DE102019120844A1

DE102019120844A1 - Verfahren zur Herstellung von abgedichteten Funktionselementen

Info

Publication number: DE102019120844A1
Application number: DE102019120844.0A
Authority: DE
Inventors: Ernst Halder; Michael Ulmer; Tobias Eckert; Kai Zoschke
Original assignee: Horst Siedle GmbH and Co KG
Current assignee: Horst Siedle GmbH and Co KG
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-02-04
Also published as: EP3844802A1; JP2022542628A; CN112840564A; US20220158619A1; WO2021018568A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von, insbesondere hermetisch, abgedichteten Funktionselementen aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines die Mehrzahl von Funktionselementen aufweisenden ersten Wafers, Bereitstellen eines zweiten Wafers, Aufbringen eines Dichtmaterials in Form von mehreren Rahmenstrukturen auf eine erste Oberfläche des zweiten Wafers, Aufsetzen des zweiten Wafers auf den ersten Wafer oder umgekehrt, Fügen des ersten Wafers mit dem zweiten Wafer.

Description

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von abgedichteten Funktionselementen.
Die Offenbarung betrifft ferner ein abgedichtetes Funktionselement.
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von, insbesondere hermetisch, abgedichteten Funktionselementen aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines die Mehrzahl von Funktionselementen aufweisenden ersten Wafers, Bereitstellen eines zweiten Wafers, Aufbringen eines Dichtmaterials in Form von mehreren Rahmenstrukturen auf eine erste Oberfläche des zweiten Wafers, Aufsetzen des zweiten Wafers auf den ersten Wafer oder umgekehrt, Fügen des ersten Wafers mit dem zweiten Wafer. Dadurch können auf Waferebene eine Vielzahl von abgedichteten Funktionselementen effizient gefertigt werden.
Bevorzugt wird unter „hermetisch abgedichtet“ vorliegend eine gasdichte Abdichtung der Funktionselemente verstanden, insbesondere gasdicht unter Normalbedingungen wie z.B. bei 23°C. Besonders bevorzugt ist die gasdichte Abdichtung unter Anwendungsbedingungen gegeben, d.h. in einem Temperaturbereich von - 40°C bis + 125°C. Dadurch ist bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen vorteilhaft sichergestellt, dass kein Austausch von Stoffen, insbesondere Partikeln bzw. Festkörpern, und Gas(en) zwischen einem Innenraum eines betreffenden Funktionselements und einer Umgebung des betreffenden Funktionselements möglich ist. Auf diese Weise kann insbesondere der Innenraum des bzw. der Funktionselemente frei von Störeinflüssen gehalten werden, die ansonsten ggf. eine Störung der Funktion der Funktionselemente herbeiführen könnte.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass manche, vorzugsweise alle, der Funktionselemente Oberflächenwellen, SAW,- Funktionselemente sind, wobei insbesondere die Funktionselemente auf einer ersten Oberfläche des ersten Wafers angeordnet sind.
Eine akustische Oberflächenwelle, kurz SAW (englisch für Surface Acoustic Wave) ist eine Körperschallwelle, die sich planar auf einer Oberfläche ausbreitet. SAW-Funktionselemente bzw. SAW-Sensoren nutzen die Abhängigkeit der Oberflächenwellengeschwindigkeit von der mechanischen Spannung (Verformung) und/oder Massenbeaufschlagung (z.B. Ablagerungen auf der Oberfläche) und/oder der Temperatur (Temperaturkoeffizient der Schallgeschwindigkeit). Insbesondere dort, wo aus bestimmten Gründen zu messende Stellen nur schwer zugänglich sind, kann sich die Anwendung von SAW-Sensoren eignen.
Eine besondere Herausforderung bei der Herstellung und Verwendung von SAW-Funktionselemente bzw. ein oder mehrere SAW-Funktionselemente aufweisenden SAW-Sensoren ist der Schutz der Oberfläche des bzw. der SAW-Funktionselemente vor Verunreinigungen.
Das Prinzip gemäß bevorzugten Ausführungsformen ermöglicht eine prozesssichere und insbesondere wirtschaftliche Herstellung von SAW-Funktionselementen und SAW-Sensoren, sowie einen effizienten Schutz insbesondere der Oberfläche des bzw. der SAW-Funktionselemente während des Herstellungsprozesses sowie der darauffolgenden Verwendung vor Verunreinigungen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass nach dem Aufsetzen mindestens eine Rahmenstruktur mindestens ein Funktionselement der Mehrzahl von Funktionselementen umgibt. Dadurch kann ein Innenraum definiert werden, der das wenigstens eine Funktionselement aufweist und gegenüber der Umgebung, vorzugsweise hermetisch, mittels der beiden Wafer und mittels der Rahmenstruktur abdichtbar ist. Mit anderen Worten können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen entsprechende Bereiche des ersten Wafers eine den Innenraum begrenzende Bodenwand bilden, entsprechende Bereiche des zweiten Wafers eine den Innenraum begrenzende Deckenwand, und die Rahmenstruktur kann wenigstens eine Seitenwand bilden, die, bevorzugt hermetisch, dicht mit der Bodenwand und der Deckenwand verbindbar ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass nach dem Aufsetzen mehrere Rahmenstrukturen jeweils wenigstens eine vorgebbare erste Anzahl von Funktionselementen umgeben. Dadurch können entsprechend ein oder mehrere Funktionselemente wenigstens seitlich durch die Rahmenstruktur(en) umgeben werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass nach dem Aufsetzen mehrere Rahmenstrukturen jeweils genau eine vorgebbare zweite Anzahl von Funktionselementen umgeben, wobei insbesondere die zweite Anzahl kleiner gleich vier ist, wobei insbesondere die zweite Anzahl genau eins ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann demnach vorgesehen sein, dass die ein oder mehreren Rahmenstrukturen in Abhängigkeit einer Anordnung der Funktionselemente auf dem ersten Wafer auf den zweiten Wafer aufgebracht werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mehr als 50 Prozent der mehreren Rahmenstrukturen jeweils genau die (jeweilige) zweite Anzahl von Funktionselementen umgeben, wobei insbesondere mehr als 90 Prozent der mehreren Rahmenstrukturen jeweils genau die zweite Anzahl von Funktionselementen umgeben.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens manche der Rahmenstrukturen, vorzugsweise alle der Rahmenstrukturen, eine Höhe zwischen 1,0 Mikrometer, µm, und 30 µm aufweisen, insbesondere zwischen 2,5 µm, und 20 µm, weiter insbesondere zwischen 5 µm, und 15 µm, vorzugsweise, insbesondere etwa, 10 µm. Dadurch weist der abzudichtende Innenraum eine ausreichende Höhe auf, um ggf. aus einer Oberflächenebene des ersten Wafers herausragende SAW-Funktionselemente bzw. einzelne SAW-Strukturen hiervon aufzunehmen, ohne dass diese z.B. nach dem Fügen den zweiten Wafer berühren.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen des Dichtmaterials in Form der mehreren Rahmenstrukturen aufweist: Aufbringen der mehreren Rahmenstrukturen in einer matrixförmigen Anordnung aufweisend mehrere Zeilen und mehrere Spalten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen des Dichtmaterials in Form der mehreren Rahmenstrukturen aufweist: Aufbringen der mehreren Rahmenstrukturen so, dass wenigstens ein erster Abstand benachbarter Rahmenstrukturen auf der ersten Oberfläche des zweiten Wafers, der insbesondere entlang einer ersten Koordinatenachse betrachtet wird, einem entsprechenden zweiten Abstand benachbarter Funktionselemente auf dem ersten Wafer entspricht, wobei insbesondere das Aufbringen des Dichtmaterials in Form der mehreren Rahmenstrukturen aufweist: Aufbringen der mehreren Rahmenstrukturen so, dass der erste Abstand benachbarter Rahmenstrukturen auf der ersten Oberfläche des zweiten Wafers, der insbesondere entlang der ersten Koordinatenachse betrachtet wird, dem entsprechenden zweiten Abstand benachbarter Funktionselemente auf dem ersten Wafer entspricht, und dass ein dritter Abstand benachbarter Rahmenstrukturen auf der ersten Oberfläche des zweiten Wafers, der insbesondere entlang einer zu der ersten Koordinatenachse senkrechten zweiten Koordinatenachse betrachtet wird, einem entsprechenden vierten Abstand benachbarter Funktionselemente auf dem ersten Wafer entspricht.