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Diese
Erfindung betrifft allgemein mikroelektromechanische System(MEMS)-Vorrichtungen
und -Prozesse und insbesondere Prozesse zum Herstellen von MEMS-Vorrichtungen,
die Deckkappen oder Abdeckungen mit oberen Sensorplatten enthalten.
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Ein
Verfahren zum Herstellen mikroelektromechanischer Strukturen (MEMS)
beinhaltet das Verbonden eines strukturierten Silizium-Wafern mit einem
Glas(in der Regel Pyrex)-Substrat. Abschnitte des Silizium-Wafers
werden so weggeätzt,
dass eine mechanische Siliziumstruktur zurückbleibt, die mit dem Glassubstrat
verankert ist. Der Prozess wird mit einem Glas-Wafer eingeleitet.
Ein Hohlraum wird in dem Wafer unter Verwendung eines Nass- oder Trockenätzprozesses
ausgebildet. Eine Tiefe der Ätzung bestimmt
eine Trennung zwischen den kapazitiven Elementen der Struktur. Metallschichten
werden auf dem Glas abgeschieden und strukturiert, wodurch leitfähige Elektroden
und Zwischenverbindungen gebildet werden. Eine stark mit Bor dotierte
(p++) Epitaxialschicht wird auf einem separaten, gering dotierten Siliziumsubstrat
aufgewachsen. Eine Struktur wird in den Silizium-Wafer auf eine
Tiefe geätzt,
die größer als
die Dicke der Epitaxialschicht ist. Der Glas- und der Silizium-Wafer
werden miteinander anodisch verbondet. Unter Verwendung eines Ätzmittels,
das gering dotiertes Silizium, aber kein "p++"-Silizium ätzt, wird
der undotierte Abschnitt des Siliziumsubstrats weggeätzt, wodurch
die freistehenden Mikrostrukturen zurückbleiben. Ein solcher Prozess
wird im vorliegenden Text allgemein als ein Silizium-Glas-MEMS-Prozess
bezeichnet.
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In
den meisten bekannten MEMS-Vorrichtungen ist die Mikrostruktur während des
Betriebes der Umgebung ausge setzt. Wenigstens einige der bekannten
Probleme in Verbindung mit freiliegenden Mikrostrukturen sind im
Folgenden beschrieben. Wenn es des Weiteren erwünscht ist, eine spezielle Betriebsumgebung
herzustellen oder einfach die Mikrostruktur vor der Umgebung zu
schützen,
so muss der Schutz in einem Verkapselungsschritt erfolgen.
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US-A-4445274 betrifft
einen Keramikstrukturkörper
mit darauf befindlichen elektronischen Komponenten, der eine keramische
Verkapselung aus einer Keramikschicht von im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke
aufweist. Die Verkapselung weist ein Keramikelement von napfförmiger oder
kastenförmiger
Konfiguration auf, das einen Basisabschnitt, einen Seitenwandabschnitt,
der sich von dem Basisabschnitt im Wesentlichen im rechten Winkel dazu
erstreckt, und einen Flanschabschnitt, der sich von dem freien Ende
des Seitenwandabschnitts im Wesentlichen im rechten Winkel dazu
erstreckt, aufweist. Die Keramikverkapselung wird durch Pressen eines
keramischen Grünlings
von im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke
gebildet. Mehrere Metallschichten sind auf der Oberfläche gewünschter
Abschnitte des Keramikelements ausgebildet.
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US-A-4541003 betrifft
einen Halbleiterbaustein mit einem Halbleiterelement, das durch
eine keramische Verkapselung versiegelt ist, wobei ein Abschirmelement
in dessen Nähe
von der Oberseite des Halbleiterelements her angeordnet ist, um
die von der Verkapselung abstrahlenden Alphateilchen abzuschirmen.
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US-A-6036872 betrifft
ein Verfahren zur Herstellung eines Wafer-Paares, wobei mindestens
eine Ausnehmung in einem Wafer ausgebildet ist und die Ausnehmung
beim Anbringen des anderen Wafers zu einer Kammer ausgebildet wird,
wobei der andere Wafer eine Öffnung
aufweist, die auf der Außenseite mit
einer abgeschiedenen Schicht verschlossen wird.
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US-B-6582985 betrifft
Verfahren zum Herstellen dünner
Siliziumschichten, die freitragend über Ausnehmungen in Glas-Wafern
angeordnet sind. Ein Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines
dünnen Silizium-auf-Isolator(SOI)-Wafers
und eines Glaswafers. Der SOI-Wafer kann eine Siliziumoxidschicht enthalten,
die zwischen einer ersten undotierten oder im Wesentlichen undotierten
Siliziumschicht und einer zweiten Siliziumschicht angeordnet ist.
Ausnehmungen können
in der Glaswaferoberfläche
ausgebildet sein, und Elektroden können auf der Glaswaferoberfläche ausgebildet
sein. Die erste Siliziumschicht des SOI-Wafers wird dann an die
Glaswaferoberfläche,
welche die Ausnehmungen aufweist, gebondet, und die zweite Siliziumschicht
wird anschließend
entfernt, wobei die Siliziumoxidschicht als Ätzstopp dient. Als nächstes wird
die Siliziumoxidschicht entfernt. Die erste Siliziumschicht kann
dann so geätzt
werden, dass die gewünschte
Struktur entsteht. In einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform
ist auf der ersten Siliziumschicht eine strukturierte Metallschicht
ausgebildet. Der SOI-Wafer wird an den Glas-Wafer gebondet, wobei
die strukturierte Metallschicht neben den Ausnehmungen in dem Glas-Wafer
angeordnet ist. Dann wird die zweite Siliziumschicht entfernt, wobei
die Siliziumoxidschicht als Ätzstopp
dient, und die Siliziumoxidschicht wird anschließend entfernt. Die erste Siliziumschicht
wird dann geätzt,
wobei die strukturierte Metallschicht als Ätzstopp dient. Die strukturierte
Metallschicht wird dann entfernt.
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Ein
bekannter Verkapselungsschritt beinhaltet, einen Ausnehmungen enthaltenden
Glas-Wafer, der mitunter als ein oberer Wafer oder eine Deckkappe
bezeichnet wird, auf den zuvor hergestellten Glas/Silizium-Wafer
zu bonden, der dann mitunter als ein Bauelement-Wafer bezeichnet
wird. Mindestens ein Teil der Siliziumstruktur auf der Vorrichtung
ist ein durchgehender Stützring,
der die Mikrostruktur umgibt und mit ihr verbun den sein kann, aber
nicht muss. Der zweite Glas-Wafer wird an den Versiegelungsring
gebondet, wodurch der Hohlraum entsteht. Außerdem ist es wünschenswert,
dass elektrische Anschlussleitungen von außerhalb der Hohlräume in die
Hohlräume
hinein führen.
