SE538346C2 - Reglering av tryck i kaviteter på substrat - Google Patents

Description

REGLERING AV TRYCK I KA VITETER PÅ SUBSTRAT Föreliggande uppfinning avser MEMS-teknologi och i synnerhet tillverkning av anordningar som har ett flertal komponenter i slutna kaviteter på samma chip, där varje kavitet kräver olika atmosfär.

Uppfinningens bakgrund I den kontinuerliga strävan att reducera storleken av mikrokomponenter för användning i t.ex. mobiltelefoner och annan elektronisk utrustning är kapsling av funktioner av olika typer på ett och samma chip ett viktigt krav.

Exempelvis är det önskvärt att tillhandahålla både accelerometrar, gyron, oscillatorer och andra MEMS-komponenter på samma chip i separata förseglade kaviteter. Sådana komponenter innefattar rörliga delar som var och en kräver en specifik atmosfär för att fungera korrekt. Vissa komponenter kräver en dämpande atmosfär för att inte orsaka oönskad självsvängning, medan andra kräver vakuum eller åtminstone mycket låga tryck för att kunna fungera korrekt.

Dessa krav är motstridiga och kräver speciella åtgärder vid tillverkningen av anordningarna i fråga.

Teknikens ståndpunkt erbjuder en teknologi att använda s.k. "gettrande material" inuti kaviteter för att hantera och reglera atmosfären inuti slutna kaviteter.

Getter-material används primärt för att förhindra ökning av kavitetstryck under lång tid förorsakat av urgasning från skivmaterialet. Det gettrande materialet absorberar frisatta gasmolekyler och det "nominella" trycket kan således bibehållas.

Getter-teknologin har använts t.ex. av Fraunhofer (US-8,546,928) för att tillhandahålla en lösning av problemet att åstadkomma kaviteter med olika tryck. I detta patent beskrivs en multipel komponent som sedan skall individualiseras genom att skapa komponenter innehållande aktiva strukturer, förutom en motsvarande komponent som kan användas inom mikrosystemteknologin. Multipelkomponenten och/eller komponenten innefattar ett plant substrat och även en plan lockstruktur som är bundna till varandra så att de omger åtminstone en första och en andra kavitetet per komponent, vilka är förseglade mot varandra och mot utsidan.

Den första av de två kaviteterna förses med gettermaterial och pga av gettermaterialet har den ett annat innertryck och/eller en annan gaskomposition än den andra kaviteten.

Istället för att anordna gettermaterial inuti kaviteterna är det också möjligt att ombesörja med en gettrande funktion genom att transformera de inre ytorna i kaviteten för att på så sätt skapa reaktiva hålrum.

I US-5,840,590 beskrivs föroreningsgettring i kiselskivor som åstadkommes med en ny process som består av heliumjonimplantering följt av värmebehandling. Denna behandling skapar kaviteter vars inre ytor är kemiskt högreaktiva pga förekomsten av otaliga fria ("dangling") kiselbindningar. För två representativa övergångsmetallföroreningar, koppar och nickel, demonstrerades att bindningsenergierna vid kaviteter är större än bindningsenergierna i utfällningar av metallsilicid, vilket utgör basen för det mesta av för närvarande använd föroreningsgettring. Som ett resultat blir restkoncentrationen av sådana föroreningar efter kavitetsgettring mindre med flera storleksordningar än efter utfällningsgettring. Dessutom är kavitetsgettring effektiv oavsett skivans utgångskoncentration av förorening, medan utfällningsgettring upphör när föroreningskoncentrationen når en karakteristisk köslighet som bestäms av jämviktsfasdiagrammet för kisel-metall-systemet. Den starka kavitetsgettringen visades inducera upplösning av metallsilicidpartiklar från skivans motsatta sida.

