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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft mikromaschinell gefertigte („MEMS“) Vorrichtungen und insbesondere Verpackungen für MEMS-Vorrichtungen.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Nach dem Stand der Technik ist bekannt, eine MEMS-Vorrichtung hermetisch zu verkappen und elektrische Verbindungen zwischen der MEMS-Vorrichtung und einer zugehörigen integrierten Schaltung durch Drahtbonds außerhalb der hermetischen Kappe zu bilden.
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Es ist auch bekannt, die zugehörige integrierte Schaltung am Substrat der MEMS-Vorrichtung durch einen Dichtungsring zu befestigen, so dass die zugehörige integrierte Schaltung als Kappe zum hermetischen Abdichten der MEMS-Vorrichtung in einem Hohlraum dient. Solche Vorrichtungen bilden die elektrischen Verbindungen zwischen der MEMS-Vorrichtung und der verkappenden integrierten Schaltung durch Vorsehen elektrisch leitender Zwischenverbindungen, die sich direkt zwischen dem Substrat und der zugehörigen integrierten Schaltung innerhalb des hermetischen Hohlraums erstrecken.
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Es ist jedoch bekannt, dass typische Backend-Filme, die zur Isolation zwischen Metallen und einer Oberseitenpassivierung in integrierten Schaltungen verwendet werden, wie zum Beispiel PECVD-Oxid und PECVD-Nitrid, Gase in den Hohlraum freisetzen (d.h., „ausgasen“) können. Solche Gase können, sobald sie in das Innere des hermetisch abgedichteten Hohlraums der Vorrichtung freigesetzt sind, einen viel höheren abgedichteten Druck als gewünscht erzeugen und die Leistung der MEMS-Vorrichtung nachteilig beeinflussen. Zum Beispiel können solche Gase bewirken, dass ein Beschleunigungsmesser oder Gyroskop seine jeweiligen Spezifikationen nicht erreicht. Selbst für Vorrichtungen, die kein Hohlraumumfeld bei geringem Druck in einem Hohlraum benötigen, kann dieses Ausgasen einen Druck bei oder bei etwa 1 Atmosphäre bewirken, so dass die grundlegende Q-Messung für eine Dichtigkeitsprüfung unmöglich sein kann.
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US 2013 / 0 105 959 A1 beschreibt eine Verkapselungsstruktur, die mindestens einen hermetisch verschlossenen Hohlraum umfasst, in dem mindestens Folgendes eingekapselt ist: ein Bauelement, ein auf einem ersten Substrat hergestelltes elektronisches Bauelement und eine Gettermaterialschicht, die das elektronische Bauelement bedeckt, um die Gase zu blockieren, die von dem elektronischen Bauelement entgast werden können, und in dem das Bauelement nicht von der Gettermaterialschicht bedeckt ist.
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US2008128901 (A1) beschreibt Halbleiterbauelemente mit einem integrierten Schaltkreis (IC-Bauelement), das mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS-Bauelement) gekoppelt ist, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
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US7204737 (B2) beschreibt eine Mikrovorrichtung, die eine Vorrichtungsmikrostruktur und einen Entlüftungskanal in einem Wafer umfasst, der zwischen einem Substrat und einer Kappe eingefügt ist. Die Kappe und das Substrat haben Aussparungen um die Mikrostruktur, um einen Hohlraum zu definieren. Eine Entlüftung ist mit dem Entlüftungskanal und anschließend mit dem Hohlraum verbunden. Die Entlüftung dient zum Evakuieren und Abdichten der Mikrostruktur im Hohlraum. Zur Aufrechterhaltung des Kavitätsvakuums kann eine Getterschicht verwendet werden. Eine elektrische Verbindung kann durch die Entlüftung, den Entlüftungskanal und die Kavität zum Getter hergestellt werden, um die Getterschicht elektrisch zu erden.
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US20130214400 (A1) beschreibt eine Vorrichtung mit einem Abdeckungssubstrat, das mit einer Substratstruktur verbunden ist. Die Substratstruktur enthält eine integrierte Schaltungsstruktur. Die integrierte Schaltungsstruktur enthält eine obere Metallschicht, die auf einer Struktur zur Verhinderung von Ausgasungen angeordnet ist. Mindestens ein mikroelektromechanisches System (MEMS) ist über der oberen Metallschicht und der Struktur zur Verhinderung von Ausgasungen angeordnet.
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Kurzdarstellung der Ausführungsformen
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In einer ersten Ausführungsform enthält eine verkappte, mikromaschinell gefertigte Vorrichtung eine MEMS-Struktur in einer MEMS-Kammer und eine Kappe, die eine Ausgasungsabschirmung enthält, die zum Verhindern eines Eindringens von Ausgasen von der Kappe in die MEMS-Kammer gestaltet ist. Insbesondere enthält die verkappte, mikromaschinell gefertigte Vorrichtung ein Substrat mit einer MEMS-Struktur, die an einem Substrat hängt, und zumindest einen ersten elektrischen Leiter, der an die MEMS-Struktur und die Kappe gekoppelt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die MEMS-Struktur ein Beschleunigungsmesserträger, eine Gyroskopstruktur oder ein Schalterarm sein, um nur einige Beispiele zu nennen.
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Die Vorrichtung enthält auch eine Kappe, die parallel zum Substrat und durch einen verkappenden Spalt getrennt vom Substrat hängt. Die Kappe enthält zumindest einen zweiten elektrischen Leiter, wie dotierte Leitungen oder Metallzwischenverbindungen an der Oberfläche oder innerhalb der Kappe. In einigen Ausführungsformen ist die Kappe eine integrierte Schaltung, die mehrere aktive Halbleitervorrichtungen enthält. Tatsächlich ist die Kappe in einigen Ausführungsformen eine integrierte Schaltung, die zum Verarbeiten von Ausgangssignalen von der MEMS-Struktur gestaltet ist.
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Die Vorrichtung enthält auch eine erste Isolationswand, die zwischen dem Substrat und der Kappe angeordnet ist und den verkappenden Spalt überspannt, wobei die erste Isolationswand und das Substrat eine MEMS-Kammer begrenzen, die die MEMS-Struktur umschließt, so dass die MEMS-Struktur innerhalb der MEMS-Kammer beweglich ist.
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Zusätzlich ist eine Abschirmungsschicht zwischen einer Fläche der Kappe und der MEMS-Kammer (z.B. auf einer Fläche der Kappe) angeordnet und gestaltet, eine vollständige Ausgasungsbarriere zwischen der Fläche der Kappe und der MEMS-Kammer vorzusehen. Mit anderen Worten, die Abschirmungsschicht ist zwischen einem Bereich einer Fläche der Kappe und der MEMS-Kammer angeordnet, wobei der Bereich der Fläche der Kappe ein Teil der Fläche der Kappe ist, welcher der MEMS-Kammer direkt gegenüberliegt. In einigen Ausführungsformen enthält die Abschirmungsschicht Titannitrid oder einen kombinierten Titan- und Titannitridschichtstapel.
