(57)【要約】  少なくとも部分的にパッケージングされた半導体ウェーハ（１６）を製造するための方法が記載される。当該方法は、半導体ウェーハ（１６）を提供するステップであって、半導体ウェーハ（１６）は、当該半導体ウェーハ（１６）の表側（２０）上に構成部品（２８）を有する、ステップと、カバーディスク（２）を提供するステップであって、カバーディスク（２）の表面（４）は、半導体ウェーハ（１６）を少なくとも部分的に覆う、ステップとを含む。カバーディスク（２）の表面（４）を機能化して、機能層（１０）を形成するステップの後、半導体ウェーハ（１６）の表側（２０）と、カバーディスク（２）の表面（４）とを接続させるステップが実施される。次いで、機能層（１０）を活性化させ、それと同時に、半導体ウェーハ（１６）とカバーディスク（２）とを化学結合させ、これによってカバーディスク（２）が、半導体ウェーハ（１６）のパッケージを形成するステップが実施される。
2021521627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的にパッケージングされた半導体ウェーハ（１６）を製造するための方法において、
当該方法は、
・半導体ウェーハ（１６）を提供するステップであって、前記半導体ウェーハ（１６）は、当該半導体ウェーハ（１６）の表側（２０）上に構成部品（２８）を有する、ステップと、
・カバーディスク（２）を提供するステップであって、前記カバーディスク（２）の表面（４）は、前記半導体ウェーハ（１６）を少なくとも部分的に覆う、ステップと、
・前記カバーディスク（２）の前記表面（４）を機能化して、機能層（１０）を形成するステップと、
・前記半導体ウェーハ（１６）の前記表側（２０）と、前記カバーディスク（２）の前記表面（４）とを接続させるステップと、
・前記機能層（１０）を活性化させ、それと同時に、前記半導体ウェーハ（１６）と前記カバーディスク（２）とを化学結合させ、これによって、前記カバーディスク（２）が、前記半導体ウェーハ（１６）のパッケージを形成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記機能層（１０）を形成することは、前記カバーディスク（２）の前記表面（４）のプラズマ処理を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プラズマ処理は、前記カバーディスク（２）の前記表面（４）をプラズマロッド（６）の下で移動させることを含み、
前記カバーディスク（２）が前記プラズマロッド（６）の下を移動する回数及び速度が、前記機能層（１０）の層厚さを規定する、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記機能層（１０）を活性化させることは、好ましくは紫外領域の所定の波長の光（１４）を照射することを含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
プロセスステップは、密閉されたプロセスチャンバ（２６）内で実施され、
前記機能層（１０）の活性化中及び前記ディスク（２，１６）の接続中に、ガス雰囲気の組成及び圧力を調整可能である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記カバーディスク（２）の、前記半導体ウェーハ（１６）の方を向いた前記表面（４）は、構造化されており、これによって、前記半導体ウェーハ（１６）の前記表側（２０）上の個々の構成部品群は、前記カバーディスク（２）の前記表面（４）上のキャビティ内に配置されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体ウェーハ（１６）は、前記表側（２０）とは反対の側から薄化され、次いで、裏側からコンタクト可能である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
好ましくはソーイングによって、個々の構成部品群が、好ましくは前記カバーディスク（２）上の構造要素（２２）に沿って個別化される、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体ウェーハ（１６）の前記構成部品（２８）は、電子コンポーネント、好ましくは高周波コンポーネントに結合されているマイクロエレクトロニカル構成部品又はマイクロメカニカル構成部品の形態で提供される、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記カバーディスク（２）は、前記半導体ウェーハ（１６）の裏側処理の際における支持体として使用される、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも部分的にパッケージングされた半導体ウェーハを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な従来技術から、恒久的な化学結合によって半導体基板同士を互いに結合させることが知られている。