JP4327452B2 - マイクロ構造エレメント - Google Patents

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Description

【0001】
本発明は、請求項1に記載したマイクロ構造エレメント、特にカバーキャップでカバーされた(verkappte)、マイクロマシニングによるセンサエレメントに関する。
【0002】
従来技術
米国特許第5756901号明細書によれば、表面マイクロマシニングにより製造された加速度センサ及び、このような加速度センサを製造するための層システムが公知である。この層システムは、湿気又は汚れ粒子などの外部の影響に対して保護するために、並びに真空を維持するためにカバーキャップを備えている。さらに、ドイツ連邦共和国特許公開第19537814号明細書によれば、シリコン層から、表面マイクロマシニング法によって可動なセンサエレメントが構造化される(ausstrukturieren;センサ構造体を形成する)ようになっている、センサ及びこのようなセンサの製造法が公知である。
【0003】
例えば上記ドイツ連邦共和国特許第19537814号号明細書に記載された、センサエレメントをカバーするための公知の方法は、シール・ガラスはんだ結合による、いわゆるシリコン製カバーキャップの「ボンディング」であって、これははんだのフロー特性に基づいて大きい面が必要となる。選択的な、面を必要としないスペース節約形の方法は、いわゆる「アノードボンディングプロセス」と呼ばれており、この場合、例えば400℃の温度において1000V又はそれ以上の電圧が印加されることによって、パイレックス・ガラス又はこれと類似のガラスがシリコン層に結合されるようになっているので、ガラスの電荷分離(Naイオン若しくはO2−イオン)によって、まずリバーシブルな接着段階後にパイレックスとシリコンとの間の堅固な結合が形成される。
【0004】
このような形式の表面マイクロマシニングによるセンサ構造体上に、パイレックスガラス若しくはカバーキャップをアノードボンディングする際に、センサ構造体が前もって構造化されて、センサ構造体の領域に切欠を形成し、次いでシリコン(このシリコンからセンサ構造体が構造化される)に熱によって気密に結合される。しかしながらこの場合、印加された高い電圧によって、片持ち式の若しくは可動のセンサ構造体が静電的に変位され、部分的にガラスプレートと接着する、という問題がある。この危険性はさらに、パイレックスガラスがシリコンに対して良好な接着特性を有していて、その表面に電荷が蓄えられて、この電荷が、外部の影響なしでもセンサ構造体に力を加え、それによってセンサ構造体の機能を干渉することによって、より大きくなる。また、センサ構造体のしばしば望まれる前側接点のために、カバーキャップに貫通開口が設けられている。
【0005】
また、切欠は、静電的な引張作用が許容される程度に減少されるように深く形成されると、このようなカバーキャップはもはや同時に、生ぜしめられたマイクロマシニング構造体を保護するための上側のストッパとして用いられることはない。つまりこのカバーキャップは、過負荷の場合に、例えば加速度センサにおいては機械的な衝撃時に、上方に向かって大きく変位されて、破壊される。数10μmのエッチング深さが必要であれば、パイレックスガラスの構造化は問題なく行われる。
【0006】
アノードボンディングを用いてパイレックスガラスをシリコン上にカバーキャップ状に被せてシリコンをカバーする場合には、開放したガラス面から酸素が解放されるという欠点がある。従って、実際には、約100mbarの最小圧力がこのようなカバーキャップの下に包含されており、この圧力は、表面マイクロマシニングで広く製造されているヨーレートセンサ(一般的に1mbarの作業圧が必要である)においては不十分である。このような問題を克服するために、カバーキャップによって形成された凹部内で酸素と結合するゲッター材料(Gettermaterial)を設けることが提案されている。しかしながらこのような手段は、高価であって、プロセス技術的に面倒である。
【0007】
また、マイクロ構造エレメントをカバーキャップでカバーする際に、カバーキャップェーハとしてシリコンウェーハを設け、このシリコンウェーハに、ガラス層例えばパイレックスガラス層を備えることが公知である。次いでこのガラス層が、所望の厚さに研削され、研磨され、最後に、センサエレメントのためのカバーキャップとしての凹部の形状に構造化される。これによって一方では、凹部の内部への酸素の排出が減少され、他方では、本来のカバーキャップを形成する、導電性のシリコンウェーハが、方法技術的に高価であっても、電気的に接触せしめられ、これによって静電的な電荷の危険が防止される。しかしながら、このような構成においても、静電的な崩壊の危険性、及びカバーキャップでカバーされマイクロ構造化されたセンサエレメントがパイレックスガラス層に接着される危険性、又はパイレックスガラス層内で凹部の底部においてカンチレバーに突き出すシリコン領域に接着する危険性がある。しかも、この場合でも、カバーキャップはむしろ、過負荷の際にカバーキャップでカバーされたマイクロ構造体の垂直方向の変位を制限するためのストッパとして用いられない。