IT201800007442A1 - Procedimento di fabbricazione di dispositivi microelettromeccanici, in particolare moduli elettroacustici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE DI DISPOSITIVI MICROELETTROMECCANICI, IN PARTICOLARE MODULI ELETTROACUSTICI”

La presente invenzione è relativa ad un metodo di fabbricazione di dispositivi microelettromeccanici (“microelectro-mechanical”, MEMS), ed in particolare moduli elettroacustici.

Come è noto, sono oggi disponibili numerosi sensori ad ultrasuoni, i quali sono atti a tramettere e ricevere onde acustiche con frequenze superiori a 20 kHz. Tipicamente un sensore ad ultrasuoni comprende, oltre a un trasduttore di tipo elettro-acustico, una circuiteria atta a pilotare il trasduttore, nonché ad amplificare i segnali elettrici generati dal trasduttore stesso in seguito alla ricezione di segnali acustici di eco. Il trasduttore funziona quindi sia da emettitore acustico che da ricevitore acustico, in periodi di tempo differenti.

Riferendosi ai segnali acustici di stimolo e ai segnali acustici di risposta per indicare, rispettivamente, i segnali (o fasci) acustici trasmessi dal trasduttore ed i segnali (o fasci) acustici che incidono sul trasduttore, ad esempio in seguito alla riflessione dei segnali acustici di stimolo da parte di un ostacolo, è nota l’esigenza, ad esempio in ambito ecografico, di poter focalizzare i segnali acustici di stimolo. Al fine di controllare l’emissione nello spazio dei segnali acustici di stimolo, è nota la tecnica che prevede di disporre di una pluralità di trasduttori, ciascuno dei quali emette onde acustiche sferiche, e di comandare tali trasduttori con segnali di pilotaggio opportunamente sfasati tra loro, in modo che la somma dei segnali acustici di stimolo generati dai trasduttori formi un fascio acustico avente la distribuzione spaziale desiderata.

Ciò premesso, al fine di incrementare le prestazioni, in particolare per quanto concerne l’amplificazione dell’eco, occorre che i trasduttori, formati tipicamente da corrispondenti dispositivi MEMS disposti secondo una matrice, siano disposti quanto più possibile vicini alla circuiteria elettronica, ed in particolare alla parte di circuiteria elettronica deputata ad amplificare i segnali elettrici generati dai trasduttori. Tuttavia, tale esigenza si scontra con l’elevato numero di trasduttori (dell’ordine del migliaio) tipicamente impiegati.

In pratica, dal momento che ciascun trasduttore è accoppiato ad un rispettivo circuito integrato specifico per l’applicazione (“application-specific integrated circuit”, ASIC), il quale forma il circuito di pilotaggio ed il ricevitore associati al trasduttore, occorre gestire migliaia di connessioni presenti tra i trasduttori ed i circuiti ASIC ad essi collegati, controllando i ritardi introdotti dai diversi canali (ciascun canale essendo inteso come formato da un trasduttore, dal corrispondente circuito di pilotaggio e dal corrispondente ricevitore), nonché il jitter presente tra i diversi canali.

Ciò premesso, attualmente sono noti procedimenti di fabbricazione che prevedono di lavorare una prima ed una seconda fetta (“wafer”) semiconduttiva, in modo da formare, nella prima fetta, una pluralità di trasduttori, nonché in modo da formare, nella seconda fetta, una pluralità di circuiti ASIC. Successivamente, la prima e la seconda fetta vengono accoppiate tra loro, in maniera tale per cui i trasduttori vengono accoppiati ai corrispondenti circuiti ASIC. Tale procedimento, tuttavia, si caratterizza per una ridotta flessibilità, dal momento che prevede di adottare un’unica tecnologia di fabbricazione sia per i circuiti di pilotaggio che per i circuiti di ricezione. Inoltre, tale procedimento di fabbricazione non consente di collaudare i circuiti ASIC, se non una volta terminato il procedimento stesso. Ancora, tale procedimento di fabbricazione richiede che il passo delle piazzole di collegamento elettrico nella prima e nella seconda fetta sia lo stesso.

Scopo della presente invenzione è quindi fornire un procedimento di fabbricazione di dispositivi MEMS, il quale superi almeno in parte gli inconvenienti della tecnica nota.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un procedimento di fabbricazione ed un dispositivo MEMS, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra schematicamente una sezione trasversale di un modulo elettroacustico;

- la figura 2 mostra schematicamente una vista dall’alto con porzioni rimosse di una fetta ricostruita;

- la figura 3 mostra schematicamente una sezione trasversale di una porzione della fetta ricostruita mostrata in figura 2, presa lungo una linea di sezione III-III mostrata in figura 2;

- la figura 4 mostra schematicamente una sezione trasversale di una fetta semiconduttiva durante una fase del presente procedimento di fabbricazione;

- le figure 5-9 mostrano schematicamente sezioni trasversali di un gruppo multifetta, durante fasi successive del presente procedimento di fabbricazione;

- la figura 10 mostra schematicamente una sezione trasversale di un gruppo includente una pluralità di piastrine, durante una fase di una variante del presente procedimento di fabbricazione;

- la figura 11 mostra schematicamente una sezione trasversale di una porzione di fetta ricostruita;

- le figure 12-15 mostrano schematicamente sezioni trasversali di un gruppo fetta-piastrine, durante fasi successive della variante del presente procedimento di fabbricazione.

