DE102020203668A1 - Filled Cell Wafer and Manufacturing Process for a Filled Cell Wafer - Google Patents

Filled Cell Wafer and Manufacturing Process for a Filled Cell Wafer Download PDF

Info

Publication number
DE102020203668A1
DE102020203668A1 DE102020203668.3A DE102020203668A DE102020203668A1 DE 102020203668 A1 DE102020203668 A1 DE 102020203668A1 DE 102020203668 A DE102020203668 A DE 102020203668A DE 102020203668 A1 DE102020203668 A1 DE 102020203668A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
wafer
cavities
connecting channels
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020203668.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Tobias Joachim Menold
Peter Frey
Andreas Brenneis
Tino Fuchs
Mawuli Ametowobla
Janine Riedrich-Moeller
Robert Roelver
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102020203668.3A priority Critical patent/DE102020203668A1/en
Publication of DE102020203668A1 publication Critical patent/DE102020203668A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/206—Laser sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/324—Bonding taking account of the properties of the material involved involving non-metallic parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00333—Aspects relating to packaging of MEMS devices, not covered by groups B81C1/00269 - B81C1/00325
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/54—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/56—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26 semiconducting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0109—Bonding an individual cap on the substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen (38) ausgebildeten Wafer (20) durch Ausbilden einer Vielzahl von Hohlräumen (26) einer Vielzahl von Verbindungskanälen (28) in einem Wafer (20) derart, dass die Hohlräume (26) über die Verbindungskanäle (28) miteinander verbunden sind, und jeder der Verbindungskanäle (28) eine erste Mündung an einem der Hohlräume (26) und eine zweite Mündung an einem benachbarten der Hohlräume (26) aufweist und sich von seiner ersten Mündung bis zu seiner zweiten Mündung vollständig durch den Wafer (20) erstreckt, Ausbilden mindestens eines Befüllkanals (32) derart, dass eine Innenmündung des jeweiligen Befüllkanals (32) an einem der Hohlräume (26) oder an einem der Verbindungskanäle (28) mündet, während eine Außenmündung des jeweiligen Befüllkanals (32) eine Außenfläche des Wafers (20) durchbricht, Befüllen der Hohlräume (26) durch Einbringen oder Einleiten mindestens eines Materials (34) durch den mindestens einen Befüllkanal (32) in den Wafer (20), und Verschließen der Verbindungskanäle (28) mittels eines Laserschweißens.The invention relates to a manufacturing method for a wafer (20) formed with a multiplicity of filled cells (38) by forming a multiplicity of cavities (26) of a multiplicity of connecting channels (28) in a wafer (20) in such a way that the cavities (26 ) are connected to one another via the connecting channels (28), and each of the connecting channels (28) has a first opening at one of the cavities (26) and a second opening at an adjacent one of the cavities (26) and extends from its first opening to its second opening extends completely through the wafer (20), forming at least one filling channel (32) such that an inner opening of the respective filling channel (32) opens into one of the cavities (26) or one of the connecting channels (28), while an outer opening of the respective filling channel (32) breaks through an outer surface of the wafer (20), filling the cavities (26) by introducing or introducing at least one material (34) through the min at least one filling channel (32) in the wafer (20), and closing of the connecting channels (28) by means of laser welding.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wafer mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von mit mindestens einer gefüllten Zelle ausgebildeten Halbleitervorrichtungen und ein Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von Dampfzellen.The invention relates to a wafer with a multiplicity of filled cells. The invention also relates to a production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells. The invention further relates to a production method for a multiplicity of semiconductor devices formed with at least one filled cell and a production method for a multiplicity of vapor cells.

Stand der TechnikState of the art

In der US 2005/0007118 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Dampfzelle beschrieben, bei welchem ein späteres Volumen der Dampfzelle durch ein erstes Substrat geätzt wird, während ein an dem ersten Substrat festgebondetes zweites Substrat als Ätzstoppschicht dient. Nach einem Befüllen des Volumens wird ein drittes Substrat zum Verschließen der späteren Dampfzelle an dem ersten Substrat festgebondet.In the US 2005/0007118 A1 describes a method for producing a vapor cell in which a later volume of the vapor cell is etched through a first substrate, while a second substrate bonded to the first substrate serves as an etch stop layer. After the volume has been filled, a third substrate is firmly bonded to the first substrate to close the later vapor cell.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von mit mindestens einer gefüllten Zelle ausgebildeten Halbleitervorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 9, ein Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von Dampfzellen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und einen Wafer mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen mit den Merkmalen des Anspruchs 11.The invention provides a manufacturing method for a formed with a multiplicity of filled cells wafer with the features of claim 1, a manufacturing method for a multiplicity of formed with at least one filled cell semiconductor devices with the features of claim 9, a manufacturing method for a multiplicity of vapor cells with the features of claim 10 and a wafer with a multiplicity of filled cells with the features of claim 11.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mittels der vorliegenden Erfindung können eine Vielzahl von gefüllten Zellen, wie beispielsweise Dampfzellen, unter Verwendung der MEMS-Technologie in einem Wafer gleichzeitig fabriziert werden. Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung ein gleichzeitiges Befüllen aller der in dem Wafer fabrizierten Hohlräume als spätere gefüllte Zellen/Dampfzellen. Die vorliegende Erfindung ist somit massentauglich. Außerdem lassen sich die große Anzahl von gefüllten Zellen/Dampfzellen mittels der vorliegenden Erfindung sehr kostengünstig fertigen. Da eine Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Befüllen der späteren gefüllten Zellen/Dampfzellen (nahezu) nur die in den jeweiligen Hohlräumen tatsächlich eingefüllte Materialmenge benötigt, weist die vorliegende Erfindung eine hohe Kosteneffizienz auf. Selbst teure Gase, wie beispielsweise isotopenreine Gase, können mittels der vorliegenden Erfindung sehr kosteneffizient in die Hohlräume des jeweiligen Wafer eingefüllt werden. Des Weiteren kann der mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildete Wafer mittels der vorliegenden Erfindung mit einer hohen Fabrikationsgenauigkeit und mit einer hohen Reproduzierbarkeit gefertigt und gefüllt werden. Wie nachfolgend genauer erläutert wird, können selbst vergleichsweise kleine Abmessungen von gefüllten Zellen/Dampfzellen mit einer hohen Fabrikationsgenauigkeit und mit einer hohen Reproduzierbarkeit mittels der vorliegenden Erfindung in dem ein- oder mehrlagigen Wafer ausgebildet werden, wodurch eine Miniaturisierung eines derartigen Wafers erleichtert ist.By means of the present invention, a multiplicity of filled cells, for example vapor cells, can be fabricated simultaneously in a wafer using MEMS technology. In particular, the present invention enables all of the cavities fabricated in the wafer to be filled as later filled cells / vapor cells at the same time. The present invention is thus suitable for the masses. In addition, the large number of filled cells / vapor cells can be manufactured very inexpensively by means of the present invention. Since an embodiment of the present invention for filling the later filled cells / steam cells only requires (almost) the amount of material actually filled in the respective cavities, the present invention is highly cost-effective. Even expensive gases, such as, for example, isotopically pure gases, can be filled very cost-effectively into the cavities of the respective wafer by means of the present invention. Furthermore, the wafer formed with a plurality of filled cells can be manufactured and filled by means of the present invention with a high manufacturing accuracy and with a high reproducibility. As will be explained in more detail below, even comparatively small dimensions of filled cells / vapor cells can be formed in the single-layer or multi-layer wafer with high manufacturing accuracy and with high reproducibility by means of the present invention, whereby miniaturization of such a wafer is facilitated.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung des Laserschweißen zum Verschließen der Vielzahl von Verbindungskanälen. Ein derartiger Verfahrensschritt ist selbst bei einer großen Anzahl von Verbindungskanälen in dem Wafer unter Einhaltung einer hohen Abdichtqualität relativ schnell und vergleichsweise kostengünstig ausführbar. Insbesondere ist selbst bei einem schnellen Ausführen des Laserschweißens eine gewünschte flüssigkeits- oder luftdichte Abdichtung der Vielzahl von Verbindungskanälen verlässlich bewirkbar.A particular advantage of the present invention is the use of laser welding to close the large number of connecting channels. Such a method step can be carried out relatively quickly and comparatively inexpensively even with a large number of connection channels in the wafer while maintaining a high sealing quality. In particular, even if the laser welding is carried out quickly, a desired liquid-tight or air-tight sealing of the multiplicity of connecting channels can be reliably achieved.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden zum Ausbilden der Vielzahl von Hohlräumen und der Vielzahl von Verbindungskanälen in dem mehrlagigen Wafer die folgenden Teilschritten ausgeführt: Strukturieren einer Vielzahl von durchgehenden Aussparungen durch ein erstes Substrat derart, dass sich die durchgehenden Aussparungen jeweils von einer ersten Substratoberfläche des ersten Substrats zu einer von der ersten Substratoberfläche weg gerichteten zweiten Substratoberfläche des ersten Substrats erstrecken, Strukturieren einer Vielzahl von Vertiefungen in die erste Substratoberfläche und/oder in die zweite Substratoberfläche des ersten Substrats derart, dass die durchgehenden Aussparungen über die Vertiefungen miteinander verbunden sind, und dass jede der Vertiefungen sich von einer der durchgehenden Aussparungen zu einer benachbarten der durchgehenden Aussparungen erstreckt, und Festbonden eines zweiten Substrats an der ersten Substratoberfläche des ersten Substrats und eines dritten Substrats an der zweiten Substratoberfläche des ersten Substrats, wodurch der mehrlagige Wafer umfassend das erste Substrat, das zweite Substrat und das dritte Substrat gebildet wird und die Hohlräume an den Stellen der durchgehenden Aussparungen und die Verbindungskanäle an den Stellen der Vertiefungen ausgebildet werden. Die hier beschriebenen Teilschritte sind leicht und mittels eines vergleichsweise geringen Arbeitsaufwands ausführbar.In an advantageous embodiment of the production method, the following sub-steps are carried out to form the plurality of cavities and the plurality of connecting channels in the multilayer wafer: Structuring a plurality of continuous Recesses through a first substrate such that the continuous recesses each extend from a first substrate surface of the first substrate to a second substrate surface of the first substrate directed away from the first substrate surface, structuring of a plurality of depressions in the first substrate surface and / or in the second Substrate surface of the first substrate such that the through recesses are connected to one another via the recesses, and that each of the recesses extends from one of the through recesses to an adjacent one of the through recesses, and firmly bonding a second substrate to the first substrate surface of the first substrate and one third substrate on the second substrate surface of the first substrate, whereby the multilayer wafer comprising the first substrate, the second substrate and the third substrate is formed and the cavities at the locations of the through cutouts ungen and the connecting channels are formed at the locations of the depressions. The sub-steps described here can be carried out easily and with comparatively little effort.

