DE102019219641A1

DE102019219641A1 - Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden und mikromechanische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019219641A1
Application number: DE102019219641.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Schmollngruber; Heribert Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-14
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden, wobei in einem Schritt A ein erstes Substrat mit einer ersten Schicht aus einem ersten unedlen Material versehen wird, und ein zweites Substrat mit einer zweiten Schicht aus einem zweiten unedlen Material versehen wird, in einem Schritt B das erste Substrat und das zweite Substrat in Kontakt gebracht werden, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht aneinander anliegen, und in einem Schritt C aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine eutektische Legierung gebildet wird, welche das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbindet. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass nach dem Schritt A und vor dem Schritt B in einem Schritt D die erste Schicht oder auch die zweite Schicht mit einer Schutzschicht aus einem edlen Material versehen werden und im Schritt B die erste Schicht und die zweite Schicht vermittels der Schutzschicht aneinander anliegen.Die Erfindung betrifft auch eine mikromechanische Vorrichtung mit einem ersten Substrat (10) und einem zweiten Substrat (20), welche mittels einer eutektischen Legierung (123) aus wenigstens zwei unedlen Materialien miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die eutektische Legierung (123) außerdem wenigstens ein edles Material enthält.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden, wobei in einem Schritt A ein erstes Substrat mit einer ersten Schicht aus einem ersten unedlen Material versehen wird, und ein zweites Substrat mit einer zweiten Schicht aus einem zweiten unedlen Material versehen wird, in einem Schritt B das erste Substrat und das zweite Substrat in Kontakt gebracht werden, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht aneinander anliegen, und in einem Schritt C aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine eutektische Legierung gebildet wird, welche das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbindet.
Bei AlGe eutektischen Bondverfahren im Stand der Technik kann es während der Herstellung der Schichten zur Bildung von z.B. nativen Oxidschichten auf den Bondpartnern AI oder auch Ge kommen. Diese Oxidschichten verhindern oder behindern einen flächig homogen einsetzenden eutektischen Bondprozess und erzwingen zudem höhere Anpressdrücke der Wafer und höhere Bondtemperaturen, um die nativen Oxide aufbrechen zu können und AI und Ge in Kontakt zu bringen. Bedingt durch HF-Gasphasenopferschichtätzprozesse kann zudem z.B. auf Aluminiumflächen auf dem Sensorwafer AIF3 (Aluminiumfluorid) entstehen, was die oberflächliche Oxidation von Aluminium reduzieren oder verhindern kann. Der Einbau von Fluor in die sich bildenden AlGe-Bondschicht führt jedoch zu unerwünschten Effekten.
Aus der Patentschrift US 8,084,322 B2 ist beispielsweise bekannt, durch nasschemische Reinigung mit HF oder Tempern in Formiergas vor dem AlGe eutektischen Bonden oxidfreie Aluminium- und Germaniumoberflächen zu schaffen. Bei der vorgeschlagenen nasschemischen Reinigung mittels HF endet der Prozess mit einem Spülschritt in Wasser. Hierbei und während des anschließenden Kontakts der Wafer mit Luft entsteht an der AI- und Ge-Oberfläche jedoch wieder natürliches Oxid, das im Falle von Aluminiumoxid, chemisch und mechanisch sehr stabil ist. Die Dicke des aufwachsenden Oxids hängt dabei von der Lagertemperatur und -zeit ab. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, die Anpresskraft der Wafer beim Bonden zu erhöhen, um das entstandene Aluminiumoxid aufbrechen und eine Bondreaktion starten zu können oder Formiergas zur Reduktion der Aluminiumoxidoberfläche einzusetzen. Um die Reduktion mittels Formiergas verbessern zu können, sollte dieser Prozess unter einer erhöhten Temperatur stattfinden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Vorrichtung mit einer verbesserten eutektischen Bondverbindung zu schaffen.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden, wobei in einem Schritt A ein erstes Substrat mit einer ersten Schicht aus einem ersten unedlen Material versehen wird, und ein zweites Substrat mit einer zweiten Schicht aus einem zweiten unedlen Material versehen wird, in einem Schritt B das erste Substrat und das zweite Substrat in Kontakt gebracht werden, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht aneinander anliegen, und in einem Schritt C aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine eutektische Legierung gebildet wird, welche das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbindet. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass nach dem Schritt A und vor dem Schritt B auf die erste Schicht oder auch die zweite Schicht eine Schutzschicht aus einem edlen Material aufgebracht wird und im Schritt B die erste Schicht und die zweite Schicht vermittels der Schutzschicht aneinander anliegen. Erfindungsgemäß werden die erste oder auch die zweite Schicht mit der Schutzschicht bedeckt und so vor Oxidation geschützt, wodurch das eutektische Bonden flächig homogener, leichter, einfacher und letztlich sicherer, zuverlässiger und billiger durchgeführt werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Schutzschicht aus dem edlen Material aus einem Edelmetall, insbesondere Gold oder Platin, gebildet wird. Vorteilhaft schützen diese Edelmetalle vor Oxidation und legieren auch leicht mit dem Eutektikum.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die erste Schicht aus dem ersten unedlen Material aus Aluminium oder einer Mischung von Aluminium mit Silizium oder auch Kupfer gebildet wird, und dass die zweite Schicht aus dem zweiten unedlen Material aus Germanium gebildet wird. Vorteilhaft lässt sich das Al-Ge Bonden und seine Variationen mit den leicht oxidierbaren unedlen Materialien Aluminium und Germanium durch die Schutzschicht besonders wirksam verbessern.
Vorteilhaft ist auch, dass vor dem Schritt A auf dem ersten Substrat oder auch auf dem zweiten Substrat eine elektrische Isolationsschicht aufgebracht wird auf welche die erste Schicht oder die zweite Schicht aufgebracht wird. Vorteilhaft ist auch, dass vor dem Schritt A auf dem ersten Substrat oder auch auf dem zweiten Substrat oder auch auf der elektrischen Isolationsschicht eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht wird.
Um eine Oxidation der Oberflächen von AI- und Ge-Schichten vermeiden zu können, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens eine dünne Au-Schutzschicht auf deren Oberflächen vorgesehen. Das beschriebene Verfahren lässt sich ebenso auf Bondschichten aus den Materialien AICu oder AlSiCu anwenden, die standardmäßig in der Halbleitertechnologie eingesetzt und auch beim eutektischen Bonden Anwendung finden. Das beschriebene Verfahren kann vorteilhaft beispielsweise bei MEMS-Sensoren wie Inertialsensoren, mit verschiedenen Substraten, auch ASICS, verkappten MEMS Bauteilen, oder bei Mehrfachbondungen von Wafern für Mikrospiegel eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine mikromechanische Vorrichtung mit einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat, welche mittels einer eutektischen Legierung aus wenigstens zwei unedlen Materialien miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß enthält die eutektische Legierung außerdem wenigstens ein edles Material. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Figurenliste

1 zeigt ein Vorprodukt einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Substrat.
Die 2 und 3 zeigen in einem ersten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Die 4 a und b zeigen in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit elektrischer Isolationsschicht vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Die 5 a und b zeigen in einem dritten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit elektrischer Isolationsschicht und Haftvermittlungsschicht vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Die 6 a und b zeigen in einem vierten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit elektrischer Isolationsschicht, mit einer Schutzschicht welche auch die Seitenflanken von Bondrahmen aus der ersten und zweiten Schicht bedeckt, vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Die 7 a und b zeigen in einem fünften Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit elektrischer Isolationsschicht, mit einer Schutzschicht welche auch die Seitenflanken von Bondrahmen aus der ersten und zweiten Schicht bedeckt, und mit Haftvermittlungsschicht vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Die 8 und 9 zeigen in einem sechsten und siebten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit unterschiedlich breiten ersten und zweiten Bondrahmen vor dem eutektischen Bonden.
Die 10 a und b zeigen in einem achten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit einem ASIC als Kappe vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Die 11 a und b zeigen in einem neunten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit einem ASIC als Kappe und mit einer Haftvermittlungsschicht vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
12 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden.

Beschreibung
1 zeigt ein Vorprodukt einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Substrat. Die Vorrichtung wird üblicherweise auf Waferebene hergestellt und anschließend vereinzelt. Die Substrate sind daher meist ganze Wafer.
