CN117083514A - 用于对mems单元中的参考气体进行封闭的方法 - Google Patents

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Abstract

在第一方面，本发明涉及一种用于产生气密地密封的气体填充的参考室的方法。由此，仅在形成参考室的晶片键合之后，在单独的涂覆室中经由开口引入填充参考室的气体。参考室优选地包含MEMS设备。在另一方面，本发明涉及一种包括这种参考室的光声气体传感器，在该参考室内存在MEMS传感器。

Description

用于对MEMS单元中的参考气体进行封闭的方法
技术领域
在第一方面，本发明涉及一种用于产生气密地密封的气体填充的参考室的方法。由此，在形成参考室的晶片已经键合之后，在单独的涂覆室中将填充参考室的气体经由开口引入。MEMS设备优选地安装在参考室中。
在另一方面，本发明涉及一种包括这种参考室的光声气体传感器，在该参考室内存在MEMS传感器。
背景技术
光声光谱学(PAS)是基于光声效应的物理测试程序，并且具有广泛的应用。
PAS的一个应用是检测极细浓度的气体。这里，使用强度调制的红外辐射，其频率位于气体中待被检测分子的吸收光谱中。如果该分子存在于光束路径中，则将发生调制吸收，从而导致加热和冷却过程，加热和冷却过程的时间尺度反映辐射的调制频率。加热和冷却过程导致了气体的膨胀和收缩，从而产生在调制频率处的声波。然后可以通过声音检测器(诸如麦克风或流量传感器)来测量这些声波。
一个示例是CO2的检测，其在研究和空气调节技术中发挥着作用。然而，应用也在必须检测不仅有毒气体而且爆炸性或腐蚀性气体(诸如氨气NH3)的情况下是相关的。
特别地针对氨气(NH3)，在工业和自然界中已经有大量应用。
例如，氨气被用作冷冻仓库、啤酒厂和屠宰场中的制冷剂。其也可以用在大型制冷设备中。20世纪中叶，氨气经常被氯氟烃(CFC)取代，如今，氯氟烃(CFC)又被禁止。尽管如此，氨气由于其良好的热力学特性，始终能够在工业制冷中保持其重要作用。
尽管氨气通常是合成产生的以用于制冷过程，但它被称为天然制冷剂。NH3主要是在有机含氮物质分解期间产生的。如今，它被用作冷冻仓库的大型制冷系统中以及机场、办公楼、生产车间或体育设施的空气调节中的制冷剂。
然而，氨气是腐蚀性的，特别地对铜材料是腐蚀性的。因此，利用氨气作为制冷剂的系统中的管道系统必须由钢制成。由于氨气在一定程度上也是有毒的且可燃的，因此这些系统的建造、操作和维护需要特殊的安全法规。
以浓缩的形式，氨蒸气可以使眼睛和呼吸道受到刺激；在浓度升高的情况下，粘膜层和肺部可能受损，在最坏的情况下，可能将导致死亡。此外，氨气被归类为对水是有害的。其很容易溶于水中，使得必须不惜一切代价避免渗透到土壤中，以及避免对地下水造成相关的损害。
此外，氨气是爆炸性的(引燃温度在约630℃处)。
由于以上原因，在早期阶段检测到可能的氨气泄漏是重要的。由于其高灵敏度，PAS对连续监测氨气浓度提供了绝佳的可能性。从现有技术中已知有多种用于此目的的设备。
在2016年的Peng等人中，公开了一种可以在高温环境下检测氨气的传感器。使用量子级联激光器，其照射长度为约1.8m的圆柱形测量室。此外，测量室本身被加热，并且通过从环境中供应空气在测量室内部产生流动。此外，还引入了其他化合物(诸如CH4(甲烷)和1％ NH3/Ar(氨气/氩气))来控制室内的流动。在谐振器的末端处是检测器，该检测器测量了量子级联激光器的信号强度。如果引入到测量室的空气中的氨气的百分比是较高的，则这将吸收来自量子级联激光器的光束。因此，在检测器处也将记录到较弱的信号。在测量室长约1.8m的情况下，该装置设计用于工业用途，并且不能被灵活使用。此外，还添加了其他部件，诸如测量温度分布的热电偶、位于谐振器的端部处的涂覆有BaF2(氟化钡)的窗口、或谐振器的热护套。这使得该装置的构造昂贵，并且使得设计复杂。
在2004年的希尔特等人中，CO2激光器(二氧化碳激光器)照射了光声测量单元。这包括圆柱形谐振器和两个缓冲容积，其中两个缓冲器充当声学滤波器。麦克风位于谐振器的端部处。此外，还有测量激光束的强度的半导体检测器。测量原理与在2016年的Peng等人中的相同。如果在CO2激光器的光束路径中有氨气的部分或分子，则激光辐射的部分被吸收。如果谐振器中没有氨气，则所测量的压力信号是最大的。位于两个缓冲容积处的开口导致了缺点。通过这些开口，其他气体在原则上可以扩散到谐振器中，使得测量信号可能是失真的。
在2019年的Bonilla-Manrique等人中，描述了一种谐振气体单元，其也包括两个缓冲器和圆柱形谐振器，其中圆柱形谐振器连接两个缓冲器。谐振器具有88mm的长度，并且两个缓冲器各自具有44mm的长度，使得整个设备具有176mm的尺寸。麦克风和薄隔膜被放置在谐振器上以充当声学检测器。它们都集中放置在谐振器上，其中麦克风通过谐振器引入，并且隔膜附接至外部的相对侧。光声效应也引起隔膜振动。在实验设置中，由两个缓冲器中的一个缓冲器外部化的气体入口和隔膜两者都利用激光束来照射。在此过程中，测量单元已经填充5000ppm的NH3。因此，2019年的Bonilla-Manrique等人的装置还有宏观尺寸。此外，不保证测量信号由于可以吸收激光束的其他分子诸如CO2(二氧化碳)和H2O(水)的进入而保持不失真。
鉴于现有技术，因此对用于将潜在有毒、腐蚀性和/或爆炸性气体可靠地气密地密封到室或测量单元中的替代装置和/或方法有兴趣，该替代装置和/或方法由于小型化而具有更广泛的应用。
US 6,124,145公开了一种可以将气体(特别地CO2)填充到两个或更多个晶片内的方法。在此过程中，其中引入空腔的第一晶片被放置在填充气体的键合室中，该气体也将位于晶片内。然后，第二晶片在键合室内与第一晶片键合，创建了由两个晶片组成的含有气体的室或单元。然而，这种方法不容易适合于封闭诸如氨气之类的腐蚀性或爆炸性气体。
一方面，对于键合需要高温。这意味着在相应的键合温度下易燃或者甚至易爆的气体(诸如氨气)不能被封闭在室中。否则，它们将损坏并且在最坏的情况下，将毁坏晶片，或者甚至毁坏键合室本身。此外，利用这种方法，不容易从具有电子电路或MEMS设备(例如传感器)的晶片中形成室，并且然后用腐蚀性气体(诸如氨气)填充它们。这是因为氨气的腐蚀性将损坏对应的电子电路或MEMS设备。此外，键合工艺本身需要一定的时间，并且条件(温度等)有利于腐蚀性气体的反应性。
在现有技术中，已知追求将气体转移至小型化系统中的目的的另外的方法和装置。
例如，US2018/0339900A1公开了一种用于产生其中设置有至少两个传感器的MEMS设备的方法。第一传感器优选地是旋转速率传感器，而第二传感器优选地是加速度传感器。这两个传感器形成在晶片叠层中，但位于不同的区域。US2018/0339900 A1旨在防止诸如H2(氢气)之类的气体或诸如氦气和氖气之类的轻质惰性气体在出现的温度下通过氧化物层和其他层进行扩散。例如，H2可以从加速度计扩散到旋转速率传感器中。为了解决该问题，产生过程首先提供了MEMS晶片和盖晶片，在MEMS晶片中形成了用于两个传感器的MEMS结构，并且然后将MEMS晶片与盖晶片气密地密封。将两个晶片密封之后，形成了第一进入孔，并且然后将第一压力转移到第一传感器的空腔中，并且最后封闭进入孔。第二传感器使用类似的方法。这样做的目的是允许空腔中存在两种不同的内部压力。特别地，还设想在键合之后从第二传感器(加速度计)的空腔中去除H2以便引入例如氧气、臭氧和/或限定的等离子体。通过激光执行进入孔的形成。进入孔的密封也是借助于激光执行的。
US2014/0038364 A1公开了一种用于封装微电子装置的方法。微电子装置位于第一衬底上，并且在键合室中键合至第二衬底。第二衬底具有空腔，使得在键合之后，微电子装置位于晶片叠层内。注入孔空腔中的气体是惰性气体。第二衬底具有相对于惰性气体是可渗透的区域。这里，在第二衬底上涂覆待被引入到空腔中的相对于惰性气体是不可渗透的层，并且然后在其上形成开口。为了气密地密封惰性气体，施加了另一层，该层对于注入的氦气是不可渗透的。没有公开引入比所描述的惰性气体更具反应性的气体的方法。
US2020/0057031 A1公开了一种用于光声气体传感器的检测器模块。检测器模块被构造成使得第一衬底和第二衬底可以被键合在一起，并且凹部可以以密闭方式填充有参考气体。可以在键合期间或者在键合之后通过在第一衬底或第二衬底中形成通孔而在参考气体气氛中将参考气体引入到凹部中，随后密封该通孔。参考气体选自以下各项：CO2、NOx、H2O、O2、N2、CH4或醇。没有描述在涂覆室内用气体填充凹部。
US2021/0055207 A1中还公开了一种用于光声气体传感器的检测器单元。这里，产生了待被封闭的气体的气体气氛，并且在键合期间可以将其封闭在空腔中。
US2019/0353157 A1公开了一种微型运输装置，其可以用作流体控制和/或用于执行加压。可以组装微型运输装置和微型阀装置，然后可以通过入口引入气体。通过压电致动器，气体可以流过多个压力室，并且气体可以沿运输方向连续流动。用户可以通过对气体量进行确定或当环境压力增加时释放气体。
US2007/0295456 A1描述了一种用于键合晶片的材料。键合材料的特征在于，除了具有绝缘粘合能力之外，还含有导电性粒子。还公开了空气可以与待在键合室中被封装的气体进行交换，特别地对于MEMS设备的操作。其中公开的气体不是爆炸性的，而是惰性的。
US 2003/0183916 A1公开了一种用于对MEMS设备进行包装的方法。在一个实施方式中，密封过程可以在受控的环境中进行，使得空腔包含在期望压力处的期望环境气体。为此，描述了开口距离MEMS设备足够远，以免对其造成损害。还公开了用于密封开口的盖或密封部件(片)。
US 2020/0198964 A1涉及一种用于将MEMS设备安装在晶片叠层内的封装工艺。这里，开口可以通过孔密封层来进行密封，由此这将通过涂覆自身来实现。
用于将腐蚀性和/或爆炸性气体引入并气密地密封到MEMS单元中而不对MEMS单元内的MEMS设备或电子电路造成损坏的安全、可靠的产生方法是未知的。特别地，在光声气体传感器的产生期间可靠且安全地引入腐蚀性和/或爆炸性气体在现有技术中是不明显的。因此，需要使用户更高效且更安全地将气体引入MEMS单元。