Wenngleich solche Verfahren und Vorrichtungen in Betracht gezogen
wurden, wurden sie noch nie erfolgreich in eine Produktionsumgebung
eingebunden.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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In
einem Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer mikroelektromechanischen
System(MEMS)-Vorrichtung mit einer Deckkappe und einer oberen Sensorplatte
bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Herstellen eines Bauelement-Wafers,
der ein geätztes
Substrat, geätzte
Siliziumbauelementkomponenten und Verbindungsmetall enthält, wobei
ein Abschnitt des Verbindungsmetalls Bondinseln sind, und das Hinzufügen einer
metallischen Hüllschicht
zu einer Rückseite,
Rändern
und einem Abschnitt einer Vorderseite des Bauelement-Wafers. Das
Verfahren beinhaltet des Weiteren das Herstellen eines oberen Wafers,
der ein geätztes
Substrat und Verbindungsmetall enthält, das Verbonden des Bauelement-Wafers und des oberen
Wafers und das Zertrennen des verbondeten oberen Wafers und Bauelement-Wafers
zu einzelnen MEMS-Vorrichtungen.
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In
einem weiteren Aspekt wird eine Deckkappe für eine mikroelektromechanische
System(MEMS)-Vorrichtung bereitgestellt, die ein Substrat aufweist,
das eine Oberfläche
und in der Oberfläche
ausgebildete Ausnehmungen sowie Verbindungsmetall, das in die Ausnehmungen
hinein abgeschieden ist und sich aus den Ausnehmungen heraus und
auf die Oberfläche
erstreckt. Die Deckkappe weist des Weiteren mindestens eine tiefe
Ausnehmung auf, die eine Ausnehmung enthält, die in der Oberfläche des
Substrats ausgebildet ist und so konfiguriert ist, dass sie sich über einer
Bondinsel eines Bauelement- Wafers
befindet, auf den die Deckkappe gebondet werden soll.
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In
einem weiteren Aspekt wird ein mikroelektromechanischer System(MEMS)-Bauelement-Wafer bereitgestellt,
der ein Substrat aufweist, das eine Vorderseite mit einer Oberfläche, eine
Rückseite,
Ränder,
die sich zwischen der Vorderseite und der Rückseite erstrecken, und Ausnehmungen,
die in der Oberfläche
ausgebildet sind, aufweist. Der Bauelement-Wafer enthält des Weiteren
Verbindungsmetall, das in die Ausnehmungen hinein abgeschieden ist und
sich aus den Ausnehmungen heraus und auf die Oberfläche erstreckt,
eine MEMS-Vorrichtung, die aus Silizium gebildet und auf das Substrat
gebondet ist, und eine metallische Hüllschicht, die auf der Rückseite
und den Rändern
des Bauelement-Wafers abgeschieden ist. Die metallische Hüllschicht
erstreckt sich außerdem
auf einen Abschnitt der Vorderseite des Bauelement-Wafers.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird eine mikroelektromechanische System(MEMS)-Vorrichtung bereitgestellt,
die einen Bauelement-Wafer und einen oberen Wafer aufweist. Der
Bauelement-Wafer weist ein Substrat auf, das eine Vorderseite, die
eine Bauelement-Wafer-Oberfläche
enthält,
eine Rückseite, Ränder, die
sich zwischen der Vorderseite und der Rückseite erstrecken, und ausgenommene
Gräben, die
in der Bauelement-Wafer-Oberfläche
ausgebildet sind, aufweist. Der Bauelement-Wafer enthält des Weiteren
Verbindungsmetall, das in die ausgenommenen Gräben hinein abgeschieden ist
und sich aus den ausgenommenen Gräben heraus und auf die Bauelement-Wafer-Oberfläche erstreckt
und mindestens eine Bondinsel bildet. Eine MEMS-Struktur, die aus
Silizium besteht und auf das Substrat gebondet ist, und eine metallische
Hüllschicht,
die auf der Rückseite,
den Rändern
des Bauelement-Wafers und auf einen Abschnitt der Vorderseite abgeschieden
ist, sind ebenso Teil des Bauelement-Wafers. Der obere Wafer ist
auf den Bauele ment-Wafer gebondet und weist ein Deckkappensubstrat
auf, das eine obere Waferfläche
und Ausnehmungen, die in der oberen Waferfläche ausgebildet sind, aufweist. Der
obere Wafer enthält
des Weiteren Verbindungsmetall, das in die Ausnehmungen hinein abgeschieden
ist und sich aus den Ausnehmungen heraus und auf die obere Waferfläche erstreckt,
und mindestens eine tiefe Ausnehmung. Die tiefe Ausnehmung enthält eine
Ausnehmung, die in der oberen Waferfläche, die über der Bondinsel angeordnet
ist, ausgebildet ist.
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In
einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Verhindern elektrischer
Kurzschlüsse
in einer MEMS-Vorrichtung bereitgestellt, das mindestens eine elektrische
Zwischenverbindung beinhaltet, die unter einem Stützring entlang
verläuft.
Die elektrische Zwischenverbindung befindet sich in einem ausgenommenen
Graben, und ein Material, das den Graben füllt, auf dem der Stützring montiert
ist, wird ebenfalls bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Ausbilden
eines Schutzschildes nahe dem Stützring, was
die Möglichkeit
verringert, dass Teilchen den Stützring
mit der elektrischen Zwischenverbindung kurzschließen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Illustration einer MEMS-Vorrichtung.
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2 ist
eine veranschaulichende Querschnittsansicht der MEMS-Vorrichtung
von 1 entlang der Linie A-A'.
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3 ist
eine Seitenansicht der MEMS-Vorrichtung von 2, die Effekte
loser Teilchen innerhalb der MEMS-Vorrichtung veranschaulicht.
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4 ist
eine veranschaulichende Querschnittsansicht der MEMS-Vorrichtung
von 1 entlang der Linie B- B',
die elektrische Felder innerhalb der MEMS-Vorrichtung veranschaulicht.
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5 ist
eine Seitenansicht der MEMS-Vorrichtung von 2, welche
die Auswirkungen von Temperaturänderungen
auf die MEMS-Vorrichtung veranschaulicht.
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6 ist
eine Seitenansicht einer MEMS-Vorrichtung mit einer Deckkappe und
einer oberen Sensorplatte.
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7 ist
eine weitere Seitenansicht der MEMS-Vorrichtung von 6,
welche die Auswirkung einer oberen Sensorplatte auf die elektrischen Felder
innerhalb der MEMS-Vorrichtung veranschaulicht.