US-7,561,082 avser bl.a. en halvledarstruktur, innefattande en gettringsregion som ligger intill en anordningsregion i en halvledarskiva. Gettringsregionen inkluderar ett noggrant bestämt arrangemang av en uppsättning noggrant formade hålrum genom en yttransformeringsprocess. Vart och ett av hålrummen har en inre yta som inkluderar fria ("dangling") bindningar så att uppsättningen hålrum gettrar föroreningar från åtminstone en anordningsregion. Strukturen inkluderar en transistor som bildats med användning av anordningsregionen. Transistorn inkluderar ett grinddielektrikum över anordningsregionen, en grind över grinddielektrikat, och en första diffusionsregion och en andra diffusionsregion formade i anordningsregionen. Den första och den andra diffusionsregionen är åtskilda medelst en kanalregion som formats i anordningsregionen mellan grinden och den intilliggande gettringsregionen.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinnarna har nu tagit fram en ny metod för att tillhandahålla olika och kontrollerade atmosfärer inuti kaviteter på ett och samma chip i en MEMS-anordning. Med den nya metoden kan man avstå från att tillhandahålla separata gettermaterial, därigenom förenklas tillverkningen.

Den nya metoden definieras i krav 1.

I en annan aspekt tillhandahålles också en MEMS-struktur/-anordning som har åtminstone två kaviteter med olika tryck som råder i kaviteterna. Denna struktur/anordning definieras i krav 13.

Ytterligare tillämpbarhet av uppfinningen kommer att framgå av den detaljerade beskrivningen som ges i det följande och de bifogade ritningarna som ges enbart som illustration, och som inte skall betraktas såsom begränsande för uppfinningen.

Kort beskrivning av ritningar Fig. 1 illustrerar en anordning enligt teknikens ståndpunkt; Fig. 2 visar schematiskt ett första steg av en utföringsform av en process; Fig. 3 visar schematiskt ett andra steg i processen; Fig. 4 visar schematiskt resultatet av processen från figurerna 1 och 2; Fig. 5 illusterar en alternativ utföringsform av en process; Fig. 6 visar resultatet av processen i fig. 5; Fig. 7 illustrerar en annan utföringsform av en process; Fig. 8 visar resultatet av processen i fig. 7; Fig. 9 illustrerar ytterligare en utföringsform av en process; Fig. 10 visar resultat av processen i fig. 9; Fig. 11 illustrerar schematiskt en annan alternativ process; Fig. 12 visar resultatet av processen i fig. 11; Fig. 13 illustrerar schematiskt en annan alternativ process; Fig. 14 visar resultatet av processen i fig. 13; och Fig. 15 a-f visar olika möjliga kombinationer av de beskrivna processerna.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer För syftena med denna ansökan skall termen "strukturkomponent" antas betyda åtminstone ett parti av ett substrat som har utsatts för en fysikalisk och/eller kemisk förändring av dess yta, antingen genom att faktiskt förändra strukturen hos materialet i substratet såsom genom implantering, absorption eller adsorption av species såsom atomer, molekyler eller joner, eller genom att deponera ett material på substratet, vilket material också innefattar implanterade, absorberade, inbäddade eller adsorberade species.

För att samtidigt inrymma en uppsättning av ett flertal mikrosystem innehållande aktiva strukturer, exempelvis sensorstrukturer, med olika driftstryck och på skivnivå eller liknande nivå, tillhandahållas en motsvarande skiva eller liknande komponent, innehållande motsvarande aktiva strukturer, exempelvis en skiva med en eller typiskt flera sensorer som skall inrymmas.

Fig. 1 visar utformningen av ett sensorsystem enligt känd teknik (US-8-546,928) som har två submoduler som är hermetiskt separerade från varandra.

Mikromekaniska sensorsubsystem 3 och 4 är belägna på en sensorskiva 1, vars yta är väsentligen plan. Dessutom finns anordnat ett lock, exempelvis en lockskiva 2, som har fördjupningar eller spår motsvarande sensorområdena så att kaviteter etableras när locket och skivan bondas samman, dvs kopplas samman fast med sensorskivan 1 genom en bondningsprocess. Bondningsramen 7 omsluter sensorområden och förseglar dessa hermetiskt mot utsidan.