发明目的
本发明的目的是提供一种装置及一种用于其产生的方法，其消除了现有技术的缺点。特别地，本发明的一个目的是借助于可以可靠且安全地产生的装置实现腐蚀性和/或爆炸性气体的PAS(光声光谱)，其特征在于腐蚀性和/或爆炸性气体的紧凑设计和密封的封闭。产生方法也应该是简单的、廉价的，并且适合于大规模产生，以实现在广泛的领域中的应用。
发明内容
本发明的目的是通过独立权利要求的特征来解决的。本发明的优选实施方式在从属权利要求中描述。
在第一方面，本发明涉及一种用于产生其中存在MEMS设备和/或电子电路的气体填充的参考室的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供第一晶片和第二晶片，其中第一晶片和第二晶片中的至少一个具有空腔，并且其中MEMS设备和/或电子电路存在于第一晶片和/或第二晶片上，
b)在键合室内将第一晶片键合到第二晶片，以形成可以填充有参考气体的容积，其中键合之后，开口保留在两个晶片接触的区域中，或者在键合之前或键合之后在第一晶片和/或第二晶片中形成开口，
c)在涂覆系统内经由开口将参考气体注入到参考室中，
d)在涂覆系统内对参考室的开口进行密封。
根据本发明的方法与美国专利号6,124,145的不同之处在于，在键合工艺期间，待被引入到参考室中的气体不在键合室中。该现有技术方法极大地限制了待被包括在参考室中的气体的选择。这是因为在键合工艺期间产生高温。取决于所使用的键合方法，温度范围可以从250℃到1000℃。使用来自美国专利号6,124,145中的方法不能引入在这些温度和对应压力条件下易燃或者甚至易爆的气体。如果这样做，整个实验装置(特别是键合室)可能被损坏或者甚至被毁坏。特别地，根据本发明的方法可以将氨气引入到参考室，其点火温度是630℃。
根据本发明的方法还允许具有腐蚀效果的气体被引入，并且封闭在参考室中。如果参考室中存在MEMS设备和/或电子电路，这一点特别地重要。利用从美国专利号6,124,145已知的方法，不可能在不损坏可能存在的任何MEMS设备和/或电子电路的情况下将具有腐蚀效果的气体封闭在参考室中。在使用来自美国专利号6,124,145已知的方法的情况下，MEMS设备和/或电子电路将被大量的腐蚀性气体包围，因为腐蚀性气体注入在整个键合室内。
特别地，在美国专利号6,124,145中，键合工艺在键合室填充待被封闭的气体之后进行。由于键合工艺需要一定的时间，在键合所需的时间期间，MEMS设备和/或电子电路将被腐蚀性气体包围，同时键合室中的氧气也可以促进反应。因此，MEMS设备和/或电子电路可能被大量的腐蚀性气体以及其将暴露于腐蚀性气体和键合所需的停留时间损坏。
根据本发明的方法还与US2014/0038364 A1不同，特别地在于参考气体被引入涂覆室内部。相比之下，在US2014/0028264 A1中，气体在键合室中被引入到空腔中。然而，这极大地限制了待被引入的气体的选择，因为在键合期间存在爆炸性和/或反应性气体可能进行不期望的反应(诸如爆炸)的温度。因此，在US2014/0028264 A1中，只有惰性的惰性气体被用作引入MEMS单元的空腔中的气体。然而，根据本发明，参考气体的引入是在涂覆室中进行的。有利地，这还允许引入与氦气不同、例如在对应的键合温度下在键合室中是易燃甚至易爆的气体，诸如氨气。因此，根据本发明的方法实现了对现有技术的显著改进，因为可以将爆炸性和/或腐蚀性气体安全地引入参考室中，并且将它们地气密地密封。
此外，在根据本发明的方法中，参考气体可以优选地直接填充到参考室的容积中，由此参考气体在涂覆室中注入，然后参考气体在该涂覆室中被立即密封。因此，参考气体可以优选地通过扩散——作为由于布朗分子运动而自然发生的物理过程——进入参考室的容积中。相比之下，在US 2018/0339900A1中，发生交换过程以用于填充容积，其中描述的两个传感器中的一个传感器位于该容积中。US2018/033990 A1公开了，例如，从第二传感器的空腔中去除H2，并且随后填充氧气、臭氧和/或限定的等离子体，从而导致气体的交换。特别地，US2018/033990 A1中所提及的气体可以至少部分地穿透MEMS元件的表面以与氢气反应，或者如果其被表面吸附，则减少溶解在固体中的氢气的放电能量。在根据本发明的方法中避免了这种键合反应或交换。
此外，在US2018/033990 A1中，在涂覆系统内没有发生传感器空腔的填充，使得涂覆系统可以用于密封参考室的开口。替代地，开口借助于激光来密封。
现有技术的缺点由根据本发明的方法来规避或消除。在根据本发明的方法中，提供了具有开口的MEMS单元，然后将其填充待被封闭的气体。在该方法中，首先使用两个晶片形成参考室。这是借助于键合室内的键合工艺来执行的。键合之后可以保留通向参考室的容积的开口。然而，也可以在键合之前或之后在两个晶片中的一个晶片中制作开口。在由此形成MEMS单元的键合工艺之后，将该单元转移到涂覆系统。
然后，涂覆系统注入待被封闭在MEMS单元中的气体，使得气体通过开口扩散到MEMS单元的容积中。在下一步骤中，将开口封闭，并且进行气密地密封。特别地，可以通过根据本发明的方法将具有爆炸和腐蚀效果的氨气封闭在MEMS单元中。然而，具有这种恶化特性的其他气体也可以借助于该方法封闭在MEMS单元中。
有利地，根据本发明的方法可以特别地用于将腐蚀性和/或爆炸性气体封闭在MEMS单元中，而不损坏或毁坏其中存在的MEMS设备和/或电子电路。这是因为将气体引入MEMS单元受到了更好的控制，因为一方面，注入发生在涂覆系统中在键合工艺的下游，并且另一方面，开口的尺寸可以设计得更小，或者可以提供附加的密封机制。因此，可以在时间、浓度和持续时间方面以极其受控的方式将气体引入MEMS单元。
此外，与键合室内部相比，注入待被封闭的气体的涂覆系统内部存在较少的反应条件(特别地较低的温度)。
针对本发明的目的，MEMS单元优选地是指包括两个或更多个晶片并且其内存在MEMS设备的设备。在本文中，术语MEMS单元可以被解释为通用术语。MEMS单元可以包括一个或更多个可以被密封的开口。MEMS单元也可以用作参考室。术语MEMS单元频繁地与基于MEMS的技术一起出现，并且为本领域技术人员所熟悉。
出于本发明的目的，参考室是指由两个或更多个晶片形成并且包括由两个或更多个晶片形成的容积的空腔。换言之，两个或更多个晶片形成容积，并且全部晶片和所得容积优选地包括在参考室中。优选地，参考室可填充有气体。优选地，这可以意味着参考室具有一个或更多个开口，一个或更多个开口存在以用于填充参考室的容积。为了优选地将气体保持或封闭在参考室内，开口被布置为可重新密封的。有利地，由此不可能与环境进行气体交换。待被引入或已经被引入参考室的气体也称为参考气体。
优选地，MEMS设备和/或电子电路位于参考室内。针对本发明的目的，MEMS设备是基于MEMS技术的部分或部件。MEMS代表英文术语微机电系统，即微系统，由此，以越来越低的产生成本利用卓越的功能实现了紧凑(微米范围)的设计。MEMS设备可以是例如MEMS传感器或者甚至是MEMS致动器。许多MEMS设备在现有技术中是已知的。有利地，根据本发明的方法允许将多种MEMS设备放置在参考室中，并且填充有腐蚀性和/或爆炸性气体而不损坏它们。
在本发明的含义内，电子电路是指形成功能布置的单独的电元件或机电元件的组合。优选地，电子电路允许传输、接收和/或处理数据或电信号。
MEMS设备通常与用于控制和/或评估的电子电路一起布置在衬底上，并且经由电连接与电子电路接触，这些电连接例如通过布置在衬底中的线键合和/或导线轨迹来提供。衬底特别地充当载体，并且还可以实现电功能，例如针对单独的部件提供电连接。
优选的电子电路包括但不限于集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器和/或其他电子(优选地是可编程的)电路系统。
在优选实施方式中，首先提供了两个晶片，其中至少第一晶片和/或第二晶片具有空腔，并且其中MEMS设备和/或电子电路存在于第一晶片和/或第二晶片上。
针对本发明的目的，空腔优选地是指晶片中的压痕或凹陷。有利地，第一晶片和/或第二晶片上的一个或更多个空腔的存在可以通过键合两个晶片而在参考室内产生合适的容积。优选地，第一晶片和/或第二晶片的空腔在两个晶片键合之后形成参考室。
例如，晶片可以表示厚度在毫米或亚毫米范围内的圆形或方形盘。晶片通常由单晶或多晶(半导体)坯件(称为锭)来制成，并且通常用作用于例如涂层或部件(特别地MEMS设备和/或电子电路)的衬底。术语衬底对于晶片的使用在现有技术中也是已知的，其中衬底优选地是指待被处理的材料。针对本发明的目的，术语晶片和衬底可以互换使用。
在优选实施方式中，两个晶片包括选自以下各项的材料：单晶硅、多晶硅、二氧化硅、碳化硅、硅锗、氮化硅、氮化物、锗、碳、砷化镓、氮化镓、磷化铟、和/或玻璃。
这些材料在半导体和/或微系统技术中加工起来特别容易且便宜，并且也非常适合于大规模产生。同样，这些材料特别适合于掺杂和/或涂覆，以便在特定领域实现所需的电、热和/或光学属性。由于标准化制造技术的可用性，上面提及的材料提供了多种优点，这些优点也特别适合于另外的部件诸如电子电路的集成。
优选地，MEMS设备和/或电子电路位于两个晶片之一的空腔内。
在优选地实施方式中，两个晶片通过键合形成参考室。优选地，键合发生在键合室内。在本发明的上下文中，键合室是指其中放置晶片以将晶片键合在一起的设备。
晶片的键合优选地描述了半导体和微系统技术中的工艺步骤，其中将例如由硅、石英、玻璃和/或上面提及的优选的衬底材料制成的两个晶片或切片键合在一起。
优选地，可以使用各种工艺进行键合。优选地，这些工艺也被称为本发明含义内的键合工艺或键合方法。优选的键合工艺包括直接键合、阳极键合、与中间层的键合、玻璃料键合、粘合剂键合和/或选择性键合。