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8 ist
eine Draufsicht auf eine MEMS-Vorrichtung, die einen Stützring und
Schutzschilde enthält.
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9 ist
ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Herstellen von MEMS-Vorrichtungen
mit Deckkappen und oberen Sensorplatten beschreibt.
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10 ist
eine Seitenansicht eines Bauelement-Wafers einer MEMS-Vorrichtung.
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11 veranschaulicht
eine metallische Hüllschicht
auf dem Bauelement-Wafer von 10.
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12 veranschaulicht
Ausnehmungen innerhalb eines Substrats, das als eine Deckkappe für MEMS-Vorrichtungen
verwendet werden soll.
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13 veranschaulicht
Verbindungsmetall (obere Sensorplatten), das auf dem Substrat von 12 abgeschieden
ist.
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14 veranschaulicht
Antireibungsmetall, das auf dem Verbindungsmetall von 13 abgeschieden
ist.
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15 veranschaulicht
eine tiefe Ausnehmung, die in dem Substrat von 12 ausgebildet ist.
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16 ist
eine Seitenansicht einer MEMS-Vorrichtung, die den Bauelement-Wafer
von 11 und die Deckkappe von 15 enthält.
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17 veranschaulicht
die MEMS-Vorrichtung von 16, wo
das Substrat von 15 entlang der tiefen Ausnehmung
zersägt
ist, wodurch ein Zugang zu elektrischen Bondinseln gebildet wird.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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1 ist
eine Illustration einer mikroelektromechanischen System(MEMS)-Vorrichtung 10,
die eine große
Klasse bekannter MEMS-Vorrichtungen repräsentiert. Die MEMS-Vorrichtung 10 enthält eine Prüfmasse 12,
die über
einer Sensorplatte 14 aufgehängt ist. Die Sensorplatte 14 ist
auf einem (nicht gezeigten) Substrat ausgebildet. Die Prüfmasse 12 ist über der
Sensorplatte 14 mit Hilfe mehrerer Träger oder Aufhängungen 16 aufgehängt, die
an Ankern 18 angebracht sind, die an dem Substrat befestigt
sind. Ein Motorantriebskamm 20 und 26 und ein
Motorabnehmerkamm 22 und 30 sind an dem Substrat
angebracht. Die Prüfmasse 12 enthält mehrere
abstehende Finger 24, die mit Fingern 26 ineinandergreifen, die
von dem Motorantriebskamm 20 abstehen. Die Prüfmasse 12 enthält des Weiteren
mehrere abstehende Finger 28, die mit Fingern 30 ineinandergreifen,
die von dem Motorabnehmerkamm 22 abstehen. Die Funktionsweise
solcher Vorrichtungen ist bestens bekannt, und es gibt mehrere Variationen
der oben beschriebenen MEMS-Vorrichtung 10. Es ist des
Weiteren bekannt, dass mehrere MEMS-Vorrichtungen 10 auf
einer Plattform verwendet werden könnten, zum Beispiel einem MEMS-Gyroskop.
Es ist des Weiteren bekannt, dass MEMS-Vorrichtungen 10 auf
mehreren Plattformen verwendet werden, zum Beispiel Gyroskopen,
Beschleunigungsmessern, Resonatoren, Temperatursensoren und Drucksensoren. Auch
wenn die im vorliegenden Text enthaltenen Beschreibungen und Strukturen
mitunter im vorliegenden Text im Zusammenhang und mit der Struktur
eines MEMS-Gyroskops beschrieben werden, wird in Betracht gezogen,
dass sie auch auf die anderen oben genannten MEMS-Vorrichtungen
angewendet werden können.
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2 ist
eine Seitenansicht der MEMS-Vorrichtung 10, die ein Querschnitt
entlang der Linie A-A',
wie in 1 gezeigt, ist, die veranschaulicht, dass die
Prüfmasse 12 über der
Sensorplatte 14 aufgehängt
ist. Die ineinandergreifenden Finger 24 der Prüfmasse 12 erstrecken
sich in Richtung des Motorantriebskamms 20 und seiner Finger 26.
Die ineinandergreifenden Finger 28 der Prüfmasse 12 erstrecken
sich in Richtung des Motorabnehmerkamms 22 und seiner Finger 30.
Des Weiteren ist ein Substrat 40 veranschaulicht, auf dem
der Motorantriebskamm 20, der Motorabnehmerkamm 22 und
die Sensorplatte 14 angeordnet sind. Da 2 ein
Querschnitt ist, sind die ineinandergreifenden Finger 26 und 28 in
einer verborgenen Sicht gezeigt.
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3 veranschaulicht
mögliche
Funktionsprobleme für
die MEMS-Vorrichtung 10, die daraus resultieren, dass Teilchen
die frei liegenden Abschnitte der MEMS-Vorrichtung 10 in
Eingriff nehmen. Zum Beispiel kann ein Teilchen 52 einen
Kurzschluss zwischen dem Motorabnehmerkamm 22 und einer
weiteren (nicht gezeigten) elektrischen Komponente der MEMS-Vorrichtung 10 verursachen.
In einem weiteren Beispiel ist ein Teilchen 54 an der Prüfmasse 12 angebracht
und ändert
eine Masse eines Abschnitts der Prüfmasse 12 so, dass
sie diesen Abschnitt, wie gezeigt, nach unten drückt. In einem weiteren Beispiel
sitzt ein Teilchen 56 zwischen der Prüfmasse 12 und dem
Substrat 40, wodurch eine Bewegung der Prüfmasse 12 verhindert
werden kann. Es ist bekannt, dass durch Anordnen einer Abdeckung über MEMS-Vorrichtungen, die
der MEMS-Vorrichtung 10 ähneln, das Auftreten von Teilchen,
die den Teilchen 52, 54 und 56 ähneln, und
die Funktionsprobleme, die ihr Auftreten verursacht, verringert
werden können.
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4 ist
ein Querschnitt der MEMS-Vorrichtung 10 entlang der Linie
B-B', wie in 1 gezeigt, der
ein weiteres Problem veranschaulicht, das bei freiliegenden MEMS-Strukturen
auftritt. Der im Maßstab übertrieben
dargestellte Querschnitt verläuft durch
die ineinandergreifenden Finger 28 der Prüfmasse 12 und
die ineinandergreifenden Finger 30 des Motorabnehmerkamms 22.
