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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen
einer Schutzabdeckung für
ein Bauelement, und insbesondere auf die Erzeugung einer Schutzabdeckung
für Bauelemente,
die Bereiche enthalten, deren Funktion durch Spritzgussgehäuse beeinträchtigt würde, wie
beispielsweise BAW-Filter (BAW = bulk acoustic wave = akustische
Volumenwelle), SAW-Filter (SAW = surface acoustic wave = akustische
Oberflächenwelle),
Resonatoren, Sensoren und/oder Aktoren. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Erzeugen einer solchen
Schutzabdeckung für
die Bauelemente auf Waferebene.
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Herkömmlicherweise
werden Bauelemente auf und/oder in einem Substrat erzeugt, wobei
nach Fertigstellung des Bauelementes das Substrat, welches das Bauelement
umfasst, in einem Spritzgussgehäuse
geschützt
angeordnet wird. Bei dieser Anordnung sind das Substrat und das
Bauelement zumindest im Bereich des Bauelementes vollständig in das
Material des Spritzgussgehäuses
eingebettet. Diese Vorgehensweise ist für Bauelemente nachteilhaft,
deren Funktion durch das Material des Spritzgussgehäuses beeinträchtigt wird,
die also für
eine ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit
einen Freiraum benötigen,
wie dies beispielsweise bei den oben genannten BAW-Filtern, SAW-Filtern, Resonatoren, Sensoren
und Aktoren erforderlich ist.
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Ein
Ansatz, der im Stand der Technik bekannt ist, um diese Problematik
in Spritzgussgehäusen
zu lösen,
besteht darin, ein „Gegensubstrat" vorzusehen, in das
eine entsprechende Öffnung
eingebracht ist, so dass beim Zusammenfügen des Bauelementsubstrats
und des Gehäusesubstrats
der Hohlraum im Bereich des Bauelements in dem Bauelementsubstrat
angeordnet ist, so dass hier keine Beeinträchtigung der Funktionalität des Bauelements mehr
auftritt. Auf Waferebene wird entsprechend ein Wafer mit den entsprechenden
Strukturen für
die Bauelemente erzeugt (Systemwafer), der mit einem zweiten Wafer
(Deckelwafer), der entsprechende Gruben und Löcher aufweist, die beispielsweise durch Ätzen desselben
hergestellt wurden, verbunden wird, zum Beispiel durch einen Bondvorgang. Auf
diese Art und Weise werden die Gruben des zweiten Wafers zu Hohlräumen über den
empfindlichen Strukturen des ersten Wafers, wobei durch die Löcher im
zweiten Wafer die Anschlussstellen (Kontaktpads) des ersten Wafers
zugänglich
sind. Hierdurch werden die empfindlichen Strukturen geschützt.
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Alternativ
zu den gerade beschriebenen Vorgehensweisen kann auch ein Keramikgehäuse verwendet
werden.
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Der
Nachteil dieser Lösung
besteht darin, dass hier stets ein zweites Substrat bzw. ein zweiter Wafer
zu strukturieren ist, was eine von dem ersten Wafer getrennte Prozessierung
und Bearbeitung erforderlich macht. Dies führt zu einer sehr aufwendigen
und kostenintensiven Gesamtherstellung und erhöht ferner die Anforderungen
hinsichtlich der erforderlichen Prozessgenauigkeit. Ein weiterer
Nachteil der Vorgehensweise besteht darin, dass bei der Verbindung
des Deckelwafers mit dem Systemwafer zusätzlicher Druck und Temperatur
angewendet werden müssen,
und dass die Anforderungen an die Oberflächenqualität und -reinheit dementsprechend hoch
sind. Ein weiterer, noch schwerwiegenderer Nachteil besteht darin,
dass während
dieses Bondprozesses die mikromechanischen Strukturen schon freiliegen,
so dass hier ein zusätzliches
Ausbeuterisiko existiert.
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In
der nachveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung
DE
102 00 869 A wird ein alternatives Verfahren beschrieben,
welches eine Opferschicht und eine durch ein Photoresist gebildetes
Abdeckungselement beschreibt. Die Opferschicht wird in einem Bereich
des Substrats, in dem das Bauelement gebildet ist, gebildet, in
dem später
der Hohlraum zu erzeugen ist. Über
die Opferschicht wird eine Photoresistschicht aufgebracht, in die
Löcher eingebracht
werden, um die Opferschicht im Be reich der Löcher freizulegen. Anschließend wird
die Opferschicht durch geeignete Maßnahmen entfernt und die Löcher in
der Photoresistschicht werden verschlossen. Der Nachteil dieser
Vorgehensweise ist in dem Erzeugen eines ungleichmäßigen Höhenprofils über den
Waferquerschnitt, d.h. einer nichtplanaren Waferoberfläche zu sehen,
was aus dem Prozessieren der einzelnen Schutzabdeckungen über den Bauelementen
resultiert. Dieses ungleichmäßige Höhenprofil über den
Waferquerschnitt hat zur Folge, dass nachfolgende Prozessschritte
erschwert werden. Dies gilt insbesondere für Verfahren, die auf ebenen
Flächen
besonders gute Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Druckverfahren.
