DE102018124826A1 - Auf waferebene integriertes mems-bauelement; das mit einer siliziumsäule und einer intelligenten kappe ermöglicht wird - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein MEMS-Package (MEMS: mikroelektromechanisches System) und ein Verfahren zum Erzielen einer Differenzdruck-Einstellung in mehreren MEMS-Hohlräumen auf einer Ebene der Wafer-Wafer-Bondung. Ein Bauelementsubstrat, das ein erstes und ein zweites MEMS-Bauelement aufweist, wird an ein Verkappungssubstrat gebondet, das einen ersten und einen zweiten vertieften Bereich aufweist. Ein Lüftungsgraben ist seitlich von den vertieften Bereichen beabstandet und befindet sich in dem zweiten Hohlraum. Eine Dichtungsstruktur ist in dem Lüftungsgraben angeordnet oder definiert eine Lüftungsöffnung, die mit einem zweiten Hohlraum fluidgekoppelt ist. Eine Kappe ist in der Lüftungsöffnung so angeordnet, dass sie den zweiten Hohlraum mit einem zweiten Gasdruck abdichtet, der von einem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums sich unterscheidet.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 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. MEMS-Bauelemente können vorteilhaft in einem Wafer-Wafer-Bondprozess gebondet werden, und für einige Anwendungen müssen verschiedene MEMS-Bauelemente in ein einziges MEMS-Package integriert werden. Diese MEMS-Bauelemente können MEMS-Sensoren aufweisen, die unterschiedliche Umgebungsdruckbedinungen erfordern.
  • 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 Mehrfachdruck-MEMS-Packages mit mehreren Hohlräumen.
    • 2 zeigt eine Schnittansicht eines MEMS-Packages gemäß einigen weiteren Ausführungsformen.
    • Die 3A bis 3D zeigen eine Reihe von Schnittansichten einiger detaillierterer Ausführungsformen der Dichtungsstruktur von 1.
    • Die 4 bis 21 zeigen eine Reihe von Schnittansichten einiger Ausführungsformen eines MEMS-Packages auf verschiedenen Herstellungsstufen.
    • 22 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 4 bis 21.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der vorliegenden Erfindung bereit. 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 oder Bauelements umfassen. Die Vorrichtung oder das Bauelement 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 sind die Begriffe „erste(r) / erstes“, „zweite(r) / zweites“, „dritte(r) / drittes“, „vierte(r) / viertes“ und dergleichen lediglich allgemeine Bezeichnungen, und sie können daher in verschiedenen Ausführungsformen ausgetauscht werden. Während zum Beispiel ein Element (z. B. eine Öffnung) bei einigen Ausführungsformen als ein „erstes“ Element bezeichnet werden kann, kann das Element bei anderen Ausführungsformen als ein „zweites“ Element bezeichnet werden.
  • 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 und Smart-TVs, und 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, und 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 aus MEMS-Bauelementen bestehen, die gemeinsam auf dem gleichen Substrat integriert sind. Obwohl für den Beschleunigungsmesser und das Gyroskop das gleiche Substrat und somit das gleiche Herstellungsverfahren verwendet werden, werden unterschiedliche Betriebsbedingungen für sie verwendet. Zum Beispiel wird das Gyroskop für eine optimale Leistung oft in einer Tiefdruck-Umgebung oder im Vakuum verkappt. Im Gegensatz dazu wird der Beschleunigungsmesser oft bei einem festgelegten Druck (z. B. 1 atm) verkappt, um einen gleichmäßigen Frequenzgang zu erzielen.
  • Herkömmliche Herstellungsverfahren für Mehrfachdruck-MEMS-Bauelemente mit mehreren Hohlräumen stützen sich oft auf eine Chip-Chip-Bondung des Verkappungssubstrats an das Bauelementsubstrat, um eine exakte und differenzielle Drucksteuerung zwischen mehreren Hohlräumen zu erreichen. Diese Prozesse sind im Vergleich zu einer Wafer-Wafer-Bondung unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren ineffizient. Wenn jedoch eine Wafer-Wafer-Bondung ohne eine Gasdruck-Einstellöffnung und ohne ein Dichtungssystem, wie sie hier beschrieben werden, versucht wird, wird das exakte Einstellen von Hohlraumdrücken kompliziert und es kann außerdem durch die Freisetzung von Gasen aus dem Klebstoff oder anderen Materialien nach dem Bonden beeinflusst werden. Die hier offenbarte Lösung behält die Wafer-Wafer-Bondung zwischen MEMS-Bauelementsubstraten und Verkappungssubstraten bei und sieht eine Öffnung zum unabhängigen Einstellen des Hohlraumdrucks einzelner MEMS-Bauelemente auf der Ebene des gebondeten Wafers vor.
  • Außerdem ist es im Allgemeinen erforderlich, einen leitenden Pfad durch die hermetische Dichtung eines MEMS-Hohlraums herzustellen, um die MEMS-Bauelemente mit externen Schaltungen außerhalb des enthaltenen MEMS-Packages elektrisch zu verbinden. Die hier offenbarte Lösung sieht weiterhin eine leitfähige Siliziumsäule vor, die gegenüber der Öffnung seitlich versetzt ist und sich in einem MEMS-Hohlraum befindet, um einen elektrischen Pfad durch das Verkappungssubstrat bereitzustellen. Außerdem dient die hier offenbarte Wafer-Wafer-Bondungslösung sowohl zum hermetischen Abdichten des ent- oder belüfteten MEMS-Hohlraums als auch zum elektrischen Verbinden der MEMS-Bauelemente mit der leitfähigen Siliziumsäule.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein MEMS-Package, das mehrere MEMS-Bauelemente aufweist, die gemeinsam auf einem Substrat integriert sind. Das MEMS-Package weist ein Bauelementsubstrat mit einem ersten MEMS-Bauelement und einem zweiten MEMS-Bauelement; und ein Verkappungssubstrat auf, das an das Bauelementsubstrat gebondet ist. Das Verkappungssubstrat weist einen ersten vertieften Bereich, der einen ersten Hohlraum, der mit dem ersten MEMS-Bauelement assoziiert ist, umschließt; und einen zweiten vertieften Bereich auf, der einen zweiten Hohlraum umschließt, der mit dem zweiten MEMS-Bauelement assoziiert ist. Das Verkappungssubstrat weist weiterhin einen Ent- und/oder Belüftungsgraben (engl.: ventilation trench; im Folgenden als Lüftungsgraben bezeichnet), der seitlich von dem zweiten vertieften Bereich beabstandet ist und sich in dem zweiten Hohlraum befindet; und eine Dichtungsstruktur auf, die in dem Lüftungsgraben angeordnet ist. Die Dichtungsstruktur weist eine Deckstruktur, die eine Öffnung definiert, die mit dem zweiten Hohlraum fluidgekoppelt ist; und eine Kappe auf, die in der Öffnung angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie den zweiten Hohlraum mit einem zweiten Gasdruck abdichtet, der sich von einem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums unterscheidet. Es werden noch weitere Ausführungsformen offenbart. Bei einigen Ausführungsformen weist die Deckstruktur mehrere Schichten auf, die Metall-, leitfähige und dielektrische Schichten umfassen.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht eines MEMS-Packages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Das MEMS-Package 100 weist ein Bauelementsubstrat 102 und ein Verkappungssubstrat 106 auf, die aneinander gebondet sind. Das Bauelementsubstrat 102 weist ein erstes MEMS-Bauelement 104A und ein zweites MEMS-Bauelement 104B auf. Das Verkappungssubstrat 106 weist einen ersten vertieften Bereich 108 und einen zweiten vertieften Bereich 110 auf. Der erste und der zweite vertiefte Bereich 108 und 110 können eine Höhe 108h bzw. 110h haben, die jeweils als ein Abstand von einer Unterseite des Verkappungssubstrats bis zu einer Oberseite des jeweiligen vertieften Bereichs definiert werden. Ein erster abgedichteter Hohlraum C1 wird von dem ersten vertieften Bereich 108 definiert (oder zumindest teilweise definiert), um das erste MEMS-Bauelement 104A aufzunehmen, und ein zweiter abgedichteter Hohlraum C2 wird von dem zweiten vertieften Bereich 110 definiert (oder zumindest teilweise definiert), um das zweite MEMS-Bauelement 104B aufzunehmen. Das Verkappungssubstrat 106 weist weiterhin einen Lüftungsgraben 120 auf, der seitlich von dem ersten vertieften Bereich 108 und dem zweiten vertieften Bereich 110 beabstandet ist und in einer Unterseite 106L des Verkappungssubstrats und in dem zweiten Hohlraum C2 angeordnet ist. In dem Lüftungsgraben 120 ist eine Dichtungsstruktur 112 angeordnet. Die Dichtungsstruktur 112 weist eine Deckstruktur 116 auf, die eine Lüftungsöffnung 114 definiert, die mit dem zweiten Hohlraum C2 fluidgekoppelt ist.
  • Die Lüftungsöffnung 114 verläuft von einer Höhe über einer Oberseite der vertieften Bereiche zu der Unterseite 106L des Verkappungssubstrats und ist mit dem zweiten Hohlraum C2 fluidgekoppelt. Ein Kappe 118 ist in der Lüftungsöffnung 114 angeordnet und ist so konfiguriert, dass sie den zweiten Hohlraum C2 mit einem Gasdruck P2 abdichtet, der sich von einem ersten Gasdruck P1 des ersten Hohlraums C1 unterscheidet.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht eines MEMS-Packages 200 gemäß einigen weiteren Ausführungsformen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Bauelementsubstrat 102 Folgendes aufweisen: ein Halbleitersubstrat 202 mit aktiven Elementen (z. B. einem Transistor); eine Verbindungsschicht 204 mit Metallisierungsebenen und Durchkontaktierungen, die in einem IMD-Material (IMD: Zwischenmetalldielektrikum) angeordnet sind und mit den Halbleiter-Bauelementen elektrisch verbunden sind; und ein MEMS-Substrat 206, das ebenfalls mit der Verbindungsschicht 204 elektrisch verbunden ist. Bei einigen Ausführungsformen weist das MEMS-Substrat 206 ein erstes MEMS-Bauelement 104A und ein zweites MEMS-Bauelement 104B auf, die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Das erste MEMS-Bauelement 104A und das zweite MEMS-Bauelement 104B können zum Beispiel ein Mikrofon, ein Gasdrucksensor, ein Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop oder eine andere Vorrichtung umfassen, die mit der Außenumgebung verbunden ist. Bei einer Ausführungsform umfasst das erste MEMS-Bauelement 104A einen Beschleunigungsmesser und das zweite MEMS-Bauelement 104B umfasst ein Gyroskop, die zusammen einen Bewegungssensor für eine bewegungsaktivierte Benutzerschnittstelle oder für ein Kraftfahrzeug-Crash-Detektionssystem bilden.
