DE102015224500A1

DE102015224500A1 - Laserverschluss mit optimierter Intensitätsverteilung

Info

Publication number: DE102015224500A1
Application number: DE102015224500.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth; Philip Kappe; Alexander Ilin; Mawuli Ametowobla
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2017-06-08
Also published as: TWI695809B; US10207366B2; TW201725172A; US20170157710A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements mit einem Substrat und mit einer mit dem Substrat verbundenen und mit dem Substrat eine erste Kaverne umschließenden Kappe vorgeschlagen, wobei in der ersten Kaverne ein erster Druck herrscht und ein erstes Gasgemisch mit einer ersten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist, wobei – in einem ersten Verfahrensschritt eine die erste Kaverne mit einer Umgebung des mikromechanischen Bauelements verbindende Zugangsöffnung in dem Substrat oder in der Kappe ausgebildet wird, wobei – in einem zweiten Verfahrensschritt der erste Druck und/oder die erste chemische Zusammensetzung in der ersten Kaverne eingestellt wird, wobei – in einem dritten Verfahrensschritt die Zugangsöffnung durch Einbringen von Energie oder Wärme in einen absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe mithilfe eines Lasers verschlossen wird, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe eines eine im Wesentlichen entlang einer der ersten Kaverne abgewandten und im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats verlaufenden Oberfläche des Substrats oder der Kappe verlaufenden räumliche Laserpulsausdehnung und eine Laserpulsintensität umfassenden Laserstrahls zum Minimieren von Eigenspannungen in dem Substrat oder in der Kappe gesteuert wird

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der WO 2015/120939 A1 bekannt. Ist ein bestimmter Innendruck in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements gewünscht oder soll ein Gasgemisch mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung in der Kaverne eingeschlossen sein, so wird der Innendruck oder die chemische Zusammensetzung häufig beim Verkappen des mikromechanischen Bauelements bzw. beim Bondvorgang zwischen einem Substratwafer und einem Kappenwafer eingestellt. Beim Verkappen wird beispielsweise eine Kappe mit einem Substrat verbunden wodurch die Kappe und das Substrat gemeinsam die Kaverne umschließen. Durch Einstellen der Atmosphäre bzw. des Drucks und/oder der chemischen Zusammensetzung des beim Verkappen in der Umgebung vorliegenden Gasgemischs, kann somit der bestimmte Innendruck und/oder die bestimmte chemische Zusammensetzung in der Kaverne eingestellt werden.
Mit dem aus der WO 2015/120939 A1 bekannten Verfahren kann gezielt ein Innendruck in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements eingestellt werden. Mit diesem Verfahren ist es insbesondere möglich ein mikromechanisches Bauelement mit einer ersten Kaverne herzustellen, wobei in der ersten Kaverne ein erster Druck und eine erste chemische Zusammensetzung eingestellt werden kann, der bzw. die sich von einem zweiten Druck und einer zweiten chemischen Zusammensetzung zum Zeitpunkt des Verkappens unterscheiden.
Bei dem Verfahren zum gezielten Einstellen eines Innendrucks in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements gemäß der WO 2015/120939 A1 wird in der Kappe bzw. in dem Kappenwafer oder in dem Substrat bzw. in dem Sensorwafer ein schmaler Zugangskanal zu der Kaverne erzeugt. Anschließend wird die Kaverne mit dem gewünschten Gas und dem gewünschten Innendruck über den Zugangskanal geflutet. Schließlich wird der Bereich um den Zugangskanal lokal mithilfe eines Lasers erhitzt, das Substratmaterial verflüssigt sich lokal und verschließt beim Erstarren den Zugangskanal hermetisch.
Bei Drehratensensoren wird beispielsweise ein sehr geringer Druck eingeschlossen, welcher beispielsweise geringer als 1 mbar ist. Dies ist der Fall, da bei Drehratensensoren ein Teil der beweglichen Strukturen resonant angetrieben wird. Bei geringem Druck kann mit relativ geringen Spannungen auf Grund der geringen Dämpfung sehr einfach eine Schwingung angeregt werden.
Bei Beschleunigungssensoren ist es dagegen nicht erwünscht, dass der Sensor ins Schwingen gerät, was bei Anliegen einer äußeren Beschleunigung möglich wäre. Daher werden diese Sensoren bei höherem Innendruck betrieben. Der Innendruck eines Beschleunigungssensors ist beispielsweise 500mbar.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines gegenüber dem Stand der Technik mechanisch robusten sowie eine lange Lebensdauer aufweisenden mikromechanischen Bauelements auf gegenüber dem Stand der Technik einfache und kostengünstige Weise bereitzustellen. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik kompaktes, mechanisch robustes und eine lange Lebensdauer aufweisendes mikromechanisches Bauelement bereitzustellen. Erfindungsgemäß gilt dies insbesondere für ein mikromechanisches Bauelement mit einer (ersten) Kaverne. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelement ist es ferner auch möglich ein mikromechanisches Bauelement zu realisieren bei dem in der ersten Kaverne ein erster Druck und eine erste chemische Zusammensetzung eingestellt werden kann und in einer zweiten Kaverne ein zweiter Druck und eine zweite chemische Zusammensetzung eingestellt werden kann. Beispielsweise ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Bauelementen vorgesehen, für die es vorteilhaft ist, wenn in einer ersten Kaverne ein erster Druck und in einer zweiten Kaverne ein zweiter Druck eingeschlossen ist, wobei sich der erste Druck von dem zweiten Druck unterscheiden soll. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine erste Sensoreinheit zur Drehratenmessung und eine zweite Sensoreinheit zur Beschleunigungsmessung in einem mikromechanischen Bauelement integriert werden sollen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe eines eine im Wesentlichen entlang einer der ersten Kaverne abgewandten und im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats verlaufenden Oberfläche des Substrats oder der Kappe verlaufenden räumliche Laserpulsausdehnung und eine Laserpulsintensität umfassenden Laserstrahls zum Minimieren von Eigenspannungen in dem Substrat oder in der Kappe gesteuert wird.