Alternativ können zum Ausbilden der Vielzahl von Hohlräumen und der Vielzahl von Verbindungskanälen in dem mehrlagigen Wafer auch die folgenden Teilschritten ausgeführt werden: Strukturieren einer Vielzahl von durchgehenden Aussparungen durch ein erstes Substrat derart, dass sich die durchgehenden Aussparungen jeweils von einer ersten Substratoberfläche des ersten Substrats zu einer von der ersten Substratoberfläche weg gerichteten zweiten Substratoberfläche des ersten Substrats erstrecken, Strukturieren mindestens eines Grabens in eine Oberfläche eines zweiten Substrats, Festbonden der Oberfläche des zweiten Substrats derart an der ersten Substratoberfläche des ersten Substrats, dass Teilflächen der Oberfläche des zweiten Substrats die durchgehenden Aussparungen an der ersten Substratoberfläche des ersten Substrats abdecken und zwischen den Teilflächen liegende Teilabschnitte des mindestens einen Grabens sich jeweils von einer der durchgehenden Aussparungen zu einer benachbarten der durchgehenden Aussparungen so erstrecken, dass die durchgehenden Aussparungen über die Teilabschnitte des mindestens einen Grabens miteinander verbunden sind, und Festbonden eines dritten Substrats an der zweiten Substratoberfläche des ersten Substrats, wodurch der mehrlagige Wafer umfassend das erste Substrat, das zweite Substrat und das dritte Substrat gebildet wird und die Hohlräume an den Stellen der durchgehenden Aussparungen und die Verbindungskanäle an den Stellen der Teilabschnitte des mindestens einen Grabens ausgebildet werden. Auch die hier beschriebenen Teilschritte sind einfach und mittels eines vergleichsweise geringen Arbeitsaufwands ausführbar.Alternatively, to form the plurality of cavities and the plurality of connecting channels in the multilayer wafer, the following sub-steps can also be carried out: Structuring a plurality of continuous cutouts through a first substrate in such a way that the continuous cutouts each come from a first substrate surface of the first substrate a second substrate surface of the first substrate directed away from the first substrate surface, structuring of at least one trench in a surface of a second substrate, fixed bonding of the surface of the second substrate to the first substrate surface of the first substrate in such a way that partial areas of the surface of the second substrate form the through cutouts cover on the first substrate surface of the first substrate and partial sections of the at least one trench lying between the partial areas each extend from one of the through cutouts to an adjacent one of the d through cutouts extend so that the through cutouts are connected to one another via the sections of the at least one trench, and fixedly bonding a third substrate to the second substrate surface of the first substrate, whereby the multilayer wafer comprising the first substrate, the second substrate and the third substrate is formed and the cavities are formed at the locations of the through cutouts and the connecting channels at the locations of the subsections of the at least one trench. The sub-steps described here can also be carried out simply and with a comparatively small amount of work.

Vorzugsweise wird das Herstellungsverfahren mit einem Siliziumsubstrat als dem ersten Substrat, einem Glassubstrat als dem zweiten Substrat und einem weiteren Glassubstrat als dem dritten Substrat oder mit einem Glassubstrat als dem ersten Substrat, einem Siliziumsubstrat als dem zweiten Substrat und einem weiteren Siliziumsubstrat als dem dritten Substrat ausgeführt. Zum Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens können somit kostengünstige Substrate eingesetzt werden, welche sich auch mittels bekannter und einfach ausführbarer Techniken der MEMS-Technologie bearbeiten lassen. Das jeweilige Glassubstrat kann insbesondere aus einem alkaliionenhaltigen Glas oder aus reinem Quarzglas sein.The manufacturing method is preferably carried out with a silicon substrate as the first substrate, a glass substrate as the second substrate and a further glass substrate as the third substrate or with a glass substrate as the first substrate, a silicon substrate as the second substrate and a further silicon substrate as the third substrate . In order to carry out the manufacturing method described here, it is thus possible to use inexpensive substrates which can also be processed by means of known and easily executable techniques of MEMS technology. The respective glass substrate can in particular be made of a glass containing alkali ions or of pure quartz glass.

Zum Befüllen der Hohlräume kann mindestens ein pulverisiertes, körniges, flüssiges und/oder gasförmiges Material durch den mindestens einen Befüllkanal in den Wafer eingebracht oder eingeleitet wird. Somit können eine Vielzahl von Materialien in unterschiedlicher Form zum Befüllen der Hohlräume genutzt werden.To fill the cavities, at least one powdered, granular, liquid and / or gaseous material can be introduced or introduced into the wafer through the at least one filling channel. Thus, a large number of materials in different forms can be used to fill the cavities.

Beispielsweise kann zum Befüllen der Hohlräume mindestens ein Alkalimetallgas, mindestens eine gasförmige Alkaliverbindung und/oder mindestens ein Puffergas als das mindestens eine gasförmige Material durch den mindestens einen Befüllkanal in den Wafer eingeleitet werden. Die gefüllten Zellen des jeweiligen Wafers können somit als vorteilhaft einsetzbare Alkali-Dampfzellen ausgebildet werden.For example, to fill the cavities, at least one alkali metal gas, at least one gaseous alkali compound and / or at least one buffer gas can be introduced into the wafer as the at least one gaseous material through the at least one filling channel. The filled cells of the respective wafer can thus be designed as advantageously usable alkali vapor cells.

Bevorzugter Weise wird als Laserschweißen ein Laser-Reseal-Prozess ausgeführt. Dies gewährleistet ein verlässliches flüssigkeitsdichtes und/oder gasdichtes Verschließen/Abdichten der Verbindungskanäle des jeweiligen Wafers.A laser reseal process is preferably carried out as laser welding. This ensures a reliable liquid-tight and / or gas-tight closing / sealing of the connecting channels of the respective wafer.

Insbesondere können die Verbindungskanäle mittels des Laserschweißens flüssigkeits- und/oder luftdicht abgedichtet werden. Ein derartiger Verfahrensschritt ist relativ leicht ausführbar.In particular, the connecting channels can be sealed liquid-tight and / or airtight by means of laser welding. Such a method step can be carried out relatively easily.

Die oben beschrieben Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens können entsprechend auch als Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von mindestens einer gefüllten Zelle ausgebildeten Halbleitervorrichtungen oder als Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von Dampfzellen ausgeführt werden.The above-described embodiments of the production method can accordingly also be implemented as a production method for a multiplicity of at least one filled cell semiconductor devices or as a production method for a multiplicity of vapor cells.

Auch der erfindungsgemäße Wafer mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen kann mittels der oben beschriebenen Herstellungsverfahren entsprechend weitergebildet werden.The wafer according to the invention with a multiplicity of filled cells can also be correspondingly developed by means of the production methods described above.