In der 1 ist beispielhaft ein erstes Substrat 10, hier ein Sensorwafer aus Silizium, mit einem ersten Bondrahmen 15 aus einer ersten Schicht 100 aus Aluminium gezeigt, wobei auf der ersten Schicht 100 eine Schutzschicht 300 in Form einer dünnen Gold-Schicht vorgesehen ist. Daneben ist ein zweites Substrat 20, hier ein Kappenwafer aus Silizium, mit einem zweiten Bondrahmen 16 aus einer zweiten Schicht 200 aus Germanium gezeigt, wobei auf der zweiten Schicht 200 ebenfalls eine dünne Schutzschicht 300 aus Gold vorgesehen ist. Die Schutzschicht 300 aus Gold wird hier sowohl auf dem ersten Substrat 10 als auch auf dem zweiten Substrat 20 vorteilhaft direkt nach dem Aufbringen der ersten Schicht 100 oder auch der zweiten Schicht 200 in der gleichen Abscheideanlage ohne Unterbrechung des Anlagenvakuums auf der ersten Schicht 100 oder auch der zweiten Schicht 200 abgeschieden. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass weder die erste Schicht 100 aus Aluminium noch die zweite Schicht 200 aus Germanium vor dem Bondprozess an den für den Bondprozess wichtigen Oberflächen oxidieren kann. Alternativ kann die Schutzschicht 300 aus Gold auch in einer separaten Abscheideanlage auf der ersten Schicht 100 und/oder der zweiten Schicht 200 abgeschieden werden, wenn es möglich ist in der Abscheideanlage ein natives Oxid auf der ersten Schicht 100 und/oder der zweiten Schicht 200 durch einen Rückätzschritt, z.B. durch Rücksputtern, zu entfernen und anschließend, ohne Vakuumunterbrechung, der Gold-Abscheideprozess durchgeführt werden kann. Um den Sensorwafer mit dem Kappenwafer verbinden zu können, werden die Wafer derart zueinander justiert und anschließend in Kontakt gebracht, dass die Bondrahmen 15, 16 auf dem Substrat 10 und dem Substrat 20 deckungsgleich aufeinander zu liegen kommen. Dabei kommt es zwischen der ersten Schicht 100 und der zweiten Schicht 200 zur Bildung einer Zwischenschicht aus Gold, deren Gesamtschichtdicke sich ergibt aus der Dicke der Schutzschicht 300 auf der ersten Schicht 100 und der Dicke der Schutzschicht 300 auf der zweiten Schicht 200.
Die 2 und 3 zeigen in einem ersten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
2 zeigt dabei den Zustand vor dem Aufeinanderlegen der beiden Wafer. Während des eutektischen Bondprozesses kommt es bei Temperaturen im Bereich von ~360°C (~300 - 370°C) zur Interdiffusion von Au und AI als auch von Au und Ge. Hierbei kann es auch zur Bildung eines AuGe-Eutektikums kommen.
Die Menge des erzeugten AuGe-Eutektikums ist dabei abhängig von der Gesamtschichtdicke der Gold-Zwischenschicht und somit der Gesamtdicke der Gold-Schichten auf der ersten Schicht 100 und der zweiten Schicht 200. Über das gewählte Temperaturprofil und gezielt eingefügte Temperaturplateaus im Bondprozess lässt sich weiter die Interdiffusion von Au und AI als auch die von Au und Ge beeinflussen/steuern. Bei der Interdiffusion von Au und AI sowie Au und Ge wandert Gold aus der Zwischenschicht in das Aluminium und in das Germanium. Dabei wird die Zwischenschicht abgebaut und es kommt zu einem Kontakt zwischen AI und Ge. Wird die Temperatur weiter erhöht, kommt es bei Temperaturen ab ~420°C (~ 400 - 550°C) zur Ausbildung eines AlGe Eutektikums , welches einen Au-Anteil besitzt. Die Höhe des Au-Anteils richtet sich nach der Gesamtdicke/-menge der auf der ersten Schicht 100 und der zweiten Schicht 200 aufgebrachten Au-Schichten.
