DE102007012464A1

DE102007012464A1 - Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen und/oder elektronischen Bauelements und mikromechanisches und/oder elektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102007012464A1
Application number: DE200710012464
Authority: DE
Inventors: Sonja Knies; Juergen Kurle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-18

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelement und ein mikromechanisches Bauelement vorgeschlagen, wobei das Bauelement ein Substratmaterial und ein Kappenmaterial aufweist, wobei in einem ersten Schritt des Verfahrens jeweils das Substratmaterial und das Kappenmaterial einander zugeordnet werden, wobei in einem zweiten Schritt auf Waferebene eine Verbindung zwischen dem Substratmaterial und dem Kappenmaterial hergestellt wird und wobei während des ersten Schritts eine Schablone für die relative Positionierung zwischen Substratmaterial und Kappenmaterial vorgesehen ist.

Description

Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen und/oder elektronischen Bauelements und mikromechanisches und/oder elektronisches Bauelement
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen und/oder elektronischen Bauelements gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solches Herstellungsverfahren ist allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 913 857 B1 ein Verfahren zur Durchführung eines sogenannten Chip-to-Wafer-Bondverfahrens bekannt. Hierbei werden einzelne Halbleiter-Chips auf ein Trägermaterial aufgebracht und mit diesem verbunden. Nachteilig ist hierbei, dass entweder nach dem Plazieren beispielsweise eines Kappenmaterialelements auf einem Substratmaterial ein Verrutschen möglich ist oder zur Verhinderung eines Verrutschens eine Haftung vorgesehen sein muss, die sich nachteilig auf die Verbindung bzw. die Eigenschaften des Bauelements auswirkt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen und/oder elektronischen Bauelements und das erfindungsgemäße mikromechanische und/oder elektronische Bauelement gemäß den nebengeordneten Ansprüchen hat demgegenüber den Vorteil, dass ohne die Notwendigkeit einer Haftung zwischen den beiden zu verbindenden Elementen dennoch eine gute Positionierung ohne die Gefahr eines Verrutschens der Elemente vor ihrer Verbindung möglich ist. Hierbei wird die Justierung der einzelnen zu verbindenden Elemente relativ zueinander durch eine Schablone übernommen, die ein Verrutschen der einzelnen Chips während und nach dem Bestücken verhindert. Hierbei kann es erfindungsgemäß besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass es sich um ein mikromechanisches Bauelement (mit einer mikromechanischen Struktur entweder im Substratmaterial und/oder im Kappenmaterial) mit einem elektronischen Schaltungsanteil handelt oder aber es kann vorgesehen sein, dass es sich um ein rein elektronisches Bauelement handelt, wobei in diesem Fall der Aufbau aus Substratmaterial und Kappenmaterial als ein sogenannter "stacked chip"-Aufbau vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass zur Verbindung zwischen dem Substratmaterial und dem Kappenmaterial eine Glas-Lot-Verbindung vorgesehen ist, bzw. dass zur Verbindung zwischen dem Substratmaterial und dem Kappenmaterial eine Metall-Lotverbindung vorgesehen ist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise möglich, dass bewährte Verbindungstechniken zwischen dem Kappenmaterial und dem Substratmaterial Verwendung finden, die zu einer besonders hochdichten, insbesondere hermetisch dichten, Verbindung zwischen den Substratmaterialien des mikromechanischen Bauelements führen.
Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass die Schablone vor dem ersten Schritt mittels eines Klemmmittels entweder relativ zum Substratmaterial oder relativ zum Kappenmaterial fixiert vorgesehen ist. Hierdurch ist eine besonders genaue und reproduzierbare Positionierung des Substratmaterials relativ zum Kappenmaterial und umgekehrt möglich.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Schablone nach dem zweiten Schritt entfernt wird. Hierdurch kann diese in vorteilhafter Weise wiederverwendet werden, was die Herstellungskosten zur Herstellung des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements reduziert.
Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei dem mikromechanischen Bauelement um ein Sensor-Bauelement handelt, welches eine mikromechanische Sensorstruktur, insbesondere innerhalb des Substratmaterials oder innerhalb des Kappenmaterials, aufweist, wobei die Kappenstruktur bzw. das Kappenmaterial oder aber das Substratmaterial eine elektronische Schaltung bzw. Teile davon aufweist, so dass das Substrat des erfindungsgemäßen Bauelements möglichst effektiv genutzt wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands nach der Erfindung sind der Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
1 schematisch in Schnittdarstellung ein Substratmaterial mit einer Schablone,
2 schematisch in Schnittdarstellung das Substratmaterial mit der Schablone und dem Kappenmaterial,
3 und 4 zwei Varianten eines Verfahrens zur Verbindung des Substratmaterials mit dem Kappenmaterial.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist in schematischer Weise in Schnittdarstellung ein Substratmaterial 11 dargestellt, relativ zu dem eine Schablone 15 mittels eines Klemmmittels 15' positioniert ist. Das Substratmaterial 11 stellt im wesentlichen fertig prozessierte mikromechanische und/oder elektronische Bauelemente bzw. Bereiche hierfür zur Verfügung, wobei die mikromechanischen und/oder elektronischen Strukturen mit dem Bezugszeichen 10' angedeutet sind. Zur Weiterverarbeitung zu einem fertigen mikromechanischen Bauelement müssen diese mikromechanischen Strukturen 10' mit einem Kappenmaterial überdeckt werden.
In 2 ist schematisch in Seitenansicht das Substratmaterial 11 zusammen mit der Schablone 15 und zwei Beispielen für das Kappenmaterial 12 dargestellt. Hierbei sind die mikromechanischen Strukturen 10' im Bereich des Substratmaterials 11 durch das Kappenmaterial 12 abgedeckt. Mit dem Bezugszeichen 12' ist schematisch ein Schaltungsbereich innerhalb des Kappenmaterials 12 angedeutet, welcher den Bereich einer elektronischen Schaltung innerhalb des Kappenmaterials 12 andeutet. Der Bereich des Substratmaterials 11 innerhalb einer mikromechanischen Struktur 10' zusammen mit dem ihm zugeordneten Kappenmaterial 12 entspricht einem mikromechanischen Bauelement 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Zur Realisierung eines solchen mikromechanischen Bauelements 10 muss das Kappenmaterial 12 noch mit dem Substratmaterial 11 in möglichst fester und dauerhafter Weise verbunden werden. Anschließend müssen die mikromechanischen Bauelemente 10 noch vereinzelt werden. Die Schablone 15 dient der Positionierung des Kappenmaterials 12 relativ zu dem Substratmaterial 11. Nach der Positionierung wird mittels eines Fügeschrittes die Verbindung zwischen dem Kappenmaterial 12 und dem Substratmaterial 11 hergestellt. Dies ist in 3 und 4 schematisch angedeutet.
In 3 ist schematisch in Seitenansicht angedeutet, wie mittels einer Grundplatte 22 und einer Andruckplatte 21 das Kappenmaterial 12 auf das Substratmaterial 11 gedrückt werden kann und, insbesondere mittels eines Hitzeschrittes, fest verbunden werden kann.
In 3 ist der Fall gezeigt, in dem die Höhe der Schablone 15 geringer ist als die Höhe des Kappenmaterials 12.
4 zeigt den Fall, bei dem die Schablone 15 eine größere Höhe aufweist als das Kappenmaterial 12. In diesem Fall ist die Gegenplatte 21 mit Ausnehmungen derart ausgebildet, dass zur Verbindung des Kappenmaterials 12 mit dem Substratmaterial 11 ein entsprechender Druck gemäß den schematisch angedeuteten Pfeilen ausgeübt werden kann.
