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DE10122705A1 - Einrichtung mit funktionalem Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Einrichtung mit funktionalem Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE10122705A1
DE10122705A1 DE10122705A DE10122705A DE10122705A1 DE 10122705 A1 DE10122705 A1 DE 10122705A1 DE 10122705 A DE10122705 A DE 10122705A DE 10122705 A DE10122705 A DE 10122705A DE 10122705 A1 DE10122705 A1 DE 10122705A1
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DE
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substrate
recess
chip
photodetector
insulating layer
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Atsushi Tominaga
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Original Assignee
Mitutoyo Corp
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Abstract

Eine Einrichtung mit funktionalem Bauelement umfaßt ein isolierendes Substrat (11), das an einer Fläche eine Ausnehmung (12) aufweist, eine in einem Muster ausgebildete Verdrahtungsschicht (13) auf der Fläche des Substrats (11), wobei sich die Verdrahtungsschicht kontinuierlich vom Boden (12a) der Ausnehmung (12) zu der Fläche des Substrats über die Seite (12b) der Ausnehmung (12) erstreckt, und ein Halbleiterbauelement (14), welches in der Ausnehmung (12) des Substrats (11) in Flip-Chip-Weise montiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einheit oder Einrichtung mit funktionalem Bauelement (Funktionsbauelementeinheit) mit darin angeordnetem Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Fortschritte bei der Technologie mikroelektromechanischer Systeme in der letzten Zeit haben die Kombination verschiedener funktionaler Bauelemente miteinander gefördert. Idealerweise ist man bestrebt, verschiedene funktionale Bauelemente, beginnend mit Halbleiterbauelementen, monolithisch auf dem gleichen Substrat zu integrieren. Unter Berücksichtigung elektromagneti­ scher und mechanischer Eigenschaften einzelner funktionaler Bauelemente ist jedoch die monolithische Integration nicht in allen Fällen praktisch anwendbar. In diesen Fällen verwendet man ein Verfahren der Hybrid-Implementation zur Implementation verschiedener funktionaler Bauelemente in einem Satz und ihrer anschließenden Kombination.
Ein Beispiel solcher Hybrid-Implementation umfaßt den Aufbau zur Anordnung von Halbleiterbau­ elementen wie eines LSI (hochintegrierte Schaltung), einer LED (Leuchtdiode), einer LD (Laser­ diode) und einer PD (Fotodiode) in einer Ausnehmung (Hohlraum) in einer Siliciumbasis oder ähnlichem. Dieser Aufbau kann beispielsweise im Fall eines Sensorkopfes eines optischen Encoders eingesetzt werden.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel solch eines Aufbaus für Halbleiterbauelemente. Ein Siliciumsubstrat 1 weist eine Ausnehmung (Hohlraum) 2 auf, die ein Halbleiterbauelement 3 aufnimmt. Das Halbleiterbauelement 3 weist Anschlußflächen auf, die über Bonddrähte 5 mit Anschlußflächen 4 auf der Oberfläche außerhalb der Ausnehmung 2 verbunden sind.
Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau besitzt die folgenden Nachteile. Wenn die Ausnehmung tiefe Flanken aufweist, müssen die Drähte für das Drahtbonden entsprechend lang sein. Dies führt dazu, daß Störungen wie etwa Schwingungen den Aufbau leicht beeinflussen können und seine Zuverlässigkeit mindern. Außerdem bewirkt eine große Streukapazität der Drähte eine elektrische Beeinflussung des Aufbaus, was die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt, etwa zu einer Signalverzö­ gerung führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einheit oder Einrichtung mit funktionalem Bauelement zu schaffen, die eine höhere Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Herstellung der Einheit oder Einrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung umfaßt eine Basis zur Implementation bzw. Aufnahme von Halbleiterbau­ elementen ein Substrat auf, in welchem eine Ausnehmung ausgebildet ist. Eine Verdrahtungs­ schicht ist am Boden der Ausnehmung ausgebildet und erstreckt sich kontinuierlich von dort über die Seite der Ausnehmung zur Oberseite des Substrats. Ein Halbleiterbauelement ist in Flip-Chip- Weise an der Basis montiert. Die Einrichtung mit funktionalem Bauelement wird nicht durch mechanische Störungen beeinflußt und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf, womit sie sich von herkömmlichen Einrichtungen unterscheidet, die das Drahtbonden einsetzen. In elektrischer Hinsicht kann die Einrichtung gemäß der Erfindung eine Signalverzögerung verringern und eine hohe Leistungsfähigkeit erzielen.
