DE102012205268A1 - Verfahren zum Herstellen von zumindest einer Kontaktierungsfläche eines Bauelementes und Sensor zum Aufnehmen einer Richtungskomponente einer gerichteten Messgröße - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (200) zum Herstellen von zumindest einer Kontaktierungsfläche (104) eines auf einer Platte (600) aus Trägermaterial aufgebauten Bauelementes (100), das in einer Haupterstreckungsebene der Platte (600) ausgerichtet ist. Das Verfahren (200) umfasst einen Schritt des Bereitstellens (202) einer Oberflächenstruktur in der Platte (600), die wenigstens eine erste, in der Haupterstreckungsebene angeordnete Ausnehmung (602) in der Platte (600) aufweist, wobei die erste Ausnehmung (602) eine Tiefe aufweisen, die innerhalb eines Toleranzbereichs einer gewünschten Länge der Kontaktierungsflächen (104) entspricht, wobei zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur auf das Trägermaterial eine leitfähige Schicht (608) aufgebracht ist, wobei in einem Trennbereich (604) das Trägermaterial freiliegt, wobei der Trennbereich (604) einer Oberseite der Platte (600) zugewandt und der ersten Ausnehmung unmittelbar benachbart angeordnet ist. Das Verfahren (200) umfasst ferner einen Schritt des Erzeugens (204) einer zweiten Ausnehmung durch Entfernen des Trägermaterials des Trennbereichs (604) bis in eine Tiefe, die die Tiefe der ersten Ausnehmung übersteigt. Schließlich umfasst das Verfahren (200) einen Schritt des Trennens (206) der Platte (600) in Verlängerung der zweiten Ausnehmung (604), um eine Seitenfläche des Bauelementes (100) zu erzeugen, wobei die Kontaktierungsfläche (104) quer zu der Haupterstreckungsebene ausgerichtet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von zumindest einer Kontaktierungsfläche eines auf einer Platte aus Trägermaterial aufgebauten Bauelementes sowie auf einen Sensor zum Aufnehmen einer Richtungskomponente einer gerichteten Messgröße.
  • Magnetfeldsensoren werden heute mit Beschleunigungs- und Drehratensensoren in einem Gehäuse kombiniert und für Navigationszwecke eingesetzt. Dabei werden die Magnetfeldkomponenten in x- und y-Achse mittels Fluxgate-Sensoren gemessen, während die z-Komponente mit einem Hall-IC ermittelt wird.
  • Die DE 10 2009 028 815 A1 beschreibt ein Magnetometer mit einem Substrat und einem Magnetkern. Das Substrat weist eine Anregungsspule zur Erzeugung eines magnetischen Flusses im Magnetkern auf und die Anregungsspule weist einen Spulenquerschnitt auf, welcher im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats ausgerichtet ist. Der Magnetkern ist außerhalb des Spulenquerschnitts angeordnet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von zwei Kontaktierungsflächen zweier benachbart auf einer Platte aus Trägermaterial aufgebauter Bauelemente sowie ein Sensor zum Aufnehmen einer Richtungskomponente einer gerichteten Messgröße gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Bei einem Magnetfeldsensor nach dem Fluxgate/Flipcore-Prinzip, z. B. einer Fluxgate-Sonde wird ein weichmagnetischer Kern alternierend periodisch in Sättigung getrieben. Der Kern ist dabei von zwei gegensinnigen Spulen umwickelt. Fließt in einer (Erreger-)Spule ein sägezahnförmiger Wechselstrom, induziert er, vermittelt über den gemeinsamen weichmagnetischen Spulenkern, beim Umklappen der Magnetisierung in der anderen (Empfangs-)Spule ebenfalls einen Strom. Die Erregerspannung und die Empfangsspannung sind in Abwesenheit eines äußeren Feldes gleich groß und heben sich durch die gegensinnige Wicklung auf. Liegt nun ein äußeres Magnetfeld an, so erzeugt die vektorielle Komponente parallel in Richtung des Kerns ein resultierendes Signal in der Empfängerspule, das proportional zum äußeren angelegten Feld ist. Mit diesem Prinzip sind sehr kleine Felder messbar.
  • Da der Kern eine richtungsabhängige Komponente des Magnetfelds erfassen kann, ist eine Anordnung mehrerer Kerne mit unterschiedlichen Ausrichtungen erforderlich, um eine räumliche Auflösung des anliegenden Magnetfelds in beispielsweise alle drei Dimensionen eindeutig zu ermöglichen. Allgemein bietet sich eine Anordnung von drei, jeweils senkrecht zueinander ausgerichteten Kernen an, um aus drei vektoriellen Komponenten des Magnetfelds die Raumrichtung des Magnetfelds bestimmen zu können.