Um die MEMS-Vorrichtung 10 oder eine andere MEMS-Vorrichtung
zu betätigen,
werden die Finger 28 mit einer Spannung vorgespannt, die
sich von der Spannung unterscheidet, mit der die Finger 30 vorgespannt
werden. Doppelpfeile 60 stellen elektrische Feldlinien
zwischen den Fingern 28 und Fingern 30 dar. Es
gibt jedoch eine Differenz bei den elektrischen Feldlinien 60 über den
Fingern 28 und Finger 30 und den elektrischen Feldlinien 60 unter
den Fingern 28 und Fingern 30. Die Differenz bei
den elektrischen Feldlinien 60 ist auf das Vorhandensein
eines Metallfilms (Sensorplatte 14) unter den Fingern 28 und
Fingern 30 und das Fehlen eines ähnlichen Films über den
Fingern 28 und Fingern 30 zurückzuführen. Diese Asymmetrie zwischen
den elektrischen Feldern kann die Leistung einiger MEMS-Vorrichtungen
beeinträchtigen.
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Ein
weiteres Problem mit freiliegenden Strukturen, das sich bekanntermaßen negativ
auf eine MEMS-Vorrichtung 10 auswirkt, sind Temperaturänderungen,
deren Auswirkungen in 5 veranschaulicht sind. Mechanische
Spannungen können durch
verschiedene Umgebungsfaktoren verursacht werden. Wenn sich zum
Beispiel die Temperatur, in der eine MEMS-Vorrichtung 10 arbeitet, ändert, so verursacht
eine Wärmeausdehnungsdifferenz
zwischen einem Glasabschnitt 70 und einem Siliziumabschnitt 72 Spannungsgradienten
und Verformung, wie veranschaulicht. Das Substrat 40 ist
aus dem Glasabschnitt 70 und der Prüfmasse 12 aufgebaut, und
der Motorantriebskamm 20 und der Motorabnehmerkamm 22 (alle
in 1 gezeigt) sind aus dem Siliziumabschnitt 72 aufgebaut.
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Die
konkreten Probleme, die in 3 veranschaulicht
und oben beschrieben sind, werden so gelöst, wie es in 6 in
der Querschnittsansicht der MEMS-Vorrichtung 100 gezeigt
ist. Komponenten der MEMS-Vorrichtung 100, die mit Komponenten der
MEMS-Vorrichtung 10 (die in den 1–5 gezeigt
ist) identisch sind, werden in 6 und den nachfolgenden
Figuren unter Verwendung der gleichen Bezugszahlen bezeichnet, die
in den 1–5 verwendet
werden. Die MEMS-Vorrichtung 100 enthält eine Deckkappe 102,
die ein Oberteil für
die MEMS-Vorrichtung 100 bildet und die Prüfmasse 12,
den Motorantriebskamm 20 und den Motorabnehmerkamm 22 abdeckt.
In einer Ausführungsform
ist die Deckkappe 102 an dem Substrat 40 über einen
Ring 104 angebracht, der auf dem Substrat 40 ausgebildet
ist und die Komponenten der MEMS-Vorrichtung 100 umschließt, und
in dieselbe Materialschicht wie die Prüfmasse 12, die Sensorplatte 14,
der Motorantriebskamm 20 und der Motorabnehmerkamm 22 und
ihre Finger 24, 26, 28 bzw. 30 hinein
strukturiert. Des Weiteren enthält
die Deckkappe 102 eine obere Sensorplatte 106,
die in einer Ausführungsform
innerhalb einer Ausnehmung 108, die in der Deckkappe 102 ausgebildet
ist, angeordnet ist. In einer konkreten Ausführungsform bildet der Ring 104 eine
Stütze
für die
Deckkappe 102 und ist anodisch an die Deckkappe 102 gebondet,
um einen hermetisch abgeschlossenen Bereich 110, der mitunter
als ein Hohlraum 110 bezeichnet wird, für den Betrieb der Komponenten
der MEMS-Vorrichtung 100 zu bilden. Der Hohlraum 110 braucht
allerdings nicht hermetisch abgeschlossen zu sein.
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7 ist
eine weitere Querschnittsansicht der MEMS-Vorrichtung 100, die eine Deckkappe 102 enthält. Wie
oben beschrieben, kann die Verwendung der Deckkappe 102 einen
hermetisch abgeschlossenen Bereich 110 bilden. Der Hohlraum 110 braucht
allerdings nicht hermetisch abgeschlossen zu sein. Die Verwendung
der Deckkappe 102 und des Rings 104 reicht aus,
um die gewünschte
Verringerung des Kontakts der Komponenten der MEMS-Vorrichtung 100 mit
der Außenwelt
zu verringern, solange alle Öffnungen,
die in den Hohlraum 110 hineinführen, klein genug sind, dass
keine Teilchen (zum Beispiel Teilchen 52, 54 und 56 (in 3 gezeigt))
hineingelangen können.
Außerdem
können in
der Ausführungsform
der Deckkappe 102, auf der sich strukturierte Metallfilme
(d. h. die obere Sensorplatte 106) befinden, die mit Bezug
auf 4 besprochenen Probleme mit der Asymmetrie des
elektrischen Feldes beseitigt werden. Wie in 7 veranschaulicht,
sind die elektrischen Feldlinien 120 zwischen den Fingern 24 und 26 und
der Sensorplatte 14 mit elektrischen Feldlinien 120 zwischen
den Finger 24 und 26 und der oberen Sensorplatte 106 symmetrisch.
Wenn also eine obere Sensorplatte 106 verwendet wird, so
sind die elektrischen Feldlinien 120 auf der Ober- und
der Unterseite der Finger 24 und 26 (und 28 und 30 (in 7 nicht
gezeigt)) symmetrisch. Außerdem
beseitigt die mechanisch symmetrische Struktur der MEMS-Vorrichtung 100,
oder minimiert zumindest, durch Temperaturänderungen hervorgerufene Spannungsgradienten
von oben nach unten, wodurch ein Verziehen einer MEMS-Vorrichtung
infolge von Temperaturänderungen
minimiert wird, wie in 5 veranschaulicht.
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8 ist
eine schematische Ansicht der MEMS-Vorrichtung 100, wobei
die Deckkappe 102 und die obere Sensorplatte 106 abgenommen
sind. Wie in 8 gezeigt, wird eine Querschnittslinie
C-C' verwendet,
um die Querschnittsansicht der MEMS-Vorrichtung 100 in 6 darzustellen.
Gleichermaßen
wird eine Querschnittslinie D-D' verwendet,
um die Querschnittsansicht der MEMS-Vorrichtung 100 in 7 darzustellen.
Des Weiteren veranschaulicht 8 den Ring 104,
der einen Umfangsrand um Komponenten der MEMS-Vorrichtung 100 herum
bildet. In den 6 und 7 sind keine
elektrischen Verbindungen 130 gezeigt, die sich durch ausgenommene Gräben 131 unter
dem Ring 104 hindurch von verschiedenen Komponenten der MEMS-Vorrichtung 100 zu
Bondinseln 132 erstrecken, die eine Verbindung zu externen
Vorrichtungen ermöglichen.
