DE102012213305A1

DE102012213305A1 - Method for manufacturing microelectromechanical system element of component, involves spanning rear connection opening in substrate under membrane structure, producing cavity in substrate and opening cavity by backside thinning of substrate

Info

Publication number: DE102012213305A1
Application number: DE201210213305
Authority: DE
Inventors: Jochen Zoellin; Christoph Schelling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-01-30

Abstract

The method involves spanning a rear connection opening (17) in a substrate (1), and producing a cavity (12) in the substrate using the surface micromechanical process under the membrane structure (11), particularly an acoustically active membrane. The cavity is opened by backside thinning of the substrate. An etching access opening (41) is generated in the layer structure in the area of the membrane structure, which extends to the substrate. The cavity is generated, in which the substrate material is removed in the area under the membrane structure. An independent claim is included for a component with a housing and a microelectromechanical system element forming a portion of a housing wall.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements mit einer Membranstruktur, die in einem Schichtaufbau auf einem Substrat realisiert wird und eine rückseitige Anschlussöffnung im Substrat überspannt.The invention relates to a method for producing a MEMS component having a membrane structure, which is realized in a layer structure on a substrate and spans a rear connection opening in the substrate.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einem derartigen MEMS-Bauelement.Furthermore, the invention relates to a component with such a MEMS device.

MEMS-Bauelemente der hier in Rede stehenden Art können, je nach Auslegung der Membranstruktur, für Druckmessungen oder auch als Mikrofon eingesetzt werden. Depending on the design of the membrane structure, MEMS components of the type in question can be used for pressure measurements or as a microphone.

Aus der Praxis sind Drucksensorelemente und Mikrofonbauelemente bekannt, deren Membranstruktur in einem Schichtaufbau auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist und eine Anschlussöffnung im Siliziumsubstrat überspannt. Die Anschlussöffnung, die sich von der Substratrückseite über die gesamte Dicke des Substrats bis zur Membranstruktur erstreckt, wird üblicherweise in einem volumenmikromechanischen Prozess erzeugt, der von der Substratrückseite ausgeht und verhältnismäßig kostenintensiv ist.From practice pressure sensor elements and microphone components are known, whose membrane structure is formed in a layer structure on a silicon substrate and spans a connection opening in the silicon substrate. The connection opening, which extends from the back of the substrate over the entire thickness of the substrate to the membrane structure, is usually produced in a volume micromechanical process, which starts from the substrate rear side and is relatively expensive.

Je nach Funktion eines solchen MEMS-Bauelements muss eine Seite der Membranstruktur an ein abgeschlossenes Volumen angekoppelt werden. Bei einem Absolutdrucksensor fungiert das abgeschlossene Volumen als Referenzvolumen, bei einem Mikrofonbauelement dient es als Rückseitenvolumen. Dieses abgeschlossene Volumen wird in der Praxis mit Hilfe einer entsprechenden AVT (Aufbau- und Verbindungstechnik) bzw. durch ein entsprechendes Packaging des MEMS-Bauelements realisiert. Dabei muss einerseits dem allgemeinen Trend zur Miniaturisierung von Bauteilen mit MEMS-Funktionen Rechnung getragen werden. Andererseits wird beispielsweise bei Mikrofonbauteilen die Realisierung eines möglichst großen Rückseitenvolumens angestrebt, um eine gute Mikrofonperformance zu erzielen. Depending on the function of such a MEMS device, one side of the membrane structure must be coupled to a closed volume. In the case of an absolute pressure sensor, the closed volume acts as the reference volume; in the case of a microphone component, it serves as a backside volume. This closed volume is realized in practice by means of a corresponding AVT (assembly and connection technology) or by a corresponding packaging of the MEMS component. On the one hand, the general trend towards miniaturization of components with MEMS functions has to be taken into account. On the other hand, the realization of the largest possible backside volume is sought, for example, in microphone components in order to achieve a good microphone performance.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem sich MEMS-Bauelemente der hier in Rede stehenden Art mit einer sehr geringen Bauelementdicke und äußerst kostengünstig herstellen lassen. With the present invention, a method is proposed with which MEMS devices of the type in question can be produced with a very small component thickness and extremely inexpensive.

