DE102015224533A1 - Reactive sealing gas for the targeted adaptation of the cavity internal pressure - Google Patents
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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 in einem vierten Verfahrensschritt ein Reaktivgas zum weiteren Einstellen des ersten Drucks und/oder der ersten chemischen Zusammensetzung in die erste Kaverne eingebracht wird.A method is proposed for producing a micromechanical component with a substrate and with a cap connected to the substrate and enclosing a first cavity with the substrate, a first pressure prevailing in the first cavern and a first gas mixture having a first chemical composition being included , in which
In a first method step, an access opening connecting the first cavity to an environment of the micromechanical component is formed in the substrate or in the cap, wherein
- In a second process step, the first pressure and / or the first chemical composition in the first cavity is set, wherein
In a third process step, the access opening is closed by introducing energy or heat into an absorbent part of the substrate or the cap by means of a laser, wherein in a fourth process step a reactive gas for further adjusting the first pressure and / or the first chemical composition in the first cavern is introduced.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention is based on a method according to the preamble of
Ein derartiges Verfahren ist aus der
Mit dem aus der
Bei dem Verfahren zum gezielten Einstellen eines Innendrucks in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements gemäß der
Die Güte von Drehratensensoren hängt äußerst empfindlich von dem Kaverneninnendruck ab. Ferner ist für eine hohe Offsetperformance von Drehratensensoren über ihre Lebensdauer eine möglichst stabile Güte nötig, da eine Abweichung der Güte von dem Wert, der beim Abgleich in die Abgleichparameter eingeflossen ist, zu einem Offset des Drehratensensors führt. Um eine möglichst hohe und stabile Güte über die Lebenszeit der Drehratensensoren zu erreichen, ist es daher essenziell, den Innendruck der Drehratensensorkaverne über die Lebensdauer der Drehratensensoren zu stabilisieren bzw. konstant zu halten. Bei Drehratensensoren mit hoher Güte (d.h. geringem Kaverneninnendruck) ist häufig nach HT Lagerungen (Lagerungszeiträume mit vergleichsweise hoher Temperatur) ein Anstieg des Innendrucks zu beobachten, der beispielsweise durch Ausgasungen bzw. durch Gasdiffusion in die Kaverne entsteht.The quality of rotation rate sensors depends very sensitively on the internal cavern pressure. Furthermore, as high a quality as possible is required for a high offset performance of rotation rate sensors over their service life, since a deviation of the quality from the value which has been incorporated into the adjustment parameters during the adjustment leads to an offset of the rotation rate sensor. In order to achieve the highest possible and stable quality over the lifetime of the rotation rate sensors, it is therefore essential to stabilize or keep constant the internal pressure of the rotation rate sensor caverns over the service life of the rotation rate sensors. In the case of high-speed rotation rate sensors (i.e., low cavern internal pressure), an increase in internal pressure, which results, for example, from outgassing or from gas diffusion into the cavern, is frequently to be observed after HT storage (storage periods with a comparatively high temperature).
Weitere Verfahren zum gezielten Einstellen eines Innendrucks in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements sind aus
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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. Beispielsweise sind hierbei die erste Kaverne und die zweite Kaverne lediglich durch einen Bondsteg voneinander getrennt. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine hohe Güte über die Lebenszeit des mikromechanischen Bauelements zu ermöglichen.The object of the present invention is to provide a method for producing a micromechanical component which is mechanically robust and has a long service life compared with the prior art in a simple and cost-effective manner compared with the prior art. A further object of the present invention is to provide a micromechanical component which is compact in comparison with the prior art, has a mechanically robust and has a long service life. According to the invention, this applies in particular to a micromechanical component with a (first) cavern. Furthermore, it is also possible with the method according to the invention and the micromechanical component according to the invention to realize a micromechanical component in which a first pressure and a first chemical composition can be set in the first cavity and a second pressure and a second chemical composition are set in a second cavity can be. By way of example, such a method is provided for producing micromechanical components, for which it is advantageous if a first pressure is enclosed in a first cavity and a second pressure in a second cavity, wherein the first pressure is to differ from the second pressure. This is the case, for example, when a first sensor unit for rotation rate measurement and a second sensor unit for acceleration measurement are to be integrated in a micromechanical component. For example, in this case the first cavern and the second cavern are separated from each other only by a bonding web. In particular, it is an object of the present invention to enable a high quality over the lifetime of the micromechanical device.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem vierten Verfahrensschritt ein Reaktivgas zum weiteren Einstellen des ersten Drucks und/oder der ersten chemischen Zusammensetzung in die erste Kaverne eingebracht wird. The object is achieved in that in a fourth method step, a reactive gas for further setting of the first pressure and / or the first chemical composition is introduced into the first cavity.