何故ならば研削及び研磨の際の比較的高い公差に従って、凹部の底部とマイクロ構造体との間の間隔を規定するパイレックスガラス層の厚さは、変位を効果的に制限するためには大きすぎるか、又はアノードボンディングの際に静電的な崩壊を防止するためには小さすぎるからである。さらに、パイレックス層を高精度で戻り研削(zurueckschleifen)する作業は、非常に高価なコスト的要因を生ぜしめることになる。この場合常に、残り厚さの公差は+/-5μmでなければならない。この場合、この層の残りの厚さは少なくとも20μmに設計する必要があり、これによってこの層はストッパとして作用することができる。また、プラズマ又は弗化水素酸溶液(Flussaeureloesung)によって、パイレックスガラス層を約20μmの厚さに構造化することは、高価でしかも時間がかかる。
【0008】
発明の利点
従来技術に対して、本発明によるマイクロ構造エレメントは、表面マイクロマシニングで製造されたセンサエレメントを確実に熱的に気密に、かつ確実にカバーキャップでカバーすることができ、しかもガラス体に向かう方向での過剰な変位による静電的な崩壊の危険性がない、という利点を有している。またガラス体を例えばシリコン層と結合する際に印加される電圧は、マイクロ構造体を考慮する必要なしに、自由に選択することができる。何故ならば本発明によれば、マイクロ構造体は全面的に不都合な電界に対して遮蔽されているからである。
【0009】
また、マイクロ構造エレメントの運転中に、カバーキャップ内側の静電的な電荷も排除され、有利には、カバーキャップ内側に所定の電位を印加するか、若しくはカバーキャップ内側における導電性の被覆部に外部から、高価な費用をかけることなしに電気的に接触することも可能である。
【0010】
さらに、ガラス体の、マイクロ構造体に向いた側で、ガラス体から酸素が出ることは、被覆部によって阻止され、高精度の研削プロセス又は、ガラス体を深く構造化することも省かれる。しかも、ガラス体は、付加的なコストをかけることなしに同時に、過負荷時にマイクロ構造体の垂直方向の変位を制限するための垂直方向のストッパ機能を実施することができる。つまり、アノードボンディング技術の利点とストッパ機能とを結びつけ、かつガラス体から効果的に酸素流出を避けることができるカバーキャップによるカバー(Verkappung)が得られる。これによって、被着された導電性の被覆部は、非常に有利に、酸素イオンのための拡散遮蔽部材としてもまた封止部材としても作用するので、ヨーレートセンサ(回転角速度センサ)のために必要な例えば1mbarの低い圧力も、例えば前記のようにゲッター材料を設けるような付加的な手段なしで、長時間に亘ってカバーキャップでカバーされたマイクロ構造エレメントを維持することができる。
【0011】
本発明の有利な実施態様は、従属請求項に記載された手段により明らかである。
以下に本発明の従属請求項による実施態様を記載する。
本発明の実施態様によれば、マイクロ構造体が、層特にシリコン層から構造化されていて、ガラス体が領域的に層に結合されている。
また、被覆部が、少なくとも1つの金属層特にクロム層、アルミニウム層、金層、プラチナ層、ニッケル層、銀層又はこれらの組み合わせを有している。
被覆部が、金属層の隣に、ガラス体に結合された接着層、特にクロム層、タングステン・チタン層又はクロム・銅層を有している。
被覆部が3nm〜5μmの厚さを有している。
被覆部が、マイクロ構造体を覆う、ガラス体の領域を越えて延びていて、特に閉じた縁部領域において層に導電接続されている。
縁部領域に、少なくとも部分的に又は点状に、被覆部の材料と層の材料との合金、特に金属・シリコン合金が設けられている。
被覆部が、カバーキャップでカバーされたマイクロ構造体の外側で電気的に接触可能である。
ガラス体が、100μm〜2mmの厚さのガラスプレート又は、支持体に結合された1μm〜100μmの厚さのガラス層である。
ガラス体が、アルカリ・エレメントを含有するガラス特にパイレックス・ガラスより成っている。
ガラス体が、マイクロ構造体と反対側で、少なくとも領域的にガイド層特に金属層を備えている。
支持体がシリコン層特にシリコンウェーハであるか、又はシリコン層と、ガラス層をシリコン層から分離する絶縁層とを備えた層配列である。
マイクロ構造体と被覆部との間に中空室が形成されている。
マイクロ構造体が、特に10mbarから0.1mbarの圧力で熱によって気密にガラス体によってカバーされている。
ガラス体が、マイクロ構造体をカバーする領域内で、構造化された部分特に凹部を有しており、該凹部が表面で、導電性の被覆部を備えている。
前記凹部が1μm〜20μmの深さを有している。
前記凹部が槽状に構成されていて、環状に延びる、丸味の付けられた縁部を有していて、該縁部が導電性の被覆部を備えている。
前記凹部が特に全面的に傾斜して又は湾曲して構成されていて、導電性の被覆部を備えた側壁を有しており、該凹部が凹部の底部に向かって先細りしている。
【0012】