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Eine zweite Isolationswand ist auch zwischen dem Substrat und der Kappe angeordnet und überspannt den verkappenden Spalt. Die zweite Isolationswand, das Substrat und die Kappe begrenzen eine Zwischenverbindungskammer, wobei die Zwischenverbindungskammer hermetisch abgedichtet und hermetisch von der MEMS-Kammer isoliert ist. Auf diese Weise ist die MEMS-Kammer hermetisch von der Kappe und der Zwischenverbindungskammer isoliert und die MEMS-Struktur ist elektrisch an den zweiten elektrischen Leiter gekoppelt.
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In verschiedenen Ausführungsformen können die erste Isolationswand und/oder die zweite Isolationswand einen Lotring, eine Glasfritte, oder einen Metalldichtungsring enthalten.
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Die Anordnung der ersten Isolationswand und der zweiten Isolationswand kann die MEMS-Kammer und die Zwischenverbindungskammer in einer Reihe von Ausgestaltungen begrenzen. Zum Beispiel befindet sich die MEMS-Kammer in einigen Ausführungsformen neben der Zwischenverbindungskammer, während in anderen Ausführungsformen die MEMS-Kammer von der Zwischenverbindungskammer umgeben ist.
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In einigen Ausführungsformen umschließen die MEMS-Kammer und die Zwischenverbindungskammer beide ein identisches anfängliches Innenumfeld.
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In einigen Ausführungsformen kann die Abschirmungsschicht an eine Spannungsquelle gekoppelt sein, die zum Zuleiten eines festgesetzten elektrischen Potentials, wie einer Gleichspannung oder Masse, zur Abschirmungsschicht gestaltet ist.
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Schließlich enthält die Vorrichtung eine Zwischenverbindungsstruktur, die innerhalb der Zwischenverbindungskammer angeordnet ist und den verkappenden Spalt überspannt, wobei die Zwischenverbindungsstruktur den ersten elektrischen Leiter elektrisch an den zweiten elektrischen Leiter koppelt.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer verkappten, mikromaschinell gefertigten Vorrichtung enthält ein Vorsehen eines Substrats mit einer MEMS-Struktur, die am Substrat hängt, und zumindest eines ersten elektrischen Leiters, der an die MEMS-Struktur gekoppelt ist.
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Das Verfahren enthält auch ein Vorsehen einer Kappe, wobei die Kappe zumindest einen zweiten elektrischen Leiter hat, und einer Abschirmungsschicht auf einer Fläche der Kappe. In einigen Ausführungsformen enthält die Kappe eine integrierte Schaltung, die mehrere aktive Halbleitervorrichtungen enthält. Tatsächlich sieht das Verfahren in einigen Ausführungsformen eine Kappe vor, die eine integrierte Schaltung ist, die zum Verarbeiten von Ausgangssignalen von der MEMS-Struktur gestaltet ist. In einigen Ausführungsformen ist die Abschirmungsschicht Titannitrid oder ein kombinierter Titan- und Titannitridschichtstapel.
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Zusätzlich sieht das Verfahren eine erste Isolationswand vor, die so gestaltet ist, dass sie sich zwischen dem Substrat und der Kappe erstreckt; und sieht eine zweite Isolationswand vor, die so gestaltet ist, dass sie sich zwischen dem Substrat und der Kappe erstreckt. In einigen Ausführungsformen enthält jeweils die erste Isolationswand und die zweite Isolationswand einen Metalldichtungsring. In einigen Ausführungsformen enthält die zweite Isolationswand einen Lotring oder eine Glasfritte.
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Das Verfahren sieht auch eine Zwischenverbindungsstruktur vor, die so gestaltet ist, dass sie sich zwischen dem Substrat und der Kappe erstreckt.
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Das Verfahren enthält auch ein Koppeln der Kappe an das Substrat, so dass die erste Isolationswand, die zweite Isolationswand und die Zwischenverbindungsstruktur einen verkappenden Spalt zwischen der Kappe und dem Substrat überspannen. Daher begrenzen die Kappe und die erste Isolationswand eine MEMS-Kammer, die die MEMS-Struktur umschließt, so dass zumindest ein Teil der MEMS-Struktur innerhalb der MEMS-Kammer beweglich ist, wobei die Abschirmungsschicht so angeordnet ist, dass sie eine vollständige Gasbarriere zwischen der Fläche der Kappe und der MEMS-Kammer vorsieht. Ebenso begrenzen die Kappe und die zweite Isolationswand eine Zwischenverbindungskammer, so dass die Zwischenverbindungskammer hermetisch abgedichtet und hermetisch von der MEMS-Kammer isoliert ist. Die Zwischenverbindungsstrukturen sind somit innerhalb der Zwischenverbindungskammer angeordnet und koppeln den ersten elektrischen Leiter elektrisch an den zweiten elektrischen Leiter.
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In einer anderen Ausführungsform enthält eine verkappte, mikromaschinell gefertigte Vorrichtung ein Substratmittel mit einer MEMS-Struktur, die am Substratmittel hängt, und zumindest einem ersten elektrischen Leiter, der an die MEMS-Struktur gekoppelt ist, und ein Kappenmittel, das zumindest einen zweiten elektrischen Leiter enthält. Das Substratmittel und das Kappenmittel sind so gestaltet, dass, wenn das Substratmittel an das Kappenmittel gekoppelt ist, das Substratmittel und das Kappenmittel eine MEMS-Kammer, die die MEMS-Struktur umschließt, so dass die MEMS-Struktur innerhalb der MEMS-Kammer beweglich ist, wie auch eine Zwischenverbindungskammer bilden. Die Zwischenverbindungskammer ist hermetisch abgedichtet und hermetisch von der MEMS-Kammer isoliert. Die verkappte, mikromaschinell gefertigte Vorrichtung enthält auch ein Zwischenverbindungsmittel, das innerhalb der Zwischenverbindungskammer angeordnet ist, wobei die Zwischenverbindungsstruktur den ersten elektrischen Leiter elektrisch an den zweiten elektrischen Leiter koppelt.
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In einigen Ausführungsformen enthält das Kappenmittel ein integriertes Schaltungsmittel, das mehrere aktive Halbleitervorrichtungen enthält, wobei zumindest eine der aktiven Halbleitervorrichtungen über den ersten elektrischen Leiter, das Zwischenverbindungsmittel und den zweiten elektrischen Leiter elektrisch an die MEMS-Struktur gekoppelt ist. Tatsächlich ist in einigen Ausführungsformen das Kappenmittel ein integriertes Schaltungsmittel, das zum Verarbeiten von Ausgangssignalen von der MEMS-Struktur gestaltet ist.