Die Vorteile der MEMS-Vorrichtung 100 mit einer Deckkappe 102 (in 7 gezeigt)
und oberen Sensorplatte 106 (in 7 gezeigt)
sind bekannt. Allerdings waren die bekannten Verfahren zur Herstellung
einer Kombination aus Deckkappe 102 und oberer Sensorplatte 106 bisher
nicht für
die Produktion geeignet. Insbesondere gehört zu den Prozessschritten,
die der Verbesserung bedürfen,
ein Verfahren zum Senden elektrischer Signale von Komponenten der
MEMS-Vorrichtung 100 zu Bondinseln 132 (d. h.
den externen Verbindungen), ohne dass die elektrische Verbindung 130 einen
Kurzschluss erzeugt. Ein bekanntes Verfahren zum Lösen des
Kurzschlussproblems bestand darin, (nicht gezeigte) große Spalten
in dem Stützring 104 auszubilden.
Diese Spalten minimieren die Wahrscheinlichkeit, dass sich Materialtrümmer in
dem Ring absetzen, doch sie gestatten während eines Zertrennprozesses
das Eindringen von Wasser und Sägetrümmern in
die Kappe 102. Doch sowohl Wasser als auch Sägetrümmer sind
in dem Hohlraum 110 überaus
unerwünscht.
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8 veranschaulicht
des Weiteren eine Lösung
des Kurzschlussproblems und veranschaulicht beispielhaft, wie ein
Teilchen 134 einen Kurzschluss verursachen kann. Wie oben
beschrieben, verlaufen die Metallleitungen (die elektrischen Verbindungen 130)
in Gräben 131 unter
dem Stützring 104,
so dass sie keinen Kurzschluss mit dem Stützring 104 herstellen.
Wenn jedoch ein Teilchen 134 in einer Öffnung des ausgenommenen Grabens 131 sitzt,
so könnte
es einen Kurzschluss mit dem Metall zu dem Stützring 104 herstellen,
wie in der Figur gezeigt. Wenn andere Teilchen 134 weitere
elektrische Verbindungen 130 zu dem Stützring 104, der durchgehend
um die gesamte Vorrichtung herum verläuft, kurzschließen, so
werden diese einzelnen elektrischen Verbindungen 130 miteinander
kurzgeschlossen. Um dieses Problem zu beheben, ist dargestellt, wie
mindestens einige der Pfade für
elektrische Verbindungen 130 um einen Schutzschild 136 ergänzt wurden.
Wie gezeigt, bildet der Schutzschild 136 eine Isolierung,
indem er im Wesentlichen verhindert, dass Teilchen 138 den
Stützring 104 berühren. Da der
Schutzschild 136 mit keinerlei sonstigem Siliziumteil (zum
Beispiel dem Stützring 104)
verbunden ist, gibt es keinen durchgehenden elektrischen Pfad zu
irgend einer anderen elektrischen Verbindung 130. Die Schutzschilde 136,
die während
der Produktion eines Bauelement-Wafers in das Silizium strukturiert
werden und die von jedem anderen Silizium-Strukturelement getrennt
sind, werden eingefügt, um
die oben beschriebenen elektrischen Kurzschlüsse zu vermeiden.
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Ein
weiteres bekanntes Problem bei der Verwendung der Deckkappe 102 ist
die Erzeugung von Natriumrückständen beim
Verbonden der Deckkappe 102 mit dem Ring 104.
Die derzeitigen Bondungsverfahren sind zwar sehr einfach, doch sie
erzeugen sehr viel Natriumrückstände. Eine
bekannte Lösung beinhaltet
das Abspülen
des Wafers, auf dem die MEMS-Vorrichtungen 100 hergestellt
sind, mit Wasser während
eines Zertrennprozesses. Jedoch garantiert dieser Prozess nicht,
dass alle Rückstände entfernt
werden. Wie oben beschrieben, ist Wasser im Hohlraum 110 unerwünscht. Materialtrümmer, Rückstände und
Komponenten der MEMS-Vorrichtung 100, die aneinander haften,
sind einige der Probleme, die entstehen, wenn Wasser in den Hohlraum 110 gelangt,
auch wenn Wasser dafür
verwendet wurde, das Natrium während
eines Zertrennprozesses zu entfernen, wie oben beschrieben.
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Der
Zugang zu den Bondinseln 132 ist ebenfalls ein Problem
bei bekannten MEMS-Vorrichtungen 100 gewesen, die Deckkappen 102 und
obere Sensorplatten 106 enthalten. Zum Beispiel verwendet
ein bekanntes Verfahren zum Herstellen eines Zugangs zu den Bondinseln 132,
um externe Vorrichtungen anzuschließen, einen Ultraschall bohrprozess zum
Ausbilden (nicht gezeigter) Löcher
in der Deckkappe 102 vor dem Verbonden mit dem Ring 104. Diese
Löcher
haben abgesplitterte und gerissene Ränder, und das Bohren verursacht
Restspannung in der Deckkappe 102.
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9 ist
ein Flussdiagramm 150, das schaubildhaft einen Prozess
zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung, die eine Deckkappe und eine obere
Sensorplatte enthält,
zeigt, der die oben beschriebenen Herstellungsprobleme bei einer
solchen MEMS-Vorrichtung mindert. Wenden wir uns dem Flussdiagramm 150 zu,
wo ein Bauelement-Wafer hergestellt wird 152, der erhöhte und
vertiefte Flächen
auf einem Glassubstrat, Silizium-Strukturen und metallische Strukturen
(Verbindungsmetall und Antihaftmetall) auf den Glasflächen für ein elektrisches
Verbinden der MEMS-Vorrichtung mit externen Bondinseln enthält. Die
Bondinseln befinden sich außerhalb
eines Umfangs eines Silizium-Stützrings
auf dem Bauelement-Wafer,
ohne einen Kurzschluss zu dem hinzugefügten Stützring oder zueinander herzustellen.
Solche Strukturelemente werden dem Masken-Layout des Bauelement-Wafers hinzugefügt, ändern aber
nicht den Prozessablauf des Bauelement-Wafers. Des Weiteren versteht
es sich, dass ein Bauelement-Wafer mehrere Chips enthält, wo jeder
einzelne Chip die im vorliegenden Text beschriebenen Strukturelemente
enthält.
Eine metallische Hüllschicht
wird dem Bauelement-Wafer hinzugefügt 154. Die metallische
Schicht ist ein Metallfilm auf der Rückseite des Bauelement-Wafers,
der eine Umhüllung
bis zur Vorderseite bildet. Dadurch gibt es einen durchgehenden
elektrischen Pfad von der Rückseite zur
Vorderseite des Bauelement-Wafers.