Arrangemanget av aktiva strukturer och av kaviteter kan skilja sig från de arrangemang som visas i denna figur. Som ett exempel kan de aktiva strukturerna, t.ex. sensorer, vara belägna i fördjupningar inuti sensorskivan där lockskivan har en plan yta eller grundast möjliga fördjupningar, beroende på utrymmeskraven från de aktiva strukturerna. De aktiva strukturerna kan också vara belägna i lockskivan så att de varianter som beskrivs ovan skulle realiseras som en spegelbild av den visade strukturen.

Produktionsgasatmosfären, antingen definierad av bondningsprocessen eller lämpligt vald, kapslas in i kaviteterna eller fördjupningarna när bägge skivorna har kopplats ihop. Produktionsgasatmosfären består av åtminstone en gastyp A. Vid aktivering av det första gettermaterialet inuti den första kaviteten, och beroende på mängden gettermaterial, kommer denna gastyp att åtminstone partiellt absorberas eller också fullständigt absorberas eller också kommer den att vara väsentligen fullständigt absorberad, och ett (partiellt) vakuum skapas inuti denna kavitet. Företrädesvis består produktionsgasatmosfären av minst två gastyper A och B med olika reaktionskarakteristik för det första gettermaterialet.

Antingen uppvisar lockskivan 2 eller skivan 1 som innehåller den aktiva strukturen en fördjupning så att bägge skivorna kan bondas samman till bildande av kaviteter. För varje motsvarande mikrosystemkomponent tillhandahålls åtminstone två kaviteter 5, 6, emellertid kan fler kaviteter tillhandahållas beroende på kraven. Företrädesvis finns ett gettermaterial 8 placerat inuti lockskivans inre, i området av kaviteten, så att efter fullbordad bondning är gettermaterialet beläget endast i den första av de åtminstone två kaviteterna 5,6. Gettermaterialet i den första kaviteten 5 kan absorbera molekyler av en första gastyp A (exempelvis H2, O2, CO2eller N2eller någon blandning av dessa gaser). Gettermaterialet kommer normalt inte att reagera med molekyler av en andra gastyp B (exempelvis inerta gaser såsom Ar eller Ne). Såsom är känt från teknikens ståndpunkt och som diskuterats ovan deponeras gettermaterialet typiskt inuti lockskivan i ett inaktivt tillstånd. Aktiveringen av gettermaterialet åstadkommes typiskt av en temperatur-tid-process, såsom är känt inom teknikens ståndpunkt. Efter denna aktivering kommer molekyler av typen A att ha gettrats (absorberats). Efter aktiveringen av gettermaterialet absorberas gaser av typen A i kavitet 5 så att kavitetstrycket definieras av de kvarvarande molekylerna av typ B.

Det ursprungliga kavitetstrycket som definieras som summan (av partialtrycken) av partiklar av typ A och B bibehålls i de andra kaviteterna utan gettermaterial. Det kvarvarande trycket i vart och ett av de olika subsystemen kan bestämmas via kompositionen av den ursprungliga gasblandningen (A+B) och mängden och typen av gettermaterial i åtminstone de första kaviteterna, vilka måste väljas så att de skiljer sig från mängden och/eller typen av gettermaterial i de andra kaviteterna (i den mån något gettermaterial överhuvudtaget är placerat där).

Gettermaterial förs in i locket eller de första kaviteterna i sådana mängder att efter getteraktivering har partiklarna av gastyp A fullständigt eller väsentligen fullständigt absorberats. Därför kommer de första kaviteterna 5 endast att ha (eller väsentligen endast) partiklar av gastyp B (eller om partialtrycket för B är noll eller nästan noll, kommer kaviteterna 5 att ha mer eller mindre ett nästan absolut vakuum), medan alla gasmolekyler av typ A och om tillämpligt av typ B förbli kvar i gasvolymen i de andra kaviteterna 6.

Alternativt förs gettermaterial in i de första kaviteterna 5 i mängder som inte är tillräckliga för att fullständigt absorbera gastypen A, utan som endast kommer att absorbera en andel av x mol procent (mol-%). Efter aktivering av gettern är gasatmosfärer inom kaviteterna olika så att - pga av den reducerade mängden gettermaterial och den resulterande ofullständiga gasabsorptionen - de första kaviteterna innehåller (100-x) mol-% av typ A, plus den totala mängden av typ B, medan gasblandningen i de andra kaviteterna förblir oförändrad. Denna procedur medger justering av godtyckliga tryckintervall.