ガラス体の、マイクロ構造体とは反対側つまりカバーキャップの外側が導電性の層を有していても有利である。何故ならば、この場合には、ボンディングの際に印加された電圧が、ガラス体の表面全体に亘って均一に分布しているからである。さらにこの層を設けたことによって、後でシリコン層(このシリコン層からそれぞれのマイクロ構造体が有利に構造化される)の裏側を構造化するプロセスの際に、シリコンウェーハをプラズマエッチング装置内で静電的に保持することができる。さらに、この層が後で行われるプロセス段階で、例えば裏側エッチングを実施する直前に、被着することができるようになっていれば有利である。
【0013】
また、ガラス体をシリコン層と結合する際に、例えば400℃の高温において、少なくとも部分的に、カバーキャップ若しくはガラス体の内側に被着された金属より成る層とシリコンとの間に合金が形成される。これによって、一方では金属層とシリコン層との間における縁部領域への低い移行抵抗との、特に良好なオーム的接触が得られる。このような形式で、包囲されたマイクロ構造体がさらに電界及び電荷に対して遮蔽される。
【0014】
金属層が導電性の被覆部として構成されている場合には、この被覆部はわずかな粘着力をシリコンに加え、それによってわずかな接着傾向を有している。しかも、この金属層がシリコン基板に電気的に接合されているか若しくは別個の接触面を介して外部から電気的にアクセス可能(若しくは電気供給可能)であることによって、マイクロ構造体とカバーキャップ下側つまり金属層との間の応力差を効果的に抑制するか、又は特別の使用のために規定して調節することができる。このような応力の抑制は有利には、ガラス体の金属層がガラス体の内側においてダイナミックに、マイクロ構造体の電位に伴って移動せしめられることによって行われる。
【0015】
まずマイクロ構造体によって占められる領域の上側でガラス体に凹部が形成され、次いで導電性の被覆部例えば金属層が、ガラス体に及び凹部の内側に被着されるようになっている場合には、フォトプロセス及び次いで行われる、金属被覆部を構造化するためのエッチングの代わりに、例えばパイレックスガラスプレートとして設けられたガラス体を簡単に研磨し、それによって、突出した金属をフラットに(平らに)取り除くようにしてもよい。これによって有利には、凹部の縁部又は角縁部において、ガラスから金属へのフラットな移行が得られる。
【0016】
この場合、金属層が著しく厚く、例えば0.5μm〜5μmの厚さで構成されていれば、有利である。何故ならば、これによって、縁部領域つまり、研磨によって得られるフラットな移行部において、金属とシリコンとのより大きい改善されたオーバーラップが生ぜしめられるからである。このオーバーラップ部においては、次いで行われるアノードボンディングにおいて少なくとも点状に金属・シリコン合金が得られ、この金属・シリコン合金は特に金属層とシリコン層との電気的な接触を保証する。しかもこのようなやり方は、ガラス層上にボンディングを干渉する局所的な差異を生ぜしめることがない、という利点を有している。しかもより厚い金属層によって、さらに改善された電気的な遮蔽及び拡散作用が得られる。
【0017】
ガラス体が薄いガラス層として構成されていて、このガラス層の、マイクロ構造体とは反対側が、支持体有利にはシリコン層又はシリコンウェーハに結合されている場合には、発生した機械的な応力に関連して、ガラス体とシリコン層との改善された適合が得られる。何故ならばガラス層の機械的な影響は、その自由なガラスプレートに対して著しく減少された厚さに基づいて減少するからである。
【0018】
この場合、製造後におけるウェーハ上でのマイクロ構造エレメントの個別化は簡略化されている。何故ならばこれは数回の鋸引き段階で層構造全部を鋸引きすることによって行うことができるからである。これに対して、支持体なしで、より厚いガラスプレートを使用した場合には、2回の鋸引き段階、つまりガラスプレートのための鋸引き段階と、基板つまりシリコンウェーハのための鋸引き段階とが必要となる。
【0019】
シリコンウェーハとして構成された支持体は、ガラスプレートに対して、ボンディングの際に印加される電圧を均一に加えるように配慮する。つまりカバーキャップの外側における前記付加的なガイド層は省かれる。またこの場合、研削プロセス及び研磨プロセス後における残りの層厚の精度に関する要求は低いので、製造費用は比較的安価である。
【0020】
全体的に、ガラス層及びひいては支持体のやや高価なプロセスによって、より簡単で安価な鋸引きプロセスを得ることができる。
【0021】
本発明によるマイクロ構造エレメントは、製造のためにより簡単で、容易にコントロールできる構造化プロセスを必要とするだけであって、また同時にカバーキャップ閉鎖時にチップ面の損耗が著しく減少される、という利点を有している。さらにまた、凹部を有するガラス体を構造化するためには、ガラス体を数μmの深さでエッチングするだけよく、またこのためには、レジストマスク(Lackmask)を使用するだけでよい。
【0022】
図面
本発明は以下に図面を用いて具体的に説明されている。図1〜図3は、第1実施例の枠内でマイクロ構造エレメントのカバーキャップによってカバーされる方法段階を断面図で示し、図4〜図6は、同様の第2実施例の方法段階を示し、第7図〜第9図は、同様の第3実施例の方法段階を示し、図10は、第4図又は第7図と同様の第5実施例の方法段階を示し、図11は、同様の第6実施例を示している。
