DE102021204645A1

DE102021204645A1 - Method for producing a microelectromechanical sensor from a MEMS element and an ASIC element and microelectromechanical sensor

Info

Publication number: DE102021204645A1
Application number: DE102021204645.2A
Authority: DE
Inventors: Jens Frey; Jochen Reinmuth; Martin Rambach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-10

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Sensors aus einem MEMS-Element und einem ASIC-Element vorgeschlagen, wobei das MEMS- und das ASIC-Element derart aneinander angeordnet sind, dass eine Oberfläche des MEMS-Elements und eine Oberfläche des ASIC-Elements parallel zueinander verlaufen und einander zugewandt sind, wobei ein Teilbereich der Oberfläche des MEMS-Elements und ein Teilbereich der Oberfläche des ASIC-Elements einander gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen den beiden Teilbereichen eine Verbindungsstruktur aus einer Zwischenschicht und einer aus Bondmaterial gebildeten Bondschicht angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Aufbringen und Strukturieren der Zwischenschicht auf einem ersten der beiden Teilbereiche; Aufbringen von Bondmaterial auf der Zwischenschicht und/oder auf einem zweiten der beiden Teilbereiche; Zusammenfügen des MEMS-Elements und des ASIC-Elements derart, dass durch die aus dem Bondmaterial gebildete Bondschicht eine feste Verbindung zwischen dem MEMS- und dem ASIC-Element gebildet wird, wobei die Zwischenschicht die bewegliche Struktur bezüglich der Haupterstreckungsebene lateral umgibt und durch die Zwischenschicht vertikal oberhalb der beweglichen Struktur eine Kaverne gebildet wird.Die Erfindung betrifft ferner einen mikroelektromechanischen Sensor.A method for producing a microelectromechanical sensor from a MEMS element and an ASIC element is proposed, the MEMS and ASIC elements being arranged next to one another in such a way that a surface of the MEMS element and a surface of the ASIC element are parallel run towards one another and face one another, with a partial area of the surface of the MEMS element and a partial area of the surface of the ASIC element being arranged opposite one another and between the two partial areas a connection structure made up of an intermediate layer and a bonding layer formed from bonding material being arranged, with the The method comprises the following steps: applying and structuring the intermediate layer on a first of the two partial areas; Application of bonding material on the intermediate layer and/or on a second of the two partial areas; Joining the MEMS element and the ASIC element in such a way that the bonding layer formed from the bonding material forms a firm connection between the MEMS and the ASIC element, with the intermediate layer surrounding the movable structure laterally with respect to the main plane of extension and through the intermediate layer a cavity is formed vertically above the movable structure. The invention also relates to a microelectromechanical sensor.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a method according to the preamble of claim 1.

MEMS-Sensoren (MEMS, Microelectromechanical System) zur Messung von physikalischen Größen wie Druck, Beschleunigung oder Drehrate sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Besonders im Bereich der Unterhaltungs- und Gebrauchselektronik sind die Herstellungskosten und die Baugröße derartiger Sensoren von entscheidender Bedeutung. MEMS-Sensoren bestehen in der Regel aus mehreren Bauteilen, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Eine gängige Bauform ist eine Anordnung aus einem ASIC-Wafer (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit) und dem MEMS-Element im eigentlichen Sinne, das wiederum eine bewegliche Struktur aufweist, die in einer von einer Kappe gebildeten Kaverne angeordnet ist, um die Struktur vor Umwelteinflüssen zu schützen. Für die Detektion von mehreren Messgrößen können auch mehrere MEMS-Sensoren in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut sein. Der Platzbedarf wird dabei wesentlich durch das Gehäuse und die Bonddrähte zur Verbindung mit dem ASIC bestimmt.MEMS sensors (MEMS, Microelectromechanical System) for measuring physical variables such as pressure, acceleration or yaw rate are known from the prior art in numerous embodiments. The production costs and the size of such sensors are of decisive importance, particularly in the field of entertainment and consumer electronics. MEMS sensors usually consist of several components that are arranged in a common housing. A common design is an arrangement of an ASIC wafer (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit) and the MEMS element in the actual sense, which in turn has a movable structure that is arranged in a cavity formed by a cap around the structure to protect against environmental influences. Several MEMS sensors can also be installed in a common housing for the detection of several measured variables. The space required is essentially determined by the housing and the bonding wires for connecting to the ASIC.

Eine deutliche Reduzierung der Baugröße kann durch den Einsatz von „Bare Dies“ („Nacktchips“) erzielt werden, die ohne Gehäuse verwendet werden und beispielsweise direkt auf einer Leiterplatte aufgebracht werden. Da bei dieser Bauform keine Bonddrähte zur Verbindung zwischen MEMS-Element und ASIC eingesetzt werden können, wird hier die elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Element und der ASIC-Auswerteschaltung üblicherweise durch einen direkten Bondprozess hergestellt. Ein entscheidender Nachteil dieses Ansatzes liegt jedoch darin, dass sich dabei keine Kaverne für die bewegliche Struktur bilden lässt. Die verwendeten ASIC-Auswerteschaltungen werden in der Herstellung planarisiert und auf das MEMS-Element gefügt, so dass sich bei dieser direkten Verbindung keine Kaverne für die bewegliche Struktur ergibt.A significant reduction in size can be achieved by using "bare dies" ("naked chips"), which are used without a housing and are attached directly to a printed circuit board, for example. Since no bonding wires can be used to connect the MEMS element and the ASIC with this design, the electrical connection between the MEMS element and the ASIC evaluation circuit is usually produced here by a direct bonding process. A major disadvantage of this approach, however, is that no cavern can be formed for the moving structure. The ASIC evaluation circuits used are planarized during production and attached to the MEMS element so that this direct connection does not result in a cavern for the movable structure.

Aus der US 9,919,918 B1 ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren zum Verbinden eines ersten und zweiten Wafers bekannt, bei dem eine eutektische Bondstruktur so zwischen den Wafern angeordnet wird, dass sie einen strukturierter Bereich des zweiten Wafers umschließt (Bondrahmen). Um ein Verfließen der eutektischen Legierung beim Zusammenfügen der Wafer zu unterbinden, weist die Anordnung zusätzlich eine neben dem Bondrahmen angeordnete Stützstruktur auf, die beim Zusammenfügen einen definierten Abstand zwischen den Wafern schafft und auf diese Weise ein Verquetschen des Eutektikums verhindert.From the US 9,919,918 B1 In this connection, a method for connecting a first and second wafer is known, in which a eutectic bond structure is arranged between the wafers in such a way that it encloses a structured area of the second wafer (bond frame). In order to prevent the eutectic alloy from flowing when the wafers are joined together, the arrangement also has a support structure arranged next to the bonding frame, which creates a defined distance between the wafers when they are joined together and in this way prevents the eutectic from being crushed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sich die direkte Verbindung eines MEMS-Elements mit einer ASIC-Auswerteschaltung so gestalten lässt, dass ausreichend Bewegungsraum für die bewegliche Struktur gebildet wird.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method with which the direct connection of a MEMS element to an ASIC evaluation circuit can be designed in such a way that sufficient room for movement is formed for the movable structure.

