CN102459061A - 具有两个衬底之间的共晶连接的微机械元件以及用于制造这种微机械元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造微机械元件的方法。所述方法包括提供第一衬底(100)，提供第二衬底(200)，在第二衬底(200)上构造突出的结构元件(240)以及通过所述突出的结构元件(240)连接第一衬底和第二衬底(100，200)。所述方法的特征在于，连接第一衬底和第二衬底(100，200)包括共晶键合。本发明还涉及一种微机械元件，其中，第一衬底和第二衬底(100，200)彼此连接。

Description

具有两个衬底之间的共晶连接的微机械元件以及用于制造这种微机械元件的方法

技术领域

本发明涉及一种微机械元件以及一种用于制造微机械元件的方法，其中，第一衬底和第二衬底彼此连接。

背景技术

例如在汽车领域中用作惯性传感器或加速度传感器的微机械元件通常具有微结构，所述微结构具有可活动的功能元件。所述微结构也称为MEMS结构(Micro-Electromechanical System：微机电系统)。在这样的传感器的运行中，例如通过电容相对于固定的参考电极的变化来检测功能元件的偏移。

用于制造微机械元件的常见方法包括在功能衬底(传感器晶片)上构造微结构以及将功能衬底与盖衬底(封装)连接。通过所述方式构造包围功能元件的空腔，通过所述空腔使功能元件相对于周围环境严密密封。还可以调节在空腔中预给定的气体环境或压力环境。

在DE 10 2007 044 806 A1中描述了一种用于封装功能衬底的已知方法。在所述方法中，盖衬底构造有突出的、销状的结构元件。功能衬底设有凹槽，所述凹槽用作盖衬底的突出的结构元件的配合结构。这两个衬底如此彼此连接，使得盖衬底的销结构配合到功能衬底的凹槽中并且通过所述方式形成环绕微结构的密封区域。此外将连接介质引入密封区域，以便产生严密密封的连接。在此，建议使用密封玻璃，在建立与功能衬底的连接之前借助于丝网印刷掩模将所述密封玻璃施加到销结构上。

在微系统技术中可以观察到的发展在于部件的日益微型化。因此，除了功能结构之外，还存在微机械元件的连接区域(连接或键合框架)设计得更小和更窄的趋势。然而，以上所述借助于丝网印刷掩模施加密封玻璃的方法在此日益接近极限并且因此表现为不适于满足(未来的)微型化要求。此外，根据DE 10 2007 044 806 A1在功能衬底上构造的凹槽在横截面中具有矩形的形状，由此可能存在附着不足的问题。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种改进的用于制造微机械元件的方法。此外，本发明的任务还在于，提供一种改进的微机械元件。

所述任务通过根据权利要求1的方法、根据权利要求10的微机械元件和根据权利要求11的微机械元件解决。在从属权利要求中说明本发明的其他有利的实施方式。

根据本发明，提出一种用于制造微机械元件的方法。所述方法包括提供第一衬底，提供第二衬底，在第二衬底上构造突出的结构元件，以及通过所述突出的结构元件将第一衬底与第二衬底连接。所述方法的特征在于，连接第一衬底与第二衬底包括共晶键合。

实施共晶键合方法提供了以下可能性：以相对较小的几何尺寸并且尤其是以较小的宽度实现微机械元件的两个衬底之间的连接区域。第二衬底的突出的结构元件此外还实现了在连接衬底时使氧化层破碎，这些氧化层可能位于待连接的表面或层(键合方)上。通过所述方式可以相对快速地发生能够实现连接的共晶反应。

根据一个优选的实施方式，所述第二衬底的突出的结构元件构造有连接层。在连接第一衬底和第二衬底时，第二衬底的连接层和第一衬底的材料形成共晶合金。因为仅仅构造连接层，所以可以通过相对简单的方式来实现所述实施方式。

根据一个替代的优选实施方式，在第一衬底上构造第一连接层。所述第二衬底的突出的结构元件构造有第二连接层。在连接第一衬底和第二衬底时，第一连接层和第二连接层形成共晶合金。

根据另一个优选的实施方式，第二衬底的突出的结构元件构造有保护层，在所述保护层上构造以上所述的连接层或第二连接层。保护层用于在连接第一衬底和第二衬底时阻止突出的结构元件在保护层下面的材料的熔化。通过所述方式，可以准确地调节在键合范畴内形成的共晶合金的混合比，以便实现第一衬底与第二衬底之间的可靠附着。

在此，突出的结构元件的连接层优选具有两个重叠设置的层，这些层具有不同的材料。使用双层的连接层提供了以下可能性：改进关于保护层的附着和连接稳定性。

根据另一个优选的实施方式，在第一衬底上构造凹槽。第一衬底和第二衬底如此连接，使得第二衬底的突出的结构元件配合到第一衬底的凹槽中。由此，能够以较高的稳定性来产生第一衬底与第二衬底之间的键合连接。特别地，可以实现相对于在衬底之间横向作用的力或剪切力的高连接坚固性。

根据另一个优选的实施方式，所述第一衬底的凹槽包括底部区域和侧壁。侧壁在紧邻底部区域处具有一些空隙，在共晶键合时形成的共晶合金流到这些空隙中。通过所述方式可以实现楔嵌或啮合，由此能够进一步改进键合连接的稳定性。