Hierdurch wird auf einfache und kostengünstige Weise ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements bereitgestellt, mit dem der erste Druck in der ersten Kaverne, insbesondere wenn die erste Kaverne eine Drehratensensorkaverne ist, über die Lebensdauer im Wesentlichen konstant gehalten bzw. stabilisiert werden kann bzw. mit dem der erste Druck nach einem provisorischen Einstellen des ersten Drucks weiter reduziert werden kann. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass geringe Gasmengen, die aus den Materialien innerhalb der ersten Kaverne über die Lebenszeit ausgasen oder die durch Gasdiffusion, beispielsweise durch das Substrat oder durch die Kappe oder durch einen Bondrahmen oder Bondsteg zwischen der ersten Kaverne und der zweiten Kaverne, in die erste Kaverne gelangen durch das Reaktivgas bzw. mit einem in der Kaverne zuvor bzw. vor dem Verschließen der Zugangsöffnung eingeschlossenen Gas reagieren und auf diese Weise der Gesamtinnendruck der Kaverne im Wesentlichen konstant gehalten oder verringert werden kann. Somit kann beispielsweise ermöglicht werden, dass die Dämpfung und damit die Güte beispielsweise des Drehratensensors in erster Näherung unverändert bleibt, insbesondere wenn unterschiedliche Dämpfungsfaktoren für unterschiedliche Gasarten vernachlässigt werden.As a result, a method for producing a micromechanical component is provided in a simple and cost-effective manner with which the first pressure in the first cavern, in particular if the first cavern is a rotation sensor sensor cavern, can be kept or stabilized substantially constant over the service life or with the first pressure after a provisional setting of the first pressure can be further reduced. This is achieved, for example, by virtue of the fact that small amounts of gas outgassing from the materials within the first cavern over their lifetime or by gas diffusion, for example through the substrate or through the cap or through a bonding frame or bonding web between the first cavern and the second cavern, enter the first cavern by the reactive gas or react with a previously enclosed in the cavern or before the closing of the access port gas and in this way the total internal pressure of the cavern can be kept substantially constant or reduced. Thus, it can be made possible, for example, that the attenuation and thus the quality, for example of the rotation rate sensor, remains unchanged to a first approximation, in particular if different damping factors for different types of gas are neglected.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass mithilfe des Reaktivgases dem entgegen gewirkt werden kann, dass der sich beim bzw. zeitlich nach dem regulären Bondprozess in der Kaverne einstellende Innendruck nicht dem Druck entspricht, der beim Bonden eingeschlossen wird.A further advantage of the method according to the invention is that with the aid of the reactive gas it can be counteracted that the internal pressure occurring in the cavern during or after the regular bonding process does not correspond to the pressure which is included in the bonding.