  • Bei einigen Ausführungsformen werden das Verkappungssubstrat 106 und das Bauelementsubstrat 102 durch Bondpads 208 aneinander gebondet. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Bondpads 208 ein Metall oder eine Metalllegierung (nachstehend „ein Metall“) auf, und die Verbindung ist eine eutektische Verbindung.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die eutektische Verbindung eine Halbleiter-Metall-Verbindung zwischen einem Halbleitermaterial und einem metallischen Material. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Halbleitermaterial mindestens ein Element oder Verbindung aus der Gruppe Ge, Si oder SiGe oder ein anderes Halbleitermaterial. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das metallische Material mindestens ein Element aus der Gruppe Al, Cu, Ti, Ta, Au, Ni oder Sn oder ein anderes Metall. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die eutektische Verbindung eine Metall-Metall-Verbindung zwischen zwei metallischen Materialien, die jeweils mindestens ein Element aus der Gruppe Al, Cu, Ti, Ta, Au, Ni oder Sn oder ein anderes Metall umfassen. Die zu verbindenden Materialien werden in einem Glühprozess aneinander gedrückt, sodass eine eutektische Phase der Materialien entsteht. Zum Beispiel entsteht eine eutektische Verbindung zwischen Ge und Al bei einer Glühtemperatur von 400 °C bis 450 °C.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist das Verkappungssubstrat 106 außerdem eine Siliziumsäule 210 mit Seitenwänden 210S und einer Unterseite 210L auf. Die Siliziumsäule 210 ist seitlich von der Dichtungsstruktur 112 und dem ersten und dem zweiten vertieften Bereich 108 und 110 beabstandet. Die Siliziumsäule 210 kann stark dotiertes Silizium sein, das die Siliziumsäule 210 besser elektrisch leitfähig macht als reines Silizium ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die Siliziumsäule 210 durch eine Isolations- oder Trennstruktur 212 von dem Verkappungssubstrat 106 elektrisch getrennt. Bei einigen Ausführungsformen weist die Trennstruktur 212 Folgendes auf: eine erste dielektrische Schicht 214 in direktem Kontakt mit den Seitenwänden 210S der Siliziumsäule 210; einen Polysilizium-Belag 216, der über der ersten dielektrischen Schicht 214 angeordnet ist und in direktem Kontakt mit der Unterseite 210L der Siliziumsäule 210 ist; und eine zweite dielektrische Schicht 218, die über dem Polysilizium-Belag 216 angeordnet ist und in direktem Kontakt mit dem Verkappungssubstrat 106 ist. Der Polysilizium-Belag 216 stellt einen leitenden Pfad bereit, der mit dem leitenden Pfad parallel geschaltet ist, der von der Siliziumsäule 210 bereitgestellt wird. Bei einigen Ausführungsformen weisen die dielektrischen Schichten zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, SRO (siliziumreiches Oxid), andere Dielektrika oder eine Kombination davon auf. Bei einigen Ausführungsformen werden die dielektrischen Schichten durch Aufwachsen einer Oxidationsschicht auf gegenüberliegenden Seiten eines Trenngrabens gleichzeitig hergestellt, sodass die Mitte des Grabens für die Abscheidung der Polysiliziumschicht offen gelassen wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird ein Bondpad 208 auf einer Unterseite des Polysilizium-Belags 216 und direkt unter der Unterseite 210L der Siliziumsäule 210 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Bondpad 208 so konfiguriert, dass es die Siliziumsäule 210 mit dem MEMS-Substrat 206 elektrisch verbindet und dabei eine Bondung an das MEMS-Substrat 206 bewirkt und eine Dichtungsgrenze des zweiten Hohlraums C2 definiert. Somit ermöglicht das Bonden des Verkappungssubstrats 106 an das Bauelementsubstrat 102 sowohl eine elektrische Verbindung von dem Bauelementsubstrat 102 über die Siliziumsäule 210 zu der Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106 als auch eine physische Definition einer Dichtungsgrenze des zweiten Hohlraums C2.
  • Die 3A bis 3D zeigen Schnittansichten eines Teils der Dichtungsstruktur 112 des MEMS-Packages gemäß einigen Ausführungsformen. Die Dichtungsstruktur 112 weist eine Deckstruktur 116 auf, die bewirkt, dass eine Fluiddiffusionssperre zwischen der Lüftungsöffnung 114 und dem Verkappungssubstrat 106 entsteht. Die Deckstruktur 116 kann Folgendes aufweisen: eine oder mehrere Schichten, wobei mindestens eine Schicht direkt auf den Seitenwänden des Lüftungsgraben 120 angeordnet ist, der in dem Verkappungssubstrat 106 hergestellt ist; und eine Öffnung an einer Innenseite der Deckstruktur 116, die die Lüftungsöffnung 114 definiert. Wie in 3A gezeigt ist, kann die Deckstruktur 116 eine einzelne Materialschicht aufweisen, die auf den Seitenwänden des Lüftungsgrabens 120 angeordnet ist, um eine Gasdiffusionssperre zwischen der Lüftungsöffnung und dem Verkappungssubstrat bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann die einzelne Schicht zum Beispiel Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxidnitrid oder ein anderes Dielektrikum sein oder andernfalls aufweisen. Außerdem kann die einzelne Schicht zum Beispiel mit einem konformen Abscheidungsverfahren hergestellt werden, und/oder sie kann zum Beispiel durch CVD (chemische Aufdampfung), PVD (physikalische Aufdampfung) oder mit einem anderen Abscheidungsverfahren hergestellt werden.
  • Wie in 3B gezeigt ist, kann bei einigen Ausführungsformen die Deckstruktur 116 eine Mehrzahl von Schichten aufweisen, die metallische, leitfähige und dielektrische Schichten umfassen. Bei einigen Ausführungsformen wird eine dielektrische Schicht 224 direkt auf den Seitenwänden des Lüftungsgrabens 120 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen wird eine leitfähige Schicht 222 über der dielektrischen Schicht 224 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Metallschicht 220 über der leitfähigen Schicht 222 angeordnet, um das Dichtungsverhalten der Deckstruktur 116 zu verbessern. Bei einigen Ausführungsformen ist die Metallschicht 220 eine Bondschicht, und sie wird zusätzlich auf ausgewählten Bondflächen zwischen dem Verkappungssubstrat 106 und dem Bauelementsubstrat 102 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen bewirkt die Metallschicht 220 eine eutektische Verbindung zwischen dem Verkappungssubstrat 106 und dem Bauelementsubstrat 102. Bei einigen Ausführungsformen weist die Metallschicht 220 mindestens ein Element aus der Gruppe Al, Cu, Ti, Ta, Au, Ni oder Sn oder ein anderes Metall auf, und sie ist eine konforme Schicht, die auf weiteren ausgewählten Flächen des Verkappungssubstrats angeordnet ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 222 aus Polysilizium oder einem ähnlichen Material bestehen. Bei einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 224 aus Metalloxiden und Verbindungen, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid oder SRO, oder einem anderen Dielektrikum oder einer Kombination davon bestehen. Bei einigen Ausführungsformen bestehen die leitfähige Schicht 222 und die dielektrische Schicht 224 aus den gleichen Materialien und sie werden gleichzeitig mit dem Polysilizium-Belag 216 und der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 214 und 218 hergestellt, die die Siliziumsäule 210 umschließen.
  • Wie in 3C gezeigt ist, kann bei einigen Ausführungsformen eine Grenzfläche zwischen der Kappe 118 und der Deckstruktur 116 eine angeschrägte oder gekrümmte Topologie haben. Während der Herstellung werden bestimmte Bearbeitungsschritte ausgeführt, um unerwünschte Abscheidungen der metallischen, leitfähigen und dielektrischen Schichten zu entfernen, die das obere Ende der Lüftungsöffnung 114 bedecken können. Durch das Entfernen dieser unerwünschten Abscheidungen kann die Oberseite dieser Schichten erodiert werden, sodass eine angeschrägte oder gekrümmte Topologie entsteht. Wie gezeigt ist, beschreibt ein Winkel β annähernd eine angeschrägte Grenzfläche zwischen der Deckstruktur 116 und der Kappe 118. Da die Kappe 118 mit einem Abscheidungsverfahren hergestellt werden kann, entspricht sie der angeschrägten oder gekrümmten Fläche der Deckstruktur. Bei einigen Ausführungsformen kann der Winkel β etwa 15° bis etwa 90° betragen.
  • Wie in den 3A bis 3C gezeigt ist, kann bei einigen Ausführungsformen die Kappe 118 allein eine Abdichtung des oberen Endes der Lüftungsöffnung 114 bewirken. Wie in 3D gezeigt, können sich über der Kappe 118 eine oder mehrere weitere Schichten 226 befinden, die zum Beispiel eine Passivierungsschicht, eine Sperrschicht oder eine Metallschicht umfassen können, um eine verbesserte Abdichtung des zweiten Hohlraums C2 zu bewirken, oder zu anderen Zwecken. Bei einigen Ausführungsformen kann die weitere Schicht 226 die gleichen Materialien wie, oder andere Materialien als, diejenigen aufweisen, die für die Metallschicht, die leitfähige Schicht und die dielektrische Schicht verwendet werden. Die Verwendung von Metall für die weitere Schicht 226 verbessert die Zuverlässigkeit der hermetischen Abdichtung und trägt zu einer stabilen und besseren hermetischen Abdichtung bei. Das ist darauf zurückzuführen, dass metallisches Material ein besseres Permeabilitätsverhalten (kleiner als etwa 10-14 g/cmTorr) als andere organische oder anorganische Materialien hat. Zum Beispiel liegt die Permeabilität von organischen Polymeren in dem Bereich von etwa 10-8 bis 10-12 g/cmTorr.
