CN109553064A - 用于制造微机械元件的方法和微机械结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造微机械元件的方法，所述方法包括以下步骤：‑制造具有用于微机械元件的功能层、至少部分包围功能层的牺牲层和在牺牲层上的封闭罩的微机械结构，‑将覆盖层施加到微机械结构上，‑在覆盖层中制造栅格结构，‑在栅格结构下方制造空腔作为通向牺牲层的通道，‑至少部分地移除牺牲层，‑将封闭层至少施加到覆盖层的栅格结构上用于封闭通向空腔的通道。

Description

用于制造微机械元件的方法和微机械结构
技术领域
本发明涉及一种用于制造微机械元件的方法。
本发明还涉及一种微机械结构。
虽然本发明可应用于任意微机械结构，但参照微机械共振器结构来描述本发明。
背景技术
多种微机械传感器和致动器利用在空心室中的限定内压，微机械传感器的可运动元件、例如微机械共振器的振动结构位于该空心室中。在微机械共振器中，可运动的结构通常被施加到作为牺牲层的硅氧化物或类似材料上并且由所述硅氧化物或类似材料至少部分地包围。在沉积封闭盖或者说罩之后例如通过挖出通道孔来加工出通向牺牲层的通道。然后通过该通道孔导入气体，该气体例如通过蚀刻移除牺牲层。该通道孔随后又被封闭。
由DE 10 2009 045 385 A1已知一种用于封闭微机械或电构件的至少一个沟槽的方法。所述方法包括以下步骤：将栅格在要形成的沟槽上面施加到构件上，在栅格下方构造沟槽，并且通过将填充层沉积到栅格上来封闭栅格在沟槽上的开口。
发明内容
在一实施方式中，本发明提出一种用于制造微机械元件的方法，所述方法包括以下步骤：
-制造具有用于微机械元件的功能层、至少部分包围功能层的牺牲层和在牺牲层上的封闭罩的微机械结构，
-将覆盖层施加到微机械结构上，
-在覆盖层中制造栅格结构，
-在栅格结构下方制造空腔作为通向牺牲层的通道，
-至少部分地移除牺牲层，
-将封闭层至少施加到覆盖层的栅格结构上用于封闭通向空腔的通道。
在另一实施方式中，本发明提出一种微机械结构，该微机械结构包括：覆盖层，该覆盖层部分地具有栅格结构；在封闭罩材料中的空腔，其中，栅格结构构造在空腔上方；和封闭层，其中，封闭层至少布置在覆盖层的栅格结构上以用于封闭空腔；以及用于微机械元件的功能层，该功能层与空腔处于流体连接中。
由此实现的优点之一是，通过或借助栅格状结构例如使蚀刻通道变窄并且这样能够实现更快速的封闭。借助于栅格结构产生更小的中间空间，所述中间空间可以更简单地、更便宜地并且更快地封闭。封闭过程的更短的持续时间能够实现封闭层的封闭材料在表面的主要沉积并且不沉积在空腔中的微机电传感器元件上。此外，当使用蚀刻性组分、例如危险气体时，在封闭材料沉积时的长的过程持续时间导致在功能层中的材料剥除。
同样地，简化了封闭过程，因为也可以使用尤其在大开口的情况下沿垂直方向剧烈生长并且沿横向方向仅少量生长的封闭材料。这样也提高了在选择封闭材料时的灵活性。其他优点例如是，由于栅格结构，施加到该栅格结构上的封闭材料较少地或者根本不污染空腔，因为可以更快和时间更短地实施封闭过程。此外，可以使用封闭材料的较多选择，即尤其利用借助于有利的过程或辅助气体实施的、用于封闭空腔的过程，所述过程或辅助气体尤其不或者较少地损害空腔中的功能层。同样地，通过栅格结构提高过程安全性，因为通过栅格结构减小要封闭的宽度/直径或可以封闭更大的总开口。另一优点是，栅格状结构能够实现在封闭过程中的较小的过程压力，这能够实现在空腔中的较小的内压。这改善微机械结构的品质，因此在微机械传感器效率改进的情况下导致减小的电流消耗。
下面描述或者由此公开本发明的其他特征、优点和其他实施方式：
根据有利的扩展方案，借助于气相蚀刻过程进行牺牲层的移除。由此的优点是，能够以简单的方式移除牺牲层。
根据另一有利的扩展方案，借助于以过蚀刻的蚀刻方法进行空腔的制造。以该方式，不仅沿垂直方向、而且也至少部分在横向上进行下部蚀刻这确保空腔的足够的大小，同时也可靠地移除在栅格的隔片下方的封闭罩材料。