Da kostengünstige
Druckverfahren, beispielsweise das Siebdruckverfahren, oftmals zum
Aufbringen von Kontaktstellen in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden,
kann das Auftreten eines ungleichmäßigen Höhenprofils über die Waferoberfläche zu einem
erheblichen Verlust an Präzision
bei dem Aufbringen von Kontaktstellen durch das Druckverfahren führen, wobei
unter Umständen
die kostengünstigen
Druckverfahren keine ausreichende Präzision bei hoher Bauteildichte
mehr aufweisen. Als weiterer Nachteil eines ungleichmäßigen Höhenprofils über den
Waferquerschnitt sind Ausbeuteverluste zu nennen, da durch die eingesetzten
Druckverfahren ein Teil der auf dem Wafer zu bildenden Schutzabdeckungen „zerquetscht" werden. Letztlich
sei ferner angemerkt, dass durch freistehende Opferstrukturen und
freistehende Schutzabdeckungen auf der Waferoberfläche, wie
sie in der nachveröffentlichten
Patenanmeldung
DE 102
00 869 A vorgesehen sind, eine definierte Bauteilgröße nicht
unterschritten werden kann, da anderenfalls die Haftung der Opferstruktur
oder der Schutzabdeckung auf der Waferoberfläche zu gering ist und die erzeugte
Schutzabdeckung somit keine ausreichende Stabilität aufweist.
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Die
EP 0373360 B1 beschreibt
ein Verfahren zum Erzeugen einer verbesserten Isolation in VLSI- und
ULSI-Schaltungen, wobei hier ebenfalls ein Hohlraum zu bilden ist.
Auch hier wird der Hohlraum durch eine Opferschicht strukturiert,
die durch eine oder mehrere Öffnungen
in einer Oberfläche
der Anordnung ent fernt wird. Als Nachteil ist hier jedoch anzumerken,
dass der zu bildende Hohlraum eine geringe Stabilität aufweist,
da der Hohlraum im wesentlichen durch eine Deckschicht, welche durch
die zu isolierenden Leiterbahnen getragen wird, gebildet ist. Aus
Gründen
einer ausreichenden Isolierung kann eine definierte Hohlraumgröße nicht
unterschritten werden, wodurch wiederum Ausbeuteverluste durch ein „Zerquetschen" der gebildeten Hohlräumen bei Einsatz
von Druckverfahren in nachfolgenden Prozessschritten ergeben.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes und zuverlässiges Verfahren zum Erzeugen
einer Schutzabdeckung für
Bauelemente zu schaffen, welches auf einfache und kostengünstige Weise
die Erzeugung einer stabilen und kleinen Schutzabdeckung ermöglicht,
ohne dass eine getrennte Prozessierung weiterer Wafer und/oder Substrate
erforderlich ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Erzeugen einer Schutzabdeckung
eines Bauelementes, wobei ein Substrat vorgesehen ist, welches das
Bauelement umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- (a) Abscheiden einer ersten Abdeckschicht auf
einem Substrat, wobei die erste Abdeckschicht zumindest einen Bereich
des Substrats bedeckt, welcher das Bauelement umfasst;
- (b) Bilden von zumindest einer Öffnung in der ersten Abdeckschicht,
wobei die zumindest eine Öffnung
den Bereich des Substrats freilegt, welcher das Bauelement umfasst;
- (c) Verfüllen
der gebildeten Öffnung
in der ersten Abdeckschicht unter Verwendung eines Füllmaterials;
- (d) Abscheiden einer zweiten Abdeckschicht auf der ersten Abdeckschicht
und der durch das Füllmaterial
verfüllten Öffnung der
ersten Abdeckschicht;
- (e) Bilden von zumindest einer Öffnung in der zweiten Abdeckschicht,
um zumindest einen Bereich des Füllmaterials
freizulegen;
- (f) Entfernen des Füllmaterials,
welches einen Bereich des Substrats bedeckt, welcher das Bauelement
umfasst; und
- (g) Verschließen
der in der zweiten Abdeckschicht gebildeten Öffnung.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine stabile und kleine
Schutzabdeckung gebildet werden kann, indem auf einem Substrat eine
erste Abdeckschicht abgeschieden wird, die zumindest einen Bereich
des Substrats bedeckt, welcher das Bauelement umfasst. Nachfolgend
wird zumindest über
demjenigen Bereich des Substrates, welcher das Bauelement umfasst,
eine Öffnung
in der ersten Abdeckschicht gebildet und die gebildete Öffnung in der
ersten Abdeckschicht mit einem Füllmaterial
verfüllt.
Hierbei erfolgt das Verfüllen
der in der ersten Abdeckschicht gebildeten Öffnungen derart, dass ein Aufbringen
von Füllmaterial
auf die erste Abdeckschicht unterbleibt und zugleich durch das Verfüllen der Öffnungen
in der ersten Abdeckschicht eine ebene Fläche, bestehend aus Bereichen
des Füllmaterials
und der ersten Abdeckschicht, erzeugt wird. Auf die gebildete ebene
Fläche
wird nachfolgend eine zweite Abdeckschicht abgeschieden, in welcher
zumindest eine Öffnung
gebildet wird, um zumindest einen Bereich des Füllmaterials freizulegen. Durch
diese zumindest eine gebildete Öffnung
wird dasjenige Füllmaterial
zur Bildung eines Hohlraumes entfernt, welches einen Bereich des
Substrats bedeckt, welcher das Bauelement umfasst. Anschließend wird
die zumindest eine in der Abdeckschicht gebildete Öffnung verschlossen.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Ansatzes
besteht darin, dass die erste Abdeckschicht, durch deren Öffnung der
zu bildende Hohlraum definiert ist, auf der Substratoberfläche verbleibt.
