TW201604121A - 微電機構件以及製造微電機構件的方法 - Google Patents

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Abstract

一種MEMS構件，具有：一基材，有一洞坑從一功能性上側作構造化做入該基材中，一做有渠溝的多晶矽層(3)，有一個當作第一電極的多晶矽膜在該多晶矽層中做出，該多晶矽膜至少部分地跨越該洞坑(50)，一磊晶多晶矽層(2)，有一導電構造在其中做出當作第二電極(12)，該第二電極(12)設在該多晶矽膜(12)上方，二者間隔一自由空間(7)，一個入門開口(20)，其將該MEMS構件的外周環境與該洞坑(50)連接成可使流體流通的方式，其中有一個或數個入門通道(14)(51)(52)在該設有渠溝的多晶矽層(3)及/或該磊晶多晶矽層(2)及/或該基材(1)的洞坑(50)的一內壁中，該入門通道(14)(51)(52)將該入門開口(20)與該洞坑(50)連接，且其通道寬度不多於5微米，且其中該入門通道(14)(51)(52)的高度比例至少1.4。 此外還關於一種MEMS構件的製造方法，包括以下步驟：在一個洞坑(50)上方做出一多晶矽膜(12)當作第一電極，該洞坑(50)係在一基材(1)的一功能性上側做構造化做進去；在一磊晶多晶矽層(2)中做出一導電構造，當作第二電極(12)，第二電極(2)設在該多晶矽膜(12)上方，二者間隔一自由空間(7)，做構造化做出一入門開口(20)，它將該MEMS構件的外周環境與該洞坑(50)連接成可使流體流旳方式，及在該設有渠溝的多晶矽層(3)，該磊晶多晶矽層(3)，及/或該基材(1)的洞坑(50)的一內部中形成一個或數個入門通道(14)(51)(52)，其將該入門開口(20)與該洞坑(50)連接，且其通道寬度不大於5微米，且其高寬比至少1：4。 (圖2)