  • Kommen wir zu 2 zurück, wo der zweite Hohlraum C2 die Lüftungsöffnung 114 aufweist. Die Lüftungsöffnung 114 verläuft vertikal durch das Verkappungssubstrat 106, damit der zweite Hohlraum C2 während der Bearbeitung Gas mit der Umgebung austauschen kann. Durch die Lüftungsöffnung 114 kann in dem zweiten Hohlraum C2 ein zweiter Gasdruck P2 aufrechterhalten werden und in Bezug zu einem ersten Gasdruck P1 in dem ersten Hohlraum C1 unabhängig eingestellt werden. Wenn der Gasaustausch beendet ist, wird die Kappe 118 in der Lüftungsöffnung 114 so angeordnet, dass sie den zweiten Hohlraum C2 hermetisch abdichtet.
  • Seitenwände der Lüftungsöffnung 114 können entweder senkrecht oder geneigt sein. Bei einigen Ausführungsformen ist die Lüftungsöffnung 114 so konfiguriert, dass sie an einer Unterseite des Verkappungssubstrats und entlang Seitenwänden der Öffnung offen ist und an einer Oberseite des Verkappungssubstrats von der Kappe 118 abgedichtet wird. Bei einigen Ausführungsformen hat die Lüftungsöffnung 114 eine Breite in dem Bereich von etwa 0,3 µm bis etwa 3 µm. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die Fluidkopplung zwischen der Lüftungsöffnung 114 und dem zweiten Hohlraum C2 durch einen seitlichen Kanal, der zwischen einer Unterseite des Verkappungssubstrats 106 und einer Oberseite des Bauelementsubstrats 102 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen dient eine Oberseite des MEMS-Substrats 130 als eine Oberseite des Bauelementsubstrats 102.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird der erste Hohlraum C1 durch Bondpads 208 (die als Bondringe konfiguriert sein können) hermetisch abgedichtet und mit einem ersten Gas mit einem ersten Gasdruck P1 gefüllt, was in situ bei dem Bondprozess erfolgt. Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Gasdruck P1 Luftdruck. Bei einigen Ausführungsformen wird der zweite Hohlraum C2 mit dem gleichen Bondprozess hermetisch abgedichtet. In nachfolgenden Bearbeitungsschritten wird die Lüftungsöffnung 114 geöffnet, sodass das erste Gas mit dem Gasdruck P1 gegen ein zweites Gas mit einem zweiten Gasdruck P2, der sich von dem ersten Gasdruck P1 unterscheidet, ausgetauscht wird. Durch Installieren der Kappe 118 wird dann der zweite Hohlraum C2, der den zweiten Gasdruck P2 hat, hermetisch abgedichtet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Kappe 118 so konfiguriert, dass sie sich über die Lüftungsöffnung erstreckt und diese an einer Oberseite des Verkappungssubstrats abdichtet. Bei einigen Ausführungsformen ist der zweite Gasdruck P2 im Gegensatz zum Luftdruck ein Vakuum.
  • Durch unabhängiges Steuern der Drücke in dem ersten und dem zweiten Hohlraum C1 und C2 kann die Leistung des MEMS-Packages 200 verbessert werden. Zum Beispiel kann die Leistung eines Bewegungssensors, der ein erstes MEMS-Bauelement 104A mit einem Beschleunigungsmesser und ein zweites MEMS-Bauelement 104B mit einem Gyroskop hat, durch unabhängiges Steuern der mit den einzelnen Bauelementen verbundenen Drücke erhöht werden. Das Gyroskop wird für eine optimale Leistung häufig im Vakuum verkappt, während der Beschleunigungsmesser oft bei einem festgelegten Druck (z. B. 1 atm) verkappt wird, um einen gleichmäßigen Frequenzgang zu erzielen. Durch das Vermögen, den Gasdruck unabhängig voneinander in dem ersten und dem zweiten Hohlraum einzustellen, wird die Funktion des ersten MEMS-Bauelements 104A und des zweiten MEMS-Bauelements 104B (d. h. des Beschleunigungsmessers und des Gyroskops) optimiert.
  • Bleiben wir bei 2, wo das beschriebene MEMS-Package mit der Dichtungsstruktur und der Siliziumsäule in der WLSCP-Technologie (WLSCP: Wafer Level Chip Scale Package) (bei der z. B. ein integrierter Chip auf Waferebene statt nach der Vereinzelung verkappt wird) verwendet werden kann, um die Herstellungskosten zu senken und eine kleinere Substratgröße zu erzielen. Das Bauelementsubstrat weist eine Verbindungsschicht auf, um eine elektrische Trassierung (z. B. eine seitliche Trassierung) zu E/A-Verbindungspunkten von Halbleiter-Bauelementen in dem Halbleitersubstrat 202 zu ermöglichen. Durch Bereitstellen eines leitenden Pfads von dem MEMS-Substrat zu der Oberseite des Verkappungssubstrats 106 ermöglicht die Siliziumsäule die Herstellung des MEMS-Packages 200 mit der WLCSP-Technologie. Das ist darauf zurückzuführen, dass die niederohmige Siliziumsäule eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Substrat und externen Schaltungen ohne zusätzliche Packaging-Schritte ermöglicht. Zum Beispiel ermöglicht die Siliziumsäule das Herstellen einer externen Verbindung (z. B. einer Drahtbondung oder Flip-Chip-Lotkugel) auf der Oberseite des Verkappungssubstrats 106 (z. B. auf der Siliziumsäule 210) vor der Vereinzelung des Bauelementsubstrats 102. Auf die Siliziumsäule kann eine Lotkugel (nicht dargestellt) platziert werden, um einen Verbindungspunkt zwischen der Siliziumsäule und einer externen Schaltung (z. B. einer Leiterplatte auf System-Ebene) herzustellen, an die das Verkappungssubstrat 106 nach der Chipzertrennung montiert werden kann.
  • Somit löst die vorliegende Erfindung ein fundamentales Problem, das mit der effizienten Herstellung von MEMS-Bauelementen mit kleineren Anschlussflächen verbunden ist, durch Nutzung der WLCSP-Technologie. Insbesondere ermöglicht die Lösung das Integrieren von MEMS-Bauelementen mit mehreren Hohlräumen auf Waferebene, wobei eine unabhängige Druckeinstellung in unterschiedlichen MEMS-Hohlräumen erfolgt, sodass die Einzelleistung jedes MEMS-Bauelements optimiert wird.
  • In den 4 bis 21 ist eine Reihe von Schnittansichten 400 bis 1200 einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen des hier beschriebenen MEMS-Bauelements gezeigt, das durch Wafer-Wafer-Bondung hergestellt wird. Die 4 bis 21 werden zwar für ein Herstellungsverfahren beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass die in diesen Figuren offenbarten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern eigenständig als Strukturen unabhängig von dem Verfahren verwendet werden können. In ähnlicher Weise wird das Verfahren zwar unter Bezugnahme auf die 4 bis 21 beschrieben, aber es dürfte wohlverstanden sein, dass das Verfahren nicht auf die in diesen Figuren offenbarten Strukturen beschränkt ist, sondern eigenständig und unabhängig von den in diesen Figuren offenbarten Strukturen verwendet werden kann.
  • 4 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 400, die die Herstellung einer Hartmaske 404 zeigt, die auf der Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106 angeordnet ist. Ein dielektrisches Material (z. B. Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumcarbid oder eine Kombination davon) wird auf der Oberseite 106S des Substrats abgeschieden und dann unter Verwendung einer Maske 402 selektiv strukturiert, um die gezeigte Hartmaske 404 herzustellen. Das Strukturieren des dielektrischen Materials zum Herstellen der Hartmaske 404 umfasst fotolithografische und Ätzprozesse. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Abscheidung des dielektrischen Materials chemische Aufdampfung (CVD), Sputtern oder ein anderes geeignetes Abscheidungsverfahren.
  • 5 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 500, die das Erzeugen von Trenngräben 502 und des Lüftungsgrabens 120 in dem Verkappungssubstrat 106 zeigt. Die Trenngräben 502 und der Lüftungsgraben 120 werden durch Fotolithografie und Ätzen der Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106 erzeugt. Die Trenngräben 502 sind durch eine zwischen den Gräben befindliche Siliziumsäule 210 seitlich voneinander beabstandet. Bei einigen Ausführungsformen wird zunächst eine Fotoresist(PR)-Maske 504 über der Oberseite 106S hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen wird ein vertikaler Ätzprozess durchgeführt, um die Trenngräben 502 gleichzeitig zu erzeugen und außerdem den Lüftungsgraben 120 zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Breite w1 des Lüftungsgrabens 120 größer als eine Breite w2 der Trenngräben 502, um zusätzlichen Raum für die Herstellung der Dichtungsstruktur 112 in dem Lüftungsgraben 120 (siehe z. B. 17) bereitzustellen und dabei eine adäquate Öffnung für die Lüftungsöffnung 114 zu lassen. Bei einigen Ausführungsformen können in einem ersten Ätzprozess die Trenngräben 502 erzeugt werden, während in einem gesonderten zweiten Ätzprozess der Lüftungsgraben 120 erzeugt werden kann, um eine Verunreinigung des Lüftungsgrabens 120 während der Erzeugung der Trenngräben 502 zu vermeiden. Bei einigen Ausführungsformen werden die Tiefen der Trenngräben 502 und des Lüftungsgrabens 120 mit einem zeitgesteuerten Ätzprozess gesteuert, wobei der Prozess nach einem festgelegten Zeitraum endet, der signalisiert, dass die Solltiefe der Gräben erreicht worden ist. Nach der Erzeugung der Gräben wird die PR-Maske 504 abgelöst.
  • 6 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 600, die die Herstellung einer Oxidschicht 602 auf der Oberseite 106S und der Unterseite 106L des Verkappungssubstrats 106 und entlang Innenwänden der Trenngräben 502 und des Lüftungsgrabens 120 zeigt. Bei einigen Ausführungsformen wird die Oxidschicht 602 durch thermische Oxidation des Verkappungssubstrats in einer Ofen-Umgebung hergestellt. Die Oxidschicht entsteht nicht auf Bereichen des Verkappungssubstrats, die von der Hartmaske 404 bedeckt werden.
  • 7 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 700, die das Entfernen der Hartmaske 404 von der Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106 zeigt. In 7 wird durch das Entfernen der Hartmaske 404 die darunter befindliche, nicht-oxidierte Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106 freigelegt. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Entfernung der abgeschiedenen SiN-Bereiche durch eine reaktive Ionenätzung (RIE) oder eine selektive Ätzung erreicht.
