennschicht überzogen, an die sich eine Schicht aus einem Elastomer anschließt und an die sich wiederum eine Schicht aus einem Glas anschließt. So vorteilhaft, kann es wünschenswert sein, diese zweite Schicht aus Glas wieder abzuziehen. Vorzugsweise ist sie aber mit der ersten Schicht fest verbunden und verbleibt auf dem Wafer.
Alternativ zu dem geschilderten Aufbringen des Elastomers der ersten Schicht, kann es vorteilhaft sein, dieses in Form einer Glasscheibe mit einer elastomeren Beschichtung aufzubringen. Hierbei würde eine Scheibe Anwendung erfahren, die beispielhaft aus einem Glas bestehen würde, auf der sich eine weitere Schicht aus einem Elastomer befinden würde. Dieses Schichtsystem könnte in Form eines fertig konfektionierten Glasträgers Anwendung erfahren. Der Glasträger würde nunmehr über der aktiven Seite des Wafers und seiner Trennschicht fixiert und vorzugsweise unter Vakuum mit dem Wafer planparallel verpresst werden. Hierbei sollte der Anpressdruck ausreichend sein, dass das Material der ersten Schicht (Elastomer) des Schichtsytems sich ausreichend verteilt, dass eine ganzflächige Verteilung auf der Waferoberfläche möglichst ohne Einschlüsse von Luft oder Blasen erzielt wird. Es ist hierbei erfindungsgemäß, dass das Material der ersten Schicht hierbei bereits anfängt zu verhärten und/oder zu vernetzen. Dieses Verhärten der ersten Schicht kann bereits unter Druck erfolgen. Es kann vorteilhaft sein, den Wafer zusammen mit dem aufgebrachten Schichtverbund an einer anderen Stelle zu positionieren, an der dann das Verhärten und/oder Vernetzen der ersten Schicht erfolgen und/oder fortgesetzt werden soll. Dieses kann durch Zuführen oder Entziehen von Energie in Form von Licht, Wärme oder Druck erfolgen oder aber auch durch geeignete chemische und/oder mechanische Reaktionen wie z.B. Vulkanisieren erfolgen. Vorzugsweise ist der Wafer nunmehr auf seiner aktiven Seite mit einer Trennschicht überzogen, an die sich eine Schicht aus einem Elastomer anschließt und an die sich wiederum eine Scheibe aus Glas anschließt. So vorteilhaft, kann es wünschenswert sein, diese Glasscheibe wieder abzuziehen. Vorzugsweise ist sie aber mit der ersten Schicht fest verbunden und verbleibt auf dem Wafer.
Es kann vorteilhaft sein, die beiden beschriebenen Schichten durch weitere Schichten und/oder Folien zu ergänzen. Es kann sich hierbei um Schichten handeln, die eine Haftvermittlung zur Trennschicht und/oder zwischen den beiden Schichten (Elastomer und Glas) gewährleisten oder gezielt reduzieren. Weiterhin ist es unter Umständen wünschenswert, die zweite Schicht auf ihrer freien Seite mittels geeigneter Schichten zu ergänzen.
Beide beschriebenen Alternativen bieten die Möglichkeit der Anpassung an sich möglicherweise verändernde Anforderungen an den Träger. Mittels der Dicke und der mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften des Materials der ersten Schicht (vorzugsweise ein Elastomer) kann den Anforderungen unterschiedlicher Topographien und/oder Höhen der Bumps entsprochen werden. Weiterhin lässt sich das Abtrennen von der Topographie (insbesondere aber von den Bumps) durch eine optimierte Shorehärte des Materials beeinflussen. Mittels der Dicke und der mechanischen Eigenschaften der zweiten Schicht (vorzugsweise eine Glasscheibe) kann den Anforderungen unschiedlich großer und/oder unterschiedlich dicker Waferbeim Handling entsprochen werden.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht die Realisierung wesentlicher technologischer Vorteile in der Fertigung und die Handhabung von Wafern bei der Herstellung von elektrischen Bauelementen, IC's, Sensoren usw. Mit dem Verfahren wird die Fertigung vereinfacht und kostengünstiger gestaltet. Weiterhin können geringere Waferscheibendicken einfacher, wirtschaftlicher und sicherer realisiert werden. Insbesondere aber kommt ein Träger zur Anwendung, der als Schichtsystem - zumindest aus einer plamapolymeren Trennschicht und einer Glasscheibe oder Scheibe ähnlicher mechanischer Eigenfestigung - eine hohe mechanische Stabilität aufweist. Insbesondere ist der beschriebene Träger bezüglich seines Wärmeausdehnungskoeffizienten gut an das Material des Wafers angepasst.
Über die Vorteile der WO 2004/ 051 708 A2 hinaus ergeben sich Vorteile bei der wirtschaftlichen und effizienten Beschichtung eines Trägers für dünne Wafer.
Insbesondere die beschriebene Verfahrensweise, bei der der Träger mittels eines Schichtsystems aus einer Lage Elastomer und einer Glasscheibe Anwendung erfährt, verhindert, dass der Wafer und sein Träger durch mechanische Kräfte wie Eigenlast oder durch thermischen Einfluß unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten verbogen oder anderweitig verformt wird.