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens manche der Rahmenstrukturen, vorzugsweise alle der Rahmenstrukturen, eine im Wesentlichen polygonale Grundform, insbesondere Rechteckform (bzw. auch abgerundete) Reckteckform oder Quadratform, aufweisen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen des Dichtmaterials mittels eines Siebdruckverfahrens erfolgt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Glaslot als Dichtmaterial verwendet wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Ausführen einer Wärmebehandlung des zweiten Wafers, auf dem das Dichtmaterial in Form der mehreren Rahmenstrukturen aufgebracht ist, wobei insbesondere die Wärmebehandlung ein vorgebbares Temperaturprofil aufweist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ausführen der Wärmebehandlung aufweist: Aufheizen des zweiten Wafers während einer ersten Zeit auf eine vorgebbare erste Temperatur, wobei insbesondere die erste Zeit zwischen 20 Minuten und 120 Minuten beträgt, vorzugsweise 60 Minuten, wobei insbesondere die erste Temperatur zwischen 420 und 690 Grad Celsius beträgt, vorzugsweise zwischen 520 und 600 Grad Celsius, weiter vorzugsweise, insbesondere etwa, 560 Grad Celsius.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ausführen der Wärmebehandlung aufweist: Halten einer vorgebbaren zweiten Temperatur für eine zweite Zeit, wobei insbesondere die vorgebbare zweite Temperatur zumindest in etwa der ersten Temperatur entspricht, wobei insbesondere die zweite Zeit zwischen 10 Minuten und 90 Minuten beträgt, weiter insbesondere zwischen etwa 20 Minuten und etwa 60 Minuten, weiter vorzugsweise, insbesondere etwa, 40 Minuten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ausführen der Wärmebehandlung aufweist: Abkühlen, insbesondere auf Raumtemperatur, während einer dritten Zeit, wobei insbesondere die dritte Zeit zwischen 6 Stunden bis 24 Stunden beträgt, weiter insbesondere zwischen 12 Stunden und 20 Stunden, weiter vorzugsweise, zwischen 15 Stunden und 18 Stunden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Entfernen von Material von der ersten Oberfläche des zweiten Wafers bis zu einer vorgebbaren ersten Tiefe, die kleiner als 80 Prozent einer Dicke des zweiten Wafers ist, insbesondere kleiner als 60 Prozent der Dicke des zweiten Wafers.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Entfernen nach dem Ausführen der Wärmebehandlung ausgeführt wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Entfernen von Material zwischen zueinander benachbarten Rahmenstrukturen erfolgt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Entfernen von Material das Ausführen von Sägeschnitten aufweist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Tiefe zwischen 20 µm und 150 µm beträgt, insbesondere zwischen 20 µm und 100 µm.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Fügen aufweist: Verpressen des ersten Wafers mit dem zweiten Wafer unter einem vorgebbaren Druck und/oder einer vorgebbaren Temperatur, wobei der vorgebbare Druck zwischen etwa 200 Pascal, Pa, und etwa 12000 Pa beträgt, insbesondere zwischen 500 Pa und 6000 Pa, wobei insbesondere die vorgebbare Temperatur zwischen 300 und 700 Grad Celsius.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verpressen für eine Zeit von 5 Sekunden bis 10 Stunden ausgeführt wird, insbesondere von 10 Sekunden bis 5 Stunden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Entfernen von Material von der zweiten Oberfläche des zweiten Wafers, insbesondere mittels Schleifen und/oder Fräsen, wobei insbesondere das Entfernen so ausgeführt wird, dass mehrere Bereiche des zweiten Wafers voneinander vereinzelt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Prüfen, insbesondere, vorzugsweise elektrisches, Charakterisieren, einzelner oder mehrerer Funktionselemente, insbesondere auf Waferebene.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Vereinzeln mehrerer der Funktionselemente, insbesondere mittels Sägen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Weiterverarbeiten wenigstens eines vereinzelten Funktionselements, insbesondere Einbauen des wenigstens einen vereinzelten Funktionselements in ein Zielsystem, z.B. Auflöten und/oder Kleben auf eine mechanische Welle.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste Wafer und/oder der zweite Wafer ein Quarz-Wafer ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste Wafer und/oder der zweite Wafer wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist: Lithiumniobat (LiNbO_s) und/oder Lithiumtantalat (LiTaO₃). Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf einen Waferaufbau aufweisend einen eine Mehrzahl von Funktionselementen aufweisenden ersten Wafer und einen zweiten Wafer, erhalten mittels des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein abgedichtetes Funktionselement erhalten mittels des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein abgedichtetes Funktionselement aufweisend ein erstes Substrat, auf dem das Funktionselement angeordnet ist, wenigstens ein zweites Substrat, und wenigstens eine das Funktionselement umgebende Rahmenstruktur, wobei das erste Substrat mittels der Rahmenstruktur mit dem zweiten Substrat verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, wobei zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat und der Rahmenstruktur ein, insbesondere hermetisch, abgedichteter Innenraum definiert ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung wenigstens eines abgedichteten Funktionselements gemäß den Ausführungsformen zur Ermittlung einer ein Drehmoment charakterisierenden Größe.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:

1 schematisch eine Draufsicht auf einen ersten Wafer gemäß bevorzugten Ausführungsformen,
2 schematisch eine Draufsicht auf einen zweiten Wafer gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
3 schematisch eine Draufsicht auf eine fiktive Übereinanderanordnung des ersten Wafers gemäß 1 und des zweiten Wafers gemäß 2 gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
4A schematisch eine Draufsicht auf den zweiten Wafer gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
4B schematisch eine Seitenansicht des zweiten Wafers gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
5 schematisch eine Seitenansicht des ersten Wafers gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
6A bis 6D schematisch jeweils eine Seitenansicht eines Waferaufbaus gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
6E vereinzelte Funktionselemente gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
7A schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß bevorzugten Ausführungsformen,
7B schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
7C schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
8 schematisch eine perspektivische Ansicht eines abgedichteten Funktionselements gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
9A bis 9C jeweils schematisch eine Seitenansicht gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
9D schematisch eine Draufsicht auf ein Funktionselement gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
10 schematisch eine Draufsicht auf einen Waferaufbau gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, und
11 schematisch eine Draufsicht auf Funktionselemente einer fiktiven Übereinanderanordnung eines ersten Wafers und eines zweiten Wafers gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen.

Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von, insbesondere hermetisch abgedichteten Funktionselementen FE1, FE2, FE3, vgl. 6E, wobei das Verfahren die nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf 7A beschriebenen Schritte aufweist: Bereitstellen 100 eines die Mehrzahl von Funktionselementen FE aufweisenden ersten Wafers 210, vgl. z.B. die Draufsicht aus 1, Bereitstellen 110 (7A) eines zweiten Wafers 220, vgl. auch die Draufsicht aus 2, Aufbringen 120 (7A) eines Dichtmaterials DM (2) in Form von mehreren Rahmenstrukturen RS auf eine erste Oberfläche 220a des zweiten Wafers 220, Aufsetzen 130 (7A) des zweiten Wafers 220 auf den ersten Wafer 210 oder umgekehrt, Fügen 140 (7A) des ersten Wafers 210 mit dem zweiten Wafer 220. Durch das Fügen 140 wird bevorzugt ein monolithischer Waferaufbau 200 erhalten, der den ersten Wafer 210 und den zweiten Wafer 220 aufweist, vgl. z.B. die Seitenansicht aus 6A. Durch das vorstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf 7A beschriebene Verfahren gemäß bevorzugten Ausführungsformen können auf Waferebene eine Vielzahl von abgedichteten Funktionselementen effizient gefertigt werden, wodurch eine Handhabung gegenüber konventionellen Methoden wesentlich vereinfacht wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können ein oder mehrere Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens ggf. auch zumindest teilweise zeitlich überlappend bzw. gleichzeitig zueinander bzw. in einer anderen als der vorliegend beispielhaft genannten Reihenfolge ausgeführt werden. Z.B. können die Schritte 100, 110 zumindest teilweise zeitlich überlappend bzw. gleichzeitig zueinander bzw. in einer anderen Reihenfolge (110, 100) ausgeführt werden. Dies gilt bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch z.B. für die nachfolgend beschriebenen weiteren bevorzugten Ausführungsformen in entsprechender Weise.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem zweiten Wafer 220 (insbesondere zunächst, also vor dem Aufbringen 120 des Dichtmaterials DM), um einen unstrukturierten Wafer.
1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den ersten Wafer 210, der eine Vielzahl von Funktionselementen FE (vorliegend beispielhaft neun Funktionselemente) aufweist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass manche, vorzugsweise alle, der Funktionselemente FE Oberflächenwellen, SAW,- Funktionselemente FE sind, wobei insbesondere die Funktionselemente FE auf einer ersten Oberfläche 210a des ersten Wafers 210 angeordnet bzw. zumindest teilweise in die erste Oberfläche 210a integriert sind.
Eine akustische Oberflächenwelle, kurz SAW (englisch für Surface Acoustic Wave) ist eine Körperschallwelle, die sich planar auf einer Oberfläche ausbreitet. SAW-Funktionselemente FE bzw. SAW-Sensoren, die ein oder mehrere SAW-Funktionselemente FE aufweisen können, nutzen z.B. die Abhängigkeit der Oberflächenwellengeschwindigkeit von der mechanischen Spannung (Verformung) und/oder Massenbeaufschlagung (z.B. Ablagerungen auf der Oberfläche) und/oder der Temperatur (Temperaturkoeffizient der Schallgeschwindigkeit). Insbesondere dort, wo aus bestimmten Gründen zu messende Stellen nur schwer zugänglich sind, kann sich die Anwendung von SAW-Funktionselementen FE bzw. SAW-Sensoren eignen.
Eine besondere Herausforderung bei der Herstellung und Verwendung von SAW-Funktionselementen FE bzw. von ein oder mehrere SAW-Funktionselemente FE aufweisenden SAW-Sensoren ist der Schutz der Oberfläche des bzw. der SAW-Funktionselemente FE vor Verunreinigungen.
Das Prinzip gemäß bevorzugten Ausführungsformen ermöglicht diesbezüglich vorteilhaft eine prozesssichere und insbesondere wirtschaftliche Herstellung von SAW-Funktionselementen FE und/oder SAW-Sensoren, sowie einen effizienten Schutz vor Verunreinigungen insbesondere der Oberfläche des bzw. der SAW-Funktionselemente FE während des Herstellungsprozesses sowie der darauffolgenden Verwendung.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass nach dem Aufsetzen 130 (7A) mindestens eine Rahmenstruktur RS (2) mindestens ein Funktionselement FE (1) der Mehrzahl von Funktionselementen umgibt. Dies ist beispielsweise aus der schematischen Übereinanderanordnung der beiden Wafer 210, 220 gemäß 3 ersichtlich, bei der eine erste Rahmenstruktur RS1 ein erstes Funktionselement FE1 umgibt, eine zweite Rahmenstruktur RS2 ein zweites Funktionselement FE2 umgibt, usw., vgl. das neunte Funktionselement FE9, das von der neunten Rahmenstruktur RS9 umgeben ist. Durch den vorstehend beschriebenen Ansatz gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann im Bereich eines jeweiligen Funktionselements FE ein Innenraum I (vgl. die Seitenansicht aus 6A) definiert werden, der das wenigstens eine Funktionselement FE aufweist und gegenüber der Umgebung, vorzugsweise hermetisch, mittels der beiden Wafer 210, 220 und mittels der Rahmenstruktur RS abdichtbar ist. Mit anderen Worten können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen entsprechende Bereiche des ersten Wafers 210 (die z.B. von der Rahmenstruktur RS, RS1, .. umgeben sind) eine den Innenraum I (6A) begrenzende Bodenwand bilden, entsprechende Bereiche des zweiten Wafers 220 eine den Innenraum I begrenzende Deckenwand, und die Rahmenstruktur RS, RS1, RS2, .. kann wenigstens eine Seitenwand bilden, die, bevorzugt hermetisch, dicht mit der Bodenwand und der Deckenwand verbindbar ist. Dadurch ist eine effiziente, bevorzugt hermetische, Kapselung des jeweiligen Innenraums I möglich, die insbesondere das darin angeordnete bzw. die darin angeordneten Funktionselemente FE vor Umgebungseinflüssen während der (weiteren) Fertigung bzw. Verarbeitung sowie bei einer späteren Verwendung in einem Zielsystem (z.B. SAW-Sensor zur Ermittlung einer ein Drehmoment charakterisierenden Größe) schützt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass nach dem Aufsetzen 130 (7A) mehrere Rahmenstrukturen RS jeweils wenigstens eine vorgebbare erste Anzahl von Funktionselementen FE umgeben. Dadurch können entsprechend ein oder mehrere Funktionselemente FE wenigstens seitlich durch die Rahmenstruktur(en) RS umgeben werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass nach dem Aufsetzen (7A) mehrere Rahmenstrukturen RS jeweils genau eine vorgebbare zweite Anzahl von Funktionselementen FE umgeben, wobei insbesondere die zweite Anzahl kleiner gleich vier ist, wobei insbesondere die zweite Anzahl genau eins ist. Dieser Zustand ist beispielhaft in 3 und 6A gezeigt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können wie vorstehend bereits erwähnt jedoch auch mehrere Funktionselemente FE in einem gemeinsamen Innenraum I angeordnet und von einer (einzigen) Rahmenstruktur RS umgeben sein (nicht gezeigt). Hierbei teilen sich die mehreren Funktionselemente FE gleichsam den gemeinsamen, abgedichteten Innenraum I.