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In einigen Ausführungsformen enthält das Abschirmungsschichtmittel eine Schicht aus Titannitrid oder eine TI/TiN -Kombinationsschicht, die auf dem Kappenmittel angeordnet ist.
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Figurenliste
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Die vorangehenden Merkmale von Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verständlich, in welchen:
- 1A und 1B und 1C schematisch eine erste Ausführungsform einer verkappten MEMS-Vorrichtung mit einer MEMS-Kammer zeigen, die hermetisch von Zwischenverbindungen isoliert ist;
- 1D und 1E schematisch eine zweite Ausführungsform einer verkappten MEMS-Vorrichtung mit einer MEMS-Kammer zeigen, die hermetisch von Zwischenverbindungen isoliert ist;
- 1F und 1G und 1H schematisch eine dritte Ausführungsform einer verkappten MEMS-Vorrichtung mit einer MEMS-Kammer zeigen, die hermetisch von Zwischenverbindungen isoliert ist;
- 2A schematisch eine Ausführungsform einer verkappten MEMS-Vorrichtung mit einer MEMS-Kammer zeigt, die hermetisch von Zwischenverbindungen isoliert ist und Siliziumdurchkontaktierungen und Lotkugeln aufweist;
- 2B und 2C schematisch eine andere Ausführungsform einer verkappten MEMS-Vorrichtung mit einer MEMS-Kammer zeigen, die hermetisch von Zwischenverbindungen isoliert ist und Lotkugeln aufweist;
- 3A ein Ablaufdiagramm ist, das schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer verkappten MEMS-Vorrichtung mit einer MEMS-Kammer zeigt, die hermetisch von Zwischenverbindungen isoliert ist;
- 3B schematisch verschiedene Teile einer verkappten MEMS-Vorrichtung entsprechend dem Ablaufdiagramm von 3A zeigt;
- 4 ein Ablaufdiagramm ist, das schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Kappe zeigt;
- 5A - 5F schematisch Ausführungsformen einer Kappe in verschiedenen Produktionsstufen gemäß dem Ablaufdiagramm von 4 zeigen;
- 6A - 6F schematisch andere Ausführungsformen einer Kappe in verschiedenen Produktionsstufen gemäß dem Ablaufdiagramm von 4 zeigen;
- 7A schematisch eine veranschaulichende Ausführungsform einer verkappten MEMS-Vorrichtung mit einer MEMS-Kammer, die hermetisch von Zwischenverbindungen isoliert ist, montiert an einer gedruckten Leiterplatte zeigt;
- 7B schematisch eine andere Ausführungsform einer verkappten MEMS-Vorrichtung mit einer MEMS-Kammer, die hermetisch von Zwischenverbindungen isoliert ist, montiert an einer gedruckten Leiterplatte zeigt.
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Ausführliche Beschreibung spezieller Ausführungsformen
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Verschiedene Ausführungsformen isolieren die beweglichen, mikromaschinell gefertigten (oder „MEMS“) Strukturen in einer verkappten MEMS-Vorrichtung vor einem Ausgasen, das aus der Kappe erfolgen kann. Zum Beispiel kann die Kappe eine Ausgasungsabschirmung enthalten, die verhindert, dass Gas aus der Kappe in eine MEMS-Kammer eintritt, die von der Kappe bedeckt ist. Wenn eine MEMS-Vorrichtung elektrische Verbindungen von der MEMS-Struktur zur Kappe enthält, enthält ein „blanker“ Teil der Kappe keine Ausgasungsabschirmung, so dass die elektrischen Verbindungen physisch und elektrisch an die Kappe gekoppelt sein können, aber dieser blanke Teil der Kappe von der MEMS-Kammer isoliert ist, so dass eine Ausgasung von dem blanken Teil der Kappe nicht in die MEMS-Kammer eintritt. Mit anderen Worten, verschiedene Ausführungsformen isolieren elektrische Verbindungen in einem MEMS-Sensor von der beweglichen MEMS-Struktur durch Trennen der beweglichen MEMS-Struktur, indem die MEMS-Struktur in einem hermetisch abgedichteten Hohlraum oder einer Kammer abgedichtet wird. Tatsächlich trennen einige Ausführungsformen die Zwischenverbindungen und die bewegliche MEMS-Struktur in separate Hohlräume oder Kammern, die hermetisch voneinander isoliert sind - eine MEMS-Kammer, die von der Kappe abgeschirmt ist, zum Aufnehmen der MEMS-Struktur, und eine Zwischenverbindungskammer zum Aufnehmen der Zwischenverbindungen. Auf diese Weise können die Zwischenverbindungen physisch und elektrisch an die Kappe gekoppelt werden, während die MEMS-Struktur vor einem Ausgasen aus der Kappe in die MEMS-Kammer geschützt sein kann.
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Definitionen. Wie in dieser Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen verwendet, sollen die folgenden Begriffe die angegebenen Bedeutungen haben, falls der Zusammenhang nicht anderes verlangt:
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Der Begriff „anfängliches Innenumfeld“ bedeutet in Bezug auf einen hermetisch abgedichteten Hohlraum chemischen Inhalt, Temperatur und Druck des Gases im Hohlraum zum Zeitpunkt der Herstellung. Zum Beispiel können zwei hermetisch abgedichtete Hohlräume dasselbe anfängliche Innenumfeld haben, wenn sie gleichzeitig in demselben Umfeld abgedichtet werden. Zwei hermetisch abgedichtete Hohlräume können jedoch dasselbe anfängliche Innenumfeld haben, selbst wenn sie nicht gleichzeitig abgedichtet werden, wenn zum Beispiel ihre entsprechenden Innenumfelder zum jeweiligen Zeitpunkt des Abdichtens dieselben sind.
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Der Begriff „aktive Schaltung“ bezeichnet eine Schaltung, die einen oder mehrere Transistoren (oder „aktive Vorrichtungen“ oder „aktive Halbleitervorrichtungen“) enthält. In verschiedenen Ausführungsformen können solche aktiven Schaltungen als Puffer, Verstärker, Analog/Digital-Wandler oder Digitalschaltungen gestaltet sein, um nur einige Ausführungsformen zu nennen. Eine Vorrichtung, die aktive Schaltungen enthält, kann auch passive Schaltungselemente (z.B. Kondensatoren) wie auch leitende Elemente (z.B. Drähte) zur Zwischenverbindung von Schaltungselementen, gemeinsam mit ihren aktiven Schaltungen enthalten.