Erfindungsgemäß wird dazu unter der Membranstruktur mit Verfahren der Oberflächenmikromechanik eine Kaverne im Substrat erzeugt. Diese Kaverne wird dann durch rückseitiges Abdünnen des Substrats geöffnet, wodurch die rückseitige Anschlussöffnung des MEMS-Bauelements entsteht. According to the invention, a cavity is produced in the substrate under the membrane structure using surface micromechanical methods. This cavity is then opened by backside thinning of the substrate, creating the backside port of the MEMS device.

Da der gesamte Strukturierungsprozess des MEMS-Bauelements erfindungsgemäß im wesentlichen von einer Seite erfolgt, nämlich im Rahmen der Vorderseitenprozessierung, ist diese Vorgehensweise zum Erzeugen einer rückseitigen Anschlussöffnung wesentlich kostengünstiger als ein volumenmikromechanischer Prozess, bei dem auch die Substratrückseite strukturiert wird. Außerdem sind die Ausbeuteverluste bei oberflächenmikromechanischen Strukturierungsprozesse aufgrund der geringeren Ätztiefe deutlich kleiner als bei volumenmikromechanischen Ätzprozessen. Da das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren vorsieht, die MEMS-Bauelemente rückseitig abzudünnen, sind diese erkennbar dünner als die unter Einsatz von volumenmikromechanischen Verfahren gefertigten MEMS-Bauelemente der hier in Rede stehenden Art. So lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens MEMS-Bauelemente fertigen, die eine Substratdicke von weniger als 400µm aufweisen, insbesondere dünner als 200µm sind und bevorzugt sogar eine Dicke von weniger als 100µm aufweisen. Trotzdem kommt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ohne zusätzliche Trägerwafer aus. Diese sehr geringe Bauelementdicke führt zu Kosteneinsparungen bei der Vereinzelung der Bauelemente, wozu beispielsweise ein Laserdicing-Verfahren eingesetzt werden kann. Als besonders vorteilhaft erweist sich die geringe Bauelementdicke im Rahmen der AVT von Bauteilen mit einer entsprechenden MEMS-Funktion. Insbesondere in einem Waferlevel-Package trägt eine geringe Bauelementdicke wesentlich zur Bauteilminiaturisierung bei, während sie bei vorgegebener Package- bzw. Gehäusegröße eine bessere Nutzung des Gehäuseinnenraums als Referenz- bzw. Rückseitenvolumen ermöglicht.Since the entire patterning process of the MEMS device according to the invention takes place substantially from one side, namely within the framework of the front-side processing, this procedure for producing a rear connection opening is considerably more cost-effective than a volume micromechanical process in which the substrate rear side is also structured. In addition, the yield losses in surface micromechanical structuring processes are significantly smaller due to the smaller etch depth than in volume micromechanical etching processes. Since the manufacturing method according to the invention provides for the thinning of the MEMS components, they are noticeably thinner than the MEMS components of the type in question using volumetric micromechanical methods of the type in question. For example, MEMS components can be produced with the aid of the method according to the invention Substrate thickness of less than 400 .mu.m, in particular thinner than 200 .mu.m and preferably even have a thickness of less than 100 .mu.m. Nevertheless, the production method according to the invention does not require additional carrier wafers. This very small component thickness leads to cost savings in the separation of the components, including, for example, a laser dicing method can be used. Particularly advantageous is the low component thickness in the context of AVT of components with a corresponding MEMS function. In particular, in a wafer level package, a small component thickness contributes significantly to component miniaturization, while allowing a better use of the housing interior as a reference or backside volume for a given package or housing size.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Durchführung und Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, insbesondere was den Einsatz von oberflächenmikromechanischen Verfahren zum Erzeugen einer Kaverne im Substrat unter der Membranstruktur betrifft. Die Wahl des Verfahrens und der Verfahrensparameter hängt nicht zuletzt vom Substratmaterial und vom Aufbau der Membranstruktur ab. In jedem Fall werden bevorzugt Standardverfahren der Halbleiterprozessierung eingesetzt, die sich gut kontrollieren und kostengünstig umsetzen lassen. Auch für das Rückdünnen des Substrats stehen unterschiedliche Techniken zur Verfügung, die wahlweise auch kombiniert werden können, wie z.B. Schleifen und Gasphasen- oder Plasmaätzen.In principle, there are various possibilities for carrying out and designing the production method according to the invention, in particular with regard to the use of surface micromechanical methods for producing a cavity in the substrate under the membrane structure. The choice of the method and the process parameters depends not least on the substrate material and the structure of the membrane structure. In any case, standard methods of semiconductor processing are preferably used, which can be easily controlled and implemented cost-effectively. Also for the back thinning of the substrate are various techniques available, which can be optionally combined, such. Grinding and gas phase or plasma etching.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird zunächst mindestens eine Ätzzugangsöffnung im Schichtaufbau im Bereich der Membranstruktur erzeugt. Diese Ätzzugangsöffnung sollte sich zumindest bis zum Substrat oder noch besser bis in das Substrat hinein erstrecken. Auf diese Weise wird eine Angriffsfläche für ein Ätzmedium geschaffen, das möglichst selektiv auf das Substratmaterial einwirkt, aber zumindest die unterste Schicht der Membranstruktur nicht angreift. Auf diese Weise wird das Substratmaterial über die mindestens eine Ätzzugangsöffnung aus einem Bereich unter dem Schichtaufbau entfernt. Dabei entsteht eine Kaverne im Substrat, durch die die Membranstruktur freigestellt wird. Hierfür eignen sich insbesondere Ätzprozesse, wie Gasphasenätzen und Plasmaätzen.In a preferred variant of the method, at least one etching access opening in the layer structure initially becomes in the region of the membrane structure generated. This etch access opening should extend at least as far as the substrate or even better into the substrate. In this way, an attack surface for an etching medium is created, which acts as selectively as possible on the substrate material, but at least does not attack the lowermost layer of the membrane structure. In this way, the substrate material is removed via the at least one etching access opening from an area under the layer structure. This creates a cavern in the substrate, through which the membrane structure is released. In particular, etching processes such as gas phase etching and plasma etching are suitable for this purpose.

