Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sensormoduls und ein Sensormodul.

Die Herstellung von Sensormodulen, die aus aufeinander gesetzten Chips mit einem eingeschlossenen mikrostrukturierten Bereich gebildet sind, erfolgt im groß- technischen Maßstab oftmals bereits durch eine Strukturierung der Wafer mit einem anschließenden Verbinden bzw. Bonden der Substratwafer zu einem Waferstapel. Der Waferstapel kann anschließend durch z. B. Sägen vereinzelt werden, so dass durch relativ wenige Prozessschritte der Strukturierung und des Bondens der Sub¬ stratwafer mehrere Sensormodule hergestellt werden können.

In der Mikrosystemtechnik, insbesondere der Mikromechanik auf Silizium- o- der Glasbasis, werden Substratwafer zur hermetischen Verkappung von Bauelement¬ strukturen oder der vertikalen Integration von mehreren Funktionen aufeinander ge- bondet. Das Bonden erfolgt oftmals über Adhäsion, wobei zwischen den Wafern eine oder mehrere Fügeschichten aufgebracht werden. Bei Verwendung von Polymeren als Adhäsivmittel können geringe Bondtemperaturen unter 250° C bis unter 100° C erreicht werden, weiterhin werden eine Integrierbarkeit in Backend-Prozesse, geringe Partikel- und Topographieeinflüsse, hohe Bondkräfte und geringe Kosten erreicht. Als Fügematerial wird z. B. BCB (BenzocycloButen) eingesetzt, da dieses Polymer eine geringe Wasseraufnahme, sehr geringe Ausgasung, hohe chemische Resistenz, geringe Schichtspannung und ein hohes Isolationsvermögen besitzt.

Das Polymer wird auf die Wafer durch ein Spin-on-Coating-Verfahren aufge¬ tragen, wobei das Polymer-Material aufgeschleudert wird und sich radial über den gesamten Wafer verteilt. Nachteilhaft an einem derartigen Verfahren ist jedoch, dass nur Wafer mit geringen Topographien beschichtet werden können, da tiefe Struktu¬ ren zu starken Schichtdickeninhomogenitäten im Polymer-Material fuhren. Nach dem Spin-on bzw. Aufschleudern wird das Polymer fotolithographisch strukturiert, so dass sich auf den zu bondenden Substratwafern einander entsprechende Polymer- schichten ausbilden. Zum Bonden der Substratwafer werden zwei Polymer-Flächen, z. B. eine Polymer-Fläche auf einem Sensorwafer und eine weitere auf dem aufzu¬ setzenden Kappenwafer, miteinander in Kontakt gebracht und in einem anschließen¬ den Erhitzungsschritt (hard bake) miteinander durch Polymerisation vernetzt.

Da das Bonden von Substratwafern mit Polymeren wie z. B. BCB bei Wafern mit größeren Topographien, insbesondere tieferen Strukturen, problematisch ist, er¬ folgt das Bonden hierbei oftmals mittels anderer Fügematerialen, insbesondere Seal¬ glas-Materialien aus niedrig schmelzendem bleihaltigen Glas, die mittels eines Sieb¬ druckverfahrens aufgebracht werden. Derartige Bondtechniken sind jedoch kostspie- liger und aufwendiger.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sensormoduls und das erfindungsgemäße Sensormodul weisen demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass ein adhäsives Bonden mittels Polymeren auch über komplexere, tieferen Topo- graphien der rnikrosirukturierten Bereiche möglich ist.

Erfϊndungsgemäß werden Polymerschichten auf die Verbindungsflächen durch eine Drucktechnik mittels eines Druckkopfes aufgedruckt. Somit ist eine lithographi¬ sche Strukturierung der Polymerschichten nicht erforderlich, was zu einer Prozess- Vereinfachung führt. Somit können insbesondere auch freibewegliche Oberflächen- mikromechanik-Strukturen mittels Polymer-Bondschichten verkappt werden.

Die erfindungsgemäße Aufbringung des Polymers erfolgt vorteilhafterweise, indem der Druckkopfeinzelne Tröpfchen aus dem Polymer-Material überlappend aneinander druckt, wodurch eine geschlossene Fläche entsteht. Die Polymerschichten können hierbei auf dem Sensorwafer und/oder auf dem Kappenwafer aufgebracht werden. Bevorzugt werden die Polymerschichten auf beiden Wafern aufgebracht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden weitere Vorteile erreicht: es wird eine lokale Deposition auch ohne Haftvermittler und ohne zusätzliche Struktu¬ rierung ermöglicht, weiterhin werden kurze Prozesszeiten und eine hohe Strukturge- nauigkeit und Auflösung für das adhäsive Bonden erreicht. Auch ist eine Abschei¬ dung über hohen Topographien, z. B. eine Beschichtung über kavernengeätzten Kap- penwafern möglich. Weiterhin ist eine Planarisierung von Topographien im Bereich der Bond-Dichtfläche möglich, wobei z. B. dicke Leiterbahnen überbondet werden können. Eine Abscheidung der Polymerschichten ist auch über freibeweglichen Strukturen möglich, wobei keine Nasschemie erforderlich ist. Hierbei können auch opferschichtgeätzte Oberflächenmikromechanik-Sensoren verkappt werden.

Vorteilhafterweise wird weiterhin ein geringer Medienverbrauch erreicht, da die Polymertröpfchen positionsgenau aufgebracht werden ohne eine nachträgliche Strukturierung und Entfernung nicht erforderlicher Bereiche. Es ist weiterhin eine Selbstreinigung der Druckanlage möglich. Die Reproduzierbarkeit und Zuverlässig¬ keit des erfindungsgemäßen Druckverfahrens ist hoch.

