DE10005555A1 - Micromechanical component and corresponding manufacturing method - Google Patents
Micromechanical component and corresponding manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement mit einem Substrat, einem auf dem Substrat vor gesehenen Funktionsbereich und einer kappenförmigen Abde ckung zum Abdecken des Funktionsbereichs sowie ein entspre chendes Herstellungsverfahren, wie aus der DE 195 37 814 A1 bekannt.The present invention relates to a micromechanical Component with a substrate, one on the substrate seen functional area and a cap-shaped cover Cover to cover the functional area as well as a corresponding Manufacturing process as described in DE 195 37 814 A1 known.
Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwend bar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrun deliegende Problematik in bezug auf ein in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbares mikro mechanisches Bauelement, z. B. einen Beschleunigungssensor, erläutert.Although on any micromechanical components and Use structures, especially sensors and actuators bar, the present invention as well as the green The inherent problem with regard to technology the micro that can be produced from silicon surface micromechanics mechanical component, e.g. B. an acceleration sensor, explained.
In der DE 195 37 814 A1 werden der Aufbau eines funktiona len Schichtsystems und ein Verfahren zur hermetischen Ver kappung von Sensoren in Oberflächenmikromechanik beschrie ben. Hierbei wird die Herstellung der Sensorstruktur mit bekannten technologischen Verfahren erläutert. Die besagte hermetische Verkappung erfolgt mit einem separaten Kappen- Wafer aus Silizium, der mit aufwendigen Strukturierungspro zessen, wie beispielsweise KHO-Ätzen, strukturiert wird. Der Kappen-Wafer wird mit einem Glas-Lot (Seal-Glas) auf dem Substrat mit dem Sensor (Sensor-Wafer) aufgebracht. Hierfür ist um jeden Sensorchip ein breiter Bond-Rahmen notwendig, um eine ausreichende Haftung und Dichtheit der Kappe zu gewährleisten. Dies begrenzt die Anzahl der Sen sor-Chips pro Sensor-Wafer erheblich. Auf Grund des großen Platzbedarfs und der aufwendigen Herstellung des Kappen- Wafers entfallen erhebliche Kosten auf die Sensor- Verkappung.DE 195 37 814 A1 describes the structure of a function len layer system and a method for hermetic Ver capping of sensors in surface micromechanics ben. Here, the manufacture of the sensor structure is included known technological processes explained. The said hermetic capping is done with a separate cap Wafer made of silicon, which with complex structuring pro processes such as KHO etching. The cap wafer is placed on with a glass solder (seal glass) applied to the substrate with the sensor (sensor wafer). For this, there is a wide bond frame around each sensor chip necessary to ensure adequate adhesion and tightness of the Ensure cap. This limits the number of sen sor chips per sensor wafer considerably. Because of the big one Space requirements and the complex production of the cap Wafers account for considerable costs on the sensor Capping.
Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das Herstellungsverfahren nach Anspurch 8 sieht einen mindestens zweischichtigen Schichtaufbau vor, mit dem mikromechanische Sensoren bzw. Funktionsstrukturen hermetisch verkappt werden können. Da bei lässt sich ein definierter Gas- und/oder Druckein schluss gewährleisten.The micromechanical component according to the invention with the features of claim 1 and the manufacturing method according to claim 8 provides an at least two-layer structure, with which micromechanical sensors or functional structures can be hermetically sealed. A defined gas and / or pressure inclusion can be guaranteed.
Kern der Erfindung ist also eine Mehrschichtstruktur, die über mikromechanischen Sensoren bzw. Funktionsstrukturen abgeschieden wird und diese vor Umgebungseinflüssen schützt. Dabei wird die Sensorkappe nicht wie üblich sepa rat durch Ätz-Prozesse strukturiert und mit einem Seal- Glas-Lötverfahren mit dem Sensor-Wafer bzw. Funktions-Wafer verbunden, sondern die Verkappung wird direkt auf dem Sensor-Wafer derart erzeugt, dass ein Mehrschichtgerüst über den beispielsweise beweglichen Funktionsstrukturen aufge baut wird, wobei das Mehrschichtgerüst nach einem Opfer schicht-Ätzen durch mindestens eine Verschlussschicht her metisch verschlossen wird.The core of the invention is therefore a multilayer structure, the via micromechanical sensors or functional structures is separated and this from environmental influences protects. The sensor cap is not separated as usual structured by etching processes and with a seal Glass soldering process with the sensor wafer or functional wafer connected, but the capping is made directly on the sensor wafer generated in such a way that a multi-layer scaffold over the movable functional structures, for example is built, with the multi-layer scaffolding after a victim layer etching through at least one sealing layer is metically closed.
