DE102013222583B4 - Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Mikromechanische Sensorvorrichtung mit:einem CMOS-Wafer (1) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS);einer auf der Vorderseite (VS) des CMOS-Wafers (1) gebildeten Umverdrahtungseinrichtung (1a) mit einer Mehrzahl von gestapelten Leiterbahnebenen (LBO, LB1, LB2) und Isolationsschichten (I);einem MEMS-Wafer (10) mit einer Vorderseite (V10) und einer Rückseite (R10);einer über der Vorderseite (VS) des MEMS-Wafers (1) gebildeten mikromechanischen Sensoreinrichtung (MS);einer Bondverbindung (B) zwischen dem MEMS-Wafer (10) und dem CMOS-Wafer (1);einer Kaverne (KV) zwischen dem MEMS-Wafer (10) und dem CMOS-Wafer (1), in der die Sensoreinrichtung (MS) hermetisch eingeschlossen ist; undeinem auf zumindest einer der Mehrzahl von gestapelten Leiterbahnebenen (LBO, LB1, LB2) und Isolationsschichten (I) aufgebrachten freiliegenden Getterschichtbereich (G1; G1'); dadurch gekennzeichnet, dassder Getterschichtbereich (G1; G1`) über ein oder mehrere Durchkontaktierungen (K; K`) in der Umverdrahtungseinrichtung (1a) mit einer CMOS-Schaltung (100) des CMOS-Wafers (1) elektrisch verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, wie aus der US 2012/0 313 235 A1 bekannt.
  • Ähnliche mikromechanische Sensorvorrichtungen und entsprechende Herstellungsverfahren sind aus der US 2010/0 084752 A1 , der US 2013/0 105 959 A1 und der US 2013/ 0 214 400 A1 bekannt.
  • Stand der Technik
  • Obwohl auch beliebige mikromechanische Bauelemente anwendbar sind, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von Bauelementen auf Siliziumbasis erläutert.
  • Im Stand der Technik wohlbekannt sind Herstellungsverfahren für mikromechanische Sensorvorrichtungen, z.B. für mikromechanische Drehratensensoren und Beschleunigungssensoren.
  • Wie beispielsweise in der DE 195 37 814 A1 offenbart, wird dabei auf einem Substrat eine Vielzahl freistehender dicker polykristalliner Funktionsstrukturen hergestellt. Unter diesen Funktionsstrukturen sind vergrabene Leiterbahnen und Elektroden angeordnet. Die derart hergestellten mikromechanischen Funktionsstrukturen werden in der weiteren Prozessfolge mit einem Kappenwafer versiegelt. Je nach Anwendung wird innerhalb des durch den Kappenwafer verschlossenen Volumens ein geeigneter Druck eingeschlossen.
  • Bei Drehratensensoren wird ein sehr geringer Druck eingeschlossen, typischerweise 1 mbar. Hintergrund ist, dass bei Drehratensensoren ein Teil der beweglichen Struktur resonant angetrieben wird und die aus der Corioliskraft resultierende Auslenkung gemessen wird. Bei geringem Druck kann mit relativ geringen Spannungen aufgrund der geringen Dämpfung sehr einfach eine Schwingung angeregt werden. Ähnliches gilt auch für Magnetfeldsensoren, die in einem äußeren Magnetfeld über einen Strom in resonante Schwingungen versetzt werden, wobei über die Auslenkung der resonanten Schwingungen das Magnetfeld bestimmt werden kann.
  • Bei Beschleunigungssensoren ist es dagegen nicht erwünscht, dass der Sensor ins Schwingen gerät, was bei Anliegen einer äußeren Beschleunigung möglich wäre. Daher werden diese Beschleunigungssensoren bei höheren Innendrücken betrieben, typischerweise bei 500 mbar. Zusätzlich werden die Oberflächen solcher Beschleunigungssensoren oft auch mit organischen Beschichtungen versehen, die ein Verkleben der beweglichen Strukturen verhindern.
