DE102005013300B4

DE102005013300B4 - Verfahren zum Erzeugen einer Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche

Info

Publication number: DE102005013300B4
Application number: DE102005013300A
Authority: DE
Inventors: Martin Franosch; Andreas Meckes; Klaus-Günter Oppermann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: US20060240643A1; DE102005013300A1; US7682777B2

Abstract

Verfahren zum Erzeugen einer Polymer-Struktur (21) auf einer Substratoberfläche, mit folgenden Schritten:
Aufbringen (S13) einer Haft-Schicht (13) aus einem ersten Polymer-Material auf die Substratoberfläche, wobei als erstes Polymer-Material ein SU-8-Photolack verwendet wird;
Strukturieren (S15) der Haft-Schicht (13), sodass in einem ersten Bereich das erste Polymer-Material der Haft-Schicht (13) entfernt wird und in einem zweiten Bereich das erste Polymer-Material der Haft-Schicht (13) verbleibt;
Aufbringen (S19) einer Polymer-Schicht (17) eines zweiten Polymer-Materials unmittelbar auf die Substratoberfläche und die verbleibende Haft-Schicht (15), wobei als zweites Polymer-Material ein SU-8-Photolack mit einer höheren Viskosität als das erste Polymer-Material verwendet wird; und
Strukturieren (S21) der Polymer-Schicht (17), sodass dieselbe nur in dem zweiten Bereich und somit auf der verbleibenden Haft-Schicht (15) verbleibt, wobei die Polymer-Struktur (21) die verbleibende Haft-Schicht (15) und die verbleibende Polymer-Schicht (19) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche.
In zunehmendem Maße werden in Halbleiterbauelementen Schaltungsstrukturen in einem Hohlraum angeordnet. Der Hohlraum dient dazu, einen Freiraum über einer in einem Substrat gebildeten Schaltungsstruktur zu schaffen. Dieser Freiraum ist für eine korrekte Funktionalität der in dem Substrat implementierten Schaltungsstruktur erforderlich. Diese Schaltungselemente können beispielsweise Mikroelektromechanische-Systeme, piezoelektrische Resonatoren, wie beispielsweise BAW-Filter bzw. Bulk-Acoustic-Wave-Filter bzw. Volumen-Wellen-Resonatoren aufweisen.
Ein derartiger Hohlraum kann beispielsweise in einer Polymer-Struktur gebildet sein. Um einen derartigen Hohlraum zu erzeugen, werden oft große Strukturen mit einem hohen Aspektverhältnis, also einem großen Verhältnis einer Höhe bzw. Dicke der Polymer-Struktur zu einer Länge bzw. Breite der Polymer-Struktur auf einem Substrat benötigt. Unter dem Aspektverhältnis versteht man dabei das Verhältnis der Höhe zu der Länge oder Breite der quaderförmigen Polymer-Struktur. Als Polymere werden hier beispielsweise ein SU-8 Photolack oder Photoepoxy eingesetzt. Dabei kommt es auf vielen Untergründen bzw. Oberflächen des Substrats zu Haftungsproblemen. Diese Haftungsprobleme resultieren aus dem Stress, der bei dem Aushärten bzw. Ausheizen der Polymer-Struktur durch die damit einhergehende Schrumpfung der Polymer-Struktur entsteht. Das Aushärten der Polymer-Struktur wird dabei vorzugsweise nach dem Strukturieren der Polymer-Struktur durchgeführt. Aufgrund der Haftungsprobleme kommt es dabei zu einem Abschälen (Peelen) der Polymer-Schicht bzw. der Polymer-Struktur, wobei das Abschälen der Polymer-Strukturen häufig an den Kanten und vor allem an den Ecken der Polymer-Struktur erfolgt.
Dies kann dazu führen, dass sich die Polymer-Strukturen mit zunehmender Lebensdauer einer derartigen Anordnung, wie beispielsweise einem Halbleiterbauelement mit einer Schaltungsstruktur in einem Hohlraum, von der Oberfläche des Substrats lösen. Eine mögliche Folge ist dabei, dass das so implementierte elektrische Bauelement keine korrekte elektrische Funktionalität mehr zeigt und damit zerstört wird. Somit ziehen die Haftungsprobleme der Polymer-Struktur auf dem Substrat mögliche Zuverlässigkeitsprobleme der so implementierten elektrischen Bauelemente nach sich.
Die oben dargelegten Haftungsprobleme können bereits bei der Fertigung dazu führen, dass sich die Polymer-Strukturen von der Substratoberfläche lösen, wodurch die Fertigungsausbeute in einer Massenfertigung, in der Polymer-Strukturen auf einer Substratoberfläche aufgebracht werden, sich verringert. Dies geht einher mit einer Erhöhung der Fertigungskosten der Produkte, die eine auf der Substratoberfläche aufgebrachte Polymer-Struktur einsetzen.
Eine Möglichkeit, die Haftung zwischen der Polymerstruktur und der Substratoberfläche zu erhöhen, ist der Einsatz von sogenannten Haftvermittlern. Diese basieren häufig auf Silanen bzw. Organosilanen, die zur Stoffgruppe der Organosiliziumverbindungen gehören, die aus Siliziumatomen, einer hydrolisierbaren Gruppe und einer organofunktionellen Gruppe bestehen. Organosilane werden dabei allgemein als Haftvermittler zwischen einer anorganischen Oberfläche, wie beispielsweise hier der Oberfläche des Substrats und einem Polymer bzw. Kunststoff eingesetzt. Diese Haftvermittler, wie beispielsweise Aminosilan, reagieren dabei mit Hydroxylgruppen (-OH) an der Substratoberfläche und bilden so mit dem dem Sauerstoffmolekül abgewandten Ende ein Koppelmolekül zu der Poly mer-Struktur bzw. einem Polymermolekül in der Polymer-Struktur.