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Dann
wird ein oberer Wafer verarbeitet 156 (die Prozesse für den Bauelement-Wafer
und den oberen Wafer könnten
parallel ausgeführt
werden). Die Verarbeitung 156 beinhaltet das Ätzen der
Oberfläche
des oberen Wafers und das Hinzufügen
von Verbindungsmetall und Antihaftmetall zu der geätzten Oberfläche. Tiefe
Ausnehmungen werden zu dem oberen Wafer hinzugefügt 158, um schließlich einen
Zugang zu den Bondinseln auf dem Bauelement-Wafer zu erhalten. Der
obere Wafer und der Bauelement-Wafer werden dann justiert und verbondet 160.
Kanäle
oder "Straßen", die tiefe Ausnehmungen
sind, werden in den oberen Wafer an Positionen geschnitten 162,
die über
den Bondinseln des unteren Wafers, zu denen externe Verbindungen
hergestellt werden, ausgerichtet werden (in den 15–17 weiter
veranschaulicht). Der obere Wafer und der Bauelement-Wafer werden
zu einzelnen Chips zertrennt 164.
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10 veranschaulicht
einen Herstellungsprozess für
einen Bauelement-Wafer 180 für MEMS-Vorrichtungen, zum Beispiel
MEMS-Gyroskope (oder Beschleunigungsmesser), die eine Deckkappe 102 und
eine oder mehrere obere Sensorplatten verwenden. Während die 1–8 einen
einzelnen Chip auf einem Wafer veranschaulichen, stellen die 10–17 den
gesamten Wafer dar, der viele einzelne Chips enthalten kann. Der
Bauelement-Wafer 180 enthält mehrere ausgenommene Gräben 182 und 184,
die in das Substrat 186 geätzt sind. Durch Strukturierung
und Ätzen
werden erhöhte Flächen 188 und 190 und
vertiefte Flächen 192, 194 und 196 auf
dem Substrat 186 ausgebildet, bei dem es sich in der Regel
um ein Glas handelt. Metallische Strukturelemente 198 und 200 werden
auf einem Abschnitt dieser Flächen
ausgebildet. Solche metallischen Strukturen werden als Sensorplatten
verwendet, und um zum Beispiel elektrische Verbindungen zu Motorantriebskämmen und
Motorabnehmerkämmen
herzustellen. Antihaftmetallstücke 202 werden auf
metallischen Strukturelementen 198 und 200 ausgebildet,
um zum Beispiel zu verhindern, dass Prüfmassen an einer Sensorplatte
haften. Obgleich die Antihaftmetallstücke 202 als quadratisch
dargestellt sind, kommen auch andere geometrische Formen für die Antihaftmetallstücke 202 in
Frage.
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In
einer Ausführungsform
werden die Ausnehmung 184 und der Abschnitt des metallischen Strukturelements 196 darin
mit einem Glasmaterial 204 abgedeckt, das eine glatte Oberfläche 206 auf derselben
Höhe wie
die erhöhten
Flächen 188 und 190 erzeugt.
Ein Teil des Metalls 196 bildet eine elektrische Anschlussleitung 208,
die für
eine externe Verbindung verwendet werden soll. Es versteht sich, dass
der Bauelement-Wafer 180 mehrere ausgenommene Gräben 184 enthalten
kann, in denen sich jeweils Metall befindet und die mit Glasmaterial 204 befüllt sind,
um mehrere elektrische Anschlussleitungen 208 zu bilden,
die jeweils eine Verbindung zu einer anderen Komponente des Bauelement-Wafers 180 bilden.
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Gleichzeitig
wird eine Struktur (zum Beispiel Komponenten einer MEMS-Vorrichtung)
in einen (nicht gezeigten) Silizium-Wafer strukturiert. Der Silizium-Wafer
wird mit dem Substrat 186 verbondet. Die Kombination aus
Glas-Wafer und Silizium-Wafer wird geätzt, was zur Folge hat, dass
der größte Teil des
Silizium-Wafers weggeätzt
wird, so dass nur der strukturierte Abschnitt des Silizium-Wafers
zurückbleibt,
der fest an dem Substrat 186 angebracht ist. Wenden wir
uns 10 zu. Der strukturierte Abschnitt des Silizium-Wafers,
der an dem Substrat 186 angebracht ist, enthält Komponenten
der MEMS-Vorrichtung, zum Beispiel Prüfmassen 210, 212,
Motorantriebskämme 214, 216,
Motorabnehmerkämme 218, 220,
Stützring 222 und
Schutzschild 224. Der Stützring 222 umfängt einen
Umfangsrand der Komponenten auf dem Bauelement-Wafer 180.
Der Stützring 222 ist
Teil der Stütze,
an die eine Deckkappe gebondet ist. Der Schutzschild 224 verhindert,
dass (nicht gezeigte) leitfähige
Teilchen den Stützring 222 berühren, wie
oben mit Bezug auf den Schutzschild 136 (in 8 gezeigt)
beschrieben.
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Es
ist zwar wünschenswert,
aber nicht notwendig, ausgenommene Gräben 184 in dem Wafer des
Substrats 186 auszubilden, die unter dem Stützring 222 hindurch verlaufen.
Jedoch leitet das Metall 200 in den ausgenommenen Gräben 184 elektrische Signale
von Komponenten einer MEMS-Vorrichtung zu den Bondinseln (der elektrischen
Anschlussleitung 208). Die Bondinseln befinden sich außerhalb des
Hohlraums, der durch den Stützring 222 gebildet wird.
Der ausgenommene Graben 184 und das Metall 200 ermöglichen
das Leiten eines elektrischen Signals in den oder aus dem Hohlraum,
ohne dass der Stützring 222 berührt wird.
Wenn das Metall 200 den Stützring 222 berühren würde, so
würde es
verschiedene Metallleitungen miteinander kurzschließen und die
Funktion der MEMS-Vorrichtung beeinträchtigen. Und wenn sich ein
Teilchen, zum Beispiel Materialtrümmer vom Zersägen des
Bauelement-Wafers 180, in der Öffnung des Grabens absetzen
würde,
so könnte
es das Metall 200 mit dem Stützring 222 kurzschließen.
