DE102004004539B4

DE102004004539B4 - Waferverbindung unter Verwendung von Reaktivfolien zum Häusen mikro-elektromechhanischer Systeme

Info

Publication number: DE102004004539B4
Application number: DE102004004539A
Authority: DE
Inventors: Tanya Jegeris Edina Snyder; Robert H. Palo Alto Yi; Robert Edward Palo Alto Wilson
Original assignee: Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: DE202004021772U1; US20040251524A1; US20040253765A1; US7202553B2; DE102004004539A1; US7176106B2; JP2005040940A

Abstract

Verfahren zum Bilden von Vorrichtungsgehäusen für elektronische, mikroelektromechanische oder optoelektronische Vorrichtungen (20; 256), mit folgenden Schritten:
Aufbringen von abwechselnden Schichten reaktiver Materialien, die eine Reaktivfolie (16; 128) bilden, und eines Verbindungsmaterials (18; 130) auf einen ersten Wafer (12; 114; 114A) und Strukturieren der Reaktivfolie (16; 128) und des Verbindungsmaterials (18; 130), um Umrandungen (17) für die Vorrichtungen (20; 256) zu bilden, wobei die Reaktivfolie (16; 128) durch Zerstäuben gebildet wird und das Verbindungsmaterial (18; 130) durch Plattieren oder Siebdrucken nach dem Strukturieren der Reaktivfolie (16; 128) oder durch Verdampfen oder Zerstäuben gebildet wird;
Pressen des ersten und eines zweiten Wafers (12; 114; 114A; 14; 52; 82; 114B) gegen die Reaktivfolie (16; 128) und das Verbindungsmaterial (18; 130);
Auslösen einer exothermen Reaktion der Reaktivfolie (16; 128), wobei die Reaktivfolie (16; 128) das Verbindungsmaterial (18; 130) erwärmt, um eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer (12;...

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Reaktivfolien zum Waferverbinden bzw. -bonden und zum Bilden von Vorrichtungsgehäusen.
Waferverbindungs-Techniken werden bei der Herstellung von ICs (integrierten Schaltungen) und MEMSs (mikro-elektromechanischen Systemen) verwendet. Durch ein Erzielen einer Häusungsfunktion auf der Waferebene ist es möglich, Kosteneinsparungen über eine massiv parallele Anordnung zu realisieren. Während ein MEMS-Hänsen bisher bei der Bauelement- bzw. Vorrichtungsherstellungsstufe des Mikrobearbeitungsprozesses enthalten war, besteht ein Bedarf nach einem einheitlicheren Häusungsprozess, um höhere Erträge zu erzeugen und Kosten zu senken. Eine hermetische Abdichtung und eine Niedertemperaturabdichtung sind zwei Schlüsselelemente, die große Herausforderungen an das Ziel einer Prozesseinheitlichkeit stellen.
MEMS-Vorrichtungen bzw. -Bauelemente und ICs sind im allgemeinen zerbrechliche Vorrichtungen, die empfindlich gegenüber hohen Temperaturen und hohen Spannungen sind, die für herkömmliche Waferverbindungs-Techniken benötigt werden. Herkömmliche Waferverbindungs-Techniken umfassen ein Anodenverbinden, ein Zwischenschichtverbinden und ein Direktverbinden. Anodenverbinden findet üblicherweise bei 300 bis 450°C statt und erfordert das Anlegen hoher Spannungen. Direktverbinden findet üblicherweise bei 1.000°C statt und erfordert eine extrem gute Oberflächenflachheit und -sauberkeit. Zwischenschichtverbindungen werden üblicherweise mit Hartlötmitteln oder Lötmitteln, wie z. B. AuSi (Gold-Silizium), AuGe (Gold-Germanium) und AuSn (Gold-Zinn), gebildet. All diese Hartlötmittel und Lötmittel weisen Schmelztemperaturen auf, die temperaturempfindliche Materialien und Vorrichtungen verschlechtern können.
So wird ein Verfahren benötigt, das Wafer verbindet, ohne MEMS-Vorrichtungen und ICs hohen Temperaturen und hohen Spannungen auszusetzen.
US 6232150 B1 offenbart ein Verfahren zum Fertigen einer Mikrostrukturanordnung, wobei das Verfahren die Schritte Bereitstellen eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats, Abscheiden eines elektrisch leitfähigen Materials auf dem zweiten Substrat, Kontaktieren des zweiten Substrats, das das elektrisch leitfähige Material trägt, mit dem ersten Substrat, und dann Zuführen von Strom zu dem elektrisch leitfähigen Material, um die Temperatur des elektrisch leitfähigen Materials lokal zu erhöhen und eine Bildung einer Bindung zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zu bewirken, umfasst.
