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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Verfahren sind allgemein bekannt. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass die Herstellung einer eutektischen Verbindung zwischen zwei Wafern saubere und oxidfreie Oberflächen der Verbindungspartner verlangt. Insbesondere bei einer nasschemischen Reinigung mit einem anschließenden Spülschritt in Wasser und/oder bei einem Kontakt der Verbindungspartner mit Luft entstehen chemisch und mechanisch stabile Oxide auf der Oberfläche der Verbindungspartner, welche unerwünscht sind, den Verbindungs- bzw. Bondprozess behindern und entfernt werden müssen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements vorzuschlagen, welches im Vergleich zum Stand der Technik eine vereinfachte Herstellung erlaubt, wobei der Verbindungsprozess verkürzt und/oder die Anzahl der Prozessschritte reduziert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements und das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein mikromechanisches Bauelement durch Zusammenfügen mindestens zweier Wafer unter geringerem Aufwand hergestellt wird. Besonders bevorzugt wird zeitgleich, während der Herstellung frei beweglicher mikromechanischer Strukturen, der Gasphasenätzprozesses zur Entfernung der Opferschicht unterhalb der mikromechanischen Strukturen auch dazu benutzt, den ersten Verbindungspartner mit dem gasförmigen Ätzmedium zu beaufschlagen, sodass an dessen Oberfläche eine Schutzschicht entsteht, die eine Oxidation der Oberfläche verhindert.
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Bevorzugt ist das mikromechanische Bauelement ein Sensor mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS), wobei ein solcher Sensor hier auch als MEMS-Sensor bezeichnet wird. Insbesondere ist der MEMS-Sensor ein Inertialsensor, beispielsweise ein Drehratensensor und/oder Beschleunigungssensor, ein Mikrospiegel (MEMS-Spiegel), oder ein Infrarot-Sensor.
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Bevorzugt wird als Wafer eine dünne Scheibe aus Halbleitermaterial, auf die insbesondere MEMS-Strukturen und/oder integrierte Schaltungen aufgebracht werden oder aufgebracht sind. Beispielsweise ist das Halbleitermaterial ein Substrat aus Silizium.
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Bevorzugt umfasst das als erste Werkstoffschicht bezeichnete Schichtsystem, neben dem ersten Verbindungspartner, auch ein erstes Substrat des ersten Wafers und/oder eine erste Funktionsschicht. Insbesondere weist die erste Funktionsschicht ein auf dem Substrat abgeschiedenes Polysiliziummaterial (Epipolysiliziummaterial) auf. Bevorzugt wird der erste Verbindungspartner durch Sputtern (Kathodenzerstäubung) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Niederdruckgasphasenabscheidung (LPCVD) auf dem ersten Substrat oder der ersten Funktionsschicht aufgebracht. Bevorzugt gilt gleiches analog für die zweite Werkstoffschicht mit dem zweiten Verbindungspartner, wobei insbesondere die zweite Werkstoffschicht dann ein zweites Substrat und/oder eine zweite Funktionsschicht aufweist.
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Bevorzugt wird die freibewegliche mikromechanische Teilstruktur durch Trenchen und Gasphasenätzen hergestellt, wobei die bewegliche Teilstruktur aus der ersten Funktionsschicht durch Trenchen (d.h. Grabenbildung) und Entfernen der darunterliegenden Opferschicht erzeugt wird. Bevorzugt weist die Opferschicht Siliziumoxid auf. Bevorzugt wird die Opferschicht durch Ätzen mit einem gasförmigen Ätzmedium (Gasphasenätzen) entfernt. Das dabei benutzte gasförmige Ätzmedium ist beispielsweise ein Ätzgas mit Fluorwasserstoff(HF)-Komponente.