  • 8 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 800, die die Herstellung einer Polysiliziumschicht 802 über der Oberseite 106S und der Unterseite 106L des Verkappungssubstrats 106 zeigt. Durch die Herstellung der Polysiliziumschicht 802 werden die Trenngräben 502 gefüllt und die Seitenwände des Lüftungsgrabens 120 bedeckt, aber der Lüftungsgraben 120 wird nicht verschlossen. Die Polysiliziumschicht 802 wird auch direkt über der Unterseite 210L der Siliziumsäule 210 hergestellt. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung zwischen der Polysiliziumschicht 802 und der Siliziumsäule 210 an ihrer Unterseite 210L hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Abscheidung von Polysilizium unter zeitlich abgestimmten Bedingungen erfolgen, sodass die Abscheidungsdicke adäquat zunimmt, um die Trenngräben 502 zu füllen, aber nicht so stark zunimmt, dass der breitere Lüftungsgraben 120 gefüllt wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird das Polysilizium durch CVD, z. B. chemische Aufdampfung bei Tiefdruck (LPCVD) oder plasmaunterstützte chemische Aufdampfung (PECVD), oder physikalische Aufdampfung (PVD) oder mit einem anderen geeigneten Verfahren abgeschieden. Bei der Abscheidung von Polysilizium auf der Unterseite 210L der Siliziumsäule 210 wird das Polysilizium mit der Siliziumsäule 210 elektrisch verbunden, wenn keine Oxidschicht dazwischen vorhanden ist.
  • 9 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 900, die die Herstellung einer Metallschicht 902 über der Polysiliziumschicht 802 zeigt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Metallschicht 902 durch Sputtern oder mit einem anderen geeigneten Verfahren abgeschieden werden, sodass die gewünschte Dickensteuerung des abgeschiedenen Metalls erreicht wird. Die Metallschicht 902 wird auf der Polysiliziumschicht 802 über den gefüllten Gräben so abgeschieden, dass sie eine Öffnung entlang den Seitenwänden des Lüftungsgrabens 120 bedeckt, aber nicht verschließt. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die Metallabscheidung mit einem Zweischritt-Prozess, wobei der erste Schritt ein zeitgesteuerter Prozess ist, der die Dicke des abgeschiedenen Metalls so begrenzt, dass eine Öffnung in dem Lüftungsgraben 120 zurückbleibt, sodass die Lüftungsöffnung 114 definiert wird. In dem zweiten Metallabscheidungsschritt wird eine Metallschicht mit einer höheren Geschwindigkeit abgeschieden, sodass das abgeschiedene Metall einen Metallüberhang 904 über dem oberen Ende der Lüftungsöffnung 114 bildet und eine Abdichtung der Lüftungsöffnung 114 bewirkt. Die höhere Abscheidungsgeschwindigkeit und die Umgebungsbedingungen für den zweiten Metallabscheidungsschritt führen dazu, dass sich das Metall über die Öffnung an dem oberen Ende der Lüftungsöffnung 114 erstreckt, statt die Lüftungsöffnung 114 durch Abscheidung auf den Seitenwänden der Lüftungsöffnung 114 zu füllen. Bei einigen Ausführungsformen wird das gleiche Metall für den ersten und den zweiten Abscheidungsschritt verwendet, wobei die Bedingungen des Abscheidungsprozesses so geändert werden, dass höhere oder niedrigere Metall-Dickenwachstumsraten erzielt werden.
  • 10 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1000, die die Strukturierung und Ätzung der Metallschicht 902 und der Polysiliziumschicht 802 zeigt. Die Metallschicht 902 und die Polysiliziumschicht 802 werden unter Verwendung einer Maske 1004 strukturiert und mit fotolithografischen und Ätzprozessen geätzt, sodass ein Polysilizium-Abstand („stand-off“) 1002 entsteht. Der Polysilizium-Abstand 1002 verläuft über der Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106. Der Polysilizium-Abstand 1002 entsteht über der Siliziumsäule 210 und stellt einen elektrischen Leitungsweg zu der Siliziumsäule 210 bereit. Die Metallschicht 902 wird in ähnlicher Weise strukturiert, sodass über dem Polysilizium-Abstand 1002 ein Bondpad 208 angeordnet wird, das so konfiguriert ist, dass es einen Teil einer eutektischen Verbindung zwischen dem Verkappungssubstrat 106 und einem später gebondeten Bauelementsubstrat 102 bildet. Wie außerdem in 10 gezeigt ist, erfolgt bei dem Ätzprozess, in dem Teile der Metallschicht 902 und der Polysiliziumschicht 802 selektiv entfernt werden, außerdem eine Ätzung in das Verkappungssubstrat 106 an Stellen 1006, die nicht durch die Fotoresistmaske oder die zuvor hergestellte Oxidschicht 602 geschützt sind, und der erste und der zweite vertiefte Bereich 108 und 110 beginnen zu entstehen.
  • 11 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1100, die die Herstellung des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 zeigt. Der erste und der zweite vertiefte Bereich 108 und 110 werden unter Verwendung einer Maske 1102 mit der für sie angestrebten vollen Tiefe in dem Verkappungssubstrat 106 geätzt. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Trocken- oder Nassätzprozess zum Erreichen der Solltiefen des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Ätzung des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 in einem einzigen, zeitlich begrenzten Prozessschritt realisiert wird, um die ungefähr gleichgroßen Solltiefen der vertieften Bereiche zu erzielen, und dieser Prozess kann gleichzeitig mit dem selektiven Wegätzen der Metallschicht 902 und der Polysiliziumschicht 802 erfolgen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Ätzung in getrennten Schritten nach dem Wegätzen der Metallschicht 902 und der Polysiliziumschicht 802 erfolgen. In dem ersten Einzelschritt kann ein zeitlich begrenzter Ätzprozess verwendet werden, um ungefähr gleichgroße Tiefen des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 zu erzielen. In einem optionalen zweiten Einzelschritt kann ein einzelner vertiefter Bereich maskiert werden, und eine zusätzliche Ätzung kann durchgeführt werden, um eine größere Tiefe des anderen vertieften Bereichs zu erzielen, sodass unterschiedliche Tiefen des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 entstehen, wie gezeigt ist. Dieser Mehrschritt-Prozess kann einzigartig für MEMS-Bauelemente mit mehreren Hohlräumen geeignet sein, die durch Dimensionieren ihres spezifischen Hohlraumvolumens individuell optimiert werden können.
  • 12 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1200 eines Verfahrens zum Öffnen der Lüftungsöffnung 114. In 12 wird zunächst eine Hartmaske 1202 über dem Verkappungssubstrat 106 hergestellt und so strukturiert, dass der Metallüberhang 904 und das Polysilizium-Material direkt über dem Lüftungsgraben 120 und über der Oberseite 602s der Oxidschicht 602 freigelegt werden. In einer Reihe von im Wesentlichen selektiven Ätzschritten werden der Metallüberhang 904 und das Polysilizium-Material schrittweise entfernt, bis ihre Oberseiten 1204s ungefähr auf gleicher Höhe mit, oder genau unter, der Oberseite 602s der umschließenden Oxidschicht 602 sind. Nachdem das Bauelementsubstrat 102 in einem späteren Schritt gebondet worden ist, wird ein Fluidkanal für den zweiten vertieften Bereich 110 über einen Versatz 1206 in der Höhe zwischen der Oberseite des Polysilizium-Abstands 1002 und der Oberseite 602s der Oxidschicht 602 geöffnet. Die Hartmaske wird in einem späteren, im Wesentlichen selektiven Trockenätzprozess entfernt.
  • 13 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1300, die die Bondung des Verkappungssubstrats 106 an das Bauelementsubstrat 102 zeigt. In 13 wird das Verkappungssubstrat 106 um eine horizontale Achse gewendet und um eine vertikale Achse gedreht, um es zu dem Bauelementsubstrat 102 auszurichten. Das Bauelementsubstrat 102 kann Folgendes aufweisen: ein MEMS-Substrat 206; eine Verbindungsschicht 204 mit Metallisierungsebenen und Durchkontaktierungen, die in einem IMD-Material angeordnet sind; und ein Halbleitersubstrat 202 mit aktiven Elementen (z. B. einem Transistor). Bei einigen Ausführungsformen weist das MEMS-Substrat 206 ein erstes MEMS-Bauelement 104A und ein zweites MEMS-Bauelement 104B auf, die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen ist das MEMS-Substrat 206 mit dem ersten MEMS-Bauelement 104A und dem zweiten MEMS-Bauelement 104B elektrisch verbunden, die wiederum mit der Verbindungsschicht 204 elektrisch verbunden sind. Die Verbindungsschicht 204 ist mit aktiven Elementen 1308 in dem Halbleitersubstrat 202 elektrisch verbunden. Auf diese Weise sind das erste MEMS-Bauelement 104A und das zweite MEMS-Bauelement 104B mit aktiven Elementen des Halbleitersubstrats 20 elektrisch verbunden.
  • Bleiben wir bei 13. Das Verkappungssubstrat 106 wird zu dem Bauelementsubstrat 102 ausgerichtet und unter Verwendung der Bondpads 208, die ein Metall aufweisen, an das Bauelementsubstrat 102 gebondet. Der erste und der zweite vertiefte Bereich 108 und 110 werden zu dem Bauelementsubstrat 102 ausgerichtet, sodass durch die Bondung ein erster abgedichteter Hohlraum C1, der mit dem ersten MEMS-Bauelement 104A und dem ersten vertieften Bereich 108 assoziiert ist, und ein zweiter abgedichteter Hohlraum C2 definiert werden, der mit dem zweiten MEMS-Bauelement 104B und dem zweiten vertieften Bereich 110 assoziiert ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen weisen die Bondpads 208 ein Metall auf, und die Verbindung zwischen dem Verkappungssubstrat 106 und dem Bauelementsubstrat 102 kann eine eutektische Verbindung sein. Bei einigen Ausführungsformen bewirkt die Verbindung eine elektrische Verbindung von der Siliziumsäule 210 zu den MEMS-Bauelementen und somit zu den aktiven Elementen des Halbleitersubstrats 202.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die eutektische Verbindung eine Halbleiter-Metall-Verbindung zwischen einem Halbleitermaterial und einem metallischen Material. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Halbleitermaterial mindestens ein Element oder Verbindung aus der Gruppe Ge, Si oder SiGe oder ein anderes Halbleitermaterial. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das metallische Material mindestens ein Element aus der Gruppe Al, Cu, Ti, Ta, Au, Ni oder Sn oder ein anderes Metall. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die eutektische Verbindung eine Metall-Metall-Verbindung zwischen zwei metallischen Materialien, die jeweils mindestens ein Element aus der Gruppe Al, Cu, Ti, Ta, Au, Ni oder Sn oder ein anderes Metall umfassen. Bei einigen Ausführungsformen wird die Verbindung durch Gegeneinanderdrücken der miteinander zu verbindenden Materialien in einem Glühprozess hergestellt, sodass eine eutektische Phase der Materialien entsteht. Zum Beispiel entsteht eine eutektische Verbindung zwischen Ge und Al bei einer Glühtemperatur von 400 °C bis 450 °C.