Hierdurch ist eine wesentlich kleinere kappenförmige Abde ckung als beim Stand der Technik möglich. Das Mehrschicht- Kappen-Gerüst lässt sich mit einfachen Halbleiterprozessen erzeugen. Es kann auf PbO-haltiges Seal-Glas verzichtet werden, welches unter Feuchtigkeitseinfluss eine massive Korrosion auf Al-Bond-Pads verursacht.This is a much smaller cap-shaped cover coverage than possible with the prior art. The multi-layer Cap scaffolding can be done with simple semiconductor processes produce. There is no need for PbO-containing seal glass which is a massive under the influence of moisture Corrosion caused on Al-Bond pads.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen mikromechanischen Bauelements.Advantageous further developments can be found in the subclaims Developments and improvements of that specified in claim 1 micromechanical component.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine erste Verschlußschicht über der oberen Deckschicht angeordnet, und die Lochanordnung der oberen Deckschicht ist durch die erste Verschlußschicht verpfropft.According to a preferred development, a first Sealing layer arranged over the top cover layer, and the hole arrangement of the top cover layer is through the grafted first closure layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine zweite Verschlußschicht zwischen der oberen und der unteren Deckschicht angeordnet, und die Lochanordnung der oberen Deckschicht ist durch Schmelzperlen der zweiten Verschluß schicht verschlossen. According to a further preferred development, a second sealing layer between the upper and lower Cover layer arranged, and the hole arrangement of the top Cover layer is the second closure due to melting beads layer closed.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung fungiert die obere Deckschicht als Verschlußschicht für die Lochanord nung der unteren Deckschicht. Dies läßt sich dadurch reali sieren, daß das Material der oberen Deckschicht derart ge wählt wird, daß es einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Material der unterer Deckschicht aufweist und die obere Deckschicht aufgeschmolzen wird, so daß sie die Lochanord nung der unteren Deckschicht verschließt.According to a further preferred development, the upper cover layer as a sealing layer for the hole arrangement of the lower cover layer. This can be reali sieren that the material of the upper cover layer ge is chosen to have a lower melting point than that Material of the lower cover layer and the upper Top layer is melted so that it arranges the hole closes the lower cover layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die obere Deckschicht Verbindungsstege zur Verbindung mit der unteren Deckschicht auf.According to a further preferred development, the upper cover layer connecting webs for connection to the lower top layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die untere Deckschicht und/oder die obere Deckschicht Polysili zium oder Aluminium auf.According to a further preferred development, the lower cover layer and / or the upper cover layer polysili zium or aluminum.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Verschlußschicht Aluminium, Silizium, Siliziumnitrid, Sili ziumdioxid, ein Glas oder einen Lack auf.According to a further preferred development, the Closure layer aluminum, silicon, silicon nitride, sili ziumdioxid, a glass or a varnish.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert.Embodiments of the invention are in the drawings shown and in the description below he purifies.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1a-g eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bau elements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; FIG. 1a-g is a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical building elements according to a first embodiment of the present invention;
Fig. 1h eine Draufsicht auf das mikromechanischen Bauele ments gemäß der ersten Ausführungsform zur Il lustration der verschiedenen Lochanordnungen; Fig. 1h a top view of the micromechanical Bauele member according to the first embodiment for Il lustration of the different arrangements of holes;
Fig. 2a-e eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bau elements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 2a-e is a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical building elements according to a second embodiment of the present invention. and
Fig. 3a-c eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bau elements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 3a-c is a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical building elements according to a third embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the figures, the same reference symbols designate the same or functionally identical components.
Fig. 1a-g zeigen eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bauelements ge mäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 1h eine entsprechende Draufsicht zur Illustration der verschiedenen Lochanordnungen. FIG. 1a-g show a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical component accelerator as a first embodiment of the present invention, and Fig. 1h a corresponding top view to illustrate the different hole arrangements.
