DE102008041656A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauelements und Bauelement - Google Patents

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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements vorgeschlagen, wobei in einem ersten Herstellungsschritt ein erster Wafer und ein zweiter Wafer bereitgestellt werden, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt in dem ersten Wafer eine sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des ersten Wafers erstreckende Kontaktöffnung hergestellt wird, wobei in einem dritten Herstellungsschritt Verbindungselemente und/oder Leitelemente insbesondere mittels eines Siebdruckverfahrens auf dem ersten und/oder auf dem zweiten Wafer angeordnet werden, wobei in einem vierten Herstellungsschritt der erste und der zweite Wafer derart aufeinander angeordnet werden, dass mittels der Verbindungselemente und/oder der Leitelemente eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer hergestellt wird und wobei in einem fünften Herstellungsschritt ein Kontaktelement in der Kontaktöffnung angeordnet wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Verfahren sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 40 32 397 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer hybriden Halbleiterstruktur bekannt, wobei die hybride Halbleiterstruktur ein Trägerplattensubstrat mit einer Mehrzahl von Trägeranschlussflecken auf einer ersten Oberfläche des Trägerplattensubstrats und einem Halbleiterwafersubstrat mit einer Mehrzahl von Chipanschlussflecken auf einer zweiten Oberfläche des Halbleiterwafersubstrats aufweist, wobei in einem ersten Verfahrensschritt in einem Siebdruckverfahren eine elektrisch leitende Klebeschicht auf die erste Oberfläche innerhalb der Trägeranschlussflecken angeordnet wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die erste und die zweite Oberfläche derart relativ zueinander ausgerichtet werden, dass die jeweiligen Anschlussflecken einander zugewandt sind und wobei in einem dritten Verfahrensschritt die beiden Substrate derart aneinandergedrückt werden, dass die elektrisch leitende Klebeschicht an die Chipanschlussflecken gedrückt wird, um zwischen den Anschlussflecken beider Substrate eine elektrisch leitfähige und mechanisch feste Verbindung herzustellen. Nachteilig an diesem Verfahren zur Herstellung der hybriden Halbleiterstruktur ist, dass keine Durchkontaktierung eines Substrats zur elektrischen Kontaktierung des anderen Substrats durch das Substrat mit der Durchkontaktierung hindurch hergestellt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Bauelementen und das erfindungsgemäße Bauelement gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass in einer vergleichsweise einfachen und durch die Verwendung von Standardverfahren besonders kostengünstigen Weise bei der Herstellung des Bauelements eine Durchkontaktierung im ersten Wafer hergestellt wird, so dass insbesondere eine elektrische Kontaktierung des zweiten Wafers durch den ersten Wafer hindurch ermöglicht wird. Dazu wird im zweiten Herstellungsschritt die Kontaktöffnung im ersten Wafer vorzugsweise mit einem Trenchverfahren hergestellt, wobei im fünften Herstellungsschritt die zumindest teilweise Durchkontaktierung des ersten Wafers durch die Anordnung des Kontaktelements in der Kontaktöffnung hergestellt wird. Das Kontaktelement umfasst beispielsweise eine elektrisch leitfähige Paste, welche in einem Siebdruckverfahren in der Kontaktöffnung angeordnet wird oder eine Metallschicht, welche in der Kontaktöffnung aufgedampft, aufgesputtert und/oder galvanisch abgeschieden wird. Die Verbindungselemente umfassen vorzugsweise ein Sealglass, welches zur Herstellung einer mechanisch festen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer vorgesehen ist, während die Leitelemente vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Paste in Form von ”Bond Bumps” bzw. Lötkügelchen umfassen, welche insbesondere elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen dem Kontaktelement und dem zweiten Wafer und/oder zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer herstellen und welche auf den ersten und/oder den zweiten Wafer mittels eines Siebdruckverfahrens besonders kostengünstig aufgebracht werden. Die Leitelemente werden im dritten Herstellungsschritt insbesondere auf elektrisch leitfähige Anschlussflächen des ersten und/oder zweiten Wafers angeordnet. Vorzugsweise umfasst der erste Wafer einen Kappenwafer und der zweite Wafer einen Sensorwafer, wobei der Sensorwafer besonders bevorzugt mikromechanische Sensorelemente und/oder elektronische Auswerteschaltungen für Sensorelemente aufweist. Die Wandung der Kontaktöffnung umfasst bevorzugt eine Isolationsschicht, so das Kontaktelement von dem Substratmaterial des ersten Wafers elektrisch isoliert ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu entnehmen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im fünften Herstellungsschritt das Kontaktelement in Form einer elektrisch leitfähigen Paste mittels eines Siebdruckverfahrens in die Kontaktöffnung gedruckt wird. Auf diese Weise können in vorteilhafter Weise besonders kostengünstig vergleichsweise niederohmige Durchkontaktierungen in dem ersten Wafer hergestellt werden. Im Vergleich zu Standardhalbleiterverfahren, welche eine flächige Abscheidung von Schichten und eine anschließende Strukturierung mittels Fotolackmasken umfassen, ist eine Realisierung von Strukturen in einem Siebdruckverfahrens, zum Beispiel zum Auffüllen der Kontaktöffnung, im Vergleich zu Standardhalbeiterverfahren erheblich kostengünstiger, da deutlich weniger Prozessschritte notwendig sind. Somit ist ferner eine Reduzierung der notwendigen Prozessanlagen und des Kontaminationsrisikos möglich. Es müssen bei einem Siebdruckverfahren insbesondere keine Einzelanlagen oder Fertigungslinien vorgehalten werden, um eine mögliche Kreuzkontamination mit anderen Produkten sicherstellen zu können. Beim Füllen der Kontaktierungsöffnung mit dem Kontaktierungselement wird die in der Kontaktierungsöffnung verdrängte Luft vorzugsweise in einen Zwischenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer gedrückt und entweicht von dort aus ins Freie, so dass das Siebdruckverfahren besonders vorteilhaft nicht in einem Vakuum durchgeführt werden muss und somit besonders kostengünstig realisierbar ist. Zeitlich nach dem Einbringen des Kontaktelements in die Kontaktöffnung wird das Kontaktelement vorzugsweise getempert, um insbesondere organische Bestandteile in der elektrisch leitfähigen Paste auszutreiben, wobei die Temperung besonders bevorzugt bei Temperaturen unter 450 Grad Celsius und ganz besonders bevorzugt unter 400 Grad Celsius durchgeführt wird. Ferner ist die elektrisch leitfähige Paste bezüglich ihres Ausdehnungskoeffizienten an das Wafermaterial des ersten Wafers, insbesondere Silizium, angepasst, so dass eine vergleichsweise gute Haftung der elektrisch leitfähigen Paste an den ersten Wafer und einen vergleichsweise geringen Stresseintrag im Bereich der Kontaktierungsöffnungen erreichbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im fünften