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann demnach vorgesehen sein, dass die ein oder mehreren Rahmenstrukturen RS, RS1, RS2, .. in Abhängigkeit einer Anordnung der Funktionselemente FE auf dem ersten Wafer 210 auf den zweiten Wafer 220 aufgebracht werden. Dies kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wenigstens einen der vorliegenden Aspekte betreffen: a) einen Abstand der Funktionselemente FE, b) eine Winkelausrichtung der Funktionselemente.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mehr als 50 Prozent der mehreren Rahmenstrukturen RS (2) jeweils genau die (jeweilige) zweite Anzahl von Funktionselementen FE umgeben, wobei insbesondere mehr als 90 Prozent der mehreren Rahmenstrukturen jeweils genau die zweite Anzahl von Funktionselementen umgeben.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass eine erste Anzahl von Rahmenstrukturen auf dem zweiten Wafer 220 vorgesehen ist, die jeweils dazu angeordnet und ausgebildet ist, einer ersten vorgebbaren Anzahl von Funktionselementen FE (z.B. jeweils genau ein Funktionselement FE) zugeordnet zu sein bzw. diese zu umgeben, wobei eine zweite Anzahl von Rahmenstrukturen auf dem(selben) zweiten Wafer 220 vorgesehen ist, die jeweils dazu angeordnet und ausgebildet ist, einer zweiten vorgebbaren Anzahl von Funktionselementen FE (z.B. jeweils zwei Funktionselementen FE) zugeordnet zu sein bzw. diese zu umgeben. Auf diese Weise kann - um bei dem vorstehend genannten Beispiel zu bleiben, ein Waferaufbau 200 erhalten werden, bei dem eine erste Anzahl von individuell, insbesondere hermetisch, abgedichteten Funktionselementen FE und eine zweite Anzahl von Gruppen von, insbesondere hermetisch, abgedichteten Funktionselementen (jeweils zwei) vorhanden ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens manche der Rahmenstrukturen RS, vorzugsweise alle der Rahmenstrukturen RS, eine Höhe H1 (4B) zwischen 1,0 Mikrometer, µm, und 30 µm aufweisen, insbesondere zwischen 2,5 µm, und 20 µm, weiter insbesondere zwischen 5 µm, und 15 µm, vorzugsweise, insbesondere etwa, 10 µm. Dadurch weist der abzudichtende Innenraum I (6A) eine entsprechende, insbesondere ausreichende, Höhe auf, um ggf. aus einer Oberflächenebene des ersten Wafers 210 herausragende SAW-Funktionselemente FE bzw. einzelne SAW-Strukturen hiervon aufzunehmen, ohne dass diese z.B. nach dem Fügen 140 den zweiten Wafer 220 berühren.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen 120 des Dichtmaterials DM in Form der mehreren Rahmenstrukturen RS aufweist: Aufbringen der mehreren Rahmenstrukturen RS in einer matrixförmigen Anordnung aufweisend mehrere Zeilen und mehrere Spalten, vgl. z.B. 2.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen 120 des Dichtmaterials DM in Form der mehreren Rahmenstrukturen RS aufweist: Aufbringen der mehreren Rahmenstrukturen RS so, dass wenigstens ein erster Abstand d1 (2) benachbarter Rahmenstrukturen RS auf der ersten Oberfläche 220a des zweiten Wafers 220, der insbesondere entlang einer ersten (in 2 horizontalen) Koordinatenachse x1 betrachtet wird, einem entsprechenden zweiten Abstand d2 (1) benachbarter Funktionselemente FE auf dem ersten Wafer 210 entspricht, wobei insbesondere das Aufbringen 120 des Dichtmaterials DM in Form der mehreren Rahmenstrukturen RS aufweist: Aufbringen der mehreren Rahmenstrukturen RS so, dass der erste Abstand d1 benachbarter Rahmenstrukturen RS auf der ersten Oberfläche 220a des zweiten Wafers 220, der insbesondere entlang der ersten Koordinatenachse x1 betrachtet wird, dem entsprechenden zweiten Abstand d2 benachbarter Funktionselemente FE auf dem ersten Wafer 210 entspricht, und dass ein dritter Abstand d3 (2) benachbarter Rahmenstrukturen RS auf der ersten Oberfläche 220a des zweiten Wafers 22, der insbesondere entlang einer zu der ersten Koordinatenachse x1 senkrechten zweiten Koordinatenachse x2 (vertikal in 2) betrachtet wird, einem entsprechenden vierten Abstand d4 (1) benachbarter Funktionselemente FE auf dem ersten Wafer 210 entspricht.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen z.B. auch mehrere Funktionselemente FE von einer gemeinsamen Rahmenstruktur RS umgeben sein können (nicht gezeigt), kann für die betreffenden Abstände Entsprechendes gelten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind die Abstände d1, d3 insbesondere nicht gleich groß. Dadurch kann ggf. in manchen Bereichen insbesondere außerhalb der Rahmenstrukturen RS Platz für eine elektrische Kontaktierung geschaffen werden. Vergleichbares gilt bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen für die Abstände d2, d4. Dies ist z.B. aus der weiter unten beschriebenen 11 ersichtlich.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens manche der Rahmenstrukturen RS (2), vorzugsweise alle der Rahmenstrukturen RS, eine im Wesentlichen polygonale Grundform, insbesondere Rechteckform (bzw. auch abgerundete) Reckteckform oder Quadratform, aufweisen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen 120 des Dichtmaterials DM mittels eines Siebdruckverfahrens erfolgt. Dadurch kann das Dichtmaterial DM besonders effizient, z.B. mit der genannten Rahmenstruktur RS, auf den zweiten Wafer 220 (2) aufgebracht werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Glaslot als Dichtmaterial DM verwendet wird. Das Glaslot kann bevorzugt zum effizienten Herstellen einer dichtenden, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung mit den betreffenden Oberflächen 210a, 220a der jeweiligen Wafer 210, 220 verwendet werden. Gleichzeitig kann das Glaslot als Dichtmaterial DM eine lichte Höhe des Innenraums I (6A) definieren, die sicherstellt, dass SAW-Strukturen und/oder andere Strukturen der Funktionselemente FE ausreichend von dem zweiten Wafer 220 bzw. seiner dem ersten Wafer 210 zugewandten ersten Oberfläche 220a beabstandet sind, um eine ordnungsgemäße Funktion der SAW-Strukturen und/oder anderen Strukturen der Funktionselemente FE in dem, vorzugsweise hermetisch, abgedichteten Zustand zu gewährleisten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist, vgl. auch das Flussdiagramm aus 7B: Ausführen 125 einer Wärmebehandlung des zweiten Wafers 220 (2), auf dem das Dichtmaterial DM in Form der mehreren Rahmenstrukturen RS, RS1, RS2, .. aufgebracht ist, wobei insbesondere die Wärmebehandlung ein vorgebbares Temperaturprofil aufweist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Ausführen 125 der Wärmebehandlung nach dem Schritt 120 (7A) des Aufbringens und/oder vor dem Schritt 130 des Aufsetzens erfolgen. Die Wärmebehandlung 125 kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine sog. „Vorverglasung“ bewirken, bei der z.B. Partikel des Dichtmaterials DM, insbesondere Glaslots, miteinander verschmelzen und vorzugsweise eine homogene, fließfähige und vorzugsweise zumindest im wesentlichen blasenfreie Masse bilden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann z.B. ein Muffelofen zur Ausführung der Wärmebehandlung 125 oder wenigstens von Teilen der Wärmebehandlung 125 verwendet werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ausführen 125 (7B) der Wärmebehandlung aufweist: Aufheizen 125a des zweiten Wafers 220 während einer ersten Zeit auf eine vorgebbare erste Temperatur, wobei insbesondere die erste Zeit zwischen 20 Minuten und 120 Minuten beträgt, vorzugsweise 60 Minuten, wobei insbesondere die erste Temperatur zwischen 420 und 690 Grad Celsius beträgt, vorzugsweise zwischen 520 und 600 Grad Celsius, weiter vorzugsweise, insbesondere etwa, 560 Grad Celsius.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ausführen 125 der Wärmebehandlung aufweist: Halten 125b einer vorgebbaren zweiten Temperatur für eine zweite Zeit (die sich bevorzugt direkt an die erste Zeit, vgl. die Phase des Aufheizens 125a, anschließt), wobei insbesondere die vorgebbare zweite Temperatur zumindest in etwa der ersten Temperatur entspricht, wobei insbesondere die zweite Zeit zwischen 10 Minuten und 90 Minuten beträgt, weiter insbesondere zwischen etwa 20 Minuten und etwa 60 Minuten, weiter vorzugsweise, insbesondere etwa, 40 Minuten.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Ausführen 125 der Wärmebehandlung aufweist: Abkühlen 125c, insbesondere auf Raumtemperatur, während einer dritten Zeit (die sich bevorzugt direkt an die zweite Zeit, vgl. die Phase des Haltens 125b, anschließt), wobei insbesondere die dritte Zeit zwischen 6 Stunden bis 24 Stunden beträgt, weiter insbesondere zwischen 12 Stunden und 20 Stunden, weiter vorzugsweise, zwischen 15 Stunden und 18 Stunden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist, vgl. 7B: Entfernen 126 von Material von der ersten Oberfläche 220a des zweiten Wafers 220, vgl. 4B, bis zu einer vorgebbaren ersten Tiefe T1, die bevorzugt kleiner als 80 Prozent einer Dicke D2 des zweiten Wafers 220 ist, insbesondere kleiner als 60 Prozent der Dicke D2 des zweiten Wafers 220. Dadurch ergeben sich die schematisch in 4B gezeigten Gräben TR, z.B. zwischen benachbarten Rahmenstrukturen RS, die ein späteres Vereinzeln, vgl. 6C, 6D, vereinfachen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Entfernen 126 (7B) nach dem Ausführen 125 der Wärmebehandlung ausgeführt wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Entfernen 126 von Material zwischen zueinander benachbarten Rahmenstrukturen RS erfolgt, vgl. 4B.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Entfernen 126 von Material das Ausführen von einem oder mehreren Sägeschnitten aufweist, z.B. entlang der in 4A mittels nicht bezeichneter, gestrichelter Geraden angedeuteter Sägelinien (also insbesondere auch entlang mehrerer z.B. zueinander orthogonaler Koordinatenrichtungen innerhalb der Ebene des zweiten Wafers 220). Beispielsweise sind die Gräben TR gemäß 4B bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen mittels jeweils einem Sägeschnitt zwischen zueinander benachbarten Rahmenstrukturen herstellbar. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sehen mehrere, z.B. zwei, Sägeschnitte zwischen zueinander benachbarten Rahmenstrukturen vor und sind weiter unten unter Bezugnahme auf 9A, 9B, 9C beschrieben.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Tiefe T1 (4B) zwischen 20 µm und 150 µm beträgt, insbesondere zwischen 20 µm und 100 µm.
Demgegenüber kann eine Dicke D2 des zweiten Wafers beispielsweise zwischen 200 µm und 400 µm betragen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann eine Dicke D1 des erste Wafers 210 (5) beispielsweise zwischen 200 µm und 400 µm betragen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann nach dem Entfernen, insbesondere Sägen, 126 (7B), und insbesondere vor dem Aufsetzen 130 bzw. Fügen 140, ein Schritt des Reinigens des zweiten Wafers 200 ausgeführt werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Reinigen z.B. ein Absaugen von Sägestaub und/oder ein mechanisches Reinigen wie z.B. ein Abwischen aufweisen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das Reinigen z.B. auch in den Schritt 126 integriert sein.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Fügen 140 (7A) aufweist: Verpressen des ersten Wafers 210 (5) mit dem zweiten Wafer 220 (4B) unter einem vorgebbaren Druck und/oder einer vorgebbaren Temperatur, wobei der vorgebbare Druck zwischen etwa 200 Pascal, Pa, und etwa 12000 Pa beträgt, insbesondere zwischen 500 Pa und 6000 Pa, wobei insbesondere die vorgebbare Temperatur zwischen 300 und 700 Grad Celsius beträgt. Hierdurch entsteht insbesondere vorteilhaft eine (bevorzugt hermetisch) dichte, stoffschlüssige Verbindung zwischen den Komponenten 210a, RS, 220a.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verpressen für eine Zeit von 5 Sekunden bis 10 Stunden ausgeführt wird, insbesondere von 10 Sekunden bis 5 Stunden, insbesondere von 1 Minute bis 1 Stunde.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist, vgl. 7C: Entfernen 150 von Material von der zweiten Oberfläche 220b (6A) des zweiten Wafers 220, insbesondere mittels Schleifen und/oder Fräsen, wobei insbesondere das Entfernen 150 so ausgeführt wird, dass mehrere Bereiche des zweiten Wafers voneinander vereinzelt werden. 6B zeigt hierzu schematisch eine Aufteilung des zweiten Wafers 220 in zwei in 6B horizontale Bereiche 220' (schraffiert dargestellt), 220", wobei z.B. der schraffierte Bereich 220' bei dem Schritt 150 (7C) des Entfernens mittels Schleifen und/oder Fräsen entfernt wird. Die in 6B vertikale Dicke des zu entfernenden schraffierten Bereichs 220' kann bevorzugt so gewählt werden, dass der zu entfernende schraffierte Bereich 220' die zuvor in Schritt 126 hergestellten Gräben TR (englisch: „trench(es)“) berührt bzw. schneidet, wodurch einzelne Bereiche B1, B2, B3 des zweiten Wafers 220 definiert bzw. voneinander getrennt werden, vgl. auch die Bezugszeichen TR' aus 6C. Diese Bereiche B1, B2, B3 sind nach dem Entfernen 150 insbesondere allein über die Rahmenstrukturen RS an dem ersten Wafer 210 bzw. dessen Oberfläche 210a gehalten. Nach wie vor ist in dem in 6C gezeigten Zustand einen einfache Handhabung der Anordnung 200 auf Waferebene möglich, da der erste Wafer 210 gleichsam eine „Halterung“ für die mittels Schritt 150 vereinzelten Bereiche B1, B2, B3 bildet.