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine langzeitstabile hermetische Chip-to-Chip-Verbindung zu erreichen, obwohl bei der Justage bzw. Positionierung des Kappenmaterials 12 relativ zu dem Substratmaterial 11 keinerlei Klebeverbindungen oder sonstige Positionierhilfe außer der Schablone 15 verwendet wird. Als mögliche Verbindungssysteme zur Verbindung des Kappenmaterials 12 mit dem Substratmaterial 11 eignen sich beispielsweise sogenannte Glas-Lot-Bondverfahren oder auch eine Bondverbindung durch ein Kupferzinnlot. Weitere Metall-Lotverbindungen können erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen sein.
Es ist hierdurch besonders vorteilhaft möglich, dass durch sehr individuelles, einzelnes Positionieren (Pick and Place) eine große Ausbeute bei der Herstellung von mikromechanischen Bauelementen realisiert wird, bei denen sowohl in dem Substratmaterial 11 ein vergleichsweise großer Wert im Sinne von Prozessierungsaufwand steckt und bei dem ferner auch im Kappenmaterial 12 ein vergleichsweise hoher Prozessierungsaufwand, beispielsweise in Form einer elektronischen Schaltung oder dergleichen, steckt.
Die Schablone 15 zur Justage der Einzelchips des Kappenmaterials 12 besteht erfindungsgemäß aus einem Material, das den Temperaturen des Verbindungsprozesses standhält. Für den Fall eines Glas-Lot-Bondens des Kappenmaterials 12 auf dem Substratmaterial 11 könnte die Schablone 15 beispielsweise aus einem strukturierten Silizium oder Glas-Wafer bestehen. Eventuell ist auch eine strukturierte Aluminiumschablone möglich. Die Struktur der Schablone besteht insbesondere aus Löchern, die in Bezug zum zu bestückenden Substratmaterial 11 (insbesondere der Sensor-Wafer) derart angeordnet sind, dass bei der Justage der Schablone 15 relativ zum Sensor-Wafer bzw. zum Substratmaterial 11 die Löcher genau oberhalb der Bondrahmen des Sensor-Wafers liegen. Die Größe der Löcher ist abhängig vom zu bestückenden Einzelchip und muss unter Berücksichtigung von zu definierenden Toleranzen dem Kappenmaterial 12, d. h. dem zu plazierenden einzelnen Chip, möglichst wenig Spielraum zum Verrutschen geben. Das Verbindungsverfahren zur Verbindung des Substratmaterials 11 mit dem Kappenmaterial 12 kann anschließend mit Hilfe von Standardprozessen bzw. Bondanlagen durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0913857 B1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen und/oder elektronischen Bauelements (10) mit einem Substratmaterial (11) und mit einem Kappenmaterial (12), wobei in einem ersten Schritt jeweils das Substratmaterial (11) und das Kappenmaterial (12) einander zugeordnet werden und wobei in einem zweiten Schritt auf Waferebene eine Verbindung zwischen dem Substratmaterial (11) und dem Kappenmaterial (12) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Schritts eine Schablone (15) für die relative Positionierung zwischen Substratmaterial (11) und Kappenmaterial (12) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung zwischen dem Substratmaterial (11) und dem Kappenmaterial (12) eine Glas-Lot-Verbindung vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung zwischen dem Substratmaterial (11) und dem Kappenmaterial (12) eine Metall-Lot-Verbindung vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (15) vor dem ersten Schritt mittels eines Klemmmittels entweder relativ zum Substratmaterial (11) oder relativ zum Kappenmaterial (12) fixiert vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone (15) nach dem zweiten Schritt entfernt wird.
Mikromechanisches und/oder elektronisches Bauelement (10) mit einem Substratmaterial (11) und mit einem Kappenmaterial (12) hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen.
Bauelement (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial (11) eine mikromechanische Sensorstruktur aufweist und dass das Kappenmaterial (12) eine elektronische Schaltungsstruktur aufweist und/oder dass das Substratmaterial (11) eine elektronische Schaltungsstruktur aufweist und dass das Kappenmaterial (12) eine mikromechanische Sensorstruktur aufweist.