CN101528590A - 带有不粘层的微机械的构件 - Google Patents
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Abstract
本发明建议了一种带有基底和功能元件的微机械的构件，其中该功能元件具有带有至少局部涂覆的，用于减小表面黏附力的不粘层的功能表面，其中此外该不粘层相对于超过800℃的温度是稳定的。
Description
背景技术
本发明涉及一种微机械的构件以及一种用于生产具有并列的权利要求前序部分的特征的微机械的构件的方法。
在微机械的结构或者说微机械的结构以及构件(所谓的MEMS构件)中的可运动的元件可能粘贴或者说黏附在固定的结构上。另外考虑机械的过载或者静电的充电作为对粘贴或者说黏附的松开的机构。一种有问题的大多因为不可逆的黏附首先通过化学的连接获得，例如范德瓦尔斯相互作用，离子相互作用，公用原子价连接或者金属连接。具有高的表面能量的接触的表面-例如带有或者没有由OH族制成的层的或者又具有或者没有水膜的硅表面或者又还包括氢中止的硅表面-可能显示出很强的连接力，那么这涉及例如离子相互作用或者公用原子价连接并且将两个表面黏附一起。所述的粘贴可以通过不粘层阻止或者至少减轻。
那么例如由欧洲专利公开文献EP 1416064A2公开了借助所谓的由例如烷基三氯硅烷制成的SAM(自组装单层)层涂覆的微机械的结构并且由此减小了黏附的可能性。不过这种SAM层只具有有限的热力学稳定性，这强烈限制了接下来的过程的热力学预算，也就是说，对接下来的过程可以应用的温度的范围，特别是低于约500℃。这特别对考虑的零级封装过程，例如封盖过程是强烈的限制。高温过程，例如薄膜盖的取向附生的沉积-例如薄层封盖-由于已经提及的温度限制，通过这种借助于SAM涂覆的微机械的结构已经不再可行，因为由此SAM层将被破坏。SAM层的另一个缺点是它的这种由只少数原子或者说分子层(基本上只一个分子平面)组成的层的小的耐剥离性。在击打或者互相摩擦的情况下这类涂覆的微机械的结构要注意局部的剥蚀或者SAM层的损坏。这可能导致在工作中黏附的可能性的提高并由此导致提高的系统故障风险。已知的SAM层的另一个缺点在于，它不可以在涂覆的表面上(并且没有昂贵的预加工例如激光烧蚀)进行阳极过程(例如阳极键合)。
发明内容
而根据本发明的微机械的构件以及根据本发明的用于生产按照并列的权利要求的微机械的构件的方法具有优点，即为紧接着不粘层的涂覆或者产生的过程提供显著提高的温度预算，这样带来好处是，接下来的过程-特别是用于产生构件的封装的-可以简单并且成本经济地并且以高的质量进行。不粘层面对超过约800℃的温度，优选面对超过约1000℃的温度，特别优选面对超过约1200℃的温度是经受得住的或者说稳定的事实特别可以接着不粘层的沉积或者说产生进行取向附生步骤。由此可以进行节约成本的所谓的零级封装过程(也就是说，通过在基底晶片上自实施的方法步骤进行的封装过程)，例如利用硅作为封盖材料的薄层封盖过程，该过程在硅取向附生期间要求约1000℃到约1100℃的温度。使用碳化硅作为不粘层的组成部分或者说主要组成部分有利地可以使不粘层可以比较简单以及利用引入的工艺并且由此比较成本经济地生产。
此外根据本发明优选的是不粘层的层厚度设置在约1纳米和约1微米之间，优选在约2纳米和约200纳米之间，特别优选在约5纳米和约50纳米之间。由此不粘层可以构造地特别薄，从而只不明显地由于不粘层改变功能元件的几何的并且影响微机械的构件的功能的尺寸。此外根据本发明有利的是不粘层的厚度能匹配相应的情况，特别是关于必需的耐磨强度和类似性能的情况。