Nachteilig an dem Einsatz des Haftvermittlers ist dabei, dass die Erhöhung der Haftung von einem Vorhandensein eines Sauerstoffs an der Oberfläche des Polymers abhängt. Hierdurch wird das Fertigungsverfahren für Substrate mit Polymer-Strukturen auf der Oberfläche aufwendiger. Bei Polymer-Strukturen bzw. Materialien, bei denen nur wenig oder kein Sauerstoff an der Oberfläche vorhanden ist, führt dieses Verfahren darüber hinaus nicht zu einer ausreichenden Erhöhung der Haftung der Polymer-Struktur.
Ein weiterer Nachteil des Einsatzes von Haftvermittlern, um die Haftung einer Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche zu erhöhen, ist, dass die Haftvermittler eine hohe Stabilität aufweisen. Zugleich sind Haftvermittler auf Substratoberflächen bei einer Reihe von elektrischen Bauelementen, wie z. B. Bulk-Acoustic-Wave-Filtern störend. Bei Bulk-Acoustic-Wave-Filtern können die auf der Substratoberfläche vorhandenen Haftvermittler z. B. zu einer unerwünschten Verschiebung des Frequenzgangs führen, wodurch ein selektives Entfernen des Haftvermittlers erforderlich wird.
Das Entfernen des Haftvermittlers kann dabei in vielen Fällen nur mit starken Ätzmitteln oder Lösemitteln erfolgen, wie beispielsweise stark oxidierenden Säuremischungen oder Laugen. Hierbei kann das Entfernen des Haftvermittlers dann u. U. ein Ätzen bzw. einen Materialabtrag an einer sensiblen Stelle bzw. sensitiven Stelle der Substratoberfläche nach sich ziehen, wobei eine in dem Substrat implementierte Schaltungsstruktur beispielsweise in ihrer Funktionalität beeinträchtigt werden kann.
So kann ein Materialabtrag auf aktiven sensiblen Oberflächen des Substrats, wie beispielsweise auf einer Oberfläche eines Bulk-Acoustic-Wave-Filters, zu einer Beeinflussung des elekt rischen Verhaltens der Bulk-Acoustic-Wave-Filter führen, und damit z. B. den Frequenzgang der Bulk-Acoustic-Wave-Filter verändern. Dies kann dazu führen, dass sich sogar die Resonanzfrequenz der in dem Substrat implementierten Bulk-Acoustic-Wave-Filter verändert, wobei die Resonanzfrequenz unter Umständen sogar nicht mehr in dem spezifizierten Bereich liegen kann. Die Bulk-Acoustic-Wave-Filter, deren Resonanzfrequenz außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, sind für einen Einsatz in einem elektrischen Gerät ungeeignet und werden deshalb häufig nach einem Testen der Bulk-Acoustic-Wave-Filter verworfen. Dies führt dazu, dass die Fertigungsausbeute reduziert ist, was gleichzeitig eine Erhöhung der Herstellungskosten nach sich zieht.
Die DE 199 55 969 A1 zeigt Verfahrensschritte zur Herstellung von metallischen Mikrobauteilen. Dabei wird eine Haft-Schicht aus Polyimid oder einer Polyimidmischung vollflächig auf ein Substrat aufgetragen. Die Polyimidschicht wird mittels UV-Licht und einer Maske so belichtet, dass Bereiche in der Polyimidschicht unbelichtet bleiben. Die unbelichteten Bereiche werden in einem nachfolgenden Schritt entfernt, so dass sich Strukturen bilden. In einem weiteren Schritt wird eine weitere Schicht aus SU-8-Material aufgebracht, und die weitere Schicht mit der selben Maske mit UV-Licht belichtet. Danach werden die unbelichteten Bereiche der weiteren Schicht entfernt, so dass weitere Strukturen freigelegt werden, wobei die Strukturen und die weiteren Strukturen jeweils übereinanderliegen.
Ein Artikel von J. Zhang et al., ”Polymerization optimization of SU-8 photoresist and its applications in microfluidic systems and MEMS”, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2001, Vol. 11, S. 20-26 beschäftigt sich mit einer Herstellung von Gussformen mittels Mikrostrukturen, die eine Dicke bis zu mehreren 100 μm und ein Aspektverhält nis, das größer als 20 ist, aufweisen. Die Mikrostrukturen sind zum einen mittels eines SU-8-5-Photoresists und zum anderen mittels eines SU-8-50-Photoresists hergestellt. Hierzu wird jeweils eine Schicht des Photoresists auf einer Saatschicht, die auf einem Substrat aufgebracht ist, angeordnet, belichtet und anschließend entwickelt, so dass die belichteten Bereiche die Photoresistgussformen bilden. Dabei kann die Dicke der so hergestellten Photoresistschicht in einem Bereich zwischen 10 μm und 350 μm eingestellt werden. Außerdem ist in dem Artikel gezeigt, dass die Photoresistschichten mit einer Dicke in einem Bereich von 13 μm bis 40 μm mit einem SU-8-5 Photoresist hergestellt werden, während die Photoresistschichten mit einer Dicke in einem Bereich von 95 μm bis 275 μm mit einem SU-8-50 Photoresist hergestellt werden.