Gemäß Fig. 1a werden, wie im Stand der Technik beschrie ben, auf einem Silizium-Substrat 1 eine Opferschicht 2 aus SiO2, eine strukturierte Leiterbahnebene 3 und eine weitere Opferschicht 4 aus SiO2 aufgebracht. Auf der Opferschicht 4 wird eine funktionale Schicht mit dem Funktionsbereich 5 aufgebracht, welche durch ebenfalls bekannte Verfahren für das Ätzen von Gräben 6 strukturiert wird. Beispielsweise kann dazu das in der DE 42 41 045 A1 beschriebene Verfahren eingesetzt werden. Die funktionalen Strukturelemente 7, welche hier beispielhaft als drei Elektrodenfinger darge stellt sind, werden für das vorgeschlagene Bauelement ent weder durch ein bekanntes Verfahren zum Opferschicht-Ätzen frei beweglich gemacht (siehe z. B. die DE 43 17 274 A1), oder sie bleiben nach dem Tiefen-Ätzen noch fest auf der Opferschicht 4 angebunden, wie dies in Abb. 1a darge stellt ist.According to FIG. 1a, as described in the prior art, a sacrificial layer 2 made of SiO 2 , a structured interconnect level 3 and a further sacrificial layer 4 made of SiO 2 are applied to a silicon substrate 1 . A functional layer with the functional region 5 is applied to the sacrificial layer 4 and is structured by likewise known methods for the etching of trenches 6 . For example, the method described in DE 42 41 045 A1 can be used for this purpose. The functional structural elements 7 , which are represented here by way of example as three electrode fingers, are either made freely movable for the proposed component ent by a known method for sacrificial layer etching (see, for example, DE 43 17 274 A1), or they remain after the deep etching still firmly attached to the sacrificial layer 4 , as shown in Fig. 1a Darge.
Wie in Fig. 1b dargestellt, wird auf den funktionalen Strukturelementen 7 des mikromechanischen Bauelements in einem nächsten Schritt eine dicke Opferschicht 8 derart ab geschieden, dass die Strukturgräben 6 teilweise im oberen Grabenbereich 9 mit dem Opfermaterial aufgefüllt sind. Die Opferschicht 8 deckt den Teil der Struktur ab, welcher im Endzustand verkappt sein soll. Die Opferschicht 8 hat vor zugsweise eine Dicke von 1 µm bis 20 µm und kann beispiels weise aus Siliziumdioxid, Bor-Phosphor-Silikat-Glas oder amorphen Silizium bestehen. Es kann aber auch jedes andere Material verwendet werden, das sich isotrop mit einer ausreichenden Selektivität gegenüber den funktionalen Struk turelementen 7 und den späteren Deckschichten ätzen lässt.As shown in FIG. 1b, a thick sacrificial layer 8 is deposited on the functional structural elements 7 of the micromechanical component in such a way that the structural trenches 6 are partially filled with the sacrificial material in the upper trench region 9 . The sacrificial layer 8 covers the part of the structure which is to be capped in the final state. The sacrificial layer 8 preferably has a thickness of 1 μm to 20 μm and can consist, for example, of silicon dioxide, boron-phosphorus-silicate glass or amorphous silicon. However, it is also possible to use any other material which can be etched isotropically with a sufficient selectivity towards the functional structural elements 7 and the later cover layers.
Als nächstes wird gemäß Fig. 1c auf die Opferschicht 8 die untere Deckschicht 10 abgeschieden und mit einer Lochanord nung mit kleinen Löchern 11 strukturiert. Die Löcher 11 können eckig oder rund sein. Der Durchmesser der Löcher 11 liegt vorzugsweise zwischen 0,5 µm und 20 µm. Die Lochung wird so ausgelegt, dass sie gleichmäßig über der Fläche der funktionalen Strukturelemente 7 liegt. Die untere Deck schicht 10 ist vorzugsweise zwischen 0,5 µm und 10 µm dick und aus Polysilizium oder Aluminium hergestellt. Sie kann aber auch aus jedem anderen Material bestehen, das resis tent gegen das Opferschicht-Ätzen der Opferschicht 8 und weiterer Opferschichten ist. Die untere Deckschicht 10 wird über den Rand der Opferschicht 8 hinausgezogen und an die Schicht mit den funktionalen Strukturelementen 7 angebun den. Die untere Deckschicht 10 steht idealerweise unter in trinsischer Zugspannung, die durch geeignete Temperaturbe handlung eingestellt werden kann.Next, FIG invention. 1c is deposited on the sacrificial layer 8, the lower outer layer 10 and with a voltage Lochanord structured with small holes 11. The holes 11 can be square or round. The diameter of the holes 11 is preferably between 0.5 μm and 20 μm. The perforation is designed so that it lies evenly over the surface of the functional structural elements 7 . The lower cover layer 10 is preferably between 0.5 microns and 10 microns thick and made of polysilicon or aluminum. But it can also consist of any other material that is resistant to the sacrificial layer etching of the sacrificial layer 8 and other sacrificial layers. The lower cover layer 10 is pulled out over the edge of the sacrificial layer 8 and is attached to the layer with the functional structural elements 7 . The lower cover layer 10 is ideally under trinsic tensile stress, which can be adjusted by suitable Temperaturbe treatment.