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Bevorzugt werden beim Zusammenführen des ersten und zweiten Wafers die Wafer derart ausgerichtet und positioniert, dass der erste Verbindungspartner und der zweite Verbindungspartner zumindest bereichsweise in Berührkontakt sind und insbesondere einen oder mehrere Bondbereiche bilden, in denen der erste und zweite Verbindungspartner zusammengefügt werden. Hierunter kann insbesondere auch verstanden werden, dass sich die Verbindungspartner entlang ihrer gesamten Oberfläche berühren. Insbesondere können die Bondbereiche entlang einer zu einer Haupterstreckungsebene des ersten und/oder zweiten Wafers im Wesentlichen parallelen Ebene zusammenhängende Bondbereiche oder entlang der Ebene voneinander getrennte Bondbereiche sein.
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Bevorzugt werden der erste und zweite Verbindungspartner derart erhitzt, dass der erste und zweite Verbindungspartner zu einer Verbindungsschicht stoffschlüssig zusammengefügt werden, sodass aus dem ersten Verbindungspartner und dem zweiten Verbindungspartner ein eutektisches Verbindungsmaterial gebildet wird. Dies bedeutet beispielsweise, dass der erste und/oder zweite Verbindungspartner auf eine Verbindungstemperatur erhitzt wird, wobei die Verbindungstemperatur im Falle eines eutektischen Verbindungsmaterials bestehend aus einer Aluminium-Germanium-Legierung insbesondere zwischen 324 °C (Grad Celsius) und 524 °C, bevorzugt zwischen 354 °C und 494 °C, besonders bevorzugt zwischen 394 °C und 454 °C, ganz besonders bevorzugt bei 445 °C, liegt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem dritten Herstellungsschritt die mikromechanische Struktur durch Gasphasenätzen mit dem gasförmigen Ätzmedium freigestellt wird, wobei eine Opferschicht in der ersten Werkstoffschicht entfernt wird, wobei insbesondere als Ätzmedium ein Gas mit Fluorwasserstoffkomponente verwendet wird.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass das gasförmige Ätzmedium sowohl zur Fertigstellung der mikromechanischen Struktur, als auch zur Behandlung des ersten Verbindungspartners verwendet wird, sodass das Zusammenfügen (Bonden) der Verbindungspartner zeiteffizienter und kostengünstiger durchgeführt werden kann. Der Vorteil beim Fluorwasserstoff(HF-)Gasphasenätzen gegenüber einem nasschemischen Fluorwasserstoffsäure-Ätzen (HF-Ätzen) – d.h. mit einer wässrigen Lösung von Fluorwasserstoff – besteht darin, dass es keine Wechselwirkung zwischen einer Oberfläche des ersten Verbindungspartners mit Wasser und Luft geben und die Bildung einer Oxidschicht vermieden werden kann. Insbesondere kann weiterhin durch Gasphasenätzen das Aneinanderkleben (sticken) beweglicher Strukturen vermieden werden, welches im Trocknungsschritt nach einem nasschemischen Ätzprozess auftreten kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen,
- – dass als erster Verbindungspartner ein Aluminiummaterial verwendet wird und als zweiter Verbindungspartner ein Germaniummaterial verwendet wird, oder
- – dass als erster Verbindungspartner ein Germaniummaterial verwendet wird und als zweiter Verbindungspartner ein Aluminiummaterial verwendet wird, oder
- – dass als erster und zweiter Verbindungspartner eine metallische Legierung verwendet wird, wobei insbesondere die metallische Legierung eine Aluminium-Germanium-Legierung ist.