根据另一个优选的实施方式，在连接区域内在第一衬底上或者在第二衬底的突出的结构元件上构造隆起结构。所述隆起结构在此可以用作“密封唇”，所述“密封唇”可以作为窄并且连续的结构在连接区域或键合框架内延伸。通过所述方式存在以下可能性：阻止由于衬底之间的拓扑差别而在待连接的表面或键合方之间出现仅仅局部的接触。在键合开始时，在隆起结构的区域内可能出现接缝的熔化。通过在键合范畴内实施的衬底彼此挤压和在隆起结构的区域内引起的高的面压紧力，可以排挤局部出现的熔液并且使设置在连接区域内的隆起结构进一步压到产生的“熔液前部”中。因此，还可以在其余的键合框架区域内出现键合方的接触和共晶合金的构成，由此可以产生严密密封的键合连接。

根据本发明，此外还提出一种微机械元件。所述微机械元件具有第一衬底和第二衬底。第二衬底具有突出的结构元件，第一衬底和第二衬底通过所述突出的结构元件连接。所述微机械元件的特征在于，第一衬底与第二衬底的连接是通过共晶合金建立的，所述共晶合金通过突出的结构元件的区域中的共晶键合形成。由此存在以下可能性：微机械元件在两个衬底之间具有几何尺寸相对较小的连接区域。

根据一个优选的实施方式，第一衬底具有凹槽。第一衬底和第二衬底如此连接，使得第二衬底的突出的结构元件配合到第一衬底的凹槽中。在所述构型中，微机械元件主要相对于剪切力具有高连接坚固性。

根据另一个优选的实施方式，微机械元件在第一衬底与第二衬底之间在凹槽外部还具有距离保持单元。通过所述距离保持单元可以以定义的距离彼此设置两个衬底。定义的距离例如提供如下可能性：以高精确度通过设置在一个衬底上的参考电极电容式地分析设置在另一个衬底上的功能元件的运动。

根据本发明，还提出另一种微机械元件，其具有第一衬底和第二衬底。第一衬底具有凹槽，并且第二衬底具有突出的结构元件。第一衬底和第二衬底如此连接，使得突出的结构元件配合到凹槽中。第一衬底与第二衬底的连接在此是通过设置在凹槽中的连接介质建立的。所述微机械元件的特征在于，第一衬底的凹槽具有底部区域和侧壁，其中，侧壁在紧邻底部区域处具有由连接介质填充的空隙。此外，连接介质是共晶合金。在所述微机械元件中，凹槽的空隙由连接介质填充实现了楔嵌或啮合，从而所述元件具有高连接坚固性。通过连接介质作为共晶合金的构型进一步有利于高连接稳定性。

根据一个优选的实施方式，第二衬底的突出的结构元件具有与连接介质连接的保护层。所述保护层提供以下可能性：避免在通过连接两个衬底来制造元件时出现结构元件的材料的不期望的熔化。

根据另一个优选的实施方式，微机械元件在第一衬底上在凹槽中或者在第二衬底的突出的结构元件上还具有隆起结构。所述隆起结构可以例如用作机械止挡，以便避免连接介质在连接衬底时在第一衬底的凹槽的底部区域与突出的结构元件之间完全排挤出。

附图说明

以下根据附图来进一步说明本发明。附图示出：

图1至3：用于通过连接具有槽的功能衬底与具有销结构的盖衬底来制造微机械元件的方法；

图4：制造方法的一种替代构型，其中，附加地使用距离保持单元；

图5：制造方法的另一种替代构型，其中，在销结构的侧壁上还设置连接层；

图6和7：制造方法的另一种构型，其中，功能衬底在槽中具有隆起；

图8至10：功能衬底的隆起结构的替代构型；

图11和12：方法的另一种变型，其中，盖衬底的销结构具有保护层和双层的连接层；

图13：具有隆起的销结构的示图；

图14：制造方法的另一种构型，其中，销结构具有隆起；

图15和16：制造方法的另一种构型，其中，直接通过功能衬底进行连接；

图17：方法的一种变型，其中，在功能衬底上具有隆起；

图18和19：制造方法的另一种构型，其中，盖衬底的销结构具有保护层和双层的连接层；

图20：制造方法的另一种构型，其中，功能衬底具有隆起但不具有槽；

图21和22：方法的一种变型，其中，盖衬底的销结构具有保护层和双层的连接层；

图23至25：用于通过连接具有槽的功能衬底与具有销结构的盖衬底来制造微机械元件的另一种方法；

图26：制造方法的一种替代构型，其中，附加地使用距离保持单元；

图27和28：制造方法的另一种构型，其中，功能衬底在槽中具有隆起；

图29至31：功能衬底的隆起结构的替代构型；以及

图32至34：制造方法的其他变型，其中，使用隆起和/或保护层。

具体实施方式

以下附图分别在示意性侧截面图中示出通过连接功能衬底100和盖衬底200来制造微机械元件。通过所述方式，可以相对于周围环境严密地密封在功能衬底100上构造的传感器区域135，所述传感器区域135具有一个或多个可活动的功能元件和可选的集成电路。也可以考虑，盖衬底200具有集成电路。传感器区域135仅仅在所示附图中的一些附图中示出。在以下描述的制造方法中，可以使用在半导体或微系统技术中常用的方法工艺和材料，从而仅仅探讨一部分。此外指出，除了所示出的和所描述的方法步骤之外，可以实施其他的方法步骤，以便使微机械元件的制造完整。其中例如有在衬底100、200上构造触点，用于外部的触点接通。此外考虑衬底100、200在其背侧上的背面减薄和分离过程，以便提供彼此分开的微机械元件。