  • Bleiben wir bei 13. Durch das Verbinden entstehen eine erste hermetische Dichtung 1302 und eine zweite hermetische Dichtung 1304 für den ersten Hohlraum C1, und das erste Gas wird bei einem ersten Druck P1 des Bondofens in dem ersten Hohlraum C1 eingefangen. Bei einigen Ausführungsformen kann der erste Druck P1 Luftdruck sein. Die zweite hermetische Dichtung 1304 dient auch als eine Dichtungsgrenze für den zweiten Hohlraum C2 und definiert zusammen mit einer dritten Dichtung 1306 den zweiten Hohlraum C2. Bei dem Verbinden wird in ähnlicher Weise das gleiche Gas bei dem Druck P1 in dem zweiten Hohlraum C2 eingefangen.
  • Beispiele für die Herstellung von hermetischen Dichtungen sind thermisches Druckverbinden, Schmelzverbinden und eutektisches Verbinden mit einem oder mehreren Bondmaterialien. In einem späteren Bearbeitungsschritt kann die Lüftungsöffnung 114, die mit dem zweiten Hohlraum C2 fluidgekoppelt ist, geöffnet werden, um das erste Gas in dem zweiten Hohlraum C2 gegen ein zweites Gas auszutauschen und/oder den ersten Druck P1 gegen einen zweiten Druck P2 auszutauschen. Auf diese Weise können das Gas und der Druck in den Hohlräumen für jedes MEMS-Bauelement unabhängig voneinander eingestellt und optimiert werden.
  • Die dritte hermetische Dichtung 1306 wird an der Bondgrenzfläche unter der Siliziumsäule 210 realisiert. Diese dritte Dichtung 1306 dient dem weiteren Zweck, die Siliziumsäule 210 über den Polysilizium-Abstand 1002 mit dem MEMS-Substrat 206 elektrisch zu verbinden und somit die Siliziumsäule 210 mit den aktiven Elementen 1308 des Halbleitersubstrats 202 elektrisch zu verbinden. Auf diese Weise stellt die Siliziumsäule 210 einen elektrischen Leitungsweg von den Halbleiter-Bauelementen über die MEMS-Bauelemente und über eine Dichtungsgrenze des zweiten Hohlraums C2 zu der Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106 bereit.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist die Siliziumsäule 210 ein Halbleitermaterial, das so dotiert ist, das es in Bezug zu dem Verkappungssubstrat 106 leitfähig ist, das ebenfalls ein Halbleitermaterial aufweisen kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen weisen das Verkappungssubstrat 106, die Siliziumsäule 210 und das Bauelementsubstrat 102 einen elementaren Halbleiter, einen Verbindungshalbleiter oder einen Legierungshalbleiter auf. Beispiele für elementare Halbleiter sind unter anderem Silizium und/oder Germanium. Beispiele für Verbindungshalbleiter sind unter anderem Siliziumcarbid, Galliumarsen, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid, und Beispiele für Legierungshalbleiter sind unter anderem SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP und/oder GaInAsP.
  • 14 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1400, die das Dünnen des Verkappungssubstrats 106 nach dem Bonden an das Bauelementsubstrat 102 zeigt. Das Verkappungssubstrat 106 wird gedünnt, um eine Teildicke von der nichtgebondeten Fläche des Verkappungssubstrats 106 zu entfernen. Das Dünnen des Verkappungssubstrats 106 dient zum Entfernen von ausgewählten Teilen der Metallschicht 902 und der Polysiliziumschicht 802, die sich auf der früheren Unterseite des Verkappungssubstrats, die nach dem Wenden nun die nicht-gebondete Fläche ist, angesammelt haben. Bei einigen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Dicke über das Entfernen der Polysiliziumschicht 802 hinaus entfernt werden, aber nicht in einem solchen Umfang, dass die Öffnung der Lüftungsöffnung 114 beeinträchtigt wird und dadurch Verunreinigungen in die Lüftungsöffnung 114 oder den zweiten Hohlraum C2 gelangen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Dünnen des Verkappungssubstrats 106 zum Beispiel mit einer chemisch-mechanischen Polierung (CMP) erfolgen.
  • 15 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1500, die einen Schritt des weiteren Dünnens des Verkappungssubstrats 106 um eine Dicke 1502 zeigt, um das Öffnen der Lüftungsöffnung 114 zu bewirken. Dieser Dünnungsprozess kann mit einer trockenen Rückätzung erfolgen, zum Beispiel unter Verwendung eines Plasmas von reaktiven Gasen, wie etwa Fluorkohlenwasserstoffen, Sauerstoff, Chlor und Bortrichlorid, gelegentlich mit Beimengung von Stickstoff, Argon, Helium und anderen Gasen. Die Trockenätzung hat den Vorteil, dass sie die Entstehung von Verunreinigungen abschwächt, die bei Verwendung eines Nassätzprozesses vorkommen können und die Lüftungsöffnung 114 einengen können oder den Hohlraum C2 und das zweite MEMS-Bauelement 104B verunreinigen können.
  • Beim Öffnen der Lüftungsöffnung 114 wird das erste Gas mit dem ersten Druck P1, das sich in dem zweiten Hohlraum C2 befindet, gegen das zweite Gas mit dem zweiten Druck P2 der Außenumgebung ausgetauscht. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt der Austausch der Gase in situ. Zum Beispiel wird der Gasdruck in der Bearbeitungskammer in allen Bearbeitungsschritten, die in den 4 bis 14 gezeigt sind, auf dem ersten Gasdruck P1 gehalten. Nach dem Öffnen der Lüftungsöffnung 114, das in 15 gezeigt ist, wird der Gasdruck P1 in der Bearbeitungskammer auf die Außenumgebung mit dem zweiten Gasdruck P2 des in 15 gezeigten Prozessschritts eingestellt. Durch die Lüftungsöffnung 114 erfolgt eine Gasdiffusion durch die Lüftungsöffnung 114 zwischen der Außenumgebung des Prozessschritts von 15 und dem zweiten Hohlraum C2. Wenn die Gasdiffusion einen stationären Betriebszustand erreicht hat, ist der Gasdruck in dem zweiten Hohlraum C2 gleich dem zweiten Gasdruck P2, der sich von dem ersten Gasdruck P1 unterscheidet. Bei einigen Ausführungsformen ist der zweite Gasdruck P2 gegenüber dem Luftdruck ein Vakuum.
  • 16 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1600, die einen Schritt des Abdichtens der Lüftungsöffnung 114 mit einer Kappe 118 zeigt, wodurch der zweite Hohlraum C2 mit dem zweiten Gasdruck P2 hermetisch abgedichtet wird. Über einer Oberseite 106ss des Verkappungssubstrats 106 wird eine konforme Schicht aus einem Verkappungsmaterial 1602 abgeschieden. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das Verkappungsmaterial 1602 SiN, SiON, ein Oxid, Fotoresist (PR), Polyimid, amorphen Kohlenstoff (a-C), Polysilizium, amorphes Silizium (a-Si), ein Metallepoxid (z. B. AlCu-Epoxid oder dergleichen) oder ein anderes geeignetes Material auf. Die Eignung des Verkappungsmaterials wird von verschiedenen Faktoren bestimmt, unter anderem dem Material, das für das Verkappungssubstrat 106 verwendet wird, und dem zweiten Gasdruck P2 in dem zweiten Hohlraum C2. Für einen ersten Gasdruck von weniger als etwa 3 Torr kann das Verkappungsmaterial 1602 ein Metall sein (das z. B. durch Sputtern abgeschieden wird). Für einen zweiten Gasdruck in dem Bereich von etwa 3 Torr bis etwa 100 Torr kann das Verkappungsmaterial 1602 ein Oxid, SiN, SiON oder a-C sein (die z. B. durch CVD abgeschieden werden). Für einen dritten Gasdruck in dem Bereich von etwa 100 Torr bis etwa 500 Torr kann das Verkappungsmaterial 1602 Polysilizium sein. Für einen vierten Gasdruck in dem Bereich von etwa 500 Torr bis etwa 1000 Torr kann das Verkappungsmaterial 1602 PR, Polyimid oder Epoxid sein (die z. B. mit einem UV-Härtungsverfahren hergestellt werden).
  • 17 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1700, die das Strukturieren des Verkappungsmaterials 1602 (das in 16 gezeigt ist) zu der Kappe 118 zeigt. Die Kappe 118 ist über einem Teil der Deckstruktur 116 angeordnet und reicht in die Lüftungsöffnung 114 hinein und erstreckt sich über deren Breite. Wie in den 3A und 3B gezeigt ist, kann sich bei einigen Ausführungsformen die Kappe 118 über die Breite der Metallschicht 220 erstrecken, oder sie kann sich über die Breite der leitfähigen Schicht 222 erstrecken, oder sie kann sich außerdem über die Breite der dielektrischen Schicht 224 oder darüber hinaus erstrecken. Die Kappe 118 bildet eine hermetische Dichtung mit der Deckstruktur 116, um den zweiten Hohlraum C2 mit dem zweiten Gasdruck P2 abzudichten, der von dem ersten Gasdruck P1 in dem ersten Hohlraum C1 sich unterscheidet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Lüftungsöffnung 114 so schmal, dass Adhäsionskräfte zwischen der Oberfläche der Kappe 118 und der Oberfläche der Deckstruktur 116 sowie die Oberflächenspannung des Materials, das die Kappe 118 bildet, verhindern, dass das Material durch die Lüftungsöffnung 114 „fällt“ und den zweiten Hohlraum C2 und das zweite MEMS-Bauelement 104B verunreinigt.
