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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein MEMS-(Micro-Electromechanical Structures – mikro-elektromechanische
Strukturen)-Prozesse und insbesondere elektrische Verbindungen von
der Innenseite zur Außenseite
eines in MEMS-Prozessen ausgebildeten abgedichteten Hohlraums.
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Ein
Verfahren zum Herstellen von mikro-elektromechanischen Strukturen
(MEMS) erfolgt durch das Bonden eines strukturierten Siliziumwafers an
ein Glassubstrat (üblicherweise
Pyrex). Teile des Siliziumwafers werden weggeätzt, wobei eine an dem Glassubstrat
verankerte mechanische Siliziumstruktur zurückbleibt. Der Prozeß wird mit
einem Glaswafer eingeleitet. Ein Hohlraum wird in dem Wafer unter
Verwendung eines Naß-
oder Trockenätzprozesses
ausgebildet. Eine Tiefe der Ätzung
bestimmt einen Abstand zwischen den kapazitiven Elementen der Struktur.
Metallschichten werden auf dem Glas abgeschieden und strukturiert,
wodurch leitende Elektroden und Zwischenverbindungen ausgebildet
werden. Auf einem separaten, schwach dotierten Siliziumsubstrat
wird eine stark Bor-dotierte (p++) epitaxiale Schicht aufgewachsen.
Eine Struktur wird in den Siliziumwafer bis zu einer Tiefe geätzt, die größer ist
als die Dicke der epitaxialen Schicht. Die Glas- und Siliziumwafer
werden unter Verwendung anodischen Bondens aneinander gebondet.
Unter Verwendung eines Ätzmittels,
das schwach dotiertes Silizium ätzt,
aber kein p++-Silizium,
wird der undotierte Teil des Siliziumsubstrats weggeätzt, wodurch die
freistehenden Mikrostrukturen zurückbleiben. Ein derartiger Prozeß wird im
allgemeinen hier als ein Silizium-Glas-MEMS-Prozess bezeichnet.
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Die
mechanischen Strukturen werden während
des Betriebs der Umgebung ausgesetzt. Wenn der Mechanismus eine
spezielle Arbeitsumgebung oder einfach einen Schutz gegenüber der
Umgebung erfordert, muß der
Schutz deshalb bei einem Kapselungsschritt erfolgen.
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Ein
Kapselungsschritt besteht darin, die mechanischen Strukturen in
dem Silizium-Glas-MEMS-Prozeß innerhalb
hermetisch abgedichteter Hohlräume
auszubilden. Ein bekanntes Verfahren zum Ausbilden derartiger Hohlräume besteht
in dem Bonden einer eine Vertiefung enthaltenden Siliziumstruktur
mit dem Glaswafer. Der vertiefte Abschnitt, der sich nicht ganz
durch die p++-Siliziumschicht
erstreckt, bildet nach dem Bonden den Hohlraum. Unter Verwendung
dieses Verfahrens ist es leider schwierig, eine Siliziumstruktur,
beispielsweise einen schwingenden Sensor, herzustellen, der völlig von
dem Hohlraum eingeschlossen ist, aber nicht mit den Hohlraumwänden verbunden
ist.
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Ein
weiteres Verfahren besteht in dem Bonden eines Vertiefungen enthaltenden
zweiten Glaswafers mit der Oberseite des zuvor hergestellten Glas-/Si-Wafers.
Mindestens ein Teil der Siliziumstruktur ist ein kontinuierlicher
Abdichtring, der eine zweite Siliziumstruktur (d.h. den schwingenden
Sensor) völlig
umgibt, aber nicht mit ihr verbunden ist. Der zweite Glaswafer ist
mit dem Abdichtring gebondet, aber nicht mit der zweiten Siliziumstruktur,
wodurch der Hohlraum gebildet wird.
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Es
ist jedoch wünschenswert,
elektrische Leitungen zu haben, die sich von außerhalb der Hohlräume in die
hermetisch abgedichteten Hohlräume erstrecken,
ohne die Abdichtung zu unterbrechen. Eine Abdichtung ist viel schwieriger
zu erreichen, da eine Ausbildung der elektrischen Leitungen auf
der Glassubstratoberfläche
eine ungleichmäßige Topographie
ausbilden. Kleine Lücken
treten auf, wo die Leitungen auf dem Substrat ausgebildet werden.