Die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise als Sensorkopf eines optischen Encoders dienen. In diesem Fall ist das Halbleiterbauelement ein Fotodetektorchip.
Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung umfaßt den Schritt des Vergrabens einer Isolierschicht und den Schritt des Abhebens zur Ausbildung der Verdrahtungsschicht auf der mit einer Stufe versehenen Substratoberfläche. Das Abscheiden der Isolierschicht planiert die mit einer Ausnehmung versehene Oberfläche des Substrats. Wenn dies erfolgt ist, wird eine lithographische Technik eingesetzt, um eine Fotoresistmaske mit einer oder mehreren Nuten zum Vergraben von Drähten bzw. Verdrahtungsstreifen auf dem planierten Substrat auszubilden, und eine leitende Schicht wird in der bzw. den Nuten vergraben. Die Mustergebung der leitenden Schicht wird durch das Abhebeverfahren (Lift-Off-Verfahren) bewirkt, welches die den Grund bildende Isolierschicht und die Fotoresistmaske entfernt. Als Folge davon kann die Verdrahtungs­ schicht zuverlässig über der Stufe ausgebildet werden, selbst wenn die Ausnehmung in dem Substrat eine tiefe Stufe aufweist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Aufbaus zur Anordnung von Halbleiterbauelementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt eines Aufbaus zum Anordnen von Halbleiterbauelementen gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3A bis 8B Darstellungen zur Erläuterung einzelner Schritte eines Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung, wobei die Fig. 3A, 4A, 5A, 6A, 7A und 8A jeweils eine perspektivische Ansicht und die Fig. 3B, 4B, 5B, 6B, 7B und 8B einen Schnitt längs der Linie I-I' in der jeweiligen perspektivischen Ansicht zeigen.
Fig. 9A eine perspektivische Ansicht einer Basis bei einem Ausführungsbeispiel für einen Sensorkopf eines optischen Encoders,
Fig. 9B eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I' in Fig. 9A,
Fig. 10A eine perspektivische Ansicht der Basis von Fig. 9A, in deren Boden Schlitze ausgebildet sind,
Fig. 10B eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I' in Fig. 10A,
Fig. 11A eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Sensorkopfes mit einer Basis und einem darin montierten Lichtdetektor-IC,
Fig. 11B eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I' in Fig. 11A,
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer Hybrideinheit eines optischen Detektors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 13 eine andere Basis aus einem Siliciumsubstrat,
Fig. 14 das Layout des optischen Gitters, das aus Schlitzen 16 gebildet ist, und der Fotodioden bei dem Fotodetektorchip 14 in den Fig. 11A und 11B,
Fig. 15 eine Querschnittsansicht eines anderen Sensorkopfes entsprechend Fig. 11 B, und
Fig. 16 das Layout eines Feldes von Fotodioden des Lichtempfangschips in Fig. 15.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt den Aufbau einer Einrichtung mit funktionalem Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Basis 10 (Implementationsbasis) ist aus einem Siliciumsubstrat 11 mit hohem spezifischen Widerstand gebildet und damit praktisch isolierend. Eine Ausnehmung 12 ist in einer Fläche des Siliciumsubstrats ausgebildet. Eine Verdrahtungsschicht 13 ist in der Ausnehmung 12 ausgebildet und erstreckt sich kontinuierlich vom Boden 12a über die Seiten 12b der Ausnehmung 12 zur Oberseite des Substrats. Ein Chip 14 als Halbleiterbauelement ist in Flip-Chip-Weise an der Basis 10 montiert, d. h., der Chip 14 ist mit der Oberseite nach unten ("face-down") so befestigt, daß Anschlußflächen an seiner Oberseite über Anschlußhöcker 15 mit Enden jeweiliger Verdrahtungsstreifen der Verdrahtungs­ schicht 13 auf dem Boden 12A der Ausnehmung 12 verbunden sind.