尤其地硅晶片的直接键合中，优选地使晶片的亲水性表面和疏水性表面在高温下接触。优选地，一个晶片被中心地压靠在另一个晶片上，有利地产生了第一接触点。在接触区域中的这种机械连接优选地是基于氢气键和/或范德华相互作用的。通过连续地去除最初存在于这些表面之间的间隔区，将由此连接的接触区域优选地延伸至剩余的晶片表面。由此，处理温度优选地在1000℃与1200℃之间，并且向晶片施加例如10兆帕(MPa)至25MPa量级的压力。直接键合可以优选地用于键合两个硅晶片和/或二氧化硅晶片。
在阳极键合中，使用具有增加的Na+离子浓度(优选地带正电的钠离子)的玻璃，优选地使其与硅晶片接触。在此过程中，施加特别地配置成在玻璃上产生负极性的电压。因此，优选地并且特别地利用升高的处理温度的帮助，钠离子(Na+)将扩散至电极，由此优选地在界面处形成空间电荷区，这引起了电场的增加并且产生了Si-O-Si键合。这些键合优选地连续延伸至玻璃与硅之间的整个互连表面。以该方式，特别地可以将玻璃和硅晶片键合在一起。通过适当调整工艺，将两个硅层和/或硅金属层键合至玻璃也是可能的。阳极键合可以优选地发生在约400℃的温度下，其同样优选地可以发生在约180℃的“低温”下，从而优选地保存待被键合的材料。优选地，还可以键合各种前面提及的材料。
优选地，还可以使用在待被键合的晶片之间具有所谓的中间层的键合工艺(诸如所谓的共晶键合)，其优选地是基于通过共晶合金作为中间层来键合的，例如Si-Au(硅金)或Ge-Al(锗铝)。共晶合金优选地是以下合金，该合金成分彼此以这样的比例进行混合，使得在特定温度下整个合金变成液体或固体。例如，可以使用共晶键合来键合两个硅晶片。然而，优选地，也可以键合其他前面所提及的材料。
玻璃料键合优选地还是基于在待被键合的晶片之间中间层的使用，其中，键合形成特别地是通过熔化玻璃焊料/玻璃料来进行的。玻璃焊料优选地包括具有低软化温度(例如约400℃)的玻璃。玻璃料优选地包括表面上熔融的玻璃粉末，该熔融的玻璃粉末中的玻璃颗粒优选地至少部分地烘烤或烧结在一起。这种类型的键合可以优选地将硅和/或二氧化硅晶片键合在一起，但优选地也可以将其他前面所提及的材料键合在一起。
粘合剂键合优选地描述了通过包括粘合剂的中间层形成的键合。粘合剂键合优选地允许将各种前面所提及的材料键合在一起。
优选地，可以通过光刻、蚀刻和/或剥离工艺来执行选择的键合。
通过键合两个晶片(优选地是预先处理成具有空腔)可以容易地产生参考室。
对来自预处理晶片的结构进行键合允许复杂结构的简单产生，而这些复杂结构只能以很大的代价从单个晶片来产生。这允许在不需要费力地雕刻出晶片的原材料以便在参考室内创造容积的情况下产生参考室。
在优选实施方式中，晶片具有用于键合两个晶片的接触表面。接触表面优选地包括晶片的被提供或涂覆有用于键合所需的材料的区域。两个晶片的接触表面上的材料优选地被键合或被连接以创建参考室。在本发明的上下文中，这样的材料也可以被称为键合材料。
在优选实施方式中，两个晶片进行键合，使得在键合之后，在两个晶片的接触表面上保留开口。该开口优选地是由于在相应的接触表面上没有发生键合的事实而产生的。优选地，开口位于参考室的侧向区域。有利地，参考气体可以通过参考室的侧向区域的优选开口被有效地引入到参考室中。
本发明的含义内，开口表示进入参考室的容积的入口。有利地，参考气体可以通过或经由开口被引入到参考室的容积中，并且优选地被气密地密封在其中。特别地，被引入的参考气体可以通过开口直接扩散到参考室的容积中。扩散被称为待被引入的参考气体的颗粒沿着浓度梯度的被动运动，该被动运动在这种情况下存在于参考气体注入到涂覆室的开始时、在涂覆室与参考室的容积之间。扩散导致浓度均衡，这是基于布朗分子运动的。有利地，由于扩散是被动运输过程，因此不需要附加的能量。特别地，与US2018/0339900 A1相比，不需要化学反应或交换来将气体引入参考室中。因此，有利地使得在涂覆系统内将参考气体特别地过程高效地引入到参考室中成为可能。
在另一个优选实施方式中，在键合之前已经存在开口。优选地，这通过从第一晶片或第二晶片的外侧开始的蚀刻工艺来实现。有利地，这允许所有接触表面用于键合，使得开口保留在第一晶片或第二晶片上，诸如开口在键合工艺之前被布置，并且通向参考室的容积。
在另一优选实施方式中，在将两个晶片键合之后，从第一晶片或第二晶片的外侧开始形成开口。在该实施方式中，所有接触表面也可以有利地用于键合。优选地，开口是在经由蚀刻工艺键合之后产生的。
在优选实施方式中，将在键合工艺之后产生的参考室从键合室移除并放置在涂覆系统内。
在本发明的含义内，涂覆系统优选地指执行不同材料的薄层的产生和处理的设备。在本发明的含义内，薄层或薄膜优选地表示在微米或纳米范围内的固体材料层。
在优选实施方式中，涂覆系统用于利用参考气体填充参考室。针对本发明的目的，参考气体优选地指被引入到参考室的容积中，并且优选地被气密地密封或封闭在其中的参考气体。
优选地，涂覆系统首先注入参考气体。参考气体通过开口进入参考室的容积。有利地，涂覆系统不具有在键合室内部用于键合的目的是绝对必需的温度范围。因此，参考气体可以是引入到参考室的容积中、否则在键合室内存在的高温下是易燃或易爆的气体。这扩大了可以引入参考室的气体的可能性。
有利地，参考室还可以注入特别地腐蚀性的气体。参考室内的MEMS设备和/或电子电路经由开口以受控的方式与腐蚀性气体进行接触。由于随后的气密密封的步骤可以在涂覆系统中立即进行，因此避免了腐蚀性气体对MEMS设备和/或电子电路的损坏。
在优选实施方式中，在将气体引入参考室中的工艺步骤之后，参考室在涂覆系统内被密封。有利地，在密封过程之后不再与参考室的环境进行任何交换。因此，引入的参考气体存在于室内，并且不能再离开室或进入环境。
针对本发明的目的，环境优选地指参考室外部的总体。优选地，这包括涂覆系统和其中引入的参考气体，参考气体在先前的工艺步骤中注入。
有利地，在参考室被密封之后，参考气体不能再从参考室逸出，参考气体也不能从环境进入参考室。因此，该方法可用于确保参考室的容积内存在精确量的参考气体。
优选地，参考室经由涂覆工艺在涂覆室内被密封，其中特别地开口经由涂覆工艺被密封。优选地，针对此目的至少开口可以涂覆有薄膜。至少沿着开口延伸、优选地基本上沿着开口延伸的涂层已经被证明是有利的，因为施加了特别精确的密封。此外，节省了用于对开口进行密封的涂覆材料，使得可以通过材料的有效使用来确保高经济程度。
然而，可能优选的是利用薄膜基本上涂覆整个参考室以确保气密密封。有利地，基本上沿着或围绕整个参考室延伸的涂层提供了特别可靠的气密密封。因此，一方面，围绕整个参考室的涂层确保了特别气密的密封，另一方面，提供了特别坚固的保护以防止来自外部的可能的损坏。这对于气体具有爆炸性和/或腐蚀性且因此必须满足最高安全要求的应用特别相关。此外，通过使引入的气体可能逸出的风险最小化，可以实现特别准确且因此可靠的测量，例如在光声光谱的背景下。
针对本发明的目的，气密密封优选地意味着防止与参考室的环境进行物质交换的紧密密封。为了防止参考室的容积受到最轻微的污染，优选采用气密密封。诸如参考室之类的设备优选地借助于气密密封绝对密封以防止物质或物料交换。
在本发明的含义内，污染指可能进入参考室的容积的不期望量的物质或混合物。优选地，通过对参考室进行密封来防止污染。
在优选实施方式中，参考气体包括腐蚀性和/或爆炸性气体，优选地甲烷、丙烷、丙烯、硅烷、氯硅烷、三异丙醇铝、氢气和/或氧气(特别优选地氨气)。
有利地，借助于根据本发明的方法，不仅可以将有毒气体而且可以将爆炸性和/或腐蚀性气体引入到参考室的容积中。有利地，因此延伸了参考气体的可能性。由此，与现有技术相比，实现了相当大的改进，因为气体的选择不限于或固定为惰性气体(例如，如US2014/0038364 A1中的惰性气体)。
在从美国专利号6,124,145获知的方法中，将气体引入到MEMS单元内部待被封闭的键合室内。然而，在各种键合工艺中都将出现高温。因此，在这些温度下易燃或易爆的气体不能使用已知的方法封闭在参考室内。否则可能将导致诸如键合室的爆炸等危险。这对于用户来说也是不利的，因为一旦发生爆炸，用户可能会受到伤害。有利地，通过根据本发明的方法，易燃和/或易爆气体也可以被封闭在参考室中。同样在US2014/0038364 A1中，气体(惰性气体)被引入到键合室内的空腔中。然而，与现有技术不同，根据本发明，气体优选地在涂覆室内被引入到MEMS单元中，特别地通过利用参考气体注入到涂覆室，例如通过被动扩散。
另外，对于各种应用，期望在参考室内包括MEMS设备和/或电子电路，并且用参考气体来填充参考室，例如用于PAS(光声光谱)。然而，利用从美国专利号6,124,145已知的方法，在这种情况下，参考室中不能封入腐蚀性气体。这是因为键合室注入了待被封闭的气体。因此，MEMS设备和/或电子电路最初将暴露于大量腐蚀性气体，这可能将导致它们的损坏。MEMS设备和/或电子电路将暴露于腐蚀性气体的时间在这方面也发挥着作用。晶片的键合工艺本身也需要一些时间。当键合工艺完成时，MEMS设备和/或电子电路将暴露于腐蚀性气体。因此，在键合工艺的时间期间，腐蚀性气体可能会损坏或者甚至破坏MEMS设备和/或电子电路。
利用根据本发明的方法，可以避免或消除现有技术的缺点。因此，有利地，爆炸性和/或腐蚀性气体可以被引入参考室中，并且借助于根据本发明的方法进行气密地密封。
针对本发明的目的，易燃或可燃优选地指具有低闪点的物质或混合物的特性。优选地，物质的闪点表示可以在物质上形成可燃混合物的最低温度。优选地，如果气体或其混合物在20℃和101.3kPa(千帕)的标准压力下在空气中具有爆炸范围，则认为它们是易燃的。
针对本发明的目的，爆炸性气体是指以下气体或混合物，该气体或混合物例如通过高温充分激励时，经历一定化学反应，在化学反应中，可以产生高比例的热能。这将导致剧烈的膨胀效应，从而造成相当大的破坏。如果爆炸性物质或气体处理不当，会有生命危险。
针对本发明的目的，腐蚀性气体优选地指与参考室和/或其部件(诸如MEMS设备和/或电子电路)发生化学反应并因此引起可测量的变化的气体。针对本发明的目的，该过程优选地被称为腐蚀。腐蚀可以导致参考室或参考室的部件的功能退化。
有利地，爆炸性和/或腐蚀性参考气体可以优选地通过根据本发明的方法引入到参考室中。然而，也可以通过根据本发明的方法引入任何其他参考气体。