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11 veranschaulicht
einen Bauelement-Wafer 230, der alle Komponenten des Bauelement-Wafers 180 enthält und des
Weiteren eine metallische Hüllschicht 232 enthält, die
einen durchgehenden elektrischen Pfad von einer Vorderseite zu einer
Rückseite
des Bauelement-Wafers 230 bildet. Obgleich
die Bauelement-Wafer 180 und 230 so veranschaulicht
sind, dass sie einen Abschnitt einer einzelnen MEMS-Vorrichtung
darstellen, versteht es sich, dass die Bauelement-Wafer 180 und 230 viele Abschnitte
von MEMS-Vorrichtungen enthalten können, die während eines Zertrennprozesses
getrennt werden, wo Bauelement-Wafer in viele einzelne Chips geschnitten
werden und der weiter unten näher beschrieben
wird. Darum versteht es sich ebenfalls, dass die metallische Hüllschicht 232 einen
gesamten Bauelement-Wafer 230 und
nicht nur einzelne Chips umhüllt.
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Die 12–15 veranschaulichen
einen Prozessablauf zur Herstellung einer Deckkappe 250, die
an den Bauelement-Wafer 230 (in 11 gezeigt)
gebondet werden soll. Der Prozessablauf ähnelt sehr dem Prozess für den Bauelement-Wafer 230.
Wie in 12 gezeigt, enthält die Deckkappe 250 ein
Substrat 252, das eine oder mehrere Ausnehmungen 254 enthält, die
in das Substrat 252 geätzt
sind. Wenden wir uns 13 zu, wo das Verbindungsmetall 256 und 258 zu
der Deckkappe 250 hinzugefügt ist. Als ein Beispiel erstreckt
sich das Verbindungsmetall 256 aus der Ausnehmung 254 heraus
und auf die Oberfläche 257 des
Substrats 252, um später
als elektrische Verbindung zu dienen. In einer Ausführungsform
sollen die Verbindungsmetalle 256 und 258 als
obere Sensorplatten für
eine MEMS-Vorrichtung konfiguriert werden. 14 zeigt ein
Antihaftmetall 260, das zu dem Verbindungsmetall 256 und 258 hinzugefügt ist,
um einen länger
andauernden Kontakt zwischen den Verbindungsmetallen 256 und 258 (den
oberen Sensorplatten) und einer oder mehreren Prüfmassen der MEMS-Vorrichtung
verhindern zu helfen.
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In 15 ist
die Deckkappe 250 des Weiteren mit einer tiefen Ausnehmung 262 konfiguriert,
die in einen Abschnitt der Oberfläche 257 geätzt ist.
Wie weiter unten näher
beschrieben, ist die tiefe Ausnehmung 262 in dem Substrat 252 Teil
eines Prozesses zum Herstellen eines Zugangs zu den Bondinseln des
Bauelement-Wafers 230 (in 11 gezeigt).
Obgleich sie mit einer einzelnen Ausnehmung 254 und einer
einzelnen tiefen Ausnehmung 262 dargestellt ist, versteht
es sich, dass eine beispielhafte Deckkappe 250 je nach
der Anzahl der einzelnen MEMS-Komponenten und elektrischen Verbindungen,
die zu diesen Komponenten herzustellen sind, auch mit mehreren Ausnehmungen 254 und
tiefen Ausnehmungen 262 versehen sein kann. Des Weiteren
versteht es sich auch, dass die Deckkappe 250 ein Abschnitt
eines oberen Wafers ist, der an den Bauelement-Wafer 230 gebondet
ist, und in einzelne Chips zertrennt wird, wie oben beschrieben.
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16 veranschaulicht
eine MEMS-Vorrichtung 300, die einen Bauelement-Wafer 230 und
eine Deckkappe 250 und alle ihre oben beschriebenen jeweiligen
Komponenten enthält.
Die Deckkappe 250 ist um den Umfangsrand des Stützrings 222 herum an
den Stützring 222 gebondet.
Die Deckkappe 250 wird in der gleichen Weise verarbeitet
wie der Glasabschnitt 186 des Bauelement-Wafers 230,
außer dass
ein Spalt 302 zwischen der Prüfmasse 210 und der
unteren Sensorplatte 198 mit einem Spalt 304 zwischen
der Prüfmasse 210 und
der oberen Sensorplatte 258, einschließlich ihres jeweiligen Antireibungsmetalls 202 und 260, übereinstimmen
muss. Um Unregelmäßigkeiten,
wie zum Beispiel eine Krümmung
des Siliziummechanismus',
und einen ungleichmäßigen Kontakt
mit Ätzmitteln
zu berücksichtigen,
was unter anderem die Spalte 302 und 304 geringfügig verändern kann,
kann eine Tiefe der Ausnehmung 254 in der Deckkappe 250 eine
andere sein als die Tiefe einer Ätzung
in dem Bauelement-Wafer 230. In einer Ausführungsform
wird eine Ätzdauer
für die
Deckkappe 205 so eingestellt, dass gleiche Spalten 302 und 304 erzeugt
werden.
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Ein
anodisches Verbonden des Bauelement-Wafers 230 mit der
Deckkappe 250 kann durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen
einer Rückseite 330 der
metallischen Hüllschicht 232 und einer
Rückseite 340 der
Deckkappe 250 erfolgen. Bei Fehlen der metallischen Hüllschicht 232 würde die Spannung
zwischen dem Bauelement-Wafer 230 und der Deckkappe 250 angelegt
werden. Die Spannung, die zum Herstellen einer solchen Verbondung benötigt wird,
ist zweimal so hoch wie die Spannung, die benötigt wird, wenn die metallische
Hüllschicht 232 verwendet
wird, und ist höher,
als durch einige handelsübliche
Bondungssysteme ohne Installation einer speziellen Stromversorgung
zugeführt
werden kann. Vor allem jedoch verursachen Bondungsprozesse, die
keine metallische Hüllschicht 232 verwenden,
dass Natrium aus dem Bauelement-Wafer 230 migriert und
sich als Rückstand
auf der Fläche
zwischen dem Bauelement-Wafer 230 und der Deckkappe 250 ablagert.
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Damit
die späteren
MEMS-Vorrichtungen 300 einwandfrei funktionieren, muss
der Rückstand entfernt
werden, so dass an einem Punkt nach dem Bondungsprozess ein Abspülen mit
Wasser erforderlich ist. Leider ist es überaus unerwünscht, dass
Wasser in den Hohlraum 350 zwischen den Wafern gelangt,
und es ist nicht sicher, dass die Wasserspülung sämtliche Natriumrückstände beseitigt.
Darum wird in einer Ausführungsform
der Bondungsprozess, der die MEMS-Vorrichtungen 300 entstehen
lässt,
im Vergleich zu Bondungsverfahren verändert, die keine metallische
Hüllschicht 232 verwenden,
und infolge dessen wird das Natriummigrationsproblem gemindert.
Genauer gesagt, wird ein elektrischer Kontakt von der Rückseite 330 des
Bauelement-Wafers 230, wo er eine Waferbondungs-Spannvorrichtung
und eine Stromversorgung berührt,
zu der Silizium-Schicht auf der Vorderseite 340 des Bauelement-Wafers 230 verwendet
(zum Beispiel die metallische Hüllschicht 232).