Hierdurch wird nach dem Verfüllen
der in der ersten Abdeckschicht gebildeten Öffnung eine ebene Fläche erzeugt,
durch welche sich die weiteren Prozessschritte für das Erzeugen einer Schutzabdeckung
eines Bauelements deutlich vereinfachen. Die Vereinfachung resultiert
insbesondere daher, dass durch das Verbleiben der ersten Abdeckschicht
auf der Substratoberfläche
das Ausbilden eines ungleichmäßigen Höhenprofils über den
Waferquerschnitt vermieden wird. Dies ermöglicht in einem nachfolgenden
Prozessschritt insbesondere die präzise Verwendung von kostengünstigen
Druckverfahren zum Aufbringen einer Metallpaste, welche zum Kontaktieren der
Bauelemente notwendig ist.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ansatzes besteht ferner
darin, dass durch das Verbleiben der ersten Abdeckschicht auf der
Waferoberfläche
das Ausbilden von freistehenden Opferstrukturen vermieden wird.
Dadurch, dass die Hohlraum-definierenden Strukturen nunmehr von
der ersten Abdeckschicht umfasst werden, lassen sich aufgrund der
hierdurch erhöhten
Stabilität
der Hohlraum-definierenden Strukturen kleinere Hohlräume und
somit eine höhere
Bauelementdichte auf einem Wafer realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ansatzes besteht darin,
dass durch das Einbetten der Hohlräume in die erste Abdeckschicht
und das Verbleiben der ersten Abdeckschicht auf der Substratoberfläche eine
Struktur erzeugt wird, durch welche der gebildete Hohlraum in nachfolgenden
Prozessschritten bestmöglich
geschützt
wird und somit die Ausbeuteverluste bei dem Erzeugen der Schutzabdeckung
für ein
Bauelement minimiert werden. Dies gilt insbesondere auch dadurch,
dass durch im erfindungsgemäßen Ansatz
freistehende Opferstrukturen vermieden werden und somit bei dem
Anwenden eines Druckverfahrens in dem Herstellungsprozess der Schutzabdeckung
ein „Zerquetschen" derselben vermieden
wird.
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Gemäß einem
bevorzugt Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst das Bilden von zumindest einer Öffnung in
der ersten bzw. zweiten Abdeckschicht das Belichten der ersten bzw. zweiten
Abdeckschicht, woran sich ein Entwickeln der belichteten Bereiche
der ersten bzw. zweiten Abdeckschicht zur Bildung der beschriebenen Öffnung anschließt.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfüllen der gebildeten Öffnung in
der ersten Abdeckschicht das Aufbringen eines Füllmaterials auf die erste Abdeckschicht
und in der zumindest einen Öffnung
der ersten Abdeckschicht, woran sich ein Planarisieren der sich
durch das Aufbringen des Füllmaterials
ergebenden Struktur derart anschließt, dass die erste Abdeckschicht
und das Füllmaterial
in der zumindest einen verfüllten Öffnung der
ersten Abdeckschicht freiliegen.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird eine weitere Öffnung
in der ersten Abdeckschicht gebildet, um einen Bereich des Substrats
mit einem Anschlussbereich des Bauelements freizulegen. Die weitere Öffnung in
der ersten Abdeckschicht wird nachfolgend mit einem leitfähigen Füllmaterial
verfüllt,
wobei anschließend
eine leitfähige
Schicht abgeschieden wird, die mit dem leitfähigen Füllmaterial in der weiteren Öffnung in
elektrisch leitfähiger
Verbindung ist und dasselbe überdeckt. Zusätzlich wird
eine weitere Öffnung
in der zweiten Abdeckschicht gebildet, um die beschriebene leitfähige Schicht
freizulegen. Weiterhin unterbleibt das Verschließen der weiteren Öffnung in
der zweiten Abdeckschicht.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein leitfähiges Material in die weitere Öffnung der
zweiten Abdeckschicht eingebracht, um den Anschlussbereich des Bauelements über das
leitfähige
Füllmaterial,
die leitfähige
Schicht und das leitfähige
Material zu einer externen Anschlussstelle zu führen.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist das Substrat neben einem Bauelementbereich einen Anschlussbereich
eines Bauelements auf, wobei in einem ersten Schritt eine leitfähige Schicht
auf dem Substrat aufgebracht wird, die den Anschlussbereich überdeckt.