【0023】
実施例
図1〜図3は、マイクロ構造エレメントの第1実施例を示す。図1にはまず基板10としてのシリコンウェーハの断面図が示されており、この基板10上に公知の形式で酸化物若しくは絶縁酸化物より成る下側の絶縁層11が被着される。下側の絶縁層11には、例えば埋め込まれたポリシリコンより成る公知のガイド構造体(Leitstruktur)12が配置されている。埋め込まれたガイド構造体12若しくは下側の絶縁層11上に、下側の絶縁層11と同様の、酸化物若しくは絶縁酸化物より成る上側の絶縁層13が析出され、この絶縁層13上に、10μm〜100μmの厚さを有するポリシリコンより成るシリコン層14が析出される。基板10と、ガイド構造体12と、シリコン層14とは、同じドーピング型式つまりpドーピング又は有利にはnドーピングである。
【0024】
シリコン層14からはさらに公知の形式で、適当なマスキング及びエッチング技術によって、溝19を介して互いに分離された、少なくとも十分に、櫛の歯状、又は片持ち式若しくはカンチレバー式(freitragend)にマイクロ構造体18が構造化されている。この場合、シリコン層14は、マイクロ構造体18のための「ボンディングフレーム」である。さらに少なくとも1つのマイクロ接点構造体27がマイクロ構造エレメントの一部として設けられており、このマイクロ接点構造体27は、ガイド構造体12と導電接続されていて、このマイクロ接点構造体27を介して、各マイクロ構造体18が電気的に制御可能である。マイクロ構造体の下側には第1の切欠24が設けられており、これによって、マイクロ構造体18はシリコン層14内で十分にカンチレバー式に懸架されている。また、マイクロ構造体18とマイクロ接点構造体27とは、シリコン層14に対して公知の形式で引っ込んでいるか若しくは沈降している「versenken」ので、このシリコン層14の上側に第2の切欠23が形成される。この切欠23は例えば5μm〜10μmの深さを有している。図1に示したマイクロ構造エレメントを製造するための各製造段階は、以下に説明するカバーキャップによるカバーは度外視して、加速度センサを製造するために公知である。特に表面マイクロマシニングにおける「沈降した」構造の製造は、ドイツ連邦共和国特許第19940512.3号明細書により公知である。
【0025】
図1にはガラス層51が示されており、このガラス層51は、例えば0.5mm厚さのパイレックス(pyrex)・ガラスプレートより形成されている。次いでこのガラス層51の、マイクロ構造体18に向いた側に、金属層の薄い被覆部50が被着され、それによってこの被覆部50は、第2の切欠23の領域、つまり特にマイクロ構造体18及びマイクロ接点構造体27によって占められる領域を被覆し、それと同時に第2の切欠23によって(平面図で見て)占められた面を越えて延びるように、構造化されている。最後に、ガラス層51はそのマイクロ構造体18とは反対側が全面的に、ガイド層52例えば金属層を備えている。ガイド層52は、前述のようにマイクロ構造化エレメントをさらに製造する際に部分的に有利であるが、強制されるものではない。
【0026】
図2には、図1に続く方法段階が示されており、この場合、ガラス層51は被覆部50と接触せしめられ、ガイド層52はシリコン層14と接触せしめられる。次いで基板10がアースされ、例えば400゜の温度においてガラス層51と基板10との間で電圧、典型的な場合1000Vが印加される。「アノードボンディング“anodisch Bonden”」と称呼されたこの方法によれば、ガラス層51とシリコン層14との堅密で、気密にシールされた結合が得られる。
【0027】
この場合、気密にシールされた結合とは、気密であり、しかも湿気に対してシールされている結合のことである。
【0028】
図2にはさらに、ガラス層51とシリコン層14との結合によって、被覆部50がガラス層51とシリコン層14との間の縁部領域55内に存在していることが示されている。この縁部領域55は平面図で見て、第2の切欠23の形状例えば環状に従って、有利には閉じられている。
【0029】
被覆部50は前記実施例では3nmから100nm、有利には10nmから50nmの厚さを有しているので、ガラス層51とシリコン層14との間のポケット領域54は、ボンド結合されていない、つまりこの領域内ではシリコン層14はガラス層51と接触していない。このポケット領域54の寸法は、被覆部50の厚さに基づいている。このポケット領域54は典型的な場合には、被覆部50の厚さの5倍〜10倍の範囲に亘って延びている。
【0030】
ガラス層51とシリコン層14との結合において、シリコン層14と被覆部50との間の堅密な特に導電接触も得られるので、被覆部50は、印加された高い電圧にも拘わらずアノードボンディングの全工程中、及びボンディングの終了後でも、シリコン層14の電位及びさらに基板10の電位に固定される。この基板10には、マイクロ接点構造体27及びガイド構造体12を介してマイクロ構造体18も接続されている。この場合は、マイクロ接点構造体18は被覆部50によって効果的に電界及び電荷に対して遮蔽される。また、被覆部50のわずかな厚さによって、ポケット領域54の寸法を考慮する必要はなく、得られたカバーキャップ閉鎖が影響を受けることはほとんどない、ということを指摘しておく。