Eine Veröffentlichung von M. Franosch et al., „Wafer-Level-Package for Bulk Acoustic Wave (BAW) Filter”, Microwave Symposium Digest, 2004 IEEE MTT-S International Fort Worth, TX, USA, 6.–11. Juni 2004, Seiten 493-496 beschäftigt sich mit einer Bildung von Hohlräumen über aktiven Flächen von BAW-Filtern. In der Veröffentlichung ist ein Verfahren zur Bildung des Hohlraums oberhalb der aktiven Fläche des Chips erläutert. Dabei wird ein SU-8 aufgeschleudert und die Flächen, die einem UV-Licht ausgesetzt sind, vernetzen sich und bilden danach Epoxystrukturen, während die nicht ausgesetzten Flächen in einem Entwicklungsschritt entfernt werden. Anschließend wird ähnlich einer Opferschichtmethode, die die aktive Fläche des Chips bedeckende Opferschicht entfernt, so dass sich über der aktiven Fläche des Chips eine freie Fläche bildet, die durch Öffnungen in der Epoxyschicht zugänglich ist. Abschließend wird eine weitere SU-8-Schicht als Versiegelungsschicht, die mit der bereits vorhandenen Epoxyschicht gut vernetzt, aufgebracht, so dass die Öffnungen in der Epoxyschicht versiegelt werden.
Die DE 103 23 350 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Mikrobauteilen mit Bauteilstrukturen im Sub-Millimeterbereich. Eine Haft-Schicht aus einem Polyimid, die auf einem Substrat angeordnet ist, wird mittels einer Maske und entsprechender Belichtung strukturiert. In einem weiteren Fertigungsschritt werden die unbelichteten Bereiche zur Freilegung des Substrats entfernt. In einem darauf folgenden Fertigungsschritt wird eine Resistschicht aus einem SU-8-Material aufgebracht und mit einer Maske und entsprechender Belichtung strukturiert. Dabei befinden sich die belichteten Bereiche der Resistschicht auf der Haft-Schicht, während sich die unbelichteten Bereiche sowohl auf der Haft-Schicht als auch im Bereich des freigelegten Substrats befinden. In einem anschließenden Fertigungsschritt werden die unbelichteten Bereiche der Resistschicht entfernt, wodurch sich eine Stützstruktur mit Stützwänden bildet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen einer Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche zu schaffen, das kostengünstiger ist und ein zuverlässigeres Haften der Polymer-Struktur auf der Substratoberfläche ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Erzeugen einer Polymer-Struktur auf einer Strukturierungsregion einer Substratoberfläche, mit einem Aufbringen einer Haft-Schicht, die ein erstes Polymer-Material aufweist, auf der Substratoberflache, einem Strukturieren der Haft-Schicht, sodass in einem ersten Bereich das erste Polymer-Material der Haft- Schicht entfernt wird, und in einem zweiten Bereich, der die Strukturierungsregion umfasst, das erste Polymer-Material der Haft-Schicht verbleibt, einem Aufbringen einer Polymer-Schicht eines zweiten Polymer-Materials auf die Substratoberfläche und die Haft-Schicht und einem Strukturieren der Polymer-Schicht, sodass sich die Polymer-Struktur in dem zweiten Bereich bildet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Haft-Schicht, die ein erstes Polymer-Material aufweist, auf einer Substratoberfläche aufgebracht und so strukturiert werden kann, so dass sie in einem Bereich der die Strukturierungsregion umfasst, auf der Substratoberfläche verbleibt. Eine anschließend auf der Haft-Schicht und der Substratoberfläche aufgebrachte Polymer-Schicht, die ein zweites Polymer-Material aufweist, kann dabei so strukturiert werden, dass sie in dem Bereich, der die Strukturierungsregion umfasst, ebenfalls verbleibt. Eine so erzeugte Polymer-Struktur, die die verbleibende Haft-Schicht und die verbleibende Polymer-Schicht umfasst, haftet dann besser auf der Substratoberfläche.
Die verbleibende Haft-Schicht, die vorzugsweise sehr dünn ist im Verhältnis zu der auf ihr aufgebrachten Polymer-Schicht, kann hierbei nach dem Strukturieren der Haftschicht ausgehärtet werden. Dadurch kann die Haftung der auf der Haftschicht anschließend aufgebrachten Polymer-Schicht noch erhöht werden.
Durch die Erhöhung der Haftung der Polymer-Struktur auf der Substratoberfläche lassen sich Produkte, die eine Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche aufweisen, wie beispielsweise Bulk-Acoustic-Wave-Resonatoren, die in einem Hohlraum der Polymer-Struktur angeordnet sind, mit einer höheren Ausbeute herstellen. Denn die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Polymer-Struktur an den Ecken oder Kanten abschält, ist durch die verbesserte Haftung der Polymer-Struktur auf der Substratoberfläche gegenüber einem herkömmlichen Verfahren zum Erzeugen einer Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche reduziert. Somit müssen in einer industriellen Massenfertigung weniger Produkte mit einer auf einer Substratoberfläche aufgebrachten Polymer-Struktur verworfen werden. Die höhere Ausbeute führt dazu, dass diese Produkte kostengünstiger hergestellt werden können.