Herstellungsschritt das Kontaktelement aufgedampft, aufgesputtert und/oder galvanisch abgeschieden wird, wobei vorzugsweise zwischen dem Kontaktelement und wenigstens einem Leitelement eine elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt wird und/oder dass im vierten Herstellungsschritt der erste und der zweite Wafer derart aufeinander angeordnet werden, dass eine zumindest teilweise Überlappung zwischen wenigstens einem Leitelement und der Kontaktöffnung in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene erzeugt wird. Besonders vorteilhaft wird aufgrund der Überlappung des Leitelements mit der Kontaktöffnung das Kontaktelement beim Aufdampfen oder Aufsputtern auch auf dem ersten Leitelements angeordnet, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Leitelement und somit insbesondere zwischen dem Kontaktelement und dem zweiten Wafer hergestellt wird und ein Kantenabriss an der Kontaktöffnungskante bei der Metallisierung verhindert wird. Besonders bevorzugt umfasst das Kontaktelement eine vergleichsweise dünne Metalllage, welche durch Aufdampfen oder Aufsputtern auf die Wandung der Kontaktöffnung, zumindest teilweise auf das Leitelement und/oder zumindest teilweise auf den zweiten Wafer oder auf eine Anschlussfläche des zweiten Wafers abgelagert wird und wobei in einem Galvanisierungsprozess die Kontaktöffnung mit einem zweiten Metall aufgefüllt wird. Alternativ fungiert das Leitelement als Dichtring im Bereich der Kontaktöffnung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer, um die Kontaktöffnung galvanisch aufzufüllen. Insbesondere ist auf dem zweiten Wafer im Bereich der Kontaktöffnung ein vorzugsweise strukturiertes elektrisch leitfähiges Pastenmaterial oder eine abgeschiedene und optional strukturierte Startschicht als Elektrode für das galvanische Auffüllen vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im zweiten Herstellungsschritt die Kontaktöffnung in Form eines Sacklochs im ersten Wafer oder in Form einer sich entlang einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene über den gesamten ersten Wafer erstreckenden durchgehenden Öffnung ausgebildet wird. Besonders vorteilhaft ermöglicht die Ausbildung der Kontaktöffnung als Sackloch in einer ersten Oberfläche des Wafers eine Anordnung des Kontaktelements in der Kontaktöffnung, insbesondere in einem Oberflächenverfahren, ohne dass das Kontaktelement an einer der ersten Oberfläche senkrecht zur Haupterstreckungsebene gegenüberliegenden zweiten Oberfläche die Kontaktöffnung wieder verlässt. Dies ist insbesondere bei einem Auffüllen der Kontaktöffnung mit der elektrisch leitfähigen Paste im Siebdruckverfahren vorteilhaft, da keine Dichtringe oder dgl. auf der zweiten Oberfläche angeordnet werden müssen. Die Ausbildung der Kontaktöffnung in Form der durchgehenden Öffnung hat gegenüber der Ausbildung der Kontaktöffnung als Sackloch den Vorteil, dass ein weiterer späterer Verfahrensschritt zum Zurückschleifen der zweiten Oberfläche, um aus dem Sackloch eine zur Bildung einer Durchkontaktierung notwendige durchgehende Öffnung herzustellen, einsparbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Herstellungsschritt die Verbindungselemente und/oder die Leitelemente als eine in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene im Wesentlichen geschlossene Form ausgebildet werden, welche vorzugsweise den Bereich einer Kontaktöffnung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer vollständig umschließend vorgesehen ist, wobei die geschlossene Form vorzugsweise Entlüftungsöffnungen aufweist. Besonders vorteilhaft wird mittels der geschlossenen Form ein Eindringen des Kontaktelements in den Zwischenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer, insbesondere beim Einbringen der elektrisch leitfähigen Paste im Siebdruckverfahren, verhindert. Die geschlossene Form fungiert daher als eine Art elektrisch leitfähiger oder elektrisch isolierender Dichtring zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene, welcher um eine Verlängerung der Kontaktöffnung in Richtung des zweiten Wafers herum angeordnet ist. Besonders vorteilhaft lassen sich somit vergleichsweise empfindliche Strukturen auf dem ersten und/oder dem zweiten Wafer beispielsweise vor Sägewasser, Feuchtigkeit, der elektrisch leitfähigen Paste und/oder der aus der Kontaktöffnung verdrängten Luft schützen. Insbesondere wird das Kontaminationsrisiko deutlich reduziert. In einer bevorzugten Weiterbildung weist die geschlossene Form Entlüftungsöffnungen auf, so dass die Luft in der Kontaktöffnung beim Anordnung des Kontaktelements in der Kontaktöffnung in den Zwischenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer verdrängbar ist und somit kein Lufteinschluss in der Kontaktöffnung und/oder ein Überdruck im Bereich der Kontaktöffnung entsteht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Herstellungsschritt die Verbindungselemente und/oder die Leitelemente im Wesentlichen linien-, kreuz- und/oder sternförmig ausgebildet sind, wobei besonders bevorzugt eine zumindest teilweise Überlappung eines linien-, kreuz- und/oder sternförmigen Leitelements mit der Kontaktöffnung senkrecht zur Haupterstreckungsebene vorgesehen ist, so dass besonders vorteilhaft eine elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten Wafer, dem zweiten Wafer und dem Kontaktelement durch das Leitelement hergestellt wird, während gleichzeitig in Freiräumen des linien-, kreuz- und/oder sternförmigen Leiterelement ein Entweichen der Luft aus der Kontaktöffnung in den Zwischenbereich zwischen den ersten und den zweiten Wafer ermöglicht wird. Ferner verhindert das linien-, kreuz- und/oder sternförmige Leiterelement vorzugsweise ein Eindringen des Kontaktelements in den Zwischenbereich. Luft im Sinne der vorliegenden Erfindung schließt auch alle anderen möglichen gasförmigen und/oder flüssigen Medien ein, welche in der Kontaktöffnung vor dem Einbringen des Kontaktelements in die Kontaktöffnung vorhanden sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im vierten Herstellungsschritt der erste Wafer auf dem zweiten Wafer derart angeordnet wird, dass eine die Kontaktöffnungen in Form von Sacklöchern aufweisende Seite des ersten Wafers dem zweiten Wafer zugewandt vorgesehen ist, so dass besonders vorteilhaft zeitlich nach dem Aufeinanderanordnen des ersten und des zweiten Wafers ein Zurückschleifen des ersten Sensors zur Erzeugung einer durchgehenden Öffnung aus dem Sackloch in einem späteren Verfahrensschritt ermöglicht wird und vorzugsweise die Kontaktelement in den Kontaktöffnungen im vierten Herstellungsschritt elektrisch leitfähig mit dem zweiten Wafer verbunden werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem sechsten Herstellungsschritt der erste Wafer auf einer dem Sackloch in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene gegenüberliegenden Seite derart geschliffen wird, dass aus dem Sackloch eine sich entlang einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene über den gesamten ersten Wafer erstreckenden durchgehende Öffnung erzeugt wird, so dass besonders vorteilhaft eine Durchkontaktierung im ersten Wafer erzeugt wird und somit zumindest der zweite Wafer vorzugsweise von einer dem ersten Wafer zugewandten Seite des Bauelements aus kontaktierbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem siebten Herstellungsschritt auf einer dem zweiten Wafer abgewandten Seite des ersten Wafers eine Anschlussfläche angeordnet wird, welche mit dem Kontaktelement elektrisch leitfähig verbunden ist, so dass besonders bevorzugt das Kontaktelement über die Anschlussfläche elektrisch kontaktierbar ist. Insbesondere umfasst die Anschlussfläche ein Bondpad.