Hierdurch wird auf einfache und kostengünstige Weise ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements bereitgestellt, mit dem das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe eines eine räumliche Laserpulsausdehnung und eine Laserpulsintensität umfassenden Laserstrahls zum Minimieren von Eigenspannungen in dem Substrat oder in der Kappe steuerbar ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Energie oder Wärme gezielt räumlich in das Substrat oder in die Kappe eingebracht werden kann. Somit kann räumlich gezielt ein erster Übergang des Materialbereichs von dem festen in den flüssigen Aggregatzustand und ein auf den ersten Übergang zeitlich folgender zweiter Übergang des Materialbereichs von dem flüssigen in den festen Aggregatzustand in dem Substrat oder in der Kappe gesteuert werden. Außerdem kann aufgrund der räumlichen Verteilung der Energie oder Wärme mit dem erfindungsgemäßen Verfahren räumlich gezielt an den Materialbereich des Substrats oder der Kappe angrenzende Bereiche des Substrats oder der Kappe auf eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Temperatur gebracht werden. Somit können die Temperaturgradienten in dem Substrat oder in der Kappe, insbesondere im Bereich der Zugangsöffnung, im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Wärmeausdehnung bei einer Temperaturerhöhung und/oder die Wärmeschrumpfung bei einer Temperatursenkung benachbarter Bereiche in dem Substrat oder in der Kappe, insbesondere im Bereich der Zugangsöffnung, aneinander angeglichen werden können und somit die im Bereich der verschlossenen Zugangsöffnung, insbesondere durch den Abkühlprozess nach dem dritten Verfahrensschritt, auftretenden mechanischen Spannungen bzw. Eigenspannungen im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden können. Das Abbauen bzw. Reduzieren lokal auftretender Spannungen bzw. Verspannungen ist insbesondere vorteilhaft, da somit im Vergleich zum Stand der Technik der Widerstand gegenüber Rissbildung erhöht und somit die Wahrscheinlichkeit eines Bauteilversagens unmittelbar nach dem Verschließen der Zugangsöffnung, während der Weiterverarbeitung des mikromechanischen Bauelements oder während der Produktlebensdauer im Vergleich zum Stand verringert werden kann. Durch das Vermeiden von Rissen wird insbesondere ein hermetischer Verschluss der Zugangsöffnung ermöglicht und somit die Wahrscheinlichkeit einer Einschränkung der Funktionalität des mikromechanischen Bauelements durch einen undichten Verschluss der Zugangsöffnung im Vergleich zum Stand der Technik reduziert.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere Temperaturgradienten zwischen dem erst kürzlich erstarrten Materialbereich und dem den Materialbereich umgebenden Material im Vergleich zum Stand der Technik durch räumlich gezielte Erhöhung der Temperatur im Substrat oder in der Kappe reduzieren. Insbesondere lassen sich diese Temperaturgradienten zum Zeitpunkt der Erstarrung des Materialbereichs zeitlich kurz nach dem Erstarren des Materialbereichs reduzieren. Somit lässt sich vorteilhaft ermöglichen, dass die Wärmeschrumpfung des Materialbereichs im Wesentlichen der Wärmeschrumpfung des den Materialbereich umgebenden Materials entspricht bzw. die beiden Wärmeschrumpfungen aneinander angeglichen werden können. Somit wird vorteilhaft ermöglicht, dass die im Bereich der verschlossenen Zugangsöffnung, insbesondere zeitlich nach dem Abkühlen des Materialbereichs, auftretenden mechanischen Spannungen im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden können.
Erfindungsgemäß sind Temperaturgradienten zu einem Zeitpunkt zu dem der Materialbereich in einem flüssigen Aggregatzustand ist bzw. sich im Schmelzzustand befindet weniger kritisch, da der Materialbereich zu diesem Zeitpunkt im Wesentlichen spannungsfrei ist. Erfindungsgemäß ist jedoch beispielsweise vorgesehen, dass auch zu dem Zeitpunkt zu dem der Materialbereich in einem flüssigen Aggregatzustand ist die Temperaturgradienten im Vergleich zum Stand der Technik reduziert sind. Insbesondere wird erfindungsgemäß vermieden bzw. reduziert, dass sich zeitlich nach der Erstarrung des Materiabereichs Spannungen dadurch aufbauen, dass der erst kürzlich erstarrte Materialbereich heißer als das den Materialbereich umgebende Material ist und dadurch beim Abkühlvorgang eine stärkere/andere thermische Dehnung erfährt als das den Materialbereich umgebende kältere Material. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Temperaturgradient im Material bzw. in dem Substrat bzw. in der Kappe während der Erstarrung des Materialbereichs und während der Abkühlung möglichst gering gehalten wird, damit die nach der Abkühlung im Bauteil verbleibenden mechanischen Spannungen möglichst gering sind.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass mithilfe des gezielten räumlichen Einbringens der Energie oder Wärme in das Substrat oder in die Kappe die Bewegung von Versetzungen thermisch aktivierbar ist. Somit ist es vorteilhaft möglich, dass durch thermisch aktivierte Versetzungsbewegungen bzw. durch erleichterte Versetzungsbewegungen das Substrat oder die Kappe zumindest teilweise bzw. zumindest teilweise lokal im Bereich der Zugangsöffnung, insbesondere zeitlich nach dem zweiten Übergang, plastisch verformbar ist. Somit können durch plastische Verformung lokal auftretende Spannungen bzw. Spannungsspitzen mithilfe des gezielten Einbringens der Energie oder Wärme im Vergleich zum Stand der Technik reduziert bzw. abgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch vorteilhaft, wenn Oberflächen von Sensoren bzw. Sensorkernen mit organischen Beschichtungen versehen werden, die ein Aneinanderkleben von beweglichen Strukturen verhindern, und diese organischen Beschichtungen bei den hohen Temperaturen beispielsweise im Bondverfahren degradieren und nicht mehr voll wirksam sind. Einem zumindest teilweisen Freisetzen der organischen Schichten in die Kaverne und einem somit erhöhten Innendruck nach Verschluss des MEMS-Elementes kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise entgegengewirkt werden.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auch vorteilhaft gegenüber einem Verfahren bei welchem unterschiedliche Drücke p1/p2 in einer Kaverne eines Drehratensensors p1 und in einer Kaverne eines Beschleunigungssensors p2 benötigt werden, wobei in der Kaverne des Drehratensensors mithilfe eines Getters ein zuerst in beiden Kavernen eingeschlossener hoher Druck anschließend durch Aktivierung des Getters über einen Temperaturschritt in der Kaverne des Drehratensensors auf einen geringen Druck gebracht wird. Gegenüber einem solchen Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren vergleichsweise einfach und kostengünstig.
Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft, wenn das Versiegeln einer in der ersten Kaverne angeordneten MEMS-Struktur mit einem Kappenwafer bei hohen Temperaturen, beispielsweise mit einem Seal-Glas als Verbindungsmaterial oder mit verschiedenen anderen Bondmaterialen oder Bondsystemen wie beispielsweise eutektischen Aluminium-Germanium-(AlGe-) oder Kupfer-Zinn-Kupfer-(CuSnCu-)Systemen, erfolgt. Selbst wenn das Bondverfahren unter Vakuum und bei hohen Temperaturen ausgeführt wird, dampfen Gase aus dem Bondsystem bei hoher Temperatur aus und verursachen in der Kaverne einen Restdruck, der unabhängig vom sehr niedrigen Druck während des Bondverfahrens in der Bondkammer und somit in der Kaverne herrscht.
Dieser Restdruck kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auch vorteilhaft, wenn ein Ausgasen von Edelgasen oder anderen Gasen aus den Wafern bzw. aus dem Substrat bzw. aus der Kappe bzw. aus einer Bondschicht während des Bondprozesses stattfindet, wenn die Edelgase oder anderen Gase durch den Getter nicht oder nur schlecht gepumpt werden können, da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zeitlich nach dem Bondprozess mithilfe der Zugangsöffnung der erste Druck eingestellt werden kann. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einem solchen Ausgasen effektiv entgegengewirkt werden. Dies ist deshalb vorteilhaft, da ein Ausgasen von durch den Getter nicht oder nur schlecht pumpbarer Edelgase oder anderer Gase der minimal zu erreichende Druck beschränkt sein würde und selbst bei höheren Drücken dieses Ausgasen eine starke, ungewollte Streuung des Innendrucks verursachen könnte.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist unter dem Laserstrahl von einem Laser kontinuierlich oder nicht kontinuierlich emittierte elektromagnetische Strahlung zu verstehen. Bei dem Laser kann es sich beispielsweise um einen Pulslaser oder auch um einen Dauerstrichlaser handeln. Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Dauerstrichlaser so betrieben wird, dass die elektromagnetische Strahlung kontinuierlich emittiert wird bzw. kontinuierlich auf den absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe fällt. Außerdem ist vorgesehen, dass die elektromagnetische Strahlung auf den absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe fällt und von diesem zumindest teilweise absorbiert wird.
Erfindungsgemäß ist unter einem eine räumliche Laserpulsausdehnung und eine Laserpulsintensität umfassenden Laserstrahl zu verstehen, dass der Laserstrahl eine räumliche Intensitätsverteilung umfasst, wobei die Laserpulsintensität innerhalb der räumlichen Laserpulsausdehnung größer als Null bzw. größer als eine minimale Laserpulsintensität ist. Mit anderen Worten ist die räumliche Laserpulsausdehnung derart definiert, dass die Laserpulsintensität räumlich innerhalb der Laserpulsausdehnung größer als Null bzw. größer als die minimale Laserpulsintensität ist und dass die Laserpulsintensität räumlich außerhalb der Laserpulsausdehnung gleich Null bzw. geringer als die minimale Laserpulsintensität ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist die Laserpulsausdehnung und die Laserpulsintensität im Wesentlichen entlang der der ersten Kaverne abgewandten und im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene des Substrats verlaufenden Oberfläche des Substrats oder der Kappe gemeint.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „mikromechanisches Bauelement“ so zu verstehen, dass der Begriff sowohl mikromechanische Bauelemente als auch mikroelektromechanische Bauelemente umfasst.
Die vorliegende Erfindung ist bevorzugt für die Herstellung eines bzw. für ein mikromechanisches Bauelement mit einer Kaverne vorgesehen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung beispielsweise auch für ein mikromechanisches Bauelement mit zwei Kavernen oder mit mehr als zwei, d.h. drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs, Kavernen vorgesehen.
Bevorzugt wird die Zugangsöffnung durch Einbringen von Energie oder Wärme in einen diese Energie oder diese Wärme absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe mithilfe eines Lasers verschlossen. Hierbei wird bevorzugt Energie bzw. Wärme in jeweils den absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe von mehreren mikromechanischen Bauelementen, welche beispielsweise auf einem Wafer gemeinsam hergestellt werden, zeitlich nacheinander eingebracht. Es ist jedoch alternativ auch ein zeitlich paralleles Einbringen der Energie bzw. Wärme in den jeweiligen absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe von mehreren mikromechanischen Bauelementen vorgesehen, beispielsweise unter Verwendung von mehreren Laserstrahlen bzw. Laservorrichtungen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kappe mit dem Substrat eine zweite Kaverne umschließt, wobei in der zweiten Kaverne ein zweiter Druck herrscht und ein zweites Gasgemisch mit einer zweiten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass die Laserpulsausdehnung einen ersten Laserpulsausdehnungsbereich mit mindestens einer ersten Laserpulsintensität und einen zweiten Laserpulsausdehnungsbereich mit mindestens einer zweiten Laserpulsintensität umfasst, wobei eine Projektion des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs auf die Haupterstreckungsebene und eine Projektion der Zugangsöffnung auf die Haupterstreckungsebene zumindest teilweise überlappen. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass mithilfe der ersten Laserpulsintensität und der zweiten Laserpulsintensität über den ersten Laserpulsausdehnungsbereich und den zweiten Laserpulsausdehnungsbereich der absorbierende Teil räumlich aufgeteilt werden kann. Somit wird vorteilhaft ermöglicht, dass der Materialbereich lediglich in bestimmten Bereichen des absorbierenden Teils in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht.