La figura 1 mostra un modulo elettroacustico 1, il quale comprende una prima ed una seconda piastrina (“die”) 2, 4, al cui interno sono formati, rispettivamente, un primo ed una secondo circuito integrato 6, 8, formati ad esempio da circuiti ASIC di tipo noto. Ciascuno tra il primo ed il secondo circuito integrato 6, 8 comprende un rispettivo circuito di trasmissione ed un rispettivo circuito di ricezione, i quali sono indicati rispettivamente con 10 e 12, nel caso del primo circuito integrato 6, e con 14 e 16, nel caso del secondo circuito integrato 8.

Sebbene non mostrato in dettaglio, in ciascuno tra il primo ed il secondo circuito integrato 6, 8, i corrispondenti circuiti di trasmissione e di ricezione sono elettricamente collegati ad una corrispondente pluralità di “bump” metallici, indicati rispettivamente con 18 e 20 ed anche noti come microbump. Sempre in modo di per sé noto, i bump 18, 20 sono elettricamente collegati alle cosiddette metallizzazioni di ultimo livello delle corrispondenti piastrine.

Il modulo elettroacustico 1 comprende inoltre una regione di rivestimento 22, la quale è formata ad esempio da una resina epossidica ed ingloba la prima e la seconda piastrina 2, 4, nonché parte dei corrispondenti bump 18, 20. La regione di rivestimento 22 è delimitata da una prima ed una seconda superficie S1, S2. I bump 18, 20 della prima e della seconda piastrina 2, 4 si affacciano sulla prima superficie S1. Inoltre, attraverso la regione di rivestimento 22 si estende una pluralità di regioni verticali di connessione 24 del tipo noto come “through mold via” (TMV), ciascuna delle quali è formata da materiale metallico e si affaccia sia sulla prima che sulla seconda superficie S1, S2.

Il modulo elettroacustico 1 comprende inoltre una struttura di redistribuzione 26, la quale comprende una regione dielettrica 28, una pluralità di cammini conduttivi 30 (mostrati qualitativamente) ed una pluralità di piazzole (“pad”) interne 32 e di piazzole esterne 34.

La regione dielettrica 28 è formata ad esempio da polimmide (oppure, ad esempio, poliammide o una resina con fibre di vetro) e si estende a contatto con la prima superficie S1. Oltre che dalla prima superficie S1, la regione dielettrica 28 è delimitata da una terza superficie S3.

Le piazzole interne 32 sono formate da materiale metallico e si affacciano sulla prima superficie S1, in modo da contattare corrispondenti bump 18, 20 della prima o della seconda piastrina 2, 4. Le piazzole esterne 34 sono formate da materiale metallico e si affacciano sulla terza superficie S3. Inoltre, i cammini conduttivi 30, formati ad esempio dal medesimo materiale metallico che forma le piazzole interne 32 e le piazzole esterne 34 (ad esempio, rame), collegano ciascuna piazzola interna 32 a una corrispondente piazzola esterna 34, oppure a una porzione che si affaccia sulla prima superficie S1 di una corrispondente regione verticale di connessione 24. A tal proposito, le porzioni che si affacciano sulla seconda superficie S2 delle regioni verticali di connessione 24 sono atte a collegarsi elettricamente ad una scheda di circuito stampato (“printed circuit board”, PCB), non mostrata.

Il modulo elettroacustico 1 comprende inoltre una pluralità di pilastri 36 di materiale metallico (ad esempio, rame), i quali si estendono a partire dalla terza superficie S3, lungo una direzione perpendicolare alla prima, alla seconda ed alla terza superficie S1, S2, S3. Ad esempio, ciascun pilastro 36 ha una forma cilindrica. Inoltre, ciascun pilastro 36 contatta, ad una rispettiva prima estremità, una corrispondente piazzola esterna 34.

Il modulo elettroacustico 1 comprende inoltre una struttura 38, alla quale nel seguito ci si riferisce come alla struttura di trasduzione 38.

La struttura di trasduzione 38 comprende una regione multistrato 39, la quale è delimitata da una quarta superficie S4, la quale si affaccia verso la terza superficie S3, e da una quinta superficie S5.

A titolo d’esempio, la regione multistrato 39 comprende uno strato di passivazione 41a, un primo strato dielettrico 41b, uno strato semiconduttivo 41c ed un secondo strato dielettrico 41d, i quali vengono ora descritti con riferimento all’orientamento assunto dal modulo elettroacustico 1 in figura 1.