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Der Begriff „hermetisch isoliert“, wenn in Verbindung mit einem Hohlraum oder einer Kammer verwendet, bedeutet, dass Gas von einer benachbarten Struktur, einem Hohlraum oder einer Kammer, nicht in den Hohlraum oder die Kammer strömen kann. Der Begriff „hermetisch isoliert“, wenn in Verbindung mit einem Hohlraum oder einer Kammer und einer Kappe verwendet, bedeutet, dass Gas aus der Kappe nicht in den Hohlraum oder die Kammer strömen kann.
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Der Begriff „kombinierter Titan- und Titannitridschichtstapel“ bezeichnet eine Struktur, die Teile enthält, die aus Titan und/ oder Titannitrid („TiN“) bestehen oder dieses enthalten. Zum Beispiel kann ein Dichtungsring zwischen zwei Halbleiterelementen (z.B. einem MEMS-Substrat und einer Kappe) einen kombinierten Titan- und Titannitridschichtstapel enthalten.
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Der Begriff „Halbleiterkappe“ bezeichnet eine Kappe, die ein Material wie Silizium, dotiertes Silizium, Germanium oder dotiertes Germanium aufweist oder enthält oder aus diesem hergestellt ist, um nur einige Beispiele zu nennen.
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Eine „vollständige Barriere“ (oder „vollständige Ausgasungsbarriere“), wenn zur Beschreibung einer Abschirmung zwischen einer Kappe und einem MEMS-Hohlraum verwendet, ist eine Barriere, die undurchlässig für Gas ist, das aus einer Kappe ausströmen kann, und die einen Teil einer Oberfläche der Kappe an allen Punkten bedeckt, wo diese Oberfläche mit dem MEMS-Hohlraum in Kontakt ist. Wenn ein Teil der Oberfläche der Kappe zum MEMS-Hohlraum freiliegt, so dass Gas, das aus der Kappe strömt, direkt in den MEMS-Hohlraum eintreten kann, ist die Barriere nicht vollständig.
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Der Begriff „überspannen“, wenn zum Beispiel zur Beschreibung einer Barrierenwand zwischen einem Substrat und einer Kappe verwendet, bedeutet, dass sich die Barrierenwand über die gesamte Strecke oder den Spalt zwischen dem Substrat und der Kappe erstreckt.
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1A und 1B zeigen schematisch eine erste Ausführungsform, in der eine mikromaschinell gefertigte Vorrichtung 100 eine MEMS-Struktur 102 enthält, die in einem ersten Hohlraum hermetisch abgedichtet ist. Zumindest ein Teil der MEMS-Struktur 102 ist in Bezug auf das Substrat beweglich. Andere Teile der MEMS-Vorrichtung (die als Teil der gesamten MEMS-Struktur betrachtet werden können) können in Bezug auf das Substrat nicht beweglich sein, wie zum Beispiel eine Elektrode 122. 1B ist ein Querschnitt der Vorrichtung 100 entlang Linie A-A, zeigt aber auch als Referenz etwas von dem Substrat 101.
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Die mikromaschinell gefertigte Struktur 102 hängt an einem Substrat 101 und ist in Bezug auf das Substrat 101 beweglich. Die mikromaschinell gefertigte Struktur kann Teil einer Reihe von mikromaschinell gefertigten Strukturen sein, wie eines Beschleunigungsmessers, eines Gyroskops oder eines einseitig gelagerten Schalters oder Relais, um nur einige Beispiele zu nennen. Obwohl die mikromaschinell gefertigte Struktur 102 schematisch in einer Vertiefung 103 im Substrat 101 sitzend dargestellt ist, dient dies nur der Veranschaulichung und ist keine Einschränkung einer Ausführungsform.
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Die mikromaschinell gefertigte Vorrichtung 100 enthält auch eine Kappe (oder ein „Dach“) 130, die an das Substrat 101 gekoppelt und vom Substrat durch einen verkappenden Spalt 131 getrennt ist. In veranschaulichenden Ausführungsformen ist die Kappe 130 parallel zum Substrat. Im Allgemeinen enthält die Kappe 130 ein Material, das zur Ausgasung eines Gases imstande ist.
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In einigen Ausführungsformen kann die Kappe 130 ein Halbleiter sein oder aus einem Halbleitermaterial, wie Silizium oder Germanium bestehen, um nur einige Beispiele zu nennen. Eine solche Kappe kann als „Halbleiterkappe“ bezeichnet werden. Zum Beispiel kann eine Kappe eine integrierte Schaltung („I.C.“) oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC“) mit einer oder mehreren aktiven Schaltungen 135 sein, die zum Zwischenspeichern von Signalen gestaltet sind, die von der MEMS-Struktur 102 ausgegeben werden.
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In anderen Ausführungsformen kann die Kappe 130 Siliziumdurchkontaktierungen (jede eine „SDK“) 201 und/oder andere elektrische Leiter 203 enthalten, die zum Führen eines elektrischen Signals von der MEMS-Struktur 102 zu einem Bondpad 204 oder einer Lotkugel 202 an einer Seite der Kappe 130 gegenüber der Seite, die dem Substrat 101 zugewandt ist, gestaltet sind, wie schematisch in Ausführungsform 200 in 2A dargestellt. Tatsächlich können einige Ausführungsformen sowohl aktive Schaltungen wie auch Siliziumdurchkontaktierungen haben (siehe, z.B., Kappe 130 in 2A).
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In einer anderen Ausführungsform 250 enthält die Kappe 130 Leiter 203, die zur Kopplung von Zwischenverbindungen 121 an Lotkugeln 202 an derselben Seite der Kappe (d.h., Oberfläche oder Seite 130A) wie das MEMS-Substrat 101 gestaltet sind, wie schematisch in 2B und 2C dargestellt ist. Hier zeigt 2C schematisch einen Querschnitt der Vorrichtung 250 in 2B entlang der Ebene der Oberfläche 130A und zeigt auch Merkmale, die an diese Oberfläche 130A gekoppelt sind, wie Pads 204, Lotkugeln 202 und Abschirmungsschicht 132. Die Leiter sind elektrisch an Zwischenverbindungen 121 an der Oberfläche 130A der Kappe 130 gekoppelt und auch mit der Lotkugel 222 durch Lötpads 204 an einer anderen Stelle auf der Oberfläche 250 der Kappe 130 verbunden. Als solche treffen die Leiter 203 an zwei verschiedenen Stellen auf die Oberfläche 250 und dienen zum elektrischen Koppeln der MEMS-Struktur 102 über die Kappe 130 an einer oder mehreren Lotkugeln 222. Als solche kann die Vorrichtung 250 über die Lotkugeln 222 an einem Substrat 702 montiert werden, so dass das MEMS-Substrat 101 von der Kappe 130 und zwischen dem Substrat 702 und der Kappe 130 hängt, wie schematisch zum Beispiel durch die Baugruppe 720 in 7B dargestellt.