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer beispielhaften mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens zur Illustration der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik.
  • In 4 bezeichnet Bezugszeichen M ein MEMS-Substrat, auf dem Isolationsschichten 4a, 4b, beispielsweise Oxidschichten, sowie eine dazwischenliegende Leiterbahnschicht 3 abgeschieden sind. Über den Schichten 3, 4a, 4b befindet sich eine mikromechanische Funktionsschicht 5 aus Polysilizium, welche teilweise auf der Isolationsschicht 4b verankert und teilweise auf der Leiterbahnschicht 3 verankert und dadurch elektrisch an letztere angeschlossen ist. In der mikromechanischen Funktionsschicht 5 sind eine Beschleunigungssensorvorrichtung S1 und eine Drehratensensorvorrichtung S2 strukturiert. Die Sensorvorrichtungen S1, S2 sind in separaten hermetisch isolierten Kavernen KV1, KV2 durch einen Kappenwafer K über eine Bondverbindung B verkappt.
  • Eine beispielhafte elektrische Kontaktierung der Beschleunigungssensorvorrichtung S1 ist dargestellt, welche von der mikromechanischen Funktionsschicht 5 über die Leiterbahnschicht 3 von der Beschleunigungssensorvorrichtung S1 zu einem außerhalb des Kappenwafers K angeordneten Kontakt KO führt.
  • Derartige Kombinationen einer Beschleunigungssensorvorrichtung S1 und einer Drehratensensorvorrichtung S2 lassen sich sehr klein gestalten und kostengünstig herstellen.
  • Der unterschiedliche Druck, der in der Kaverne KV1 der Beschleunigungssensorvorrichtung S1 und der Kaverne KV2 der Drehratensensorvorrichtung S2 benötigt wird, kann durch Verwendung einer Getterschicht G in der Kaverne KV2 der Drehratensensorvorrichtung S2 erreicht werden.
  • Beim Bonden des Kappenwafers K mittels der Bondverbindung B auf die mikromechanische Funktionsschicht 5 wird zunächst in beiden Kavernen KV1, KV2 ein hoher Druck eingeschlossen, der für die Beschleunigungssensorvorrichtung S1 geeignet ist. Anschließend wird der Getter der Getterschicht G über einen Temperaturschritt aktiviert. Der Getter pumpt (gettert) dann das Volumen der Kaverne KV2 der Drehratensensorvorrichtung S2 auf einen geringen Druck. Um dort einen definierten Druck einzuschließen, kann ein Mischgas mit einem Edelgas und einem Gas, das gut gegettert wird, wie beispielsweise N2, verwendet werden. N2 wird gegettert, und ein nicht getterfähiges Edelgas des Mischgases, wie beispielsweise Ne oder Ar, definiert dann den Innendruck in der Kaverne KV2 der Drehratensensorvorrichtung S2. In der Kaverne KV1 der Beschleunigungssensorvorrichtung S1 bleibt dabei der Innendruck durch die N2/Ne- bzw. N2/Ar-Gasmischung definiert.
  • Aus der WO 2007/113325 A1 ist eine derartige Verwendung einer Getterschicht, welche im Inneren einer Kaverne eines Kappenwafers aufgebracht ist, der eine mikromechanische Sensorvorrichtung verkappt, bekannt.
  • Die US 2013/0001710 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zum Bilden einer MEMS-Sensorvorrichtung, wobei ein CMOS-Wafer auf einem MEMS-Wafer mit einer mikromechanischen Sensorvorrichtung gebondet wird. Im CMOS-Wafer kann beispielsweise eine Auswerteschaltung für die mikromechanische Sensorvorrichtung integriert sein, welche über die Bondverbindung elektrisch kontaktierbar ist. Der CMOS-Wafer übernimmt bei diesem Beispiel die Funktion des Kappenwafers.
