ITMI20070979A1

ITMI20070979A1 - Componente micromeccanico e procedimento atto alla fabbricazione di un componente micromeccanico

Info

Publication number: ITMI20070979A1
Authority: IT
Inventors: Axel Grosse; Ralf Hausner
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2007-11-20
Also published as: JP5676022B2; JP2014122906A; DE102006023701A1; JP2007307705A

Description

DESCRIZIONE

Stato dell'arte

L'invenzione prende le mosse da un componente micromeccanico conforme alla definizione introduttiva della rivendicazione principale.

Un tale componente è noto in generale. Dal brevetto tedesco in corso di pubblicazione DE 19537814 Al per esempio si evincono la strutturazione di un sistema multistrato funzionale ed un procedimento che serve ad incappucciare ermeticamente sensori nella micromeccanica superficiale. Il menzionato incappucciamento ermetico ha luogo con un separato Wafer di silìcio fungente da cappuccio. Al riguardo è previsto che sul lato anteriore del componente sia prevista almeno una zona di connessione che per forza di cose è disposta accanto alla struttura micromeccanica del componente e pertanto fa aumentare il fabbisogno di spazio per la fabbricazione del componente. Si perviene in seguito a ciò ad un'occupazione di superficie piuttosto grande per la fabbricazione del sensore di cui allo stato dell'arte, ciò che lo rende più costoso.

Divulgazione dell'invenzione

Il componente micromeccanico conforme all'invenzione ed il procedimento conforme all'invenzione, atto alla fabbricazione di un componente micromeccanico di cui alle rivendicazioni subordinate hanno invece il vantaggio che è possibile una riduzione del fabbisogno di superficie e che perciò il componente micromeccanico conforme all'invenzione può essere fabbricato in modo particolarmente economico. Specialmente per il fatto di prevedere superiicì di contatto sul lato posteriore del substrato è possibile che in una proiezione ortogonale rispetto al piano di estensione principale del substrato della struttura micromeccanica la struttura micromeccanica, rispettivamente parti dì questa, unitamente ad almeno una parte delle superfici di contatto, siano disposte lungo una direzione della proiezione. Possìbile è in seguito a ciò che per effetto delle superfici di contatto non sussista alcun supplementare fabbisogno di spazio sul lato anteriore del substrato e quindi che nel complesso si abbia un minor fabbisogno di spazio. In seguito a ciò è inoltre possibile che le superfici di contatto presentino un'altezza modesta rispetto alle strutture sul lato posteriore del substrato che si trovano tutto intorno. Possibile è in seguito a ciò che per esempio sia possibile un contattamento del tipo del Flip-Chip del componente micromeccanico.

Secondo l'invenzione si preferisce che la struttura micromeccanica sia una struttura di sensore oppure una struttura di attuatore, laddove la struttura micromeccanica preferibilmente contempla una struttura di sensore che serve a misurare l'accelerazione e/oppure che serve a misurare angoli di rotazione. In seguito a ciò, specialmente per quei casi di utilizzano che presentano una struttura micromeccanica strutturata in modo relativamente complicato, e quindi delicata, e che per conseguenza va protetta per quanto possibile bene relativamente all'ambiente che le sta intorno, è possibile con mezzi semplici .abbinare una buona posizione della struttura micromeccanica con una buona contattabilità, nonché con un modesto fabbisogno di superficie. Secondo l'invenzione si preferisce particolarmente che il substrato della struttura micromeccanica e/oppure il substrato fungente da, cappuccio siano un substrato semicondotture ed in modo particolarmente preferito un substrato di silicio. In seguito a ciò è possibile conformemente all'invenzione fabbricare per mezzo di tecnologie di fabbricazione consolidate il componente micromeccanico in modo relativamente economico.

Secondo l'invenzione si preferisce inoltre che il lato anteriore del substrato sia previsto accoppiato con il substrato fungente da cappuccio tramite una giunzione del tipo Bond, specialmente per mezzo di una giunzione Bond realizzata tramite Bonding con fritta oppure tramite un altro procedimento adesivo {per esempio materiali sinteitici). Conformemente all'invenzione è in seguito a ciò possibile realizzare un accoppiamento tra il lato anteriore del substrato ed il substrato fungente da cappuccio particolarmente sicuro e realizzabile con mezzi semplici ed utilizzando tecnologie consolidate.