  • 18A zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1800A, die die Herstellung einer konformen oder Passivierungsschicht 1802 über der Kappe 118 zum Verbessern des Abdichtungsvermögens der Kappe 118 zeigt. Bei einigen Ausführungsformen ist die konforme oder Passivierungsschicht 1802 eine Metallschicht. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Isolierschicht 1804, zum Beispiel eine Oxidschicht, über der konformen oder Passivierungsschicht 1802 angeordnet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Leiter 1806 über und in elektrischem Kontakt mit der Siliziumsäule 210 hergestellt werden, und eine Lotkugel 1808 kann über dem Leiter 1806 hergestellt werden. Auf diese Weise ermöglicht die Lotkugel 1808 eine elektrische Verbindung von Punkten außerhalb des MEMS-Packages 200 über die Siliziumsäule 210 bis zu dem MEMS-Substrat 206 und zu den aktiven Elementen 1308 des Halbleitersubstrats 202.
  • Dadurch, dass die Siliziumsäule 210 einen leitenden Pfad von dem MEMS-Substrat 206 zu der Außenseite des MEMS-Packages 200 bereitstellt, kann das MEMS-Package 200 mit der WLCSP-Technologie ohne zusätzlich Packaging-Schritte hergestellt werden. Somit löst die vorliegende Erfindung ein fundamentales Problem, das mit der Herstellung von kostengünstigen MEMS-Bauelementen mit kleineren Anschlussflächen verbunden ist, durch Nutzung der WLCSP-Technologie. Insbesondere ermöglicht die Lösung das Integrieren von MEMS-Bauelementen mit mehreren Hohlräumen auf Waferebene, wobei eine unabhängige Druckeinstellung in unterschiedlichen MEMS-Hohlräumen erfolgt, sodass die Einzelleistung jedes MEMS-Bauelements optimiert wird.
  • 18B zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der eine zweite Siliziumsäule 210b durch das Verkappungssubstrat 106 hergestellt werden kann, die mit dem ersten Hohlraum C1 und dem ersten MEMS-Bauelement 104A assoziiert ist, während die Siliziumsäule 210 mit dem zweiten Hohlraum C2 und dem zweiten MEMS-Bauelement 104B assoziiert ist. Die zweite Siliziumsäule 210b kann in der gleichen Weise wie die Siliziumsäule 210 hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Siliziumsäule 210b die Abdichtung des ersten Hohlraums C1 beeinträchtigen und kann durch das MEMS-Substrat 206 mit zweiten aktiven Elementen 1308b elektrisch verbunden werden. Nach der Herstellung der zweiten Siliziumsäule 210b kann ein zweiter Leiter 1806b über und in elektrischem Kontakt mit der zweiten Siliziumsäule 210b hergestellt werden, und eine zweite Lotkugel 1808b kann über dem zweiten Leiter 1806b hergestellt werden. Auf diese Weise ermöglicht die zweite Lotkugel 1808b eine elektrische Verbindung von Punkten außerhalb des MEMS-Packages 200 über die zweite Siliziumsäule 210b bis zu den zweiten aktiven Elementen 1308b. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Siliziumsäule 210b gleichzeitig mit der Siliziumsäule 210 und nach den hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden, die in den 5 bis 18A dargestellt sind und für die zweite Siliziumsäule 210b nicht wiederholt werden. Ebenso kann die in 2 gezeigte Ausführungsform durch eine zweite Siliziumsäule 210b gekennzeichnet sein, die mit dem ersten MEMS-Bauelement 104A assoziiert, wie in 18B gezeigt ist.
  • 19 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 1900, die eine alternative Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zeigt, wobei mit der in 8 gezeigten Konfiguration begonnen wird. In 19 ist der erste Metallschicht-Abscheidungsprozess mit dem von 9 identisch. Es gibt jedoch keine nachfolgende Metallschicht-Abscheidung zum Abdichten des oberen Endes der Lüftungsöffnung 114. Der Metallschicht-Abscheidungsprozess ist bei diesem Schritt mit der ersten Abscheidung einer Metallschicht 1902 beendet, die die Lüftungsöffnung mit Metall bedeckt. Die Lüftungsöffnung 114 bleibt somit mit einer Öffnung 1904 an ihrem oberen Ende und ohne den Metallüberhang 904 zurück, der sich über das obere Ende der Lüftungsöffnung 114 erstreckt.
  • 20 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 2000, die das Strukturieren der Metallschicht 902 und der Polysiliziumschicht 802 zeigt. Diese Schichten werden unter Verwendung einer Maske 2004 strukturiert und so geätzt, dass ein Polysilizium-Abstand 2002 entsteht, der über der Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106 verläuft. Der Polysilizium-Abstand 2002 befindet sich über und in direktem Kontakt mit der Siliziumsäule 210 und dient als ein elektrischer Leitungsweg, der zu der Siliziumsäule 210 parallel ist.
  • Für das Ätzprotokoll kann ein Trockenätzprozess, zum Beispiel ein Plasmaätzprozess, verwendet werden, da die Lüftungsöffnung nicht von einem Metallüberhang bedeckt wird und für eine Verunreinigung durch einen Nassätzprozess anfällig sein kann. Die Metallschicht 902 und die Polysiliziumschicht 802 werden ähnlich strukturiert, sodass über dem Polysilizium-Abstand 2002 ein Bondpad 208 von der Metallschicht 902 zurückbleibt. Das Bondpad 208 ist so konfiguriert, dass es einen Teil einer eutektischen Verbindung zwischen dem Verkappungssubstrat 106 und einem später gebondeten Bauelementsubstrat 102 bildet. Wie außerdem in 20 gezeigt ist, erfolgt bei dem Ätzprozess, in dem Teile der Metall- und der Polysiliziumschicht selektiv entfernt werden, außerdem eine Ätzung in das Verkappungssubstrat 106 an Stellen 2006, die nicht durch die Maske 2004 oder die zuvor hergestellte Oxidschicht 602 geschützt sind, und der erste und der zweite vertiefte Bereich 108 und 110 beginnen zu entstehen.
  • 21 zeigt einige Ausführungsformen einer Schnittansicht 2100, die die Herstellung des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 bis zu ihrer vollen Tiefe in der Oberseite 106S des Verkappungssubstrats 106 zeigt. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Trockenätzprozess zum Erreichen der Solltiefen des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 verwendet werden, um eine Verunreinigung der Lüftungsöffnung 114 und des zweiten MEMS-Bauelements 104B zu vermeiden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Ätzung des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 in einem einzigen, zeitlich begrenzten Prozessschritt realisiert wird, um die ungefähr gleichgroßen Solltiefen der vertieften Bereiche zu erzielen. Bei einigen Ausführungsformen kann dieser Prozess gleichzeitig mit dem selektiven Wegätzen der Metallschicht 902 und der Polysiliziumschicht 802 erfolgen, wie in 20 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann die Ätzung in getrennten Schritten nach dem Wegätzen der Metallschicht 902 und der Polysiliziumschicht 802 erfolgen. In dem ersten Einzelschritt kann ein zeitlich begrenzter Ätzprozess verwendet werden, um ungefähr gleichgroße Tiefen des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 zu erzielen. In einem optionalen zweiten Einzelschritt kann ein einzelner vertiefter Bereich maskiert werden, und eine zusätzliche Ätzung kann durchgeführt werden, um eine größere Tiefe des anderen vertieften Bereichs zu erzielen, sodass unterschiedliche Tiefen des ersten und des zweiten vertieften Bereichs 108 und 110 entstehen, wie gezeigt ist. Dieser Mehrschritt-Prozess kann einzigartig für MEMS-Bauelemente mit mehreren Hohlräumen geeignet sein, die durch Dimensionieren ihres spezifischen Hohlraumvolumens und/oder Höhen individuell optimiert werden können. Entsprechend der Konfiguration, die in 21 gezeigt ist, kann die Bearbeitung in der vorstehend beschriebenen Weise mit den in den 13 bis 18 gezeigten Verfahren fortgesetzt werden.
  • In 22 wird ein Ablaufdiagramm 2200 einiger Ausführungsformen des Verfahrens der 4 bis 21 bereitgestellt.
  • Im Schritt 2202 wird ein Verkappungssubstrat mit einem Siliziumsubstrat und einem Lüftungsgraben hergestellt. Die 4 und 5 zeigen Schnittansichten, die einigen Ausführungsformen des Schritts 2202 entsprechen.
  • Im Schritt 2204 wird eine Dichtungsstruktur in dem Lüftungsgraben hergestellt. Die Dichtungsstruktur weist eine Deckstruktur auf, die die Wände des Lüftungsgrabens bedeckt. Die Deckstruktur ist an ihrer Innenseite offen, sodass eine Lüftungsöffnung definiert wird, die bis zu einer ersten Höhe verläuft, die von einer Unterseite des Verkappungssubstrats gemessen wird. Die 9 und 10 zeigen Schnittansichten, die einigen Ausführungsformen des Schritts 2204 entsprechen.
  • Im Schritt 2206 werden ein erster und ein zweiter vertiefter Bereich mit einem seitlichen Abstand von der Dichtungsstruktur hergestellt. Die oberste Ausdehnung der vertieften Bereiche reicht bis zu einer zweiten Höhe, die kleiner als die erste Höhe ist. Die 10 und 11 und die 20 und 21 zeigen Schnittansichten, die einigen Ausführungsformen des Schritts 2206 entsprechen.
  • Im Schritt 2208 wird ein Bauelementsubstrat mit einem ersten und einem zweiten MEMS-Bauelement (MEMS: mikroelektromechanisches System) bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen weist das Bauelementsubstrat ein MEMS-Substrat 206 mit einem ersten MEMS-Bauelement 104A und einem zweiten MEMS-Bauelement 104B auf, die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. 13 zeigt eine Schnittansicht, die einigen Ausführungsformen des Schritts 2208 entspricht.
  • Im Schritt 2210 wird das Verkappungssubstrat an das Bauelementsubstrat gebondet, sodass ein erster Hohlraum, der mit dem ersten MEMS-Bauelement und dem ersten vertieften Bereich assoziiert ist, hermetisch abgedichtet wird und ein zweiter Hohlraum definiert wird, der mit dem zweiten MEMS-Bauelement und dem zweiten vertieften Bereich assoziiert ist und mit der Lüftungsöffnung fluidgekoppelt ist. Die 13 und 14 zeigen Schnittansichten, die einigen Ausführungsformen des Schritts 2210 entsprechen.