Erfindungsgemäß ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass in dem vierten Verfahrensschritt ein Getter zum weiteren Einstellen des ersten Drucks und/oder der ersten chemischen Zusammensetzung in die erste Kaverne eingebracht wird. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass das Reaktivgas im Wesentlichen die Eigenschaften eines Getters umfasst.According to the invention, it is alternatively or additionally provided that in the fourth method step a getter is introduced into the first cavity for further setting of the first pressure and / or the first chemical composition. According to the invention, it is also provided that the reactive gas essentially comprises the properties of a getter.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff Getter ein chemisch reaktives Material, das dazu dient, ein Vakuum möglichst lange zu erhalten zu verstehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Material in einem festen Aggregatzustand oder in einem flüssigen Aggregatzustand oder in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegt. Beispielsweise gehen an der Oberfläche des Getters Gasmoleküle mit den Atomen des Getter-Materials eine direkte chemische Verbindung ein. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch vorgesehen, dass die Gasmoleküle durch Sorption an dem Getter-Material festgehalten werden. Auf diese Weise werden die Gasmoleküle in oder an der Oberfläche des Getter-Materials „eingefangen“. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist zwischen einem aktivierten Getter und einem inaktivierten Getter zu unterscheiden, wobei der aktivierte Getter im Vergleich zu dem inaktivierten Getter eine höhere Einfangrate aufweist. Unter Einfangrate ist hierbei beispielsweise eine Anzahl von in oder an der Oberfläche des Getter-Materials eingefangener Gasmolekülen pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, zu verstehen. Des Weiteren ist gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen einem reversiblen Getter und einem irreversiblen Getter zu unterscheiden. Hierbei umfasst erfindungsgemäß ein reversibler Getter zumindest teilweise bzw. überwiegend reversibles Getter-Material und ein irreversibler Getter zumindest teilweise bzw. überwiegend irreversibles Getter-Material. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch vorgesehen, dass sowohl ein reversibler Getter als auch ein irreversibler Getter jeweils zumindest teilweise reversibles Getter-Material und zumindest teilweise irreversibles Getter-Material umfassen. Erfindungsgemäß ist unter einem reversiblen Getter-Material ein Getter-Material zu verstehen, welches an einem ersten Zeitpunkt bzw. während einer ersten Zeitdauer Gasmoleküle in oder an der Oberfläche des Getter-Materials im Wesentlichen einfängt bzw. aufnimmt und zu einem zweiten Zeitpunkt bzw. während einer zweiten Zeitdauer eingefangene Gasmoleküle aus oder von der Oberfläche des Getter-Materials im Wesentlichen wieder loslässt bzw. abgibt. Erfindungsgemäß ist „im Wesentlichen einfangen bzw. aufnehmen“ beispielsweise so zu verstehen, dass die Einfangrate größer als eine Abgaberate ist bzw. dass eine erste Summe aus Adsorptionsrate und Absorptionsrate größer als eine Desorptionsrate ist. Erfindungsgemäß ist „im Wesentlichen loslassen bzw. abgeben“ beispielsweise so zu verstehen, dass die Einfangrate kleiner als die Abgaberate ist bzw. dass die erste Summe kleiner als die Desorptionsrate ist. Unter Adsorptionsrate ist hierbei beispielsweise eine Anzahl von an der Oberfläche des Getter-Materials eingefangenen Gasmolekülen pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, zu verstehen. Unter Absorptionsrate ist hierbei beispielsweise eine Anzahl von in der Oberfläche des Getter-Materials bzw. im Volumen des Getter-Materials eingefangener Gasmolekülen pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, zu verstehen. Unter Abgaberate bzw. Desorptionsrate ist hierbei beispielsweise eine Anzahl von aus oder von der Oberfläche des Getter-Materials losgelassenen bzw. abgegebenen Gasmolekülen pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, zu verstehen. Erfindungsgemäß ist ein reversibler Getter im Wesentlichen regenerierbar bzw. in einen Ausgangszustand mit hoher Absorptionsbereitschaft und/oder Adsorptionsbereitschaft versetzbar. Erfindungsgemäß ist unter Absorptionsbereitschaft bzw. Adsorptionsbereitschaft das Bereitstellen einer hohen Absorptionsrate bzw. Adsorptionsrate bei Vorhandensein entsprechender Gasmoleküle zu verstehen.In the context of the present invention, the term getter is to be understood as meaning a chemically reactive material which serves to obtain a vacuum as long as possible. According to the invention, it is provided that the material is present in a solid state of matter or in a liquid state of aggregation or in a gaseous state of matter. For example, at the surface of the getter, gas molecules enter into a direct chemical compound with the atoms of the getter material. Alternatively or additionally, however, it is also provided that the gas molecules are retained by sorption on the getter material. In this way, the gas molecules are "captured" in or on the surface of the getter material. In the context of the present invention, a distinction is made between an activated getter and an inactivated getter, wherein the activated getter has a higher capture rate compared to the inactivated getter. In this case, the term capture rate means, for example, a number of gas molecules trapped in or on the surface of the getter material per unit time, for example per second. Furthermore, according to the present invention, a distinction is made between a reversible getter and an irreversible getter. According to the invention, a reversible getter comprises at least partially or predominantly reversible getter material and an irreversible getter comprises at least partially or predominantly irreversible getter