DE102014211333A1

DE102014211333A1 - Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102014211333A1
Application number: DE102014211333.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Classen; Jochen Reinmuth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2015-12-17
Also published as: CN105314589A; CN105314589B; US20150360937A1; TW201607881A; TWI670225B; US9751751B2

Abstract

Ein mikromechanisches Bauelement umfasst einen Sensorchip und einen mit dem Sensorchip verbundenen Kappenchip. Zwischen dem Sensorchip und dem Kappenchip ist ein Hohlraum ausgebildet. Der Sensorchip weist ein in dem Hohlraum angeordnetes bewegliches Element auf. Der Kappenchip weist eine Verdrahtungsebene mit einer elektrisch leitenden Elektrode auf. Der Kappenchip weist ein in dem Hohlraum angeordnetes Getterelement auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements gemäß Patentanspruch 8.
Stand der Technik
Mikromechanische Sensoren zur Messung von Beschleunigungen und Drehraten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ebenfalls bekannt ist, Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren als auf einem gemeinsamen Chip integrierte Bauelemente auszubilden. Bekannte Beschleunigungs- und Drehratensensoren weisen bewegliche Elemente auf, die in zumindest teilweise evakuierte Kavernen eingeschlossen sind. Dabei ist insbesondere bei Drehratensensoren ein niedriger Kavernendruck wünschenswert. Es ist bekannt, die Kavernen von Drehratensensoren mit Getterelementen zu versehen, um einen niedrigen Kavernendruck zu erreichen und über eine Lebensdauer des Sensorelements aufrecht zu erhalten.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mikromechanisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein mikromechanisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein mikromechanisches Bauelement umfasst einen Sensorchip und einen mit dem Sensorchip verbundenen Kappenchip. Zwischen dem Sensorchip und dem Kappenchip ist ein Hohlraum ausgebildet. Der Sensorchip weist ein in dem Hohlraum angeordnetes bewegliches Element auf. Der Kappenchip weist eine Verdrahtungsebene mit einer elektrisch leitenden Elektrode auf. Der Kappenchip weist ein in dem Hohlraum angeordnetes Getterelement auf. Vorteilhafterweise kann das Getterelement bei diesem mikromechanischen Bauelement in dem Hohlraum vorhandenes Gas zumindest teilweise binden und dadurch einen niedrigen Druck in dem Hohlraum gewährleisten. Die Verdrahtungsebene des Kappenchips des mikromechanischen Bauelements kann vorteilhafterweise zur elektrischen Kontaktierung und Ansteuerung des Sensorchips dienen.
In einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements ist das Getterelement elektrisch leitend mit der Elektrode verbunden. Vorteilhafterweise ist es dadurch möglich, das Getterelement auf ein definiertes elektrisches Potential zu legen. Dadurch wird eine unkontrollierte Wechselwirkung zwischen dem Getterelement und dem beweglichen Element des Sensorchips vorteilhafterweise reduziert oder vermieden. Das Getterelement kann dadurch sogar als Gegenelektrode zur Ansteuerung und/oder Detektion des beweglichen Elements des Sensorchips genutzt werden.
In einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements weist das Getterelement einen ersten Abschnitt und einen elektrisch gegen den ersten Abschnitt isolierten zweiten Abschnitt auf. Dabei ist der erste Abschnitt elektrisch leitend mit der Elektrode verbunden. Der zweite Abschnitt ist elektrisch leitend mit einer weiteren Elektrode verbunden. Vorteilhafterweise ist dadurch eine besonders flexible Kontrolle einer Wechselwirkung zwischen dem Getterelement und dem beweglichen Element möglich. Außerdem kann das Getterelement dabei vorteilhafterweise besonders nahe an dem beweglichen Element angeordnet sein.
In einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements ist das Getterelement in dem Hohlraum dem beweglichen Element zumindest teilweise gegenüberliegend angeordnet. Dadurch kann das Getterelement vorteilhafterweise mit großer Fläche ausgebildet werden, was eine hohe Sorptionsleistung des Getterelements ermöglicht.
In einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements weist der Kappenchip ein Anschlagelement auf. Dabei ist das Getterelement weiter von dem beweglichen Element beabstandet als das Anschlagelement. Vorteilhafterweise kann dadurch ein Anschlagen des beweglichen Elements an dem Getterelement verhindert werden.
In einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements ist das Anschlagelement in einer die Verdrahtungsebene zumindest teilweise bedeckenden Isolatorebene ausgebildet. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine besonders einfache Ausführung des mikromechanischen Bauelements.
In einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauelements ist das Anschlagelement elektrisch leitend. Dadurch kann das Anschlagelement vorteilhafterweise mit demselben elektrischen Potential beaufschlagt werden wie das bewegliche Element, wodurch ein kräftefreies Anschlagen des beweglichen Elements an dem Anschlagelement ermöglicht wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Sensorchips mit einem beweglichen Element, zum Bereitstellen eines Kappenchips mit einer Verdrahtungsebene mit einer elektrisch leitenden Elektrode, zum Anordnen eines Getterelements auf dem Kappenchip, und zum Verbinden des Sensorchips mit dem Kappenchip derart, dass ein Hohlraum zwischen dem Sensorchip und dem Kappenchip gebildet wird, in dem das bewegliche Element und das Getterelement angeordnet sind. Vorteilhafterweise kann das Getterelement bei dem durch dieses Verfahren erhältlichen mikromechanischen Bauelement einen niedrigen Druck in dem Hohlraum bewirken und aufrechterhalten. Die Verdrahtungsebene des Kappenchips kann vorteilhafterweise zur elektrischen Kontaktierung und Ansteuerung des Sensorchips des durch das Verfahren erhältlichen mikromechanischen Bauelements dienen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Getterelement so angeordnet, dass es elektrisch leitend mit der Elektrode verbunden ist. Vorteilhafterweise wird es dadurch ermöglicht, das Getterelement bei dem durch das Verfahren erhältlichen mikromechanischen Bauelement auf ein definiertes elektrisches Potential zu legen, wodurch eine unkontrollierte elektrische Wechselwirkung zwischen dem Getterelement und dem beweglichen Element des Sensorchips vermieden werden kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Entfernen eines Teils einer weiteren Verdrahtungsebene und/oder einer Isolatorebene an einer Oberseite des Kappenchips, um eine Vertiefung zu bilden. Dabei wird das Getterelement in der Vertiefung angeordnet. Vorteilhafterweise wird es dadurch ermöglicht, das Getterelement in größerem Abstand von dem beweglichen Element anzuordnen. Dabei kann vorteilhafterweise zusätzlich in der weiteren Verdrahtungsebene und/oder der Isolatorebene ein Anschlagelement ausgebildet werden, das ein Anschlagen des beweglichen Elements an dem Getterelement bei dem durch das Verfahren erhältlichen mikromechanischen Bauelement vorteilhafterweise verhindert.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen in jeweils schematischer Darstellung:
1 eine geschnittene Seitenansicht eines mikromechanischen Bauelements;
2 einen Teil eines ersten mikromechanischen Bauelements;
3 einen Teil eines zweiten mikromechanischen Bauelements;
4 einen Teil eines dritten mikromechanischen Bauelements;
5 einen Teil eines vierten mikromechanischen Bauelement; und
6 einen Teil eines fünften mikromechanischen Bauelements.
1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines mikromechanischen Bauelements 10. Das mikromechanische Bauelement 10 ist ein Sensorelement zur Messung physikalischer Größen, insbesondere zur Messung von Beschleunigungen und/oder Drehraten. Das mikromechanische Bauelement 10 ist ein integriertes mikromechanisches Bauelement, bei dem ein erster Sensor 200 und ein zweiter Sensor 300 in das gemeinsame mikromechanische Bauelement 10 integriert sind. Jeder der Sensoren 200, 300 des mikromechanischen Bauelements 10 weist mikromechanische bewegliche Elemente auf.
Das mikromechanische Bauelement 10 umfasst einen mikromechanischen Sensorchip (MEMS-Chip) 100 und einen Kappenchip 400.