【0031】
これによって全体的に、図2に示した方法段階の終了後に、マイクロ構造体18の上側に中空室40が形成され、この中空室40は、切欠23の高さに対応する深さを有している。
【0032】
図3には、マイクロ構造エレメントを製造するための最終的な方法段階が示されており、この場合、マイクロ接点構造体27若しくはさらにマイクロ構造体18と電気的に接触するために、絶縁溝26が基板10の後ろ側から一般的な形式でエッチングされ、この絶縁溝26の深さは、下側の絶縁層11まで達する。この絶縁溝26によって、接続接点構造体25が形成され、これらの接続接点構造体25は一方では、接点面28の形状の一般的な金属被覆が施され、他方ではガイド構造体12に接続されている。接点面28は前記実施例では、例えばアルミニウム、アルミニウム・シリコン、アルミニウム・シリコン・銅、クロム/金、又はタングステン・チタン/金より成る金属面である。また図3に示されているように、被覆部50には、シリコン層14及びガイド構造体12を介して、有利には同様に、接続接点構造体25及び接触面28を介して電気的にアクセス可能である。しかしながらこの場合、ドイツ連邦共和国特許公開第19537814号明細書に記載されているように、ガラス層51に適当な複数の孔を形成することによって、選択的に、シリコン層14の前側から電気的に接触することも可能である。このために、ガラス層51は、次のように前もって構造化されている。つまり、マイクロ接点構造体27若しくはマイクロ構造体18の、同様に前側に設けられた接続面が、複数の貫通開口いわゆる接点孔を有していて、これらの貫通開口を通して、後からシリコン層14とガラス層51との間に存在する接続面が例えばワイヤボンディングによって接触せしめられるように、前もって構造化されている。
【0033】
さらにまた、被覆部50に対するマイクロ接点構造体18の間隔は、図3によれば中空室40の高さによって与えられる。つまり、被覆部50と、この被覆部50に接続されたガラス層51とは同時に、過負荷がかかった場合に、マイクロ構造体18のための垂直方向のストッパとして働く。しかもヨーレートセンサ(回転角速度センサ)を実現するために、カバーキャップによってカバーされたマイクロ構造エレメントの製造プロセスは、中空室40内に例えば1mbarの圧力を有する真空が存在するように行われる。
【0034】
金属層の形状の被覆部50を製造するための材料としては、特にクロム、アルミニウム、金、プラチナ、チタン、銀又はこれらの組み合わせ或いは合金が適している。
【0035】
有利な実施例によれば、被覆部50は、2つの部分層と、1つの金属層と、ガラス層上の接着を改善する接着層とを有しており、この場合、付着層は有利には、クロム層、タングステン・チタン層又はクロム・銅層であって、数ナノメートルの厚さしか有していないが、この程度の厚さで十分である。何故ならば被覆部50は原則として電流を有しておらず、単に静電的な電荷に対抗するだけでよいからである。他方では、このような形式で、採用されたアノードボンディングを問題なく実施することができる。従って、ガラス層51の弾性及び、ガラス層51とシリコン層14との間に発生した引張力を有する表面力によって、被覆部50によって生ぜしめられたガラス層51の表面のトポグラフィー(Topografie;微細構成)にも拘わらず、良好な付着が得られる。
【0036】
図4から図6には第2実施例について説明されており、この場合、マイクロ構造体18若しくはマイクロ接点構造体27は、シリコン層14に対して引っ込んでいない、若しくは沈降していない。さらに図5に示されているように、シリコン層14は使用ケースに応じて複数の絶縁溝26を有していてよい。これらの絶縁溝は、前記実施例の溝19と同じ形式で形成される。これらの絶縁溝26は、例えばシリコン層14の種々異なる領域を電気的に分離するために用いられる。
【0037】
図4に示されているように、パイレックスガラスより成るガラス層51はこの実施例では凹部49を有しており、この凹部49は、マイクロ構造体18若しくはマイクロ接点構造体27によって占められた、シリコン層14の領域を覆うように、寸法設計されている。これによって溝49は、ガラス層51とシリコン層14とが接合された後で、マイクロ構造体18上のカバーキャップを形成し、それによって新たに中空室40が形成される。つまり図1に示したマイクロ構造体18の沈降部の代わりに、凹部49が設けられている。
【0038】
ガラス層51に形成された凹部49は、数マイクロメートル例えば1μm〜10μmの深さを有していて、凹部49の領域内及びさらに縁部領域55内でガラス層51に新たに被覆部50が被着されており、この被覆部50は、第1実施例による被覆部と同じである。特にこの被覆部50は10nmから50nmの厚さを有している。
【0039】
シリコン層14とガラス層51とのアノードボンディングにおいて、被覆部50によって、静電的な引張力及び電荷を考慮する必要はないので、数マイクロメートルの深さの凹部49で十分である。つまり、弗化水素酸溶液を用いたエッチングによる湿式化学的にも、また反応性の弗素プラズマ(Fluorplasmen)を用いた乾式化学的にも、ガラス層51にエッチングされる。