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zeitlich nach dem ersten Herstellungsschritt der zweite und dritte Herstellungsschritt, zeitlich nach dem zweiten und dritten Herstellungsschritt der vierte Herstellungsschritt und zeitlich nach dem vierten Herstellungsschritt der fünfte Herstellungsschritt durchgeführt werden oder dass zeitlich nach dem ersten Herstellungsschritt der zweite und dritte Herstellungsschritt, zeitlich nach dem zweiten und dritten Herstellungsschritt der fünfte Herstellungsschritt und zeitlich nach dem fünften Herstellungsschritt der vierte Herstellungsschritt und insbesondere zeitlich nach dem vierten Herstellungsschritt der sechste Herstellungsschritt durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft werden somit entweder zuerst der erste und zweite aufeinander angeordnet und anschließend das Kontaktelement in die Kontaktöffnung eingebracht, so dass der vierte Herstellungsschritt einsparbar ist oder alternativ wird zunächst das Kontaktelement in die Kontaktöffnung eingebracht, so dass besonders vorteilhaft das Kontaktelement nicht unkontrolliert in den Zwischenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer hineingelangt, anschließend der erste und zweite Wafer aufeinander angeordnet werden und abschließend der erste Wafer zurückgeschliffen wird. Alternativ ist auch denkbar, den sechsten Herstellungsschritt zeitlich vor dem vierten Herstellungsschritt auszuführen
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, wobei in einem ersten Herstellungsschritt ein erster Wafer bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt auf einer ersten Seite des ersten Wafers eine sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des ersten Wafers erstreckende Kontaktöffnung in Form eines Sacklochs hergestellt wird, wobei in einem fünften Herstellungsschritt ein Kontaktelement in der Kontaktöffnung angeordnet wird und wobei in einem sechsten Herstellungsschritt der erste Wafer auf einer der ersten Seite in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene gegenüberliegenden zweiten Seite derart geschliffen wird, dass aus dem Sackloch eine sich entlang einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene über den gesamten ersten Wafer erstreckenden durchgehende Öffnung erzeugt wird, und wobei ferner im fünften Herstellungsschritt das Kontaktelement in Form einer elektrisch leitfähigen Paste mittels eines Siebdruckverfahrens in die Kontaktöffnung gedruckt wird. Besonders vorteilhaft wird somit in einer im Vergleich zum Stand der Technik deutlichen einfacheren und durch die Verwendung von Standardverfahren besonders kostengünstigen Weise die Herstellung einer Durchkontaktierung im ersten Wafer mittels eines Siebdruckverfahrens möglich. Besonders vorteilhaft wird somit eine Kontaktierung des ersten Wafers von der Rückseite, vorzugsweise die zweite Seite, aus ermöglicht, so dass der erste Wafer beispielsweise als SMD-Bauteil in SMT-Technik auf einer Leiterplatte oder einem weiteren Wafer platzierbar ist. Besonders vorteilhaft weist der erste Wafer Anschlussflächen auf der ersten Seite und/oder der zweiten Seite Anschlussflächen und/oder Leiterbahnen auf, welche mit dem Kontaktelement elektrisch leitfähig verbunden sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zeitlich nach dem ersten Herstellungsschritt der zweite Herstellungsschritt, zeitlich nach dem zweiten Herstellungsschritt der fünfte Herstellungsschritt und zeitlich nach dem fünften Herstellungsschritt der sechste Herstellungsschritt durchgeführt werden, so dass besonders vorteilhaft ein Heraustreten der elektrisch leitfähigen Paste aus der Kontaktöffnung auf der zweiten Seite des Wafers im fünften Herstellungsschritt durch die Ausbildung der Kontaktöffnung als Sackloch und die Ausführung des sechstens Herstellungsschrittes zeitlich nach dem fünften Herstellungsschritt verhindert wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im fünften Herstellungsschritt ein Kontaktelement mit einer ersten Fläche parallel zur Haupterstreckungsebene in der Kontaktöffnung angeordnet wird, wobei die erste Fläche kleiner als eine zweite Fläche der Kontaktöffnung parallel zur Haupterstreckungsebene ist, wobei durch die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Fläche Entlüftungskanäle senkrecht zur Haupterstreckungsebene in der Kontaktöffnung gebildet werden. Besonders vorteilhaft ermöglichen die Entlüftungskanäle ein Abführen der Luft in der Kontaktöffnung beim Befüllen der Kontaktöffnung mit der elektrisch leitfähigen Paste, so dass in der Kontaktöffnung kein Überdruck entsteht und somit die Bildung von Hohlräumen in der elektrisch leitfähigen Paste bzw. im Kontaktelement verhindert wird. Insbesondere bei der Ausbildung der Kontaktöffnung als Sacklock und im Temperverfahren besteht ansonsten die Gefahr, dass der Überdruck derart groß wird, dass die Luft teilweise durch die elektrisch leitfähige Paste aus der Kontaktöffnung entweicht, so dass die Kontaktöffnung nur unvollständig verfüllt ist und die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktelements und/oder die mechanische Anbindung des Kontaktelements an den ersten Wafer vergleichsweise stark beeinträchtigt wird. Alternativ ist vorgesehen, horizontale Entlüftungskanäle an zur Haupterstreckungsebene parallelen Oberflächen des ersten und/oder des zweiten Wafers auszubilden, welche insbesondere jeweils eine Vertiefung in der Oberfläche in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene umfassen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im fünften Herstellungsschritt das Kontaktelement parallel zur Haupterstreckungsebene im Wesentlichen rund ausgebildet wird und/oder dass im zweiten Herstellungsschritt die Kontaktöffnung parallel zur Haupterstreckungsebene im Wesentlichen rund, viereckig, dreieckig, karoförmig und/oder sternförmig ausgebildet wird, wobei insbesondere die Entlüftungskanäle parallel zur Haupterstreckungsebene im Wesentlichen rechteckig, dreieckig und/oder rund ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft sind somit Kontaktöffnungen mit Entlüftungskanälen in vergleichsweise kostengünstiger Weise realisierbar, da beliebige Lochgeometrien beispielsweise in Trenchverfahren vergleichsweise einfach herstellbar sind. Die Form und die Breite der Entlüftungskanäle sind vorzugsweise an das Fließverhalten der elektrisch leitfähigen Paste angepasst, so dass die Entlüftungskanäle erst am Ende des Befüllens der Kontaktöffnungen durch die elektrisch leitfähige Paste verschlossen werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem achten Herstellungsschritt Anschlussflächen, Leiterbahnen, Isolationsschichten, Bondkügelchen, Bonddrähte, mikromechanische Strukturen und/oder elektronische Strukturen auf dem ersten Wafer und/oder auf dem zweiten Wafer angeordnet werden, wobei bevorzugt die mikromechanischen Strukturen Sensorelemente umfassen. Vorzugsweise wird der achte Herstellungsschritt zumindest teilweise vor dem ersten und/oder dem ersten Herstellungsschritt durchgeführt, so dass beispielsweise der zweite Wafer zeitlich vor der Verkappung mit dem ersten Wafer und/oder der erste Wafer zeitlich vor der Erzeugung der Durchkontaktierung mit Leiterbahnen, Anschlussflächen, elektrischen Schaltungen, elektrischen Bauelementen, mikromechanischen Strukturen und/oder elektronischen Strukturen versehen werden. Besonders bevorzugt umfasst der erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebte und/oder neunte Herstellungsschritt somit eine reine Back-End-Prozessierung für bereits vorgefertigte und insbesondere standardisierte Schaltungs- und/oder Sensorkomponenten.