Erfindungsgemäß ist darunter, dass die Laserpulsausdehnung einen ersten Laserpulsausdehnungsbereich mit mindestens einer ersten Laserpulsintensität und einen zweiten Laserpulsausdehnungsbereich mit mindestens einer zweiten Laserpulsintensität umfasst zu verstehen, dass die erste Laserpulsintensität innerhalb des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs und die zweite Laserpulsintensität innerhalb des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs jeweils größer als Null bzw. größer als eine minimale Laserpulsintensität sind. Außerdem ist hierunter zu verstehen, dass die erste Laserpulsintensität außerhalb des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs und die zweite Laserpulsintensität außerhalb des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs jeweils gleich Null bzw. kleiner als eine minimale Laserpulsintensität sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass eine Projektion des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs auf die Haupterstreckungsebene und eine Projektion des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs auf die Haupterstreckungsebene voneinander beabstandet sind. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Einbringen der Energie oder Wärme in räumlich voneinander getrennte Bereiche in dem Substrat oder in der Kappe durchgeführt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass eine Projektion des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs auf die Haupterstreckungsebene und eine Projektion der Zugangsöffnung auf die Haupterstreckungsebene voneinander beabstandet sind. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass Energie oder Wärme in einen von der Zugangsöffnung beabstandeten Bereich des Substrats oder der Kappe eingebracht werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass ein erster Materialbereich eines ersten absorbierenden Bereichs des absorbierenden Teils des Substrats oder der Kappe aufgrund der ersten Laserpulsintensität des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht, wobei ein zweiter Materialbereich eines zweiten absorbierenden Bereichs des absorbierenden Teils des Substrats oder der Kappe aufgrund der zweiten Laserpulsintensität des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht oder in einem festen Aggregatzustand verbleibt. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass in dem Substrat oder in der Kappe lokal mechanische Spannungen, insbesondere Druckspannungen, erzeugt werden können, welche im Bereich der Zugangsöffnung auftretenden Spannungen, insbesondere Zugspannungen, entgegenwirken.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass die räumliche Laserpulsausdehnung vollflächig oder als eine senkrecht zu der Längsachse eines Hohlzylinders verlaufende Schnittfläche des Hohlzylinders ausgebildet ist, wobei die Längsachse im Wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Zugangsöffnung zusammenfällt. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Energie oder Wärme besonders gezielt in das Substrat oder die Kappe eingebracht werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass der zweite Laserpulsausdehnungsbereich einen ersten Unterbereich und einen zweiten Unterbereich umfasst, wobei eine Projektion des ersten Unterbereichs auf die Haupterstreckungsebene und eine Projektion des zweiten Unterbereichs auf die Haupterstreckungsebene voneinander beabstandet sind. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Energie oder Wärme in mehrere von der Zugangsöffnung beabstandete Bereiche des Substrats oder der Kappe eingebracht werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass der erste Unterbereich und der zweite Unterbereich im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Energie oder Wärme besonders symmetrisch in das Substrat oder in die Kappe eingebracht werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass der zweite Laserpulsausdehnungsbereich weitere Unterbereiche, insbesondere drei oder vier oder fünf oder sechs oder sieben oder acht oder neun oder zehn weitere Unterbereiche umfasst, wobei die Unterbereiche im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind und mit dem ersten Unterbereich und mit dem zweiten Unterbereich im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Zugangsöffnung angeordnet sind. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Energie oder Wärme besonders symmetrisch und gezielt in das Substrat oder in die Kappe eingebracht werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls derart gesteuert wird, dass der Laserstrahl eine Laserpulsdauer umfasst und die Laserpulsintensität zeitlich variierbar vorgesehen ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass Energie oder Wärme bereits zeitlich vor einem ersten Übergang des Materialbereichs von dem festen in den flüssigen Aggregatzustand sowie zeitlich nach einem zweiten Übergang des Materialbereichs von dem flüssigen in den festen Aggregatzustand gezielt in das Substrat oder in die Kappe eingebracht werden kann. Somit wird aufgrund von Wärmeleitung in dem Substrat oder in der Kappe ermöglicht, dass an den Materialbereich bzw. an den absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe angrenzende Bereiche des Substrats oder der Kappe zeitlich vor dem ersten Übergang und zeitlich nach dem zweiten Übergang auf eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Temperatur gebracht werden können. Somit werden die Temperaturgradienten in dem Substrat oder in der Kappe, insbesondere im Bereich der Zugangsöffnung, im Vergleich zum Stand der Technik reduziert. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Wärmeausdehnung bei einer Temperaturerhöhung und/oder die Wärmeschrumpfung bei einer Temperatursenkung benachbarter Bereiche in dem Substrat oder in der Kappe, insbesondere im Bereich der Zugangsöffnung, aneinander angeglichen werden können und somit die im Bereich der verschlossenen Zugangsöffnung auftretenden mechanischen Spannungen im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden können.