material. However, it is also provided according to the invention that both a reversible getter and an irreversible getter each comprise at least partially reversible getter material and at least partially irreversible getter material. According to the invention, a reversible getter material is to be understood as meaning a getter material which essentially captures or absorbs gas molecules in or on the surface of the getter material at a first time or during a first time period and at a second time or during, respectively For a second period of time trapped gas molecules from or released from the surface of the getter material substantially again. For example, in accordance with the invention, "substantially capturing" is understood to mean that the capture rate is greater than a release rate or that a first sum of adsorption rate and absorption rate is greater than a desorption rate. According to the invention, "substantially let go or release" is understood, for example, to mean that the capture rate is less than the release rate or that the first sum is less than the desorption rate. By adsorption rate is meant, for example, a number of gas molecules trapped on the surface of the getter material per unit time, for example per second. By absorption rate is meant, for example, a number of gas molecules trapped in the surface of the getter material or in the volume of the getter material per unit time, for example per second. In this case, the term "release rate" or "desorption rate" is to be understood as meaning, for example, a number of gas molecules released or released from the surface of the getter material per unit time, for example per second. According to the invention, a reversible getter can be essentially regenerated or set into an initial state with high absorption readiness and / or readiness for adsorption. According to the invention Under absorption readiness or adsorption readiness to understand the provision of a high absorption rate or adsorption rate in the presence of corresponding gas molecules.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist unter einem Partikel bzw. Teilchen ein Atom oder eine Ansammlung von Atomen, wie beispielsweise ein Molekül oder mehrere Moleküle, zu verstehen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung befindet sich das Partikel in einem gasförmigen, flüssigen oder festen Aggregatzustand bzw. ist Teil einer gasförmigen, flüssigen oder festen Phase und umfasst zumindest eine Phasengrenzfläche zu seiner Umgebung. Insbesondere ist erfindungsgemäß unter Partikel ein im Maßstab des mikromechanischen Bauelements kleiner Körper zu verstehen, d.h. ein Körper, welcher maximal eine Erstreckung von 1/10 einer maximalen Erstreckung des mikromechanischen Bauelements aufweist.According to the invention, a particle or particle is preferably to be understood as meaning an atom or an assembly of atoms, such as, for example, one or more molecules. In the context of the present invention, the particle is in a gaseous, liquid or solid state or is part of a gaseous, liquid or solid phase and comprises at least one phase interface with its surroundings. In particular, particles according to the invention are understood to mean a small body on the scale of the micromechanical component, i. a body which has a maximum extension of 1/10 of a maximum extent of the micromechanical device.
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.In the context of the present invention, the term "micromechanical component" should be understood to mean that the term encompasses both micromechanical components and microelectromechanical components.
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.The present invention is preferably provided for the production of or for a micromechanical component with a cavern. However, for example, the present invention is also applicable to a micromechanical device having two caverns or more than two, i. three, four, five, six or more than six, caverns provided.
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. Alternativ ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass die Zugangsöffnung mithilfe eines Oxid Reseal Verfahrens bzw. eines Oxid Wiederverschluss Verfahrens verschlossen wird. Hierbei handelt es sich bei dem Oxid Reseal Verfahren bzw. bei dem Oxid Wiederverschluss Verfahren beispielsweise um ein zum Laser Reseal Verfahren bzw. zum Laser Wiederverschluss Verfahren alternatives Verschlussverfahren, bei dem die nachträgliche Öffnung der Kaverne mit einem Oxiddeckel hermetisch verschlossen wird, welcher bei geringem Umgebungsdruck aufgewachsen wird.Preferably, the access opening is closed by introducing energy or heat into a portion of the substrate or cap that absorbs this energy or heat, using a laser. In this case, energy or heat is preferably introduced in succession in each case in the absorbent part of the substrate or the cap of a plurality of micromechanical components, which are produced jointly on a wafer, for example. However, it is alternatively also provided a temporally parallel introduction of the energy or heat into the respective absorbent part of the substrate or the cap of a plurality of micromechanical components, for example using a plurality of laser beams or laser devices. Alternatively, it is also provided according to the invention that the access opening is closed by means of an oxide reseal process or an oxide reclosure process. In the case of the oxide reseal process or in the oxide reclosure process, for example, a laser reseal process or laser reclosure process alternative closure process in which the subsequent opening of the cavern is hermetically sealed with an oxide cover, which at low ambient pressure is grown up.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous embodiments and modifications of the invention are the dependent claims, as well as the description with reference to the drawings.