Nachdem auf die leitfähige
Schicht eine ersten Abdeckschicht abgeschieden wurde, wird neben
der Hohlraum-definierenden Öffnung
in der ersten Abdeckschicht zumindest eine weitere Öffnung in
der ersten Abdeckschicht gebildet, um die aufgebrachte leitfähige Schicht
freizulegen. Weiterhin wird die weitere gebildete Öffnung mit
einem Füllmaterial
verfüllt
und eine zweite Abdeckschicht auf die erste Abdeckschicht und der
durch das Füllmaterial
verfüllten
weiteren Öffnung
der ersten Abdeckschicht abgeschieden. Nachfolgend wird neben einer Öffnung zum
Freilegen des Füllmaterials,
welches den Bauelementbereich bedeckt, eine weitere Öffnung in
der zweiten Abdeckschicht gebildet, um das Füllmaterial in der gebildeten
weiteren Öffnung
der ersten Abdeckschicht freizulegen und dieses Füllmaterial
in einem weiteren Prozessschritt aus der weiteren Öffnung in der
ersten Abdeckschicht zu entfernen. Für dieses Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unterbleibt wiederum das Verschließen der
weiteren Öffnung
in der zweiten Abdeckschicht.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird in die nicht verschlossenen weiteren Öffnungen der ersten und zweiten
Abdeckschicht ein leitfähiges
Material eingebracht, um den Anschlussbereich des Bauelements über die
leitfähige Schicht
und das leitfähige
Material zu einer externen Anschlussstelle zu führen.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die externe Anschlussstelle durch strukturiertes Aufbringen
einer Metallpaste gebildet.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das Bauelement ein BAW-Filter, ein SAW-Filter, einen Resonator,
einen Sensor oder einen Aktor.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wird das erfindungsgemäße Verfahren
auf Waferebene angewandt, um so auf einfache Art und Weise die Erzeugung
einer Schutzabdeckung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
für eine
Vielzahl von in dem Wafer gebildeten Bauelementen zu ermöglichen.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Wafer nach dem Prozessieren in mehrere Einzelteile zerlegt.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das Strukturieren der ersten und zweiten Abdeckschicht das
Festlegen von Trennlinien auf dem Wafer.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1A–1I die
Schritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
einer Schutzabdeckung eines Bauelements in Schnittdarstellung gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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2A–2D die
Schritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
einer Schutzabdeckung eines Bauelements in Schnittdarstellung gemäß einer
Variante des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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3A–3I die
Schritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
einer Schutzabdeckung eines Bauelements in Schnittdarstellung gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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In
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen
Zeichnungen dargestellten, ähnlichen
Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Anhand
der 1A bis 1I wird nachfolgend das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
für eine
Schutzabdeckung eines Bauelementes gemäß einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In 1A ist ein Substrat 100 gezeigt, welches
eine erste Oberfläche 102 aufweist,
wobei das Substrat 100 einen ersten Bereich 104 umfasst, in
dem ein Bauelement gebildet ist (= Bauelementbereich), einen zweiten
Bereich 106 umfasst, in dem ein Anschlussbereich eines
Bauelementes gebildet ist (= Anschlussbereich), und einen dritten
Bereich 108 umfasst, in dem kein Anschlussbereich eines
Bauelementes und kein Bauelement gebildet ist. Bei dem im Bauelementereich 104 gebildeten
Bauelement handelt es sich beispielsweise um ein Bauelement, das
zumindest einen Bereich umfasst, dessen Funktion durch ein Gehäuse beeinträchtigt würde, also dessen
Funktion einen Freiraum oberhalb des betreffenden Bauelementbereichs 104 erfordert.
Diesbezüglich
sei darauf hingewiesen, dass in den Figuren abstrakt der Bereich 104 als
der Bauelementbereich angegeben ist, wobei jedoch hier tatsächlich derjenige
Bereich eines in dem Substrat 100 gebildeten Bauelements
gemeint ist, dessen Funktionalität
einen Freiraum bzw. Hohlraum erfordert. Bei den betroffenen Elementen
kann es sich beispielsweise um BAW-Filter, SAW-Filter, Resonatoren,
Sensoren oder Aktoren handeln. Ebenso können oberflächen-mikromechanische Sensoren
gebildet werden, deren Funktion durch das Gehäuse beeinträchtigt würde, wie zum Beispiel Beschleunigungssensoren,
Drehratensensoren und ähnliches.
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Erfindungsgemäß wird,
wie in 1A dargestellt
ist, zunächst
eine erste Abdeckschicht 110 auf der Oberfläche 102 des
Substrates 100 abgeschieden, wobei die erste Abdeckschicht 110 den
Bauelementbereich 104 und den Anschlussbereich 106 bedeckt.
Als Material für
die erste Abdeckschicht 110 kommt beispielsweise ein photostrukturierbarer
Resist (zum Beispiel SU-8
der Firma Microchem, USA) in Betracht. In einem nachfolgenden Prozessschritt wird
die erste Abdeckschicht 110, beispielsweise durch die Belichtung
unter Verwendung einer Maske und Entwicklung der belichteten Stellen,
derart strukturiert, dass lediglich der zu schützende Bauelementbereich 104,
der Anschlussbereich 106 durch eine Öffnung 112a bzw. 112b in
der ersten Abdeckschicht 110 und Randbereiche 122 des
Substrats 100 freigelegt sind. Nachdem die Öffnung 112a zur
Freilegung eines Bauelementbereichs 104 und die Öffnung 112b zur
Freilegung eines Anschlussbereiches 106 in der ersten Abdeckschicht 110 gebildet
wurden, wird auf der Oberfläche 114 der
ersten Abdeckschicht, den Seitenwänden der Öffnungen 112a und 112b,
dem Bauelementbereich 104 und dem Anschlussbereich 106 eine
Seed-Schicht 116 (= Galvanik-Startschicht) aufgebracht,
wobei vorzugsweise ein leitfähiges
Material, insbesondere ein metallisches Material, verwendet wird.
Das Aufbringen der Seed-Schicht 116 kann
beispielsweise durch Sputtern, Bedampfen oder autokatalytisches
Aufwachsen erfolgen. Nachfolgend wird ein Füllmaterial 118 auf
die Seed-Schicht 116 derart aufgebracht, dass die Öffnungen 112a und 112b in
der ersten Abdeckschicht 110 verfüllt werden und die Seed-Schicht 116 vollständig abgedeckt
ist. Das Aufbringen des Füllmaterials 118 lässt sich
beispielsweise durch ein Verstärken
der Seed-Schicht 116 mit Kupfer (= Kupfergalvanik, Kupferplattierung)
realisieren.