Wenn die Kaverne in einem isotropen Ätzprozess erzeugt wird, dann hängt die laterale Ausdehnung der Kaverne zum einen von der Anordnung der Ätzzugangsöffnungen ab und zum anderen von der Dauer des Ätzprozesses. Mit diesen Parametern kann die laterale Ausdehnung der Kaverne nur relativ ungenau vorgegeben werden. Eine größere Designgenauigkeit lässt sich durch eine laterale Ätzstoppgrenze für die zu erzeugende Kaverne erzielen. Diese Ätzstoppgrenze muss vorab in das Substrat eingebracht werden. In einer besonders einfach zu realisierenden Verfahrensvariante wird dazu ein Trenchgraben im Substrat erzeugt und mit einem geeigneten Ätzstoppmaterial verfüllt. Diese laterale Ätzstoppgrenze kann sowohl vor als auch erst nach dem Abscheiden und Strukturieren der einzelnen Schichten des Schichtaufbaus realisiert werden.If the cavern is produced in an isotropic etching process, then the lateral extent of the cavern depends firstly on the arrangement of the etch access openings and secondly on the duration of the etching process. With these parameters, the lateral extent of the cavern can be specified only relatively inaccurate. A greater design accuracy can be achieved by a lateral Ätzstoppgrenze for the cavern to be generated. This etch stop boundary must be introduced into the substrate in advance. In a process variant that is particularly easy to implement, a trench trench is produced in the substrate and filled with a suitable etching stop material. This lateral etch stop boundary can be realized both before and after the deposition and patterning of the individual layers of the layer structure.

Für bestimmte Anwendungen, wie z.B. bei Drucksensoren, ist es erforderlich, die Ätzzugangsöffnungen in der Membranstruktur wieder zu verschließen. Dazu wird nach dem Erzeugen der Kaverne mindestens eine weitere Schicht auf dem Schichtaufbau abgeschieden und strukturiert. Je nach Membranfunktion und Schichtmaterial kann dieses ganz oder bereichsweise auf der Membranstruktur verbleiben oder auch wieder vollständig von der Membranoberfläche entfernt werden. For certain applications, e.g. in pressure sensors, it is necessary to reclose the etch access openings in the membrane structure. For this purpose, at least one further layer is deposited and patterned on the layer structure after the cavern has been produced. Depending on the membrane function and the layer material, it may remain completely or partially on the membrane structure or may also be completely removed from the membrane surface again.