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mikromechanisches Bauelement mit einem Substrat und mit einer mit dem Substrat verbundenen und mit dem Substrat eine erste Kaverne umschließenden Kappe, wobei in der ersten Kaverne ein erster Druck herrscht und ein erstes Gasgemisch mit einer ersten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist, wobei das Substrat oder die Kappe eine verschlossene Zugangsöffnung umfasst, wobei das Substrat oder die Kappe einen nach einem gesteuerten Einbringen von Energie oder Wärme in einen absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe mithilfe eines eine im Wesentlichen entlang einer der ersten Kaverne abgewandten und im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats verlaufenden Oberfläche des Substrats oder der Kappe verlaufenden räumliche Laserpulsausdehnung und eine Laserpulsintensität umfassenden Laserstrahls zum Minimieren von Eigenspannungen in dem Substrat oder in der Kappe erstarrten und die Zugangsöffnung verschließenden Materialbereich umfasst. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein kompaktes, mechanisch robustes und kostengünstiges mikromechanisches Bauelement mit eingestelltem ersten Druck bereitgestellt. Die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Substrat oder die Kappe Silizium umfassen. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das mikromechanische Bauelement mit Standardverfahren der Halbleiterschichttechnologie herstellbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kappe mit dem Substrat eine zweite Kaverne umschließt, wobei in der zweiten Kaverne ein zweiter Druck herrscht und ein zweites Gasgemisch mit einer zweiten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein kompaktes, mechanisch robustes und kostengünstiges mikromechanisches Bauelement mit eingestelltem ersten Druck und zweiten Druck bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Druck geringer als der zweite Druck ist, wobei in der ersten Kaverne eine erste Sensoreinheit zur Drehratenmessung und in der zweiten Kaverne eine zweite Sensoreinheit zur Beschleunigungsmessung angeordnet ist. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein mechanisch robustes mikromechanisches Bauelement für Drehratenmessung und Beschleunigungsmessung mit sowohl für die erste Sensoreinheit und für die zweite Sensoreinheit optimalen Betriebsbedingungen bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein mikromechanisches Bauelement mit geöffneter Zugangsöffnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung das mikromechanische Bauelement gemäß 1 mit verschlossener Zugangsöffnung.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein mikromechanisches Bauelement mit geöffneter Zugangsöffnung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung das mikromechanische Bauelement gemäß 4 mit verschlossener Zugangsöffnung.
6, 7, 8 und 9 zeigen in schematischen Darstellungen räumliche Laserpulsausdehnungen gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 und 2 ist eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauelements 1 mit geöffneter Zugangsöffnung 11 in 1 und mit verschlossener Zugangsöffnung 11 in 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei umfasst das mikromechanische Bauelement 1 ein Substrat 3 und eine Kappe 7. Das Substrat 3 und die Kappe 7 sind miteinander, bevorzugt hermetisch, verbunden und umschließen gemeinsam eine erste Kaverne 5. Beispielsweise ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass das Substrat 3 und die Kappe 7 zusätzlich gemeinsam eine zweite Kaverne umschließen. Die zweite Kaverne ist in 1 und in 2 jedoch nicht dargestellt.
Beispielsweise herrscht in der ersten Kaverne 5, insbesondere bei wie in 2 dargestellter verschlossener Zugangsöffnung 11, ein erster Druck. Außerdem ist ein erstes Gasgemisch mit einer ersten chemischen Zusammensetzung in der ersten Kaverne 5 eingeschlossen. Des Weiteren herrscht beispielsweise in der zweiten Kaverne ein zweiter Druck und es ist ein zweites Gasgemisch mit einer zweiten chemischen Zusammensetzung in der zweiten Kaverne eingeschlossen. Bevorzugt ist die Zugangsöffnung 11 in dem Substrat 3 oder in der Kappe 7 angeordnet. Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zugangsöffnung 11 beispielhaft in der Kappe 7 angeordnet. Erfindungsgemäß kann es jedoch alternativ hierzu auch vorgesehen sein, dass die Zugangsöffnung 11 in dem Substrat 3 angeordnet ist.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass der erste Druck in der ersten Kaverne 5 geringer ist als der zweite Druck in der zweiten Kaverne. Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass in der ersten Kaverne 5 eine in 1 und 2 nicht dargestellte erste mikromechanische Sensoreinheit zur Drehratenmessung und in der zweiten Kaverne eine in 1 und 2 nicht dargestellte zweite mikromechanische Sensoreinheit zur Beschleunigungsmessung angeordnet sind.
In 3 ist in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen des mikromechanischen Bauelements 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei wird

– in einem ersten Verfahrensschritt 101 die die erste Kaverne 5 mit einer Umgebung 9 des mikromechanischen Bauelements 1 verbindende, insbesondere schmale, Zugangsöffnung 11 in dem Substrat 3 oder in der Kappe 7 ausgebildet. 1 zeigt beispielhaft das mikromechanische Bauelement 1 nach dem ersten Verfahrensschritt 101. Außerdem wird
– in einem zweiten Verfahrensschritt 102 der erste Druck und/oder die erste chemische Zusammensetzung in der ersten Kaverne 5 eingestellt bzw. die erste Kaverne 5 mit dem gewünschten Gas und dem gewünschten Innendruck über den Zugangskanal geflutet. Ferner wird beispielsweise
– in einem dritten Verfahrensschritt 103 die Zugangsöffnung 11 durch Einbringen von Energie oder Wärme in einen absorbierenden Teil des Substrats 3 oder der Kappe 7 mithilfe eines Lasers verschlossen. Es ist beispielsweise alternativ auch vorgesehen, dass
– in dem dritten Verfahrensschritt 103 der Bereich um den Zugangskanal lediglich bevorzugt durch einen Laser lokal erhitzt wird und der Zugangskanal hermetisch verschlossen wird. Somit ist es vorteilhaft möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Energiequellen als mit einem Laser zum Verschließen der Zugangsöffnung 11 vorzusehen. 2 zeigt beispielhaft das mikromechanische Bauelement 1 nach dem dritten Verfahrensschritt 103.

