Die Erfindung betrifft allgemein die Verkapselung elektronischer und optoelektronischer Bauteile im Waferverbund. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verkapselung im Waferverbund unter Herstellung additiver Strukturen.

Für die Fertigung von integrierten elektronischen, optoelektronischen oder anderen Bauelementen für Mikrosysteme wurden Technologien entwickelt, die eine Erzeugung genau strukturierter Verkapselungsbeziehungsweise Passivierungsschichten und/oder Hohlräume (Kavitäten) ermöglicht. Die Gehäusung von optoelektronischen Bauelementen, welche einen optischen Sensor oder optisch aktive Elemente aufweisen, erfolgt mit lichtdurchlässigen Abdeckungen, welche die lichtempfindlichen Elemente vor Umgebungseinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder etwa vor mechanischen Beschädigungen schützen. Dabei wird insbesondere auch Glas als Werkstoff für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, unter anderem wegen dessen optischen Eigenschaften und hervorragenden Passivierungseigenschaften. Gegenüber den für die Verpackung und Kapselung von Halbleiterbauelementen häufig eingesetzten Kunststoffen besitzen Gläser beispielsweise eine deutlich geringere Permeabilität für Luft und bieten darüber hinaus auch einen hervorragenden Schutz gegen Wasser, Wasserdampf und insbesondere auch gegen aggressive Stoffe, wie Säuren und Basen. Derart gehäuste Mikro-Bauelemente werden typischerweise im Zusammenhang mit zum Beispiel Fingerprintsensoren, MEMS-Bauteilen, CCD-Kameras und Scannern eingesetzt. Diese Verfahren eignen sich dementsprechend insbesondere zum Verpacken von Bauelementen, die einen sensitiven Bereich, zum Beispiel einen optischen Sensor, aufweisen, der durch ein Gehäuse geschützt werden muß, wobei jedoch über das Gehäuse sicherzustellen ist, dass der Sensor seine externe, insbesondere optische Zugänglichkeit behält.

Die Fertigung des Bauelements, die Gehäusung der Bauelemente und die Herstellung der Anschlusskontaktierung nach außen erfolgt entweder noch im Verbund eines Wafers (Wafer-level-Packaging oder -Verpackung) oder auf dem vereinzelten Bauelement, beziehungsweise Halbleiterchip (Single-Size-Packaging oder -Verpackung). Eine Gehäusung der Bauelemente oder Chips nach dem Vereinzeln hat jedoch den Nachteil, dass die integrierten Schaltungen und/oder sensitiven Bereiche der Bauelemente während der Vereinzelung offen liegen und deren Funktion durch den beim Zersägen (Dicen) der Wafer entstehenden Schmutz oder Staub beeinträchtigt werden. Für die Herstellung von integrierten elektronischen und opto-elektronischen oder anderen Mikro-Bauelementen werden inzwischen vorrangig unterschiedlichste Waferlevel- Packaging Verfahren angewendet.

Im Rahmen des Wafer-Level-Packaging ist es zur Vermeidung einer Verschmutzung oder Beschädigung der aktiven Teile der Chips beispielsweise bekannt, bei einer optisch aktiven Fläche eines Halbleiterbauelements den aktive Bereich durch das Aufkleben eines Glases oder einer Folie auf den Siliziumwafer zu schützen.

Häufig stellt sich hierbei das grundlegende Problem, dass die bei der zur Abdeckung verwendeten Materialien nur schwer zu strukturieren sind, um beispielsweise hindurchführende Kontaktverbindungen für Anschlußkontaktierungen bereitzustellen. So werden zum Herstellen von Löchern im Gehäusungs- oder Abdeckungsmaterial üblicherweise konventionelle Techniken wie beispielsweise Ultraschallschwingläppen eingesetzt, wobei sich dabei im allgemeinen jedoch nur relativ "große" Löcher von mindestens 0,5 mm Durchmesser erzeugen lassen.

Weiterhin werden auch elektronische und opto-elektronische Komponenten benötigt oder verlangt, deren Gehäuse oder Abdeckungen mit einer Kavität versehen sind, oder eine Kavität erzeugen.

Um derartige Strukturen, wie Löcher oder Kavitäten zu erzeugen, gibt es im wesentlichen zwei grundlegende Ansätze: Bei einem additiven Ansatz werden Strukturen so hinzugefügt, daß die gewünschte Geometrie, etwa eine Schicht oder Abdeckung mit Löchern und/oder Kavitäten entsteht, oder es wird mittels einer subtraktiven Methode die gewünschten Strukturen durch Materialabtrag erzeugt.

Zur Erzeugung additiver Strukturen werden heute insbesondere Siebdruck und Ink-jet-Druckverfahren verwendet. Gilt es, genau hochauflösende und uniforme Strukturen zu drucken, so stößt insbesondere der Siebdruck auf technische Grenzen, insbesondere beim Aufdrucken feinster Glasfritten. Aber auch beim Drucken von feinsten Polymerstrukturen, etwa aus duroplastischen oder anderen Kunststoffen, Polymerklebern oder Lacken stoßen Siebdruck oder Stencil-Print-Verfahren bezüglich der geforderten Auflösung an ihre Grenzen.

Die DE 103 01 559 A1 beschreibt ein additives Verfahren, bei welchem ein Hilfssubstrat mit einer strukturierten Oberfläche verwendet wird, welche die Negativform der herzustellenden Mikrostrukturen darstellt. Auf dem Hilfssubstrat wird eine Glasschicht abgeschieden und das Hilfssubstrat entfernt. Die so hergestellten, abgeformten Mikrostrukturen, wie etwa Mikrolinsen können dann auf einem Produksubstrat angeordnet und fixiert werden.

Subtraktive Verfahren sind andererseits ebenfalls oft hinsichtlich ihrer Genauigkeit begrenzt. Zudem sind viele verwendete Materialien nicht ohne weiteres durch Materialabtrag zu bearbeiten. Will man beispielsweise einen Materialabtrag durch Ätzen herstellen, ist darauf zu achten, daß nicht etwa auch das Halbleiter-Substrat oder die darauf oder darin erzeugten Halbleiter-Elemente beschädigt werden.

Ein weiterer, vielfach bereits auf Wafer-Ebene eingesetzter Verfahrensschritt ist das Aufbringen von Lotkugeln auf Anschlußkontakte, um die Chips später direkt auf Platinen auflöten zu können. Diese Lotkugel-Anordnungen auf den Wafern werden auch als sogenannte „Ball-Grid-Arrays„ bezeichnet. Bekannte Technologien dazu sind das sogenannte Stencil Printing oder Elektro-Plating der Lote. Aus den US-Patenten US 6,390,439, US 6,332,569 und US 6,105,852 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung solcher Ball-Grid-Arrays bekannt, bei welchem ein strukturiertes Glas-Substrat verwendet wird. Das Glassubstrat weist Vertiefungen auf, in welchen die Lotkugeln hergestellt und dann auf die Anschlußkontakte eines Wafers übertragen werden. Die Herstellung des Glassusbtrats, welches als Form für die Lotkugeln eingesetzt wird, erfolgt durch Lithografie, gefolgt von nasschemischem Ätzen. Lithografie ist ebenso wie nasschemisches Ätzen von Glas eine eingeführte Technik. Beide Techniken sind jedoch mit spezifischen Nachteilen verknüpft: Lithografie benötigt aufwändiges, teures Equipment, in der Regel mit Reinraumanbindung. Bei dem in den vorgenannten Patenten beschriebenen Verfahren werden im speziellen auch noch durch Sputtern Metallschichten aufgebracht. Auch dieser im Vakuum durchgeführte Herstellungsschritt ist vergleichsweise teuer. Beim nasschemischen Ätzen ist weiterhin vor allem beim Einsatz von HF-Lösungen oder HF-haltigen Lösugen erheblicher Aufwand zum Schutz der Bearbeiter und des Umweltschutzes zu betreiben.

Aus der US 6,664,027 B2 ist ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen und elektromechanischen Elementen mittels bildgebender Verfahren aus einer Suspension von Nanopartikeln bekannt. Als bildgebendes Verfahren wird unter anderem Elektrofotografie vorgeschlagen. Durch eine Wärmebehandlung werden isolierende Hüllen um die Nanopartikel entfernt. Unter anderem können mit dem Verfahren Schichten mit Öffnungen hergestellt werden, um Kontakte zwischen beabstandeten Schichten herzustellen.

Die DE 101 51 131 A1 beschreibt das Herstellen strukturierter Schichten auf einem Substrat, bei welchem zunächst eine Maske aus fixiertem Toner auf der Oberfläche des Substrats mittels eines Laserdruckverfahrens aufgebracht wird. Anschließend wird dann eine strukturierte Schicht mit der durch die Maske definierten Struktur erzeugt. Als Substrat kann eine Polymerfolie, Glas oder Silizium eingesetzt werden.