Bei der Basis 10 dieses Ausführungsbeispiels erstrecken sich die Verdrahtungsstreifen der Verdrahtungsschicht 13 kontinuierlich vom Boden 12a der Ausnehmung 12 bis zur Oberseite. Wenn die Ausnehmung 12 eine tiefe Stufe bildet, ist solch eine Verdrahtungsschicht 13 mit dem Verfahren der Mustergebung einer leitenden Schicht unter Verwendung eines üblichen lithogra­ phischen Prozesses schwierig herzustellen. Vorzugsweise wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Basis 10 daher mit dem im folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt, dessen einzelne Verfahrensschritte in den Fig. 3A bis 8B veranschaulicht sind. Die Fig. 3A, 4A, 5A, 6A, 7A und 8A zeigen dabei jeweils den Zustand der Basis in einer jeweiligen Phase des Verfahrens in perspektivischer Ansicht, während die Fig. 3B, 4B, 5B, 6B, 7B und 8B Schnittansichten längs der Linie I-I' der jeweiligen perspektivischen Ansicht darstellen.
Wie in den Fig. 3A und B gezeigt, wird zunächst in dem Siliciumsubstrat 11 die Ausnehmung 12 hergestellt, und zwar mittels anisotropen Ätzens. Die Ausnehmung 12 ist eine Vertiefung bzw. ein Hohlraum mit einer Stufe, die gleich oder größer als die Dicke eines unterzubringenden Halbleiterchips ist. Zur Herstellung der Ausnehmung 12 eignet sich ein Naßätzverfahren unter Verwendung einer wäßrigen Lösung von KOH, TMAH oder EDP. Alternativ kann mit einem Plasma hoher Konzentration wie ICP geätzt werden. Die Verfahrensparameter werden so gewählt, daß die Seiten 12b der Ausnehmung 12 geneigt sind (siehe Fig. 3B) und der Boden 12a und die Seiten 12b der Ausnehmung 12 eine Oberflächenrauheit aufweisen, die die spätere Ausbildung eines Films einer leitenden Schicht zuläßt.
Anschließend wird gemäß Darstellung in den Fig. 4A und B eine Isolierschicht 21 auf dem Substrat 11 abgeschieden. Die Isolierschicht 21 besteht aus einem anderen Material als das Substrat 11. Für die Isolierschicht 21 kommt eine organische Isolierschicht (etwa eine Harz­ schicht, Fotoresistschicht oder ähnliches) in Betracht, die durch Schleuderbeschichtung aufge­ bracht wird, oder eine anorganische Isolierschicht (wie SiO2, SiN oder ähnliches), die durch CVD oder Sputtern aufgebracht wird. Vorzugsweise hat das Material der Isolierschicht 21 die Eigenschaft, die Ausnehmung 12 gleichmäßig aufzufüllen, und sich später durch O2-Plasmaätzen leicht entfernen zu lassen. Von diesem Gesichtspunkt her ist eine SOG (Spin On Glass) Schicht, d. h. eine aufgeschichtete Isolierschicht optimal als Isolierschicht 21.
Anschließend wird ein chemisch-mechanisches Polierverfahren eingesetzt, um die Isolierschicht 21 so zu polieren, daß sie die Ausnehmung 12 ausfüllt und mit der Oberfläche des Substrats bündig ist, wie in den Fig. 5A und B gezeigt. Die Parameter dieses Polierverfahrens werden am besten so festgelegt, daß verhindert wird, daß sich die Isolierschicht 21 an den Kanten der Ausnehmung 12 aufwölbt, sondern mit der Oberfläche des Substrats 11 außerhalb der Ausneh­ mung 12 gerade bündig ist.