Beispielsweise ist vorgesehen, dass in einem vierten Verfahrensschritt das Substrat 3 mit der Kappe 7 verbunden wird, wobei der vierte Verfahrensschritt vor oder nach dem ersten Verfahrensschritt 101 durchgeführt wird.
Zeitlich nach dem dritten Verfahrensschritt 103 können in einem in 2 beispielhaft dargestellten lateralen Bereich 15 an einer der ersten Kaverne 5 abgewandten Oberfläche der Kappe 7 sowie in der Tiefe senkrecht zu einer Projektion des lateralen Bereichs 15 auf die Oberfläche, d.h. entlang der Zugangsöffnung 11 und in Richtung der ersten Kaverne 5, des mikromechanischen Bauelements 1 mechanische Spannungen auftreten. Diese mechanischen Spannungen, insbesondere lokale mechanischen Spannungen, herrschen insbesondere an und in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einem im dritten Verfahrensschritt 103 in einen flüssigen Aggregatzustand übergehenden und nach dem dritten Verfahrensschritt 103 in einen festen Aggregatzustand übergehenden und die Zugangsöffnung 11 verschließenden Materialbereich 13 der Kappe 7 und einem während dem dritten Verfahrensschritt 103 in einem festen Aggregatzustand verbleibenden Restbereich der Kappe 7. Hierbei ist in 2 der die Zugangsöffnung 11 verschließende Materialbereich 13 der Kappe 7 lediglich als schematisch anzusehen bzw. schematisch dargestellt, insbesondere hinsichtlich seiner lateralen, insbesondere parallel zu der Oberfläche verlaufenden, Erstreckung bzw. Formgebung und insbesondere hinsichtlich seiner senkrecht zur lateralen Erstreckung, insbesondere senkrecht zu der Oberfläche verlaufenden, Ausdehnung bzw. Konfiguration.
In 4 und 5 ist eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauelements 1 mit geöffneter Zugangsöffnung 11 in 4 und mit verschlossener Zugangsöffnung 11 in 5 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei ist beispielhaft dargestellt, dass eine erste mikromechanische Sensoreinheit zur Drehratenmessung 1017 bzw. ein MEMS-Element in der ersten Kaverne 5 angeordnet ist. In 4 und 5 ist auch beispielhaft eine Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 3 dargestellt. Außerdem zeigt 5 beispielhaft eine im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene 100 verlaufende Oberfläche 1011 sowie einen Laserstrahl 1005. Des Weiteren sind in 5 beispielhafte Laserpulsintensitäten 1003 des Laserstrahls 1005 dargestellt. In 5 ist bespielhaft eine gaussförmige Laserpulsintensität 1019 bzw. ein gaussförmiges Strahlprofil und eine gleichförmige bzw. TopHat Laserpulsintensität 1021 bzw. ein gleichförmiges bzw. TopHat Strahlprofil dargestellt.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass das räumliche Intensitätsprofil bzw. die Laserpulsintensitäten 1003 der für den Verschlussprozess bzw. den dritten Verfahrensschritt eingesetzten Laserstrahlung 1005 derart ausgeführt wird, dass insbesondere während des Abkühlprozesses auftretende Eigenspannungen im Material minimiert werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des eine im Wesentlichen entlang der Oberfläche 1011 des Substrats 3 oder der Kappe 7 verlaufenden räumliche Laserpulsausdehnung 1001 und die Laserpulsintensität 1003 umfassenden Laserstrahls 1005 zum Minimieren von Eigenspannungen in dem Substrat 3 oder in der Kappe 7 gesteuert wird.
In 6, 7, 8 und 9 sind in schematischen Darstellungen räumliche Laserpulsausdehnungen 1001 gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei zeigt 6 beispielhaft eine vollflächige räumliche Laserpulsausdehnung 1001. 7, 8 und 9 zeigen jeweils im linken Bereich Seitenansichten bzw. Schnittansichten eines Teilbereichs des mikromechanischen Bauelements 1 und im rechten Bereich Draufsichten bzw. Ansichten einer Ebene im Wesentlichen parallel zu Oberfläche 1011.
Des Weiteren ist in 7 beispielhaft dargestellt, dass die räumliche Laserpulsausdehnung 1001 einen ersten Laserpulsausdehnungsbereich 1007 mit mindestens einer ersten Laserpulsintensität und einen zweiten Laserpulsausdehnungsbereich 1009 mit mindestens einer zweiten Laserpulsintensität umfasst. Hierbei überlappen eine Projektion des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs 1007 auf die Haupterstreckungsebene 100 und eine Projektion der Zugangsöffnung 11 auf die Haupterstreckungsebene 100 zumindest teilweise. Des Weiteren zeigt 7 beispielhaft, dass eine Projektion des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs 1007 auf die Haupterstreckungsebene 100 und eine Projektion des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs 1009 auf die Haupterstreckungsebene 100 voneinander beabstandet sind. Außerdem zeigt 7 beispielhaft, dass eine Projektion des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs 1009 auf die Haupterstreckungsebene 100 und eine Projektion der Zugangsöffnung 11 auf die Haupterstreckungsebene 100 voneinander beabstandet sind.
Bei der in 7 beispielhaft dargestellten räumlichen Laserpulsausdehnung 1001 ist beispielsweise vorgesehen, dass ein erster Materialbereich eines ersten absorbierenden Bereichs des absorbierenden Teils des Substrats 3 oder der Kappe 7 aufgrund der ersten Laserpulsintensität des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs 1007 in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht, wobei ein zweiter Materialbereich eines zweiten absorbierenden Bereichs des absorbierenden Teils des Substrats 3 oder der Kappe 7 aufgrund der zweiten Laserpulsintensität des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs 1009 in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht oder in einem festen Aggregatzustand verbleibt.
