CN105293418A - 微机电构件和用于微机电构件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MEMS构件,其具有:衬底,在该衬底中从功能性上侧起构造空腔;埋藏式多晶硅层,在该多晶硅层中松弛地安置有作为第一电极的多晶硅膜片,所述多晶硅膜片至少部分地覆盖该空腔;Epi多晶硅层,在该Epi多晶硅层中松弛地安置有作为第二电极的电极结构,该电极结构在该多晶硅膜片上间距一自由空间地布置;通道开口,该通道开口流动地连接该MEMS构件的外部环境和该空腔,在该埋藏式多晶硅层、该Epi多晶硅层和/或该衬底的空腔的内壁中构造有一个或多个通道,所述通道连接该通道开口和该空腔,并且通道宽度不大于5微米。
Description
技术领域
本发明涉及一种微机电(MEMS)构件。本发明还涉及一种用于微机电(MEMS)构件的制造方法。
背景技术
微机电结构(MEMS-,,,micro-electromechanicalsystems“)被用于不同的应用领域,例如用于小型传感器、致动器或者节拍器。这种微机电结构能够尤其基于所谓的APSM方法(,,AdvancedPorousSiliconeMembrane“,先进的多孔硅膜片)制造,例如在文献EP1306348B1,WO02/02458A1,DE102004036032A1,DE102004036035A1,EP2138450A1,DE10065026A1或者DE10030352A1中说明的那样。
在文献DE102007019639A1中描述了一种微机电构件,该微机电构件具有由单晶硅构成的、直接固定在衬底的功能性的上侧上的膜片,用于盖住空腔。在从空腔出发指向膜片的外侧上悬挂有电极。该膜片和电极应可作为电容式压力传感器的传感元件被装入。文献DE102013213071公开了电容式压力传感器,其在埋藏式多晶硅膜片下方具有衬底空腔,在该电容式压力传感器上方布置有由单晶硅和多晶硅构成的松弛地安置的电极。
发明内容
本发明提出一种具有权利要求1所述特征的MEMS构件和一种具有权利要求4所述特征的用于制造MEMS构件的方法。
本发明的第一意图是,如此改善用于电容式MEMS传感器装置,使得该传感器装置的膜片部件在晶片的粗加工时被保护以防湿气和/或污染颗粒进入,该MEMS传感器装置例如从晶片中通过锯削来分单。由此能简易地且有益地执行有待执行的加工工艺,而不存在损伤或损坏该MEMS传感器装置的敏感的传感部件的危险。
以上所解释的优点也在电容式传感器装置中或者在具有这种MEMS构件的麦克风中实现。
本发明的另一意图是,使MEMS传感器装置的测量敏感性或测量精确性得以改善。为此提出,充当压力膜片的多晶硅层的接合不固定在衬底上,而是在安置于其上的厚的多晶硅支撑层上,该多晶硅支撑层将多晶硅层划分为多个膜片区段。因此,多晶硅支撑层能设置支撑部位用于这些膜片区段,所述支撑部位用于悬挂该多晶硅层。在此尤其有利的是,多晶硅层的膜片区段的跨度通过相对于多晶硅支撑层的接触腐蚀来限定,这种接触腐蚀的腐蚀精确度能被尤其良好地调节。此外,多晶硅层以及多晶硅支撑层包括相同的基础材料,从而热应力只能最小地影响到传感器装置的精确性。
最后,本发明还有一个意图是,制造一种全差分的电容式MEMS传感器装置,在该电容式MEMS传感器装置中,通过在Epi多晶硅功能层上电镀地脱耦的连接以可自由运动的多晶硅中间层的运动将压力传递到薄的多晶硅层中的第一膜片结构上,该第一膜片结构与外部空腔处于流体连接。由此提供这样的优势:与传感器装置的电容无关地保留对所述薄的多晶硅层中吸收压力的膜片部件的跨度的选择,由此能够应用具有较小跨度和较高制造准确性的非常薄的膜片部件,而不会损害该传感器装置的测量敏感性。此外,多晶硅层、Epi多晶硅功能层和多晶硅中间层共同提供两个相互差分地工作的电容,从而无需再执行单独的参考电容。此外,传感器膜片与测量电容完全电地脱耦,从而从外部积聚在传感器膜片上的湿气和颗粒既不能形成短路也不能形成干扰信号。
本发明的实施方式的其它特征和优点从以下参照附图的说明得出。
附图说明
已说明的构型和改进方案能够以任意的、在技术上有意义的方式相互组合,本发明的其它可行的构型、改进方案和执行方案也包含本发明之前或者以后关于实施例所描述的特征的未明确提及的组合。
所属附图应给出本发明的实施方式的另一种理解。附图阐明了实施方式并且与本发明的原理和概念的解释说明相结合地起作用。其它实施方式和多个上述优点基于附图而得出。附图的元件无需按照相互的真实的尺寸示出。方向说明如“左”“右”“上”“下”“在…上”“在…下”“在…旁边”“在…前”“在…后”“竖直”“水平”“横”或诸如此类在下面的说明中仅应用于阐述的目的并且不代表普遍性的限制。
附图示出:
图1示例的MEMS构件的示意性的剖视图;
图2根据本发明的实施方式的MEMS构件的示意性的剖视图;
图3穿过图2中MEMS构件的前级的不同横截面的示意性的视图;
图4穿过图2中MEMS构件不同横截面的示意性的视图;