  • Sollen in einer derartigen Anordnung ebenfalls Kombinationen von Beschleunigungssensorvorrichtungen und Drehratensensorvorrichtungen oder Magnetfeldsensorvorrichtungen hergestellt werden, so müsste in Analogie zum Beispiel gemäß 4 auf dem CMOS-Wafer eine Getterschicht vorgesehen werden.
  • Eine derartige Anordnung mit einer Getterschicht auf einem CMOS-Wafer ist jedoch in zweierlei Hinsicht kritisch.
  • Getterschichten werden üblicherweise mit einer Schattenmaske aufgesputtert. Dieses Verfahren ist sehr ungenau und, um eine kleine Fläche definiert aufsputtern zu können, müssen sehr große örtliche Vorhalte vorgesehen werden, die dazu führen, dass derartige Sensorvorrichtungen unnötig vergrößert werden.
  • Die aktivierte Getterschicht ist zudem sehr reaktiv. Kommt die bewegliche mikromechanische Funktionsschicht mit der Sensorvorrichtung damit bei Auslenkung in Berührung, bleibt die mikromechanische Funktionsschicht daran kleben. Mit anderen Worten kann es passieren, dass die mikromechanischen Sensorvorrichtungen nach einem mechanischen Schock nicht mehr funktionieren.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft eine mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 5.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt darin, in einer vertikal integrierten mikromechanischen Sensorvorrichtung eine Getterschicht auf einer CMOS-Anordnung mit einem CMS-Wafer und einer darauf befindlichen Umverdrahtungseinrichtung mittels einem Lift-Off-Verfahren aufzubringen.
  • Es wird insbesondere vorgeschlagen, auf der CMOS-Anordnung Vertiefungen vorzusehen, in denen die Getterschicht untergebracht wird. Die in derartigen Vertiefungen liegenden Getterflächen werden gegenüber der beweglichen MEMS-Struktur derart angeordnet, dass sie bei einer mechanischen Überlast die Getterflächen nicht berühren können. Die Vertiefung in der CMOS-Anordnung wird durch ein isotropes Ätzverfahren in der bzw. den obersten Schichten einer Leiterbahnanordnung hergestellt. Der Fotolack für diesen Schritt kann auch gleichzeitig für das Lift-Off-Verfahren verwendet werden. Durch die isotrope Unterätzung ergibt sich eine besonders robuste Variante des Lift-off-Verfahrens. Gleichzeitig erreicht man eine Selbstjustage zwischen der Kaverne und der Getterschicht selbst. Es können also sehr kleine, genau definierte in einer Vertiefung versenkte Getterflächen erzeugt werden.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren bzw. die entsprechende mikromechanische Sensorvorrichtung ermöglichen, dass z.B. eine integrierte Drehraten- und Beschleunigungssensorvorrichtung mit einer Getterschicht kleinbauend, kostengünstig und ohne Kleberisiko nach mechanischen Schocks hergestellt werden können.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung eine oberste Leiterbahnebene, wobei der Getterschichtbereich in die oberste Leiterbahnebene derart eingebettet ist, dass er auf einer unter der oberste Leiterbahnebene befindlichen Isolationsschicht aufgebracht ist. Eine derartige Anordnung ist in einem einfachen Ätzprozess herstellbar.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung eine oberste Leiterbahnebene, wobei der Getterschichtbereich in die oberste Leiterbahnebene und eine unter der oberste Leiterbahnebene befindliche Isolationsschicht derart eingebettet ist, dass er auf einer unter der Isolationsschicht befindlichen zweitobersten Leiterbahnebene aufgebracht ist. So lässt sich ein dickerer Getterschichtbereich herstellen, der zudem über die zweitoberste Leiterbahnebene elektrisch anschließbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist der Getterschichtbereich über ein oder mehrere Durchkontaktierungen in der Umverdrahtungseinrichtung mit einer CMOS-Schaltung des CMOS-Wafers elektrisch verbunden. So kann der Getterschichtbereich eine elektrische Funktion, z.B. eine Elektrodenfunktion übernehmen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Getterschichtbereich eine geringere Höhenerstreckung als eine oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung auf. So lässt sich ein Verkleben des Getterschichtbereichs mit der Sensoreinrichtung vermeiden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1a)-f) schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer beispielhaften mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens;
    • 2 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3a)-f) schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 4 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer beispielhaften mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens zur Illustration der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
  • 1a)-f) sind schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer beispielhaften mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens.