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren, vgl. 7C, weiter aufweist: Prüfen 160, insbesondere, vorzugsweise elektrisches, Charakterisieren, einzelner oder mehrerer Funktionselemente, insbesondere auf Waferebene. Das elektrische Charakterisieren kann z.B. ein elektrisches Kontaktieren von z.B. ebenfalls auf der ersten Oberfläche 210a (1) des ersten Wafers 210 angeordneten elektrischen Kontakten (nicht in 1 gezeigt, für Details s.u. zu 8) aufweisen, sowie das Ausführen von elektrischen Messungen an diesen Kontakten. Dadurch kann beispielsweise festgestellt werden, ob einzelne Funktionselemente, die bei dem in 6C gezeigten Zustand bereits, insbesondere hermetisch, abgedichtet sind, elektrisch korrekt arbeiten. Auch hierbei ist die Handhabung auf Waferebene, also des monolithischen Waferaufbaus 200, sehr vorteilhaft, gegenüber z.B. der elektrischen Charakterisierung von bereits vollständig vereinzelten Funktionselementen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist, vgl. 7C: Vereinzeln 170 mehrerer der Funktionselemente, insbesondere mittels Sägen, z.B. entlang der in 6D schematisch angedeuteten Linien L1, L2. Bevorzugt können weitere Sägeschnitte auch in zu der Zeichenebene der 6D zumindest i.w. parallelen weiteren Ebenen des Waferaufbaus 200 ausgeführt werden, um die Funktionselemente zu vereinzeln.
6E zeigt beispielhaft eine Seitenansicht der auf diese Weise erhaltenen, vereinzelten Funktionselemente FE1, FE2, FE3.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist, vgl. 7C: Weiterverarbeiten 180 wenigstens eines vereinzelten Funktionselements FE1, FE2, FE3, insbesondere Einbauen des wenigstens einen vereinzelten Funktionselements FE1, FE2, FE3 in ein Zielsystem (nicht gezeigt), z.B. Auflöten und/oder Kleben auf z.B. a) eine mechanische Welle, b) einen Träger. Dort kann das abgedichtete Funktionselement FE1 z.B. zur Ermittlung einer Größe (z.B. Torsion bzw. sonstige Verformung der Welle) eingesetzt werden, die ein mittels der Welle übertragenes Drehmoment charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste Wafer 210 (1) und/oder der zweite Wafer 220 (2) ein Quarz-Wafer ist. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der erste Wafer 210 und/oder der zweite Wafer 220 wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist: Lithiumniobat (LiNbO₃) und/oder Lithiumtantalat (LiTaO₃).
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf einen Waferaufbau 200 (6A) aufweisend einen eine Mehrzahl von Funktionselementen FE aufweisenden ersten Wafer 210 und einen zweiten Wafer 220, erhalten mittels des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein abgedichtetes Funktionselement FE1 (6E) erhalten mittels des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen, vgl. 6E, beziehen sich auf ein, vorzugsweise hermetisch, abgedichtetes Funktionselement FE1 aufweisend ein erstes Substrat S1 (z.B. Teilbereich des ersten Wafers 210 gemäß 1), auf dem das Funktionselement FE angeordnet ist, wenigstens ein zweites Substrat S2 (z.B. Teilbereich des zweiten Wafers 220 gemäß 2), und wenigstens eine das Funktionselement FE umgebende Rahmenstruktur RS (6E), wobei das erste Substrat S1 mittels der Rahmenstruktur RS mit dem zweiten Substrat S2 verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, wobei zwischen dem ersten Substrat S1 und dem zweiten Substrat S2 und der Rahmenstruktur RS ein, insbesondere hermetisch, abgedichteter Innenraum I definiert ist. In dem Innenraum I ist das Funktionselement FE bereits während Teilen des Fertigungsprozesses sowie bei einem Einbau in ein Zielsystem und bei einer späteren Anwendung in dem Zielsystem vor Umgebungseinflüssen geschützt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung wenigstens eines abgedichteten Funktionselements FE1 (6E) gemäß den Ausführungsformen zur Ermittlung einer ein Drehmoment charakterisierenden Größe.
8 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines abgedichteten Funktionselements FE1' gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Erkennbar ist das erste Substrat S1 (z.B. Teil des ersten Wafers 210, 1), das zweite Substrat S2 (z.B. Teil des zweiten Wafers 220, 1), das vorliegend gleichsam einen „Schutzdeckel“ für das auf der ersten Oberfläche 210a des ersten Wafers 210 angeordnete Funktionselement FE' bildet, sowie die Rahmenstruktur RS, die - zusammen mit den Substraten S1, S2 - den abgedichteten Innenraum I definiert. Optional können ein oder mehrere elektrische Kontakte K1, K2, z.B. zur elektrischen Kontaktierung des Funktionselements FE', bevorzugt ebenfalls auf der ersten Oberfläche 210a des ersten Wafers 210, vorgesehen sein. Die elektrischen Kontakte K1, K2 können z.B. mittels an sich bekannter Fertigungstechniken erzeugt werden, so dass sie für den Schritt 100 (7A) des Bereitstellens z.B. bereits vorhanden sind.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann bei dem Schritt 126 (7B) des Entfernens von Material von der ersten Oberfläche 220a des zweiten Wafers 220 (4B) das Material so entfernt werden, dass ggf. auf dem ersten Wafer 210 bzw. dessen erster Oberfläche 210a angeordnete Kontakte K1, K2 durch das Aufsetzen 130 (7A) nicht durch Material des zweiten Wafers 220 bedeckt werden, sondern vielmehr z.B. die Gräben TR den (6B) den Kontakten K1, K2 (8) gegenüberliegen. Dann können die Kontakte K1, K2 z.B. durch das Entfernen 150 (7C) freigelegt werden.
9A zeigt schematisch eine Seitenansicht eines zweiten Wafers 2200 gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Ähnlich zu dem zweiten Wafer 220 gemäß 4B weist auch der zweite Wafer 2200 aus 9A Rahmenstrukturen auf, von denen vorliegend beispielhaft zwei zueinander benachbarte Rahmenstrukturen RSa, RSb gezeigt sind. Im Unterschied zu der Konfiguration 220 nach 4B sind zwischen den zueinander benachbarten Rahmenstrukturen RSa, RSb der 9A zwei Gräben TRa, TRb angeordnet, die wiederum beispielsweise mittels, insbesondere zueinander paralleler, Sägeschnitte hergestellt werden können.
