WO2010006849A2 - Verfahren zur herstellung eines bauelements, verfahren zur herstellung einer bauelementanordnung, bauelement und bauelementanordnung - Google Patents

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WO2010006849A2
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membrane
component
conductive layer
substrate
manufacturing step
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Stefan Pinter
Hubert Benzel
Matthias Illing
Frieder Haag
Simon Armbruster
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Robert Bosch Gmbh
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    • B81C99/008—Manufacture of substrate-free structures separating the processed structure from a mother substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0006—Interconnects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
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    • B81B2207/09—Packages
    • B81B2207/091—Arrangements for connecting external electrical signals to mechanical structures inside the package
    • B81B2207/093—Conductive package seal

Definitions

  • the invention is based on a method for producing a component according to the preamble of claim 1.
  • a first porous layer is formed in the semiconductor device, and wherein in a second step, a cavern under or from the first porous layer in the
  • Semiconductor device is formed, wherein the cavern has an access opening.
  • the semiconductor carrier comprises a membrane, a cavern located at least below the membrane and a first doping
  • the membrane preferably has an epitaxial layer and is arranged on stabilizing elements, which are in particular formed as webs above at least a portion of the cavern.
  • the inventive method for producing a component has the advantage that the electrically conductive first conductive layer arranged in the cavern region and / or on the second side, which in Also referred to below as the back, by means of a Surface surface wafer process (OMM) is to be prepared, so that advantageously a backside coating of relatively thin membranes with the first conductive layer is made possible.
  • OMM Surface surface wafer process
  • this coating can be produced relatively inexpensively due to the use of a standard method in a surface wafer process.
  • Particularly preferred is thus an electrical contacting of the device from the back of the device and / or a relatively efficient removal of process heat on the back of the device allows.
  • membrane in the sense of the present invention is in no way limited to sensor membranes, but rather comprises any layer which is preferably a
  • Semiconductor material has, is aligned substantially parallel to the main extension plane and / or is formed comparatively thin perpendicular to the main extension plane.
  • the first conductive layer is also arranged on a first side of the membrane remote from the substrate perpendicular to the main extension plane, wherein preferably the first conductive layer on the first side is partially electrically conductive with the first conductive layer on the second side is connected and / or that in the second manufacturing step, the first conductive layer is patterned.
  • a contacting of the first side, hereinafter also referred to as the front side, from the rear side of the membrane is particularly advantageous so that, for example, electrical, electronic and / or micromechanical structures on the front side can be electrically contacted from the rear side.
  • Cavern region is provided in the first manufacturing step with support structures for supporting the membrane, wherein in the second manufacturing step, the first conductive layer is at least partially disposed on the support structures.
  • the membrane is particularly advantageously stabilized, so that on the one hand a much thinner Membrane to produce and back to cover with the first conductive layer and on the other hand, the resolution in lithographic processes on the membrane is significantly increased in subsequent manufacturing steps, as a bending of the membrane is prevented.
  • the support structures make it possible to contact the front side via the first conductive layer on the support structures.
  • the support points prevent first conductive layers on the front side and / or first conductive layers on the back side and / or first conductive layers from being merged with first conductive layers on the rear side, so that the first conductive layer advantageously has a plurality of contact regions which are not electrically connected to one another and thus preferably a parallel wiring of the membrane is made possible.
  • the membrane in a third production step, is separated from the substrate, wherein the membrane is preferably torn from the substrate and wherein particularly preferably by vibrational excitation of the substrate, the membrane and / or the support structures, a breakage of the support structures is brought about.
  • the detachment of the membrane from the substrate makes it possible to manufacture the component in a wafer composite, wherein the components are separated by the detachment of the membrane from the substrate or from the wafer composite.
  • a sawing process is preferably saved so that particularly no contamination of the component and of the remaining wafer composite by sawing particles is produced.
  • a microelectronic circuit and / or a micromechanical structure is produced in the membrane and / or on a first side of the membrane facing away from the substrate, and / or in a second substep the first manufacturing step, the access opening is etched into the cavern area.
  • the membrane comprises a single-crystal semiconductor material, in particular a monocrystalline silicon, so that advantageously a semiconductor integrated circuit can be produced in the membrane, which can be contacted from the rear side of the membrane.
  • a membrane made of polysilicon for the realization of micromechanical structures in the membrane is provided. Particularly advantageous components can be realized, which have a considerably lower thickness compared to the prior art perpendicular to the main extension plane.
  • a first insulation layer to be arranged on the membrane, the cavern region and / or the support structures in a third production step, wherein the third production step is preferably carried out before the second production step.
  • the first conductive layer is patterned by means of shadow masking and in particular by means of spray coating, preferably in a first sub-step of the second manufacturing step, a photoresist is applied to the first conductive layer, in a second sub-step of the second Manufacturing step, the photoresist is exposed, in a third step of the second step of the photoresist is developed and in a fourth step of the second step, the first conductive layer or the photoresist is etched.
  • a structuring of the first conductive layer is thus particularly advantageously possible, so that in particular a plurality of interconnects insulated from one another in the first conductive layer and in particular a plurality of mutually insulated electrical contacts between the front and the back can be realized by means of the first conductive layer.
  • a second conductive layer in particular a galvanic layer, is arranged on the first conductive layer.
  • the conductivity is thus increased and the reduced electrical resistance compared to the power line only in the first layer in a significant way.
  • the efficiency is significantly increased by such a backside metallization.
  • a wafer composite with a substrate, a plurality of cavern regions and a plurality of membranes is provided, wherein in the third production step at least one membrane for separating the membrane from the wafer composite is dissolved out.
  • Another object of the present invention is a method for producing a component assembly with a device according to the invention, wherein in a fifth manufacturing step after the third manufacturing step, the component on a further component and / or on a support element, in particular on a circuit board and / or in a
  • the device and in particular the integrated circuit and / or the micromechanical structure by means of the first and / or the second conductive layer are electrically contacted.
  • the first conductive layer on the back is a blunt soldering, bonding and / or bonding of the device to the other component and / or the support element similar to an SMD component (Surface Mounted Device) in an SMT process (Surface Mounting Technology) in a particularly cost-effective manner, since no further contacting steps for electrical contacting of the device are necessary.
  • the contact regions are electrically conductively arranged directly on connection surfaces and / or conductor tracks of the further component and / or of the carrier element.
  • Another object of the present invention is a component, wherein the component has the membrane, wherein in the cavern region and in particular on the second side, the first conductive layer is arranged.
  • the component preferably has a comparatively thin membrane, wherein at the same time owing to the arrangement of the first conductive layer on the rear side an efficient dissipation of heat through the first conductive layer and / or electrical contacting of the component from the rear side can be realized ,
  • the first conductive layer is also arranged on the first side, wherein preferably the first conductive layer comprises at least one electrically conductive contact between the first side and the cavern region and in particular between the first side and the second side.
  • electrical contacting of structures on the front side of the component or of the membrane from the rear side is particularly advantageously possible, so that the component can be applied in an electrically conductive manner, for example directly on connecting surfaces of a carrier element, after separation as an SMD component.
  • the membrane has a microelectronic circuit and / or a micromechanical structure which can be contacted, in particular, by means of the at least one electrically conductive contact from the cavern region and / or from the second side.
