JP2022514294A - Mems素子内の通路の封鎖方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はさらに、MEMS素子に関する。
本発明は任意のMEMS素子に全般的に適用可能ではあるが、柔軟なダイアフラムおよび規定の空洞内圧を有するMEMSマイクロフォンまたはMEMS圧力センサの形態でのMEMSセンサに関し、本発明を解説する。
- 第1のプロセスステップでは、基板内またはキャップ内で、第1の空洞をマイクロメカニカル部品の周囲とつなぐ通路開口部が形成され、
- 第2のプロセスステップでは、第1の空洞内の第1の圧力および/または第1の化学組成が調整され、
- 第3のプロセスステップでは、レーザを使ってエネルギーまたは熱を基板またはキャップの吸収性部分に導入することにより、通路開口部が封鎖され、その際、第3のプロセスステップの前に第1の空洞内に施されたゲッターが、レーザによって生成されたレーザ放射により、第3のプロセスステップ中に少なくとも部分的に活性化される。
- 機能領域を有する機能層を提供するステップと、
- 機能層の機能領域の外にある第1の通路を使って、機能層の機能領域の下に空洞を製造するステップと、
- 第1の通路を封鎖するステップと、
- 機能層の機能領域の外で、空洞への第2の通路を製造するステップと、
- 第2の通路の領域内の封鎖材料を溶融するステップと、
- 第2の通路を封鎖するために、溶融した封鎖材料を冷却するステップと
を含む、MEMS素子内の通路の封鎖方法を提供する。
- 均一な機械的特性
- 均一な層厚
さらなる1つの利点は高い柔軟性であり、というのも両方の通路は、任意の配置または形成において、機能領域の外に配置され得る。機能層の機能領域が、通路の1つによって完全にまたは部分的に制限される必要もない。言い換えれば、機能領域の形成および配置が通路の配置に左右されない。
有利な一変形形態によれば、第2の通路の領域内に配置された封鎖材料の溶融がレーザ光線を使って行われ、かつ/または溶融すべき封鎖材料がレーザ光線を使って第2の通路の領域内に移動させられる。その利点は、簡単かつ同時に非常に確実に、溶融を局所的に制限でき、それにより機能領域内の機能層への悪影響が回避され得ることである。溶融すべき封鎖材料が、レーザ光線を使って第2の通路の領域内に移動させられる場合、これにより、封鎖材料を最初は第2の通路の直接的な領域の外に配置して、その後、レーザ光線を使って第2の通路へと、第2の通路を封鎖するために移動させることもできる。したがって封鎖材料を第2の通路の領域内に直接的に、手間をかけて正確に配置する必要はない。
さらなる有利な一変形形態によれば、第2の通路が、第1の通路の封鎖後に、とりわけ、機能層を貫通エッチングするプラズマエッチングプロセスによって製造される。これにより第2の通路が、簡単に速く、柔軟なダイアフラムを損傷させることなく製造され得る。
上で挙げたおよび下でさらに解説する特徴を、それぞれ提示した組合せだけでなく、別の組合せでまたは単独でも、本発明の枠を逸脱することなく使用可能であることは自明である。
詳しくは図1では、機能層16を有するMEMS素子1が概略的な形態で示されている。機能層16は、測定ダイアフラムの形態で形成された機能領域2を有する。機能層16の下にはさらなる層12、13、15が重なり合って配置されており、したがってMEMS素子1は全体として層構造を有している。機能領域2の下に空洞4が配置されており、空洞4は層13、15を中断しており、かつ下へは層12によって閉じられている。この場合、層12は、基板上の層または基板自体と解釈でき、例えばシリコンウエハから成り得る。この空洞4は、この場合、ダイアフラム面の外、つまり機能領域2の外に配置されて周りを取り巻いているとりわけスリット状の溝5を介し、および一緒に空洞4用のエッチング通路として役立つ横向きに配置されたエッチング流路9を介して、開口部11とつながっている。つまりこの場合、開口部11を有する溝5はエッチング流路9と一緒に、空洞4への第1の通路を構成している。溝5の開口部11と、溝5と、エッチング流路9とを介し、例えば気相エッチング法を使って空洞4から犠牲材料が除去され得る。その代わりに湿式化学エッチング法によっても空洞4から犠牲材料が除去され得る。
図2では、実質的に図1によるMEMS素子1が示されている。図1によるMEMS素子1とは異なり図2によるMEMS素子1では、機能層16上の、鉛直通路7の開口部8の領域内で、追加的に封鎖材料10が配置されており、この封鎖材料10は、例えばレーザを使った溶融および続く冷却により、鉛直通路7の気密封鎖を可能にする。封鎖材料10を溝5の開口部11の領域内に施して、例えばレーザを使って溶融することも考えられる。こうして続く冷却により、溝5の気密封鎖も提供され得る。
図3では、実質的に図1によるMEMS素子1が示されている。図1によるMEMS素子1とは異なり図3によるMEMS素子1では、横流路6を備えた鉛直通路7が配置されているのではなく、鉛直通路7が、溝5の上に配置されている機能層16内に、空洞4の換気/排気のために付設される。その後、鉛直通路7の上部領域または通路孔8が相応に再び封鎖される。
図4の上および図4の下ではそれぞれ図1によるMEMS素子1が示されている。図1によるMEMS素子1とは異なり図4によるMEMS素子1では、鉛直通路7と空洞4をつなぐためのそれぞれの横流路6が、最下層12からの異なる高さで配置されており、詳しくは、空洞4のエッチング通路および/または換気/排気を達成し得るために、空洞4とつながっている溝5の部分領域およびエッチング流路9が利用されるように配置されている。言い換えれば、空洞4の製造および/または換気/排気は、エッチング流路9と、溝5と、溝5に結合した横流路6と、鉛直通路7およびその開口部8とを介して行われる。溝5自体は、機能層16の領域内で封鎖されている。
図5では、MEMS素子内の通路の封鎖方法のステップが示されている。この方法は以下のステップを含む。
さらにその後のステップS2では、機能層の機能領域の下の空洞の製造が、機能層の機能領域の外にある第1の通路を使って行われる。
さらにその後のステップS4では、機能層の機能領域の外で、空洞への第2の通路の製造が行われる。