Als nächster Schritt folgt ein lithographisches Verfahren zur Ausbildung und Mustergebung einer Fotoresistmaske 22 auf dem planierten Substrat. Dies ist in den Fig. 6A und B veranschau­ licht. Die Fotoresistmaske 22 wird dann zum Ätzen der Isolierschicht 21 verwendet. Die Fotoresistmaske 22 hat vorzugsweise eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem O2 Plasma. Wie in den Fig. 6A und B gezeigt wird die Fotoresistmaske 22 derart mit einem Muster versehen, daß Nuten 23 entstehen, die für das Einbringen jeweiliger Verdrahtungsstreifen gedacht sind und dem später auszubildenden Verdrahtungsmuster entsprechen. Jede der Nuten 23 hat ein Muster, das sich über die Stufe der Ausnehmung 12 erstreckt. Die Isolierschicht 21, die durch die Nuten 23 freiliegt, wird nahezu vertikal geätzt.
Zum Ätzen der Isolierschicht 21 werden Ätzparameter eingesetzt, die zu einem großen Selek­ tionsverhältnis führen, d. h. daß die Einwirkungen des Ätzens auf die Isolierschicht 21 sehr viel größer als die auf das Siliciumsubstrat 11 sind. Insbesondere kann beispielsweise reaktives Ionenätzen (RIE) mit einem O2 Plasma eingesetzt werden. Dieser Ätzvorgang kann lediglich die durch die Nuten 23 freiliegenden Teile der Isolierschicht 21 entfernen und ätzt das Substrat 11 kaum. Wenn die Ausnehmung 12 eine Tiefe von beispielsweise etlichen 100 µm aufweist, ist Niederdruck-RIE mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-RIE) wirksam.
Wie in den Fig. 7A und B veranschaulicht, wird anschließend, ohne daß die Fotoresistmaske 22 zuvor entfernt wurde, eine Al-Schicht 24 als leitende Schicht auf der Fotoresistmaske 22 und dem Substrat 11 innerhalb der Nuten 23 abgeschieden. Die Teile der Al-Schicht 24, die durch die Nuten 23 der Fotoresistmaske 22 auf dem Substrat 11 ausgebildet werden, bilden Verdrahtungs­ streifen einer Verdrahtungsschicht 13, die sich über die Stufe der Ausnehmung 12 erstrecken. D. h., die Verdrahtungsstreifen der Verdrahtungsschicht 13 erstrecken sich kontinuierlich von dem Boden 12a der Ausnehmung 12 über deren Seiten 12b zur Oberseite. Für das Abscheiden der Al-Schicht 24 kann Sputtern oder CVD, das eine gute Stufen- oder Ecküberdeckung bewirkt, eingesetzt werden. Wenn die Al-Schicht 24 übermäßig dick an den Seiten der Ausnehmung 12 abgeschieden wird ergeben sich allerdings später Schwierigkeiten beim Ätzen zum Entfernen der Isolierschicht 21. Daher ist es vorzuziehen, die Abscheidungsparameter so zu wählen, daß die Al-Schicht 24 mit der zur Ausbildung einer Verdrahtungsschicht minimal erforderlichen Dicke an den Seiten 12b der Ausnehmung 12 ausgebildet wird.
Anschließend wird gemäß Darstellung in den Fig. 8A und B die Fotoresistmaske 22 entfernt, um damit zugleich die überflüssigen Teile der Al-Schicht 24 abzuheben. Außerdem wird die verblei­ bende Isolierschicht 21 in der Ausnehmung 12 geätzt und zur Fertigstellung der Basis 10 entfernt. Wenn die Isolierschicht 21 aus einem organischen Material (Polymerfilm) gebildet wurde, kann sie nun mit einem organischen Lösungsmittel leicht entfernt werden, ohne daß die übrigen Teile geätzt würden.
Das beschriebene Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Lage, die Basis 10 einschließlich der darauf ausgebildeten Verdrahtungsschicht 13, deren Verdrahtungs­ streifen sich vom Boden 12a der Ausnehmung 12 über die Seiten 12b bis zur Oberseite er­ strecken, herzustellen. Die Anordnung des Chips 14 in Flip-Chip-Weise an der Basis 10 gemäß Darstellung in Fig. 1 schafft eine Einheit mit funktionellem Bauelement mit hervorragender mechanischer Zuverlässigkeit und elektrischer Leistungsfähigkeit.