Zugleich führt die Verbesserung der Haftung der Polymer-Struktur auf der Substratoberfläche dazu, dass die Produkte, bei denen eine Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche aufgebracht ist, eine höhere Zuverlässigkeit zeigen. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Polymer-Struktur während der Lebensdauer des Produkts von der Substratoberfläche löst, ist durch die verbesserte Haftung zwischen der Polymer-Struktur auf der Substratoberfläche reduziert.
Darüber hinaus lassen sich durch die Verbesserung der Haftung zwischen der Polymer-Struktur und der Substratoberfläche Polymer-Strukturen mit einem höheren Aspektverhältnis herstellen. Dies führt zu einer Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten von Polymer-Strukturen auf Substratoberflächen. Wie bereits oben erläutert, ist eine schlechte Haftung zwischen der Polymerstruktur und der Substratoberfläche vor allem bei einem hohen Aspektverhältnis der Polymer-Struktur kritisch. Eine schlechte Haftung der Polymer-Struktur auf der Substratoberfläche ist in einer Reihe von Anwendungen ein limitierender Faktor für die Höhe des Aspektverhältnisses einer Polymer-Struktur.
Darüber hinaus ist durch die Verbesserung der Haftung der Polymer-Struktur auf der Substratoberfläche ein Einsatz der Haftvermittler, wie beispielsweise Silan, nicht erforderlich. Diese Haftvermittler sind wie bereits im Vorhergehenden erläutert schwer entfernbar, wobei es beispielsweise bei der Entfernung von den Haftvermittlern sogar zu einer Zerstörung der in dem Substrat implementierten Schaltungsstruktur kommen kann. Somit erhöht sich die Ausbeute der elektrischen Bauelemente, die eine Polymer-Struktur aufweisen, die mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf einer Substratoberfläche erzeugt worden ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Ablauf eines Verfahrens zum Erzeugen einer Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche;
2a–e schematische Ansichten eines Substrats, auf dem nach dem in 1 erläuterten Verfahren eine Polymer-Struktur erzeugt wird;
2f eine Draufsicht auf den in 2e gezeigten Aufbau; und
3 eine Gegenüberstellung einer Polymer-Struktur auf einer Substratoberfläche, die nach einem herkömmlichen Verfahren erzeugt worden ist gegenüber einer Polymer-Struktur, die nach einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist.
Im Folgenden wird anhand der 1 und der 2a–e ein Ablauf eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. In einem Schritt S11 wird ein Substrat 11 bereitgestellt. Das in dem Schritt S11 bereitgestellte Substrat 11 ist in 2a gezeigt. In einem Schritt S13 wird eine Haftschicht 13 auf dem Substrat 11 aufgebracht, die ein erstes Polymer-Material aufweist. Ein so erzeugter Mehrschichtenaufbau ist in 2b dargestellt, die das Substrat 11 mit der auf ihr aufgebrachten Haftschicht 13 zeigt.
In einem Schritt S15 wird die Haftschicht 13 so strukturiert, dass auf dem Substrat 11 in einem ersten Bereich die Haftschicht 13 entfernt wird. In einem zweiten Bereich, der eine Strukturierungsregion umfasst, wird eine verbleibende Haftschicht 15 stehen gelassen. Eine so entstandene Anordnung ist in 2c gezeigt.
Anschließend wird in einem Schritt S17 die auf dem Substrat 11 in dem zweiten Bereich verbleibende Haftschicht 15 ausgehärtet. Hierbei wird der in 2c gezeigte Mehrschichtenaufbau beispielsweise in einen Ofen eingebracht, um die verbleibende Haftschicht 15 über einen vorbestimmten Zeitraum unter erhöhten Temperaturen auszuhärten.
In einem Schritt S19 wird auf der verbleibenden Haft-Schicht 15 und einer Oberfläche des Substrats 11 eine Polymer-Schicht 17, die ein zweites Polymer-Material aufweist, aufgebracht. Ein so gebildeter Mehrschichtenaufbau, der aus dem Substrat 11, der verbleibenden Haft-Schicht 15, und der auf den beiden Schichten aufgebrachten Polymer-Schicht 17 besteht, ist in 2d gezeigt.
In einem Schritt S21 wird die Polymer-Schicht 17 so strukturiert, dass nur der in dem zweiten Bereich der Substratoberfläche und damit auf der verbleibenden Haft-Schicht 15 aufgebrachte Bereich der Polymer-Schicht 17 verbleibt. In dem ersten Bereich der Substratoberfläche, der nicht von der verbleibenden Haft-Schicht 15 bedeckt ist, wird die Polymer-Schicht 17 beim Strukturieren S21 entfernt. Ein so entstandener Mehrschichtenaufbau ist in 2e gezeigt, der das Substrat 11, die verbleibende Haft-Schicht 15 und die nach dem Strukturieren der Polymer-Schicht 17 verbleibende Polymer-Schicht 19 zeigt.
Eine so auf der Substratoberfläche erzeugte Polymer-Struktur 21 besteht aus der verbleibenden Haft-Schicht 15 und der verbleibenden Polymer-Schicht 19. Die Polymer-Struktur 21 weist dabei eine Höhe 23 und eine Breite 25 auf.
In 2f ist eine Draufsicht auf den in 2e dargestellten Aufbau gezeigt. Hierbei ist zu erkennen, dass die äußeren Abmessungen bzw. eine Länge und Breite der verbleibenden Polymer-Schicht 19 vorteilhafterweise geringer sind als die Abmessungen der verbleibenden Haft-Schicht 15.