图5根据本发明的第二实施方式的MEMS构件的示意性的剖视图;
图6根据本发明的第三实施方式的MEMS构件的示意性的剖视图;
图7示例的MEMS构件的示意性的剖视图;
图8示例的MEMS构件的示意性的剖视图;
图9示例的MEMS构件的制造方法的第一制造步骤;
图10示例的MEMS构件的制造方法的第二制造步骤;
图11示例的MEMS构件的制造方法的第三制造步骤;
图12示例的MEMS构件的制造方法的第四制造步骤;
图13示例的MEMS构件的制造方法的第五制造步骤;
图14示例的MEMS构件的制造方法的第六制造步骤;
图15示例的MEMS构件的制造方法的第七制造步骤;
图16示例的MEMS构件的示意性的剖视图;
图17示例的MEMS构件的前端的示意性的剖视图;
图18示例的MEMS构件的示意性的剖视图;
图19示例的MEMS构件的示意性的剖视图;
图20示例的MEMS构件的示意性的剖视图;
图21示例的MEMS构件的局部示意图;
图22示例的MEMS构件的局部示意图;
图23示例的MEMS构件的局部示意图;
图24示例的MEMS构件的局部示意图;
图25示例的MEMS构件的局部示意图;
图26示例的MEMS构件的局部示意图;
图27示例的MEMS构件的示意性的剖视图;
图28示例的MEMS构件的示意性的剖视图;和
图29示例的MEMS构件的示意性的剖视图。
具体实施方式
图1示出了示例的MEMS构件的示意性的剖视图。可至少部分地导电的多晶硅膜片12松弛地安置(freistellen)在埋藏式多晶硅层3中,借助于该多晶硅膜片将构造到衬底1的功能性的上侧中的空腔11至少部分地覆盖。优选地,空腔11完全被所述可至少部分地导电的膜片覆盖。衬底1可以例如包括半导体材料,例如硅。衬底1可以尤其是半导体衬底,例如硅衬底。然而本发明指出,以下说明的制造方法的可实施性不限于衬底1的某种材料。
为了在衬底1中构造空腔11,可以实施已知的腐蚀工艺。例如,针对空腔11的腐蚀工艺可将保护层施加到无需腐蚀的衬底面上。在衬底1上,可将厚的Epi多晶硅层2布置在薄的埋藏式多晶硅层3上方。所述埋藏式多晶硅层3可导电并且用于传送电载荷和/或用作电极。在衬底1与埋藏式多晶硅层3之间、以及必要时可在埋藏式多晶硅层3与Epi多晶硅层2之间能够形成有氧化层4,该氧化层将相应的层与相邻层电绝缘地分隔开。在氧化层4中必要时可在适合的或期望的部位上设置由多晶硅或者其它导电材料构成的接触区域5。
Epi多晶硅层2例如通过回转式渠沟6用作功能层,在该功能层中松弛地安置有作为电极的电极结构13,该电极结构间隔开了自由空间7地布置在多晶硅膜片12上方。氧化层中的自由空间7可以例如通过牺牲层方法(Opferschichtverfahren)形成,而Epi多晶硅层2的结构化可以例如通过渠沟工艺(Trenchprozesse)实现。
作为第一电极的多晶硅膜片12和Epi多晶硅层2中的电极结构13能够通过具有(例如由硅制成的)帽形晶片8的合适的粘结层10密封地封闭。帽形晶片8一方面用于机械地保护,以防外来影响作用于灵敏的多晶硅膜片12和电极结构13。另一方面能够在帽形晶片8下方的空腔9中调节可定义的压力,该压力能作为用于由多晶硅膜片12和电极结构13所形成的MEMS压力传感器装置的参考压力。
在图1的右侧能够看到穿过埋藏式多晶硅层3、Epi多晶硅层2和帽形晶片8的压力通道,该压力通道使空腔11与外部大气压在流体方面连接。封闭在空腔9中的参考压力相对于外部压力提供中性值,该中性值在多晶硅膜片12相对于电极结构13弯曲的情况下作为用于电容变化的参考。因此,通过该可测量的电容变化能够推断出外部紧邻的压力以及空腔11中充斥的压力。
因为空腔11的开通一般利用以水冲洗的锯削工艺C实现,因此水份和由于锯削所形成的废料颗粒到达松弛地安置的多晶硅膜片12的区域内并且将该多晶硅膜片污染或者甚至损毁。在干燥的分单工艺中(如类似激光支持的分离工艺)也可能会产生损害压力传感器装置的完整性的脏物和废料颗粒。
如图2示出那样,因此能够在衬底1的空腔50的内壁中构造有一个或多个通道14,该通道使通道开口20与空腔50连接。通道14的通道宽度在此不大于5微米,从而阻止或者至少强烈地阻碍了液体、水份和/或外来颗粒的进入。通道14可在此例如是衬底1中的缝隙,该缝隙的制造示例性在图3和图4中示出。图3和图4分别地示出了沿着图2中所标出的纵剖面A-A’和B-B’的剖面图。
为此,在衬底壁中敷设渠沟,这些渠沟用氧化层57填充。在剖面线A-A’中的渠沟在此是用于形成空腔的基础,然而在剖面线B-B’中的渠沟是针对通道14的造型。然而,全部具有氧化层57的渠沟能够有利地在自身的工艺步骤中构造。优选能够如此构造该渠沟和该氧化层57,使得在氧化沉积(Oxidabscheidung)之后在该渠沟的中心留有孔洞58。如果渠沟具有至少1:4的外观比例,或者如果渠道轮廓有意识地轻微悬垂地实施,则上述情况尤其能够实现。渠沟具有5微米的最大宽度。