Alternativt har MEMS-komponenten (t.ex. ett chip) två eller flera kaviteter 5, 6 med gettermaterial i bägge kaviteterna, eller om det finns fler än två kaviteter per komponent, i åtminstone två av komponentkaviteterna. I dessa fall är ytan av gettermaterialet och/eller dess gasaborptionkarakteristik i bägge kaviteterna olika så att bägge eller åtminstone två kaviteter har olika sluttryck och/eller gaskompositioner efter getteraktivering. Gettermaterialet kan placeras i kaviteten i vilket föredraget arrangemang som helst, exempelvis såsom remsor eller som en yta eller som en strukturerad form. Företrädesvis placeras den på skivans lock eller liknande, t.ex. inuti dess fördjupningar om dessa existerar. Alternativt kan gettermaterialet också placeras på substratets sida, exempelvis vid sidan av de aktiva strukturerna eller t.o.m. under dessa strukturer, om dessa områden inte behövs av andra skäl.

För komponenter som skall produceras med fler än två kaviteter kan gasblandningen vara sammansatt ånyo av två gastyper A och B, och exempelvis har de första kaviteterna ett gettermaterial i en mängd så att gastypen A kommer att absorberas fullständigt eller nästan fullständigt efter getteraktivering, medan de andra kaviteterna har ett gettermaterial som absorberar gastypen A i blandningen av (A+B) till ett annat procenttal än det första gettermaterialet, och medan de tredje kaviteterna inte har något gettermaterial alls. Alternativt kan gasblandningen vara sammansatt av tre eller t.o.m. fler gastyper A, B, C, .... I detta fall är det fördelaktigt att placera ett gettermaterial med en första absorptionskarakteristik med avseende på gasblandningen i den första kaviteten och ett annat gettermaterial med en andra absorptionskarakteristik med avseende på gasblandningen i den andra kaviteten. En gasblandning kan vara sammansatt av exempelvis gastyper C02, N2 och Ar. Ett gettermaterial med en första absorptionskarakteristik kan absorbera koldioxid, men inte alls eller endast obetydligt absorbera kväve. Ett gettermaterial med en andra absorptionskarakteristik kan absorbera kväve och koldioxid. En tredje kavitet kan förbli fri från gettermaterial överhuvudtaget.

Såsom antytts redan utförs produktionen av MEMS-komponenter företrädesvis såsom multipelkomponenter, exempelvis som skivor, där skivan eller andra multipelkomponentanordningar individualiseras till enstaka komponenter (exempelvis chip). Alternativt kan komponenterna uppenbarligen också konstrueras att använda ett enda substrat (exempelvis ett baschip), lämpligt valt för att bära upp den/de aktiva strukturen/strukturerna, och ett lock (exempelvis ett lockchip) som samtidigt täcker över de åtminstone två kaviteterna och hermetiskt förseglar dessa från varandra.

Föreliggande uppfinning kan tillhandahålla anordningar med samma funktionalitet som anordningen enligt teknikens ståndpunkt som illustreras i fig. 1, men med enklare tillverkning och till en lägre kostnad.

Således avser uppfinningen en ny metod att tillhandahålla olika och kontrollerade atmosfärer inuti kaviteter på ett och samma chip i en MEMS-anordning. Med den nya metoden kan man avstå från att tillhandahålla separata gettermaterial och därigenom förenklas tillverkningen. Metoden innefattar tillhandahållandet av ett första substrat och ett andra substrat och framställning av åtminstone en fördjupning i åtminstone ett av substraten. En strukturkomponent anordnas i eller på en yta på åtminstone ett av substraten, vilken struktur innehåller infångade, absorberade eller adsorberade joner, molekyler eller atomer av en gas. Substraten är sammanbondade så att en kavitet bildas och därmed blir de hermetiskt förslutna. Den erhållna strukturen utsätts för betingelser för att frisätta de implanterade, absorberade eller adsorberade gasatomerna, jonerna eller molekylerna från substratet för att tillhandahålla den kontrollerade atmosfären inuti kaviteten.