In dettaglio, lo strato di passivazione 41a forma la quarta superficie S4 ed è formato, ad esempio, da nitruro di silicio; inoltre, il primo strato dielettrico 41b si estende al di sotto dello strato di passivazione 41a, con cui è in contatto diretto, ed è formato, ad esempio, da ossido di silicio. Lo strato semiconduttivo 41c si estende al di sotto del primo strato dielettrico 41b, con cui è in contatto diretto. Il secondo strato dielettrico 41d è formato, ad esempio, da ossido di silicio; inoltre, il secondo strato dielettrico 41d si estende al di sotto dello strato semiconduttivo 41c, con cui è in contatto diretto, e forma la quinta superficie S5.

La struttura di trasduzione 38 comprende inoltre una regione semiconduttiva 42, alla quale nel seguito ci si riferisce come alla regione indeformabile 42.

In dettaglio, la regione indeformabile 42 si estende al di sotto del secondo strato dielettrico 41d, con cui è in contatto diretto. Inoltre, la regione indeformabile 42 è delimitata inferiormente da una sesta superficie S6 e delimita lateralmente una pluralità di recessi 52.

In maggior dettaglio, ciascun recesso 52 ha ad esempio una forma cilindrica. Inoltre, le porzioni della regione multistrato 39 che si affacciano su corrispondenti recessi 52 fungono da membrane (indicate con 40), mentre la regione indeformabile 42 funge da telaio indeformabile, al quale le membrane sono fissate.

Senza alcuna perdita di generalità, in figura 1 sono mostrate sei membrane 40. La regione indeformabile 42 ha ad esempio un inviluppo rettangolare, in vista dall’alto. Le membrane 40 possono avere uno spessore compreso ad esempio tra 5μm e 7μm.

La quarta superficie S4 porta una pluralità di piazzole 50 di materiale metallico, alle quali ci si riferisce come alle piazzole di pilotaggio 50. In particolare, ciascuna piazzola di pilotaggio 50 si estende sullo strato di passivazione 41a, in modo da contattare un corrispondente pilastro 36. In altre parole, ciascun pilastro 36 è interposto tra una corrispondente piazzola esterna 34 ed una corrispondente piazzola di pilotaggio 50.

Il modulo elettroacustico 1 comprende inoltre una regione di sigillatura 53, la quale è formata ad esempio da benzociclobutene (BCB) e si estende tra la regione multistrato 39 e la regione dielettrica 28 della struttura di redistribuzione 26, in modo da delimitare lateralmente una cavità chiusa 55, la quale è inoltre delimitata dalla terza e dalla quarta superficie S3, S4. I pilastri 36 si estendono all’interno della cavità chiusa 55.

Il modulo elettroacustico 1 comprende inoltre una pluralità di attuatori 56. A titolo esemplificativo, il modulo elettroacustico 1 comprende un attuatore 56 per ciascuna membrana 40. Ciascun attuatore 56 si estende nella cavità chiusa 55, a contatto con la corrispondente membrana 40.

In maggior dettaglio, ciascun attuatore 56 comprende una rispettiva regione piezoelettrica 70 ed una rispettiva regione protettiva 72, nonché una coppia di elettrodi (non mostrati), elettricamente collegati a corrispondenti piazzole di pilotaggio 50. La regione protettiva 72 sovrasta la regione piezoelettrica 70 e può essere formata, ad esempio, dal medesimo materiale dello strato di passivazione 41a, con cui può formare, ad esempio, un’unica regione monolitica, la quale ingloba la regione piezoelettrica 70 ed i relativi elettrodi. Inoltre, tra la regione protettiva 72 e la terza superficie S3 vi è una distanza w ad esempio compresa tra 3μm e 5μm.

Come precedentemente accennato, e senza alcuna perdita di generalità, ciascun attuatore 56 è elettricamente accoppiato ad una coppia di piazzole di pilotaggio 50, quindi è elettricamente accoppiato ad una coppia di corrispondenti bump della prima o della seconda piastrina 2, 4; in particolare, tale accoppiamento elettrico avviene attraverso corrispondenti pilastri 36, nonché attraverso corrispondenti piazzole esterne 34, attraverso corrispondenti cammini conduttivi 30 ed attraverso corrispondenti piazzole interne 32. In tal modo, assumendo ad esempio che l’attuatore 56 sia collegato alla prima piastrina 2, esso è in grado, in primi intervalli di tempo, di ricevere segnali elettrici di comando generati dal circuito di trasmissione 10 della prima piastrina 2, i quali causano corrispondenti deformazioni della membrana 40 meccanicamente accoppiata a tale attuatore 56, con conseguente generazione di un’onda acustica; inoltre, in secondi intervalli di tempo, diversi dai primi intervalli di tempo, la deformazione della membrana 40, dovuta all’incidere su di essa (ad esempio) di un segnale acustico di eco, causa una corrispondente deformazione del trasduttore 56, il quale genera un segnale elettrico di risposta, il quale viene ricevuto dal circuito di ricezione 12 della prima piastrina 2, il quale può elaborarlo e successivamente può fornire un corrispondente segnale di uscita ad un elaboratore esterno (non mostrato), attraverso corrispondenti regioni verticali di connessione 24.

