DD267136A1 - Vorrichtung zur reproduzierbaren positionierung von zwei miteinander zu verbindenen halbleiterkoerpern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist insbesondere in der Mikromechanik, Mikroelektronik und Sensorik anwendbar. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur exakten, reproduzierbaren Positionierung zweier Halbleiterkoerper, die miteinander verbunden werden sollen, zu schaffen, in dem die Lage beider Halbleiterkoerper durch genau justierte Anschlaege bestimmt wird. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass zwei Halbleiterscheiben, die als Positionieranschlaege dienende anisotrop geaetzte Loecher besitzen, zusaetzliche, durch anisotropes Aetzen formierte Erhebungen und Einaetzungen aufweisen, die paarweise formschluessig ineinander passen. Beim Formschluss der Erhebungen und Einaetzungen verbleibt ein Luftspalt zwischen den beiden Halbleiterscheiben, der vergleichsweise klein ist gegenueber der Scheibendicke. Die sich paarweise entsprechenden Erhebungen und Einaetzungen in der jeweiligen Halbleiterscheibe befinden sich in der entsprechenden Lage zu den Positionieranschlaegen. Die Erfindung ist aus Fig. 1 ersichtlich. Fig. 1

Description

Hierzo 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Ei findung betrifft eine Vorrichtung zur reproduzierbaren Positionierung von Körpern aus Haluleitermaterial oder Materialion, die standardmäßig in der Halbleitertechnologie angewendet werden, sowie zu deren Verbindung. Die Erfindung ist insbesondere in der Mikromechunik, Mikroelektronik und Sensorik anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für oin b'flites Sprektrum mikromechanischer, mikroelektronischer und sonsorischer Anwendungen ist es notwendig, zwei Halbleiterkörper mit einer Genauigkeit zu verbinden, die in dar Größenordnung der mikromechanischen und mikroelektronischen Abmessungen, d.h. im Mikrometorborolch, liegt (K.E.Peterson: Silicon as a Mechanical Material; Proceedings of the IEEE 70 [1982] 5, S.420). Dazu werden prinzipiell Verfahren mit oder ohne Anschläge genutzt.

Für Verfahren, bei denen dio beiden Halbleiterkörper ohne Anschlag gegeneinander positioniert werden, erfolgt dio Justierung vorrangig mit optischen Mitteln. Liegen keine gemeinsamen Bozugskanten vor oder wird ein Körper durch den anderen verdeckt, sind optische Methoden nicht anwendbar.

In diesem Fall werden vorzugsweise getrennte Anschläge für jedon der beiden zu verbindenden Halbleiterkörper benutzt. Diu Lehren, die diese Anschläge enthalten, werden ebenfalls durch optische oder sich aus der Feinmechanik ergebende Justiermöglichkeiten gegeneinander positioniert (Hildebrand: Feinmechanische Bauelemente; Berlin; VEB Verlag Technik

Optische Justiermittel für Genauigkeiten im Mikrometerbereich erfordern bereits erhebliche Aufwendungen, währenddessen feinmechanische Justiormöglichkeiton infolge des Spiels insbesondere der Lagerungs- und Führungselemente in ihrer Genauigkeit erheblich begrenzt sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist os, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine reproduzierbare Positionierung von zwei miteinander zu verbindenden Halbleiterkörpern gewährleistet, die Justierung der beiden Anschläge für alle Formon dor Geometrie der Halbleiterkörper realisiert, eine einfache und sichere Handhabung ermöglicht und mit goringem Aufwand und hoher Präzision herstellbar ist.

Darlegung des Woeens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur exakten, reproduzierbaren Positionierung zweier Halbleiterkörper, die miteinander verbunden werden sollen, zu schaffen, indem die Lage beider Halbleiterkörper durch genau justierte Anschläge bestimmt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelönt, daß zwei Halbleiterscheiben, die als Positionieranschläge dienende anisotrop geätzte Löcher besitzen, zusätzliche, duich anisotropes Ätzen formierto Erhebungen und Einätzungen aufweisen, die paarweise formschlüssig ineinander passen. Beim Formschluß der Erhebungen und Einätzungen verbleibt oin Luftspalt zwischen den beiden Halbleiterscheiben, der vergleichsweise klein ist gegenüber der Scheibendicke, Die sich paarweise

entsprechenden Erhebungen und Einätzunger. in der jewei.iien Haibleitorscheibe befinden sich in der entsprechenden Lage zu den Positlonleranschlägon. Dleso Lage ist durch die halbloitortechnolojlsch hergestellte Ätzmaske für die Positionierlöcher, Erhebungen und Einätzungen festgelegt.

Die Halbleiterscheiben bostehen aus einem Halbleitermaterial, das für anisotrop geätzte Erhebungen oder Einätzungen Dreioder Mehrfachsymmetrio aufweist. Die Erhöhungen oder Einätzungen sind pyramidenförmig oder pyramldonstumpfförmig ausgeführt. Die Genauigkeit der Herstellung von Fenstern in Ätzmasken Hegt bei Anwondung von in dor Halbloiterindustrie üblichen lithografischen und Schichtstrukturierungsverfahren im Mikromotorboroich und verursacht damit die hohe Genauigkeit der Positionierung der Anschläge für die zwei Halbleiterkörper in don boidon Halbleiter*cheibo.i.

Ausführungsbelsplol

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die Scinittdarstollung und

Fig. 2: die räumliche Darstellung einer erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung, die der Positionierung von Wandlerchip

und Gqgonkörper bei ihrer Verbindung zu einem Drucksensorelemont diont, Fig. 3 bis 5: Möglichkeiten dos Formschlusses zwischen den Erhebungen und Einätzungen auf den boidon Halbleiterscheiben zu

ihrer gegenseitigen Justierung (Einzelheit A aus Fig. 1) und Fig. β bis 8: einen möglichen Herstellungsprozeß für die erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung.