In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich insbesondere für die Herstellung von Mikrofonbauelementen mit einer akustisch aktiven Membran und einem feststehenden akustisch durchlässigen Gegenelement eignet, werden die Membran und das Gegenelement im Schichtaufbau übereinander und über der Kaverne ausgebildet. Dazu umfasst der Schichtaufbau mindestens eine Opferschicht zwischen der Membran und dem Gegenelement, so dass zumindest die Membran durch Opferschichtätzen freigestellt werden kann.In a variant of the method according to the invention, which is particularly suitable for the production of microphone components with an acoustically active membrane and a fixed acoustically permeable counter element, the membrane and the counter element in the layer structure are formed one above the other and above the cavern. For this purpose, the layer structure comprises at least one sacrificial layer between the membrane and the counter element, so that at least the membrane can be exposed by sacrificial layer etching.

Wie bereits erwähnt, zeichnen sich die erfindungsgemäß gefertigten Bauelemente durch eine sehr geringe Dicke aus. Aufgrund dieser Eigenschaft lassen sich mit derartigen MEMS-Bauelementen Waferlevel-Packages besonders kleiner Bauform realisieren oder – bei gegebener Packagegröße – Bauteile mit einem besonders großen abgeschlossenen Referenz- bzw. Rückseitenvolumen. Das MEMS-Bauelement bildet in diesem Fall einen Teil der Gehäusewandung, die den Gehäuseinnenraum begrenzt. Der Schichtaufbau mit der Membranstruktur ist zum Gehäuseinnenraum hin orientiert und die Bauelementrückseite mit der geöffneten Kaverne ist zur Außenseite des Gehäuses orientiert, so dass die Druckbeaufschlagung der Membranstruktur über die Anschlussöffnung in der Rückseite des MEMS-Bauelements erfolgt.As already mentioned, the components manufactured according to the invention are characterized by a very small thickness. Because of this property, wafer-level packages of particularly small design can be realized with such MEMS components or, for a given package size, components with a particularly large closed reference or backside volume. The MEMS device forms in this case a part of the housing wall, which limits the housing interior. The layer structure with the membrane structure is oriented toward the interior of the housing, and the component rear side with the open cavern is oriented toward the outside of the housing, so that the pressure is applied to the membrane structure via the connection opening in the backside of the MEMS component.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren. As already discussed above, there are various possibilities for embodying and developing the present invention in an advantageous manner. For this purpose, reference is made on the one hand to the claims subordinate to claim 1 and on the other hand to the following description of several embodiments of the invention with reference to FIGS.

1a bis 1f veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements anhand von schematischen Schnittdarstellungen durch den Aufbau eines Mikrofonbauelements in aufeinanderfolgenden Stadien des Herstellungsprozesses, 1a to 1f illustrate the inventive method for producing a MEMS device by means of schematic sectional views through the construction of a microphone component in successive stages of the manufacturing process,

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäß gefertigtes Drucksensorelement und 2 shows a schematic sectional view through an inventively manufactured pressure sensor element and

3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein Bauteil mit einem erfindungsgemäß gefertigten MEMS-Bauelement mit einem Gehäuse. 3 shows a schematic sectional view through a component with an inventively manufactured MEMS device with a housing.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines MEMS-Bauelements 10 mit einer Membranstruktur 11 ist ein Halbleitersubstrat 1. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um einen Siliziumwafer. Starting point of the inventive method for producing a MEMS device 10 with a membrane structure 11 is a semiconductor substrate 1 , In the embodiment described here, this is a silicon wafer.