Der Sensorchip 100 weist eine Oberseite 101 und eine der Oberseite 101 gegenüberliegende Rückseite 102 auf. Der Sensorchip 100 weist ein Substrat 110 auf, das bevorzugt als Siliziumsubstrat ausgebildet ist und die Rückseite 102 des Sensorchips 100 bildet. Auf dem Substrat 110 sind einander abwechselnd mehrere leitende und isolierende Schichten angeordnet, die teilweise strukturiert und miteinander verbunden sind. In der vereinfachten Darstellung der 1 sind zwei Isolatorebenen 120, eine leitende Verdrahtungsebene 130 und eine leitende Funktionsebene 140 vorhanden. Die Funktionsebene 140 bildet die Oberseite 101 des Sensorchips 100. Die Isolatorebenen 120 können beispielsweise als Oxidschichten ausgebildet sein. Die leitenden Schichten 130, 140 können beispielsweise als polykristalline Siliziumschichten ausgebildet sein.
Der Kappenchip 400 weist eine Oberseite 401 und eine der Oberseite 401 gegenüberliegende Rückseite 402 auf. Der Kappenchip 400 weist mindestens eine Verdrahtungsebene auf und kann beispielsweise als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Kappenchip 400 bevorzugt nach einem CMOS-Prozess hergestellt.
Der Kappenchip 400 weist ein Substrat 410 auf, das bevorzugt als Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Auf dem Substrat 410 ist ein Metall-Oxid-Stapel 430 mit einer Mehrzahl einander abwechselnder leitender Schichten und isolierender Schichten angeordnet, der die Oberseite 401 des Kappenchips 400 bildet. An der gegenüberliegenden Rückseite 402 des Kappenchips 400 sind Kontaktelemente 420 angeordnet, die zur elektrischen Kontaktierung des mikromechanischen Bauelements 10 dienen. Die Kontaktelemente 420 können beispielsweise als Lötkugeln ausgebildet sein. Die Kontaktelemente 420 sind durch sich durch das Substrat 410 erstreckende Durchkontakte 421 elektrisch leitend mit in 1 nicht detailliert dargestellten elektrischen Schaltkreisen verbunden, die in den Kappenchip 400 integriert sind.
Der Sensorchip 100 und der Kappenchip 400 sind über Verbindungen 150 miteinander verbunden. Dabei ist die Oberseite 401 des Kappenchips 400 der Oberseite 101 des Sensorchips 100 zugewandt. Die Verbindungen 150 können beispielsweise als metallische Waferbondverbindungen ausgebildet sein. Insbesondere können die Verbindungen 150 beispielsweise als eutektische Bondverbindungen ausgebildet sein, beispielsweise als eutektische Bondverbindungen von Aluminium mit Germanium. Die Verbindungen 150 können aber beispielsweise auch eutektische Kupfer-Zinn-Bondverbindungen oder thermokompressive Verbindungen sein.
Die Verbindungen 150 stellen elektrisch leitende Verbindungen zwischen dem Kappenchip 400 und dem Sensorchip 100 her, die ein Ansteuern und Auslesen des ersten Sensors 200 und des zweiten Sensors 300 durch die in den Kappenchip 400 integrierten elektrischen Schaltkreise ermöglichen. Außerdem schließen die Verbindungen 150 zwischen der Oberseite 101 des Sensorchips 100 und der Oberseite 401 des Kappenchips 400 ausgebildete Hohlräume hermetisch dicht ab.
Der erste Sensor 200 kann beispielsweise als Drehratensensor ausgebildet sein. Der erste Sensor 200 weist einen zwischen der Oberseite 101 des Sensorchips 100 und der Oberseite 401 des Kappenchips 400 ausgebildeten Hohlraum 210 auf. In dem Hohlraum 210 herrscht bevorzugt ein niedriger Druck. Ein in der Funktionsebene 140 des Sensorchips 100 ausgebildetes bewegliches Element 220 ist in dem Hohlraum 210 des ersten Sensors 200 beweglich angeordnet.