FigurenlisteFigure list

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1A bis 1G schematische Darstellungen von Waferstrukturen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer;
  • 2A bis 2D schematische Darstellungen von Waferstrukturen zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer;
  • 3A bis 3G schematische Darstellungen von Waferstrukturen zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer;
  • 4A bis 4G schematische Darstellungen von Waferstrukturen zum Erläutern einer vierten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer; und
  • 5a und 5b schematische Darstellungen einer Ausführungsform des Wafers mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen.
Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it:
  • 1A until 1G schematic representations of wafer structures to explain a first embodiment of the production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells;
  • 2A until 2D schematic representations of wafer structures to explain a second embodiment of the production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells;
  • 3A until 3G schematic representations of wafer structures to explain a third embodiment of the production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells;
  • 4A until 4G schematic representations of wafer structures to explain a fourth embodiment of the production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells; and
  • 5a and 5b schematic representations of an embodiment of the wafer with a multiplicity of filled cells.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1A bis 1G zeigen schematische Darstellungen von Waferstrukturen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer, wobei 1Aa bis 1Ga Draufsichten auf die Waferstrukturen, 1Ab bis 1Gb Querschnitte durch die Waferstrukturen entlang der Linie B-B' der 1Aa bis 1Ga und 1Ac bis 1Gc Querschnitte durch die Waferstrukturen entlang der Linie C-C' der 1Aa bis 1Ga zeigen. 1A until 1G show schematic representations of wafer structures to explain a first embodiment of the production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells, wherein 1Aa until 1Ga Plan views of the wafer structures, 1 Fig until 1Gb Cross-sections through the wafer structures along the line BB 'of 1Aa until 1Ga and 1Ac until 1Gc Cross-sections through the wafer structures along the line CC 'of 1Aa until 1Ga demonstrate.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird beispielhaft zuerst damit begonnen, eine Vielzahl von Hohlräumen als den späteren Zellen in einem mehrlagigen Wafer auszubilden, indem eine Vielzahl von durchgehenden Aussparungen 10 durch ein erstes Substrat 12 strukturiert wird. Das erste Substrat 12 kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat sein. Eine Form der späteren durchgehenden Aussparungen 10 wird mittels eines auf zumindest einer ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 abgeschiedenen strukturierten Maskenmaterials 14 festgelegt. Als Maskenmaterial 14 können beispielsweise Oxide und/oder Lacke verwendet werden. Zum Strukturieren der durchgehenden Aussparungen 10 kann beispielsweise ein Trockenätzschritt, ein Tiefentrenchverfahren oder ein nasschemischer Ätzschritt, insbesondere unter Verwendung von Kaliumhydroxid (KOH), ausgeführt werden. Danach wird das Maskenmaterial 14 entfernt.In the embodiment described here, by way of example, a start is first made with forming a multiplicity of cavities as the later cells in a multilayer wafer by creating a multiplicity of through cutouts 10 through a first substrate 12th is structured. The first substrate 12th can for example be a silicon substrate. A form of the later continuous recesses 10 is by means of a on at least one first substrate surface 12a of the first substrate 12th deposited structured mask material 14th set. As mask material 14th For example, oxides and / or lacquers can be used. For structuring the continuous recesses 10 For example, a dry etching step, a deep trenching process or a wet chemical etching step, in particular using potassium hydroxide (KOH), can be carried out. After that, the mask material 14th removed.

Das Ergebnis ist in 1Aa bis 1Ac gezeigt. Erkennbar ist, dass die durchgehenden Aussparungen 10 sich jeweils von der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 zu einer von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten zweiten Substratoberfläche 12b des ersten Substrats 12 erstrecken.The result is in 1Aa until 1Ac shown. It can be seen that the continuous recesses 10 each from the first substrate surface 12a of the first substrate 12th to one of the first substrate surface 12a away from the second substrate surface 12b of the first substrate 12th extend.

Danach wird damit begonnen, eine Vielzahl von Verbindungskanälen in dem (späteren) Wafer derart auszubilden, dass nach einem Ausbilden der Vielzahl von Hohlräumen und der Vielzahl von Verbindungskanälen die Hohlräume über die Verbindungskanäle miteinander verbunden sind. Beispielhaft geschieht dies, indem eine Vielzahl von Vertiefungen 16 in die erste Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 derart strukturiert werden, dass die durchgehenden Aussparungen 10 über die Vertiefungen 16 miteinander verbunden sind, wobei jede der Vertiefungen 16 sich von einer der durchgehenden Aussparungen 10 zu einer benachbarten der durchgehenden Aussparungen 10 erstreckt. Dazu kann ein weiteres Maskenmaterial 18, umfassend beispielsweise ein Oxid und/oder ein Lack, auf der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 abgeschieden und strukturiert werden. Anschließend können die Vertiefungen 16, z.B. mittels eines Trockenätzschritts, geätzt werden. Das Ergebnis ist in 1Ba bis 1Bc gezeigt. Auch das weitere Maskenmaterial 18 wird entfernt.A start is then made to form a multiplicity of connection channels in the (later) wafer in such a way that after the multiplicity of cavities and the multiplicity of connection channels have been formed, the cavities are connected to one another via the connection channels. This is done by way of example by creating a large number of depressions 16 into the first substrate surface 12a of the first substrate 12th are structured in such a way that the continuous recesses 10 over the wells 16 are interconnected, each of the wells 16 from one of the continuous recesses 10 to an adjacent one of the through cutouts 10 extends. Another mask material can be used for this 18th , comprising, for example, an oxide and / or a lacquer, on the first substrate surface 12a of the first substrate 12th separated and structured. Then the wells 16 , for example by means of a dry etching step. The result is in 1Ba until 1Bc shown. Also the other mask material 18th will be removed.

Zum Ausbilden des mehrlagigen Wafers 20 werden ein zweites Substrat 22 an der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 und ein drittes Substrat 24 an der zweiten Substratoberfläche 12b des ersten Substrats 12 festgebondet. Das zweite Substrat 22 und/oder das dritte Substrat 24 können beispielsweise jeweils ein Glassubstrat sein. Das jeweilige Glassubstrat kann insbesondere aus einem alkaliionenhaltigen Glas oder aus reinem Quarzglas sein. Mittels des Festbondens der Substrate 22 und 24 an dem ersten Substrat 12 werden die Hohlräume 26 an den Stellen der durchgehenden Aussparungen 10 und die Verbindungskanäle 28 an den Stellen der Vertiefungen 16 derart ausgebildet, dass jeder der Verbindungskanäle 28 eine erste Mündung an einem der Hohlräume 26 und eine zweite Mündung an einem benachbarten der Hohlräume 26 aufweist und sich von seiner ersten Mündung bis zu der zweiten Mündung vollständig durch den Wafer 20 erstreckt. Sofern gewünscht, kann der Wafer 20 noch mit mindestens einer Beschichtung, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3) oder einer Antirelationsschicht, versehen werden.For forming the multilayer wafer 20th become a second substrate 22nd on the first substrate surface 12a of the first substrate 12th and a third substrate 24 on the second substrate surface 12b of the first substrate 12th firmly bonded. The second substrate 22nd and / or the third substrate 24 can each be a glass substrate, for example. The respective glass substrate can in particular be made of a glass containing alkali ions or of pure quartz glass. By firmly bonding the substrates 22nd and 24 on the first substrate 12th become the cavities 26th at the points of the continuous recesses 10 and the connecting channels 28 at the places of the depressions 16 designed such that each of the connecting channels 28 a first mouth on one of the cavities 26th and a second mouth at an adjacent one of the cavities 26th and extends completely through the wafer from its first mouth to the second mouth 20th extends. If desired, the wafer can 20th can also be provided with at least one coating, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or an anti-friction layer.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird außerdem noch ein „sperriger“ Feststoff 30 in die späteren Hohlräume 26 eingefüllt. Dies geschieht, indem zuerst das dritte Substrat 24 an der zweiten Substratoberfläche 12b des ersten Substrats 12 festgebondet wird und erst nach einem Einfüllen je eines „sperrigen“ Feststoffes 30 in je eine durchgehende Aussparung 10 das zweite Substrat 22 an der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 festgebondet wird. Der „sperrige“ Feststoff 30 kann wahlweise später durch UV-Bestrahlung oder Wärme nachprozessiert werden, beispielsweise indem der „sperrige“ Feststoff 30 durch UV-Bestrahlung oder Wärme zerlegt wird. Insbesondere kann der „sperrige“ Feststoff 30 aus Rubidiumazid (RbN3) oder Cäsiumazid (CsN3) sein und später in Rubidium (Rb) und Stickstoff oder Cäsium (Cs) und Stickstoff zerlegt werden.In the embodiment described here, a “bulky” solid is also used 30th into the later cavities 26th filled. This is done by first adding the third substrate 24 on the second substrate surface 12b of the first substrate 12th is firmly bonded and only after each filling with a "bulky" solid 30th in one continuous recess each 10 the second substrate 22nd on the first substrate surface 12a of the first substrate 12th is firmly bonded. The "bulky" solid 30th can optionally be post-processed later by UV radiation or heat, for example by removing the "bulky" solid 30th is decomposed by UV irradiation or heat. In particular, the "bulky" solid 30th made of rubidium azide (RbN 3 ) or cesium azide (CsN 3 ) and later broken down into rubidium (Rb) and nitrogen or cesium (Cs) and nitrogen.

Dann wird mindestens ein Befüllkanal 32 in und an dem Wafer 20 derart ausgebildet, dass nach dem Ausbilden der Vielzahl von Hohlräumen 26, der Vielzahl von Verbindungskanälen 28 und dem mindestens einen Befüllkanal 32 eine Innenmündung des jeweiligen Befüllkanals 32 an einem der Hohlräume 26 oder an einem der Verbindungskanäle 28 mündet, während eine Außenmündung des jeweiligen Befüllkanals 32 eine Außenfläche des Wafers 20 durchbricht. Insbesondere kann nur ein einziger Befüllkanal 32 an dem Wafer 20 ausgebildet werden. Lediglich beispielhaft wird bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren der mindestens eine Befüllkanal 32 zu einem Waferrand des Wafers 20 strukturiert.Then there is at least one filling channel 32 in and on the wafer 20th formed such that after the formation of the plurality of cavities 26th , the multitude of connection channels 28 and the at least one filling channel 32 an inner mouth of the respective filling channel 32 at one of the cavities 26th or on one of the connection channels 28 opens, while an outer mouth of the respective filling channel 32 an outer surface of the wafer 20th breaks through. In particular, only a single filling channel can be used 32 on the wafer 20th be formed. This is only an example described manufacturing method of the at least one filling channel 32 to a wafer edge of the wafer 20th structured.