Die US 6,545,829 B1 beschreibt eine Fotolithografie-Beschichtungsanlage mit einer Lichtquelle und einer Maske, die zwischen der Lichtquelle und einem mit Photoresist beschichteten Wafer angeordnet wird, um den Photoresist strukturiert zu belichten. Zusätzlich wird ein Pellikel zwischen der Lichquelle und dem Wafer angeordnet, mit welchem die Lichtintensität lateral moduliert wird. Es wird unter anderem vorgeschlagen, lichtabsorbierende Bereiche auf dem Pellikel durch Laserdruck herzustellen.

Aus dem Artikel „Initial Investigations into Low-Cost Ultra-Fine Pitch Solder Printing Process Based on Innovative Laser Printing Technology", A. Walker, D.F. Baldwin, IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing, Vol. 22, No. 4, Oktober 1999 wird das Aufdrucken von Loten mittels Laserdrucker zur Herstellung von ultrafeinen Lotkugelgittern beschrieben.

Die DE 10 2004 058 201 A1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem Bau- oder Kontaktelemente von einem Träger aufgenommen und positioniert auf eine Oberfläche übertragen werden. Dazu wird ein elektrostatisch aufladbarer Träger eingesetzt, der eine Oberfläche mit einer Fotoleiterschicht aufweist. Der Träger wird entsprechend der Geometrie der herzustellenden Anordnung der Bau- oder Kontaktelemente auf einer Oberfläche aufgeladen. Die Elemente haften dann entsprechend der Ladungsstruktur auf dem Träger und können so auf die Oberfläche übertragen und platziert werden. Unter anderem ist daran gedacht, auf diese Weise kugelförmige Kontaktelemente aufzunehmen und positioniert wieder abzulegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gehäuste und einfach und flexibel bondbare elektronische, insbesondere opto-elektronische Mikro-Bauelemente, auch mikroelektromechanische Bauelemente und ein vereinfachtes und wirtschaftliches Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dementsprechend ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Verpackung von Halbleiter-Wafern mit einer Vielzahl von elektronischen, und/oder optoelektronischen und/oder mikroelektromechanischen Bauteilen mit Halbleiter-Schaltungselementen an einer ersten Seite eines Halbleiter-Wafers vorgesehen, bei welchem additiv Strukturen auf einem Substrat erzeugt werden, indem Beschichtungsmaterial elektrofotografisch auf das Substrat übertragen wird. Dabei wird auf einer Oberfläche eines Hilfssubstrats durch strukturiertes Belichten eine strukturierte Oberflächenladung erzeugt, Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche des Hilfssubstrats aufgetragen, so daß ein Muster entsprechend der Ladungsverteilung der strukturierten Oberflächenladung auf der Oberfläche hergestellt, und das so hergestellte Muster auf ein zu beschichtendes Substrat übertragen wird. Aus dem aufgetragenen Beschichtungsmaterial werden auf dem Substrat additive Strukturen hergestellt. Das Substrat kann, je nach Anwendungsfall bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren sowohl der Halbleiter-Wafer selber, als auch ein mit diesem verbundener oder noch zu verbindender weiterer Wafer sein.

Das Verfahren eignet sich dabei sowohl für festes, insbesondere pulverförmiges, als auch für flüssiges Beschichtungsmaterial.

Additive Stukturen können auf diese Weise kostengünstig und in nahezu beliebigen Größen und Formaten auf dem Substrat hergestellt werden. Auch ist eine hohe Auflösung und Positionsgenauigkeit der additiven Stukturen erzielbar, was für die Verkapselung von Halbleiter-Bauteilen im Waferverbund von besonderer Wichtigkeit ist, da das Verkapseln in der Regel in mehreren Schritten durch Aufbringen strukturierter Beschichtungen und/oder Substrate erfolgt und die Strukturen möglichst genau zueinander positioniert sein sollten.

Das Beschichtungsmaterial wird dabei auf dem Substrat im Regelfall noch in Pulverform vorliegen. Um daraus beständige additive Strukturen herstellen zu können, kann sich in besonders bevorzugter Weiterbildung der Erfindung noch eine Wärmebehandlung anschließen. Eine solche Wärmebehandlung kann insbesondere das Aufschmelzen des aufgetragenen Beschichtungsmaterial umfassen. Neben Glas oder glashaltigen Tonern können auch Keramik enthaltende Toner, beziehungsweise Beschichtungsmaterialien, oder Toner, die ein Keramik-bildendes Material enthalten, eingesetzt werden, um daraus keramische Strukturen herzustellen. Das Herstellen der keramischen Strukturen kann dann durch einen Einbrand des aufgetragenen Beschichtungsmaterials erfolgen. Das elektrofotografische Bebildern mittels keramikhaltiger Toner wird bereits zur Herstellung von Dekors auf Glas oder Glaskeramik eingesetzt und ist für diese Anwendungen beispielsweise aus der EP 1125171 B1 bekannt. Dieser Stand der Technik wird ausdrücklich hinsichtlich der für den elektrofotografischen Auftrag verwendeten Vorrichtung und des mit der Vorrichtung durchgeführten Verfahren auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Die additiven Strukturen können weiterhin sowohl einseitig als auch beidseitig auf dem Substrat aufgebracht werden. Die erfindungsgemäße Technologie ist sowohl für das Verdrucken von duroplastischen als auch keramischen oder funktionalen Tonern geeignet. Mittels der Erfindung kann auch im Rahmen von Ceramic packaging (Low and high Temperature) auf sogenanntem Greentape zur Herstellung additiver Strukturen Beschichtungsmaterial aufgebracht werden, welches dann zusammen mit dem Greentape in keramisches Material oder in leitende Strukturen umgewandelt wird.

Besonders bevorzugt erfolgt weiterhin das strukturierte Belichten des Hilfssubstrats durch rechnergestützte Ansteuerung zumindest einer Lichtquelle. Dazu geeignet ist beispielsweise eine rechnergestützte Ansteuerung eines Dioden-Arrays oder eine Modulation eines über die Oberfläche des Hilfssubstrats rasternden Laserstrahls. Auf diese Weise kann eine im Rechner gespeicherte Vorlage direkt auf das zu beschichtende Substrat übertragen werden. Der besondere Vorteil ist hierbei, daß auf die Verwendung von Masken für die Herstellung strukturierter Schichten aus dem Beschichtungsmaterial verzichtet werden kann.

Ein besonders bevorzugtes Material für die additiven Strukturen ist Glas. Um Strukturen aus Glas, oder Glas enthaltende Strukturen herzustellen, kann ein Beschichtungsmaterial aufgetragen werden, welches Glasfritte oder Glas in Staub- oder Pulverform, oder auch eine Mischung glasbildender Bestandteile, die beim Aufschmelzen des Beschichtungsmaterials ein Glas bilden, enthält. Zusätzlich können hier, wie auch bei anderen Beschichtungsmaterialien auch noch organische Binder enthalten sein, welche das Beschichtungsmaterial nach dem Auftragen auf der zu beschichtenden Oberfläche zunächst fixieren. Durch Erwärmen kann dann die Glasfritte aufgeschmolzen werden, so daß sich Glasstrukturen oder zumindest glashaltige Strukturen bilden. Glas eignet sich gleich in mehrfacher Weise zur Verkapselung von Halbleiter-Bauelementen. So können mit Glas optische Strukturen hergestellt werden, welche Funktionalitäten für optoelektronische Bauelemente ergeben. So ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung daran gedacht, ein Beschichtungsmaterial, welches Glasfritte enthält, auf einen optisch transparenten Wafer elektrofotografisch aufzutragen, und aus dem Beschichtungsmaterial optische Elemente auf dem Substrat auszubilden. Dies ist wesentlich weniger aufwendig verglichen mit einer subtraktiven Methode, wie etwa das Herausarbeiten von Linsen durch Materialabtrag von der Oberfläche. Auch können in diesem Fall vorteilhaft beidseitig glatte, beziehungsweise unstrukturierte Glaswafer mit ebenen Oberflächen verwendet werden. Es ist für die Herstellung additiver Strukturen auf einem transparenten Wafer, wie insbesondere einem Glaswafer dabei zweckmäßig, wenn der optisch transparente Wafer auf den Halbleiterwafer oder zumindest einen mit dem Halbleiterwafer verbundenen weiteren Wafer gebondet wird, so daß der optisch transparente Wafer auf der aktiven Seite des Halbleiterwafers mit den Halbleiter-Schaltungselementen angeordnet ist. Das Aufbringen der additiven Strukturen durch Aufschmelzen der Glasfritte wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dabei vor dem Bonden des optisch transparenten Wafers auf den Halbleiter-Wafer vorgenommen. Auf diese Weise wird weder der Halbleiter-Wafer, noch insbesondere die Verbindung mit dem oder den weiteren Wafern thermisch beim Herstellen der optischen Strukturen belastet.