このような方法は、典型的には、陽極接合、直接接合又は共晶接合と称される。光学構成部品及び電気構成部品を製造するためのエレクトロニクス産業においては、このような方法を使用して、これらの構成部品をパッケージの取り付けによって環境の影響から保護することが知られている。さらに、マイクロシステム技術の分野においては、例えばセンサのために必要なキャビティを製造するために、ウェーハ接合が利用されている。これは、例えば、絶対圧力センサにおける基準圧力チャンバ、又は、回転速度センサにおける真空チャンバを含み得る。
【０００３】
しかしながら、不利なことに、そのような方法は、典型的には、例えば２００℃から５００℃まで到達する可能性のある温度ステップを含む。さらに、結合されるべき半導体基板は、圧力に曝され、中間層が形成されなければならない。個々の事例においては、電界の印加も想定されている。その結果、陽極接合及び直接接合は、基板の材料特性に大きく依存しており、これによって、新製品への適用が大幅に制限されてしまう。さらに、共晶接合の場合には、薄い金属層の堆積が想定され、このことは、高いコストと結びついている。
【０００４】
特に、高周波構成部品の分野又はパワーエレクトロニクスの分野において使用される場合には、化合物半導体が使用されることが多いが、化合物半導体は、非常に高い絶縁特性を有するので、従来のウェーハ接合方法には利用することができない。化合物半導体の場合には、共晶接合において必要とされる高電界が、放電作用によって構成部品に損傷を与える可能性もある。
【０００５】
さらなる可能性は、複数の異なる半導体同士を、接着剤を用いた接合によって結合させることであり得るが、この場合には、中間層として接着剤を使用する必要がある。しかしながら、このような方法は、高コストであり、特に、中間層としての接着剤の製造は、化合物半導体の場合にも問題がないわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来技術に基づいて、本発明者が設定した課題は、少なくとも部分的にパッケージングされた半導体ウェーハを製造するための方法であって、ウェーハ接合を使用する際にこれまで発生してきた問題を克服し、半導体ウェーハ上にパッケージを形成する際の高信頼性の結合を可能にするような方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。本発明の有利なさらなる発展形態は、それぞれ従属請求項の対象である。これらの発展形態は、技術的に有用な手法により互いに組み合わせることが可能である。本明細書は、特に図面に関連して、本発明の特徴をさらに説明及び特定する。
【０００８】
本発明によれば、少なくとも部分的にパッケージングされた半導体ウェーハを製造するための方法が提供され、当該方法においては、以下のステップが実施される。まず始めに、半導体ウェーハが提供され、半導体ウェーハは、当該半導体ウェーハの表側上に構成部品を有する。また、カバーディスクも提供され、カバーディスクの表面は、半導体ウェーハを少なくとも部分的に覆う。カバーディスクの表面を機能化して、機能層を形成した後、半導体ウェーハの表側と、カバーディスクの表面とが接続される。機能層を活性化させた後、それと同時に、半導体ウェーハとカバーディスクとの化学結合が形成され、これによってカバーディスクが、半導体ウェーハのパッケージを形成する。この結合は、英語の用語ではアクティブサーフェスボンディング又は“active surface bonding”とも称される。
【０００９】
従って、半導体ウェーハとカバーディスクとを化学結合によって恒久的に結合させるための方法が提供され、本発明によれば、パッケージの製造は、電気特性にも、半導体基板又はカバーディスクの材料組成にも依存しない。従って、マイクロシステム技術又は半導体製造の分野における用途の可能性を大幅に拡大させることが可能であり、また、集積回路のための、及び、マイクロシステム技術におけるキャビティのような用途のためのパッケージを得ることが可能である。本発明によって提案される方法ステップは、マイクロシステム技術又は集積回路の構成要素を製造する際における製造コストの削減をもたらし、さらには、改善された電気特性を有することもできる。
【００１０】
本発明の１つの実施形態によれば、機能層を形成することは、カバーディスクの表面のプラズマ処理を含む。
【００１１】