  • In 1a) bezeichnet Bezugszeichen 1 einen CMOS-Wafer mit einer Vorderseite VS und einer Rückseite RS, welcher eine Mehrzahl von darin integrierten CMOS-Schaltungen 100 aufweist, unter denen sich beispielsweise eine Auswerteschaltung für eine mikromechanische Sensorvorrichtung befindet.
  • Bezugszeichen 1a bezeichnet eine auf der Vorderseite VS aufgebrachte Umverdrahtungseinrichtung, welche eine Mehrzahl gestapelter Isolationsschichten I und Leiterbahnschichten LB0, LB1, LB2 aufweist. Die Leiterbahnschichten LB0, LB1, LB2 sind über Vias K elektrisch miteinander und mit dem CMOS-Schaltungen 100 verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung sind die Isolationsschichten I nicht voneinander getrennt gezeichnet.
  • In der Darstellung von 1a) ist eine oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung 1a eine oberste Leiterbahnebene LB0, wobei diese strukturierte oberste Leiterbahnebene LB0 freiliegt.
  • Auf der obersten Leiterbahnebene LB0 wird, wie in 1b) illustriert, eine Lackmaske 20 aufgebracht und derart strukturiert, dass sie eine Öffnung 20a in einem Bereich aufweist, wo später die Getterschicht vorzusehen ist. Die Kanten der Lackmaske 20 an der Öffnung 20a müssen nicht notwendigerweise negative Lackflanken aufweisen, wie dies beispielsweise beim klassischen Lift-off-Prozess erforderlich ist, wo ein relativ teurer Negativlack verwendet wird. Daher kann bei dieser Ausführungsform ein wesentlich kostengünstigerer Positivlack verwendet werden.
  • In einem isotropen Ätzschicht, welcher in 1c) veranschaulicht ist, wird im Bereich der Öffnung 20a die oberste Leiterbahnebene LB0 bereichsweise entfernt, wobei Unterätzungen U der obersten Leiterbahnebene LB0 auftreten, an denen die Ätzfront unter der Lackmaske 20 liegt. Vorzugsweise wird für den isotropen Ätzschritt ein nasschemisches Verfahren angewendet werden.
  • Obwohl bei dem vorliegenden Beispiel nur die oberste Leiterbahnebene LB0 bereichsweise geätzt wird, können selbstverständlich auch mehrere Ebenen der Umverdrahtungseinrichtung 1a in dem isotropen Ätzschritt entfernt werden, wobei ggf. die Ätzchemie in Abhängigkeit davon, ob eine Leiterbahnebene oder eine Isolationsschicht I geätzt wird, zu alternieren ist. Günstig ist es, wenn man als oberste Leiterbahnebene LB0 eine Aluminiumschicht verwendet, die leicht isotrop ätzbar ist.
  • Weiter mit Bezug auf 1d) wird die Getterschicht G aufgebracht. Bevorzugt wird diese Getterschicht G mit einem anisotropen Beschichtungsverfahren abgeschieden, wie z.B. durch Sputtern oder Aufdampfen.
  • Beim Aufbringen der Getterschicht G bildet sich im Bereich der Öffnung 20a ein abgesenkter Bereich G1 der Getterschicht G, der jedoch aufgrund der Anisotropie des Beschichtungsverfahrens die Unterätzungsbereiche U der Lackmaske 20 großteils freilässt.
  • In einem folgenden Prozessschritt, der in 1e) illustriert ist, wird die Lackmaske 20 mit der darauf befindlichen Getterschicht G in einem Lift-Off-Verfahren entfernt. Bevorzugt wird ein Wassersprühschritt oder ein Beschuss mit CO2 für diesen Lift-Off-Prozessschritt verwendet.