Mit anderen Worten ist in 7 beispielhaft dargestellt, dass zusätzlich zu dem aufgeschmolzenen Bereich rund um das Belüftungsloch bzw. zu dem im Bereich der Zugangsöffnung 11 angeordneten Materialbereich 13 in näherer oder weiterer Umgebung zusätzliche Bereiche im Material erwärmt bzw. aufzuschmelzen werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da somit beispielsweise lokale Druckspannungen erzeugt werden können, welche der Ausbildung von Zugspannungen im Verschlussbereich bzw. im unmittelbaren Bereich der Zugangsöffnung 11 entgegen wirken. Beispielsweise ist eine Kombination aus einer hohen ersten Laserpulsintensität mit einer hohen zweiten Laserpulsintensität vorgesehen. Beispielsweise umschließt der zweite Laserpulsausdehnungsbereich 1009 den Verschlussbereich bzw. die Zugangsöffnung 11 ringförmig bzw. kreisförmig in einem definierten Abstand. Hierbei wird die zweite Laserpulsintensität beispielsweise derart eingestellt, dass in dem zweiten Laserpulsausdehnungsbereich 1009 kein Aufschmelzen sondern nur eine Erwärmung entsteht.
8 zeigt beispielhaft dass der zweite Laserpulsausdehnungsbereich 1009 einen ersten Unterbereich 1013 und einen zweiten Unterbereich 1015 umfasst. Hierbei ist beispielsweise vorgesehen, dass eine Projektion des ersten Unterbereichs 1013 auf die Haupterstreckungsebene 100 und eine Projektion des zweiten Unterbereichs 1015 auf die Haupterstreckungsebene 100 voneinander beabstandet sind. Außerdem zeigt 8 beispielhaft, dass der erste Unterbereich 1013 und der zweite Unterbereich 1015 im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 1011 im Wesentlichen rotationssymmetrisch bzw. punktförmig ausgebildet sind. Schließlich zeigt 8 beispielhaft, dass der zweite Laserpulsausdehnungsbereich 1009 sechs weitere Unterbereiche umfasst. Hierbei ist beispielhaft dargestellt, dass die Unterbereiche im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 1011 im Wesentlichen rotationssymmetrisch bzw. punktförmig ausgebildet sind und mit dem ersten Unterbereich 1013 und mit dem zweiten Unterbereich 1015 im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche 1011 im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Zugangsöffnung 11 angeordnet sind. Mit anderen Worten zeigt 8 beispielhaft, dass mehrere Stellen im Zusatzbereich bzw. im zweiten Laserpulsausdehnungsbereich 1009 punktförmig bestrahlt werden.
Erfindungsgemäß ist beispielsweise auch vorgesehen, dass der erste Laserpulsausdehnungsbereich 1007 eine räumliche Laserpulsausdehnung eines ersten Laserstrahls ist und dass der zweite Laserpulsausdehnungsbereich 1009 eine räumliche Laserpulsausdehnung eines zweiten Laserstrahls ist. Außerdem ist beispielsweise auch vorgesehen, dass der erste Unterbereich 1013 eine räumliche Laserpulsausdehnung eines dritten Laserstrahls ist und dass der zweite Unterbereich 1015 eine räumliche Laserpulsausdehnung eines vierten Laserstrahls ist. Des Weiteren ist beispielsweise vorgesehen, dass die weiteren Unterbereiche räumliche Laserpulsausdehnungen weiterer Laserstrahlen sind.
Schließlich zeigt 9 dass die räumliche Laserpulsausdehnung 1001 als eine senkrecht zu der Längsachse eines Hohlzylinders verlaufende Schnittfläche des Hohlzylinders ausgebildet ist, wobei die Längsachse im Wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Zugangsöffnung 11 zusammenfällt. Beispielsweise zeigt 9 hierbei, dass nur im Verschlussbereich bzw. im Bereich der Zugangsöffnung 11 eine hohe Laserintensität bzw. Laserpulsintensität 1003 auf das Substrat 3 oder auf die Kappe 7 aufgebracht wird, wobei die hohe Laserpulsintensität 1003 ringförmig um das eigentliche Belüftungsloch bzw. um die Zugangsöffnung 11 herum angeordnet ist. Beispielsweise handelt es sich bei einem solchen Strahlprofil um ein Donut-Strahlprofil.
Die hier dargestellten räumlichen Laserpulsausdehnungen 1001 sind lediglich als beispielhaft anzusehen. Erfindungsgemäß sind beliebig geformte einzelne oder auch mehrere räumliche Laserpulsausdehnungen 1001 vorgesehen, welche das Substrat 3 oder die Kappe 7 erwärmen oder aufschmelzen und die lokalen Zugspannungen im Verschlussbereich bzw. im Bereich der Zugangsöffnung 11 im Vergleich zum Stand der Technik zu reduzieren.
Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass zur Minimierung der Spannungen die zeitliche Abfolge der Laserbestrahlung des Substrats 3 oder der Kappe 7 im Verschlussbereich bzw. im Bereich um die Zugangsöffnung 11 und im Zusatzbereich bzw. in von der Zugangsöffnung 11 beabstandeten Bereichen geeignet gesteuert wird.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements 1 gegenüber dem Stand der Technik sind wie folgt:

– Auf einem Chip können einfach verschiedene Sensorkerne mit unterschiedlichen Anforderungen an den Innendruck kombiniert werden.
– Beliebige Innendrücke, auch sehr kleine Innendrücke, können in einer MEMS-Kaverne bzw. in der ersten Kaverne 5 eingestellt werden.
– Durch das eingesetzte Laserverfahren entstehende Eigenspannungen werden zuverlässig reduziert und somit die Robustheit der Bauteile deutlich gesteigert.
– Die Technik ist einfach, robust und kostengünstig.