Anschließend wird zum Befüllen der Hohlräume 26 mindestens ein Material 34 durch den mindestens einen Befüllkanal 32 in den Wafer 20 eingebracht oder eingeleitet. Insbesondere kann mindestens ein pulverisiertes, körniges, flüssiges und/oder gasförmiges Material 34 durch den mindestens einen Befüllkanal 32 in den Wafer 20 eingebracht oder eingeleitet werden. Das Ergebnis ist in 1Da bis 1Dc gezeigt.Then it is used to fill the cavities 26th at least one material 34 through the at least one filling channel 32 in the wafer 20th introduced or initiated. In particular, at least one pulverized, granular, liquid and / or gaseous material can be used 34 through the at least one filling channel 32 in the wafer 20th introduced or initiated. The result is in 1Da until 1Dc shown.

1Ea bis 1Ec zeigt ein Verschließen der Verbindungskanäle 28 mittels eines Laserschweißens. Vorzugsweise werden die Verbindungskanäle 28 (nahe) an ihren Mündungen verschlossen. Optionaler Weise kann auch der mindestens eine Befüllkanal 32 mittels des Laserschweißens verschlossen werden. Bevorzugter Weise wird in diesem Fall der mindestens eine Befüllkanal 32 (nahe) an seiner Innenmündung verschlossen. 1Ea until 1Ec shows a closure of the connecting channels 28 by means of laser welding. Preferably the connecting channels 28 (close) closed at their mouths. Optionally, the at least one filling channel can also be used 32 are closed by means of laser welding. In this case, the at least one filling channel is preferred 32 (close to) closed at its inner mouth.

Als Laserschweißen kann ein Laser-Reseal-Prozess mittels mindestens eines Laserstrahls 36 ausgeführt werden. Bei dem Laser-Reseal-Prozess wird lokal eine Materialumformung mindestens eines Materials des Wafers 20 über eine intensive Laserstrahlung bewirkt, welche einen Verschluss 37 der Verbindungskanäle 28 formt. Vorzugsweise wird dazu mindestens ein gepulster Laserstrahl 36 verwendet, wobei über eine Gesamtanzahl der Pulse die bewirkte Materialumformung sehr präzise festlegbar ist. Parameter des mindestens einen Laserstrahls 36 können problemlos so gewählt werden, dass das mindestens eine umgeformte Material des Wafers 20 nicht verdampft, sondern nur aufgeschmolzen wird. Aufgrund der temperaturabhängigen Oberflächenspannung und des durch die Laserstrahlung erzeugten Temperaturgradienten in der Schmelze ermöglicht die sogenannte Marangoni-Konvektion den Verschluss 37 des jeweils behandelten Verbindungskanals 28 durch eine konvektive Wirbelströmung. Wird in diesem Moment die Lasereinwirkung beendet, erstarrt das mindestens eine aufgeschmolzene Material und verschließt den jeweils bearbeiteten Verbindungskanal 26 dauerhaft.A laser reseal process using at least one laser beam can be used as laser welding 36 are executed. In the laser reseal process, a material deformation of at least one material of the wafer takes place locally 20th Via an intense laser radiation, which causes a closure 37 the connection channels 28 forms. At least one pulsed laser beam is preferably used for this purpose 36 used, whereby the material deformation effected can be determined very precisely over a total number of pulses. Parameters of the at least one laser beam 36 can easily be chosen so that the at least one reshaped material of the wafer 20th is not evaporated, but only melted. Due to the temperature-dependent surface tension and the temperature gradient in the melt generated by the laser radiation, the so-called Marangoni convection enables the closure 37 of the connecting channel treated in each case 28 by a convective vortex flow. If the laser action is ended at this moment, the at least one melted material solidifies and closes the respectively processed connecting channel 26th continuous.

Der fertige Wafer 20 ist in 1Fa bis 1Fc gezeigt. Erkennbar ist, dass mittels des Laserschweißens die Verbindungskanäle 26 und evtl. auch der mindestens eine Befüllkanal 32 flüssigkeits- und/oder luftdicht abgedichtet werden können. Nach dem Laserschweißen sind deshalb die an den Stellen der Hohlräume 26 ausgebildeten gefüllten Zellen 38 derart voneinander separiert, dass kein unerwünschtes Austreten/Aussickern des mindestens einen in die jeweilige Zelle 38 eingefüllten Materials 34 zu befürchten ist.The finished wafer 20th is in 1Fa until 1Fc shown. It can be seen that the connection channels are created by means of the laser welding 26th and possibly also the at least one filling channel 32 can be sealed liquid-tight and / or airtight. After the laser welding, there are therefore those at the points of the cavities 26th formed filled cells 38 separated from one another in such a way that no undesired leakage / leakage of the at least one into the respective cell 38 filled material 34 is to be feared.

Mittels des vorausgehend beschriebenen Herstellungsverfahrens können auch eine Vielzahl von mit mindestens einer gefüllten Zelle 38 ausgebildete Halbleitervorrichtungen 40 hergestellt werden. Dies erfordert lediglich ein Herausstrukturieren der Halbleitervorrichtungen 40 derart aus dem Wafer 20, dass die herausstrukturierten Halbleitervorrichtungen 40 je mindestens eine der gefüllten Zellen 38 aufweisen. Das Herausstrukturieren der Halbleitervorrichtungen 40 kann beispielsweise mittels eines Sägens des Wafers 20 erfolgen.By means of the manufacturing method described above, a large number of cells filled with at least one 38 formed semiconductor devices 40 getting produced. This only requires the semiconductor devices to be structured out 40 like this from the wafer 20th that the patterned out semiconductor devices 40 at least one of the filled cells 38 exhibit. Structuring out the semiconductor devices 40 can for example by means of sawing the wafer 20th take place.

2A bis 2D zeigen schematische Darstellungen von Waferstrukturen zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer, wobei 2Aa bis 2Da Draufsichten auf die Waferstrukturen, 2Ab bis 2Db Querschnitte durch die Waferstrukturen entlang der Linie B-B' der 2Aa bis 2Da und 2Ac bis 2Dc Querschnitte durch die Waferstrukturen entlang der Linie C-C' der 2Aa bis 2Da zeigen. 2A until 2D show schematic representations of wafer structures to explain a second embodiment of the production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells, wherein 2Aa until 2Da Plan views of the wafer structures, 2A Fig until 2Db Cross-sections through the wafer structures along the line BB 'of 2Aa until 2Da and 2Ac until 2Dc Cross-sections through the wafer structures along the line CC 'of 2Aa until 2Da demonstrate.

Das mittels der 2A bis 2D schematisch dargestellte Herstellungsverfahren unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform lediglich darin, dass der mindestens eine Befüllkanal 32 durch das zweite Substrat 22 und/oder das dritte Substrat 24 strukturiert wird. Zum späteren Verschließen des mindestens einen Befüllkanals 32 kann bei einem aus Glas ausgebildeten Substrat 22 oder 24 ein Laserstrahl 36a eines Kohlendioxidlasers eingesetzt werden. Alternativ kann der mindestens eine Befüllkanal 32 auch mittels einer Bearbeitung des ersten Substrats 12 verschlossen werden.That by means of the 2A until 2D The production method shown schematically differs from the embodiment described above only in that the at least one filling channel 32 through the second substrate 22nd and / or the third substrate 24 is structured. For later closing the at least one filling channel 32 can in the case of a substrate formed from glass 22nd or 24 a laser beam 36a a carbon dioxide laser can be used. Alternatively, the at least one filling channel 32 also by means of processing the first substrate 12th be locked.

Bezüglich der weiteren Verfahrensschritte des mittels der 2A bis 2D schematisch dargestellten Herstellungsverfahrens wird auf die Ausführungsform der 1A bis 1G verwiesen.With regard to the further process steps of the means of 2A until 2D schematically illustrated manufacturing process is based on the embodiment of 1A until 1G referenced.

3A bis 3G zeigen schematische Darstellungen von Waferstrukturen zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer, wobei 3Aa bis 3Ga Draufsichten auf die Waferstrukturen, 3Ab bis 3Gb Querschnitte durch die Waferstrukturen entlang der Linie B-B' der 3Aa bis 3Ga und 3Ac bis 3Gc Querschnitte durch die Waferstrukturen entlang der Linie C-C' der 3Aa bis 3Ga zeigen. 3A until 3G show schematic representations of wafer structures to explain a third embodiment of the production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells, wherein 3Aa until 3Ga Plan views of the wafer structures, 3Ab until 3Gb Cross-sections through the wafer structures along the line BB 'of 3Aa until 3Ga and 3Ac until 3Gc Cross-sections through the wafer structures along the line CC 'of 3Aa until 3Ga demonstrate.