US 2002/0182436 A1 betrifft eine verbesserte Reaktivfolie, die vorzugsweise eine freistehende mehrschichtige Folienstruktur aus abwechselnden Schichten ist, die aus Materialien ausgewählt sind, die in einer exothermen und sich selbst fortpflanzenden Reaktion miteinander reagieren. Während der Reaktion liefert die Folie eine stark lokalisierte Wärmeenergie, die beispielsweise auf Verbindungschichten oder direkt auf Bulkmaterialien, die miteinander verbunden werden sollen, angewendet werden kann. Falls ein Verbindungsmaterial verwendet wird, liefert die Folienreaktion ausreichend Wärme, um die Verbindungsmaterialien zu schmelzen, die beim Abkühlen eine stabile Bindung bilden, die zwei oder mehr Bulkmaterialien verbindet. Falls kein Verbindungsmaterial verwendet wird, führt die Folienreaktion die Wärme direkt zumindest zwei Bulkmaterialien zu, um einen Abschnitt jedes Bulks zu schmelzen, die beim Abkühlen eine stabile Bindung bilden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bilden von Vorrichtungs- bzw. Bauelementgehäusen ein Bilden einer Umrandung bzw. eines Umfangs, die/der eine Reaktivfolie und ein Verbindungsmaterial aufweist, die zwischen einem ersten Wafer und einem zweiten Wafer angeordnet sind, ein Pressen des ersten und des zweiten Wafers gegen die Reaktivfolie und das Verbindungsmaterial, ein Auslösen bzw. Initiieren der Reaktivfolie, wodurch die Reaktivfolie das Verbindungsmaterial erwärmt, um eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer zu erzeugen, und ein Vereinzeln des ersten und des zweiten Wafers in die Vorrichtungsgehäuse.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1, 2 und 3 Querschnitte von Waferstrukturen zum Bilden von Vorrichtungsgehäusen in verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung;
1A eine Draufsicht des Musters, das durch die Reaktivfolie und das Verbindungsmaterial um Vorrichtungen auf einem Wafer bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildet wird;
4A, 4B, 4C und 4D die resultierenden Querschnitte einer Waferstruktur, die durch ein Verfahren bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildet wird;
5A und 5B die resultierenden Querschnitte einer Waferstruktur, die durch ein Verfahren bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildet wird;
6 den resultierenden Querschnitt einer Waferstruktur, die durch ein Verfahren bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildet wird;
7A und 7B die resultierenden Querschnitte einer Waferstruktur, die durch ein Verfahren bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildet wird;
8 den resultierenden Querschnitt einer Waferstruktur, die durch ein Verfahren bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildet wird; und
9A und 9B alternative Schichtgeometrien für die Reaktivfolie und das Verbindungsmaterial bei Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Vorrichtungsgehäuse mit Reaktivfolien auf sowohl der Chip- als auch der Waferebene gebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden eine Reaktivfolie und ein Verbindungsmaterial strukturiert, um eine oder mehrere Umrandungen um Vorrichtungen auf einem ersten Wafer zu bilden. Ein zweiter Wafer ist mit dem ersten Wafer ausgerichtet und die Reaktivfolie wird ausgelöst, um eine exotherme Reaktion zu starten, die Wärme abgibt. Die Wärme aus der Reaktivfolie befindet sich entfernt von den Vorrichtungen. Die Wärme schmilzt das Verbindungsmaterial, um eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer zu bilden. Die verbundene Waferstruktur wird vereinzelt, um einzelne Gehäuse, die die Vorrichtungen enthalten, zu bilden.
1 stellt einen Querschnitt einer Struktur 10 dar, die eines oder mehrere Vorrichtungsgehäuse bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet. Die Struktur 10 umfasst einen Basiswafer 12 und einen Abdeckwafer 14. Abhängig von der Anwendung können einer oder beide Wafer 12 und 14 Volumen- oder Oberflächenmerkmale mit Mikrobearbeitung aufweisen. Mikrobearbeitete Merkmale umfassen Elektronikvorrichtungen, elektromechanische Sensoren, Mikro-Betätigungsglieder, optische Komponenten und mechanische Ausrichtungsmarkierungen.