In altre parole, una parte degli attuatori 56, e quindi delle corrispondenti membrane 40, è elettricamente accoppiata alla prima piastrina 2, mentre un’altra parte degli attuatori 56, e quindi delle corrispondenti membrane 40, è elettricamente accoppiata alla seconda piastrina 4. Senza alcuna perdita di generalità, ciascuna membrana 40 è collegata sia al circuito di trasmissione che al circuito di ricezione della corrispondente piastrina. Inoltre, sempre senza alcuna perdita di generalità, nella piastrina possono essere implementati meccanismi di protezione del circuito di ricezione, durante la fase di trasmissione; in alternativa, i segnali di trasmissione e di ricezione possono essere veicolati alla/dalla membrana 40 attraverso due piastri 36 diversi, nel qual caso la membrana 40 funge da elemento di protezione.

Tutto ciò premesso, il modulo elettroacustico 1 può essere fabbricato sulla base del seguente procedimento.

Inizialmente, come mostrato in figura 2, viene formato un gruppo 74, al quale nel seguito ci si riferisce come al gruppo ASIC 74, per motivi che saranno chiariti qui di seguito. Il gruppo ASIC 74 include una pluralità di porzioni unitarie 76 uguali tra loro e lateralmente sfalsate (una sola evidenziata in figura 2, in tratteggio); il termine “unitario” si riferisce appunto al fatto che tali porzioni rappresentano delle unità (equivalentemente, porzioni di base) uguali tra loro che si ripetono nello spazio.

In dettaglio, una porzione unitaria 76 è mostrata in figura 3 ed è descritta nel seguito, limitatamente alle differenze rispetto a quanto mostrato in figura 1; inoltre, elementi già mostrati in figura 1 sono indicati con i medesimi numeri di riferimento, salvo laddove specificato diversamente.

In maggior dettaglio, la porzione unitaria 76 è uguale alla parte del modulo elettroacustico 1 che si estende tra la terza e la prima superficie S3, S1, come mostrata in figura 1, a meno delle seguenti differenze.

La regione di rivestimento, qui indicata con 122, è condivisa tra la porzioni unitarie 76 del gruppo ASIC 74, cioè forma un’unica regione del gruppo ASIC 74. Anche la regione dielettrica della struttura di redistribuzione (qui indicate rispettivamente con 128 e 126, ed alle quali nel seguito ci si riferisce rispettivamente come alla regione dielettrica di gruppo 128 ed alla struttura di redistribuzione di gruppo 126) è condivisa tra le porzioni unitarie 76 del gruppo ASIC 74. Inoltre, la prima, la seconda e la terza superficie sono condivise tra le porzioni unitarie 76 del gruppo ASIC 74, cioè rappresentano, ciascuna, una porzione di, rispettivamente, una prima, una seconda ed una terza superficie di fetta S1’, S2’, S3’.

In aggiunta, sulla porzione unitaria 76 si estende un supporto 75 (non mostrato in figura 2), ad esempio di vetro, il quale è condiviso tra le porzioni unitarie 76 del gruppo ASIC 74.

Senza alcuna perdita di generalità, la fabbricazione del gruppo ASIC 74 può avvenire in modo di per sé noto, mediante cosiddette tecniche di lavorazione di tipo FOWLP (“fan out wafer level package”). A tal proposito, le prime e le seconde piastrine 2, 4 delle porzioni unitarie 76 possono essere fabbricate in modo di per sé noto, adottando cosiddette tecnologie di fabbricazione a livello wafer, le quali consentono appunto di fabbricare, a partire da una medesima fetta semiconduttiva (non mostrata), una pluralità di piastrine, e successivamente di separare (singolare) tra loro tali piastrine, mediante operazioni di taglio. Dopo un’eventuale fase di collaudo, le piastrine così formate vengono nuovamente accoppiate meccanicamente, attraverso l’accoppiamento con la struttura di redistribuzione di gruppo 126, in modo da formare appunto il gruppo ASIC 74.

In pratica, il gruppo ASIC 74 è formato da un gruppo (“assembly”) di piastrine fissate tra loro, dopo essere state precedentemente singolate (“singulated”), in maniera tale per cui tale gruppo ha in prima approssimazione la forma di una fetta, nel senso che esso può essere sovrapposto ad una fetta semiconduttiva opportunamente lavorata, come descritto in seguito. In altre parole, il gruppo ASIC 94 rappresenta una sorta di fetta ricostruita. Inoltre, le piastrine del gruppo ASIC 74 condividono un’unica struttura di redistribuzione, formata appunto dalla struttura di redistribuzione di gruppo 126.

Il presente procedimento di fabbricazione prevede inoltre che venga lavorata una fetta 80 di materiale semiconduttore, mostrata in figura 4, alla quale nel seguito ci si riferisce come alla fetta MEMS 80.

In dettaglio, la fetta MEMS 80 comprende un singolo corpo semiconduttore 82, delimitato da una superficie superiore Sa e da una superficie inferiore Sb (i termini “superiore” ed “inferiore” si riferiscono all’orientamento assunto dalla fetta MEMS 80 in figura 4).