Das mittels der 3A bis 3G schematisch dargestellte Herstellungsverfahren unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 lediglich darin, dass seine Teilschritte in einer geänderten Reihenfolge ausgeführt werden. Wie in 3Aa bis 3Ac erkennbar ist, werden zuerst die Vertiefungen 16 in die zweite Substratoberfläche 12b des ersten Substrats 12 strukturiert. Zum Strukturieren der Vertiefungen 16 kann beispielsweise ein Trockenätzschritt oder ein nasschemischer Ätzschritt, insbesondere unter Verwendung von Kaliumhydroxid (KOH), ausgeführt werden. Auch in diesem Fall kann das oben schon beschriebene strukturierte Maskenmaterial 18, umfassend beispielsweise ein Oxid und/oder einen Lack, zur Festlegung der späteren Form der Vertiefungen 16 verwendet werden, wobei das Maskenmaterial 18 danach entfernt werden kann. Danach wird das dritte Substrat 24 an der zweiten Substratoberfläche 12b des ersten Substrats 12 festgebondet.That by means of the 3A until 3G The manufacturing method shown schematically differs from the embodiment of FIG 1 only that its sub-steps are carried out in a different order. As in 3Aa until 3Ac is recognizable, first the Indentations 16 into the second substrate surface 12b of the first substrate 12th structured. For structuring the depressions 16 For example, a dry etching step or a wet chemical etching step, in particular using potassium hydroxide (KOH), can be carried out. The structured mask material already described above can also be used in this case 18th , comprising, for example, an oxide and / or a lacquer, to define the later shape of the depressions 16 be used, the mask material 18th can then be removed. After that, the third substrate 24 on the second substrate surface 12b of the first substrate 12th firmly bonded.

Wie in 3Ba bis 3Bc schematisch dargestellt ist, werden dann die durchgehenden Aussparungen 10 ausgehend von der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 zu der zweiten Substratoberfläche 12b des ersten Substrats 12 strukturiert. Das dritte Substrat 24 kann dabei als Ätzstoppschicht verwendet werden. Zum Strukturieren der durchgehenden Aussparungen 10 können z.B. ein Tiefentrenchprozess, ein Trockenätzschritt oder ein nasschemischer Ätzschritt, insbesondere unter Verwendung von Kaliumhydroxid (KOH), ausgeführt werden. Das oben beschriebene strukturierte Maskenmaterial 14, umfassend beispielsweise ein Oxid und/oder einen Lack, kann auch in diesem Fall zur Festlegung der Form der späteren durchgehenden Aussparungen 10 genutzt werden, wobei das Maskenmaterial 14 später entfernt werden kann.As in 3Ba until 3Bc is shown schematically, then the continuous recesses 10 starting from the first substrate surface 12a of the first substrate 12th to the second substrate surface 12b of the first substrate 12th structured. The third substrate 24 can be used as an etch stop layer. For structuring the continuous recesses 10 For example, a deep trenching process, a dry etching step or a wet chemical etching step, in particular using potassium hydroxide (KOH), can be carried out. The structured mask material described above 14th , comprising, for example, an oxide and / or a lacquer, can also be used in this case to define the shape of the subsequent continuous recesses 10 be used, the mask material 14th can be removed later.

3Ca bis 3Cc zeigen den Wafer 20 nach einem Festbonden des zweiten Substrats 22 an der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12. Optional kann anschließend mindestens eine Außenfläche des Wafers 20 mit einer Beschichtung, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder einer Antirelaxationsschicht, ausgebildet werden. 3 Approx until 3Cc show the wafer 20th after firmly bonding the second substrate 22nd on the first substrate surface 12a of the first substrate 12th . At least one outer surface of the wafer can then optionally be used 20th with a coating such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and / or an anti-relaxation layer.

Bezüglich der weiteren Verfahrensschritte des mittels der 3A bis 3G schematisch dargestellten Herstellungsverfahrens wird auf die Ausführungsform der 1A bis 1G verwiesen.With regard to the further process steps of the means of 3A until 3G schematically illustrated manufacturing process is based on the embodiment of 1A until 1G referenced.

4A bis 4G zeigen schematische Darstellungen von Waferstrukturen zum Erläutern einer vierten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen ausgebildeten Wafer, wobei 4Aa bis 4Ga Draufsichten auf die Waferstrukturen, 4Ab bis 4Gb Querschnitte durch die Waferstrukturen entlang der Linie B-B' der 4Aa bis 4Ga und 4Ac bis 4Gc Querschnitte durch die Waferstrukturen entlang der Linie C-C' der 4Aa bis 4Ga zeigen. 4A until 4G show schematic representations of wafer structures to explain a fourth embodiment of the production method for a wafer formed with a multiplicity of filled cells, wherein 4Aa until 4Ga Plan views of the wafer structures, 4 Fig until 4Gb Cross-sections through the wafer structures along the line BB 'of 4Aa until 4Ga and 4Ac until 4Gc Cross-sections through the wafer structures along the line CC 'of 4Aa until 4Ga demonstrate.

Auch bei dem mittels der 4A bis 4G schematisch dargestellten Herstellungsverfahren wird eine Vielzahl von durchgehenden Aussparungen 10 durch das erste Substrat 12 derart strukturiert, dass sich die durchgehenden Aussparungen 10 jeweils von der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 zu der zweiten Substratoberfläche 12b des ersten Substrats 12 erstrecken. Optionaler Weise kann das oben schon beschriebene strukturierte Maskenmaterial 14, umfassend beispielsweise ein Oxid und/oder einen Lack, eingesetzt und später entfernt werden. Das Ergebnis ist in 4Aa bis 4Ac gezeigt.Even with the 4A until 4G The production method shown schematically is a multitude of continuous recesses 10 through the first substrate 12th structured in such a way that the continuous recesses 10 each from the first substrate surface 12a of the first substrate 12th to the second substrate surface 12b of the first substrate 12th extend. The structured mask material already described above can optionally be used 14th , comprising, for example, an oxide and / or a lacquer, used and later removed. The result is in 4Aa until 4Ac shown.

Außerdem wird mindestens ein Graben 44 in eine Oberfläche 22a des zweiten Substrats 22 strukturiert. Eine spätere Form des mindestens einen Grabens 44 kann mittels eines strukturierten Maskenmaterials 46, umfassend beispielsweise ein Oxid und/oder einen Lack, festgelegt werden. Das Ergebnis ist in 4Ba bis 4Bc gezeigt. Danach wird das Maskenmaterial 46 entfernt.There will also be at least one trench 44 into a surface 22a of the second substrate 22nd structured. A later form of the at least one ditch 44 can by means of a structured mask material 46 , comprising, for example, an oxide and / or a lacquer. The result is in 4Ba until 4Bc shown. After that, the mask material 46 removed.

4Ca bis 4Cc zeigen den Wafer 20 nach einem Festbonden der Oberfläche 22a des zweiten Substrats 22 an der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 und des dritten Substrats 24 an der zweiten Substratoberfläche 12b des ersten Substrats 12. Das Festbonden der Oberfläche 22a des zweiten Substrats 22 an der ersten Substratoberfläche 12a des ersten Substrats 12 erfolgt derart, dass Teilflächen der Oberfläche des zweiten Substrats 22 die durchgehenden Aussparungen 10 an der ersten Substratoberfläche 12 des ersten Substrats 12 abdecken und zwischen den Teilflächen liegende Teilabschnitte 44a des mindestens einen Grabens 44 sich jeweils von einer der durchgehenden Aussparungen 10 zu einer benachbarten der durchgehenden Aussparungen 10 so erstrecken, dass die durchgehenden Aussparungen 10 über die Teilabschnitte 44a des mindestens einen Grabens 44 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise werden die Hohlräume 26 an den Stellen der durchgehenden Aussparungen 10 und die Verbindungskanäle 28 an den Stellen der Teilabschnitte 44a des mindestens einen Grabens 44 ausgebildet. Wahlweise kann auch je ein „sperriger“ Feststoff 30 auf diese Weise in jedem der Hohlräume 26 eingeschlossen werden. 4 Approx until 4Cc show the wafer 20th after firmly bonding the surface 22a of the second substrate 22nd on the first substrate surface 12a of the first substrate 12th and the third substrate 24 on the second substrate surface 12b of the first substrate 12th . The hard bonding of the surface 22a of the second substrate 22nd on the first substrate surface 12a of the first substrate 12th takes place in such a way that partial areas of the surface of the second substrate 22nd the continuous recesses 10 on the first substrate surface 12th of the first substrate 12th cover and subsections lying between the partial areas 44a of at least one trench 44 each from one of the continuous recesses 10 to an adjacent one of the through cutouts 10 extend so that the continuous recesses 10 over the subsections 44a of at least one trench 44 are connected to each other. In this way the voids become 26th at the points of the continuous recesses 10 and the connecting channels 28 at the points of the subsections 44a of at least one trench 44 educated. Optionally, a “bulky” solid can also be used 30th in this way in each of the cavities 26th be included.

Wie in 4Ca bis 4Cc erkennbar ist, kann mindestens ein weiterer Teilabschnitt des mindestens einen Grabens 44 auch als der mindestens eine Befüllkanal 32 zu einem späteren Befüllen der Hohlräume 26 durch Einbringen oder Einleiten mindestens eines Materials 34 genutzt werden (siehe 4Da bis 4Dc).As in 4 Approx until 4Cc is recognizable, at least one further section of the at least one trench can 44 also as the at least one filling channel 32 for filling the cavities later 26th by introducing or introducing at least one material 34 can be used (see 4Da until 4Dc ).