Das Verfahren gemäß Anspruch 1 erlaubt es gegenüber dem Stand der Technik, durch die Herstellung einer Zwischenschicht, die auf dem MEMS- oder dem ASIC-Element aufgebracht wird, eine Kaverne zwischen den beiden Elementen herzustellen. Auf diese Weise lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die Voraussetzungen schaffen, um ein platzsparendes System mit einer gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren deutlich reduzierten Baugröße zu realisieren. Als vorteilhafte Weiterbildung kann weiterhin zusätzlich ein Verfließstopp gegen flüssiges Bondmaterial unter Einbezug der Zwischenschicht integriert werden.Compared to the prior art, the method according to claim 1 allows a cavern to be produced between the two elements by producing an intermediate layer which is applied to the MEMS or the ASIC element. In this way, the method according to the invention can be used to create the prerequisites for realizing a space-saving system with a size that is significantly reduced compared to the sensors known from the prior art. As an advantageous further development, a flow stop against liquid bonding material can also be integrated, including the intermediate layer.

Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Sensor umfasst ein MEMS-Element und ein mit dem MEMS-Element fest verbundenes ASIC-Element. Das MEMS-Element weist eine bewegliche Struktur, beispielsweise in Form einer oder mehrerer elastisch gelagerten seismischen Massen, oder eine elastisch verformbare Membran auf. Das ASIC-Element umfasst die Auswerteschaltung des Sensors, mit der sich insbesondere die von der beweglichen Struktur erzeugten Signale weiterverarbeiten lassen. Das MEMS-Element und das ASIC-Element liegen zu Beginn des Verfahrens als getrennte Bauelemente vor und werden nach dem Aufbringen der Zwischenschicht und des Bondmaterials zusammengefügt. Jedes der beiden Elemente weist dabei eine Haupterstreckungsebene und eine zur Haupterstreckungsebene senkrecht verlaufende Richtung auf. Insbesondere wird sowohl das MEMS- als auch das ASIC-Element jeweils durch mehrere strukturierte Schichten gebildet, die auf einem, parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Substrat angeordnet sind. Beim Zusammenfügen werden die beiden Elemente so orientiert, dass die Oberflächen der jeweils zuoberst liegende Schichten einander zugewandt sind und die beiden Substrate insbesondere nach außen weisen. Vorzugsweise wird die zuoberst liegende Schicht des ASIC-Elements zu Beginn des Verfahrens planarisiert. Die parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden lateralen Richtungen und die dazu vertikale Richtung werden im Folgenden der geometrischen Beschreibung der unterschiedlichen Strukturen zugrunde gelegt, wobei sich auf diese Weise sowohl die jeweilige räumliche Anordnung des MEMS-Elements und des ASIC-Elements vor dem Zusammenfügen, als auch die Anordnung der aus beiden Elementen gebildeten Sensor-Struktur charakterisieren lässt. Die vertikalen Ausdehnungen der verschiedenen Schichten werden als Dicken und die gegenseitige vertikale Lage der Schichten mit den Begriffen „oberhalb“ und „unterhalb“ bezeichnet. Die Verbindungsstruktur aus Zwischenschicht und Bondschicht ist beim fertigen Sensor zwischen einem Teilbereich der MEMS-Oberfläche und einem Teilbereich der ASIC-Oberfläche angeordnet, wobei die beiden Teilbereiche vertikal gegenüberliegend angeordnet sind, so dass die Projektionen der beiden Teilbereiche bei einer vertikalen Projektion auf die Haupterstreckungsebene zusammenfallen. Der Teilbereich, auf dem die Zwischenschicht aufgebracht wird, wird im Folgenden als erster Teilbereich bezeichnet, während der zugehörige Teilbereich des jeweils anderen Elements als zweiter Teilbereich bezeichnet wird.The sensor produced by the method according to the invention comprises a MEMS element and an ASIC element permanently connected to the MEMS element. The MEMS element has a movable structure, for example in the form of one or more elastically mounted seismic masses, or an elastically deformable membrane. The ASIC element includes the evaluation circuit of the sensor, with which the signals generated by the movable structure in particular can be further processed. At the beginning of the process, the MEMS element and the ASIC element are present as separate components and are joined together after the intermediate layer and the bonding material have been applied. Each of the two elements has a main plane of extension and a direction running perpendicular to the main plane of extension. In particular, both the MEMS and the ASIC element are each formed by a plurality of structured layers which are arranged on a substrate running parallel to the main plane of extent. When they are joined together, the two elements are oriented in such a way that the surfaces of the uppermost layers in each case face one another and the two substrates in particular point outwards. The uppermost layer of the ASIC element is preferably planarized at the beginning of the method. In the following, the geometric description of the different structures is based on the lateral directions running parallel to the main plane of extent and the direction vertical thereto, with reference to these Way both the respective spatial arrangement of the MEMS element and the ASIC element before assembly, as well as the arrangement of the sensor structure formed from the two elements can be characterized. The vertical extents of the various layers are referred to as thicknesses and the mutual vertical position of the layers by the terms "above" and "below". In the finished sensor, the connection structure consisting of the intermediate layer and the bonding layer is arranged between a partial area of the MEMS surface and a partial area of the ASIC surface, with the two partial areas being arranged vertically opposite one another, so that the projections of the two partial areas coincide in a vertical projection onto the main extension plane . The sub-area on which the intermediate layer is applied is referred to below as the first sub-area, while the associated sub-area of the respective other element is referred to as the second sub-area.