  • Als Resultat verbleibt nur der Getterschichtbereich G1, welcher nicht auf der Lackmaske 20 lag, auf der obersten Isolationsschicht I der Umverdrahtungseinrichtung 1a, beabstandet umrahmt von Bereichen der obersten Leiterbahnebene LB0, zurück.
  • In einem abschließenden Prozessschritt, welcher in 1f) gezeigt ist, wird eine MEMS-Anordnung mittels einer Bondverbindung B auf die Umverdrahtungseinrichtung 1a gebondet.
  • Die MEMS-Anordnung umfasst einen MEMS-Wafer 10 mit einer Vorderseite V10 und einer Rückseite R10. Auf der Vorderseite V10 des MEMS-Wafers 10 befindet sich eine erste Isolationsschicht 4a, auf der eine Leiterbahnschicht 3 vorgesehen ist. Auf der Leiterbahnschicht 3 befindet sich bereichsweise eine zweite Isolationsschicht 4b, wobei die Schichten 4a, 4b z.B. Oxidschichten sind.
  • Über der Leiterbahnschicht 3 und der zweiten Isolationsschicht 4b vorgesehen ist eine mikromechanische Funktionsschicht 5 mit einer Drehratensensorvorrichtung MS. Die Drehratensensorvorrichtung MS befindet sich oberhalb des verbleibenden Getterschichtbereichs G1 in einer geschlossenen Kaverne KV.
  • Beim Bonden mittels der Bondverbindung B in der Kaverne KV ein hoher Druck eingeschlossen. Anschließend wird der Getterschichtbereich G1 über einen Temperaturschritt aktiviert. Der Getter pumpt (gettert) dann das Volumen der Kaverne KV der Drehratensensorvorrichtung MS auf einen geringen Druck. Um dort einen definierten Druck einzuschließen, kann ein Mischgas mit einem Edelgas und einem Gas, das gut gegettert wird, wie beispielsweise N2, verwendet werden. N2 wird gegettert, und ein nicht getterfähiges Edelgas des Mischgases, wie beispielsweise Ne oder Ar, definiert dann den Innendruck in der Kaverne K der Drehratensensorvorrichtung MS.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der ersten Ausführungsform ist der Getterschichtbereich G1 über Vias K', K' und die Leiterbahnebenen LB1, LB2 elektrisch mit einer CMOS-Schaltung 100 verbunden. Der Getterschichtbereich G1 kann dann zusätzlich als Elektrode zum Antrieb oder zur Sensierung der beweglichen mikromechanischen Drehratensensorvorrichtung MS dienen. Alternativ kann der Getterschichtbereich G1 G1 nur auf ein definiertes Potenzial gelegt werden, um die Bewegung der Strukturen der mikromechanischen Drehratensensorvorrichtung MS bzw. nicht dargestellter weiterer Sensorvorrichtungen in der Kaverne KV nicht negativ zu beeinflussen.
  • Wie in 2 ersichtlich, ist der Getterschichtbereich G1 dünner als die oberste Leiterbahnebene LB0 gewählt, wodurch die oberste Leiterbahnebene LB0 als Anschlag für die Drehratensensorvorrichtung MS dient, die verhindert, dass diese in Kontakt mit dem Getterschichtbereich G1 kommt und verklebt.
  • 3a)-f) sind schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der dritten Ausführungsform überragt die Lackmaskenschicht 20' den zu ätzenden Bereich der obersten Leiterbahnebene LB0 nur in einem kleinen Bereich 21, wie in 3a), b) gezeigt. Dies ermöglicht, dass das Metall der obersten Leiterbahnebene LB0 im Ätzschritt unter der Öffnung 20a' vollständig unter dem Bereich 21 entfernt wird, um so eine große Unterätzung U' auszubilden.