图1至3示出用于由功能衬底100和盖衬底200制造微机械元件的第一方法。微机械元件可以例如是可用于机动车的加速度传感器。

图1示出在实施一系列方法步骤之后的功能衬底100的示图。首先提供衬底100，所述衬底例如是由硅制成的通用晶片。在衬底100上施加隔离层105，所述隔离层105例如具有氧化硅。取代单个层，隔离层105也可以包括多个层。尤其可以考虑，在隔离层105内设有一个或多个镶嵌的印制导线平面。这样的印制导线结构用于实现微机械元件的触点接通。

在隔离层105上构造结构化的连接层110，所述连接层110在后面的方法阶段中用于形成共晶合金。可以考虑例如硅或多晶硅或者锗作为连接层110的材料。此外，在连接层110上构造结构化的牺牲层120，所述牺牲层120如在图1中示出的那样在横向尺寸方面可以比连接层110更小。替代地，牺牲层120也可以具有等于或大于连接层110的尺寸。考虑例如氧化硅作为牺牲层120的材料。

在所述层布置上施加相对较厚的功能层130，在所述功能层130中构造微机械元件的功能元件。在图1中根据传感器区域135示出功能元件的可能位置或区域。功能层130可以是所谓的外延多晶硅层，即在外延方法中产生的多晶硅层。

在传感器区域135中产生功能元件包括例如实施沟槽刻蚀方法，其也称作“开设沟槽(Trenchen)”。为了进行沟槽刻蚀，可以实施交替的干蚀刻法，例如所谓的博世法(Bosch-Prozess)。在沟槽刻蚀的范畴内，如在图1中示出的那样在功能层130中构造凹槽或槽140。在此，牺牲层120用作蚀刻停止层，以便避免连接层110的损坏。槽140具有(在俯视中)环绕传感器区域135的封闭形状。

在制造传感器区域135中的微结构的范畴内实施的另一工艺是气相蚀刻法。在例如使用氢氟酸蒸汽的所述工艺中，使微结构的通过沟槽刻蚀预结构化的功能元件暴露。关于槽140，气相蚀刻导致：如在图2中示出的那样去除牺牲层120，从而槽140的侧壁在紧邻通过连接层110形成的底部区域处具有底切或者空隙145。空隙145有助于提高微机械元件的连接坚固性，如以下进一步描述的那样。

此外，图2示出盖衬底200，其与功能衬底100连接，以制造微机械元件。盖衬底200用于相对于周围环境严密地密封传感器区域135。

图2示出在实施一系列方法步骤之后的盖衬底200的示图。首先提供衬底200，所述衬底200例如是由硅制成的通用晶片，如(原来的)衬底100那样。衬底200还设有突出的、销状的结构元件240，所述结构元件以下称作销结构240。为了制造销结构240，实施结构化方法或蚀刻方法。销结构240与功能衬底100的槽140相对应，并且因此如槽140那样具有(在俯视图中)封闭的环形形状。在对销结构240进行结构化的范畴内，还在盖衬底200上构造由销结构240包围或围绕的空腔或空洞。在连接衬底100、200之后，功能衬底100的传感器区域135设置在空腔内。

此外如在图2中示出的那样，销结构240构造有设置在底侧上的、结构化的连接层210。连接层210可以在对销结构240进行结构化之前或替换地在对销结构240进行结构化之后施加到盖衬底200上，从而可以在销结构240的结构化的范畴内或者通过附加的结构化方法进行连接层210的结构化。与图2中的示图相反，连接层210也可以在销结构240或其端侧(底侧)的整个宽度上延伸。

销结构240的连接层210的材料与功能衬底100的连接层110的材料相对应，以便可以由两个连接层110、210来形成共晶合金300(参见图3)。对于具有硅的连接层110的情形，连接层210可以例如具有金，并且在连接层110具有锗的情形中连接层210可以例如具有铝。

为了连接两个衬底100、200，将销结构240如在图2中示出的那样插到槽140中并且实施共晶键合方法，其中，在预给定的温度的作用下彼此挤压衬底100、200。这导致连接层110、210熔化并且如在图3中示出的那样构成共晶合金300(共晶体)。此外，通过挤压衬底100、200还实现：共晶体300流到空隙145中并且填充空隙145。在此，功能层130在空隙145的区域中的一部分可以熔化并且如在图3中示出的那样参与共晶体300。这通过相应的方式适用于销结构240的在熔化前位于连接层210下方的子区域(在图2的示图中位于连接层210“上方”)。