  • Halbleiterbauelemente können über Bonddrähte kontaktiert werden. Bonddrähte werden auf Bondpads gebondet, die eine gemeinsame Ausrichtung parallel zu einer Grundfläche der Halbleiterbauelemente aufweisen, da das Bonden automatisiert und senkrecht zu der Grundfläche erfolgt.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Bauelement, das zum Erfassen einer vektoriellen Komponente einer Messgröße gedreht und auf einer Seitenfläche befestigt wird, vorteilhafterweise auf einer, der Seitenfläche gegenüberliegenden Seitenfläche Kontaktierungsflächen aufweisen kann, um elektrisch über Bonddrähte kontaktiert werden zu können.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen von zumindest einer Kontaktierungsfläche eines auf einer Platte aus Trägermaterial aufgebauten Bauelementes, das in einer Haupterstreckungsebene der Platte ausgerichtet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    Bereitstellen einer Oberflächenstruktur in der Platte, die wenigstens eine erste, in der Haupterstreckungsebene angeordnete, Ausnehmung in der Platte aufweist, wobei die Ausnehmung eine Tiefe aufweist, die innerhalb eines Toleranzbereichs einer gewünschten Länge der Kontaktierungsflächen entspricht, wobei zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur auf das Trägermaterial eine leitfähige Schicht aufgebracht ist, wobei in einem Trennbereich das Trägermaterial freiliegt, wobei der Trennbereich einer Oberseite der Platte zugewandt und der ersten Ausnehmung unmittelbar benachbart angeordnet ist;
    Erzeugen einer zweiten Ausnehmung durch Entfernen des Trägermaterials im Trennbereich bis in eine Tiefe, die eine Tiefe der ersten Ausnehmung übersteigt; und
    Trennen der Platte in Verlängerung der zweiten Ausnehmung, um eine Seitenfläche des Bauelementes zu erzeugen, wobei die Kontaktierungsfläche quer zu der Haupterstreckungsebene ausgerichtet ist.
  • Durch eine derartige Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung lässt sich technisch sehr einfach Kontaktierungsflächen des Bauelements herstellen, welche quer zu der Haupterstreckungsebene der Platte ausgerichtet ist, aus der das Bauelement gefertigt wird.
  • Ferner schafft die vorliegende Erfindung einen Sensor mit folgenden Merkmalen:
    einem Grundkörper mit einer ersten Befestigungsfläche zum Befestigen des Sensors an einer Trägerstruktur in einer ersten Raumrichtung und zumindest einer zweiten Befestigungsfläche zum Befestigen des Sensors an der Trägerstruktur in einer zweiten Raumrichtung, wobei die erste Befestigungsfläche quer zu der zweiten Befestigungsfläche ausgerichtet ist;
    einem Sensorelement, das an einer, der ersten Befestigungsfläche gegenüber angeordneten Oberfläche des Sensors angeordnet ist, wobei der Sensor dazu ausgebildet ist, eine Richtungskomponente einer gerichteten Messgröße aufzunehmen; und
    zumindest einer Kontaktierungsfläche, die auf einer, der zweiten Befestigungsfläche gegenüber angeordneten Seitenfläche des Sensors angeordnet ist und elektrisch leitend mit dem Sensorelement verbunden ist.
  • Unter einer Kontaktierungsfläche kann eine elektrisch leitende Oberflächenstruktur zum Anlöten einer elektrischen Leitung verstanden werden. Beispielsweise kann die Kontaktierungsfläche ein Bondpad zum Bonden eines Bonddrahts sein. Unter einem Trägermaterial kann beispielsweise ein Halbleitermaterial verstanden werden. Beispielsweise kann das Trägermaterial in Form einer dünnen Scheibe oder Platte, zum Beispiel in Form eines Wafers aus einem Siliziummaterial, vorliegen. Eine Oberfläche der Platte kann in einer Haupterstreckungsebene ausgerichtet sein. Ein Bauelement kann ein Halbleiterbauelement sein, das einen schichtweisen Aufbau aus isolierenden Schichten und Bereichen sowie Leiterbahnen, Funktionselementen, leitenden Schichten und Bereichen aufweist. Insbesondere kann das Bauelement ein Sensor sein, der dazu ausgebildet ist, zumindest einen Anteil einer Messgröße zu registrieren. Der Sensor kann eine Richtcharakteristik aufweisen. Beispielsweise kann der Sensor als Sensor für elektrische, magnetische und/oder elektromagnetische Felder ausgebildet sein. Dann kann der Sensor eine Messrichtung aufweisen, die durch eine Gestalt des Sensors bestimmt ist. Beispielsweise kann eine Ausrichtung eines elektrisch leitenden Dipols oder Sensorkerns mit Spulen die Messrichtung vorgeben. Eine Oberflächenstruktur kann eine dreidimensionale Kontur sein. Insbesondere kann die Oberflächenstruktur durch ein Entfernen von Material aus der Platte hergestellt werden. Ebenso können eine oder mehrere Schichten auf die Platte aufgebracht werden. Eine Ausnehmung kann eine Tasche oder Ausklinkung sein. Ein Trennbereich kann ein Bereich sein, in dem ein Trägermaterial entfernbar ist, um das Bauelement zu vereinzeln. Dabei kann im Schritt des Trennens die zweite Ausnehmung tiefer als die erste Ausnehmung gebildet werden, um im Trennbereich eine Trennfuge zu erzeugen. Günstigerweise kann auch eine dritte Ausnehmung, d. h. eine erste und eine dritte Ausnehmung, zwischen denen der Trennbereich liegt, in der Haupterstreckungsrichtung in einer Reihe angeordnet sein und näherungsweise oder innerhalb eines Toleranzbereichs (beispielsweise von 5 bis 10 Prozent) identische Abmessungen aufweisen, die ebenfalls innerhalb eines Toleranzbereichs (beispielsweise von 5 bis 10 Prozent) einer gewünschten Länge der Kontaktierungsflächen entsprechen. Ein Steg kann ein dünner Rest Trägermaterial zwischen den Ausnehmungen sein. Der Steg kann quer, d. h. in eine andere Richtung als die Erstreckungsrichtung der Oberfläche des Trägermaterials, insbesondere senkrecht zu der Oberfläche des Trägermaterials ausgerichtet sein. Unter einer Ausrichtung eines Elementes quer zu einer Richtung ist vorliegend zu verstehen, dass das Element in eine zur Richtung unterschiedlichen Alternativrichtung, insbesondere senkrecht zu dieser Alternativrichtung ausgerichtet ist. Eine leitfähige Schicht kann beispielsweise eine metallisierte Schicht sein, die der Kontur der Oberflächenstruktur entspricht. Unter einem Entfernen kann ein Ätzen oder Erodieren verstanden werden. Das Entfernen kann zwischen den Teilbereichen der leitfähigen Schicht im Bereich der Ausnehmungen selbstjustierend erfolgen. Zwischen den Teilbereichen der leitfähigen Schicht kann im Bereich des Stegs ein Schlot oder ein Kanal entstehen. Dadurch kann das Entfernen in einem tiefer liegenden Bereich der Platte gerichtet erfolgen. Das Entfernen kann in Richtung einer Mittelebene des Stegs erfolgen. Unter einem Trennen kann ein Schneiden, Schleifen, Sägen oder Brechen verstanden werden.