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bauelement hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 4a eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 4b schematische Aufsichten eines Dichtrings eines Bauelements gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 5 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 6a und 6b eine schematische Seitenansicht eines Bauelements und eine schematische Aufsicht einer Kreuzstruktur eines Bauelements jeweils gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 7 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 8 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 9 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 10 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 11 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 12a und 12b eine schematische Aufsicht und eine schematische Seitenansicht einer Kontaktöffnung eines Bauelements gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 13 schematische Aufsichten einer Kontaktöffnung eines Bauelements gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14a eine schematische Seitenansicht einer dritten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14b eine schematische Seitenansicht einer vierten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14c eine schematische Seitenansicht einer fünften Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14d eine schematische Seitenansicht einer sechsten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14e eine schematische Seitenansicht einer siebten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14f eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14g eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 14h eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 15a eine schematische Seitenansicht einer achten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 15b eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 15c eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichnen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einem beschriftet bzw. benannt.
  • In 1 ist eine schematische Seitenansicht einer ersten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bauelement 1 einen ersten Wafer 2 und einen zweiten Wafer 2 aufweist, wobei der erste Wafer 2 eine Haupterstreckungsebene 100 aufweist, wobei der erste Wafer 2 eine in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 100 als durchgehende Öffnung 4'' ausgebildete Kontaktöffnung 4 aufweist, wobei die Kontaktöffnung 4 sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 über den gesamten ersten Wafer 2 erstreckt. Die Oberflächen des ersten Wafers 2 und die Wandung der Kontaktöffnung 4 sind mit einer Isolationsschicht 12 zur Passivierung des Wafermaterials bedeckt. Ferner weist der erste Wafer 2 auf einer dem zweiten Wafer 3 zugewandten zweiten Seite 150 eine elektronische Schaltung 15' und eine mit der elektronischen Schaltung 15' elektrisch leitfähig verbundene erste Anschlussfläche 11 auf. Der erste Wafer 2 ist mit dem zweiten Wafer 3 mittels eines Leitelements 6 in Form einer elektrisch leitfähigen Paste und mittels Verbindungselementen 5 in Form eines Sealglases mechanisch fest verbunden. Der zweite Wafer 3 weist im Bereich des Leitelements 6 eine zweite Anschlussfläche 11' auf, welche mit einer mikromechanischen Struktur 15 im zweiten Wafer 3 elektrisch leitfähig verbunden ist. Das Leitelement 6 ist senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 zwischen der ersten und der zweiten Anschlussfläche 11, 11' angeordnet und stellt einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten und zweiten Anschlussfläche 11, 11' her. Der zweite Wafer 3 weist ferner eine weitere Isolationsschicht 12' auf einer dem ersten Wafer 2 zugewandten dritten Seite 160 und eine dritte Anschlussfläche 11'', welche senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 100 im Bereich der Kontaktöffnung 4 angeordnet ist, auf. Zur Herstellung der ersten Vorläuferstruktur wird in einem ersten Herstellungsschritt der erste und der zweite Wafer 2, 3 bereitgestellt, wobei in einem nachfolgenden achten Herstellungsschritt auf dem ersten Wafer 2 die elektronische Schaltung 15' und die erste Anschlussfläche 11 und auf dem zweiten Wafer 3 die mikromechanische Struktur 15, die weitere Isolationsschicht 12' und die zweite und die dritten Anschlussfläche 11', 11'' erzeugt werden, wobei in einem nachfolgenden zweiten Herstellungsschritt die Kontaktöffnung 4 im ersten Wafer 2 in Form der durchgehenden Öffnung 4'' mittels eines Trenchverfahrens hergestellt wird, wobei in einem weiteren nachfolgenden achten Herstellungsschritt die Isolationsschicht 12 auf dem ersten Wafer 2 angeordnet wird, wobei in einem nachfolgenden dritten Herstellungsschritt auf dem zweiten Wafer 2 das Leitelement 6 und die Verbindungselemente 5 mittels eines Siebdruckverfahrens angeordnet und anschließend vorzugsweise getempert werden und wobei in einem nachfolgenden vierten Herstellungsschritt der erste Wafer 2 auf dem zweiten Wafer 3 derart angeordnet wird, dass die Verbindungselemente 5 die mechanisch feste Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer 2, 3 und das Leitelement 6 die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Anschlussfläche 11, 11' herstellen.
  • In 2 ist eine schematische Seitenansicht einer zweiten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Vorläuferstruktur im Wesentlichen identisch der ersten Vorläuferstruktur illustriert in 1 ist, wobei anhand der 2 der fünfte Herstellungsschritt zum Anordnen eines Kontaktelements 7 in der Kontaktöffnung 4 mittels eines Siebdruckverfahrens dargestellt ist, wobei eine elektrisch leitfähige Paste 40 von einer dem zweiten Wafer 3 abgewandten ersten Seite 140 des ersten Wafers 2 aus in die Kontaktöffnung 4 gedrückt wird. Die in der Kontaktöffnung 4 vorhandene Luft wird durch die elektrisch leitfähige Paste 40 entlang der Pfeile 41 in den Zwischenbereich 42 zwischen dem ersten Wafer 2 und dem zweiten Wafer 3 gedrückt und gelangt vom Zwischenbereich 42 aus in die freie Umgebung des Bauelements 1.