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass das fertiggestellte mikromechanische Bauteil gegenüber anderen Legierungen, die eine niedrigere Schmelztemperatur aufweisen, über einen vergleichsweise großen Temperaturbereich temperaturstabil ist und bei entsprechend höheren Temperaturen eingesetzt werden kann. Insbesondere ist das Aluminiummaterial des ersten bzw. zweiten Verbindungspartners eine Aluminiumlegierung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem dritten Herstellungsschritt eine erste Oxidschicht des ersten Verbindungspartners durch eine erste Reduktionsreaktion mit dem gasförmigen Ätzmedium entfernt wird und eine erste Schutzschicht an einer Oberfläche des ersten Verbindungspartners erzeugt wird, wobei insbesondere die erste Oxidschicht ein Aluminiumoxidmaterial und die erste Schutzschicht ein Aluminiumfluoridmaterial aufweist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem dritten Herstellungsschritt der zweite Verbindungspartner mit dem Ätzmedium beaufschlagt wird und eine zweite Oxidschicht des zweiten Verbindungspartners durch eine zweite Reduktionsreaktion mit dem gasförmigen Ätzmedium entfernt wird und eine zweite Schutzschicht an dem zweiten Verbindungspartner erzeugt wird, sodass insbesondere die zweite Oxidschicht ein Germaniumoxidmaterial und die zweite Schutzschicht ein Germanium(II)-fluoridmaterial aufweist bzw. aus einer mit Fluor belegten Germaniumoberfläche besteht. Bevorzugt wird die zweite Schutzschicht derart erzeugt, dass die zweite Schutzschicht eine fluorbelegte Germaniumoberfläche aufweist. Insbesondere umfasst die erste Reduktionsreaktion eine Reduktion von Aluminiumoxid durch Reaktion mit der HF-Gasphasenatmosphäre zu Aluminiumfluorid und Wasser.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass eine vergleichsweise homogene und ausreichend dicke erste Schutzschicht bei der Beaufschlagung bzw. Behandlung des ersten und/oder zweiten Verbindungspartners mit einem HF-Gas gebildet und eine Oxidation der Oberflächen nach HF-Gasphasenätzen unterbunden wird. Für den Fall, dass der erste Verbindungspartner das Aluminiummaterial aufweist, weist die Schutzschicht ein Aluminiumfluoridmaterial auf. Gegenüber Aluminiumoxid kann Aluminiumfluorid beim Verbindungsprozess (Bonden) leichter umgewandelt werden und bildet somit keine dichte Diffusionsbarriere zwischen Aluminium und Germanium, was zur Beschleunigung des Bondvorgangs und somit zu einer Vereinfachung des Bondprozesses führt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem dritten Herstellungsschritt eine erste Schichtdicke der ersten Schutzschicht und/oder eine zweite Schichtdicke der zweiten Schutzschicht durch Steuerung einer Gasphasenätztemperatur des Ätzmediums definiert werden.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, durch Kontrolle der Gasphasenätztemperatur während des Gasphasenätzens die erste und/oder zweite Reduktionsreaktion zu kontrollieren. Bevorzugt beträgt die erste und/oder zweite Schichtdicke zwischen 0,1 Nanometer (nm) und 100 nm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 nm und 50 nm, ganz besonders bevorzugt zwischen 1 nm und 20 nm.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem fünften Herstellungsschritt aus der ersten und/oder zweiten Schutzschicht eine Zwischenschicht innerhalb der Verbindungsschicht erzeugt wird. Diese kann als geschlossene und/oder als perforierte Schicht ausgeführt sein.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine Zwischenschicht zu erzeugen, die im Wesentlichen aus Fluor bzw. einem fluorhaltigen Material besteht. Vor dem Verbindungsprozess dient die erste und/oder zweite Schutzschicht aus einer Fluorbzw. Fluoridschicht in vorteilhafter Weise dazu eine Neubildung von nativem Oxid auf den Oberflächen des ersten und/oder zweiten Verbindungspartners zu verhindern. Durch die Entfernung der ersten bzw. zweiten Oxidschicht wird die Erzeugung einer eutektischen Verbindung (eutektische Bondung) deutlich vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem fünften Herstellungsschritt der erste und zweite Verbindungspartner auf eine Verbindungstemperatur erhitzt werden, wobei der erste und zweite Wafer mit einer Anpresskraft beaufschlagt werden, wobei während des stoffschlüssigen Zusammenfügens des ersten und zweiten Verbindungspartners zu der Verbindungsschicht die Verbindungstemperatur entsprechend einem definierten Temperaturprofil verändert wird und/oder die Anpresskraft entsprechend einem definierten Anpresskraftprofile verändert wird.