Eine Reaktivfolie 16 ist auf dem Wafer 12 gebildet. Die Reaktivfolie 16 umfasst abwechselnde Schichten reaktiver Materialien (z. B. Aluminium und Nickel), die, wenn sie ausgelöst wird, eine exotherme Reaktion ergeben. Die Reaktivfolie 16 kann auf dem Wafer 12 durch Magnetronzerstäubung gebildet und durch Verfahren strukturiert werden, die später in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind. Für weitere Details über Reaktivfolien wird auf (1) die die internationale Veröffentlichung WO 01/83205 A2 , veröffentlicht am 8. November 2001, (2) die internationale Veröffentlichung WO 01/83182 A2 , (3) die U.S.-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2001/0038029 A1 , veröffentlicht am 8. November 2001, (4) die U.S.-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2001/0046A1597 A1 veröffentlicht am 29. November 2001, verwiesen.
Ein Verbindungsmaterial 18 wird als nächstes auf der Reaktivfolie 16 gebildet. Das Verbindungsmaterial 18 kann ein Lötmittel, ein Kaltlötmittel oder jedes weitere Verbindungsmittel sein, das Wärme benötigt, um das Verbindungsmaterial in seinen letztendlichen Zustand umzuwandeln. Das Verbindungsmaterial 18 kann auf der Reaktivfolie 16 durch Verdampfen oder Zerstäuben gebildet sein. Die Reaktivfolie 16 und das Verbindungsmaterial 18 werden dann strukturiert, um einen Teil einer oder mehrerer Umrandungen 17 (1A) um Vorrichtungsflächen 19 (1A) auf dem Wafer 12 zu bilden. Die Wafer 12 und 14 werden dann auf die erforderliche Genauigkeit ausgerichtet. Eine nominelle Kraft wird ausgeübt, um die Wafer 12 und 14 gegen die reaktive Folie 16 und das Verbindungsmaterial 18 zu pressen. Dies verhindert eine Bewegung der Wafer 12 und 14, wenn die Reaktivfolie 16 ausgelöst wird. Die Reaktivfolie 16 wird ausgelöst, um eine lokalisierte Wärmequelle für das Verbindungsmaterial 18 zu schaffen. Als ein Ergebnis verbindet das Verbindungsmaterial 18 die Wafer 12 und 14. Nach der exothermen Reaktion hinterlässt die Reaktivfolie 16 eine intermetallische Mischung, die aus den Materialien von der Reaktivfolie (z. B. Aluminium und Nickel) und dem Verbindungsmaterial besteht.
Alternativ kann das Verbindungsmaterial 18 (z. B. Lötmittel) durch Plattieren oder Siebdrucken anstelle von Verdampfung oder Zerstäuben, auf die Reaktivfolie 16 aufgebracht werden, nachdem die Reaktivfolie 16 strukturiert wurde. Ein Photoresist, wie z. B. eine Plattierungs- oder Siebdruckmaske, wird zuerst auf Bereichen aufgebracht, die kein Lötmittel benötigen, und dann wird die gesamte Vorrichtung oder der gesamte Wafer mit dem Verbindungsmaterial 18 plattiert oder siebgedruckt, um die erwünschten Verbindungslinien zu bilden. Die Photoresistmaske wird dann abgetragen. Plattieren oder Siebdrucken bietet einen Kostenvorteil gegenüber Verdampfung oder Zerstäubung des Verbindungsmaterials.
Die Verbindungswafer 12 und 14 bilden ein Teilgehäuse für eine elektronische Vorrichtung, wie z. B. einen IC-Laser, eine MEMS-Vorrichtung, wie z. B. einen elektromechanischen Sensor, oder eine optoelektronische Vorrichtung, wie z. B. einen Halbleiterlaser (z. B. Fabry-Perot-Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser mit verteilter Rückkopplung), lichtemittierende Dioden und Photodetektoren (z. B. Positiv-Intrinsisch-Negativ-Photodetektoren und Überwachungsdioden). Nach dem Reaktivfolienverbinden wird eine Vorrichtung 20 auf dem Basiswafer 12 plaziert, ausgerichtet und mit demselben durch ein Loch 22 in dem Abdeckungswafer 14 verbunden. Obwohl dies in 1 nicht gezeigt sind, wissen Fachleute auf diesem Gebiet, dass mehrere Vorrichtungen 20 in der Struktur 10 gibt. Die Struktur 10 wird vereinzelt, um einzelne Vorrichtungsgehäuse zu bilden.
