DE19547284C1 - Verfahren zur Bearbeitung von gedünnten Halbleiterscheiben - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es oftmals nötig, Fertigungsprozesse an bereits gedünnten Halbleiter­ scheiben (Wafers) durchzuführen. Aufgrund der häufig äußerst geringen Dicke dieser Scheiben (ca. 100 µm) kann es hierbei vermehrt zum Bruch der Scheiben kommen. Das führt in der Re­ gel zu einer deutlichen Reduzierung der Ausbeute brauchbarer Bauelemente. Um die Gefahr des Brechens bei der Bearbeitung gedünnter Halbleiterscheiben zu vermindern, werden geeignete Subträger (z. B. Folien, Glas- oder Saphirplättchen) verwen­ det. Auf dieses Trägermaterial wird die gedünnte Halbleiter­ scheibe mit Klebemittel aufgebracht. Träger- und Klebermate­ rial müssen hierbei so gewählt werden, daß sie widerstandsfä­ hig gegen die nachfolgend durchzuführenden Prozeßschritte sind. Das anschließende Ablösen der Halbleiterscheiben von diesen Subträgern erfolgt meist unter Einwirkung von Wärme und/oder Lösungsmitteln. Üblicherweise werden die Scheiben anschließend noch mit Lösungsmittel gereinigt. Eine derartige Vorgehensweise ist z. B. aus der US 4 266 334 bekannt.

Bei der Herstellung z. B. von Multichipmodulen (MCM) und in­ tegrierten Schaltungen finden Schichten auf der Basis von Benzocyclobuten seit längerem Verwendung. Die Verwendung und die Eigenschaften dieses Stoffes sind z. B. in den Veröffent­ lichungen von D. Burdeaux et al. in J. Electron. Mat. 19, 1357 bis 1366 (1990), von M. J. Berry et al. in Proceedings of ECTC 1990, 746 bis 750, von S. Bothra et al. in J. Electron. Mat. 23, 819 bis 825 (1994), von P.E. Garrou et al. in IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufactu­ ring Technology 16, 46 bis 51 (1993) und von M. Schier in J. Electrochem. Soc. 142, 3238 bis 3240 (1995) beschrieben. Schichten aus Benzocyclobuten, im folgenden mit BCB abge­ kürzt, dienen auch als Planarisierungsschichten, um Oberflä­ chentopographien auszugleichen, oder als dielektrische Zwi­ schenschichten, um z. B. die Hochfrequenzeigenschaften von Bauelementen zu optimieren. Von der Firma Dow Plastics der Dow Chemical Company wird in Mesitylen gelöstes BCB unter der Bezeichnung Cyclotene 3022® angeboten. Das BCB ist bereits teilweise vorpolymerisiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bearbeitung von gedünnten Halbleiterscheiben anzugeben, das einfach durchführbar ist und den Bruch von Halbleiterscheiben weitgehend vermeidet.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine gedünnte Halb­ leiterscheibe, die weiteren Prozeßschritten unterworfen wer­ den soll, durch Aufbringen einer Schicht aus einem organi­ schen Polymer stabilisiert. Die rückwärtige Oberseite der Scheibe, die derjenigen Oberseite, die weiter bearbeitet wer­ den soll, gegenüberliegt, wird mit einer Schicht aus einem polymerisierbaren Material beschichtet. Dieses Material kann bereits teilweise vorpolymerisiert sein. Nach dem Aufbringen der Schicht wird das Material soweit polymerisiert, daß eine ausreichende mechanische Stabilisierung der gedünnten Halb­ leiterscheibe erzielt wird. Die gegenüberliegende Seite kann dann weiteren Prozeßschritten unterworfen werden, wonach die polymerisierte Schicht z. B. mittels eines anisotropen Ätz­ verfahrens rückstandsfrei entfernt wird. Als Material für diese Stabilisierungsschicht ist insbesondere BCB geeignet. Das in Mesitylen gelöste, vorpolymerisierte BCB Cyclotene 3022® der Firma Dow Plastics ist in verschiedenen Graden der Vorpolymerisation erhältlich und kann durch Wärmebehandlung nahezu vollständig polymerisiert werden. Während des Polyme­ risationsvorgangs verändert sich das vorher gelartige BCB zu einer Schicht mit glasartigem Charakter.

In der beigefügten Figur ist das Verfahren im Schema darge­ stellt. Auf der Rückseite einer Halbleiterscheibe SC ist eine Schicht aus BCB aufgebracht. Die weitere Bearbeitung der Scheibe erfolgt auf der gegenüberliegenden Seite, wie in der Figur durch die auf die Oberseite nach unten weisenden Pfeile angedeutet ist. Das anschließende Entfernen der BCB-Schicht durch anisotropes Ätzen ist durch die nach oben weisenden Doppelpfeile angedeutet.