  • the component thus preferably comprises an integrated microchip and / or a sensor and particularly preferably a rotation rate, acceleration and / or pressure sensor.
  • Another object of the present invention is a component arrangement, wherein the component disposed on the further component and / or on the carrier element and in particular soldered, glued and / or is bonded, wherein the carrier element preferably comprises a printed circuit board and / or a housing.
  • the component is electrically contacted and controlled in a comparatively simple manner.
  • the component is arranged substantially congruently, in particular perpendicular to the main extension plane, on the further component, and particularly preferably another electrically conductive contact of the further component is electrically conductively connected to the corresponding electrically conductive contact of the component.
  • another electrically conductive contact of the further component is electrically conductively connected to the corresponding electrically conductive contact of the component.
  • Figures 1a and 1b is a schematic side view and a schematic
  • Figure 2 is a schematic side view of a second precursor structure for
  • 3a and 3b show a schematic side view and a schematic plan view of a third precursor structure for producing a component according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a schematic side view of a fourth precursor structure for
  • FIG. 5 shows a schematic partial side view of a fifth precursor structure for
  • FIG. 6 shows a schematic side view of a sixth precursor structure for producing a component according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a schematic partial side view of a seventh precursor structure for
  • Figure 8 is a schematic side view of a wafer composite with two
  • Figure 9 is a schematic side view of an eighth precursor structure for
  • FIG. 10 shows a schematic side view of a component arrangement according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 10 shows a component arrangement according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 11 is a schematic side view of a component arrangement according to a second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 a and 1 b show a schematic side view and a schematic plan view of a first precursor structure for producing a component according to a first embodiment of the present invention, the first fabrication step for partially producing the basic structure 1 'being partly based on FIGS. 1 a and 1 b.
  • FIG. 1 a is a sectional view of FIG. 1 b along a first section line 102.
  • the first precursor structure has a partial base structure V in a wafer composite 300 with further partial base structures 1 ", the partial base structure V comprising a substrate 4, a membrane 3 and a cavity region 2 wherein the membrane 3 is arranged substantially parallel to a main extension plane 100 of the substrate 4 and wherein between the substrate 4 and the membrane 3, the cavity region 2 is arranged.
  • the cavern region 2 also has support structures 5, which extend perpendicular to the main extension plane 100 and for supporting the membrane 3, the membrane 3 on a second side 3 ", hereinafter also referred to as the back 3" of the membrane 3 and / or the device 1, connect to the substrate 4, so that in the cavern region 2 a plurality of parallel to the main extension plane 100 through the support structures 5 separate caverns 2 'are formed.
  • the shape, number and position of the support structures 5 can be selected as desired, wherein preferably at least one support structure 5 'has a diameter substantially equal to the thickness of the membrane 3 perpendicular to the main extension plane 100. It can be seen from FIG.
  • the first precursor structure is used in surface micromachining (OMM), preferably in an APSM process (Advanced Porous Silicon Membrane) or in a known sacrificial layer process, for example with sacrificial oxide and polysilicon structures, similar to a CMB process (Controlled Metal Build Up) .
  • OMM surface micromachining
  • APSM Advanced Porous Silicon Membrane
  • CMB Controlled Metal Build Up
  • the substrate 4 and the membrane 3 preferably comprise a silicon and particularly preferably a monocrystalline silicon.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a second precursor structure for producing a component 1 according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 partially illustrating the first production step for partially producing the basic structure V, and wherein the second precursor structure is substantially identical to FIG the first precursor structure illustrated in Figure 1 a, wherein in the first manufacturing step to the Front 3 'of the membrane 3, a structured trench mask 8 is arranged, which covers the integrated circuit 7 in particular.
  • the trench mask 8 comprises in particular a structured lacquer or an oxide layer, such as TEOS.
  • FIGS. 3 a and 3 b show a schematic side view and a schematic plan view of a third precursor structure for producing a component according to the first embodiment of the present invention, the third precursor structure corresponding to a basic structure 1 "'for producing the component 1, wherein the third precursor structure identical to the second precursor structure illustrated in FIG. 2, the third precursor structure being etched at the open locations of the structured trench mask 8 in the first production step so that the membrane 3 is connected to the substrate 4 only via the support structures 5 underneath the membrane 3 and Cavern area 2 has access openings 200 in the direction of the front side 3 '
  • Trechmaske 8 hidden structures and elements are shown in dashed lines in Figure 3b for the sake of clarity.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of a fourth precursor structure for producing a component 1 according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 4 essentially corresponds to a sectional view of FIG. 3b along a second section line 103, wherein a third production step is illustrated with reference to the fourth precursor structure is applied, wherein on the third precursor structure, an insulating layer 80 is applied, which covers both the membrane 3 on the front side 3 'and the trench mask 8, as well as support structures 5, on the back 3 "of the membrane 3, on side regions 3"' are arranged perpendicular to the main extension plane 100 between the front and back 3 ', 3 "of the membrane 3 and on the substrate 4 in the cavern areas 2 in caverns 2' with access openings 200.
  • FIG. 5 shows a schematic partial side view of a fifth precursor structure for producing a component 1 according to the first embodiment of the present invention, the partial side view comprising an enlargement of a portion of the fourth precursor structure illustrated in FIG fifth precursor structure is substantially identical to the fourth precursor structure, wherein based on the fifth precursor structure, a second and a fourth manufacturing step are illustrated, wherein in the second manufacturing step at least partially on the insulating layer 80, a first conductive layer 6 is arranged and wherein in the fourth manufacturing step at least partially on the first Conduction layer 6, a second conductive layer 6 'is arranged.
  • the first conductive layer 6 ' is arranged at least partially on the front side 3', on the rear side 3 ", on the side regions 3 '", on the support structures 5 and on the substrate 4.
  • the first conductive layer 6 comprises a multiplicity of first partial conductive layers, which are electrically insulated from one another and preferably in the region of each bonding pad an electrically conductive connection between a first partial conductive layer on the back 3 "and a first partial conductive layer on the front 3 'via a first partial conductive layer at the corresponding side regions 3 "'include.
  • the first metal layer is preferably electrically conductively connected to the integrated circuit 7 on the front side 3 'and functions to electrically contact the integrated circuit 7 on the front side 3' from the rear side 3 "
  • the second production step comprises, for structuring the first conductive layer 6, particularly preferably a first partial step, wherein a photoresist is applied to the first conductive layer 6, a second partial step, wherein the photoresist is exposed, a third substep, wherein the photoresist is developed and a fourth substep, wherein the first conductive layer 6 or the photoresist is etched.
  • the second conductive layer 6 ' is at least partially coated on the first conductive layer 6, the substrate 4 and / or the membrane 3 deposited by eiens galvanic process.
  • the first and / or second conductive layer 6, 6 ' preferably comprise a metal.
