CN107720686B - 微机械结构元件 - Google Patents

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Abstract

提出一种具有主延伸平面的微机械结构元件，其中，所述微机械结构元件包围第一空腔并且包围第二空腔，其中，在所述第一空腔中存在第一压力并且在所述第二空腔中存在第二压力，其中，微机械结构元件的基本上平行于所述主延伸平面延伸的第一层在所述第一空腔与所述第二空腔之间基本上垂直于主延伸平面地伸入微机械结构元件的基本上平行于所述主延伸平面延伸的第二层中。

Description

微机械结构元件
技术领域
本发明涉及一种微机械结构元件。
背景技术
这种微机械结构元件广泛已知。US8,546,928B2例如公开了一种具有两个空腔的微机械结构元件，其中，在同一个芯片上既提供用于微机械结构元件的转速传感器的、相对小的空腔内压力又提供用于微机械结构元件的加速度传感器的、相对高的空腔内压力。在此，用于转速传感器的空腔内压力通过存在于空腔中的吸气剂保持在相对低的水平上。
然而，在结构元件的小型化的过程中，传感器的数量随着对在同一个芯片上的空腔内压力方面的不同要求而持续增加。
发明内容
本发明的任务是，以简单的和成本有利的方式提供一种微机械结构元件，在该微机械结构元件的使用寿命期间，所述微机械结构元件具有相对于现有技术来说较小的特性变化、尤其品质变化。
在根据本发明的微机械结构元件的情况下，通过以下方式解决所述任务：微机械结构元件的基本上平行于主延伸平面延伸的第一层在第一空腔与第二空腔之间基本上垂直于主延伸平面地伸入微机械结构元件的基本上平行于主延伸平面延伸的第二层中。
在根据本发明的另一微机械结构元件的情况下，通过以下方式解决所述任务：微机械结构元件的基本上平行于主延伸平面延伸的第一层基本上垂直于主延伸平面地伸入该微机械结构元件的基本上平行于主延伸平面延伸的第二层中。
由此，以有利的方式在沿第二层走向的平面内平行于主延伸平面地提供扩散障碍或气体扩散障碍或气体扩散路径的中断。由此，有利地能够实现，防止原子或分子——所述原子或分子通过第二层从第一空腔朝向第二空腔、或从第二空腔朝向第一空腔、或从微机械结构元件的周围环境朝向第一空腔或从第一空腔朝向微机械结构元件的周围环境扩散——在第一层的伸入第二层中的区域中在沿第二层延伸的平面中由于第一层在扩散方面受阻碍或者说所述原子或分子的扩散由于第一层而强烈地降低。因此，降低原子或分子从第一空腔朝向第二空腔或从第二空腔朝向第一空腔或从微机械结构元件的周围环境朝向第一空腔或从第一空腔朝向微机械结构元件的周围环境的扩散，且因此明显降低两个空腔之间或微机械结构元件与第一空腔之间的气体交换。因此，与现有技术相比，尤其在不使用吸气剂的情况下可以以简单的和成本有利的方式使第一压力和第二压力或者说两个空腔的内压力或第一压力保持恒定。由此，相对于现有技术，以简单的和成本有利的方式使微机械结构元件在该微机械结构元件的使用寿命期间的特性变化、尤其品质变化保持微小。
尤其，通过本发明能够在一个芯片上并排地布置具有不同内压力的两个分别包括空腔的核心(Kern)，而不必通过使用吸气剂材料来使空腔中的一个或两个的内压力稳定化。对于本发明的实现，仅仅需要适配传感器布局。也减少在微机械结构元件处于高温时两个空腔之间的气体交换，所述高温例如在产品检验时通常发生。因此，提供特别成本有利的简单的和节省空间的微机械结构元件。
第一层包括氢气在第一层中扩散的第一扩散系数、氦气在第一层中扩散的另一第一扩散系数、以及氖气在第一层中扩散的第三第一扩散系数。此外，第二层包括氢气在第二层中扩散的第二扩散系数、氦气在第二层中扩散的另一第二扩散系数、以及氖气在第二层中扩散的第三第二扩散系数。在此，第一和/或另一第一和/或第三第一扩散系数优选小于第二和/或另一第二和/或第三第二扩散系数。由此，以有利的方式提供对氢气和/或氦气和/或氖气从第一空腔朝向第二空腔或从第二空腔朝向第一空腔通过第一层到第二层中的伸入部的扩散的适宜调节。
在本发明的上下文中，概念“微机械结构元件”应如此理解：所述概念既包括微机械结构元件又包括微机电结构元件。
本发明还提出有利的构型和扩展方案。
根据一种优选的扩展方案设置，第一层包括硅、尤其经掺杂的、单晶的和/或多晶的硅或者说多晶硅。此外优选，第一层包括铝和/或镓和/或氮化物、特别优选包括氮化铝和/或氮化硅。
根据一种优选的扩展方案设置，第二层包括氧化物层、优选硅氧化物层、特别优选二氧化硅层。由此有利地能够实现：在芯片上布置具有不同的空腔内压力的两个核心时，通过两个空腔之间的二氧化硅层在两个空腔之间不能够发生气体交换或仅能够发生相对于现有技术减少的气体交换。