Wie in Fig. 1d illustriert, wird auf der ersten Deck schicht 10 eine zweite Opferschicht 12 aufgebracht. Diese zweite Opferschicht 12 besteht idealerweise aus dem glei chen Material wie die erste Opferschicht 8, also aus Sili ziumdioxid, und ist ebenfalls selektiv gegenüber der unte ren Deckschicht 10 ätzbar. Die Dicke der zweiten Opfer schicht 12 beträgt vorzugsweise zwischen 0,3 µm und 5 µm. Die zweite Opferschicht 12 wird danach derart strukturiert, daß sie auf der Durchgangslochanordnung 11 der unteren Deck schicht 10 liegt. Auch die zweite Opferschicht 12 weist ei ne Lochanordnung mit Löchern 13 auf, welche gegenüber den Löchern 11 der Lochanordnung der unteren Deckschicht 10 versetzt sind.As illustrated in FIG. 1d, a second sacrificial layer 12 is applied to the first cover layer 10 . This second sacrificial layer 12 ideally consists of the same material as the first sacrificial layer 8 , that is to say silicon dioxide, and is also selectively etchable relative to the lower cover layer 10 . The thickness of the second sacrificial layer 12 is preferably between 0.3 microns and 5 microns. The second sacrificial layer 12 is then structured such that it lies on the through hole arrangement 11 of the lower cover layer 10 . The second sacrificial layer 12 also has a hole arrangement with holes 13 which are offset from the holes 11 of the hole arrangement of the lower cover layer 10 .
Gemäß Fig. 1e wird auf der zweiten Opferschicht 12 die o bere Deckschicht 14 abgeschieden. Diese obere Deckschicht 14 ist lokal über die Löcher 13 der zweiten Opferschicht 12 an der unteren Deckschicht 10 angebunden. In der oberen Deckschicht 14 wird eine Lochanordnung mit Löchern 15 aus gebildet, wobei die Löcher 15 gegenüber den Löchern 11 der unteren Deckschicht 10 versetzt sind, so dass die Löcher 11 alle samt von der oberen Deckschicht 14 überdeckt werden und unter den Löchern 15 überall die untere Deckschicht 10 liegt. Die Lochung besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von 0,5 µm bis 20 µm. Die obere Deckschicht 14 wird über den Rand der zweiten Opferschicht 12 hinaus gezogen und an der unteren Deckschicht 10 und vorzugsweise auch an der Pe ripherie des Funktionsbereiches 5 angebunden. Mit anderen Worten überdeckt die obere Deckschicht 14 auch die untere Deckschicht 10 vorzugsweise vollständig. Die obere Deck schicht 14 ist zwischen 0,5 µm und 30 µm dick und kann wie die untere Deckschicht 10 beispielsweise aus Silizium oder Aluminium oder sonstigen Materialen mit den erforderlichen Ätz-Eigenschaften bestehen.Referring to FIG. 1e, the o bere cover layer 14 is deposited on the second sacrificial layer 12. This upper cover layer 14 is connected locally to the lower cover layer 10 via the holes 13 of the second sacrificial layer 12 . In the upper cover layer 14, a hole array is formed with holes 15 of, the holes 15 are offset from the holes 11 of the lower cover layer 10, so that the holes 11 all are covered together with the upper cover layer 14 and the holes 15 throughout the lower cover layer 10 . The perforation preferably has a diameter of 0.5 μm to 20 μm. The upper cover layer 14 is pulled over the edge of the second sacrificial layer 12 and connected to the lower cover layer 10 and preferably also to the periphery of the functional area 5 . In other words, the upper cover layer 14 preferably also completely covers the lower cover layer 10 . The upper cover layer 14 is between 0.5 μm and 30 μm thick and, like the lower cover layer 10 , can consist, for example, of silicon or aluminum or other materials with the required etching properties.
