DE102016223203A1 - MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem MEMS-Bauelement mit einem ersten Substrat (100) mit wenigstens einer ersten Isolationsschicht (115) und einer ersten Metallisierung (120) an einer ersten Seite (110), mit einem zweiten Substrat (200) mit wenigstens einer zweiten Isolationsschicht (215) und einer zweiten Metallisierung (220) an einer zweiten Seite (210), wobei das zweite Substrat (200) ein mikromechanisches Funktionselement (240) aufweist, welches mit der zweiten Metallisierung (220) elektrisch leitend verbunden ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die erste Seite (110) und die zweite Seite (210) aneinander angeordnet sind, wobei die erste Isolationsschicht (115) und die zweite Isolationsschicht (215) miteinander verbunden sind und wobei die erste Metallisierung (120) und die zweite Metallisierung (220) miteinander verbunden sind.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem MEMS-Bauelement mit einem ersten Substrat mit wenigstens einer ersten Isolationsschicht und einer ersten Metallisierung an einer ersten Seite, mit einem zweiten Substrat mit wenigstens einer zweiten Isolationsschicht und einer zweiten Metallisierung an einer zweiten Seite, wobei das zweite Substrat ein mikromechanisches Funktionselement aufweist, welches mit der zweiten Metallisierung elektrisch leitend verbunden ist.
  • Solche MEMS-Bauelemente sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist beispielsweise ein MEMS-Substrat auf ein ASIC Substrat geklebt. Freiliegende Kontaktflächen des MEMS-Substrats sind mit freiliegenden Kontaktflächen des ASIC-Substrats mittels Drahtbonds elektrisch leitend verbunden.
  • Herkömmliche mikromechanische Sensoren wie z. B. Inertialsensoren mit kapazitiver Wandlung, benötigen eine Verdrahtungsebene zur Kontaktierung verschiedener Wandlerelemente.
  • Die mikromechanische Funktionsschicht diskreter MEMS-Sensoren wird auf Grund der Notwendigkeit des Strukturierens und Freilegens der mikromechanischen Struktur meist in der Prozessabfolge nach der Verdrahtungsebene dargestellt. Die mikromechanischen Funktionsschichten bestehen meist aus Silizium, das aus ökonomischen Gründen bei hohen Temperaturen abgeschieden wird, und über Temperatur unverspannt vorliegt.
  • Die für die Abscheidung von Silizium notwendigen hohen Temperaturen >1000°C verhindern die Verwendung von hochleitfähigen Materialien, wie z. B. Cu, für die Verdrahtungsschicht (Ausdiffusion, Anlagenkontamination). Stattdessen kommen höherohmige Polysiliziumschichten zum Einsatz, was zu höheren RC-Konstanten führt.
  • Vielfach werden MEMS-Sensoren im Konsumgüterbereich hybrid auf oder mit ASICs integriert. Moderne ASIC-Prozesse verwenden ab einer Knotengröße von ca. 180 nm und darunter nur noch Cu-Metallisierungen. Für die Integration eines MEMS-Bauelementes direkt auf einem Schaltungssubstrat sind im Stand der Technik mehrere Ansätze bekannt, wie zum Beispiel die Schriften WO2006101769A2 und US8710638B2 offenbaren.
  • Diese Ansätze zeigen jedoch folgende Nachteile: (i) Sie sind nicht kompatibel mit den Cu - Verdrahtungsebenen in modernen Schaltungsprozessen bzw. erfordern zusätzliche Bearbeitungsschritte und/oder (ii) sie besitzen einen vertikalen Elektrodenabstand, der eine große Toleranz aufweist und/oder (iii) sie erfordern für das Substratbonden Prozesstemperaturen oberhalb von 400°C und lokal hohen mechanischen Anpressdruck, was nicht unproblematisch für die modernen ASIC-Schichten ist.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein mikromechanisches Bauelement mit niedrigen RC-Konstanten zu schaffen und ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung desselben, das auch mit modernen ASIC-Prozessen kompatibel ist.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einem MEMS-Bauelement mit einem ersten Substrat mit wenigstens einer ersten Isolationsschicht und einer ersten Metallisierung an einer ersten Seite, mit einem zweiten Substrat mit wenigstens einer zweiten Isolationsschicht und einer zweiten Metallisierung an einer zweiten Seite, wobei das zweite Substrat ein mikromechanisches Funktionselement aufweist, welches mit der zweiten Metallisierung elektrisch leitend verbunden ist.
  • Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die erste Seite und die zweite Seite aneinander angeordnet sind, wobei die erste Isolationsschicht und die zweite Isolationsschicht mit einander verbunden sind und wobei die erste Metallisierung und die zweite Metallisierung miteinander verbunden sind. Vorteilhaft bilden die erste Metallisierung und die zweite Metallisierung zusammen eine niederohmige Verdrahtung des MEMS-Bauelements.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MEMS-Bauelements sieht vor, dass die erste Metallisierung und die zweite Metallisierung stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MEMS-Bauelements sieht vor, dass die erste Metallisierung und die zweite Metallisierung einen, insbesondere hermetisch dichten, ersten Bondrahmen bilden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MEMS-Bauelements sieht vor, dass die erste Metallisierung oder auch die zweite Metallisierung Kupfer aufweisen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MEMS-Bauelements sieht vor, dass in der zweiten Metallisierung Elektroden ausgebildet sind, insbesondere Vertikalelektroden, welche mit einem Elektrodenabstand dem Funktionselement gegenüberliegend angeordnet sind, und dass die Elektroden mittels der ersten Metallisierung von außen elektrisch kontaktierbar sind.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MEMS-Bauelements sieht vor, dass in das zweite Substrat lokal Dotierungen oder auch Piezowiderstände eingebracht sind.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MEMS-Bauelements sieht vor, dass das zweite Substrat mit einem dritten Substrat, insbesondere mittels eines zweiten Bondrahmens verbunden ist, derart, dass das zweite Substrat zwischen dem ersten Substrat und dem dritten Substrat angeordnet ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MEMS-Bauelements sieht vor, dass das erste Substrat oder auch das dritte Substrat ein Siliziumsubstrat oder ein Glassubstrat ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen MEMS-Bauelements sieht vor, dass das erste Substrat oder auch das dritte Substrat ein Schaltungssubstrat, insbesondere ein ASIC, ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements mit den Schritten:
    1. a) Bereitstellen eines ersten Substrates mit wenigstens einer ersten Isolationsschicht an einer ersten Seite, mit mindestens einer, wenigstens teilweise an der ersten Seite freiliegenden, ersten Metallisierung und Bereitstellen eines zweiten Substrates mit wenigstens einer zweiten Isolationsschicht an einer zweiten Seite, mit mindestens einer, wenigstens teilweise an der zweiten Seite freiliegenden, zweiten Metallisierung.
    2. b) hybrides Waferbonden des ersten Substrats und des zweiten Substrats durch Anlegen der ersten Seite und der zweiten Seite aneinander, Fügen und Verweilen bei einer ersten Prozesstemperatur von typischerweise Tl<200°C für eine erste Dauer t1 von beispielsweise <lh zum Verbinden der ersten und zweiten Isolationsschicht und anschließend Aufheizen auf eine zweite Prozesstemperatur von typischerweise 200°C<T2<400°C für eine zweite Dauer t2 von beispielsweise <lh zum Verbinden der ersten und zweiten Metallisierung.
    3. c) Strukturieren des zweiten Substrats zur Herstellung eines mikromechanischen Funktionselements.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass vor dem Schritt (b) ein Teilbereich der ersten Isolationsschichten oder auch der zweiten Isolationsschichten durch einen Ätzschritt entfernt wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nach dem Schritt (b) zusätzlich auch ein Abdünnen des zweiten Substrats erfolgt.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass nach dem Schritt (c) das mikromechanische Funktionselement durch Ätzen der zweiten Isolationsschicht wenigstens teilweise freigelegt wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das zweite Substrat mit einem dritten Substrat, insbesondere mittels eines zweiten Bondrahmens verbunden wird, wobei das zweite Substrat zwischen dem ersten Substrat und dem dritten Substrat angeordnet wird.