按照根据本发明的构件的第一种实施方式优选的是，微机械的构件具有功能元件的盖，其中盖具有封闭的穿孔，其中不粘层也设在功能表面的面对穿孔的区域中。由此保证不粘层的特别大的效果。
一种微机械的构件的生产方法与根据本发明的构件的第一种实施方式一致，其中在第一步骤中进行功能元件，盖和穿孔的结构化，其中在第二步骤中在功能表面的至少一部分上产生不粘层并且其中在第三步骤中封闭穿孔。根据本发明通过选择不粘层或者说通过不粘层的组成以有利的方式阻止由于第三步骤产生不粘层的不粘效应的效果的削减。在由碳化硅制成的不粘层的情况下不粘效应特别通过在不粘层中的碳原子的过剩在沉积接下来的少量硅原子的区域中保持。由此根据本发明可以将多个封装过程与根据本发明的不粘层组合，它们没有根据本发明的不粘层不可使用，比如说因为通过穿孔的封闭至少在功能表面的面对穿孔的区域中破坏不是根据本发明的不粘层的不粘特性。
按照根据本发明的构件的第二种实施方式优选的是，功能元件的盖设置作为与基底通过连接技术连接的构件盖。由此可以以成本节约的方式实现构件的功能元件的稳定的封闭。这特别适用于这种情况，即构件盖利用耐热玻璃中间层作为连接技术与基底连接。
一种微机械的构件的生产方法与根据本发明的构件的第二种实施方式一致，其中在第一步骤中进行功能元件，盖和穿孔的结构化，其中在第二步骤中在功能表面的至少一部分上产生不粘层并且其中在第三步骤中将构件盖与基底连接，特别是例如借助于耐热玻璃中间层阳极键合。由此可以无需昂贵的中间步骤-比如说不粘层在这些区域中的激光烧蚀，借助这些区域盖与构件的基底进行连接-直接在不粘层上产生基底和盖之间的连接。
附图说明
本发明的实施例在图中示出并且在接下来的说明中详细说明。
图中示出：
图1示出了通过按照第一种实施方式的根据本发明的微机械的构件的示意截面图，
图2示出了通过按照图1的根据本发明的微机械的构件前身结构的示意截面图，以及
图3示出了通过按照第二种实施方式的根据本发明的微机械的构件的示意截面图。
具体实施方式
在图1中示出了通过按照本发明的第一种实施方式的根据本发明的微机械的构件10的示意截面图，以及在图3中示出了通过按照本发明的第二种实施方式的根据本发明的微机械的构件10的示意截面图。
在这两种实施方式中，构件10包含基底11，盖30以及微机械的功能元件12，它可以相对基底11以及盖30运动地设置。根据本发明的微机械的构件10特别涉及一种惯性传感器，比如说一种(直线的)加速度传感器，一种旋转比率传感器或者涉及一种其它的带有至少部分可运动的结构的微机械的构件，比如说一种微机械的麦克风。功能元件12根据本发明特别涉及一种惯性传感器的质量元件或者又涉及一种麦克风膜片或者类似物。盖30根据本发明与基底11连接，不过这不必设置成与基底材料的直接连接，而是可以通过一个中间层14或者多个中间层14进行，该中间层在生产构件10时产生，比如说通过用于构成功能元件或者构成牺牲层的材料的沉积产生。在功能元件12的表面13的至少一部分上根据本发明设有不粘层20。该不粘层20根据本发明借助一种涂覆方法产生或者说沉积。在这种情况下产生一种优选只几个纳米厚的层作为不粘层。根据本发明在此特别优选的是，设置具有化学通式SixC1-x的碳化硅作为不粘层的材料或者说主要材料。
这样一种包含碳化硅的不粘层20根据本发明特别借助一种PECVD过程(等离子体增强化学气相沉积)产生或者说沉积，特别是在应用硅烷和甲烷作为前身物质(所谓的前体(Precursor))并且优选利用氩作为气体载体的情况下。在这种情况下不粘层根据本发明或者非晶形地或者微晶体地成长或者说沉积。这样获得的层已经具有很多由单晶体的碳化硅已知的有利的特性，如高的化学，热力学和机械的稳定性。此外这种层对于碳化硅相对碳化硅或者碳化硅相对利用碳化硅涂覆的表面具有十分小的附着能量。由此根据本发明特别有利的是，使用这种碳化硅层作为不粘层20。