2 stellt einen Querschnitt einer Struktur 50 dar, die bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung eines oder mehrere Vorrichtungsgehäuse bildet. Die Struktur 50 umfasst einen Basiswafer 12 und einen Abdeckwafer 52. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der, Basiswafer 12 eine Vorrichtung 20 auf, die auf demselben aufgebaut oder plaziert, ausgerichtet und vor dem Reaktivfolienverbinden verbunden wurde. Ferner weist der Abdeckwafer 52 einen Hohlraum 54 zur Unterbringung der Vorrichtung 20 auf. Abhängig von der Anwendung können die Wafer 12 und 14 außerdem andere Volumen- oder Oberflächenmerkmale mit Mikrobearbeitung aufweisen.
Wie oben ähnlich beschrieben wurde, werden die Wafer 12 und 52 unter Verwendung von Reaktivfolie 16 und Verbindungsmaterial 18 verbunden. Ein Verbinden der Wafer 12 und 52 kann ein vollständiges hermetisches Gehäuse für elektronische und MEMS-Vorrichtungen bilden. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich ist, kann die Struktur 50 mehrere Vorrichtungen 20 umfassen und kann vereinzelt werden, um einzelne Vorrichtungsgehäuse zu bilden.
3 stellt einen Querschnitt einer Struktur 80 dar, die bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung eines oder mehrere Vorrichtungsgehäuse bildet. Die Struktur 8 0 umfasst einen Basiswafer 12, einen Zwischenringwafer 82 und einen Abdeckwafer 84. Abhängig von der Anwendung können die Wafer 12, 82 und 84 Volumen- oder Oberflächenmerkmale mit Mikrobearbeitung aufweisen.
Die Wafer 12 und 82 werden unter Verwendung von Reaktivfolie 16 und Verbindungsmaterial 18 verbunden. Die Reaktivfolie 16 und das Verbindungsmaterial 18 werden auf dem Wafer 12 gebildet und dann strukturiert, um Umrandungen 17 (1A) auf dem Wafer 12 zu bilden. Die Wafer 12 und 82 werden dann auf die erforderliche Genauigkeit ausgerichtet. Eine nominelle Kraft wird ausgeübt, um die Wafer 12 und 82 gegen die Reaktivfolie 16 und das Verbindungsmaterial 18 zu pressen. Dies verhindert eine Bewegung der Wafer 12 und 82, wenn die Reaktivfolie 16 ausgelöst wird. Die Reaktivfolie 16 wird dann ausgelöst und als ein Ergebnis erzeugt das Verbindungsmaterial 18 eine Verbindung zwischen den Wafern 12 und 82.
Eine Vorrichtung 20 wird als nächstes auf dem Basiswafer 12 plaziert, ausgerichtet und mit demselben durch ein Loch 86 in dem Ringwafer 82 verbunden. Die Wafer 82 und 84 werden dann unter Verwendung einer Reaktivfolie 16A und eines Verbindungsmaterials 18A verbunden. Die Reaktivfolie 16A und das Verbindungsmaterial 18A werden auf dem Abdeckwafer 84 gebildet und dann strukturiert, um Umrandungen auf dem Abdeckwafer 84 zu bilden. Diese Umrandungen auf dem Abdeckwafer 84 entsprechen Umrandungen 17 (1A) auf dem Wafer 12 und sind gegenüber von denselben angeordnet. Die Wafer 82 und 84 werden dann auf die erforderliche Genauigkeit ausgerichtet. Eine nominelle Kraft wird ausgeübt, um die Wafer 82 und 84 gegen die Reaktivfolie 16A und das Verbindungsmaterial 18A zu pressen. Dies verhindert eine Bewegung der Wafer 82 und 84, wenn die Reaktivfolie 16A ausgelöst wird. Die Reaktivfolie 16A wird dann ausgelöst und als ein Ergebnis erzeugt das Verbindungsmaterial 18A eine Verbindung zwischen den Wafern 82 und 84.
Die Verbindungswafer 12, 82 und 84 können ein vollständiges hermetisches Gehäuse für Elektronik- und MEMS-Vorrichtungen bilden. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich ist, kann die Struktur 80 mehrere Vorrichtungen 20 umfassen und kann vereinzelt werden, um einzelne Vorrichtungsgehäuse zu bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, um die Reaktivfolie zu strukturieren. Ein Strukturieren der Reaktivfolie ist schwierig, da diese relativ dick (z. B. 20 bis 100 Mikrometer) verglichen mit herkömmlichen Metallschichten (z. B. 1 Mikrometer) in der Halbleiterverarbeitung ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden zwei Schichten eines Photoresists eine Abhebemaske, die zur Strukturierung der Reaktivfolie verwendet wird. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine mechanische Abhebemaske zur Strukturierung der Reaktivfolie verwendet. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Lithographieätzen zur Strukturierung der Reaktivfolie verwendet.