  • Die Verwendung des erfindungsgemäßen Prozesses und insbesondere des hybriden Bondverfahrens für das Verbinden des ersten und zweiten Substrats, bei dem sowohl die dielektrischen als auch die metallischen Flächen miteinander verbunden werden, hat folgende Vorteile:
    • -Es ist kompatibel mit den gebräuchlichen Cu-Verdrahtungsprozessen in modernen Schaltungsprozessen (sog. Cu-Damaszen-Prozesse), erlaubt damit die direkte Huckepack-Integration auf dem Auswerte-ASIC und ermöglicht dadurch Chip-Scale Packages.
    • -Es schafft gleichzeitig eine mechanische und elektrische Verbindung über die Bondgrenzfläche.
    • -Es sind sehr geringe Justagetoleranzen und damit Fine-Pitch-Kontaktierungen zwischen den beiden Substraten realisierbar, da (i) der hybride Bondprozess nicht über flüssige Phasen abläuft wie etwa in der Schrift WO2006101769A2 bzw. (ii) das nachträgliche Kontaktieren nach dem Bondverfahren mit entsprechenden großen Toleranzen bei Lithografie und Ätzen erfordert wie in der Schrift US8710638B2 .
    • -Es sind keine Zusatzstrukturen wie Gräben für das Auffangen von Eutektikum oder Abstandshalterstrukturen für die Einstellung eines Abstandes notwendig, was kleinere Designs und weniger Prozessschritte erlaubt.
    • -Gleichzeitig ist es möglich, im Gegensatz zu den Schriften aus dem Stand der Technik einen hermetisch dichten, umlaufenden metallischen Bondrahmen zu erzeugen. (Metallische Schichten sind gasdichter als dielektrische Schichten wie SiO2.)
    • -Der vertikale Elektrodenabstand zwischen mikromechanischem Funktionselement und zweiter Metallisierung ist vergleichsweise präzise einstellbar, da er sich nur aus der abgeschiedenen Schichtdicke des zweiten Isolationsschicht ergibt und nicht aus einer Prozesskette aus mehreren Schichtabscheidungen und Bondmaterial-Verquetschungen (vgl. WO2006101769A2 , 1).
    • -Es wird kein Vakuum eingeschlossen, was entweder nach Abdünnen des zweiten Substrates zu einer Durchbiegung des zweiten Substrates während nachfolgender Prozessschritte führt und damit entweder zu größeren Toleranzen in nachfolgenden Lithografieschritten oder was extra Prozessschritte zur Öffnung von Hinterlüftungslöchern zur Vermeidung eines Vakuumeinschlusses erfordert.
    • -Die erforderlichen Prozesstemperaturen überschreiten nicht die kritische Schwelle von 400°C, und der mechanische Anpressdruck liegt homogen über die gesamte Grenzfläche an, was lokale mechanische Spannungsspitzen in der ASIC-Schichtarchitektur vermeidet (vgl. WO2006101769A2 und US8710638B2 ).
    • -Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet Prozessschritte, die das Ätzen und Verfüllen von Kontaktlöchern mit hohen Aspektverhältnissen erfordern ( US8710638B2 ).
    • -Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Darstellung einer einkristallinen Funktionsschicht mit besonders wohldefinierten mechanischen Eigenschaften.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung in einem ersten Ausführungsbeispiel.
    • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
    • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung in einem dritten Ausführungsbeispiel.
    • 4 zeigt ein erfindungsgemäßes MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung in einem vierten Ausführungsbeispiel.
    • Die 5A bis E zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements mit niederohmiger Verdrahtung.