在冷却或硬化共晶体300之后，两个衬底100、200严密密封地通过共晶体300彼此连接。可以在定义的环境中以预给定的(例如非常小的)环境压力实施两个衬底100、200的连接，以便调节由两个衬底100、200围绕的空腔中的定义的内压，传感器区域135设置在所述空腔中。

所述方法提供以下可能性：通过配合到槽140中的销结构240来实现衬底100、200之间的连接，也称作连接框架或键合框架，其具有较小的尺寸和尤其是较小的宽度。在制造参与共晶键合的结构和层时，可以使用能够实现键合框架的这种微型化的光刻的结构化方法和蚀刻技术。由于销结构240，还可以在挤压衬底100、200时在连接层110、210的区域中实现相对较高的面压紧力，由此可以使连接层110、210上可能存在的(自然的)氧化层破碎，并且可以相对快速地出现层110、210的熔化或者共晶体300的形成。将销结构240配合到槽140中还——尽管键合框架相对较窄——实现了微机械元件主要相对于在衬底100、200之间横向作用的力或剪切力的高连接坚固性。通过共晶体300填充槽140的侧向空隙145还实现楔嵌或啮合，由此进一步有利于连接的稳定性。

借助以下附图来描述借助图1至3阐述的制造方法的变化或变型。因此，关于一致或相应的方法步骤和元件的细节可以参考以上实施方式。在此应当指出，各个实施方式的特征也可以与其他变型组合。

图4示出一种替代构型，其中，在功能衬底100或功能层130与盖衬底200之间在槽140外部设有距离保持单元150。可以在连接衬底100、200之前制造距离保持单元150。产生距离保持单元150包括例如对功能层130进行结构化或者在功能层130上施加(例如由氧化硅制成的)另一层并且对所述另一层进行结构化。

通过距离保持单元150可以以预给定的距离来彼此设置两个衬底100、200。定义的距离例如提供以下可能性：以高精确度通过设置在盖衬底200中的参考电极电容式地检测功能衬底100的微结构的功能元件的位置或运动。此外，距离保持单元150可以用于确定在连接或彼此挤压衬底100、200时熔化的共晶体300的最大排挤量。通过所述方式尤其可以确保：共晶体300不完全从销结构240的底侧与隔离层105之间的中间区域中挤出，因为这可能会使附着和/或密封变差。

取代在功能衬底100或功能层130上设置距离保持单元150，也可以在盖衬底200上在销结构240旁边构造距离保持单元150。这例如可以通过对盖衬底200进行结构化或者在盖衬底200上施加另一层并且对所述另一层进行结构化来实现。此外还可以考虑，如此连接两个衬底100、200，使得盖衬底200的在附图中在销结构240侧面示出的棱边或表面或者其子区域位于功能层130上(未示出)。通过所述方式，也可以确定衬底100、200之间具有以上所述效果的定义的距离。

图5示出在构造共晶体300之前的制造方法的另一种替代构型，其中连接层210在此不仅设置在销结构240的底侧上而且也设置在销结构240的侧壁上。由此给出以下可能性：不使用在必要时用于(大面积沉积的)连接层210的结构化的结构化工艺。

在上述方法中，可能存在以下问题：衬底100、200之间的拓扑差别造成连接层110、210之间的仅仅部分或局部的接触。这可能导致，共晶体300没有构造在槽140内的整个连接区域中，并且因此在连接区域中存在不密封性。可以通过如下方式来避免这种效应：在连接区域中设置用作“密封唇”的隆起结构，在所述隆起结构处可以局部地构造共晶体300。通过在键合范畴内实施的衬底100、200的彼此挤压以及在此在隆起结构区域中引起的高的面压紧力，熔化的共晶体300可以进一步排挤到连接框架的其他区域中，从而在整个连接区域中构造严密密封的连接。在以下附图中示出具有这样的隆起结构的可能实施方式。

图6和7示出制造方法的一种构型，其中，如在图6中示出的那样在功能衬底100上在槽140内设有隆起160。这例如可以通过对施加在(原来的)衬底100上的隔离层105(或者构造为层系统的隔离层105中的一个或多个层)附加地进行结构化来实现，从而事后在隔离层105上构造的连接层110在隆起160的区域中具有阶段形的形状。在产生共晶体300之后，(现在仅仅通过隔离层105形成的)隆起160可以如在图7中示出的那样由共晶体300包围。在此也可以考虑，隆起160紧邻销结构240的底侧(未示出)。

也可以通过其他方式来实现这样的(槽140内的)隆起结构。一种可能的构型是在图8中示出的隆起161。在此，在隔离层105上构造附加的结构化的隆起层165。隆起层165优选具有耐温材料，以便尤其是与随后在高温下实施的工艺有关地使用。这样的工艺例如是通过外延反应器中的层沉积来施加作为外延多晶硅层的层130。用于隆起层165的可能的耐温材料例如是多晶硅、亚硝酸硅、碳化硅或氧化硅。

替代地，存在以下可能性：对所提供的衬底100进行结构化，以便如在图9中示出的那样提供隆起162。在此，随后构造的层105、110在隆起162的区域中具有相应的阶梯状变化。取代单个隆起，也可以考虑设置多个隆起。为了进行说明，图10示出了一个可能的示例，其中，功能衬底100在此具有三个隆起160。隆起160在此可以以相同的距离或彼此平行地设置。在隆起结构的使用方面存在以下可能性：这些隆起结构也可以与在图4中示出的距离保持单元150组合(未示出)。