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, ein zeit- und kosteneffizientes Verfahren bereitzustellen und dennoch eine stabile, homogene und hermetisch dichte Verbindungsschicht zu erzeugen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem ersten Herstellungsschritt der erste Verbindungspartner, insbesondere durch Kathodenzerstäubung, auf dem ersten Wafer aufgebracht wird und/oder dass in dem zweiten Herstellungsschritt der zweite Verbindungspartner durch chemische Niederdruckgasphasenabscheidung auf dem zweiten Wafer aufgebracht wird. Insbesondere wird Kathodenzerstäubung hier auch als Sputtern bezeichnet.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass im zweiten Herstellungsschritt für die chemische Niederdruckgasphasenabscheidung als Reaktionsgas German und als Trägergas Wasserstoff derart angewendet wird, dass Wasserstoffatome des Trägergases in den zweiten Verbindungspartner eingelagert werden. Bevorzugt wird in dem fünften Herstellungsschritt die Verbindungstemperatur derart gesteuert, dass die eingelagerten Wasserstoffatome im zweiten Verbindungspartner zur Grenzfläche zwischen erster und zweiter Schutzschicht diffundieren und dort, mit den vorhandenen Fluoratomen Fluorwasserstoff bilden. Dieser führt wiederum zum Aufbrechen noch vorhandener Aluminium- und Germaniumoxidverbindungen und begünstigt den Verbindungsprozess zwischen Aluminium und Germanium.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Verbindungspartner und/oder der zweite Verbindungspartner mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), chemischer Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD) und/oder mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) aufgebracht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements ist vorgesehen, dass die beim Verbindungsprozess entstehende Zwischenschicht eine Zwischenschichtdicke zwischen 1 Nanometer (nm) und 100 nm, bevorzugt zwischen 1 nm und 40 nm, besonders bevorzugt zwischen 1 nm und 20 nm, aufweist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements ist vorgesehen, dass das mikromechanische Bauelement eine zwischen der ersten und zweiten Werkstoffschicht angeordnete Kavität aufweist, wobei die Kavität durch die Verbindungsschicht hermetisch verschlossen ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements ist vorgesehen, dass das Bauelement aus einem ersten und zweiten Wafer hergestellt ist, wobei das Bauelement eine mikromechanische Struktur aufweist, wobei die mikromechanische Struktur in einem durch die Verbindungsschicht hermetisch verschlossenen Hohlraum angeordnet ist, wobei insbesondere der Hohlraum eine Kavität umfasst, wobei insbesondere die Kavität aus dem zweiten Wafer gebildet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements ist vorgesehen, dass die mikromechanische Struktur aus dem ersten Wafer gebildet ist, wobei das Bauelement eine Schaltungskomponente aufweist, wobei die Schaltungskomponente aus dem zweiten Wafer gebildet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements ist vorgesehen, dass das Bauelement weitere aus dem ersten und/oder zweiten Wafer gebildete weitere mikroelektromechanische Strukturen und/oder elektronische Schaltungskomponenten, insbesondere integrierte Schaltungen, aufweist.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1 bis 5 zeigen verschiedene Verfahrensschritte gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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6a und 6b zeigen Verfahrensschritte gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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7 und 8 zeigen verschiedene Ansichten einer Verbindungsschicht eines mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 bis 5 sind verschiedene Verfahrensschritte gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements 3 dargestellt.