Die Lücken
führen
zu einer ungleichmäßigen Abdichtoberfläche und
führen
zu ungebondeten Bereichen, die die hermetische Abdichtung unterbrechen.
Anodisches Bonden ist ein Verfahren, das bei dem Versuch zur Verringerung
dieses Problems verwendet worden ist. Anodisches Bonden kann jedoch
nur über
ungleichmäßigen Bereichen
bewerkstelligt werden, die um etwa 200 Angström oder weniger fluktuieren,
und eine langfristige Leckrate für
anodische Bondabdichtungen ist unbekannt. Um Leitungen zu haben,
die sich durch eine zuverlässige
hermetische Abdichtung erstrecken, sollte deshalb eine beim Herstellen
der Abdichtung verwendete Topographie im wesentlichen flach sein.
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Aus
DE-A-19636914 ist ein hohlraumfreier Grabenfüllprozeß bekannt.
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EP-A-1167281 offenbart eine
chipgroße Oberflächenmontage-Gehäusungsmethode
für elektronische
und MEMS-Bauteile.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen
von leitenden Wegen in einen hermetisch abgedichteten Hohlraum bereitgestellt,
wobei der abgedichtete Hohlraum unter Verwendung eines Silizium-Glas-MEMS-(Micro-Electromechanical
Structure)-Prozesses
ausgebildet wird, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
Ausbilden
von Vertiefungen auf einem Glassubstrat, wo leitende Wege in den
Hohlraum hineingehen sollen;
Ausbilden von Leitungen in den
und um die Vertiefungen herum;
Abscheiden einer Glasschicht über dem
Substrat, in die Vertiefungen und über den Leitungen;
Planarisieren
der abgeschiedenen Glasschicht auf eine Höhe der Leitungen, um Abschnitte
der Leitungen zu exponieren;
Ausbilden einer abdichtenden Oberfläche auf
mindestens einem Abschnitt der Glasschicht und
Bonden von Silizium
mit der abdichtenden Oberfläche
der planarisierten Glasschicht, wobei das Silizium derart positioniert
ist, daß ein
Abschnitt jeder Leitung sich innerhalb des abgedichteten Hohlraums befindet
und sich ein Abschnitt jeder Leitung außerhalb des abgedichteten Hohlraums
befindet.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Struktur mit einem hermetisch
abgedichteten Hohlraum darin bereitgestellt, wobei die Struktur mindestens
einen stromleitenden Weg aufweist, der von außerhalb des abgedichteten Hohlraums
zu der Innenseite des abgedichteten Hohlraums verläuft, wobei
die Struktur folgendes umfaßt:
ein
Glassubstrat, das Vertiefungen umfaßt, wo elektrische Signale
in den abgedichteten Hohlraum hineingehen sollen;
in den und
um die Vertiefungen herum abgeschiedene Leitungen;
eine über dem
Substrat abgeschiedene Glasschicht, wobei die Glasschicht weiterhin über den
Vertiefungen und den Leitungen abgeschieden ist, wobei die Glasschicht
auf eine Höhe
eines Abschnitts der Leitungen um die Vertiefungen herum planarisiert
ist; und
Silizium, das mit der planarisierten Glasschicht gebondet
ist, um einen Hohlraum zu bilden, wobei das Silizium derart hergestellt
ist, daß sich
ein Abschnitt jeder Leitung innerhalb des abgedichteten Hohlraums
befindet und sich ein Abschnitt jeder Leitung außerhalb des abgedichteten Hohlraums
befindet.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines MEMS-Kreisels;
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2 eine
unter Einsatz eines Verfahrens zum Herstellen eines hermetisch abgedichteten Hohlraums
unter Verwendung eines Silizium-Glas-MEMS-Prozesses ausgebildete
Struktur;
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3 eine
Struktur, wo eine elektrische Leitung in einen unter Verwendung
des Silizium-Glas-MEMS-Prozesses ausgebildeten hermetisch abgedichteten
Hohlraum hineinverläuft;