9B zeigt den zweiten Wafer 2200 aus 9A nach dem Aufsetzen auf und Fügen mit einem ersten Wafer 2100, der eine zu dem ersten Wafer 210 gemäß 5 ähnliche Konfiguration aufweist, wobei beispielhaft zwei Funktionselemente FE''a, FE''b des ersten Wafers 2100 in 9B gezeigt sind. Die Funktionselemente FE''a, FE''b des ersten Wafers 2100 weisen jeweils beispielsweise eine zu der Konfiguration FE' gemäß 8 ähnliche elektrische Kontaktierung auf, wobei in 9B nur ein zweiter Kontakt K2' des Funktionselements FE''a und ein hierzu benachbarter erster Kontakt K1' des Funktionselements FE''b abgebildet sind. Für ggf. weitere vorhandene elektrische Kontakte der Funktionselemente FE''a, FE'’b, die in 9B aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind, gilt entsprechendes.
Durch die beiden Gräben TRa, TRb ist vorliegend sichergestellt, dass nach einem Entfernen (vgl. Schritt 150 gemäß 7C) von Material von der zweiten Oberfläche 2200b des zweiten Wafers 2200, insbesondere mittels Schleifen und/oder Fräsen, der Bereich 2202 des zweiten Wafers 2200 frei wird, so dass die elektrischen Kontakte K1', K2' in einem Kontaktbereich KB von außen (in 9B z.B. von oben) zugänglich sind, was beispielsweise eine elektrische Charakterisierung bzw. Überprüfung 160 (7C) der Funktionselemente FE''a, FE''b ermöglicht, vgl. die Pfeile EC aus 9C. Dies kann vorliegend vorteilhaft noch auf Waferebene erfolgen, weil die Funktionselemente FE''a, FE''b nicht bereits vereinzelt sind, sondern nach wie vor durch den ersten Wafer 2100 miteinander verbunden, s. 9C. Ein nachfolgendes Vereinzeln 170 (7C) z.B. mittels Sägen entlang der Linie L1' aus 9C (beispielsweise nach dem optionalen Überprüfen EC auf Waferebene) führt schließlich auf mehrere vereinzelte Funktionselemente.
9D zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Funktionselement gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Ersichtlich sind die rechts und links der Rahmenstruktur RS auf der Oberfläche des ersten Wafers 2100 angeordneten, frei zugänglichen Kontakte K1', K2' und eine nicht näher bezeichnete SAW-Struktur in dem hermetisch abgedichteten Innenraum I.
10 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines Waferaufbaus 2000 gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Der Waferaufbau 2000 weist eine Vielzahl von nicht einzeln bezeichneten hermetisch abgedichteten Funktionselementen auf. In dem in 10 abgebildeten Zustand sind die elektrischen Kontakte K1, K2 (8) jedes Funktionselements bereits freigelegt, sodass eine elektrische Charakterisierung und/oder Überprüfung einzelner, bevorzugt aller, Funktionselemente vorteilhaft noch auf Waferebene erfolgen kann, was die Handhabung vereinfacht. Nach dem Überprüfen können die Funktionselemente vereinzelt werden (vgl. z.B. Schritt 170 aus 7C), was beispielsweise mittels Sägen entlang der schematisch in 10 angedeuteten Sägelinien L1", L2 (vertikal) und L1''' , L2 (horizontal, beispielhaft nur zwei Linien abgebildet) erfolgen kann.
11 zeigt, ähnlich zu 3, schematisch eine Draufsicht auf Funktionselemente FE'1, FE'2 einer fiktiven Übereinanderanordnung eines ersten Wafers und eines zweiten Wafers gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Es ist zu erkennen, dass vorliegend zwei benachbarte Funktionselemente FE'1, FE'2 von einer gemeinsamen Rahmenstruktur RS1 aus Dichtmaterial DM umgeben sind. Auf diese Weise können die zwei Funktionselemente FE'1, FE'2 gemeinsam in dem vorzugsweise hermetisch abgedichteten Innenraum I zwischen entsprechenden Bereichen eines ersten und zweiten Wafers angeordnet (und ggf. später vereinzelt) werden. Elektrische Kontakte sind in 11 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt, können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen jedoch z.B. analog zu 8 bzw. 9D ausgeführt sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von, insbesondere hermetisch, abgedichteten Funktionselementen (FE; FE1, FE2, ..) aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen (100) eines die Mehrzahl von Funktionselementen (FE) aufweisenden ersten Wafers (210), Bereitstellen (110) eines zweiten Wafers (220), Aufbringen (120) eines Dichtmaterials (DM) in Form von mehreren Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) auf eine erste Oberfläche (220a) des zweiten Wafers (220), Aufsetzen (130) des zweiten Wafers (220) auf den ersten Wafer (210) oder umgekehrt, Fügen (140) des ersten Wafers (210) mit dem zweiten Wafer (220).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei manche, vorzugsweise alle, der Funktionselemente (FE) Oberflächenwellen, SAW,-Funktionselemente sind, wobei insbesondere die Funktionselemente (FE) auf einer ersten Oberfläche (210a) des ersten Wafers (210) angeordnet sind.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach dem Aufsetzen (130) mindestens eine Rahmenstruktur (RS1) mindestens ein Funktionselement (FE1) der Mehrzahl von Funktionselementen (FE) umgibt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach dem Aufsetzen (130) mehrere Rahmenstrukturen (RS1, RS2, .., RS9) jeweils wenigstens eine vorgebbare erste Anzahl von Funktionselementen (FE1) umgeben.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach dem Aufsetzen (130) mehrere Rahmenstrukturen (RS1, RS2, .., RS9) jeweils genau eine vorgebbare zweite Anzahl von Funktionselementen (FE1) umgeben, wobei insbesondere die zweite Anzahl kleiner gleich vier ist, wobei insbesondere die zweite Anzahl genau eins ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei mehr als 50 Prozent der mehreren Rahmenstrukturen (RS) jeweils genau die zweite Anzahl von Funktionselementen (FE1) umgeben, wobei insbesondere mehr als 90 Prozent der mehreren Rahmenstrukturen (RS) jeweils genau die zweite Anzahl von Funktionselementen (FE1) umgeben.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens manche der Rahmenstrukturen (RS), vorzugsweise alle der Rahmenstrukturen (RS), eine Höhe (H1) zwischen 1,0 Mikrometer, µm, und 30 µm aufweisen, insbesondere zwischen 2,5 µm, und 20 µm, weiter insbesondere zwischen 5 µm, und 15 µm, vorzugsweise, insbesondere etwa, 10 µm.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen (120) des Dichtmaterials (DM) in Form der mehreren Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) aufweist: Aufbringen (120) der mehreren Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) in einer matrixförmigen Anordnung aufweisend mehrere Zeilen und mehrere Spalten.