然后,如图4示出那样,可以在多晶硅膜片下方将衬底材料腐蚀,以构造所述空腔50。在设置用于构造所述通道的渠沟的区域内不进行腐蚀步骤。然后可以实施标准MEMS工艺,该工艺将狭窄的接片用现有的MEMS层覆盖。
随后的氧化消耗腐蚀步骤不仅能在空腔50的区域内而且能在通道14的区域内执行,优选通过作为腐蚀通道来发挥功能的、至空腔50的外部通道实现。在此,腐蚀所述氧化层17以暴露出通道14以及接下来腐蚀所述空腔渠沟上的氧化层17。上述两个腐蚀过程能有利地在相同的氧化消耗腐蚀步骤中执行。接着,例如可以将斥水层(例如有机的、含氟的层)施加到被暴露的通道14的内壁上。
替代地,空腔50中的氧化层17也能通过单独的氧化消耗腐蚀步骤被腐蚀出来。这能够尤其在MEMS构件从晶片中分单出来之后实现。因此,多晶硅膜片12在分单工艺期间还被氧化层17保护。在去除所述氧化层17之后,通道也能被进一步打开,从而在仍然足够的液体防护和颗粒防护的情况下保证更快速地补偿压力。
如在图5和图6中示出那样,代替于将通道14构造在空腔50的衬底空腔壁中,通道51也能构造在埋藏式多晶硅层3中、或者通道52也能构造在Epi多晶硅层2中。通道开口20在上述两种情况下因此排斥液体且排斥颗粒地与衬底空腔50分开。
通道14、51或52也能够在每种构型中沿着这些通道在埋藏式多晶硅层3中、在Epi多晶硅层2中、或者在衬底1的空腔50的内壁中的走向来弯曲或弯成角度。这也阻止了,最小的颗粒能直接地进入到空腔50的区域中。
在所述锯削工艺中,无论是水还是外来颗粒或者废料颗粒都不能利用通道14、51和52进入到衬底1的空腔50的区域中进而不能进入直到多晶硅膜片12的下侧上。由于斥水层的原因而降低了水分在通道14、51和52中的湿润效果和移进效果。基于图1至图6中提出的实施方式的MEMS构件能够因此非常简单且成本低廉地利用已知的工艺流来制造。尤其在敏感的部件的完整性不会危害MEMS构件的情况下能够实现简单的锯削工艺。多晶硅膜片12在使用或运行时也被保护以防液体和颗粒进入。此外降低了多晶硅膜片12在运行中的冲击负荷,因为液体中的冲击波或者声学压力波被通道剧烈地阻尼。
压力传感器能够根据布局具有固有频率,该固有频率处于声学范围内。如果通道14、51和52如此设计尺寸,也就是说,如此狭窄且长地设计,使得通过进入开口上的气体阻尼允许仅还非常低频率的振动通行直至多晶硅膜片12,则基于图1至7中的MEMS构件使具有固有频率的压力传感器也能有目的地应用于声学范围内。
图7示出了具有衬底1的MEMS构件,在该衬底中,从功能性的上侧起构造有空腔11。压力通道侧向地经由通道开口或者经由背侧的衬底开口来实现。埋藏式多晶硅层3在衬底1上施加在氧化层4上方,并且,该埋藏式多晶硅层3在空腔50的区域内作为至少一个多晶硅膜片17松弛地安置,所述多晶硅膜片17至少部分地覆盖该空腔50。多晶硅膜片17作为电容式压力传感装置的第一电极发挥功能。多晶硅膜片17悬挂在位于其上的且必要时可间隔了另一氧化层的且电绝缘地布置的Epi多晶硅层2上。为此,Epi多晶硅层2一方面具有第一电极结构18作为第二电极,另一方面具有与该第一电极结构18电绝缘的第二结构16。第一电极结构18在至少一个多晶硅膜片17上方间隔开了自由空间7松弛地安置。第二结构16作为针对多晶硅膜片17的悬挂部来发挥作用。
如在图7中示出那样,能够形成多晶硅膜片17的多个区段,这些区段在边缘上与第二结构16连接。第二结构16因此作为针对多晶硅膜片17的支撑结构来发挥作用。通过Epi多晶硅层2中的第一结构与第二机构体的电绝缘,能够测量在多晶硅膜片17朝着第一电极18的方向运动时的电容变化。
MEMS构件在图7中的多晶硅膜片17不再附接在衬底1上。因此,该MEMS构件的跨度也不再通过时间控制的氧化腐蚀方法的效果来确定,该氧化腐蚀方法的精确性也取决于工艺地非常受限。因为MEMS压力传感器装置的敏感性是多晶硅膜片17的跨度的三次方,因此图7的MEMS构件在其压力敏感性和测量精确性方面被显著地改善。由于同一空腔50上方能够成形且自由地安置有多晶硅膜片17的多个区段的事实,因此能使MEMS构件的压力传感器装置的有效电容被显著地提高,而无需动用更大的衬底面。
从外部对MEMS构件的弯曲仅对多晶硅膜片17的弯曲产出极小影响,因为Epi多晶硅层2以及埋藏式多晶硅层3由相同的或者至少在它们力学弯曲特征方面非常地类似的材料制成。由此也强烈地降低了多晶硅膜片17的预应力的温度相关性。
如图8示出那样,非常有利的是,可以设有多晶硅中间层19,该多晶硅中间层布置在埋藏式多晶硅层3与Epi多晶硅层2之间。在多晶硅中间层19中可以构造有一个或多个加固结构20,该加固结构与至少一个多晶硅膜片17耦合。利用多晶硅中间层19能有利地将多晶硅膜片17的部分区域加固,从而能制造出更大跨度的整个膜片。此外,多晶硅中间层19能使多晶硅膜片17在边缘区域21中伸出,从而提高了边缘区域内的电容测试信号。
此外,能够将电极结构悬挂在多晶硅中间层19上方,从而Epi多晶硅层2中的电极也与衬底1脱耦。