Si preferisce inoltre che tra la struttura micromeccania ed il substrato fungente da cappuccio sia presente una predeterminata atmosfera gassosa, in special modo una predeterminata pressione interna. L'atmosfera presente nell'interno del componente micromeccanico può in seguito a ciò essere impostata in modo da ottimizzare il funzionamento della struttura micromeccanica e può essere conservata per l'intera vita utile del componente.

Particolarmente preferito è inoltre secondo l'invenzione il fatto che la predeterminata atmosfera gassosa, sia dotata, a partire dal lato posteriore del substrato, di una struttura di ventilazione. Possibile è in seguito a ciò definire l'atmosfera gassosa in modo particolarmente semplice dal punto di vista della tecnica di processo ed in una fase di fabbricazione relativamente tarda, così che fasi del procedimento di fabbricazione del componente micromeccanico che a questa seguono abbiano un'influenza il più possibile, modesta sull'atmosfera gassosa impostata nell'interno del componente, rispettivapente sui materiali di cui all'invenzione, presenti nell'interno dei componente, come per esempio uno strato antiadesivo {Antistiction coating).

Secondo l'invenzione si preferisce inoltre che le superfici di contatto presenti fusi dì contatto isolati elettricamente dal substrato. Questi sono specialmente ricavati dal materiale del substrato e sono isolati dal substrato tramite cosiddetti solchi Trench. La zona isolata dal substrato del materiale del substrato funge successivamente da fuso di contatto e viene contattata elettricamente attraverso il lato posteriore del substrato quale parte della superficie di contatto.

Un altro oggetto della presente invenzione è un procedimento atto alla fabbricazione di un componente micromeccanico conforme all'invenzione, laddove in una prima fase viene da un lato ;fabbricata la struttura micromeccanica a partire dal lato anteriore del substrato e dall'altro lato viene fabbricato il substrato fungente da cappuccio, laddove in una seconda fase il lato anteriore del substrato viene accoppiato con il substrato fungente da cappuccio e laddove in una terza fase le superiici di contatto vengono finite. In seguito a ciò è possibile in modo particolarmente vantaggioso abbinare una sequenza di processo per la fabbricazione del componente micromeccanico relativamente semplice con un fabbisogno di spazio modesto, rispettivamente con un fabbisogno di superficie modesto.

Secondo l'invenzione è in maniera particolarmente preferita previsto che per la fabbricazione delle superiici di contatto venga attuata a partire dal lato posteriore del substrato una fase di incisione del Trench per via chimica, Conformemente all'invenzione è in seguito a ciò possìbile realizzare a partire dal lato posteriore del substrato le superfici di contatto con un dispendio di processo relativamente modesto e quindi risparmiare considerevole fabbisogno di superficie.

Secondo l'invenzione si preferisce inoltre che la fase di incisione del Trench per via chimica venga attuata sotto forma di un'incisione totale del Trench per via chimica. La resistenza di contatto delle superfici di contatto può in seguito a ciò abbassata conformemente all'invenzione, cosi che è possibile un contattamento più diretto della struttura micrómeccanica, rispettivamente delle partì della struttura micrómeccanica che devono essere contattate elettricamente.

Esempi di realizzazione dell'invenzione sono rappresentati nel disegno ed illustrati più in dettaglio nella descrizione che segue.

Breve descrizione dei disegni

La Figura 1 fa vedere una rappresentazione schematica in sezione trasversale di un substrato fungente da cappuccio,

la Figura 2 fa vedere una rappresentazione schematica in sezione trasversale di una prima forma di realizzazione del componente micromeccanico,

la Figura 3 fa vedere una rappresentazione schematica in sezione trasversale di una seconda forma di realizzazione del componente micromeccanico,

la Figura 4 fa vedere una rappresentazione schematica in prospettiva del componente micromeccanico.