Das MEMS- und das ASIC-Element werden zunächst getrennt bearbeitet. In einem ersten Schritt wird die Zwischenschicht auf den ersten Teilbereich aufgebracht. Der erste Teilbereich ist vorzugsweise auf der MEMS-Oberfläche angeordnet und umgibt die bewegliche Struktur in lateraler Richtung in Form eines geschlossenen Rahmens. Die Zwischenschicht wird insbesondere, ebenso wie die übrigen Strukturen, durch Abscheiden von Material und anschließendem Strukturieren, z.B. mittels eines Ätzprozesses, gebildet. Die Zwischenschicht kann beispielsweise aus einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, oder einem dielektrischen Material, wie beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid bestehen. Denkbar ist auch eine Kombination aus einem Halbleitermaterial und einem Dielektrikum. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt vorzugsweise mindestens 1 µm um einen ausreichenden Abstand zwischen der ASIC-Oberfläche und der beweglichen Struktur zu gewährleisten. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt vorzugsweise maximal 50, 30 oder 20 µm, besonders bevorzugt maximal 10 µm, und legt zusammen mit der Dicke der Bondschicht die Höhe der Kaverne fest. Das Bondmaterial wird entweder auf der Zwischenschicht oder auf dem, auf der ASIC-Oberfläche angeordneten zweiten Teilbereich aufgebracht. Ebenso kann ein Teil des Bondmaterials auf der Zwischenschicht und ein weiterer Teil auf dem zweiten Teilbereich aufgebracht werden. Beim Zusammenfügen wird durch das zwischen der Zwischenschicht und der gegenüberliegenden Oberfläche angeordnete Bondmaterial eine feste Verbindung zwischen dem MEMS- und dem ASIC-Element hergestellt und insbesondere die zwischen den beiden Elementen gebildete Kaverne gasdicht verschlossen.The MEMS and ASIC elements are initially processed separately. In a first step, the intermediate layer is applied to the first partial area. The first partial area is preferably arranged on the MEMS surface and surrounds the movable structure in the lateral direction in the form of a closed frame. Like the other structures, the intermediate layer is formed in particular by depositing material and then structuring it, e.g. by means of an etching process. The intermediate layer can consist, for example, of a semiconductor material, in particular silicon, or a dielectric material, such as silicon dioxide or silicon nitride. A combination of a semiconductor material and a dielectric is also conceivable. The thickness of the intermediate layer is preferably at least 1 μm in order to ensure a sufficient distance between the ASIC surface and the movable structure. The thickness of the intermediate layer is preferably at most 50, 30 or 20 μm, particularly preferably at most 10 μm, and together with the thickness of the bonding layer determines the height of the cavern. The bonding material is applied either to the intermediate layer or to the second partial area arranged on the ASIC surface. Likewise, part of the bonding material can be applied to the intermediate layer and another part to the second partial area. During assembly, a firm connection between the MEMS and the ASIC element is produced by the bonding material arranged between the intermediate layer and the opposite surface, and in particular the cavern formed between the two elements is sealed in a gas-tight manner.

Neben der beschriebenen Anordnung der Zwischenschicht auf dem MEMS-Element kann die Zwischenschicht alternativ auch auf der ASIC-Oberfläche gebildet werden. Die Verfahrensschritte übertragen sich analog, wobei die MEMS-Oberfläche und die ASIC-Oberfläche jeweils die Rollen vertauschen, so dass also insbesondere der erste Teilbereich mit der Zwischenschicht auf der ASIC-Oberfläche und der zweite Teilbereich auf der MEMS-Oberfläche angeordnet sind. Derartige komplementäre Gestaltungsmöglichkeiten ergeben sich auch entsprechend für die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.In addition to the described arrangement of the intermediate layer on the MEMS element, the intermediate layer can alternatively also be formed on the ASIC surface. The method steps are transferred analogously, with the MEMS surface and the ASIC surface each swapping roles, so that in particular the first subarea with the intermediate layer is arranged on the ASIC surface and the second subarea on the MEMS surface. Such complementary design options also result correspondingly for the embodiments of the method according to the invention described below.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch Aufbringen von erstem Bondmaterial auf der Zwischenschicht eine erste Bondschicht gebildet wird und durch Aufbringen von zweitem Bondmaterial auf dem zweiten Teilbereich eine zweite Bondschicht gebildet wird, wobei die erste und zweite Bondschicht beim Zusammenfügen des MEMS-Elements und des ASIC-Elements miteinander reagieren und die feste Verbindung, vorzugsweise eine eutektische Verbindung, besonders bevorzugt eine eutektische Aluminium-Germanium-Verbindung, bilden. Die erste Bondschicht besteht dabei aus einem der beiden Verbindungspartner des Eutektikums während die zweite Bondschicht aus dem zweiten Verbindungspartner besteht. Vorzugsweise besteht die MEMSseitige Bondschicht aus Germanium, während die ASIC-seitige Bondschicht aus Aluminium gebildet wird. Alternativ sind auch eutektische Verbindungen mit den Verbindungspartnern Gold-Germanium, Gold-Silizium, Gold-Zinn oder Kupfer-Zinn denkbar. Zur Bildung der eutektischen Verbindung werden die beiden Bondschichten insbesondere erhitzt, so dass eine flüssige Schmelze entsteht, die beim Abkühlen die feste eutektische Legierung bildet.According to a preferred embodiment, it is provided that a first bonding layer is formed by applying first bonding material to the intermediate layer and a second bonding layer is formed by applying second bonding material to the second partial area, the first and second bonding layers being formed when the MEMS element and of the ASIC element react with one another and form the fixed connection, preferably a eutectic connection, particularly preferably a eutectic aluminum-germanium connection. The first bonding layer consists of one of the two connection partners of the eutectic, while the second bonding layer consists of the second connection partner. The MEMS-side bonding layer preferably consists of germanium, while the ASIC-side bonding layer is formed of aluminum. Alternatively, eutectic connections with the connection partners gold-germanium, gold-silicon, gold-tin or copper-tin are also conceivable. In order to form the eutectic connection, the two bonding layers are in particular heated, so that a liquid melt is produced, which forms the solid eutectic alloy when it cools down.

Vorzugsweise wird zwischen dem MEMS-Element und dem ASIC-Element zusätzlich zur Verbindungsstruktur eine Kontaktstruktur gebildet, die lateral zur Verbindungsstruktur beabstandet ist und einen leitfähigen Teilbereich des MEMS-Elements mit einem leitfähigen Teilbereich des ASIC-Elements verbindet, wobei die Kontaktstruktur insbesondere die gleiche Schichtfolge aufweist wie die Verbindungsstruktur. Insbesondere wird eine erste Schicht der Kontaktstruktur aus dem Material gebildet, dass zur Bildung der Zwischenschicht auf die MEMS- oder ASIC-Oberfläche aufgebracht wurde. Das Material wird dabei so strukturiert, dass im ersten Teilbereich die Zwischenschicht gebildet wird und in einem vom ersten Teilbereich lateral beabstandeten Teilbereich die erste Schicht der Kontaktstruktur gebildet wird. Das Bondmaterial kann anschließend analog zur Bildung der Verbindungsstruktur auf der ersten Schicht oder auf der gegenüberliegenden Oberfläche aufgebracht werden. Beim Zusammenfügen wird auf diese Weise nicht nur die Verbindungsstruktur, sondern gleichzeitig auch die Kontaktstruktur gebildet. Analog lassen sich auf diese Weise auch mehrere Kontaktstrukturen herstellen. Auf diese Weise lässt sich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen MEMS-Element und Auswerteschaltung realisieren, über die beispielsweise die Elektroden des MEMS-Elements kontaktiert und die durch die Auslenkung der beweglichen Struktur erzeugten Signale ausgelesen werden können.Preferably, a contact structure is formed between the MEMS element and the ASIC element in addition to the connection structure, which is laterally spaced from the connection structure and connects a conductive portion of the MEMS element to a conductive portion of the ASIC element, the contact structure in particular having the same layer sequence has like the connection structure. In particular, a first layer of the contact structure is formed from the material that was applied to the MEMS or ASIC surface to form the intermediate layer. The material is structured in such a way that the intermediate layer is formed in the first sub-area and in a sub-area that is laterally spaced apart from the first sub-area the first layer of the contact structure is formed. The bonding material can then be applied analogously to the formation of the connection structure on the first layer or on the opposite surface. In this way, not only the connection structure but also the contact structure is formed during assembly. Analogously, several contact structures can also be produced in this way. In this way, an electrically conductive connection can be implemented between the MEMS element and the evaluation circuit, via which, for example, the electrodes of the MEMS element can be contacted and the signals generated by the deflection of the movable structure can be read out.

