DE102007050865A1 - Funktionsbauteil - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst ein kostengünstiges elektromechanisches Mikrosystem-Funktionsbauteil mit verbesserter Luftdichtheit des Verbindungsabschnitts aufgrund einer anodischen Verbindung auf der Waferebenenkapselung der Funktionsbauteile auf der Basis elektromechanischer Mikrosysteme. Das elektromechanische Mikrosystem-Funktionsbauteil umfasst einen Funktionselementabschnitt, der durch Bearbeiten eines hauptsächlich aus Si bestehenden Substrats ausgebildet wird, eine Abdicht-Metallisierungsschicht, die um das Funktionselement ausgebildet wird, und ein Glassubstrat, das mittels einer anodischen Verbindung mit der Abdicht-Metallisierungsschicht verbunden wird. Auf der Oberfläche der Abdicht-Metallisierungsschicht ist eine Metallisierungsschicht ausgebildet, die als Hauptkomponente wenigstens eines der Elemente Sn und Ti enthält.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funktionsbauteil auf der Basis von elektromechanischen Mikrosystemen (MEMS, Micro Electro Mechanical Systems). Elektromechanische Mikrosysteme werden zum Herstellen von Hochfrequenzfiltern, verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und dergleichen verwendet, wozu ein Substrat geätzt wird, das als Hauptkomponente Si enthält.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Auf dem Gebiet der elektromechanischen Mikrosysteme werden Funktionsbauteile wie Hochfrequenzsensoren, Beschleunigungssensoren, Winkelgeschwindigkeitssensoren und Aktuatoren durch Bearbeiten eines Basismaterials, das als Hauptkomponente Si enthält, mittels der Ätztechnik hergestellt. Das Basismaterial kann aus einem Si-Wafer oder einem Wafer mit einer Isolierschicht bestehen (ein solcher Wafer wird als SOI (Silicon an Insulator, Silizium auf einem Isolator) bezeichnet).
  • Für die typischen Hochfrequenzfilter in Mobiltelefonen und dergleichen werden in der Regel SAW-Filter (SAW: Surface Acoustic Wave, akustische Oberflächenwelle) verwendet. In der letzten Zeit werden auch FBAR-Filter (FBAR: Film Bulk Acoustic Resonator, akustischer Schichtkörper-Resonator) verwendet. Bei der Herstellung eines SAW-Filters wird auf dem Substrat eines piezoelektrischen Elements ein Funktionsbauteil ausgebildet. Das Funktionsbauteil für einen FBAR-Filter wird dagegen dadurch hergestellt, daß auf einem Substrat, das als Hauptkomponente Si enthält, eine piezoelektrische Membran ausgebildet wird. Um die richtigen Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit der Funktionsbauteile in diesen Hochfre quenzfiltern sicherzustellen, muß der Abschnitt mit dem Funktionselement luftdicht verschlossen werden.
  • Bei Beschleunigungssensoren auf der Basis von elektromechanischen Mikrosystemen wird bei einer ersten Vorgehensweise zum Ausbilden eines Funktionselements die auf das gesamte Bauteil einwirkende Beschleunigung aus einer Änderung der Bewegung des Funktionsbauteils gemessen. In diesem Fall wird eine stiftförmige oder kammförmige Elektrode verwendet, die durch Ätzen ausgebildet wird. Bei einer zweiten Vorgehensweise wird die Beschleunigung aus der Änderung eines Widerstandes abgelesen, die sich aus der Verformung des Widerstands ergibt, der sich auf einem Träger befindet. In diesem Fall wird durch Ätzen eines Substrats, das als Hauptkomponente Si enthält, eine Durchgangsöffnung ausgebildet, und von einem dünnen Träger wird ein Meßstift gehalten, um auf dem Träger einen Widerstand auszubilden. Bei jedem dieser Verfahren ist ein luftdichter Verschluß des Gehäuses erforderlich, da die Bewegung der Elektrode oder des Meßstifts vom Luftdruck im Gehäuse beeinflußt wird. Als dritte Vorgehensweise wurde ein Verfahren zum Erfassen einer Beschleunigung durch Messen der Temperaturverteilung im Funktionsbauteil mit einem Temperatursensor entwickelt. In diesem Fall wird auf einem Substrat, das als Hauptkomponente Si enthält, eine hohle Struktur erzeugt, und auf der hohlen Struktur wird ein dünner, netzartiger Träger ausgebildet. An einer bestimmten Stelle auf dem Träger wird ein Temperatursensor aufgebracht und auf einem Teil des Trägers eine Wärmequelle. Wenn ein Gas im Gehäuse durch die Wärmequelle aufgeheizt wird, bewegt sich das Gas beim Einwirken einer Beschleunigung im Gehäuse. Durch Messen der Temperaturverteilung kann die einwirkende Beschleunigung erfaßt werden. Auch bei einem Funktionsbauteil mit diesem Aufbau ist ein luftdichter Verschluß des Gehäuses erforderlich.
  • In jedem Fall ist ein luftdichter Abschluß des Gehäuses bei Sensoren mit einem beweglichen Abschnitt wie den elektro mechanischen Mikrosystemen oder den Hochfrequenzfiltern unerläßlich.
  • Beispiele für eine herkömmliche Technik zum Erhalten eines luftdichten Abschlusses umfassen ein Verfahren, bei dem ein Funktionsbauteil in einem keramischen Gehäuse vorgesehen wird, wobei eine Abdeckung aus Metall, Keramik, Glas und dergleichen mit Lot oder Glas mit niedrigem Schmelzpunkt mit dem Funktionsbauteil verbunden wird. Bei diesem Verfahren wird jedes Funktionsbauteil einzeln verpackt.
  • Zum Verringern der Gehäusekosten eines Funktionsbauteils auf der Basis der elektromechanischen Mikrosysteme (MEMS) wurde das Erreichen eines luftdichten Abschlusses für das MEMS-Funktionsbauteil im Waferzustand in Betracht gezogen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, einen weiteren Wafer mit einem Substrat zu verbinden, das als Hauptkomponente Si enthält und auf dem ein Funktionsbauteil ausgebildet ist, und den Verbindungsabschnitt luftdicht zu verschließen. Ein Beispiel dafür ist beschrieben in DIGEST OF TECHNICAL PAPERS 2002: IEEE International Solid-State Circuits Conference 0-7803-7335-9/02/2002 IEEE (Nicht-Patentdokument 1).
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Nicht-Patentdokument 1 ist ein Beispiel für ein Verfahren für den luftdichten Abschluß eines Funktionsbauteils beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die folgende Prozeßfolge angewendet. Entlang des Außenumfangs eines Funktionsbausteins auf einem Si-Wafer wird Au in großer Dicke aufgebracht, über diesen Si-Wafer wird ein weiterer Si-Wafer gelegt, und der Laminatkörper wird unter Druck auf die eutektische Temperatur von Au-Si (361°C oder mehr) aufgeheizt. Es entsteht so eine eutektische Au-Si-Schmelze, die die beiden Si-Wafer miteinander verbindet. Dazu ist es jedoch erforderlich, daß im Verschlußabschnitt einer der Wafer in großer Dicke mit einem Au-Muster beschichtet wird, so daß der Verbrauch von Au hoch ist. Die Kosten für dieses Verfahren sind daher unvorteilhaft hoch.
  • Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Verbrauch an Edelmetallen wie Au zu verringern und eine kostengünstige Metallschicht (als Metallisierungsschicht bezeichnet, da die Technik dafür auf dem Gebiet der Technik Metallisierung genannt wird) längs des Außenumfangs eines Funktionsbauteils auszubilden, um damit einen weiteren Wafer luftdicht zu verbinden.
  • Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß zum Abdichten längs des Außenumfangs eines Funktionsbauteils eine Metallisierungsschicht ausgebildet wird und mittels einer anodischen Verbindung ein Glassubstrat mit der Abdicht-Metallisierungsschicht verbunden wird. Die Abdicht-Metallisierungsschicht wird durch Ausbilden einer Metallisierungsschicht, die als Hauptkomponente auf der Oberfläche Al enthält, und durch weiteres Ausbilden einer Metallisierungsschicht hergestellt, die wenigstens Sn oder Ti oder sowohl Sn als auch Ti enthält, um einen Laminatkörper zu erzeugen.
  • Im allgemeinen wird zur Ausbildung des Funktionsbauteils ein Substrat verwendet, bei dem wenigstens die Oberfläche aus Si besteht. Das heißt, es wird dafür ein Si-Substrat oder ein SOI-Substrat verwendet. Wenn das Substrat, von dem wenigstens die Oberfläche aus Si besteht, die erste Abdicht-Metallschicht und das Glassubstrat mittels einer anodischen Verbindung miteinander verbunden werden, wird an der Grenzfläche zwischen der ersten Abdicht-Metallschicht und dem Glassubstrat nach dem Abschluß der anodischen Verbindung eine Reaktionsproduktschicht erhalten. Aufgrund dieses Merkmals kann eine ausreichende Abdichtung erreicht werden. Nach dem Ausbilden der anodischen Verbindung wird auch in den anderen Ausführungsformen, die noch beschrieben werden, eine Reaktionsproduktschicht erzeugt.
  • In einem repräsentativen Beispiel der ersten Abdicht-Metallschicht wird ein Laminatkörper aus wenigstens einer Metallschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, und einer Metallschicht verwendet, die als Hauptkomponente Ti enthält. In diesem Fall entsteht die Reaktionsproduktschicht bei der anodischen Verbindung zwischen dem Laminatkörper aus den Metallschichten und dem Glassubstrat. Die Reaktionsproduktschicht kann als "Metallisierungsschicht" bezeichnet werden, die als Hauptkomponente Ti enthält.
  • In einem anderen Beispiel für die erste Abdicht-Metallschicht wird ein Laminatkörper aus wenigstens einer Metallschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, und einer Metallschicht verwendet, die als Hauptkomponente Sn enthält. In diesem Fall entsteht die Reaktionsproduktschicht bei der anodischen Verbindung zwischen der Metallschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, und dem Glassubstrat. Die Reaktionsproduktschicht kann als Metallisierungsschicht bezeichnet werden, die als Hauptkomponente Sn enthält.
  • In einem weiteren Beispiel für die erste Abdicht-Metallschicht wird ein Laminatkörper aus wenigstens einer Metallschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, und einer Metallschicht verwendet, die als Hauptkomponenten eine Ti-Schicht, eine Au-Schicht und Sn enthält. In diesem Fall entsteht die Reaktionsproduktschicht bei der anodischen Verbindung zwischen der Metallschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, und dem Glassubstrat. Die Reaktionsproduktschicht kann als Verbundschicht bezeichnet werden, die wenigstens eines der Elemente Al, Ti und Sn enthält.
  • Es ist in der Praxis nützlich, zur Haftverbesserung am Substrat an der ersten Metallschicht eine Haftschicht vorzusehen. Ein repräsentatives Beispiel dafür ist eine Ti-Schicht.
  • Die Verbindung mit Elektroden an der Außenseite erfolgt derart, daß auf dem Wafer mit dem Funktionsbauteil mit der gleichen Metallisierungsschicht erste Elektroden ausgebildet werden. Dann wird das Glassubstrat mit einer Durchgangsöffnung versehen und derart angeordnet, daß die Durchgangsöffnung innerhalb der Elektrode liegt. In diesem Zustand wird das Glassubstrat um die Durchgangsöffnung mittels einer ano dischen Verbindung mit der Elektroden-Metallisierungsschicht verbunden, um einen luftdichten Abschluß zu erhalten, so daß die Elektrode mit der Außenseite verbunden werden kann.
  • In einem repräsentativen Beispiel der Konfiguration weist das Glassubstrat an der Innenseite der das Funktionsbauteil zur Abdichtung umgebenden ersten Metallschicht eine Durchgangsöffnung auf. Auf dem Substrat, von dem mindestens die Oberfläche aus Si besteht, wird eine weitere Leiterbahn-Metallschicht ausgebildet. Die Leiterbahn-Metallschicht ist elektrisch mit dem Funktionsbauteil verbunden. In Kontakt mit der Leiterbahn-Metallschicht wird eine zweite Abdicht-Metallschicht ausgebildet.
  • Die zweite Abdicht-Metallschicht ist mit Bezug zum Substrat in einer Ebene mit der Durchgangsöffnung ausgerichtet. Wenn der Funktionselementabschnitt und das Glassubstrat gegenüberliegen, werden das Substrat, von dem wenigstens die Oberfläche aus Si besteht, und das Glassubstrat mittels der zweiten Abdicht-Metallschicht durch eine anodische Verbindung miteinander verbunden, wobei gleichzeitig bei der anodischen Verbindung zwischen dem Substrat, von dem wenigstens die Oberfläche aus Si besteht, der ersten und der zweiten Abdicht-Metallschicht und dem Glassubstrat an der Grenzfläche zwischen der ersten und der zweiten Abdicht-Metallschicht und dem Glassubstrat eine Reaktionsproduktschicht erzeugt wird.
  • Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auf der Basis von kostengünstigen elektromechanischen Mikrosystemen (MEMS) Funktionsbauteile herzustellen, da die ganze Charge von MEMS-Funktionsbauteilen auf einem Wafer luftdicht verschlossen werden kann.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die in Umrissen das Verkapseln von Funktionsbauteilen auf der Wafer-Ebene bei der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die in Umrissen das Verkapseln von Funktionsbauteilen auf der Wafer-Ebene bei der vorliegenden Erfindung darstellt und ein Beispiel für eine Trennposition zeigt;
  • 3A ist eine Schnittansicht eines Funktionsbauteils nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Herstellungsschritt;
  • 3B ist eine Schnittansicht des Funktionsbauteils nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem anderen Herstellungsschritt;
  • 3C ist eine Schnittansicht des Funktionsbauteils nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einem weiteren Herstellungsschritt;
  • 4 ist eine Schnittansicht der Laminatstruktur einer Abdicht-Metallisierungsschicht bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist eine Schnittansicht zur Darstellung von Details der Abdicht-Metallisierungsschicht bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Verhaltens der Abdicht-Metallisierungsschicht bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der anodischen Verbindung;
  • 7 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Mechanismusses zur Erzielung eines luftdichten Abschlusses mit der Abdicht-Metallisierungsschicht bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ist eine Schnittansicht zur Darstellung von Details der Abdicht-Metallisierungsschicht bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Mechanismusses zur Erzielung eines luftdichten Abschlusses mit der Abdicht-Metallisierungsschicht bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ist eine Schnittansicht des Funktionsbauteils bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 11 ist eine Schnittansicht des Funktionsbauteils bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst wird die Metallisierungsschicht genauer beschrieben. Vorzugsweise wird reines Al als Komponente der Al-Metallisierungsschicht verwendet. Es können jedoch auch andere Elemente hinzugefügt werden, um die Härte der Al-Metallisierungsschicht und ihre Kristallisierung zu kontrollieren. In diesem Fall sollte der Gehalt an den anderen hinzugefügten Elementen 10 Gew.-% oder weniger betragen, so daß der Gehalt an Al 90 Gew.-% oder mehr beträgt. Wenn zu der Al-Metallisierungsschicht 10 Gew.-% oder mehr andere Elemente hinzugefügt werden, entstehen Legierungen und Verbindungen der Elemente, und die Oberflächenrauhigkeit der Al-Metallisierungsschicht kann unvorteilhafterweise zunehmen. Die anderen Elemente, die zum Kontrollieren der Härte oder der Kristallisation zu der Metallisierungsschicht hinzugefügt werden, umfassen die Elemente Ti, Cr, V, W, Cu, Ni, Fe und dergleichen. Manchmal wird wenigstens eines der Elemente zu der Al-Metallisierungsschicht hinzugefügt, um die tatsächlichen Bedürfnisse zu erfüllen. Es erübrigt sich zu bemerken, daß es Fälle gibt, in den die Schichten aus Ti, Sn, Au und dergleichen Verunreinigungen enthalten.
  • Die Dicke der Ti-Schicht, die auf der Al-Metallisierungsschicht ausgebildet wird, ist im Prinzip größer als die der konkaven und konvexen Abschnitte auf der Oberfläche der Al-Metallisierungsschicht. Der Grund dafür ist, daß sich bei der anodischen Verbindung das Ti im Glas verteilt und sich bei der Ausbildung der Verbindung vorstehende Abschnitte der Ti-Schicht ablösen können. Um vorstehende Abschnitte vollständig zu vermeiden und im ganzen Bereich Ti zu belassen, bis die Verbindung auf der ganzen Oberfläche der Metallisierungsschicht vollständig ist, ist es erforderlich, daß die Dicke der Ti-Schicht größer ist als die der konkaven und kon vexen Abschnitte der Al-Metallisierungsschicht. Dieses Erfordernis wird noch genauer in den Abschnitten erläutert, die in den folgenden Ausführungsformen die anodische Verbindung beschreiben. Die Al-Metallisierungsschicht sollte auch in den folgenden Ausführungsformen entsprechend der genannten Idee ausgewählt werden.
  • Auch die Ti-Metallisierungsschicht besteht im wesentlichen aus Ti, es können in der Ti-Metallisierungsschicht jedoch Verunreinigungen enthalten sein.
  • Die Metallisierungsschicht, die als Hauptkomponente entweder Sn oder Ti oder sowohl Sn als auch Ti enthält, entspricht der oben erwähnten Reaktionsproduktschicht, die im Herstellungsprozeß wie im folgenden beschrieben ausgebildet wird.
    • (1) Das erste Verfahren umfaßt das Ausbilden einer Metallisierungsschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, auf einem Substrat, das hauptsächlich aus Si besteht; das nachfolgende Ausbilden einer Ti-Metallisierungsschicht; und das Verbinden der Ti-Metallisierungsschicht mit der Oberfläche eines Glassubstrats durch eine anodische Verbindung. Die Metallisierungsschicht, die als Hauptkomponente Ti enthält, wird wie weiter unten beschrieben ausgebildet. Das Verfahren wird genauer in der "Genauen Beschreibung der Ausführungsformen" erläutert.
    • (2) Das zweite Verfahren umfaßt das Ausbilden einer Metallisierungsschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, auf einem Substrat, das hauptsächlich aus Si besteht; das nachfolgende Ausbilden einer Sn-Metallisierungsschicht; und das Aufschmelzen der Sn-Schicht auf der Oberfläche und das Verbinden eines Glassubstrats damit durch eine anodische Verbindung. Die Metallisierungsschicht, die als Hauptkomponente Sn enthält, wird wie oben beschrieben ausgebildet.
    • (3) Das dritte Verfahren umfaßt das Ausbilden einer Metallisierungsschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, auf einem Substrat, das hauptsächlich aus Si besteht; das nach folgende Ausbilden einer Metallisierungsschicht, die Ti und Au enthält; das nachfolgende Ausbilden einer Sn-Metallisierungsschicht auf der Au-Metallisierungsschicht; und das Aufschmelzen der Sn-Au-Legierung, um damit ein Glassubstrat durch eine anodische Verbindung zu verbinden. Es entsteht eine Verbindung, die als Hauptkomponente wenigstens eines der Elemente Ti, Al und Sn enthält. Das spezifische Beispiel wird genauer in den Ausführungsformen erläutert.
  • Bei dem Funktionsbauteil nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Lücke zwischen den konkaven Abschnitten der Kristallkorngrenzen der Metallisierungsschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, und dem Glassubstrat mit einer Verbindung gefüllt, die als Hauptkomponente wenigstens eines der Elemente Ti, Al, Sn und Au enthält.
  • <Erste Ausführungsform>
  • Anhand der 1 bis 7 wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 1 ist eine perspektivische Ansicht, die in Umrissen das Verkapseln von Funktionsbauteilen auf der Wafer-Ebene darstellt. Die 2 ist eine perspektivische Ansicht, die in Umrissen das Verkapseln von Funktionsbauteilen auf der gleichen Wafer-Ebene darstellt und eine Schnittlinie zeigt. Das heißt, daß wie in der 1 gezeigt auf einem Si-Substrat Funktionsbauteile 2 ausgebildet werden und längs des Außenumfangs der Funktionsbauteile 2 eine Metallisierungsschicht 3 aufgebracht wird. Durch eine anodische Verbindung wird zum Abdichten ein Glassubstrat 4 mit der Metallisierungsschicht 3 verbunden. Nachdem die anodische Verbindung vollständig ist, wird wie in der 2 gezeigt die Baugruppe längs der Schnittlinie 30 zwischen den Abdicht-Metallisierungsschichten aufgeschnitten und in die einzelnen Funktionsbauteile 2 aufgeteilt. In dem Beispiel der 2 ist nur eine einzige Schnittlinie gezeigt. Es erübrigt sich zu bemerken, daß das Schneiden längs jeder der Schnittlinien zwischen den Funktionsbauteilen 2 erfolgt. Das Si-Substrat 1 kann ein monokristalliner Si-Wafer sein oder ein SOI-Wafer, je nach dem herzustellenden Bauteil. In jedem Fall ist die Hauptkomponente des Substrats Si. In der vorliegenden Beschreibung wird für alle Ausführungsformen der Ausdruck "Substrat, das als Hauptkomponente Si enthält" verwendet.