Die 4A bis 4D stellen ein Verfahren zur Strukturierung einer Reaktivfolie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Bezug nehmend auf 4A ist eine erste Photoresistschicht 112 auf einem Wafer 114 gebildet. Eine zweite Photoresistschicht 116 wird dann auf dem Photoresist 112 gebildet. Das Material des Photoresists 116 ist ausgewählt, um sich mit einer langsameren Rate als das Photoresist 112 zu entwickeln. Regionen 122 des Photoresists 112 und Regionen 124 des Photoresists 116 werden mit Licht 118 durch eine Maske oder eine Zwischenmaske 120 belichtet bzw. demselben ausgesetzt. Die Photoresiste 112 und 116 werden dann entwickelt, um Fenster 126 durch die Photoresiste 116 und 112 zu bilden, wie in 4B gezeigt ist. Als ein Ergebnis der unterschiedlichen Entwicklungsrate bildet das Photoresist 116 Überhänge 127 über dem Photoresist 112.
Bezug nehmend auf 4C ist eine Reaktivfolie 128 auf dem Photoresist 116 und durch Fenster 126 auf den Wafer 114 aufgebracht. Die Reaktivfolie 128 kann durch Zerstäuben aufgebracht sein. Verbindungsmaterial 130 wird als nächstes auf die Reaktivfolie 128 aufgebracht. Das Verbindungsmaterial 130 kann durch Verdampfung oder Zerstäuben aufgebracht werden. Überhänge 127 (4B) verhindern, dass sich eine durchgehende Schicht aus Reaktivfolie 128 und Verbindungsmaterial 130 über dem Wafer 114 bildet.
Bezug nehmend auf 4D werden die Photoresiste 116 und 112 abgezogen und die Reaktivfolie 128 und das Verbindungsmaterial 130 auf denselben werden abgehoben. Die verbleibende Reaktivfolie 128 und das verbleibende Verbindungsmaterial 130 auf dem Wafer 114 bilden die erwünschte Verbindungsstruktur (z. B. Umrandungen 17 in 1A) zwischen dem Wafer 114 und einem weiteren Wafer (z. B. einem Ring- oder einem Abdeckwafer).
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die obere Photoresistschicht, anstatt zwei Photoresistschichten mit unterschiedlichen Entwicklungsraten zu verwenden, mit Chlorbenzol behandelt werden, um ihre Entwicklungsrate zu reduzieren, um das Unterschnittprofil zu erlangen. Alternativ kann bei einer einzelnen dicken Photoresistschicht deren obere Oberfläche mit Chlorbenzol behandelt werden, um das Unterschnittprofil zu erzielen.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird Verbindungsmaterial 130 auf die Reaktivfolie 128 plattiert oder siebgedruckt, nachdem die Reaktivfolie 128 allein mit den in den 4A bis 4D gezeigten Schritten aufgebracht und strukturiert worden ist.
Die 5A und 5B zeigen ein weiteres Verfahren zur Strukturierung einer Reaktivfolie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bezug nehmend auf 5A ist eine Photoresistschicht 112 auf dem Wafer 114 gebildet. Das Photoresist 112 wird durch ein Belichten von Regionen 122 mit Licht 118 durch eine Maske oder eine Zwischenmaske 164 strukturiert.
Bezug nehmend auf 5B ist eine Photoresistschicht 116 auf dem Photoresist 112 gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Photoresiste 112 und 116 die gleiche Entwicklungsrate aufweisen. Das Photoresist 116 wird durch ein Belichten von Regionen 124 mit Licht 118 durch eine Maske oder eine Zwischenmaske 168 strukturiert. Die Zwischenmaske 168 weist kleinere Fenster als die Zwischenmaske 164 auf. So ist die Region 124 kleiner als die Region 122.
Die Regionen 122 und 124 werden dann entwickelt, um Fenster 126 mit Überhängen 127, wie in 4B gezeigt ist, zu bilden. Die Reaktivfolie 128 und das Verbindungsmaterial 130 werden als nächstes gebildet und dann mit den verbleibenden Photoresisten 112 und 116, wie oben Bezug nehmend auf die 4C und 4D beschrieben wurde, strukturiert. Alternativ kann das Verbindungsmaterial 130 auf die Reaktivfolie 128 plattiert oder siebgedruckt werden, nachdem die Reaktivfolie 128 allein mit den in den 5A und 5B gezeigten Schritten aufgebracht und strukturiert wurde.