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.According to a preferred development, it is provided that the cap encloses a second cavity with the substrate, wherein a second pressure prevails in the second cavity and a second gas mixture with a second chemical composition is enclosed.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem fünften Verfahrensschritt mindestens eine Bindung, insbesondere mindestens eine chemische Bindung, zwischen mindestens einem ersten Teilchen A des Reaktivgases und mindestens einem zweiten Teilchen B eines weiteren Gases herbeigeführt wird. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass mithilfe des Reaktivgases zweite Teilchen B eines weiteren Gases, welches beispielsweise nach dem Verschließen der Zugangsöffnung in die erste Kaverne eintritt, gebunden werden können. According to a preferred development, it is provided that in a fifth method step at least one bond, in particular at least one chemical bond, is brought about between at least one first particle A of the reactive gas and at least one second particle B of a further gas. In this way, it is advantageously possible to use the reactive gas to bind second particles B of a further gas, which enters the first cavity, for example, after closing the access opening.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Bindung aufgrund von Wechselwirkungen, insbesondere von elektrostatischen Wechselwirkungen, zwischen Elektronen des mindestens einen ersten Teilchens A und des mindestens einen zweiten Teilchens B herbeigeführt wird. Hierdurch wird vorteilhaft eine chemische Bindung zwischen dem mindestens einen ersten Teilchen A und dem mindestens einen zweiten Teilchen B ermöglicht.According to a preferred development it is provided that the at least one bond is brought about due to interactions, in particular of electrostatic interactions, between electrons of the at least one first particle A and the at least one second particle B. This advantageously allows a chemical bond between the at least one first particle A and the at least one second particle B.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass mithilfe der Bindung ein neues Teilchen C derart hergestellt wird, dass die chemische Zusammensetzung des neuen Teilchens C
- – ABX oder
- – AB oder
- – AXB ist,
- - AB X or
- - AB or
- - A is X B,
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das neue Teilchen C derart hergestellt wird, dass das neue Teilchen C in einem festen Aggregatzustand oder in einem flüssigen Aggregatzustand oder in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegt. Für den Fall, dass das neue Teilchen C in einem festen oder in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt, ist beispielsweise vorteilhaft möglich, dass das mikromechanische Bauelement als ein äußerst empfindlicher Gassensor verwendet werden kann, in dem das Reaktivgas mit dem weiteren Gas zu einem Feststoff reagiert und auf diese Weise nicht mehr zum Kavernengasinnendruck beiträgt. Diese Druckänderung lässt sich sehr präzise über eine Änderung der Güte des mikromechanischen Bauelements feststellen. Je nach Reaktionsmöglichkeiten des Verschlussgases bzw. des Reaktivgases ist der so hergestellte Gassensor selektiv auf bestimmte Gassorten. Außerdem ist für den Fall, dass das neue Teilchen C in einem festen oder in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt, beispielsweise vorteilhaft möglich, ein Hochgütesystem mittels eines Standard Bondverfahrens herzustellen, da das neue Teilchen C im festen oder im flüssigen Zustand im Wesentlichen nicht zum ersten Druck beiträgt. Für den Fall, dass das neue Teilchen C in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegt, ist beispielsweise vorteilhaft möglich, den ersten Druck über die Lebenszeit des mikromechanischen Bauelements zu stabilisieren und/oder den ersten Druck bzw. die Drehratensensorgüte beim Bondprozess bei geringen Drücken gezielt einzustellen.According to a preferred embodiment, it is provided that the new particle C is prepared such that the new particle C in a solid state or in a liquid state or in a gaseous state. In the event that the new particle C is in a solid or in a liquid state, it is advantageously possible, for example, for the micromechanical component to be used as an extremely sensitive gas sensor, in which the reactive gas reacts with