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4 ein
verbessertes Verfahren zum Führen
einer elektrischen Leitung in einen unter Verwendung des Silizium-Glas-MEMS-Prozesses
ausgebildeten Hohlraum;
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5 eine Schritt-für-Schritt-Darstellung des Verfahrens
von 4;
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6 eine
funktionale Darstellung eines MEMS-Kreisels, die Bereiche zeigt, wo die
elektrischen Durchleitungen von 4 verwendet
werden;
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7 eine
alternative Ausführungsform
einer Struktur, die elektrische Leitungen in einen hermetisch abgedichteten
Hohlraum liefert; und
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8 eine
alternative Ausführungsform
einer Struktur, die elektrische Leitungen in einen hermetisch abgedichteten
Hohlraum liefert.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines MEMS(Micro-Electromechanical
System – mikro-elektromechanisches
System)-Kreisels 10. Der MEMS-Kreisel 10 kann
ein Gehäuse 12 enthalten, das
darin einen Stimmgabelkreisel (TFG – Tuning Fork Gyroscope) 14 enthält. Das
Gehäuse 12 kann ein
Kunststoffbaustein sein, ein SOIC- (Small Outline Integrated Circuit)-Baustein,
ein Kunststoff-LCC-(Leadless Chip Carrier – Chipträger ohne Anschlußbeinchen)-Baustein
sein, ein QFP (Quad Flat Package) oder andere Gehäuse, wie
in der Technik bekannt ist. Das Gehäuse 12 kann eine Struktur bereitstellen
zum gemeinsamen Anordnen von Elementen des TFG 14 und/oder
Anordnen anderer Elemente innerhalb einer unmittelbaren Nähe zueinander
innerhalb des Gehäuses 12.
Der TFG 14 ist bei einer Ausführungsform innerhalb eines
im wesentlichen abgedichteten Hohlraums 16 angeordnet,
der durch Bonden von Silizium mit einem Glassubstrat ausgebildet
wird. Der im wesentlichen abgedichtete Hohlraum 16 sorgt
für eine
Trennung zwischen empfindlichen Elementen des TFG 14 und
einer Ansteuerelektronik, unten beschrieben.
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Bei
einer Ausführungsform
kann der TFG 14 Prüfmassen 18,
Motoransteuerkämme 20,
Motorabgriffskämme 22 und
Richtungsplatten 24 enthalten. Ein Vorverstärker 26 kann
im Gehäuse 12 enthalten und
elektrisch mit jeder Kombination aus Prüfmasse 18 und Richtungsplatte 24 verbunden
oder gekoppelt sein. Der Vorverstärker 26 und der TFG 14 können beide
auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet sein und können bei
einer Ausführungsform
elektrisch verbunden sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Vorverstärker 26 elektrisch
mit Prüfmassen 24 verbunden
sein. Ein Ausgangssignal des Vorverstärkers 26 kann an die
Erfassungselektronik 28 geschickt werden, oder alternativ
kann der Vorverstärker 26 in
die Erfassungselektronik 28 integriert sein. Ungeachtet
dessen, welche Konfiguration verwendet wird, existieren elektrische
Verbindungen zwischen TFG 14 und Vorverstärker 26 und/oder
Erfassungselektronik 28, damit der Kreisel 10 funktionieren
kann.
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Außerdem wird
ein Ausgangssignal 30 der Motorabgriffskämme 22 an
Rückkopplungsmonitore 32 übertragen.
Die Rückkopplungsmonitore 32 liefern
Ausgangssignale 34 an die Ansteuerelektroniken 36,
die Motoransteuerkämme 20 bestromen.
Alternativ können
Rückkopplungsmonitore 32 in
die Ansteuerelektroniken 36 integriert sein. Wieder sind Verbindungen
zu Elementen des TFG 14 zu Rückkopplungsmonitoren 32 und
Ansteuerelektroniken 36 hergestellt, damit der Kreisel 10 funktionieren
kann. Der MEMS-Kreisel 10 kann auch eine Systemstromversorgung
und andere Arbeitselektroniken enthalten, die zur leichteren Darstellung
in 1 nicht gezeigt sind.