Wie in Fig. 1f bildlich dargestellt, werden danach in ei nem selektiven Ätzschritt die erste Opferschicht 8 und die zweite Opferschicht 12 geätzt. Hierbei kann eine nass chemisches Verfahren, wie z. B. BOE (BOE = buffered oxide etch = gepufferte Oxidätzung) oder ein Trockenätzverfahren, wie beispielsweise das aus der DE 43 17 274 A1 bekannte Flusssäure-Dampf-Ätzverfahren verwendet werden. Die Opfer schichten 2 und 4 unterhalb der funktionalen Strukturele mente 7 können in diesem Schritt ebenfalls geätzt werden, falls nicht schon vor Abscheidung der ersten Opferschicht 8 geschehen. Nach diesem selektiven Ätzschritt ist über den funktionalen Strukturelementen (hier bewegliche Kondensa torelektroden) eine Kappe bzw. Kuppel aufgespannt, welche mit Löchern perforiert ist. Diese Kappe besteht aus den miteinander verbundenen Deckschichten 10, 14, wobei es kei nen geradlinigen Weg für Gase bzw. Atome oder Moleküle durch die Kappe gibt, da die Lochanordnungen in den Deck schichten 10, 14 gegeneinander versetzt angeordnet sind.As illustrated in FIG. 1f, the first sacrificial layer 8 and the second sacrificial layer 12 are then etched in a selective etching step. Here, a wet chemical process, such as. B. BOE (BOE = buffered oxide etch = buffered oxide etching) or a dry etching method, such as the hydrofluoric acid vapor etching method known from DE 43 17 274 A1. The sacrificial layers 2 and 4 below the functional structural elements 7 can also be etched in this step, if not already done before the first sacrificial layer 8 is deposited. After this selective etching step, a cap or dome is spanned over the functional structural elements (here movable capacitor electrodes), which is perforated with holes. This cap consists of the interconnected cover layers 10 , 14 , wherein there is no straight path for gases or atoms or molecules through the cap, since the hole arrangements in the cover layers 10 , 14 are arranged offset from one another.
In einem weiteren Schritt wird gemäß Fig. 1g eine Ver schlussschicht 17 auf der oberen Deckschicht 14 vorgesehen, welche über Pfropfen 18 die Löcher 15 der oberen Deck schicht 14 dicht verschließt. Die Verschlussschicht 17 ü berdeckt vorzugsweise die obere Deckschicht 14 vollständig. Der Verschließvorgang erfolgt unter definierten Gas- und Druckverhältnissen. Die Verschlussschicht 17 kann aus Alu minium, Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, einem Glas, einem Lack oder einem sonstigen geeigneten Material bestehen und wird vorzugsweise mittels eines CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahrens, Sputterverfahren, Aufdampfverfahrens, Flashverdampfungsverfahren, Spin-On-Verfahrens oder Sprühverfahrens aufgebracht.In a further step, a sealing layer 17 is provided on the upper cover layer 14 according to FIG. 1g, which closes the holes 15 of the upper cover layer 14 tightly by means of plugs 18 . The sealing layer 17 preferably completely covers the upper covering layer 14 . The closing process takes place under defined gas and pressure conditions. The sealing layer 17 can consist of aluminum, silicon, silicon nitride, silicon dioxide, a glass, a lacquer or another suitable material and is preferably by means of a CVD (Chemical Vapor Deposition) process, sputtering process, vapor deposition process, flash evaporation process, spin-on process or spray method applied.
Damit ist die gezeigte Sensorstruktur hermetisch verkappt, und unter der Verkappung in dem Funktionsbereich 5 mit den funktionalen Strukturelementen herrschen eine vorbestimmte Atmosphäre und ein vorbestimmter Druck.The sensor structure shown is thus hermetically capped, and under the capping in the functional area 5 with the functional structural elements there is a predetermined atmosphere and a predetermined pressure.
Fig. 1h illustriert die gegenseitige Orientierung der ver schiedenen Lochungen. In der Draufsicht von Fig. 1h wird der Versatz der Löcher 15 in der oberen Deckschicht 14 ge genüber den Löchern 11 in der unteren Deckschicht 10 deut lich. Die Verbindungsstellen 13 zwischen der unteren Deck schicht 10 und der oberen Deckschicht 14 sind gegenüber den beiden Lochanordnungen mit den Löchern 11 bzw. 15 versetzt, so dass Gase (z. B. Reaktionsprodukte und -edukte beim Op ferschichtätzen) durch beide Lochanordnungen ins Freie strömen können. Fig. 1h illustrates the mutual orientation of the various perforations. In the plan view of Fig. 1h, the offset of the holes 15 in the upper cover layer 14 ge compared to the holes 11 in the lower cover layer 10 is clearly Lich. The junctions 13 between the lower cover layer 10 and the upper cover layer 14 are offset from the two hole arrangements with the holes 11 and 15 , respectively, so that gases (e.g. reaction products and educts during op layer coating) flow into the open through both hole arrangements can.