  • Das Verfahren kann einen Schritt des Aufbringens einer metallischen Schicht auf die leitfähige Schicht aufweisen. Beispielsweise kann Metall galvanisch auf der leitfähigen Schicht abgesondert werden, um eine vergrößerte Schichtdicke auf der Kontaktierungsfläche zu erhalten. Durch eine derartige Ausführungsform kann technisch sehr einfach eine elektrische Kontaktierung des Bauelementes von der Kontaktfläche aus hergestellt werden.
  • Zwischen der leitenden Schicht und dem Trägermaterial kann eine isolierende Schicht angeordnet sein. Die isolierende Schicht kann vor der leitenden Schicht auf das Trägermaterial aufgebracht werden. Insbesondere wenn das Trägermaterial ein Halbleitermaterial ist, kann die isolierende Schicht eine elektrische Trennung der leitenden Schicht von anderen Komponenten des Bauelements bewirken.
  • In Verlängerung der zweiten Ausnehmung kann ein Schnitt von einer Rückseite der Platte eingebracht werden. Dadurch kann ein Materialverlust beim Schneiden auf einer empfindlichen Vorderseite der Platte verhindert werden. Die Bauelemente können einen geringen Abstand zueinander aufweisen. Durch das Entfernen des Materials des Stegs und weiteren Materials unterhalb des Stegs kann die Platte mittels eines Schnitts mit einer geringeren Schnitttiefe als eine Dicke der Platte getrennt werden.
  • Die leitende Schicht kann im Bereich des Trennbereichs unterbrochen sein, um das Trägermaterial freizulegen. Während des Bereitstellens kann die leitende Schicht auch auf die Oberseite des Stegs aufgebracht werden, anschließend aber wieder von der Oberseite entfernt werden. Beispielsweise kann die leitende Schicht durch Ätzen entfernt werden. Ebenso kann die Oberseite des Stegs maskiert werden, um eine Anlagerung der metallischen Schicht zu verhindern.
  • Die erste Ausnehmung kann in einer zweiten Haupterstreckungsrichtung der Haupterstreckungsebene eine Breite aufweisen, die näherungsweise, d. h. innerhalb eines Toleranzbereichs (beispielsweise von 5 oder 10 Prozent) der Tiefe der Ausnehmungen entspricht. Durch eine Breitenbegrenzung können mehrere Ausnehmungen entlang der zukünftigen Bauelemente angeordnet werden, um eine Mehrzahl von Kontaktierungsflächen zu erhalten. Dadurch können mehrere Anschlüsse des Bauelements seitlich kontaktiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung von zumindest zwei Kontaktierungsflächen von zwei benachbart auf der Platte aus dem Trägermaterial aufgebauten Bauelementen vorgesehen sein, die in der Haupterstreckungsebene der Platte ausgerichtet sind. In einem solchen Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Bereitstellens eine Oberflächenstruktur bereitgestellt, bei der eine dritte Ausnehmung in der Platte vorgesehen ist, die in der Haupterstreckungsebene angeordnet ist, wobei sich der Trennbereich zwischen der ersten und dritten Ausnehmung befindet, wobei insbesondere der Trennbereich in einer Haupterstreckungsrichtung der Platte eine geringere Ausdehnung aufweist, als quer zur Haupterstreckungsrichtung. Im Schritt des Erzeugens wird die zweite Ausnehmung derart erzeugt, dass das Material des Trennbereichs bis in einem Tiefe entfernt wird, die eine Tiefe der ersten bzw. dritten Ausnehmung überschreitet. Ferner wird in einer solchen Ausführungsform der Erfindung im Schritt des Trennens je eine Seitenfläche der Bauelemente erzeugt, wobei die Kontaktierungsflächen quer zur der Haupterstreckungsebene ausgerichtet sind. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders effizienten und somit kostengünstigen Herstellung von mehreren Bauelementen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Übersichtsdarstellung eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen von zwei Kontaktierungsflächen zweier benachbart auf einer Platte aus Trägermaterial aufgebauter Bauelemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Die 3a und 3b Darstellungen eines Sensors mit herkömmlichen Kontaktierungsflächen;
  • Die 4a und 4b Darstellungen eines Sensors mit Kontaktierungsflächen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Darstellung einer Sensoranordnung aus Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Die 6a bis 6g Darstellungen von Halbzeugen nach Fertigungsschritten zum Herstellen eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • Die 7a bis 7e Darstellungen von Halbzeugen nach Fertigungsschritten zum Herstellen eines Sensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
  • 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung eines Sensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 100 ist in Relation zu weiteren Sensoren 100a, 100b und 100c (mehrere Chips auf einem Wafer) dargestellt. Die Sensoren 100 bis 100c sind aus einer Platte Trägermaterial herausgearbeitet worden. Der Sensor weist ein Sensorelement 102 und eine Kontaktierungsfläche 104 auf. Das Sensorelement 102 ist auf einer Oberseite des Sensors 100 angeordnet. Die Oberseite ist gegenüberliegend zu einer Unterseite des Sensors 100 angeordnet. Die Oberfläche ist über Seitenflächen des Sensors 100 mit der Unterseite verbunden. Der Sensor 100 weist eine quaderförmige Form auf. Der Sensor 100 ist ein Halbleiterbauelement. Die Kontaktierungsfläche 104 ist an einer Kante zwischen der Oberfläche und der Seitenfläche angeordnet und weist sowohl auf der Oberfläche als auch auf der Seitenfläche einen elektrisch leitenden Bereich auf.