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Die
Motoransteuerkämme 20 regen
die Prüfmassen 18 unter
Verwendung elektrostatischer Kräfte
an durch Anlegen einer Spannung zwischen Ansteuerkämmen 20 und
ineinandergreifenden Kammzähnen
von Prüfmassen 18.
Die Motorabgriffskämme 22 überwachen
die Anregung oder Oszillation von Prüfmassen 18 durch Überwachen
von Spannungssignalen an Elektroden von Prüfmassen 18. Die Motorabgriffskämme 22 geben
ein Rückkopplungssignal an
Rückkopplungsmonitore 32 ab.
Der Rückkopplungsmonitor 32 liefert
ein Ausgangssignal 34, das in die Ansteuerelektroniken 36 eingegeben
wird. Wenn Prüfmassen 18 zu
schnell oder zu langsam zu schwingen beginnen, können die Ansteuerelektroniken 36 eine
Oszillationsfrequenz derart nachstellen, daß die Prüfmassen 18 mit einer
Resonanzfrequenz schwingen. Eine Anregung bei einer derartigen Frequenz
kann das Erzeugen eines Ausgangssignals mit höherer Amplitude ermöglichen.
Hierin können Vorverstärker 26,
Erfassungselektronik 28, Rückkopplungsmonitor 32 und
Ansteuerelektroniken 36 kollektiv als Kreiselelektronik
bezeichnet werden.
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Wie
in der Figur dargestellt und oben beschrieben, sollen elektrische
Verbindungen zwischen den Kreiselelektroniken und dem abgedichteten Hohlraum 16 des
TFG 14 hergestellt werden. Es hat sich gezeigt, daß das Herstellen
solcher Verbindungen unter Aufrechterhaltung einer Abdichtung für den Hohlraum 16 schwierig
ist, wie bezüglich
der 2 und 3 dargestellt und beschrieben.
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die ein bekanntes Verfahren zum Bonden
von Silizium mit einem Glassubstrat zum Ausbilden eines hermetisch abgedichteten
Hohlraums 50 darstellt. Ein Glassubstrat 52 enthält Bondoberflächen 54,
an die ein Abdichtring 56 ebenfalls mit Bondoberflächen 58 anodisch
gebondet wird. Der Abdichtring 56 ist in der gezeigten
Ausführungsform
ein durchgehender Abdichtring, der eine zweite Siliziumstruktur 60 vollständig umgibt,
aber nicht mit ihr verbunden ist. Bei einer Ausführungsform besteht der Abdichtring 56 aus
Silizium. Die Siliziumstruktur 60 könnte beispielsweise ein schwingender
Sensor sein, einschließlich
unter anderem ein Stimmgabelkreisel 14 (in 1 gezeigt).
Ein zweites Glassubstrat 62 mit einer Bondoberfläche 64 wird
danach an eine Bondoberfläche 66 des
Abdichtrings 56 gebondet, aber nicht die zweite Siliziumstruktur 60,
wodurch ein Hohlraum 50 entsteht. Bei einer alternativen
Ausführungsform
wird der Abdichtring 56 zuerst an das zweite Glassubstrat 62 gebondet.
Wenngleich als ein Ring bezeichnet, versteht sich, daß der Abdichtring 56 beliebige
und alle Gestalten beinhaltet, die genutzt werden könnten, um
einen Hohlraum wie für
spezifische Anwendungen erforderlich zu bilden.
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3 veranschaulicht
die bezüglich 2 beschriebene
Struktur, aber mit einer Hinzufügung einer
elektrischen Leitung 70 von innerhalb des Holraums 50 zu
einer Position außerhalb
des Hohlraums 50. Komponenten in 3, die mit
jenen in 2 gemein sind, werden unter
Verwendung der gleichen Referenzzahlen identifiziert. Eine elektrische
Leitung 70 ist auf dem Glassubstrat 52 plaziert,
um eine elektrische Bindung zwischen der Siliziumstruktur 60 und einer
nicht gezeigten Schaltung außerhalb
des Hohlraums 50 bereitzustellen. Wenngleich eine einzelne Leitung 70 gezeigt
ist, versteht sich, daß es
Ausführungsformen
gibt, wo mehrere Leitungen 70 zwischen der Siliziumstruktur 60 und
der Schaltung außerhalb
des Hohlraums 50 benötigt
werden, beispielsweise zwischen einem in 1 gezeigten Stimmgabelkreisel
und Kreiselelektroniken. 3 veranschaulicht weiterhin,
daß bei
Nutzung von elektrischen Leitungen 70 mindestens ein Abschnitt
der Bondoberflächen 54 des
Glassubstrats 52 und mindestens ein Abschnitt von Bondoberflächen 58 des Abdichtrings 56 nicht
länger
einen Kontakt herstellen. Da die Bondoberflächen 54 und 58 im
wesentlichen flach sind, existieren zudem Bereiche der Bondoberfläche 58,
die keinen Kontakt mit der Bondoberfläche 54 herstellen,
was es erschwert, einen hermetisch abgedichteten Hohlraum 50 aufrechtzuerhalten.