In vorteilhafter Weise können aus dem Beschichtungsmaterial beispielsweise Linsen hergestellt werden. Diese können insbesondere auf einem transparenten Wafer erzeugt werden, oder auch direkt auf dem Halbleiter-Wafer. Das erfindungsgemäße Verfahren mit einer elektofotografischen Übertragung des Beschichtungsmaterials auf das zu beschichtende Substrat ist aber auch hinreichend genau, um aus dem Beschichtungsmaterial diffraktive Strukturen herzustellen. Solche Strukturen sind beispielsweise geeignet, um als Strahlteiler, zur Korrektur chromatischer Abberationen oder zur räumlichen spektralen Trennung zu dienen. Die Verwendung unterschiedlicher Gläser oder glasshaltiger Toner beim ein- oder mehrmaligen elektrofotografischen Auftrag von Beschichtungsmaterial ermöglicht eine weitergehende Optimierung der optischen Eigenschaften oder der Anpassung an Substrate und deren Ausdehnungkoeffizient. So können u.a. Glasrahmen mit höherem Brechungsindex und/oder Ausdehungskoeffizienten auf Träger mit einem niedrigen Brechunsindex und/oder Ausdehnungskoeffizienten aufgetragen werden.

Allgemein kann das Beschichtungsmaterial mit einer Konturgenauigkeit von zumindest 400 dpi, vorzugsweise zumindest 600 dpi aufgebracht werden.

Eine weitere sehr positive Eigenschaft von Glas für die Verkapselung von Bauelementen ist dessen äußerst geringe Permeabilität. Aufgrund dieser Eigenschaft kann mit strukturierten Glasschichten, die erfindungsgemäß herstellbar sind, auch eine sehr gute Verkapselung bewirkt werden, wenn der Halbleiter-Wafer als Substrat für die hergestellten additiven Strukturen dient.

Eine weitere Anwendung für die Erfindung ist die Herstellung von Bondrahmen aus dem Beschichtungsmaterial. An den Bondrahmen können dann zwei Wafer miteinander verbunden werden. Die Bondrahmen können sowohl für ein anodisches Bonden, als auch für eine Verbindung mit Klebstoff eingesetzt werden.

Als Hilfssubstrat wird vorzugsweise ein zylinder- oder trommelförmiges Substrat verwendet, auf dessen zylindrischer Oberfläche das Beschichtungsmaterial aufgetragen und durch Rotation des trommelförmigen Hilfssubstrats auf die Oberfläche des zu beschichtendes Substrat übertragen wird. Als trommelförmiges Hilfssubstrat kann dabei insbesondere eine OPC-Trommel verwendet werden, wie sie in gleicher oder ähnlicher Weise auch in Kopierern oder Laserdruckern eingesetzt wird. Besonders bevorzugt wird das Beschichtungsmaterial dabei nicht direkt vom trommelförmigen Hilfssubstrat auf das zu beschichtende Substrat übertragen. Vielmehr ist es günstiger, das Beschichtungsmaterial vom zylinderförmigen Hilfssubstrat durch Rotation auf ein zylinderförmiges Transfersubstrat mit flexibler Oberfläche und von diesem auf das zu beschichtende Substrat zu übertragen. Die Übertragung auf das Transfersubstrat muß dabei nicht direkt erfolgen, vielmehr kann auch noch zumindest ein weiteres Transfersubstrat zwischengeschaltet sein. Die flexible Oberfläche des Transfersubstrats verhindert eine Beschädigung der Vorrichtung und/oder des zu beschichtenden Substrats und sorgt außerdem für einen guten Kontakt und damit einen möglichst fehlerfreien Auftrag des Beschichtungsmaterials auf dem zu beschichtenden Substrat.

Eine weitere Anwendung der Erfindung ist die Herstellung strukturierter Isolationsschichten auf dem Halbleiter-Wafer. Auch hier eignet sich ein Beschichtungsmaterial mit einer Glasfritte besonders, da Glas außerdem hervorragend elektrisch isoliert. Die strukturierte Isolationsschicht kann beispielsweise Öffnungen aufweisen. Derartige Öffnungen können dann zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiter-Bauteile dienen.

Es sind weiterhin nicht nur anorganische Materialien, wie etwa die oben genannte Glasfritte für die erfindungsgemäße Herstellung additiver Strukturen geeignet. Bei der Verkapselung von Halbleiter-Bauteilen können auch Polymere verwendet werden. So ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, ein Beschichtungsmaterial durch elektrofotografischen Übertrag vom Hilfssubstrat aufzutragen, welches ein Polymer enthält. Beispielsweise können aus transparenten Polymeren auch optische Elemente für optoelektronische Bauteile gefertigt werden. Ebenso können damit hergestellte Polymerstrukturen auch als elektrische Isolationsschichten dienen. Geeignet sind diesbezüglich insbesondere auch duroplastische Toner als Beschichtungsmaterial. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fixierung keramischer oder duroplastischer Toner ist aus der DE 101 14 526 A1 bekannt. Dieses Verfahren, beziehungsweise die entsprechende Vorrichtung ist auch geeignet, um aus duroplastischen oder keramischen Tonern additive Strukturen für das Verpacken von Halbleiter-Bauelementen auf Waferebene herzustellen. Das Verfahren zur Fixierung basiert darauf, daß ein Tonerpulver als Beschichtungsmaterial auf einem plattenförmigen Substrat aufgebracht und das bei dem der auf der beschichteten Oberseite des Trägers aufgebrachte Beschichtungsmaterial durch Wärmeeinwirkung auf dem Substrat fixiert wird. Dabei wird die beschichtete Oberseite und die nicht beschichtete Unterseite des plattenförmigen Substrats mit Infrarotstrahlung und/oder einem Heißluftstrom und/oder einer Mikrowellenstrahlung beaufschlagt. Vorzugsweise wird ein Substrat mit einem Flächengewicht von > 500 g/qm verwendet, welches einen Teil der auf die nicht beschichtete Unterseite des Substrats gerichtete Beaufschlagung durchlässt und einen anderen Teil derselben absorbiert. Es ist weiterhin daran gedacht, dieses Verfahren zur Fixierung auch für andere Beschichtungsmaterialien, wie etwa Glasfritte enthaltende Toner oder thermoplastische Toner zu verwenden, um daraus additive Strukturen herzustellen.

Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, aus dem Beschichtungsmaterial eine strukturierte Schicht zu erzeugen, welche Aussparungen um Halbleiter-Schaltungselemente des Halbleiter-Wafers, insbesondere optische Sensor- oder Emitter-Elemente aufweist, wobei der Halbleiter-Wafer mit einem weiteren Wafer verbunden wird, so daß die aus dem Beschichtungsmaterial hergestellte Schicht eine Abstandhalter-Schicht zwischen dem Halbleiter-Wafer und dem weiteren Wafer bildet und Kavitäten durch die Aussparungen zwischen dem Halbleiter-Wafer und dem weiteren Wafer gebildet werden. Mit derartigen Kavitäten wird ein direkter Kontakt der aktiven Halbleiter-Elemente mit der Verkapselung vermieden. Auch kann eine solche Kavität optische Funktionen, wie etwa einen hohen Brechungsindex-Unterschied zum Material des die Kavität gegenüberliegend zum Halbleiter-Wafer abschließenden weiteren Wafers bewirken.

Es ist auch möglich, aus dem Beschichtungsmaterial additive leitende Strukturen zur Kontaktierung der Halbleiter-Bauteile herzustellen. Beispielsweise ist daran gedacht, Lotkugeln aus dem Beschichtungsmaterial herzustellen, um den Bumping-Prozess bei der Bauteil-Herstellung zu vereinfachen. Gemäß noch einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung werden mit dem Beschichtungsmaterial elektrisch leitende Verbindungen von einer Ebene mit elektrischen Kontakten oder Leitern zu einer dazu beabstandeten Leiter-Ebene, insbesondere zwischen verschiedenen übereinander angeordneten Leiter-Ebenen hergestellt. Beiden vorgenannten Ausführungsformen ist in vorteilhafter Weise gemeinsam, daß aufwendige Maskenprozesse bei der Herstellung elektrisch leitender Strukturen vermieden werden können. Um eine erfindungsgemäße elektrofotografische Übertragung des Beschichtungsmaterials auf das zu beschichtende Substrat zu ermöglichen, ist jedoch nichtleitendes Beschichtungsmaterial bevorzugt, um die Haftung des Beschichtungsmaterials auf dem Hilfssubstrat zu verbessern. Um dies zu erreichen, kann ein Beschichtungsmaterial verwendet werden, welches eine Metallverbindung enthält, wobei aus der Metallverbindung ein elektrisch leitendes Material hergestellt wird. Die Metallverbindung selbst ist dabei noch nicht elektrisch leitend. Insbesondere kann die Umwandlung in elektrisch leitende additive Strukturen dabei durch eine nachfolgende Wärmebehandlung erfolgen. So kann aufgrund der Erwärmung oder Erhitzung des aufgetragenen Beschichtungsmaterials eine thermische Zersetzung der Metallverbindung erfolgen, bei welcher das Metall auf dem Substrat zurückbleibt und eine elektrisch leitende Struktur bildet. Geeignet sind beispielsweise metallorganische Verbindungen, Metall-Iodide, Metall-Bromide und/oder Metall-Carbonyl-Verbindungen. Gemäß einer anderen, alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung wird zur Herstellung elektrisch leitender Strukturen ein Beschichtungsmaterial aufgetragen, welches Metallpartikel enthält, wobei durch Wärmebehandlung des auf dem Substrat aufgetragenen Beschichtungsmaterials aus dem Beschichtungsmaterial mit den Metallpartikeln ein metallisches elektrisch leitendes Material erzeugt wird. Beispielsweise können die Metallpartikel mit einem dielektrischen Material verkapselt sein, wobei das dielektrische Verkapselungsmaterial bei einer Erwärmung dann abdampft oder sich zersetzt. Die Metallpartikel können dann miteinander verschmelzen und so eine leitfähige additive Struktur bilden.