  • Zwischen dem Sensor 100 und dem benachbarten Sensor 100a befindet sich ein Spalt 106. Der Spalt 106 ist im Bereich der Oberfläche chemisch, durch ein Auflösen des Trägermaterials erzeugt. Im Bereich der Unterseite ist der Spalt 106 durch ein mechanisches Trennverfahren, beispielsweise durch einen Sägeschnitt, erzeugt. Das Verfahren zur Herstellung zweier Kontaktierungsflächen gemäß dem hier vorgestellten Ansatz wird vor dem Vereinzeln der Sensoren 100 in einem Bereich 108 um die Kontaktierungsflächen 104 ausgeführt.
  • Ein Detailbereich für einen in den 6 und 7 anhand von Halbzeugen nach Fertigungsschritten eines beispielhaft dargestellten Herstellungsprozesses ist gekennzeichnet.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Herstellen von zwei Kontaktierungsflächen zweier benachbart auf einer Platte aus Trägermaterial aufgebauter Bauelemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren weist einen Schritt des Bereitstellens 202, einen Schritt des Erzeugens bzw. Entfernens 204 und einen Schritt des Trennens 206 auf. Die Bauelemente sind in einer Haupterstreckungsebene der Platte ausgerichtet. Im Schritt 202 des Bereitstellens wird eine Oberflächenstruktur in der Platte bereitgestellt bzw. erzeugt, die zwei, in einer Haupterstreckungsrichtung der Haupterstreckungsebene benachbart angeordnete, Ausnehmungen aus der Platte aufweist. Die Ausnehmungen weisen eine Tiefe auf, die innerhalb eines Toleranzbereichs einer gewünschten Länge der Kontaktierungsflächen entspricht. Zwischen den Ausnehmungen ist ein Steg angeordnet, der insbesondere in der Haupterstreckungsrichtung eine geringere Ausdehnung aufweist, als quer zu der Haupterstreckungsrichtung. Zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur ist auf das Trägermaterial eine leitfähige Schicht aufgebracht. Auf einer, einer Oberseite der Platte zugewandten Seite des Stegs liegt das Trägermaterial frei. Im Schritt 204 des Entfernens wird das Trägermaterial des Stegs und Trägermaterial in Verlängerung des Stegs entfernt. Unter einer Verlängerung des Stegs ist ein Bereich im Trägermaterial in eine Richtung zu verstehen, der sich im Fortlauf der Haupterstreckungsrichtung des Stegs im Trägermaterial befindet. Das Trägermaterial wird beispielsweise durch einen Trenchprozess entfernt. Im Schritt 206 des Trennens wird die Platte in Verlängerung des Stegs getrennt, um je eine Seitenfläche der Bauelemente zu erzeugen, wobei die damit freiliegenden Kontaktierungsflächen quer zu der Haupterstreckungsebene ausgerichtet sind.
  • Die 3a und 3b zeigen Darstellungen eines Sensors 300 mit herkömmlichen Kontaktierungsflächen 302. Wie in 1 beschrieben, ist der Sensor 300 ein Halbleiterbauelement, das aus und auf einer Platte oder einem Wafer aus Halbleiterträgermaterial mittels chemisch-physikalischen Herstellungsschritten hergestellt wird. Die Platte ist während des Herstellungsprozesses größer als der hier dargestellte Bruchteil. Strukturen können nur aus einer z-Richtung in die Platte eingebracht werden. Seitenflächen x und y des Sensors 300 entstehen erst beim Zertrennen der Platte in einzelne Sensoren 300.
  • 3a zeigt eine räumliche Darstellung des Sensors 300 mit drei sichtbaren Flächen x, y und z. Auf der z-Fläche sind vier Kontaktierungsflächen 302 sowie ein daran angeschlossener Magnetfeldsensor 304 angeordnet. Auf den Seiten x und y sind keine Strukturen angeordnet.
  • 3b zeigt eine Draufsicht auf die Fläche z mit mehr Details des Sensors 300. Der Magnetfeldsensor 304 ist als magnetisierbarer Kern mit zwei gegenläufig an dem Kern angeordneten Spulenwicklungen 306 ausgebildet. Die Spulen 306 sind über Zuleitungen 308 mit je zwei der Bondpads 302 verbunden.
  • Die 4a und 4b zeigen Darstellungen eines Sensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der hier gezeigte Sensor 100 weist zwei Sensorelemente 102 auf, die je dazu ausgebildet sind, einen Anteil einer messbaren Messgröße zu erfassen. Die Sensorelemente 102 sind senkrecht zueinander ausgerichtet, um abhängig von einem Einfallswinkel der Messgröße verschiedene Anteile zu empfangen. Wie in 3 ist das einzelne Sensorelement 102 als magnetisierbarer Kern mit zwei gegenläufigen Wicklungen ausgebildet, die über Zuleitungen 308 mit Kontaktierungsflächen 104 verbunden sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Sensor 100 entlang einer Kante acht Kontaktierungsflächen 104 auf, für jedes Sensorelement 102 vier Stück. Die Kontaktierungsflächen bieten eine Fläche zum Kontaktieren auf der Oberseite des Sensors 100 sowie auf einer Seitenfläche des Sensors 100.