Beim Verflüssigen des Eutektikums oder anderer Bondmaterialien ergibt sich die Gefahr, dass die Flüssigkeit in den MEMS-Bereich eindringt, der die bewegliche Struktur enthält, so dass diese beim Erstarren der Flüssigkeit beeinträchtigt wird. Um diesen Prozess zu unterbinden, sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zusätzliche Verfließstopp-Struktur vor.When the eutectic or other bonding materials liquify, there is a risk that the liquid will enter the MEMS region that contains the moveable structure, thereby degrading it as the liquid solidifies. In order to prevent this process, a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention provides an additional flow stop structure.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Verfließstopp-Struktur auf der Oberfläche des MEMS-Elements und/oder auf der Oberfläche des ASIC-Elements gebildet, wobei die Verfließstopp-Struktur die bewegliche Struktur nach dem Zusammenfügen bezüglich der Haupterstreckungsebene lateral umgibt und derart zwischen der beweglichen Struktur und der Zwischenschicht angeordnet ist, dass ein Verfließen des Bondmaterials in einen Bereich der beweglichen Struktur verhindert wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine weitere Verfließstopp-Struktur auf der Oberfläche des MEMS-Elements und/oder auf der Oberfläche des ASIC-Elements gebildet werden, wobei die weitere Verfließstopp-Struktur die Zwischenschicht nach dem Zusammenfügen bezüglich der Haupterstreckungsebene lateral umgibt und derart angeordnet ist, dass ein Verfließen des Bondmaterials in einen Bereich außerhalb der weiteren Verfließstopp-Struktur verhindert wird.According to one embodiment of the method according to the invention, a flow stop structure is formed on the surface of the MEMS element and/or on the surface of the ASIC element, the flow stop structure surrounding the movable structure laterally after assembly with respect to the main extension plane and in such a way between the Movable structure and the intermediate layer is arranged so that the bonding material is prevented from flowing into a region of the movable structure. Alternatively or additionally, a further flow stop structure can also be formed on the surface of the MEMS element and/or on the surface of the ASIC element, the further flow stop structure surrounding the intermediate layer laterally after assembly with respect to the main extension plane and being arranged in this way that the bonding material is prevented from flowing into an area outside the further flow stop structure.

Die Verfließstopp-Struktur wird vorzugsweise aus dielektrischem Material wie beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid gebildet, kann jedoch auch aus einem Halbleiter-Material wie beispielsweise Silizium oder Germanium gebildet werden.The flow stop structure is preferably formed from a dielectric material such as silicon dioxide or silicon nitride, but may also be formed from a semiconductor material such as silicon or germanium.

Vorzugsweise ist eine vertikale Höhe der Verfließstopp-Struktur kleiner als eine Summe der vertikalen Dicken der Zwischenschicht und der ersten und zweiten Bondschicht. Insbesondere kann das Zusammenfügen derart erfolgen, dass zwischen der Verfließstopp-Struktur und der gegenüberliegenden Oberfläche ein schmaler vertikaler Spalt bestehen bleibt, der so gewählt ist, dass das flüssige Bondmaterial nicht zur beweglichen Struktur vordringen kann. Alternativ kann der Abstand zwischen dem MEMS- und dem ASIC-Element so eingerichtet werden, dass die Verfließstopp-Struktur durch eine leichte Verquetschung des Bondmaterials in mechanischen Kontakt mit der gegenüberliegenden Oberfläche gebracht wird.A vertical height of the flow stop structure is preferably smaller than a sum of the vertical thicknesses of the intermediate layer and the first and second bonding layers. In particular, the assembly can take place in such a way that a narrow vertical gap remains between the flow stop structure and the opposite surface, which gap is selected in such a way that the liquid bonding material cannot penetrate to the movable structure. Alternatively, the spacing between the MEMS and ASIC elements can be arranged such that a slight pinching of the bonding material brings the flow stop structure into mechanical contact with the opposite surface.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verfließstopp-Struktur aus zwei Teilschichten gebildet, wobei eine Teilschicht auf der Oberfläche des MEMS-Elements und die andere Teilschicht auf der Oberfläche des ASIC-Elements gebildet wird. Die auf der MEMS-Oberfläche angeordnete Teilschicht und die auf der ASIC-Oberfläche angeordnete Teilschicht sind dabei so positioniert, dass die Teilschichten beim Zusammenfügen entweder in einen mechanischen Kontakt gebracht werden oder dass ein schmaler Spalt zwischen beiden bestehen bleibt, der so gewählt ist, dass das flüssige Bondmaterial nicht zur beweglichen Struktur vordringen kann.According to a preferred embodiment, the flow stop structure is formed from two sub-layers, one sub-layer being formed on the surface of the MEMS element and the other sub-layer being formed on the surface of the ASIC element. The sub-layer arranged on the MEMS surface and the sub-layer arranged on the ASIC surface are positioned in such a way that the sub-layers are either brought into mechanical contact when they are joined together or that a narrow gap remains between the two, which is selected in such a way that the liquid bonding material cannot penetrate to the moving structure.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verfließstopp-Struktur teilweise auf der ersten Bondschicht gebildet. Die Zwischenschicht und die Verfließstopp-Struktur werden damit insbesondere auf derselben Oberfläche gebildet. Die Verfließstopp-Struktur wird teilweise auf der ersten Bondschicht und teilweise auf einem, an den ersten Teilbereich angrenzenden Bereich der Oberfläche gebildet. Insbesondere kann die Verfließstopp-Struktur so gebildet werden, dass sie die gesamte, der beweglichen Struktur zugewandte, vertikal verlaufende Fläche der Zwischenschicht überdeckt und zusätzlich einen, der beweglichen Struktur zugewandten Kantenbereich der ersten Bondschicht überdeckt.According to a preferred embodiment, the flow stop structure is partially formed on the first bonding layer. In particular, the intermediate layer and the flow-stop structure are thus formed on the same surface. The flow stop structure is formed partially on the first bonding layer and partially on a portion of the surface adjacent to the first portion. In particular, the flow stop structure can be formed in such a way that it covers the entire, vertically running surface of the intermediate layer that faces the movable structure and additionally covers an edge region of the first bonding layer that faces the movable structure.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verfließstopp-Struktur teilweise auf der zweiten Bondschicht gebildet. Die Verfließstopp-Struktur wird dabei teilweise auf der zweiten Bondschicht und teilweise auf einem, an den zweiten Teilbereich angrenzenden Bereich der Oberfläche gebildet. Insbesondere kann die Verfließstopp-Struktur so gebildet werden, dass sie einen, der beweglichen Struktur zugewandten Kantenbereich der zweiten Bondschicht überdeckt.According to a preferred embodiment, the flow stop structure is partially formed on the second bonding layer. In this case, the flow stop structure is formed partially on the second bonding layer and partially on a region of the surface adjoining the second partial region. In particular, the flow stop structure can be formed in such a way that it covers an edge region of the second bonding layer that faces the movable structure.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein mikroelektromechanischer Sensor aus einem MEMS-Element und einem ASIC-Element, der durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Für den erfindungsgemäßen Sensor ergeben sich die die gleichen Vorteile und Gestaltungsmöglichkeiten, die in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Drucksensor oder einen Inertialsensor, insbesondere einen Beschleunigungs- oder Drehratensensor handeln.A further subject matter of the invention is a microelectromechanical sensor made from a MEMS element and an ASIC element, which is produced by an embodiment of the method according to the invention. The sensor according to the invention has the same advantages and design options as were described in relation to the method according to the invention. The sensor can be, for example act a pressure sensor or an inertial sensor, in particular an acceleration or yaw rate sensor.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Figurenlistecharacter list