Forma (forme) di realizzazione dell'invenzione

Nella figura 4 sono rappresentati schematicamente, in rappresentazione in prospettiva, il componente micromeccanico 30, rispettivamente le parti principali che lo compongono. Il componente 30 presenta un substrato 10 ed un substrato fungente da cappuccio 10'. Il substrato 10 presenta un lato anteriore 15 ed un lato posteriore 16. Nella zona del substrato 10 è strutturata, specialmente con la micromeccanica superficiale, una struttura micromeccanica 50. Il substrato fungente da cappuccio 10' viene accoppiato, durante il processo di fabbricazione del componente micromeccanico 30, con il lato anteriore 15, rispettivamente con il lato anteriore 15 del substrato. Ciò non è tuttavia rappresentato nella figura 4.

La figura 1 fa vedere, in una rappresentazione in sezione trasversale, il substrato fungente da cappuccio 10'con uno strato di accoppiamento 20 per la successiva realizzazione dell'accoppiamento tra il substrato fungente da cappuccio 10' ed il lato anteriore 15 del substrato. Secondo l'invenzione può essere preferibile che il substrato fungente da cappuccio 10' presenti una caverna 60 che è disposta nella zona della struttura micromeccanica 50 e perciò la struttura micromeccanica 50 rende possibile uno spazio di movimento verso l'alto, vale a dire in direzione del substrato fungente da cappuccio 10', più grande. Inoltre, conformemente all'invenzione può anche essere previsto che il substrato fungente da cappuccio 10' presenti, al fine di limitare il movimento della struttura micromeccanica 50, un elemento di riscontro 11 che funga da cosiddetto riscontro a Z.

Nella figura 2 è rappresentata schematicamente, in una rappresentazione in sezione trasversale, una prima forma di realizzazione del componente micromeccanico 30. Si evince che il substrato 10 è accoppiato tramite la giunzione 20 con il substrato fungente da cappuccio 10'. Per quanto concerne questa giunzione 20 trattasi specialmente di una giunzione Bond 20 che in modo particolarmente preferito è realizzata tramite un cosiddetto processo Bond a fritta, oppure tramite un altro procedimento adesivo (per esempio materiali sintetici). La profondità, rispettivamente l'altezza della caverna 60 praticata nel substrato fungente da cappuccio 1Q' deve essere adattata, in funzione dell'altezza della giunzione 20, rispettivamente dell'altezza della giunzione Bond 20, alle esigenze dell'elemento funzionale, rispettivamente della struttura micromeccanica 50, per esempio dal punto di vista del volume interno oppure dal punto di vista della libertà di movimento. Conformemente all'invenzione è a titolo di esempio previsto che per componenti micromeccanici 30 con una pressione interna nell'ambito di atmosfere, {per esempio i convenzionali sensori di accelerazione) alcuni micrometri siano di norma sufficienti come rientranza della caverna 60. Nel caso di componenti meccanici 30 evacuati, per esempio i cosiddetti sensori sottovuoto, come i sensori di angolo di rotazione o simili, potranno essere necessari volumi interni maggiori, ciò che porta ad un'altezza più grande della caverna 60 nel substrato fungente da cappuccio 10'. Lo strato della giunzione Bond 20 può essere riportato in maniera convenzionale, per esempio tramite serigrafatura con corrispondenti processi che seguono. Le zone intermedie del sensore possono corrispondentemente essere riempite con vetro per fritta 3/oppure vetro di sigillatura, oppure possono in alternativa essere allo scopo scavate. Sul lato del substrato fungente da cappuccio 10' che si trova di fonte alla caverna 60 può essere conformemente all'invenzione previsto di disporre strutture di taratura.