  • 4a zeigt eine Draufsicht auf die Oberfläche des Sensors 100. Die Sensorelemente 102 sind unter einem Winkel von 45 Grad zu der Kante des Sensors ausgerichtet. Die Kontaktierungsflächen sind in zwei Gruppen an der Kante angeordnet. Bei Fluxgates 102 werden auf einen Spulenkern 102 zwei Spulen mit insgesamt je vier Bondpads 104 gewickelt.
  • 4b zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht des Sensors 100. Gezeigt ist eine Seitenfläche des Sensors 100 auf der die Kontaktierungsflächen 104 des Sensors 100 angeordnet sind. Es sind die Kontaktierungsflächen 104 eines der Sensoren dargestellt. Die Kontaktierungsflächen 104 sind entlang der Kante in regelmäßigen Abständen angeordnet. Die Bondpads 104 liegen an der Seitenkante des Chips. Die Kontaktierungsflächen 104 sind im Bereich der Kante zur Oberfläche angeordnet. An dem Bondpad 104 an der Seitenfläche wird von dieser Seite drahtgebondet.
  • 5 zeigt eine Darstellung einer Sensoranordnung 500 aus Sensoren 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Sensoranordnung 500 weist drei Sensoren 100 auf. Die Sensoren 100 sind bezüglich einer Messrichtung unter bekannten Winkeln zueinander ausgerichtet. Dadurch kann je einer der Sensoren 100 einen Raumrichtungsanteil einer Messgröße erfassen. Zusammen können Signale der Sensoren 100 die Messgröße korrekt repräsentieren, da die Sensoren 100 im Aufbau identisch sind und keine Empfindlichkeitsunterschiede aufweisen. Zwei der Sensoren 100 sind mit einer Unterseite als Befestigungsfläche auf einer Trägerstruktur 502 oder einem Gehäuseboden befestigt. Ein dritter Sensor 100 ist auf einer Seitenfläche als Befestigungsfläche auf der Trägerstruktur 502 befestigt. Die Sensoren 100 sind mit einer Kleberschicht 504 auf der Trägerstruktur 502 befestigt. Die Sensoren 100 sind über Bonddrähte 506 elektrisch kontaktiert. Bei den beiden Sensoren 100, die auf der Unterseite befestigt sind, sind die Bonddrähte 506 auf der Oberseite gebondet. Bei dem Sensor, der auf einer ersten Seitenfläche befestigt ist, sind die Bonddrähte 506 auf einer der gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche gebondet. Ohne die Kontaktierungsfläche 104 auf der Seitenfläche wäre das Bonden so nicht möglich.
  • Bei einer Montage zur Realisierung eines 3-D-Magnetfeldsensors 500 kann der x-Sensor 100 vom Wafer abgepickt werden und in einem Gehäuse positioniert werden. Dabei weist der Magnetfeldsensor eine Ausrichtung in x-Richtung auf. Der y-Sensor 100 kann ebenfalls vom Wafer abgepickt werden und in einem Gehäuse positioniert werden. Dabei weist der Magnetfeldsensor eine Ausrichtung in y-Richtung auf.
  • Der z-Sensor 100 kann nach dem Abpicken des Sensors 100 vom Wafer um 90° gedreht werden, sodass die freigelegten Bondpads 104 nach oben zeigen. Der Magnetfeldsensor 100 ist so in z-Richtung ausgerichtet bzw. er besitzt wenigstens eine teilweise Erstreckung in z-Richtung. Als x- und y-Sensoren 100 können vorteilhafterweise auch Sensoren verwendet werden, die keine Seitenkontaktierung aufweisen.
  • Die 6a bis 6g zeigen Darstellungen von Halbzeugen nach Fertigungsschritten zum Herstellen von Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In den Darstellungen ist jeweils eine Schnittdarstellung durch eine in 4b gezeigte Schnittlinie dargestellt, die einen in 1 umrandeten Bereich umfasst. Dargestellt ist der Bondpadbereich zweier benachbarter Chips. Auf einer linken Seite ist ein Teilbereich eines zu erstellenden ersten Sensors abgebildet, auf einer rechten Seite ist ein Teilbereich eines zweiten Sensors abgebildet. In den 6a bis 6g ist jeweils ein Ausschnitt aus einem Plättchen aus Trägermaterial 600 dargestellt, aus dem eine Vielzahl von Sensoren herausgearbeitet werden kann. In der Darstellung oben ist eine Oberseite des Plättchens abgebildet, eine Haupterstreckungsebene der Oberfläche ist senkrecht zu einer Abbildungsebene angeordnet. Eine weitere Haupterstreckungsrichtung der Oberfläche ist in der Darstellungsebene angeordnet.
  • In 6a ist das Trägermaterial 600 nach einem ersten vorbereitenden Schritt des Trenchens oder Entfernens von Material aus dem Plättchen 600 dargestellt. In die Oberfläche sind zwei Trog-förmige oder U-förmige Ausnehmungen 602 bzw. Kontaktgräben 602 eingebracht, die im Wesentlichen eine Tiefe aufweisen, die einer geplanten Breite von Kontaktierungsflächen an einer zukünftigen Seitenfläche der Sensoren entspricht. Die Ausnehmungen 602 sind tiefer als breit. Die Ausnehmungen 602 sind in der Haupterstreckungsebene benachbart angeordnet. Zwischen den Ausnehmungen 602 ist ein Steg 604 aus Trägermaterial 600 nicht abgetragen worden. Dazu ist beispielsweise eine Lackmaske auf die Oberfläche des Plättchens 600 aufgebracht worden, die Aussparungen aufgewiesen hat, welche einer Kontur der Ausnehmungen 602 entsprochen haben. Durch die Aussparungen konnte das Trägermaterial 600 gezielt entfernt werden.