  • In 3 ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bauelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform im Wesentlichen identisch der zweiten Vorläuferstruktur dargestellt in 4 ist, wobei die elektrisch leitfähige Paste 40 im fünften Herstellungsschritt in der Kontaktöffnung 4 derart angeordnet ist, dass die elektrisch leitfähige Paste 40 bis auf die dritte Anschlussfläche 11'' gedrückt wird und mit der dritten Anschlussfläche 11 eine elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt wird. Auf der ersten Seite 140 ist die elektrisch leitfähige Paste 40 vorzugsweise als Bondpad zur elektrischen Kontaktierung ausgebildet. Der fünfte Verfahrensschritt umfasst einen nachfolgenden Temperungsschritt, wobei organische Bestandteile aus der elektrisch leitfähigen Paste 40 ausgetrieben werden. Der zweite Wafer 3 ist daher mittels des Kontaktelements 7 in Form der elektrisch leitfähigen Paste 40 von der ersten Seite 140 aus elektrisch kontaktierbar. Aufgrund der Isolationsschicht 12 auf der Wandung der Kontaktöffnung 4 ist ein unmittelbarer elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen einem Substratmaterial des ersten Wafers 2 und dem Kontaktelement 7 nicht ausgebildet.
  • In 4a ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen der ersten Ausführungsform dargestellt in 3 ist, wobei in der zweiten Ausführungsform die Verbindungselemente 5 als geschlossene Form 9 ausgeführt sind, welche im Bereich der Kontaktöffnung 4 derart angeordnet ist, dass die geschlossene Form 9 als eine Art Dichtring 9'' das Kontaktelement 7 in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene 100 im Wesentlich vollständig umschließt und den Eintritt von der elektrisch leitfähigen Paste 40 in den Zwischenbereich 42 außerhalb des Dichtrings 9'' im fünften Herstellungsschritt verhindert. Der Dichtring 9'' weist in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 eine teilweise Überlappung mit dem Kontaktelement 7 und der Kontaktöffnung 4 auf, wobei im Innern des Dichtrings 9'' ausreichend Raum für den elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der dritten Anschlussfläche 11'' und dem Kontaktelement 7 vorgesehen ist.
  • In 4b sind drei schematische Aufsichten einer geschlossenen Form 9 eines Bauelements 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die geschlossene Form 9 jeweils als eine Art Dichtring 9'' ausgeführt ist, wobei der erste Dichtring 90 das Kontaktelement 7 im Zwischenbereich 42 vollständig umschließt, wobei der zweite Dichtring 91 eine Entlüftungsöffnung 9' in einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene 100 aufweist und wobei der dritte Dichtring 92 vier Entlüftungsöffnungen 9' aufweist, welche bezüglich des dritten Dichtrings 92 spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Die Entlüftungsöffnungen 9' ermöglichen ein Entweichen der aus der Kontaktöffnung 4 durch Einbringen des Kontaktelements 7 im Siebdruckverfahren verdrängten Luft in den Zwischenbereich 42.
  • In 5 ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen identisch der zweiten Ausführungsform illustriert in 4a ist, wobei im Zwischenbereich 42 ein weiteres Leitelement 6' als geschlossene Form 9 angeordnet ist. Die geschlossene Form 9 fungiert als Dichtring 9'' und ist identisch mit dem in 4a abgebildeten Dichtring 9'', wobei im Unterschied zur 4a der Dichtring 9' nicht in Form eines Verbindungselements 5 aus Sealglas, sondern als weiteres Leitelement 6' eine weitere elektrisch leitfähige Paste 40' umfasst. Der Dichtring 9', das Kontaktelement 7 und die dritte Anschlussfläche 11'' sind daher jeweils unmittelbar elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Alternativ weist der Dichtring 9' gemäß 5 die in 4b gezeigten geometrischen Form der geschlossenen ersten, zweiten und dritten Form 90, 91, 92 insbesondere mit Entlüftungsöffnungen 9' auf. Der erste Wafer 2 weist ferner an der zweiten Seite 150 eine vierte Anschlussfläche 11''' auf, welche mit dem weiteren Leitelement 9' und der elektronischen Schaltung 15' elektrisch leitfähig verbunden ist.
  • In 6a ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das weitere Leitelement 6' als Kreuzstruktur 95 ausgebildet ist, wobei ein erster Mittelpunkt 96 der Kreuzstruktur 95 in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene 100 entlang einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 im Wesentlichen deckungsgleich einem zweiten Mittelpunkt der Kontaktöffnung 100 in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene 100 ist, so dass der erste Mittelpunkt 96 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 zwischen dem Kontaktelement 7 und der dritten Anschlussfläche 11'' angeordnet ist und somit die Kreuzstruktur 95 zwischen dem Kontaktelement 7 und der dritten Anschlussfläche 11' eine elektrisch leitfähige Verbindung herstellt. Zwischen Schenkeln 97 der Kreuzstruktur 95 sind freie Bereiche, welche als Entlüftungsöffnungen 98 für die aus der Kontaktöffnung 4 durch Einbringen des Kontaktelements 7 verdrängte Luft in den Zwischenbereich 42 fungieren. In 6b ist eine Aufsicht der Kreuzstruktur 95 gemäß der Kreuzstruktur 95 illustriert in 6a dargestellt.
  • In 7 ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die fünfte Ausführungsform identisch der dritten Ausführungsform illustriert in 5 ist, wobei das Kontaktelement 7 nicht als elektrisch leitfähige Paste 40 mittels eines Siebdruckverfahrens in der Kontaktöffnung 4 angeordnet wird, sondern als vergleichsweise dünne Metalllage 45 aufgedampft oder aufgesputtert wird. Die Metalllage 45 lagert sich auf der ersten Seite 140, auf der Wandung der Kontaktöffnung 4, auf im Wesentlichen der Kontaktöffnung 4 zugesandten Bereichen des weiteren Leitelements 6' und teilweise auf der dritten Anschlussfläche 11'', insbesondere innerhalb des weiteren Leitelements 6', an, so dass ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen der dritten Anschlussfläche 11'', dem weiteren Leitelement 6' und dem Kontaktelement 7 entsteht. Der auf der ersten Seite angeordnete Bereich der Metalllage 45 fungierte vorzugsweise als Bondpad, wobei das weitere Leitelement 6' vorzugsweise in der Form des ersten Dichtrings 90 ohne Entlüftungsöffnungen 9' dargestellt in 4b ausgeführt ist.
  • In 8 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die sechste Ausführungsform im Wesentlichen identisch der fünften Ausführungsform dargestellt in 7 ist, wobei das weitere Leitelement 6' als im Zwischenberiech 42 angeordnete und parallel zur Haupterstreckungsebene 100 die dritte Anschlussfläche 11'' überragende Scheibe ausgebildet ist, wobei sich die Metalllage 45 auf einer der Kontaktöffnung 4 zugewandten Oberseite der Scheibe anlagert und somit ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen der Metalllage 45 und der dritten Anschlussfläche 11'' über die Scheibe erzeugt wird.
  • In 9 ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die siebte Ausführungsform im Wesentlichen identisch der fünften Ausführungsform dargestellt in 7 ist, wobei die Kontaktöffnung 4 in einem Galvanisierungsprozess mit einem zweiten Metall 46 im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 bis zur ersten Seite 140 aufgefüllt ist.