在优选实施方式中，惰性气体(优选地氮气)经由开口被另外地引入到参考室中，以设定参考室内的参考气体的部分压力。
针对本发明的目的，部分压力是气体混合物的单一成份的部分压力。部分压力对应于单个气体成分单独存在于相关容积中时将施加的压力。总压力由部分压力相加而成，即所有部分压力之和等于总压力。
有利地，参考室中的参考气体的量或浓度特别地可以通过调节参考气体的部分压力来精确地指定。这对于参考室的某些应用是有利的，例如作为PAS的传感器。在应用中，可以通过对参考气体的浓度或量进行调节来预先确定所需的参考浓度或灵敏度。因此，可以以有针对性的且精确的方式来优化引入气体的量。
针对本发明的目的，惰性气体优选地是对反应呈惰性的气体。该气体不参与化学反应或仅参与较小程度的化学反应。关于PAS应用，惰性气体在相关激发区域也应具有不同的吸收特性。惰性气体的示例包括诸如氮气之类的气体或诸如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气之类的惰性气体，或者包括诸如六氟化硫之类的气态分子化合物。
本发明的前面所提及的优点是基于以下事实：键合之后两个晶片的接触表面上保留有开口，或者在键合之前或之后在第一晶片和/或第二晶片中形成开口。
在优选实施方式中，第一晶片和第二晶片具有用于将第一晶片键合到第二晶片的接触区域，其中接触区域的某个区域未被键合，以便形成开口。
优选地，这在参考室的侧向区域中形成了开口。这有利地允许参考气体在涂覆系统内良好地渗透到参考室中。
有利地，利用该实施方式，不需要另外的工艺步骤来在参考室中形成开口。开口优选地已经在键合工艺期间产生。不需要另外的工艺步骤这一事实也消除了对另外的材料和结构的需要。减少了制造成本和时间。有利地，这导致了更高的处理效率。
在优选实施方式中，键合之后两个晶片的接触表面上保留有开口，该开口具有从1μm2至1000μm2的横截面，优选地该开口具有从1μm2至100μm2的横截面，以及该开口具有从1μm至1000μm的长度，优选地，该开口具有从10μm至500μm的长度。
有利地，该优选实施方式中的开口的尺寸导致扩散抑制效果。在本文中，本发明的含义内的扩散指在没有外部影响的情况下发生浓度差的均衡的现象。最初，当涂覆系统填充有参考气体时，参考室的容积内几乎没有气体。随着时间的推移，参考气体通过开口扩散到参考室的容积中。这是由于布朗分子运动而产生的被动物理过程。通过在升高的压力和/或浓度下将参考气体引入到涂覆系统中可以增强注入的过程。
作为基本上长形的开口的优选尺寸设置得到了基本上一维的扩散动力学，其中，在通过开口扩散到容积中之后，参考气体不离开容积，或者仅在较长的时间常数上离开容积。
扩散抑制效应可以用于例如桥接处理中的中间时间。例如，可能优选的是首先在涂覆系统中利用参考气体注入参考室，然后将参考气体交换用于室内部的工艺气体，并且借助于涂覆工艺来密封开口。由于扩散抑制效应，参考气体在气体交换或执行涂覆工艺期间不会逸出。
通过相应地确定开口的尺寸，可以有利地设定参考气体能够扩散到参考室中的时间跨度，以及可靠地防止扩散出的时间跨度。上面所提及的优选的尺寸代表了这方面的良好折衷。
在优选实施方式中，在将第一晶片键合到第二晶片之前或之后，优选地借助于蚀刻工艺从第一晶片或第二晶片的外侧开始向内侧形成开口。
有利地，可以通过在之前或之后插入开口来精确地选择开口的位置和/或尺寸。例如，可以依赖于参考室中的MEMS设备和/或电路来选择定位以避免干扰。例如，优选的是，开口布置在第一晶片或第二晶片的外侧的中心，从外侧开始进入参考室的内侧。
就本发明而言，蚀刻工艺优选地包括干法蚀刻、湿法化学蚀刻和/或等离子体蚀刻，特别地包括反应离子蚀刻、反应离子深蚀刻(Bosch工艺)。
蚀刻工艺优选地指从表面去除材料。去除可以采取在晶片上留下空腔的凹陷的形式。
在半导体技术和微系统工程中，干法蚀刻是一组不基于湿式化学反应(诸如湿式化学蚀刻、化学机械抛光)的侵蚀性微结构工艺。材料可以通过加速粒子或借助于等离子体激活气体来去除。取决于工艺，利用化学和物理效应。
干法蚀刻工艺可分为三组。首先，物理干法蚀刻工艺，它们基于通过粒子轰击去除材料，其次，化学干法蚀刻工艺，它们基于主要等离子体活性气体的化学反应。第三组，物理化学干法蚀刻工艺，结合了使用两种作用机制的工艺，并且因此能够最大限度地减少前两组的缺点。
在湿法化学蚀刻中，通过化学烧蚀工艺将抗蚀刻掩模转移到晶片上。
等离子体蚀刻是一种材料去除、等离子体辅助干法蚀刻工艺。在等离子蚀刻中，由于化学反应导致的蚀刻去除与由于离子轰击导致的表面的物理去除之间存在区别。
在化学等离子体蚀刻中，通过化学反应去除材料。因此，其通常是各向同性的，并且由于其化学性质而具有很强的材料选择性。物理等离子体蚀刻(也称为等离子体辅助离子蚀刻)是一种物理过程。在此工艺中，可能会发生蚀刻攻击的某个优先方向，因此该工艺可能在材料去除中表现出各向异性。在物理等离子体蚀刻中，等离子体中产生了非反应性离子。施加的电场将这些离子加速到表面上，去除了表面的部分。该工艺通常用于去除硅片上的自然氧化物。
反应离子蚀刻(RIE)是一种离子辅助反应蚀刻工艺。由于刻蚀行为具有良好的可控性，RIE是一种用于微系统和纳米系统技术的地形结构产生工艺。该工艺允许通过化学物理烧蚀进行各向同性(与方向无关)和各向异性两者的蚀刻。蚀刻是通过气体等离子体中产生的带电粒子(离子)来进行的。表面的适当掩蔽(例如通过光刻产生)给出了结构的形状。
深反应离子刻蚀(DRIE)是反应离子刻蚀(RIE)的进一步发展，并且是一种高度各向异性干法刻蚀工艺，用于在晶片上制造纵横比(深度与宽度之比)高达50:1的微结构，由此可以实现数百微米的结构深度。DRIE工艺是一种两步交替干法蚀刻工艺，其中蚀刻和钝化步骤交替进行。目的是尽可能各向异性地蚀刻，即垂直于晶片表面的定向蚀刻。例如，通过这种方式，可以蚀刻非常窄的沟槽。
上面所提及的蚀刻工艺对于本领域技术人员来说是已知的。取决于所需的开口和/或所提供的晶片，可以选择有利的工艺以确保高效的性能。
在优选实施方式中，阀存在于第一晶片或第二晶片中的开口的端部处，该阀优选地位于在将第一晶片键合到第二晶片之后的参考室的容积中、位于从第一晶片或第二晶片的外侧开始的开口的端部处。开口的端部优选地指定了从第一晶片或第二晶片中的开口到参考室的(参考)容积的过渡。
该位置处的阀可以用于控制注入涂覆室的参考气体扩散到参考室的容积中。
通过阀的附接，可以有利地自动密封参考气体。特别地，可以防止已经扩散到容积中的参考气体的逸出，而不限制注入的动态。
与扩散抑制效应相反，例如通过具有基本上一维扩散动力学的长形开口，可以使用阀以更有针对性的方式阻止来自参考室的扩散，同时可以快速地进行无阻碍地扩散到参考室中。
借助于阀，因此可以进行有效的注入，这使得例如参考气体能够在室内与工艺气体交换，并且开口将借助于涂覆工艺来密封。由于设置了阀，参考气体在此期间也不会逸出。
另外，阀的提供可以有利地允许更精确地调节待被引入参考室中的参考气体的量和/或浓度。
优选地，阀指用于方向控制或切断流体流动的部件。优选地，阀可以由例如柔性闸门——例如基于薄膜结构——来形成，该柔性闸门在注入期间单向地允许参考气体扩散到反应室中，同时防止在溢流之后扩散出扩散室。
优选地，在键合之前以及在形成第一晶片或第二晶片的开口之前，可以将材料层(优选地用于形成柔性密封件)施加到晶片的相对侧(例如蚀刻)，开口从该晶片引入。优选地，材料层可以在进一步的工艺中被结构化为阀。在这种情况下，可以首先形成第一晶片或第二晶片的开口，并且然后可以结构化材料层以形成阀。相反的顺序也是可能的。
在优选实施方式中，形成阀的材料层在键合之前被结构化。在此工艺中形成的结构可以包括接触垫、导电路径、对准、角、边缘、凹陷、下沉和/或孔。
优选地，可以首先将材料层施加到晶片一侧的整个表面。具体地，该结构化可以将材料层限制到开口周围的区域，使得材料层的现有区域可以充当开口端部处的阀。
优选地，晶片中的开口借助于蚀刻工艺形成在结构化为阀的材料层的对面。技术人员可以针对此目的选择合适的蚀刻工艺以确保阀在该工艺中不被损坏。
优选地，然后将包括具有阀的开口的第一晶片与第二晶片键合。键合以这样的方式进行：阀位于开口的端部，并且在参考室的容积内，使得实现所描述的功能。
在优选实施方式中，在第一晶片键合到第二晶片之后，涂覆系统中的参考室注入参考气体，该气体通过开口并经由阀进入参考室的容积。
在优选实施方式中，阀(或待被结构化的材料层)包括软金属。优选地，针对本发明的目的，软金属被限定为具有比铁低的硬度的金属(例如在根据DIN EN ISO6506-1至DINEN ISO6506-4的布氏硬度测试中)。优选的软金属是选自铅、金、铟、铜、铂、银、锌、锡或其化合物的有色金属，特别优选地是铝或其化合物。
有利地，软金属一方面可以通过简单的方式精确地构造，使得可以以节省时间和成本有效的方式配置该工艺。另一方面，软金属由于其柔性而适合作为根据本发明使用的阀。
除了材料的选择之外，材料层的尺寸设置也在这方面发挥着作用。
优选地，待被结构化为阀的材料层或阀被设计为薄膜结构。薄膜结构优选地指小于100μm的层厚度，优选地小于10μm的层厚度。
特别地，通过使用优选地包括软金属的薄膜结构，可以确保阀的良好柔性以相应地调节扩散过程。
参考气体通过第一晶片或第二晶片中的开口进入阀，并且对阀施加压力。取决于阀的灵活性，在某一点施加的压力足够高，以沿参考室的容积的方向打开阀，并且允许气体通过。
在优选实施方式中，在将参考气体注入到参考室中之后，焊料熔化以密封开口。
为此目的，焊料优选地放置在参考室的开口附近，优选地在键合之前放置在参考室的开口附近。
在微系统技术中应用焊料是已知的程序，并且对于本领域技术人员来说不涉及任何困难。
优选地，在参考气体注入涂覆系统之前将焊料放置在参考室的开口附近，并且参考气体经由开口扩散到参考室的容积中。
有利地，在该实施方式中，参考气体可以在焊料熔化之前特别有效地扩散到参考室的容积中。因为在该实施方式中，既不需要提供长形开口的扩散限制效果，也不需要提供阀，所以其可以具有残余的(尽管很小)扩散阻力。