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In 1 ist ein Ausschnitt eines ersten Wafers 1 mit einer ersten Werkstoffschicht 10 und einem ersten Verbindungspartner 11 in einer Querschnittsansicht dargestellt, welcher in einem ersten Herstellungsschritt gebildet wird, indem auf dem ersten Wafer 1 eine erste Werkstoffschicht 10 mit einem ersten Verbindungspartner 11 aufgebracht wird. Weiterhin weist der erste Verbindungspartner 11 eine Oxidschicht 11‘ auf, welche beispielsweise durch Oxidation des ersten Verbindungspartners 11 an Luft entsteht (natives Oxid). Bevorzugt wird der erste Verbindungspartner 11 durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) oder chemische Niederdruckgasphasenabscheidung (LPCVD) auf der ersten Werkstoffschicht 10 aufgebracht. Bevorzugt weist der erste Verbindungspartner 11 ein Aluminiummaterial – insbesondere AlCu, AlSiCu, oder höchstreines Al – wie es standardmäßig bei der Herstellung von Halbleiterchips bzw. Halbleiterbauelementen eingesetzt wird, oder eine eutektische Legierung auf.
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In 2 ist ein Ausschnitt eines zweiten Wafers 2 mit einer zweiten Werkstoffschicht 20 und einem zweiten Verbindungspartner 21 in einer Querschnittsansicht dargestellt, welcher in einem zweiten Herstellungsschritt gebildet wird, indem auf dem zweiten Wafer 2 eine zweite Werkstoffschicht 20 mit einem zweiten Verbindungspartner 21 aufgebracht wird. Weiterhin weist der zweite Verbindungspartner 21 eine Oxidschicht 21‘ auf, welche beispielsweise durch Oxidation des zweiten Verbindungspartners 21 an Luft entsteht (natives Oxid). Bevorzugt weist der zweite Verbindungspartner 21 ein Germaniummaterial oder eine eutektische Legierung auf. Bevorzugt wird der zweite Verbindungspartner 21 durch Sputtern oder chemische Niederdruckgasphasenabscheidung (LPCVD) auf der zweiten Werkstoffschicht 20 aufgebracht. Optional weist der zweite Wafer 2 eine oder mehrere Vertiefungen / Kavernen bzw. Kavitäten 40 auf, bei denen sich umlaufend um die Kavität 40 der zweite Verbindungspartner 21 in Form eines Bondrahmens befindet. Dies ermöglicht es, im späteren Verschluss- / Bondprozess, ein hermetisch dicht abgeschlossenes Volumen bzw. einen hermetisch dicht abgeschlossenen Hohlraum herstellen zu können.
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In 3 ist ein erster Wafer 1 dargestellt, wobei in einem, insbesondere dem ersten und/oder zweiten Herstellungsschritt nachfolgenden, dritten Herstellungsschritt in dem ersten Wafer 1 eine mikromechanische Struktur 12 durch Trenchen und Gasphasenätzen mit einem gasförmigen Ätzmedium hergestellt wird, wobei der erste Verbindungspartner 11 während des Gasphasenätzens mit dem Ätzmedium beaufschlagt wird. Bevorzugt weist die mikromechanische Struktur 12 (MEMS-Struktur 12) eine frei bewegliche Teilstruktur auf, die aus einer ersten Funktionsschicht aus Epipolysilizium durch Trenchen und Entfernen der darunterliegenden Opferschicht – insbesondere aus Siliziumoxid (Opferoxid) – durch Ätzen mit gasförmigem Fluorwasserstoff erzeugt wird. Bevorzugt wird während des Gasphasenätzens des Opferoxids zur Herstellung der MEMS-Struktur 12 der erste Verbindungspartner 11 – insbesondere umfassend ein Aluminiummaterial – des Bondrahmens nicht durch eine Schutzschicht abgedeckt, sondern dem Ätzmedium gezielt ausgesetzt. Hierdurch wird im Falle eines ein Aluminiummaterial aufweisenden ersten Verbindungspartners 11, unter Verwendung von Fluorwasserstoff, mit Hilfe einer ersten Reduktionsreaktion, aus dem Aluminiumoxid der ersten Oxidschicht 11‘ eine Schutzschicht 11‘‘ aus Aluminiumfluorid gebildet. Kontrolliert werden kann die erste Reduktionsreaktion beispielsweise durch Regelung der Gasphasenätztemperatur während des Gasphasenätzens.