Bei der in den 1a bis 1f dargestellten Verfahrensvariante wird zunächst die laterale Ausdehnung einer im Substrat 1 zu erzeugenden Kaverne 12 vorgegeben. Dazu wird ein umlaufender Trenchgraben 13 in das Substrat 1 eingebracht und mit einem Ätzstoppmaterial für den Ätzprozess zum Erzeugen der Kaverne 12 verfüllt. Als Ätzstoppmaterial dient hier Siliziumoxid SiO2. Der so verfüllte Trenchgraben 13 erstreckt sich von der Substratoberfläche bis in eine Substrattiefe, die deutlich größer ist als die angestrebte Kavernentiefe. 1a verdeutlicht, dass erst danach weitere Schichten auf der Substratoberfläche abgeschieden werden, um die Membranstruktur des MEMS-Bauelements 10 zu erzeugen. In the in the 1a to 1f illustrated method variant is first the lateral extent of a substrate 1 to be generated cavern 12 specified. This will be a circulating trench ditch 13 in the substrate 1 introduced and with an etch stop material for the etching process for generating the cavern 12 filled. The etch stop material used here is silicon oxide SiO 2. The thus filled trench ditch 13 extends from the substrate surface to a substrate depth that is significantly greater than the desired cavern depth. 1a clarifies that only after that more layers on the Substrate surface are deposited to the membrane structure of the MEMS device 10 to create.

Bei dem MEMS-Bauelement 10, dessen Fertigung hier beschrieben wird, handelt es sich um ein Mikrofonbauelement mit einer akustisch aktiven Mikrofonmembran 11 und einem feststehenden, akustisch durchlässigen Gegenelement 14. Im vorliegenden Fall werden zunächst die Schichten 2 des Gegenelements 14 auf die Substratoberfläche aufgebracht und strukturiert. Dabei handelt es sich um mindestens eine Isolationsschicht, z.B. eine SiO2- oder Si3N4-Schicht, zur elektrischen Isolation des Gegenelements 14 gegenüber dem Substrat 1 und um mindestens eine relativ dicke leitfähige Schicht, beispielsweise aus Polysilizium, Silizid, Al oder SiC, aus der das Gegenelement 14 mit Durchgangsöffnungen 15 herausstrukturiert wird. Die Durchgangsöffnungen 15 erstrecken sich bis auf die Substratoberfläche. 1b zeigt diesen Schichtaufbau nach dem Aufbringen und Strukturieren einer Opferschicht 3, mit deren Hilfe ein Hohlraum 16 zwischen der Mikrofonmembran 11 und dem Gegenelement 14 erzeugt wird. Als Opferschichtmaterial kann beispielsweise ein pyrolytisches Polymer oder SiO2 verwendet werden.In the MEMS device 10 , whose production is described here, it is a microphone component with an acoustically active microphone membrane 11 and a fixed, acoustically permeable counter element 14 , In the present case, the layers are first 2 of the counter element 14 applied to the substrate surface and structured. This is at least one insulating layer, for example a SiO 2 or Si 3 N 4 layer, for the electrical insulation of the counter element 14 opposite the substrate 1 and at least one relatively thick conductive layer, for example of polysilicon, silicide, Al or SiC, from which the counter element 14 with passage openings 15 is structured out. The passage openings 15 extend to the substrate surface. 1b shows this layer structure after the application and structuring of a sacrificial layer 3 , with the help of which a cavity 16 between the microphone membrane 11 and the counter element 14 is produced. As sacrificial layer material, for example, a pyrolytic polymer or SiO 2 may be used.