【0040】
さらに図4によれば、凹部49は、内方につまり凹部の底に向かって先細りする側壁プロフィールを有している。これによって、次いで行われる、側壁及び凹部49の底部並びに、ガラス層51内に延びる縁部領域55に、被覆部50を被着する作業が軽減される。また有利には槽状の形状を有している凹部49が、環状に延びる丸味を付けられた縁部58を有していることも重要である。この縁部58は同様に被覆部50を備えている。
【0041】
丸味を付けられた縁部58を備えた凹部49を製造するために、一方では公知のプラズマエッチングプロセスを用いることができる。しかしながら他方では、湿式エッチング技術も適している。何故ならば数マイクロメートルのエッチング深さを考慮すれば、フォトレジストマスクでも十分だからである。
【0042】
弗化水素酸はフォトレジストマスクの縁部においてフォトレジストマスクの下側に入り込むので、凹部の底に向かって等方性にアンダカットされた、凹部49のプロフィールが自動的に形成され、丸味の付けられた縁部58の領域内でフラット(平ら)に外方に引っ張られる。従って、弗化水素酸の等方性のエッチング特性及び下側への入り込みによって、凹部49の上部において、フラットに延びる凹状の側壁面が得られる。
【0043】
有利にはプラズマエッチングと湿式エッチングとが互いに組み合わせられる。何故ならば一方ではプラズマエッチングによってまず簡単な形式で、凹部の底に向かって先細りする側壁プロフィールが実現され、他方では、次いで行われるオーバーエッチング(例えば弗化水素酸溶液による)によって、凹部49の縁部におけるレジストマスクの下側への入り込みが防止されるので、フラットに延びる丸味の付けられた縁部58が形成されるからである。
【0044】
このような形式で、凹部49は、次いで行われる金属被覆若しくは被覆部50の被着のために、凹部49の表面のすべての箇所において均一な金属被覆が得られ、しかもこの金属被覆が鋭い縁部において剥がされることがないように、成形される。金属被覆が鋭い縁部において剥がされると、被覆部50とシリコン層14との間の確実な電気的接触が妨げられる。
【0045】
図4に示した被覆部50は、図1に示した実施例と同様に、有利にはスパッタリングによって施される。
【0046】
図5には、さらに別の方法段階が示されている。この別の方法段階においては、凹部49及び被覆部50を備えたガラス層51が、シリコン層14の表面と接触せしめられる。この場合、凹部49をマイクロ構造体18の上側に正確に位置決めして、被覆部50が新たに、環状に延びる閉じた縁部領域55内でシリコン層14と接触せしめられていることが、重要である。図5に示したように、10nmから50nmの被覆部の高さ寸法に基づいて、図2と同様にポケット領域54が形成されているが、これは妨害的なものではない。
【0047】
凹部49を備えたガラス層51の調整に関連して、ガラス層51の、マイクロ構造体18とは反対側に設けられたガイド層52が最初は設けられていなければ、有利である。何故ならば調整は、透明なガラス層51によって簡単な形式で光学的に行うことができるからである。ガイド層52が既に存在している場合には、調整するために、例えばガラス層51とシリコン層14との互いの相対位置を規定する調整マーキングが設けられる。
【0048】
図5に示した被覆部50は縁部領域55内で凹部49を越えて延びているので、アノードボンディングの際に、第1実施例と同様にガラス層51及びシリコン層14によって、被覆部50がボンディングの際の接着段階においてシリコン層14に押し付けられ、それによってこのシリコン層14と電気的に接触せしめられる。
【0049】
図6には、図3と同様に、基板10の裏側に、接続接点構造体25と接点面28と絶縁溝26とがどのように設けられているかについて示されている。この場合、新たに、被覆部50がシリコン層14及びガイド構造体12を介して接続接点構造体25と電気的に接続されているので、例えば被覆部50の電位は、マイクロ構造体18の電位とダイナミックに連動する。このような形式で全体的に、気密にシールされカバーキャップ閉鎖された、外部の電界に対して電気的に遮蔽されたマイクロ構造エレメントが得られる。同時に、凹部49の高さは、例えば過負荷の際のマイクロ構造体28の最大変位を制限する。
【0050】
図7〜図9には第3実施例が示されており、この第3実施例は、図4〜図6に示した第2実施例に対して次の点で異なっているだけである。つまり、図4から出発して又は選択的に、マイクロ構造体18に向いた、凹部49を備えたガラス層51の側をまず全面的に金属被覆し、被覆部50を備えたガラス層51をフラットに研磨し、それによって凹部49の領域以外は、被覆部50から再び露出される、という点で異なっているだけである。このような形式で、ガラス層51から、丸味の付けられた縁部58の領域内で被覆部50に丸味を付けられた平坦な移行部が自動的に形成される。
【0051】