Durch das oben beschriebene Verfahren, die Polymer-Struktur 21 auf der Oberfläche des Substrats 11 zu erzeugen, indem zuerst die strukturierte verbleibende Haft-Schicht 13 auf der Substratoberfläche erzeugt wird, und anschließend auf der verbleibenden Haft-Schicht 15 eine Polymer-Schicht 17 aufgebracht und strukturiert wird, wird die Haftung der Polymer-Struktur 21 auf der Substratoberfläche verbessert. Die verbleibende Haft-Schicht 13 dient dazu, die Haftung der Polymer-Struktur 21 auf der Substratoberfläche zu verbessern, wobei die verbleibende Polymer-Schicht 19 vorzugsweise wiederum gut auf der verbleibenden Haft-Schicht 15 haftet.
Die Haft-Schicht 13 kann dabei beispielsweise einen Photolack aufweisen, beispielsweise eine dünne Photolack-Schicht, deren Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 10 μm liegt, die strukturiert wird und danach ausgehärtet wird. Auf der dabei verbleibenden Haft-Schicht 15 kann anschließend eine Polymer-Schicht 17 aufgebracht werden, die z. B. ebenfalls einen Photolack aufweist, wobei die aufgebrachte Polymer-Schicht vorteilhafterweise durch eine größere Dicke als die Haft-Schicht 13 gekennzeichnet ist. Die Dicke der Polymer-Schicht 17 bzw. des Dicklacks liegt dabei z. B. in einem Bereich von 30 μm bis 100 μm. Das zweite Polymer-Material der zweiten Polymer-Schicht weist dabei beispielsweise einen Photolack auf, der vorzugsweise kompatibel zu dem ersten Polymer-Material, das ebenfalls einen Photolack aufweist, ist.
Unter Kompatibilität des zweiten Polymer-Materials zu dem ersten Polymer-Material versteht man in der vorliegenden Anmeldung die Tatsache, dass das zweite Polymer-Material so chemisch aufgebaut ist, dass es gegenüber dem ersten Polymer-Material eine verbesserte Haftung aufweist. Diese verbesserte Haftung kann dabei beispielsweise auftreten, wenn das erste Polymer-Material und das zweite Polymer-Material beide denselben Photolack aufweisen.
Verwendet man für das erste Polymer-Material einen Photolack bzw. Lack, der durch eine niedrige Viskosität gekennzeichnet ist, so erhält man zusätzlich eine bessere Benetzung der Substratoberfläche. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Haftung der Polymer-Struktur 21, die die verbleibende Haft-Schicht 15 und die verbleibende Polymer-Schicht 19 aufweist, auf der Substratoberfläche. Beispielsweise kann bei dem obigen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das erste Polymer-Material einen strukturierbaren Photolack aufweisen. Der strukturierbare Photolack eignet sich sehr gut als Haftvermittler für eine anschließend aufgebrachte verbleibende Polymer-Schicht 19, die einen Photolack großer Dicke bzw. einen Dicklack aufweist.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die in dem obigen Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugte Polymer-Struktur 21, von einem hohen Aspektverhältnis gekennzeichnet ist. Unter dem Aspektverhältnis versteht man das Verhältnis der Höhe 23 der Polymer-Struktur 21 zu der Breite 25 der Polymer-Struktur 21.
Der Photolack, aus dem die Haft-Schicht 13 ausgeführt ist, kann dabei vorzugsweise beliebig strukturierbar sein und die Eigenschaft aufweisen, dass er sich durch ein organisches Lösemittel, das beim Strukturieren der Haft-Schicht 13 eingesetzt wird, entwickeln lässt. Somit werden sensitive Gebiete in dem Substrat 11 beim Strukturieren der Haft-Schicht 13 während dem Entwickeln nicht angegriffen, obgleich die Haft-Schicht 13 in dem ersten Bereich der Substratoberfläche wie beabsichtigt vollständig entfernt wird.
Durch einen Einsatz eines Sauerstoff-Plasmas lässt sich das Entfernen der Haft-Schicht 13 außerhalb des zweiten Bereichs der Substratoberfläche noch weiter verbessern, da das Sauerstoff-Plasma die Eigenschaft aufweist, dass es organische Reste, beispielsweise Reste von Polymeren auf der Substratoberfläche entfernen kann. Die dann verbleibende Haft-Schicht 15 kann in dem folgenden Schritt des Aushärtens S17 so unter einer erhöhten Temperatur ausgeheizt werden, dass durch die Elastizität der dünnen verbleibenden Haft-Schicht 15 bzw. Photolack-Schicht bzw. Lackschicht der Stress wie beabsichtigt abgebaut wird. Eine Voraussetzung für ein gutes Haften der verbleibenden Polymer-Schicht 19 auf der verbleibenden Haft-Schicht 15 ist, dass das erste Polymer-Material der Haft-Schicht 13 und das zweite Polymer-Material der Polymer-Schicht 17 in geeigneter Weise gewählt werden, und damit kompatibel zueinander sind. Vorteilhaft für die Haftung der verbleibenden Polymer-Schicht 19 auf der verbleibenden Haft-Schicht 15 ist hierfür z. B., wenn das erste Polymer-Material und das zweite Polymer-Material jeweils einen SU-8 Photolack aufweisen.