图16示出图8中的MEMS构件的变体,在该变体中,在覆晶接触部(Flip-Chip-Kontakte)40上方形成穿过衬底1的敷镀通孔39(“throughsiliconvias”,TSVs)用于接触。在此,渠沟23穿过多晶硅中间层19引入直到第二结构16中,从而多晶硅膜片17在机械上与多晶硅中间层19的剩余部分更好地脱耦。图17示出图8中的MEMS构件的变体,在该变体中,帽形晶片8直接包括集成式电路41作为用于传感器装置的分析处理电路。帽形晶片8具有穿过帽形衬底的敷镀通孔42(“throughsiliconvias”,TSVs),该敷镀通孔配备有覆晶接触部43。在使帽形晶片8与Epi多晶硅层2连接的氧化层中可设有相应的金属化平面53。图18示出图17中的MEMS构件的变体,在该变体中,衬底1在背侧上被腐蚀以构造通道开口1a,并且,氧化层4已被去除。所述氧化层能在这种情况下通过各向异性的等离子工艺来去除,从而能够避免了氧化物的下部腐蚀。
图9至15示出了用于根据图8、16、17或18的MEMS构件的制造工艺的加工阶段。在衬底25中引入了衬底空腔26,在该衬底空腔上施加有基础氧化物27和薄的多晶硅层28。在该薄的多晶硅层28上所施加的中间氧化层29中形成有接触开口30。在该接触开口上又沉淀出多晶硅中间层31,在该多晶硅中间层上形成具有接触开口33的另一中间氧化层32。在该另一中间氧化层32上的厚的多晶硅层34包括粘合区域35和接触区域36,从而具有接触部37和压力通道开口38的帽形部能够在所述厚的多晶硅层34上形成。
图19示出具有衬底1的MEMS构件的示意性的剖面图,在该衬底中从功能性的上侧起构造有空隙。埋藏式多晶硅层3具有第一电极44,在该埋藏式多晶硅层中松弛地安置有至少一个多晶硅膜片15,该第一电极经由氧化层4与衬底1连接,该第一电极从多晶硅层3中构造出来。在埋藏式多晶硅层3上布置有Epi多晶硅层2,在该Epi多晶硅层中松弛地安置有第一导电结构24作为第二电极。第二电极相对于第一电极44间隔开了自由空间地布置。此外,Epi多晶硅层2包括第二结构,该第二结构与第一导电结构24电绝缘,该第二结构作为悬挂结构针对多晶硅中间层19中的中间电极结构22发挥作用。多晶硅中间层19布置在埋藏式多晶硅层3与Epi多晶硅层2之间,并且,多晶硅中间层19包括构造在该多晶硅中间层19中的加固结构20,该加固结构20与至少一个多晶硅膜片15耦合。中间电极结构22悬挂在Epi多晶硅层2的第二结构上并且布置在第二电极24与第一电极44之间的自由空间内。
中间电极结构22因此能够自由地运动,并且,该中间电极结构22通过绝缘层21与基底1电地隔离。多晶硅膜片15在多晶硅中间层19上的各个部位上加厚,从而限定膜片中下述区域:所述区域能够在压力p从外部(例如通过基底1中的背侧的压力通道开口)的作用下强烈地弯曲。多晶硅膜片15的偏移经由Epi多晶硅层2中的悬挂结构传递到中间电极结构22上,该中间电极结构当多晶硅膜片15上发生压力改变时能够相对于上述两个放置于其上和其下的电极结构移动。由此,通过电极结构44和24能求取到针对压力变化的全差分电容测量信号。
如图20中作为变体示出那样,中间电极结构也能构造成可倾翻式结构,该可倾翻式结构可扭地悬挂在Epi多晶硅层2的中间结构上的中心处,并且,该可倾翻式结构能够通过在边缘上借助于多晶硅中间层19中的悬挂结构的各个多晶硅膜片15来启动。
图27、28和29分别示出图19和20中的MEMS构件的有利的变体。在图27中构造有穿过帽形晶片8和Epi多晶硅层2至衬底1中的压力空腔的前侧压力通道17。图28示出了具有敷镀通孔39(“throughsiliconvias”,TSVs)的实施变体,这些敷镀通孔穿过衬底1在覆晶接触部40上方形成用于接触,其中,压力通道通过衬底1中的侧向通道16实现。图29示出MEMS构件的变体,在该变体中,帽形晶片8直接包括集成式电路41作为用于传感器装置的分析处理电路。帽形晶片8具有穿过帽形衬底的敷镀通孔42(“throughsiliconvias”,TSVs),这些敷镀通孔配备有覆晶接触部43。在使帽形晶片8与Epi多晶硅层2连接的氧化层中可设有相应的金属化平面。
所示出的实施变体的优点基本上在于,多晶硅膜片15的跨度不是通过时间控制的腐蚀方法来确定,而是通过多晶硅中间层19中的定义的连接来确定。由此能够非常准确地调整所述跨度。此外,多晶硅膜片15不再直接与传感器装置的电容相耦合,从而在不必舍弃传感器装置的电容量的情况下能够应用具有非常小跨度的非常薄的多晶硅膜片15。在图19、20、27、28和29中的MEMS构件的传感器装置差分地工作,从而不再需要参考电容并且测量信号保持非常敏感。此外,多晶硅膜片15与测量电容电地脱耦。由此,停留或积聚在朝外可触及的多晶硅膜片15上的介质、液体或者外来颗粒不再能够造成电极结构23、24上的测量信号干扰。
