DE102018124822B4

DE102018124822B4 - Verfahren zum herstellen eines mems-packages mit mehreren tiefen

Info

Publication number: DE102018124822B4
Application number: DE102018124822.9A
Authority: DE
Inventors: Wen-Chuan Tai; Fan Hu
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2038-10-10
Also published as: US20190161342A1; TW201925077A; US10752495B2; US20200346923A1; KR102202821B1; CN109835868A; DE102018124822A1; US20200109046A1; CN109835868B; TWI685466B; KR20190062235A; US11667522B2; US10556790B2; US20210078858A1; US10865102B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Packages mit den folgenden Schritten:Bereitstellen eines Verkappungssubstrats (104) mit einem ersten Vorrichtungsbereich (110a), einem zweiten Vorrichtungsbereich (110b) und einem Ritzgrabenbereich (120), die auf dem Verkappungssubstrat (104) definiert sind;Erzeugen eines ersten Grabens (402a) in dem ersten Vorrichtungsbereich (110a), eines zweiten Grabens (402b) in dem zweiten Vorrichtungsbereich (110b) und eines Ritzgrabens (404) in dem Ritzgrabenbereich auf einer Vorderseite des Verkappungssubstrats (104);Herstellen einer Hartmaske (502), so dass sie den ersten Graben (402a), den zweiten Graben (402b) und den Ritzgraben (404) füllt, undStrukturieren der Hartmaske (502) über dem Verkappungssubstrat (104) so, dass ein Teil einer Unterseite des ersten Grabens (402a) bedeckt wird, während ein übriger Teil der Unterseite des ersten Grabens (402a), der zweite Graben (402b) und der Ritzgraben (404) freigelegt werden;Durchführen einer ersten Ätzung an dem zweiten Graben (402b), um eine Unterseite des zweiten Grabens (402b) abzusenken, sodass die Unterseite des zweiten Grabens (402b) niedriger als die des ersten Grabens (402a) ist;Durchführen einer zweiten Ätzung an dem Verkappungssubstrat (104) so, dass der unbedeckte Teil der Unterseite des ersten Grabens (402a) vertieft wird, während der bedeckte Teil der Unterseite des ersten Grabens (402a) unverändert bleibt, um einen Stopper (119) in dem ersten Graben (402a) herzustellen; undBonden der Vorderseite des Verkappungssubstrats (104) an ein Vorrichtungssubstrat (112), sodass der erste Graben (402a) über einer ersten MEMS-Vorrichtung (106) und der zweite Graben (402b) über einer zweiten MEMS-Vorrichtung (108) des MEMS-Packages geschlossen wird.

Description

Hintergrund
MEMS-Bauelemente (MEMS: mikroelektromechanisches System), wie etwa Beschleunigungsmesser, Drucksensoren und Mikrofone, haben in vielen modernen elektronischen Geräten breite Anwendung gefunden. Zum Beispiel kommen MEMS-Beschleunigungsmesser häufig in Kraftfahrzeugen (z. B. in Airbag-Entfaltungssystemen), Tablets oder Smartphones zum Einsatz. Bei einigen Anwendungen müssen verschiedene MEMS-Bauelemente in ein einziges MEMS-Package integriert werden. Diese MEMS-Bauelemente können MEMS-Sensoren aufweisen, die unterschiedliche Hohlraumtiefen erfordern.
Die US 2013 / 0 043 510 A1 beschreibt das Ausbilden von Stoppern in einem Graben eines Verkappungssubstrats mithilfe einer Siliziumoxidschicht. Das Verkappungsschichten hat dient zur Herstellung eines MEMS-Packages. Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Verkappungssubstrats mit Stoppern ist in der US 2017 / 0 283 250 A1 beschrieben.
Weiterer Stand der Technik findet sich in der US 2015 / 0 298 968 A1 , der DE 10 2007 016135 A1 und der US 2011 / 0 309 486 A1 .
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können der Übersichtlichkeit der Erörterung halber der Abmessungen der verschiedenen Elemente beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

1 zeigt eine Schnittansicht einiger Ausführungsformen eines MEMS-Packages (MEMS: mikroelektromechanisches System).
2 zeigt eine Schnittansicht einiger alternativer Ausführungsformen eines MEMS-Packages.
3 zeigt eine Schnittansicht einiger alternativer Ausführungsformen eines MEMS-Packages.
Die 4 bis 10 zeigen eine Reihe von Schnittansichten einiger Ausführungsformen eines MEMS-Packages auf verschiedenen Herstellungsstufen.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Packages.
Die 12 bis 22 zeigen eine Reihe von Schnittansichten einiger alternativer Ausführungsformen eines MEMS-Packages auf verschiedenen Herstellungsstufen.
23 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger alternativer Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Packages.

Detaillierte Beschreibung
Die nachstehende Beschreibung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element so hergestellt werden können, dass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.
Außerdem können hier die Begriffe „erste(r) / erstes“, „zweite(r) / zweites“, „dritte(r) / drittes“ usw. zur einfachen Beschreibung verwendet werden, um zwischen unterschiedlichen Elementen einer Figur oder einer Reihe von Figuren zu unterscheiden. Die Begriffe „erste(r) / erstes“, „zweite(r) / zweites“, „dritte(r) / drittes“ usw. sollen das entsprechende Element nicht beschreiben. Daher braucht „eine erste dielektrische Schicht“, die in Verbindung mit einer ersten Figur beschrieben wird, nicht unbedingt einer „ersten dielektrischen Schicht“ zu entsprechen, die in Verbindung mit einer anderen Figur beschrieben wird.