图11和12示出制造方法的另一种构型。在此，销结构240如在图11中示出的那样设有附加的保护层220，其例如具有氧化硅。此外设有由两个层211、212构成的层布置作为销结构240的连接层，所述两个层211、212设置在保护层220上。这种双层结构具有以下目的：实现保护层220上的更好的附着。

例如考虑(相应于在以上附图中示出的连接层210)金作为用于连接层212的材料，但是金可能尤其在共晶键合范畴内熔化时在由氧化硅形成的保护层220上的附着不足。这样的附着问题可以通过设置在连接层212与保护层220之间的另一连接层211来避免，所述另一连接层211如在功能衬底100上的连接层110那样例如具有硅。对于包括氧化硅的保护层220上的包括铝的连接层212而言，也可能存在相应的情况。在此，可以通过由锗构成的连接层211来实现更好的附着。但替代地可以考虑，取决于参与的材料，仅仅在保护层220上设置单个连接层。

在共晶键合过程中，连接层110与销结构240的连接层211、212一起形成共晶体300，所述共晶体300如在图12中示出的那样流到槽140的空隙145中。保护层220在此用于避免销结构240的在保护层下面的材料熔化，从而可以基本上以预给定的混合比产生共晶体300。

此外，保护层220与同样在图11和12的制造方法中设置的隆起160一起形成机械止挡(参见图12)。通过所述方式可以在连接或彼此挤压衬底100、200时预给定熔化的共晶体300的最大排挤量，以便阻止共晶体300从销结构340的底侧或其保护层220与隔离层105之间的中间区域中大量排挤出。替代地，也存在以下可能性：将在图11中示出的具有层211、212、220的销结构240引入到不具有隆起的槽140中，其中，可以按照在图4中示出的实施方式通过距离保持单元150实现机械止挡。

除功能衬底100之外，附加地或替代地，也可以在盖衬底200或销结构240上设置隆起。在图13中示出了一种可能的构型。在此，销结构240的底侧或者所基于的衬底200的区域的底侧是结构化的，以便提供隆起260。因此，设置在销结构240上的连接层210在隆起260的区域中具有阶梯形的变化。销结构240的隆起260可以如功能衬底100上的以上所述的隆起160、161、162那样用作“密封唇”，以便在即使存在拓扑差别的情况下仍能够实现衬底100、200的可靠连接。

图14示出具有设置在销结构240上的隆起261的另一种构型。在此通过对销结构240的保护层220进行结构化来提供隆起261。在通过共晶体300产生在图14中示出的衬底100、200的连接之前，可以按照图11的构型在保护层220上设置两个连接层211、212，这两个连接层211、212在隆起261的区域中具有阶梯形形状(未示出)。通过隆起261，保护层220可以与隔离层105一起构成定义的止挡，以便预给定熔化的共晶体300的最大排挤量。

关于销结构240的区域中在图13和14中示出的隆起260、261，也可以考虑其他的替代构型。特别地，可以通过附加的、结构化的隆起层来产生隆起或者也可以在销结构240的底侧上设置多个隆起。关于进一步的细节，可以参考以上关于功能衬底100上的隆起160、161、162的构型。此外，在此也存在与槽140外部衬底100、200之间的距离保持单元组合的可能性。

在以上所述的方法中，共晶体300的形成通过熔化在功能衬底100上和在盖衬底200上构造的连接层110、210、212、212实现。替代地，存在以下可能性：省去设置在功能衬底100上的连接层110并且在其表面上直接与衬底材料建立连接。

为了进行说明，图15和16示出这种方法的一种可能构型。在此，功能衬底100如在图15中示出的那样产生有结构化的隔离层105和结构化的功能层130，所述隔离层105和所述功能层130提供槽140，其中，(原来的)衬底100的(硅)表面在槽140的底部区域中暴露。槽140同样具有侧向的底切或空隙145。这样的结构例如可以通过以下方式构造：首先以隔离层105和功能层130在所提供的衬底100上产生层布置，随后实施用于对功能层130进行结构化的沟槽蚀刻和用于去除隔离层105的一部分的气相蚀刻。

为了连接两个衬底100、200，将在底侧上具有连接层210的销结构240插到槽140中并且实施共晶键合方法，其中，在预给定的温度作用下彼此挤压衬底100、200。这导致连接层210和衬底100的材料的一部分在槽140中的暴露表面上熔化并且如在图16中示出的那样一起形成共晶体300。此外，通过挤压衬底100、200还实现：晶体300流到空隙145中并且填充空隙145。对于这样的共晶反应，连接层210例如可以具有可以与衬底100的硅一起熔化的金。在形成共晶体300时，功能层130在空隙145的区域中的一部分以及销结构240在熔化前位于连接层210下面的子区域也可以参与。

图17说明在衬底100的表面上与衬底材料直接连接的变型。在此，衬底100的暴露表面是结构化的，从而提供隆起163。隆起163在此同样可以用作“密封唇”，以便在即使存在拓扑差别的情况下仍然能够实现衬底100、200的可靠连接。在连接衬底100、200之后，隆起163可以“合并”在形成的共晶体300中，从而可以存在根据图16的结构。取代单个的隆起163，也可以在衬底100的暴露表面上设置多个隆起。