Anschließend wird eine Deckschicht 4 als unterste Membranschicht auf dem Schichtaufbau mit der Opferschicht 3 abgeschieden und strukturiert. Dabei wird die Deckschicht 4 im Bereich der Opferschicht 3 mit Ätzzugangsöffnungen 41 versehen, was in 1c dargestellt ist. Für die Deckschicht 4 wird ein Material gewählt, das beim anschließenden Opferschichtätzen zum Erzeugen des Hohlraums 16 möglichst nicht angegriffen wird. Dabei kann es sich beispielsweise um PECVD-Oxid, -Nitrid oder auch eine Metallisierung handeln. Erst nach dem Entfernen des Opferschichtmaterials 3 werden weitere Membranschichten 5 auf dem Schichtaufbau abgeschieden und strukturiert, wobei auch eine Kontaktmetallisierung 6 für das Mikrofonbauelement 10 erzeugt wird. 1d zeigt den Schichtaufbau mit dem Gegenelement 14 und der Mikrofonmembran 11, die mit Ätzzugangsöffnungen 41 versehen ist. Die Ätzzugangsöffnungen münden in den Hohlraum 16 zwischen Mikrofonmembran 11 und Gegenelement 14, in dem die Durchgangsöffnungen 15 ausgebildet sind. Subsequently, a cover layer 4 as the lowest membrane layer on the layer structure with the sacrificial layer 3 isolated and structured. This is the topcoat 4 in the area of the sacrificial layer 3 with etch access openings 41 provide what is in 1c is shown. For the top layer 4 For example, a material is selected that is used in the subsequent sacrificial layer etching to create the cavity 16 not attacked if possible. This may be, for example, PECVD oxide, nitride or a metallization. Only after removing the sacrificial layer material 3 become more membrane layers 5 deposited on the layer structure and structured, with a contact metallization 6 for the microphone component 10 is produced. 1d shows the layer structure with the counter element 14 and the microphone membrane 11 that with etched access openings 41 is provided. The etch access openings open into the cavity 16 between microphone diaphragm 11 and counter element 14 in which the passage openings 15 are formed.

In einem oberflächenmikromechanischen Ätzangriff, der über die Ätzzugangsöffnungen 41 in der Mikrofonmembran 11, den Hohlraum 16 und die Durchgangsöffnungen 15 im Gegenelement 14 erfolgt, wird nun das Substratmaterial aus einem Bereich unterhalb des Gegenelements 14 und innerhalb der lateralen Begrenzung des Trenchgrabens 13 herausgelöst. Dabei entsteht die Kaverne 12. Im Falle eines Siliziumsubstrats 1 wird die Kaverne 12 bevorzugt durch Gasphasenätzen mit XeF2 oder ClF3 erzeugt. 1e veranschaulicht, dass der mit Ätzstoppmaterial verfüllte Trenchgraben 13 nun die Seitenwandung der Kaverne 12 bildet.In a surface micromechanical etching attack, via the etch access openings 41 in the microphone membrane 11 , the cavity 16 and the passage openings 15 in the counter element 14 takes place, now the substrate material from an area below the counter element 14 and within the lateral boundary of the trench trench 13 removed. This creates the cavern 12 , In the case of a silicon substrate 1 becomes the cavern 12 preferably produced by gas phase etching with XeF 2 or ClF 3. 1e illustrates that the trench trench filled with etch stop material 13 now the side wall of the cavern 12 forms.

Schließlich wird das Substrat 1 noch rückseitig abgedünnt, um die Kaverne 12 zu öffnen und so eine rückseitige Anschlussöffnung 17 zur Mikrofonstruktur des Bauelements 10 zu schaffen. Das Substrat 1 kann beispielsweise mittels Taiko-Schleifens und nachfolgendem Gasphasen- oder Plasmaätzen abgedünnt werden. 1f zeigt das Mikrofonbauelement 10 nach dessen Fertigstellung.Finally, the substrate becomes 1 thinned on the back to the cavern 12 to open and so a back connection opening 17 to the microphone structure of the device 10 to accomplish. The substrate 1 can be thinned, for example, by Taiko grinding and subsequent gas phase or plasma etching. 1f shows the microphone component 10 after its completion.

Bei dem in 2 dargestellten MEMS-Bauelement 20 handelt es sich um ein Drucksensorelement mit einer geschlossenen Membran 21, die eine Anschlussöffnung 27 in der Bauelementrückseite überspannt. Auch hier wurde die Membran 21 in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat 1 erzeugt.At the in 2 illustrated MEMS device 20 it is a pressure sensor element with a closed membrane 21 that have a connection opening 27 spans in the component back. Again, the membrane became 21 in a layer structure on a semiconductor substrate 1 generated.