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In analoger Weise wird insbesondere der zweite Verbindungspartner 21 – beispielsweise aufweisend ein Germaniummaterial – des zweiten Wafers 2 mit dem Ätzmedium aus gasförmigem Fluorwasserstoff beaufschlagt, wobei durch eine zweite Reduktionsreaktion aus einem Germaniumoxidmaterial der zweiten Oxidschicht 21‘, unter Wechselwirkung mit dem Ätzmedium, das Germaniumoxidmaterial entfernt wird und eine mit Fluoratomen besetzte Germanium-Oberfläche (zweite Schutzschicht 21‘‘) gebildet wird.
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In 4 ist der vierte Herstellungsschritt illustriert, wobei der erste und zweite Wafer 1, 2 derart zusammengeführt werden, dass der erste Verbindungspartner 11 und der zweite Verbindungspartner 21 zumindest bereichsweise in Berührkontakt sind.
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In 5 ist ein fertiggestelltes mikromechanisches Bauelement 3 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in einem abschließenden Herstellungsschritt, insbesondere dem fünften Herstellungsschritt, der erste und zweite Verbindungspartner 11, 21 erhitzt werden und zu einer Verbindungsschicht 30 stoffschlüssig zusammengefügt werden. In der Verbindungsschicht 30 wird aus dem ersten Verbindungspartner 11 und dem zweiten Verbindungspartner 21 ein eutektisches Verbindungsmaterial gebildet.
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Optional wird der Bondvorgang bei verschiedenen Kammerdrücken durchgeführt, sodass ein bestimmter Innendruck im Innern einer durch die Verbindungsschicht 30 hermetisch dicht verschlossenen Kavität 40 erzeugt wird.
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Optional wird im zweiten Herstellungsschritt der zweite Verbindungspartner 21 durch LPCVD Abscheidung auf den zweiten Wafer 2 aufgebracht, wobei als Reaktionsgas German mit einem Trägergas aus Wasserstoff in eine Prozesskammer geleitet wird. Bei der LPCVD Abscheidung werden Wasserstoffatome in die Germaniumschicht des zweiten Verbindungspartners 21 eingebaut. Während des fünften Verfahrensschritts wird durch die Erhitzung auf die Verbindungstemperatur eine Diffusion der in die Germaniumschicht des zweiten Verbindungspartners 21 eingelagerten Wasserstoffatome ausgelöst, sodass die Wasserstoffatome mit den in der ersten 11‘ und zweiten Schutzschicht 21‘‘ des ersten 11 und zweiten Verbindungspartners 21 an- bzw. eingelagerten Fluoratomen zu HF-Molekülen reagieren. Die so gebildeten HF-Moleküle bewirken in vorteilhafter Weise, dass neu gebildetes Germaniumoxid und/oder Aluminiumoxid des ersten und/oder zweiten Verbindungspartners 11, 21 auch nach dem Gasphasenätzen im dritten Verfahrensschritt – im hier zeitlich nachfolgenden fünften Verfahrensschritt – entfernt wird.
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In 6a und 6b sind Verfahrensschritte gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In 6a ist ein Ausschnitt von zusammengeführten ersten und zweiten Wafern 1, 2 vor dem fünften Verfahrensschritt dargestellt, wobei hier eine Aluminiumfluoridschicht 11‘‘ und eine Germaniumfluoridschicht 21‘‘ zwischen einem Aluminiummaterial 11 und einem Germaniummaterial 21 dargestellt ist. In 6b ist der zweite Verbindungspartner 21 ohne die Germaniumfluoridschicht 21‘‘ dargestellt.