  • Im Schritt 2212 wird der Gasdruck in dem zweiten Hohlraum mittels der Lüftungsöffnung auf einen zweiten Gasdruck eingestellt. Bei einigen Ausführungsformen wird der erste Gasdruck des zweiten Hohlraums gegen den zweiten Gasdruck der Außenumgebung ausgetauscht, wobei der zweite Gasdruck von dem ersten Gasdruck sich unterscheidet. 15 zeigt eine Schnittansicht, die einigen Ausführungsformen des Schritts 2212 entspricht.
  • Im Schritt 2214 wird die Lüftungsöffnung bei dem zweiten Gasdruck, der sich von dem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums unterscheidet, hermetisch abgedichtet. Bei einigen Ausführungsformen wird das Abdichten der Lüftungsöffnung durch Herstellen einer Kappe über der Lüftungsöffnung an einer Oberseite des Verkappungssubstrats realisiert. Die 16 und 17 zeigen Schnittansichten, die einigen Ausführungsformen des Schritts 2214 entsprechen.
  • Das Ablaufdiagramm 2200 von 22 wird hier 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.
  • In Anbetracht des Vorstehenden stellen einige Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung ein MEMS-Package (MEMS: mikroelektromechanisches System) bereit, das ein Bauelementsubstrat mit einem ersten MEMS-Bauelement und einem zweiten MEMS-Bauelement; und ein Verkappungssubstrat aufweist, das an das Bauelementsubstrat gebondet ist. Das Verkappungssubstrat weist einen ersten vertieften Bereich, der einen ersten Hohlraum umschließt, der mit dem ersten MEMS-Bauelement assoziiert ist; und einen zweiten vertieften Bereich auf, der einen zweiten Hohlraum umschließt, der mit dem zweiten MEMS-Bauelement assoziiert ist. Das Verkappungssubstrat weist weiterhin einen Lüftungsgraben, der seitlich von dem zweiten vertieften Bereich beabstandet ist und in dem zweiten Hohlraum angeordnet ist; und eine Dichtungsstruktur auf, die in dem Lüftungsgraben angeordnet ist. Die Dichtungsstruktur weist eine Deckstruktur, die eine Lüftungsöffnung definiert, die mit dem zweiten Hohlraum fluidgekoppelt ist; und ein Kappe auf, die in der Lüftungsöffnung angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie den zweiten Hohlraum mit einem zweiten Gasdruck abdichtet, der sich von einem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums unterscheidet.
  • Darüber hinaus stellen weitere Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Packages bereit. Das Verfahren umfasst das Herstellen eines Verkappungssubstrats mit einem Lüftungsgraben in dem Verkappungssubstrat. In dem Lüftungsgraben wird eine Dichtungsstruktur hergestellt. Die Dichtungsstruktur weist eine Deckstruktur auf, die eine Lüftungsöffnung definiert, die bis zu einer ersten Höhe verläuft, die von einer Unterseite des Verkappungssubstrats gemessen wird. Ein erster und ein zweiter vertiefter Bereich werden mit einem seitlichen Abstand von der Dichtungsstruktur hergestellt, wobei eine oberste Ausdehnung der vertieften Bereiche bis zu einer zweiten Höhe reicht, die niedriger als die erste Höhe ist. Es wird ein Bauelementsubstrat mit einem ersten und einem zweiten MEMS-Bauelement (MEMS: mikroelektromechanisches System) bereitgestellt. Das Verkappungssubstrat wird an das Bauelementsubstrat gebondet, sodass ein erster Hohlraum mit einem ersten Gasdruck, der mit dem ersten MEMS-Bauelement und dem ersten vertieften Bereich assoziiert ist, hermetisch abgedichtet wird und ein zweiter Hohlraum definiert wird, der mit dem zweiten MEMS-Bauelement und dem zweiten vertieften Bereich assoziiert ist. Der zweite Hohlraum ist mit der Lüftungsöffnung fluidgekoppelt. Der Gasdruck in dem zweiten Hohlraum wird mittels der Lüftungsöffnung eingestellt. Die Lüftungsöffnung wird bei einem zweiten Gasdruck, der sich von dem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums unterscheidet, hermetisch abgedichtet.
  • Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Packages bereit. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Bauelementsubstrats mit einem ersten und einem zweiten MEMS-Bauelement. Ein Verkappungssubstrat wird mit einem Lüftungsgraben hergestellt. In dem Lüftungsgraben wird eine Dichtungsstruktur hergestellt, wobei die Dichtungsstruktur eine Lüftungsöffnung definiert, die durch das Verkappungssubstrat verläuft. In dem Verkappungssubstrat werden eine erste und eine zweite Vertiefung hergestellt, wobei die Vertiefungen seitlich von dem Lüftungsgraben beabstandet sind und von einer Unterseite des Verkappungssubstrats bis zu einer ersten bzw. zweiten Höhe in dem Verkappungssubstrat verlaufen. Das Bauelementsubstrat wird an das Verkappungssubstrat gebondet, sodass ein erster Hohlraum, der mit dem ersten MEMS-Bauelement und der ersten Vertiefung assoziiert ist, hermetisch abgedichtet wird und ein zweiter Hohlraum definiert wird, der mit dem zweiten MEMS-Bauelement und der zweiten Vertiefung assoziiert ist. Der zweite Hohlraum ist mit der Lüftungsöffnung fluidgekoppelt. Der Gasdruck des zweiten Hohlraums wird auf einen zweiten Gasdruck eingestellt, und die Lüftungsöffnung wird bei dem zweiten Gasdruck, der sich von einem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums unterscheidet, hermetisch abgedichtet.
  • Vorstehend sind Merkmale verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Erfindung besser verstehen können. Fachleuten dürfte klar sein, dass sie die vorliegende Erfindung ohne Weiteres als eine Grundlage zum Gestalten oder Modifizieren anderer Verfahren und Strukturen zum Erreichen der gleichen Ziele und/oder zum Erzielen der gleichen Vorzüge wie bei den hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute dürften ebenfalls erkennen, dass solche äquivalenten Auslegungen nicht von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vornehmen können, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (20)

  1. MEMS-Package mit: einem Vorrichtungssubstrat, das eine erste MEMS-Vorrichtung und eine zweite MEMS-Vorrichtung aufweist: einem Verkappungssubstrat, das an das Vorrichtungssubstrat gebondet ist, wobei das Verkappungssubstrat einen ersten vertieften Bereich, der einen oberen Teil eines ersten Hohlraums definiert, der mit der ersten MEMS-Vorrichtung assoziiert ist, und einen zweiten vertieften Bereich aufweist, der einen oberen Teil eines zweiten Hohlraums definiert, der mit der zweiten MEMS-Vorrichtung assoziiert ist; einem Lüftungsgraben, der seitlich von dem zweiten vertieften Bereich beabstandet ist; und einer Dichtungsstruktur, die in dem Lüftungsgraben angeordnet und Folgendes aufweist: eine Deckstruktur, die eine Lüftungsöffnung definiert, die mit dem zweiten Hohlraum fluidgekoppelt ist, und eine Kappe, die in der Lüftungsöffnung angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie den zweiten Hohlraum mit einem zweiten Gasdruck abdichtet, der sich von einem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums unterscheidet.
  2. MEMS-Package nach Anspruch 1, wobei die Lüftungsöffnung von einer Höhe über einer obersten Ausdehnung der vertieften Bereiche bis zu einer Unterseite des Verkappungssubstrats verläuft und so konfiguriert ist, dass sie an einer Oberseite des Verkappungssubstrats von der Kappe abgedichtet wird.
  3. MEMS-Package nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verkappungssubstrat so konfiguriert ist, dass es in einem Wafer-Wafer-Bondprozess an das Vorrichtungssubstrat gebondet wird.
  4. MEMS-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorrichtungssubstrat ein MEMS-Substrat, eine Verbindungsstruktur, die mit dem MEMS-Substrat elektrisch verbunden ist, und ein Halbleitersubstrat mit Halbleiter-Vorrichtungen aufweist, wobei die Halbleiter-Vorrichtungen mit der Verbindungsstruktur elektrisch verbunden sind.
  5. MEMS-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verkappungssubstrat weiterhin eine Siliziumsäule aufweist, die mit der zweiten MEMS-Vorrichtung assoziiert ist, wobei die Siliziumsäule von dem Lüftungsgraben und der Dichtungsstruktur und von dem zweiten Hohlraum seitlich beabstandet ist.
  6. MEMS-Package nach Anspruch 5, wobei die Siliziumsäule durch einen Trenngraben, der eine Trennstruktur aufweist, von dem Verkappungssubstrat elektrisch getrennt ist.
  7. MEMS-Package nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Trennstruktur eine erste Oxidschicht in direktem Kontakt mit den Seitenwänden der Siliziumsäule, eine Polysiliziumschicht, die über der ersten Oxidschicht angeordnet ist und in direktem Kontakt mit einer Unterseite der Siliziumsäule ist, und eine zweite Oxidschicht in direktem Kontakt mit Seitenwänden der Polysiliziumschicht und des Trenngrabens aufweist.
  8. MEMS-Package nach Anspruch 7, wobei eine Bondschicht auf einer Unterseite der Polysiliziumschicht unter der Unterseite der Siliziumsäule angeordnet ist, wobei die Bondschicht so konfiguriert ist, dass sie die Siliziumsäule mit dem MEMS-Substrat elektrisch verbindet und eine Dichtungsgrenze des zweiten Hohlraums definiert.
  9. MEMS-Package nach Anspruch 8, wobei die Siliziumsäule einen elektrischen Leitungsweg von den Halbleitervorrichtungen über die Dichtungsgrenze des zweiten Hohlraums bis zu der Oberseite des Verkappungssubstrats bereitstellt.
  10. MEMS-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckstruktur eine Oxidschicht in direktem Kontakt mit Seitenwänden des Verkappungssubstrats, eine Polysiliziumschicht, die auf der Oxidschicht angeordnet ist, und eine Metallschicht aufweist, die so auf der Polysiliziumschicht angeordnet ist, dass eine Öffnung an Innenseiten der Metallschicht entsteht, die die Lüftungsöffnung definiert.
  11. MEMS-Package nach Anspruch 10, wobei die Metallschicht über ausgewählten Unterseiten des Verkappungssubstrats verläuft, sodass eine eutektische Verbindung und eine hermetische Abdichtung zwischen dem Verkappungssubstrat und dem Vorrichtungssubstrat bewirkt werden.