  • Anhand der 3C wird der Aufbau des Funktionsbauteils beschrieben. Die 3C ist eine Schnittansicht eines repräsentativen Funktionsbauteils. Zwischen Leiterbahnen und einer Elektrode 8 auf dem Si-Substrat 1 ist eine piezoelektrische AlN-Schicht 9 ausgebildet. Unter der piezoelektrischen AlN-Schicht 9 wird durch Ätzen des Si-Substrats 1 ein Hohlraum 5 vorgesehen. Das Si-Substrat 1 ist mit einer durchkontaktierten Elektrode 6 versehen, die elektrisch mit den Leiterbahnen und der Elektrode 8 verbunden ist und die sich durch das Si-Substrat 1 erstreckt. Auf der Rückseite des Si-Substrats 1 befindet sich eine Elektrodenfläche 7, die zum Löten und dergleichen verwendet wird. Entlang des Außenumfangs des Funktionsbauteils ist auf der Oberfläche des Si-Substrats 1, auf der sich das Funktionsbauteil befindet, die Abdicht-Metallisierungsschicht 3 ausgebildet. Mittels einer anodischen Verbindung wird mit der Abdicht-Metallisierungsschicht 3 ein Glassubstrat 4 verbunden. Auf der Oberfläche des Si-Substrats 1 ist noch eine Oxidschicht und dergleichen ausgebildet, auch wenn diese nicht gezeigt ist.
  • In der 4 ist der Aufbau der Abdicht-Metallisierungsschicht dargestellt. Die 4 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Bereich A in der 3C zeigt. Auf dem Si-Substrat 1 ist eine Ti-Haftschicht 10 ausgebildet. Auf der Ti-Schicht 10 sind eine Al-Schicht 11 und eine Ti-Schicht 12 ausgebildet. Das Glassubstrat 4 ist mittels einer anodischen Verbindung mit der Ti-Schicht 12 verbunden.
  • Zurück zu den 3A bis 3C. Zuerst wird ein Beispiel für den Prozeß zum Ausbilden der in der 3C gezeigten Struktur beschrieben. Zuerst wird auf das Si-Substrat 1 eine Fotolackmaske aufgebracht, um mittels Lithographie die Durchgangsöffnung für die durchkontaktierte Elektrode 6 zu schaf fen. Dann wird die Durchgangöffnung 30 durch Trockenätzen ausgebildet. Zur Isolierung wird das Si-Substrat 1 durch Aufheizen oxidiert, um auf der Oberfläche eine thermische Oxidschicht 31 zu schaffen. In und um die Durchgangsöffnung 30 wird zum Beispiel durch Sputtern eine Metallschicht aus Ti und dergleichen aufgebracht und dadurch die Metallschicht 32 ausgebildet. Dann wird die Durchgangsöffnung 30 mit einem Metall gefüllt. Vorzugsweise erfolgt eine Metallbeschichtung mit Cu und Ni. Die durchkontaktierte Elektrode 6 trägt zur Luftdichtheit des Funktionsbauteils bei, so daß es erforderlich ist, das Metall ohne jeden Zwischenraum einzufüllen. Die gegenüberliegenden Oberflächen des Si-Substrats 1 werden dann poliert und dabei vorstehende Teile der Metallbeschichtung entfernt, um die Oberflächen wieder glatt zu machen. Zur einfacheren Darstellung sind in der Zeichnung die thermische Oxidschicht 31 und die Metallschicht 32 nicht gezeigt.
  • Dann wird durch Naß- oder Trockenätzen der Hohlraum 5 ausgebildet (siehe 3A). Wenn für das Si-Substrat 1 ein SOI-Wafer verwendet wird, dient das SiO2 in der Mitte des Substrats als Ätzstopper, so daß leicht ein Hohlraum mit einer gleichmäßigen Tiefe erhalten werden kann. Wenn ein Si-Wafer verwendet wird, ergibt sich am Boden des Hohlraums während des Ätzprozesses manchmal eine leichte Rauhigkeit.
  • Dann wird im Hohlraum eine Opferschicht vergraben, so daß der Hohlraum im folgenden Prozeß keine Schwierigkeiten verursacht. Die Opferschicht wird später wieder entfernt. Zur Ausbildung der Opferschicht kann ein Fotolack verwendet werden, der in den folgenden Herstellungsschritten ausreichend stabil bleibt. Außerdem wird die Oberfläche des Si-Substrats 1 flach poliert.
  • Dann werden die Leiterbahnmuster, die Elektrode 8 und die Elektrodenfläche 7 mittels Photolithographie ausgebildet. In diesem Schritt wird zum Beispiel durch Sputtern eine Ti-Metallisierungsschicht aufgebracht und dann die Oberfläche der Ti-Schicht mit Ni/Au beschichtet. In diesem Fall betragen die Verhältnisse der Dicken der Ti-, Ni- und Au-Schichten zum Beispiel 0,1 (Ti), 2 (Ni) und 2 (Au) (Die Einheit ist μm. Diese Einheit wird auch in der folgenden Beschreibung verwendet.) In anderen Fällen werden durch Sputtern oder Abscheiden Metallisierungsschichten aus Ti(0, 1)/Pt(0, 2)/Au(0, 5), Ti(0, 1)/No(0, 5)/Au(0, 5) und dergleichen ausgebildet. In diesen Fällen kann das Muster durch Fräsen oder durch das Lift-Off-Verfahren erzeugt werden. Wenn die Leiterbahnen und die Elektrode 8 ausgebildet werden, wird zuerst die Elektrode unter der piezoelektrischen AlN-Schicht 9 ausgebildet und danach über die piezoelektrische AlN-Schicht 9 eine Metallisierungsschicht für eine andere Elektrode gelegt. Bei diesen Schritten wird die Elektrodenfläche 7 wie die Leiterbahnen und die Elektrode 8 ausgebildet.
  • Mittel Photolithographie und der Technik zum Ausbilden von dünnen Schichten wird die piezoelektrische AlN-Schicht auf den Leiterbahnen und der Elektrode 8 ausgebildet.