Zur Herstellung leitender Verbindungen kann gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung ein leitendes Polymer als Bestandteil des Beschichtungsmaterials verwendet werden.

Dieses kann unter anderem im Beschichtungsmaterial in Form von gekapselten Partikeln vorhanden sein.

Das Beschichtungsmaterial kann weiterhin auch mit definiert variierender Schichtdicke innerhalb beschichteter Bereiche auf das zu beschichtende Substrat aufgetragen werden. Ein solches Grautonverfahren ermöglicht beispielsweise eine Verrundung der Kanten der aufgedruckten Strukturen. Dies ist unter anderem vorteilhaft, wenn Linsen als additive Strukturen mittels der Erfindung hergestellt werden sollen. Auch erleichtern verrundete oder schräge Kanten nachfolgende Vakuum-Beschichtungsprozesse, wie etwa das Aufdampfen oder Sputtern von Beschichtungen, da durch die schräg verlaufende Kanten Abschattungen vermieden werden.

Das Substrat kann weiterhin auch in mehreren Schritten durch mehrfaches sukzessives elektrofotografisches Aufbringen von Beschichtungsmaterial mit additiven Strukturen versehen werden. Durch einen solchen Mehrschichtdruck können verschachtelte und stufenförmige Rahmen/Bondstrukturen auf das Substrat gebracht werden oder auch Verbindungen (Metalisierungen und Metalstrukturen (interconnects)) oder optische Strukturen/Optiken auf dem Substrat gedruckt werden. Auch auf diese Weise können bestimmte definierte Schichtdickenverläufe realisiert werden. Insbesondere können verschiedene Beschichtungsmaterialien miteinander kombiniert werden. So ist daran gedacht, auf diese Weise Isolationsschichten und Leiterstrukturen durch mehrfaches Überdrucken aufzubringen. Weiterhin können durch ein solches mehrfaches Überdrucken bestimmte Schichtdicken erzielt werden, die mit einem einfachen Beschichtungsschritt nicht erreicht werden können. Das Beschichtungsmaterial kann dabei in mehreren Schritten erst aufgebracht und dann die mehreren Schichten gemeinsam fixiert, beispielsweise eingebrannt oder aufgeschmolzen werden. Es ist dabei auch möglich, dieses Verfahren des mehrschichtigen Aufbringens und gemeinsamen Fixierens der Strukturen zwei- oder mehrmals zu wiederholen. Noch eine Möglichkeit besteht außerdem darin, jeweils eine Schicht aufzubringen und vor dem Aufbringen der nächsten Schicht einzubrennen.

Auch wenn sich mit dem Verfahren bereits recht genaue Strukturierungen erzeugen lassen, kann es dennoch von Vorteil sein, wenn die additiven Strukturen noch weiter strukturierbar sind, beispielsweise um eine noch detailliertere Strukturierung durchzuführen. Dazu ist gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, ein photostrukturierbares Material, wie insbesondere Photoresist, beispielsweise mit einem BCB-haltigen Beschichtungsmaterial elektrofotografisch aufzubringen.

Das Verfahren ist nicht nur dazu geeignet, direkt aus dem Beschichtungsmaterial additive Strukturen auf den Halbleiter-Wafer oder dem Waferverbund, aus welchem später die Bauteile abgetrennt werden, aufzubringen. Vielmehr kann das Verfahren auch vorteilhaft dazu eingesetzt werden, eine Form zum Abformen additiver Strukturen, insbesondere für das Verpacken von Halbleiter-Wafern herzustellen. Dazu ist gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, auf einem Substrat elektrofotografisch Beschichtungsmaterial strukturiert aufzubringen und aus dem Beschichtungsmaterial eine strukturierte Schicht zum Abformen additiver Strukturen herzustellen. Mit einem weiteren Beschichtungsmaterial und der durch Beschichtung des Substrats hergestellten Form können dann additive Strukturen abgeformt und mit einem Wafer verbunden werden.

So kann das Verfahren sehr vorteilhaft dazu eingesetzt werden, auf dem Substrat eine strukturierte Schicht mit Löchern herzustellen, die als Form für Lotkugeln zum Kontaktieren von Anschlußkontakten eines Halbleiter-Wafers verwendet wird. Dazu wird mittels elektrofotografischem Aufbringen von Beschichtungsmaterial eine Beschichtung auf dem Substrat aufgebracht, die eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, deren laterale Positionen zu den lateralen Positionen von Anschlußkontakten auf einem Wafer korrespondieren, so daß die Vertiefungen und die Anschlußkontakte beim Aufeinandersetzen der beschichteten Seite des Substrats auf die Seite des Wafers mit den Anschlußkontakten und gegebenenfalls einer Ausrichtung der Form, beziehungsweise des beschichteten Substrats zum Wafer die Anschlußkontakte und Vertiefungen aufeinander zu liegen kommen, beziehungsweise jeweils gegenüberliegen. Die Form kann dann mit Lot gefüllt und das Lot unter Aufschmelzen und Aufsetzen auf den Wafer dann auf die Anschlußkontakte übertragen werden.

Vielfach sind auch Kavitäten bei der Verpackung von elektronischen Bauelementen erwünscht. Beispielsweise sind Kavitäten bei der Verkapselung von mikroelektromechanischen Bauteilen zweckmäßig, um den bewegten Teilen der Bauelemente die notwendige Bewegungsfreiheit zu verschaffen. Ein Verfahren ist unter anderem das Aufsetzen von Kappen, die beispielsweise aus Keramik oder keramisierbarem Material gefertigt sind. Nachteilig ist hier, daß derartige Kappen vergleichsweise teuer sind. Für viele Anwendungen reichen auch Kunststoffe zur Verkapselung aus. Diese sind zwar wesentlich kostengünstiger, allerdings sind die Formen zu deren Formung sehr aufwendig und entsprechend teuer in der Herstellung. Mittels der Erfindung können jedoch auch Formen zur Herstellung von Gehäuseteilen mit hoher Genauigkeit und wesentlich verringerten Herstellungskosten gefertigt werden. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht dazu ein Verfahren vor, bei welchem mittels elektrofotografischem Aufbringen von Beschichtungsmaterial eine Beschichtung auf dem Substrat aufgebracht wird, wobei die Beschichtung derart strukturiert ist, daß sie eine Vielzahl von Erhebungen aufweist, deren laterale Positionen zu lateralen Positionen von Bauelementen auf einem Wafer korrespondieren, und wobei von der so strukturierten Oberfläche des beschichteten Substrats ein Teil mit Vertiefungen abgeformt und mit dem Wafer verbunden wird, wobei die Vertiefungen Kavitäten für die Bauteile des Wafers bilden.

Eine weitere Möglichkeit, die Erfindung mittelbar zur Erzeugung von Strukturen auf Wafern einzusetzen, ist, durch elektrofotografisches Aufbringen von Beschichtungsmaterial eine Lithografiemaske für die Herstellung von Halbleitern oder zur photolithografischen Herstellung additiver Strukturen auf Wafern zu erzeugen. Die Maske kann dann beispielsweise zur strukturierten Belichtung einer Photoresist-Schicht auf einen mit dem Photoresist beschichteten Wafer aufgesetzt werden, wobei die Schicht im Kontakt- oder Proximity-Verfahren belichtet und anschließend strukturiert wird. Ebenso kann eine solche Maske auch für eine Projektionsbelichtung verwendet werden. Eine solche Maske ist insbesondere für die Abbildung einfacherer Strukturen geeignet, zeichnet sich jedoch gegenüber den üblicherweise bei der Halbleiterfertigung eingesetzten chrombeschichteten, elektronenstrahllithografisch strukturierten Masken durch ihre sehr geringen Herstellungskosten aus.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile. Es zeigen:

1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

2 bis 4 anhand schematischer Querschnittansichten Verfahrensschritte zur Verpackung von Halbleiter-Wafern mit optischen Elementen als additiven Strukturen,

5 und 6 Varianten der in 2 gezeigten Fertigungsstufe,

7 und 8 anhand schematischer Querschnittansichten Verfahrensschritte zur Verbindung eines Halbleiter-Wafers mit aus elektofotografisch aufgebrachtem Beschichtungsmaterial hergestellten Bondrahmen,

9 bis 12 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem mittels elektofotografischem Auftrag von Beschichtungsmaterial strukturierte Isolationsschichten und leitende Strukturen hergestellt werden,

13 bis 16 Verfahrensschritte zum Aufbringen von Lotkugeln auf Anschlußkontakte eines Bauelemente-Wafers,

17 eine Form für das Aufbringen von Lotkugeln auf Wafern,

18 eine durch elektrofotografisches Aufbringen von Beschichtungsmaterial hergestellte Lithografiemaske, und

19 bis 21 Verfahrensschritte zum Verpacken von Halbleiter-Bauteilen in Kavitäten.