Durch Oberflächenunebenheiten der Substrate beziehungswiese der Wafer kann es im Standard AlGe-Bondprozess zu Bereichen innerhalb der Bondrahmen 15, 16 kommen, welche vor dem Start des Bondprozesses nicht in direkten Kontakt gebracht werden können. Dies führt im ungünstigsten Fall dazu, dass es hier zu einer schlechten Bondverbindung kommt, welche undicht ist und zu einer Belüftung des durch die Bondrahmen 15, 16 abgeschlossenen Volumens führt. In einem konventionell eingesetzten AlGe-Bondprozess versucht man dem Problem mit einer hohen Anpresskraft der Wafer während des Bondprozesses zu begegnen.
Durch Anlegen einer hohen Anpresskraft kann erreicht werden, dass vor dem Herstellen einer AlGe-Bondverbindung, der AI-Bondrahmen und der Ge-Bondrahmen auf einem Wafer überall in innigen Kontakt gebracht werden und ein flächig homogen ausgeprägter AlGe-Bondprozess abläuft.
In 3 ist schematisch in einem ersten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit einer eutektischen Legierung 123 in Form einer AlGe-Bondverbindung gezeigt, welche einen Au-Anteil besitzt. Da das Gold im Wesentlichen eine Oxidation der AI- und Ge-Bondoberfläche vor dem Waferbondprozess verhindern soll, reicht es, wenn die Dicke der Au-Schicht derart gewählt ist, dass dies sicher vermieden werden kann. Die Au-Schichtdicke kann hierbei wenige 100nm, besonders aber wenige 10nm und ganz besonders wenige Nanometer betragen. Wie oben schon erwähnt, kann über die gewählte Gesamtdicke der Au-Schichten auch die Menge des erzeugten AuGe-Eutektiums gesteuert werden.
In den 2 und 3 ist eine Variante einer Waferbondverbindung gezeigt, bei welcher die erste Schicht 100 aus Aluminium und die zweite Schicht 200 aus Germanium direkt auf dem jeweiligen Siliziumwafersubstrat abgelegt wurden.
Die 4 a und b zeigen in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit elektrischer Isolationsschicht vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier eine Variante gezeigt, bei der sich zwischen der ersten Schicht 100 aus Aluminium und dem Substrat 10 sowie zwischen der zweiten Schicht 200 aus Germanium und dem Substrat 20 eine elektrische Isolationsschicht 400, beispielsweise aus SiO2, Si3N4, siliziumreichen Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder einem Metalloxid wie beispielsweise Aluminiumoxid, Titanoxid oder Tantaloxid oder Kombinationen aus diesen befindet. Hierdurch kann eine elektrische Trennung zwischen den zu verbindenden Substraten 10, 20 aus Silizium beibehalten oder erreicht werden.
Die 5 a und b zeigen in einem dritten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit elektrischer Isolationsschicht und mit Haftvermittlungsschicht vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Hier ist eine Variante gezeigt, bei welcher sich zwischen der ersten Schicht 100 aus Aluminium bzw. der zweiten Schicht 200 aus Germanium und der jeweils darunter befindlichen elektrisch isolierenden Schicht 400 zusätzlich eine Haftschicht oder Haftvermittlungsschicht 500 aus z.B. Si, Ti, TiN, Ta, TaN, W, Cr, Ni oder TiW oder aus Kombinationen dieser Stoffe befindet. Durch die vorgesehene Haftschicht kann sichergestellt werden, dass das beim Waferbonden entstandene Al/Ge/Au-Gefüge eine gute Haftung zu den benachbarten Substratoberflächen oder angrenzenden Schichten besitzt.
Alternativ kann eine solche Haftvermittlungsschicht auch zwischen dem ersten Substrat 10 und der ersten Schicht 100 oder auch zwischen dem zweiten Substrat 20 und der zweiten Schicht 200 ohne eine Isolationsschicht angeordnet sein.
Die 6 a und b zeigen in einem vierten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit elektrischer Isolationsschicht, mit einer Schutzschicht welche auch die Seitenflanken von Bondrahmen aus der ersten und zweiten Schicht bedeckt, vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Hier ist eine abgewandelte Ausgestaltung der Erfindung zu dem in den 4a und 4b dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt.
