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

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Ｏ^２−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）の少なくとも一部に、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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