  • FIG. 6 shows a schematic side view of a sixth precursor structure for producing a component 1 according to the first embodiment of the present invention, the sixth precursor structure being completely identical to the fourth precursor structure illustrated in FIG. 4, FIG. 6 essentially, however, being a sectional view of FIG. 3b along a third cutting line 104 and not along the second cutting line 103 according to FIG. 4
  • the third production step for applying the insulation layer 80 to the third precursor structure is likewise illustrated with reference to the sixth precursor structure, wherein, in contrast to FIG. 4, no bond pads are arranged in the edge region of the membrane 3, but the membrane 4 is provided at the edge via a support structure 5 ''.
  • the insulation layer 80 is therefore only shown on the front side 3' of the membrane 3 in FIG. on the trench mask 8, in the side region 3 "'of the membrane 3, arranged on an outer side 500 of the support structure 5 exposed to the front side 3' and on the substrate 4 exposed towards the front side 3 '.
  • FIG. 7 shows a schematic partial side view of a seventh precursor structure for producing a device according to the first embodiment of the present invention, wherein the seventh precursor structure is completely identical to the fifth precursor structure illustrated in FIG. 5, but FIG. 7 shows the fifth precursor structure shown along the third intersection line 104 and not along the second cutting line 103, the second and fourth manufacturing steps for applying the first and second conductive layers 6, 6 'to the fourth and seventh precursor structures being likewise illustrated by the seventh precursor structure, wherein, in contrast to FIG.
  • the fifth and seventh precursors include the device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a schematic side view of a wafer composite 300 with a component 1 according to the first embodiment of the present invention, a third production step being illustrated in FIG. 8, the membrane 3 or the component 1 according to the first embodiment being illustrated by the substrate 4 separated and thus removed from the wafer composite 300.
  • the membrane 3 or the component 1 with a tool 202 of the Substrate 4 or the wafer composite 300 "picked" or broken off, the support structures 5 break through.
  • This breaking of the support structures 5 is preferably assisted by a swinging movement of a pickup head of the tool 202, the swinging movement particularly preferably involving an ultrasonic vibration in an x, y and / or z direction and / or torsional vibration in an x, y and / or or z-level.
  • FIG 9 shows a schematic side view of an eighth precursor structure for producing a component arrangement 10 according to a first embodiment of the present invention, a fifth production step being illustrated with reference to the eighth precursor structure, the component 1 preferably being mounted on a carrier element by the tool 202 illustrated in FIG 9 in the form of a printed circuit board, preferably a ceramic or LCP (Liquid Crystalline Polymers) plate, is arranged.
  • a carrier element 9 strip conductors 205 are arranged, wherein on the strip conductors 205 Lot 204 is arranged.
  • the component 1 For electrical contacting and mechanical fixing of the component 1 with the carrier element 9, the component 1 is placed on the carrier element 9 in such a way that via the solder 204 an electrically conductive and mechanically loadable connection between the conductor tracks 205 or connecting surfaces of the conductor paths 205 and the corresponding Bonding pads of the device 3, wherein the bond pads, the first and / or the second conductive layer 6, 6 'and / or the partial conductive layer on the back 3 "of the membrane 3, is produced Alternatively, the component 1 is immersed in a soldering bath in the fifth production step and the bonding pads are soldered to the conductor tracks 203.
  • the component 1 is glued to the printed conductors 203 by means of a conductive adhesive
  • the conductive adhesive preferably on the R Back of the device 1 and / or on the carrier element 9 is particularly preferably applied by screen printing, pad printing and / or by dispensing.
  • FIG. 10 shows a schematic side view of a component arrangement 10 according to the first embodiment of the present invention, wherein the component arrangement 10 shows the component 1 according to the first embodiment 1 arranged on the carrier element 9, wherein the component arrangement 10 an electrically conductive contact between the integrated circuit 7 on the relatively thin membrane 3 and the interconnects 205 of the carrier element 9 by means of the first conductive layer 6, the second conductive layer 6 ', the partial conductive layer and / or a bonding pads on the back 3 "of the membrane 3, wherein the first conductive layer 6, the second conductive layer 6 ', the partial conductive layer and / or the bonding pad on the back 3" of the membrane 3 by means of a soldered joint mechanically resilient and electrically conductive with the conductor tracks 205 are connected.
  • FIG. 11 shows a schematic side view of a component arrangement 10 according to a second embodiment of the present invention, wherein the second embodiment is substantially identical to the first embodiment shown in Figure 10, wherein on a side facing away from the carrier element 9 of the device 1, a further component V is arranged on the component 1 such that between the further component V and the carrier element 9, the component 1 is arranged congruently with the further component V perpendicular to the main extension plane 100.
  • the further component V is preferably identical in construction to the component 1, with further first conductive layers 60, further second conductive layers 60 ', further partial conductive layers and / or further bond pads on the further back 3' of the further component 1 'with further bond pads, bond pads, partial conductive layer, first conductive layers 6 and / or second conductive layers 6 'on the front side 3' of the device 1 electrically conductive and mechanically strong in particular via conductive connecting elements 400 are connected, so that both the device 1, and the further component V of the carrier element 9 from contactable It is conceivable to expand the component arrangement 10 according to the second embodiment by a plurality of further components 1 'and thus to arrange a stack of a multiplicity of congruently arranged further components 1' perpendicular to the main extension plane 100 one above the other.

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements vorgeschlagen, wobei in einem ersten Herstellungsschritt eine Grundstruktur mit einem Substrat, einer Membran und einem Kavernenbereich bereitgestellt wird, wobei die Membran im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats angeordnet ist, wobei zwischen dem Substrat und der Membran der Kavernenbereich angeordnet ist, wobei der Kavernenbereich eine Zugangsöffnung aufweist und wobei in einem zweiten Herstellungsschritt im Kavernenbereich und insbesondere auf einer dem Substrat senkrecht zur Haupterstreckungsebene zugewandten zweiten Seite der Membran eine erste Leitschicht zumindest teilweise angeordnet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, Verfahren zur Herstellung einer
Bauelementanordnung, Bauelement und Bauelementanordnung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Verfahren zur Herstellung von Bauelementen sind allgemein bekannt.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift WO 02 / 02 458 A1 ein Verfahren zur
Herstellung von Halbleiterbauelementen bekannt, wobei in einem ersten Schritt eine erste poröse Schicht in dem Halbleiterbauelement gebildet wird und wobei in einem zweiten Schritt eine Kaverne unter oder aus der ersten porösen Schicht in dem
Halbleiterbauelement gebildet wird, wobei die Kaverne eine Zugangsöffnung aufweist.