1 shows a typical structure of a sensor from the prior art.
2 shows a sensor known from the prior art with a reduced space requirement.
3 shows an embodiment of the sensor according to the invention.
4 until 7 illustrate embodiments of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Prinzipdarstellung des Querschnitts eines verpackten MEMS-Sensors 1 aus dem Stand der Technik. Der Sensor 1 besteht aus einer ASIC-Auswerteschaltung 3 und der MEMS-Anordnung 14, die von dem eigentlichen MEMS-Element 2 mit der beweglichen Struktur 4 und einer Kappe 13 gebildet wird. Die Kappe 13 ist durch eine Bondschicht 6 fest mit dem MEMS-Element 2 verbunden und weist oberhalb der beweglichen Struktur eine Ausnehmung 7 auf, die die Kaverne bildet, in der die empfindliche Struktur 4 vor äußeren Einflüssen geschützt ist und über die sich eine definierte Gasatmosphäre schaffen lässt. Auf der Kappe 13 ist das ASIC-Element 3 angeordnet und mit der Struktur 14 über eine Verbindungsschicht 19, beispielsweise aus einem Klebstoff, verbunden. Für die elektrische Kontaktierung zwischen dem MEMS-Element 2 und dem ASIC-Element 3 dienen Bonddrähte 17. Die Gesamtanordnung ist in eine Verpackung 18, beispielsweise eine Mold-Verpackung eingebettet und auf einer Leiterplatte 15 angeordnet, die wiederum mittels der Lötbälle 16 auf einen Untergrund aufgelötet werden kann. Durch die Bonddrähte 17 und die Verpackung 18 ergibt sich ein entsprechend großer Platzbedarf, der durch die in 2 dargestellte Gestaltung reduziert werden kann. 1 shows a schematic representation of the cross section of a packaged MEMS sensor 1 from the prior art. The sensor 1 consists of an ASIC evaluation circuit 3 and the MEMS arrangement 14, which is formed by the actual MEMS element 2 with the movable structure 4 and a cap 13. The cap 13 is firmly connected to the MEMS element 2 by a bonding layer 6 and has a recess 7 above the movable structure, which forms the cavern in which the sensitive structure 4 is protected from external influences and over which a defined gas atmosphere spreads can create. The ASIC element 3 is arranged on the cap 13 and is connected to the structure 14 via a connecting layer 19, for example made of an adhesive. Bonding wires 17 are used for the electrical contacting between the MEMS element 2 and the ASIC element 3. The overall arrangement is embedded in a package 18, for example a mold package, and arranged on a circuit board 15, which in turn is attached to a substrate by means of the solder balls 16 can be soldered. The bonding wires 17 and the packaging 18 require a correspondingly large amount of space, which is 2 shown design can be reduced.

2 zeigt eine Prinzipdarstellung des Querschnitts einer direkten Verbindung von MEMS-Element 2 und ASIC 3. Die Lötbälle 16 zur mechanischen und elektrischen Verbindung können dabei auf der MEMS-Seite (2a) oder ASIC-Seite (2b) angeordnet sein. Die dargestellte technische Lösung zur Reduktion des Bauvolumens des Gesamtsystems beruht auf einer direkten Verbindung des MEMS-Elements 2 und der Auswerteschaltung 3 mittels eines Bondverfahrens, bei der die Bondschicht 6 einen geschlossenen Rahmen um die bewegliche Struktur 4 bildet (auf der rechten Seite durch die laterale Ausdehnung 24 des Bondrahmens angedeutet). Dabei werden die elektrischen Verbindungen 25 zwischen dem MEMS-Element 2 und dem ASIC-Element 3 ebenfalls während des Bondvorgangs hergestellt. Bonddrähte 17 bei dieser Gestaltung ebenso überflüssig wie eine weitere Verpackung 18 (vgl. 1). Derartige „Bare Dies“ („Nacktchips“) können ohne Gehäuse verwendet werden und mit Hilfe der Lötbälle 16 beispielsweise direkt auf einer Leiterplatte aufgebracht werden. 2 shows a schematic representation of the cross section of a direct connection of MEMS element 2 and ASIC 3. The solder balls 16 for the mechanical and electrical connection can be on the MEMS side ( 2a) or ASIC side ( 2 B) be arranged. The technical solution presented for reducing the construction volume of the overall system is based on a direct connection of the MEMS element 2 and the evaluation circuit 3 by means of a bonding process in which the bonding layer 6 forms a closed frame around the movable structure 4 (on the right side by the lateral Extension 24 of the bond frame indicated). The electrical connections 25 between the MEMS element 2 and the ASIC element 3 are also produced during the bonding process. Bonding wires 17 are superfluous in this design, as is additional packaging 18 (cf. 1 ). Such “bare dies” (“naked chips”) can be used without a housing and can be applied directly to a printed circuit board, for example, with the aid of the solder balls 16 .

