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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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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.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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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).
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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.
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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.
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In
jedem Fall ist ein luftdichter Abschluß des Gehäuses bei Sensoren mit einem
beweglichen Abschnitt wie den elektro mechanischen Mikrosystemen oder
den Hochfrequenzfiltern unerläßlich.
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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.
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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).
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die in Umrissen das Verkapseln von
Funktionsbauteilen auf der Wafer-Ebene bei der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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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;
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3A ist
eine Schnittansicht eines Funktionsbauteils nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bei einem Herstellungsschritt;
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3B ist
eine Schnittansicht des Funktionsbauteils nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bei einem anderen Herstellungsschritt;
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3C ist
eine Schnittansicht des Funktionsbauteils nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bei einem weiteren Herstellungsschritt;
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4 ist
eine Schnittansicht der Laminatstruktur einer Abdicht-Metallisierungsschicht
bei der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Schnittansicht zur Darstellung von Details der Abdicht-Metallisierungsschicht
bei der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine Schnittansicht zur Darstellung des Verhaltens der Abdicht-Metallisierungsschicht bei
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung während
der anodischen Verbindung;
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7 ist
eine Schnittansicht zur Darstellung des Mechanismusses zur Erzielung
eines luftdichten Abschlusses mit der Abdicht-Metallisierungsschicht bei
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine Schnittansicht zur Darstellung von Details der Abdicht-Metallisierungsschicht
bei einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine Schnittansicht zur Darstellung des Mechanismusses zur Erzielung
eines luftdichten Abschlusses mit der Abdicht-Metallisierungsschicht bei
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
eine Schnittansicht des Funktionsbauteils bei einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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11 ist
eine Schnittansicht des Funktionsbauteils bei einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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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.
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Auch
die Ti-Metallisierungsschicht besteht im wesentlichen aus Ti, es
können
in der Ti-Metallisierungsschicht jedoch Verunreinigungen enthalten sein.
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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.
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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.
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<Erste
Ausführungsform>
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Mittel
Photolithographie und der Technik zum Ausbilden von dünnen Schichten
wird die piezoelektrische AlN-Schicht auf den Leiterbahnen und der Elektrode 8 ausgebildet.
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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.
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Die
Opferschicht im Hohlraum 5 wird durch ein Lösungsmittel
aufgelöst
und damit entfernt. Wenn dieser Schritt beendet ist, ist das Funktionsbauteil entstanden.
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Dann
wird das Glassubstrat 4 mittels einer anodischen Verbindung
mit der Metallisierungsschicht 3 verbunden (siehe 3C).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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<Zweite
Ausführungsform>
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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<Dritte
Ausführungsform>
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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<Vierte
Ausführungsform>
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.