根据另一有利的扩展方案，得到封闭罩的材料在栅格结构下方的至少一部分并且该部分与该栅格结构相对应。换言之，由此形成在栅格或者说栅格结构下方的支撑结构，该支撑结构在整体上提高了微机械结构的稳定性。
根据另一有利的扩展方案，作为封闭罩的材料使用硅氧化物、硅氮化物、外延生长的硅、多晶硅和/或金属。作为金属例如可以使用钨。由此能够按照需要以灵活的方式使用不同的封闭材料。
根据另一有利的扩展方案，将气密构造的另外的封闭层施加到已施加的封闭层上。该另外的封闭层例如可以由金属组成。借助于尤其由金属组成的该另外的封闭层可以制造附加的渗透屏障和/或实现在微机械结构中的应力平衡。
根据另一有利的扩展方案，相对应于栅格结构，在栅格结构下方在空腔中至少部分地布置有封闭罩材料。由此的优点是，由此形成对于栅格结构的支撑结构，该支撑结构在整体上改进了稳定性。
根据另一有利的扩展方案，在封闭层上方布置有气密构造的另外的封闭层。借助于气密的封闭层例如可以制造附加的渗透屏障。
根据另一有利的扩展方案，功能层包括硅和/或铝氮化物。由此的优点是，可以在封闭时灵活地选择过程和辅助气体。如果借助于铝或钨实现空腔的封闭，那么例如可以使用氩气作为辅助气体。如果借助于硅氧化物实现空腔的封闭，那么例如可以使用亚硅烷作为过程气体并且使用氧气作为辅助气体。如果使用外延生长的硅作为空腔的封闭材料，那么可以使用硅烷、二氯硅烷或类似物作为过程气体并且使用氢气或氯化氢作为辅助气体。
由附图和参照附图的描述得出本发明的其他重要特征和优点。
要理解的是，前面提到的和后面还要阐释的特征不仅能够用在相应说明的组合中，而且也能够以其他组合或单独使用，而不偏离本发明的框架。
本发明的优选实施方案和实施方式在附图中示出并且在随后的说明中详细阐释，其中，相同的附图标记涉及相同的或类似的或者功能相同的构件或元件。
附图说明
在此示出：
图1a-1e根据本发明的实施方式的方法的步骤；
图2通过已知的方法制造的微机械结构；
图3通过根据本发明的实施方式的方法制造的微机械结构的一部分；和
图4通过根据本发明的实施方式的方法制造的微机械结构的一部分。
具体实施方式
图1a-1e示出根据本发明的实施方式的方法的步骤。
在图1a中详细示出微机械结构1，该微机械结构包括多个相互叠置的层。最下面的层2通过衬底形成。在该衬底层2上布置有例如由硅氧化物制造的牺牲层3，用于微机电传感器的功能层4被嵌入到该牺牲层中。在牺牲层3上方布置有例如呈罩形式的封闭罩层5。又将栅格材料6施加或沉积到该封闭罩层5上。
为了制造微机械层结构1，例如在牺牲层3上制造功能层4并且随后再将牺牲层3的材料施加到功能层4上，直到形成微机械传感器的功能层4的部分被牺牲层3完全包围。随后将例如由外延生长的硅制成的封闭盖/罩5沉积到牺牲层3上。然后将栅格材料6沉积到封闭盖5上。
在根据图1b的另一步骤中，现将栅格结构7结构化到栅格材料6中，尤其在还要制造的空腔8的区域中。
在根据图1c的另一步骤中，现进行通过栅格结构7的蚀刻过程，以便在封闭盖5中产生空腔8，并且以便得到通向牺牲层3的流体通道。
在根据图1d的另一步骤中，现移除在功能层4的区域(露出的区域3a)中的牺牲层3，以便露出功能层4的微机电传感器。这借助于通过或者说借助栅格结构7的气相蚀刻过程实现。
在根据图1e的另一步骤中，现将封闭材料9施加到栅格结构7上并且施加到覆盖层6上，以便封闭所产生的空腔8。为了封闭或者说作为封闭材料9优选使用主要沉积在表面上的材料，所述材料不包含对于功能层4的各个微机电传感器元件来说危险的、化学腐蚀性的组分或过程气体，和/或所述材料提供主要横向的生长。
图2示出按照已知方法制造的微机械结构。图2详细示出与根据图1的微机械结构1的层2、3、4、5和6的基本上相同的构造。与根据图1的微机械结构1不同的是，在根据图2的微机械结构1中覆盖层6不设有栅格结构7。同样地，封闭材料9、或者说在覆盖层6上方的封闭层9的厚度大于根据图1的微机械结构1的那个封闭材料的厚度，因为由于根据图2的微机械结构1缺少栅格结构7，必须封闭在用于空腔8的覆盖层6中的唯一的和更大的通道孔。此外，尤其由于缺少栅格结构7而将封闭材料9引入到空腔8中并且引入到功能层4上，这对于根据图2的微机械结构1的品质或者说质量是不利的。封闭材料9的这种引入尤其不利地改变了功能层4的机械特性。