根据一种优选的扩展方案设置，第一层这样伸入第二层中，使得微机械结构元件包括将第二层分隔开的分隔区域，其中，分隔区域布置成在第一空腔与第二空腔之间地和/或平行于主延伸平面地包围第一空腔和/或平行于主延伸平面地包围第二空腔。优选，分隔区域布置成平行于主延伸平面至少部分包围第一空腔，优选将第一空腔平行于主延伸平面地围绕的周边的至少90％、特别优选该周边的至少95％、完全特别优选该周边的至少99％。此外，分隔区域优选布置成平行于主延伸平面至少部分包围第二空腔，优选将第二空腔平行于主延伸平面地围绕的周边的至少90％、特别优选该周边的至少95％、完全特别优选该周边的至少99％。由此，以简单的方式实现，防止或阻碍通过第二层从第一空腔朝向第二空腔或从第二空腔朝向第一空腔和/或从微机械结构元件的周围环境朝向第一空腔和/或从微机械结构元件的周围环境朝向第二空腔的扩散。
根据一种优选的扩展方案设置，第一层这样伸入第二层中，使得第二层的第一层区域和第二层的第二层区域布置成平行于主延伸平面地彼此间隔开。由此，有利地能够实现将第二层分成第一层区域和第二层区域，使得：原子和/或分子不能够平行于主延伸平面在第二层内从第一层区域扩散到第二层区域或从第二层区域扩散到第一层区域，并且原子和/或分子平行于主延伸平面地必须通过与第二层不同的区域扩散，来从第一层区域到达第二层区域或从第二层区域到达第一层区域。
根据一种优选的扩展方案设置，第二层的第一层区域在平行于主延伸平面的平面中包围第一空腔。由此有利地能够实现，来自第一空腔的、在所述平面内的原子和/或分子必须通过第一层区域扩散。
根据一种优选的扩展方案设置，第二层的第二层区域在平行于主延伸平面的平面中包围第二空腔。由此有利地能够实现，来自第二空腔中的、在所述平面内的原子和/或分子必须通过第二层区域扩散。
根据一种优选的扩展方案设置，第一层这样伸入第二层中，使得第二层的第一层区域和第二层的第三层区域布置成平行于主延伸平面地彼此间隔开。由此，能够实现将第二层分成第一层区域和第三层区域，使得：原子和/或分子不能够平行于主延伸平面在第二层内从第一层区域扩散到第三层区域或从第三层区域扩散到第一层区域，并且原子和/或分子平行于主延伸平面地必须通过与第二层不同的区域扩散，来从第一层区域到达第三层区域或从第三层区域到达第一层区域。
根据一种优选的扩展方案设置，第一层这样伸入第二层中，使得第二层的第二层区域和第二层的第三层区域布置成平行于主延伸平面地彼此间隔开。由此，有利地能够实现将第二层分成第二层区域和第三层区域，使得：原子和/或分子不能够平行于主延伸平面在第二层内从第二层区域扩散到第三层区域或从第三层区域扩散到第二层区域，并且原子和/或分子平行于主延伸平面地必须通过与第二层不同的区域扩散，以便从第二层区域到达第三层区域或从第三层区域到达第二层区域。
根据一种优选的扩展方案设置，第二层的第三层区域在平行于主延伸平面的平面中包围第二层的第一层区域。由此有利地能够实现，在第三层区域与第一层区域之间可以构造在所述平面中延伸的分隔区域。
根据一种优选的扩展方案设置，第二层的第三层区域在平行于主延伸平面的平面中包围第二层的第二层区域。由此有利地能够实现，在第三层区域与第二层区域之间可以构造在所述平面中延伸的分隔区域。
根据一种优选的扩展方案设置，第一压力小于第二压力，其中，在第一空腔中布置有用于转速测量的第一传感器单元，其中，在第二空腔中布置有用于加速度测量的第二传感器单元。由此，以简单的方式提供用于转速测量和用于加速度测量的、在微机械结构元件的使用寿命期间具有稳定的品质的微机械结构元件。第一空腔和第二空腔优选布置在一个芯片上。由此有利地能够实现，第一空腔和第二空腔或第一传感器单元和第二传感器单元能够以同样的层方法制造。由此能够实现时间上特别高效的制造方法。特别优选，通过在第一周围环境压力的情况下和/或在第二周围环境压力的情况下打开和重新封闭第一空腔和/或第二空腔来这样调节第一压力和/或第二压力，使得在重新封闭之后第一压力即刻就基本上相当于第一周围环境压力和/或第二压力即刻就基本上相当于第二周围环境压力。
优选，借助本发明减少在第一空腔与第二空腔之间的气体交换和/或一方面第一空腔和/或第二空腔和另一方面微机械结构元件的周围环境之间的气体交换并从而尤其使得在使用寿命期间在用于转速测量的第一传感器单元的第一空腔中封入的真空稳定，这导致用于转速测量的第一传感器单元的相对于现有技术较小的品质变化和传感器特性变化。
附图说明
图1以示意图示出根据本发明的一种示例性的实施方式的微机械结构元件。
图2以示意图示出根据本发明的另一示例性的实施方式的微机械结构元件。