Mit anderen Worten kann das Verlegen elektrischer Leitungen 70 zwischen
Bondoberflächen 54 und 58 bewirken,
daß die
hermetische Abdichtung kompromittiert wird, wenn Abschnitte von
Bondoberflächen 54 und 58 aufgrund
des Vorliegens von elektrischen Leitungen 70 von einander
getrennt werden.
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4 veranschaulicht
eine verbesserte Struktur zum Leiten eines elektrischen Signals
in einen zumindest teilweise durch einen Silizium-Glas-MEMS-Prozeß ausgebildeten,
hermetisch abgedichteten Hohlraum. Die in 4 dargestellte Ausführungsform
verwendet ein modifiziertes Glassubstrat 80, wobei mindestens
eine Vertiefung 82 in dem Glassubstrat 80 ausgebildet
ist, wo ein elektrisches Signal in den hermetisch abgedichteten
Hohlraum 84 geleitet werden soll. Eine elektrische Leitung 86 ist
innerhalb der Vertiefung 82 ausgebildet und erstreckt sich
auf einer oberen Oberfläche 88 des
Substrats 80. Bei einer Ausführungsform ist die elektrische
Leitung 86 leitend und aus Metall hergestellt.
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Die
Leitung 86 ist derart aufgebaut, daß sich erstreckende Abschnitte 88 in
den Hohlraum 84 und zu einem Bereich außerhalb erstrecken, wo der
Abdichtring 90 zur Verbindung mit einer elektrischen Schaltung plaziert
werden soll. Bei einer Ausführungsform
ist der Abdichtring 90 aus Silizium hergestellt. Eine Glasabscheidung 92 wird
innerhalb der Vertiefung 82 und auf der Leitung 86 gemäß bezüglich 5 näher
beschriebenen Verfahren plaziert. Die Glasabscheidung 92 liefert
eine Bondoberfläche 94 für den Abdichtring 90.
Die beschriebene Ausführungsform
löst deshalb
die oben beschriebenen Abdichtprobleme, indem im wesentlichen ein
elektrischer Weg unter einer Oberfläche des Glassubstrats 80 hergestellt
wird. Zudem wird eine im wesentlichen flache Oberfläche 94 zum
Bonden mit einer Oberfläche 96 des
Abdichtrings 90 und Herstellen einer hermetischen Abdichtung
für den
Hohlraum 84 bereitgestellt, was für den Betrieb der Siliziumstruktur 98 erforderlich
sein kann.
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Es
sei angemerkt, daß die
in 4 beschriebene Struktur auf mehrere Weisen hergestellt
werden kann. Beispielsweise kann die Siliziumstruktur 98 aus
einem nicht gezeigten Siliziumwafer hergestellt werden, der auf
dem Glassubstrat 80 angeordnet ist, während der Abdichtring 90 aus
einem nicht gezeigten Siliziumwafer hergestellt ist, der auf dem zweiten
Glassubstrat 62 angeordnet ist. Durch Plazieren des zweiten
Glassubstrats 62 mit dem Abdichtring 90 auf dem
Glassubstrat 80 (und Glasabscheidungen 92 an relevanten
Stellen, wird der abgedichtete Hohlraum 84 ausgebildet.