Per la fabbricazione della struttura microineocanica 50 del componente 30 è conformemente all'invenzione possibile utilizzare una molteplicità di processi conosciuti. Possibile è per esempio che la struttura micromeccanìca 50 sia disposta per quanto concerne parti sostanziali nell'interno di uno strato parimenti identificato con il contrassegno 50 e che è riportato sul substrato 10. Per quanto concerne questo strato 50 può per esempio trattarsi di uno strato funzionale consistente in un polisilicio, specialmente può essere previsto un polisilicio epitassiale quanto meno in zone parziali. Questo strato funzionale 50 può inoltre essere previsto isolato elettricamente, tramite un primo strato intermedio di passivazione 100, da uno strato di polisilicio 51 che è previsto isolato elettricamente, da un secondo strato intermedio di passivazione 101, dal materiale propriamente detto del substrato 10. Nel senso della presente invenzione con il termine substrato 10 si intende tuttavia l'intero sistema, rispettivamente l'intera struttura stratificata del componente micromeccanico 30, fatta eccezione per il substrato fungente da cappuccio 10', rispettivamente per lo strato di accoppiamento 20, vale a dire compresi eventuali strati depositati sul materiale propriamente detto del substrato. Il substrato 10 presenta conformemente all'invenzione il lato anteriore 15 del substrato ed il lato posteriore 16 del substrato. Una volta avvenuto il processamento della struttura micromeccanica 50 il substrato fungente da cappuccio 10' viene applicato sul lato anteriore 15 del substrato ed unito per mezzo della giunzione 20. Parti dello strato di polisilicio 51 sono conformemente all'invenzione realizzate sotto forma di conduttori a traccia (identificati con il contrassegno 3 nella figura 2), rispettivamente sotto forma di elettrodi (identificati con il contrassegno 4 nella figura 2) e devono essere contattate conformemente all'invenzione con il lato posteriore 16 del substrato affinché vengano formate le superfici di contatto 40. Allo scopo è previsto conformemente all'invenzione che nel lato posteriore 16 del substrato vengano praticati solchi Trench 21', laddove tra i solchi Trench 21' rimane una sona del precedente materiale del substrato, e viene realizzato un cosiddetto fuso di contatto 2. Scegliendo adeguatamente il materiale del substrato 10 è così possibile conformemente all'invenzione realizzare un collegamento avente resistenza ohmica relativamente bassa tra le zone dello strato di polisilicio 51, utilizzate come conduttore a traccia 3 oppure come elettrodo 4, ed il lato posteriore 16 del substrato. Conformemente all'invenzione, per il substrato 10 è previsto un materiale semiconduttore ed in modo particolarmente preferito un materiale silicio, laddove per la realizzazione di una conducibilità elettrica relativamente elevata (attraverso il fuso di contatto 2) è di preferenza previsto un materiale silicio drogato, rispettivamente un materiale semiconduttore drogato. Per i solchi Trench 21' il secondo strato intermedio di passivazione 101 funge da strato di arresto, rispettivamente da strato di arresto dell'incisione per via chimica. I solchi Trench 21' vengono riempiti, ai fini di un migliore isolamento dal materiale restante del substrato 10, con un terzo strato intermedio di passivazione 102, riguardo al quale per esempio si tratta di un cosiddetto Refill a bassa temperatura, consistente per esempio in un ossido oppure in un nitruro, oppure può però anche trattarsi di un cosiddetto Refill di polimero. Dopo una strutturazione di questo terzo strato intermedio di passivazione 102 possono essere completate le superfici di contatto 40 riportando materiale di contatto 200, per esempio alluminio. Le superfici di contatto 40 realizzate in tale maniera sono adatte per un Bonding diretto, specialmente per mezzo di un processo di Bonding del tipo Flip-Chip. Nella figura 3 è rappresentata una seconda forma di realizzazione del componente micromeccanico 30 conforme all'invenzione. Le parti, rispettivamente i componenti identificati con uguali contrassegni del componente 30 presentano la medesima struttura, rispettivamente la medesima funzione di cui alla prima forma di realizzazione del componente 30. A differenza della prima forma di realizzazione è tuttavia previsto, conformemente alla seconda forma di realizzazione, che a partire dal lato posteriore 16 del substrato sia previsto un solco Trench 71 che mette a nudo una struttura perforata 70 nel secondo strato intermedio di passivazione 101, così che il volume interno 60 del componente micromeccanico 30 diventa accessìbile a partire dal lato posteriore 16 del substrato e così può essere impostata la predeterminata atmosfera gassosa. Complessivamente il solco Trench 71 e la struttura perforata 70 vengono identificati come cosiddetta struttura di ventilazione della cavità, che rende possibile un'impostazione dell'atmosfere gassosa particolarmente facile e possibile in un momento particolarmente tardo del procedimenti di fabbricazione del componente 30.L'impostazione dell'atmosfera gassosa ha al riguardo luogo per mezzo del deposito e quindi per mezzo della chiusura della struttura perforata 70 ad opera del terzo strato di passivazione 102.