Die metallische Hüllschicht 232 ist
auf der Rückseite 330 des
Bauelement-Wafers 230 abgeschieden, aber so abgeschieden,
dass sich die metallische Schicht 232 um die Ränder 320 und
auch eine geringe Distanz auf die Vorderseite 342 legt.
In einer Ausführungsform
wird die Hüllschicht 232 durch
Sputtern aufgebracht, vorausgesetzt, dass geeignete Spannvorrichtungen
und eine brauchbare Steuerung einer Vorspannung für das Substrat 186 vorhanden
sind. Das Silizium und das Metall auf dem Bauelement-Wafer 230 sind
so angeordnet, dass die Vorspannung zu allen Teilen des Bauelement-Wafers 230 verteilt
wird, wodurch das Auftreten der Natriummigration vermindert wird.
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Die
tiefe Ausnehmung 262, die in der Regel 100 Mikrometer oder
tiefer ist, wurde in der Deckkappe 250 ausgebildet, wie
oben mit Bezug auf 15 beschrieben. Wenn die Deckkappe 250 ausgerichtet und
auf den Bauelement-Wafer 230 gebondet ist, so befinden
sich diese tiefen Ausnehmungen 262 direkt über jeweiligen
Bondinseln (elektrischen Anschlussleitungen 208) des Bauelement-Wafers 230.
Nachdem die Fertigung und das Verbon den vollendet sind, wird (siehe 17)
der Zugang zu den elektrischen Anschlussleitungen 208 durch
Sägen hergestellt.
Die tiefe Ausnehmung 262 ermöglicht es, dass die Deckkappe 250 zersägt werden
kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Sägeblatt zu dicht an den Bauelement-Wafer 230 gelangt.
Dieser Prozess wird manchmal als das Schneiden einer "breiten Straße" in die Deckkappe 250 bezeichnet.
Die tiefen Ausnehmungen können
bekanntlich durch Ultraschallbohren eingearbeitet werden, aber das
Ultraschallbohren kann sehr raue Ränder hinterlassen. Zu weiteren Verfahren
zum Herstellen eines Zugangsbereichs 310 zu den elektrischen
Anschlussleitungen 208 gehören chemisches Ätzen oder
Laserbohren. Schließlich
wird die Kombination aus Deckkappe 250 und Bauelement-Wafer 230 zu
individuellen Chips vereinzelt, was in 17 dadurch
symbolisiert ist, dass gezeigt ist, dass das Hüllmetall 232 an den
Rändern 320 des
Substrats 186 endet.
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In
einer Ausführungsform
finden, nachdem die Deckkappe 250 und der Bauelement-Wafer 230 miteinander
verbondet wurden, zwei Sägeschritte statt.
Der erste Sägeschritt
beinhaltet das Sägen
ein Stück
weit in die Deckkappe 250 hinein, um Bondinseln auf dem
Bauelement-Wafer 230 freizulegen. Wenn das Sägeblatt
zu tief einschneidet, so besteht ein hohes Risiko, dass das Sägeblatt
in den Bauelement-Wafer 230 hineinschneidet. Die tiefen
Ausnehmungen 262 haben eine solche Tiefe, dass das Sägeblatt
problemlos auf ein gutes Stück über den
Bondinseln eingestellt werden kann. Breitere Schnitte, die für einen
vollständigen
Zugang zu einzelnen Bondinseln erforderlich sind, können mittels
zweier paralleler Durchgänge
mit einem standardmäßigen schmalen
Sägeblatt
oder mittels eines einzelnen Durchgangs mit einem breiten Sägeblatt
ausgeführt werden.
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Der
zweite Sägeschritt
besteht darin, die Deckkappe 250 und den Bauelement-Wafer 230,
die miteinander verbondet sind, in die einzelnen Chips zu zerschneiden.
Vorzugs weise sind jegliche Gräben unter
dem Stützring,
zum Beispiel der ausgenommene Graben 184, oder Spalten
in dem Stützring 222 selbst
so gestaltet, dass sie das Eindringen von Wasser und Materialtrümmern in
den Hohlraum 350 während
der beiden Sägeschritte
verhindern. In einer Ausführungsform
verhindert Glasmaterial 204 in der Ausnehmung 184,
dass Wasser an dem Stützring 222 vorbei
und in den Hohlraum 350 gelangt.
-
Dank
der oben beschriebenen Ausführungsformen
gehen die bekannten Nutzeffekte einer Deckkappe und einer oberen
Sensorplatte auf eine MEMS-Vorrichtung in einem Format über, das
sich leicht fertigen lässt
und das einen einfachen Zugang zu Bondinseln ermöglicht, um eine elektrische
Verbindung zu externen Vorrichtungen herzustellen. Es wird jedoch
in Betracht gezogen, dass die im vorliegenden Text beschriebenen
Verfahren und Strukturen auch auf andere Anwendungen als jene, bei
denen Deckkappen und obere Sensorplatten an MEMS-Vorrichtungen angebracht
werden, Anwendung finden. Zum Beispiel können die metallische Hüllschicht
und/oder die Schutzschilde auch bei MEMS-Vorrichtungen verwendet
werden, die keine Deckkappe verwenden, um andere Fertigungs- oder Leistungsvorteile
zu realisieren.
-
Die
im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren beinhalten auch die
Verwendung eines Stützrings
zum Stützen
der Deckkappe, was dabei hilft, eine besser kontrollierte Umgebung
für den
Betrieb der darin enthaltenen MEMS-Vorrichtung zu bereitzustellen,
was einen zuverlässigeren
Betrieb zur Folge hat.
-
Schlüssel Zu den Figuren
-
1
-
-
5
-
- Silicon: Silizium
- Glass: Glas
-
9
- 152
- Herstellen
eines Bauelement-Wafers, der erhöhte
und vertiefte Flächen,
Metallstrukturen auf diesen Flächen
sowie einen Stützring enthält
- 154
- Hinzufügen einer
metallischen Hüllschicht
zu dem Bauelement-Wafer
- 156
- Verarbeiten
des oberen Wafers (der Deckkappe), einschließlich der geätzten Flächen, des
Verbindungsmetalls und des Antireibungsmetalls
- 158
- Hinzufügen tiefer
Ausnehmungen zu dem oberen Wafer, um einen Zugang zu den Bondinseln
zu schaffen
- 160
- Ausrichten
und Bonden des oberen Wafers an den unteren Wafer
- 162
- Schneiden
von "Straßen" in den oberen Wafer über den
Bondinseln
- 164
- Zerteilen
des oberen und des unteren Wafers zu einzelnen Chips