Dazu wurde zunächst ein umlaufender Trenchgraben 23 in das Substrat 1 eingebracht und mit einem Ätzstoppmaterial verfüllt, der als laterale Begrenzung einer noch zu erzeugenden Kaverne 22 bzw. der Anschlussöffnung 27 im Substrat dient. Erst danach wurden weitere Schichten und insbesondere Membranschichten auf der Substratoberfläche abgeschieden. In diesem Schichtaufbau 2 wurden dann rasterartig über den Membranbereich verteilt Ätzzugangsöffnungen 25 erzeugt, die sich zumindest bis auf die Substratoberfläche erstreckt haben müssen. Die Ätzzugangsöffnungen 25 ermöglichten einen Vorderseiten-Ätzangriff, bei dem der Membranbereich des Schichtaufbaus 2 unterätzt wurde, indem das Substratmaterial aus dem Bereich innerhalb des umlaufenden Trenchgrabens 23 herausgelöst und entfernt wurde. Dabei entstand eine Kaverne 22 unter der Membran 21. Danach wurde der Schichtaufbau mit mindestens einer weiteren Schicht 7 versehen, um die Ätzzugangsöffnungen 25 in der Membran 21 wieder zu verschließen. Außerdem wurde auch hier eine Kontaktmetallisierung 6 auf die Bauelementoberfläche aufgebracht. Schließlich wurde die Kaverne 22 noch durch rückseitiges Abdünnen des Substrats 1 geöffnet, um die rückseitige Anschlussöffnung 27 zu erzeugen.This was initially a circumferential trench ditch 23 in the substrate 1 introduced and filled with a Ätzstoppmaterial, as the lateral boundary of a still to be generated cavern 22 or the connection opening 27 used in the substrate. Only then were further layers and in particular membrane layers deposited on the substrate surface. In this layer structure 2 were then gridded over the membrane area distributed etching access openings 25 generated, which must have extended at least to the substrate surface. The etch access openings 25 allowed a front-side etching attack in which the membrane area of the layer structure 2 was undercut by placing the substrate material out of the area within the circumferential trench trench 23 was removed and removed. This resulted in a cavern 22 under the membrane 21 , Thereafter, the layer structure with at least one further layer 7 provided to the etch access openings 25 in the membrane 21 to close again. In addition, here was a contact metallization 6 applied to the device surface. Finally the cavern became 22 still by back thinning of the substrate 1 opened to the rear connection opening 27 to create.