Alternativ kann der Abdichtring 90 auf einem Glassubstrat 80 ausgebildet
sein, während
die Siliziumstruktur 98 auf einem zweiten Glassubstrat 62 ausgebildet
ist. Außerdem können der
Abdichtring 90 und die Siliziumstruktur 98 aus
einem nicht gezeigten einzelnen Siliziumwafer ausgebildet sein,
der entweder auf Glassubstrat 80 oder auf dem zweiten Glassubstrat 62 angeordnet
ist. Welches Verfahren auch immer verwendet wird, das Ergebnis ist,
daß mindestens
ein Abschnitt des Abdichtrings hergestellt wird, um eine Abdichtung
mit der Glasabscheidung 92 auszubilden, und ein Abschnitt
des Abdichtrings 90 hergestellt wird, um eine Abdichtung
mit einem Abschnitt des Glassubstrats 80 herzustellen.
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5 veranschaulicht einen Prozeß zum Liefern
elektrischer Signale in einen Hohlraum unter Aufrechterhaltung einer
hermetischen Abdichtung um den Hohlraum herum, ähnlich der in 4 dargestellten
Struktur. Unter Bezugnahme auf 5A weist
ein Glassubstrat 100 mindestens eine auf einer Oberfläche 104 des
Substrats 100 ausgebildete Vertiefung 102 auf.
Bei spezifischen Ausführungsformen sind
Vertiefungen 102 überall
dort in das Glassubstrat 100 geätzt, wo eine elektrische Durchführung für ein elektrisches
Signal benötigt
wird. Wie in 5B gezeigt, sind Leitungen 106 in
und um die Vertiefungen 102 herum abgeschieden und strukturiert. 5C veranschaulicht
eine Glasschicht 108, die über der ganzen Oberfläche 104 des
Substrats 100 abgeschieden worden ist. Die Glasschicht 108 bedeckt
sowohl Vertiefungen 102 als auch Leitungen 106.
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Unter
Bezugnahme auf 5D wird die Glasschicht 108 dann
unter Verwendung chemisch-mechanischer Polier- oder anderer Techniken auf einer Höhe planarisiert,
wo ein erster Kontakt 110 und ein zweiter Kontakt 112 der
Leitung 106 exponiert sind. Durch diesen Prozeß bleibt
eine Leitung 106 innerhalb der Vertiefung 102 zurück, die
im wesentlichen von der Glasschicht 108 bedeckt ist und dabei
eine Oberfläche 114 bereitstellt,
die mit einer umgebenden Glasoberfläche 116 im wesentlichen planar
ist. Bei einer weiteren Ausführungsform
wird die Glasschicht 108 auf eine erste Höhe planarisiert, dann
wird die planarisierte Glasschicht auf eine Höhe geätzt, wo der erste Kontakt 110 und
der zweite Kontakt 112 der Leitung 106 exponiert
sind.
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Wie
in 5E gezeigt, können
elektrische Kontakte 118, beispielsweise zu nicht gezeigten
elektrischen Schaltungen, an einen ersten Kontakt 110 und
einen zweiten Kontakt 112 von elektrischen Leitungen 106 angebracht
werden, da sie nun exponiert sind. Unter Bezugnahme auf 5F wird
ein Siliziumwafer 120 dann an planarisierte Substratoberflächen 114 und 116 (das
Bonden an Oberfläche 116 nicht
gezeigt) derart gebondet, daß elektrische
Leitungen 106 unter den Siliziumwafer 120 gehen,
aber keinen Verlust an hermetischer Abdichtung zwischen dem Siliziumwafer 120 und
dem Glassubstrat 100 (Glasschicht 108) verursachen.
Die elektrischen Leitungen 106 sind funktional und strukturell
den elektrischen Leitungen 86 (in 4 gezeigt) äquivalent.
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6 ist
eine schematische Darstellung eines MEMS-Kreisels 130, der elektrische
Durchleitungen 132 von einem hermetisch abgedichteten Hohlraum 134 verwendet.