In den neuesten Generationen von MEMS-ICs (IC: integrierter Schaltkreis) können mehrere MEMS-Bauelemente auf dem gleichen integrierten Chip integriert werden. Zum Beispiel werden Bewegungssensoren für bewegungsaktivierte Benutzerschnittstellen in Geräten der Unterhaltungselektronik, wie etwa Smartphones, Tablets, Spielkonsolen, Smart-TVs, und/oder in Kraftfahrzeug-Crash-Detektionssystemen verwendet. Zum Erfassen eines vollständigen Bereichs von Bewegungen in einem dreidimensionalen Raum wird für Bewegungssensoren oftmals eine Kombination aus einem Beschleunigungsmesser und einem Gyroskop verwendet. Der Beschleunigungsmesser detektiert eine lineare Bewegung. Das Gyroskop detektiert eine Winkelbewegung. Um Forderungen von Verbrauchern nach niedrigen Kosten, hoher Qualität und einer kleinen Gerätegrundfläche zu erfüllen, können der Beschleunigungsmesser und das Gyroskop gemeinsam auf dem gleichen Substrat integriert werden. Da der Beschleunigungsmesser und das Gyroskop unterschiedliche Räume für die Bewegung nutzen, benötigen sie unterschiedliche Hohlraumtiefen. Eine Möglichkeit zum Erzeugen von Hohlräumen mit unterschiedlichen Tiefen auf dem gleichen Substrat ist das Verwenden einer Reihe von fotolithografischen und Strukturierungsprozessen. Nach dem Strukturieren und Erzeugen eines Grabens mit einer ersten Tiefe in dem Substrat ist das Substrat jedoch nicht mehr planar. Der spätere Strukturierungsprozess zum Erzeugen eines zweiten Grabens mit einer zweiten Tiefe wird problematisch, da es schwierig ist, eine gewünschte Fotoresist-Maskierungsschicht auf der unebenen Topografie der Substratoberfläche herzustellen (z. B. können tiefe Gräben unzureichend beschichtet werden oder es können Hohlräume darin entstehen). Die Probleme werden noch größer, wenn einige weitere tiefe Strukturen, wie etwa Bewegungsstopper oder Ritzgräben, benötigt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein MEMS-Package, das ein Verkappungssubstrat mit unterschiedlichen Grabentiefen aufweist, und ein Verfahren zum Herstellen des MEMS-Packages. Bei einigen Ausführungsformen wird ein Verkappungssubstrat bereitgestellt, das einen ersten Bauelementbereich und einen Ritzgrabenbereich aufweist, die auf dem Verkappungssubstrat definiert sind. Auf einer Vorderseite des Verkappungssubstrats werden ein erster Graben in dem ersten Bauelementbereich und ein Ritzgraben in dem Ritzgrabenbereich hergestellt. Dann wird eine Hartmaske über dem Verkappungssubstrat so hergestellt und strukturiert, dass ein Teil einer Unterseite des ersten Grabens bedeckt wird, während ein übriger Teil der Unterseite des ersten Grabens freigelegt wird. Wenn die Hartmaske an der richtigen Stelle ist, wird eine Ätzung an dem Verkappungssubstrat so durchgeführt, dass der unbedeckte Teil der Unterseite des ersten Grabens vertieft wird, während der bedeckte Teil der Unterseite des ersten Grabens unverändert bleibt, um einen Stopper in dem ersten Graben herzustellen. Dann wird die Vorderseite des Verkappungssubstrats an ein Bauelementsubstrat gebondet wird, sodass der erste Graben über einem ersten MEMS-Bauelement umschlossen wird. Somit können dadurch, dass ein erster Graben hergestellt wird und dann in Vorbereitung auf eine weitere Rückätzung (z. B. um einen Stopper herzustellen) eine Hartmaske in dem ersten Graben hergestellt und strukturiert wird, unterschiedliche Grabentiefen erzeugt werden, ohne eine Maskierungsschicht (z. B. eine Fotoresist-Maskierungsschicht) in tiefen Gräben zu verwenden. Im Vergleich zu einem alternativen Verfahren zum Herstellen des Stoppers mit einem Strukturierungsprozess, der später in dem Herstellungsprozess durchgeführt wird, wird ein erforderliches Seitenverhältnis der Strukturierungsöffnungen reduziert. Dadurch kann ein optimiertes Strukturierungsergebnis erzielt werden, und die Fertigungsqualität wird verbessert.
1 zeigt eine Schnittansicht 100 eines MEMS-Packages gemäß einigen Ausführungsformen. Das MEMS-Package weist ein Bauelementsubstrat 102 und ein Verkappungssubstrat 104 auf, die aneinander gebondet sind. Bei einigen Ausführungsformen kann das Bauelementsubstrat 102 Folgendes aufweisen: ein Halbleitersubstrat 112 mit aktiven Elementen (z. B. einem Transistor); eine Verbindungsschicht 114 mit Metallisierungsebenen und Verbindungskontakten, die in einem IMD-Material (IMD: Zwischenmetalldielektrikum) angeordnet sind; und ein MEMS-Substrat 130 mit einem ersten MEMS-Bauelement 106. Das Verkappungssubstrat 104 weist einen Bauelementbereich 110 und einen Ritzgrabenbereich 120 auf, die auf dem Verkappungssubstrat 104 definiert sind. Das Verkappungssubstrat 104 umschließt einen ersten Hohlraum 116 über dem ersten MEMS-Bauelement 106 in dem Bauelementbereich 110 und einen Ritzgraben 117 in dem Ritzgrabenbereich 120. Bei einigen Ausführungsformen steht ein Stopper 119 von einer Unterseite 140s des ersten Hohlraums 116 bis zu einer Position in dem ersten Hohlraum 116 über und ist vertikal niedriger als eine Vorderseite 126s des Verkappungssubstrats 104. Der Ritzgraben 117 hat eine Unterseite 142s, die sich an einer Position in dem Verkappungssubstrat 104 befindet, die tiefer als die Unterseite 140s des ersten Hohlraums 116 ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der Ritzgraben 117 einen peripheren Teil aufweisen, der eine Tiefe hat, die im Wesentlichen gleich der Tiefe des ersten Hohlraums 116 ist, das heißt, eine Fläche 144s des peripheren Teils kann im Wesentlichen koplanar mit der Unterseite 140s des ersten Hohlraums 116 sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Verkappungssubstrat 104 weiterhin einen Waferrandgraben 121 aufweisen, der in einem Waferrandbereich 122 angeordnet ist, der auf einem Grenzbereich des Verkappungssubstrats 104 definiert ist. Der Waferrandgraben 121 kann eine Unterseite 146s aufweisen, die sich im Wesentlichen in der gleichen Tiefe wie die Unterseite 142s des Ritzgrabens 117 befinden kann. Der Waferrandgraben 121 kann weiterhin einen peripheren Teil 148s aufweisen, der sich im Wesentlichen in der gleichen Tiefe wie eine Oberseite 150s des Stoppers 119 befinden kann. Der erste Hohlraum 116, der Ritzgraben 117 und der Waferrandgraben 121 können zum Beispiel mit einer Reihe von Herstellungsprozessen hergestellt werden, die in den 4 bis 10 gezeigt sind, die später näher beschrieben werden.
2 zeigt eine Schnittansicht 200 eines MEMS-Packages gemäß einigen alternativen Ausführungsformen. Das MEMS-Package weist ein erstes MEMS-Bauelement 106 und ein zweites MEMS-Bauelement 108 auf, die von einem ersten Hohlraum 116 bzw. einem zweiten Hohlraum 118 umschlossen werden, die unterschiedliche Tiefen haben. Ein Ritzgraben 117 hat eine Unterseite 142s, die sich an einer Position in dem Verkappungssubstrat 104 befindet, die tiefer als eine Unterseite 202s des zweiten Hohlraums 118 ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der Ritzgraben 117 einen peripheren Teil aufweisen, der eine Tiefe hat, die im Wesentlichen gleich der Tiefe des ersten Hohlraums 116 ist, das heißt, eine Fläche 144s des peripheren Teils kann im Wesentlichen koplanar mit der Unterseite 202s des zweiten Hohlraums 118 sein. Eine Unterseite 140s des ersten Hohlraums 116 kann sich an einer Position in dem Verkappungssubstrat 104 befinden, die vertikal flacher als die Unterseite 202s des zweiten Hohlraums 118 ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das Verkappungssubstrat 104 weiterhin einen Waferrandgraben 406 aufweisen, der eine Unterseite 204s hat, die sich im Wesentlichen in der gleichen Tiefe wie eine Oberseite 150s des Stoppers 119 befinden kann. Der erste Hohlraum 116, der Ritzgraben 117 und der Waferrandgraben 406 können zum Beispiel mit einer Reihe von Herstellungsprozessen hergestellt werden, die in den 12 bis 21 gezeigt sind, die später näher beschrieben werden. Es ist klar, dass einige Elemente des MEMS-Packages, die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden sind, in 2 verwendet werden können, und der Einfachheit halber werden sie hier nicht nochmals beschrieben.