– Das Herstellungsverfahren ist kompatibel mit den bekannten Herstellungsprozessen, beispielsweise auch mit Verkappungsprozessen wie beispielsweise mit dem Aluminium-Germanium-(AlGe-)eutektischen Bonden und mit dem Sealglasbonden.
– Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt einen über Lebensdauer besonders stabilen Verschluss der MEMS-Kaverne.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/120939 A1 [0002, 0003, 0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements (1) mit einem Substrat (3) und mit einer mit dem Substrat (3) verbundenen und mit dem Substrat (3) eine erste Kaverne (5) umschließenden Kappe (7), wobei in der ersten Kaverne (5) ein erster Druck herrscht und ein erstes Gasgemisch mit einer ersten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist, wobei – in einem ersten Verfahrensschritt (101) eine die erste Kaverne (5) mit einer Umgebung (9) des mikromechanischen Bauelements (1) verbindende Zugangsöffnung (11) in dem Substrat (3) oder in der Kappe (7) ausgebildet wird, wobei – in einem zweiten Verfahrensschritt (102) der erste Druck und/oder die erste chemische Zusammensetzung in der ersten Kaverne (5) eingestellt wird, wobei – in einem dritten Verfahrensschritt (103) die Zugangsöffnung (11) durch Einbringen von Energie oder Wärme in einen absorbierenden Teil des Substrats (3) oder der Kappe (7) mithilfe eines Lasers verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe eines eine im Wesentlichen entlang einer der ersten Kaverne (5) abgewandten und im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (3) verlaufenden Oberfläche (1011) des Substrats (3) oder der Kappe (7) verlaufenden räumliche Laserpulsausdehnung (1001) und eine Laserpulsintensität (1003) umfassenden Laserstrahls (1005) zum Minimieren von Eigenspannungen in dem Substrat (3) oder in der Kappe (7) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls (1005) derart gesteuert wird, dass die Laserpulsausdehnung (1001) einen ersten Laserpulsausdehnungsbereich (1007) mit mindestens einer ersten Laserpulsintensität und einen zweiten Laserpulsausdehnungsbereich (1009) mit mindestens einer zweiten Laserpulsintensität umfasst, wobei eine Projektion des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs (1007) auf die Haupterstreckungsebene (100) und eine Projektion der Zugangsöffnung (11) auf die Haupterstreckungsebene (100) zumindest teilweise überlappen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls (1005) derart gesteuert wird, dass eine Projektion des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs (1007) auf die Haupterstreckungsebene (100) und eine Projektion des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs (1009) auf die Haupterstreckungsebene (100) voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls (1005) derart gesteuert wird, dass eine Projektion des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs (1009) auf die Haupterstreckungsebene (100) und eine Projektion der Zugangsöffnung (11) auf die Haupterstreckungsebene (100) voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls (1005) derart gesteuert wird, dass ein erster Materialbereich eines ersten absorbierenden Bereichs des absorbierenden Teils des Substrats (3) oder der Kappe (7) aufgrund der ersten Laserpulsintensität des ersten Laserpulsausdehnungsbereichs (1007) in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht, wobei ein zweiter Materialbereich eines zweiten absorbierenden Bereichs des absorbierenden Teils des Substrats (3) oder der Kappe (7) aufgrund der zweiten Laserpulsintensität des zweiten Laserpulsausdehnungsbereichs (1009) in einen flüssigen Aggregatzustand übergeht oder in einem festen Aggregatzustand verbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls (1005) derart gesteuert wird, dass die räumliche Laserpulsausdehnung (1001) vollflächig oder als eine senkrecht zu der Längsachse eines Hohlzylinders verlaufende Schnittfläche des Hohlzylinders ausgebildet ist, wobei die Längsachse im Wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Zugangsöffnung (11) zusammenfällt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls (1005) derart gesteuert wird, dass der zweite Laserpulsausdehnungsbereich (1009) einen ersten Unterbereich (1013) und einen zweiten Unterbereich (1015) umfasst, wobei eine Projektion des ersten Unterbereichs (1013) auf die Haupterstreckungsebene (100) und eine Projektion des zweiten Unterbereichs (1015) auf die Haupterstreckungsebene (100) voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls (1005) derart gesteuert wird, dass der erste Unterbereich (1013) und der zweite Unterbereich (1015) im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (1011) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen der Energie oder Wärme mithilfe des Laserstrahls (1005) derart gesteuert wird, dass der zweite Laserpulsausdehnungsbereich (1009) weitere Unterbereiche, insbesondere drei oder vier oder fünf oder sechs oder sieben oder acht oder neun oder zehn weitere Unterbereiche umfasst, wobei die Unterbereiche im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (1011) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind und mit dem ersten Unterbereich (1013) und mit dem zweiten Unterbereich (1015) im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche (1011) im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Zugangsöffnung (11) angeordnet sind.
Mikromechanisches Bauelement (1) mit einem Substrat (3) und mit einer mit dem Substrat (3) verbundenen und mit dem Substrat (3) eine erste Kaverne (5) umschließenden Kappe (7), wobei in der ersten Kaverne (5) ein erster Druck herrscht und ein erstes Gasgemisch mit einer ersten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist, wobei das Substrat (3) oder die Kappe (7) eine verschlossene Zugangsöffnung (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) oder die Kappe (7) einen nach einem gesteuerten Einbringen von Energie oder Wärme in einen absorbierenden Teil des Substrats (3) oder der Kappe (7) mithilfe eines eine im Wesentlichen entlang einer der ersten Kaverne (5) abgewandten und im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene (100) des Substrats (3) verlaufenden Oberfläche (1011) des Substrats (3) oder der Kappe (7) verlaufenden räumliche Laserpulsausdehnung (1001) und eine Laserpulsintensität (1003) umfassenden Laserstrahls (1005) zum Minimieren von Eigenspannungen in dem Substrat (3) oder in der Kappe (7) erstarrten und die Zugangsöffnung (11) verschließenden Materialbereich (13) umfasst.