Ein derartiger Aufbau ist dadurch erzielbar, dass das Gold nicht unmittelbar nach der Deposition der ersten Schicht 100 aus Aluminium oder auch der zweiten Schicht 200 aus Germanium abgeschieden wird, sondern erst nach der Strukturierung der ersten Schicht 100 oder auch der zweiten Schicht 200. Dies hat den Vorteil, dass auch die Flanken der Bondrahmen 15, 16 mit einer Schutzschicht 300, hier einer Goldschicht, beschichtet werden können. Bereits entstandene Oxidschichten auf den Bondrahmen 15, 16 aus Aluminium und Germanium können dabei beispielsweise in einem der Au-Abscheidung vorgelagerten Rückätzschritt entfernt werden.
Die 7 a und b zeigen in einem fünften Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit elektrischer Isolationsschicht, mit einer Schutzschicht, welche auch die Seitenflanken von Bondrahmen aus der ersten und zweiten Schicht bedeckt, und mit Haftvermittlungsschicht vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Dargestellt ist eine Variante zu den 6a und 6b, bei der sich zusätzlich eine Haftschicht 500 unter der ersten Schicht 100 aus Aluminium- und unter der zweiten Schicht 200 aus Germanium befindet.
Die 8 und 9 zeigen in einem sechsten und siebten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit unterschiedlich breiten ersten und zweiten Bondrahmen vor dem eutektischen Bonden. Dargestellt sind weitere Ausführungsformen, bei denen z.B. der erste Bondrahmen 15 aus Aluminium oder aber der zweite Bondrahmen 16 aus Germanium schmaler als der entsprechende Gegenpart ausgeführt ist.
Die 10 a und b zeigen in einem achten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit einem ASIC als Kappe vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Die Möglichkeit, mit dem beschriebenen Waferbondprozess einen Sensorwafer, der das erste Substrat 10 darstellt, mit einem ASIC-Wafer 21, dem zweiten Substrat zu verbinden, wird in den Figuren 10a und 10b gezeigt. In diesen ist auch zu sehen, dass mit dem beschriebenen Al/Ge/Au-Bondgefüge nicht nur zwei Wafer miteinander verbunden werden, sondern auch gezielt elektrische Kontakte 550 zwischen den beiden Wafern hergestellt werden können.
Die 11 a und b zeigen in einem neunten Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit einem ASIC als Kappe und mit einer Haftvermittlungsschicht vor und nach der Fertigstellung durch eutektisches Bonden.
Dargestellt ist eine Abwandlung zu den 10a und 10b. Hier wurden unter der Ge- und AI-Schicht Haftschichten 500 vorgesehen, welche gleichzeitig als Diffusionsbarrieren in den Kontaktbereichen dienen können.
Denkbar ist es auch, die als Diffusionsbarrieren ausgebildeten Haftschichten nur in Kontaktbereichen vorzusehen und die erste Schicht aus Aluminium sowie die zweite Schichtaus Germanium unmittelbar auf einer elektrisch isolierenden Schicht abzulegen.
Alternativ können sich die Haftschichten auch nur zwischen der ersten Schicht und einer angrenzenden Isolationsschicht oder auch der zweiten Schicht und einer angrenzenden Isolationsschicht befinden und in elektrischen Kontaktbereichen sich unmittelbar in Kontakt mit dem jeweiligen Substrat befinden.
Prinzipiell können alle hier vorgestellten Ausführungsvarianten beliebig miteinander kombiniert werden. Ebenso ist es nicht zwingend notwendig, dass sich unter einer ersten Schicht 100 aus Aluminium oder einer zweiten Schicht aus Germanium identische Haftschichten 500 oder auch identische elektrische Isolationsschichten 400 befinden. Auch kann für die Schutzschicht 300 Au durch Pt ersetzt sein, oder es können Kombinationen aus Au- und Pt-Schichten Verwendung finden.
Das Verfahren gilt für Schichten aus Aluminium und verschiedenen Mischungsverhältnissen von Aluminium, Silizium und Kupfer. In Bondverbindungen kann sich somit, außer den oben bereits erwähnten Materialen auch das Material Silizium und/oder Kupfer befinden.
Gold-, Platin-, Aluminium-, Germanium-, die elektr. Isolationsschichten und die Haftschichten können dabei mit bekannten Verfahren, wie zum Beispiel Aufdampfen, Sputtern, LPCVD- oder PECVD-Abscheidung, abgeschieden werden.