3 zeigt eine Schnittansicht 400 eines MEMS-Packages gemäß einigen weiteren Ausführungsformen. Bei einigen Ausführungsformen kann das MEMS-Package, das vorstehend in 2 gezeigt ist, anschließend gedünnt werden (z. B. von der Rückseite 124s bis zu einer Position, die durch die Strich-Punkt-Linie 206 dargestellt ist). Der Ritzgraben 117 kann geöffnet werden, und ein Prüfelement 302 kann für die Prüfung auf Waferebene freigelegt werden. Anschließend kann ein Vereinzelungsprozess (z. B. Zertrennen) durchgeführt werden.
Die 4 bis 10 zeigen eine Reihe von Schnittansichten, die gemeinsam die Herstellung eines MEMS-Packages gemäß einigen Ausführungsformen zeigen.
Wie in 4 gezeigt ist, wird ein Verkappungssubstrat 104 bereitgestellt. Auf dem Verkappungssubstrat 104 werden ein Bauelementbereich 110 und ein Ritzgrabenbereich 120 definiert. Der Ritzgrabenbereich 120 kann so definiert werden, dass er den Bauelementbereich 110 umschließt. In einem Grenzbereich des Verkappungssubstrats 104 kann ein Waferrandbereich 122 definiert werden. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Bondschicht 132 auf einer Vorderseite 126s des Verkappungssubstrats 104 angeordnet. Die Bondschicht 132 und das Verkappungssubstrat 104 werden so strukturiert, dass ein erster Graben 402 in dem Bauelementbereich 110, ein Ritzgraben 404 in dem Ritzgrabenbereich 120 und ein Waferrandgraben 406 in dem Waferrandbereich 122 entstehen. Der erste Graben 402, der Ritzgraben 404 und der Waferrandgraben 406 werden so hergestellt, dass sie vertikal in Bezug zu einer Vorderseite 126s des Verkappungssubstrats 104 im Wesentlichen die gleiche Tiefe haben. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verkappungssubstrat 104 jede Art von Halbleiterkörper (z. B. einen Silizium-/CMOS-Volumenhalbleiter, SiGe, SOI usw.), wie etwa einen Halbleiterwafer oder ein oder mehrere Dies auf einem Wafer, sowie jede andere Art von Halbleiter- und/oder Epitaxialschichten aufweisen, die darauf hergestellt sind und/oder anderweitig damit assoziiert sind. Die Bondschicht 132 kann zum Beispiel aus Metallen, wie etwa Aluminium (Al), Germanium (Ge), Gold (Au), Kupfer (Cu), Zinn (Sb) oder Legierungen davon bestehen.
Wie in 5 gezeigt ist, wird eine Hartmaske 502 auf dem Verkappungssubstrat 104 hergestellt. Die Hartmaske 502 kann mit Abscheidungsverfahren hergestellt werden und kann in Abhängigkeit von der Anwendung Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, andere dielektrische Materialien oder Metalle aufweisen. Die Hartmaske 502 wird so hergestellt, dass sie den ersten Graben 402, den Ritzgraben 404 und den Waferrandgraben 406 füllt und über der Bondschicht 132 verläuft.
Wie in 6 gezeigt ist, wird die Hartmaske 502 strukturiert. Durch das Strukturieren wird ein Teil der Unterseite des ersten Grabens 402 bedeckt (in Vorbereitung auf eine spätere Stopper-Herstellung), während ein übriger Teil der Unterseite des ersten Grabens 402 nicht bedeckt wird. Durch den Strukturierungsprozess werden die Hartmaske 502 in dem Ritzgraben 404 und ein Teil des Waferrandgrabens 406 entfernt. Bei einigen Ausführungsformen wird die Hartmaske 502 mit einem Ätzprozess entsprechend einer Fotoresist-Maskierungsschicht 602 strukturiert, die auf der Hartmaske 502 hergestellt wird und dann mit einem fotolithografischen Prozess strukturiert wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Ätzprozess eine Nassätzung oder eine Trockenätzung sein, z. B. eine Plasma-Ätzung mit Trifluormethan (CF4), Schwefelhexafluorid (SF6), Stickstofftrifluorid (NF3), oder dergleichen. Nach dem Ätzprozess wird die Fotoresist-Maskierungsschicht 602 im Wesentlichen entfernt.
Wie in 7 gezeigt ist, wird eine Fotoresist-Maskierungsschicht 702 auf der Hartmaske 502 hergestellt und anschließend mit einem fotolithografischen Prozess strukturiert, um zumindest einen Teil der Unterseite des Ritzgrabens 404 und des Waferrandgrabens 406 freizulegen. Dann wird eine Ätzung an dem Ritzgraben 404 durchgeführt, um eine Unterseite des Ritzgrabens 404 abzusenken. Bei einigen Ausführungsformen wird ein mittlerer Teil 708s der Unterseite des Ritzgrabens 404 vertieft, während ein peripherer Teil 710s der Unterseite des Ritzgrabens 404 von der Fotoresist-Maskierungsschicht 702 bedeckt wird. Bei einigen Ausführungsformen wird ein Teil 704s der Unterseite des Waferrandgrabens 406 vertieft, während ein peripherer Teil 706s der Unterseite des Waferrandgrabens 406 von der Fotoresist-Maskierungsschicht 702 bedeckt wird. Bei einigen alternativen Ausführungsformen, die in 7 nicht dargestellt sind, kann der gesamte Ritzgraben 404 oder ein großer Teil davon durch Strukturieren der Fotoresist-Maskierungsschicht 702 vertieft werden, um den Ritzgraben 404 freizulegen.
Wie in 8 gezeigt ist, wird ein Decken-Rückätzprozess an dem Verkappungssubstrat 104 durchgeführt, um die Unterseiten des ersten Grabens 402, des Ritzgrabens 404 und des Waferrandgrabens 406, die nicht von der Hartmaske 502 bedeckt sind, abzusenken. Der Rückätzprozess kann eine Trockenätzung unter Verwendung eines Ätzmittels sein, das für das Material des Verkappungssubstrats 104 stärker selektiv ist als für das Material der Hartmaske 502. Dadurch werden der unbedeckte Teil 802s der Unterseite des ersten Grabens 402, der mittlere Teil 708s und der periphere Teil 710s der Unterseite des Ritzgrabens 404 und der Teil 704s der Unterseite des Waferrandgrabens 406 vertieft, während der (von der Hartmaske 502) bedeckte Teil 804s der Unterseite des ersten Grabens 402 und der Teil 704s der Unterseite des Waferrandgrabens 406 unverändert bleiben. Durch Strukturieren und Absenken des Ritzgrabens 404 (siehe 7) und anschließendes Deckenätzen zum weiteren Absenken des Ritzgrabens 404 und des ersten Grabens 402 (siehe 8) werden der Ritzgraben 404 und der erste Graben 402 mit unterschiedlichen Tiefen hergestellt. Im Vergleich zu einem alternativen Verfahren zum Ätzen des Ritzgrabens 404 und des ersten Grabens 402 mit getrennten Strukturierungsprozessen auf Solltiefen wird ein erforderliches Seitenverhältnis der Strukturierungsöffnungen reduziert. Außerdem hat das Werkstück auf der in 7 gezeigten Stufe eine geringere Höhenabweichung als auf einer späteren Stufe. Dadurch kann ein optimiertes Strukturierungsergebnis erzielt werden.