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In 7 und 8 sind verschiedene Ansichten einer Verbindungsschicht 30 eines mikromechanischen Bauelements 3 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In vorteilhafter Weise stellt Aluminiumfluorid im Gegensatz zu Aluminiumoxid keine Diffusionsbarriere für Aluminium und Germanium während des Bondvorgangs dar, sodass der erste und zweite Verbindungspartner 11, 21 in besonders effizienter Weise zu dem eutektischen Verbindungsmaterial 30 stoffschlüssig zusammengefügt werden können. Insbesondere werden der erste und zweite Wafer 1, 2 mit einer Anpresskraft während des Zusammenfügens im fünften Verfahrensschritt beaufschlagt, sodass ein fester Kontakt zwischen den Verbindungspartner 11 und 21 entsteht und das Aluminiummaterial des ersten Verbindungspartners 11 und das Germaniummaterial des zweiten Verbindungspartners 21 die erste und/oder zweite Schutzschicht 11‘‘, 21‘‘ durchdringen können, sodass das Aluminiummaterial mit dem Germaniummaterial in Kontakt kommt und das eutektische Verbindungsmaterial gebildet wird. In 7 ist die sich dabei bildende fluorhaltige Zwischenschicht 31 mit der Zwischenschichtdicke 310 dargestellt. In 8 (oben) ist die Verbindungsschicht 30 in verschiedenen Ansichten nach dem fünften Verfahrensschritt dargestellt. Weiterhin ist die fluorhaltige Zwischenschicht 31 dargestellt.
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Aufgrund lokal unterschiedlich schnell ablaufender Interdiffusion des Aluminiummaterials des ersten Verbindungspartners 11 und des Germaniummaterials des zweiten Verbindungspartners 21 während des Verbindungsprozesses durch die Zwischenschicht 31 hindurch, kommt es zu Bereichen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen in der Verbindungsschicht 30.
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Im fünften Verfahrensschritt kann sich so z.B. ein erster Teilbereich 33 der Verbindungsschicht 30 mit lokal erhöhter Aluminiumkonzentration an der Seite des zweiten Wafers 2 bilden, auf der sich ursprünglich die Germaniumschicht des zweiten Verbindungspartners 21 befand, und ein zweiter Teilbereich 32 mit lokal erhöhter Germaniumkonzentration an der Seite des ersten Wafers 1 bilden, an der sich ursprünglich die Aluminiumschicht des ersten Verbindungspartners 11 befand. Weiter existieren Bereiche (nicht dargestellt) bei denen flächig, insbesondere nicht lokal begrenzt, ein kontinuierlicher Diffusionsgradient von Aluminium in Germanium und umgekehrt, durch die Zwischenschicht 31 hindurch zu finden ist. Das bedeutet beispielsweise, dass ausgehend von der Seite des ersten Wafers 1 auf der ursprünglich Aluminium abgeschieden wurde sich ein Konzentrationsgefälle von Aluminium in die Germaniumschicht hinein erstreckt, welche sich auf dem zweiten Wafer 2 befindet bzw. ausgehend von der Seite des zweiten Wafers 2 auf der ursprünglich Germanium abgeschieden wurde sich ein Konzentrationsgefälle von Germanium in die Aluminiumschicht hinein erstreckt, welche sich auf dem ersten Wafer befindet. Die beschriebenen Bereiche können unmittelbar nebeneinander angeordnet sein und begünstigen durch deren Vermischung / Verzahnung die mechanische Stabilität der Verbindungsschicht (Bondschicht) 30.
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Insbesondere können der erste, zweite, dritte, vierte und/oder fünfte Herstellungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens sequentiell oder in einer beliebigen (d.h. technisch sinnvollen) Reihenfolge durchgeführt werden, wobei insbesondere auch Zwischenschritte möglich sind. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der dritte Herstellungsschritt nach dem ersten Herstellungsschritt, der vierte Herstellungsschritt nach dem zweiten und dritten Herstellungsschritt und/oder der fünfte Herstellungsschritt nach dem vierten Herstellungsschritt.