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Anschließend wird
die sich in den vorausgehenden Prozessschritten ergebende Oberfläche 120 des
Füllmaterials 118 derart
planarisiert, dass eine dem Substrat 100 gegenüberliegende
ebene Fläche 130 erzeugt
wird (siehe 1B), welche
Bereiche der Oberfläche 114 der
ersten Abdeckschicht 110, Bereiche der Oberfläche 132a der
verfüllten Öffnung 112a in
der ersten Abdeckschicht 110 über dem Bauelementbereich 104,
Bereiche der Oberfläche 132b der
verfüllten Öffnung 112b in
der ersten Abdeckschicht 110 über dem Anschlussbereich 106 und
Bereiche der Schnittfläche 134 der
Seed-Schicht 116 umfasst, wobei die Übergänge zwischen den einzelnen
Bereichen bündig
ausgerichtet sind. Das Planarisieren kann hierbei durch einen CMP-Schritt
(CMP = chemical mechanical polishing = chemisch-mechanisches Polieren)
erfolgen. 1B zeigt die
sich hiernach ergebende Struktur in Schnittdarstellung.
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Auf
die derart erhaltene ebene Fläche 130 wird
nachfolgend, wie in 1C dargestellt,
eine zusätzliche
Abdeckschicht 140 aufgebracht, welche beispielsweise aus
einem photostrukturierbaren Resist besteht, welcher sich jedoch
vorzugsweise von dem Material der ersten Abdeckschicht 110 unterscheidet.
Die zusätzliche
Abdeckschicht 140 wird nachfolgend derart strukturiert,
dass durch eine Öffnung 142 in
der zusätzlichen
Abdeckschicht 140 die Oberfläche 132b der verfüllten Öffnung 112b in
der ersten Abdeckschicht 110 über dem Anschlussbereich 106 des
Bauelements, sowie benachbarte Bereiche der Schnittfläche 134 der
Seed-Schicht 116 und entsprechende Abschnitt der Oberfläche 132 freiliegen.
Das Bilden der Öffnung 142 in
der zusätzlichen
Abdeckschicht 140 kann hierbei beispielsweise durch das
Belichten der zusätzlichen
Abdeckschicht 140 unter Verwendung einer Photomaske und
das nachfolgende Entwickeln der belichteten Bereiche der zusätzlichen
Abdeckschicht 140 erfolgen. Hierbei ist jedoch zu beachten,
dass beim Entwickeln der belichteten Stelle der zusätzlichen
Abdeckschicht 140 die Unversehrtheit der ersten Abdeckschicht 110 gewährleistet
ist. Nach dem Strukturieren der zusätzlichen Abdeckschicht 140 unter
Bildung in der Öffnung 142 der
zusätzlichen
Abdeckschicht 140 erfolgt ein Abscheiden einer leitfähigen Schicht 144 auf
die Oberfläche 146 der
zusätzlichen
Abdeckschicht 140 und den durch die Öffnung 142 freigelegten
Bereich. Anschließend
werden die zusätzliche
Abdeckschicht 140 und die darauf aufgebrachte leitfähige Schicht 144 entfernt,
so dass lediglich derjenige Teil 148 der leitfähigen Schicht 144 in
der Öffnung 142 verbleibt. 1D zeigt die hieraus resultierende
Struktur. Hierdurch kann eine leitfähige Versiegelung des Füllmaterials 118 in
der Öffnung 112b der
ersten Abdeckschicht 110 über dem Anschlussbereich 106
dem Bauelementes derart erfolgen, dass in nachfolgenden Schritten
eine Entfernung des Füllmaterials 118 und
der Seed-Schicht 116 in der Öffnung 112b der ersten
Abdeckschicht 110 über
dem Anschlussbereich 106 des Bauelements verhindert wird.
Hierbei weist die verbleibende leitfähige Schicht 144 vorzugsweise
eine Resistenz gegenüber
einem Stoff zur Entfernung des Füllmaterials 118 und
der Seed-Schicht 116 auf.
Als geeignetes Material kommt hierzu beispielsweise das Material
Gold in Betracht. Weiterhin ist zu beachten, dass beim Entfernen
der zusätzlichen
Abdeckschicht 140 die ebene Fläche 130 nicht beschädigt wird.
Hierzu ist eine geeignete Wahl des Materials der zusätzlichen
Abdeckschicht 140 und eines entsprechenden Lösungsmittels
zu beachten.
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In
einem anschließenden
Prozessschritt wird eine zweite Abdeckschicht 150 auf die
Fläche 130 und
die verbleibende leitfähige
Schicht 148 abgeschieden, wie in 1E gezeigt ist. Als Material der zweiten
Abdeckschicht 150 kann beispielsweise wiederum ein photostrukturierbarer
Resist (z.B. SU-8 der Fa. Microchem, USA) in Betracht gezogen werden.
Anschließend
wird die zweite Abdeckschicht 150, beispielsweise durch
Belichten und Entwickeln der belichteten Stellen, derart strukturiert,
dass zumindest eine Öffnung,
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
vier Öffnungen, 152 in
der zweiten Abdeckschicht 150 einen Bereich des Füllmaterials 118 freilegt,
welcher die Öffnung 112a der
ersten Abdeckschicht 110 über dem Bauelementbereich 104 verfüllt. Ferner
wird durch das Strukturieren eine weitere Öffnung 154 in der
zweiten Abdeckschicht 150 gebildet, um einen Bereich der
verbliebenen leitfähigen Schicht 148 freizulegen.