Der hermetisch abgedichtete Hohlraum 134 liefert eine Arbeitsumgebung
für den Stimmgabelkreisel
(TFG) 136. Elektrische Durchführungen 132 werden
durch Nutzung von elektrischen Leitungen 86 (in 4 gezeigt)
bereitgestellt. Der TFG 136 kann für die Zwecke hierin als eine
Ausführungsform
der in 4 gezeigten Siliziumstruktur 98 angesehen
werden. Der substantiell abgedichtete Hohlraum 134 liefert
eine Trennung zwischen empfindlichen Elementen des TFG 136 und
Ansteuerelektroniken. Vorverstärker 26 und
TFG 136, Rückkopplungsmonitor 32 und
TFG 136 und Ansteuerelektroniken 36 und TFG 136 können unter
Verwendung elektrischer Leitungen 86 elektrisch verbunden werden.
Bei anderen Konfigurationen ähnlich
denen bezüglich 1 beschriebenen
liefern elektrische Leitungen 86 die elektrischen Verbindungen
zwischen TFG 136 und Kreiselelektroniken.
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7 veranschaulicht
eine alternative Struktur 150 zum Bereitstellen eines hermetisch
abgedichteten Hohlraums 152 unter Verwendung eines Silizium-Glas-MEMS-Prozesses. Bei Struktur 150 wird zum
Ausbilden des Hohlraums 152 anstelle eines Abdichtrings
und eines zweiten Glassubstrats (wie in 4 gezeigt)
eine Siliziumeinrichtung 154 mit einer darin ausgebildeten
Vertiefung 156 verwendet. Zur Ausbildung des Hohlraums 152 wird
ein Glassubstrat 158 an die Siliziumeinrichtung 154 gebondet.
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Zur
Bereitstellung eines elektrischen Wegs unter einer Oberfläche des
Glassubstrats 158 enthält das
Glassubstrat 158 eine Vertiefung 160, die dort
in das Glassubstrat 158 ausgebildet worden ist, wo ein elektrisches
Signal in den hermetisch abgedichteten Hohlraum 152 geleitet
werden soll. Eine elektrische Leitung 162, bei einer Ausführungsform
eine leitende Leitung, ist innerhalb der Vertiefung 160 ausgebildet und
erstreckt sich auf einer oberen Oberfläche 164 des Substrats 158.
Eine Glasabscheidung 166 wird unter Verwendung der oben
beschriebenen Prozesse innerhalb der Vertiefung 160 und
auf der Leitung 168 plaziert. Die Glasabscheidung 166 liefert
eine Bondoberfläche 170 zum
Bonden mit der Bondoberfläche 172 der
Siliziumstruktur 154 und gestattet deshalb die Konstruktion
eines hermetisch abgedichteten Hohlraums 152.
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8 veranschaulicht
(im Querschnitt) eine alternative Ausführungsform einer Struktur 200 zum Bereitstellen
eines hermetisch abgedichteten Hohlraums 202 unter Verwendung
eines Silizium-Glas-MEMS-Prozesses.
In der Struktur 200 wird ein modifiziertes Glassubstrat 204 beim
Ausbilden des Hohlraums 202 zusammen mit einem Abdichtring 206 verwendet,
der an dem Glassubstrat 208 angebracht ist oder wird. Mindestens
eine Vertiefung 210 ist dort in das Glassubstrat 204 ausgebildet,
wo ein elektrisches Signal in den hermetisch abgedichteten Hohlraum 202 geleitet
werden soll. Eine elektrische Leitung 212 ist auf der Vertiefung 210 ausgebildet
und erstreckt sich dabei bis zu einer oberen Oberfläche 214 des
Substrats 204 zur Verbindung mit einer Einrichtung 216.
Bei einer Ausführungsform
ist die elektrische Leitung 212 leitend und aus Metall hergestellt.
Bei einer Ausführungsform
ist der Abdichtring 206 aus Silizium hergestellt.
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Die
Leitung 212 ist so konstruiert, daß sich ein Abschnitt 218 in
den Hohlraum 202 zur Verbindung mit Einrichtung 216 erstreckt,
und Abschnitt 220 erstreckt sich zu einem Bereich außerhalb
des Orts, wo der Abdichtring 206 schließlich plaziert wird, zur Verbindung
mit einer nicht gezeigten elektrischen Schaltung. Da sich eine obere
Oberfläche 222 der elektrischen
Leitung 212 innerhalb der Vertiefung 210 befindet,
befindet sich die obere Oberfläche 222 unter
einer oberen Oberfläche 224 des
Substrats 204, was das hermetische Abdichten mit dem Abdichtring
erschwert. Um eine derartige Abdichtschwierigkeit zu lindern, wird
eine Glasabscheidung 226 auf der oberen Oberfläche 222 der
elektrischen Leitung 212 innerhalb der Vertiefung 210 abgeschieden.