图3以示意图示出根据本发明的第三示例性的实施方式的微机械结构元件。
图4以示意图示出根据本发明的所述另一示例性的实施方式的微机械结构元件。
在不同的附图中，同样的部分始终设有同样的附图标记并且因此通常也分别仅提及或提到一次。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的一种示例性的实施方式的微机械结构元件1的示意图，其中，该微机械结构元件1具有主延伸平面100。该主延伸平面100优选是微机械结构元件1的衬底19的主延伸平面。在此，微机械结构元件1包括第一空腔3和第二空腔5，其中，在第一空腔3中存在第一压力并且在第二空腔5中存在第二压力。特别优选设置：第一压力小于第二压力并且在第一空腔3中布置有用于转速测量的第一传感器单元或转速传感器并且在第二空腔5中布置有用于加速度测量的第二传感器单元或加速度传感器。
微机械结构元件1优选包括基本结构和罩结构，该基本结构包括衬底19，其中，基本结构通过微机械结构元件1的接合框与罩结构优选材料锁合地连接，使得不仅第一空腔3而且第二空腔5分别例如通过接合条(Bondsteg)彼此分隔地由微机械结构元件1包围。
此外，优选，在第一空腔3中封入具有第一化学成分的第一气体混合物；并且在第二空腔5中封入具有第二化学成分的第二气体混合物，优选封入用于加速度传感器空腔的气体填充物，其中，第一化学成分与第二化学成分不同。第一压力优选小于10mbar，特别优选小于5mbar，完全特别优选小于1mbar。此外，第二压力优选在20mbar至2000mbar之间，特别优选在50mbar至750mbar之间，完全特别优选在450mbar至550mbar之间。
在图1中示出的微机械结构元件1包括第一层7和第二层9，其中，第二层9优选包括氧化物层，特别优选包括二氧化硅层。第一层7和第二层9基本上平行于主延伸平面100地延伸。在此，第一层7在第一空腔3与第二空腔5之间基本上垂直于主延伸平面100地伸入第二层9中。优选由此构造微机械结构元件1的将第二层9分开的分隔区域17。
优选，分隔区域17在传感器核心的布局中设置为气体扩散路径的中断，该中断通过氧化物层或氧化物的尤其在第一空腔3与第二空腔5之间的中断造成。
在图1中示例性示出的实施例中，分隔区域17布置在第一空腔3与第二空腔5之间。此外，第一层7这样伸入第二层9中，使得第二层9的第一层区域11和第二层9的第二层区域13平行于主延伸平面100地彼此间隔开地布置。换言之，分隔区域17使第一层区域11与第二层区域13分隔开，或者说，第一层区域11和第二层区域13被分隔区域17至少部分地彼此分隔开。例如也设置并且在图1中未示出的是，第一层区域11和第二层区域13这样构造，使得尤其在分隔区域17的主延伸方向的彼此对置的末端上，第一层区域11和第二层区域13至少部分地相互接触。
此外，在图1中示例性地示出，第一层区域11在平行于主延伸平面100的平面中包围第一空腔3并且第二层区域13在平行于主延伸平面100的平面中包围第二空腔5。
此外，在图1中示例性地示出，分隔区域17线状地基本上平行于主延伸平面100地构造并且在平行于主延伸平面100的平面中在第一空腔3与第二空腔5之间以及在第一层区域11与第二层区域13之间布置。在此，例如设置，分隔区域17从微机械结构元件1的垂直于主延伸平面100延伸的第一面直至微机械结构元件1的垂直于主延伸平面100延伸的第二面连续地构造。优选，在此，第一面(优选微机械结构元件1的外表面)平行于第二面(优选微机械结构元件1的另一外表面)地布置。换言之，分隔区域17构造为第一空腔3与第二空腔5之间的分隔条。
在图2中示出根据本发明的另一示例性的实施方式的微机械结构元件1的示意图，其中，在图2中示出的实施方式基本上相应于在图1中示出的实施方式。在图2中示出的实施例的情况下，分隔区域17这样构造，使得分隔区域17平行于主延伸平面100地包围第一空腔3。换言之，分隔区域17在第一空腔3周围环绕地构造。例如在此示出，分隔区域17在第一空腔3与第二空腔5之间并且平行于主延伸平面100地包围第一空腔3地布置。然而，替代地也可设置，分隔区域17仅仅平行于主延伸平面100包围第一空腔3地布置。在此，例如设置，分隔区域17既包围第一空腔3又包围第二空腔5地布置，然而不布置在第一空腔3与第二空腔5之间。
图2还示出，分隔区域17具有闭合的、尤其基本上矩形的、轨道状的或线状的延伸。由此有利地能够实现，根据本发明的微机械结构元件1可以大多用标准制造方法或反应器或配件制造。此外，因而可以以简单的方式实现，分隔区域在平行于主延伸平面100的平面中至少部分地包围第一层区域11和/或第二层区域13和/或第一空腔3和/或第二空腔5。换言之，分隔区域17在第一空腔3周围环绕地构造。