図7には、図4のものとは異なり、被覆部50は、明らかに厚い例えば0.5μm〜5μmの厚さを有している。これによって、図8に示したようにガラス層51がシリコン層14と接合される際に、縁部領域55における被覆部50とシリコン層14とのオーバーラップが増大される。これによって、図8に示したアノードボンディングにおいて縁部領域55内に少なくとも点状に、被覆部50の材料つまり金属と、シリコン層14のシリコンとの合金が得られる。これは、被覆部50とシリコン層14との特に良好な電気的接触を生ぜしめる。
【0052】
図7〜図9に示した実施例は、図4〜図6に示した実施例に対して、シリコン層14とガラス層51との結合に不都合な影響を与える、ポケット領域54を形成するトポグラフィーの差が生じないという利点を有している。また、第3実施例においては被覆部50は比較的厚く選択されており、これによって、酸素がガラス層51から中空室40内に出るのを防止する、改善された拡散遮断作用が得られる。図9に示したマイクロ構造エレメントの最終状態は、前記図6に示したものに対応する。
【0053】
図10に示した第4実施例は、比較的厚いパイレックス・ガラスプレートの形状のガラス層51の代わりに、シリコンウェーハ若しくはシリコン層56から出発しており、このシリコンウェーハ若しくはシリコン層56の表面に、薄いパイレックス・ガラス層の形状のガラス層51が被着されている。このガラス層51は、1μm〜50μmの厚さを有している。このためにまず、パイレックスガラスより成るウェーハ又はプレートが公知の形式でシリコンウェーハ56に接合され、次いで機械的に戻り研削(zurueckschleifen)され、それによって20μm〜50μmの層厚を有するガラス層51が得られる。シリコンウェーハ56上にパイレックスガラスを被着することは、特に後のボンディング領域で行われるが、選択的に、例えば1μmのパイレックス層をスパッタリングすることによって、及びその後で研磨(polieren)することによって行ってもよい。
【0054】
前記戻り研削の際に、ガラス層51の得られる厚さは、危険なパラメータではなく、またこの厚さはシリコンウェーハ56の表面全体に亘って、1回の作業段階で行われてよいので、戻り研削は、高い精度的要求のない比較的安価なプロセスである。重要なことは、ガラス層51の残りの層厚は、次に生ぜしめられた凹部49の深さよりも著しく大きい、ということだけである。さらに重要なことは、凹部49を形成する際に、ガラス層51は、シリコンウェーハ56までエッチングされないということである。つまり、凹部49の領域内でも、シリコンウェーハと最終的に生ぜしめられた被覆部50との間の十分な電気的な絶縁が保証される程度の、ガラス層51の厚さが残っていなければならない。その他は、図10に示した実施例は、図7から図9に示した実施例とまったく同じである。
【0055】
図11に示した第5実施例は、図10に示した実施例から出発しており、この場合、ガラス層51とシリコンウェーハ56との間に付加的に、例えば熱的に生ぜしめられたシリコン酸化物より成る絶縁層57が設けられている。この絶縁層57は1μm〜2μmの厚さを有していて、ガラス層51に対するシリコンウェーハ56の電気的な絶縁のために役立つ。シリコンウェーハ56上に絶縁層57を生ぜしめるために、シリコンウェーハ56がまず熱的に酸化され、次いでパイレックス・ガラスプレートが、戻り研削の前に熱的に酸化された、シリコンウェーハ56の表面に接合される。しかしながらこの場合、選択的に、ガラス層51をまずスパッタリングし、次いで研磨するようにしてもよい。
【0056】
図11の実施例によれば、図10に示した実施例に対して、付加的な絶縁層57が設けられていることによって、戻り研削されたガラス層51の残りの層厚をまず危険な程度まで薄くしたい場合でも、絶縁酸化物によって常に、次いでガラス層51がアノードボンディングされる際にシリコン層14に印加される電圧に対して尚十分に強い電気的な破壊強度が得られるように保証され得る。それ以外では、図11に示した実施例は、図7〜図9に示した実施例に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図2】 第1実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図3】 第1実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図4】 第2実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図5】 第2実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図6】 第2実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図7】 第3実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図8】 第3実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図9】 第3実施例によるマイクロ構造エレメントのカバーカバーキャップによるカバーの方法段階を示す断面図である。
【図10】 第4図又は第7図と同様の第5実施例の方法段階を示す断面図である。
【図11】 第6実施例の方法段階を示す断面図である。