Der zweite Sensor 300 kann beispielsweise als Beschleunigungssensor 300 ausgebildet sein. Der zweite Sensor 300 weist einen zwischen der Oberseite 101 des Sensorchips 100 und der Oberseite 401 des Kappenchips 400 ausgebildeten Hohlraum 310 auf. Auch in dem Hohlraum 310 des zweiten Sensors 300 herrscht bevorzugt ein niedriger Druck. Der Druck im Hohlraum 310 des zweiten Sensors 300 kann allerdings höher sein als der Druck in dem Hohlraum 210 des ersten Sensors 200. Der zweite Sensor 300 umfasst ein in der Funktionsebene 140 des Sensorchips 100 ausgebildetes bewegliches Element 320, das beweglich in dem Hohlraum 310 des zweiten Sensors 300 angeordnet ist.
Um die Ausbildung und Aufrechterhaltung eines niedrigen Drucks in dem Hohlraum 210 des ersten Sensors 200 zu ermöglichen, weist der Kappenchip 400 ein in dem Hohlraum 210 angeordnetes Getterelement auf, das in 1 nicht dargestellt ist. Nachfolgend werden anhand der 2 bis 6 unterschiedliche Möglichkeiten gezeigt, das Getterelement auszubilden und anzuordnen. In jedem Fall dient das Getterelement dazu, in dem Hohlraum 210 des ersten Sensors 200 befindliche Gasmoleküle einzufangen, beispielsweise durch direkte chemische Bindung oder durch Sorption.
2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Teils eines mikromechanischen Bauelements 11. Das mikromechanische Bauelement 11 ist ausgebildet wie das mikromechanische Bauelement 10 der 1. In 2 ist lediglich ein Teil des mikromechanischen Bauelements 11 im Bereich des ersten Sensors 200 dargestellt. 2 zeigt außerdem in 1 nicht erkennbare Details des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200, einer der Verbindungen 150 zwischen dem Sensorchip 100 und dem Kappenchip 400 und des Metall-Oxid-Stapels 430 des Kappenchips 400, die nachfolgend erläutert werden.
Das bewegliche Element 220 des ersten Sensors 200 umfasst eine seismische Masse 223, die in dem Hohlraum 210 gegen die übrigen Teile des Sensorchips 100 und gegen den Kappenchip 400 beweglich angeordnet ist. Dabei kann die seismische Masse 223 beispielsweise in eine zur Oberseite 101 des Sensorchips 100 und zur Oberseite 401 des Kappenchips 400 senkrechte Bewegungsrichtung 224 beweglich sein. Es ist allerdings auch möglich, das bewegliche Element 220 so auszubilden, dass die seismische Masse 223 in eine andere Richtung, beispielsweise in eine zur Oberseite 101 des Sensorchips 100 und zur Oberseite 401 des Kappenchips 400 parallele Richtung, beweglich ist. Die seismische Masse 223 ist über mindestens ein Federelement 222 federelastisch mit einer Verankerung 221 verbunden, die eine Verbindung zwischen der seismischen Masse 223 und den übrigen Teilen des Sensorchips 100 herstellt.
Der Metall-Oxid-Stapel 430 des Kappenchips 400 umfasst eine Mehrzahl geschichtet angeordneter Verdrahtungsebenen, die durch Isolatorebenen voneinander beabstandet sind. An der Oberseite 401 des Kappenchips 400 ist eine oberste Verdrahtungsebene 440 angeordnet. Die oberste Verdrahtungsebene 400 kann beispielsweise eine sechste Verdrahtungsebene des Metall-Oxid-Stapels 430 sein. Die oberste Verdrahtungsebene 400 ist durch eine oberste Isolatorebene 450 gegen eine zweitoberste Verdrahtungsebene 460 des Metall-Oxid-Stapels 430 isoliert. Die zweitoberste Verdrahtungsebene 460 kann beispielsweise eine fünfte Verdrahtungsebene des Metall-Oxid-Stapels 430 sein. Die Verdrahtungsebenen 440, 460 des Metall-Oxid-Stapels 430 können jeweils strukturiert und in einzelne laterale Abschnitte unterteilt sein. Einzelne Abschnitte der einzelnen Verdrahtungsebenen 440, 460 können durch sich durch die zwischenliegenden Isolatorebenen 450 erstreckende Durchkontakte 470 elektrisch leitend miteinander verbunden sein.