在图3中示出根据本发明的第三示例性的实施方式的微机械结构元件1的示意图，其中，在图3中示出的实施方式基本上相应于在图1中和图2中示出的实施方式。然而，在图3中示出的实施方式中，第一层7这样伸入第二层9中，使得第二层9的第一层区域11和第三层区域15平行于主延伸平面100地彼此间隔开地布置。此外，第一层7这样伸入第二层9中，使得第二层区域13和第三层区域15平行于主延伸平面100地彼此间隔开地布置。此外，第三层区域15在平行于主延伸平面100的平面中包围第一层区域11并且第三层区域15在所述平面中包围第二层区域13。
在图3中示出的实施例中，分隔区域17在第一空腔3与第二空腔5之间并且平行于主延伸平面100包围第一空腔3地并且平行于主延伸平面100包围第二空腔5地布置。在此，分隔区域17具有闭合的、尤其基本上矩形的、轨道状的或线状的延伸。换言之，分隔区域17在第一空腔3周围环绕并且在第二空腔5周围环绕地构造。
在图4中示出根据本发明的所述另一示例性的实施方式的微机械结构元件1的示意图，其中，在图4中示出的实施方式基本上相应于在图1中、图2中和图3中示出的实施方式。在此，图4示出垂直于主延伸平面100延伸的沿线21的剖面图。在此，图4示例性地示出氧化物的中断部的剖面。
图4中的剖面图示例性地示出第一层7、第二层9、第一层区域11、第二层区域13、分隔区域17、以及衬底19和主延伸平面100。此外，图4中的剖面图示例性地示出另一第一层23，其中，另一第一层23基本上垂直于主延伸平面100地伸入另一第二层25和第三第二层27中且因此形成另一分隔区域29。微机械结构元件1例如这样包括分隔区域17和另一分隔区域29，使得：分隔区域17和另一分隔区域29布置成在第一空腔3与第二空腔5之间地和/或平行于主延伸平面100地包围第一空腔3和/或平行于主延伸平面100地包围第二空腔5；并且分隔区域17和另一分隔区域29将第二层9、另一第二层25和第三第二层27分别分成第一层区域11和第二层区域13、另一第二层25的第一层区域和第二层区域以及第三第二层27的第一和第二层区域。
在图4中示例性地示出，第二层9在分隔区域17之外布置在第一层7的面向衬底19的一侧上并且另一第一层23在分隔区域17之外布置在第二层9的面向衬底19的一侧上。此外，图4示例性地示出，另一第二层25布置在另一第一层23的面向衬底19的一侧上并且第三第二层27布置在另一第二层25的面向衬底19的一侧上。
此外，图4示例性地示出，第二层9包括两个氧化物层、优选两个硅氧化物层、特别优选两个二氧化硅层，并且另一第二层25包括两个氧化物层、优选两个硅氧化物层、特别优选两个二氧化硅层。由此有利地能够实现，第二层9一方面适宜地与另一第一层23的表面适配并且另一方面使得能够在制造第二层9的过程中在生长或沉积时实现有适宜的生长方法。此外，有利地能够实现，另一第二层25适宜地与第三第二层27的表面或与在第三第二层27上沉积或生长的第四层的表面适配并且同时使得能够在制造另一第二层25的过程中在生长或沉积时实现适宜的生长方法。

Claims (21)

1.一种微机械结构元件(1)，其具有主延伸平面(100)，其中，所述微机械结构元件(1)包围第一空腔(3)并且包围第二空腔(5)，其中，在所述第一空腔(3)中存在第一压力并且在所述第二空腔(5)中存在第二压力，其特征在于，所述微机械结构元件(1)的基本上平行于所述主延伸平面(100)延伸的第一层(7)在所述第一空腔(3)与所述第二空腔(5)之间基本上垂直于所述主延伸平面(100)地伸入所述微机械结构元件(1)的基本上平行于所述主延伸平面(100)延伸的第二层(9)中，所述第一层(7)伸入所述第二层(9)中，使得所述微机械结构元件包括将所述第二层(9)分隔开的分隔区域(17)。
2.根据权利要求1所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)包括氧化物层。
3.根据权利要求1所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)包括硅氧化物层。