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Nach
dem Bilden der Öffnungen 152 und
der Öffnung 154 in
der zweiten Abdeckschicht 150 wird nachfolgend beispielsweise
durch einen Ätzvorgang das
Füllmaterial 118 und
die Seed-Schicht 116 durch die Öffnungen 152 der
zweiten Abdeckschicht 150 entfernt. Hierdurch entsteht über dem
Bauelementbereich 104 ein Hohlraum 160, der für die fehlerfreie Funktionsweise
des Bauelementes erforderlich ist. Durch die Versiegelung des Füllmaterials 118 und
der Seed-Schicht 116 über
dem Anschlussbereich 106 mit der verbliebenen leitfähigen Schicht 148 wird
verhindert, dass durch den genannten Ätzvorgang ein Entfernen des
Füllmaterials 118 und
der Seed-Schicht 116 über
dem Anschlussbereich 106 erfolgt. Die sich ergebende Struktur
ist in 1F gezeigt.
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Nachfolgend
wird der Hohlraum 160 in einem weiteren Prozessschritt
verschlossen, in dem, wie in 1G gezeigt
ist, eine dritte Abdeckschicht 170 auf die Struktur, wie
sie sich nach
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1F ergibt, abgeschieden
wird, wodurch die Öffnungen 152 verschlossen
werden, ohne den gebildeten Hohlraum 160 zu verfüllen. Als
Material für
die dritte Abdeckschicht 170 kann wiederum ein photostrukturierbarer
Resist (beispielsweise SU-8)
in Betracht gezogen werden. Ferner wird die dritte Abdeckschicht 170,
beispielsweise durch Belichten und Entwickeln der belichteten Stellen,
derart strukturiert, dass eine Öffnung 172 in
der dritten Abdeckschicht 170 gebildet wird, die die verbliebene
leitfähige Schicht 148 unter
Verwendung der Öffnung 154 in der
zweiten Abdeckschicht 150 freilegt, so dass sich die dargestellte
stufenförmige
Struktur ergibt.
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In
einem abschließenden
Prozessschritt erfolgt das Kontaktieren der verbliebenen leitfähigen Schicht 148 durch
die Öffnung 154 der
zweiten Abdeckschicht 150 und der Öffnung 172 der dritten
Abdeckschicht 170, indem beispielsweise durch ein Druckverfahren
die genannten Öffnungen 154 und 172 mit
einer Metallpaste 174 leitfähig verfüllt werden, wie in 1H gezeigt ist.
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1I zeigt die sich aus der
verfüllten
Metallpaste 174 nach einem Reflow-Prozess ergebenden externen
Anschlusskontakte, welche beispielsweise als Solder Bumps (= Lötperlen) 180 ausgestaltet
sein können.
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2 zeigt eine Variante des
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, wobei die in den 1A–1G dargestellten Schritte
gleich sind. Hierdurch wird jedoch die stufenförmige Struktur der Öffnungen 172 und 154 vermieden.
Stattdessen wird eine Öffnung 172a gebildet,
die im wesentlichen mit der Öffnung 154 der
zweiten Abdeckschicht 150 ausgerichtet ist. Die hierdurch
erzeugte Struktur ist in 2A dargestellt.
In einem anschließenden Prozessschritt
wird die Öffnung 172a in
der dritten Abdeckschicht 170 und die Öffnung 154 in der
zweiten Abdeckschicht 150 derart mit einem leitfähigen Füllmaterial 176 verfüllt, dass
eine Kontaktierung der verbleibenden leitfähigen Schicht 148 an
der Oberfläche 178 der
dritten Abdeckschicht 170 möglich ist. Das Aufbringen des leitfähigen Füllmaterials 176 erfolgt
hierbei vorzugsweise durch ein galvanisches Abscheiden. Die sich
nach diesem Prozessschritt ergebende Struktur ist in 2B dargestellt. Mittels
eines Druckverfahrens, beispielsweise einem Siebdruckverfahren,
lässt sich
nachfolgend eine Metallpaste 174 auf das leitfähige Füllmaterial 176 aufbringen,
wie in 2C dargestellt
ist. Durch einen anschließenden
Reflow-Prozess wird aus der aufgebrachten Metallpaste 174 zumindest
ein Solder Bump 180 zum externen Kontaktieren des Anschlussbereiches 106 von
der Oberfläche 178 der dritten
Abdeckschicht 170 erzeugt. Die sich nach diesem Prozessschritt
ergebende Struktur ist in 2D dargestellt.
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3 zeigt ein zweites bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird zunächst, wie in 3A gezeigt ist, auf einem Substrat 100 eine
anfängliche
Abdeckschicht 310 abgeschieden. Als Material für die anfängliche
Abdeckschicht 310 kann ein photostrukturierbarer Resist
in Betracht gezogen werden. In einem nachfolgenden Prozessschritt
wird die anfängliche
Abdeckschicht 310, beispielsweise durch Belichten unter
Verwendung einer Photomaske mit nachfolgendem Entwickeln der belichteten
Schicht, derart strukturiert, dass ein Anschlussbereich 106 des
Substrats 100 durch eine Öffnung 312 in der
anfänglichen
Abdeckschicht 310 freigelegt ist. Nachfolgend wird eine
leitfähige Schicht 314 auf
die Oberfläche 316 der
anfänglichen Abdeckschicht 310 und
den durch die Öffnung 312 in der
anfänglichen
Abdeckschicht 310 freigelegten Anschlussbereich 106 des
Substrats 100 aufgebracht. Als Material für die leitfähige Schicht 314 kommt
hierbei beispielsweise Gold in Betracht. Durch ein Entfernen der
anfänglichen
Abdeckschicht 310, wobei zugleich die leitfähige Schicht 314 entfernt
wird, die auf der Oberfläche 316 der
anfänglichen
Abdeckschicht 310 aufgebracht wurde, ergibt sich die in 3B dargestellte Struktur,
bei der die verbleibende leitfähige Schicht 318 einen
Anschlussbereich 106 des Substrats 100 bedeckt.