  • In 10 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die achte Ausführungsform im Wesentlichen identisch der sechsten Ausführungsform dargestellt in 8 ist, wobei die Kontaktöffnung 4 in einem Galvanisierungsprozess mit einem zweiten Metall 46 im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 bis zur ersten Seite aufgefüllt ist.
  • In 11 eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die neunte Ausführungsform im Wesentlichen identisch der achten Ausführungsform dargestellt in 10 ist, wobei in der Kontaktöffnung 4 im fünften Herstellungsschritt zunächst eine metallische Startschicht 47 vorzugsweise mittels einer Schattenmaske oder eines Sprühlackprozess angeordnet und strukturiert wird, wobei nachfolgend auf der Startschicht 47 ein zweites Metall 46 zur Füllung der Kontaktöffnung 4 in einem Galvanisierungsprozess abgeschieden wird.
  • In den 12a und 12b sind eine schematische Aufsicht und eine schematische Seitenansicht einer Kontaktöffnung 4 eines Bauelements 1 gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in 12a eine Aufsicht der Kontaktöffnung 4 abgebildet ist, welche Entlüftungskanäle 8 aufweist. Die geometrische Grundfläche der Kontaktöffnung 4 parallel zur Haupterstreckungsebene 100 setzt sich aus einer kreisrunden Öffnung 8' und vier an die kreisrunde Öffnung 8' angrenzende und rotationssymmetrisch um die kreisrunde Öffnung 8' angeordnete Rechtecköffnungen 8'' zusammen, so dass bei einem Einbringen des Kontaktelements 7 in Form der elektrisch leitfähigen Paste 40 mit einem parallel zur Haupterstreckungsebene 100 kreisrunden Querschnitt in die Kontaktöffnung 4 die in der Kontaktöffnung 4 vorhandene Luft durch die Entlüftungskanäle 8 entlang der Pfeile 48 in Richtung der zweiten Seite 150 entweicht. Zeitlich nach dem Entweichen der Luft lagert sich die elektrisch leitfähige Paste 40 vorzugsweise auch in den Entlüftungskanälen 8 an, so dass die Kontaktöffnung 4 mittels des Kontaktelements 7 vollständig verschlossen ist. Anhand der 12b wird das Anordnen des Kontaktelements 7 in Form der elektrisch leitfähigen Paste 40 in der in 12a gezeigten Kontaktöffnung 4 im fünften Verfahrensschritt veranschaulicht, wobei in einem Siebdruckverfahren die elektrisch leitfähige Paste 40 mittels eines Rakels 54 durch eine Siebdruckmaske 55 auf der zweiten Seite 150 in eine als Sackloch 4' ausgeformte Kontaktöffnung 4 gedrückt wird und wobei die durch die elektrisch leitfähige Paste 40 aus der Kontaktöffnung 4 verdrängte Luft durch die Entlüftungskanäle 8 zur zweiten Seite 150 hin aus der Kontaktöffnung 4 austritt.
  • In 13 sind schematische Aufsichten einer Kontaktöffnung 4 eines Bauelements 1 gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei jeweils ein kreisrunder Querschnitt eines Lochs 56 mit einem kreisrunden Querschnitt in einer Siebdruckmaske 55 zum Auffüllen einer Kontaktöffnung 4 mit einer elektrisch leitfähigen Paste 40 zusammen mit parallel zur Haupterstreckungsebene 100 unterschiedlich ausgeformten Kontaktöffnungen 4 abgebildet ist, wobei eine zweite Fläche der Kontaktöffnung 4 parallel zur Haupterstreckungsebene 100 immer gleich oder größer als eine erste Fläche der elektrisch leitfähigen Paste 40 parallel zur Haupterstreckungsebene 100 zumindest beim Einfüllen in die Kontaktöffnung 4 durch das Loch 56 ist. Die Entlüftungskanäle 8 in der Kontaktöffnung 4 entstehen aus der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Fläche und setzten sich parallel zur Haupterstreckungsebene 100 im Wesentlichen aus Dreiecken, Kreisen und/oder Rechtecken zusammen. In einer bevorzugten Ausführungsform verändert sich der Querschnitt der Kontaktöffnung 4 bzw. der Entlüftungskanäle 8 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100, so dass beispielsweise in Richtung der ersten Seite 140 eine Verjüngung der Entlüftungskanäle 8 entsteht. Die Form und Breite der Entlüftungskanäle 8 sind vorzugsweise am das Fließverhalten der elektrisch leitfähigen Paste 40 angepasst, so dass die Entlüftungskanäle 8 erst am Ende der Druckprozesses mittels der elektrisch leitfähigen Paste 40 aufgefüllt sind.
  • In 14a ist eine schematische Seitenansicht einer dritten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in einem ersten Herstellungsschritt ein erster Wafer 2 bereitgestellt wird und in einem achten Herstellungsschritt sowohl mit einer integrierten Schaltung 15' und/oder einer Sensorstruktur 15, als auch mit parallel zu einer Haupterstreckungsebene 100 des ersten Wafers 2 ausgerichteten Anschlussflächen 11 versehen wird, wobei die Anschlussflächen 11 elektrisch leitfähig mit der integrierten Schaltung 15' und/oder mit der Sensorstruktur 15 verbunden sind, wobei in einem anschließenden zweiten Herstellungsschritt Kontaktöffnungen 4 in Form von Sacklöchern 4' von einer zweiten Seite 150 aus in den ersten Wafer 2 senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene 100 des ersten Wafers 1 mittels eines Trenchprozess eingebracht werden. In einem nachfolgenden achten Verfahrensschritt wird auf die zweite Seite 150 und auf die Oberflächen der Sacklöcher 4' eine Isolationsschicht 12 beispielsweise ein Siliziumoxid aufgebracht. In einem nachfolgenden fünften Verfahrensschritt werden die Sacklöcher 4' mittels eines Siebdruckverfahrens mit einer elektrisch leitfähigen Paste 40 zur Bildung von Kontaktelementen 7 aufgefüllt. In einem dritten Herstellungsschritt, welcher insbesondere Teil des fünften Herstellungsschrittes ist, wird im gleichen Siebdruckverfahren zur Erzeugung der Kontaktelemente 7 Leitelemente 6 aus der elektrisch leitfähigen Paste 40 auf die zweiten Seite 150 aufgedruckt, wobei die Leitelemente 6 im Bereich der Kontaktelemente 7 und im Bereich der Anschlussflächen 11 angeordnet sind. Der fünfte Herstellungsschritt umfasst ferner einen nachfolgenden Temperprozess, welcher zur Temperung der elektrisch leitfähigen Paste 40 dient.