图21至26示出埋藏式多晶硅层3和Epi多晶硅层2在多晶硅膜片15的区域中的耦合部位的示例性细节。图21示出通过氧化层4的可行的耦合65。在Epi多晶硅层2与埋藏式多晶硅层3之间,氧化层4未被完全地去除,以构造氧化桥68。所述耦合的另一可能性方案在图22中示出:多晶硅膜片的内部区域71通过多晶硅中间层19中的加固结构来稳定,该加固结构通过被包围的中间氧化层70加强。在此有利的是,多晶硅膜片的跨度被非常准确地限定,并且,多晶硅膜片的与温度相关的应力由于氧化层与硅的不同的温度膨胀系数而能够通过经加厚的内部区域71补偿。
如在图23中说明那样,可证明为有利的是,通过多晶硅中间层19的加厚在部分区域中环形地实施。在衬底腐蚀时的较小的缺陷调整部(Fehljustagen)73或者氧化停止层的干燥腐蚀的残余氧化物66因此能够被补偿,因为多晶硅膜片的压力敏感区域72通过加固结构能够远离于缺陷调整部73或者残余氧化物66地安置。在图24、25和26中示出:如何能替代地利用开始设置的衬底空腔74和后续工艺中较小的背侧腐蚀1a来同样地补偿在衬底1的背侧腐蚀中的缺陷调整部。衬底空腔74的氧化在此能在各向同性的腐蚀工艺中去除。
因此,该技术也能应用于制造电容式传感器装置,该电容式传感器装置具有针对不同物理尺寸的多个敏感元件。该技术在此也允许了将同一芯片上/内的电容式压力传感器、电容式加速度传感器、电容式转速传感器和/或磁场传感器进行一体化。
电容式传感器装置能利用已知的电容式分析处理电路(例如利用加速度传感器的分析处理电路)运行。特别地,组合式传感器能够通过纯粹电容式分析处理电路共同分析处理。在电容式压力传感器的合适布局中,例如同一传感器装置的加速度传感器的前部构型也能应用于电容式压力传感器。这能够或是通过针对压力和加速度的共同前端的多路复用器、或是通过另一前端信道来简易地实现。
有利的电容式传感器装置能够装入例如多功能电子终端设备(例如手机)中。此外,在此说明的电容式传感器装置能够直接作为集成式构件与其它传感器部件(例如加速度传感器、转速传感器、磁场传感器、角加速度传感器、温度传感器、湿度传感器或者类似的传感器类型)相组合来制造。
Claims (4)
1.一种MEMS构件,其具有:
-衬底(1),在该衬底中,从功能性的上侧起构造有空腔(50);
-埋藏式多晶硅层(3),在该多晶硅层中松弛地安置有多晶硅膜片(12)作为第一电极,所述多晶硅膜片至少部分地覆盖所述空腔(50);
-Epi多晶硅层(2),在该Epi多晶硅层中松弛地安置有导电结构(13)作为第二电极,该导电结构间隔了自由空间(7)地布置在所述多晶硅膜片(12)上方;和
-通道开口(20),该通道开口使所述MEMS构件的外部环境与所述空腔(50)在流体方面连接,
其中,在所述埋藏式多晶硅层(3)、所述Epi多晶硅层(2)和/或所述衬底(1)的空腔(50)的内壁中构造有一个或多个通道(14;51;52),所述通道使所述通道开口(20)与所述空腔(50)连接,并且,所述通道的通道宽度不大于5微米,并且,所述通道(14;51;52)具有至少1:4的外观比例。
2.根据权利要求1所述的MEMS构件,其中,所述通道(14;51;52)沿着所述通道在所述埋藏式多晶硅层(3)、所述Epi多晶硅层(2)和/或所述衬底(1)的空腔(50)的内壁中的走向弯曲。
3.根据权利要求1所述的MEMS构件,其中,所述通道(14;51;52)在其内壁上以有机的、含氟的层涂层。
4.一种用于MEMS构件的制造方法,其具有下列步骤:
-将作为第一电极的多晶硅膜片(12)松弛地安置在构造于衬底(1)的功能性的上侧内的空腔(50)上方;
-将作为第二电极的导电结构(13)松弛地安置在Epi多晶硅层(2)中,该导电结构间隔了自由空间(7)地布置在所述多晶硅膜片(12)上方;
-构造一通道开口(20),该通道开口使所述MEMS构件的外部环境与所述衬底(1)中的空腔(50)在流体方面连接;并且
-在所述埋藏式多晶硅层(3)、所述Epi多晶硅层(2)和/或所述衬底(1)的空腔(50)的内壁中构造一个或多个通道(14;51;52),所述通道使所述通道开口(20)与所述空腔(50)连接,并且,所述通道的通道宽度不大于5微米,并且,所述通道具有至少1:4的外观比例。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110668391A (zh) * | 2019-08-27 | 2020-01-10 | 华东光电集成器件研究所 | 一种具有应力释放功能的双端固支板式mems结构 |
CN113227742A (zh) * | 2018-12-21 | 2021-08-06 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于电容式压力传感器设备的微机械构件 |
CN113710608A (zh) * | 2019-04-12 | 2021-11-26 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于电容式传感器或开关装置的微机械构件 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10104478B2 (en) * | 2015-11-13 | 2018-10-16 | Infineon Technologies Ag | System and method for a perpendicular electrode transducer |