Die in 2 sichtbare Verbindung 150 zwischen dem Sensorchip 100 und dem Kappenchip 400 umfasst ein an dem Sensorchip 100 ausgebildetes Abstandshalterelement 151 und eine eutektische Verbindung zwischen einer an dem Abstandshalterelement 151 ausgebildeten ersten Metallisierung 152 und einer an der Oberseite 401 des Kappenchips 400 in der obersten Verdrahtungsebene 440 ausgebildeten zweiten Metallisierung 443. Die erste Metallisierung 152 kann beispielsweise Germanium aufweisen. Die zweite Metallisierung 443 kann beispielsweise Aluminium oder eine Aluminium-Kupfer-Legierung aufweisen.
An der Oberseite 401 des Kappenchips 400 ist in der obersten Verdrahtungsebene 440 eine erste Elektrode 441 ausgebildet. Die erste Elektrode 441 ist so angeordnet, dass sie der seismischen Masse 223 des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 in zur Oberseite 101 des Sensorchips 100 und zur Oberseite 401 des Kappenchips 400 senkrechte Richtung im Wesentlichen gegenüberliegt. Die erste Elektrode 441 kann beispielsweise als Ansteuer- und/oder Ausleseelektrode für das bewegliche Element 220 des ersten Sensors 200 dienen.
Weiter weist der Kappenchip 400 bei dem mikromechanischen Bauelement 10 an seiner Oberseite 401 ein in dem Hohlraum 210 des ersten Sensors 200 angeordnetes Getterelement 480 auf. Das Getterelement 480 ist in einem lateralen Bereich an der Oberseite 401 des Kappenchips 400 angeordnet, in dem die oberste Verdrahtungsebene 440 entfernt ist. Das Getterelement 480 ist damit an der obersten Isolatorebene 450 seitlich neben der ersten Elektrode 441 angeordnet. Das Getterelement 480 ist elektrisch gegen die erste Elektrode 441 und alle weitere Abschnitte der obersten Verdrahtungsebene 440 isoliert.
3 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Teils eines mikromechanischen Bauelements 12, das wie das mikromechanische Bauelement 10 der 1 ausgebildet ist. 3 zeigt lediglich einen Teil des mikromechanischen Bauelements 12 in dem Bereich des ersten Sensors 200.
Das mikromechanische Bauelement 12 der 3 unterscheidet sich von dem mikromechanischen Bauelement 11 der 2 dadurch, dass an der Oberseite 401 des Kappenchips 400 eine in der obersten Verdrahtungsebene 440 ausgebildete zweite Elektrode 442 angeordnet ist. Die zweite Elektrode 442 ist in einem lateralen Bereich der Oberseite 401 des Kappenchips 400 angeordnet, der der Verankerung 221 des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 etwa gegenüberliegt. Die erste Elektrode 441 des mikromechanischen Bauelements 11 der 2 ist bei dem mikromechanischen Bauelement 12 der 3 nicht vorhanden. In dem der seismischen Masse 223 des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 gegenüberliegenden lateralen Abschnitt der Oberseite 401 des Kappenchips 400 ist die oberste Verdrahtungsebene 440 des Kappenchips 400 bei dem mikromechanischen Bauelement 12 entfernt.
Das Getterelement 480 erstreckt sich bei dem mikromechanischen Bauelement 12 über einen lateralen Abschnitt der Oberseite 401 des Kappenchips 400, in dem die oberste Verdrahtungsebene 440 entfernt ist, und grenzt in diesem Bereich an die oberste Isolatorebene 450 an. Außerdem erstreckt sich das Getterelement 480 bei dem mikromechanischen Bauelement 12 über zumindest einen Teil der zweiten Elektrode 442. Dadurch ist das Getterelement 480 elektrisch leitend mit der zweiten Elektrode 442 verbunden. Dies ermöglicht es, das Getterelement 480 über die zweite Elektrode 442 auf ein definiertes elektrisches Potential zu legen. Dadurch kann das Getterelement 480 selbst als Elektrode genutzt werden, beispielsweise zur Anregung und/oder Detektion einer Bewegung des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200. Alternativ kann das Getterelement 480 mit demselben elektrischen Potential beaufschlagt werden wie das bewegliche Element 220 des ersten Sensors 200, um eine elektrische Wechselwirkung zwischen dem Getterelement 480 und dem beweglichen Element 220 des ersten Sensors 200 zu minimieren. Ein weiterer Vorteil der Anordnung des Getterelements 480 des mikromechanischen Bauelements 12 der 3 besteht darin, dass das Getterelement 480 mit einer sehr großen Fläche ausgebildet sein kann, was eine gute Pumpleistung des Getterelements 480 ermöglicht.