Ein Sensorkopf (Signalaufnehmer) eines optischen Encoders ist ein Beispiel funktionaler Bauele­ mente, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist. In diesem Fall ist der Chip 14 ein Fotodetektorchip. Eine spezielle Konfiguration angewendet auf den Sensorkopf eines optischen Encoders wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 9A bis 11B beschrieben. Die Fig. 9A und B zeigen eine perspektivische Ansicht der Basis 10 mit der Verdrahtungsschicht 13, wie sie mit den vorgenannten Verfahrensschritten hergestellt wurde, bzw. eine Querschnittsansicht dieser Basis längs der Linie I-I' in Fig. 9A.
Wie in den Fig. 10A und B veranschaulicht, werden Lithographie und ein ICP-RIE-Prozess eingesetzt, um eine Mehrzahl von Schlitzen 16 von der Unterseite der Basis 10 her durch den als Boden der Ausnehmung 12 verbleibenden Teil des Siliciumsubstrats 11 auszubilden. Die Fig. 10A und B zeigen die Basis der Fig. 9A und B auf den Kopf gestellt. Die Schlitze 16 dienen als optisches Gitter (Indexgitter), die vor den Lichtempfangsflächen des Chips 14 liegen, welches an der Basis 10 montiert werden soll, um durch eine Skala hindurchgelassenes oder von ihr reflektiertes Licht zu modulieren und zu dem Chip 14 zu führen.
Dann wird gemäß Darstellung in den Fig. 11A und B der Chip 14 in Flip-Chip-Weise befestigt, so daß seine Lichtempfangsflächen den Schlitzen 16 zugewandt sind. Vorzugsweise ist eine Signalverarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der empfangenen Signale, die von dem Fotodetek­ tor ausgegeben werden, mit in dem Fotodetektor auf einem Chip 14 integriert. Weiter vorzugs­ weise wird der Chip 14 in der Ausnehmung 12 mit einem Kunststoff 17 vergossen, wie in Fig. 11B dargestellt.
Der so erhaltene Sensorkopf des optischen Encoders ist dünn und sehr zuverlässig.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist sie ebenso anwendbar auf die Unterbringung eines LSI-Chips, LED-Chips, LD-Chips oder dergleichen in ähnlichen Strukturen. Obwohl das obige Ausführungsbeispiel die Unterbringung eines Halblei­ terchips beispielhaft darstellt, ist die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise anwendbar auf eine Hybrideinrichtung, in der mehrere Bauelemente (Chips) angeordnet sind.
Fig. 12 zeigt beispielsweise ein anderes Ausführungsbeispiel, das die Anwendung auf eine optische Hybriddetektoreinheit zeigt. Eine Basis 10 hat den gleichen Aufbau und kann mit den gleichen Verfahrensschritten hergestellt werden, wie bei den obigen Ausführungsbeispielen. An der Basis 10 sind ein Licht emittierender Halbleiterchip des Oberflächenemissionstyps (z. B. ein LED-Chip) 31, ein Halbleiterfotodetektor-Chip (z. B. ein Fotodetektor-IC-Chip) 32 und ein Signal­ verarbeitungs-IC-Chip 33 zur Verarbeitung des Detektorsignals, das von dem Chip 32 ausgegeben wird, in Flip-Chip-Weise angeordnet. Öffnungen zur Transmission und zum Erfassen von Licht werden vorher in Teilen des Bodens der Ausnehmung 12 ausgebildet, wo der Chip 31 und der Chip 32 montiert werden sollen. Ein Deckel 34 wird über der Ausnehmung 12, die die vorge­ nannten Chips enthält, angebracht, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 12 angedeutet.