Wie in 9 gezeigt ist, wird die Hartmaske 502 mit einer Reihe von Ätzprozessen entfernt, die eine Trockenätzung oder eine Nassätzung umfassen können. Im Ergebnis des Decken-Rückätzprozesses von 8 können sich der mittlere Teil 708s des Ritzgrabens 404 und der Teil 704s des Waferrandgrabens 406 im Wesentlichen in der gleichen Tiefe in dem Verkappungssubstrat 104 befinden. Außerdem können sich der periphere Teil 706s des Waferrandgrabens 406 und der unbedeckte Teil 804s des ersten Grabens 402 im Wesentlichen in der gleichen Tiefe in dem Verkappungssubstrat 104 befinden.
Wie in 10 gezeigt ist, wird das Verkappungssubstrat 104 gewendet und an ein Bauelementsubstrat 102 gebondet. Zum Beispiel wird die Bondschicht 132 des Verkappungssubstrats 104 mit einem eutektischen Bondprozess an entsprechende Bondelemente 134 des Bauelementsubstrats 102 gebondet, sodass das Bauelementsubstrat 102 und das Verkappungssubstrat 104 physisch und elektrisch verbunden werden. Das Bauelementsubstrat 102 kann durch ein Halbleitersubstrat 112 bereitgestellt werden, das mit einem oder mehreren Herstellungsprozessen hergestellt worden ist. Das Halbleitersubstrat 112 weist zum Beispiel ein oder mehrere aktive Elemente auf. In einer IMD-Schicht 114, die über einer Oberseite des Halbleitersubstrats 112 hergestellt ist, ist eine Reihe von Metallisierungsebenen und Verbindungskontakten angeordnet. Ein MEMS-Substrat 130, das das erste und das zweite MEMS-Bauelement 106 und 108 aufweist, wird durch die IMD-Schicht 114 an das Halbleitersubstrat 112 gebondet, um das Bauelementsubstrat 102 herzustellen. Das MEMS-Substrat 130 kann zum Beispiel durch Schmelzbonden an die IMD-Schicht 114 gebondet werden. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt eine Schmelzbondung zwischen der IMD-Schicht 114, die Si02 aufweist, und dem MEMS-Substrat 130, das Si aufweist. Bei einigen Ausführungsformen werden das MEMS-Substrat 130 und/oder das Halbleitersubstrat 112 nach der Schmelzbondung gedünnt, um ihre Dicke zu verringern.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Herstellen eines MEMS-Packages gemäß einigen Ausführungsformen. Das MEMS-Package weist zwei MEMS-Bauelemente mit unterschiedlichen Hohlraumtiefen auf. Beispiele für das MEMS-Package sind in 1 gezeigt.
Nachstehend werden offenbarte Verfahren (z. B. das Verfahren 1100) zwar als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können einige Schritte in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen als den hier dargestellten und/oder beschriebenen stattfinden. Darüber hinaus brauchen nicht alle dargestellten Schritte einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren, und ein oder mehrere der hier beschriebenen Schritte können in einem oder mehreren getrennten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden. Das Verfahren 1100 wird zwar unter Bezugnahme auf die 4 bis 10 beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass das Verfahren 1100 nicht auf die in diesen Figuren offenbarten Strukturen beschränkt ist, sondern eigenständig und unabhängig von den in diesen Figuren offenbarten Strukturen verwendet werden kann.
Im Schritt 1102 wird ein erster Graben in einem Bauelementbereich erzeugt, und ein Ritzgraben wird in einem Ritzgrabenbereich eines Verkappungssubstrats erzeugt. 4 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 1102 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Im Schritt 1104 wird eine Hartmaske so hergestellt und strukturiert, dass sie einen Teil des ersten Grabens bedeckt. Die 5 und 6 zeigen Schnittansichten, die dem Schritt 1104 gemäß einigen Ausführungsformen entsprechen.
Im Schritt 1106 wird eine Ätzung durchgeführt, um eine Unterseite des Ritzgrabens abzusenken. 7 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 1106 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Im Schritt 1108 wird, wenn die Hartmaske an der richtigen Stelle ist, eine Ätzung an dem Verkappungssubstrat durchgeführt, um einen Stopper in dem ersten Graben herzustellen. Die 8 und 9 zeigen Schnittansichten, die dem Schritt 1108 gemäß einigen Ausführungsformen entsprechen.
Im Schritt 1110 wird das Verkappungssubstrat an ein Bauelementsubstrat gebondet, um das MEMS-Package herzustellen. 10 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 1110 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Die 12 bis 22 zeigen eine Reihe von Schnittansichten, die gemeinsam die Herstellung eines MEMS-Packages gemäß einigen Ausführungsformen darstellen. Das MEMS-Package weist mindestens zwei MEMS-Bauelemente mit unterschiedlichen Hohlraumtiefen auf.
Wie in 12 gezeigt ist, wird ein Verkappungssubstrat 104 hergestellt. Auf dem Verkappungssubstrat 104 werden ein erster Bauelementbereich 110a und ein zweiter Bauelementbereich 110b definiert. Ein Ritzgrabenbereich 120 kann so definiert werden, dass er den ersten Bauelementbereich 110a und den zweiten Bauelementbereich 110b umschließt. In einem Grenzbereich des Verkappungssubstrats 104 kann ein Waferrandbereich 122 definiert werden. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Bondschicht 132 auf einer Vorderseite 126s des Verkappungssubstrats 104 angeordnet. Die Bondschicht 132 und das Verkappungssubstrat 104 werden so strukturiert, dass ein erster Graben 402a in dem ersten Bauelementbereich 110a, ein zweiter Graben 402b in dem zweiten Bauelementbereich 110b, ein Ritzgraben 404 in dem Ritzgrabenbereich 120 und ein Waferrandgraben 406 in dem Waferrandbereich 122 entstehen. Der erste Graben 402a, der zweite Graben 402b, der Ritzgraben 404 und der Waferrandgraben 406 werden so hergestellt, dass sie vertikal eine im Wesentlichen gleiche Tiefe in Bezug zu der Vorderseite 126s des Verkappungssubstrats 104 haben. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verkappungssubstrat 104 jede Art von Halbleiterkörper (z. B. einen Silizium-/CMOS-Volumenhalbleiter, SiGe, SOI usw.), wie etwa einen Halbleiterwafer oder ein oder mehrere Dies auf einem Wafer, sowie jede andere Art von Halbleiter- und/oder Epitaxialschichten aufweisen, die darauf hergestellt sind und/oder anderweitig damit assoziiert sind. Die Bondschicht 132 kann zum Beispiel aus Metallen, wie etwa Aluminium (Al), Germanium (Ge), Gold (Au), Kupfer (Cu), Zinn (Sb) oder Legierungen davon bestehen.