In 4Ea bis 4Ec ist das anschließend ausgeführte Laserschweißen zum Verschließen der Verbindungskanäle 28 und evtl. auch des mindestens einen Befüllkanals 32 bildlich dargestellt. Auch bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren kann zum Laserschweißen mittels mindestens eines Laserstrahls 36 ein Laser-Reseal-Prozess ausgeführt werden. 1Fa bis 1Fc zeigt den fertigen Wafer 20, bei welchem die gefüllten Zellen 38 voneinander separiert sind. Wie mittels der 4Ga bis 4Gc bildlich wiedergegeben ist, können anschließend einzelne Halbleitervorrichtungen 40 aus dem Wafer 20 herausstrukturiert werden.In 4Ea until 4Ec is the laser welding carried out afterwards to close the connection channels 28 and possibly also the at least one filling channel 32 pictured. In the manufacturing method described here, too, laser welding can be carried out using at least one laser beam 36 a laser reseal process can be performed. 1Fa until 1Fc shows the finished wafer 20th , in which the filled cells 38 are separated from each other. How with the 4Ga until 4Gc is depicted, individual semiconductor devices can then be used 40 from the wafer 20th be structured out.

Bezüglich der weiteren Verfahrensschritte des mittels der 4A bis 4G schematisch dargestellten Herstellungsverfahrens wird auf die Ausführungsform der 1A bis 1G verwiesen.With regard to the further process steps of the means of 4A until 4G schematically illustrated manufacturing process is based on the embodiment of 1A until 1G referenced.

Alle oben beschriebenen Herstellungsverfahren können mit einem Siliziumsubstrat als dem ersten Substrat 12, einem Glassubstrat als dem zweiten Substrat 22 und einem weiteren Glassubstrat als dem dritten Substrat 24 ausgeführt werden. Alternativ kann zum Ausführender oben beschriebenen Herstellungsverfahren auch ein Glassubstrat als das erste Substrat und je ein Siliziumsubstrat als das zweite und dritte Substrat 22 und 24 verwendet werden. Obwohl bei den oben beschriebenen Herstellungsverfahren die Vielzahl von gefüllten Zellen 38 in einem mehrlagigen Wafer 20 ausgebildet werden, kann in einer entsprechend abgewandelten Ausführungsform auch die Vielzahl von gefüllten Zellen 38 in einem einlagigen Wafer ausgebildet werden.All of the manufacturing methods described above can use a silicon substrate as the first substrate 12th , a glass substrate as the second substrate 22nd and another glass substrate as the third substrate 24 are executed. Alternatively, a glass substrate can be used as the first substrate and a silicon substrate can be used as the second and third substrate for carrying out the manufacturing method described above 22nd and 24 be used. Although in the manufacturing method described above, the plurality of filled cells 38 in a multilayer wafer 20th can be formed, in a correspondingly modified embodiment, the multiplicity of filled cells can also be formed 38 can be formed in a single layer wafer.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen können zum Befüllen der Hohlräume 26 mindestens ein Alkalimetallgas, mindestens eine gasförmige Alkaliverbindung und/oder mindestens ein Puffergas als das mindestens eine gasförmige Material 34 durch den mindestens einen Befüllkanal 32 in dem Wafer 20 eingeleitet werden. Außerdem eignen sich alle oben beschriebenen Herstellungsverfahren auch zum Herstellen einer Vielzahl von Dampfzellen, indem die späteren gefüllten Zellen 38 mit mindestens einem bei einer späteren Betriebstemperatur der Dampfzellen gasförmigen Material gefüllt werden. Die Dampfzellen können insbesondere als Alkali-Dampfzellen ausgebildet werden. In vielen Sensortypen sind Dampfzellen ein Kernelement. Insbesondere hochgenaue Sensortypen, wie optisch-gepumpte Magnetometer, atomare (Kernspin-)Drehratensensoren, Sensoren für Strahlung im Gigahertz- oder Terahertzbereich, Rydberg-basierte Gassensoren und hochgenaue Atomuhren, lassen sich mittels derartiger Dampfzellen herstellen. Die oben beschriebenen Herstellungsverfahren können insbesondere zum Herstellen von Dampfzellen für autonom fahrende Fahrzeuge, Robotertechnik oder Brain-Machine-Interface-Anwendungen hergestellt werden.In all of the embodiments described above, the cavities can be filled 26th at least one alkali metal gas, at least one gaseous alkali compound and / or at least one buffer gas as the at least one gaseous material 34 through the at least one filling channel 32 in the wafer 20th be initiated. In addition, all of the manufacturing methods described above are also suitable for manufacturing a large number of vapor cells by adding the cells that are later filled 38 be filled with at least one gaseous material at a later operating temperature of the steam cells. The steam cells can in particular be designed as alkali steam cells. Steam cells are a core element in many types of sensors. In particular, high-precision sensor types, such as optically-pumped magnetometers, atomic (nuclear spin) rotation rate sensors, sensors for radiation in the gigahertz or terahertz range, Rydberg-based gas sensors and high-precision atomic clocks, can be produced using such vapor cells. The production methods described above can be used in particular to produce steam cells for autonomously driving vehicles, robot technology or brain-machine interface applications.

5a und 5b zeigen schematische Darstellungen einer Ausführungsform des Wafers mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen. 5a and 5b show schematic representations of an embodiment of the wafer with a multiplicity of filled cells.

Der in 5a und 5b schematisch wiedergegebene Wafer 20 mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen 38 kann mittels eines der oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt werden. Eine Herstellung des Wafers 20 mittels eines der vorausgehend beschriebenen Herstellungsverfahren kann z.B. anhand von Mikroskopaufnahmen des Wafers 20 nachgewiesen werden.The in 5a and 5b schematically reproduced wafer 20th with a multitude of filled cells 38 can be manufactured using one of the manufacturing processes described above. A manufacture of the wafer 20th using one of the manufacturing methods described above, for example, using microscope images of the wafer 20th be detected.

Der Wafer 20 weist eine Vielzahl von in dem ein- oder mehrlagigen Wafer 20 ausgebildeten Hohlräumen 26 als den Zellen 38, welche mit mindestens einem (nicht skizzierten) Material 34 gefüllt sind, auf. Außerdem ist eine Vielzahl von Verbindungskanälen 28 in dem Wafer 20 ausgebildet, wobei die Hohlräume 26 über die Verbindungskanäle 28 miteinander verbunden sind: Jeder der Verbindungskanäle 28 hat eine erste Mündung an einem der Hohlräume 26 und eine zweite Mündung an einem benachbarten der Hohlräume 26 und erstreckt sich von seiner ersten Mündung bis zu seiner zweiten Mündung vollständig durch den Wafer 20. Außerdem sind die Verbindungskanäle jeweils mittels einer durch Laserschweißen ausgebildeten Verschlussstruktur 37 verschlossen. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind jedoch nur einige der Verschlussstrukturen 37 in 5a eingezeichnet. Ebenso ist mindestens ein Befüllkanal 32 in und an dem Wafer ausgebildet, dessen Innenmündung des jeweiligen Befüllkanals an einem der Hohlräume 26 oder an einem der Verbindungskanäle 28 mündet, während eine Außenmündung des jeweiligen Befüllkanals 32 eine Außenfläche des Wafers 20 durchbricht. Auch der mindestens eine Befüllkanal 32 kann jeweils mittels einer durch Laserschweißen ausgebildeten Verschlussstruktur 37 verschlossen sein.The wafer 20th has a plurality of in the single or multi-layer wafer 20th formed cavities 26th than the cells 38 , which with at least one (not sketched) material 34 are filled. There is also a large number of connecting channels 28 in the wafer 20th formed, the cavities 26th via the connection channels 28 connected to each other: Each of the connecting channels 28 has a first mouth at one of the cavities 26th and a second mouth at an adjacent one of the cavities 26th and extends completely through the wafer from its first mouth to its second mouth 20th . In addition, the connecting channels are each formed by means of a closure structure formed by laser welding 37 locked. For the sake of clarity, however, only some of the locking structures are shown 37 in 5a drawn. There is also at least one filling channel 32 formed in and on the wafer, the inner mouth of the respective filling channel at one of the cavities 26th or on one of the connection channels 28 opens, while an outer mouth of the respective filling channel 32 an outer surface of the wafer 20th breaks through. Also the at least one filling channel 32 can in each case by means of a closure structure formed by laser welding 37 to be introverted.

Die gefüllten Zellen 38 des vorausgehend beschriebenen Wafers 20 sind im Gegensatz zu herkömmlichen geblasenen Glaskörpern deutlich weniger anfällig gegenüber Fabrikationstoleranzen und leichter miniaturisierbar. Außerdem ist ein beim Befüllen des Wafers 20 auftretender Materialverlust (an dem mindestens einen Material 34) gegenüber dem Stand der Technik reduziert.The filled cells 38 of the wafer described above 20th In contrast to conventional blown glass bodies, they are significantly less susceptible to manufacturing tolerances and are easier to miniaturize. There is also a process of filling the wafer 20th Occurring material loss (on the at least one material 34 ) compared to the state of the art.