In una variante del componente 30 non rappresentata è inoltre anche possibile che il solco Trench 2', rispettivamente i solchi Trench 2' vengano realizzati sotto forma di cosiddetto Trench totale. Ciò significa che non viene lasciato indietro alcun fuso di contato 2, quindi che ha luogo una messa a nudo totale della zona di contatto dello strato 51. Applicando uno strato metallico o simili con una strutturazione che lascia il metallo solamente nella zona del foro, e mediante una successiva passivazione strutturata può essere realizzato uno strato di partenza galvanico, il quale successivamente permette di riempire completamente tramite una metallizzazione con lega per brasatura il volume del fuso di contatto 2 previsto conformemente alle altre forme di realizzazione del componente. La prima forma di realizzazione (Figura 2) e la seconda forma di realizzazione (Figura 3} possono inoltre anche essere anche combinate l'una con l'altra.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Componente micromeccanico (30) comprendente un substrato (10), una struttura micromeccanica (50), un lato anteriore (15) del substrato ed un lato posteriore (16) del substrato, laddove il componente (30) presenta un substrato fungente da cappuccio (10') accoppiato con il lato anteriore (15) del substrato, e laddove il componente (30) presenta superfici di contatto (40) per il contattamene elettrico di almeno una struttura micromeccanica (50), caratterizzato dal fatto che le superfici di contatto (40) sono previste sul lato posteriore (16) del substrato.
2. Componente (30) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la struttura micromeccanica (50) è una struttura di sensore oppure una struttura di attuatore, laddove la struttura micromeccanica (50) preferibilmente contempla una struttura di sensore che serve a misurare l'accelerazione e/oppure a misurare angoli di rotazione. 3. Componente (30) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che il lato anteriore (15) del substrato è previsto accoppiato con il substrato fungente da cappuccio (10') tramite una giunzione Bond (20), specialmente per mezzo di una giunzione Bond (20) realizzata tramite Bonding a fritta. 4. Componente (30) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che tra la struttura micromeccanica (50) ed il substrato fungente da cappuccio (10') è prevista una predeterminata atmosfera gassosa, in special modo una predeterminata pressione interna. 5. Componente (30) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la predeterminata atmosfera gassosa è prevista a partire dal lato posteriore (16) del substrato per mezzo di una struttura di ventilazione (70,71). 6. Componente (30) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che le superfici di contatto (40) presentano fusi di contatto (2) elettricamente isolati dal substrato (10). 7. Componente (30) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che le superfici di contatto (40) sono previste in modo collegabile elettricamente per mezzo dì contattamento del tipo Flip-Chip.
3. Procedimento atto alla fabbricazione di un componente micromeccanico (30:) secondo una delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dal fatto che in una prima fase vengono realizzati da un lato la struttura micromeccanica (50), a partire dal lato anteriore (15) del substrato, e dall'altro lato il substrato fungente da cappuccio (10'), in una seconda fase il lato anteriore (15) del substrato viene accoppiato con il substrato fungente da cappuccio (1Q') e in una terza fase vengono completate le superfici di contatto (40). 9, Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che per la realizzazione delle superfici di contatto (40) a partire dal lato posteriore (16) del substrato viene attuata una fase dì incisione del Trench per via chimica. 10.Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la fase dì incisione del Trench per via chimica viene effettuata sotto forma di un'incisione totale del Trench per via chimica.