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Als solches können aktive Schaltungen in der Kappe 130 und/oder andere elektrische Schnittstellen, wie Bondpads 204 und Lotkugeln 202, elektrisch an die MEMS-Struktur 102 oder andere Merkmale des Substrats (z.B. die Elektrode 122) über Leiter 123 im Substrat 101 gekoppelt sein, die an die MEMS-Struktur 102 über Kontaktpads oder Zwischenverbindungen 121, die den verkappenden Spalt 131 zwischen dem Substrat 101 und der Kappe 130 überspannen, und über Leiter 203 in der Kappe 130 gekoppelt sind.
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Das Substrat 101 und die Kappe 130 sind durch einen inneren Dichtungsring 140 und einen äußeren Dichtungsring 141 aneinandergekoppelt. Einer oder beide der Dichtungsringe 140,141 (die auch als Isolationswände bekannt sind), können zum Beispiel aus Metall (z.B. einem Metalldichtungsring, wie ein TiN-Stapel) oder Aluminiumkupfer, einem Lotring oder einer Glasfritte bestehen.
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Beide Dichtungsringe 140, 141 erstrecken sich über den verkappenden Spalt 131, so dass das Substrat 101, die Kappe 130 und die Dichtungsringe 140,141 die zwei hermetisch abgedichteten Hohlräume 110 und 120 bilden. Insbesondere umgibt der innere Dichtungsring 140 die MEMS-Struktur 102 und bildet gemeinsam mit dem Substrat 101 und der Kappe 130 einen hermetischen Hohlraum 110 (den MEMS-Hohlraum oder die MEMS-Kammer). Der äußere Dichtungsring 141 umgibt den inneren Dichtungsring und umgibt daher den inneren MEMS-Hohlraum 110, um einen äußeren Hohlraum 120 (oder eine äußere Kammer 120) zu bilden. Der äußere Dichtungsring 141 umgibt die Steckverbinder 121, so dass die Steckverbinder 121 innerhalb des Zwischenverbindungshohlraums 120 hermetisch abgedichtet sind. Als solches kann in dieser Ausführungsform der äußere Hohlraum 120 als eine Ringform um den MEMS-Hohlraum 110 beschrieben werden. Der äußere Hohlraum 120 kann jedoch auch so beschrieben werden, dass er den MEMS-Hohlraum 110 umgibt oder der MEMS-Hohlraum 110 ist vom Zwischenverbindungshohlraum 120 umgeben.
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In einigen Ausführungsformen, einschließlich der MEMS-Vorrichtung 100, die schematisch in 1A und 1B dargestellt ist, ist eine Abschirmungsschicht 132 zwischen (oder in physischem Kontakt mit) einer Oberfläche 130A der Kappe 130 und dem MEMS-Hohlraum 110 angeordnet, um zum Beispiel ein Ausgasen aus der Kappe 130 in den MEMS-Hohlraum 110 zu verhindern. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Abschirmungsschicht 132 gasundurchlässig und bedeckt die Oberfläche 130A an allen Punkten, wo diese Oberfläche 130A eine Grenzfläche zum MEMS-Hohlraum 110 hat. Zum Beispiel kann sich die Abschirmungsschicht 132 über die Oberfläche 130A erstrecken, um eine vollständige Barriere (oder „Ausgasungsbarriere“) zu bilden, die den inneren Dichtungsring 140 und/oder die Wände 141 und 142 überspannt. Tatsächlich kann in einigen Ausführungsformen die Abschirmungsschicht 132 aus demselben Material wie der innere Dichtungsring 140 hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Abschirmungsschicht 132 Titannitrid oder einen kombinierten Titan- und Titannitrid- („Ti/TiN“-) Schichtstapel enthalten. In anderen Ausführungsformen kann die Abschirmungsschicht 132 Wolfram („W“), Titanwolfram („TiW“) oder Metallsilicide wie Titansilicid (TiSi) usw., gemeinsam mit einem Metall- (z.B. AlCu; AlGe) Dichtungsring 140 enthalten, der den verkappenden Spalt an der Peripherie 134 der Abschirmungsschicht überspannt. Im Allgemeinen können in jeder hier beschriebenen Ausführungsform die Abschirmungsschicht 132 und der Dichtungsring 140 und sogar die Barrierenwände 141 und 142 dieselben Metalle enthalten und durch dieselben Verfahrensschritte hergestellt werden.
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1C zeigt schematisch einen Querschnitt der Vorrichtung 100 an Linie A'-A' und zeigt die Abschirmungsschicht 132, die den inneren Dichtungsring 140 überspannt, um den darunterliegenden MEMS-Hohlraum 110 vollständig abzuschirmen. Tatsächlich ist in einigen Ausführungsformen der Dichtungsring 140 auch für Gas, das aus der Kappe 130 ausströmt, undurchlässig und der Dichtungsring 140 und die Abschirmungsschicht 132 wirken zusammen, um den MEMS-Hohlraum 110 hermetisch von einem solchen Gas zu isolieren.
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In der beispielhaften Ausführungsform von 1A kann die Vorrichtung 100 so beschrieben werden, dass sie zwei Nebenhohlräume 110, 120 unter demselben ASIC Kappendach 130 aufweist, um die Sensorstruktur 102 der Kappe/Sensor-Zwischenverbindungspads 121 mit Metalldichtungsringen 140,141 zu trennen, und die leitende Metallabschirmungsschicht 132 so anordnet, dass einer der Nebenhohlräume 110 unter dem ASIC-Dach 130 vollständig bedeckt ist, um ein Ausgasen von der ASIC 130 zu blockieren. Als solches kann die MEMS-Sensorstruktur 102 in einem Niederdruckumfeld (oder einem anderen gewünschten Anfangsumfeld) im Hohlraum 110 bleiben, das durch einen Wafer-Bondingprozess eingerichtet wird, und gleichzeitig können die Zwischenverbindungsmetalle 121, die sich im zweiten Hohlraum 121 befinden, ausgasen, ohne die MEMS-Sensorstruktur 102 nachteilig zu beeinflussen.
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Eine andere Ausführungsform einer MEMS-Vorrichtung 150 ist schematisch in 1D und 1E dargestellt. 1E zeigt schematisch einen Querschnitt von Vorrichtung 150 entlang Linie B-B, zeigt aber auch als Referenz etwas von dem Substrat 101.
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Die MEMS-Vorrichtung 150 enthält viele derselben Merkmale wie die oben beschriebene und schematisch in 1A und 1B gezeigte Vorrichtung 100. In dieser Ausführungsform 150 teilen sich jedoch die zwei Hohlräume 110 und 120 eine gemeinsame Trennungswand 142. Mit anderen Worten, die zwei Hohlräume 110 und 120 sind beide durch die gemeinsame Trennungswand 142 begrenzt und die Trennungswand 142 trennt den Hohlraum 110 vom Hohlraum 120. Tatsächlich kann die Trennungswand 142 Teil des Dichtungsrings 141 sein. Als solches liegen der MEMS-Hohlraum 110 und der Zwischenverbindungshohlraum 120 unmittelbar nebeneinander.