Grundidén bakom föreliggande uppfinning är att på ett fördelaktigt sätt använda de inneboende problemen med urgasning från substrat, som normalt är skälet till att använda gettrande material för att eliminera de urgasade molekylerna från en kavitetsatmosfär. Detta åstakommes genom implantering på ett kontrollerat sätt av gasmolekyler (t.ex. H2, O2, CO2eller N2) eller atomer (t.ex. Ar, Ne, Xe) i ett substrat, närmare bestämt i den del av strukturen som utgör det som skall bli kaviteten innan övertäckningsprocessen för att tillhandahålla de förseglade kaviteterna. Andra gaser som är användbara kan väljas från vilken gas som helst som är känd för att urgasa från material i vakuum. En icke uttömmande lista är (förutom de som nämnts ovan) He, CO, CH4, H20, C2H6och C3H8.

Det finns många möjliga alternativ att åstadkomma en önskad struktur, och ett några få föredragna utföringsformer kommer att beskrivas nedan.

I sin mest generiska form innefattar metoden tillhandahållande av ett första kiselsubstrat och ett andra substrat; att tillverka åtminstone en fördjupning i åtminstone ett av substraten; att skapa en strukturkomponent i eller på en yta vid en kavitet i åtminstone ett av substraten, där nämnda struktur innehåller infångade, absorberade eller adsorberade joner, molekyler eller atomer av en gas; sammanbondning av substraten så att en kavitet bildas och blir hermetiskt förseglad; att utsätta den erhållna strukturen för betingelser så att de implanterade, absorberade eller adsorberade gasatomerna, -jonerna eller -molekylerna frisätts från substratet för att tillhandahålla en önskad atmosfär inuti kaviteten.

I en första utföringsform av föreliggande uppfinning, hänvisning görs till fig. 2-6, är således en första skiva 20 förberedd genom att göra fördjupningar 22 i dess yta, vilka fördjupningar utgör åtminstone en del av en kavitet i vilken en funktionell komponent sedan skall anordnas, se fig. 2. En sådan fördjupning kan bilda hela kaviteten om därefter en lockskiva bondas till den första skivan, såsom visas i fig. 4, men kan också vara komplementär till en fördjupning i lockskivan för att på så sätt bilda en kavitet som har en utsträckning in i båda skivorna.

I ett efterföljande steg, se fig. 3, skyddas vissa fördjupningar 22' med en mask 24, som exponerar de återstående fördjupningarna 22". Nu används t.ex. en PVD- eller implanteringsprocess (schematiskt antydd med pilar i fig. 3) för att implantera t.ex. argon (Ar) i skivmaterialet i de fördjupningar 22" som exponeras genom masken 24. Det implanterade argonet visas schematiskt genom streckade linjer vid 26.

Implanteringsprocessen utförs lämpligen med s.k. fysisk ångdeponering eller "PVD", vanligtvis betecknat "sputtring".

Andra varianter av PVD inkluderar förångning (Cathodic Are Deposition), vid vilken en elektrisk högenergistråle som urladdas mot mål- (käll-) materialet avlägsnar en del till högjoniserad ånga som skall avsättas på arbetsstycket; elektronstrålebaserad fysikalisk ångdeponering, i vilket materialet som skall avsattas uppvärms till ett högt ångtryck medelst elektronbombardemang i "högt" vakuum och transporteras genom diffusion för att avsättas medels kondensation på det "kallare" arbetsstycket; evaporativ deponering, vid vilken material som skall deponeras värms till ett högt ångtryck genom elektrisk resistiv värmning i "lågt" vakuum; pulsad laserdeponering, vid vilken en högeffektslaser avlägsnar (ablates) material från målet till en ånga; sputterdeponering, vid vilken en glödande plasmaurladdning (vanligtvis lokaliserad runt om "målet" medelst en magnet) bombarderar materialet och sputtrar bort en del som en ånga för efterföljande deponering. Även CVD-processer kan användas för specifika material, om önskat, särskilt för isolatorer, såväl som vilken annan tunnfilmsdeponeringsteknik som helst som är känd inom halvledarindustrin.