Wie in 13 gezeigt ist, wird eine Hartmaske 502 auf dem Verkappungssubstrat 104 hergestellt. Die Hartmaske 502 kann mit Abscheidungsverfahren hergestellt werden und kann in Abhängigkeit von der Anwendung Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, andere dielektrische Materialien oder Metalle aufweisen. Die Hartmaske 502 wird so hergestellt, dass sie den ersten Graben 402a, den zweiten Graben 402b, den Ritzgraben 404 und den Waferrandgraben 406 füllt und über der Bondschicht 132 verläuft.
Wie in 14 gezeigt ist, wird ein erster Strukturierungsprozess an der Hartmaske 502 durchgeführt. Durch das Strukturieren wird die Hartmaske 502 in dem zweiten Graben 402b und einem Teil des ersten Grabens 402a vertieft, während ein übriger Teil der Hartmaske 502 von einer ersten Maskierungsschicht 1402 (z. B. einer Fotoresist-Maskierungsschicht) bedeckt wird. Durch den Strukturierungsprozess entsteht ein Tiefenunterschied der Hartmaske 502 für die Teile in dem ersten Graben 402a. Dadurch kann später ein Stopper selbstjustiert ohne einen Strukturierungsprozess hergestellt werden (siehe den Stopper 119, der nachstehend in den 18 und 19 hergestellt wird). Im Vergleich zu einem alternativen Verfahren zum Herstellen des Stoppers mit einem Strukturierungsprozess, der später in dem Herstellungsprozess durchgeführt wird, wird ein erforderliches Seitenverhältnis der Strukturierungsöffnungen reduziert. Das Werkstück hat auf der in 14 gezeigten Stufe eine geringere Höhenabweichung als auf einer späteren Stufe. Dadurch kann ein optimiertes Strukturierungsergebnis erzielt werden.
Wie in 15 gezeigt ist, wird ein zweiter Strukturierungsprozess an der Hartmaske 502 durchgeführt, wenn eine zweite Maskierungsschicht 1502 (z. B. eine Fotoresist-Maskierungsschicht) an der richtigen Stelle ist. Durch das Strukturieren wird die Hartmaske 502 in dem zweiten Graben 402b und dem Ritzgraben 404 entfernt, während ein übriger Teil der Hartmaske 502 unverändert bleibt. Als eine alternative Ausführungsform, die nicht in 14 gezeigt ist, kann die erste Maskierungsschicht 1402 den zweiten Graben 402b bedecken, sodass in 14 die Hartmaske 502 in dem zweiten Graben 402b nicht vertieft wird und in 15 vollständig entfernt wird. Durch den Strukturierungsprozess werden der zweite Graben 402b und der Ritzgraben 404 freigelegt, während der erste Graben 402a von der Hartmaske 502 geschützt wird. Dadurch kann mit einer Reihe von Ätzprozessen ein Tiefenunterschied erzeugt werden. Im Vergleich zu einem alternativen Verfahren zum Herstellen des ersten Grabens 402a und des zweiten Grabens 402b mit unterschiedlichen Tiefen mit einem Strukturierungsprozess, der später in dem Herstellungsprozess durchgeführt wird, wird ein erforderliches Seitenverhältnis der Strukturierungsöffnungen reduziert. Das Werkstück hat auf der in 15 gezeigten Stufe eine geringere Höhenabweichung als auf einer späteren Stufe. Dadurch kann ein optimiertes Strukturierungsergebnis erzielt werden.
Wie in 16 gezeigt ist, wird eine dritte Maskierungsstruktur 1602 (z. B. eine Fotoresist-Maskierungsschicht) so hergestellt und strukturiert, dass ein mittlerer Teil 708s der Unterseite des Ritzgrabens 404 freigelegt wird, während ein peripherer Teil 710s der Unterseite des Ritzgrabens 404 bedeckt wird. Dann wird eine Ätzung an dem Ritzgraben 404 durchgeführt, um den mittleren Teil 708s einer Unterseite des Ritzgrabens 404 abzusenken, während der periphere Teil 710s der Unterseite des Ritzgrabens 404 unverändert bleibt. In ähnlicher Weise werden durch Absenken der Unterseite des Ritzgrabens 404 und anschließendes Deckenätzen zum weiteren Absenken des Ritzgrabens 404 zusammen mit dem ersten Graben 402a der Ritzgraben 404 und der erste Graben 402a mit unterschiedlichen Tiefen hergestellt. Im Vergleich zu einem alternativen Verfahren zum Ätzen des Ritzgrabens 404 und des ersten Grabens 402a mit getrennten Strukturierungsprozessen auf Solltiefen wird ein erforderliches Seitenverhältnis der Strukturierungsöffnungen reduziert. Außerdem hat das Werkstück auf der in 16 gezeigten Stufe eine geringere Höhenabweichung als auf einer späteren Stufe. Dadurch kann ein optimiertes Strukturierungsergebnis erzielt werden. Die Maskierungsschichten 1402, 1502 und 1602 werden auf der Hartmaske 502 hergestellt und anschließend mit einem oder mehreren fotolithografischen Prozessen strukturiert. Bei einigen Ausführungsformen kann der Waferrandgraben 406 alternativ in einer ähnlichen Weise strukturiert werden, wie sie in den 7 und 8 dargestellt und beschrieben worden ist.
Wie in 17 gezeigt ist, wird die dritte Maskierungsstruktur 1602 (die in 16 gezeigt ist) entfernt, und eine erste Deckenätzung wird an dem Verkappungssubstrat 104 durchgeführt. Die dritte Maskierungsstruktur 1602 kann mit einem Nassätzprozess entfernt werden, an den sich ein Waferreinigungsprozess anschließt. Die erste Deckenätzung kann eine anisotrope (z. B. vertikale) Trockenätzung sein. Als ein Ergebnis der Ätzung werden Seitenflächen des Verkappungssubstrats 104, die nicht von der Hartmaske 502 bedeckt sind, vertieft, was eine Unterseite 1702s des zweiten Grabens 402b, den mittleren Teil 708s und den peripheren Teil 710s der Unterseite des Ritzgrabens 404 umfassen kann. Der Rückätzprozess kann eine Trockenätzung unter Verwendung eines Ätzmittels sein, das für das Material des Verkappungssubstrats 104 stärker selektiv ist als für das Material der Hartmaske 502.
Wie in 18 gezeigt ist, wird eine zweite Deckenätzung an der Hartmaske 502 durchgeführt, sodass die Hartmaske 502 vertikal vertieft wird und ein Teil 802s der Unterseite des ersten Grabens 402a freigelegt wird. Die zweite Deckenätzung kann eine Trockenätzung unter Verwendung eines Ätzmittels sein, das für das Material der Hartmaske 502 stärker selektiv ist als für das Material des Verkappungssubstrats 104.