图3示出通过根据本发明的实施方式的方法制造的微机械结构的一部分。
在图3中详细示出根据图1e的层结构1的上部分。与根据图1e的微机械层结构1不同的是，根据图3的微机械结构1示出在栅格结构7下方、更确切地说是在梁7a下方的封闭罩材料5a。在此，封闭罩材料5a朝着功能层4的方向延伸并且在此在一定距离上逐渐变细地伸到空腔8中。以该方式，形成支撑结构，这提高了机械稳定性。在此，封闭罩材料7a基本上以空腔8的深度的最大25％、优选最大10％、尤其最大5％伸到该空腔中。
图4示出通过根据本发明的实施方式的方法制造的微机械结构。
在图4中详细示出基本上根据图1e的微机械结构1。与根据图1的微机械结构1不同的是，根据图4的微机械结构1在封闭层9上具有另一封闭层10。当使用硅氧化物作为用于封闭层9的封闭材料时，这样例如可以通过第二封闭层10建立气密性。可以使用金属作为用于第二封闭层10的材料。
总结而言，本发明、尤其本发明的实施方式中的至少一个实施方式具有以下优点中的至少一个优点：
-更快的封闭过程
-对穿过封闭材料的空腔的更少污染
-对封闭过程中具有有利的过程或辅助气体的封闭材料的自由选择
-在封闭空腔时的更大的过程安全性
-微机械结构的改善的品质。
虽然基于优选实施例描述了本发明，但本发明不限于此，而是能够以多种方式改变。

Claims (10)

1.用于制造微机械元件的方法，所述方法包括以下步骤：
-制造微机械结构(2、3、4、5)，该微机械结构具有用于微机械元件的功能层(4)、至少部分包围所述功能层(4)的牺牲层(3)和在所述牺牲层(3)上的封闭罩(5)，
-将覆盖层(6)施加到所述微机械结构(2、3、4、5)上，
-在所述覆盖层(6)中制造栅格结构(7)，
-在所述栅格结构(7)下方制造空腔(8)作为通向所述牺牲层(3)的通道，
-至少部分地移除所述牺牲层(3)，
-将封闭层(9)至少施加到所述覆盖层(6)的所述栅格结构(7)上以封闭通向所述空腔(8)的所述通道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，借助于气相蚀刻过程进行所述牺牲层(3)的移除。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助于带有过蚀刻的蚀刻方法进行所述空腔(8)的制造。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，这样制造所述空腔(8)，使得在所述栅格结构(7)下方得到所述封闭罩(5)的材料(5a)的至少一部分并且该部分对应于该栅格结构。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，使用硅氧化物、硅氮化物、外延生长的硅、多晶硅和/或金属作为所述封闭罩(5)的材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，将气密地构造的另外的封闭层(10)施加到已施加的封闭层(9)上。
7.微机械结构，所述微机械结构包括：覆盖层(6)，该覆盖层部分地具有栅格结构(7)；在封闭罩材料(5)中的空腔(8)，其中，所述栅格结构(7)构造在所述空腔(8)上方；和封闭层(9)，其中，所述封闭层(9)至少布置在所述覆盖层(6)的所述栅格结构(7)上以封闭所述空腔(8)；以及用于微机械元件的功能层(4)，该功能层与所述空腔(8)处于流体连接。
8.根据权利要求7所述的微机械结构，其中，与所述栅格结构(7)对应地在所述栅格结构(7)下方在所述空腔(8)中至少部分地布置有封闭罩材料(5a)。
9.根据权利要求7或8所述的微机械结构，其中，在所述封闭层(9)上方布置有气密地构造的、另外的封闭层(10)。
10.根据权利要求8或9所述的微机械结构，其中，所述功能层(4)包括硅和/或铝氮化物。
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