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Eine weitere Ausführungsform einer MEMS-Vorrichtung 170 ist schematisch in 1F, 1G und 1H dargestellt. 1G zeigt schematisch einen Querschnitt von Vorrichtung 170 entlang Linie C-C, zeigt aber auch als Referenz etwas von dem Substrat 101. Ebenso zeigt 1F schematisch einen Querschnitt der Vorrichtung 170 entlang Linie D-D. 1H zeigt schematisch einen Querschnitt der Vorrichtung 170 entlang Linie E-E und zeigt, dass sich die Abschirmungsschicht 132 über die gesamte Breite des Hohlraums erstreckt.
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Die MEMS-Vorrichtung 170 enthält viele derselben Merkmale wie die oben beschriebene und schematisch in 1A und 1B dargestellte Vorrichtung 100. Das Substrat 101 und die Kappe 130 sind durch einen Dichtungsring 140 und zweiten Dichtungsring 141 aneinandergekoppelt. Einer oder beide der Dichtungsringe 140,141 können zum Beispiel Metall oder eine Glasfritte sein. Beide Dichtungsringe 140, 141 erstrecken sich über den verkappenden Spalt 131, so dass das Substrat 101, die Kappe 130 und die Dichtungsringe 140,141 die zwei hermetisch abgedichteten Hohlräume 110 und 120 bilden. Insbesondere umgibt der innere Dichtungsring 141 die Zwischenverbindungen 121 und bildet den hermetischen Hohlraum 120 (den Zwischenverbindungshohlraum) gemeinsam mit dem Substrat 101 und der Kappe 130. Der äußere Dichtungsring 140 umgibt den inneren Dichtungsring 141 und umgibt daher den inneren Zwischenverbindungshohlraum 120, um den äußeren MEMS-Hohlraum 110 zu bilden. Der innere Dichtungsring 141 umgibt die Steckverbinder 121, so dass die Steckverbinder 121 innerhalb des Zwischenverbindungshohlraums 120 hermetisch abgedichtet sind. Als solches kann in dieser Ausführungsform der äußere Hohlraum 110 so beschrieben werden, dass er eine Ringform um den Zwischenverbindungshohlraum 120 aufweist.
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In verschiedenen Ausführungsformen, einschließlich, ohne Einschränkung, der oben beschriebenen Ausführungsformen, können die Abschirmungsschicht 132 und/oder Isolationswände 140,142 auf ein vorgegebenes elektrisches Potential, wie zum Beispiel eine festgesetzte („D.C.“) Spannung oder ein Massepotential, vorgespannt sein. Das Vorspannungspotential kann der Abschirmungsschicht 132 durch einen elektrischen Leiter 139 in der Kappe 130 zugeleitet werden, wie schematisch zum Beispiel in 2A dargestellt ist, oder durch einen elektrischen Leiter 129 im MEMS-Substrat 101 über die Zwischenverbindung 121 oder die Barrierenwände 140 oder 142, wie zum Beispiel schematisch in 1F dargestellt ist. Als solches führt die Abschirmungsschicht 132 in einigen Ausführungsformen eine Doppelfunktion aus: sie sieht eine Ausgasungsabschirmung vor, um (in Verbindung mit anderen Strukturen) einen MEMS-Hohlraum von einem Gas zu isolieren, das aus der Kappe 130 strömt, und sie sieht eine elektrische Vorspannungsplatte neben dem MEMS-Hohlraum 110 vor.
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In einigen Ausführungsformen kann das MEMS-Substrat 101 eine Ebene, wie eine Grundplatte 107 enthalten. Zum Beispiel ist eine Vorrichtung 100 mit einer Grundplatte 107 schematisch in 1A dargestellt, obwohl jede der hier beschriebenen Ausführungsformen eine solche Grundplatte haben kann. Die Grundplatte kann eine dotierte Schicht im Substrat 101 sein oder kann eine Struktur auf dem Substrat 101 sein. In solchen Ausführungsformen kann die Abschirmungsschicht 132 auf dieselbe Spannung (z.B. Masse) wie die Grundplatte 107 vorgespannt sein. Unter anderem kann dies dazu dienen, elektrostatische Kräfte zu mildern oder auszugleichen, die auf eine MEMS-Struktur 102 von der Grundplatte 107 wirken, indem eine ausgleichende Kraft von der Abschirmungsschicht 132 vorgesehen wird.
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Eine Ausführungsform eines Verfahrens 300 zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung ist schematisch in 3A dargestellt. Zur Veranschaulichung sind verschiedene Komponenten einer beispielhaften MEMS 100, von 1A, schematisch in 3B dargestellt. Das Verfahren 300 ist jedoch im Wesentlichen dasselbe wie bei den anderen hier beschriebenen Ausführungsformen.
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Das Verfahren 300 beginnt in Schritt 301 mit dem Vorsehen einer Kappe 130 wie der oben beschriebenen Kappen. In dieser Ausführungsform enthält die Kappe die Abschirmungsschicht 132 auf der Oberfläche 130A der Kappe 130, obwohl andere Ausführungsformen die Abschirmungsschicht separat vorsehen können. Tatsächlich kann die Abschirmungsschicht 132 in einigen Ausführungsformen auf der Kappe 130 gemeinsam mit anderen Merkmalen gebildet werden, wie zum Beispiel Isolationswänden 140,141, oder 142. Beispiele für solche Ausführungsformen sind unten beschrieben.
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Das Verfahren enthält auch ein Vorsehen von Isolationswänden in Schritt 302, und Zwischenverbindungen in Schritt 303. In einigen Ausführungsformen werden die Isolationswände, wie Isolationswände 140,141, gleichzeitig mit den Zwischenverbindungen 121 vorgesehen, aber in anderen Ausführungsformen werden sie getrennt vorgesehen. In einigen Ausführungsformen werden die Isolationswände 140,141 auf der Kappe 130 oder auf einem Substrat 101 vor dem Zusammenbau der Vorrichtung 100 vorgesehen. Siehe zum Beispiel 5F und 6F. In solchen Ausführungsformen können die Isolationswände durch Abscheiden von Metall auf einer Kappe 130 oder dem Substrat 101 und Strukturieren des Metalls zur Bildung der Isolationswände 140, 141 gebildet werden. In anderen Ausführungsformen können eine oder beide der Isolationswände 140,141 Glasfritten sein, die zwischen der Kappe 130 und dem Substrat 101 während des Zusammenbaus abgeschieden werden.