Wie aus 2 ersichtlich ist, besteht ein wesentlicher Nachteil der direkten Verbindung zwischen MEMS-Element 2 und ASIC 3 in der Elimination der Kaverne 7. Das MEMS-Messelement 4 muss beweglich sein, d.h. ein vertikaler Abstand zwischen dem Messelement 4 und der ASIC-Auswerteschaltung 3 ist für eine störungsfreie Funktion des Sensors unerlässlich. Um dies zu erreichen, wird die in 3 abgebildete Zwischenschicht 5 zwischen dem MEMS- und dem ASIC-Element 2, 3 eingeführt. Diese Zwischenschicht 5 wird vorzugsweise auf dem MEMS-Element 2 unterhalb der Bondschicht 6 eingebracht (3a). Alternativ kann die Zwischenschicht 5 auch auf dem ASIC 3 unterhalb der Bondschicht 6 aufgebracht werden (3b). Der Teilbereich 11 der Oberfläche, auf dem die Zwischenschicht 5 gebildet wird im Text als erster Teilbereich 11 bezeichnet und der diesem Teilbereich 11 gegenüberliegende Bereich 12 der anderen Oberfläche wird entsprechend als zweiter Teilbereich 12 bezeichnet. Durch die Verbindungsstruktur aus der Zwischenschicht 5 und der Bondschicht 6 wird oberhalb der beweglichen Struktur 4 die Kaverne 7 gebildet, die den für den störungsfreien Betrieb des Sensors notwendigen Bewegungsspielraum für die bewegliche Struktur 2 zur Verfügung stellt. Die Zwischenschicht 5 kann aus Halbleitermaterial, z.B. Silizium, aus dielektrischen Schichten, z.B. Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, oder einer Kombination aus Halbleitermaterial und dielektrischem Material sein. Die bevorzugte Dicke der Zwischenschicht 5 liegt zwischen 1µm und 10 µm.How out 2 can be seen, there is a major disadvantage of the direct connection between MEMS element 2 and ASIC 3 in the elimination of the cavern 7. The MEMS measuring element 4 must be movable, ie a vertical distance between the measuring element 4 and the ASIC evaluation circuit 3 is for a trouble-free function of the sensor is essential. To achieve this, the in 3 imaged intermediate layer 5 between the MEMS and the ASIC element 2, 3 introduced. This intermediate layer 5 is preferably introduced on the MEMS element 2 below the bonding layer 6 ( 3a) . Alternatively, the intermediate layer 5 can also be applied to the ASIC 3 below the bonding layer 6 ( 3b) . The partial area 11 of the surface on which the intermediate layer 5 is formed is referred to in the text as the first partial area 11 and the area 12 of the other surface opposite this partial area 11 is correspondingly referred to as the second partial area 12 . The connection structure of the intermediate layer 5 and the bonding layer 6 forms the cavern 7 above the movable structure 4, which provides the necessary freedom of movement for the movable structure 2 for trouble-free operation of the sensor. The intermediate layer 5 can be made of semiconductor material, eg silicon, dielectric layers, eg silicon dioxide or silicon nitride, or a combination of semiconductor material and dielectric material. The preferred thickness of the intermediate layer 5 is between 1 μm and 10 μm.

Für die praktische Nutzung ist es vorteilhaft die Zwischenschicht 5 in Kombination mit der Bondverbindung 6 geometrisch zu optimieren. In 4 ist dazu eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet. Dargestellt ist ein Ausschnitt des Bondrahmens mit einer Verfließstopp-Schicht 5 auf ASIC-Seite. Dabei zeigt 4a das MEMS-Element 2 und das ASIC-Element 3 vor dem Bonden und 4b während des Bondprozesses. Die in den Figuren nicht mit abgebildete bewegliche Struktur 4 des MEMS-Elements 2 befindet sich jeweils auf der rechten Seite. Die Darstellungen der Ausführungsformen in den 5 bis 7 erfolgen in analoger Weise.For practical use, it is advantageous to optimize the geometry of the intermediate layer 5 in combination with the bond connection 6 . In 4 an advantageous embodiment of the method according to the invention is shown for this purpose. A section of the bonding frame with a flow stop layer 5 on the ASIC side is shown. while showing 4a the MEMS element 2 and the ASIC element 3 before bonding and 4b during the bonding process. Movable structure 4 of MEMS element 2, which is not shown in the figures, is located on the right side in each case. The representations of the embodiments in the 5 until 7 take place in an analogous manner.

Die Bondschicht 6, die beim Zusammenfügen die feste Verbindung zwischen MEMS- und ASIC-Element 2, 3 herstellt, wird hier aus zwei zunächst getrennten Schichten 61, 62 gebildet. Zunächst wird auf der Oberfläche 22 des MEMS-Elements 2 in einem ersten Teilbereich 11 die Zwischenschicht 5 gebildet. Insbesondere wird dazu zunächst auf der gesamten Oberfläche 22 eine Schicht gebildet und dann außerhalb des gewünschten Bereichs 11 so entfernt, dass die Zwischenschicht 5 einen lateralen Rahmen um die bewegliche Struktur 4 bildet. Auf der Zwischenschicht wird eine erste Bondschicht 61, vorzugsweise aus Germanium aufgebracht. Auf der Oberfläche 23 des ASIC-Elements 3 wird in einem zweiten Teilbereich 12, der beim fertigen Sensor 1 dem ersten Teilbereich 11 gegenüberliegt, eine Bondschicht 62 gebildet, wobei hier als Bondmaterial vorzugsweise Aluminium verwendet wird. Während des Bondvorgangs findet eine Reaktion dieser beiden Schichten 61, 62 statt, so dass durch die Zwischenschicht 5 und die aus Aluminium und Germanium gebildete Eutektikum Bondschicht eine mechanische und auch elektrische Verbindung hergestellt wird. Alternativ können die Schichten 5, 61, 62 und die Struktur 8 auch auf der jeweils anderen Oberfläche 22, 23 gebildet werden, so dass die Zwischenschicht 5 mit der darauf angeordneten ersten Bondschicht 61 auf der Oberfläche 23 des ASIC-Elements 3 abgeschieden wird. Entsprechende komplementäre Gestaltungen ergeben sich analog für die in den 5 bis 7 dargestellten Verfahren.The bonding layer 6, which produces the firm connection between the MEMS and ASIC elements 2, 3 when they are joined together, is formed here from two layers 61, 62, which are initially separate. First, the intermediate layer 5 is formed on the surface 22 of the MEMS element 2 in a first partial area 11 . In particular, a layer is first formed on the entire surface 22 and then removed outside of the desired region 11 in such a way that the intermediate layer 5 forms a lateral frame around the movable structure 4 . A first bonding layer 61, preferably made of germanium, is applied to the intermediate layer. A bonding layer 62 is formed on the surface 23 of the ASIC element 3 in a second partial area 12, which is opposite the first partial area 11 in the finished sensor 1, aluminum preferably being used here as the bonding material. During the bonding process, these two layers 61, 62 react, so that a mechanical and electrical connection is established through the intermediate layer 5 and the eutectic bonding layer formed from aluminum and germanium. Alternatively, the layers 5, 61, 62 and the structure 8 can also be formed on the respective other surface 22, 23, so that the intermediate layer 5 with the first bonding layer 61 arranged thereon is deposited on the surface 23 of the ASIC element 3. Corresponding complementary configurations arise analogously for those in the 5 until 7 illustrated procedure.