Aufgrund der vergleichsweise geringen Tiefe von oberflächenmikromechanisch erzeugten Kavernen haben die erfindungsgemäß gefertigten MEMS-Bauelemente eine sehr geringe Dicke, was im Rahmen der AVT bzw. des Packaging ausgenutzt wird. 3 zeigt ein Waferlevel-Package 30 mit einem hier nur schematisch dargestellten ASIC-Bauelement 31 und einem erfindungsgemäß gefertigten Mikrofonbauelement 32. Die Chipflächen der beiden Bauelemente 31 und 32 sind im Wesentlichen ähnlich. Die beiden Bauelemente 31 und 32 sind über eine rohrartige Interposeranordnung 33 miteinander verbunden, so dass die beiden offenen Seiten der Interposeranordnung 33 einerseits durch das ASIC-bauelement 31 und andererseits durch das Mikrofonbauelement 32 verschlossen sind. Auf diese Weise bilden die beiden Bauelemente 31 und 32 zusammen mit der Interposeranordnung 33 ein Gehäuse mit einem abgeschlossenen Volumen 34 im Gehäuseinnern. Dieses abgeschlossene Volumen 34 fungiert als Rückseitenvolumen für das Mikrofonbauelement 32, dessen Mikrofonstruktur zum Gehäuseinnern orientiert ist. Die Schalldruckbeaufschlagung erfolgt über die nach außen orientierte Anschlussöffnung 35 des Mikrofonbauelements 32. Die Rückseite des Mikrofonbauelements 32 mit der Anschlussöffnung 35 wird hier durch eine Folie 38 geschützt, die das obere Ende der Interposeranordnung 33 überspannt und den Schalldruck auf das darunter positionierte Mikrofonbauelement 32 überträgt. Da auch die aktive Oberseite des ASIC-Bauelements 31 zum Gehäuseinnern orientiert ist, bildet das Gehäuse einen Schutz sowohl für die Mikrofonstruktur als auch für die ASIC-Funktionen. Die elektrische Kontaktierung der beiden Bauelemente 31 und 32 sowie die externe Kontaktierung des gesamten Packages 30 erfolgt über Durchkontakte 36 in der Interposeranordnung 33 und Anschlusspads 37. 3 verdeutlicht, dass die Größe des Rückseitenvolumens 34 im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wesentlich von der Dicke des Mikrofonbauelements 32 abhängt.Due to the comparatively small depth of cavities produced by surface micromechanics, the MEMS components manufactured according to the invention have a very small thickness, which is utilized in the context of AVT or packaging. 3 shows a wafer level package 30 with an ASIC component shown only schematically here 31 and a microphone component manufactured according to the invention 32 , The chip areas of the two components 31 and 32 are essentially similar. The two components 31 and 32 are via a tubular interposer arrangement 33 interconnected so that the two open sides of the interposer assembly 33 on the one hand by the ASIC-component 31 and on the other hand by the microphone component 32 are closed. In this way, the two components form 31 and 32 together with the interposer arrangement 33 a housing with a closed volume 34 inside the case. This closed volume 34 acts as a backside volume for the microphone component 32 whose microphone structure is oriented to the housing interior. The sound pressure is applied via the outwardly oriented connection opening 35 of the microphone component 32 , The back of the microphone component 32 with the connection opening 35 is here by a slide 38 protected, which is the upper end of the interposer assembly 33 spans and the sound pressure on the microphone component positioned underneath 32 transfers. As is the active top of the ASIC device 31 oriented to the housing interior, the housing provides protection for both the microphone structure and the ASIC functions. The electrical contacting of the two components 31 and 32 as well as the external contacting of the entire package 30 via via contacts 36 in the interposer arrangement 33 and connection pads 37 , 3 clarifies that the size of the backside volume 34 in the embodiment described here, substantially on the thickness of the microphone component 32 depends.

Claims

Method for producing a MEMS component ( 10 ) with a membrane structure ( 11 ), which in a layer structure on a substrate ( 1 ) and a rear connection opening ( 17 ) in the substrate ( 1 ), in which surface micromechanics processes under the membrane structure ( 11 ) a cavern ( 12 ) in the substrate ( 1 ) and - in which this cavern ( 12 ) by thinning back the substrate ( 1 ) is opened.

Method according to claim 1, characterized in that in the region of the membrane structure ( 11 ) at least one etching access opening ( 41 . 15 ) is produced in the layer structure which extends at least as far as the substrate ( 1 ), and that the cavern ( 12 ) is generated by the substrate material in an area under the membrane structure ( 11 ) is removed in an etching attack, which via the at least one Ätzzugangsöffnung ( 41 . 15 ), in particular by means of gas phase and / or plasma etching.

Method according to claim 2, characterized in that lateral etch stop boundaries ( 13 ) for the etching attack to create the cavern ( 12 ) in the substrate ( 1 ), in particular at least one trench trench ( 13 ), which determines the cavern ( 12 ) is bounded laterally and filled with a suitable etch stop material before the etching attack.

Method according to claim 2 or 3, characterized in that after generating the cavern ( 22 ) at least one further layer ( 7 ) on the layer structure ( 2 ) is deposited and patterned, wherein the at least one etching access opening ( 25 ) is closed.

Method according to one of claims 1 to 4 for producing a pressure sensor element ( 20 ).

Method according to one of Claims 1 to 4 for producing a microphone component ( 10 ) with an acoustically active membrane ( 11 ) and a fixed acoustically permeable counter element ( 14 ), where membrane ( 11 ) and counter element ( 14 ) in the layer structure one above the other and above the cavern ( 12 ) and at least the membrane ( 11 ) is released by sacrificial layer etching.

Component ( 30 ) with a MEMS device ( 32 ), which has been produced by a method according to one of claims 1 to 6, and with a housing, characterized in that the MEMS component ( 32 ) forms a part of the housing wall, the housing interior ( 34 ), and that the layer structure with the membrane structure to the housing interior ( 34 ) and the component rear side with the connection opening ( 35 ) is oriented to the outside of the housing.