Al di sopra della superficie superiore Sa si estende una pluralità di rispettive porzioni unitarie 84 (due mostrate in figura 4), le quali sono uguali tra loro. Inoltre, ciascuna porzione unitaria 84 è uguale alla struttura di trasduzione 38, fatte salve le seguenti differenze. In particolare, la porzione unitaria 84 è priva della regione indeformabile 42 e si estende al di sopra del corpo semiconduttore 82, in modo che il rispettivo secondo strato dielettrico 41d si estenda sulla superficie superiore Sa. Inoltre, ciascuna porzione unitaria 84 comprende una pluralità di corrispondenti pilastri 36, i quali contattano corrispondenti piazzole di pilotaggio 50.

Ancora con riferimento alla fetta MEMS 80, all’interno del corpo semiconduttore 82 si estende una pluralità di regioni dielettriche sepolte 86 (una per ogni porzione unitaria 84), formate ad esempio da ossido di silicio. Senza alcuna perdita di generalità, la fetta MEMS 80 comprende un numero di regioni dielettriche sepolte 86 pari al numero di porzioni unitarie 84, le quali si estendono a distanza dalla superficie superiore Sa; inoltre, ciascuna regione dielettrica sepolta 86 delimita lateralmente un numero di cavità 88 (una sola evidenziata, in tratteggio, in figura 4) pari al numero di membrane 40 del modulo elettroacustico 1, alle quali nel seguito ci si riferisce come alle cavità riempite 88, dal momento che esse sono riempite da corrispondenti porzioni del corpo semiconduttore 82.

Come visibile ancora in figura 4, le porzioni unitarie 84 sono lateralmente sfalsate tra loro rispetto al sottostante corpo semiconduttore 82, in maniera tale per cui le regioni multistrato 39 delle porzioni unitarie 84 delimitano lateralmente una cavità 90, alla quale nel seguito ci si riferisce come alla cavità di fetta 90. La cavità di fetta 90 è delimitata inferiormente dalla superficie superiore Sa del corpo semiconduttore 82.

Successivamente, come mostrato in figura 5, il gruppo ASIC 74 e la fetta MEMS 80 vengono accoppiati meccanicamente ed elettricamente tra loro, in modo da accoppiare ciascuna porzione unitaria 84 della fetta MEMS 80 ad una corrispondente porzione unitaria 76 del gruppo ASIC 74. In particolare, i pilastri 36 di ciascuna porzione unitaria 84 della fetta MEMS 80 vengono saldati alle piazzole esterne 34 di una corrispondente porzione unitaria 76 del gruppo ASIC 74.

In aggiunta, prima o dopo l’accoppiamento meccanico del gruppo ASIC 74 con la fetta MEMS 80, la cavità di fetta 90 viene riempita con una regione di incollaggio 92, la quale si estende quindi a contatto con la superficie superiore Sa del corpo semiconduttore 82; inoltre, la regione di incollaggio 92, formata ad esempio da BCB, si estende fino a contattare la terza superficie di fetta S3’, in modo da incollare tra loro la superficie superiore Sa del corpo semiconduttore 82 e la regione dielettrica di gruppo 128 della struttura di redistribuzione di gruppo 126. Il gruppo ASIC 74 e la fetta MEMS 80 formano così un gruppo multifetta (“assembly”) 94.

In maggior dettaglio, nel caso in cui la regione di incollaggio 92 venga formata prima dell’accoppiamento meccanico tra il gruppo ASIC 74 e la fetta MEMS 80, la regione di incollaggio 92 viene depositata in modo selettivo sulla superficie superiore Sa del corpo semiconduttore 82, secondo un motivo (“pattern”) prestabilito; in alternativa, come precedentemente accennato, la regione di incollaggio 92 può essere iniettata dopo che il gruppo ASIC 74 e la fetta MEMS 80 sono stati accoppiati.

Successivamente, come mostrato in figura 6, viene eseguita una lappatura meccanica del corpo semiconduttore 82, a partire dalla superficie inferiore Sb, in modo da esporre le regioni dielettriche sepolte 86; senza alcuna perdita di generalità, tale operazione di lappatura può avvenire dopo che il gruppo multifetta 94 è stato disposto come mostrato appunto in figura 6, cioè in modo che il supporto 75 sia disposto in basso. La porzione rimanente del corpo semiconduttore, indicata con 182, è delimitata da una superficie Sc, alla quale nel seguito ci si riferisce come alla superficie intermedia Sc. Le regioni dielettriche sepolte 86 e le cavità riempite 88 si affacciano quindi sulla superficie intermedia Sc.

In seguito, come mostrato in figura 7, viene eseguito un processo di fotolitografia, in cui le regioni dielettriche sepolte 86, ora esposte, fungono da “hard mask”. In tal modo, vengono rimosse selettivamente prime porzioni di materiale semiconduttore, che si estendono nelle cavità riempite 88, nonché corrispondenti seconde porzioni di materiale semiconduttore, disposte tra le prime porzioni di materiale semiconduttore e la superficie superiore Sa. Le porzioni rimanenti del corpo semiconduttore 182 formano una regione semiconduttiva di fetta 142, destinata a formare, in seguito a operazioni di taglio descritte in seguito, le regioni indeformabili 42 di una pluralità di moduli elettroacustici. Il summenzionato processo di fotolitografia comporta altresì che la regione di incollaggio 92 venga esposta.