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Nachdem
die anfängliche
Abdeckschicht 310 entfernt wurde, wird, analog dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung die erste Abdeckschicht 110 auf die Oberfläche 102 des
Substrats 100 und die verbleibende leitfähige Schicht 318 aufgebracht.
Durch ein Strukturieren der ersten Abdeckschicht 110, wird
die Öffnung 112a in
der ersten Abdeckschicht 110 gebildet, welche den Bauelementbereich 104 freilegt.
Weiterhin wird durch das Strukturieren die Öffnung 112b in der
ersten Abdeckschicht 110 gebildet, welche einen Bereich
der verbliebenen leitfähigen
Schicht 318 freilegt. Ferner werden die Randbereiche 320 des
Substrats 100 freigelegt. Die sich nach diesem Prozessschritt
ergebende Struktur ist in 3C dargestellt.
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In
einem anschließenden
Prozessschritt wird die Seed-Schicht 116 auf die Oberfläche 114 der
ersten Abdeckschicht 110, die Seitenwände der Öffnung 112a und der Öffnung 112b in
der ersten Abdeckschicht 110, den freigelegten Bauelementbereich 104 des
Substrats 100, die verbleibende leitfähige Schicht 318,
die Oberfläche 102 des
Substrats 100 in den freigelegten Randbereichen 320 und
die äußere Seitenwand 322 der
ersten Abdeckschicht 110 aufgetragen. Analog zu der Vorgehensweise
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung erfolgt hiernach ein Aufbringen des Füllmaterials 118 auf
die abgeschiedene Seed-Schicht 116, wobei die Öffnung 112a und
die Öffnung 112b in
der ersten Abdeckschicht 110 verfüllt und die auf der Oberfläche 114 der
ersten Abdeckschicht 110 aufgetragene Seed-Schicht 116 bedeckt
wird. Ferner wird das Füllmaterial 118 zugleich
auf die Seed-Schicht 116, welche die Oberfläche 102 des
Substrats 100 in den Randbereichen 320 und den äußeren Seitenwänden 322 der
ersten Abdeckschicht 110 bedeckt, derart aufgebracht, so
dass sich eine bündig
ausgestaltete Oberfläche 120 des
Füllmaterials 118 ergibt.
Die sich nach diesem Prozessschritt ergebende Struktur ist in 3D abgebildet.
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Analog
zur Vorgehensweise des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
wird anschließend
die sich in den vo rausgehenden Prozessschritten des zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung ergebende Oberfläche 120 des
Füllmaterials 118 derart
planarisiert, dass sich wiederum die ebene Fläche 130 ergibt, in
der Bereiche der ersten Abdeckschicht 110, der Seed-Schicht 116 und
des Füllmaterials 118 freiliegen,
wobei die Übergänge zwischen
den unterschiedlichen Bereichen bündig ausgerichtet sind. Weiterhin
werden die äußere Seitenwand 322 der
ersten Abdeckschicht 110 und die Oberfläche 102 des Substrats 100 in
den Randbereichen 320 des Substrats 100 freigelegt,
indem die in diesen Bereichen aufgebrachte Seed-Schicht 116 und
das Füllmaterial 118 entfernt werden.
Anschließend
wird, analog der Vorgehensweise im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung, auf die ebene Fläche 130 die
zweite Abdeckschicht 150 aufgetragen, woran sich ein Strukturieren
der zweiten Abdeckschicht 150 anschließt, bei dem die Öffnungen 152 in
der zweiten Abdeckschicht 150 gebildet werden. Die sich
nach dem Strukturieren der zweiten Abdeckschicht 150 ergebende
Struktur ist in 3E dargestellt.
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In
einem nachfolgenden Prozessschritt wird analog zur Vorgehensweise
im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dasjenige Füllmaterial 118 entfernt,
welches durch die Öffnungen 152 und
durch die Öffnung 154 in
der zweiten Abdeckschicht 150 zugänglich ist. Hierbei wird zugleich
die das zu entfernende Füllmaterial 118 umgebende Seed-Schicht 116 entfernt,
wodurch der Hohlraum 160 gebildet, der für die korrekte
Funktionsweise des Bauelementes erforderlich ist. Die sich nach
diesem Prozessschritt ergebende Struktur ist in 3F dargestellt.
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Zur
Bildung einer zweckmäßigen Schutzabdeckung
des Bauelementes muss, analog der Vorgehensweise im ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, der sich nach dem Entfernen des Füllmaterials 118 und
der Seed-Schicht 116 ergebende Hohlraum 160 verschlossen
werden. Hierzu wird die dritte Abdeckschicht 170 auf die
Oberfläche 156 der
zweiten Abdeckschicht 150 aufgebracht, wodurch die Öffnungen 152 in
der zweiten Ab deckschicht 150 verschlossen werden, ohne
den gebildeten Hohlraum 160 zu verfüllen. Durch ein Strukturieren
der dritten Abdeckschicht 170, wird weiterhin die Öffnung 172 in
der dritten Abdeckschicht 170 gebildet, um einen Bereich
der verbliebenen leitfähigen Schicht 318 freizulegen,
wobei die Öffnung 172 über der Öffnung 154 der
zweiten Abdeckschicht 150 angeordnet ist. Die sich hierdurch
ergebene Struktur ist in 3G dargestellt.