Beispielsweise lassen sich mit dem oben erläuterten Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Hohlräume mit einem hohen Aspektverhältnis unter Anwendung eines SU-8 Photolacks als erstes und zweites Polymer-Material erzeugen bei einem Wafer-Level-Packaging. In den so erzeugten Hohlräumen können dann z. B. piezoelektrische Resonatoren, wie beispielsweise Bulk-Acoustic-Wave-Filter, angeordnet werden.
Beim Erzeugen der Hohlräume entsteht dabei häufig ein hoher mechanischer Stress in den den Hohlraum bildenden SU-8-Strukturen. Dies kann z. B. dazu führen, dass die Polymer-Struktur 21 auf der Oberfläche des Substrats 11 Haftungsprobleme zeigt, was beispielsweise dann vor allem auftritt, wenn das Substrat 11, das beispielsweise ein Wafer sein kann, mit einem Nitrid überzogen ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn man beispielsweise zur Haftungsverbesserung nach der üblichen Vorbehandlung des Substrats 11, hier des mit Nitrid überzogenen Wafers, zur Haftungsverbesserung eine Haft-Schicht 13, wie z. B. eine dünne Schicht eines niedrigen viskosen SU-8 Photolacks, wie beispielsweise SU-8 5 Photolack aufbringt. Diese Haft-Schicht 13 wird gemäß dem Footprint bzw. der Ab messungen der zu erzeugenden Polymer-Struktur 21, in der anschließend ein Hohlraum erzeugt werden soll, strukturiert. Die verbleibende Haft-Schicht 15 wird nach dem Schritt des Strukturierens S15 der Haft-Schicht 13 anschließend ausgehärtet. Das Aushärten kann dabei z. B. in einem Ofen, in dem beispielsweise über einen Zeitraum von 10 Minuten eine Temperatur von 200°C an dem Substrat mit der verbleibenden Haft-Schicht 13 anliegt, durchgeführt werden.
Vorteilhaft ist dabei, wenn die äußeren Abmessungen bzw. Lange und Breite der verbleibenden Haft-Schicht 15, häufig als Lackmaß bezeichnet, etwas größer, z. B. in einem Bereich von 0,1 bis 5 μm größer sind, als die Breite und die Länge der verbleibenden Polymer-Schicht 19. Die Abmessungen der verbleibenden Haft-Schicht 15, die die Polymer-Struktur 21 umfasst, sind zusätzlich auch von der Justiergenauigkeit einer beim Strukturieren S15 der Haft-Schicht 13 eingesetzten Phototechnik bzw. Photomaske abhängig. Vorzugsweise weist das zweite Polymer-Material ebenfalls einen SU-8 Photolack auf, wobei das zweite Polymer-Material einen Photolack mit einer höheren Viskosität, beispielsweise einen SU-8 50 Photolack aufweisen kann. Häufig ist dabei die Dicke bzw. Höhe der verbleibenden Polymer-Schicht 19 höher als die Höhe der verbleibenden Haft-Schicht 15, weshalb die verbleibende Haft-Schicht 15 als dünner Lack und die verbleibende Polymer-Schicht 19 als dicker Lack bezeichnet werden können.
Durch die oben beschriebene Ausführung der Polymer-Struktur 21, die die dünne verbleibende Haft-Schicht 15 und die dicke verbleibende Polymer-Schicht 19 aufweist, wird ein Peelen bzw. Abschälen der Polymer-Struktur 21, wie es häufig bei dem herkömmlichen Verfahren auftritt, vermieden. Die Haftung der dicken verbleibenden Polymer-Schicht 19 auf der Oberfläche des Substrat 11 ist durch die zwischen der verbleibenden Polymer-Schicht 19 und der Oberfläche des Substrats 11 angeordnete verbleibende Haft-Schicht 15 erhöht.
Im Folgenden werden zwei Polymer-Strukturen auf der Oberfläche des Substrats gegenübergestellt, von denen eine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist, während die andere nach dem herkömmlichen Verfahren erzeugt worden ist. Dabei werden in der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele gleiche oder gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 3 ist ein Polymer-Struktur-Ausschnitt 27 auf dem Substrat 11 gezeigt, der aus einer dünnen Photolack-Schicht 29 und einem Ausschnitt einer dicken Photolack-Schicht 31 gebildet ist. Die dünne Photolack-Schicht 29 und die dicke Photolack-Schicht 31, von der ja nur der Ausschnitt gezeigt ist, sind dabei nacheinander gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat 11 aufgebracht worden. Vorteilhafterweise weist die dünne Photolack-Schicht 29 eine größere Breite auf als die dicke Photolack-Schicht 31. Die dünne Photolack-Schicht 29 weist hier z. B. eine Höhe von 3 μm auf und ist aus einem SU-8 5 Photolack ausgeführt, während die dicke Photolack-Schicht 31 beispielsweise eine Höhe von mehr als 100 μm aufweist und aus einem SU-8 50 Photolack ausgeführt ist.
Ein Unterschied 33 der Breiten zwischen der Breite der dünnen Photolack-Schicht 29 und der Breite der dicken Photolack-Schicht 31 ist in 3 ebenfalls gezeigt. Das Aufbringen der dicken Photolack-Schicht 31 auf der dünnen Photolack-Schicht 29 dient in 3 dazu, die Haftung der Polymer-Struktur auf der Oberfläche des Substrats 11 zu erhöhen. In 3 ist ebenfalls ein Ausschnitt einer Polymer-Struktur 35, die nach dem herkömmlichen Verfahren erzeugt worden ist dargestellt. Die Polymer-Struktur 35 weist dabei eine einzige dicke durchgängige Photolack-Schicht, z. B. aus einem SU-8 50 Photolack, auf.