Fig. 2a-e illustrieren eine schematische Querschnittsan sicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bau elements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung. FIGS. 2a-e illustrate a schematic Querschnittsan view of manufacturing steps of a micromechanical building elements according to a second embodiment of the present the invention.
Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mik romechanischen Bauelementes wird, wie in Fig. 2a illust riert, auf die untere Deckschicht 10' eine Schicht 20 auf gebracht und strukturiert, welche bevorzugt aus Aluminium oder einem anderen schmelzbaren Material mit ausreichender Oberflächenspannung und geeigneter Haftung bzw. Benetzung auf dem Material der unteren Deckschicht 10' besteht. Die Schichtdicke der zweiten Verschlussschicht 20 sollte klei ner als die Dicke der zweiten Opferschicht 12' sein. Des Weiteren ist die zweite Verschlussschicht 20 derart struk turiert, das sie die Löcher 11 der unteren Deckschicht 10 frei lässt und unterhalb der Löcher 15 der oberen Deck schicht 14' angeordnet ist.In the second embodiment of the micromechanical component according to the invention, as illustrated in FIG. 2a, a layer 20 is applied and structured to the lower cover layer 10 ', which preferably consists of aluminum or another fusible material with sufficient surface tension and suitable adhesion or There is wetting on the material of the lower cover layer 10 '. The layer thickness of the second sealing layer 20 should be smaller than the thickness of the second sacrificial layer 12 '. Furthermore, the second closure layer 20 is structured such that it leaves the holes 11 of the lower cover layer 10 free and is arranged below the holes 15 of the upper cover layer 14 '.
Wie in Fig. 2b dargestellt, wird analog wie bei der ersten Ausführungsform die obere Opferschicht 12' abgeschieden und strukturiert. Allerdings enthält die zweite Opferschicht 12' bei dieser zweiten Ausführungsform nicht notwendiger weise Löcher zur Anbindung der oberen Deckschicht 14' an der unteren Deckschicht 10'.As shown in FIG. 2b, the upper sacrificial layer 12 'is deposited and structured analogously to the first embodiment. However, in this second embodiment, the second sacrificial layer 12 'does not necessarily contain holes for connecting the upper cover layer 14 ' to the lower cover layer 10 '.
Gemäß Fig. 2c erfolgt das Opferschicht-Ätzen zum Ätzen der Schichten 2, 4, 8 und 12' im nächsten Prozessschritt. Nach dem Opferschicht-Ätzen ist ein Temperaturschritt zur ther mischen Reinigung der Sensoroberflächen zweckmäßig, der je doch nicht über die Schmelztemperatur des Materials der zweiten Verschlussschicht 20 reichen darf. Nach der Reini gung wird die gesamte Struktur in eine Heizvorrichtung ein gebracht, in der definierte Gas- und Druckverhältnisse ein gestellt werden können. Hierbei kann beispielsweise ein Va kuum erzeugt werden, oder ein Edelgas bzw. ein anderes Gas zur Erhöhung der Dämpfung der Schwingungen der funktionalen Strukturelemente 7 eingeschlossen werden. According to FIG. 2c, the sacrificial layer etching for the etching of layers 2 , 4 , 8 and 12 'takes place in the next process step. After the sacrificial layer etching, a temperature step for the thermal cleaning of the sensor surfaces is expedient, which may not, however, reach beyond the melting temperature of the material of the second sealing layer 20 . After cleaning, the entire structure is placed in a heating device in which defined gas and pressure ratios can be set. Here, for example, a vacuum can be generated, or an inert gas or another gas can be included to increase the damping of the vibrations of the functional structural elements 7 .