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In
einem anschließenden
Prozessschritt werden die Öffnung 112b in
der ersten Abdeckschicht 110, die Öffnung 154 in der
zweiten Abdeckschicht 150 und die Öffnung 172 in der
dritten Abdeckschicht 170 mit dem leitfähigen Füllmaterial 176 derart
leitfähig
verfüllt,
dass eine externe Kontaktierung der verbliebenen leitfähigen Schicht 318 von
der Oberfläche 178 der
dritten Abdeckschicht 170 ermöglicht wird. Anschließend wird
die Metallpaste 174 auf diejenigen Bereiche der Oberfläche 178 der
dritten Abdeckschicht 170 aufgebracht, welche für die externe
Kontaktierung der verbliebenen leitfähigen Schicht 318 über das
leitfähige
Füllmaterial 176 vorgesehen
sind. Die nach diesem Prozessschritt erhaltene Struktur ist in 3H dargestellt.
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Nach
Anwendung eines Reflow-Prozesses bildet die im vorangehenden Prozessschritt
aufgebrachte Metallpaste 174 die für die externe Kontaktierung
des Anschlussbereichs 106 erforderlichen Solder Bumps.
Die sich nach diesem Prozessschritt ergebende Struktur ist in 3I dargestellt.
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Ferner
werden beispielsweise durch die freigelegten Randbereiche 122 bzw. 320 auf
Waferebene Trennlinien markiert, wodurch sich der Wafern in einzelne
Bauelemente trennen lässt.
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Obwohl
oben bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung näher
erläutert wurden,
ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese
Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist. Auch eine Anwendung auf andere mikromechanische Bauelemente
ist möglich
und ferner ist die Anzahl der Öffnun gen
in den Abdeckschichten nicht auf die anhand der Figuren angegebenen
Anzahl beschränkt.
Weiterhin wird durch den beschriebenen Anschlussbereich 106 nicht
ausschließlich eine
Kontaktierungsmöglichkeit
für den
benachbarten Bauelementbereich 104 bereitgestellt; es lässt sich
durch einen Anschlussbereich 106 vielmehr eine allgemeine
Kontaktierungsmöglichkeit
für ein
beliebige Element oder eine beliebige Struktur auf dem Substrat
realisieren.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen
erläutert
wurde, die einen zu bildenden Hohlraum 160 über dem
Bauelementbereich 104 sowie zugleich eine Kontaktierung
des Anschlussbereichs 106 eines Bauelements aufweisen,
schließt
die Erfindung insbesondere auch Ausführungsbeispiele ein, bei denen lediglich
der Hohlraum 160 über
einem Bauelementbereich 104 gebildet wird oder eine Kontaktierung des
Anschlussbereichs 106 eines Bauelements erfolgt.
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- 100
- Substrat
- 102
- Oberfläche des
Substrates
- 104
- Bauelementbereich
- 106
- Anschlussbereich
- 108
- Bereich,
der keinen Anschlussbereich und keinen Bauele
-
- mentbereich
aufweist
- 110
- erste
Abdeckschicht
- 112a
- Öffnung der
ersten Abdeckschicht 110 über einem Bauele
-
- mentbereich 104
- 112b
- Öffnung der
ersten Abdeckschicht 110 über einem Anschluss
-
- bereich 106
- 114
- Oberfläche der
ersten Abdeckschicht 110
- 116
- Seed-Schicht
- 118
- Füllmaterial
- 120
- Oberfläche des
Füllmaterials 118
- 122
- Randbereiche
des Substrats 100
- 130
- ebene
Fläche
- 132a
- Oberfläche einer
verfüllten Öffnung 112a
- 132b
- Oberfläche einer
verfüllten Öffnung 112b
- 134
- Schnittfläche der
Seed-Schicht 116
- 140
- zusätzliche
Abdeckschicht
- 142
- Öffnung der
zusätzlichen
Abdeckschicht 140
- 144
- leitfähige Schicht
- 146
- Oberfläche der
zusätzlichen
Abdeckschicht 140
- 148
- verbleibender
Teil der leitfähigen
Schicht 146
- 150
- zweite
Abdeckschicht
- 152
- Öffnung der
zweiten Abdeckschicht 150 zur Freilegung des
-
- Füllmaterials 118 im
Bauelementbereich 104
- 154
- Öffnung der
zweiten Abdeckschicht 150 zur Freilegung der
-
- verbleibenden
leitfähigen
Schicht 148
- 156
- Oberfläche der
zweiten Abdeckschicht 150
- 160
- Hohlraum
- 170
- dritte
Abdeckschicht
- 172
- Öffnung in
der dritten Abdeckschicht 170
- 172a
- Öffnung in
der dritten Abdeckschicht 170
- 174
- Metallpaste
- 176
- leitfähiges Füllmaterial
- 178
- Oberfläche der
dritten Abdeckschicht
- 180
- Solder
Bump
- 310
- anfängliche
Abdeckschicht
- 312
- Öffnung in
der anfänglichen
Abdeckschicht 310
- 314
- leitfähige Schicht
- 316
- Oberfläche der
anfänglichen
Abdeckschicht 310
- 318
- verbliebene
leitfähige
Schicht
- 320
- Randbereich
des Substrats 100
- 322
- äußere Seitenwand
der ersten Abdeckschicht 110