6 stellt ein weiteres Verfahren zur Strukturierung einer Reaktivfolie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine mechanische Maske oder Schablone 192 verwendet, um die Reaktivfolie 128 und das Verbindungsmaterial 130 zu strukturieren. Die Maske 192 kann aus rostfreiem Stahl, Glas oder einem Siliziumwafer hergestellt sein, in den/das Unterschnittfenster 194 bearbeitet oder geätzt sind. Die Reaktivfolie 128 und das Verbindungsmaterial 130 werden durch Fenster 194 aufgebracht, um die gewünschte Verbindungsstruktur zu bilden. Die überschüssige Reaktivfolie 128 und das überschüssige Verbindungsmaterial, die auf der Maske 192 aufgebracht sind, können abgezogen werden, so dass die Maske 192 wiederverwendet werden kann. Alternativ kann das Verbindungsmaterial 130 auf die Reaktivfolie 128 plattiert oder siebgedruckt werden, nachdem die Reaktivfolie 128 allein mit den in 6 gezeigten Schritten aufgebracht und strukturiert wurde.
Die 7A und 7B stellen ein weiteres Verfahren zur Strukturierung einer Reaktivfolie bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Bezug nehmend auf 7A ist eine Reaktivfolie 128 über einem Wafer 114 gebildet. Verbindungsmaterial 130 ist auf der Reaktivfolie 128 gebildet. Das Verbindungsmaterial 130 kann auf die Reaktivfolie 128 durch Verdampfung oder Zerstäuben aufgebracht werden. Alternativ kann das Verbindungsmaterial 130 auf die Reaktivfolie 128 plattiert oder siebgedruckt werden. Eine Photoresistschicht 220 ist auf dem Verbindungsmaterial 130 gebildet. Das Photoresist 220 wird dann durch ein Belichten von Regionen 222 mit Licht 224 durch eine Maske oder eine Zwischenmaske 226 strukturiert.
Die Regionen 222 werden dann entwickelt, um Ätzfenster 228 in dem Photoresist 220 zu bilden. Regionen 128A und 130A, die durch das verbleibende Photoresist 220 ungeschützt bleiben, werden weggeätzt und das verbleibende Photoresist 220 wird abgezogen, um die in 4D gezeigte Struktur zu bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reaktivfolie verwendet, um eine große Anzahl von Vorrichtungen, wie z. B. IC-Lasern, auf eine parallele Art und Weise zu verbinden. Bezug nehmend auf 8 wird ein Wafer 114 gemäß der spezifischen Anwendung volumen- oder oberflächenmikrobearbeitet. Eine Metallschicht 250 wird gebildet und strukturiert, um Metallinien auf dem Wafer 114 zu bilden. Eine Reaktivfolie 252 und ein leitfähiges Verbindungsmaterial 254 werden auf der Metallschicht 250 gebildet und strukturiert. Die Reaktivfolie 252 und das Verbindungsmaterial 254 können durch eines der oben beschriebenen Verfahren strukturiert werden.
Vorrichtungen 256 werden auf dem Verbindungsmaterial 254 ausgerichtet und plaziert. Eine nominelle Kraft wird ausgeübt, um die Vorrichtung 254 und den Wafer 114 gegen die Reaktivfolie 252 und das Verbindungsmaterial 254 zu pressen. Dies verhindert eine Bewegung der Vorrichtungen 256 und des Wafers 114, wenn die Reaktivfolie 252 ausgelöst wird. Die Reaktivfolie 252 wird dann ausgelöst, um das Verbindungsmaterial 254 zu erwärmen. Als ein Ergebnis bildet das Verbindungsmaterial 254 eine Verbindung zwischen den Vorrichtungen 256 und ihrem jeweiligen Metall 250. Nach der exothermen Reaktion hinterlässt die Reaktivfolie 252 eine intermetallische Mischung, die aus den Materialien von der Reaktivfolie (z. B. Aluminium und Nickel) und dem Verbindungsmaterial besteht. Die oben beschriebenen Schritte können verwendet werden, um die Vorrichtungen der 1, 2 und 3 mit ihren Basiswafern zu verbinden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht die Schichtgeometrie aus einem Verbindungsmaterial (z. B. Lötmittel) auf einer Reaktivfolie. Unterschiedliche Schichtgeometrien können jedoch verwendet werden, um die Wafer zu verbinden und Vorrichtungsgehäuse zu bilden. 9A stellt eine Schichtgeometrie dar, bei der die Reaktivfolie 128 auf Verbindungsmaterial 130 gebildet wird, das zwischen Wafern 114A und 114B angeordnet ist, um die Wafer zu verbinden. 9B stellt eine Schichtgeometrie dar, bei der ein Sandwich aus Verbindungsmaterial 130A, Reaktivfolie 128 und Verbindungsmaterial 130B zwischen Wafern 114A und 114B angeordnet ist, um die Wafer zu verbinden. Ferner kann diese Schichtgeometrie wiederholt werden.