4.根据权利要求1所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)包括二氧化硅层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述分隔区域(17)布置成在第一空腔(3)与第二空腔(5)之间地和/或平行于所述主延伸平面(100)地包围第一空腔(3)和/或平行于所述主延伸平面(100)地包围第二空腔(5)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第一层(7)伸入所述第二层(9)中，使得所述第二层(9)的第一层区域(11)和所述第二层(9)的第二层区域(13)布置成平行于所述主延伸平面(100)地彼此间隔开。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)的第一层区域(11)在平行于所述主延伸平面(100)的平面中包围第一空腔(3)。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)的第二层区域(13)在平行于所述主延伸平面(100)的平面中包围第二空腔(5)。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第一层(7)伸入所述第二层(9)中，使得所述第二层(9)的第一层区域(11)和所述第二层(9)的第三层区域(15)布置成平行于所述主延伸平面(100)地彼此间隔开。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第一层(7)伸入所述第二层(9)中，使得所述第二层(9)的第二层区域(13)和所述第二层(9)的第三层区域(15)布置成平行于所述主延伸平面(100)地彼此间隔开。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)的第三层区域(15)在平行于所述主延伸平面(100)的平面中包围所述第二层(9)的第一层区域(11)。
12.一种微机械结构元件(1)，其具有主延伸平面(100)，其中，所述微机械结构元件(1)包围第一空腔(3)，其中，在所述第一空腔(3)中存在第一压力，其特征在于，所述微机械结构元件(1)的基本上平行于所述主延伸平面(100)延伸的第一层(7)基本上垂直于所述主延伸平面(100)地伸入所述微机械结构元件(1)的基本上平行于所述主延伸平面(100)延伸的第二层(9)中，其中，所述第一层(7)伸入所述第二层(9)中，使得所述微机械结构元件包括将所述第二层(9)分隔开的分隔区域(17)。
13.根据权利要求12所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)包括氧化物层。
14.根据权利要求12所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)包括硅氧化物层。
15.根据权利要求12所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)包括二氧化硅层。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述分隔区域(17)布置成平行于所述主延伸平面(100)地包围第一空腔(3)。
17.根据权利要求12至15中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第一层(7)伸入所述第二层(9)中，使得所述第二层(9)的第一层区域(11)和所述第二层(9)的第二层区域(13)布置成平行于所述主延伸平面(100)地彼此间隔开。
18.根据权利要求12至15中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)的第一层区域(11)在平行于所述主延伸平面(100)的平面中包围第一空腔(3)。
19.根据权利要求12至15中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第一层(7)伸入所述第二层(9)中，使得所述第二层(9)的第一层区域(11)和所述第二层(9)的第三层区域(15)布置成平行于所述主延伸平面(100)地彼此间隔开。
20.根据权利要求12至15中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第一层(7)伸入所述第二层(9)中，使得所述第二层(9)的第二层区域(13)和所述第二层(9)的第三层区域(15)布置成平行于所述主延伸平面(100)地彼此间隔开。
21.根据权利要求12至15中任一项所述的微机械结构元件(1)，其中，所述第二层(9)的第三层区域(15)在平行于所述主延伸平面(100)的平面中包围所述第二层(9)的第一层区域(11)。
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