  • In 6b ist auf die in 6a beschriebene Oberflächenstruktur eine isolierende Oxidschicht 606 aufgetragen worden. Beispielsweise ist die Oxidschicht 606 mittels eines Aufdampfungsprozesses, wie CVD oder mittels einer thermischen Oxidation aufgebracht worden. Die Oxidschicht 606 stellt eine Isolation des Trägermaterials sicher, da das Trägermaterial 600 im Regelfall ein Halbleitermaterial ist.
  • In 6c ist auf die Oxidschicht 606 eine elektrisch leitende Schicht 608 aus Metall aufgebracht worden. Die Metallisierung und Strukturierung kann z. B. über einen Sprühlackprozess erfolgen. Die Oberfläche des Trägerplättchens 600 ist auf einer Schmalseite des Stegs 604 anschließend erneut freigelegt worden. Das Metall 608 und das Oxid 606 kann im Ritzgraben (dem späteren Sägegraben) geätzt werden. In diesem Zustand kann die Platte 600 als Rohling für das Verfahren zum Herstellen von zwei Kontaktierungsflächen gemäß dem hier vorgestellten Ansatz bereitgestellt werden.
  • In 6d ist das Trägermaterial 600 des Stegs entfernt worden. Durch die geringen Abmessungen des Stegs entsteht dabei ein Kanal oder Trenchgraben, der eine selbstjustierende Wirkung entfaltet, wobei in Verlängerung einer Mittelebene des Stegs 604 weiteres Trägermaterial 600 entfernt wird. Das Entfernen kann durch Ätzen des Trägermaterials 600 erfolgen. Das Trenchen kann ohne weitere Maske erfolgen. Das Metall 608 bzw. das Oxid 606 dienen als Maske. Der Trench-Prozess ist selbstjustierend.
  • In 6e ist im Bereich des jetzt entfernten Stegs die Oxidschicht 606 entfernt worden. Das Entfernen kann wie in 6d durch Auflösen oder Ätzen der Oxidschicht 606, wie z. B. HF-Gasphasenätzen, erfolgen. Die metallische Schicht 608 wird dabei nicht angegriffen. Ebenso bleibt das Trägermaterial 600 davon unbeeinflusst.
  • In 6f ist die metallische Schicht 608 angeätzt worden. Da im Bereich des ehemaligen Stegs das Metall 608 gleichzeitig von zwei Seiten angegriffen wird, erfolgt dort ein größerer Materialabtrag. Der Kanal im Bereich des Stegs wird entfernt. Die restliche Metalloberfläche wird ebenfalls angegriffen. Idealerweise ist der Materialabtrag jedoch geringer als die zuvor aufgetragene Schichtdicke. Eine dünne Metallschicht 608 verbleibt auf dem Oxid 606. Das Metall 608 kann z. B. mittels einem Nassätzschritt bearbeitet werden. Die Ätzzeit wird so gewählt, dass das Metall 608 an der Wand des zweiten Trenchgrabens, das beim Ätzen von beiden Seiten angegriffen wird, vollständig weggeätzt wird. Das Metall 608 auf der Substratwand und im Bondpad wird dagegen nur einseitig geätzt und daher nur um etwas mehr als die Hälfte abgedünnt.
  • In 6g ist ein Trennschnitt 610 von der Rückseite des Plättchens 600 bis in den in die 6d beschriebene Aussparung eingebracht, der den ersten Sensor 100a von dem zweiten Sensor 100b trennt. Beide Sensoren 100a und 100b weisen jetzt auf der durch den Trennschnitt 100 entstandenen Seitenfläche eine Kontaktierungsfläche 104 auf. Das Vereinzeln der Sensoren kann, z. B. durch einen üblichen Sägeschnitt erfolgen. Die Kontaktierungsflächen sind jeweils elektrisch mit dem Sensorelement verbunden.
  • Die 7a bis 7e zeigen Darstellungen von Halbzeugen nach Fertigungsschritten zum Herstellen von Sensoren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die dargestellten Fertigungsschritte entsprechen in veränderter oder erweiterter Form den Fertigungsschritten die in den 6d bis 6g gezeigt sind. Die ersten Schritte sind analog zum Herstellungsprozess, wie er in den 6a bis 6c dargestellt ist.
  • In 7a ist auf die in 6c beschriebene metallische Schicht 608 eine weitere metallische Schicht 700 aufgebracht worden. Die weitere metallische Schicht 700 weist eine größere Stärke auf, als die metallische Schicht 608. Die weitere metallische Schicht 700 ist dabei elektrochemisch mittels Galvanik auf die bestehende metallische Schicht 608 abgeschieden worden. Im Bereich des Stegs 604, wo das Trägermaterial 600 freiliegt, ist kein Metall 700 abgeschieden worden bzw. es wurde wieder entfernt. Im Bereich der Ausnehmungen 602 ist soviel Metall 700 abgeschieden worden, dass die Ausnehmungen 602 wieder aufgefüllt sind. Nach der oberflächlichen Metallisierung, wie in 6c dargestellt, folgt nun eine – bevorzugt stromlose – Galvanisierung, bei der die Vertiefung 602 vollständig mit Metall 700 aufgefüllt wird. Materialien, die durch die Galvanisierung aufgebracht werden können, sind z. B. Cr, Ni, Pt, Au, Pd oder Kombinationen davon. Die Vorteile des galvanisch aufgebrachten Metalls 700 sind niederohmige Leiterbahnen auf der Vorderseite und niederohmige Bondpads an den Seiten.