Die so erhaltene Fotodetektoreinheit ist kompakt und hybrid.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen muß das Si-Substrat 11 für die Basis 10 einen ausreichend hohen spezifischen Widerstand aufweisen. Wenn Leckströme zwischen den Verdrahtungsstreifen der Verdrahtungsschicht 13 über das Substrat 11 nicht vernachlässigbar klein sind, kann gemäß Darstellung in Fig. 13 ein Isolierfilm 18 auf der Oberfläche des Silicium­ substrats 11 ausgebildet werden. Bei dem Isolierfilm 18 handelt es sich beispielsweise um einen Siliciumdioxidfilm, der durch thermische Oxidation gebildet wird. Genauer gesagt wird nach Ausbildung der Ausnehmung 12 in dem Siliciumsubstrat 11 gemäß Darstellung in den Fig. 3A und B und vor Abscheiden der Isolierschicht 21 gemäß Fig. 4A und B eine thermische Oxidation ausgeführt, um den Siliciumdioxidfilm auf der gesamten Oberfläche des Siliciumsubstrats 11 auszubilden. Es ist allerdings nicht nötig, daß das Siliciumsubstrat 11 zur Gänze mit dem Isolierfilm 18 überzogen wird. Der Isolierfilm 18 wird wenigstens am Boden 12a und den Seiten 12b der Ausnehmung 12 sowie der Oberseite des Substrats 11 ausgebildet.
Auf dem in dieser Weise mit dem Isolierfilm 18 versehenen Siliciumsubstrat 11 wird die Verdrah­ tungsschicht 13 auf gleiche Weise wie oben beschrieben hergestellt. Der Isolierfilm 18 kann als Ätzmaske zur Ausbildung der Schlitze 16 durch Ätzen des Siliciumsubstrats 11 verwendet werden.
Obwohl bei dem voranstehenden Ausführungsbeispielen als Material für die Basis ein Siliciumsub­ strat verwendet wird, können andere geeignete isolierende Substrate ebenfalls eingesetzt werden. Als Verdrahtungsschicht können auch andere geeignete leitende Materialien als AI verwendet werden.
Bei dem in den Fig. 11A und B gezeigten Sensorkopf ist das aus den Schlitzen 16 gebildete optische Gitter vor dem Chip 14 angeordnet. Um in diesem Fall vierphasige Versatzsignale (d. h. A-, AB-, B- und BB-Phasen) auszugeben, wie in Fig. 14 gezeigt, ist es nötig, aus Schlitzen 16 gebildete Indexgitter 16A, 16AB, 16B und 16BB herzustellen und vier Fotodioden PD1 bis PD4 im Chip 14 in jeweiliger Entsprechung zu den Indexgittern anzuordnen.
Im Gegensatz dazu kann, wenn der Sensorkopf als ein solcher ausgebildet wird, der kein optisches Indexgitter vor dem Fotodetektorchip aufweist, der Sensorkopf gemäß Darstellung in Fig. 15 und 16 ausgebildet werden. Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht entsprechend Fig. 11A. Fig. 16 zeigt das Layout eines Fotodetektorfeldes im Fotodetektorchip 14. Wie in diesen Zeichnungen gezeigt, sind mehrere rechteckförmige Fotodioden PD beispielsweise mit einem Rastermaß von 3λ/4 (λ: Skalagittermaß) angeordnet, um A-, BB-, AB- und B-Phasenversatzsignale auszugeben. Am Boden des Siliciumsubstrats 11 ist gemäß Darstellung in Fig. 15 eine Öffnung 19 so ausgebildet, daß die Lichtempfangsfläche des Fotodetektorchips 14 freiliegt.