半導体ウェーハとは対照的に、カバーディスクは、典型的には能動素子を含まないので、半導体ウェーハとカバーディスクとの化学結合は、好ましくは、カバーディスクの表面上に機能層を形成することによって開始される。恒久的な結合のために、まず始めにカバーディスク及び半導体ウェーハの両方が清浄化され、これら２つのディスクは、１０乃至２０ｎｍ以下の平均粗さを有することが求められる。カバーディスクの表面をプラズマに曝すことにより、カバーディスクの表面上に規則正しい層が形成され、この層の特性は、プラズマの成分によって決定される。このために典型的には、キャリアガスが、対応する電極に輸送され、次いでイオン化される。従って、キャリアガスのイオンは、機能層の特性を担っている。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態によれば、プラズマ処理は、カバーディスクの表面をプラズマロッドの下で移動させることを含み、カバーディスクがプラズマロッドの下を移動する回数及び速度が、機能層の層厚さを規定する。
【００１３】
このために典型的には、プラズマ処理は、プラズマロッドにおいて実施され、プラズマロッドの電極が、キャリアガスのイオン化をもたらす。カバーディスクの表面上に堆積される機能層は、規則正しい分子の形態で被着される。このために、基板は、プラズマロッドの下で移動させられる。カバーディスクがプラズマロッドの下を通過する速度及び回数が、機能層の厚さを規定する。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態によれば、機能層を活性化させることは、好ましくは紫外領域の所定の波長の光を照射することを含む。
【００１５】
プラズマロッドによるカバーディスクの表面の上記の処理の後、堆積された層は、差し当たり不活性である。不活性な状態は、機能層が、例えば近紫外領域の光によって活性化されるまで維持される。活性化を実施し、半導体ウェーハとの平面状のコンタクトによって即時に結合させることにより、カバーディスクの表面と半導体ウェーハの表側との間には、機能層の分子と半導体ウェーハの分子との間の共有結合が生じる。この共有結合は、その後、半導体ウェーハとカバーディスクとの間における恒久的な化学結合をもたらすことになる。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態によれば、プロセスステップは、密閉されたプロセスチャンバ内で実施され、機能層の活性化中及びディスクの接続中に、ガス雰囲気の組成及び圧力を調整可能である。
【００１７】
従って、変形例として、ガス供給部及び圧力調整部を有する密閉されたプロセスチャンバを使用することができ、これにより、機能層の活性化中及び化学結合中に、所望の圧力及び所望のガス組成を調整することができる。これにより、このようにして形成されたパッケージ内に気密に閉じ込められている、半導体ウェーハとカバーディスクとの間に存在するキャビティ内の、規定されたガス組成又は圧力組成が可能となる。
【００１８】
カバーディスクは、シリコンウェーハとして、化合物半導体の半導体基板として、石英として、又は、ガラスとして、提供することが可能であるが、他の材料が排除されているわけではない。
【００１９】
このような手順により、マイクロシステム技術、パワーエレクトロニクス又は高周波エレクトロニクスからの種々の製品を製造することが可能となる。この場合、例えば、湿気のような環境の影響から保護する気密のパッケージが同時に提供される。さらに、例えば空気を含めることにより、高周波エレクトロニクスにおける出力損失を低減することができる。
【００２０】
本発明のさらなる実施形態によれば、カバーディスクの、半導体ウェーハの方を向いた表面は、構造化されており、これによって、半導体ウェーハの表側上の個々の構成部品群は、カバーディスクの表面上のキャビティ内に配置されている。
【００２１】
既に述べたように、出力損失を低減するために、半導体ウェーハの表側上に、個々の構成部品群又は全ての構成部品群に対して、ガスによって充填されたキャビティを設けて、誘電損失を低減することができる。このようなパッケージは、電気構成部品の製造のために利用可能であり、マイクロシステム技術においても利用可能である。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態によれば、半導体ウェーハは、表側とは反対の側から薄化され、次いで、この裏側からコンタクトさせられる。
【００２３】
この公知の裏側処理により、半導体ウェーハの表側上に設けられた構成部品群に、裏側上に設けられた対応するコンタクト面によって電気接続部を設けることができ、この電気接続部を、後続のプロセスステップにおいて接続面として使用することができる。