1 zeigt eine als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Vorrichtung zum elektrofotografischen Auftragen additiver Strukturen 7 auf eine Unterlage, beziehungsweise ein Substrat 2. Die Funktionsweise einer solchen Vorrichtung entspricht prinzipiell der eines Laserdruckers oder Kopierers.

Das unter Verwendung der Vorrichtung 1 durchgeführte Verfahren zur Verpackung von Halbleiter-Wafern mit einer Vielzahl von elektronischen oder optoelektronischen Bauteilen basiert darauf, daß additiv Strukturen auf der Oberfläche 21 eines Substrats 2 erzeugt werden, indem Beschichtungsmaterial elektrofotografisch auf das Substrat 2 übertragen wird, wobei auf einer Oberfläche eines Hilfssubstrats durch strukturiertes Belichten eine strukturierte Oberflächenladung erzeugt und Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche des Hilfssubstrats aufgetragen wird, so daß ein Muster entsprechend der Ladungsverteilung der strukturierten Oberflächenladung auf der Oberfläche hergestellt, und das so hergestellte Muster auf ein zu beschichtendes Substrat übertragen wird.

Als Hilfssubstrat dient dabei eine Fotoleitertrommel 62. Die Fotoleitertrommel 62 weist einen Trägerkörper, in der Regel eine Aluminiumtrommel auf. Darauf ist eine leitfähigen Beschichtung, eine ladungserzeugende Schicht, einer Ladungstransportschicht und eine Verschleißschutzschicht aufgebracht. Die Fotoleitertrommel 62 rotiert, wobei deren Oberfläche zunächst an einer Reinigungs- und Löschlichteinheit 64 und anschließend an einem Ladekorotron 63 vorbeibewegt wird, wodurch dieses Ladung an die Fotoleitertrommel 62 abgibt und die Oberfläche der Fotoleitertrommel 62 zunächst gleichmäßig, beispielsweise negativ, auflädt.

Die aufgeladene Oberfläche der Fotoleitertrommel 62 wird dann durch deren Rotation an einem Bebilderungssystem 57, z.B. an einem LED-Array oder Lasersystem, vorbeibewegt. Diese wird wiederum von einer Recheneinrichtung 51 angesteuert, so daß die Fotoleitertrommel 62 entsprechend dem auf die Oberfläche der Unterlage 2 zu übertragenen Motiv belichtet wird, so daß auf der zylindrischen Oberfläche des Hilfssubstrats, beziehungsweise der Fotoleitertrommel 62 durch strukturiertes Belichten eine strukturierte Oberflächenladung erzeugt wird. Dabei wird das Licht an den belichteten Stellen in der ladungserzeugenden Grundschicht absorbiert und positive Ladungen erzeugt, die durch die Ladungstransportschicht die Ladung an der Oberfläche der Fotoleitertrommel kompensieren, so dass auf der Fotoleitertrommel ein latentes Ladungsbild des Motivs entsteht.

Mit einer Magnetbürste 61 einer Entwicklungseinheit 60 wird dann das Beschichtungsmaterial 6 aus einem Behälter 59 auf die Fotoleitertrommel 62 übertragen. Zwischen der Fotoleitertrommel 62 und der Entwicklungseinheit 60 wird dazu außerdem eine Biasspannung gelegt. Das Beschichtungsmaterial 6 haftet auf Grund des Potenzialunterschieds nur an den durch die Belichtung entladenen Bereichen der Fotoleitertrommel 62. Besteht das Substrat 2 aus einem vergleichsweise harten Material, wie beispielsweise aus Glas, wird der Toner vorteilhaft nicht direkt auf die Unterlage 2, sondern vielmehr von der Fotoleittrommel 62 zunächst auf ein Transfersubstrat in Form einer Transfertrommel 65 und erst dann auf die Unterlage 2 übertragen. Die Transfertrommel 65 weist eine weiche, beziehungsweise flexible Oberfläche, wie etwa aus Gummi, Silikon oder EPDM auf, die sich der Oberfläche der Unterlage 2 gut anpassen kann, so daß ein guter Kontakt des Substrats 2 zur Transfertrommel 65 und damit auch zum daran anhaftenden Beschichtungsmaterial auf der Transfertrommel 65 erreicht wird.

Das Substrat 2 wird mit einem Übertragungskorotron 66 ebenfalls gleichmäßig aufgeladen, so daß das Beschichtungsmaterial 6 von der Transfertrommel 65 abgezogen wird. Anstelle einer Aufladung mittels eines Übertragungskorotrons 66 kann eine uniforme Aufladung auch einfach durch direkten elektrischen Kontakt mit einer Spannungsquelle erzielt werden, wenn die Oberfläche des Substrats 2 leitfähig ist und die Ladung sich gleichmäßig verteilt.

In einem nachfolgenden Schritt wird das Beschichtungsmaterial 6 erwärmt um dadurch additive Strukturen 7 einer Verpackung von Halbleiter-Bauteilen im Waferverbund herzustellen. Zur Erwärmung ist bei der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 beispielhaft eine Heizquelle 10 vorgesehen. Werden additive Strukturen 7 aus Glas hergestellt, kann dazu das Beschichtungsmaterial 7 Glasfritte oder Glasstaub enthalten, welches durch die Heizquelle 10 aufgeschmolzen wird, so daß beim nachfolgenden Erstarren des Glases feste Glasstrukturen entstehen. Das Aufschmelzen kann auch, anders als in 1 gezeigt, in einer separaten Heizvorrichtung erfolgen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Aufschmelzen länger dauert als das elektrofotografische Auftragen des Beschichtungsmaterials 6.

Mit einer derartigen elektrofotografischen Beschichtung läßt sich eine laterale Auflösung der Strukturen 7 von < 100 &mgr;m, vorzugsweise < 50 &mgr;m erreichen. Es kann sowohl ein Graustufendruck mit variabler Schichtdicke, etwa mit einer Schichtdicke zwischen 1 &mgr;m und 8 &mgr;m, als auch ein Rasterdruck durchgeführt werden.

Durch mehrfache Wiederholung des Druckvorgangs können auch leicht additive Strukturen so aufgebracht werden, daß sie Bereiche mit stufenweise unterschiedlicher Schichtdicke aufweisen.

Anhand der 2 bis 4 werden anhand schematischer Querschnittansichten Verfahrensschritte zur Verpackung von Halbleiter-Wafern unter Verwendung des elektofotografischen Aufbringens additiver Strukturen erläutert. Zunächst wird, wie in 2 dargestellt, auf der Seite 21 eines transparenten Wafers 2, vorzugsweise eines Glas-Wafers Beschichtungsmaterial 6 strukturiert aufgetragen. Das Auftragen erfolgt elektofotografisch wie anhand von 1 erläutert. Das Beschichtungsmaterial 6 enthält in diesem Beispiel Glasfritte, beziehungsweise Glasstaub oder Glaspulver. Um das Beschichtungsmaterial auf der Seite 21 zu fixieren, ist darin vorzugsweise noch organischer Binder enthalten. Die Fixierung kann dabei durch Aufschmelzen und nachfolgendes Erstarren des Binders mittels einer Heizquelle 10, wie in 1 dargestellt, erfolgen. In einem nachfolgenden Schritt wird dann der Wafer 2 erhitzt, so daß der organische Binder abdampft. Durch weitere Erhitzung schmilzt schließlich die Glasfritte auf.

3 zeigt den transparenten Wafer 2 nach dem Aufschmelzen und Erstarren der Glasfritte im Beschichtungsmaterial 6. Die bei der vorangehenden Erhitzung miteinander verschmelzenden Glaspartikel der Glasfritte bilden nach dem Abkühlen und Erstarren additive Strukturen 7 auf der Seite 21 des Glas-Wafers 2. Allgemein ist es bevorzugt, bei der Herstellung additiver glashaltiger Strukturen auf Glas-Wafern eine Glasfritte zu verwenden, die einen niedrigeren Erweichungspunkt als das Material des Wafers aufweist, so daß der Wafer 2 bei der Herstellung der additiven Strukturen selbst nicht erweicht.

Aufgrund der Oberflächenspannung des geschmolzenen Glases kann sich außerdem wie in 3, ähnlich wie etwa bei einem Wassertropfen eine gewölbte Oberfläche der additiven Strukturen 7 ausbilden. Die additiven Strukturen 7 können auf diese Weise als Linsen 8 für zu verkapselnde optoelektronische Bauteile wirken.

Der transparente Wafer 2 wird nun bei dem hier erläuterten Beispiel mit einem Halbleiter-Wafer 3 mit Seiten 31, 32 verbunden, beziehungsweise gebondet, so daß der optisch transparente Wafer auf der aktiven Seite des Halbleiterwafers mit den Halbleiter-Schaltungselementen angeordnet ist. Im speziellen erfolgt die Verbindung mittels eines Klebstoffs oder Kunststoffs 11 zwischen der Seite 31 des Halbleiter-Wafers 3 und der Seite 22 des transparenten Wafers 2, wobei die Seite 22 der Seite 21 des transparenten Wafers 2 gegenüberliegt.