Das Verfahren wird z. B. in der Weise durchgeführt, daß mit Hilfe einer konventionellen Schleuder zum Aufbringen von Fo­ tolack eine BCB-Schicht auf die Rückseite der gedünnten Halb­ leiterscheibe aufgebracht wird. Bei niedriger Schleuderdreh­ zahl und Verwendung von Cyclotene 3022-63® (zu 63% vorpolyme­ risiertes BCB, d. h. der Anteil an bereits polymerisiertem BCB beträgt 63%) können hierbei Schichtdicken von bis zu 25 µm erzielt werden. Bei einer Dicke der Halbleiterscheibe von 100 µm bedeutet das eine Verdickung um 25%, was zu einer deutlichen Stabilisierung der Scheibe führt. Es kann zusätz­ lich durch mehrfaches Aufschleudern von BCB-Schichten eine weitere Steigerung der Stabilität erreicht werden.

Die Polymerisation dieser aufgebrachten BCB-Schicht erfolgt anschließend durch eine Temperaturbehandlung der Scheibe z. B. in einer Stickstoff- oder Argon-Atmosphäre. Das kann in der Weise geschehen, wie in der Literatur beschrieben ist und auch bei anderweitiger Verwendung von BCB in der Halbleiter­ technologie verfahren wird. Sowohl in Umluftöfen, als auch auf Heizplatten oder widerstandsbeheizten Heizschleifen kann beim Einstellen geeigneter Temperaturverläufe ein Polymeri­ sationsgrad des BCB von ca. 98% erreicht werden.

Wird die stabilisierende Schicht auf der Rückseite der Halb­ leiterscheibe nicht mehr benötigt, kann sie vorzugsweise mit­ tels anisotropen Ätzens rückstandsfrei entfernt werden. Das geschieht z. B. mittels reaktiven Ionenätzens (RIE). Eine Schicht aus BCB wird vorzugsweise durch Ätzen in einem sauer­ stoff- und fluorhaltigen Plasma (z. B. O₂/CF₄ oder O₂/SF₆) entfernt. Durch das anisotrope Ätzen ist hierbei sicherge­ stellt, daß die bearbeitete Oberseite der Scheibe nicht be­ einträchtigt wird. Geeignete Ätzprozesse sind z. B. auch in der eingangs zitierten Literatur beschrieben.

Die erfindungsgemäße Methode zur Stabilisierung eines gedünn­ ten Halbleiterwafers bietet die folgenden Vorteile:
Es ist kein Subträger erforderlich, so daß das Risiko, daß die Halbleiterscheibe beim Aufkleben oder Entfernen von dem Subträger brechen kann, und die Gefahr einer Verunreinigung der Oberseite des Halbleitermateriales durch Klebermaterial oder Lösungsmittel vermieden werden.

Nach dem Aufbringen der stabilisierenden Schicht bleibt die äußere Form der gedünnten Halbleiterscheibe erhalten. Es be­ steht daher keine Beeinträchtigung bei der Verwendung von Standardvorrichtungen zur Behandlung der Halbleiterscheiben, wie sie z. B. bei größeren, seitlich überstehenden Subträgern zu erwarten ist.

Insbesondere eine Stabilisierungsschicht aus BCB ist extrem resistent gegenüber naßchemischen Ätzmitteln (Säuren, Basen), Lösungsmitteln und Fotochemikalien (Fotolacke und Entwickler­ flüssigkeiten). D. h., bei einer weiteren Behandlung der Vor­ derseite der Halbleiterscheibe bleibt die rückseitige Stabi­ lisierungsschicht aus BCB unbeeinflußt, und eine Kontamina­ tion der zu bearbeitenden Oberfläche durch Bestandteile die­ ser Stabilisierungsschicht ist ausgeschlossen.

Im Gegensatz zu den üblichen Klebermaterialien, die bei der Verwendung eines Subträgers benötigt werden, ist eine polyme­ risierte BCB-Schicht bis 350°C temperaturstabil.

Durch mehrfaches Aufschleudern von polymerisierbaren Schich­ ten kann die Stabilität der gedünnten Halbleiterscheibe den jeweiligen Erfordernissen entsprechend erhöht werden. Insbesondere bei Verwendung von BCB steht eine umfassend in der Literatur dokumentierte und weit entwickelte Technik zur Bearbeitung dieses Materiales zur Verfügung.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bearbeitung von gedünnten Halbleiterschei­ ben,
bei dem auf eine Seite der Halbleiterscheibe eine Schicht aus einem polymerisierbaren Material aufgebracht wird,
dieses Material polymerisiert wird, so daß die gedünnte Halb­ leiterscheibe ausreichend mechanisch stabilisiert wird,
die gegenüberliegende Seite der Halbleiterscheibe vorgesehe­ nen Prozeßschritten unterworfen wird und danach die polymeri­ sierte Schicht durch Ätzen wieder entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein polymerisierbares Material verwendet wird, das höchstens teilweise polymerisiertes Benzocyclobuten enthält, das zur Polymerisierung erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Benzocyclobuten verwendet wird, das in Mesitylen ge­ löst ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Polymerisierung des Benzocyclobutens in einer Stickstoff- oder Argon-Atmosphäre erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die polymerisierte Schicht mittels eines anisotropen Ätzverfahrens entfernt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die polymerisierte Schicht mittels reaktiven Ionenät­ zens (RIE) entfernt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die polymerisierte Schicht in einem sauerstoff- und fluorhaltigen Plasma entfernt wird.