  • Dann wird die Abdicht-Metallisierungsschicht 3 ausgebildet (3B). Das Metall wird vorzugsweise durch Sputtern oder Abscheiden aufgebracht. Die Musterbildung kann durch Fräsen mittels Photolithographie, Lift-Off oder Naßätzen erfolgen. Bei dem in der 4 gezeigten Fall wird eine Ti-Schicht 10 mit einer Dicke von 0,1 μm aufgebracht und darauf dann eine Al-Schicht 11 mit einer Dicke von 5 μm und eine weitere Ti-Schicht 12 mit einer Dicke von 0,2 μm. Da die Al-Schicht für eine ausreichende Dicke sorgt, kommt das Funktionsbauteil nicht mit dem Glassubstrat 4 in Kontakt. Es ist anzumerken, daß die Al-Schicht in ausreichender Dicke nicht nur durch die genannten Trockentechniken hergestellt werden kann, sondern auch durch galvanisches Beschichten. Da die Größe der konvexen und konkaven Bereiche auf der Al-Metallisierungsschicht bei der vorliegenden Ausführungsform nicht mehr als 0,2 μm beträgt, wird die Dicke der Ti-Metallisierungsschicht, die auf der Al-Metallisierungsschicht ausgebildet wird, auf 0,2 μm festgelegt.
  • Die Opferschicht im Hohlraum 5 wird durch ein Lösungsmittel aufgelöst und damit entfernt. Wenn dieser Schritt beendet ist, ist das Funktionsbauteil entstanden.
  • Dann wird das Glassubstrat 4 mittels einer anodischen Verbindung mit der Metallisierungsschicht 3 verbunden (siehe 3C).
  • Die nachfolgenden Schritte betreffen den luftdichten Abschluß durch Verbinden des Glassubstrats 4 mit der Metallisierungsschicht 3 durch eine anodische Verbindung. Im folgenden wird die anodische Verbindung beschrieben. Um eine Anodenfunktion zu erhalten, wird im allgemeinen ein Si-Wafer auf ein Glassubstrat gelegt, sowohl an die Unterseite des Si-Wafers als auch die Oberseite des Glassubstrats eine Elektrode gedrückt und dann die ganze Struktur auf etwa 400 Grad C aufgeheizt, wobei für die Verbindung eine Spannung an die Struktur gelegt wird, wobei die Si-Seite als Anode und die Glasseite als Kathode verwendet wird. Durch das Aufheizen verteilen sich die im Glas enthaltenen alkalischen Komponenten wie Na. Wenn die Spannung so angelegt wird, daß das Si die Anode und das Glas die Kathode ist, werden die alkalischen Komponenten ionisiert und verteilt. Es wird im allgemeinen angenommen, daß die positiven Na-Ionen zur Oberseite des Glassubstrats wandern, d.h. zur Kathodenseite, so daß an den an die Grenzfläche zwischen dem Glassubstrat und dem Si-Wafer angrenzenden Positionen eine an positiven Ionen verarmte Schicht entsteht. Ursprünglich ist die Region elektrisch neutral, durch das Anlegen der Spannung werden jedoch die positiven Ionen weggedrängt, so daß die positive Ladung abnimmt und die Region eine negative Ladung annimmt. Das Anlegen der Spannung erzeugt so eine starke elektrostatische Anziehungskraft in der Region zwischen dem Glassubstrat und dem Si-Wafer. Aufgrund dieser starken elektrostatischen Anziehungskraft verbindet sich der Si-Wafer eng mit dem Glassubstrat. Da der im Glas enthaltene Sauerstoff das Si an der Grenzflä che zwischen dem Si-Substrat und dem Glassubstrat oxidiert, entsteht eine starke Verbindung.
  • Die anodische Verbindung wird für die Abdichtung verwendet, da das Glassubstrat direkt mit der Abdicht-Metallisierungsschicht verbunden wird, weshalb die Kosten dafür gering sind. Außerdem sind keine große Mengen an teuren Edelmetallen zum Ausbilden der Abdicht-Metallisierungsschicht erforderlich, wie es mit Bezug zu der 4 beschrieben wurde, so daß der luftdichte Abschluß mit geringen Kosten erhalten werden kann. Insbesondere die Verwendung der Ti/Al/Ti-Metallisierungsschicht reduziert die Herstellungskosten. Da die Metallisierungsschicht für die Herstellung von allgemeinen Halbleitervorrichtungen verwendet wird, sind für die Ausbildung der neuen Metallisierungsschicht keine Investitionen in Anlagen und Geräten erforderlich, was ebenfalls zur Kostenverringerung beiträgt.
  • Mit der anodischen Verbindung zwischen dem Glassubstrat und dem Si-Substrat kann der Verbindungsabschnitt relativ leicht luftdicht abgeschlossen werden, wenn die Verbindungsflächen auf den beiden Substraten auf eine Rauhigkeit von 1 nm oder weniger poliert werden. Wenn dagegen auf dem Si-Substrat eine Metallisierungsschicht ausgebildet wird und die Metallisierungsschicht und das Glassubstrat miteinander durch eine anodische Verbindung verbunden werden, ist es nicht leicht, einen guten luftdichten Abschluß zu erreichen, da die Oberflächen nicht immer glatt sind.
  • Die 5 bis 7 zeigen schematisch jeweils den Zustand der Grenzfläche im Verbindungsabschnitt, wenn die Abdicht-Metallisierungsschicht 3 durch eine anodische Verbindung ausgebildet wird. In den Darstellungen hat jedes der Bezugszeichen jeweils die gleiche Bedeutung. Die 5 zeigt den Aufbau der Metallisierungsschicht vor der Verbindung im Querschnitt. Auf dem Si-Substrat 1 befinden sich die Ti-Metallisierungsschicht 10, die Al-Metallisierungsschicht 13 und die Ti-Metallisierungsschicht 12. In den 5 bis 7 ist zu se hen, daß es Kristallkörner 13 und eine Kristallkorngrenze 14 gibt, und auch, daß die Kristallkorngrenze 14 leicht eingedellt ist. Auch in den Ti-Metallisierungsschichten gibt es eine Anzahl von feinen Kristallen, so daß ähnliche Kristallkorngrenzen entstehen. Da jedoch die Al-Metallisierungsschicht dicker ist, sind die Vertiefungen in der Korngrenze der Al-Metallisierungsschicht tiefer.
  • Wie beschrieben wird die Al-Metallisierungsschicht ausgebildet und auf der Al-Metallisierungsschicht die Ti-Metallisierungsschicht, da zum Abdichten eine gewisse Dicke bei der Al-Metallisierungsschicht erforderlich ist. Andererseits ist die Ti-Metallisierungsschicht nicht so dick, da die Ti-Schicht eine hohe Membranspannung aufweist, und wenn die Dicke zu groß ist, kann sich die Ti-Schicht sogar ablösen. Al ist dagegen weich und die Membranspannung des Al klein, so daß sich die Al-Schicht auch dann nicht ablöst, wenn ihre Dicke groß ist. Da die Dicke groß ist, entstehen jedoch an den Kristallkorngrenzen Vertiefungen, so daß sich Zwischenräume ergeben, wenn das Glassubstrat 4 darauf gelegt wird. Diese Zwischenräume verschlechtern die Luftdichtheit manchmal auch noch nach dem Ausbilden der anodischen Verbindung. Durch die geringe Dicke der Ti-Schicht ist der Widerstand aufgrund der Al-Schicht trotz des hohen Widerstands von Ti klein. Unter den beschriebenen Gesichtspunkten liegt die Dicke der Al-Schicht im Bereich von 0,1 bis 5 μm und die Dicke der Ti-Schicht im Bereich von 0,01 μm bis etwa 0,3 μm.