Bei einer optischen Inspektion der beiden Polymerstrukturen zeigte sich, dass die Polymer-Struktur 35, die nach dem herkömmlichen Verfahren erzeugt worden ist, schlechter haftet und an den Kanten, und vor allem an den Ecken sich peelt bzw. von der Oberfläche des Substrats 11 abschält. Dieses Peelen bzw. Abschälen konnte bei der Polymer-Struktur, die nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist, von der in 3 der Ausschnitt 27 gezeigt ist, nicht beobachtet werden.
In dem obigen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung weist das erste Polymer-Material beispielsweise einen Photolack und bevorzugt einen SU-8 Photolack auf, jedoch sind beliebige Polymer-Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe Alternativen. In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das zweite Polymer-Material z. B. einen Photolack, bevorzugt einen SU-8-Photolack auf, jedoch sind beliebige Polymer-Materialien wie beispielsweise Kunststoffe Alternativen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel weist das zweite Polymer-Material z. B. eine höhere Viskosität als das erste Polymer-Material auf, und noch bevorzugter eine Viskosität, die um einen Faktor in einem Bereich von 5 bis 15 höher als die Viskosität des ersten Polymer-Materials ist, jedoch sind beliebige Verhältnisse der Viskositäten des ersten Polymer-Materials zu der Viskosität des zweiten Polymer-Materials Alternativen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liegt die Dicke der Haft-Schicht z. B. in einem Bereich von weniger als 10 μm und bevorzugt in einem Bereich von 0,1 μm bis 10 μm und noch bevorzugter in einem Bereich von 2 μm bis 3 μm, jedoch sind beliebige Dicken der Haft-Schicht Alternativen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liegt ein Verhältnis einer Dicke der verbleibenden Polymer-Schicht 19 zu einer Dicke der verbleibenden Haft-Schicht 15 z. B. in einem Bereich von 4 bis 1000 und bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 50. Jedoch sind beliebige Verhältnisse der Dicke der verbleibenden Polymer-Schicht 19 zu der Dicke der verbleibenden Haft-Schicht 15 Alternativen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liegt die Dicke der Polymer-Schicht 17 z. B. in einem Bereich von 40 μm bis 100 μm, jedoch sind beliebige Dicken der Polymer-Schicht 17 Alternativen. In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, weist die Polymer-Struktur 21 beispielsweise eine im Wesentlichen quaderförmige Form auf, und ein Aspektverhältnis, das in einem Bereich von 0,04 bis 10 liegt, jedoch sind beliebige Formen der Polymer-Struktur Alternativen. Das Aspektverhältnis ist dabei häufig richtungsabhängig, so dass sich beispielsweise in einer Richtung der quaderförmigen Polymer-Struktur ein Aspektverhältnis in einem Bereich von 0,4 bis 10 und in einer dazu senkrechten Richtung ein Aspektverhältnis in einem Bereich von 0,04 bis 1 ergibt.
In dem Verfahren gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren derart durchgeführt, dass vorzugsweise ein Verhältnis zwischen einem maximalen Abstand zwischen zwei Punkten eines Umfangs der Strukturierungsregion und einer maximalen Höhe der Polymer-Struktur (21) in einem Bereich von 4 bis 1000 liegt, allerdings sind beliebige Verhältnisse des maximalen Abstands zu der maximalen Höhe Alternativen.
In dem Verfahren gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Schritt des Strukturierens (S21) der Polymer-Schicht (17) derart durchgeführt, dass vorzugsweise der zweite Bereich größer ist als die Strukturierungsregion, und ein Abstand einer Umrisskante des zweiten Be reichs zu einer Umrisskante der Strukturierungsregion in einem Bereich von 0,1 μm bis 5 μm liegt und noch bevorzugter zumindest über eine Hälfte einer Länge der Umrisskante des zweiten Bereichs der Abstand der Umrisskante des zweiten Bereichs zu der Umrisskante der Strukturierungsregion in einem Bereich von 0,1 μm bis 5 μm liegt. Jedoch sind beliebige Abstände der Umrisskante des zweiten Bereichs zu der Umrisskante der Strukturierungsregion Alternativen. Auch könnten die Umrisskante des zweiten Bereichs und die Umrisskante der Strukturierungsregion bündig zueinander ausgeführt sein.
In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Schritt des Aushärtens S17 der verbleibenden Haft-Schicht 15 beispielsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 150° bis 250° und bevorzugt in einem Bereich von 190°C bis 210°C durchgeführt, jedoch sind beliebige Temperaturen beim Aushärten S17 Alternativen. In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Aushärten S17 der verbleibenden Haft-Schicht 15 über eine Zeitdauer beispielsweise in einem Bereich von 5 Minuten bis 50 Minuten und bevorzugt über eine Zeitdauer in einem Bereich 8 Minuten bis 12 Minuten durchgeführt, jedoch sind beliebige Zeitdauern für die Durchführung des Aushärtens S17 Alternativen.