图18和19示出在衬底100的表面上与衬底材料直接连接的另一种可能的构型，其中，盖衬底200的销结构240在此附加地设有保护层220和两个连接层211、212。在此，可以在形成共晶体300时通过保护层220阻止销结构240的材料的不期望的熔化，并且通过两个层211、212实现保护层220上的更好的附着。

关于在图15至19中说明的方法也可以考虑，在衬底100、200之间在槽140外部附加地设置距离保持单元，以便以定义的距离彼此连接衬底100、200(未示出)。通过所述方式，同样可以预给定由层210或者层211、212以及衬底100的衬底材料形成的共晶体300的最大排挤量。此外，销结构240的底侧或者其保护层220也可以设有按照图13和14的隆起(未示出)。

在以上所述的方法中，功能衬底100具有槽140，盖衬底200的销结构240配合到所述槽140中。替代地存在以下可能性：省略这样的槽140，并且在不存在与槽140的共同作用的情况下使销结构240与功能衬底100连接。除了提供或封闭空腔之外，销结构240在此也可以在必要时用于使可能在连接层110、210上存在的(自然的)氧化层破碎。

为了进行说明，图20示出一种可能的实施方式，其中，在功能衬底100上不构造槽140。具有设置在底侧上的连接层210的销结构240在此与功能衬底100的表面连接，从而在连接衬底100、200之后得到与图16相当的构型(没有槽140)。取代与衬底100的表面建立共晶连接，替代地存在产生与在衬底100上构造的功能层130的连接的可能性。此外，给出以下可能性：在衬底100上或在功能层130上如在图20中示出的那样构造隆起163，所述隆起163用作“密封唇”以补偿拓扑差别。

图21和22示出制造方法的另一种可能的构型。在此，销结构240如在图21中示出的那样构造有保护层220和两个连接层211、212。保护层220在此阻止销结构240的材料在形成共晶体300时的不期望的熔化。具有连接层211、212的双层结构用于实现保护层220上的更好的附着。此外在功能衬底100上或者在设置在衬底100上的功能层130上设置另一连接层110。功能衬底100还具有隆起164，所述隆起164例如借助于结构化的隆起层165形成。在通过共晶体300建立衬底100、200的连接之后，可以如在图22中示出的那样在衬底100、200之间的连接区域中存在隆起层165。

在以上借助图1至22描述的方法中，基于共晶键合来实现功能衬底100与盖衬底200之间的连接。然而，两个衬底100、200的连接也可以通过其他方式来实现。

图23至25示出用于由功能衬底100和盖衬底200制造微机械元件的另一种方法。微机械元件同样例如可以是可用在机动车中的加速度传感器。

图23示出在实施一系列方法步骤之后的功能衬底100的示图。首先提供衬底100，所述衬底例如是传统的硅晶片。在衬底100上施加例如具有氧化硅的隔离层105。取代单个层，隔离层105也可以包括多个层。此外，可以在隔离层105内设置一个或多个镶嵌的印制导线平面，以便实现微机械元件的触点接通。

在隔离层105上构造例如具有氧化硅的结构化的牺牲层120。在所述层布置上施加相对较厚的功能层130，在所述功能层130中构造微机械元件的功能元件。在图23中借助传感器区域135示出功能元件的可能的位置或区域。功能层130可以是外延多晶硅层。

在传感器区域135中产生功能元件包括实施沟槽蚀刻方法，例如开设沟槽，在所述过程中，如在图23中示出的那样在功能层130中构造凹槽或槽140，所述凹槽或槽140(在俯视图中)具有封闭的并且环绕传感器区域135的形状。牺牲层120可以在此用作蚀刻停止层。

在传感器区域135中制造微结构的范畴内实施的另一工艺是气相蚀刻法(例如，借助氢氟酸蒸汽)，以便使微结构的通过沟槽蚀刻预结构化的功能元件暴露。关于槽140，气相蚀刻导致：如在图24中示出的那样去除牺牲层120，从而槽140的侧壁在紧邻通过隔离层105构成的底部区域处具有底切或空隙145。

此外，图24示出盖衬底200，其与功能衬底100连接以制造微机械元件。盖衬底200用于相对于周围环境严密地密封传感器区域135。

图24示出在实施一系列方法步骤之后盖衬底200的示图。首先提供衬底200，所述衬底200可以如(原来的)衬底100那样例如是硅晶片。此外，衬底200设有突出的销结构240，所述销结构240可以借助于结构化方法或蚀刻方法制成。销结构240与功能衬底100的槽140向对应并且因此如槽140那样具有(在俯视图中)封闭的、环形的形状。此外，通过对销结构240进行结构化，在盖衬底200上构造由销结构240包围的空腔或空洞。