  • Beschreibung
  • Präzise und kostengünstige MEMS-Bauelemente erfordern die Darstellung wohldefinierter Funktionsschichten mit engen Toleranzen und kleinen Fertigungsstreuungen. Dies lässt sich am besten mit einkristallinen mechanischen Funktionsmaterialien erreichen. Gleichzeitig sind möglichst geringe RC-Konstanten erwünscht, um kleine Parasitäreffekte (z. B. Verhältnis Messkapazität zu Parasitärkapazität) und geringe Signalverzerrungen (z. B. Ansteuersignale und auch Detektionssignale) zu erreichen. Dies lässt sich am besten mit metallischen Zuleitungen realisieren und evtl. durch eine Huckepack-Integration auf den Auswerte-ASIC.
  • Einkristalline mikromechanische Funktionsschichten auf metallischen Leitungen mit elektrischem Anschluss an diese lassen sich erfindungsgemäß durch hybride Direktbondverfahren mit nachfolgender Strukturierung und Unterätzung der Funktionsschicht darstellen. Außerdem ergibt sich die zusätzliche Option, vor dem Aufbringen der Isolationsschichten und Metallisierungen Dotierungen für z. B. Piezowiderstände in die einkristalline Funktionsschicht einzubringen. Piezowiderstände in polykristallinen Funktionsschichten würden zu stark rauschen und werden daher in der Regel nicht eingesetzt.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes diskretes MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung in einem ersten Ausführungsbeispiel. Schematisch dargestellt ist ein Querschnitt durch ein diskretes Inertialbauelement. Das mikromechanische Bauelement besteht aus einem ersten Substrat 100 mit einer ersten Metallisierung 120 an einer ersten Seite 110 und einem zweiten dotierten, abgedünnten, strukturierten und teilunterätzten Substrat 200, das als mechanische Funktionsschicht dient, mit einer zweiten Metallisierung 220 an einer zweiten Seite 210. Die erste Metallisierung 120 und die zweite Metallisierung 220 sind miteinander mechanisch und elektrisch verbunden.
  • Bei den ersten und zweiten Metallisierungen 120, 220 handelt es sich im Wesentlichen um Kupfer (Cu). In der zweiten Metallisierung 220 sind Vertikalelektroden 230 ausgebildet, die über die erste Metallisierung 120 nach außen angeschlossen sind. Die Vertikalelektroden 230 liegen dem mikromechanischen Funktionselement 240 mit einem Elektrodenabstand 235 gegenüber. Der Elektrodenabstand 235 ist dabei durch die Schichtdicke einer hier lokal entfernten zweiten Isolationsschicht 215 definiert. Die zweite Isolationsschicht ist in dem Bereich durch eine Unterätzung 260 entfernt, welche auch die Beweglichkeit des mikromechanischen Funktionselements 240 ermöglicht.
  • Die beiden Metallisierungen 120, 220 bilden einen vollständig um das Bauelement laufenden ersten Bondrahmen 150, der das mikromechanische Funktionselement 240 nach außen hermetisch abdichtet. Teile des zweiten Substrats 200, insbesondere das mikromechanische Funktionselement 240, sind zwischen dem ersten Substrat 100 und einem dritten Substrat 300 in Form eines Kappenwafers hermetisch verkapselt. Das dritte Substrat 300 ist dabei mittels eines zweiten Bondrahmens 250 auf das zweite Substrat 200 gebondet.. In das zweite Substrat 200 können lokal Dotierungen oder auch Piezowiderstände eingebracht sein. Das erste Substrat 100 oder auch das optionale dritte Substrat 300 können aus einem Halbleitermaterial oder Glas bestehen. Das Bauelement kann durch das ggf. hochdotierte dritte Substrat hindurch nach außen kontaktiert werden. Das analoge Sensorsignal wird dann über eine dritte Metallisierung 320, insbesondere eine Bodpad-Metallisierung, und eine Bonddrahtverbindung zur Auswerteschaltung geführt.