4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Teils eines mikromechanischen Bauelements 13, das ausgebildet ist wie das mikromechanische Bauelement 10 der 1. 4 zeigt nur einen den ersten Sensor 200 umgebenden Bereich des mikromechanischen Bauelements 13.
Bei dem mikromechanischen Bauelement 13 der 4 sind in der obersten Verdrahtungsebene 440 des Kappenchips 400 sowohl die erste Elektrode 441 als auch die zweite Elektrode 442 ausgebildet. Die erste Elektrode 441 ist in einem der seismischen Masse 223 des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 gegenüberliegenden lateralen Abschnitt an der Oberseite 401 des Kappenchips 400 angeordnet. Die zweite Elektrode 442 ist in einem der Verankerung 221 des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 gegenüberliegenden lateralen Bereich der Oberseite 401 des Kappenchips 400 angeordnet. Die erste Elektrode 441 und die zweite Elektrode 442 sind elektrisch gegeneinander isoliert.
Das Getterelement 480 weist bei dem mikromechanischen Bauelement 13 der 4 einen ersten Abschnitt 481 und einen zweiten Abschnitt 482 auf. Der erste Abschnitt 481 ist an der ersten Elektrode 441 angeordnet und elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 441 verbunden. Der zweite Abschnitt 482 des Getterelements 480 ist an der zweiten Elektrode 442 angeordnet und elektrisch leitend mit der zweiten Elektrode 442 verbunden.
Bei dem mikromechanischen Bauelement 13 können beide Abschnitte 481, 482 des Getterelements 480 über die erste Elektrode 441 und die zweite Elektrode 442 getrennt voneinander mit elektrischen Potentialen beaufschlagt werden. Dies ermöglicht es wiederum, eine Kräftefreiheit zwischen dem beweglichen Element 220 des ersten Sensors 200 und den Abschnitten 481, 482 des Getterelements 480 herzustellen, oder die Abschnitte 481, 482 des Getterelements 480 als Elektroden zur Ansteuerung und/oder zum Auslesen des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 zu nutzen. Dabei weisen die Abschnitte 481, 482 des Getterelements 480 bei dem mikromechanischen Bauelement 13 einen besonders geringen Abstand von dem beweglichen Element 220 des ersten Sensors 200 auf, wodurch sich eine starke Wechselwirkung zwischen den Abschnitten 481, 482 des Getterelements 480 und dem beweglichen Element 220 des ersten Sensors 200 und damit eine hohe Empfindlichkeit ergeben kann. Ein weiterer Vorteil des Getterelements 480 des mikromechanischen Bauelements 13 besteht darin, dass das Getterelement 480 mit großer Fläche ausgebildet sein kann, was eine hohe Pumpleistung des Getterelements 480 ermöglichen kann.
5 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines mikromechanischen Bauelements 14, das ausgebildet ist wie das mikromechanische Bauelement 10 der 1. 5 zeigt lediglich einen Teil des mikromechanischen Bauelements 14 im Bereich des ersten Sensors 200.
Bei dem mikromechanischen Bauelement 14 ist an der Oberseite 401 des Kappenchips 400 zusätzlich zu einem Teil der obersten Verdrahtungsebene 440 auch ein Teil der obersten Isolatorebene 450 entfernt worden, sodass ein Teil der zweitobersten Verdrahtungsebene 460 frei liegt und eine dritte Elektrode 461 bildet. Durch die Entfernung eines Teils der obersten Isolatorebene 450 ist eine Vertiefung 490 an der Oberseite 401 des Kappenchips 400 gebildet. Die dritte Elektrode 461 in der zweitobersten Verdrahtungsebene 460 ist am Grund dieser Vertiefung 490 angeordnet.