优选地，焊料的熔化密封参考室的开口。焊料的熔化对于本领域技术人员来说是已知的工艺步骤，由此取决于待被熔化的材料来选择熔化温度。
优选地，当焊料熔化时，包括焊料的一部分材料进入开口，并且密封其横截面。只要横截面被紧密地密封，焊料或熔化的材料可以填充整个开口或其仅一部分。焊料的尺寸适合于待被密封的开口。优选的是，全部熔融材料用于密封开口或仅封闭其部分。
将焊料放置在开口的附近优选地意味着将其定位在空间邻近处，这确保了熔融焊料也可以流入开口中。邻近可以指例如小于100μm的距离、优选地小于10μm的距离。
在优选实施方式中，焊料包括选自铅、锡、锌、银、铜、其合金、和/或其化合物的易熔材料。
优选地，焊料在熔化期间达到其熔化温度。熔化温度是焊料从固态转变为液态的温度。优选地，焊料具有参考气体不会发生易燃和/或爆炸反应的熔化温度，使得可能出现的任何火花将不导致危险。
有利地，用于焊料的上述优选的材料具有低于优选的参考气体发生易燃和/或爆炸反应的温度的熔化温度。
在优选实施方式中，开口借助于涂覆系统内的涂覆工艺来密封，优选地通过喷涂涂覆、薄雾涂覆、和/或蒸汽涂覆来密封。
涂涂覆工艺优选地很好地密封了参考室。有利地，这意味着参考气体不能再离开参考室，并且确保了永久的密封。
在阀位于开口端部的情况下，焊料的熔化已经导致了开口的第一次密封。覆盖层的额外应用将长期稳定密封，并且确保了参考室在参考室的寿命期间的气密密封。
可以使用各种涂覆工艺来施加覆盖涂层。
喷涂涂覆特别地指覆盖层的二维应用，由此优选地在喷涂涂覆之前对覆盖层加压(例如高于普遍的环境压力)，使得形成覆盖层和/或泡沫的细颗粒/气溶胶。以这种方式，可以获得覆盖所有喷涂区域的特别精细的涂覆，即使例如这些区域具有与喷涂方向成不利角度的表面。因此，甚至彼此成一定角度的表面/区域也可以优选地被直接覆盖。
优选地，液体覆盖层在高于环境压力的压力下被雾化并施加至表面。
喷涂涂覆优选地是喷漆。喷涂涂覆也可以是气相沉积。
雾薄雾涂覆优选地包括以下涂覆，其由掩蔽层的细小液滴形成，其精细地分散在气氛(优选地气体)中。蒸气涂覆优选地涉及通过以蒸气形式或气体形式施加的覆层进行涂覆。
在优选实施方式中，涂覆系统包括物理涂覆系统或化学涂覆系统，优选得包括等离子体增强化学涂覆系统、低压化学和/或外延涂覆系统。
物理涂覆系统优选地指通过物理气相沉积(PVD)进行涂覆的涂覆系统。物理气相沉积(或很少也称为物理蒸汽沉积)指一组基于真空的涂覆工艺或薄膜技术。与化学气相沉积工艺不同，物理气相沉积用于将起始材料转化为气相。然后将气态材料施加到待被涂覆的晶片上，在那里其凝结并形成目标层。
电弧蒸发或电弧PVD是物理气相沉积组中的涂覆工艺。在此工艺中，进行该工艺的室与处于负电势的目标之间将产生电弧燃烧。例如，该电弧熔化并蒸发目标材料，例如随后将其沉积在工件(晶片)上。目标充当阴极，真空室的室壁或限定的电极充当阳极。在此工艺中，大部分(高达90％)的蒸发材料被电离。材料蒸气(目标材料)从目标径向扩散，类似于热蒸发。由于负电势也施加到晶片上，因此离子化的材料蒸气额外地加速朝向衬底。材料蒸气在晶片表面凝结。
外延涂覆系统优选地是其中使用外延工艺的系统、优选地是其中使用分子束外延的系统。分子束外延(MBE)是一种物理气相沉积(PVD)工艺，用于产生晶体薄膜(或薄膜系统)。外延意味着生长层的晶体结构适应衬底的晶体结构，只要两种物质的物理性质差异不大。
MBE需要超高真空以避免残留气体原子污染。然而，在生长过程中，由于渗漏，压力上升到高真空范围。构成该层的材料在蒸发坩埚中被加热，并且作为定向分子束到达晶片(不与背景气体碰撞)。这也被加热，从而使该层以有序的方式生长。
溅射(也称为阴极溅射)是一种物理工艺，其中原子通过利用高能离子(主要是惰性气体离子)的轰击从固体(目标)中释放，并且进入气相。
化学涂覆系统优选地指经由化学气相沉积(CVD)进行涂覆的涂覆系统。在化学气相沉积中，由于来自气相的化学反应，固体成分沉积在晶片的加热表面上。针对此的前提是存在层成分的挥发性化合物，其在一定的反应温度下沉积固体层。化学气相沉积工艺的特点是在待被涂覆的工件的表面处至少发生一种反应。该反应必须涉及至少一种气态起始化合物(反应物)和至少两种反应产物——其中的至少一种必须处于固相。为了促进表面上的这些反应而不是与之竞争的气相反应，并且从而避免固体颗粒的形成，化学气相沉积工艺通常在减压(通常：1Pa至1000Pa)下操作。该工艺的特殊特征是保形涂覆沉积，例如，即使是晶片上最细的凹槽也将得到均匀的涂覆。
化学气相沉积还包括原子层沉积(ALD)。原子层沉积是一种高度改进的化学气相沉积(CVD)工艺，具有两个或更多个循环执行的自限性表面反应。待被沉积的材料与一种或更多种载气(称为前驱体)发生化学键合。这些前驱体被交替地送入反应室，在那里它们与晶片发生反应，随后在气体中键合的材料沉积到衬底材料上。所得层通常具有多晶或非晶结构。
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)优选地表示使用等离子体增强或等离子体辅助化学气相沉积工艺的系统。等离子体增强化学气相沉积是化学气相沉积(CVD)的特殊形式，其中化学沉积由等离子体支持。等离子体可以直接在待被涂覆的晶片上燃烧(直接等离子体方法)，或者在单独的室中燃烧(远程等离子体方法)。
在CVD中，气体分子的解离是由于外部热的供应以及后续化学反应释放的能量而发生的，而在PECVD中，这一任务是由等离子体中的加速的电子来执行的。除了以这种方式形成的自由基之外，等离子体中还将产生离子，离子与自由基一起在晶片上引起层沉积。等离子体中的气体温度通常仅增加几百摄氏度，这意味着与CVD相比，还可以涂覆对温度更敏感的材料。在直接等离子体方法中，在待被涂覆的晶片与反电极之间施加强电场，从而点燃等离子体。在远程等离子体方法中，等离子体被布置成不与衬底直接接触。这在选择性激发工艺气体混合物的各个成分方面提供了优势，并且减少了离子对晶片表面造成等离子体损坏的可能性。
低压化学气相沉积(LPCVD)是半导体技术中常用的沉积氧化硅、氮化硅和多晶硅、以及金属的工艺。
在优选实施方式中，覆盖层在涂覆系统内被施加在至少在开口的区域之上，优选地围绕整个参考室施加，其中用于覆盖层的材料优选地是氮化物，优选地是氮化硅、碳氮化硅，氮氧化硅、氮化钛和/或氮化钽、氧化物，优选地是氧化硅、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛或氧化钽、或金属，优选地是铝和/或贵金属，优选地是金、铂，铱、钯、锇、银、铑和/或钌。
整个参考室上方的覆盖层有利地提供了参考室的特别良好的气密密封。这意味着参考气体在参考室的容积中保持特别良好的密封。这利用特别高度的可靠性确保了来自参考室的容积的气体在密封之后不能离开参考室，尤其地如果覆盖层已经基本上沿着参考室或围绕参考室被涂覆。
有利地，参考室还受到保护以免受外部影响，即免受其环境影响，并且特别地根据产生方法另外参考室通过覆盖层受到保护。这也使外部损坏的风险最小化，例如通过流体的污染和通过机械效应。
一方面，上面所提及的材料可以容易地加工，并且因此用于施加覆盖层。此外，由于其阻挡特性，这些材料代表了可靠且长期稳定的屏障，防止参考气体的逸出和/或外来气体的进入。
在优选实施方式中，将工艺气体引入到涂覆系统中以密封开口并形成覆盖层，
其中，在注入参考气体之后将工艺气体引入到参考室中，或者其中选择用于形成覆盖层的材料，使得参考气体可以同时充当工艺气体。
在本发明的含义内，工艺气体优选地表示用于确保在随后的工艺步骤中通过覆盖层实现涂覆的气体。覆盖层对参考室的施加或粘附经由物理和/或化学反应来发生。优选地，在该物理和/或化学反应中，工艺气体帮助或使得覆盖层能够涂覆在参考室上。
别地，在用参考气体注入附加工艺气体的情况下，扩散限制或扩散阻挡开口是需要的。有利地，这通过根据本发明的方法来实现，其中，在具有相应尺寸的键合工艺期间在参考室的横向区域中附接扩散阻挡焊料或阀或扩散限制开口。有利地，参考气体可以首先优选地经由这些开口进入参考室的容积。随后，可以进行涂覆系统内的气体交换，使得在引入工艺气体之后进行涂覆工艺。在从参考气体到工艺气体两者的(至少部分)气体交换期间，扩散限制或扩散阻挡开口确保了参考气体不会逸出。对于某些应用，还可以优选的是，没有额外的工艺气体填充到涂覆系统中，而是参考气体对应于工艺气体。优选地，这是利用氨气作为参考气体的情况，该氨气可以用作特别地用于包括氮化物的覆盖层的工艺气体。
有利地，在这种情况下，不需要在涂覆系统中进行气体交换。更确切地说，在参考室注入参考气体之后，可以无缝地进行涂覆步骤。在优选实施方式中，氨气还充当参考气体(即，用作填充参考室的气体)的工艺气体。有利地，通过使用氨气作为工艺气体，包括氮化物的覆盖层可以特别有效地用于参考气体的气密密封，因为不需要将另一种气体引入到涂覆室中作为用于在覆盖层与参考室之间键合的工艺气体。关于参考气体在涂覆系统内的保留，可以特别精确地设定室内参考气体的期望浓度。通过有针对性地选择工艺参数，本质上可以防止不同于参考气体的工艺气体不希望地扩散到室中。
在另一个实施方式中，MEMS设备是MEMS传感器和/或MEMS致动器，和/或电子电路包括处理器、开关、晶体管、和/或换能器。
MEMS传感器或MEMS致动器特别地指以微系统(微机电系统，简称MEMS)的形式的传感器或致动器。微系统是特别地小型化设备、组件和/或部件，其中部件的尺寸在微米范围(1μm至1000μm)或更小，并且作为系统相互作用。MEMS传感器例如是声音检测器。
在另一个实施方式中，MEMS设备包括声压检测器，其中声压检测器优选地包括电容式或光学可读的压电式的棒、压阻式的棒和/或磁性的棒和/或电容式的麦克风、压电式的麦克风、压阻式的麦克风和/或光学的麦克风。
该实施方式特别地适合于在PAS中使用参考室，其中，声压检测器可以在参考室中直接检测声压波。
压电梁优选地是可振动结构，特别地是以弯曲梁的形式，该可振动结构包括例如以致动器的形式的压电材料。