Beispielbeschreibung
Angenommene Voraussetzung ist, dass der Wafer bereits die Fertigungsschritte zum Aufbringen der elektrischen Bauelemente und/oder der mechanischen Strukturierung oder Schichten maßgeblich durchlaufen hat. Es hat nunmehr einen Durchmesser von 200mm, eine Dicke von 800µm und besitzt auf seiner aktiven Seite Bumps mit einer Höhe von 80µm. Der Wafer soll abschließend auf eine Restdicke von 50µm gedünnt werden.
Der Wafer wurde nunmehr mittels eines CVD-Verfahrens mit einer Trennschicht auf seiner aktiven Seite überzogen. Danach kann es vorteilhaft sein, dass die Oberfläche mittels eines Sauerstoffplasmas aktiviert wird.
Über den Wafer wird nunmehr ein Foliensystem fixiert, welches aus einer 200µm dicken Schicht aus einem Silikonelastomer (diese ist der Waferoberfläche zugewandt) und einer 800µm dicken Glasscheibe (diese ist der Waferoberfläche abgewandt) besteht. In einem Bonder, wie er von Firmen wie der EV Group in Schärding / Österreich angeboten wird, wird dieses nunmehr unter Vakuum mit der Waferoberfläche so verpresst, dass das Elastomer die gesamte Waferoberfläche beschichtet. Es hinterschneidet hierbei auch die Bumps ohne dass hierbei Lufteinschlüsse oder Blasen verbleiben. Noch unter dem Druck des Bonders wird thermische Energie zugeführt, um die Vernetzung des Elastomers zu starten. Nach einer Zeit von drei Minuten kann nunmehr der Wafer zusammen mit dem Träger - der aus einem Elestomer und der Glasscheibe besteht - dem Bonder entnommen werden. Es kann vorteilhaft sein, dem Träger weitere thermische Energie zuzuführen, um den Vorgang der Vernetzung des Elastomers abzuschließen. Abschließend wird der überstehende Rand des Trägers vom Wafers mittels eines Trimmers abgeschnitten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen nicht maßstabsgerecht: 1
zeigt einen Träger bestehend aus einer Glasscheibe 6 und einer Schicht Elastomer 5 (z.B. Silikon). Der Träger ist zum Schutz auf der Seite des Elastomers mit einer Folie 9 überzogen, welche vor dem Aufbringen der Folie auf dem Wafer abgezogen wird. Erste Schicht des Trägers (Elastomer) bezeichnet mit 5 Zweite Schicht des Trägers (vorzugsweise Glas) bezeichnet mit 6 Schutzfolie bezeichnet mit 9
2
Zeigt einen Träger aus 1 nach Entfernen der Schutzfolie 9, welcher mit einem Wafer 1 auf dessen strukturierter Seite verpresst (gebondet) wurde.
Wafer bezeichnet mit 1
Strukturierte (aktive) Zone des Wafers bezeichnet mit 2
Schutzschicht (Passivierung) der strukturierten (aktiven) Zone des Wafer bezeichnet mit 3 Trennschicht bezeichnet mit 4 Erste Schicht des Trägers (Elastomer) bezeichnet mit 5 Zweite Schicht des Trägers (vorzugsweise Glas) bezeichnet mit 6 Bumps bezeichnet mit 7
Eventuelle Ritz- oder Ätzgräben bezeichnet mit 8

Claims

Verfahren zum Behandeln von Wafern mit Bauelementen beim Abdünnen des Wafers (1, 2, 3) und dem späteren Vereinzeln der Bauelemente und den gegebenenfalls dazwischen liegenden Fertigungsschritten, wobei die Vorderseite des Wafers (1, 2, 3) mit den Bauelementen und einer bereits aufgebrachten Trennschicht (4) vor dem Abdünnen mit einem Schichtsystem überzogen wird, das zumindest aus einem Elastomer (5) und einer Scheibe aus Glas (6) oder einem, dem Glas in seiner mechanischen Festigkeit ähnlichen Material besteht, wobei die Elastomerschicht (5) in viskoser Form auf den Wafer aufgebracht wird und zwischen Wafer (1, 2, 3) und der Glasscheibe (6) oder dem dem Glas in seiner mechanischen Festigkeit ähnlichen Material verpresst wird, wobei die Elastomerschicht beim Verpressen bereits anfängt zu verhärten und/oder zu vernetzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elastomer (5) die Topographie des Wafers (1, 2, 3) einbettet und/oder vollständig umschließt und hinsichtlich seiner Shorehärte ein späteres Ablösen von dieser ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Glasscheibe (6) oder das dem Glas in seiner mechanischen Festigkeit ähnliche Material die mechanische Stabilität eines Trägers gewährleistet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schichtsystem als fertig konfektioniertes System Anwendung findet.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei das Elastomer ein Silikon ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 3, wobei die Scheibe (6) in Form eines Glaswafers Anwendung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 3, wobei die Scheibe (6) in Form eines Wafers Anwendung erfährt.