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes diskretes MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Schematisch dargestellt ist ein diskretes durchkontaktierbares Inertialbauelement. Vorteil der Glaswafer sind die erreichbaren geringen Parasitärkapazitäten der Durchkontaktierungen, sogenannter Through-Glass-Vias, (TGVs), im Vergleich zu Durchkontaktierungen durch Siliziumwafer, sogenannter Through-Silicon-Vias (TSVs). Durch die TGVs entsteht der Vorteil, dass das Inertialbauelement Flipchip auf einem Träger montiert werden kann. Ein Drahtbond ist nicht mehr notwendig. Das erste Substrat 100 ist hier ein Glassubstrat mit ersten Durchkontaktierungen 170 in Form von Through-Glass-Vias. Das dritte Substrat 300 ist hier ebenfalls ein Glassubstrat mit zweiten Durchkontaktierungen 370 in Form von Through-Glass-Vias. Das mikromechanische Bauelement weist eine Mehrzahl von ersten Isolationsschichten 115 und zweiten Isolationsschichten 215 auf. Hierdurch werden mehrere Verdrahtungsebenen und eine dreidimensionale Gestaltung der ersten Metallisierung 120 und der zweiten Metallisierung 220 ermöglicht. Äußere Kontaktierungsmöglichkeiten in Form von Lotkugeln 400 sind elektrisch leitend mittels der ersten Durchkontaktierungen 170 mit der ersten Metallisierung 120 verbunden.
  • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes CSP-MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung in einem dritten Ausführungsbeispiel. Schematisch dargestellt ist ein Querschnitt durch ein hybrid integriertes Inertialbauelement. Im Unterschied zu dem diskreten Inertialbauelementen aus 1 und 2 ist dabei direkt in das erste Substrat die für die Aufbereitung der Rohmesswerte erforderliche Auswerteschaltung integriert. Das Inertialbauelement ist daher direkt in der Lage, ausgewertete Messsignale auszugeben. Durch diesen hybrid integrierten Aufbau ergibt sich der Vorteil, dass die beiden Komponenten MEMS und Auswerteschaltung kostengünstig auf Waferlevel miteinander integriert werden können, ohne dass ein Verpackungsschritt wie etwa das Umspritzen mit Moldmasse notwendig wäre. Als Resultat erhält man gleichzeitig das kleinste denkbare Inertialbauelement. Im Falle der diskreten Lösungen aus 1 und 2 ist dagegen noch eine deutlich kostenintensivere Aufbau-, Verbindungs- und Verpackungstechnik auf Chiplevel notwendig.
  • 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes CSP-MEMS-Bauelement mit niederohmiger Verdrahtung in einem vierten Ausführungsbeispiel. Schematisch dargestellt ist ein Querschnitt durch ein hybrid integriertes Inertialbauelement. Das Bauelement zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es elektrische Durchkontakte von der zweiten, außenliegenden Seite des ersten Substrates durch das zweite und das dritte Substrat bis auf die außenliegende Seite des dritten Substrates aufweist. Durch diesen Aufbau ist es einfach, weitere Funktionen wie z. B. ein Magnetfeldsensor in das Bauelement huckepack zu integrieren.
  • Die 5A bis E zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements mit niederohmiger Verdrahtung. Schematisch dargestellt ist jeweils ein Querschnitt durch ein exemplarisches CSP-Bauelement (CSP: chip scale package) nach verschiedenen Stufen des Herstellprozesses.
  • 5A zeigt in einem Schritt a) ein Bereitstellen eines ersten planarisierten (ASIC-)Substrates mit Isolationsschichten und mindestens einer ersten wenigstens teilweise freiliegenden Metallisierung. Im ersten Substrat sind bereits während des vorausgehenden Schaltungsprozesses TSVs angelegt worden. Ein zweites planarisiertes Substrates mit Isolationsschichten und einer zweiten wenigstens teilweise freiliegenden Metallisierung wird ebenfalls bereitgestellt. Optional kann das lokale Entfernen der Isolationsschicht im vorgesehenen Bereich für die später aus der mechanischen Funktionsschicht heraus zu strukturierenden freibeweglichen mikromechanischen Funktionselemente durch einen Ätzschritt erfolgen.