Claims (18)

  1. マイクロ構造エレメント、殊にカバーされた、マイクロマシニングによるセンサエレメントにおいて、層(14)から構造化され、ガラス体(51)によってカバーされた少なくとも1つのマイクロ構造体(18)を備えていて、該ガラス体(51)がアノードボンディングによって前記層(14)に結合されており、少なくともマイクロ構造体(18)を覆う、ガラス体(51)の領域が、そのマイクロ構造体(18)に向いた側で、導電性の被覆部(50)を備えており、該被覆部(50)が、マイクロ構造体(18)を被覆する、前記ガラス体(51)の領域全体に亘って、しかもこの領域を越えて延びていて、前記層(14)に領域的に結合されており、さらに該被覆部(50)が、前記層(14)の、ガラス体(51)とは反対側でガイド構造体(12)及び接続接点構造体(25)を介して接点面(28)に接続されており、該接点面(28)が接続接点構造体(25)の下側に配置されており、前記層(14)が基板(10)上に配置されていて、該基板(10)内に前記接続接点構造体(25)が形成されていることを特徴とする、マイクロ構造エレメント。
  2. マイクロ構造体(18)が、層(14)から構造化されていて、ガラス体(51)が領域的に層(14)に結合されている、請求項1記載のマイクロ構造エレメント。
  3. 被覆部(50)が、少なくとも1つの金属層又はこれらの層の組み合わせを有している、請求項1又は2記載のマイクロ構造エレメント。
  4. 被覆部(50)が、金属層の隣に、ガラス体(51)に結合された接着層を有している、請求項3記載のマイクロ構造エレメント。
  5. 被覆部(50)が3nm〜5μmの厚さを有している、請求項1記載のマイクロ構造エレメント。
  6. 被覆部(50)が、マイクロ構造体(18)を覆う、ガラス体(51)の領域を越えて延びていて、被覆部(50)の縁部領域(55)において層(14)に導電接続されている、請求項2記載のマイクロ構造エレメント。
  7. 前記縁部領域(55)少なくとも一部に、被覆部(50)の材料と層(14)の材料との合金が設けられている、請求項6記載のマイクロ構造エレメント。
  8. 被覆部(50)が、カバーキャップでカバーされたマイクロ構造体(18)の外側で電気的に接触可能である、請求項1から7までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  9. ガラス体(51)が、100μm〜2mmの厚さのガラスプレート又は、支持体に結合された1μm〜100μmの厚さのガラス層である、請求項1から8までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  10. ガラス体(51)が、アルカリ・エレメントを含有するガラスより成っている、請求項1から9までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  11. ガラス体(51)が、マイクロ構造体(18)と反対側で、少なくとも領域的にガイド層(52)を備えている、請求項1から10までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  12. 支持体がシリコン層(56)であるか、又はシリコン層(56)と、ガラス層をシリコン層(56)から分離する絶縁層(57)とを備えた層配列である、請求項9記載のマイクロ構造エレメント。
  13. マイクロ構造体(18)と被覆部(50)との間に中空室(40)が形成されている、請求項1から12までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  14. マイクロ構造体(18)が、熱によって気密にガラス体(51)によってカバーされている、請求項1から13までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  15. ガラス体(51)が、マイクロ構造体(18)をカバーする領域内で、構造化された部分特に凹部(49)を有しており、該凹部(49)が表面で、導電性の被覆部(50)を備えている、請求項1から14までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  16. 前記凹部(49)が1μm〜20μmの深さを有している、請求項1から15までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  17. 前記凹部(49)が槽状に構成されていて、環状に延びる、丸味の付けられた縁部(58)を有していて、該縁部(58)が導電性の被覆部(50)を備えている、請求項1から16までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
  18. 凹部(49)が傾斜して又は湾曲して構成されていて、導電性の被覆部(50)を備えた側壁を有しており、該凹部(49)が凹部の底部に向かって先細りしている、請求項1から17までのいずれか1項記載のマイクロ構造エレメント。
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