Auf der Seite 31 des Halbleiter-Wafers 3 sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Halbleiter-Schaltungselemente 35 der aus dem hergestellten Waferverbund herzustellenden optoelektronischen Bauteile angeordnet. Der mit den additiven Strukturen 7 in Form von Linsen versehene transparente Wafer 2 dient demgemäß zur Verkapselung der Halbleiter-Schaltungselemente 35 und weist darüber hinaus aufgrund der Linsen eine optische Funktionalität auf. Beispielsweise können die Halbleiter-Schaltungselemente 35 optische Sensoren umfassen, wobei das zu detektierende Licht durch die Linsen gebündelt wird. Bereits der strukturierte Auftrag des Beschichtungsmaterials 6 erfolgt dabei so, daß die lateralen Positionen, insbesondere zumindest die relativen Positionen der beschichtenden Bereiche auf der Seite 21 zu den lateralen Positionen der Halbleiter-Schaltungselemente kommensureabel sind. Dies gilt nicht nur für das hier gezeigte Beispiel, sondern vorzugsweise allgemein für die additiven Strukturen, um eine gute Ausrichtung der additiven Strukturen 7 relativ zu den Halbleiter-Schaltungselementen 35 zu ermöglichen.

Zusätzlich zur den anhand der 2 bis 4 gezeigten Verfahrensschritten können noch weitere, nicht dargestellte vorhergehende oder nachfolgende Schritte durchgeführt werden, um eine vollständige, insbesondere hermetische Verpackung der Halbleiter-Bauteile auf Wafer-Ebene zu schaffen.

Anhand der 5 wird nachfolgend eine Variante der in 2 gezeigten Fertigungsstufe erläutert. Bei dieser Variante wird das Beschichtungsmaterial 6 beim elektofotografischen Auftragen nicht mit einheitlicher Schichtdicke, sondern vielmehr unter Einsatz eines Grautonverfahrens, wie beispielhaft dargestellt, mit definiert variierender Schichtdicke innerhalb der beschichteten Bereiche auf der Seite 21 des transparenten Wafers 2 aufgebracht. Auf diese Weise können dann beispielsweise Linsen 8 mit einer definierteren Form durch ein nachfolgendes Aufschmelzen der Glasfritte hergestellt werden.

6 zeigt noch eine Variante der in den 2 und 5 gezeigten Fertigungsstufe. Bei dieser Variante wird eine definiert variierende Schichtdicke nicht durch einen Grauton-Druck, sondern durch mehrfaches sukzessives elektrofotografisches Aufbringen von Beschichtungsmaterial in mehreren Lagen 61 erreicht. Bei beiden Varianten, beziehungsweise den in den 5 und 6 dargestellten Fertigungsstufen kann dann nachfolgend eine Herstellung additiver Strukturen aus dem Beschichtungsmaterial und eine Verpackung optoelektronischer Schaltungselemente 35 erfolgen.

Um optische Elemente, wie etwa die in den vorstehend beschriebenen Figuren dargestellten Linsen 8 für die aus dem Wafer durch Abtrennen herstellbaren elektronischen oder optoelektronischen Bauteile zu erzeugen, können alternativ auch Beschichtungsmaterialien durch elektofotografischen Übertrag aufgetragen werden, die ein transparentes Polymer enthalten. In diesem Fall werden dann additive Kunststoffstrukturen, bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen also Kunststofflinsen erzeugt.

Anhand der 7 und 8 wird ein weiteres, mit den Merkmalen der anhand der 2 bis 6 erläuterten Ausführungsbeispiele kombinierbares Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung additiver Strukturen beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel beruht darauf, daß aus dem Beschichtungsmaterial Bondrahmen hergestellt werden, mit welchem der transparente Wafer 2 und der Halbleiterwafer 3 verbunden werden. Zunächst wird, wie in 7 gezeigt, wieder elektofotografisch Beschichtungsmaterial 6 auf den transparenten Wafer 2 aufgebracht. Bei dem in 6 gezeigten Beispiel wird jedoch kein Punkt- oder Fleckenmuster zur Herstellung von Linsen 8, sondern ein Muster mit von Beschichtungsmaterial umschlossenen Aussparungen hergestellt. Da die Bondrahmen zur Verbindung des transparenten Glaswafers 2 mit dem Halbleiter-Wafer dienen, wird außerdem das Beschichtungsmaterial auf die Seite 22 aufgebracht, welche nach dem Verbinden der Wafer dem Halbleiter-Wafer zugewandt ist.

8 zeigt den mit dem transparenten Wafer 2 über die aus dem Beschichtungsmaterial 6 hergestellten Bondrahmen 9 verbundenen Halbleiter-Wafer 3. Die Bondrahmen 9 bilden außerdem eine strukturierte Schicht, welche Aussparungen um die Halbleiter-Schaltungselemente 35 des Halbleiter-Wafers 3 aufweist, wobei die aus dem Beschichtungsmaterial 6 hergestellte Schicht, beziehungsweise die Bondrahmen 9 eine Abstandhalter-Schicht zwischen dem Halbleiter-Wafer und dem weiteren Wafer bilden und Kavitäten 12 durch die Aussparungen zwischen dem Halbleiter-Wafer 3 und dem transparenten Wafer 2 gebildet werden. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel wurden die beiden Wafer 2, 3 nicht mittels eines Klebers, sondern durch anodisches Bonden an den Bondrahmen miteinander verbunden. Das Beschichtungsmaterial 6 enthält bei diesem Beispiel wieder eine Glasfritte, so daß Glas-Bondrahmen als additive Strukturen erzeugt werden, die für ein anodisches Bonden mit dem Halbleiter-Material des Wafers 3 geeignet sind. Alternativ kann mittels der Bondrahmen 9 aber auch beispielsweise eine Verbindung mit einem Klebstoff erfolgen. Anstelle eines Beschichtungsmaterials mit Glasfritte kann beispielsweise auch ein polymerhaltiges Beschichtungsmaterial, wie etwa ein duroplastischer Toner eingesetzt werden.

Die 9 bis 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem mittels elektofotografischem Auftrag von Beschichtungsmaterial strukturierte Isolationsschichten und leitende Strukturen hergestellt werden. Dabei wird beispielhaft von dem Waferverbund, wie er in 8 gezeigt ist, ausgegangen. Um die optoelektronischen Bauteile 35 elektrisch zu kontaktieren, werden elektrische Kontakte auf der Rückseite des Wafers 3 erzeugt. Dies ist von Vorteil, da der optische Qualitätsbereich der Bauteile auf der Seite 31 des Wafers auf diese Weise nicht durch die sonst üblicherweise eingesetzten Drahtverbindungen, welche an Anschlußkontakte auf der aktiven Seite gebondet werden, beeinflußt wird. Um die Anschlußkontakte auf die Rückseite des Wafers 3 zu legen, wird der Wafer 3 zunächst, wie in 9 gezeigt, gedünnt. Anschließend werden elektrisch leitende Kanäle 16 von der Seite 32 her eingefügt. Beispielsweise können dazu Löcher in das Substrat des Wafers 3 geätzt werden, welche auf nicht dargestellte, mit den Halbleiter-Schaltungselementen elektrisch verbundene Anschlußflächen auf der aktiven Seite 31 des Wafers 3 stoßen. Die Löcher können dann mit einem leitenden Material ausgekleidet und/oder aufgefüllt werden. Oft ist es dann noch vorteilhaft, wenn die elektrischen Anschlußkontakte auf der Rückseite umverlegt werden, beispielsweise, um die Anschlußstellen besser über die Fläche verteilen zu können und damit die Gefahr von Kurzschlüssen beim Anschließen auf einer Leiterplatte zu verringern.

Das im folgenden näher beschriebene Ausführungsbeispiel zur Verpackung von Halbleiter-Bauteilen auf Waferebene basiert darauf, daß Beschichtungsmaterial elektofotografisch auf den Halbleiter-Wafer 3 aufgetragen und aus dem Beschichtungsmaterial strukturierte Isolationsschichten mit Öffnungen erzeugt, sowie additive leitende Strukturen zur Kontaktierung der Halbleiter-Bauteile aus elektrofotografisch aufgebrachtem Beschichtungsmaterial hergestellt werden.

Zunächst werden, wie in 9 gezeigt, in sukzessiven Schritten zwei verschiedene Beschichtungsmaterialien 13, 14 strukturiert auf der Wafer-Unterseite 32 durch elektrofotografischen Übertrag mit einer Vorrichtung, wie sie schematisch in 1 gezeigt ist, aufgetragen. Das Beschichtungsmaterial 13 kann beispielsweise eine Glasfritte und/oder ein Polymer enthalten, um daraus eine dielektrische, isolierende Schicht herzustellen. Das weitere Beschichtungsmaterial 14 hingegen dient zur Herstellung additiver elektrisch leitender Strukturen. Das Beschichtungsmaterial 13 wird dabei so strukturiert aufgebracht, daß die leitenden Kanäle 16 frei bleiben. Auf diese frei bleibenden Bereiche, beziehungsweise auf die leitenden Kanäle 16 wird das weitere Beschichtungsmaterial 14 aufgebracht. Die Herstellung der aus den Beschichtungsmaterialien 13, 14 zu erzeugenden additiven Strukturen kann dann beispielsweise in einem gemeinsamen Schritt, etwa durch eine Erwärmung des Beschichtungsmaterials erfolgen.