Claims (13)

1. Einrichtung mit funktionalem Bauelement, umfassend:
ein isolierendes Substrat (11), das an einer Fläche eine Ausnehmung (12) aufweist,
eine in einem Muster ausgebildete Verdrahtungsschicht (13) auf der Fläche des Substrats (11), wobei sich die Verdrahtungsschicht kontinuierlich vom Boden (12a) der Ausneh­ mung (12) zu der Fläche des Substrats über die Seite (12b) der Ausnehmung (12) erstreckt, und
ein Halbleiterbauelement (14), welches in der Ausnehmung (12) des Substrats (11) in Flip-Chip-Weise montiert ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) ein Siliciumsubstrat ist und ein Isolierfilm (18) wenigstens am Boden (12a) und an der Seite (12b) der Ausnehmung (12) sowie an der Oberseite des Substrats (11) ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um den Sensorkopf eines optischen Encoders handelt, das Halbleiterbauelement (14) ein Fotodetektorchip ist und die Ausnehmung (12) des Substrats (11) eine Mehrzahl von Schlitzen (16) aufweist, die in dem Boden zur Bildung eines optischen Gitters gegenüber einer Lichtempfangsfläche des Fotodetektorchips ausgebildet sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um den Sensorkopf eines optischen Encoders handelt, das Halbleiterbauelement (14) ein Fotodetektorchip ist, an dem ein Fotodetektorfeld ausgebildet ist, und die Ausnehmung (12) des Substrats (11) eine Öffnung (19) aufweist, die die Lichtempfangsfläche des Fotodetektorchips freilegt.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement (14) in Kunststoff vergossen ist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Hybrid-Fotodetektoreinheit handelt, bei der ein Licht emittierender Halbleiterbau­ elementchip (31), ein Fotodetektorchip (32) und ein Signalverarbeitungs-IC-Chip (33) zur Verarbeitung eines Ausgangssignals von dem Fotodetektorchip (32) in der Ausnehmung (12) des Substrats (11) in Flip-Chip-Weise montiert sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer Basis zur Aufnahme eines funktionalen Bauelements, umfassend die Schritte
  • a) Ausbilden einer Ausnehmung (12) in einer Fläche eines isolierenden Substrats (11),
  • b) Ausfüllen der Ausnehmung (12) mit einer Isolierschicht (21) zum Planieren des Substrats (11), wobei die Isolierschicht (21) aus einem anderen Material als das Substrat (11) besteht,
  • c) Ausbilden einer Fotoresistmaske (22) auf dem gemäß Schritt (b) planierten Substrat (11), wobei die Fotoresistmaske (22) wenigstens eine Nut (23) zur Ausbildung einer Verdrahtung aufweist und sich die Nut kontinuierlich von der Oberseite der Isolierschicht (21) zur Außenseite der Ausnehmung (12) erstreckt,
  • d) Ätzen der Isolierschicht (21) zum Entfernen der durch die wenigstens eine Nut (23) der Fotoresistmaske (22) freigelegten Teile,
  • e) Abscheiden einer leitenden Schicht (24) über der auf dem Substrat (11) verbliebenen Fotoresistmaske (22) zur Ausbildung einer Verdrahtungsschicht (13) in der wenigstens einen Nut (23), wobei sich die Verdrahtungsschicht kontinuierlich vom Boden (12a) der Ausnehmung (12) über deren Seite (12b) zur Oberseite des Substrats (11) erstreckt, und
  • f) Entfernen der Fotoresistmaske (22) und der Isolierschicht (21) nacheinander.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) ein Sili­ ciumsubstrat ist und das Verfahren den weiteren Schritt umfaßt (9) Ausbilden eines Siliciumdioxidfilms (18) auf dem Siliciumsubstrat durch thermische Oxidation, wobei Schritt (g) nach Schritt (a) und vor Schritt (b) ausgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Iso­ lierschicht (21) eine organische Schicht ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (21) eine anorganische Schicht ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung mit funktionalem Bauelement umfassend ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 mit dem zusätzlichen auf Schritt (f) folgenden Schritt des Anordnens wenigstens eines Halbleiterbauelements (14) in der Ausnehmung (12) des Substrats (11) in einer Flip-Chip-Weise.
12. Verfahren nach Anspruch 11 zur Herstellung eines Sensorkopfes eines optischen Encoders, bei dem das Halbleiterbauelement (14) ein Fotodetektorchip ist und das Verfahren ferner umfaßt
  • a) Ausbilden von Schlitzen (16) zur Bildung optischer Gitter am Boden der Ausnehmung (12) des Substrats (11) vor dem Anbringen des Halbleiterbauelements (14).
13. Verfahren nach Anspruch 11 zur Herstellung eines Sensorkopfes eines optischen Encoders, bei dem das Halbleiterbauelement (14) ein Fotodetektorchip ist, an welchem ein Fotodetektorfeld ausgebildet ist, wobei das Verfahren ferner umfaßt
  • a) Ausbilden einer Öffnung (19) zum Öffnen einer Empfangsfläche des Fotodetektor­ chips am Boden der Ausnehmung (12) des Substrats (11) vor dem Anordnen des Halbleiterbau­ elements (14).
DE10122705A 2000-05-11 2001-05-10 Einrichtung mit funktionalem Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung Expired - Lifetime DE10122705B4 (de)

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