在这种情况下要指出，当该材料的热处理在例如850℃和更高，例如在1000℃甚至在1200℃的情况下进行时，借助PECVD产生的碳化硅层的不粘效应甚至能不受不利影响地保持。因为在从约800℃起的温度，在PECVD过程中不可避免地构成在碳化硅层中的氢完全渗出，在所述的碳化硅层的不粘效应或者说不粘性能上在还要更高的温度时也不再变化，这使直到极端高的温度的使用成为可能。替代地也可以由此实现不粘层20，即层已经在前面提及的高温时产生，例如在高温等离子体化学气相沉积过程中利用非常热的，例如600℃或者850℃的基底电极(比如说作为石墨电极)或者在所谓的LPCVD(低压化学气相沉积)过程中或者说取向附生的沉积过程(比如说管反应器或者RTP反应器)中，这样可以取消(跟随在沉积后面的)热处理并且不粘层20可以同样利用无氢的结构施加。在施加不粘层20的两种情况下都获得这样小的表面(附着)能量，即可以不再考虑或者基本上不再考虑在同类被涂覆的表面之间键合倾向。因此根据本发明的不粘层20相对在现有技术中已知的SAM层的主要优点是，热力学工作范围或者对接下来的过程步骤允许的温度预算极大地扩张直至远高于约800℃，或者甚至高于约1000℃或者说高于约1200℃的温度，该温度是对取向附生的沉积典型的温度。由此此外可以获得成本节约的零级封装过程例如利用硅作为封盖材料的薄层封盖过程(用于封闭微机械的结构)。此外根据本发明的不粘层20特别硬并且明显比SAM层更耐剥离和更有抵抗能力，这明显降低了在工作中磨损造成的键合风险。即使通过不粘层20的由于功能性可运动的和/或固定的结构的拍击产生的沉重的机械的载荷也还完全保持不粘层20的功能。由此根据本发明特别能够减小构件大小并且能够这样通过变小的必需的芯片表面减小生产成本。此外根据本发明是有利的，这种不粘层20是非常有化学抵抗能力的并且在此可以有助于被涂覆的表面在腐蚀性的环境(例如在存在腐蚀性过程气体的情况下)中的钝化。此外建立碳化硅作为CMOS(互补金属氧化物半导体)相容的材料并且由此可以轻易集成在现存的加工环境中。
根据本发明的不粘层20的另一个优点，特别是对于根据本发明的构件10的第一种实施方式，由图2得出。在图2中示出了带有基底11，微机械的功能元件12，中间层14以及盖30的构件10的前身结构。盖30设置作为所谓的薄层封盖层并且具有多个穿孔33，它们特别应用于去除例如在基底11和功能元件12之间的未示出的牺牲层。为此必须通过盖30存在一个通过穿孔33的通到构件10的内部的通道(以后封闭或者至少尽可能封闭)。不过该穿孔33必须在这种薄层封盖过程中总是还重新封闭。这在传统方式中例如同样通过薄层过程实现，例如在反应器(比方说所谓的用于构造取向附生层的取向附生反应器)中通过所谓的沉积的取向附生的多晶硅(取向附生多晶硅)的或者取向附生地沉积的单晶硅的硅沉积。作为这种用于封闭穿孔33的沉积的结果必然使设有不粘层20的功能表面13(根据利用箭头34标明的穿过穿孔33的沉积方向)的区域22也随着涂覆。这特别涉及这种正对穿孔33的区域22。由于不粘层20的这种不希望的涂覆可能导致不粘效应的局部下降，方式是表面附着能量在局部的重新提高。根据本发明有利地规定，不粘层20以碳化硅层的形式以碳的过剩生产。由此在高的沉积温度下在穿孔33的封闭期间形成或者保持碳化物类型的，例如又是碳化硅类型的表面，当在封闭步骤期间外来原子-例如硅原子-沉积在在封闭步骤之前已经存在的作为不粘层20的碳化硅层上时。因此只要没有过多的外来原子盖住原来的碳化硅表面并且温度只足够高(以产生自由的碳的足够高的活动性以及参与的硅原子和碳原子的足够高的相互扩散)，则碳原子的过剩在非化学计算的碳化硅层中是足够的，以仍然重新形成或者说保持具有足够小的表面能量的不粘层20(也在区域22中)的碳化物类型的表面。人们由此通过在不粘层中的碳过剩实现“除收剂效应”，通过它“除收”不希望地沉积的硅原子，但是可以中和它的有害效应。