Um leitende additive Strukturen aus einem Beschichtungsmaterial, wie hier dem Beschichtungsmaterial 14 auszubilden, kann das Beschichtungsmaterial dazu beispielsweise eine Metallverbindung enthalten, welche sich unter Erwärmung zersetzt, so daß das Metall übrigbleibt. Möglich sind hier unter anderem metallorganische Verbindungen und Iodide und Carbonyle der Metalle. So kann Molybdän durch thermische Zersetzung von Molybdänhexacarbonyl, Mo(CO)₆, bei 350 °C bis 400 °C dargestellt werden. Ebenso kann auch Nickel durch thermische Zersetzung von Nickeltetracarbonyl erhalten werden. Auch viele Metalliodide zersetzen sich bei moderaten Temperaturen, wobei das freiwerdende Iod abdampft oder sublimiert. Wird ein entsprechendes geeignetes Beschichtungsmaterial 14 mit einer Metallverbindung, welche sich unter Erwärmung thermisch zersetzt, so daß das Metall zurückbleibt, also erst elektrofotografisch aufgetragen und dann erwärmt, so lassen sich elektrisch leitende, additive Strukturen aus dem strukturiert aufgebrachten Beschichtungsmaterial erzeugen. 10 zeigt den Waferverbund dazu in einer Fertigungsstufe nach Herstellung additiver Strukturen aus den Beschichtungsmaterialien 13, 14. Aus dem Beschichtungsmaterial 13 wurde eine strukturierte Isolationsschicht 15 mit Öffnungen 20 als additive Struktur erzeugt. Die Öffnungen 20 lassen die Kanäle 16 frei und sind mit elektrisch leitenden additiven Strukturen 17 zumindest teilweise aufgefüllt. Die elektrisch leitenden additiven Strukturen 17 wurden dabei aus dem Beschichtungsmaterial 14 erzeugt. Anschließend wird, wie ebenfalls in 10 dargestellt ist, erneut Beschichtungsmaterialien 14 auf die Seite 32 des Wafers strukturiert durch elektrofotografischen Auftrag aufgebracht.

Aus dem so aufgebrachten Beschichtungsmaterial 14 werden, wie in 11 dargestellt, elektrische Leiter 19 hergestellt, welche sich entlang der Seite 32 erstrecken und mit den elektrisch leitenden additiven Strukturen 17 verbunden sind. Demgemäß bilden dabei die elektrisch leitenden dditiven Strukturen 17 elektrisch leitende Verbindungen von einer Ebene, hier nämlich die Waferoberfläche zu einer dazu beabstandeten Leiter-Ebene, welche durch die Leiter 19 gebildet wird. Dabei wird der Abstand der Leiter-Ebene von der Waferoberfläche durch die strukturierte Isolationsschicht 15 erzeugt. Die Leiter-Ebene mit den Leitern 19 dient bei diesem Beispiel zur lateralen Umverlegung der Anschlußkontakte der elektronischen oder optoelektronischen Bauteile, beziehungsweise deren Halbleiter-Schaltungselemente 35. Auf die so beschichtete Seite 32 des Wafers 2 wird nun, wie ebenfalls in 11 gezeigt ist, eine weitere strukturierte Isolationsschicht 15 mit Öffnungen 20 aufgebracht, um die Leiter 19 nach außen hin zu isolieren.

Die Herstellung dieser Isolationsschicht 15 kann entsprechend wie bei der darunterliegenden Isolationsschicht erfolgen. Die Öffnungen 20 sind hier an den Enden der Leiter 19 angeordnet, um dort Lot für die elektrische Kontaktierung der Bauteile aufzubringen. 12 zeigt dazu den Waferverbund nach dem Aufbringen von Lot 37 in die Öffnungen 20 der zuletzt aufgebrachten Isolationsschicht 15. Das Lot 37 bildet dabei hervorstehende Lotkugeln, beziehungsweise gegenüber der Oberfläche der Isolationsschicht 15 erhabene Lotbereiche. Auch dieser Verfahrensschritt kann ähnlich zu der Herstellung der Leiter 19 und Verbindungen 17 unter Verwendung eines strukturierten elektrofotografischen Aufbringens von geeignetem Beschichtungsmaterial erfolgen, welches dann in ein Lot umgewandelt wird. Aus dem Waferverbund können dann abschließend fertig verpackte elektronische oder optoelektronische Bauelemente durch Abtrennen, beziehungsweise Dicen erfolgen.

Im folgenden wird auf die 13 bis 16 Bezug genommen, anhand welcher ein Verfahren erläutert wird, bei welchem additive Strukturen nicht direkt durch elektrofotografisches Aufbringen auf einem Wafer hergestellt werden, sondern bei welchem allgemein zunächst ein Master, beziehungsweise eine Form hergestellt wird, mittels welcher dann wiederum additive Strukturen auf einem Wafer erzeugt werden. Das Verfahren beruht darauf, daß mittels elektrofotografischem Aufbringen von Beschichtungsmaterial eine Beschichtung auf einem Substrat aufgebracht wird, wobei die Beschichtung derart strukturiert ist, daß sie eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, deren laterale Positionen zu den lateralen Positionen von Anschlußkontakten auf einem Wafer korrespondieren, so daß die Vertiefungen und die Anschlußkontakte beim Aufeinandersetzen der beschichteten Seite des Substrats auf die Seite des Wafers mit den Anschlußkontakten und gegebenenfalls einer Ausrichtung des beschichteten Substrats zum Wafer die Anschlußkontakte und Vertiefungen aufeinander zu liegen kommen, und wobei die Form mit Lot gefüllt und das Lot unter Aufschmelzen auf den aufgesetzten Wafer mit den Anschlußkontakten dann auf die Anschlußkontakte übertragen wird.

Zunächst wird dazu, wie in 13 gezeigt, auf einem Substrat 70 mit Seiten 71, 72 Beschichtungsmaterial 6 elektrofotografisch auf die Seite 71 des Substrats 70 aufgebracht. Das Aufbringen kann wiederum mit einer wie in

1 schematisch dargestellten Vorrichtung erfolgen. Das Aufbringen erfolgt strukturiert unter Aussparung von Bereichen 76 auf der Seite 71. Nachfolgend wird aus dem Beschichtungsmaterial 6 eine Beschichtung 69 hergestellt. Die Seite 71 weist infolge der strukturierten Beschichtung nun eine Anordnung von Vertiefungen 76 in der Beschichtung 69 auf. Die lateralen Positionen der Vertiefungen 76 korrespondieren dabei insbesondere mit lateralen Positionen von Anschlußkontakten eines Wafers. Das so beschichtete Substrat bildet demgemäß einen Master, beziehungsweise eine Form für das Aufbringen von Lotkugel-Anordnungen.

Für das Substrat 70 und die Beschichtung 69 ist beispielsweise Glas besonders geeignet. Demgemäß kann wiederum ein Beschichtungsmaterial 6 verwendet werden, welches Glasfritte enthält.

Mittels einer geeigneten Einrichtung wird nachfolgend Lot 37 in flüssigem, beziehungsweise aufgeschmolzenen Zustand in die Vertiefungen eingefügt. Die Walze 77, wie sie für das Einfüllen des Lots 37 in die Vertiefungen 76 bei dem in 14 gezeigten Beispiel verwendet wird, ist dabei lediglich beispielhaft. Ebenso kann unter anderem auch eine Platte verwendet werden, die über das Substrat geführt wird, und die eine oder mehrere Öffnugnen aufweist, durch welche das Lot hindurch und in die Vertiefungen hinein gepresst wird.

Anschließend wird die so erhaltene und mit Lot 37 versehene Form dann mit einem Wafer 3 zusammengesetzt, um Lotkugeln auf dem Wafer 3 herzustellen. Dieser Verfahrensschritt ist in 15 dargestellt. Der Wafer 3 weist auf einer Seite 31 eine Vielzahl von Anschlußkontakten 33 auf. Beim Aufeinandersetzen von Wafer 3 und beschichtetem Substrat 70 werden dabei die Anschlußkontakte 33 und Vertiefungen 76 so zueinander ausgerichtet, daß diese übereinanderliegen. Die Übertragung des Lots 37 auf die Anschlußkontakte geschieht durch Aufschmelzen des Lots in den Vertiefungen. Dabei benetzt das Lot 37 auch die Anschlußkontakte 33 und bleibt an diesen haften. Das Substrat 70 kann dann entfernt werden. Es wird dadurch ein wie beispielhaft in 16 gezeigter Wafer 3 mit Anschlußkontakten 33 erhalten, die mit Lotkugeln 78 versehen sind. Um die Haftung der Lotkugeln zu verbessern, kann außerdem noch ein weiterer Reflow-Schritt, beziehungsweise ein erneutes Aufschmelzen des Lots auf den Anschlußkontakten 33 erfolgen.