在连接衬底100、200之后，在空腔内设置功能衬底100的传感器区域135。

在底侧上，销结构240还设有连接介质310。可以考虑例如尤其包括以共晶比例施加的金属合金(例如，金-硅或铝-锗)的焊料作为连接介质310的材料。为了施加这样的连接介质310，例如可以实施溅射法。在这样的情形中，可以在对销结构240进行结构化之前或者替代地在对销结构240进行结构化之后将连接介质310施加到盖衬底200上，从而可以在销结构240的结构化的范畴内或通过附加的结构化方法实现连接层310的结构化。也可以省去(施加到销结构240上的)连接介质310的结构化，使得连接介质310也可以覆盖销结构240的侧壁(未示出)。替代地可以考虑，对于连接介质310使用密封玻璃或粘合剂。这样的材料可以例如通过丝网印刷法或点胶法施加到销结构240上。

为了连接两个衬底100、200，将销结构240如在图24中示出的那样插到槽140中，并且彼此挤压这两个衬底100、200，从而将连接介质310如在图25中示出的那样排挤出以及压到空隙145中。可以根据连接介质310的材料在预给定的温度下实施所述过程，从而例如在使用金属焊料作为连接介质310时导致熔化。在连接介质310固化或硬化之后，两个衬底100、200严密密封地彼此连接。可以在定义的环境中以预给定的(例如非常小的)环境压力实施两个衬底100、200的所述连接，以便调节由两个衬底100、200包围的空腔中的定义的内压，传感器区域135设置在所述空腔中。

将销结构240配合到槽140中实现了微机械结构主要相对于在衬底100、200之间横向作用的力或剪切力的高连接坚固性。此外，通过连接介质来填充槽140的侧向空隙145实现了楔嵌或啮合，由此进一步有利于连接坚固性。

此外，在使用金属焊料作为连接介质310时，有利的是，即使在衬底100、200(在局部)不直接接触的情况下也导致连接介质310的熔化或熔液的形成。通过所述方式，熔化的连接介质310即使在存在拓扑差别的情况下或者在衬底100、200之间存在可能阻止直接接触的颗粒的情况下流到槽140和空隙145中，从而可建立衬底100、200之间的紧密连接。

借助以下附图描述借助图23至25阐述的制造方法的变化或变型。因此，关于一致或相应的方法步骤和元件的细节参照以上实施方式。还应当指出，各个构型方案的特征也可以与其他变型组合。这以相应的方式适合根据图1至22所说明的方法的特征。

图26示出一种替代构型，其中，在功能衬底100或功能层130与盖衬底200之间在槽140外部设有距离保持单元150。在连接衬底100、200之前制造距离保持单元150。产生距离保持单元150例如包括对功能层130进行结构化，或者在功能层130上施加(例如由氧化硅制成的)另一层施加并且对所述另一层进行结构化。

通过距离保持单元150，可以以定义的距离彼此设置两个衬底100、200。定义的距离例如提供以下可能性：以高精确度通过设置在盖衬底200中的参考电极电容地检测功能衬底100的微结构的功能元件的位置或运动。此外，距离保持单元150可以用于确定在连接或彼此挤压衬底100、200时连接介质310的最大排挤量。通过所述方式尤其可以确保：连接介质310不完全从销结构240的底侧与隔离层105之间的中间区域中排挤出，因为这可能会使附着和/或密封变差。

取代在功能衬底100或功能层130上设置距离保持单元150，也可以在盖衬底200上在销结构240旁边构造距离保持单元150。这例如可以通过对盖衬底200进行结构化或将另一层施加到盖衬底200上并且对所述另一层进行结构化来实现。此外也可以考虑，如此连接两个衬底100、200，使得盖衬底200的在附图中在销结构240侧面示出的棱边或表面或其子区域位于功能层130上(未示出)。通过所述方式，也可以确定衬底100、200之间具有以上所述效果的定义的距离。

图27和28示出在连接衬底100、200之前和之后的制造方法的另一种构型。在此，在功能衬底100上附加地设有隆起166。隆起166用于预给定衬底100、200之间的定义的距离或者机械止挡。通过所述方式，可以根据距离保持单元150来确定在连接衬底100、200时连接介质310的(最大)排挤量。例如通过对施加到(原来的)衬底100上的隔离层105(或者构造为层系统的隔离层105的一个层或多个层)进行附加结构化来产生隆起166。此外，隆起166也可以在必要时用作“密封唇”，以便即使在衬底100、200之间存在拓扑差别的情况下在整个连接区域中实现严密密封的连接。

也可以通过其他方式来实现(槽140内的)这样的隆起结构。一种可能的构型是在图29中示出的隆起167，其通过在隔离层105上构造的结构化的隆起层165提供。隆起层165优选具有耐温材料，以便尤其与随后在高温下实施的工艺有关地使用(例如，在外延反应器中施加层130)。用于隆起层165的可能的耐温材料例如是多晶硅、亚硝酸硅、碳化硅或氧化硅。

此外也可以考虑，对所提供的衬底100进行结构化，以便如在图30中示出的那样提供隆起168。在此，随后构造的隔离层105在隆起162的区域中具有相应的阶梯状变化。图31示出另一种可能的构型，其中，在功能衬底100上设有多个、例如三个以相同距离或彼此平行地设置的隆起166。