  • In 14b ist eine schematische Seitenansicht einer vierten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die vierte Vorläuferstruktur im Wesentlichen identisch der dritten Vorläuferstruktur ist, wobei die Leitelemente 6 in einem vom fünften Herstellungsschritt getrennten dritten Herstellungsschritt zeitlich nach dem fünften Herstellungsschritt auf den Kontaktelementen 7 und den Anschlussflächen 11 angeordnet werden und die Leitelemente 6 nicht aus der elektrisch leitfähigen Paste 40 bestehen, sondern beispielsweise eine Gold-Zinn-Verbindung 40' umfassen, welche als gedruckte Bondkügelchen 13 auf den Kontaktelementen 7 und den Anschlussflächen 3 in einem weiteren Siebdruckverfahren angeordnet werden. Anschließend wird optional ein Temperprozess durchgeführt.
  • In den 14c und 14d ist eine schematische Seitenansicht einer fünften und einer sechsten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in einem ersten Herstellungsschritt ein zweiter Wafer 3 bereitgestellt wird, wobei auf einer dritten Seite 160 des zweiten Wafers 3 in einem achten Herstellungsschritt weitere Anschlussflächen 11', eine weitere integrierte Schaltung 15' und/oder eine weitere Sensorstruktur 15 angeordnet werden, wobei die weiteren Anschlussfläche 11' im Wesentlichen parallel zur dritten Seite 160 ausgebildet sind und elektrisch leitfähig mit der weiteren integrierten Schaltung 15' und/oder der weiteren Sensorstruktur 15' verbunden sind. In einem nachfolgenden vierten Herstellungsschritt wird die vierte Vorläuferstruktur dargestellt in 14b derart auf dem zweiten Wafer 3 zur Bildung eines Waferstacks insbesondere mittels Flip-Chip-Technik platziert, dass die Leitelemente 6 auf die weiteren Anschlussflächen 11' gedrückt werden und somit eine mechanisch feste und eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Leitelementen 6 und den weiteren Anschlussflächen 11' gebildet werden. Der erste Wafer 2 wird im dritten Herstellungsschritt vorzugsweise derart um eine Achse parallel zur Haupterstreckungsebene 100 gewendet, dass in der fünften und sechsten Vorläuferstruktur die zweite Seite 150 der dritten Seite 160 zugewandt ist.
  • In 14e ist eine schematische Seitenansicht einer siebten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die siebte Vorläuferstruktur im wesentlichen der sechsten Vorläuferstruktur illustriert in 14d ist, wobei anhand der 14e ein sechster Herstellungsschritt illustriert wird, wobei eine der zweiten Seite 150 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 abgewandte erste Seite 140 des ersten Wafers 2 bis zum Kontaktelement 7 abgeschliffen wird, so dass das Sackloch 4' zu einer sich vollständig senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 über den ersten Wafer 2 erstreckenden durchgehenden Öffnung 4'' wird. Auf diese Weise wird in dem ersten Wafer 2 durch das Kontaktelement 7 eine Durchkontaktierung erzeugt.
  • In 14f ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bauelement 1 gemäß der zwölften Ausführungsform im Wesentlichen identisch der siebten Vorläuferstruktur illustriert in 14e ist, wobei auf der ersten Seite 140 in einem achten Herstellungsschritt zumindest teilweise eine Isolationsschicht 12 und im Bereich der Kontaktöffnungen zusätzliche Anschlussflächen 12'' angeordnet werden, wobei die zusätzlichen Anschlussflächen 12'' elektrisch leitfähig mit den Kontaktelementen 7 verbunden sind. In einem weiteren achten Herstellungsschritt werden auf den zusätzlichen Anschlussflächen 12'' Bondkügelchen 13 und Bonddrähte 14 zur Kontaktierung des ersten und zweiten Wafers 2, 3 angeordnet.
  • In 14g ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bauelement 1 gemäß der dreizehnten Ausführungsform im Wesentlichen identisch der siebten Vorläuferstruktur illustriert in 14e ist, wobei auf der ersten Seite 140 in einem achten Herstellungsschritt zumindest teilweise eine Isolationsschicht 12 angeordnet wird und wobei in einem weiteren achten Herstellungsschritt im Bereich der Kontaktöffnungen 4 Bondkügelchen 13 und Bonddrähte 14 zur Kontaktierung des ersten und zweiten Wafers 2, 3 angeordnet werden, wobei der Bonddraht 14 unmittelbar auf das Kontaktelement 7 gebondet wird.
  • In 14h ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bauelement 1 gemäß der vierzehnten Ausführungsform im Wesentlichen identisch des Bauelements 1 gemäß der zwölften Ausführungsform illustriert in 14f ist, wobei in einem Zwischenbereich 42 zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer 2, 3 ein Dichtring 9'' im Wesentlichen gemäß der 4b angeordnet ist, welcher insbesondere in einem dritten Herstellungsschritt vor dem vierten Herstellungsschritt als Leitelement 6 oder als Verbindungselement 5 auf der zweiten Seite 150 angeordnet wird. Der Dichtring 9'' umfasst somit insbesondere eine elektrisch leitfähige Paste 40 oder ein elektrisch isolierendes Sealglas.
  • In 15a eine schematische Seitenansicht einer achten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die achte Vorläuferstruktur im Wesentlichen identisch der dritten Vorläuferstruktur dargestellt in 14a ist, wobei auf der zweiten Seite 150 die Leitelemente 6 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 jeweils sowohl ein Kontaktelement 7, als auch eine Anschlussfläche 11 überlappen und somit elektrisch leitfähig miteinander verbinden.
  • In 15b ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bauelement 1 gemäß der fünfzehnten Ausführungsform im Wesentlichen identisch der achten Vorläuferstruktur dargestellt in 15a ist, wobei eine der zweiten Seite 150 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 abgewandte erste Seite 140 des ersten Wafers 2 bis zum Kontaktelement 7 in einem sechsten Herstellungsschritt zurückgeschliffen wird und in einem nachfolgenden achten Verfahrensschritt auf der ersten Seite 140 zumindest teilweise eine Isolationsschicht 12, weitere Anschlussflächen 11' und Bondkügelchen 13 auf den weiteren Anschlussflächen 11' angeordnet werden. Die Bondkügelchen 13 sind über die weiteren Anschlussflächen 11' elektrisch leitfähig mit den Kontaktelementen 7 verbunden. Der erste Wafer 2 ist mittels der Bondkügelchen 13 beispielsweise als SED-Bauteil unmittelbar auf einem Trägerelement mit Anschlussflächen, wie beispielsweise einer Leiterplatte oder einem weiteren Wafer, platzierbar und wird dabei von der ersten Seite 140 aus kontaktiert.