【００２４】
本発明のさらなる実施形態によれば、好ましくはソーイングによって、個々の構成部品群が、好ましくはカバーディスク上の構造要素に沿って個別化される。
【００２５】
この手順によれば、気密にパッケージングされた構成部品を形成することができ、この構成部品を、個別化後にさらなる使用に供することができる。
【００２６】
半導体ウェーハの構成部品は、電子コンポーネント、好ましくは高周波コンポーネント又はパワーエレクトロニクスコンポーネントに結合されているマイクロエレクトロニカル構成部品又はマイクロメカニカル構成部品の形態で提供可能である。
【００２７】
本発明のさらなる実施形態によれば、カバーディスクは、半導体ウェーハの裏側処理の際における支持体として使用される。
【００２８】
半導体ウェーハを薄化し、半導体ウェーハにスルーホールを形成するためには、通常、半導体ウェーハを、支持体上に仮接合しなければならない。この手順においては、半導体ウェーハを、既に、裏側処理のための支持体ウェーハとして使用されるカバーディスクと共に使用することができるので、この仮接合は、もはや必要ない。
【００２９】
以下においては、図面に基づいて複数の実施例をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】本発明に係る方法の第１の実施例の第１のプロセスステップの概略側面図である。
【図１Ｂ】第１の実施例の第２のプロセスステップの側面図である。
【図１Ｃ】第１の実施例の第３のプロセスステップの側面図である。
【図２Ａ】本発明に係る方法の第２の実施例の第１のプロセスステップの側面図である。
【図２Ｂ】第２の実施例の第２のプロセスステップの側面図である。
【図２Ｃ】第２の実施例の第３のプロセスステップの側面図である。
【図３Ａ】本発明に係る方法のさらなるプロセスステップの側面図である。
【図３Ｂ】本発明に係る方法のさらなるプロセスステップの側面図である。
【００３１】
図面において、同一の構成要素又は機能的に同等の作用を有する構成要素には、同一の参照符号が付されている。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下においては、図１Ａ乃至図１Ｃを参照しながら、パッケージングされた半導体ウェーハを製造するための本発明に係る方法の第１の実施形態について説明する。図１Ａによれば、カバーディスク２が提供されることが示されており、このカバーディスク２の表面４は、典型的には半導体ウェーハの寸法に対応している。しかしながら、他の実施形態においては、例えば、半導体ウェーハが部分的にのみ覆われるようにカバーディスク２のサイズをより小さく選択することもできる。カバーディスク２の表面４上にはプラズマロッド６が配置されており、このプラズマロッド６は、表面４とプラズマロッド６の間の領域を適当な電極によってイオン化することができ、これによって、図１Ａには図示されていないキャリアガスがイオン化され、次いで、表面４上に堆積される。その結果、図１の方向矢印８によって図示されるように、カバーディスク２がプラズマロッド６の下を通って１回又は複数回引っ張られると、機能層１０が形成され、プロセス制御によって、即ち、カバーディスク２がプラズマロッド６の下を通過する回数及び速度によって、機能層１０の厚さに影響を与えることができる。プラズマ処理の後、機能層１０が所望の厚さで形成された後では、この機能層１０は、差し当たり不活性である。
【００３３】
図１Ｂに示されているように、カバーディスク２の表面４に全面的に形成された機能層１０は、光源１２からの光によって活性化可能である。露光条件が適当に選択されている場合、例えば近紫外領域の光１４を放出する光源１２が、機能層１０の活性化を引き起こす。
【００３４】
次のステップにおいては、図１Ｃに示されているように半導体ウェーハ１６が提供され、カバーディスク２と半導体ウェーハ１６を即時にコンタクトさせることにより、半導体ウェーハ１６の表側２０とカバーディスク２の機能層１０との間に接合プロセスが生成され、平面状のコンタクトによって、活性化された機能層と半導体ウェーハ１６の表側２０との共有結合が生成される。このような共有結合は、カバーディスク２と半導体ウェーハ１６との間に恒久的な化学結合をもたらす。カバーディスク２と半導体ウェーハ１６との間のコンタクトは、図１Ｃの変位方向１８及び１８’に基づいて示されている。
【００３５】
図１Ａ乃至図１Ｃに関連して説明したプロセスステップは、例えば、半導体ウェーハ１６の表側２０上に設けられた構成部品（図１Ａ乃至図１Ｃには図示せず）を覆うカバーディスク２によって、パッケージを作成するために使用可能である。このことは、例えば電子産業においては、光学構成部品又は電子構成部品の封入に相当する。