除了功能衬底100之外，附加地或替代地，也可以在盖衬底200上或在销结构240上设置隆起。在图32中示出了一种可能的构型。在此，销结构240的底侧是结构化的，以便提供隆起262。销结构240的隆起262也可以用于提供机械止挡以及在必要时用作“密封唇”。关于使用在槽140中在功能衬底100上的和/或在盖衬底200的销结构240上的隆起结构，存在将其与在图26中示出的距离保持单元150组合的可能性(未示出)。

图33示出制造方法的另一种实施方式。在此，销结构240设有例如具有氧化硅的附加的保护层220。在制成在图33中示出的布置之前，在所述保护层220上设置连接介质310。保护层220可以在此阻止销结构240的材料的不期望的熔化，例如在使用金-硅-共晶体作为连接介质310时是这种情形。

在图34中示出了另一种变型。在此，附加地对销结构240的保护层220进行结构化，以便提供隆起263。通过所述方式，保护层220附加地具有以上所述作为机械止挡以及在必要时作为“密封唇”的功能。

借助附图阐述的实施方式是本发明的优选的或示例性的实施方式。取代所述的实施方式，也可以考虑其他实施方式，这些实施方式可以包括其他变型或组合。此外，可以在功能衬底上构造突出的销结构(例如，通过功能层的结构化)，并且通过销结构将这样的功能衬底与盖衬底连接。在此盖衬底可以在必要时具有凹槽或槽，销结构配合到所述凹槽或槽中。在这样的实施方式中，也可以通过相应的方式使用以上所述的方法。

Claims (15)

1.用于制造微机械元件的方法，所述方法包括以下方法步骤：

提供第一衬底(100)，

提供第二衬底(200)，

在所述第二衬底(200)上构造突出的结构元件(240)，以及

通过所述突出的结构元件(240)连接所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)，

其特征在于，

连接所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)包括共晶键合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二衬底(200)的所述突出的结构元件(240)构造有连接层(210，211，212)，其中，在连接所述第一衬底和和所述第二衬底(100，200)时，所述连接层(210，211，212)和所述第一衬底(100)的材料形成共晶合金(300)。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第一衬底(100)上构造第一连接层(110)，其中，所述第二衬底(200)的所述突出的结构元件(240)构造有第二连接层(210，211，212)，其中，在连接所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)时，所述第一连接层和所述第二连接层(110，210，211，212)形成共晶合金(300)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述第一衬底上构造隔离层(105)，在所述隔离层(105)上构造所述第一连接层(110)。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二衬底(200)的所述突出的结构元件(240)构造有保护层(220)，在所述保护层(220)上构造所述突出的结构元件(240)的连接层(211)，其中，在连接所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)时所述保护层(220)阻止所述突出的结构元件(240)在所述保护层(220)下面的材料熔化。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述突出的结构元件的连接层具有两个彼此重叠地设置的层(211，212)，这些层具有不同的材料。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第一衬底(100)上构造凹槽(140)，其中，如此连接所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)，使得所述第二衬底(200)的所述突出的结构元件(240)配合到所述第一衬底(100)的所述凹槽(140)中。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一衬底(100)的所述凹槽(140)包括底部区域和侧壁，其中，所述侧壁在紧邻所述底部区域处具有空隙(145)，在所述共晶键合时形成的共晶合金(300)流到所述空隙(145)中。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在连接区域中在所述第一衬底(100)上或者在所述第二衬底(200)的所述突出的结构元件(240)上构造隆起结构(160，161，162，163，164，165，260，261)。

10.微机械元件，所述微机械元件具有：

第一衬底(100)，

第二衬底(200)，

其中，所述第二衬底(200)具有突出的结构元件(240)，所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)通过所述突出的结构元件(240)连接，

其特征在于，

所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)的连接是通过共晶合金(300)建立的，所述共晶合金通过所述突出的结构元件(240)的区域中的共晶键合形成。

11.微机械元件，所述微机械元件具有：

第一衬底(100)，其具有凹槽(140)，

第二衬底(200)，其具有突出的结构元件(240)，

其中，所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)如此连接，使得所述突出的结构元件(240)配合到所述凹槽(140)中，

其中，所述第一衬底和所述第二衬底(100，200)的连接是通过设置在所述凹槽中的连接介质(300，310)产生的，

其特征在于，

所述第一衬底(100)的所述凹槽(140)包括底部区域和侧壁，其中，所述侧壁在紧邻所述底部区域处具有空隙(145)，所述空隙由所述连接介质(300，310)填充，

并且所述连接介质(300，310)是共晶合金。

12.根据权利要求11所述的微机械元件，其中，所述第一衬底(100)具有隔离层(105)，所述隔离层(105)与所述连接介质(300，310)连接。

13.根据权利要求11或12所述的微机械元件，其中，所述第二衬底(200)的所述突出的结构元件(240)具有保护层(200)，所述保护层(220)与所述连接介质(300，310)连接。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的微机械元件，其中，所述微机械元件在所述凹槽(140)外部在所述第一衬底与所述第二衬底(100，200)之间还具有距离保持单元(150)。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的微机械元件，其中，所述微机械元件在所述第一衬底(100)上在所述凹槽(140)中或者在所述第二衬底(200)的所述突出的结构元件(240)上还具有隆起结构(160，161，162，163，164，165，260，261)。

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