Sofern das mindestens eine Material 34 gasförmig ist, kann es mittels eines Laserlichts und/oder eines Magnet-Mikrowellenfelds manipuliert, wie insbesondere spin polarisiert, sein. Als das mindestens eine Material 34 können z.B. mindestens ein Alkalimetallgas, wie insbesondere Rubidium, Cäsium und/oder Kalium, mindestens ein Puffergas, wie Stickstoff, Argon, Helium, Xenon und Krypton, und/oder mindestens eine gasförmige Alkaliverbindung, wie speziell Rubidiumazid (RbN3) oder Cäsiumazid (CsN3) in den gefüllten Zellen 38 eingeschlossen sein.Provided that at least one material 34 is gaseous, it can be manipulated by means of a laser light and / or a magnetic microwave field, such as in particular spin polarized. Than at least one material 34 For example, at least one alkali metal gas, such as rubidium, cesium and / or potassium, at least one buffer gas, such as nitrogen, argon, helium, xenon and krypton, and / or at least one gaseous alkali compound, such as especially rubidium azide (RbN 3 ) or cesium azide (CsN 3 ) in the filled cells 38 be included.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2005/0007118 A1 [0002]US 2005/0007118 A1 [0002]

Claims (11)

Herstellungsverfahren für einen mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen (38) ausgebildeten Wafer (20) mit den Schritten: Ausbilden einer Vielzahl von Hohlräumen (26) als den späteren Zellen (38) in einem ein- oder mehrlagigen Wafer (20); Ausbilden einer Vielzahl von Verbindungskanälen (28) in dem Wafer (20) derart, dass nach dem Ausbilden der Vielzahl von Hohlräumen (26) und der Vielzahl von Verbindungskanälen (28) die Hohlräume (26) über die Verbindungskanäle (28) miteinander verbunden sind, und dass jeder der Verbindungskanäle (28) eine erste Mündung an einem der Hohlräume (26) und eine zweite Mündung an einem benachbarten der Hohlräume (26) aufweist und sich von seiner ersten Mündung bis zu seiner zweiten Mündung vollständig durch den Wafer (20) erstreckt; Ausbilden mindestens eines Befüllkanals (32) in und an dem Wafer (20) derart, dass nach dem Ausbilden der Vielzahl von Hohlräumen (26), der Vielzahl von Verbindungskanälen (28) und des mindestens einen Befüllkanals (32) eine Innenmündung des jeweiligen Befüllkanals (32) an einem der Hohlräume (26) oder an einem der Verbindungskanäle (28) mündet, während eine Außenmündung des jeweiligen Befüllkanals (32) eine Außenfläche des Wafers (20) durchbricht; Befüllen der Hohlräume (26) durch Einbringen oder Einleiten mindestens eines Materials (34) durch den mindestens einen Befüllkanal (32) in den Wafer (20); und Verschließen der Verbindungskanäle (28) mittels eines Laserschweißens. Production method for a wafer (20) formed with a multiplicity of filled cells (38), comprising the steps: Forming a plurality of cavities (26) as the later cells (38) in a single or multi-layer wafer (20); Forming a multiplicity of connection channels (28) in the wafer (20) such that after the formation of the multiplicity of cavities (26) and the multiplicity of connection channels (28) the cavities (26) are connected to one another via the connection channels (28), and that each of the connecting channels (28) has a first opening at one of the cavities (26) and a second opening at an adjacent one of the cavities (26) and extends completely through the wafer (20) from its first opening to its second opening ; Formation of at least one filling channel (32) in and on the wafer (20) in such a way that after the formation of the plurality of cavities (26), the plurality of connecting channels (28) and the at least one filling channel (32) an inner opening of the respective filling channel ( 32) opens at one of the cavities (26) or at one of the connecting channels (28), while an outer opening of the respective filling channel (32) breaks through an outer surface of the wafer (20); Filling the cavities (26) by introducing or introducing at least one material (34) through the at least one filling channel (32) into the wafer (20); and Closing the connecting channels (28) by means of laser welding. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 mit den zum Ausbilden der Vielzahl von Hohlräumen (26) und der Vielzahl von Verbindungskanälen (28) in dem mehrlagigen Wafer (20) ausgeführten Teilschritten: Strukturieren einer Vielzahl von durchgehenden Aussparungen (10) durch ein erstes Substrat (12) derart, dass sich die durchgehenden Aussparungen (10) jeweils von einer ersten Substratoberfläche (12a) des ersten Substrats (12) zu einer von der ersten Substratoberfläche (12a) weg gerichteten zweiten Substratoberfläche (12b) des ersten Substrats (12) erstrecken; Strukturieren einer Vielzahl von Vertiefungen (16) in die erste Substratoberfläche (12a) und/oder in die zweite Substratoberfläche (12b) des ersten Substrats (12) derart, dass die durchgehenden Aussparungen (10) über die Vertiefungen (16) miteinander verbunden sind, und dass jede der Vertiefungen (16) sich von einer der durchgehenden Aussparungen (10) zu einer benachbarten der durchgehenden Aussparungen (10) erstreckt; und Festbonden eines zweiten Substrats (22) an der ersten Substratoberfläche (12a) des ersten Substrats (12) und eines dritten Substrats (24) an der zweiten Substratoberfläche (12b) des ersten Substrats (12), wodurch der mehrlagige Wafer (20) umfassend das erste Substrat (12), das zweite Substrat (22) und das dritte Substrat (24) gebildet wird und die Hohlräume (26) an den Stellen der durchgehenden Aussparungen (10) und die Verbindungskanäle (28) an den Stellen der Vertiefungen (16) ausgebildet werden.Manufacturing process according to Claim 1 with the sub-steps carried out to form the plurality of cavities (26) and the plurality of connecting channels (28) in the multilayer wafer (20): structuring a plurality of continuous recesses (10) through a first substrate (12) in such a way that the continuous recesses (10) each extending from a first substrate surface (12a) of the first substrate (12) to a second substrate surface (12b) of the first substrate (12) directed away from the first substrate surface (12a); Structuring a plurality of depressions (16) in the first substrate surface (12a) and / or in the second substrate surface (12b) of the first substrate (12) in such a way that the continuous recesses (10) are connected to one another via the depressions (16), and that each of the recesses (16) extends from one of the through cutouts (10) to an adjacent one of the through cutouts (10); and bonding a second substrate (22) to the first substrate surface (12a) of the first substrate (12) and a third substrate (24) to the second substrate surface (12b) of the first substrate (12), thereby comprising the multilayer wafer (20) the first substrate (12), the second substrate (22) and the third substrate (24) is formed and the cavities (26) at the locations of the through recesses (10) and the connecting channels (28) at the locations of the depressions (16 ) be formed. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 mit den zum Ausbilden der Vielzahl von Hohlräumen (26) und der Vielzahl von Verbindungskanälen (28) in dem mehrlagigen Wafer (20) ausgeführten Teilschritten: Strukturieren einer Vielzahl von durchgehenden Aussparungen (10) durch ein erstes Substrat (12a) derart, dass sich die durchgehenden Aussparungen (10) jeweils von einer ersten Substratoberfläche (12a) des ersten Substrats (12) zu einer von der ersten Substratoberfläche (12a) weg gerichteten zweiten Substratoberfläche (12b) des ersten Substrats (12) erstrecken; Strukturieren mindestens eines Grabens (44) in eine Oberfläche (22a) eines zweiten Substrats (22); Festbonden der Oberfläche (22a) des zweiten Substrats (22) derart an der ersten Substratoberfläche (12a) des ersten Substrats (12), dass Teilflächen der Oberfläche (22a) des zweiten Substrats (22) die durchgehenden Aussparungen (10) abdecken und zwischen den Teilflächen liegende Teilabschnitte (44a) des mindestens einen Grabens (44) sich jeweils von einer der durchgehenden Aussparungen (10) zu einer benachbarten der durchgehenden Aussparungen (10) so erstrecken, dass die durchgehenden Aussparungen (10) über die Teilabschnitte (44a) des mindestens einen Grabens (44) miteinander verbunden sind; und Festbonden eines dritten Substrats (24) an der zweiten Substratoberfläche (12b) des ersten Substrats (12), wodurch der mehrlagige Wafer (20) umfassend das erste Substrat (12), das zweite Substrat (22) und das dritte Substrat (24) gebildet wird und die Hohlräume (26) an den Stellen der durchgehenden Aussparungen (10) und die Verbindungskanäle (28) an den Stellen der Teilabschnitte (44a) des mindestens einen Grabens (44) ausgebildet werden.Manufacturing process according to Claim 1 with the partial steps carried out to form the plurality of cavities (26) and the plurality of connecting channels (28) in the multilayer wafer (20): structuring a plurality of continuous recesses (10) through a first substrate (12a) in such a way that the continuous recesses (10) each extending from a first substrate surface (12a) of the first substrate (12) to a second substrate surface (12b) of the first substrate (12) directed away from the first substrate surface (12a); Structuring at least one trench (44) in a surface (22a) of a second substrate (22); Firmly bonding the surface (22a) of the second substrate (22) to the first substrate surface (12a) of the first substrate (12) in such a way that partial areas of the surface (22a) of the second substrate (22) cover the continuous recesses (10) and between the Sub-sections (44a) of the at least one trench (44) lying on partial surfaces each extend from one of the continuous recesses (10) to an adjacent one of the continuous recesses (10) in such a way that the continuous recesses (10) over the sub-sections (44a) of the at least a trench (44) are connected to one another; and firmly bonding a third substrate (24) to the second substrate surface (12b) of the first substrate (12), whereby the multilayer wafer (20) comprising the first substrate (12), the second substrate (22) and the third substrate (24) is formed and the cavities (26) are formed at the locations of the through cutouts (10) and the connecting channels (28) at the locations of the subsections (44a) of the at least one trench (44). Herstellungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Herstellungsverfahren mit einem Siliziumsubstrat als dem ersten Substrat (12), einem Glassubstrat als dem zweiten Substrat (22) und einem weiteren Glassubstrat als dem dritten Substrat (24) oder mit einem Glassubstrat als dem ersten Substrat (12), einem Siliziumsubstrat als dem zweiten Substrat (22) und einem weiteren Siliziumsubstrat als dem dritten Substrat (24) ausgeführt wird.Manufacturing process according to Claim 2 or 3 , wherein the manufacturing method with a silicon substrate as the first substrate (12), a glass substrate as the second substrate (22) and a further glass substrate as the third substrate (24) or with a glass substrate as the first substrate (12), a silicon substrate as the second substrate (22) and a further silicon substrate is implemented as the third substrate (24). Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Befüllen der Hohlräume (26) mindestens ein pulverisiertes, körniges, flüssiges und/oder gasförmiges Material (34) durch den mindestens einen Befüllkanal (32) in den Wafer (20) eingebracht oder eingeleitet wird.Manufacturing method according to one of the preceding claims, wherein for filling the cavities (26) at least one powdered, granular, liquid and / or gaseous material (34) is introduced or introduced into the wafer (20) through the at least one filling channel (32). Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, wobei zum Befüllen der Hohlräume (26) mindestens ein Alkalimetallgas, mindestens eine gasförmige Alkaliverbindung und/oder mindestens ein Puffergas als das mindestens eine gasförmige Material (34) durch den mindestens einen Befüllkanal (32) in den Wafer (20) eingeleitet wird.Manufacturing process according to Claim 5 wherein at least one alkali metal gas, at least one gaseous alkali compound and / or at least one buffer gas is introduced as the at least one gaseous material (34) through the at least one filling channel (32) into the wafer (20) to fill the cavities (26). Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Laserschweißen ein Laser-Reseal-Prozess ausgeführt wird.Manufacturing method according to one of the preceding claims, wherein a laser reseal process is carried out as laser welding. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungskanäle (28) mittels des Laserschweißens flüssigkeits- und/oder luftdicht abgedichtet werden.Manufacturing method according to one of the preceding claims, wherein the connecting channels (28) are sealed liquid-tight and / or airtight by means of laser welding. Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von mit mindestens einer gefüllten Zelle (38) ausgebildeten Halbleitervorrichtungen (40) mit den Schritten: Herstellen eines mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen (38) ausgebildeten Wafers (20) gemäß dem Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und Herausstrukturieren der Halbleitervorrichtungen (40) derart aus dem Wafer (20), dass die herausstrukturierten Halbleitervorrichtungen (40) je mindestens eine der gefüllten Zellen (38) aufweisen.Production method for a multiplicity of semiconductor devices (40) formed with at least one filled cell (38), comprising the steps: Production of a wafer (20) formed with a multiplicity of filled cells (38) according to the production method according to one of the preceding claims; and Structuring the semiconductor devices (40) out of the wafer (20) in such a way that the structured semiconductor devices (40) each have at least one of the filled cells (38). Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von Dampfzellen mit den Schritten: Herstellen eines mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen (38) ausgebildeten Wafers (20) gemäß dem Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die späteren gefüllten Zellen (38) mit mindestens einem bei einer späteren Betriebstemperatur der Dampfzellen gasförmigen Material (34) gefüllt werden; und Herausstrukturieren der Dampfzellen derart aus dem Wafer (20), dass die herausstrukturierten Dampfzellen je mindestens eine der gefüllten Zellen (38) umfassen.A manufacturing method for a multiplicity of vapor cells, comprising the steps of: manufacturing a wafer (20) formed with a multiplicity of filled cells (38) in accordance with the manufacturing method according to one of the Claims 1 until 8th wherein the later filled cells (38) are filled with at least one gaseous material (34) at a later operating temperature of the steam cells; and structuring the steam cells out of the wafer (20) in such a way that the steam cells structured out each comprise at least one of the filled cells (38). Wafer (20) mit einer Vielzahl von gefüllten Zellen (38) mit: einer Vielzahl von in dem ein- oder mehrlagigen Wafer (20) ausgebildeten Hohlräumen (26) als den Zellen (38), welche mit mindestens einem Material (34) gefüllt sind; einer Vielzahl von in dem Wafer (20) ausgebildeten Verbindungskanälen (28), wobei die Hohlräume (26) über die Verbindungskanäle (28) miteinander verbunden sind, und jeder der Verbindungskanäle (28) eine erste Mündung an einem der Hohlräume (26) und eine zweite Mündung an einem benachbarten der Hohlräume (26) aufweist und sich von seiner ersten Mündung bis zu seiner zweiten Mündung vollständig durch den Wafer (20) erstreckt, und wobei die Verbindungskanäle (28) jeweils mittels einer durch Laserschweißen ausgebildeten Verschlussstruktur (37) verschlossen sind; und mindestens einem in und an dem Wafer (20) ausgebildeten Befüllkanal (32), wobei eine Innenmündung des jeweiligen Befüllkanals (32) an einem der Hohlräume (26) oder an einem der Verbindungskanäle (28) mündet, während eine Außenmündung des jeweiligen Befüllkanals (32) eine Außenfläche des Wafers (20) durchbricht.Wafer (20) with a multiplicity of filled cells (38) with: a plurality of cavities (26) formed in the single-layer or multi-layer wafer (20) as the cells (38) which are filled with at least one material (34); a plurality of connecting channels (28) formed in the wafer (20), the cavities (26) being connected to one another via the connecting channels (28), and each of the connecting channels (28) having a first opening at one of the cavities (26) and a has a second opening at an adjacent one of the cavities (26) and extends completely through the wafer (20) from its first opening to its second opening, and wherein the connecting channels (28) are each closed by means of a closure structure (37) formed by laser welding ; and at least one filling channel (32) formed in and on the wafer (20), an inner opening of the respective filling channel (32) opening into one of the cavities (26) or one of the connecting channels (28), while an outer opening of the respective filling channel (32 ) breaks through an outer surface of the wafer (20).
DE102020203668.3A 2020-03-23 2020-03-23 Filled Cell Wafer and Manufacturing Process for a Filled Cell Wafer Pending DE102020203668A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203668.3A DE102020203668A1 (en) 2020-03-23 2020-03-23 Filled Cell Wafer and Manufacturing Process for a Filled Cell Wafer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020203668.3A DE102020203668A1 (en) 2020-03-23 2020-03-23 Filled Cell Wafer and Manufacturing Process for a Filled Cell Wafer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020203668A1 true DE102020203668A1 (en) 2021-09-23