  • Die 6 ist eine Schnittansicht einer Struktur, bei der auf einer Al-Metallisierungsschicht eine Ti-Schicht ausgebildet wird und auf die Al-Metallisierungsschicht das Glassubstrat 4 gelegt wird. Bei dem in der 6 gezeigten Zustand ist die anodische Verbindung noch nicht ausgebildet, so daß Zwischenräume 15 vorhanden sind. Bei der Ausbildung der anodischen Verbindung ergibt sich der in der 7 gezeigte Zustand. An den Stellen, an denen die Ti-Schicht mit dem Glassubstrat in Kontakt steht, werden die Ti-Atome ionisiert und wandern in das Glassubstrat. Mit dem Fortschreiten des Verbindungsprozesses werden die von den Al-Kristallkörnern hervorgerufenen Vorsprünge abgebaut. Wenn zum Beispiel die anodische Verbindung bei einer Temperatur von 400 Grad C und mit einer Spannung von 1000 V durchgeführt wird, schreitet der Verbindungsprozeß schnell mit einer Verteilung der Ti-Atome fort. Wie in der teilweise vergrößerten Ansicht der 7 gezeigt, werden dabei die Vertiefungen an der Al-Kristallkorngrenze mit Ti oder Ti-Al-Verbindungen (die durch Reaktionen zwischen dem Ti und Al entstehen) gefüllt, und an der Grenzfläche bildet sich eine Ti-Oxidschicht, so daß sich eine Verbindung mit hoher Luftdichtheit ergibt. Die Bedingungen für den Verbindungsprozeß zum Erreichen der beschriebenen Wirkungen bei der Ausführungsform hängen von der Art des für die Verbindung verwendeten Glases ab. Bei Borsilikat, das im allgemeinen für die anodische Verbindung verwendet wird, liegt die Temperatur in der Regel im Bereich von etwa 260 bis 500 Grad C und die angelegte Spannung im Bereich von 400 bis 1500 V. Der Verbindungsprozeß läßt sich um so leichter durchführen, je höher die Temperatur und die Spannung sind. Wenn die Temperatur jedoch höher ist als 660 Grad C, der Temperatur, bei der Al schmilzt, kann das ganze Bauteil zerstört werden. Um einen solchen Ausfall zu vermeiden und unter Berücksichtigung der Wärmefestigkeit von anderen Teilen liegt die Temperatur im Verbindungsprozeß vorzugsweise bei 500 Grad C oder darunter. Wenn die angelegte Spannung übermäßig groß ist, erfolgt im Glassubstrat ein dielektrischer Durchschlag, der das Bauteil vernichtet, weshalb die angelegte Spannung vorzugsweise bei etwa 1500 V oder darunter liegt.
  • Wenn die Oberfläche einer Abdicht-Metallisierung mit Al überzogen ist, kann die Luftdichtheit verbessert werden, wenn die Vertiefungen in den Kristallkorngrenzen irgendwie gefüllt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dazu auf der Oberfläche eine Ti-Metallisierungsschicht ausgebildet, um die in der 7 gezeigte Reaktion herbeizuführen. Bei einer anodischen Verbindung zwischen einem Al-Substrat und einem Glassubstrat dringt das Al im Vergleich zum Ti nur wenig in das Glassubstrat ein. Außerdem reagieren Al und Ti mit dem im Glas enthaltenen Sauerstoff und bilden eine Oxidschicht. Im Falle eines Al-Substrats ist die Dicke der Oxidschicht gering, während im Fall eines Ti-Substrats die Dicke der Oxidschicht relativ groß ist. Der Unterschied wird durch die Unterschiede in der kristallographischen Struktur des erzeugten Oxids hervorgerufen. Die Sauerstoffatome im Glas wandern in das Ti-Oxid und lassen die Schicht anwachsen, und die Zunahme des Ti-Oxids fördert die Reaktion, bei der die Vertiefungen vergraben werden.
  • Wie beschrieben umfaßt das Funktionsbauteil der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Funktionselement, das durch Bearbeiten eines Substrats ausgebildet wird, das hauptsächlich aus Si besteht; eine Abdicht-Metallisierungsschicht, die entlang des äußeren Umfangs des Funktionselements ausgebildet wird; und ein Glassubstrat, das mit der Abdicht-Metallisierungsschicht durch eine anodische Verbindung verbunden wird. Bei dem Funktionsbauteil wird auf einer Metallisierungsschicht, die hauptsächlich aus Al besteht, eine Metallisierungsschicht ausgebildet, die hauptsächlich aus Ti besteht, wodurch es möglich wird, mit geringen Kosten einen luftdichten Abschluß zu erhalten.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Anhand der 8 und 9 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Abdicht-Metallisierungsschicht 3 der ersten Ausführungsform durch eine andere ersetzt, während andere Teile und andere Prozesse bei der zweiten Ausführungsform die gleichen sind wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Die 8 ist eine Schnittansicht eines Aufbaus, bei dem eine Ti-Metallisierungsschicht 22, eine Au-Metallisierungsschicht 23 und eine Sn-Metallisierungsschicht 24 auf einer Al-Kristallkornschicht 21 ausgebildet werden. Bei der zweiten Ausführungsform wird auf der Oberfläche des Laminatkörpers eine Sn-Metallisierungsschicht ausgebildet, da beim Aufheizen des Sn bis zum Schmelzpunkt von 232 Grad C oder mehr bei der Durchführung der anodischen Verbindung das geschmolzene Sn die Vertiefungen in den Al-Kristallkorngrenzen füllt.
  • Die Ti-Metallisierungsschicht 22 und die Au-Metallisierungsschicht 23 werden auf der Al-Kristallkornschicht 21 ausgebildet, um zu verhindern, daß sich die Sn-Metallisierungsschicht 24 ablöst, wenn sie zum Beispiel durch Abscheidung aufgebracht wird. Wenn es jedoch möglich ist, nach der Ausbildung der Al-Metallisierungsschicht 21 die Sn-Metallisierungsschicht 24 auszubilden, ohne daß die Al-Metallisierungsschicht 21 mit der Atmosphäre in Kontakt kommt, ist es nicht erforderlich, die Ti-Metallisierungsschicht 22 und die Au-Metallisierungsschicht 23 aufzubringen. Im allgemeinen ist die Dicke der einzelnen Metallisierungsschichten wie folgt: 0,1 bis etwa 5 μm für die Al-Metallisierungsschicht, 0,01 bis etwa 0,3 μm für die Ti-Metallisierungsschicht, 0,05 bis etwa 0,5 μm für die Au-Metallisierungsschicht und 0,1 bis etwa 2 μm für die Sn-Schicht.