Die Vorrichtung entsprechend Fig. 1 besteht aus zwei Halbleiterscheiben I und 2, deren Mantel beispielsweise Silizium ist. Diese weisen jeweils Positionierlöchor 3 und 4 auf, doren Kanten als Positionieranschläge 5 und β für die Halbleiterkörper 7 und 8 dienen.

Die Positionierlöchor 3 und 4 weisen wie die Halbleiterkörper 7 und 8 infolge ihrer Herstellung durch anisotropes Ätzen Böschungswinkel auf, so daß die Positionierung der Halbleiterkörper 7 und 8 durch die Kante des Positionierlochs (Positionieranochlag 5 für Halbleiterkörper 7) oder zen'risch (boldsoitiger Positionleransch'jg 6 für Halbleiterkörper 8) gegeben ist.

Auf bzw. in den Halbleiterscheiben 1 und 2 befinden sich mindestens zwei Erhebungen 9 bzw. Einätzungon 10, die in genauer Lagezueinander angebracht sind und die so ineinander passen, daß nur eine Möglichkeit dos Formschlusses besteht (Fig. 2). Bei Formschluß existiert dabei zwischen beiden Halbleiterscheiben 1 und 2 ein Luftspalt 11, dessen Dicke wesentlich kleiner ist als die Dicken der Halbleiterscheiben 1 und 2 ist. Ein derartiger Formschluß wird durch entsprechende Form der Erhebungen 9 bzw. Elnätzungan 10 erreicht (Fig.3 bis 5).

Durch anisotropes Ätze η erzeugte Einätzungen weisen Begrenzungswände auf, die entsprechend der Orientierung der Halbleiterscheibe 1 bzw. 2 und der Kanten der Einätzung einen bestimmten Neigungswinkel α haben. Durch anisotropes Ätzon erzeugte Erhebungen weifen infolge von Unterätzungen Neigungswinkel ß, die entspn chend doi ^'^bedingungen bei der Herstellung meistens größer oder kleiner als der Winkel α sind, für einige Fälle tber auch gleich dem Winkel α sein können. Für α > β ist die zentrische Einpassung der Erhebung 9 in die Einätzung 10 durch die Seitenwände der Erhebung 9 und die Kanten der Einätzung 10 gegeben, für den Fall α < ß umgekehrt. Als Material für die Halbleiterscheiben 1 und 2 bzw. die Erhebungen 9 und Einätzungen 10 eignet sich vorteilhaft ein Halbleiter mit einer Orientierung, die eine Drei-, Vier- oder Mohrfachsymmotrio aufweist, z.B. (lOO)-Sillzium. Sowohl die Erhobungen 9 als auch die Einätzungon 10 können Pyramiden-oder pyramldenstumpfförmig sein.

Fig.β bis Fig.8 zeigt eine Möglichkeit der Herstellung einer erfindungsgemäßon Vorrichtung nach Fig. 1 bzw. Fig.2. Diebeiden Halbleiterscheiben erhalten durch Anwendung halbleitertechnologischer Schichterzeugungs-, Lithografie- und Schichtätzverfahren entsprechend gestaltete Ätzmasken (Fig.6), die gonau die Lage der zu ätzenden Erhebungen, Einätzungen und Positionierlöcher festlegt und deron Genauigkeit durch die Güte der halbleitortechnologischen Verfahren der Ätzmaskenformierung festgelegt ist. Währenu der folgenden ersten Phase des anisotropen Ätzprozosses bilden sich Ätzgruben 13 (Fig. 7) als Vorstadium dor Positionierlöcher 3 und 4 und Einätzungen 10. Zur Herstellung der Erhobungen wird dio Ätzmaske 12 auf der Halbleiterscheibe 1 so lange abgetragen, bis sich im Bereich dos verdickten Teils 14 der Ätzmaske 12 die neue Ätzmaske 15 herausgebildet hat. Nach weiterem Ätzen dor Halbleiterscheiben 1 und 2 und Entfernung der Ätzmasken 12 und 15 entstehen die beiden Teile der orfindungsgemäßon Vorrichtung (Fig. 8), die formschlüssig zusammengeführt und lösbar oder unlösbar verbunden werden (Fig. V·

Claims (3)

1. Vorrichtung zur reproduzierbaren Positionierung von zwei miteinander zu verbindenden Halbleiterkörpern oder Körpern aus Material, das standardmäßig in der Halbleitertechnologie angowendex vird, bestehend aus zwei Halbleiterscheiben, die als Positionieranschläge dienende anisotrop geätzte Löcher besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Scheiben zusätzlich, durch anisotropes Ätzen formierte Erhebungen und Einäizungen aufweisen, die paarweise formschlüssig ineinander passen, bei Forrnschluß der Erhebungen und Einätzungen der beiden Halbleiterscheiben ein Luftspalt verbleibt, dervergleichsweise klein istgegenüber der Scheibendicke, und daß die sich paarweise entsprechenden Erhebungen und Einätzungen zu den Positionieranschlägen in der jeweiligen Halbleiterscheibe in der entsprechenden Lage befinden und diese Lage durch die holbleitertechnologisch hergestellte Ätzmaske für die Positionsgeber, Erhebungen und Einätzungen festgelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheiben aus einem Halbleitermaterial besahen, das für anisotrop geätzte Erhebungen oder Einätzungen Drei- oder Mehrfachsymmetrie aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen und Einätzungen pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig ausgeführt sind.