Claims

Verfahren zum Bilden von Vorrichtungsgehäusen für elektronische, mikroelektromechanische oder optoelektronische Vorrichtungen (20; 256), mit folgenden Schritten: Aufbringen von abwechselnden Schichten reaktiver Materialien, die eine Reaktivfolie (16; 128) bilden, und eines Verbindungsmaterials (18; 130) auf einen ersten Wafer (12; 114; 114A) und Strukturieren der Reaktivfolie (16; 128) und des Verbindungsmaterials (18; 130), um Umrandungen (17) für die Vorrichtungen (20; 256) zu bilden, wobei die Reaktivfolie (16; 128) durch Zerstäuben gebildet wird und das Verbindungsmaterial (18; 130) durch Plattieren oder Siebdrucken nach dem Strukturieren der Reaktivfolie (16; 128) oder durch Verdampfen oder Zerstäuben gebildet wird; Pressen des ersten und eines zweiten Wafers (12; 114; 114A; 14; 52; 82; 114B) gegen die Reaktivfolie (16; 128) und das Verbindungsmaterial (18; 130); Auslösen einer exothermen Reaktion der Reaktivfolie (16; 128), wobei die Reaktivfolie (16; 128) das Verbindungsmaterial (18; 130) erwärmt, um eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer (12; 114; 114A; 14; 52; 82; 114B) zu erzeugen; und Vereinzeln des ersten und des zweiten Wafers (12; 114A; 14; 52; 82; 114B) in Vorrichtungsgehäuse.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Bilden der Umrandung (17) folgende Schritte aufweist: Bilden einer ersten Photoresistschicht (112) auf dem ersten Wafer (12; 114), wobei die erste Photoresistschicht (112) eine erste Entwicklungsrate aufweist; Bilden einer zweiten Photoresistschicht (116) auf der ersten Photoresistschicht (112), wobei die zweite Photoresistschicht (116) eine zweite Entwicklungsrate aufweist, wobei die zweite Entwicklungsrate langsamer als die erste Entwicklungsrate ist; Strukturelles Belichten der ersten und der zweiten Photoresistschicht (112; 116); Entfernen belichteter Regionen (122, 124) der ersten und der zweiten Photoresistschicht (112; 116), um ein Fenster (126) zu dem ersten Wafer (12; 114) zu bilden, wobei das Fenster (126) ein Unterschnittprofil (127) umfasst; Aufbringen der Reaktivfolie (128) auf nicht belichteten Regionen der ersten und der zweiten Photoresistschicht (112, 116) und durch das Fenster (126) auf den ersten Wafer (12; 114); und Abziehen der nicht belichteten Regionen der ersten und der zweiten Photoresistschicht (112, 116), um die Reaktivfolie (128) auf denselben abzuheben.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das Bilden der Umrandung (17) ferner folgenden Schritt aufweist: Aufbringen des Verbindungsmaterials (130) auf die Reaktivfolie (128) auf den nicht belichteten Regionen der ersten und zweiten Photoresistschicht (112, 116) und durch das Fenster (126), wobei das Abziehen auch das Verbindungsmaterial (130) auf der ersten und der zweiten Photoresistschicht (112, 116) abhebt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Bilden der Umrandung (17) folgende Schritte aufweist: Bilden einer ersten Photoresistschicht (112) auf dem ersten Wafer (114); Definieren einer ersten Region (122) der ersten Photoresistschicht (112), die entfernt werden soll; Bild einer zweiten Photoresistschicht (116) auf der ersten Photoresistschicht (112); Definieren einer zweiten Region (124) der zweiten Photoresistschicht (116), die entfernt werden soll, wobei die zweite Region (124) oberhalb der ersten Region (122) ist, wobei die zweite Region (124) kleiner als die erste Region (122) ist; Entfernen der ersten und der zweiten Region (122, 124), um ein Fenster zu dem ersten Wafer (114) zu bilden, wobei das Fenster ein Unterschnittprofil umfasst; Aufbringen der Reaktivfolie (128) auf die zweite Photoresistschicht (116) und durch das Fenster auf den ersten Wafer (114); und Abziehen verbleibender Regionen der ersten und der zweiten Photoresistschicht (112, 116), um die Reaktivfolie (128) auf denselben abzuheben.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das Bilden der Umrandung (17) ferner folgenden Schritt aufweist: Aufbringen des Verbindungsmaterials (130) auf die Reaktivfolie (128) auf der zweiten Photoresistschicht (116) und durch das Fenster, wobei das Abziehen auch das Verbindungsmaterial (130) auf der ersten und der zweiten Photoresistschicht (112, 116) abhebt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Bilden der Umrandung (17) folgende Schritte aufweist: Platzieren einer mechanischen Maske (192) über dem ersten Wafer (114), wobei die mechanische Maske ein Fenster (194) aufweist, wobei das Fenster (194) ein Unterschnittprofil umfasst; und Aufbringen der Reaktivfolie (128) durch das Fenster (194) auf den ersten Wafer (114).