Bei einem typischen eutektischen Bondverfahren zwischen Aluminium und Germanium entsteht während des Bondprozesses eine flüssige Phase. Das flüssige Eutektikum darf nicht in den Bereich der beweglichen Sensorstruktur 4 gelangen, da diese Struktur 4 sonst nach dem Erstarren des Eutektikums nicht mehr beweglich wäre und damit die Funktion des Sensors 1 nicht mehr gewährleistet ist. Durch eine geometrische Optimierung der Zwischenschicht 5 kann ein Verfließen des Eutektikums unterbunden werden. Zu diesem Zweck wird auf der Oberfläche 23 des ASIC-Elements 3 zusätzlich eine Verfließstopp-Schicht 8 abgeschieden und strukturiert, die dünner ist als die Summe der Dicken der Zwischenschicht 5 und der Bondschichten 61, 62. Durch die damit erzeugte Topographie der Verfließstopp-Schicht 8 wird eine Dichtung zwischen der Verfließstopp-Struktur 8 und der MEMS-Oberfläche 22 erzeugt, da die Verfließstopp-Schicht 8 auf dem ASIC 3 die MEMS-Oberfläche 22 berührt oder in diesem Bereich 83 nur einen sehr kleinen Spalt offen lässt. Durch diese Dichtung wird während des Bond-Prozesses ein Verfließen des flüssigen Eutektikums unterbunden und ein Eindringen in den Sensorkern verhindert. Die Verfließstopp-Schicht 8 kann alternativ auch auf der Oberfläche 22 des MEMS-Elements 2 gebildet werden. Analog ergeben sich für die in den 5 bis 7 dargestellten Verfahren jeweils komplementäre Gestaltungsmöglichkeiten, bei denen die MEMS-Oberfläche 22 und die ASIC-Oberfläche 23 ihre Rollen tauschen.In a typical eutectic bonding process between aluminum and germanium, a liquid phase is created during the bonding process. The liquid eutectic must not get into the area of the movable sensor structure 4, since otherwise this structure 4 would no longer be movable after the eutectic had solidified and the function of the sensor 1 is therefore no longer guaranteed. Flowing of the eutectic can be prevented by optimizing the geometry of the intermediate layer 5 . For this purpose, a flow stop layer 8 is additionally deposited and structured on the surface 23 of the ASIC element 3, which is thinner than the sum of the thicknesses of the intermediate layer 5 and the bond layers 61, 62. By the resulting topography of the flow stop layer 8 a seal is created between the flow stop structure 8 and the MEMS surface 22 since the flow stop layer 8 on the ASIC 3 touches the MEMS surface 22 or leaves only a very small gap open in this area 83 . This seal prevents the liquid eutectic from flowing out during the bonding process and prevents it from penetrating into the sensor core. Alternatively, the flow stop layer 8 can also be formed on the surface 22 of the MEMS element 2 . Analog result for in the 5 until 7 The methods shown each have complementary design options in which the MEMS surface 22 and the ASIC surface 23 swap roles.

In den 5 bis 7 sind Verfließstopp-Strukturen 8 dargestellt, die teilweise auf einer Bondschicht 61, 62 abgeschieden werden. In diesem Fall ist die Dicke der Verfließstopp-Struktur 8 entsprechend kleiner zu wählen ist als die Summe der Dicken der Zwischenschicht 5 und der gegenüberliegenden Bondschicht 62. Es kann eine beliebige Kombination zwischen der Abscheidung der Zwischenschicht 5 und der Verfließstopp-Struktur 8 verwendet werden, beispielsweise mit der Zwischenschicht 5 auf MEMS-Seite und der Verfließstopp-Struktur 8 auf ASIC-Seite oder der Zwischenschicht 5 und der Verfließstopp-Struktur 8 auf MEMS-Seite. Die Anordnungen aus den 5 bis 7 erlauben die Realisierung besonders dünner Verfließstopp-Strukturen 8, wodurch diese im Gegensatz zum Stand der Technik auch sehr gut bei dicken Bondverbindungen in technisch einfacher Weise umgesetzt werden können. Weiter kann diese Art der Anordnung geometrisch besonders kompakt gestaltet werden, da kein Abstand zwischen dem Bondmaterial und der Verfließstopp-Struktur 8 benötigt wird.In the 5 until 7 Flow stop structures 8 are shown, which are partially deposited on a bonding layer 61, 62. In this case, the thickness of the flow stop structure 8 should be selected to be correspondingly smaller than the sum of the thicknesses of the intermediate layer 5 and the opposite bonding layer 62. Any combination between the deposition of the intermediate layer 5 and the flow stop structure 8 can be used, for example with the intermediate layer 5 on the MEMS side and the flow stop structure 8 on the ASIC side or the intermediate layer 5 and the flow stop structure 8 on the MEMS side. The arrangements from 5 until 7 allow the realization of particularly thin flow stop structures 8, as a result of which, in contrast to the prior art, these can also be implemented very well in the case of thick bond connections in a technically simple manner. Furthermore, this type of arrangement can be designed to be particularly compact in terms of geometry, since no distance is required between the bonding material and the flow stop structure 8 .

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Bondrahmens mit Zwischenschicht 5 und Verfließstopp-Struktur auf MEMS-Seite. Die Verfließstopp-Struktur 8 wird teilweise auf der ersten Bondschicht 61 und teilweise auf einem, an den ersten Teilbereich 11 angrenzenden Bereich der Oberfläche 22 gebildet. Die Verfließstopp-Struktur 8 dabei so gestaltet, dass sie die gesamte, der beweglichen Struktur 4 zugewandte, vertikal verlaufende Fläche der Zwischenschicht 5 überdeckt und zusätzlich einen, der beweglichen Struktur 4 zugewandten Kantenbereich der ersten Bondschicht 61 überdeckt. 5 shows a schematic representation of a section of the bonding frame with intermediate layer 5 and flow stop structure on the MEMS side. The flow stop structure 8 is partially formed on the first bonding layer 61 and partially on a region of the surface 22 adjoining the first partial region 11 . The flow stop structure 8 is designed in such a way that it covers the entire vertically running surface of the intermediate layer 5 facing the movable structure 4 and additionally covers an edge region of the first bonding layer 61 facing the movable structure 4 .

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Bondrahmens mit der Zwischenschicht 5 auf MEMS-Seite und der Verfließstopp-Struktur 8 auf ASIC-Seite. Die Verfließstopp-Struktur 8 wird dabei teilweise auf der zweiten Bondschicht 62 und teilweise auf einem, an den zweiten Teilbereich 12 angrenzenden Bereich der Oberfläche 23 gebildet. Die Verfließstopp-Struktur 8 ist so gestaltet, dass sie einen, der beweglichen Struktur 4 zugewandten Kantenbereich der zweiten Bondschicht 62 überdeckt. 6 shows a schematic representation of a section of the bonding frame with the intermediate layer 5 on the MEMS side and the flow stop structure 8 on the ASIC side. The flow stop structure 8 is partially formed on the second bonding layer 62 and partially on a region of the surface 23 adjoining the second partial region 12 . Flow stop structure 8 is designed in such a way that it covers an edge region of second bonding layer 62 facing movable structure 4 .