DE102016211513A1 (de) * | 2016-06-27 | 2018-01-04 | Infineon Technologies Dresden Gmbh | Stressentkoppelter piezoresistiver Relativdrucksensor und Verfahren zur Herstellung desselben |
DE102016216234A1 (de) | 2016-08-29 | 2018-03-01 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil |
DE102017205244A1 (de) * | 2017-03-28 | 2018-10-04 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanischer Drucksensor sowie Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Drucksensors |
DE102017118857B3 (de) * | 2017-08-18 | 2018-10-25 | Infineon Technologies Ag | Mikroelektromechanisches Mikrofon |
DE102018210111A1 (de) * | 2018-06-21 | 2019-12-24 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanischer Sensor |
DE102018211332A1 (de) * | 2018-07-10 | 2020-01-16 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Sensors sowie MEMS-Sensor |
DE102018222715B4 (de) * | 2018-12-21 | 2021-01-21 | Robert Bosch Gmbh | Sensoreinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung |
DE102018222804B4 (de) | 2018-12-21 | 2022-03-24 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004106879A1 (de) * | 2003-06-03 | 2004-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Kapazitiver drucksensor |
US20050224714A1 (en) * | 2004-04-08 | 2005-10-13 | Tayfun Akin | Ultra low-cost uncooled infrared detector arrays in CMOS |
CN1926919A (zh) * | 2004-03-09 | 2007-03-07 | 松下电器产业株式会社 | 驻极体电容式麦克风 |
CN101422053A (zh) * | 2006-04-27 | 2009-04-29 | 欧姆龙株式会社 | 麦克风的制造方法 |
US20090108381A1 (en) * | 2001-12-10 | 2009-04-30 | International Business Machines Corporation | Low temperature bi-CMOS compatible process for MEMS RF resonators and filters |
US20100135123A1 (en) * | 2007-06-28 | 2010-06-03 | Frank Fischer | Acoustic sensor element |
US20100164023A1 (en) * | 2007-04-26 | 2010-07-01 | Kathrin Knese | Micromechanical component and corresponding production method |