优选地，弯曲梁是被动的，这优选地意味着它由声压波来引起振荡。它们又通过压电材料的变形来产生电压，这是基于压电效应。(直接)压电效应优选地描述了当由相应材料制成的固体弹性变形时，在该固体上出现的电压和/或阻抗的变化。例如，可以通过适当的接触来分接电压，并且通过相应的电子电路读出电压。
还可以优选的是，弯曲梁是主动的，这特别地意味着它由于逆压电效应而引起振荡。压电效应优选地描述了当施加电压和/或电场时材料的变形，由此特别地可以由材料施加力。声压波可以优选地引起振动梁的阻尼的变化，这可以例如通过振动梁的谐振频率的变化来测量。
由于声压波而被动振动的棒也可以优选地被读出，例如通过电容、磁和/或压阻方法被读出。该想法还优选地通过振动来产生电可读变化，例如，基于通过谐振磁体的变化的磁通量、通过振动电极与固定电极之间的变化的电容和/或通过压阻材料中的变化的电阻。
麦克风优选地包括振动安装的隔膜，该隔膜由声压波来激励，从而振动，该声压波又可以被电读出，类似于上面所述的梁。还可以使用振动设计的电容式、压电式和/或压阻式测量方法。
优选地，还可以使用光学麦克风，由此这些振动可以优选地通过例如激光束在膜上的反射而被转换成光信号，该光信号例如在干涉装置中被读出。
在另一方面中，本发明涉及一种可通过根据本发明的方法产生的参考室。
因此，本发明优选地涉及一种可通过包括以下步骤的方法产生的参考室：
提供第一晶片和第二晶片，其中第一晶片和第二晶片中的至少一个包括空腔，并且其中MEMS设备和/或电子电路存在于第一晶片和第二晶片中的至少一个上
在键合室内将第一晶片键合到第二晶片以形成可以填充有参考气体的容积，其中，键合之后的两个晶片的接触表面上保留有开口，或者在键合之前或之后在第一晶片和/或第二晶片中制作开口
经在涂覆系统内经由开口将参考气体注入到参考室中
关在涂覆系统内对参考室的开口进行密封。
本领域普通技术人员将认识到，适用于根据本发明的用于产生参考室的方法的优选实施方式的技术特征、限定和优点同样适用于可产生的参考室，并且反之亦然。
在本发明的优选实施方式中，参考室具有从10μm至2mm的高度，优选地参考室具有从50μm至1mm的高度、更优选地参考室具有从100μm至500μm的高度。
以该方式，可以有利地实现平坦且紧凑的设计，特别地可以有利地实现参考室的低总高度。
在另一个优选实施方式中，参考室具有从100μm至5mm的长度和/或宽度、优选地参考室具有从200μm至3mm的长度和/或宽度、更优选参考室具有从500μm至2mm的长度和/或宽度。
利用这些尺寸，有利的是可以将足够容积的参考气体引入到参考室的容积中。同时，这些尺寸还有利地允许安装MEMS设备，优选地安装MEMS传感器，特别优选地安装声压检测器，优选地用于PAS中。
在另一个方面中，本发明涉及一种用于光声气体传感器的制造方法，该方法包括以下步骤：
通过根据本发明或其优选实施方式的产生方法来产生填充有参考气体的参考室，其中MEMS传感器作为MEMS设备存在于参考室内，
提供可调制发射器，
填充有参考气体和可调制发射器的参考室的布置，
其中，参考室存在于发射器的光束路径中，使得发射器可以借助于能够可调制地发射的辐射来激发参考室中的参考气体，以形成可借助于MEMS传感器检测到的声压波。
在另一方面，本发明涉及一种光声气体传感器，该光声气体传感器包括
可调制发射器
填充有参考气体的参考室，其中MEMS传感器存在于参考室内，
其中参考室存在于发射器的光束路径中，使得发射器可以借助于能够可调制地发射的辐射来激发参考室中的参考气体，以形成可借助于MEMS传感器检测到的声压波，其中填充有参考气体的参考室可通过根据前述的方法产生。
本领域普通技术人员将认识到，针对根据本发明的用于产生参考室或由此可产生的参考室的方法所公开的优选实施方式的技术特征、限定和优点同样适用于包括此类参考室的光声气体传感器，或者同样适用于气体传感器的产生方法，并且反之亦然。
特别地，本发明使得能够提供小型化的光声气体传感器，该光声气体传感器还安全且密封地封闭了作为参考气体的腐蚀性或爆炸性气体(例如氨气)，并且因此使得能够对环境空气中此类有害气体的出现进行监测。根据本发明的方法由此确保光声气体传感器(诸如MEMS传感器)的敏感部件在参考气体的封闭期间不被攻击。此外，借助于气密密封将防止潜在危险气体从参考室中泄漏，这也确保了高安全程度，避免由于紧凑的布置而造成的潜在损坏。
在优选实施方式中，光声气体传感器的参考室形成了密封系统，该密封系统填充有参考气体，并且其中待被分析的气体(优选地环境空气)存在于发射器与参考室之间的光学路径中，因此根据参考室中声压波的形成，可以测量待被分析的气体中的参考气体的比例。
光声气体传感器的基本特征和基本部件对于本领域技术人员是已知的。可调制发射器产生了电磁辐射，并且优选地布置并配置成使得由红外发射器发射的辐射基本上或至少部分地撞击在参考室中的气体上。
如果调制辐射发生在与存在气体混合物的气体成分的分子的吸收光谱相对应的波长处，则发生调制吸收，这导致了加热和冷却过程，加热和冷却过程的时间尺度反映了辐射的调制频率。根据光声效应，加热和冷却过程导致了气体成分的膨胀和收缩，使其形成基本上具有调制频率的声压波。声压波也称为PAS信号，并且声压波可以借助于传感器(例如声音检测器)来测量。声波的功率优选地与吸收气体成份的浓度直接成正比。
术语气体成分优选地理解为表示气体混合物中化学上(和光谱上)相同的气体分子(例如氨气)的比例，而气体混合物表示多种(优选地不同的)气体成分(例如空气)的总体或混合。
优选地考虑各种发射器作为用于上述应用的辐射源。例如，可以使用窄带激光源。这些有利地允许使用高辐射强度，并且可以利用用于光声光谱的标准部件来调制，优选地在高频下进行调制。
优选地，还可以使用宽带发射器。有利地，这些具有宽谱，可以例如通过使用(可调谐)滤波器进一步选择该宽谱。
在本发明的优选实施方式中，可调制发射器是热发射器，并且包括加热元件，该加热元件包括衬底，在该衬底上至少部分地沉积有导电材料的可加热层，在该导电材料的可加热层上存在用于电流和/或电压源的触点。
在本文中，加热元件包括可加热层，该可加热层由导电材料制成，当电流流过可加热层时，该可加热层将产生焦耳热。特别地，加热元件包括衬底，该衬底上存在可加热层。衬底优选地形成加热元件的基部。在本文中，衬底还可以至少部分地包括IR发射器的其他元件，诸如基部元件和/或外壳元件。有利地，衬底可以通过已建立的工艺步骤适当地形成，特别地从半导体和/或微系统制造中形成。前面所提及的材料在半导体和/或微系统产生中对于加工特别容易且便宜，并且也非常适合大规模产生。同样，这些材料特别地适合掺杂和/或涂覆，以便在特定领域实现所需的电、热和/或辐射性能。
衬底可以优选地选自包括硅、单晶硅、多晶硅、二氧化硅、碳化硅、硅锗、氮化硅、氮化物、锗、碳、砷化镓、氮化镓和/或磷化铟的组。
用于形成可加热层的导电材料可以优选地选自包括铂、钨、(掺杂)氧化锡、单晶硅、多晶硅、钼、钛、钽、钛-钨合金、金属硅化物、铝、石墨和/或铜的组。一方面，这些材料表现出所需的热、电、机械和/或辐射性能，另一方面，它们对于加工特别容易且便宜。
(微)加热元件优选地是至少部分独立式的，并且允许例如在IR发射器内由于强烈的温度变化以及平移运动而导致的热膨胀。部分独立意味着该(微)加热元件在界面处至少部分地不强制地和/或摩擦地连接到发射器的其他元件，并且因此在基本上垂直于界面的方向上具有运动自由度。
发射器是可调制的，这意味着发射的辐射的强度，优选地意味着光束的强度可以随时间以可控的方式改变。调制应当优选地引起作为可测量变量的强度的时间变化。这意味着，例如，在测量周期内测得的最弱强度与同一周期内测得的最强强度之间随着时间的推移存在强度差，该强度差大于通常用于测量或确定辐射光谱和其应用强度的仪器的灵敏度。优选地，最强与最弱可调节强度之间的差异显著大于2倍，更优选显著大于4倍、6倍或8倍。特别优选地，调制光束的强度针对一个或更多个预定谐振波长进行调制。
优选地，可以通过改变电流供应来执行直接调制。在热发射器的情况下，这种调制通常由于热时间常数而被限制在调制频谱的特定范围，例如被限制在最多达100Hz的数量级的范围中。例如，在激光器或LED的情况下，优选地可以有更高的调制速率，例如调制速率在kHz范围中或更高。
红外发射器的调制优选地同样可以通过外部调制来实现，例如通过使用旋转斩波轮和/或电光调制器来实现。
可调制发射器优选地指发射特定光谱内的波长范围中的电磁辐射的设备。特别地，选择光谱以对应于发射器的优选应用领域，即光声光谱。特别地，待进行光谱分析和/或待被检测的气体分子的振动激发是优选的，这取决于与优选的光谱范围相对应的气体分子。
IR发射器的发射优选地呈在优选方向上线性定向的光束的形式。术语光束旨在描述由发射器发射的沿发射器的优选光束方向的辐射的优选聚焦部分，特别地沿限定光束的该方向具有最大强度区域。强度优选地被限定为面积功率密度，并且优选地具有瓦特每平方米的单位，缩写为W/m2。
诸如透镜之类的附加部件可以集成到发射器中或附接到外部以提供光束聚焦或准直。本领域技术人员知道了如何通过设计发射器以及通过使用附加部件以产生期望的光束轮廓以及期望的光束方向的这种方式来成形辐射源的发射轮廓。优选地，可调制发射器可以不需要额外的透镜，或者可以是包括辐射源和至少一个用于准直光束的透镜的系统。
优选地，参考室位于发射器的光束路径中。优选地，这意味着光束的强度基本上或至少部分地入射在参考室的面向发射器的侧面上。部分优选地指至少40％，优选地指至少50％、60％或更多。特别地，这意味着光束的最大强度的区域撞击在检测室上。优选地，这意味着光束被聚焦和/或被准直，使得大部分强度撞击在面向发射器的侧面上。优选的示例是高斯光束，其特别地具有根据高斯曲线的横向轮廓。沿着光束，z轴优选地由具有最大强度的距离来限定。因此，在光束“高度”z处的光束半径w优选地被限定为到z轴的距离，在该距离处强度已经下降到1/e2(优选地约13.5％)。根据该限定，优选的是，“参考室位于发射器的路径中”意味着基本上光束半径中的所有都入射到参考室的面向发射器的侧面上。
优选地，参考室的面向发射器的侧面对所发射的辐射是透明的，使得辐射基本上到达可以填充有气体的室的内部。优选地，参考室的面向发射器的侧面优选地也被称为照射表面。