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem das Bilden der Umrandung (17) ferner folgenden Schritt aufweist: Aufbringen des Verbindungsmaterials (130) auf die Reaktivfolie (128) und durch das Fenster (194).
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Bilden der Umrandung (17) folgende Schritte aufweist: Aufbringen der Reaktivfolie (128) auf den ersten Wafer (114); Bilden einer Photoresistschicht (220) auf der Reaktivfolie (128); Strukturieren der Photoresistschicht (220), um ein Fenster (228) zu definieren; und Entfernen einer Region (128A) der Reaktivfolie (128), die durch das Fenster (228) ausgesetzt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der zweite Wafer (14; 82) ein Loch (22; 86) aufweist, wobei das Verfahren ferner folgenden Schritt aufweist: Platzieren einer Vorrichtung (20) durch das Loch (22; 86) in dem zweiten Wafer (14; 82) und auf den ersten Wafer (12).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der erste Wafer (12) eine Vorrichtung (20) an einem ersten Ort umfasst und der zweite Wafer (52) einen Hohlraum (54) an einem zweiten Ort gegenüber von dem ersten Ort definiert.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner folgende Schritte aufweist: Bilden einer zweiten Reaktivfolie (252) und eines zweiten Verbindungsmaterials (254), die zwischen der Vorrichtung (256) und dem ersten Wafer (114) angeordnet sind; Pressen der Vorrichtung (256) und des ersten Wafers (114) gegen die zweite Reaktivfolie (252) und das zweite Verbindungsmaterial (254); Auslösen einer zweiten exothermen Reaktion der zweiten Reaktivfolie (252), wobei die zweite Reaktivfolie (252) das zweite Verbindungsmaterial (254) erwärmt, um eine zweite Verbindung zwischen der Vorrichtung (256) und dem ersten Wafer (114) zu erzeugen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner folgende Schritte aufweist: Bilden einer zweiten Umrandung, die eine dritte Reaktivfolie (16A) und ein drittes Verbindungsmaterial (18A) aufweist, die zwischen dem zweiten Wafer (82) und einem dritten Wafer (84) angeordnet sind; Pressen des zweiten und des dritten Wafers (82; 84) gegen die dritte Reaktivfolie (16A) und das dritte Verbindungsmaterial (18A); und Auslösen einer dritten exothermen Reaktion der dritten Reaktivfolie (16A), wobei die dritte Reaktivfolie (16A) das dritte Verbindungsmaterial (18A) erwärmt, um eine dritte Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Wafer (82; 84) zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem der erste Wafer (12) eine Vorrichtung (20) umfasst, die sich an einem ersten Ort befindet, und der zweite Wafer (82) ein Loch (86) aufweist, das sich an einem zweiten Ort befindet, wobei der erste Wafer (12) und der zweite Wafer (82) so angeordnet werden, dass sich der zweite Ort gegenüber von dem ersten Ort befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Bilden der Umrandung (17) folgende Schritte aufweist: Bilden des Verbindungsmaterials (130; 130A) auf dem ersten Wafer (114A); und Bilden der Reaktivfolie (128) auf dem Verbindungsmaterial (130A).
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem die Umrandung (17) ferner ein zweites Verbindungsmaterial (130B) aufweist, wobei das Bilden einer Umrandung (17) ferner ein Bilden des zweiten Verbindungsmaterials (130B) auf der Reaktivfolie (128) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit folgendem Schritt: Strukturieren einer Metallschicht (250) auf dem Wafer (114), um Metalllinien zu bilden wobei die Reaktivfolie (252) auf die Metalllinien aufgebracht wird.