Wie in Fig. 2d gezeigt, wird nach Einregelung der Gas- und Druckverhältnisse die Temperatur in der Heizvorrichtung über den Schmelzpunkt des Materials der zweiten Verschluss schicht 20 erhöht, so dass sich das Material 20 auf Grund der Oberflächenspannung zusammenzieht und Schmelzperlen ausbildet. Die Lage dieser Schmelzperlen auf der unteren Deckschicht 10 wird über die Strukturlage und Dicke der zweiten Verschlussschicht 20 derart gesteuert, dass die Schmelzperlen exakt unter den Löchern 15 der zweiten Deck schicht 14' entstehen. Das Material der zweiten Verschluss schicht 20 ist derart gewählt, das es eine ausreichende Be netzung mit dem Material der unteren Deckschicht 10' und der oberen Deckschicht 14' eingeht, und daher werden die Öffnungen 15 der oberen Deckschicht 14' von unten dicht verschlossen. Dadurch lässt sich eine vorbestimmte Atmo sphäre und ein vorbestimmter Druck unter der Verkappung einstellen. Beim Öffnen der Heizvorrichtung muss allerdings abgewartet werden, bis die Temperatur unter die Schmelztem peratur des Materials der zweiten Verschlussschicht 20 ge sunken ist.As shown in Fig. 2d, after adjusting the gas and pressure ratios, the temperature in the heating device is increased above the melting point of the material of the second sealing layer 20 , so that the material 20 contracts due to the surface tension and forms fused beads. The position of these fusible beads on the lower cover layer 10 is controlled via the structural position and thickness of the second sealing layer 20 in such a way that the fusible beads are formed exactly below the holes 15 of the second cover layer 14 '. The material of the second closure layer 20 is selected such that it is adequately wetted with the material of the lower cover layer 10 'and the upper cover layer 14 ', and therefore the openings 15 of the upper cover layer 14 'are sealed from below. This allows a predetermined atmosphere and a predetermined pressure to be set under the cap. When opening the heating device, however, one has to wait until the temperature has dropped below the melting temperature of the material of the second sealing layer 20 .
Zur dauerhaften hermetischen Verschließung kann optionel lerweise eine weitere Verschlussschicht 25 über der resul tierenden Struktur wie beider ersten Ausführungsform abge schieden werden, wie in Fig. 2e gezeigt.For permanent hermetic sealing, a further sealing layer 25 can optionally be deposited over the resulting structure as in the first embodiment, as shown in FIG. 2e.
Fig. 3a-c sind eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. Fig. 3a-c are a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical component-making according to a third embodiment of the present OF INVENTION.
Bei der dritten Ausführungsform wird das Material der obe ren Deckschicht 14" derart gewählt, dass es einen niedri geren Schmelzpunkt als das Material der unteren Deckschicht 10" aufweist. Beispielsweise kann das Material der oberen Deckschicht 14" Aluminium sein, welches bei 660°C auf schmilzt, während das Material der unteren Deckschicht 10" ein hochschmelzendes Material, z. B. CVD-Silizium, ist.In the third embodiment, the material of the upper cover layer 14 "is selected such that it has a lower melting point than the material of the lower cover layer 10 ". For example, the material of the upper cover layer 14 "can be aluminum, which melts at 660 ° C, while the material of the lower cover layer 10 " is a high-melting material, e.g. B. CVD silicon.
Fig. 3a zeigt den Zustand nach dem Opferschicht-Ätzen ent sprechend dem Zustand von Fig. 2c bzw. dem Zustand von Fig. 1f. Fig. 3a shows the state after the sacrificial layer etching accordingly the state of Fig. 2c and the state of Fig. 1f.
Wie in Fig. 3b illustriert, wird nach dem Opferschicht- Ätzen und einer eventuell durchgeführten thermischen Reini gung der Oberflächen das Material der oberen Deckschicht 14" unter definierten Gas- und Druckbedingungen in einer Heizvorrichtung aufgeschmolzen. Bei einer ausreichenden Be netzung zwischen der unteren und oberen Deckschicht 10", 14" werden dann die Öffnungen 11 in der unteren Deck schicht 10" durch die obere Deckschicht 14" hermetisch dicht verschlossen.As illustrated in FIG. 3b, after the sacrificial layer etching and a possible thermal cleaning of the surfaces, the material of the upper cover layer 14 "is melted in a heating device under defined gas and pressure conditions. With a sufficient wetting between the lower and upper Cover layer 10 ", 14 " then the openings 11 in the lower cover layer 10 "are hermetically sealed by the upper cover layer 14 ".
Wie bei der zweiten Ausführungsform kann auch bei dieser dritten Ausführungsform zur hermetischen Versiegelung eine weitere Verschlussschicht 30 auf der oberen Deckschicht 14" aufgebracht werden, welche aus Siliziumdioxid, Aluminium, Siliziumnitrid, Silizium oder einem anderen geeigne tem Material besteht. Dies zeigt Fig. 3c.As in the second embodiment, a further sealing layer 30 , which consists of silicon dioxide, aluminum, silicon nitride, silicon or another suitable material, can be applied to the top cover layer 14 "for hermetic sealing. This is shown in FIG. 3c.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise mo difizierbar.Although the present invention has been described above with reference to a preferred embodiment has been described, it is not limited to this, but in a variety of ways identifiable.