12 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden, wobei:

- in einem Schritt A ein erstes Substrat mit einer ersten Schicht aus einem ersten unedlen Material versehen wird, und ein zweites Substrat mit einer zweiten Schicht aus einem zweiten unedlen Material versehen wird,
- in einem Schritt B das erste Substrat und das zweite Substrat in Kontakt gebracht werden, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht aneinander anliegen, und
- in einem Schritt C aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine eutektische Legierung gebildet wird, welche das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbindet.

Erfindungsgemäß wird nach dem Schritt A und vor dem Schritt B in einem Schritt D auf die erste Schicht oder auch die zweite Schicht eine Schutzschicht aus einem edlen Material aufgebracht, und im Schritt B liegen die erste Schicht und die zweite Schicht vermittels der Schutzschicht aneinander an.
Bezugszeichenliste

10: erstes Substrat
15: erster Bondrahmen
16: zweiter Bondrahmen
20: zweites Substrat
21: ASIC
100: erste Schicht
200: zweite Schicht
300: Schutzschicht
123: eutektische Legierung
400: elektrische Isolationsschicht
500: Haftvermittlungsschicht
550: elektrischer Kontakt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8084322 B2 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden, wobei: - in einem Schritt (A) ein erstes Substrat mit einer ersten Schicht aus einem ersten unedlen Material versehen wird, und ein zweites Substrat mit einer zweiten Schicht aus einem zweiten unedlen Material versehen wird - in einem Schritt (B) das erste Substrat und das zweite Substrat in Kontakt gebracht werden, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht aneinander anliegen, und - in einem Schritt (C) aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine eutektische Legierung gebildet wird, welche das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (A) und vor dem Schritt (B) in einem Schritt (D) auf die erste Schicht und/oder die zweite Schicht eine Schutzschicht aus einem edlen Material aufgebracht wird und im Schritt (B) die erste Schicht und die zweite Schicht vermittels der Schutzschicht aneinander anliegen.
Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus dem edlen Material aus einem Edelmetall, insbesondere Gold oder Platin, gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht aus dem ersten unedlen Material aus Aluminium oder einer Mischung von Aluminium mit Silizium und/oder Kupfer gebildet wird, und dass die zweite Schicht aus dem zweiten unedlen Material aus Germanium gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt A auf dem ersten Substrat und/oder auf dem zweiten Substrat eine elektrische Isolationsschicht aufgebracht wird auf welche die erste Schicht oder die zweite Schicht aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mittels eutektischem Bonden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt A auf dem ersten Substrat und/oder auf dem zweiten Substrat und/oder auf der elektrischen Isolationsschicht eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht wird.
Mikromechanische Vorrichtung mit einem ersten Substrat (10) und einem zweiten Substrat (20), welche mittels einer eutektischen Legierung (123) aus wenigstens zwei unedlen Materialien miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die eutektische Legierung (123) außerdem wenigstens ein edles Material enthält.
Mikromechanische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den zwei unedlen Materialien ein erstes unedles Material Aluminium oder eine Mischung von Aluminium mit Silizium und/oder Kupfer ist, und ein zweites unedles Material Germanium ist.
Mikromechanische Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine edle Material wenigstens ein Edelmetall, insbesondere Gold und/oder Platin, ist.
Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der eutektischen Legierung (123) und dem ersten Substrat (10) und/oder zwischen der eutektischen Legierung (123) und dem zweiten Substrat (20) wenigstens eine elektrische Isolationsschicht (400) angeordnet ist.
Mikromechanische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (400) aus SiO2, Si3N4, siliziumreichem Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder einem Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, Titanoxid oder Tantaloxid oder Kombinationen aus diesen besteht.
Mikromechanische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der eutektischen Legierung (123) und dem ersten Substrat (10) und/oder zwischen der eutektischen Legierung (123) und dem zweiten Substrat (20) und/oder zwischen der eutektischen Legierung (123) und der elektrischen Isolationsschicht (400) wenigstens eine Haftvermittlungsschicht (500) angeordnet ist.
Mikromechanische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht (500) aus Si, Ti, TiN, Ta, TaN, W, Cr, Ni, oder TiW oder aus Kombinationen dieser Materialien besteht.