【００３６】
以下においては、図２Ａ乃至図２Ｃを参照しながら、本発明に係る方法の第２の実施形態について説明する。ただし、明確にするために、実質的に、図１Ａ乃至図１Ｃに関連して説明した方法との違いを説明する。
【００３７】
図２Ａから見て取れるように、カバーディスク２の表面４は構造化されており、これによって、対応する構造要素２２が形成されており、これらの構造要素２２の間には、キャビティ２４が形成されている。構造要素２２による構造化は、グリッドの形態で実施可能である。ここでも機能層１０は、プラズマロッド６により、方向矢印８に沿った移動によって形成される。機能層１０の活性化は、プロセスチャンバ２６内で実施され、このプロセスチャンバ２６内には、カバーディスク２と、半導体ウェーハ１６と、光源１２とが配置されている。ここで、光源１２による活性化後に、所望のガス混合物を供給し、又は、ガス混合物の圧力を調整することにより、変位方向１８及び１８’に沿った移動によるコンタクトによって、カバーディスク２と半導体ウェーハ１６との化学結合を形成することができ、この場合、キャビティ２４の領域内には、所望の組成又は密度を有するガスが存在する。
【００３８】
このプロセス制御の結果は、図２に拡大して再掲されている。構造要素２２によって画定されたキャビティ２４内に、規定された雰囲気が存在しており、参照符号２８が付された構成要素が、キャビティ２４内の規定されたガス雰囲気によって包囲されていることが見て取れる。そのような手順を利用することで、高周波エレクトロニクスにおいては、出力損失を低減することが可能であり、マイクロシステム技術においては、センサのために必要なキャビティを生成することが可能である。このようにして、例えば、絶対圧力センサにおける基準圧力チャンバ、又は、回転速度センサの真空チャンバを提供することができる。高周波エレクトロニクス又はパワーエレクトロニクスにおいては、誘電率値が比較的小さいことに基づき、ガスによって充填されたキャビティも有利である。
【００３９】
以下においては、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、さらなる方法ステップについて説明する。
【００４０】
図３Ａには、半導体ウェーハ１６が、表側２０とは反対の側から薄化され、これによって、裏側金属被覆部及びコンタクト部を形成可能であることが示されている。これらの裏側金属被覆部及びコンタクト部は、構成要素２８を、対応するスルーホール３０を介して裏側電極３２へと導くことができる。
【００４１】
個別化の後、その結果が図３Ｂに拡大されて示されているが、完成した電子構成部品が得られ、この完成した電子構成部品は、カバーディスク２の材料から形成されたパッケージ３４によって、環境から気密に遮蔽及び封止されている。個別化は、好ましくは、構造要素２２が部分的に維持されるように実施される。能動的な表面接合によって結合が形成された領域は、図３Ｂの参照符号３６によって概略的に示されている。キャビティ２４は、ガスによって充填可能である。
【００４２】
他の方法においては、半導体ウェーハ１６にスルーホールを形成するために、又は、半導体ウェーハ１６を薄化するために、カバーディスク２を、半導体ウェーハ１６の裏側処理の際における支持体として使用することができる。
【００４３】
上述した特徴、特許請求の範囲に記載した特徴、及び、図面から認識可能な特徴は、単独でも種々に組み合わせても有利に実現可能である。本発明は、記載された実施例には限定されておらず、当業者の能力の枠内で種々の手法により変更可能である。
【符号の説明】
【００４４】
２  カバーディスク
４  表面
６  プラズマロッド
８  方向矢印
１０  機能層
１２  光源
１４  光
１６  半導体ウェーハ
１８  変位方向
２０  表側
２２  構造要素
２４  キャビティ
２６  プロセスチャンバ
２８  構成要素
３０  スルーホール
３２  裏側電極
３４  パッケージ
３６  結合領域
【図１Ａ】
2021521627.tif 000003
【図１Ｂ】
2021521627.tif 000004
【図１Ｃ】
2021521627.tif 000005
【図２Ａ】
2021521627.tif 000006
【図２Ｂ】
2021521627.tif 000007
【図２Ｃ】
2021521627.tif 000008
【図３Ａ】
2021521627.tif 000009
【図３Ｂ】
2021521627.tif 000010
【国際調査報告】
2021521627.tif 000011
2021521627.tif 000012
2021521627.tif 000013
2021521627.tif 000014
2021521627.tif 000015