Das Getterelement 480 ist bei dem mikromechanischen Bauelement 14 der 5 in der Vertiefung 490 auf der dritten Elektrode 461 angeordnet und elektrisch leitend mit der dritten Elektrode 461 verbunden. Die dritte Elektrode 461 ermöglicht es, das Getterelement 480 mit einem definierten elektrischen Potential zu beaufschlagen.
Das Getterelement 480 weist in zur Oberseite 401 des Kappenchips 400 senkrechte Richtung eine geringere Dicke auf als die oberste Isolatorebene 450. Dadurch ist das Getterelement 480 vollständig innerhalb der Vertiefung 490 angeordnet und ragt nicht über einen die Vertiefung 490 begrenzenden Abschnitt der obersten Isolatorebene 450 hinaus. Dieser die Vertiefung 490 begrenzende Abschnitt der obersten Isolatorebene 450 bildet damit ein Anschlagelement 500.
Sowohl das Getterelement 480 als auch das Anschlagelement 500 sind in zur Oberseite 101 des Sensorchips 100 und zur Oberseite 401 des Kappenchips 400 senkrechte Richtung zumindest teilweise der seismischen Masse 223 des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 gegenüberliegend angeordnet. Dabei ist der Abstand zwischen der seismischen Masse 223 und dem Anschlagelement 500 in die zur Oberseite 101 des Sensorchips 100 senkrechte Richtung geringer als der Abstand zwischen der seismischen Masse 223 und dem Getterelement 480. Dadurch wird vorteilhafterweise ein unbeabsichtigtes Anschlagen der seismischen Masse 223 an dem Getterelement 480 verhindert. Bevor es zu einem Anschlagen der seismischen Masse 223 an dem Getterelement 480 kommen kann, liegt die seismische Masse 223 bereits an dem Anschlagelement 500 an.
Bei dem mikromechanischen Bauelement 14 weist das Getterelement 480 einen größeren Abstand von dem beweglichen Element 220 des ersten Sensors 200 auf als bei dem mikromechanischen Bauelement 13 der 4. Dadurch besteht bei dem mikromechanischen Bauelement 14 eine geringere Wechselwirkung zwischen dem Getterelement 480 und dem beweglichen Element 220 des ersten Sensors 200.
6 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines mikromechanischen Bauelements 15, das wie das mikromechanische Bauelement 10 der 1 ausgebildet ist. 6 zeigt lediglich einen Teil des mikromechanischen Bauelements 15 im Bereich des ersten Sensors 200.
Bei dem mikromechanischen Bauelement 15 ist, wie bei dem mikromechanischen Bauelement 14 der 5, neben einem Teil der obersten Verdrahtungsebene 440 des Kappenchips 200 auch ein Teil der obersten Isolatorebene 450 des Kappenchips 400 entfernt worden, wodurch die Vertiefung 490 ausgebildet ist. Am Grund der Vertiefung 490 ist die in der zweitobersten Verdrahtungsebene 460 gebildete dritte Elektrode 461 angeordnet. Das Getterelement 480 ist wiederum in der Vertiefung 490 auf der dritten Elektrode 461 angeordnet und elektrisch leitend mit der dritten Elektrode 461 verbunden.
Im Unterschied zu dem mikromechanischen Bauelement 14 der 5 weist das Getterelement 480 bei dem mikromechanischen Bauelement 15 der 6 in zur Oberseite 401 des Kappenchips 400 senkrechte Richtung eine Dicke auf, die größer als die Dicke der obersten Isolatorebene 450 ist. Dadurch ragt das Getterelement 480 über die oberste Isolatorebene 450 hinaus.
Auf einem die Vertiefung 490 begrenzenden Teil der obersten Isolatorebene 450 bildet bei dem mikromechanischen Bauelement 15 der 6 ein verbliebener Teil der obersten Verdrahtungsebene 400 eine vierte Elektrode 444. Die vierte Elektrode 444 ist gegen die dritte Elektrode 461 und das Getterelement 480 isoliert. Die vierte Elektrode 444 und der die Vertiefung 490 begrenzende Teil der obersten Isolatorebene 450 bilden gemeinsam das Anschlagelement 500.