Ferner ist aus den Druckschriften DE 10 2004 036 032 A1 und DE 10 2004 036 035 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einem
Halbleiterträger bekannt, wobei der Halbleiterträger eine Membran, eine wenigstens unterhalb der Membran befindlichen Kaverne und eine erste Dotierung aufweist, wobei die Membran vorzugsweise eine Epitaxieschicht aufweist und auf Stabilisierungselementen angeordnet ist, welche insbesondere als Stege oberhalb wenigstens eines Teils der Kaverne ausgebildet sind.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Bauelementanordnung, das erfindungsgemäße Bauelement und die erfindungsgemäße Bauelementanordnung gemäß den nebengeordneten Ansprüche haben den Vorteil, dass die elektrisch leitfähige erste Leitschicht angeordnet im Kavernenbereich und/oder auf der zweiten Seite, welche im Folgenden auch als Rückseite bezeichnet wird, mittels eines Oberflächenflächen-Waferprozesses (OMM) herzustellen ist, so dass in vorteilhafter Weise eine Rückseitenbeschichtung von vergleichsweise dünnen Membranen mit der ersten Leitschicht ermöglicht wird. Diese Beschichtung ist darüberhinaus aufgrund der Verwendung eines Standardverfahrens in einem Oberflächen- Waferprozess vergleichsweise kostengünstig herstellbar. Besonders bevorzugt wird somit eine elektrische Kontaktierung des Bauelements von der Rückseite des Bauelements aus und/oder eine vergleichsweise effiziente Abführung von Prozesswärme auf der Rückseite des Bauelements ermöglicht. Der Begriff Membran im Sinne der vorliegenden Erfindung ist keinesfalls auf Sensormembranen beschränkt, sondern umfasst vielmehr jede Schicht, welche vorzugsweise ein
Halbleitermaterial aufweist, im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene ausgerichtet ist und/oder senkrecht zur Haupterstreckungsebene vergleichsweise dünn ausgebildet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu entnehmen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im zweiten Herstellungsschicht die erste Leitschicht auch auf einer dem Substrat senkrecht zur Haupterstreckungsebene abgewandten ersten Seite der Membran angeordnet wird, wobei vorzugsweise die erste Leitschicht auf der ersten Seite teilweise elektrisch leitfähig mit der ersten Leitschicht auf der zweiten Seite verbunden ist und/oder dass im zweiten Herstellungsschritt die erste Leitschicht strukturiert wird. Besonders vorteilhaft ist somit eine Kontaktierung der ersten Seite, im Folgenden auch als Vorderseite bezeichnet, von der Rückseite der Membran aus möglich, so dass beispielsweise elektrische, elektronische und/oder mikromechanische Strukturen auf der Vorderseite von der Rückseite aus elektrisch kontaktierbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der
Kavernenbereich im ersten Herstellungsschritt mit Stützstrukturen zum Abstützen der Membran versehen wird, wobei im zweiten Herstellungsschritt die erste Leitschicht zumindest teilweise auf den Stützstrukturen angeordnet wird. Besonders vorteilhaft wird somit die Membran stabilisiert, so dass einerseits eine wesentlich dünnere Membran herstellbar und rückseitig mit der ersten Leitschicht zu bedecken ist und andererseits die Auflösung bei lithographischen Verfahren auf der Membran in nachfolgenden Herstellungsschritten deutlich erhöht wird, da eine Durchbiegung der Membran verhindert wird. Ferner ermöglichen die Stützstrukturen eine Kontaktierung der Vorderseite über die erste Leitschicht an den Stützstrukturen. Durch die Stützstellen wird ferner ein Zusammenwachsen erster Leitschichten auf der Vorderseite und/oder erster Leitschichten auf der Rückseiter und/oder erster Leitschichten auf der Vorderseite mit ersten Leitschichten auf der Rückseite verhindert, so dass die erste Leitschicht vorteilhaft eine Mehrzahl von elektrisch miteinander nicht verbundenen Kontaktbereichen umfasst und somit vorzugsweise eine parallele Verdrahtung der Membran ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem dritten Herstellungsschritt die Membran von dem Substrat getrennt wird, wobei die Membran vorzugsweise von dem Substrat abgerissen wird und wobei besonders bevorzugt durch Schwingungsanregung des Substrats, der Membran und/oder der Stützstrukturen ein Zerbrechen der Stützstrukturen herbeigeführt wird. Das Ablösen der Membran von dem Substrat ermöglicht eine Herstellung des Bauelements in einem Waferverbund, wobei die Bauelemente durch das Ablösen der Membran von dem Substrat bzw. aus dem Waferverbund vereinzelt werden. Durch ein Abreißen der Membran von dem Substrat wird vorzugsweise ein Sägeprozess eingespart, so dass besonders vorteilhaft keine Verschmutzungen des Bauelements und des verbleibenden Waferverbunds durch Sägepartikel entstehen. Dies ist insbesondere bei vergleichsweise feinen offenen mikromechanischen Strukturen, wie bei der Herstellung von Beschleunigungs- oder Drehratensensoren, vorteilhaft. Ferner wird eine Wiederverwendung des Substrats bzw. des Wafers ermöglicht, wobei der Wafer vorzugsweise vorher von Metallen befreit, geschliffen und/oder poliert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem ersten Teilschritt des ersten Herstellungsschrittes eine mikroelektronische Schaltung und/oder eine mikromechanische Struktur in der Membran und/oder auf einer dem Substrat abgewandten ersten Seite der Membran hergestellt wird und/oder dass in einem zweiten Teilschritt des ersten Herstellungsschrittes die Zugangsöffnung in den Kavernenbereich geätzt wird. Besonders vorteilhaft umfasst die Membran ein einkristallines Halbleitermaterial, insbesondere ein einkristallines Silizium, so dass in vorteilhafter weise eine integrierte Halbleiterschaltung in der Membran herstellbar ist, welche vorzugsweise von der Rückseite der Membran aus kontaktierbar ist. Alternativ ist eine Membran aus Polysilizium zur Realisierung von mikromechanischen Strukturen in der Membran vorgesehen. Besonders vorteilhaft sind Bauelemente realisierbar, welche eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich geringere Dicke senkrecht zur Haupterstreckungsebene aufweisen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem dritten Herstellungsschritt eine erste Isolationsschicht auf der Membran, dem Kavernenbereich und/oder den Stützstrukturen angeordnet wird, wobei der dritte Herstellungsschritt vorzugsweise vor dem zweiten Herstellungsschritt durchgeführt wird. Besonders vorteilhaft wird somit eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Membran und der ersten Leitschicht und somit ein Kurzschluss zwischen den verschiedenen Kontaktbereichen verhindert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im zweiten Herstellungsschritt die erste Leitschicht mittels Abscheidung durch Schattenmasken und insbesondere mittels Sprühbelackung strukturiert wird, wobei vorzugsweise in einem ersten Teilschritt des zweiten Herstellungsschrittes ein Fotolack auf die erste Leitschicht aufgebracht wird, in einem zweiten Teilschritt des zweiten Herstellungsschrittes der Fotolack belichtet wird, in einem dritten Teilschritt des zweiten Herstellungsschrittes der Fotolack entwickelt wird und in einem vierten Teilschritt des zweiten Herstellungsschrittes die erste Leitschicht bzw. der Fotolack geätzt wird. Besonders vorteilhaft ist somit eine Strukturierung der ersten Leitschicht möglich, so dass insbesondere eine Mehrzahl von voneinander isolierten Leiterbahnen in der ersten Leitschicht und insbesondere eine Mehrzahl von voneinander isolierten elektrischen Kontakten