  • In 7b ist analog zu 6d gezeigt, wie im Bereich des Stegs das Trägermaterial 600 getrencht worden ist. Dabei ist wie in 6d der entstandene Kanal selbstjustierend und weist eine geringe Breite auf. Das galvanisch abgeschiedene Metall 700 wird davon nicht beeinflusst. Das Trenchen kann im Padbereich ohne extra Maske erfolgen, da die Galvanik 700 als Maske dienen kann.
  • In 7c ist analog zu 6e gezeigt, wie im Bereich des Stegs die Oxidschicht 606 entfernt worden ist, um die metallische Schicht 608 freizulegen.
  • In 7d ist analog zu 6g gezeigt, wie das Plättchen 600 durch den Sägeschnitt 610 getrennt worden ist. Dabei sind wie in 6g die seitlichen Kontaktierungsflächen 104 des ersten Sensors 100a und des zweiten Sensors 100b zugänglich geworden. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Ausnehmungen wieder verfüllt worden sind, ist es unnötig, die metallische Schicht 608 zu entfernen. Die metallische Schicht 608 bildet in diesem Ausführungsbeispiel die Oberfläche der Kontaktierungsflächen 104.
  • 7e zeigt eine Draufsicht auf die in 7d gezeigten Ausschnitte der getrennten Sensoren 100a und 100b in Bezug zu 7d. Schnittkanten des Sägeschnitts von der Rückseite sind als verdeckte Kanten dargestellt. Die Kontaktierungsflächen 104 sind näherungsweise so breit, wie sie lang sind. Die Oxidschicht 606 isoliert die Kontaktierungsflächen 104 gegen das Silizium oder Substrat 600 auch seitlich. Wie in den 7a bis 7d gezeigt, bestehen die Bondpads 104 in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Startmetall 608 und galvanisiertem 700 Metall. Von den Kontaktierungsflächen führt je eine galvanisierte Metallleiterbahn 308 zu einem nicht gezeigten Sensorelement der Sensoren 100a und 100b.
  • Mit anderen Worten zeigen die 6 und 7 Herstellungsverfahren zum Herstellen eines z-Magnetfeldsensors 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Durch seitliche Bondpads 104 kann der Sensor 100 um einen definierten Winkel gezielt verkippt werden. An den Bondpads 104 kann der Sensor wie üblich von oben kontaktiert werden. Das Sensorelement 100 wird um 90° gedreht, sodass die sensitiven Schichten seitlich schräg zu liegen kommen, wenn wie in 4a gezeigt zwei Magnetfeldsensoren auf einem Chip angeordnet sind. So kann die xz- bzw. die yz-Komponente eines Magnetfelds mit zwei Fluxgates auf einem Sensor 100 ohne Hall-Element gemessen werden. Der z-Anteil ist in beiden Fluxgatesignalen enthalten, x- und y-Richtung sind jeweils nur in einem Signal enthalten. Bei bekannter Magnetfeldstärke bzw. unter Einbeziehung der Signale zweier weiterer in x- und y-Richtung ausgerichteter Fluxgates und der Einbauwinkel zueinander lassen sich alle drei Magnetfeldkomponenten bestimmen.
  • Das Bauelement 100 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Oberfläche eine Vorrichtung zur Bestimmung physikalischer Messgrößen 102, wie z. B. Magnetfelder, angeordnet ist. Auf mindestens einer dazu senkrecht benachbarten Oberfläche des Substrates befinden sich Kontaktpads 104, die mit der Vorrichtung 102 auf der ersten Seite verbunden sind. Das Bauelement kann über die Kontaktpads 104 auf einem Gehäuseboden fixiert werden und elektrisch kontaktiert werden. Alternativ kann das Bauelement 100 kann mit der, die Kontaktpads 104 tragenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche auf einem Gehäuseboden fixiert und mit einem Drahtbond auf die Kontaktpads 104 kontaktiert sein.
  • Zur Herstellung eines Bauelementes 100 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz können, wie in den 6 und 7 anhand der sich nach den Prozessschritten ergebenden Halbzeuge dargestellt ist, die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden.
  • Einbringen eines ersten Trenchs 602 im Bereich der vorgesehenen Kontaktlöcher.
  • Abscheiden einer Isolationsschicht 606.
  • Abscheiden und Strukturieren einer ersten Metallschicht 608.
  • Entfernen der zuvor eingebrachten Isolationsschicht 606 im Bereich eines zweiten Trenchgrabens.
  • Einbringen des zweiten Trenchs wenigstens im Bereich der Sägegräben und zwischen den ersten Kontaktflächentrenchs 102
  • Entfernen der zuvor eingebrachten Isolationsschicht 606 von den senkrechten Wänden des zweiten Trenchgrabens.
  • Optional kann die Metallschicht 608 mit einer Dauer geätzt werden, in der etwas mehr als die Hälfte der abgeschiedenen Dicke weggeätzt wird.
  • Sägen der Restdicke des Substrates 600 von der Rückseite bis in den zweiten Trenchgraben hinein.
  • Optional kann die Metallschicht 608 vor dem Sägen noch durch einen galvanischen Anscheideprozess verstärkt werden.