Sowohl das Getterelement 480 als auch das Anschlagelement 500 sind bei dem mikromechanischen Bauelement 15 in zur Oberseite 101 des Sensorchips 100 und zur Oberseite 401 des Kappenchips 400 senkrechte Richtung zumindest teilweise dem beweglichen Element 220 des ersten Sensors 200 gegenüberliegend angeordnet. Dabei weist die vierte Elektrode 444 des Anschlagelements 500 einen geringeren Abstand von der seismischen Masse 223 des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 auf als das Getterelement 480. Dadurch wird ein Anschlagen der seismischen Masse 223 des beweglichen Elements 220 des ersten Sensors 200 an dem Getterelement 480 bei dem mikromechanischen Bauelement 15 verhindert.
Die vierte Elektrode 444 des Anschlagelements 500 des mikromechanischen Bauelements 15 kann mit demselben elektrischen Potential beaufschlagt werden wie das bewegliche Element 220 des ersten Sensors 200. Dadurch wird ein kräftefreies Anschlagen des beweglichen Elements 220 an dem Anschlagelement 500 ermöglicht.

Claims

Mikromechanisches Bauelement (11, 12, 13, 14, 15) mit einem Sensorchip (100) und einem mit dem Sensorchip (100) verbundenen Kappenchip (400), wobei zwischen dem Sensorchip (100) und dem Kappenchip (400) ein Hohlraum (210) ausgebildet ist, wobei der Sensorchip (100) ein in dem Hohlraum (210) angeordnetes bewegliches Element (220) aufweist, wobei der Kappenchip (400) eine Verdrahtungsebene (440, 460) mit einer elektrisch leitenden Elektrode (441, 442, 461) aufweist, wobei der Kappenchip (400) ein in dem Hohlraum (210) angeordnetes Getterelement (480) aufweist.
Mikromechanisches Bauelement (12, 13, 14, 15) nach Anspruch 1, wobei das Getterelement (480) mit der Elektrode (441, 442, 461) elektrisch leitend verbunden ist.
Mikromechanisches Bauelement (13) nach Anspruch 2, wobei das Getterelement (480) einen ersten Abschnitt (481) und einen elektrisch gegen den ersten Abschnitt (481) isolierten zweiten Abschnitt (482) aufweist, wobei der erste Abschnitt (481) elektrisch leitend mit der Elektrode (441) verbunden ist, wobei der zweite Abschnitt (482) elektrisch leitend mit einer weiteren Elektrode (442) verbunden ist.
Mikromechanisches Bauelement (12, 13, 14, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Getterelement (480) in dem Hohlraum (210) dem beweglichen Element (220) zumindest teilweise gegenüberliegend angeordnet ist.
Mikromechanisches Bauelement (14, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kappenchip (400) ein Anschlagelement (500) aufweist, wobei das Getterelement (480) weiter von dem beweglichen Element (220) beabstandet ist als das Anschlagelement (500).
Mikromechanisches Bauelement (14) nach Anspruch 5, wobei das Anschlagelement (500) in einer die Verdrahtungsebene (460) zumindest teilweise bedeckenden Isolatorebene (450) ausgebildet ist.
Mikromechanisches Bauelement (15) nach Anspruch 5, wobei das Anschlagelement (500) elektrisch leitend ist.
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements (11, 12, 13, 14, 15) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Sensorchips (100) mit einem beweglichen Element (220); – Bereitstellen eines Kappenchips (400) mit einer Verdrahtungsebene (440, 460) mit einer elektrisch leitenden Elektrode (441, 442, 461); – Anordnen eines Getterelements (480) auf dem Kappenchip (400); – Verbinden des Sensorchips (100) mit dem Kappenchip (400) derart, dass ein Hohlraum (210) zwischen dem Sensorchip (100) und dem Kappenchip (400) gebildet wird, in dem das bewegliche Element (220) und das Getterelement (480) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Getterelement (480) so angeordnet wird, dass es elektrisch leitend mit der Elektrode (441, 442, 461) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt aufweist: – Entfernen eines Teils einer weiteren Verdrahtungsebene (440) und/oder einer Isolatorebene (450) an einer Oberseite (401) des Kappenchips (400), um eine Vertiefung (490) zu bilden, wobei das Getterelement (480) in der Vertiefung (490) angeordnet wird.