zwischen der Vorderseite und der Rückseite mittels der ersten Leitschicht realisierbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem vierten Herstellungsschritt zeitlich nach dem zweiten Herstellungsschritt eine zweite Leitschicht, insbesondere eine Galvanik-Schicht, auf der ersten Leitschicht angeordnet wird. In vorteilhafter Weise wird somit die Leitfähigkeit erhöht und der elektrische Widerstand im Vergleich zur Stromleitung lediglich in der ersten Schicht in erheblicher Weise reduziert. Insbesondere bei der Wärmeabfuhr von Prozesswärme des Bauelements wird durch eine derartige Rückseitenmetallisierung die Effizienz deutlich erhöht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im ersten Herstellungsschritt ein Waferverbund mit einem Substrat, einer Mehrzahl von Kavernenbereichen und einer Mehrzahl von Membranen bereitgestellt wird, wobei im dritten Herstellungsschritt wenigstens eine Membran zur Vereinzelung der Membran aus dem Waferverbund herausgelöst wird. Besonders vorteilhaft wird somit auf lediglich einem einzigen Substrat bzw. Wafer eine Mehrzahl von Bauelementen gleichzeitig hergestellt und erst im dritten Herstellungsschritt vereinzelt. Somit ist in vorteilhafter weise die Herstellung einer Vielzahl von Bauelemente gleichzeitig und damit besonders kostengünstig und zeitsparend realisierbar.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bauelementanordnung mit einem erfindungsgemäßen Bauelement, wobei in einem fünften Herstellungsschritt zeitlich nach dem dritten Herstellungsschritt das Bauelement auf einem weiteren Bauelement und/oder auf einem Trägerelement, insbesondere auf einer Leiterplatte und/oder in einem
Gehäuse, angeordnet und vorzugsweise aufgelötet, gebondet und/oder aufgeklebt wird, wobei das Bauelement und insbesondere die integrierte Schaltung und/oder die mikromechanische Struktur mittels der ersten und/oder der zweiten Leitschicht elektrisch kontaktiert werden. Durch die erste Leitschicht auf der Rückseite ist ein stumpfes Löten, Bonden und/oder Kleben des Bauelements auf das weitere Bauelement und/oder das Trägerelement ähnlich wie bei einem SMD-Bauteil (Surface Mounted Device) in einem SMT-Verfahren (Surface Mounting Technology) in besonders kostengünstiger weise möglich, da keine weiteren Kontaktierungsschritte zur elektrischen Kontaktierung des Bauelements notwendig sind. Vorzugsweise werden die Kontaktbereiche elektrisch leitfähig unmittelbar auf Anschlussflächen und/oder Leiterbahnen des weitere Bauelements und/oder des Trägerelements angeordnet. Durch die Anordnung des Bauelements auf einem vorzugsweise ähnlich oder identisch aufgebauten weiteren Bauelement ist in besonders einfacher Weise die Herstellung von einer Mehrzahl von übereinander gestapelter Mikrochips (Stacked Chips) möglich, wobei aufgrund der vergleichsweise geringen Dicken der Membranen vorteilhaft vergleichsweise geringe Stapelhöhen der gestapelten Mikrochips realisierbar sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bauelement, wobei das Bauelement die Membran aufweist, wobei im Kavernenbereich und insbesondere auf der zweiten Seite die erste Leitschicht angeordnet ist. Wie oben bereits detailiert ausgeführt, weist das Bauelement vorzugsweise eine vergleichsweise dünne Membran auf, wobei gleichzeitig aufgrund der Anordnung der ersten Leitschicht auf der Rückseite ein effizientes Abführen von Wärme durch die erste Leitschicht und/oder eine elektrische Kontaktierung des Bauelements von der Rückseite aus realisierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass auch auf der ersten Seite die erste Leitschicht angeordnet ist, wobei vorzugsweise die erste Leitschicht wenigstens einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten Seite und dem Kavernenbereich und insbesondere zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite umfasst. Besonders vorteilhaft ist somit eine elektrische Kontaktierung von Strukturen auf der Vorderseite des Bauelements bzw. der Membran von der Rückseite aus möglich, so dass das Bauelement nach dem Vereinzeln als SMD- Bauteil beispielsweise unmittelbar auf Anschlussflächen eines Trägerelements elektrisch leitfähig aufbringbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Membran eine mikroelektronische Schaltung und/oder eine mikromechanische Struktur aufweist, welche insbesondere mittels des wenigstens einen elektrisch leitfähigen Kontaktes von dem Kavernenbereich aus und/oder von der zweiten Seite aus kontaktierbar ist. Besonders vorteilhaft umfasst das Bauelement somit vorzugsweise einen integrierten Mikrochip und/oder einen Sensor und besonders bevorzugt einen Drehraten-, Beschleunigungs- und/oder Drucksensor.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Bauelementanordnung, wobei das Bauelement auf dem weiteren Bauelement und/oder auf dem Trägerelement angeordnet und insbesondere aufgelötet, aufgeklebt und/oder gebondet ist, wobei das Trägerelement vorzugsweise eine Leiterplatte und/oder ein Gehäuse umfasst. Besonders vorteilhaft ist das Bauelement in vergleichsweise einfacher Weise elektrisch kontaktierbar und ansteuerbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bauelement insbesondere senkrecht zur Haupterstreckungsebene im Wesentlichen deckungsgleich auf dem weiteren Bauelement angeordnet ist und besonders bevorzugt ein weiterer elektrisch leitfähiger Kontakt des weiteren Bauelements mit dem entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontakt des Bauelements elektrisch leitfähig verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist somit die Bildung von
Bauelementstapeln möglich, wobei aufgrund der ersten Leitschicht auf der Rückseite eines jeden Bauelements eine vergleichsweise einfache elektrische Kontaktierung der gestapelten Bauelemente möglich ist und wobei besonders vorteilhaft aufgrund der vergleichsweise dünnen Membran jedes Bauelements senkrecht zur Haupterstreckungsebene die Stapelhöhe vergleichsweise klein ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Figuren 1a und 1b eine schematische Seitenansicht und eine schematische
Aufsicht einer ersten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Vorläuferstruktur zur
Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
Figuren 3a und 3b eine schematische Seitenansicht und eine schematische Aufsicht einer dritten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 4 eine schematische Seitenansicht einer vierten Vorläuferstruktur zur
Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, Figur 5 eine schematische Teilseitenansicht einer fünften Vorläuferstruktur zur
Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
Figur 6 eine schematische Seitenansicht einer sechsten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
Figur 7 eine schematische Teilseitenansicht einer siebten Vorläuferstruktur zur
Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, Figur 8 eine schematische Seitenansicht eines Waferverbunds mit zwei
Bauelementen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 9 eine schematische Seitenansicht einer achten Vorläuferstruktur zur
Herstellung einer Bauelementanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Figur 10 eine schematische Seitenansicht einer Bauelementanordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 11 eine schematische Seitenansicht einer Bauelementanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