Um eine geeignete Form der Vertiefungen zu erhalten, welche das Ablösen des Lots 37 aus den Vertiefungen erleichtert, kann besonders vorteilhaft auch ein mehrschichtiges Aufbringen, wie es anhand von 6 beschrieben wurde eingesetzt werden. Eine entsprechend damit erhaltene Form für das Aufbringen von Lotkugeln ist in 17 dargestellt. Durch einen Mehrschichtdruck, oder alternativ durch ein Grautonverfahren wurde das Beschichtungsmaterial 6 so aufgebracht, daß sich eine runde, vorzugsweise kalottenförmige oder, wie dargestellt kugelkappenförmige Querschnittform der Vertiefungen ergibt oder eine solche runde Querschnittform zumindest approximiert ist. Bei einem mehrschichtigen sukzessiven elektrofotografischen Aufbringen von Beschichtungsmaterial, wie es auch zur Herstellung einer wie in 18 gezeigten Lithografiemaske einsetzbar ist, sind allgemein verschiedene Möglichkeiten denkbar: das Beschichtungsmaterial kann in mehreren Schritten erst aufgebracht und dann die mehreren Schichten gemeinsam eingebrannt werden. Diese Möglichkeit wird bevorzugt. Es ist dabei auch möglich, dieses Verfahren des mehrschichtigen Aufbringens und gemeinsamen Einbrennens der Strukturen zwei- oder mehrmals zu wiederholen. Noch eine Möglichkeit besteht darin, jeweils eine Schicht aufzubringen und vor dem Aufbringen der nächsten Schicht einzubrennen.

Das Material des Substrate, vorzugsweise auch des Beschichtungsmaterials kann weiterhin gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch an den Temperaturausdehnungskoeffizienten des Wafers angepasst sein. Unter einem derartigen Material wird insbesondere ein Material verstanden, dessen Temperaturausdehungskoeffizient von dem des Wafers im Temperaturbereich bis zum Aufschmelzen des Lots um nicht mehr als 10 % abweicht.

Die Strukturgrößen für eine wie beispielhaft in 14 oder 17 gezeigte Lotkugel-Form, hier also speziell die Vertiefungen 76 weisen vorzugsweise laterale Abmessungen- bei den Vertiefungen 76 also dementsprechend deren Durchmesser- im Bereich von zumindest 50 Mikrometer, besonders bevorzugt zumindest 100 Mikrometer auf. Um ein hinreichend großes Volumen für die Aufnahme des Lots bereitzustellen, weisen die Vertiefungen vorzugsweise eine Tiefe von zumindest 20 Mikrometern, besonders bevorzugt zumindest 40 Mikrometern auf. Die Volumina der Vertiefungen liegen vorzugsweise im Bereich von 1·10^–3 &mgr;m² bis 10·10^–3 &mgr;m².

18 zeigt ein weiteres Beispiel, wie mittels elektrofotografischer Beschichtung hergestellte additive Strukturen, beispielsweise für die Verpackung von Halbleiter-Bauteilen im Waferverbund verwendet werden können. Im speziellen zeigt 18 eine Lithografiemaske 80. Das Substrat 81 der Maske kann beispielsweise ein Glas- oder Glaskeramik-Wafer sein. Die Maske in diesem Beispiel ist als Binärmaske ausgeführt. Dazu wurden auf der Seite 82 des Substrats 81 additive Strukturen erzeugt, indem wiederum Beschichtungsmaterial elektrofotografisch auf das Substrat 81 übertragen wurde, wozu wie anhand von 1 beschrieben, auf einer Oberfläche eines Hilfssubstrats durch strukturiertes Belichten eine strukturierte Oberflächenladung erzeugt und Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche des Hilfssubstrats aufgetragen wird, so daß ein Muster entsprechend der Ladungsverteilung der strukturierten Oberflächenladung auf der Oberfläche hergestellt, und das so hergestellte Muster auf ein zu beschichtendes Substrat übertragen wird. Aus dem aufgetragenen Beschichtungsmaterial wurden dann auf dem Substrat additive Strukturen in Form einer strukturierten Beschichtung 84 hergestellt, welche Bereiche 83 auf der Seite 82 des Substrats 80 frei lässt. Die Beschichtung kann beispielsweise opak sein, so daß bei einer Photoresist-Schicht auf einem Wafer, welcher gegenüberliegend zur Lithografiemaske angeordnet wird, nur die gegenüberliegend zu den Bereichen 83 angeordneten Bereiche der Photoresist-Schicht belichtet werden. Neben opaken Schichten, die etwa mit einem duroplastischen Toner hergestellt werden können, ist es aber auch möglich, für das zur Belichtung verwendete Licht zumindest teilweise transparente Beschichtungsmaterialien, die eine Phasenverschiebung bewirken, elektrofotografisch aufzubringen, so daß die Lithografiemaske dann auch eine Phasenmaske oder Halbtonphasenmaske sein kann. Dazu kann ein glashaltiges Beschichtungsmaterial oder auch ein Beschichtungsmaterial mit einem transpatenten Polymer eingesetzt werden. Als Beschichtungsmaterialien zur Herstellung der Lithografiemaske kommen weiterhin auch alle vorstehend genannten Beschichtungsmaterialien in Frage.

Mit einer derartigen Lithografiemaske können insbesondere einfachere Strukturen mit geringeren Anforderungen an die Auflösung abgebildet werden. Vorzugsweise ist eine solche Maske für Strukturen einsetzbar, bei denen die geforderte Auflösung größer 1 Mikrometer, vorzugsweise größer 10 Mikrometer, besonders bevorzugt größer 20 Mikrometer beträgt. Entsprechend werden vorzugsweise Strukturen mittels einer solchen Maske erzeugt, die eine Strukturgröße von zumindest 1 Mikrometer, vorzugsweise zumindest 10 Mikrometer, besonders bevorzugt zumindest 20 Mikrometer aufweisen. Bei dem in 18 gezeigten Beispiel einer binären Photomaske sind die von der Beschichtung 84 freigelassenen Bereiche 83 dementsprechend in wenigstens einer Richtung zumindest 1 Mikrometer, vorzugsweise zumindest 10 Mikrometer, besonders bevorzugt zumindest 20 Mikrometer groß.

Anhand der 19 bis 21 wird noch ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei welchem additive Strukturen nicht direkt auf einen Wafer aufgebracht werden, sondern vielmehr mittels einer Beschichtung mit elektrofotografisch aufgebrachtem Beschichtungsmaterial eine Form für das Abformen der Strukturen hergestellt wird. Im speziellen werden bei diesem Ausführungsbeispiel Halbleiter-Bauelemente oder mikro-elektromechanische Bauelemente beim Verpacken auf Wafer-Ebene mit Kavitäten umgeben.

Das anhand dieser Figuren erläuterte Verfahren beruht darauf, mittels elektrofotografischem Aufbringen von Beschichtungsmaterial eine Beschichtung auf dem Substrat aufzubringen, wobei die Beschichtung derart strukturiert ist, daß sie eine Vielzahl von Erhebungen aufweist, deren laterale Positionen zu lateralen Positionen von Bauelementen auf einem Wafer korrespondieren, und wobei von der so strukturierten Oberfläche des beschichteten Substrats ein Teil mit Vertiefungen abgeformt und mit dem Wafer verbunden wird, wobei die Vertiefungen Kavitäten für die Bauteile des Wafers bilden.

19 zeigt dazu ein Formelement 90 für das Abformen eines Verpackungsteils. Das Formelement 90 umfasst ein Substrat 91, bei welchem auf einer Seite 92 additive Strukturen in Form von Erhebungen 93 aufgebracht sind. Die lateralen Positionen dieser Erhebungen korrespondieren mit lateralen Positionen von zu verpackenden Bauteilen auf einem Wafer, beispielsweise elektronische, optoelektronische und/oder mikroelektromechanische Bauelemente. Insbesondere werden die Erhebungen wieder durch rechnergesteuert strukturiertes elektrofotografisches Aufbringen von Beschichtungsmaterial auf die Seite 92 des Substrats und einer nachfolgenden Fixierung, wie etwa einem Einbrand oder einem Aufschmelzen des Beschichtungsmaterials hergestellt.

Anschließend wird der so erhaltene Master, beziehungsweise das Formelement 90, wie in 20 gezeigt, als Matrize verwendet, um in einer Form ein Formteil 95 abzuformen. Beispielsweise kann dazu ein geeigneter Kunststoff verwendet werden. das Formteil 95 weist nun dementsprechend an den zu den Erhebungen korrespondierenden Positionen Vertiefungen auf.

Das so erhaltene Formteil 95 wird dann, wie in 21 dargestellt, mit einem zu verpackenden Wafer 3 mit Halbleiter-Schaltungselementen 35 verbunden, so daß die Halbleiter-Schaltungselemente 35 in den durch die Vertiefungen 96 gebildeten Kavitäten eingeschlossen werden.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschrieben, lediglich beispielhaften Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise abgeändert werden kann. Dabei können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.