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Das Verfahren 300 sieht in Schritt 304 ein Substrat 101 vor. Das Substrat enthält eine MEMS-Struktur 102 und in einigen Ausführungsformen wird die MEMS-Struktur 102 gelöst; das heißt, die MEMS-Struktur 102 ist bereits in Bezug auf das Substrat 101 beweglich. Die MEMS-Struktur 102 kann auf oder aus dem Substrat 101 durch verschiedene Verfahren und Prozesse gebildet werden, die nach dem Stand der Technik bekannt sind. Zusätzlich kann sich die MEMS-Struktur 102 in verschiedene Orientierungen in Bezug auf das Substrat bewegen. Zum Beispiel kann sich die MEMS-Struktur in einem Beschleunigungsmesser oder Gyroskop parallel zur Oberfläche 101A des Substrats 101 bewegen. In einem Schalter oder Relais oder in einigen Beschleunigungsmessern oder Gyroskopen kann sich die MEMS-Struktur 102 in Richtung der Oberfläche 101A des Substrats 101 bewegen.
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Das Verfahren 300 koppelt dann in Schritt 305 die Kappe 130 an das Substrat 101 gemäß Verfahren, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, so dass die Isolationswände 140,141 und Zwischenverbindungen 121 zwischen der Kappe 130 und dem Substrat 101 angeordnet sind und den verkappenden Spalt 131 überspannen (siehe z.B. 1). In einer typischen Ausführungsform liegt die Oberfläche 130A der Kappe 130 parallel zur Oberfläche 101A des Substrats 101 und die MEMS-Struktur 102 ist innerhalb des MEMS-Hohlraums 110 hermetisch abgedichtet. Zwischenverbindungen 121 sind physisch und elektrisch an entsprechende Leiter (z.B. Siliziumdurchkontaktierungen oder andere Leiter) auf oder in der Kappe 130 gekoppelt.
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Typischerweise erfolgt der Kopplungsschritt 305 in einem kontrollierten Umfeld. Die kontrollierten Eigenschaften des verkappenden Umfelds können zum Beispiel den chemischen Inhalt, die Temperatur und den Druck des Gases (falls vorhanden) des verkappenden Umfelds (und somit innerhalb eines oder mehrerer der Hohlräume einer Vorrichtung) des Hohlraums zum Zeitpunkt der Verkappung enthalten. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung in einem Vakuum verkappt werden (Schritt 305), so dass der MEMS-Hohlraum 110 und der Zwischenverbindungshohlraum 120 ein Vakuum halten. Alternativ enthält das verkappende Umfeld in einigen Ausführungsformen ein Gas (z.B. Luft, Stickstoff, usw.) und ein solches Gas kann einen niederen Druck (d.h., der Gasdruck ist geringer als 1 Atmosphäre) oder hohen Druck (d.h., der Gasdruck ist höher als 1 Atmosphäre) oder sogar eine Atmosphäre von eins aufweisen. In jedem Fall, wenn die Vorrichtung in Schritt 305 verkappt ist, wird etwas von diesem Umfeld in dem MEMS-Hohlraum 110 und/oder dem Zwischenverbindungshohlraum 120 eingefangen. Das Umfeld in einem solchen Hohlraum zum Zeitpunkt der Verkappung ist das anfängliche Innenumfeld dieses Hohlraums. Nach dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Leistungseigenschaften einer beweglichen MEMS-Struktur durch das Umfeld beeinflusst werden können, in welchem die bewegliche MEMS-Struktur abgedichtet wird. Als solches ist es in einigen MEMS-Vorrichtungen wichtig, dieses Umfeld aufrechtzuerhalten, indem zum Beispiel ein Austritt von Gas aus dem Umfeld verhindert wird und ein Eintritt von Gasen von außerhalb des Umfelds, zum Beispiel durch einen Bruch in einer hermetischen Dichtung oder eine Aufnahme von Gasen aus Ausgasen von anderen Vorrichtungskomponenten, verhindert wird.
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An diesem Punkt dienen mehrere Beobachtungen zur Ergänzung der Beschreibung des Verfahrens 300. Zunächst können die Schritte in anderen Reihenfolgen als den oben beschriebenen durchgeführt werden. Zum Beispiel können die Schritte 301-304 in beliebiger Reihenfolge (z.B. 301-304-303-302; 304-301-303-302; usw.) durchgeführt werden. Zweitens können Schritt 302 (Vorsehen der Isolationswände) und Schritt 303 (Vorsehen der Zwischenverbindungen) kombiniert werden, zum Beispiel, wenn diese Merkmale auf der Kappe 130 oder dem Substrat 101 gebildet werden. Tatsächlich können in einem solchen Fall die Schritte 302 und 303 mit entweder Schritt 301 (Vorsehen der Kappe) oder 304 (Vorsehen des Substrats) kombiniert werden oder Teil desselben bilden. Drittens, obwohl 3A und 3B laut Beschreibung eine einzige Vorrichtung 100 erzeugen, kann das Verfahren 300 auf Wafer-Ebene durchgeführt werden, wobei ein Wafer von Substraten an einen Wafer von Kappen gekoppelt ist und die kombinierten Wafer dann zerteilt werden, um mehrere einzelne Vorrichtungen 100 zu erhalten.
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4 zeigt schematisch Ausführungsformen von Verfahren 400 zum Herstellen einer Kappe (z.B. Kappe 130) und 5A-5F und 6A-6F zeigen schematisch Ausführungsformen von Kappen 130 in verschiedenen Herstellungsstufen gemäß einer Ausführungsform, in der die Abschirmungsschicht 132 und Isolationswände 140, 141, 142 auf einer Oberfläche 130A der Kappe 130 gebildet werden.
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Das Verfahren beginnt in Schritt 401 durch Vorsehen der Kappe 130. Die Kappe kann ein Siliziumelement, wie ein Teil eines Wafers, sein oder kann eine integrierte Schaltung oder ein Teil eines Wafers von integrierten Schaltungen (z.B. ASICs) wie oben beschrieben sein. Eine solche Kappe ist schematisch in 5A und in 6A dargestellt.
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In Schritt 402 fügt das Verfahren 400 einer Oberfläche 130A der Kappe 130 eine erste Metallschicht 501 hinzu. In einigen Ausführungsformen kann die erste Metallschicht zum Beispiel Titannitrid sein. Wie schematisch in 5A und 6A dargestellt, bedeckt die erste Metallschicht 501 die Oberfläche 130A der Kappe 130 vollständig, sowohl in den Teilen dieser Oberfläche 130A, die dem MEMS-Hohlraum 110 zugewandt sind, wie auch in den Teilen dieser Oberfläche 130A, die dem Zwischenverbindungshohlraum 120 zugewandt sind. Die Teile dieser Oberfläche 130A, die dem Zwischenverbindungshohlraum 120 zugewandt sind, werden in einem späteren Schritt entfernt, so dass die Zwischenverbindungen 121 physisch und elektrisch mit der Kappe 130 gekoppelt werden können.