  • Weiter mit Bezug auf 3c) wird in dem isotropen Ätzprozess ebenfalls die oberste Isolationsschicht I entfernt, um die zweitoberste Leiterbahnebene LB1 freizulegen.
  • Es folgt, wie bereits oben beschrieben, das anisotrope Beschichtungsverfahren zum Aufbringen der Getterschicht G', welche im Bereich der Öffnung 20a' den abgesenkten Getterschichtbereich G1' bildet.
  • Weiter mit Bezug auf 3e) erfolgt der Lift-Off-Verfahrensschritt zum Entfernen der auf der Lackmaske 20' befindlichen Getterschicht G', wobei der Getterschichtbereich G1' auf der zweitobersten Leiterbahnebene LB1 verbleibt.
  • Auch bei der Darstellung gemäß 3f) dient die oberste Leiterbahnebene LB0 als Anschlag für die mikromechanische Drehratensensorvorrichtung MS, sodass auch hier ein Ankleben am Getterschichtbereich G1' verhindert ist.
  • Ansonsten ist die dritte Ausführungsform gleich der ersten und zweiten Ausführungsform und mit diesen auch kombinierbar. Insbesondere kann ist der Getterschichtbereich G1' auch an eine CMOS-Schaltung 100 angeschlossen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
  • Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen nur eine mikromechanische Sensorvorrichtung in Form einer Drehratensensorvorrichtung in der Kaverne vorgesehen ist, können selbstverständlich mehrere verschiedene mikromechanische Drucksensorvorrichtungen in verschiedenen voneinander getrennten Kavernen vorgesehen werden, wie dies beispielsweise in Bezug auf 4 für die beispielhafte Sensorvorrichtung angegeben wurde.
  • Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Bondverbindung auf der obersten Isolationsschicht aufgesetzt wird, ist es auch möglich, dass die oberste Leiterbahnebene als Bondmaterial zum elektrischen Verbinden der MEMS-Anordnung und der CMOS-Anordnung und zum mechanischen Verbinden, insbesondere zum hermetischen Verschluss, verwendet wird. Besonders günstig und robust ist beispielsweise eine AlGe-Verbindung, wobei die Bondverbindung aus Ge hergestellt wird und die oberste Leiterbahnebene aus Al hergestellt wird.

Claims (8)

  1. Mikromechanische Sensorvorrichtung mit: einem CMOS-Wafer (1) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS); einer auf der Vorderseite (VS) des CMOS-Wafers (1) gebildeten Umverdrahtungseinrichtung (1a) mit einer Mehrzahl von gestapelten Leiterbahnebenen (LBO, LB1, LB2) und Isolationsschichten (I); einem MEMS-Wafer (10) mit einer Vorderseite (V10) und einer Rückseite (R10); einer über der Vorderseite (VS) des MEMS-Wafers (1) gebildeten mikromechanischen Sensoreinrichtung (MS); einer Bondverbindung (B) zwischen dem MEMS-Wafer (10) und dem CMOS-Wafer (1); einer Kaverne (KV) zwischen dem MEMS-Wafer (10) und dem CMOS-Wafer (1), in der die Sensoreinrichtung (MS) hermetisch eingeschlossen ist; und einem auf zumindest einer der Mehrzahl von gestapelten Leiterbahnebenen (LBO, LB1, LB2) und Isolationsschichten (I) aufgebrachten freiliegenden Getterschichtbereich (G1; G1'); dadurch gekennzeichnet, dass der Getterschichtbereich (G1; G1`) über ein oder mehrere Durchkontaktierungen (K; K`) in der Umverdrahtungseinrichtung (1a) mit einer CMOS-Schaltung (100) des CMOS-Wafers (1) elektrisch verbunden ist.
  2. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung (1a) eine oberste Leiterbahnebene (LBO) ist und der Getterschichtbereich (G1) in die oberste Leiterbahnebene (LBO) derart eingebettet ist, dass er auf einer unter der oberste Leiterbahnebene (LBO) befindlichen Isolationsschicht (I) aufgebracht ist.