  • In 15c ist eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 1 gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das Bauelement 1 gemäß der sechzehnten Ausführungsform im Wesentlichen identisch dem Bauelement 1 gemäß der fünfzehnten Ausführungsform illustriert in 15b ist, wobei auf der ersten Seite 140 keine Anschlussflächen angeordnet sind, sondern die Bondkügelchen 13 unmittelbar auf den Kontaktelementen 7 und/oder auf der Isolationsschicht 12 angeordnet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4032397 A1 [0002]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (1), wobei in einem ersten Herstellungsschritt ein erster Wafer (2) und ein zweiter Wafer (3) bereitgestellt werden, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt (2) in dem ersten Wafer (2) eine sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene (100) des ersten Wafers (2) erstreckende Kontaktöffnung (4) hergestellt wird, wobei in einem dritten Herstellungsschritt Verbindungselemente (5) und/oder Leitelemente (6) insbesondere mittels eines Siebdruckverfahrens auf dem ersten und/oder auf dem zweiten Wafer (2, 3) angeordnet werden und wobei in einem vierten Herstellungsschritt der erste und der zweite Wafer (2, 3) derart aufeinander angeordnet werden, dass mittels der Verbindungselemente (5) und/oder der Leitelemente (6) eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer (2, 3) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Herstellungsschritt ein Kontaktelement (7) in der Kontaktöffnung (4) angeordnet wird.
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im fünften Herstellungsschritt das Kontaktelement (7) in Form einer elektrisch leitfähigen Paste mittels eines Siebdruckverfahrens in die Kontaktöffnung (4) gedruckt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im fünften Herstellungsschritt das Kontaktelement (7) aufgedampft, aufgesputtert und/oder galvanisch abgeschieden wird, wobei vorzugsweise zwischen dem Kontaktelement (7) und wenigstens einem Leitelement (6) eine elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt wird und/oder dass im vierten Herstellungsschritt der erste und der zweite Wafer (2, 3) derart aufeinander angeordnet werden, dass eine zumindest teilweise Überlappung zwischen wenigstens einem Leitelement (6) und der Kontaktöffnung (4) in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Herstellungsschritt die Kontaktöffnung (4) in Form eines Sacklochs (4') im ersten Wafer (2) oder in Form einer sich entlang einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) über den gesamten ersten Wafer (2) erstreckenden durchgehenden Öffnung (4'') ausgebildet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Herstellungsschritt die Verbindungselemente (5) und/oder die Leitelemente (6) als eine in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene (100) im Wesentlichen geschlossene Form (9) ausgebildet werden, welche vorzugsweise den Bereich einer Kontaktöffnung (4) zwischen dem ersten und dem zweiten Wafer (2, 3) vollständig umschließend vorgesehen ist, wobei die geschlossene Form (9) vorzugsweise Entlüftungsöffnungen (9') aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Herstellungsschritt die Verbindungselemente (5) und/oder die Leitelemente (6) im Wesentlichen linien-, kreuz- und/oder sternförmig ausgebildet sind.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im vierten Herstellungsschritt der erste Wafer (2) auf dem zweiten Wafer (3) derart angeordnet wird, dass eine die Kontaktöffnungen (4) in Form von Sacklöchern (4') aufweisende Seite des ersten Wafers (2) dem zweiten Wafer (3) zugewandt vorgesehen ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sechsten Herstellungsschritt der erste Wafer (2) auf einer dem Sackloch (4') in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) gegenüberliegenden Seite derart geschliffen wird, dass aus dem Sackloch (4') eine sich entlang einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) über den gesamten ersten Wafer (2) erstreckenden durchgehende Öffnung (4'') erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem siebten Herstellungsschritt auf einer dem zweiten Wafer (3) abgewandten Seite des ersten Wafers (2) eine Anschlussfläche (10) angeordnet wird, welche mit dem Kontaktelement (7) elektrisch leitfähig verbunden ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich nach dem ersten Herstellungsschritt der zweite und dritte Herstellungsschritt, zeitlich nach dem zweiten und dritten Herstellungsschritt der vierte Herstellungsschritt und zeitlich nach dem vierten Herstellungsschritt der fünfte Herstellungsschritt durchgeführt werden oder dass zeitlich nach dem ersten Herstellungsschritt der zweite und dritte Herstellungsschritt, zeitlich nach dem zweiten und dritten Herstellungsschritt der fünfte Herstellungsschritt und zeitlich nach dem fünften Herstellungsschritt der vierte Herstellungsschritt und insbesondere zeitlich nach dem vierten Herstellungsschritt der sechste Herstellungsschritt durchgeführt werden.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (1), wobei in einem ersten Herstellungsschritt ein erster Wafer (2) bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt (2) auf einer ersten Seite des ersten Wafers (2) eine sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene (100) des ersten Wafers (2) erstreckende Kontaktöffnung (4) in Form eines Sacklochs (4') hergestellt wird, wobei in einem fünften Herstellungsschritt ein Kontaktelement (7) in der Kontaktöffnung (4) angeordnet wird und wobei in einem sechsten Herstellungsschritt der erste Wafer (2) auf einer der ersten Seite in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) gegenüberliegenden zweiten Seite derart geschliffen wird, dass aus dem Sackloch (4') eine sich entlang einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) über den gesamten ersten Wafer (2) erstreckenden durchgehende Öffnung (4'') erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im fünften Herstellungsschritt das Kontaktelement (7) in Form einer elektrisch leitfähigen Paste mittels eines Siebdruckverfahrens in die Kontaktöffnung (4) gedruckt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich nach dem ersten Herstellungsschritt der zweite Herstellungsschritt, zeitlich nach dem zweiten Herstellungsschritt der fünfte Herstellungsschritt und zeitlich nach dem fünften Herstellungsschritt der sechste Herstellungsschritt durchgeführt werden.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im fünften Herstellungsschritt ein Kontaktelement (7) mit einer ersten Fläche parallel zur Haupterstreckungsebene (100) in der Kontaktöffnung (4) angeordnet wird, wobei die erste Fläche kleiner als eine zweite Fläche der Kontaktöffnung (4) parallel zur Haupterstreckungsebene (100) ist, wobei durch die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Fläche Entlüftungskanäle (8) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) in der Kontaktöffnung (4) gebildet werden.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im fünften Herstellungsschritt das Kontaktelement (7) parallel zur Haupterstreckungsebene (100) im Wesentlichen rund ausgebildet wird und/oder dass im zweiten Herstellungsschritt die Kontaktöffnung (4) parallel zur Haupterstreckungsebene (100) im Wesentlichen rund, viereckig, dreieckig, karoförmig und/oder sternförmig ausgebildet wird, wobei insbesondere die Entlüftungskanäle (8) parallel zur Haupterstreckungsebene (100) im Wesentlichen rechteckig, dreieckig und/oder rund ausgebildet sind.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem achten Herstellungsschritt Anschlussflächen (10), Leiterbahnen (11), Isolationsschichten (12), Bondkügelchen (13), Bonddrähte (14), mikromechanische Strukturen (15) und/oder elektronische Strukturen (15') auf dem ersten Wafer (2) und/oder auf dem zweiten Wafer (3) angeordnet werden, wobei bevorzugt die mikromechanischen Strukturen (15) Sensorelemente umfassen.
  16. Bauelement (1) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4032397A1 (de) 1990-10-12 1992-04-16 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur herstellung einer hybriden halbleiterstruktur und nach dem verfahren hergestellte halbleiterstruktur

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