Masken avlägsnas och en lockskiva 28 bondas, se fig. 4, lämpligen med direkt bondning ("fusion bonding"), men andra bondningsmetoder kan också användas, t.ex. eutektisk bondning om temperaturen är ett problem (t.ex. om metall föreligger så är direkt bondning inte möjlig).

Normalt utförs bondning under vakuum och som en konsekvens kommer det att råda ett vakuum i de kaviteter 22'i vilka inget argon har implanterats.

Om sedan den förseglade strukturen utsätts för mild uppvärmning kommer implanterat argon att frisättas i kaviteten 22" för att tillhandahålla en atmosfär med ett tryck som skiljer sig från trycket i andra kaviteter.

I en alternativ process utsätts bägge fördjupningarna för implantering medelst PVD men implanteringsnivån skiljer sig. Detta illustreras i fig. 5, där det efter steget visat i fig. 3, tillhandahålles en ny mask som täcker de fördjupningar 22' i vilka implantering medelst sputtring eller andra medel redan har gjorts, och de andra fördjupningarna 22' utsätts nu för en PVD-process. Emellertid är implanteringsgraden, reglerad av exponeringstid och/eller intensitet, lägre i det andra steget än i det första steget. Den lägre implanteringsgraden illustreras schematiskt av en mindre tät streckning 29. Efter bondning av en lockskiva 30 till den första skivan 20 och frisättning av argon inuti kaviteterna, kommer resultatet att bli kaviteter med argonatmosfär med olika tryck som råder inuti kaviteterna, såsom visas i fig. 6, dvs ett lägre tryck i kaviteteten 22' och ett högre tryck i kaviteten 22".

Ytterligare ett alternativ är att implantera argon 72 i ett plant första substrat 70 i ett definierat område som motsvarar de kaviteter som skall göras, genom att utföra PVD, såsom visas i fig. 7a. Därvid anordnas en lämplig hård mask 74 (eller en resist) över substratet 70. Sedan bondas ett locksubstrat 76 på det första substratet 70, där locksubstratet är försett med fördjupningar 78', 78" som motsvarar fördjupningar 22', 22" i den tidigare beskrivna utföringsformen, varigenom en struktur såsom visas i fig. 8a erhålles, vilket liknar strukturen som visas i fig. 4.

Det är också möjligt att implantera den önskade gasen över hela ytan av ett substrat 70' såsom visas i fig. 7b, och därefter bonda ett lock 76' med en fördjupning 78"' som bildar en kavitet såsom visas i fig. 8b.

I fig. 9 och 10 illustreras ytterligare en utföringsform. Här deponeras en metall 31 av ett valt material på botten av en fördjupning 22' i substratet 20. Materialet är valt att ha förmågan att bädda in eller kvarhålla joner, atomer eller molekyler av en gas inuti dess struktur. Materialet kan lämpligen vara en metall men även oxider är användbara. Lämpligtvis är bärargasen som används vid deponering den gas man önskar. Speciellt är argon användbar, eftersom den är vanligt använd såsom bärargas vid t.ex. sputtring. Därigenom kommer filmen i det deponerade materialet oundvikligen att innehålla gasjoner/-atomer/-molekyler infångade i metallen, och eftersom argon ofta används såsom en bärargas i deponeringsprocesser kommer argonet att implanteras. Om inga åtgärder vidtas för att avlägsna argonet från metallen, när kaviteten väl på korrekts sätt förseglas med locksubstratet 32 och strukturen utsätts för lämpliga betingelser, såsom mild värmning, kommer argonet att gasa ur från metallen och en atmosfär innehållande argongas kommer att råda inuti kaviteten.

Naturligtvis kan deponering av en film av ett lämpligt material, t.ex. metall, isolerande material, eller halvledande material, göras i bägge fördjupningarna vid olika intensiteter/exponeringstider för att tillhandahålla filmer av olika egenskaper, t.ex. olika argonkoncentration, för att därigenom tillhandahålla olika tryck i kaviteterna, när de väl förseglats, liknande utföringsformen som visas i fig. 5 och 6.