参考室存在于红外发射器的光束路径中的事实特别地意味着发射器可以借助于可调制的可发射辐射来激发检测室中的气体以形成声压波，因为其至少部分地被照射(优选地至少40％被照射、更优选至少50％被照射、特别地至少60％被照射)，并且特别地大部分辐射到达检测室内部可以填充有气体的容积。大部分特别地指至少80％，更优选指至少90％，特别地指95％。
诸如基本上、大约、约等的术语优选地描述了小于±20％的公差范围，优选地小于±10％的公差范围、甚至更优选地小于±5％的公差范围，并且特别地小于±1％的公差范围。基本上、大约、约等的指示也总是公开并包括了所提及的精确值。参考室包含与IR发射器匹配的参考气体，使得穿透参考室的调制的IR辐射能够借助于那里的参考气体的气体分子实现PAS。如果红外发射器与参考室之间的测量路径还包含待被分析的空气(特别是环境空气)中的吸收IR辐射的部分参考气体，则发生PAS。这降低了参考室中的吸收强度。
降低的幅度允许得出有关测量路径中参考气体的浓度的结论。优选地，检测室外部的光束路径中存在的参考气体越多，参考室中的声压波的形成越小，因为检测室外部的光束路径已经发生了吸收和激发。优选地，这里使用窄带IR发射器，使得如果可能的话，仅可以激发参考气体。
这种测量原理允许在环境空气内待被检测的参考气体的分子的最小浓度。因此，对诸如氨气之类的有毒、腐蚀性或爆炸性气体进行检测是特别安全且可靠的。
有利地，测量原理还固有地确保误差控制或误差报警。只有气体传感器正常工作，才能可靠地检测到PAS信号，该信号在环境空气中氨气浓度不明显的情况下显示了预期的最大幅度。可以针对监测范围限定极限值，该极限值对应于氨气的准许浓度。
如果声音检测器、发射器或任何其他部件是故障的，则将其检测为预期PAS信号的变化。可以自动发出警告。取决于与PAS信号的偏差，警告消息可能指气体传感器功能可能存在故障和/或不允许的极限值。
该警告不一定由看门狗功能或类似功能发出，而是测量原理固有的。有效地避免了缺乏警告和潜在危险浓度中未检测到的增加。
优选地，气体传感器还包括控制单元，该控制单元被配置成控制可调制发射器和/或MEMS传感器，并且被配置成接收来自可调制发射器和/或MEMS传感器的数据，以及(如果需要)被配置成评估该数据。
控制单元可以优选地包括所描述的电子电路，所描述的电子电路位于参考室内部并且连接至MEMS传感器。此外，优选的是，控制单元包括至少一个(外部)数据处理单元(例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器和/或其他电子电路、优选地可编程电路)，其位于参考室外部并连接到参考室内部的电子电路。
例如，可能优选的是，控制单元一方面借助于外部数据处理单元输出电控制信号，该外部数据处理单元控制可调制发射器和MEMS传感器。另一方面，可以优选地借助于外部数据处理单元对由MEMS传感器记录的测量数据(特别地关于PAS信号的测量数据)进行评估。内部电子电路还可以对MEMS传感器的测量数据进行(预)评估。然而，还可以优选的是，内部电子电路本质上将未处理的测量数据转发到外部数据处理单元以用于进一步处理和/或评估。
详细说明
下面，将借助于示例更详细地解释了本发明，但本发明不限于这些示例。
附图说明
图1A至图1B根据本发明的用于形成填充有参考气体的参考室的方法的第一优选实施方式的示意性概述，其中，在键合之后在晶片的接触表面上保留有开口。
图2A至图2K用于产生填充有参考气体的参考室的方法的第一优选实施方式的优选工艺步骤的示意图，其中，在键合之后在晶片的接触表面上保留有开口。
图3A至图3B根据本发明的用于形成填充有参考气体的参考室的方法的第二优选实施方式的示意性概述，该参考室具有阀。
图4A至图4B根据本发明的用于产生填充有参考气体的参考室的方法的第二优选实施方式的优选工艺步骤的示意图，该参考室具有阀。
图5A至图5B根据本发明的用于形成填充有参考气体的参考室的方法的第三优选实施方式的示意性概述，该参考室的开口利用热焊料进行密封。
图6A至图6H根据本发明的用于产生填充有参考气体的参考室的方法的第三优选实施方式的优选工艺步骤的示意图，该参考室的开口利用热焊料进行密封。
具体实施方式
图1A至图1B示出了根据本发明的产生方法的第一变型的概要说明。
提供了第一晶片1和第二晶片2，其中第一(上)晶片1和第二(下)晶片2各自具有空腔6。MEMS设备和/或电子电路存在于第一晶片1和/或第二晶片2上(例如在空腔内，但未示出)。
第一晶片1与第二晶片2的键合在用于形成可以填充有参考气体11的容积7的键合室内进行，其中，键合之后在两个晶片的接触表面3上保留有开口9。针对此目的，第一晶片1和第二晶片2还优选地具有接触表面3，接触表面3用于将第一晶片1键合到第二晶片2，其中，接触表面3上的区域不被键合，以便形成开口9。
图1A在右侧上示出了参考室的允许设置开口9的未键合的侧向区域。经由开口9将参考气体11注入到参考室中可以如涂覆系统内所描述的那样进行。在图1A中，注入步骤如箭头所示。
在优选实施方式中，在涂覆系统内对参考室的开口9进行密封通过涂覆工艺来执行，该涂覆工艺将覆盖层12至少施加在开口的区域上，如图1B所示，优选地围绕整个参考室施加。覆盖层12可以优选地是可靠地气密地密封整个参考室的氮化物。
图2A至图2K示出了根据本发明的用于产生填充有参考气体11的参考室的方法的第一变型的优选工艺步骤，其中在键合之后在晶片的接触表面3上保留有开口。
如图2A所示，在第一工艺步骤中，可以在第一晶片1的后侧上溅射第一键合材料4。第一键合材料4可以优选地是金。这里，键合材料指优选地适合于键合的材料。
图2B示出了第一键合材料4的优选结构化。左手侧示出了穿过待被形成的参考室的中心横截面。右手侧还示出了俯视图。结构化的第一键合材料4形成了几乎封闭的边界，然而其在左侧具有凹部。该凹部没有被键合，而是用于形成进入参考室的开口。
如图2C至图2F所示，借助于光致抗蚀剂8和蚀刻工艺来进行第一晶片1的结构化。
在图2C中，光致抗蚀剂8被施加到第一晶片1的前侧，留下用于进一步处理的自由区域。第一晶片1的所述区域经由蚀刻工艺来蚀刻，优选地经由深反应离子蚀刻(DRIE)来蚀刻，如图2D所示。然后在蚀刻工艺中蚀刻第一晶片1的区域。然而，第一晶片优选地不被完全蚀刻。在图2E中，将光致抗蚀剂8施加到第一晶片1的后侧。它可以是与先前步骤中相同的光致抗蚀剂8，或者是不同的光致抗蚀剂。从后侧开始，在相关位置(见图2F)再次执行蚀刻工艺(优选地DRIE)，以在前侧上先前蚀刻的区域处切割第一晶片1。另外，后侧蚀刻工艺在第一晶片1中形成空腔6，空腔6可以用于在反应室中形成容积7。
在图2G中，第一晶片1被键合到第二晶片2，该第二晶片上设置有第二键合材料5。第二晶片2还具有与第一晶片1的空腔6互补的空腔6。第二晶片2可以通过类似的蚀刻工艺来提供。
第二键合材料5优选地可以是铝、铜和/或金。第二键合材料5可以但不需要以结构化形式存在。为了避免在待被形成的开口9处进行键合，第一晶片1的第一键合材料4在左侧具有凹部是足够的。优选地，第一晶片1和第二晶片2经由热压键合(简称TC-键合)键合在一起。然而，左手侧上的区域未在接触表面3处键合。
在工艺的该优选实施方式中，非键合接触表面处的区域用作开口9以用参考气体11(例如氨气)填充参考室。因此，产生了包含容积7并具有开口9的参考室。由此，开口9位于参考室的侧向区域中并且通过在该区域中不进行键合工艺的事实来提供。在图2G中，可以在参考室左侧的侧向区域中看到开口9。对于参考室的图示的右侧，示出了第一键合材料4(优选地金)的俯视图。键合工艺在键合室中进行，该键合室未被示出。
在图2H中，参考室不再位于键合室中，而是位于涂覆系统中，优选地位于PECVD系统(等离子体增强化学气相沉积)中。在这种情况下，具有室压力的任何气体最初可以位于参考室的容积7中，其在图2I中在涂覆系统内被抽出，使得真空随后位于参考室的容积7中。本领域技术人员知道，实际上真空从来都不是绝对的，但其特征在于与正常条件下的大气压力相比显著较低的压力。
在图2J中，涂覆系统被注入参考气体11，使得参考气体11(例如氨气)经由开口9进入参考室的容积7。在图2K中，参考室在涂覆系统内经由覆盖层12气密地密封(特别地通过沉积氮化物)，其结果是开口9也被可靠地密封，并且因此参考气体11不再可以从参考室逸出。
图3A至图3B示出了根据本发明的用于产生填充有参考气体11的参考室的方法的第二变型的概要图。提供了第一晶片1和第二晶片2，晶片1和晶片2均再次具有空腔6。在第一晶片1和/或第二晶片2上(例如在空腔6内)存在MEMS设备和/或电子电路。然而，这些都没有被示出。
在键合两个晶片1和晶片2之后，将开口9蚀刻到第一晶片1或第二晶片2中。阀14位于开口9的端部处。两个晶片1和晶片2键合在一起，使得阀14在开口9的端部处位于参考室的容积7内。优选地，阀14在键合工艺之前附接到第一晶片1或第二晶片2。相比之下，在键合工艺本身期间，始终使用接触表面3来将第一晶片1键合到第二晶片2。在将第一晶片1与第二晶片2键合之后，将参考室从键合室带出到涂覆系统中，其中该参考室被注入参考气体11，参考气体11经由开口9并经由阀14进入参考室的容积7。
最后，优选地具有氮化物沉积的覆盖层12用于气密地密封参考室，优选地在参考室的整个区域上进行。
如果使用不同于参考气体11的工艺气体来施加覆盖层12，则该制造工艺是特别优选的。有利地，在利用覆盖层12进行涂覆之前，阀14已经将参考气体11密封在参考室内部，使得任何气体交换(从参考气体到工艺气体)不会导致污染。
图4A至图4I示出了根据本发明的用于产生填充有参考气体11的参考室的方法的第二变型的优选工艺步骤。
在图4A中，第一晶片1的后侧涂覆有第一键合材料4。优选地，第一键合材料4是金，并且经由溅射工艺涂覆到第一晶片1的后侧上。
在图4B中，在第一晶片1的后侧上对第一键合材料4进行图案化。右侧示出了第一键合材料4的俯视图。在图4C中，将光致抗蚀剂8施加到第一晶片1的前侧。在图4D中，将材料层13施加到第一晶片1的后侧。优选地，将软金属(尤其优选地铝)经由溅射工艺作为薄膜施加到第一晶片1的后侧作为材料层13。在图4E中，从第一晶片1的前侧开始，经由蚀刻工艺，优选地经由干法蚀刻工艺形成开口9。在此工艺中，将开口9蚀刻至材料层13。随后，在图4F中，材料层13被结构化以形成柔性阀14。