Es können insbesondere beliebige mikromechanische Grundma terialien verwendet werden, und nicht nur das exemplarisch angeführte Siliziumsubstrat.In particular, any basic micromechanical measures can be taken materials are used, and not only as an example listed silicon substrate.
Auch können die Lochanordnungen und die Anzahl und das De sign der Deckschichten und Opferschichten beliebig gewählt werden.The hole arrangements and the number and the De sign of the top layers and sacrificial layers chosen arbitrarily become.
Weiterhin können die Strukturelemente der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.Furthermore, the structural elements of the different Embodiments can be combined.
Claims (11)
einem Substrat (1);
einem auf dem Substrat (1) vorgesehenen Funktionsbereich (5); und
einer kappenförmigen Abdeckung (10, 14, 18; 10', 14', 20, 25; 10", 14", 30) zum Abdecken des Funktionsbereichs (5);
dadurch gekennzeichnet, daß
die kappenförmige Abdeckung (10, 14, 18; 10', 14', 20, 25; 10", 14", 30) mindestens eine obere und eine untere Deck schicht (10, 14; 10', 14'; 10", 14") aufweist; und
die Deckschichten (10, 14; 10', 14'; 10", 14") eine je weilige zueinander versetzte Lochanordnung (11, 15) aufwei sen, von denen mindestens eine durch mindestens eine Verschlußschicht (17; 20, 25; 14", 30) verschlossen ist. 1. Micromechanical component with:
a substrate ( 1 );
a functional area ( 5 ) provided on the substrate ( 1 ); and
a cap-shaped cover ( 10 , 14 , 18 ; 10 ', 14 ', 20 , 25 ; 10 ", 14 ", 30 ) for covering the functional area ( 5 );
characterized in that
the cap-shaped cover ( 10 , 14 , 18 ; 10 ', 14 ', 20 , 25 ; 10 ", 14 ", 30 ) at least one upper and one lower cover layer ( 10 , 14 ; 10 ', 14 '; 10 ", 14 "); and
the cover layers ( 10 , 14 ; 10 ', 14 '; 10 ", 14 ") each have a mutually offset hole arrangement ( 11 , 15 ), at least one of which has at least one closure layer ( 17 ; 20 , 25 ; 14 " , 30 ) is closed.
Vorsehen einer ersten Opferschicht (8) auf dem Funktionsbe reich (5);
Vorsehen der unteren Deckschicht (10; 10', 10") mit der Lochanordnung (11) auf der ersten Opferschicht (8) derart, daß sie über den Rand der ersten Opferschicht (8) hinausge zogen ist und an der Peripherie des Funktionsbereiches (5) angebunden ist;
Vorsehen einer zweiten Opferschicht (12; 12') auf der unte ren Deckschicht (10; 10', 10");
Vorsehen der oberen Deckschicht (14; 14', 14") mit der Lochanordnung (15) auf der zweiten Opferschicht (12; 12') derart, daß sie über den Rand der zweiten Opferschicht (12; 12') hinausgezogen ist und an der unteren Deckschicht (10; 10', 10") und optionellerweise an der Peripherie des Funk tionsbereiches (5) angebunden ist;
selektives Entfernen der ersten Opferschicht (8) und der zweiten Opferschicht (12; 12'); und
Verschließen mindestens einer der Lochanordnungen (11, 15) durch mindestens eine Verschlußschicht (17; 20, 25; 14", 30).8. A method for producing a micromechanical construction element according to claim 1 with the steps:
Providing a first sacrificial layer ( 8 ) on the functional area ( 5 );
Providing the lower cover layer ( 10 ; 10 ', 10 ") with the hole arrangement ( 11 ) on the first sacrificial layer ( 8 ) in such a way that it extends beyond the edge of the first sacrificial layer ( 8 ) and on the periphery of the functional area ( 5th ) is connected;
Providing a second sacrificial layer ( 12 ; 12 ') on the lower cover layer ( 10 ; 10 ', 10 ");
Providing the upper cover layer ( 14 ; 14 ', 14 ") with the hole arrangement ( 15 ) on the second sacrificial layer ( 12 ; 12 ') such that it is pulled over the edge of the second sacrificial layer ( 12 ; 12 ') and on the lower cover layer ( 10 ; 10 ', 10 ") and optionally connected to the periphery of the functional area ( 5 );
selectively removing the first sacrificial layer ( 8 ) and the second sacrificial layer ( 12 ; 12 '); and
Closing at least one of the hole arrangements ( 11 , 15 ) by at least one sealing layer ( 17 ; 20 , 25 ; 14 ", 30 ).
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Legal Events
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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