  3. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung (1a) eine oberste Leiterbahnebene (LBO) ist und der Getterschichtbereich (G1`) in die oberste Leiterbahnebene (LBO) und eine unter der oberste Leiterbahnebene (LBO) befindliche Isolationsschicht (I) derart eingebettet ist, dass er auf einer unter der Isolationsschicht (I) befindlichen zweitobersten Leiterbahnebene (LB1) aufgebracht ist.
  4. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Getterschichtbereich (G1; G1`) eine geringere Höhenerstreckung als eine oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung (1a) aufweist.
  5. Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Sensorvorrichtung mit den Schritten: Bereitstellen von einem CMOS-Wafer (1) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS) und einer auf der Vorderseite (VS) des CMOS-Wafers (1) gebildeten Umverdrahtungseinrichtung (1a) mit einer Mehrzahl von gestapelten Leiterbahnebenen (LBO, LB1, LB2) und Isolationsschichten (I); Aufbringen einer Lackmaskenschicht (20; 20`) auf eine oberste Schicht (LBO) der Umverdrahtungseinrichtung (1a) mit einer Öffnung (20a; 20a`), welche die oberste Schicht (LBO) freilegt; Durchführen eines Ätzprozesses, welcher zumindest die oberste Schicht (LBO) der Umverdrahtungseinrichtung (1a) im Bereich der Öffnung (20a; 20a`) entfernt, wobei sich eine Unterätzung (U; U`) der Lackmaskenschicht (20; 20`) bildet; Abscheiden einer Getterschicht (G; G') auf der Lackmaskenschicht (20: 20`) und auf dem durch die Öffnung (20a; 20a`) freigelegten geätzten Bereich der Umverdrahtungseinrichtung (1a); Entfernen der Lackmaskenschicht (20; 20`) durch einen Lift-Off-Prozessschritt, wobei der auf der Lackmaskenschicht (20: 20') abgeschiedene Teil der Getterschicht (G; G`) entfernt wird und der auf dem durch die Öffnung (20a; 20a`) freigelegten geätzten Bereich der Umverdrahtungseinrichtung (1a) abgeschiedene Teil der Getterschicht (G; G') als Getterschichtbereich (G1; G1`) zurückbleibt; Bereitstellen von einem MEMS-Wafer (10) mit einer Vorderseite (V10) und einer Rückseite (R10) und einer über der Vorderseite (VS) des MEMS-Wafers (1) gebildeten mikromechanischen Sensoreinrichtung (MS); Bilden einer Bondverbindung (B) zwischen dem MEMS-Wafer (10) und dem CMOS-Wafer (1), wobei die Sensoreinrichtung (MS) in einer Kaverne (KV) zwischen dem MEMS-Wafer (10) und dem CMOS-Wafer (1) hermetisch eingeschlossen wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Getterschichtbereich (G1; G1`) über eine oder mehrere Durchkontaktierungen (K; K`) mit einer CMOS-Schaltung (100) des CMOS-Wafers (1) elektrisch verbunden wird.
  6. Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung (1a) eine oberste Leiterbahnebene (LBO) ist und der Getterschichtbereich (G1) in die oberste Leiterbahnebene (LBO) derart eingebettet wird, dass er auf einer unter der oberste Leiterbahnebene (LBO) befindlichen Isolationsschicht (I) abschieden wird.
  7. Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die oberste Schicht der Umverdrahtungseinrichtung (1a) eine oberste Leiterbahnebene (LBO) ist und der Getterschichtbereich (G1') in die oberste Leiterbahnebene (LBO) und eine unter der oberste Leiterbahnebene (LBO) befindliche Isolationsschicht (I) derart eingebettet wird, dass er auf einer unter der Isolationsschicht (I) befindlichen zweitobersten Leiterbahnebene (LB1) abgeschieden wird.