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Anschließend wird in Schritt 403 eine zweite Metallschicht 511 auf der ersten Metallschicht 501 abgeschieden, die ebenso die erste Metallschicht 501 bedeckt, wie zum Beispiel schematisch in 5B und 6B dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Metallschicht 511 zum Beispiel Aluminiumkupfer („AlCu“) sein.
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Das Verfahren strukturiert dann die zweite Metallschicht 511 in Schritt 404, um die erste Metallschicht 501 an einer oder mehreren Stellen freizulegen, wie schematisch in 5D und 6D dargestellt ist. Wie dargestellt, sind die Wände (z.B. Wände 140, 141, 142) und Zwischenverbindungen 121 in dieser Stufe zumindest teilweise gebildet.
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In einigen Ausführungsformen, wie schematisch in 5D dargestellt, wird die zweite Metallschicht 511 strukturiert, um die erste Metallschicht 501 freizulegen, um somit einen Leerraum 520 zu bilden, der später Teil eines Zwischenverbindungshohlraums 121 bildet, und eine Struktur 521 zu belassen, die später einen Teil einer Zwischenverbindung 121 bildet.
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In anderen Ausführungsformen, wie schematisch in 6D dargestellt, ist die zweite Metallschicht 511 ähnlich strukturiert, um die erste Metallschicht 501 freizulegen, um somit einen Leerraum 520 zu bilden, der später einen Teil eines Zwischenverbindungshohlraums 121 bildet, und eine Struktur 521 zu belassen, die später Teil einer Zwischenverbindung 121 ist. Schritt 403 kann jedoch auch die zweite Metallschicht 511 strukturieren, so dass ein Raum 530 an einem oder beiden Enden 133 des Wafers 130 verbleibt. Der Raum oder die Räume 530 sind zur Aufnahme einer Glasfritte oder eines anderen Bondingmittels gestaltet, um die Kappe 130 an ein Substrat 101 zu binden, und/oder zur Aufnahme von Lotkugeln 202, wie zum Beispiel schematisch in 2B und 2C dargestellt.
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In Schritt 405 strukturiert das Verfahren 400 die erste Metallschicht 501, um die Oberfläche 130A der Kappe 130 durch die strukturierte zweite Metallschicht 511 freizulegen, wie schematisch in 5E dargestellt, und/oder um die Enden 133 der Kappe 130 freizulegen, wie schematisch in 6E dargestellt. Der freiliegende Teil 130B der Kappe 130 kann als ein „blanker“ Teil der Kappenoberfläche 130A bezeichnet werden. Sowohl 5E wie auch 6E zeigen, dass durch Schritt 405 die Zwischenverbindung 121 vollständig als ein integrierter Teil der Kappe 130 gebildet wurde.
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In Schritt 406 strukturiert das Verfahren 400 die zweite Metallschicht 511 ein zweites Mal, um die erste Metallschicht freizulegen, wie schematisch in 5F und 6F dargestellt. Alternativ kann die in Schritt 406 beschriebene Strukturierung als Teil von Schritt 404 durchgeführt werden. Sowohl 5F wie auch 6F zeigen, dass nach Schritt 406 die Abschirmungsschicht 132 die gesamte Oberfläche 130A der Kappe 130 in der Fläche bedeckt, die von den Isolationswänden 141 und 142 von 5F und von der Isolationswand 140 in 6F umgeben ist. Tatsächlich sind in beiden Ausführungsformen die Abschirmungsschicht 132 und die Isolationswände (140; 141 und 142) integriert miteinander verbunden. Tatsächlich können sich die Abschirmungsschicht 132 und die Isolationswände (140; 141 und 142) eine gemeinsame Metallschicht 501 teilen. Als solches wird jegliches Ausgasen aus der Kappe 130 an einem Eintritt in den MEMS-Hohlraum 110 gehindert, da die Abschirmungsschicht 132 für den Inhalt einer solchen Ausgasung undurchlässig ist und als Barriere dient.
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Einige Ausführungsformen können Vorrichtungen chargenweise herstellen, wie durch Bildung vieler Vorrichtungen auf einem einzigen Wafer. In solchen Ausführungsformen kann der Wafer in Schritt 407 gesägt, geschnitten oder zerteilt werden, um die einzelnen Vorrichtungen (z.B. 100, 170, 200, 250, usw.) vom Wafer zu trennen. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen jede einzelne Vorrichtung ein Die, der nicht physisch mit einer anderen Vorrichtung seines Wafers verbunden ist, und jede Vorrichtung hat eine einzelne Kappe 130 und ein einzelnes MEMS-Substrat 110 und nur zwei Hohlräume 110 und 120.
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Wie schematisch in 5F dargestellt, bildet die Strukturierung der zweiten Metallschicht 511 einen Teil der Isolationswand 141 und 142 (z.B. siehe 1D, 1E) und die freiliegende erste Metallschicht 511 bildet eine Abschirmungsschicht 132, wie oben beschrieben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Metallschicht 511 so strukturiert, dass die Isolationswände 141,142 an der Oberfläche, die parallel zur Oberfläche 130A der Kappe 130 liegt, zumindest 5 Mikrometer breit sind. Wie schematisch in 6F dargestellt, bildet die Strukturierung der zweiten Metallschicht 511 einen Teil der Isolationswand 140 mit einer Oberfläche, die an der Oberfläche, die parallel zur Oberfläche 130A der Kappe 130 ist, zumindest 5 Mikrometer breit ist.
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Die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen verkappter Sensoren können in einer Reihe von Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Sensor 200 an ein Substrat 702, wie zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte, gekoppelt sein, und kann dadurch elektrisch mit anderen elektrischen Elementen, wie passiven Vorrichtungen (z.B. 703) und integrierten Schaltungen (z.B. 701), verbunden werden, die alle zum Beispiel schematisch durch die Baugruppe 700 in 7A dargestellt sind. Obwohl die Ausführungsform in 7A schematisch eine Vorrichtung 200 zeigt, die an das Substrat 702 gekoppelt ist, könnte ebenso jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen (z.B. Vorrichtung 100, Vorrichtung 150, Vorrichtung 170) verwendet werden. Zum Beispiel zeigt 7B schematisch einen Sensor 250, der an ein Substrat 702 gekoppelt ist. Wie dargestellt, ist die Länge 710 des Substrats 702 deutlich länger als die Länge 136 der Kappe 130. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen die Länge 710 des Substrats 702 zumindest 2 oder 3 Mal die Länge 136 der Kappe 130.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sollen nur beispielhaft sein; für Fachleute auf dem Gebiet sind zahlreiche Variationen und Modifikationen offensichtlich. Alle derartigen Variationen und Modifikationen sollen im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert.