In den Figuren sind mit Bezugszeichen versehende gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In den Figuren 1a und 1b sind eine schematische Seitenansicht und eine schematische Aufsicht einer ersten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anhand der Figuren 1 a und 1 b teilweise der erste Herstellungsschritt zur teilweisen Herstellung der Grundstruktur 1 ' illustriert wird und wobei die Figur 1 a eine Schnittdarstellung der Figur 1 b entlang einer ersten Schnittlinie 102 umfasst. Die erste Vorläuferstruktur weist eine Teilgrundstruktur V in einem Waferverbund 300 mit weiteren Teilgrundstrukturen 1 " auf, wobei die Teilgrundstruktur V ein Substrat 4, eine Membran 3 und einen Kavernenbereich 2 aufweist, wobei die Membran 3 im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 4 angeordnet ist und wobei zwischen dem Substrat 4 und der Membran 3 der Kavernenbereich 2 angeordnet ist. Der Kavernenbereich 2 weist ferner Stützstrukturen 5 auf, welche sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 erstrecken und zum Abstützen der Membran 3 die Membran 3 auf einer zweiten Seite 3", im Folgenden auch als Rückseite 3" der Membran 3 und/oder des Bauelements 1 bezeichnet, mit dem Substrat 4 verbinden, so dass im Kavernenbereich 2 eine Mehrzahl von parallel zur Haupterstreckungsebene 100 durch die Stützstrukturen 5 voneinander getrennte Kavernen 2' ausgebildet sind. Die Form, Anzahl und Lage der Stützstrukturen 5 ist beliebig wählbar, wobei vorzugsweise wenigstens eine Stützstruktur 5' einen Durchmesser im Wesentlichen gleich der Dicke der Membran 3 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 aufweist. Aus der Figur 1 b ist ersichtlich, dass eine Mehrzahl von Stützstrukturen 5 als schmale Stützwände 5" ausgeführt sind, wobei die Stützwände 5" vorzugsweise jeweils ein später auszubildendes Bondpad auf der Rückseite 3" umschließen. Die zweite Seite 3" ist eine dem Substrat 4 zugewandte Seite der Membran 3. Auf einer der zweiten Seite 3" senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 gegenüberliegenden ersten Seite 3' der Membran 3, im Folgenden auch als Vorderseite 3' der Membran 3 und/oder des Bauelements 1 bezeichnet, weist die Membran 3 eine integrierte Schaltung 7 vorzugsweise mit Leiterbahnen und weiteren Bondpads auf. Die erste Vorläuferstruktur wird in Oberflächenmikromechanik (OMM) vorzugsweise in einem APSM-Verfahren (Advanced Porous Silicon Membrane) oder in einem bekannten Opferschichtprozess beispielsweise mit Opferoxid und Polysiliziumstrukturen, ähnlich einem CMB-Prozess (Controlled Metal Build Up), hergestellt. Das APSM-Verfahren ist im Stand der
Technik beschrieben. Das Substrat 4 und die Membran 3 umfasst vorzugsweise ein Silizium und besonders bevorzugt ein einkristallines Silizium.
In Figur 2 ist eine schematische Seitenansicht einer zweiten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anhand der Figur 2 teilweise der erste Herstellungsschritt zur teilweisen Herstellung der Grundstruktur V illustriert wird und wobei die zweite Vorläuferstruktur im Wesentlichen identisch der ersten Vorläuferstruktur illustriert in Figur 1 a ist, wobei im ersten Herstellungsschritt auf die Vorderseite 3' der Membran 3 eine strukturierte Trenchmaske 8 angeordnet wird, welche insbesondere die integrierte Schaltung 7 bedeckt. Die Trenchmaske 8 umfasst insbesondere einen strukturierten Lack oder eine Oxidschicht, wie beispielsweise TEOS.
In den Figuren 3a und 3b sind eine schematische Seitenansicht und eine schematische Aufsicht einer dritten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Vorläuferstruktur einer Grundstruktur 1 "' zur Herstellung des Bauelements 1 entspricht, wobei die dritte Vorläuferstruktur identisch der zweiten Vorläuferstruktur illustriert in Figur 2 ist, wobei die dritte Vorläuferstruktur im ersten Herstellungsschritt an den geöffneten Stellen der strukturierten Trenchmaske 8 geätzt wird, so dass die Membran 3 lediglich über die Stützstrukturen 5 unterhalb der Membran 3 mit dem Substrat 4 verbunden ist und der Kavernenbereich 2 Zugangsöffnungen 200 in Richtung der Vorderseite 3' aufweist. Die von der
Trechmaske 8 verdeckten Strukturen und Elemente sind in der Figur 3b aus Gründen der Übersichtlichkeit gestrichelt dargestellt.
In Figur 4 eine schematische Seitenansicht einer vierten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Figur 4 im Wesentlichen einer Schnittdarstellung der Figur 3b entlang einer zweiten Schnittlinie 103 entspricht, wobei anhand der vierten Vorläuferstruktur ein dritter Herstellungsschritt illustriert wird, wobei auf der dritten Vorläuferstruktur eine Isolationsschicht 80 aufgebracht wird, welche sowohl die Membran 3 auf der Vorderseite 3' bzw. die Trenchmaske 8 bedeckt, als auch auf Stützstrukturen 5, auf der Rückseite 3" der Membran 3, auf Seitenbereichen 3"' senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 zwischen der Vorder- und Rückseite 3', 3" der Membran 3 und auf dem Substrat 4 jeweils im Kavernenbereichen 2 in Kavernen 2' mit Zugangsöffnungen 200 angeordnet sind.
In Figur 5 ist eine schematische Teilseitenansicht einer fünften Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Teilseitenansicht eine Vergrößerung eines Teilbereichs der vierten Vorläuferstruktur illustriert in Figur 4 umfasst, wobei die fünfte Vorläuferstruktur im Wesentlichen identisch der vierten Vorläuferstruktur ist, wobei anhand der fünften Vorläuferstruktur ein zweiter und ein vierter Herstellungsschritt illustriert werden, wobei im zweiten Herstellungsschritt zumindest teilweise auf der Isolationsschicht 80 eine erste Leitschicht 6 angeordnet wird und wobei im vierten Herstellungsschritt zumindest teilweise auf der ersten Leitschicht 6 eine zweite Leitschicht 6' angeordnet wird. Die erste Leitschicht 6' ist zumindest teilweise auf der Vorderseite 3', auf der Rückseite 3", auf den Seitenbereichen 3'", auf den Stützstrukturen 5 und auf dem Substrat 4 angeordnet. Insbesondere umfasst die erste Leitschicht 6 eine Vielzahl von ersten Teilleitschichten, welche voneinander elektrisch isoliert sind und vorzugsweise im Bereich eines jeden Bondpads eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen eine ersten Teilleitschicht auf der Rückseite 3" und einer ersten Teilleitschicht auf der Vorderseite 3' über eine erste Teilleitschicht an den entsprechenden Seitenbereichen 3"' umfassen. Die erste Metallschicht ist vorzugsweise elektrisch leitfähig mit der integrierten Schaltung 7 auf der Vorderseite 3' verbunden und fungiert zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltung 7 auf der Vorderseite 3' von der Rückseite 3" aus. Die erste Leitschicht 6 wird beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen oder durch eine chemische Abscheidung von Metall gebildet und anschließend strukturiert. Die Strukturierung erfolgt beispielsweise über einen Sprühätzprozess. Der zweite Herstellungsschritt umfasst zur Strukturierung der ersten Leitschicht 6 besonders bevorzugt einen ersten Teilschritt, wobei ein Fotolack auf die erste Leitschicht 6 aufgebracht wird, einen zweiten Teilschritt, wobei der Fotolack belichtet wird, einen dritten Teilschritt, wobei der Fotolack entwickelt wird und einen vierten Teilschritt, wobei die erste Leitschicht 6 bzw. der Fotolack geätzt wird. Die zweite Leitschicht 6' wird zumindest teilweise auf der ersten Leitschicht 6, dem Substrat 4 und/oder der Membran 3 mittels eiens Galvanik-Prozesses abgeschieden. Die erste und/oder zweite Leitschicht 6, 6' umfassen vorzugsweise ein Metall.