Självklart kan filmen deponeras på locksubstratet istället, likt utföringsformen i fig. 7 och 8.

I dessa utföringsformer är direkt bondning inte möjlig om metall deponeras eftersom den inte skulle kunna motstå de temperaturer som krävs utan att smälta.

Ytterligare en möjlighet är att tillhandahålla ett utrymmel 10 i vilken en lämplig gas, såsom argon eller någon annan ädelgas eller inert gas, kan tillhandahållas vid ett övertryck, och där ett substrat 20 med fördjupningar 22', 22" placeras, se fig. 11. Utrymmet kan vara höljet till en bonderapparat av standarstyp. Förutsatt att betingelserna är lämpliga, dvs tillräckligt högt tryck, och lämpligtvis en förhöjd temperatur och exponering under en tillräckligt lång tid, kommer gasen att adsorberas på eller absorberas i ytan i tillräcklig omfattning för att när substratet förses med ett lock och sålunda kaviteterna förseglas, och strukturen som därigenom erhålles utsätts för lämpliga betingelser, kommer gasen att urgasa från ytan och en kontrollerad atmosfär tillhandahålles inuti kaviteterna 22', 22", se fig. 12. Lämpliga betingelser kan inkludera värmning till en förhöjd temperatur.

Som en möjlighet kan de plana ytorna 112 på substratet 20 maskeras så att adsorptionen av gas kan utföras selektivt i fördjupningarna 22', 22". En mask 114 antyds med streckade linjer i fig. 11.

Om det är önskvärt att tillhandahålla olika atmosfärer i olika kaviteter, är det möjligt att låta masken 114 täcka utvalda fördjupningar 22' (se fig. 13) under en första exponering och därefter avlägsna masken och fortsätta exponeringen, varvid koncentrationen av adsorberad gas kommer att bli lägre i fördjupningen 22' än i fördjupningen 22", se fig. 14.

I fig. 15a-f visas flera möjligheter att kombinera substratmaterial och variationer i exponeringen av substraten. Hänvisningssiffror ges endast i fig. 15a eftersom alla element är likadana i figurerna.

I fig. 15a exponeras således ett kiselsubstrat 150 med en fördjupning 152 för t.ex. argon som implanteras, absorberas eller adsorberas, och ett lock 154 tillhandahålles, vilket skulle kunna vara av vilket material som helst som kan bondas till kislet för att ge hermetisk förslutning, t.ex. glas eller kisel.

I fig. 15b kan substratet också vara kisel men skulle också kunna vara av t.ex. glas. Locket tillverkas av kisel och argonet implanteras, absorberas eller adsorberas däri.

I fig. 15c är både substrat och lock av kisel och båda exponeras för argon för att tillhandahålla implanterat, absorberat eller adsorberat argon.

I fig. 15d har bägge substraten försetts med fördjupningar, och endast substratet som har en fördjupning tillverkas av kisel och exponeras för argon. Ånyo, i fig. 15e är locket tillverkat av kisel och har exponerats för argon, och det andra substratet kan vara av något annat material, t.ex. av kisel eller glas.

Slutligen, i fig. 15f är bägge substraten tillverkade av kisel, bägge har fördjupningar och bägge har exponerats för argon.

Strukturerna som kan tillverkas enligt uppfinningen är användbara i anslutning till MEMS-anordningar i vilka det finns funktionella komponenter som kräver kontrollerade atmosfärer för att fungera korrekt.

Speciellt är uppfinningen användbar om olika atmosfärer krävs i olika kaviteter i en MEMS-anordning och på samma chip. Detta är särskilt användbart om komponenterna såsom gyron och accelerometrar, vilka kräver olika atmosfärer, skall anordnas mycket nära varandra på ett chip.

Komponenterna i fråga kan bygga på antingen en lockskiva eller på en skiva på vilken en kavitet finns anordnad, i vilket fall komponenten kan anordnas på kavitetens botten.