  8. Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Getterschichtbereich (G1; G1`) eine geringere Höhenerstreckung als die oberste Schicht (LBO) der Umverdrahtungseinrichtung (1a) aufweist.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10937665B2 (en) * 2016-09-30 2021-03-02 Intel Corporation Methods and apparatus for gettering impurities in semiconductors
DE102017218155A1 (de) * 2017-10-11 2019-04-11 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit überdeckendem Bondrahmen
CN108358158B (zh) * 2017-12-19 2020-08-11 武汉高芯科技有限公司 一种晶圆级封装结构、制备方法及其吸气剂的激活方法
DE102018200371A1 (de) * 2018-01-11 2019-07-11 Robert Bosch Gmbh Interposersubstrat, MEMS-Vorrichtung sowie entsprechendes Herstellungsverfahren
EP3947260A1 (de) * 2019-04-01 2022-02-09 Meridian Innovation Pte Ltd Heterogene integration von komplementären metalloxidhalbleiter- und mems-sensoren
CN113677618A (zh) * 2019-04-01 2021-11-19 迈瑞迪创新科技有限公司 基于热电的红外探测器的单片后互补金属氧化物-半导体集成
CN111170266B (zh) * 2019-12-31 2023-07-21 杭州士兰集成电路有限公司 半导体器件及其制造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19537814A1 (de) 1995-10-11 1997-04-17 Bosch Gmbh Robert Sensor und Verfahren zur Herstellung eines Sensors
WO2007113325A1 (de) 2006-04-06 2007-10-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanische gehäusung mit mindestens zwei kavitäten mit unterschiedlichem innendruck und/oder unterschiedlicher gaszusammensetzung sowie verfahren zu deren herstellung
US20100084752A1 (en) 2008-10-08 2010-04-08 Honeywell International Inc. Systems and methods for implementing a wafer level hermetic interface chip
US20120313235A1 (en) 2011-06-10 2012-12-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor Devices With Moving Members and Methods for Making the Same
US20130001710A1 (en) 2011-06-29 2013-01-03 Invensense, Inc. Process for a sealed mems device with a portion exposed to the environment
US20130105959A1 (en) 2011-10-28 2013-05-02 Commissariat A I'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Structure for hermetic encapsulation of a device and an electronic component
US20130214400A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Micro-electro mechanical systems (mems) structures and methods of forming the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3565153B2 (ja) * 2000-09-26 2004-09-15 日産自動車株式会社 ゲッタ装置およびセンサ
CN102318060A (zh) * 2009-02-19 2012-01-11 日本电气株式会社 真空密封封装、具有真空密封封装的印刷电路基板、电子仪器以及真空密封封装的制造方法
US8393212B2 (en) * 2009-04-01 2013-03-12 The Boeing Company Environmentally robust disc resonator gyroscope
US8941242B2 (en) * 2011-12-07 2015-01-27 Freescale Semiconductor, Inc. Method of protecting against via failure and structure therefor
CN102583220B (zh) * 2012-03-29 2014-11-05 江苏物联网研究发展中心 一种晶圆级真空封装的红外探测器及其制作方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19537814A1 (de) 1995-10-11 1997-04-17 Bosch Gmbh Robert Sensor und Verfahren zur Herstellung eines Sensors
WO2007113325A1 (de) 2006-04-06 2007-10-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanische gehäusung mit mindestens zwei kavitäten mit unterschiedlichem innendruck und/oder unterschiedlicher gaszusammensetzung sowie verfahren zu deren herstellung
US20100084752A1 (en) 2008-10-08 2010-04-08 Honeywell International Inc. Systems and methods for implementing a wafer level hermetic interface chip
US20120313235A1 (en) 2011-06-10 2012-12-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor Devices With Moving Members and Methods for Making the Same
US20130001710A1 (en) 2011-06-29 2013-01-03 Invensense, Inc. Process for a sealed mems device with a portion exposed to the environment
US20130105959A1 (en) 2011-10-28 2013-05-02 Commissariat A I'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Structure for hermetic encapsulation of a device and an electronic component
US20130214400A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Micro-electro mechanical systems (mems) structures and methods of forming the same

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