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen (120) des Dichtmaterials (DM) in Form der mehreren Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) aufweist: Aufbringen (120) der mehreren Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) so, dass wenigstens ein erster Abstand (d1) benachbarter Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) auf der ersten Oberfläche (220a) des zweiten Wafers (220), der insbesondere entlang einer ersten Koordinatenachse (x1) betrachtet wird, einem entsprechenden zweiten Abstand (d2) benachbarter Funktionselemente (FE) auf dem ersten Wafer (210) entspricht, wobei insbesondere das Aufbringen (120) des Dichtmaterials (DM) in Form der mehreren Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) aufweist: Aufbringen (120) der mehreren Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) so, dass der erste Abstand (d1) benachbarter Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) auf der ersten Oberfläche (220a) des zweiten Wafers (220), der insbesondere entlang der ersten Koordinatenachse (x1) betrachtet wird, dem entsprechenden zweiten Abstand (d2) benachbarter Funktionselemente (FE) auf dem ersten Wafer (210) entspricht, und dass ein dritter Abstand (d3) benachbarter Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) auf der ersten Oberfläche (220a) des zweiten Wafers (220), der insbesondere entlang einer zu der ersten Koordinatenachse (x1) senkrechten zweiten Koordinatenachse (x2) betrachtet wird, dem entsprechenden vierten Abstand (d4) benachbarter Funktionselemente (FE) auf dem ersten Wafer (210) entspricht.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens manche der Rahmenstrukturen (RS), vorzugsweise alle der Rahmenstrukturen (RS), eine im Wesentlichen polygonale Grundform, insbesondere Rechteckform oder Quadratform, aufweisen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen (120) des Dichtmaterials (DM) mittels eines Siebdruckverfahrens erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Glaslot als Dichtmaterial (DM) verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiter aufweist: Ausführen (125) einer Wärmebehandlung des zweiten Wafers (220), auf dem das Dichtmaterial (DM) in Form der mehreren Rahmenstrukturen (RS; RS1, RS2, ..) aufgebracht ist, wobei insbesondere die Wärmebehandlung ein vorgebbares Temperaturprofil aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ausführen (125) der Wärmebehandlung aufweist: Aufheizen (125a) des zweiten Wafers (220) während einer ersten Zeit auf eine vorgebbare erste Temperatur, wobei insbesondere die erste Zeit zwischen 20 Minuten und 120 Minuten beträgt, vorzugsweise 60 Minuten, wobei insbesondere die erste Temperatur zwischen 420 und 690 Grad Celsius beträgt, vorzugsweise zwischen 520 und 600 Grad Celsius, weiter vorzugsweise, insbesondere etwa, 560 Grad Celsius.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ausführen (125) der Wärmebehandlung aufweist: Halten (125b) einer vorgebbaren zweiten Temperatur für eine zweite Zeit, wobei insbesondere die vorgebbare zweite Temperatur zumindest in etwa der ersten Temperatur entspricht, wobei insbesondere die zweite Zeit zwischen 10 Minuten und 90 Minuten beträgt, weiter insbesondere zwischen etwa 20 Minuten und etwa 60 Minuten, weiter vorzugsweise, insbesondere etwa, 40 Minuten.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Ausführen (125) der Wärmebehandlung aufweist: Abkühlen (125c), insbesondere auf Raumtemperatur, während einer dritten Zeit, wobei insbesondere die dritte Zeit zwischen 6 Stunden bis 24 Stunden beträgt, weiter insbesondere zwischen 12 Stunden und 20 Stunden, weiter vorzugsweise, zwischen 15 Stunden und 18 Stunden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiter aufweist: Entfernen (126) von Material von der ersten Oberfläche (220a) des zweiten Wafers (220) bis zu einer vorgebbaren ersten Tiefe (T1), die kleiner als 80 Prozent einer Dicke (D2) des zweiten Wafers (202) ist, insbesondere kleiner als 60 Prozent der Dicke (D2) des zweiten Wafers (202), wobei optional während und/oder nach dem Entfernen (126) ein Reinigen des zweiten Wafers (200) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Entfernen (126) nach dem Ausführen (125) der Wärmebehandlung ausgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei das Entfernen (126) von Material zwischen zueinander benachbarten Rahmenstrukturen (RS) erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Entfernen (126) von Material das Ausführen von Sägeschnitten aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die erste Tiefe (T1) zwischen 20 µm und 150 µm beträgt, insbesondere zwischen 20 µm und 100 µm.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Fügen (140) aufweist: Verpressen des erste Wafers (210) mit dem zweiten Wafer (220) unter einem vorgebbaren Druck und/oder einer vorgebbaren Temperatur, wobei der vorgebbare Druck zwischen etwa 200 Pascal, Pa, und etwa 12000 Pa beträgt, insbesondere zwischen 500 Pa und 6000 Pa, wobei insbesondere die vorgebbare Temperatur zwischen 300 und 700 Grad Celsius.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verpressen für eine Zeit von 5 Sekunden bis 10 Stunden ausgeführt wird, insbesondere von 10 Sekunden bis 5 Stunden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: Entfernen (150) von Material von der zweiten Oberfläche (220b) des zweiten Wafers (220), insbesondere mittels Schleifen und/oder Fräsen, wobei insbesondere das Entfernen (150) so ausgeführt wird, dass mehrere Bereiche des zweiten Wafers (220) voneinander vereinzelt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: Prüfen (160), insbesondere, vorzugsweise elektrisches, Charakterisieren, einzelner oder mehrerer Funktionselemente (FE), insbesondere auf Waferebene.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: Vereinzeln (170) mehrerer der Funktionselemente (FE1, FE2, FE3), insbesondere mittels Sägen.
Verfahren nach Anspruch 26, weiter aufweisend: Weiterverarbeiten (180) wenigstens eines vereinzelten Funktionselements (FE1, FE2, FE3), insbesondere Einbauen des wenigstens einen vereinzelten Funktionselements (FE1, FE2, FE3) in ein Zielsystem.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Wafer (210) und/oder der zweite Wafer (220) ein Quarz-Wafer ist oder wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist: Lithiumniobat, Lithiumtantalat.
Waferaufbau (200) aufweisend einen eine Mehrzahl von Funktionselementen (FE) aufweisenden ersten Wafer (210) und einen zweiten Wafer (220), erhalten mittels des Verfahrens nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche.
Abgedichtetes Funktionselement (FE1, FE2, FE3; FE1') erhalten mittels des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 28.
Abgedichtetes Funktionselement (FE1, FE2, FE3; FE1') aufweisend ein erstes Substrat (S1), auf dem das Funktionselement (FE1, FE2, FE3; FE1') angeordnet ist, wenigstens ein zweites Substrat (S2), und wenigstens eine das Funktionselement (FE1, FE2, FE3; FE1') umgebende Rahmenstruktur (RS), wobei das erste Substrat (S1) mittels der Rahmenstruktur (RS) mit dem zweiten Substrat (S2) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, wobei zwischen dem ersten Substrat (S1) und dem zweiten Substrat (S2) und der Rahmenstruktur (RS) ein, insbesondere hermetisch, abgedichteter Innenraum (I) definiert ist.
Verwendung wenigstens eines abgedichteten Funktionselements (FE1, FE2, FE3; FE1') nach Anspruch 30 und/oder Anspruch 31 zur Ermittlung einer ein Drehmoment charakterisierenden Größe.