In Figur 6 eine schematische Seitenansicht einer sechsten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die sechste Vorläuferstruktur vollständig identisch der vierten Vorläuferstruktur illustriert in Figur 4 ist, wobei die Figur 6 im Wesentlichen jedoch einer Schnittdarstellung der Figur 3b entlang einer dritten Schnittlinie 104 und nicht entlang der zweiten Schnittlinie 103 gemäß Figur 4 entspricht, wobei anhand der sechsten Vorläuferstruktur ebenfalls der dritte Herstellungsschritt zum Aufbringen der Isolationsschicht 80 auf die dritte Vorläuferstruktur illustriert wird, wobei im Unterschied zur Figur 4 im Randbereich der Membran 3 keine Bondpads angeordnet sind, sondern die Membran 4 randseitig über eine Stützstruktur 5"' mit dem Substrat 4 verbunden ist und somit keine Kaverne 2' des Kavernenbereichs 2 mit einer Zugangsöffnung 200 zum Eindringen der - Isolationsschicht 80 in Figur 6 abgebildet ist. Die Isolationsschicht 80 wird in Figur 6 daher lediglich auf der Vorderseite 3' der Membran 3 bzw. auf der Trenchmaske 8, im Seitenbereich 3"' der Membran 3, auf einer zur Vorderseite 3' hin offenliegenden Außenseite 500 der Stützstruktur 5 und auf dem zur Vorderseite 3' hin offenliegendem Substrat 4 angeordnet.
In Figur 7 eine schematische Teilseitenansicht einer siebten Vorläuferstruktur zur Herstellung eines Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die siebte Vorläuferstruktur vollständig identisch der fünften Vorläuferstruktur illustriert in Figur 5 ist, wobei die Figur 7 jedoch der fünften Vorläuferstruktur dargestellt entlang der dritten Schnittlinie 104 und nicht entlang der zweiten Schnittlinie 103 entspricht, wobei anhand der siebten Vorläuferstruktur ebenfalls der zweite und vierte Herstellungsschritt zum Aufbringen der ersten und zweiten Leitschicht 6, 6' auf die vierte bzw. siebte Vorläuferstruktur illustriert wird, wobei im Unterschied zur Figur 5 Seitenbereich 3" der Membran 3 und auf der Außenseite 500 der Stützstruktur 5 keine erste und zweite Leitschicht 6, 6' angeordnet werden, so dass die elektrischen Kontakte zwischen der Vorderseite 3' und der Rückseite 3" in Form der ersten Teilleitschichten, der ersten Leitschicht 6 und/oder der zweiten Leitschicht 6' voneinander elektrisch isoliert sind. Die fünfte und siebte Vorlauferstruktur umfassen insbesondere das Bauelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 8 ist eine schematische Seitenansicht eines Waferverbunds 300 mit einem Bauelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in Figur 8 ein dritter Herstellungsschritt illustriert wird, wobei die Membran 3 bzw. das Bauelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform von dem Substrat 4 getrennt und somit aus dem Waferverbund 300 herausgelöst wird. Dazu wird die die Membran 3 bzw. das Bauelement 1 mit einem Werkzeug 202 von dem Substrat 4 bzw. dem Waferverbund 300 "abgepickt" bzw. abgebrochen, wobei die Stützstrukturen 5 durchbrechen. Dieses Brechen der Stützstrukturen 5 wird vorzugsweise durch eine Schwingbewegung eines Abnahmekopfes des Werkzeugs 202 unterstützt, wobei die Schwingbewegung besonders bevorzugt eine Ultraschallschwingungen in einer x-, y- und/oder z- Richtung und/oder Torsionsschwingungen in einer x-, y- und/oder z-Ebene umfassen.
In Figur 9 ist eine schematische Seitenansicht einer achten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer Bauelementanordnung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei anhand der achten Vorläuferstruktur ein fünfter Herstellungsschritt illustriert wird, wobei das Bauelement 1 vorzugsweise von dem in Figur 8 illustrierten Werkzeug 202 auf einem Trägerelement 9 in Form einer Leiterplatte, vorzugsweise einer Keramik- oder LCP-Platte (Liquid Crystalline Polymers), angeordnet wird. Auf dem Trägerelement 9 sind Leiterbahnen 205 angeordnet, wobei auf den Leiterbahnen 205 Lot 204 angeordnet ist. Zur elektrischen Kontaktierung und zur mechanischen Fixierung des Bauelements 1 mit dem Trägerelement 9 wird das Bauelement 1 derart auf dem Trägerelement 9 platziert, dass über das Lot 204 eine elektrisch leitfähige und mechanisch belastbare Verbindung zwischen den Leiterbahnen 205 bzw. Anschlussflächen der Leiterbahnen 205 und den entsprechenden Bondpads des Bauelements 3, wobei die Bondpads die erste und/oder die zweite Leitschicht 6, 6' und/oder die Teilleitschicht an der Rückseite 3" der Membran 3 umfassen, hergestellt wird. Auf dem Trägerelement 9 sind insbesondere weitere Leiterbahnen 203 und/oder weitere elektrische, elektronische und/oder mikroelektronische Elemente angeordnet. Alternativ wird das Bauelement 1 im fünften Herstellungsschritt in ein Lötbad getaucht und die Bondpads an die Leiterbahnen 203 angelötet. In einer weiteren Alternative wird das Bauelement 1 mittels eines Leitklebers auf die Leiterbahnen 203 geklebt, wobei der Leitkleber vorzugsweise auf die Rückseite des Bauelements 1 und/oder auf das Trägerelement 9 besonders bevorzugt mittels Siebdruck, Tampondruck und/oder mittels Dispensen aufgebracht wird.
In Figur 10 ist eine schematische Seitenansicht einer Bauelementanordnung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Bauelementanordnung 10 das Bauelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform 1 angeordnet auf dem Trägerelement 9 umfasst, wobei die Bauelementanordnung 10 einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der integrierten Schaltung 7 auf der vergleichsweise dünnen Membran 3 und den Leiterbahnen 205 des Trägerelements 9 mittels der ersten Leitschicht 6, der zweiten Leitschicht 6', der Teilleitschicht und/oder eines Bondpads auf der Rückseite 3" der Membran 3 aufweist, wobei die erste Leitschicht 6, die zweite Leitschicht 6', die Teilleitschicht und/oder das Bondpad auf der Rückseite 3" der Membran 3 mittels einer Lotverbindung mechanisch belastbar und elektrisch leitfähig mit den Leiterbahnen 205 verbunden sind.