7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Bondrahmens mit der Zwischenschicht 5 und der Verfließstopp-Struktur 8 auf ASIC-Seite. Die Verfließstopp-Struktur ist dabei teilweise auf der Bondschicht 61 auf ASIC-Seite abgeschieden und überdeckt die der beweglichen Struktur 4 zugewandte, vertikal verlaufende Fläche der Zwischenschicht 5 und zusätzlich einen, der beweglichen Struktur 4 zugewandten Kantenbereich der Bondschicht 61. 7 shows a schematic representation of a section of the bonding frame with the intermediate layer 5 and the flow stop structure 8 on the ASIC side. The flow stop structure is partially deposited on the bonding layer 61 on the ASIC side and covers the movable structure 4 facing, vertically extending surface of the Intermediate layer 5 and, in addition, an edge area of the bonding layer 61 facing the movable structure 4.

Die Anordnungen aus den 5 und 7 sind besonders günstig für dicke Zwischenschichten 5. Die Dicke der Verfließstopp-Struktur 8 skaliert in dieser Anordnung nicht mit der Dicke der Zwischenschicht 5, technisch wird daher die Umsetzung einer dicken Zwischenschicht 5 besonders einfach. Bei den bekannten Strukturen ohne Zwischenschicht 5 wäre es dagegen nötig, eine technisch schwierig darzustellende, dicke Bondverbindung zu nutzen um einen großen Abstand zu erreichen. In so einem Fall muss zudem gleichzeitig auch die Dicke der Verfließstopp-Struktur angepasst werden. Anders ausgedrückt ist es nur mit den dargestellten Ausgestaltungen möglich, bei großen Abständen zwischen MEMS- und ASIC-Element dünne Verfließstopp-Strukturen zu nutzen.The arrangements from 5 and 7 are particularly favorable for thick intermediate layers 5. In this arrangement, the thickness of the flow stop structure 8 does not scale with the thickness of the intermediate layer 5, so technically the implementation of a thick intermediate layer 5 is particularly simple. In the case of the known structures without an intermediate layer 5, on the other hand, it would be necessary to use a thick bonding connection, which is technically difficult to produce, in order to achieve a large distance. In such a case, the thickness of the flow stop structure must also be adjusted at the same time. In other words, it is only possible with the configurations shown to use thin flow stop structures given large distances between the MEMS and ASIC elements.

Die in 3 dargestellte elektrische Verbindung 21, die durch einen Bondvorgang hergestellt wird, kann ebenfalls eine Verfließstopp-Struktur 8 erhalten, um ausfließendes Eutektikum zu verhindern. Es können die gleichen Kombinationen aus Zwischenschicht 5 und Abscheidung der Verfließstopp-Struktur 8 verwendet werden wie beim Bondrahmen, z.B. mit der Zwischenschicht 5 auf MEMS-Seite und der Verfließstopp-Schicht 8 auf ASIC-Seite oder der Zwischenschicht 5 und der Verfließstopp-Struktur auf ASIC-Seite.In the 3 The electrical connection 21 shown, which is produced by a bonding process, can also have a flow stop structure 8 in order to prevent the eutectic from flowing out. The same combinations of intermediate layer 5 and deposition of the flow stop structure 8 can be used as in the bonding frame, eg with the intermediate layer 5 on the MEMS side and the flow stop layer 8 on the ASIC side or the intermediate layer 5 and the flow stop structure ASIC side.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US9919918B1 [0004]

Claims

Method for producing a microelectromechanical sensor (1) from a MEMS element (2) and an ASIC element (3), wherein the MEMS element (2) has a movable structure (4) and the ASIC element (3) has a Evaluation circuit, wherein the MEMS element (2) and the ASIC element (3) each have a main extension plane with a vertical direction running perpendicular to the main extension plane and are arranged next to one another in such a way that a surface (22) of a layer of the MEMS that is vertically on top -Elements (2) and a surface (23) of a vertically uppermost layer of the ASIC element (3) run parallel to one another and face one another, with a partial area (11, 12) of the surface (22) of the MEMS element (2 ) And a portion (11, 12) of the surface (23) of the ASIC element (3) are arranged opposite one another, characterized in that between the two portions (11, 12) a connection structure from a Zwi Intermediate layer (5) and a bonding layer (6) formed from bonding material is arranged and the method comprises the following steps: - applying the intermediate layer (5) to a first of the two partial areas (11) and structuring the intermediate layer (5); -- Application of bonding material on the intermediate layer (5) and/or on a second of the two partial areas (12), wherein the bonding material is different from a material of the intermediate layer (5); -- Assembling the MEMS element (2) and the ASIC element (3) in such a way that the bonding layer (6) formed from the bonding material forms a firm connection between the MEMS and the ASIC element (2, 3). , wherein the intermediate layer (5) laterally surrounds the movable structure (4) with respect to the main extension plane and a cavern (7) is formed by the intermediate layer (5) vertically above the movable structure (4).

procedure after claim 1 , characterized in that a first bonding layer (61) is formed by applying first bonding material to the intermediate layer (5) and a second bonding layer (62) is formed by applying second bonding material to the second partial area (12), the first and second bonding layer (61, 62) react with one another when the MEMS element (2) and the ASIC element (3) are joined together and form the fixed connection, preferably a eutectic connection, particularly preferably a eutectic aluminum-germanium connection.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that between the MEMS element (2) and the ASIC element (3) in addition to the connection structure, a contact structure (21) is formed, which is spaced laterally to the connection structure and a conductive portion of the MEMS element (2). a conductive portion of the ASIC element (3), the contact structure (21) in particular having the same layer sequence as the connection structure.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a flow stop structure (8) is formed on the surface (22) of the MEMS element (2) and/or on the surface (23) of the ASIC element (3), wherein the flow stop structure (8) surrounds the movable structure (4) laterally after assembly with respect to the main extension plane and is arranged between the movable structure (4) and the intermediate layer (5) in such a way that the bonding material flows into a region of the movable Structure (4) is prevented.

procedure after claim 4 , characterized in that the flow stop structure (8) is formed from dielectric material, preferably from silicon dioxide or silicon nitride.

procedure after claim 4 or 5 , characterized in that a vertical height of the flow stop structure (8) is smaller than a sum of the vertical thicknesses of the intermediate layer (5) and the first and second bonding layer (61, 62).

Procedure according to one of Claims 4 until 6 , characterized in that the flow stop structure (8) is formed from two partial layers, one partial layer on the surface (22) of the MEMS element (2) and the other partial layer on the surface (23) of the ASIC element (3 ) is formed.

Procedure according to one of Claims 4 until 7 , characterized in that the flow stop structure (8) is partially formed on the first bonding layer (61).

Procedure according to one of Claims 4 until 7 , characterized in that the flow stop structure (8) is partially formed on the second bonding layer (62).

Microelectromechanical sensor consisting of a MEMS element and an ASIC element, characterized in that the sensor is produced by a method according to one of the preceding claims.