the further gas to form a solid in this way no longer contributes to cavern gas pressure. This change in pressure can be determined very precisely by changing the quality of the micromechanical component. Depending on the reaction possibilities of the closing gas or of the reactive gas, the gas sensor produced in this way is selective to certain types of gas. In addition, in the event that the new particle C is in a solid or in a liquid state, for example, it is advantageously possible to produce a high-quality system by means of a standard bonding process, since the new particle C in the solid or in the liquid state is essentially not at first pressure contributes. In the case where the new particle C is in a gaseous state of aggregation, it is advantageously possible, for example, to stabilize the first pressure over the lifetime of the micromechanical component and / or to set the first pressure or yaw rate during the bonding process at low pressures.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das weitere Gas Wasserstoff umfasst. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass, insbesondere wenn bei einer Restgasanalyse Wasserstoff in der Kaverne oder in der ersten Kaverne gefunden wird, die Güte gezielt über den Druck beim Bonden einstellbar ist, wenn ein reaktives Verschlussgas oder Reaktivgas zum Einstellen dieses Druckes genutzt wird, welches mit Wasserstoff reagiert. Auf diese Weise wird beim Bonden oder später freigesetzter Wasserstoff durch das reaktive Verschlussgas bzw. das Reaktivgas in der Kaverne bzw. ersten Kaverne gebunden und der Innendruck bleibt beispielsweise stabil auf dem Wert, der beim Bonden eingestellt wurde. Mittels dieses Verfahrens kann die Güte des Systems auch weit angehoben werden, wenn das Reaktivgas mit dem freigesetzten Wasserstoff zu einem nicht-gasförmigen Endprodukt reagiert.According to a preferred embodiment, it is provided that the further gas comprises hydrogen. This advantageously makes it possible, in particular if hydrogen is found in the cavern or in the first cavern in a residual gas analysis, to selectively adjust the quality via the pressure during bonding, if a reactive closing gas or reactive gas is used to set this pressure, which is used with Hydrogen reacts. In this way, during bonding or later released hydrogen is bound by the reactive sealing gas or the reactive gas in the cavern or first cavity and the internal pressure, for example, remains stable at the value that was set during bonding. By means of this method, the quality of the system can also be raised far, if the reactive gas reacts with the released hydrogen to a non-gaseous end product.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der vierte Verfahrensschritt zeitlich vor dem dritten Verfahrensschritt durchgeführt wird. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Reaktivgas vor dem Verschließen der Zugangsöffnung in die erste Kaverne eingebracht wird.According to a preferred development, it is provided that the fourth method step is carried out in time before the third method step. This advantageously makes it possible for the reactive gas to be introduced into the first cavity before closing the access opening.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der fünfte Verfahrensschritt zeitlich nach dem vierten Verfahrensschritt durchgeführt wird. Somit wird vorteilhaft ermöglicht, dass die Bindung innerhalb der ersten Kaverne herbeigeführt wird.According to a preferred development, it is provided that the fifth method step is carried out after the fourth method step. Thus, it is advantageously possible that the binding is brought about within the first cavern.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der fünfte Verfahrensschritt zeitlich nach dem dritten Verfahrensschritt durchgeführt wird. Somit wird vorteilhaft ermöglicht, dass der erste Druck über die Lebensdauer des mikromechanischen Bauelements bei verschlossener Zugangsöffnung im Wesentlichen stabil gehalten werden kann bzw. reduziert werden kann.According to a preferred development, it is provided that the fifth method step is carried out after the third method step. Thus, it is advantageously made possible that the first pressure can be kept substantially stable over the service life of the micromechanical component when the access opening is closed or can be reduced.