在图4G中，将第一晶片1优选地经由TC键合(见上文)键合到第二晶片2。第二晶片2的接触表面3上的第二键合材料5优选地可以是金、铜和/或铝。在图4H中，涂覆系统内(优选地PECVD系统内)的参考室经由开口9注入参考气体11，其中当引入气体时阀14打开。在图4I中，参考室经由覆盖层12(优选地经由氮化物)进行气密地密封。
图5A至图5B示出了根据本发明的产生方法的第三变型的概要。同样在该第三变型中，两个晶片1和晶体2具有空腔6，MEMS设备和/或电子电路可以插入到该空腔中。MEMS设备和/或电子电路未被示出。两个晶片1和晶片2优选地在键合室中在所有接触表面3处彼此键合。
优选地，在键合之前经由蚀刻工艺(优选地干法蚀刻)形成开口9。在键合晶片1和晶片2两者之后，将焊料15放置在开口9附近。在涂覆系统内在将参考气体11(例如氨气)引入到参考室的容积7中之后，焊料15被熔化，使得其流入开口9中。由于熔化和焊料流入开口9中，因此开口被密封。参考室经由覆盖层12(优选地经由氮化物)进行气密地密封。
图6A至图6H示出了根据本发明的用于产生填充有气体的参考室的方法的第三变型的优选工艺步骤。在图6A中，提供了第一晶片1，并且在其后侧上涂覆有第一键合材料4。优选地，第一键合材料4是金，并且经由溅射工艺涂覆到第一晶片1的后侧。在图6B中，第一键合材料4在第一晶片1的后侧上结构化。
右侧上示出了第一键合材料4的结构化的俯视图。在图6C中，将光致抗蚀剂8施加到第一晶片1的前侧。在图6D中，从前侧开始，经由蚀刻工艺(优选地经由干法蚀刻工艺，特别优选地经由反应离子深蚀刻)在第一晶片1中形成开口9。在图6E中，在接触区域3处将第二晶片2键合到第一晶片1。第二晶片在接触表面3处包括第二键合材料5，第二键合材料5优选地是金、铜和/或铝。优选地，两个晶片1和晶片2经由TC键合被键合在一起。在图6F中，在键合工艺之后，在开口9附近施加热焊料15。然后，在图6G中，在涂覆系统内向参考室注入参考气体11，例如氨气。最后，在图6H中，热焊料15熔化以流入并密封开口9。
此外，参考室涂覆有覆盖层12(优选地氮化物)，使得参考室被特别良好地气密密封的。
附图标记清单
1 第一晶片
2 第二晶片
3 接触表面
4 第一键合材料
5 第二键合材料
6 空腔
7 容积
8 光致抗蚀剂
9 开口
11 参考气体
12 覆盖层
13 用于结构化为阀的材料层
14 阀
15 焊料
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Claims (16)

1.一种产生气体填充的参考室的方法，所述气体填充的参考室内存在MEMS设备和/或电子电路，所述方法包括下述步骤：
a)提供第一晶片(1)和第二晶片(2)，其中，至少所述第一晶片(1)和/或所述第二晶片(2)具有空腔(6)，并且其中，MEMS设备和/或电子电路存在于所述第一晶片(1)和/或所述第二晶片(2)上，
b)在键合室内将所述第一晶片(1)键合到所述第二晶片(2)以形成能够填充有参考气体(11)的容积(7)，其中，在键合之后开口(9)保留在两个晶片的接触表面(3)上，或者在键合之前或键合之后在所述第一晶片(1)和/或所述第二晶片(2)中形成开口(9)，
c)在涂覆系统内经由所述开口(9)将参考气体(11)注入到所述参考室中，
d)在所述涂覆系统内对所述参考室的所述开口(9)进行密封。
2.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，所述参考气体(11)包括腐蚀性气体和/或爆炸性气体，优选地，所述参考气体(11)包括甲烷、丙烷、丙烯、硅烷、氯硅烷、氢气和/或氧气，特别优选地，所述参考气体(11)包括氨气。
3.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，为了对所述参考室内的所述参考气体(11)的部分压力进行设定，将惰性气体经由所述开口(9)另外地引入到所述参考室中，优选地，所述惰性气体为氮气。
4.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，所述第一晶片(1)和所述第二晶片(2)具有用于将所述第一晶片(1)键合到所述第二晶片(2)的接触表面(3)，其中，为了形成所述开口(9)，所述接触表面(3)上的一区域不被键合，并且/或者其中，键合后所述两个晶片的接触表面(3)上保留有开口(9)，其中，所述开口(9)的横截面为1μm2至1000μm2，优选地，所述开口(9)的横截面为1μm2至100μm2，并且所述开口(9)的长度为1μm至1000μm，优选地，所述开口(9)的长度为10μm至500μm。
5.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，在将所述第一晶片(1)键合到所述第二晶片(2)之前或之后，从所述第一晶片(1)或所述第二晶片(2)的外侧开始向内侧形成所述开口(9)，优选地，借助于蚀刻工艺从所述第一晶片(1)或所述第二晶片(2)的外侧开始向内侧形成所述开口(9)。
6.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，阀(14)存在于所述第一晶片(1)或所述第二晶片(2)的所述开口(9)的端部处，其中，在将所述第一晶片(1)与所述第二晶片(2)键合之后，所述阀(14)优选地位于从所述第一晶片(1)或所述第二晶片(2)的外侧开始的所述开口(9)的端部处并且位于所述参考室的所述容积(7)内，并且/或者
其中，所述阀(14)优选地是软金属，优选地，所述阀(14)是选自包括铅、金、铟、铜、铂、银、锌、锡和/或其化合物的有色金属，特别优选地，所述阀(14)是铝和/或其化合物。
7.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，在将所述第一晶片(1)键合到所述第二晶片(2)之后，在所述涂覆系统中将所述参考室注入所述参考气体(11)，所述气体经由所述开口(9)并且经由所述阀(14)进入所述参考室的所述容积(7)。
8.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，在将所述参考气体(11)注入到所述参考室中以用于对所述开口(9)进行密封之后，将焊料(15)熔化，
其中，所述焊料(15)优选地包括选自以下各项的易熔材料：铅、锡、锌、银、铜、合金和/或其化合物。
9.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，所述开口(9)在所述涂覆系统内借助于涂覆工艺进行密封，优选地所述开口(9)在所述涂覆系统内通过喷涂涂覆、薄雾涂覆和/或蒸汽涂覆进行密封。
10.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，所述涂覆系统是物理涂覆系统，优选地，所述涂覆系统是等离子体辅助物理涂覆系统或者化学涂覆系统，优选地，所述涂覆系统是等离子体辅助化学涂覆系统、低压化学涂覆系统和/或外延涂覆系统。
11.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，为了在所述涂覆系统内对所述开口(9)进行密封，将覆盖层(12)至少施加在所述开口(9)的区域上，优选地将覆盖层(12)围绕整个参考室施加，
其中，以下材料优选地用作用于所述覆盖层(12)的材料：氮化物，优选地氮化硅、碳氮化硅、氧氮化硅、氮化钛和/或氮化钽；氧化物，优选地氧化硅、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛或氧化钽；或者
金属，优选地铝和/或贵金属，优选地金、铂、铱、钯、锇、银、铑和/或钌。
12.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，为了对所述开口(9)进行密封，并且为了形成覆盖层(12)，将工艺气体引入所述涂覆系统中，
其中，在注入参考气体之后将所述工艺气体引入所述参考室，或者
其中，选择用于形成所述覆盖层(12)的材料，使得所述参考气体能够同时充当所述工艺气体。
13.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的产生方法，其特征在于，
所述MEMS设备包括MEMS传感器或MEMS致动器，并且/或者所述电子电路包括处理器、开关、晶体管和/或换能器，并且/或者所述MEMS设备是声压检测器，其中，所述声压检测器优选地包括：电容式可读或光学可读的棒、压电式的棒、压阻式的棒和/或磁性的棒；以及/或者，电容式的麦克风、压电式的麦克风、压阻式的麦克风和/或光学的麦克风。
14.一种参考室，所述参考室能够借助于根据前述权利要求中任一项所述的产生方法来产生。
15.一种光声气体传感器，包括：
-可调制的发射器，
-参考室，所述参考室填充有参考气体(11)，其中，MEMS传感器存在于所述参考室内，
其中，所述参考室存在于所述发射器的光束路径中，使得所述发射器能够借助于能够可调制地发射的辐射来激发所述参考室中的所述参考气体(11)，以形成能够借助于所述MEMS传感器检测到的声压波，其特征在于，
填充有所述参考气体(11)的所述参考室能够通过根据权利要求1至13所述的方法产生。
16.根据前一权利要求所述的光声气体传感器，其特征在于，
所述参考室形成密封系统，所述密封系统填充有所述参考气体(11)，并且待被分析的气体存在于所述发射器与所述参考室之间的所述光束路径中，使得所述待被分析的气体中所述参考气体(11)的比例能够借助于在所述参考室中形成声压波进行测量，所述待被分析的气体优选为环境空气。
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