  • 5B zeigt in einem Schritt b) ein hybrides Waferbonden der beiden Substrate aufeinander durch Fügen unter mechanischem Anpressdruck und Verweilen bei einer ersten Prozesstemperatur T1<200°C für eine Dauer tl<lh zum Verbinden der Isolationsschichten und anschließend ein Aufheizen auf eine zweite Prozesstemperatur 200°C<T2<400°C für eine Dauer t2<lh zum Verbinden der Metallisierungen. Optional kann zusätzlich auch ein Abdünnen des zweiten Substrats auf die gewünschte Dicke der mikromechanischen Funktionsschicht erfolgen. Auf diese Weise wird ein eine einkristalline mikromechanische Funktionsschicht dargestellt.
  • 5C zeigt in einem Schritt c) ein optionales Abscheiden eines Bondmaterials für das z. B. eutektische Waferbonden eines dritten Substrats 300, insbesondere einer Kappe . Darauf folgt ein Strukturieren des zweiten Substrats 200 bis auf die nächstliegende zweite Isolationsschicht 215. Das Strukturieren erfolgt in diesem Beispiel durch DRIE-Ätzen. Die zweite Isolationsschicht 215 dient dabei als Ätzstoppschicht. Durch das Strukturieren wird ein mikromechanisches Funktionselement 240 angelegt.
  • 5D zeigt in einem Schritt d) eine Unterätzung oder Freilegung von beweglichen mikromechanischen Funktionselementen. Dies kann beispielsweise mittels HF-Gasphasenätzen geschehen.
  • 5E zeigt in einem Schritt e) ein optionales Verbinden des Verbundes aus dem ersten und dem zweiten Substrat mit einem bereitgestellten dritten (Kappen- )Substrat, auf dem ggf. ein zweites Bondmaterial befindet. Das Verbinden des Kappensubstrats erfolgt mit einem Waferlevel-Bondverfahren, z. B. einem eutektischen Al-Ge-Waferbonden, unter einem eingestellten gewünschten Gasdruck und einer definierten Gasatmosphäre. Ein die mikromechanischen Funktionselemente umlaufender Bondrahmen stellt sicher, dass der Gasdruck über Lebensdauer hermetisch eingeschlossen bleibt. Danach kann ein Freilegen der im ersten (ASIC-)Substrat („TSV Reveal“) angelegten TSVs durch Abtragen des Substratmaterials erfolgen. Nachfolgend wird eine lotfähige RDL-Verdrahtungsebene (re-distribution layer), z. B. mit Nickel, angelegt und an die TSVs angeschlossen. Abschließend wird eine Passivierung aufgebracht und Öffnungen zur RDL-Verdrahtung geschaffen sowie Lötballs aufgebracht.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    erstes Substrat
    110
    erste Seite
    115
    erste Isolationsschichten
    120
    erste Metallisierung
    150
    erster Bondrahmen
    170
    erste Durchkontaktierungen (z.B. Through-Glass-Vias, TGV)
    200
    zweites Substrat
    210
    zweite Seite
    215
    zweite Isolationsschichten
    220
    zweite Metallisierung
    230
    Vertikalelektroden
    235
    Elektrodenabstand
    240
    mikromechanisches Funktionselement
    250
    zweiter Bondrahmen
    260
    Unterätzung
    300
    drittes Substrat
    320
    dritte Metallisierung (z.B. Bondpad-Metallisierung)
    370
    zweite Durchkontaktierungen (z.B. Through-Glass-Vias, TGV)
    400
    Lotkugeln
    T1
    erste Prozesstemperatur
    T2
    zweite Prozesstemperatur
    t1
    erste Dauer
    t2
    zweite Dauer
  • 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
    • WO 2006101769 A2 [0006, 0024]
    • US 8710638 B2 [0006, 0024]

Claims (14)

  1. MEMS-Bauelement mit einem ersten Substrat (100) mit wenigstens einer ersten Isolationsschicht (115) und einer ersten Metallisierung (120) an einer ersten Seite (110), mit einem zweiten Substrat (200) mit wenigstens einer zweiten Isolationsschicht (215) und einer zweiten Metallisierung (220) an einer zweiten Seite (210), wobei das zweite Substrat (200) ein mikromechanisches Funktionselement (240) aufweist, welches mit der zweiten Metallisierung (220) elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite (110) und die zweite Seite (210) aneinander angeordnet sind, wobei die erste Isolationsschicht (115) und die zweite Isolationsschicht (215) miteinander verbunden sind und wobei die erste Metallisierung (120) und die zweite Metallisierung (220) miteinander verbunden sind.