  • Die strukturierte erste Metallschicht 608 kann durch einen galvanischen Abscheideprozess verstärkt werden, bevor die Isolationsschicht 606 im Bereich des zweiten Trenchgrabens entfernt wird.
  • Durch das hier vorgestellte Herstellungsverfahren kann kostengünstig ein Sensor zur 3-D-Messung eines Magnetfeldes mit nur zwei verschiedenen Sensorsubstraten hergestellt werden. Ein Hall-Element zur Messung der senkrechten Komponente kann entfallen. Sensoren gemäß dem hier vorgestellten Ansatz können beispielsweise als magnetischer Kompass z. B. in Navigationsgeräten, Uhren, Smartphones oder Notebooks verwendet werden.
  • Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
  • Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009028815 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Verfahren (200) zum Herstellen von zumindest einer Kontaktierungsfläche (104) eines auf einer Platte (600) aus Trägermaterial aufgebauten Bauelementes (100), das in einer Haupterstreckungsebene der Platte (600) ausgerichtet ist, wobei das Verfahren (200) die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (202) einer Oberflächenstruktur in der Platte (600), die wenigstens eine erste, in der Haupterstreckungsebene angeordnete Ausnehmung (602) in der Platte (600) aufweist, wobei die erste Ausnehmung (602) eine Tiefe aufweist, die innerhalb eines Toleranzbereichs einer gewünschten Länge der Kontaktierungsflächen (104) entspricht, wobei zumindest im Bereich der Oberflächenstruktur auf das Trägermaterial eine leitfähige Schicht (608) aufgebracht ist, wobei in einem Trennbereich (604) das Trägermaterial freiliegt, wobei der Trennbereich (604) einer Oberseite der Platte (600) zugewandt und der ersten Ausnehmung unmittelbar benachbart angeordnet ist; Erzeugen (204) einer zweiten Ausnehmung durch Entfernen des Trägermaterials des Trennbereichs (604) bis in eine Tiefe, die eine Tiefe der ersten Ausnehmung übersteigt; und Trennen (206) der Platte (600) in Verlängerung der zweiten Ausnehmung (604), um eine Seitenfläche des Bauelementes (100) zu erzeugen, wobei die Kontaktierungsfläche (104) quer zu der Haupterstreckungsebene ausgerichtet ist.
  2. Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, mit einem Schritt des Aufbringens einer metallischen Schicht (700) auf die leitfähige Schicht (608).
  3. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bereitstellens (202) als Oberflächenstruktur eine Struktur bereitgestellt wird, bei der zwischen der leitenden Schicht (608) und dem Trägermaterial eine isolierende Schicht (606) angeordnet ist.
  4. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Trennens (206) in Verlängerung der zweiten Ausnehmung ein Schnitt (610) von einer Rückseite der Platte (600) eingebracht wird.
  5. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bereitstellens (202) als Oberflächenstruktur eine Struktur bereitgestellt wird, bei der die leitende Schicht (608) im Bereich des Trennbereichs (604) unterbrochen ist, um das Trägermaterial freizulegen.
  6. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bereitstellens (202) die erste Ausnehmung (602) in einer zweiten Haupterstreckungsrichtung der Haupterstreckungsebene eine Breite aufweisen, die innerhalb eines Toleranzbereichs der Tiefe der ersten Ausnehmung (602) entspricht.
  7. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zur Herstellung von zumindest zwei Kontaktierungsflächen (104) von zwei benachbart auf der Platte (600) aus dem Trägermaterial aufgebauten Bauelementen (100), die in der Haupterstreckungsebene der Platte (600) ausgerichtet sind, wobei im Schritt des Bereitstellens (202) eine Oberflächenstruktur bereitgestellt wird, bei der eine dritte Ausnehmung (602) in der Platte (600) vorgesehen ist, die in der Haupterstreckungsebene angeordnet ist, wobei sich der Trennbereich (602) zwischen der ersten und dritten Ausnehmung befindet, insbesondere wobei der Trennbereich (602) in einer Haupterstreckungsrichtung der Platte (600) eine geringere Ausdehnung aufweist, als quer zur Haupterstreckungsrichtung, wobei im Schritt des Erzeugens (204) die zweite Ausnehmung (602) derart erzeugt wird, dass das Material des Trennbereichs (604) bis in einem Tiefe entfernt wird, die die Tiefe der ersten und/oder dritten Ausnehmung (602) überschreitet und wobei im Schritt des Trennens (206) je eine Seitenfläche der Bauelemente (100) erzeugt wird, wobei die Kontaktierungsflächen (104) quer zur der Haupterstreckungsebene ausgerichtet sind.
  8. Sensor (100), mit folgenden Merkmalen: einem Grundkörper mit einer ersten Befestigungsfläche zum Befestigen des Sensors (100) an einer Trägerstruktur (502) in einer ersten Raumrichtung und zumindest einer zweiten Befestigungsfläche zum Befestigen des Sensors (100) an der Trägerstruktur (502) in einer zweiten Raumrichtung, wobei die erste Befestigungsfläche quer zu der zweiten Befestigungsfläche ausgerichtet ist; einem Sensorelement, das an einer, der ersten Befestigungsfläche gegenüber angeordneten Oberfläche des Sensors (100) angeordnet ist, wobei der Sensor (100) dazu ausgebildet ist, eine Richtungskomponente einer gerichteten Messgröße aufzunehmen; und zumindest einer Kontaktierungsfläche (104), die auf einer, der zweiten Befestigungsfläche gegenüber angeordneten Seitenfläche des Sensors (100) angeordnet ist und elektrisch leitend mit dem Sensorelement verbunden ist.
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