Die Glasabscheidung 226 wird dann derart planarisiert,
daß eine
obere Oberfläche 228 entsteht,
die sich auf einer gleichen Höhe
wie die obere Oberfläche 224 des
Substrats 204 befindet. Die obere Oberfläche 228 der
Glasabscheidung 226 wird schließlich zum Ausbilden des abgedichteten
Hohlraums 202 mit dem Abdichtring 206 gebondet,
um eine ordnungsgemäße Funktion
der Siliziumstruktur 230 zu gestatten. Die beschriebene
Ausführungsform
löst deshalb
die oben beschriebenen Abdichtprobleme, indem im wesentlichen ein
elektrischer Weg unter der Glasabscheidung 226 erzeugt
wird. Zudem wird eine im wesentlichen flache Oberfläche (obere
Oberfläche 228)
zum Bonden mit einer Oberfläche 232 des
Abdichtrings 206 und Erzeugen einer hermetischen Abdichtung
für den
Hohlraum 202 bereitgestellt, was für die Funktion der Siliziumstruktur 230 erforderlich
sein kann.
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Wenngleich
nicht gezeigt, wird in Betracht gezogen, daß Einrichtungen, beispielsweise MEMS-Drucksensoren,
Resonatoren und Temperatursensoren, unter Verwendung der in 7 und 8 dargestellten
Strukturen konstruiert werden sollen. Es ist weiter beabsichtigt,
daß etwaige
Unterschiede zwischen den Strukturen der 4, 7 und 8 nur
verschiedene Herstellungsausführungsformen
für MEMS-Bauelemente
zeigen. Zudem werden weitere Einrichtungen in Betracht gezogen, die
elektrische Durchleitungen wie bezüglich der 4, 7 und 8 gezeigt
und beschrieben verwenden, einschließlich unter anderem Beschleunigungsmeßgeräte, Druckerfassungseinrichtungen und
andere MEMS-Einrichtungen.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen zum
Bereitstellen elektrischer Durchleitungen in einen im wesentlichen
abgedichteten Hohlraum sind Verbesserungen gegenüber bekannten Verfahren zum
Abdichten solcher Hohlräume,
die elektrische Durchleitungen verwenden. Die bekannten Verfahren involvierten
den Versuch zum Abdichten über
einer ungleichmäßigen Topologie,
die sowohl elektrische Durchleitungen als auch eine Glasoberfläche enthielt,
wie bezüglich 3 beschrieben.
Das Ergebnis waren nicht gebondete Bereiche, die die hermetische Abdichtung
aufgrund der ungleichmäßigen Oberfläche zerstören.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen stellen
elektrische Durchleitungen in einem hermetisch abgedichteten Hohlraum
bereit. Es wird jedoch in Betracht gezogen, daß die hierin beschriebnen Verfahren
und Strukturen sich auf andere Anwendungen erstrecken als solche,
die einen Durchgang von elektrischen Leitern in abgedichtete Hohlräume und aus
diesen heraus beinhalten. Beispielsweise können die beschriebenen Durchleitungen
auch verwendet werden, um elektrische Verbindungen zwischen Abschnitten
einer Siliziumstruktur bereitzustellen, die aus einem strukturierten
Siliziumwafer hergestellt ist. Spezifischere Beispiele wären elektrische
Verbindungen zwischen Abschnitten einer in 4 gezeigten Siliziumstruktur 98 und
zwischen Abschnitten einer in 8 gezeigten
Siliziumstruktur 230. Eine derartige Methodik erstreckt
sich auf die Bereitstellung elektrischer Verbindungen zwischen allen
elektrischen Komponenten, die auf Glassubstraten angeordnet oder
montiert werden können.
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Die
hierin beschriebenen Verfahren beinhalten die Nutzung von Durchleitungen,
die im wesentlichen unter einer glatten Glasoberfläche eingebettet sind,
was eine viel bessere Abdichtung zwischen Silizium und Glas gestattet.