  12. Verfahren mit den folgenden Schritten: Herstellen eines Verkappungssubstrats mit einem Lüftungsgraben in dem Verkappungssubstrat; Herstellen einer Dichtungsstruktur in dem Lüftungsgraben, wobei die Dichtungsstruktur eine Deckstruktur aufweist, die eine Lüftungsöffnung definiert, die bis zu einer ersten Höhe verläuft, die von einer Unterseite des Verkappungssubstrats gemessen wird; Herstellen eines ersten und eines zweiten vertieften Bereichs mit einem seitlichen Abstand von der Dichtungsstruktur, wobei eine oberste Ausdehnung der vertieften Bereiche auf einer zweiten Höhe ist, die kleiner als die erste Höhe ist; Bereitstellen eines Vorrichtungssubstrats mit einer ersten und einer zweiten MEMS-Vorrichtung; Bonden des Verkappungssubstrats an das Vorrichtungssubstrat so, dass ein erster Hohlraum mit einem ersten Gasdruck, der mit der ersten MEMS-Vorrichtung und dem ersten vertieften Bereich assoziiert ist, hermetisch abgedichtet wird und ein zweiter Hohlraum definiert wird, der mit der zweiten MEMS-Vorrichtung und dem zweiten vertieften Bereich assoziiert ist und der mit der Lüftungsöffnung fluidgekoppelt ist; und Einstellen eines Gasdrucks in dem zweiten Hohlraum über die Lüftungsöffnung und hermetisches Abdichten der Lüftungsöffnung bei einem zweiten Gasdruck, der sich von dem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums unterscheidet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bonden des Verkappungssubstrats an das Vorrichtungssubstrat in einem Wafer-Wafer-Bondprozess erfolgt.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Einstellen des Gasdrucks in dem zweiten Hohlraum Folgendes umfasst: Dünnen des Verkappungssubstrats von einer Oberseite auf eine Höhe über der zweiten Höhe und Öffnen der Lüftungsöffnung; und Austauschen des ersten Gasdrucks des zweiten Hohlraums gegen einen zweiten Gasdruck einer Außenumgebung, wobei der zweite Gasdruck sich von dem ersten Gasdruck unterscheidet.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Herstellen der Deckstruktur Folgendes umfasst: Herstellen einer Oxidschicht auf Seitenwänden des Lüftungsgrabens; Herstellen einer Polysiliziumschicht über der Oxidschicht; und Herstellen einer Metallschicht über der Polysiliziumschicht so, dass an Innenflächen der Metallschicht eine Öffnung gelassen wird, die die Lüftungsöffnung definiert, die bis zu einer Oberseite des Lüftungsgrabens verläuft.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Herstellen der Metallschicht Folgendes umfasst: Herstellen eines ersten Metallbelags über der Polysiliziumschicht; und Herstellen eines zweiten Metallbelags über dem ersten Metallbelag so, dass ein Metallüberhang entsteht, der die Lüftungsöffnung an einer Stelle unter der Oberseite des Lüftungsgrabens hermetisch abdichtet.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das Herstellen des Verkappungssubstrats weiterhin das Herstellen einer Siliziumsäule mit einem seitlichen Abstand von den vertieften Bereichen und der Dichtungsstruktur mit den folgenden Schritten umfasst: Erzeugen von seitlich voneinander beabstandeten Trenngräben in dem Verkappungssubstrat, die durch einen Siliziumbereich getrennt sind und bis zu einer Höhe verlaufen, die im Wesentlichen gleich der Höhe des Lüftungsgrabens ist; und Herstellen einer Trennstruktur in den Trenngräben, wobei die Trennstruktur Folgendes aufweist: eine Oxidschicht, die selektiv Seitenwände der Trenngräben belegt, aber nicht eine Unterseite der Siliziumsäule belegt, und eine Polysiliziumschicht, die über der Oxidschicht angeordnet ist und in direktem Kontakt mit der Unterseite der Siliziumsäule ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei durch das Bonden des Verkappungssubstrats an das Vorrichtungssubstrat die Siliziumsäule mit dem Vorrichtungssubstrat elektrisch verbunden wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Oxidschicht gleichzeitig in der Dichtungsstruktur und der Trennstruktur hergestellt wird und die Polysiliziumschicht ebenfalls gleichzeitig in der Dichtungsstruktur und der Trennstruktur hergestellt wird.
  20. Verfahren mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Vorrichtungssubstrats mit einer ersten und einer zweiten MEMS-Vorrichtung; Herstellen eines Verkappungssubstrats mit einem Lüftungsgraben;: Herstellen einer Dichtungsstruktur in dem Lüftungsgraben, wobei die Dichtungsstruktur eine Lüftungsöffnung definiert, die durch das Verkappungssubstrat verläuft; Herstellen einer ersten und einer zweiten Vertiefung in dem Verkappungssubstrat, wobei die Vertiefungen seitlich von dem Lüftungsgraben beabstandet sind und von einer Unterseite des Verkappungssubstrats bis zu einer ersten bzw. einer zweiten Höhe in dem Verkappungssubstrat verlaufen; Bonden des Vorrichtungssubstrats an das Verkappungssubstrat so, dass ein erster Hohlraum, der mit der ersten MEMS-Vorrichtung und der ersten Vertiefung assoziiert ist, hermetisch abgedichtet wird und ein zweiter Hohlraum definiert wird, der mit der zweiten MEMS-Vorrichtung und der zweiten Vertiefung assoziiert ist und mit der Lüftungsöffnung fluidgekoppelt ist; Einstellen eines Gasdrucks des zweiten Hohlraums auf einen zweiten Gasdruck; und hermetisches Abdichten der Lüftungsöffnung bei dem zweiten Gasdruck, der sich von dem ersten Gasdruck des ersten Hohlraums unterscheidet.
DE102018124826.1A 2017-11-28 2018-10-09 Auf waferebene integriertes mems-bauelement, das mit einer siliziumsäule und einer intelligenten kappe ermöglicht wird Active DE102018124826B4 (de)

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US15/823,969 2017-11-28
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10556790B2 (en) * 2017-11-27 2020-02-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for forming multi-depth MEMS package
US10556792B2 (en) * 2017-11-28 2020-02-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wafer level integrated MEMS device enabled by silicon pillar and smart cap
FR3075772B1 (fr) * 2017-12-22 2020-11-20 Commissariat Energie Atomique Mise en œuvre d'une structure de decouplage pour l'assemblage d'un composant avec un boitier
US11174157B2 (en) * 2018-06-27 2021-11-16 Advanced Semiconductor Engineering Inc. Semiconductor device packages and methods of manufacturing the same
US11220423B2 (en) * 2018-11-01 2022-01-11 Invensense, Inc. Reduced MEMS cavity gap
DE102020113457A1 (de) 2019-08-27 2021-03-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Halbleitervorrichtung mit mikroelektromechanischen systemvorrichtungen mit verbesserter gleichförmigkeit des hohlraumdrucks
US11174151B2 (en) * 2019-11-19 2021-11-16 Invensense, Inc. Integrated MEMS cavity seal
US11939212B2 (en) 2019-12-23 2024-03-26 Industrial Technology Research Institute MEMS device, manufacturing method of the same, and integrated MEMS module using the same
CN111273517B (zh) * 2020-03-31 2023-05-02 西安微电子技术研究所 一种硅柱晶圆光刻方法
DE102020205170A1 (de) * 2020-04-23 2021-10-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur
CN113135550B (zh) * 2021-02-26 2021-12-21 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 一种光子传感芯片制备方法及光子传感芯片
CN113072032B (zh) * 2021-03-26 2023-06-23 华南农业大学 硅柱垂直互连的微机械晶圆级封装结构及其制备方法
US11807520B2 (en) * 2021-06-23 2023-11-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor structure and method for manufacturing thereof
CN116239076A (zh) * 2023-03-15 2023-06-09 深圳新声半导体有限公司 用于制造具有腔体的装置的方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6930367B2 (en) 2003-10-31 2005-08-16 Robert Bosch Gmbh Anti-stiction technique for thin film and wafer-bonded encapsulated microelectromechanical systems
JP5568786B2 (ja) * 2009-12-24 2014-08-13 新光電気工業株式会社 半導体パッケージの製造方法及び半導体パッケージ
JP5833752B2 (ja) 2011-06-29 2015-12-16 インベンセンス, インク.Invensense, Inc. 一部が縦型集積電子回路とともに環境に曝露された密閉封止型ｍｅｍｓデバイス
JP5983912B2 (ja) * 2012-02-09 2016-09-06 セイコーエプソン株式会社 電子デバイスおよびその製造方法、並びに電子機器
JP2013232626A (ja) * 2012-04-04 2013-11-14 Seiko Epson Corp 電子デバイス及びその製造方法、電子機器、並びに移動体
CN103832964A (zh) * 2012-11-20 2014-06-04 苏州敏芯微电子技术有限公司 微机电系统器件的制造方法
US9174838B2 (en) * 2012-12-10 2015-11-03 MCube Inc. Distributed MEMS devices time synchronization methods and system
US9327965B2 (en) * 2013-03-15 2016-05-03 Versana Micro Inc Transportation device having a monolithically integrated multi-sensor device on a semiconductor substrate and method therefor
US20150102437A1 (en) 2013-10-14 2015-04-16 Freescale Semiconductor, Inc. Mems sensor device with multi-stimulus sensing and method of fabrication
DE102013222517A1 (de) 2013-11-06 2015-05-07 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensoreinheit und Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Sensoreinheiten
CN104445046B (zh) * 2014-06-24 2016-05-18 华天科技（昆山）电子有限公司 新型晶圆级mems芯片封装结构及其封装方法
US9656857B2 (en) * 2014-11-07 2017-05-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Microelectromechanical systems (MEMS) devices at different pressures
US9567210B2 (en) * 2015-02-24 2017-02-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Multi-pressure MEMS package
US9567209B1 (en) * 2015-09-03 2017-02-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor structure and manufacturing method thereof
CN105293420A (zh) * 2015-10-30 2016-02-03 北京时代民芯科技有限公司 一种mems圆片级真空封装结构及其制作方法
US9567208B1 (en) * 2015-11-06 2017-02-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor device and method for fabricating the same
DE102016200497A1 (de) * 2016-01-15 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements
US10556792B2 (en) * 2017-11-28 2020-02-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wafer level integrated MEMS device enabled by silicon pillar and smart cap

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