CN102474693A (zh) * | 2009-07-31 | 2012-05-23 | 罗伯特·博世有限公司 | 具有微机械的麦克风结构的构件以及制造这种构件的方法 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1030352B (de) | 1954-01-28 | 1958-05-22 | Hercules Powder Co Ltd | Verfahren zur Herstellung von 3, 3-Bis-(chlormethyl)-oxacyclobutan |
DE10030352A1 (de) | 2000-06-21 | 2002-01-10 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanisches Bauelement, insbesondere Sensorelement, mit einer stabilisierten Membran und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauelements |
DE10032579B4 (de) | 2000-07-05 | 2020-07-02 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement |
DE10065026A1 (de) | 2000-12-23 | 2002-07-04 | Bosch Gmbh Robert | Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren |
EP1306348B1 (de) | 2001-10-24 | 2007-05-16 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Membransensoreinheit sowie Membransensoreinheit |
DE102004036032A1 (de) | 2003-12-16 | 2005-07-21 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Membransensor |
JP4188325B2 (ja) * | 2005-02-09 | 2008-11-26 | ホシデン株式会社 | 防塵板内蔵マイクロホン |
US8796790B2 (en) * | 2008-06-25 | 2014-08-05 | MCube Inc. | Method and structure of monolithetically integrated micromachined microphone using IC foundry-compatiable processes |
DE102008002668A1 (de) | 2008-06-26 | 2009-12-31 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren |
US20100075481A1 (en) * | 2008-07-08 | 2010-03-25 | Xiao (Charles) Yang | Method and structure of monolithically integrated ic-mems oscillator using ic foundry-compatible processes |
DE102008040970A1 (de) * | 2008-08-04 | 2010-02-11 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Vorrichtung mit Kavernen mit unterschiedlichem atmosphärischen Innendruck |
US8193596B2 (en) * | 2008-09-03 | 2012-06-05 | Solid State System Co., Ltd. | Micro-electro-mechanical systems (MEMS) package |
EP2252077B1 (en) * | 2009-05-11 | 2012-07-11 | STMicroelectronics Srl | Assembly of a capacitive acoustic transducer of the microelectromechanical type and package thereof |
US9215519B2 (en) * | 2010-07-30 | 2015-12-15 | Invensense, Inc. | Reduced footprint microphone system with spacer member having through-hole |
US8447057B2 (en) * | 2011-03-18 | 2013-05-21 | Analog Devices, Inc. | Packages and methods for packaging MEMS microphone devices |