In seguito al summenzionato processo di fotolitografia, eseguito in contemporanea sull’intera fetta MEMS 80, vengono esposte porzioni di ciascuna regione multistrato 39, le quali formano le summenzionate membrane 40. In pratica, le operazioni di cui alle figure 6 e 7 rappresentano cosiddette operazioni di “back end” e comportano il rilascio delle membrane 40.

Successivamente, come mostrato in figura 8, sulla fetta MEMS 80 viene formata una regione di copertura 96, formata ad esempio da una resina epossidica, la quale copre, tra l’altro, le porzioni esposte delle regioni dielettriche sepolte 86, della regione semiconduttiva di fetta 142 e dei secondi strati dielettrici 41d.

In seguito, come mostrato in figura 9, viene rimosso il supporto 75 e, successivamente, viene eseguita un’operazione di taglio, lungo linee di taglio 99 (indicate schematicamente in tratteggio), la quale comporta una cosiddetta singolazione, a partire dal gruppo multifetta 94, di una pluralità di dispositivi 101, ciascuno dei quali è uguale al modulo elettroacustico 1 mostrato in figura 1, a meno della presenza delle regioni dielettriche sepolte 86, non mostrate in figura 1. Le porzioni tagliate della regione di incollaggio 92 formano corrispondenti regioni di sigillatura 53 (figura 1).

Secondo una variante del processo di fabbricazione, viene formato un gruppo 110 (mostrato in figura 10), al quale nel seguito ci si riferisce come al gruppo multipiastrina 110. Il gruppo multipiastrina 110 viene ora descritto con riferimento alle differenze rispetto alla fetta MEMS 80 mostrata in figura 4.

In dettaglio, il gruppo multipiastrina 110 comprende una pluralità di corpi semiconduttori, indicati con 282 (due mostrati in figura 10), ciascuno dei quali porta una corrispondente porzione unitaria (qui indicata con 284); all’interno di ciascun corpo semiconduttore 282 si estende una corrispondente regione dielettrica sepolta (indicata con 286). Le superfici superiore ed inferiore che delimitano ciascun corpo semiconduttore 282 sono indicate rispettivamente con Sa’ e Sb’.

Il gruppo multipiastrina 110 comprende inoltre un supporto 200, formato ad esempio da un nastro (“tape”) di materiale adesivo, sul quale poggiano le superfici inferiori Sb’ dei corpi semiconduttori 282. In pratica, ciascun corpo semiconduttore 282 forma, insieme alla corrispondente porzione unitaria 284, una corrispondente piastrina, la quale è portata dal supporto 200, ed alla quale nel seguito ci si riferisce come alla piastrina di trasduzione 201. Le piastrine di trasduzione 201 sono lateralmente sfalsate tra di loro, in maniera tale da delimitare lateralmente una cavità interpiastrina 290.

Come mostrato in figura 11, sulla terza superficie di fetta S3’ del gruppo ASIC 74 viene formata la regione di incollaggio 92, ad esempio mediante un processo di iniezione localizzata.

In seguito, come mostrato in figura 12, il gruppo multipiastrina 110 ed il gruppo ASIC 74 vengono accoppiati meccanicamente ed elettricamente, in modo da formare un gruppo 294, al quale nel seguito ci si riferisce come al gruppo fetta-piastrine 294.

Successivamente, come mostrato in figura 13, il supporto 200 viene rimosso; inoltre, può essere formata una regione interstiziale 295 (opzionale), ad esempio mediante esecuzione di un processo di iniezione di una resina epossidica. In particolare, la regione interstiziale 295 riempie gli spazi presenti tra i corpi semiconduttori 282, quindi è delimitata lateralmente da questi ultimi; inoltre, la regione interstiziale 295 contatta la regione di incollaggio 92.

In seguito, come mostrato in figura 14, il gruppo fettapiastrine 294 viene disposto con il supporto 75 in basso ed i corpi semiconduttori 282 in alto. Inoltre, vengono eseguite le operazioni descritte con riferimento alle figure 6 e 7; in altre parole, i corpi semiconduttori 282 vengono lappati meccanicamente al fine di esporre le rispettive regioni dielettriche sepolte 286, in modo che esse possano fungere da “hard mask” per il successivo processo di fotolitografia che conduce alla formazione delle regioni indeformabili 42.

Successivamente, come mostrato in figura 15, viene formata una regione di copertura (indicata con 296) sulla regione semiconduttiva di fetta 142. La successiva rimozione del supporto 75 e l’esecuzione di operazioni di taglio (non mostrate), conducono quindi alla formazione di una pluralità di moduli elettroacustici.

I vantaggi che il presente procedimento di fabbricazione consente di ottenere emergono chiaramente dalla descrizione precedente.