Im dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird erläutert, dass mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung z. B. ein Hohlraum erzeugt werden kann, in dem ein piezoelektrischer Resonator, wie beispielsweise ein Bulk-Acoustic-Wave-Filter, angeordnet werden kann. Jedoch können in dem Hohlraum, der von der Substratoberfläche und der Polymer-Struktur gebildet ist, beliebige Bauelemente angeordnet werden. Die Polymer-Struktur ist hierbei nach einem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt worden. In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der zweite Bereich, der die Strukturierungsregion umfasst, und in dem die verbleibende Haft-Schicht 15 angeordnet ist, einen beliebigen Bereich einer Oberfläche des Substrats 11 umfassen, und sogar die gesamte Oberfläche des Substrats 11 umfassen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel weist in 2f die verbleibende Polymer-Schicht 19 vorzugsweise kleinere äußere Abmessungen als die verbleibende Haft-Schicht 15 auf, jedoch könnten die verbleibende Polymer-Schicht 19 und die verbleibende Haft-Schicht 15 auch bündig zueinander ausgeführt sein.

S11: Bereitstellen eines Substrats
S13: Aufbringen einer Haft-Schicht
S15: Strukturieren der Haft-Schicht
S17: Aushärten der Haft-Schicht
S19: Aufbringen einer Polymer-Schicht
S21: Strukturieren der Polymer-Schicht
11: Substrat
13: Haft-Schicht
15: verbleibende Haft-Schicht
17: Polymer-Schicht
19: verbleibende Polymer-Schicht
21: Polymer-Struktur
23: Höhe der Polymer-Struktur
25: Breite der Polymer-Struktur
27: Polymer-Struktur-Ausschnitt
29: dünne Photolack-Schicht
31: Auszug der dicken Photolack-Schicht
33: Differenz der Breite der dünnen Photolack-Schicht und der dicken Photolack-Schicht
35: Ausschnitt einer Polymer-Struktur nach einem herkömmlichen Verfahren

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Polymer-Struktur (21) auf einer Substratoberfläche, mit folgenden Schritten: Aufbringen (S13) einer Haft-Schicht (13) aus einem ersten Polymer-Material auf die Substratoberfläche, wobei als erstes Polymer-Material ein SU-8-Photolack verwendet wird; Strukturieren (S15) der Haft-Schicht (13), sodass in einem ersten Bereich das erste Polymer-Material der Haft-Schicht (13) entfernt wird und in einem zweiten Bereich das erste Polymer-Material der Haft-Schicht (13) verbleibt; Aufbringen (S19) einer Polymer-Schicht (17) eines zweiten Polymer-Materials unmittelbar auf die Substratoberfläche und die verbleibende Haft-Schicht (15), wobei als zweites Polymer-Material ein SU-8-Photolack mit einer höheren Viskosität als das erste Polymer-Material verwendet wird; und Strukturieren (S21) der Polymer-Schicht (17), sodass dieselbe nur in dem zweiten Bereich und somit auf der verbleibenden Haft-Schicht (15) verbleibt, wobei die Polymer-Struktur (21) die verbleibende Haft-Schicht (15) und die verbleibende Polymer-Schicht (19) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Dicke der Haft-Schicht (13) in einem Bereich von weniger als 10 μm liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem dem Schritt des Strukturierens (S15) der Haft-Schicht (13) ein Schritt eines Aushärtens (S17) der Haft-Schicht (13) folgt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem der Schritt des Aushärtens (S17) bei einer Temperatur in einem Bereich von 150°C bis 250°C durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem die Zeitdauer, in der der Schritt des Aushärtens (S17) durchgeführt wird, in einem Bereich von 5 Minuten bis 50 Minuten liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Viskosität des zweiten Polymer-Materials um einen Faktor 5 bis 15 höher ist als die Viskosität des ersten Polymer-Materials.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Verhältnis der Dicke der verbleibenden Polymer-Schicht (19) zur Dicke der verbleibenden Haft-Schicht (15) in einem Bereich von 4 bis 1000 liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Dicke der Polymer-Schicht (17) in einem Bereich von 40 μm bis 100 μm liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Verhältnis zwischen dem maximalen Abstand zwischen beliebigen zwei Punkten auf dem Umfang einer Strukturierungsregion, innerhalb der die verbleibende Polymer-Schicht (19) mit der verbleibenden Haft-Schicht (15) überlappt, und der maximalen Höhe der Polymer-Struktur (21) in einem Bereich von 4 bis 1000 liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Schritt des Strukturierens (S21) der Polymer-Schicht (17) derart durchgeführt wird, dass der zweite Bereich größer ist als eine Strukturierungsregion, innerhalb der die verbleibende Polymer-Schicht (19) mit der verbleibenden Haft-Schicht (15) überlappt, und der Abstand des Umfangs des zweiten Bereichs zu dem Umfang der Strukturierungsregion in einem Bereich von 0,1 μm bis 5 μm liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Schritt des Strukturierens (S21) der Polymer-Schicht (17) derart durchgeführt wird, dass der zweite Bereich größer ist als eine Strukturierungsregion, innerhalb der die verbleibende Polymer-Schicht (19) mit der verbleibenden Haft-Schicht (15) überlappt, und zumindest über die Hälfte der Länge des Umfangs des zweiten Bereichs der Abstand des Umfangs des zweiten Bereichs zum Umfang der Strukturierungsregion in einem Bereich von 0,1 μm bis 5 μm liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Polymer-Struktur (21) und die Substratoberfläche einen Hohlraum umschließen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem ein piezoelektrischer Resonator in dem Hohlraum angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der piezoelektrische Resonator als ein Volumen-Wellen-Resonator ausgeführt ist.