  • Die 9 zeigt eine Schnittansicht des Zustands nach der Ausbildung der anodischen Verbindung. Zuerst schmilzt das Sn, und Sn, das nicht dazu verwendet wird, die vertieften Abschnitte an der Al-Kristallkorngrenze zu füllen, läuft an der Außenseite des Dichtungsabschnitts ab. Die Au-Atome aus der Au-Metallisierungsschicht 24 lösen sich in der Sn-Metallisierungsschicht, so daß die Sn-Metallisierungsschicht eine geringe Dichte an Au enthält. Die Ti-Atome aus der Ti-Metallisierungsschicht 22 wandern in das Glassubstrat und werden zu Ti-Oxid 26 umgewandelt. Wie in der vergrößerten Teilansicht der 9 gezeigt, enthält der Verbindungsabschnitt Ti-Oxid 26, Ti-Al-Verbindungen 28, Al-Oxid 29, Sn-Verbindungen 27, die entstehen, wenn das Sn mit den anderen Metallen reagiert, und dergleichen.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden die Lücken, die durch die vertieften Abschnitte in der Abdicht-Metallisierungsschicht entstehen, durch das Eindringen des Ti in das Glassubstrat beseitigt. Bei der zweiten Ausführungsform kann, da die vertieften Abschnitte mit dem geschmolzenen Sn gefüllt werden, die Luftdichtheit bei einer relativ geringen Temperatur erhalten werden. Da der Schmelzpunkt von Sn bei 232 Grad C liegt, läßt sich der Effekt dieser Ausführungsform erhalten, wenn die Verbindung bei einer Temperatur erfolgt, die über diesem Schmelzpunkt liegt. Die Bedingungen für die Verbindungsausbildung sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, und die Temperatur für die Verbindungsausführung liegt im allgemeinen im Bereich von 260 bis 500 Grad C, während die Spannung für die Verbindungsausführung im Bereich von 400 bis 1500 V liegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der luftdichte Abschluß jedoch durch das Schmelzen des Sn erhalten. Die Verbindung kann daher vorzugsweise zum Beispiel bei einer Temperatur von 300 Grad C und unter einer Spannung von 1000 V ausgeführt werden.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • Anhand der 10 wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform werden die Elektroden des Funktionsbauteils durch eine Durchgangsöffnung im Glassubstrat nach außen geführt. Wie in der Schnittansicht des Bauteils in der 10 gezeigt, wird das Glassubstrat 4 vorab mit einer Durchgangsöffnung 101 versehen. Das Si-Substrat 1 wird andererseits an zwei Stellen, d.h. an der Stelle der Durchgangsöffnung 101 und an den Stellen außerhalb der Durchgangsöffnung 101, auf den Leiterbahnen bzw. auf der mit der piezoelektrischen AlN-Schicht 9 verbundenen Elektrode 8 mit Abdicht-Metallisierungsschichten 3-1 und 3-2 versehen. Das Glas um die Durchgangsöffnung 101 und die Abdicht-Metallisierungsschicht 3 werden miteinander mittels einer anodischen Verbindung verbunden. Die Elektroden können über die Durchgangsöffnung 101 mit den äußeren Elektroden verbunden werden, ohne daß auf dem Si-Substrat eine durchkontaktierte Elektrode auszubilden ist, was für verringerte Kosten vorteilhaft ist.
  • Wenn die Abdicht-Metallisierungsschicht 3-1 um das Funktionsbauteil und die Abdicht-Metallisierungsschicht 3-2, die elektrisch mit der piezoelektrischen Aln-Schicht verbunden ist, mit dem Glassubstrat 4 verbunden werden, wird die Luftdichtheit des Glassubstrats 4 verbessert. Das Glassubstrat kann um die Durchgangsöffnung 101 vollständig mittels einer anodischen Verbindung derart mit der Abdicht-Metallisierungsschicht 3-2 verbunden werden, daß sich die Durchgangsöffnung 101 in der Ebene befindet, in der die Metallisierungsschicht 3-1 das Si-Substrat vollständig abdeckt.
  • Die Abdicht-Metallisierungsschichten 3-1 und 3-2 können jeweils den gleichen Aufbau haben wie die Abdicht-Metallisierungsschichten der ersten und zweiten Ausführungsform. Durch das Ausbilden von Metallisierungsschichten mit der gleichen Konfiguration wie die Leiterbahnen und die Elektrode 8 unter der Metallisierungsschicht 301 auf der Außenseite kann die Höhe der Abdicht-Metallisierungsschicht 3-1 gleich der Höhe der Abdicht-Metallisierungsschicht 302 gemacht werden.
  • Auch bei der dritten Ausführungsform liegt wie bei der ersten Ausführungsform die Temperatur bei der Verbindungsausführung vorzugsweise im Bereich von etwa 260 bis 500 Grad C, während die Spannung bei der Verbindungsausführung vorzugsweise im Bereich von 400 bis 1500 V liegt.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann durch Ausbilden einer Abdicht-Metallisierungsschicht längs des Außenumfangs eines Funktionsbauteils und durch das Verbinden eines Glassubstrats mit der Abdicht-Metallisierungsschicht durch eine anodische Verbindung ein kostengünstiges Funktionsbauteil erhalten werden. Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abdicht-Metallisierungsschicht ist nicht auf den im Detail in den obigen Ausführungsformen beschriebenen FBAR-Filter be schränkt, die vorliegende Erfindung kann bei allen Bauteilen für elektromechanische Mikrosysteme angewendet werden, die eine luftdichte Abdichtung erfordern.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • Anhand der 11 wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 11 ist eine Schnittansicht eines Bauteils, bei dem ein piezoelektrisches Element verwendet wird. Das Patentdokument 1 beschreibt eine luftdichte Abdichtung für einen Beschleunigungssensor. Die 7 im Patentdokument 1 zeigt als ein Beispiel für den Stand der Technik einen Aufbau, bei dem über und unter einem Beschleunigungssensor mit einem Klebstoff Substrate angeordnet werden, die als Abdeckplatten dienen. Das Patentdokument 1 beschreibt des weiteren ein Verfahren zum luftdichten Verschließen durch die Verwendung eines Glassubstrats, das im wesentlichen den gleichen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist wie das Si, wobei das Glassubstrat mit dem Substrat mit einem Funktionsbauteil durch eine anodische Funktion verbunden wird. Dieses Dokument beschreibt jedoch nicht im einzelnen, wie die Elektroden nach außen herausgeführt werden sollen, ohne die luftdichte Abdichtung aufzuheben.
  • Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Aufbau, bei dem die Elektroden ohne Verschlechterung der luftdichten Abdichtung dadurch nach außen geführt werden, daß ein Glassubstrat mittels einer anodischen Verbindung mit einem Si-Substrat verbunden wird, auf dem sich ein Funktionsbauteil befindet.