In Figur 11 ist eine schematische Seitenansicht einer Bauelementanordnung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen identisch der ersten Ausführungsform dargestellt in Figur 10 ist, wobei auf einer dem Trägerelement 9 abgewandten Seite des Bauelements 1 ein weiteres Bauelement V auf dem Bauelement 1 derart angeordnet ist, dass zwischen dem weiteren Bauelement V und dem Trägerelement 9 das Bauelement 1 deckungsgleich mit dem weitere Bauelement V senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 angeordnet ist. Das weitere Bauelement V ist vorzugsweise baugleich zum Bauelement 1 ausgeführt, wobei weitere erste Leitschichten 60, weitere zweite Leitschichten 60', weitere Teilleitschichten und/oder weitere Bondpads an der weiteren Rückseite 3" des weiteren Bauelements 1 ' mit weiteren Bondpads, Bondpads, Teilleitschicht, ersten Leitschichten 6 und/oder zweiten Leitschichten 6' an der Vorderseite 3' des Bauelements 1 elektrisch leitfähig und mechanisch belastbar insbesondere über leitfähige Verbindungselemente 400 verbunden sind, so dass sowohl das Bauelement 1 , als auch das weitere Bauelement V von der Trägerelement 9 aus kontaktierbar sind. Es ist denkbar, die Bauelementanordnung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform um eine Mehrzahl von weiteren Bauelementen 1 ' zu erweitern und somit einen Stapel einer Vielzahl von deckungsgleich angeordneten weiteren Bauelementen 1 ' senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 übereinander anzuordnen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (1 ), wobei in einem ersten Herstellungsschritt eine Grundstruktur (V) mit einem Substrat (4), einer Membran (3) und einem Kavernenbereich (2) bereitgestellt wird, wobei die
Membran (3) im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (4) angeordnet ist, wobei zwischen dem Substrat (4) und der Membran (3) der Kavernenbereich (2) angeordnet ist und wobei der Kavernenbereich (2) eine Zugangsöffnung (2') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Herstellungsschritt zumindest teilweise im Kavernenbereich (2) und insbesondere auf einer dem Substrat (4) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) zugewandten zweiten Seite (3") der Membran (3) eine erste Leitschicht (6) angeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten
Herstellungsschicht die erste Leitschicht (6) auch auf einer dem Substrat (4) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) abgewandten ersten Seite (3') der Membran (3) angeordnet wird, wobei vorzugsweise die erste Leitschicht (6) auf der ersten Seite (3') teilweise elektrisch leitfähig mit der ersten Leitschicht (6) auf der zweiten Seite (3") verbunden ist und/oder dass im zweiten Herstellungsschritt die erste Leitschicht (6) strukturiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kavernenbereich (2) im ersten Herstellungsschritt mit Stützstrukturen (5) zum Abstützen der Membran (3) versehen wird, wobei im zweiten Herstellungsschritt die erste Leitschicht (6) zumindest teilweise auf den Stützstrukturen (5) angeordnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Herstellungsschritt die Membran (3) von dem Substrat (4) getrennt wird, wobei die Membran (3) vorzugsweise von dem Substrat (4) abgerissen wird und wobei besonders bevorzugt durch Schwingungsanregung des Substrats (4), der Membran (3) und/oder der Stützstrukturen (5) ein Zerbrechen der Stützstrukturen (5) herbeigeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Teilschritt des ersten Herstellungsschrittes eine mikroelektronische Schaltung (7) und/oder eine mikromechanische Struktur in der Membran (3) und/oder auf einer dem
Substrat (4) abgewandten ersten Seite (3') der Membran hergestellt wird und/oder dass in einem zweiten Teilschritt des ersten Herstellungsschrittes die Zugangsöffnung (2') in den Kavernenbereich (2) geätzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Herstellungsschritt eine erste Isolationsschicht (80) auf der Membran (3), dem Kavernenbereich (2) und/oder den Stützstrukturen (5) angeordnet wird, wobei der dritte Herstellungsschritt vorzugsweise vor dem zweiten Herstellungsschritt durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Herstellungsschritt die erste Leitschicht (6) mittels Abscheidung durch Schattenmasken und insbesondere mittels Sprühbelackung strukturiert wird, wobei vorzugsweise in einem ersten
Teilschritt des zweiten Herstellungsschrittes ein Fotolack auf die erste Leitschicht (6) aufgebracht wird, in einem zweiten Teilschritt des zweiten Herstellungsschrittes der Fotolack belichtet wird, in einem dritten Teilschritt des zweiten Herstellungsschrittes der Fotolack entwickelt wird und in einem vierten Teilschritt des zweiten Herstellungsschrittes die erste Leitschicht (6) bzw. der Fotolack geätzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Herstellungsschritt zeitlich nach dem zweiten Herstellungsschritt eine zweite Leitschicht (6'), insbesondere eine
Galvanik-Schicht, auf der ersten Leitschicht (6) angeordnet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Herstellungsschritt ein Waferverbund (300) mit einem Substrat (4), einer Mehrzahl von Kavernenbereichen (2) und einer Mehrzahl von Membranen (3) bereitgestellt wird, wobei im dritten Herstellungsschritt wenigstens eine Membran (3) zur Vereinzelung der Membran (3) aus dem Waferverbund (300) herausgelöst wird.
10.Verfahren zur Herstellung einer Bauelementanordnung (10) mit einem Bauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Herstellungsschritt zeitlich nach dem dritten Herstellungsschritt das Bauelement (1 ) auf einem weiteren Bauelement (1 ') und/oder auf einem Trägerelement (9), insbesondere auf einer Leiterplatte und/oder in einem Gehäuse, angeordnet und vorzugsweise aufgelötet, gebondet und/oder aufgeklebt wird, wobei das Bauelement (1 ) und insbesondere die mikroelektronische Schaltung (7) und/oder die mikromechanische Struktur mittels der ersten und/oder der zweiten Leitschicht (6, 6') elektrisch kontaktiert werden.
11.Bauelement (1 ) hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1 ) die Membran (3) aufweist, wobei im Kavernenbereich (2) und insbesondere auf der zweiten Seite (3") die erste Leitschicht (6) angeordnet ist.
12. Bauelement (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auch auf der ersten Seite (3') die erste Leitschicht (6) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die erste Leitschicht (6) wenigstens einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen der ersten Seite (3') und dem Kavernenbereich (2) und insbesondere zwischen der ersten Seite (3') und der zweiten Seite (3") umfasst.
13. Bauelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) eine mikroelektronische Schaltung (7) und/oder eine mikromechanische Struktur aufweist, welche insbesondere mittels des wenigstens einen elektrisch leitfähigen Kontaktes von dem Kavernenbereich (2) aus und/oder von der zweiten Seite (3") aus kontaktierbar ist.
14.Bauelementanordnung (10) hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1 ) auf dem weiteren Bauelement (11) und/oder auf dem Trägerelement (9) angeordnet und insbesondere aufgelötet, aufgeklebt und/oder gebondet ist, wobei das Trägerelement (9) vorzugsweise eine Leiterplatte und/oder ein Gehäuse umfasst.
15. Bauelementanordnung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1 ) insbesondere senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) im Wesentlichen deckungsgleich auf dem weiteren Bauelement (1 ') angeordnet ist und besonders bevorzugt ein weiterer elektrisch leitfähiger Kontakt des weiteren Bauelements (11) mit dem entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontakt des Bauelements (1 ) elektrisch leitfähig verbunden ist.
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