De utföringsformer som beskrivs och visas i figurerna är endast exemplifierande för uppfinningen som begränsas enbart av kravens termer.

Sålunda skulle man exempelvis kunna tänka sig anordnandet av en kavitet med argonatmosfär och en endast med vakuum.

En annan möjlig variation är att använda olika gaser till olika kaviteter. Således är det tänkbart att t.ex. ha argon i en kavitet och kväve i en annan.

Claims (19)

1. Metod för att tillhandahålla en kontrollerad atmosfär i kaviteter i kiselbaserade anordningar, vilken metod innefattar: att tillhandahålla ett första substrat (20; 70) och ett andra substrat (28; 76; 76'); att göra åtminstone en fördjupning (22', 22"; 78', 78") i åtminstone ett av substraten; att skapa en strukturkomponent (26) i eller på en yta av åtminstone ett av substraten, vilken strukturkomponent innehåller implanterade, absorberade eller adsorberade joner, molekyler eller atomer av en gas; att bonda samman substraten så att en kavitet formas och blir hermetiskt tillsluten; att utsätta den erhållna strukturen för betingelser sådana att de implanterade, absorberade eller adsorberade gasatomerna, -jonerna eller -molekylerna frisätts från substratet för att åstadkomma den kontrollerade atmosfären inuti kaviteten.

2. Metod enligt krav 1, där strukturkomponenten skapas genom jonbombardemang.

3. Metod enligt krav 1, där strukturkomponenten skapas genom att tillhandahålla gasen vid ett övertryck i en innesluten kammare så att gasen adsorberas på eller absorberas i substratytan.

4. Metod enligt krav 1, där strukturkomponenten skapas genom sputtring av ett material, företrädesvis en metall eller en oxid, på ett av substraten med användning av en bärargas, varvid metallen eller oxiden fångar in bärargasatomer eller -molekyler, som sedan frisätts genom att utsätta slutstrukturen för de nämnda betingelserna.

5. Metod enligt något av de föregående kraven, där fördjupningen görs i det första substratet.

6. Metod enligt något av de föregående krav 1-4, där fördjupningen görs i det andra substratet.

7. Metod enligt något av de föregående kraven 1-4, där en fördjupning görs i båda substraten.

8. Metod enligt krav 1, där strukturkomponenten skapas endast på valda delar av substratet, nämligen där kaviteterna skall anordnas.

9. Metod enligt krav 1, där strukturkomponenten skapas endast i en fördjupning.

10. Metod enligt krav 1, där olika delar av substratet förses med olika strukturkomponenter innefattande olika mängder gas för att på så sätt skapa en skillnad i koncentration av absorberad/adsorberad gas i de olika delarna.

11. Metod enligt krav 10, där de olika delarna är olika fördjupningar.

12. Metod enligt krav 10, där de olika delarna är olika ytområden på ett substrat.

13. Metod enligt något av kraven 1-5, där strukturkomponenten täcker hela substratet.

14. Metod enligt något av föregående krav där gasen är vald bland H2 , 02 , N2 ,C02 , CO, He, Ne, Ar, Xe, CH4 , H2 0, C2 H6 och C3 H8 .

15. MEMS-struktur/-anordning innefattande ett första (20; 70) och ett andra substrat (28; 76; 76') substrat som bondats samman, och åtminstone två kaviteter (22', 22"; 78', 78") anordnade mellan substraten, där varje kavitet har en atmosfär som skiljer sig från den andra, där atmosfären har genererats genom frisättning av implanterade, absorberade eller adsorberade gasatomer, - joner eller -molekyler från substratet.

16. Struktur enligt krav 15, där atmosfären i en kavitet är en gas och i den andra vakuum.

17. Struktur enligt krav 15, där atmosfären i en kavitet är en första gas vid ett tryck och i den andra är atmosfären en andra gas vid ett tryck.

18. Struktur enligt krav 15, där atmosfären i den första kaviteten och i den andra kaviteten är samma gas men trycket i kaviteterna är olika.

19. Struktur enligt krav 15, där trycket i den första kaviteten skiljer sig från trycket i den andra kaviteten.