Ein weiterer Vorteil liegt in der hohen Schichtdickenvariabilität, da ggf. unter- schiedlich dicke Polymerbondschichten in verschiedenen Verbindungsbereichen oder auch eine Variabilität der Schichtdicke innerhalb einer Verbindungsfläche gezielt ausgebildet werden können.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an ei- nigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen gebondeten Waferstapel vor dem Vereinzeln;

Fig. 2a eine Draufsicht auf den Sensorchip;

Fig. 2b eine Druntersicht auf den Kappen-Chip; Fig. 3 einen Prozessschritt vor dem Aufsetzen der Wafer.

Ein Waferstapel 1 weist vor dem Vereinzeln in mehrere identische Sensormo¬ dule 2 - in Figur 1 sind beispielhaft zwei nebeneinander ausgebildete Sensormodule 2 gezeigt - einen als Sensorsubstrat dienenden, mikrostrukturierten Sensorwafer 3 und einen auf den Sensorwafer 3 in Verbindungsbereichen 4 befestigten Kappenwa- fer 5 auf.

In dem Sensorwafer 3 sind bei dieser Ausföhrungsform mikromechanische Strukturen 6, z. B. Interdigitalstrukturen eines Beschleunigungssensors, ausgebildet, um die herum jeweils untere Verbindungsflächen 7 ausgebildet sind. Weiterhin sind vergrabene Leiterbahnen 9 ausgebildet, die die mikromechanischen Strukturen 6 mit auf der Oberfläche des Sensorwafers 3 ausgebildeten Bondpads 10 verbinden. Die Leiterbahnen 9 können alternativ hierzu auch auf der Oberfläche des Sensorwafers 3 durch die unteren Verbindungsflächen verlaufen. Die mikromechanischen Strukturen 6 sind hierbei in üblicher Weise z. B. durch Ätzen des Sensorwafers 3 ausgebildet.

Der Kappenwafer 5 weist geätzte Kavernen 12 und diese jeweils umgebende obere Verbindungsflächen 14 auf. Kappenwaferbereiche 15 zwischen den Sensor- modulen werden beim späteren Vereinzeln entfernt, so dass die Bondpads 10 nach oben freiliegen.

Zur Herstellung des Waferstapels 1 wird gemäß Fig. 3 zunächst ein Polymer, z. B. BCB (BenzocycloButen) mittels eines Druckkopfes als untere Polymerschicht 16 auf die unteren Verbindungsflächen 7 und/oder als obere Polymerschicht 17 auf die oberen Verbindungsflächen 14 aufgebracht. Vorteilhaferweise erfolgt eine Aufbrin¬ gung der Polymersschichten sowohl auf die Unterverbindungsfläche 7 als auch die obere Verbindungsfläche 14; grundsätzlich ist jedoch auch eine einseitige Aufbrin¬ gung des Polymers möglich.

Nachfolgend wird der Kappenwafer 5 mit der die Kaverne 12 aufweisenden Seite nach unten auf die strukturierte Oberseite des Sensorwafers 3 derartig gesetzt, dass jeweils eine Kaverne 12 oberhalb einer mikromechanischen Struktur 6 angeord¬ net ist und die Verbindungsbereiche 4 durch die oberen Verbirtdungsflächen 14, un¬ teren Verbindungsflächen 7 und eine dazwischen angeordnete Polymerbondschicht 19 gebildet wird, die entsprechend aus der oberen und/oder unteren Polymerschicht 16, 17 besteht. Vorteilhafterweise vereinigen sich die Polymerschichten 16, 17 zu der gemeinsamen Polymerbondschicht 19. Die Polymerbondschichit 19 wird in einem nachfolgenden Hard-Bake-Prozessschritt vernetzt und gewährleistet eine vakuum¬ dichte Abdichtung der Kaverne 12 und des mikrostrukturierten Bereichs 6 gegenüber dem Außenraum. Falls die Leiterbahnen 9 auf der Oberfläche des Sensorwafers 3 verlaufen, werden sie von dem Polymermaterial bedeickt.

Nachfolgend wird der in Figur 1 gezeigte Waferstapel 1 durch Sägen derartig vereinzelt, dass mehrere Sensormodule 2 ausgebildet werden, die jeweils den in Fi¬ gur 2 a gezeigten Sensor-Chip 19 mit der unteren Verbindungsfläche 7, der mikro- mechanischen Struktur 6 und den Bondpads 10 aufweist, und einem Kappen-Chip 20, der die obere Verbindungsfläche 14 und die Kaverne 12 aufweist.

Die Verbindungsflächen 7 und 14 oder zumindest eine der Verbindungsflächen 7 und 14 wird erfindungsgemäß durch einen Druckkopf mit kleinen Tröpfchen des Polymers bedruckt. Hierbei werden die Tröpfchen überlappend nebeneinander ge¬ druckt, so dass eine durchgängig mit dem Polymer bedruckte Verbindungsfläche 7 und/oder 14 ausgebildet wird. Die Verbindungsflächen 7 sparen hierbei den Bereich der mikromechanischen Struktur 6 und den Bereich der metallischen Bondpads 10 bzw. Metallkontakte aus. Der Kappenwafer 5 kann grundsätzlich ganzflächig be- druckt sein; bevorzugt werden jedoch zumindest die Kavernen 12, vorteilhafterweise auch die Kappenwaferbereiche 15 nicht bedruckt.

Das Polymer kann erfindungsgemäß derartig dick aufgedruckt sein, dass keine Kaverne 12 im Kappenwafer 5 ausgebildet wird, wobei ein Zwischenraum 22 bzw. Abstand zwischen dem Kappenwafer 5 und dem Sensorwafer 3 durch die Dicke der Polymer-Bondschicht 19 eingestellt wird.