  2. MEMS-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallisierung (120) und die zweite Metallisierung (220) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  3. MEMS-Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallisierung (120) und die zweite Metallisierung (220) einen, insbesondere hermetisch dichten, ersten Bondrahmen (150) bilden.
  4. MEMS-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallisierung (120) und/oder die zweite Metallisierung (220) Kupfer aufweisen.
  5. MEMS-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Metallisierung (220) Elektroden ausgebildet sind, insbesondere Vertikalelektroden (230), welche mit einem Elektrodenabstand (235) dem mikromechanischen Funktionselement (240) gegenüberliegend angeordnet sind, und dass die Elektroden mittels der ersten Metallisierung (120) von außen elektrisch kontaktierbar sind.
  6. MEMS-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das zweite Substrat (200) lokal Dotierungen und/oder Piezowiderstände eingebracht sind.
  7. MEMS-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Substrat (200) mit einem dritten Substrat (300), insbesondere mittels eines zweiten Bondrahmens (250) verbunden ist, derart, dass das zweite Substrat (200) zwischen dem ersten Substrat (100) und dem dritten Substrat (300) angeordnet ist.
  8. MEMS-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (100) und/oder das dritte Substrat (300) ein Schaltungssubstrat, insbesondere ein ASIC, ist.
  9. MEMS-Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (100) und/oder das dritte Substrat (300) ein Siliziumsubstrat oder ein Glassubstrat ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements mit den Schritten: a) - Bereitstellen eines ersten Substrates (100) mit wenigstens einer ersten Isolationsschicht (115) an einer ersten Seite (110), mit mindestens einer, wenigstens teilweise an der ersten Seite (110) freiliegenden, ersten Metallisierung (120) und - Bereitstellen eines zweiten Substrates (200) mit wenigstens einer zweiten Isolationsschicht (215) an einer zweiten Seite (210), mit mindestens einer, wenigstens teilweise an der zweiten Seite (210) freiliegenden, zweiten Metallisierung (220). b) hybrides Waferbonden des ersten Substrats (100) und des zweiten Substrats (200) durch - Anlegen der ersten Seite (110) und der zweiten Seite (210) aneinander, - Fügen und Verweilen bei einer ersten Prozesstemperatur T1 für eine erste Dauer t1 zum Verbinden der ersten und zweiten Isolationsschicht (115, 215) und anschließend - Aufheizen auf eine zweite Prozesstemperatur T2 für eine zweite Dauer t2 zum Verbinden der ersten und zweiten Metallisierung (120, 220) c) Strukturieren des zweiten Substrats (200) zur Herstellung eines mikromechanischen Funktionselements (240).
  11. Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (b) ein Teilbereich der ersten Isolationsschichten (115) und/oder der zweiten Isolationsschichten (215) durch einen Ätzschritt entfernt wird.
  12. Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (b) zusätzlich auch ein Abdünnen des zweiten Substrats (200) erfolgt.
  13. Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (c) das mikromechanische Funktionselement (240) durch Ätzen eines Teils der zweiten Isolationsschicht (215) freigelegt wird.
  14. Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Substrat (200) mit einem dritten Substrat (300), insbesondere mittels eines zweiten Bondrahmens (250) verbunden wird, wobei das zweite Substrat (200) zwischen dem ersten Substrat (100) und dem dritten Substrat (300) angeordnet wird.
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