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 ein Reaktivgas zum weiteren Einstellen des ersten Drucks und/oder der ersten chemischen Zusammensetzung in der ersten Kaverne eingeschlossen ist. 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.A further subject of the present invention is a micromechanical component having a substrate and having a cap connected to the substrate and enclosing a first cavity with the substrate, a first pressure prevailing in the first cavity and a first gas mixture having a first chemical composition being included wherein the substrate or cap comprises a closed access opening, wherein a reactive gas is included for further adjusting the first pressure and / or the first chemical composition in the first cavity. As a result, a compact, mechanically robust and cost-effective micromechanical component with set first pressure is provided in an advantageous manner. The stated advantages of the method according to the invention also apply correspondingly to the micromechanical component according to the invention.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein durch mindestens eine Bindung, insbesondere durch mindestens eine chemische Bindung, zwischen mindestens einem ersten Teilchen A des Reaktivgases und mindestens einem zweiten Teilchen B eines weiteren Gases hergestelltes neues Teilchen in der ersten Kaverne eingeschlossen ist.According to a preferred development, it is provided that a new particle produced by at least one bond, in particular by at least one chemical bond, between at least one first particle A of the reactive gas and at least one second particle B of a further gas is enclosed in the first cavity.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die chemische Zusammensetzung des neuen Teilchens
- – ABX oder
- – AB oder
- – AXB ist,
- - AB X or
- - AB or
- - A is X B,
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.According to a preferred development, it is provided that the cap encloses a second cavity with the substrate, wherein a second pressure prevails in the second cavity and a second gas mixture with a second chemical composition is enclosed. As a result, advantageously, a compact, mechanically robust and cost-effective micromechanical Component provided with set first pressure and second pressure.
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.According to a preferred embodiment, it is provided that the first pressure is less than the second pressure, wherein in the first cavern a first sensor unit for rotation rate measurement and in the second cavern, a second sensor unit for acceleration measurement is arranged. This advantageously provides a mechanically robust micromechanical component for rotation rate measurement and acceleration measurement with optimum operating conditions for both the first sensor unit and for the second sensor unit.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung eines mikromechanischen Bauelements als Gassensor, wobei das mikromechanische Bauelement eine Membran umfasst. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Membran zwischen der ersten Kaverne und der Umgebung des mikromechanischen Bauelements angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Membran semipermeabel ausgebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Membran für das erste Teilchen nicht permeabel und für das zweite Teilchen permeabel ausgebildet ist.Another object of the present invention is a use of a micromechanical device as a gas sensor, wherein the micromechanical device comprises a membrane. According to a preferred embodiment, it is provided that the membrane is arranged between the first cavern and the surroundings of the micromechanical component. According to a preferred embodiment, it is provided that the membrane is formed semipermeable. According to a preferred development, it is provided that the membrane is not permeable to the first particle and is permeable to the second particle.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
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 the various figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually named or mentioned only once in each case.
In
Beispielsweise herrscht in der ersten Kaverne
Beispielsweise ist vorgesehen, dass der erste Druck in der ersten Kaverne
In
- – in einem ersten
Verfahrensschritt 101 die die ersteKaverne 5 mit einerUmgebung 9 des mikromechanischen Bauelements1 verbindende, insbesondere schmale,Zugangsöffnung 11 in dem Substrat3 oder inder Kappe 7 ausgebildet.1 zeigt beispielhaftdas mikromechanische Bauelement 1 nachdem ersten Verfahrensschritt 101 . Außerdem wird - – in einem zweiten
Verfahrensschritt 102 der erste Druck und/oder die erste chemische Zusammensetzung in der erstenKaverne 5 eingestellt bzw. die ersteKaverne 5 mit dem gewünschten Gas und dem gewünschten Innendruck über den Zugangskanal geflutet. Ferner wird beispielsweise - – in einem dritten
Verfahrensschritt 103 die Zugangsöffnung11 durch Einbringen von Energie oder Wärme in einen absorbierenden Teil des Substrats3 oder derKappe 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 Zugangsöffnung11 vorzusehen.2 zeigt beispielhaftdas mikromechanische Bauelement 1 nachdem dritten Verfahrensschritt 103 .