In particolare, il presente procedimento prevede di formare una sorta di fetta di ricostruita, impiegando piastrine che formano circuiti ASIC, i quali possono essere collaudati prima di formare la fetta ricostruita, a vantaggio dell’affidabilità finale. Inoltre, la presenza della struttura di redistribuzione di fetta ricostruita consente di disaccoppiare il passo (“pitch”) delle piastrine della fetta ricostruita (in particolare, il passo dei bump), dal passo delle membrane (in particolare, il passo delle piazzole di pilotaggio 50); il successivo rilascio delle membrane della fetta MEMS 80 viene eseguito a livello di fetta, dunque con un elevato grado di parallelizzazione, nonché con la possibilità di realizzare membrane particolarmente sottili, cioè con spessore inferiore a 10μm. Inoltre, nel caso della variante del processo di fabbricazione, i corpi semiconduttori 282 possono essere disposti sul supporto 200 con una precisione elevata, migliorando le tolleranze che caratterizzano i moduli elettroacustici così ottenuti.

Il presente procedimento di fabbricazione consente, inoltre, di impiegare tecnologie differenti per la fabbricazione dei trasduttori MEMS e delle piastrine della fetta ricostruita.

Risulta infine chiaro che al procedimento di fabbricazione qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti, senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, al posto dei pilastri possono essere presenti strutture conduttive indeformabili aventi forma di cilindri cavi, oppure aventi forma di prismi a base poligonale, anch’essi cavi. In tal modo, la forma delle membrane viene definita da tali strutture conduttive, anziché dalla forma dei recessi 52 (e, quindi, dalla forma delle regioni indeformabili 42); pertanto, le regioni indeformabili 42 possono essere assenti, nel qual caso anche le regioni dielettriche sepolte 86 possono essere assenti.

Inoltre, ciascun modulo elettroacustico può comprendere un numero di piastrine diverso da quanto mostrato, nel qual caso di procedimento di fabbricazione si modifica di conseguenza. I circuiti di trasmissione e di ricezione possono essere formati in piastrine differenti; in tal caso, i circuiti di trasmissione e di ricezione possono essere formati mediante impiego di tecnologie differenti.

In generale, gli attuatori possono essere di tipo diverso rispetto a quanto descritto. Ad esempio, gli attuatori possono implementare un meccanismo di attuazione di tipo elettrostatico, anziché piezoelettrico. Similmente, anche la disposizione degli attuatori rispetto alle corrispondenti membrane può essere diversa rispetto a quanto descritto.