さらにその後のステップS6では、第2の通路を封鎖するために、溶融した封鎖材料の冷却が行われる。
・ とりわけ10nm~500μmの間の範囲内、とりわけ約2μmの薄い層の簡単で確実な封鎖。
・ 安価な実装。
・ 通路の配置に関するより高い柔軟性。
・ 機能領域の領域内に通路がなく、したがってこの領域を妨げない。
・ 機能層の機能領域内に追加的なおよび/または別の材料がなく、したがって均一な熱膨張および均一な機械的特性。
・ 内圧調整が第1の封鎖プロセスに左右されない。
本発明を好ましい例示的実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、この例示的実施形態に限定されるのではなく、多種多様なやり方で改変可能である。よって例えば複数の第2の通路が製造され得る。これらの第2の通路は、同じまたは異なる方法を使って封鎖され得る。
Claims (15)
- - 機能領域(2)を有する機能層(16)を提供するステップ(S1)と、
- 前記機能層(16)の前記機能領域(2)の外にある第1の通路(5、9、11)を使って、前記機能層(16)の前記機能領域(2)の下に空洞(4)を製造するステップ(S2)と、
- 前記第1の通路(5、9、11)を封鎖するステップ(S3)と、
- 前記機能層(16)の前記機能領域(2)の外で、前記空洞(4)への第2の通路(6、7、8)を製造するステップと、
- 前記第2の通路(6、7、8)の領域内の封鎖材料(10、16)を溶融するステップ(S5)と、
- 前記第2の通路(6、7、8)を封鎖するために、前記溶融した封鎖材料(10、16)を冷却するステップ(S6)と
を含む、MEMS素子(1)内の通路(5、9、11;6、7、8)の封鎖方法。 - 前記第2の通路(6、7、8)の領域内に配置された前記封鎖材料(10、16)の前記溶融がレーザ光線を使って行われ、かつ/または前記溶融すべき封鎖材料(10、16)がレーザ光線を使って前記第2の通路(6、7、8)の領域内に移動させられる、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の通路(6、7、8)の領域内の封鎖材料(10、16)として、的確に追加的な封鎖材料(10)が施される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記溶融のための前記封鎖材料(10、16)が、専ら前記第2の通路(6、7、8)の周囲の周囲材料の形態で提供される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記封鎖材料(10、16)が絶縁材料の形態で提供され、とりわけ前記封鎖材料(10、16)が酸化シリコン、窒化シリコン、および/または酸窒化シリコンとして提供される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記通路(6、7、8)の領域内の封鎖材料(10、16)として、前記溶融時に共融混合物を形成するための層系が配置される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の通路(6、7、8)が、前記空洞(4)から横方向には、前記第1の通路(5、9、11)の外で製造され、または前記第2の通路(6、7、8)が、前記空洞(4)から横方向には、前記空洞(4)と第1の通路(5、9、11)の間で製造される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の通路(5、9、11)が、前記機能領域(2)を少なくとも部分的に取り巻く溝(5)を備えて製造される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の通路(6、7、8)が、前記第1の通路(5、9、11)の前記封鎖領域内で、前記第2の通路(6、7、8)が前記第1の通路(5、9、11)を介して前記空洞(4)とつながっているように製造される、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の通路(6、7、8)が、前記第1の通路(5、9、11)の開口部(11)の横断面より小さく形成された横断面の開口部(8)を有して形成される、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の通路(6、7、8)が、前記第1の通路(5、9、11)の開口部(11)の封鎖されていない区間によって、および/または前記封鎖された第1の通路(5、9、11)の部分的な開口によって形成される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の通路(6、7、8)が、横流路(6)によって、およびとりわけ前記第1の通路(5、9、11)を介して前記空洞(4)とつながれる、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の通路(6、7、8)が、前記第1の通路(5、9、11)と同じやり方で封鎖される、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の通路(6、7、8)が、前記第1の通路(5、9、11)の封鎖後に、とりわけ、前記機能層(16)を貫通エッチングするプラズマエッチングプロセスによって製造される、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 機能層(16)の機能領域(2)の下に空洞(4)が配置されており、前記空洞(4)が、前記機能層(16)の前記機能領域(2)の外に配置された少なくとも2つの封鎖された通路(5、9、11;6、7、8)を有し、かつ前記両方の通路(5、9、11;6、7、8)の少なくとも1つが、前記少なくとも1つの通路(5、9、11;6、7、8)の領域内の封鎖材料(10、16)の溶融および続く前記溶融した材料(10、16)の冷却によって封鎖されている、前記機能層(16)を有するMEMS素子(1)。
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