CN103347808B (zh) * | 2011-12-29 | 2016-02-10 | 歌尔声学股份有限公司 | 硅基mems麦克风、包含该麦克风的系统和封装 |
DE102013213071B3 (de) * | 2013-07-04 | 2014-10-09 | Robert Bosch Gmbh | Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil |
-
2014
- 2014-07-24 DE DE102014214525.2A patent/DE102014214525B4/de active Active
-
2015
- 2015-07-22 TW TW104123694A patent/TWI657998B/zh active
- 2015-07-23 CN CN201510437037.5A patent/CN105293418B/zh active Active
- 2015-07-23 US US14/806,858 patent/US9409764B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090108381A1 (en) * | 2001-12-10 | 2009-04-30 | International Business Machines Corporation | Low temperature bi-CMOS compatible process for MEMS RF resonators and filters |
WO2004106879A1 (de) * | 2003-06-03 | 2004-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Kapazitiver drucksensor |
CN1926919A (zh) * | 2004-03-09 | 2007-03-07 | 松下电器产业株式会社 | 驻极体电容式麦克风 |
US20050224714A1 (en) * | 2004-04-08 | 2005-10-13 | Tayfun Akin | Ultra low-cost uncooled infrared detector arrays in CMOS |
CN101422053A (zh) * | 2006-04-27 | 2009-04-29 | 欧姆龙株式会社 | 麦克风的制造方法 |
US20100164023A1 (en) * | 2007-04-26 | 2010-07-01 | Kathrin Knese | Micromechanical component and corresponding production method |
US20100135123A1 (en) * | 2007-06-28 | 2010-06-03 | Frank Fischer | Acoustic sensor element |
CN102474693A (zh) * | 2009-07-31 | 2012-05-23 | 罗伯特·博世有限公司 | 具有微机械的麦克风结构的构件以及制造这种构件的方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113227742A (zh) * | 2018-12-21 | 2021-08-06 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于电容式压力传感器设备的微机械构件 |
US11976996B2 (en) | 2018-12-21 | 2024-05-07 | Robert Bosch Gmbh | Micromechanical component for a capacitive pressure sensor device |
CN113710608A (zh) * | 2019-04-12 | 2021-11-26 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于电容式传感器或开关装置的微机械构件 |
CN110668391A (zh) * | 2019-08-27 | 2020-01-10 | 华东光电集成器件研究所 | 一种具有应力释放功能的双端固支板式mems结构 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US9409764B2 (en) | 2016-08-09 |
TW201604121A (zh) | 2016-02-01 |
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