Wie in 19 gezeigt ist, wird eine dritte Deckenätzung an dem Verkappungssubstrat 104 durchgeführt. Der freigelegte Teil 802s der Unterseite des ersten Grabens 402a wird zusammen mit der Unterseite 1702s des zweiten Grabens 402b, dem mittleren Teil 708s und dem peripheren Teil 710s der Unterseite des Ritzgrabens 404 vertieft. Ein Stopper 119 wird in dem ersten Graben 402a hergestellt, wobei der freigelegte Teil 802s der Unterseite von dem bedeckten Teil 804s der Unterseite des ersten Grabens 402a her vertieft wird. Die dritte Deckenätzung kann eine Trockenätzung unter Verwendung eines Ätzmittels sein, das für das Material der Hartmaske 502 stärker selektiv ist als für das Material des Verkappungssubstrats 104.
Wie in 20 gezeigt ist, wird eine Reihe von Ätzprozessen durchgeführt, um die Hartmaske 502 (die in 19 gezeigt ist) zu entfernen. Die Ätzprozesse können eine Trockenätzung oder eine Nassätzung umfassen und können für die Hartmaske 502 selektiv sein.
Wie in 21 gezeigt ist, wird das Verkappungssubstrat 104 gewendet und an ein Bauelementsubstrat 102 gebondet. Zum Beispiel wird die Bondschicht 132 des Verkappungssubstrats 104 mit einem eutektischen Bondprozess an entsprechende Bondelemente 134 des Bauelementsubstrats 102 gebondet, sodass das Bauelementsubstrat 102 und das Verkappungssubstrat 104 physisch und elektrisch verbunden werden. Beim Bonden wird der erste Graben 402a (der in 20 gezeigt ist) Teil des ersten Hohlraums 116, der ein erstes MEMS-Bauelement 106 umschließt, und der zweite Graben 402b wird Teil des zweiten Hohlraums 118, der ein zweites MEMS-Bauelement 108 umschließt. Das Bauelementsubstrat 102 kann mit einem Halbleitersubstrat 112 mit einem oder mehreren aktiven Elementen bereitgestellt werden. In einer IMD-Schicht 114, die über einer Oberseite des Halbleitersubstrats 112 hergestellt wird, ist eine Reihe von Metallisierungsebenen und Verbindungskontakten angeordnet. Ein MEMS-Substrat 130, das das erste und das zweite MEMS-Bauelement 106 und 108 aufweist, wird durch die IMD-Schicht 114 an das Halbleitersubstrat 112 gebondet, um das Bauelementsubstrat 102 herzustellen. Das MEMS-Substrat 130 kann zum Beispiel durch Schmelzbonden an die IMD-Schicht 114 gebondet werden. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt eine Schmelzbondung zwischen der IMD-Schicht 114, die Si02 aufweist, und dem MEMS-Substrat 130, das Si aufweist. Bei einigen Ausführungsformen werden das MEMS-Substrat 130 und/oder das Halbleitersubstrat 112 nach der Schmelzbondung gedünnt, um ihre Dicke zu verringern. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die eutektische Bondung eine Halbleiter-Metall-Bondung zwischen einem Halbleitermaterial und einem metallischen Material. Bei einigen Ausführungsformen weist das Halbleitermaterial mindestens eines der Elemente oder Verbindungen Ge, Si oder SiGe oder ein anderes Halbleitermaterial auf. Bei einigen Ausführungsformen weist das metallische Material mindestens eines der Elemente Al, Cu, Ti, Ta, Au, Ni oder Sn oder ein anderes Metall auf. Ein weiteres Beispiel für die eutektische Bondung ist eine Metall-Metall-Bondung zwischen zwei metallischen Materialien, die jeweils mindestens eines der Elemente Al, Cu, Ti, Ta, Au, Ni oder Sn oder ein anderes Metall umfassen. Die zu bondenden Materialien werden in einem Glühprozess gegeneinander gedrückt, damit eine eutektische Phase der Materialien entsteht. Eine eutektische Bondung zwischen Ge und Al wird zum Beispiel bei einer Glühtemperatur von 400 °C bis 450 °C durchgeführt.
Wie in 22 gezeigt ist, wird bei einigen Ausführungsformen das Verkappungssubstrat 104 gedünnt, um nach dem Bonden an das Bauelementsubstrat 102 eine Teildicke zu entfernen. Dadurch kann der Ritzgraben 404 freigelegt werden. Der freigelegte Ritzgraben 404 kann Prüfpunkte für den gebondeten Wafer oder andere Funktionen bereitstellen, bevor er in einzelne Teile zertrennt wird.
23 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2300 zum Herstellen eines MEMS-Packages gemäß einigen Ausführungsformen. Das MEMS-Package weist zwei MEMS-Bauelemente mit unterschiedlichen Hohlraumtiefen auf. Beispiele für das MEMS-Package sind in 2 gezeigt.
Nachstehend werden offenbarte Verfahren (z. B. das Verfahren 2300) zwar als eine Reihe von Schritten oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die dargestellte Reihenfolge dieser Schritte oder Ereignisse nicht in einem beschränkenden Sinn ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können einige Schritte in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen als den hier dargestellten und/oder beschriebenen stattfinden. Darüber hinaus brauchen nicht alle dargestellten Schritte einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung zu implementieren, und ein oder mehrere der hier beschriebenen Schritte können in einem oder mehreren getrennten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden. Das Verfahren 2300 wird zwar unter Bezugnahme auf die 12 bis 22 beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass das Verfahren 2300 nicht auf die in diesen Figuren offenbarten Strukturen beschränkt ist, sondern eigenständig und unabhängig von den in diesen Figuren offenbarten Strukturen verwendet werden kann.
Im Schritt 2302 werden ein erster und ein zweiter Graben in einem ersten bzw. einem zweiten Bauelementbereich erzeugt, und ein Ritzgraben wird in einem Ritzgrabenbereich eines Verkappungssubstrats erzeugt. 12 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 2302 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Im Schritt 2304 wird eine Hartmaske so hergestellt und strukturiert, dass ihre Unterseite in dem zweiten Graben und einem Teil des ersten Grabens vertieft wird, während ein Rest der Hartmaske mit einer ersten Maskierungsschicht bedeckt wird. Die 13 und 14 zeigen Schnittansichten, die dem Schritt 2304 gemäß einigen Ausführungsformen entsprechen.