  • Wie in der 11 gezeigt, werden durch Ätzen in einem Si-Substrat 111 ein Meßstift 112 und Träger 113 ausgebildet. Die Träger 113 werden vorab jeweils mit einem piezoelektrischen Element 114 versehen. Mit den piezoelektrischen Elementen 114 werden Leiterbahnen 115 verbunden. Mit den Leiterbahnen 115 wird eine Abdicht-Metallisierungsschicht 116-2 verbunden, die auch als Elektrode dient. Längs des Außenumfangs der Abdicht-Metallisierungsschicht 116-2 wird außerdem eine Abdicht-Metallisierungsschicht 116-1 ausgebildet. Die Anzahl der Metallisierungsschichten ist in Abhängigkeit von der Art des Funktionsbauteils auf der Basis eines elektromechanischen Mikrosystems verschieden, im Grunde wird um das Funktionsbauteil jeweils eine erste Abdicht-Metallisierungsschicht ausgebildet und an der Innenseite der zweiten Abdicht-Metallisierungsschicht eine Abdicht-Metallisierungsschicht, die als Elektrode dient. Dann erfolgt die Verbindung derart, daß sich eine Durchgangsöffnung im Glassubstrat in dem Bereich befindet, in dem die Abdicht-Metallisierungsschicht, die als Elektrode dient, das Si-Substrat abdeckt. Die Konfiguration ist die gleiche wie bei der dritten Ausführungsform.
  • Bei der vierten Ausführungsform wird, nachdem durch Bearbeiten eines Si-Substrats 111 ein Beschleunigungssensor als Funktionsbauteil ausgebildet wurde, das Funktionsbauteil durch eine anodische Verbindung mit dem Glassubstrat 117 verbunden, um einen luftdichten Abschluß zu erhalten. Der Aufbau der Metallisierungsschicht für die luftdichte Abdichtung kann der gleiche sein wie bei der ersten oder der zweiten Ausführungsform. Auch bei der vierten Ausführungsform liegt wie bei der ersten Ausführungsform die Temperatur bei der Verbindungsausführung vorzugsweise im Bereich von etwa 260 bis 500 Grad C, während die Spannung bei der Verbindungsausführung vorzugsweise im Bereich von 400 bis 1500 V liegt.
  • Es wurden mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist darauf nicht beschränkt, sondern kann Gegenstand vieler Abänderungen und Modifikationen sein, wie der Fachmann weiß, und sie ist nicht auf die gezeigten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind alle Abänderungen und Modifikationen davon abgedeckt, die innerhalb des Umfangs der folgenden Patentansprüche liegen.

Claims (7)

  1. Funktionsbauteil mit einem Funktionselementabschnitt; einer ersten Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1), die entlang des Außenumfangs des Funktionselementabschnitts ausgebildet ist; einem ersten Substrat (1), von dem wenigstens die Oberfläche aus Si besteht; und mit einem zweiten Substrat (4) aus Glas, wobei der Funktionselementabschnitt und die erste Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1) auf dem ersten Substrat (1) ausgebildet sind, wobei in einem Zustand, in dem der Funktionselementabschnitt dem zweiten Substrat (4) gegenüberliegt, das erste Substrat (1) und das zweite Substrat (4) mittels einer anodischen Verbindung über die erste Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1) miteinander verbunden werden, und wobei an der Grenzfläche zwischen der ersten Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1) und dem zweiten Substrat (4) nach dem Ausbilden der anodischen Verbindung eine Reaktionsproduktschicht erzeugt wird, wenn die erste Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1) und das zweite Substrat (4) mittels der anodischen Verbindung miteinander verbunden werden.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die erste Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1) eine Metallschicht (11) umfaßt, die als Hauptkomponente Al enthält, und wobei die Reaktionsproduktschicht erzeugt wird, wenn ein Laminatkörper aus der Metallschicht (11), die als Hauptkomponente Al enthält, und einer Ti-Schicht (12) mit dem zweiten Substrat (4) mittels der anodischen Verbindung miteinander verbunden werden.
  3. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die erste Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1) eine Metallschicht umfaßt, die als Hauptkomponente Al enthält, und wobei die Reaktionsproduktschicht erzeugt wird, wenn ein Laminatkörper aus der Metallschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, und einer Sn-Schicht mit dem zweiten Substrat (4) mittels der anodischen Verbindung miteinander verbunden werden.
  4. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die erste Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1) eine Metallschicht (21) umfaßt, die als Hauptkomponente Al enthält, und wobei die Reaktionsproduktschicht erzeugt wird, wenn ein Laminatkörper aus der Metallschicht (21), die als Hauptkomponente Al enthält, einer Ti-Schicht (22), einer Au-Schicht (23) und einer Sn-Schicht (24) mit dem zweiten Substrat (4) mittels der anodischen Verbindung miteinander verbunden werden.
  5. Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf dem ersten Substrat (1) eine Haftschicht (10; 20) für die erste Abdicht-Metallschicht (3; 3-1; 116-1) vorgesehen ist.
  6. Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Lücken zwischen den konkaven Abschnitten an der Kristallgrenze der Metallschicht, die als Hauptkomponente Al enthält, und dem zweiten Substrat (4) mit einer Verbindung (26 bis 29) gefüllt sind, die als Hauptkomponente wenigstens eines der Elemente Ti, Al, Sn und Au enthält.
  7. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das zweite Substrat (4; 117) an der Innenseite der ersten Metallschicht (3-1; 116-1) eine Durchgangsöffnung (101) aufweist; auf dem ersten Substrat (1) eine Metallschicht (8; 115) für Leiterbahnen ausgebildet ist; die Metallschicht (8; 115) für Leiterbahnen elektrisch mit dem Funktionsbauteil (2) verbunden ist; in Verbindung mit der Metallschicht (8; 115) für Leiterbahnen eine zweite Abdicht-Metallschicht (3-2; 116-2) ausgebildet ist; die zweite Abdicht-Metallschicht (3-2; 116-2) mit Bezug zum Substrat der Durchgangsöffnung (101) im zweiten Substrat (4; 117) in einer ebenen Position zugeordnet ist; das erste Substrat (1) und das zweite Substrat (4; 117) über die zweite Abdicht-Metallschicht (3-2; 116-2) in einem Zustand, in dem der Funktionselementabschnitt dem zweiten Substrat (4; 117) gegenüberliegt, mittels einer anodischen Verbindung eng verbunden sind; und wobei an der Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Abdicht-Metallschicht (3-1, 3-2; 116-1, 116-2) und dem zweiten Substrat (4; 117) nach dem Ausbilden der anodischen Verbindung die Reaktionsproduktschicht erzeugt wird, wenn die ersten und zweiten Abdicht-Metallschichten (3-1, 3-2; 116-1, 116-2) und das zweite Substrat (4; 117) mittels der anodischen Verbindung miteinander verbunden werden.
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