- - in a
first step 101 thefirst cavern 5 with anenvironment 9 of themicromechanical component 1 connecting, in particular narrow, access opening11 in the substrate3 or in thecap 7 educated.1 shows an example of themicromechanical device 1 after thefirst process step 101 , In addition, will - In a
second process step 102 the first pressure and / or the first chemical composition in thefirst cavern 5 set or thefirst cavern 5 with the desired gas and the desired internal pressure over the access channel flooded. Further, for example - - in a
third step 103 the access opening11 by introducing energy or heat into an absorbent part of the substrate3 or thecap 7 closed with the help of a laser. For example, it is alternatively provided that - - in the
third step 103 the area around the access channel is preferably locally heated by a laser and the access channel is hermetically sealed. Thus, it is advantageously possible, the inventive method also with other energy sources than with a laser to close the access opening11 provided.2 shows an example of themicromechanical device 1 after thethird process step 103 ,
Zeitlich nach dem dritten Verfahrensschritt
In
Beispielsweise wird in einem vierten Verfahrensschritt ein in
- – ABX oder
- – AB oder
- – AXB ist,
- - AB X or
- - AB or
- - A X B is
Wie in
Beispielsweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Kaverneninnendruck bzw. den ersten Druck in der ersten Kaverne
Beispielsweise sind die folgenden Zielsetzungen vorgesehen:
- – Zielsetzung 1: Stabilisierung des Innendruckes über Lebenszeit
- – Zielsetzung 2: Gezieltes Einstellen des Innendruckes / der Drehratensensorgüte beim Bondprozess bei geringen Drücken
- – Zielsetzung 3: Erzeugen eines Hochgüte Systems unter Verwendung eines Standard Bondverfahrens
- – Zielsetzung 4: Hochempfindlicher und selektiver Gassensor
- - Objective 1: stabilization of internal pressure over lifetime
- - Objective 2: Selective adjustment of the internal pressure / yaw sensor quality during the bonding process at low pressures
- Objective 3: Create a high quality system using a standard bonding method
- - Objective 4: Highly sensitive and selective gas sensor
Zu Zielsetzung 1:Goal 1:
In
AB und ABx gasförmig sind bzw. in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegen. Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass die in der ersten Kaverne
AB and AB x are gaseous or present in a gaseous state. For example, it is also provided that in the
Zu Zielsetzung 2:Goal 2:
Beispielsweise kommt es beim und/oder nach dem Bonden zu Ausgasungen, welche in der Kaverne bzw. in der ersten Kaverne
Zu Zielsetzung 3:Goal 3:
Beispielsweise kommt es beim und/oder nach dem Bonden zu Ausgasungen, welche in der Kaverne bzw. in der ersten Kaverne
Zu Zielsetzung 4:Goal 4:
Beispielsweise ermöglicht ein Drehratensensor über eine Gütemessung eine hochempfindliche Messung des Innendruckes der Sensorkaverne bzw. des ersten Drucks der ersten Kaverne
Beispielsweise ist es möglich durch eine zeitliche Überlagerung zweier gegeneinander wirkender Effekte, nämlich einer Druckerhöhung aufgrund eines Eintretens des weiteren Gases
Des Weiteren ist beispielsweise auch vorgesehen, dass nach vollständiger Absättigung des Reaktivgases
Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass möglichst viele Reaktivgasteilchen bzw. erste Teilchen mit dem Detektiergasteilchen bzw. mit einem zweiten Teilchen reagieren bzw. eine Bindung herbeiführen. Hierdurch wird vorteilhaft eine besonders hohe Empfindlichkeit des Sensors erreicht.For example, it is also provided that as many reactive gas particles or first particles as possible react with the Detektiergasteilchen or with a second particle or bring about a bond. As a result, a particularly high sensitivity of the sensor is advantageously achieved.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Reaktion bzw. die Reaktionsgleichung x·A + B → AxB lautet, wobei AXB bzw. AB fest sind bzw. in einem festen Aggregatzustand vorliegen. Beispielsweise ist hierbei vorgesehen, dass x >= 1 ist. Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass beim Hochheizen bzw. beim Reset bzw. beim Fahren des Resets die Reaktion bzw. die Reaktionsgleichung AxB → (Hitze) → A + x·B lautet. Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass das Reaktivgas
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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