Infine, al posto dei bump 18, 20 possono essere impiegati altri elementi conduttivi di connessione, quali ad esempio corrispondenti pilastri. Più in generale, tutti gli elementi conduttivi di connessione qui descritti sono puramente esemplificativi.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di fabbricazione di dispositivi MEMS (101), comprendente la fase di formare un primo gruppo (74), il quale include: - una regione dielettrica di rivestimento (122), delimitata da una prima ed una seconda superficie (S1’,S2’); - una regione dielettrica di redistribuzione (128), la quale è delimitata dalla prima superficie (S1’) e da una terza superficie (S3’); e - una pluralità di porzioni unitarie (76) lateralmente sfalsate tra loro, ciascuna delle quali comprende: - almeno una rispettiva piastrina (2,4), disposta nella regione dielettrica di rivestimento (122) ed includente un corrispondente circuito elettronico (10,12;14,16); - una pluralità di corrispondenti primi elementi conduttivi di connessione (18,20), affacciati sulla prima superficie (S1’) ed accoppiati elettricamente a detta rispettiva piastrina (2,4); - una pluralità di corrispondenti secondi elementi conduttivi di connessione (34), che si affacciano sulla terza superficie (S3’); ed - una pluralità di cammini conduttivi di redistribuzione (30,32), i quali si estendono nella regione dielettrica di redistribuzione (128) e collegano i secondi elementi conduttivi di connessione (34) ai primi elementi conduttivi di connessione (18,20); detto procedimento comprendendo inoltre le fasi di: - formare un secondo gruppo (80;110), il quale include una pluralità di rispettive porzioni unitarie (84;284), ciascuna delle quali comprende una rispettiva porzione semiconduttiva (82;282) ed un numero di rispettivi terzi elementi conduttivi di connessione (36,50); - accoppiare meccanicamente il primo ed il secondo gruppo (74,80;74,110), in modo che i terzi elementi conduttivi di connessione (36,50) di ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110) siano in contatto elettrico con i secondi elementi conduttivi di connessione (34) di una corrispondente porzione unitaria (76) del primo gruppo (74); e successivamente - rimuovere almeno parte della porzione semiconduttiva (82;282) di ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110), in maniera tale da formare, a partire da ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110), una pluralità di corrispondenti membrane (40).
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di formare un secondo gruppo (80;110) comprende formare, per ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110), una pluralità di corrispondenti attuatori (56), i quali sono elettricamente accoppiati ai terzi elementi conduttivi di connessione (36,50) di detta porzione unitaria (84;284), ciascun attuatore (56) essendo inoltre controllabile elettricamente in modo da causare una deformazione di una corrispondente membrana (40).
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110) comprende inoltre una rispettiva struttura di supporto (39), la quale contatta la corrispondente porzione semiconduttiva (82;282) ed è meccanicamente accoppiata ai corrispondenti attuatori (56); ed in cui, in ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110), i corrispondenti terzi elementi conduttivi di connessione (36,50) sono disposti su un lato della struttura di supporto (39), la corrispondente porzione semiconduttiva (82;282) essendo disposta sul lato opposto della struttura di supporto (39).
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detta struttura di supporto (39) comprende almeno uno strato dielettrico (41b); ed in cui detta fase di rimuovere almeno parte della porzione semiconduttiva (82;282) viene eseguita in maniera tale per cui la struttura di supporto (39) di ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110) forma le corrispondenti membrane (40).
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detti terzi elementi conduttivi di connessione (36,50) hanno forma allungata; ed in cui detta fase di accoppiare meccanicamente il primo ed il secondo gruppo (74,80;74,110) viene eseguita in maniera tale per cui la struttura di supporto (39) di ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110) delimita, insieme alla regione dielettrica di redistribuzione (128), una cavità (55), in cui si estendono i corrispondenti terzi elementi conduttivi di connessione (36,50).
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110) comprende una corrispondente regione dielettrica sepolta (86;286), estendentesi nella corrispondente porzione semiconduttiva (82;282), detta corrispondente porzione semiconduttiva (82;282) essendo delimitata da una rispettiva superficie prossimale (Sa;Sa’), rivolta verso i corrispondenti terzi elementi conduttivi di connessione (36,50), e da una rispettiva superficie distale (Sb;Sb’); ed in cui detta fase di rimuovere almeno parte della porzione semiconduttiva (82;282) di ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110) comprende le fasi di: - rimuovere materiale semiconduttore a partire dalla superficie distale (Sb;Sb’) di detta porzione semiconduttiva (82;282), in modo da esporre la corrispondente regione dielettrica sepolta (86;286); e successivamente - rimuovere selettivamente ulteriore materiale semiconduttore, impiegando la corrispondente regione dielettrica sepolta (86;286) come maschera.
7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di formare un secondo gruppo (80;110) comprende alternativamente: - predisporre una fetta di materiale semiconduttore (82), la quale comprende un corpo semiconduttore (82) che forma le porzioni semiconduttive (82) delle porzioni unitarie (84) del secondo gruppo (80); oppure - accoppiare meccanicamente una pluralità di piastrine preliminari (282) ad un elemento di supporto (200), ciascuna piastrina preliminare (282) formando una corrispondente porzione unitaria (284) del secondo gruppo (110).
8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti primi elementi conduttivi di connessione (18,20) sono microbump; ed in cui dette cammini conduttivi (30,32) comprendono una pluralità di corrispondenti piazzole (32), ciascuna delle quali contatta un corrispondente microbump (18,20).
9. 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la fase di: - dopo l’esecuzione della fase di rimuovere almeno parte della porzione semiconduttiva (82;282) di ciascuna porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110), eseguire un’operazione di taglio, in modo da formare dispositivi MEMS (101) comprendenti, ciascuno, una corrispondente porzione unitaria (76) del primo gruppo (74) ed una corrispondente porzione unitaria (84;284) del secondo gruppo (80;110), tra loro accoppiate.
10. 10. Dispositivo MEMS comprendente: - una regione dielettrica di rivestimento (22), delimitata da una prima ed una seconda superficie (S1,S2); - una regione dielettrica di redistribuzione (28), la quale è delimitata dalla prima superficie (S1) e da una terza superficie (S3); - almeno una piastrina (2,4), disposta nella regione dielettrica di rivestimento (22) ed includente un corrispondente circuito elettronico (10,12); - una pluralità di primi elementi conduttivi di connessione (18,20), affacciati sulla prima superficie (S1) ed accoppiati elettricamente alla piastrina (2,4); - una pluralità di secondi elementi conduttivi di connessione (34), che si affacciano sulla terza superficie (S3); ed - una pluralità di cammini conduttivi di redistribuzione (30,32), i quali si estendono nella regione dielettrica di redistribuzione (28) e collegano i secondi elementi conduttivi di connessione (34) ai primi elementi conduttivi di connessione (18,20); - terzi elementi conduttivi di connessione (36,50), in contatto elettrico con i secondi elementi conduttivi di connessione (34); - una pluralità di membrane (40); - una pluralità di attuatori (56), elettricamente accoppiati ai terzi elementi conduttivi di connessione (36,50), ciascun attuatore (56) essendo inoltre controllabile elettricamente in modo da causare una deformazione di una corrispondente membrana (40).
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre una struttura di supporto (39), la quale forma dette membrane (40), ed alla quale gli attuatori (56) sono meccanicamente accoppiati; ed in cui i terzi elementi conduttivi di connessione (36,50) hanno forma allungata e sono disposti su un medesimo lato della struttura di supporto (39), detto lato essendo rivolto verso la regione dielettrica di redistribuzione (28).