Im Schritt 2306 wird ein zweiter Strukturierungsprozess an der Hartmaske durchgeführt, um sie aus dem zweiten Graben und dem Ritzgraben zu entfernen. 15 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 2306 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Im Schritt 2308 wird eine Ätzung durchgeführt, um eine Unterseite des Ritzgrabens abzusenken. 16 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 2308 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Im Schritt 2310 wird, wenn die Hartmaske an der richtigen Stelle ist, eine Deckenätzung an dem Verkappungssubstrat durchgeführt, um die Unterseite des zweiten Grabens und des Ritzgrabens abzusenken. Der erste Graben wird von der Hartmaske bedeckt und geschützt. 17 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 2310 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Im Schritt 2312 wird eine Reihe von Ätzprozessen an der Hartmaske und dem Verkappungssubstrat durchgeführt, um einen Stopper in dem ersten Graben herzustellen. Anschließend wird die Hartmaske entfernt. Die 18 bis 20 zeigen Schnittansichten, die dem Schritt 2312 gemäß einigen Ausführungsformen entsprechen.
Im Schritt 2314 wird das Verkappungssubstrat an ein Bauelementsubstrat gebondet, um ein erstes MEMS-Bauelement und ein zweites MEMS-Bauelement mit unterschiedlichen Hohlraumtiefen zu verkapseln und ein MEMS-Package herzustellen. 21 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 2314 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Im Schritt 2316 wird eine Rückseite des Verkappungssubstrats gedünnt, um den Ritzgraben freizulegen. Der freigelegte Ritzgraben kann Prüfpunkte für den gebondeten Wafer oder andere Funktionen bereitstellen, bevor er in einzelne Teile zertrennt wird. 22 zeigt eine Schnittansicht, die dem Schritt 2316 gemäß einigen Ausführungsformen entspricht.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, betrifft die vorliegende Erfindung ein MEMS-Package und zugehörige Verfahren. Bei einigen Ausführungsformen werden ein erster Graben in einem ersten Bauelementbereich und ein Ritzgraben in einem Ritzgrabenbereich auf einer Vorderseite eines Verkappungssubstrats erzeugt. Dann wird eine Hartmaske über dem Verkappungssubstrat hergestellt und strukturiert. Wenn die Hartmaske an der richtigen Stelle ist, wird eine Ätzung an dem Verkappungssubstrat so durchgeführt, dass ein unbedeckter Teil einer Unterseite des ersten Grabens vertieft wird, während ein bedeckter Teil der Unterseite des ersten Grabens unverändert bleibt, um einen Stopper in dem ersten Graben herzustellen. Dann wird die Vorderseite des Verkappungssubstrats an ein Bauelementsubstrat gebondet, sodass der erste Graben über einem ersten MEMS-Bauelement umschlossen wird. Somit entstehen durch Erzeugen eines ersten Grabens und anschließendes Herstellen und Strukturieren einer Hartmaske in dem ersten Graben in Vorbereitung auf eine weitere Rückätzung (um z. B. einen Stopper herzustellen) unterschiedliche Grabentiefen ohne Verwendung einer Fotoresist-Maskierungsschicht in tiefen Gräben. Dadurch wird die Fertigungsqualität verbessert.
Bei einigen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Packages (MEMS: mikroelektromechanisches System). Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Verkappungssubstrats mit einem ersten Bauelementbereich und einem Ritzgrabenbereich, die auf dem Verkappungssubstrat definiert sind; und das Erzeugen eines ersten Grabens in dem ersten Bauelementbereich und eines Ritzgrabens in dem Ritzgrabenbereich auf einer Vorderseite des Verkappungssubstrats. Das Verfahren umfasst weiterhin das Herstellen und Strukturieren einer Hartmaske über dem Verkappungssubstrat so, dass ein Teil einer Unterseite des ersten Grabens bedeckt wird, während ein übriger Teil der Unterseite des ersten Grabens freigelegt wird. Das Verfahren umfasst, wenn die Hartmaske an der richtigen Stelle ist, weiterhin das Durchführen einer Ätzung an dem Verkappungssubstrat so, dass der unbedeckte Teil der Unterseite des ersten Grabens vertieft wird, während der bedeckte Teil der Unterseite des ersten Grabens unverändert bleibt, um einen Stopper in dem ersten Graben herzustellen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bonden der Vorderseite des Verkappungssubstrats an ein Bauelementsubstrat, sodass der erste Graben über einem ersten MEMS-Bauelement umschlossen wird.
Bei weiteren Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Packages (MEMS: mikroelektromechanisches System). Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Verkappungssubstrats mit einem ersten Bauelementbereich, einem zweiten Bauelementbereich und einem Ritzgrabenbereich, die auf dem Verkappungssubstrat definiert sind; und das Erzeugen eines ersten Grabens in dem ersten Bauelementbereich, eines zweiten Grabens in dem zweiten Bauelementbereich und eines Ritzgrabens in dem Ritzgrabenbereich auf einer Vorderseite des Verkappungssubstrats, wobei der erste Graben, der zweite Graben und der Ritzgraben die gleiche Tiefe haben. Das Verfahren umfasst weiterhin das Herstellen und Strukturieren einer Hartmaske über dem Verkappungssubstrat, wobei die Hartmaske eine erste Dicke in dem Ritzgraben und einem Teil des ersten Grabens und eine zweite Dicke, die kleiner als die erste Dicke ist, in dem zweiten Graben und einem zweiten Teil des ersten Grabens hat. Das Verfahren umfasst weiterhin das Entfernen der Hartmaske aus dem Ritzgraben und das Durchführen einer Ätzung an dem Ritzgraben, um eine Unterseite des Ritzgrabens abzusenken. Das Verfahren umfasst weiterhin das Entfernen der Hartmaske aus dem zweiten Graben und das Durchführen einer Ätzung an dem Ritzgraben und dem zweiten Graben, um Unterseiten des Ritzgrabens und des zweiten Grabens abzusenken, sodass der Ritzgraben tiefer als der zweite Graben ist und der zweite Graben tiefer als der erste Graben ist.