Family

ID=77552410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020203668.3A Pending DE102020203668A1 (en) 2020-03-23 2020-03-23 Filled Cell Wafer and Manufacturing Process for a Filled Cell Wafer

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020203668A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050007118A1 (en) 2003-04-09 2005-01-13 John Kitching Micromachined alkali-atom vapor cells and method of fabrication

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050007118A1 (en) 2003-04-09 2005-01-13 John Kitching Micromachined alkali-atom vapor cells and method of fabrication

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017218635B4 (en) Method for closing an access opening to a cavity and a MEMS component with a closing element
DE102014202801B4 (en) Process for producing a micromechanical component
DE102012107342B4 (en) X-ray transmission window for a radiation detector, radiation detector with such an X-ray transmission window and method for producing an X-ray transmission window
EP2084102B1 (en) Method for producing a micromechanical component with thin-film capping
DE10032579A1 (en) Method for producing a semiconductor component and a semiconductor component produced by the method
DE102007034963A1 (en) A cell having a cavity and a wall surrounding the cavity, a process for producing such a cell, the use thereof, and a wall with a recess which can be formed therein
WO2010057878A2 (en) Method for forming a micro-surface structure and for producing a micro-electromechanical component, micro-surface structure and micro-electromechanical component having said micro-surface structure
DE10117486A1 (en) Method for producing a semiconductor component and a semiconductor component produced using the method
DE102011081033B4 (en) Process for producing a micromechanical structure and micromechanical structure
DE102020203668A1 (en) Filled Cell Wafer and Manufacturing Process for a Filled Cell Wafer
DE102015224506A1 (en) Sensor element with laser activated getter material
DE102016200499A1 (en) Micromechanical device with diffusion stop channel
EP1716593A1 (en) Filling of insulation trenches using cmos-standard processes for creating dielectrically insulated areas on a soi disk
DE102018209483A1 (en) A method of manufacturing a system comprising a first microelectromechanical element and a second microelectromechanical element; system
DE19913683A1 (en) Large area membrane mask, especially a lithographic stencil mask, is produced from a multilayer semiconductor wafer
DE102018207099B4 (en) Method for producing a sequencing unit for sequencing a biochemical material and sequencing unit
EP1716070B1 (en) Micromechanical sensor
DE10236150A1 (en) Method for forming opening in semiconductor substrate layer for manufacture of calibration standard for scanning microscopy, micromechanical sensor or other components
DE10052419A1 (en) Production of micromechanical component comprises applying auxiliary layer and membrane layer on substrate, applying spacer layer, back-etching spacer layer, etching auxiliary layer and applying sealing layer
DE102017210459A1 (en) Micromechanical device with a first cavity and a second cavity
DE102022201813A1 (en) Method for forming a layer structure surrounding at least one recess and device with a layer structure
EP1549586A1 (en) Micromechanical component and method
DE102009026639A1 (en) Electromechanical microstructure for e.g. acceleration sensor, has movable elements connected with substrate and with area made of partially monocrystalline silicon, and spring with area made of partially polycrystalline silicon
DE102020204570A1 (en) Method for filling a steam cell with inert gas and filling device
DE102016214973A1 (en) Combined laser drilling and plasma etching method for producing a micromechanical device and micromechanical device