根据本发明的不粘层20的另一个优点，特别是对于根据本发明的构件10的第二种实施方式的，由图3得到。在图3中示出了根据第二种实施方式的带有基底11，微机械的功能元件12，中间层14以及盖30的构件10。盖30设计成所谓的构件盖39，它与基底11或者说间接与基底11(比如说通过中间层14)连接。在此有利的是，可以在碳化硅上直接且不间接地实现高度牢固的阳极键合。例如可以直接在不粘表面上键合耐热玻璃中间层38或者耐热盖，这例如在所谓的MPT(微封装工艺)解决方案中是必需的，这样它可以成本经济地实现。特别是借助根据本发明的不粘层20可以放弃在基底11和构件盖39之间的连接步骤之前的激光处理。为此必须清除碳化硅层的层中的氢，即或者在高温下，例如大于约600℃，优选大于约800℃地回火并且从层中排除过剩的氢。替代地也可以在大于约600℃，优选大于约800℃的较高温度下沉积出一个无氢的碳化硅层，例如在LPCVD方法中。阳极的键合是可行的，因为耐热玻璃在碳化硅上表现出附着并且在阳极键合过程期间在键合界面中(也就是说在接触的表面的区域中)释放的氧氧化碳化硅接触表面并且在这种情况下建立化学连接。
Claims (9)
1.带有基底(11)和功能元件(12)的微机械的构件(10)，其中该功能元件(12)具有带有至少局部涂覆的，用于减小表面黏附力的不粘层(20)的功能表面(13)，其特征在于，所述不粘层(20)相对于超过800℃的温度是稳定的。
2.根据权利要求1或者按照权利要求1前序部分所述的构件(10)，其特征在于，所述不粘层(20)包含碳化硅。
3.根据前述权利要求中任一项所述的构件(10)，其特征在于，所述不粘层(20)的层厚度在约1纳米和约1微米之间，优选在约2纳米和约200纳米之间，特别优选在约5纳米和约50纳米之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的构件(10)，其特征在于，所述微机械的构件(10)具有功能元件(12)的盖(30)，盖(30)具有事后又封闭的穿孔(33)，不粘层(20)也设在功能表面(13)的面对穿孔(33)的区域(22)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的构件(10)，其特征在于，所述功能元件(12)的盖(30)被设置为与基底(11)连接的构件盖(39)。
6.根据权利要求5所述的构件(10)，其特征在于，所述构件盖(39)被设置为耐热玻璃盖或者带有耐热玻璃中间层(38)的构件盖与基底(11)阳极连接。
7.用于生产根据权利要求4所述的微机械的构件(10)的方法，其特征在于，在第一步骤中进行功能元件(12)，盖(30)和穿孔(33)的结构化，在第二步骤中在功能表面(13)的至少一部分上产生不粘层(20)并且在第三步骤中封闭穿孔(33)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述不粘层(20)包含碳化硅并且在第二步骤期间将碳原子过剩地加到不粘层(20)中。
9.用于生产根据权利要求5或6所述的微机械的构件(10)的方法，其特征在于，在第一步骤中进行功能元件(12)和盖(30)的结构化，在第二步骤中在功能表面(13)的至少一部分上产生不粘层(20)并且在第三步骤中将构件盖(39)与基底(11)连接，特别是阳极键合。
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