Bei noch weiteren Ausführungsformen betrifft die vorliegende Erfindung ein MEMS-Package (MEMS: mikroelektromechanisches System). Das MEMS-Package weist ein Bauelementsubstrat mit einem ersten und einem zweiten MEMS-Bauelement auf. Das MEMS-Package weist weiterhin ein Verkappungssubstrat auf, das an das Bauelementsubstrat gebondet ist. Das Verkappungssubstrat weist einen ersten Hohlraum, der über dem ersten MEMS-Bauelement angeordnet ist und dieses umschließt, und einen zweiten Hohlraum auf, der über dem zweiten MEMS-Bauelement angeordnet ist und dieses umschließt. Der erste Hohlraum hat eine erste Tiefe in Bezug zu einer Oberseite des Verkappungssubstrats, die kleiner als eine zweite Tiefe des zweiten Hohlraums in Bezug zu der Oberseite des Verkappungssubstrats ist. Ein Stopper steht von einer Unterseite des ersten Hohlraums zu einer Position in dem ersten Hohlraum über und ist vertikal niedriger als die Oberseite des Verkappungssubstrats.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Packages mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Verkappungssubstrats (104) mit einem ersten Vorrichtungsbereich (110a), einem zweiten Vorrichtungsbereich (110b) und einem Ritzgrabenbereich (120), die auf dem Verkappungssubstrat (104) definiert sind; Erzeugen eines ersten Grabens (402a) in dem ersten Vorrichtungsbereich (110a), eines zweiten Grabens (402b) in dem zweiten Vorrichtungsbereich (110b) und eines Ritzgrabens (404) in dem Ritzgrabenbereich auf einer Vorderseite des Verkappungssubstrats (104); Herstellen einer Hartmaske (502), so dass sie den ersten Graben (402a), den zweiten Graben (402b) und den Ritzgraben (404) füllt, und Strukturieren der Hartmaske (502) über dem Verkappungssubstrat (104) so, dass ein Teil einer Unterseite des ersten Grabens (402a) bedeckt wird, während ein übriger Teil der Unterseite des ersten Grabens (402a), der zweite Graben (402b) und der Ritzgraben (404) freigelegt werden; Durchführen einer ersten Ätzung an dem zweiten Graben (402b), um eine Unterseite des zweiten Grabens (402b) abzusenken, sodass die Unterseite des zweiten Grabens (402b) niedriger als die des ersten Grabens (402a) ist; Durchführen einer zweiten Ätzung an dem Verkappungssubstrat (104) so, dass der unbedeckte Teil der Unterseite des ersten Grabens (402a) vertieft wird, während der bedeckte Teil der Unterseite des ersten Grabens (402a) unverändert bleibt, um einen Stopper (119) in dem ersten Graben (402a) herzustellen; und Bonden der Vorderseite des Verkappungssubstrats (104) an ein Vorrichtungssubstrat (112), sodass der erste Graben (402a) über einer ersten MEMS-Vorrichtung (106) und der zweite Graben (402b) über einer zweiten MEMS-Vorrichtung (108) des MEMS-Packages geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Graben (402a) und der Ritzgraben (404) vor dem Herstellen der Hartmaske (502) so erzeugt werden, dass sie die gleiche Tiefe haben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin Folgendes umfasst: vor dem Herstellen des Stoppers (119) in dem ersten Graben (402a) Durchführen einer Ätzung an dem Ritzgraben (404), um eine Unterseite des Ritzgrabens (404) abzusenken, wobei die Unterseite des Ritzgrabens (404) während des Ätzens zum Herstellen des Stoppers (119) weiter vertieft wird, sodass der Ritzgraben (404) tiefer als der erste Graben (402a) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ätzen an dem Ritzgraben (404) mit einer Fotoresist-Maskierungsschicht (1602) erfolgt, die den ersten Graben (404a) bedeckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin Folgendes umfasst: Durchführen eines Schleifprozesses an einer Rückseite des Verkappungssubstrats (104) so, dass der Ritzgraben (404) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin Folgendes umfasst: Durchführen eines Vereinzelungsprozesses entlang dem geöffneten Ritzgraben (404), sodass das MEMS-Package in einzelne Dies zertrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Graben (402b) eine Tiefe hat, die gleich der des ersten Grabens (402a) oder des Ritzgrabens (404) ist, wenn der erste Graben (402a), der zweite Graben (402b) und der Ritzgraben (404) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Waferrandbereich (122) auf dem Verkappungssubstrat (104) an einem Grenzbereich des Verkappungssubstrats (104) definiert wird, und in dem Waferrandbereich (122) ein Randgraben (406) mit einer Tiefe erzeugt wird, die gleich der des Ritzgrabens (404) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Randgraben (406) weiterhin einen Vorsprung mit einer Tiefe aufweist, die gleich der des Stoppers (119) ist.
Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Packages mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Verkappungssubstrats (104) mit einem ersten Vorrichtungsbereich (110a), einem zweiten Vorrichtungsbereich (110b) und einem Ritzgrabenbereich (120), die auf dem Verkappungssubstrat (104) definiert sind; Erzeugen eines ersten Grabens (402a) in dem ersten Vorrichtungsbereich (110a), eines zweiten Grabens (402b) in dem zweiten Vorrichtungsbereich (110b) und eines Ritzgrabens (404) in dem Ritzgrabenbereich (120) auf einer Vorderseite des Verkappungssubstrats (104), wobei der erste Graben (402a), der zweite Graben (402b) und der Ritzgraben (404) die gleiche Tiefe haben; Herstellen einer Hartmaske (502), so dass sie den ersten Graben (402a), den zweiten Graben (402b) und den Ritzgraben (404) füllt, und Strukturieren der Hartmaske (502) über dem Verkappungssubstrat (104), so dass die Hartmaske (502) eine erste Dicke in dem Ritzgraben (404) und einem ersten Teil des ersten Grabens (402a) und eine zweite Dicke, die kleiner als die erste Dicke ist, in dem zweiten Graben (402b) und einem zweiten Teil des ersten Grabens (402a) hat; Entfernen der Hartmaske (502) aus dem Ritzgraben (404) und dem zweiten Graben (402b) und Durchführen einer ersten Ätzung an dem Ritzgraben (404), um eine Unterseite des Ritzgrabens (404) abzusenken; und Durchführen einer zweiten Ätzung an dem Ritzgraben (404) und dem zweiten Graben (402b), um Unterseiten des Ritzgrabens (404) und des zweiten Grabens (402b) abzusenken, um eine größere Tiefe in dem Ritzgraben (404) als in dem zweiten Graben (402b) zu erzeugen, wobei der zweite Graben (402b) tiefer als der erste Graben (402a) ist; und Durchführen einer Deckenätzung an der Hartmaske (502), um die Hartmaske (502) von dem zweiten Teil des ersten Grabens (402a) zu entfernen; und Durchführen einer dritten Ätzung an dem ersten Graben (402a) so, dass der zweite Teil des ersten Grabens (402a) vertieft wird, während der erste Teil des ersten Grabens (402a) unverändert bleibt, um einen Stopper (119) in dem ersten Graben (402a) herzustellen; und Bonden der Vorderseite des Verkappungssubstrats (104) an ein Vorrichtungssubstrat (112), wodurch der erste Graben (402a) über einer ersten MEMS-Vorrichtung (106) und der zweite Graben über einer zweiten MEMS-Vorrichtung (108) des MEMS-Packages geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei vor dem Durchführen der ersten Ätzung der zweite Graben (402b) mit einer Fotoresistschicht (1602) abgedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei vor dem Durchführen der dritten Ätzung die Fotoresistschicht (1602) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der zweite Graben (402b) und der Ritzgraben (404) in gleichem Umfang vertieft werden, wenn die dritte Ätzung an dem ersten Graben (402a) durchgeführt wird, um den Stopper (119) in dem ersten Graben (402a) herzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, das weiterhin das Durchführen einer trockenen Rückätzung zum Entfernen der Hartmaske (502) von dem Stopper (119) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, das weiterhin Folgendes umfasst: Durchführen eines Schleifprozesses an einer Rückseite des Verkappungssubstrats (104) so, dass der Ritzgraben (404) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin Folgendes umfasst: Durchführen eines Vereinzelungsprozesses entlang dem geöffneten Ritzgraben (404), sodass das MEMS-Package in einzelne Dies zertrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das Entfernen der Hartmaske (502) aus dem Ritzgraben (404) und aus dem zweiten Graben (402b) mit einer Fotoresist-Maskierungsschicht (1502) durchgeführt werden, die den ersten Graben (402a) bedeckt.