Description

微電機構件以及製造微電機構件的方法
本發明關於一種微電機械系統(MEMS)構件。此外本發明關於一種微電機械構件的製造方法。
微電機械系統(MEMS)構造用於各種不同用途，例如用於小型化的感測器、動作器或時鐘脈波產生器。這類微機械構造可特別根據所謂的APSM方法(Advanced Porous Silicone Membrane)製造，例如在以下文獻所述：EP 1 306 348 B1、WO 02/02458 A1、DE 10 2004 036 032 A1、DE 10 2004 036 035 A1、EP 2 138 450 A1、DE 100 65 026 A1或DE 100 30 352 A1。
在文獻DE 10 2007 019 639 A1提到一種微機械構件，它有一個直接固定在一基材一功能性上側上的膜，由單晶矽構成，以蓋住一空腔。在膜的一個離開空腔朝向的外側上，懸掛著一電極。此膜與該電極須可當作一電容性壓力感測器的感測元件用。文獻DE 10 2013 213 071發表了電容器感測器，在一設有渠溝的多晶矽膜下方有一基材的洞坑(Kaverne)，其上方設有一游離的電極，由單晶式和多晶式的矽構成。
本發明提供一種具有申請專利範圍第1項特徵的MEMS構件，以及一種具有申請專利範圍第4項的特徵的製造MEMS構件的方法。
本發明的第一概念為將一電容性MEMS感測器裝置的製造程序改善，使感測器裝置的膜元件在晶圓作粗加工時(舉例而言，該MEMS感測器裝置由該晶片切鋸而切分)可受保護以防水氣及/或雜質粒子侵入。如此可簡單而有利地將要實施的加工程序實施，而不會有MEMS構件之易受損的感測器元件受影響或受損之虞。
上述的優點在一種電容性感測器裝置或具有這類MEMS構件的麥克風也能達成。
本發明另一概念在將MEMS感測器裝置的測量靈敏性及準確性改善。為此茲主張：一個多晶矽層(它當作壓力時)錨固在基材上，而是在一位在其上方的厚的多晶矽支持層上，它將該多晶矽層分成數個膜片段，因此該多晶矽支持層可造成支持膜部段的支持位置，它們用於掛上多晶矽層。在此，特別有利的是：多晶矽層的膜片段的跨越寬度可利用多晶矽支持層的接觸蝕刻而定出，其蝕刻準確度可特佳地調整。此外，該多晶矽層及該多晶矽支持層包含相同的基本材料，因此熱應力對感測器裝置的準確度的影響可減到最少。
最後還有一概念，以製造完全不同的電容式MEMS感測器裝置，其中，在一薄多晶矽層內作用到一第一膜構造(它與一外洞坑連接成流體相通)的壓力經由一種結合到一磊晶式多晶矽功能層(此結合部係電解耦者)傳送成一種自由運動之多晶矽中間層的運動，因此有一優點： 在該薄多晶矽層中該膜元件(它承受該壓力)的跨越寬度的選擇可維持不受感測器裝置的電容的影響，如此可使用具較小跨越寬度及較高製造準確度的很薄的膜元件，而不會影響感測器裝置的測量靈敏度，此外該多晶矽層、磊晶多晶矽功能層及該多晶矽中間層共同地提供二個互相差異的電容，因此不再需作特別參考電容，此外該感測器膜完全與測量電容電解耦，因此由外沈積在感測器膜上的液體和粒子不會產生短路或干擾信號。
本發明實施例的其他特徵和優點見於以下配合附圖的說明。
所述的設計和進一步特點如有必要可任意互相組合，本發明其他的可能設計、進一步特點及實施例也包含前述或以下實施例所述之本發明特徵的未明述的組合。
附圖說明本發明的實施例，它們說明實施例以及本發明的原理及概念，其他實施例及許多所述之優點見於圖式，圖式的元件不一定要互相以準確比例顯示，方向的字眼，如「左」、「右」、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「旁邊」、「前」、「後」、「垂直」、「水平」、「側面」等等在以下說明只用於作說明，但不限制其一般性。
(1)‧‧‧基材
(2)‧‧‧厚磊晶多晶矽層
(3)‧‧‧薄磊晶多晶矽層
(4)‧‧‧氧化物層
(5)‧‧‧接觸區域
(6)‧‧‧渠溝
(7)‧‧‧自由空間
(8)‧‧‧蓋晶圓
(9)‧‧‧洞坑
(10)‧‧‧結合層
(11)‧‧‧洞坑
(12)‧‧‧多晶矽膜
(13)‧‧‧電極構造
(14)‧‧‧進入通道
(16)‧‧‧第一導電構造
(17)‧‧‧氧化物層(多晶矽膜)
(18)‧‧‧第二導電構造
(19)‧‧‧多晶矽中間層
(20)‧‧‧進入開口
(21)‧‧‧邊緣地區
(23)‧‧‧渠溝
(24)‧‧‧第一導電構造
(25)‧‧‧基材
(27)‧‧‧基本氧化物
(28)‧‧‧基材洞坑
(28)‧‧‧多晶矽層
(29)‧‧‧中間氧化物層
(31)‧‧‧多晶矽中間層
(32)‧‧‧中間氧化物層
(33)‧‧‧接點開口
(34)‧‧‧厚多晶矽層
(35)‧‧‧結合區域
(36)‧‧‧接點區域
(37)‧‧‧接點
(38)‧‧‧壓力進入開口(接點開口)
(41)‧‧‧積體電路
(42)‧‧‧貫穿接點
(43)‧‧‧例裝接點
(44)‧‧‧第一電極
(50)‧‧‧洞坑
(51)‧‧‧進入通道
(52)‧‧‧進入通道
(53)‧‧‧鍍金屬層平面
(57)‧‧‧氧化物層
(65)‧‧‧耦合
(66)‧‧‧剩餘氧化物
(70)‧‧‧中間氧化層
(71)‧‧‧內區域
(72)‧‧‧對壓力敏感的區域
(73)‧‧‧錯誤調節部
C‧‧‧鋸切程序
圖1係一例示的MEMS構件的一示意剖面圖；圖2係依本發明一第一實施例的MEMS構件的一示意剖面圖；圖3係經圖2中的MEMS構件的一前身物的不同橫截面的示意圖；圖4係經圖2中的MEMS構件的不同橫截面的示意圖；圖5係依本發明一第二實施例的一MEMS構件的一示意剖面圖； 圖6係依本發明一第三實施例的一MEMS構件的一示意剖面圖；圖7係一例示的MEMS構件的一示意剖面圖；圖8係一例示的MEMS構件的一示意剖面圖；圖9係一MEMS構件的一例示的製造方法的一第一製造步驟；圖10係一MEMS構件的一例示的製造方法的一第二製造步驟；圖11係一MEMS構件的一例示的製造方法的一第三製造步驟；圖12係一MEMS構件的一例示的製造方法的一第四製造步驟；圖13係一MEMS構件的一例示的製造方法的一第五製造步驟；圖14係一MEMS構件的一例示的製造方法的一第六製造步驟；圖15係一MEMS構件的一例示的製造方法的一第七製造步驟；圖16係一例示之MEMS構件的一示意剖面圖；圖17係一例示之MEMS構件的一前身物的一示意剖面圖；圖18係該例示的MEMS構件的示意剖面圖；圖19係一例示的MEMS構件的示意剖面圖；圖20係一例示的MEMS構件的示意剖面圖；圖21係該例示的MEMS構件的一詳細剖面圖的一示意圖示；圖22係該例示的MEMS構件的一詳細剖面圖的一示意圖示；圖23係該例示的MEMS構件的一詳細剖面圖的一示意圖示；圖24係該例示的MEMS構件的一詳細剖面圖的一示意圖示；圖25係該例示的MEMS構件的一詳細剖面圖的一示意圖示；圖26係該例示的MEMS構件的一詳細剖面圖的一示意圖示；圖27係一例示的MEMS構件的一示意剖面圖； 圖28係一例示的MEMS構件的一示意剖面圖；圖29係一例示的MEMS構件的一示意剖面圖。
圖1顯示一例示MEMS構件的示意剖面圖。一至少部分導電的多晶矽膜(12)〔利用它將一個洞坑(11)至少部分地張設蓋住，該洞坑(11)做構造化到一基材(1)的功能性上側進去〕在一設有渠溝的多晶矽層(3)切出，洞坑(11)宜完全被該至少部分導電的膜所張設蓋住。舉例而言，基材(1)可包含一種半導體材料，例如矽。基材可特別為一半導體材料，例如矽基材，但要指明，此大到說明的製造方法的可實施的方式不限於此基材的特定材料。
要將該洞坑(11)做構造化到基材(1)中，可做習知蝕刻程序。例如要作洞坑(11)的蝕刻程序，可將一護層施到不要蝕刻的基材面上。在基材(1)上可將一厚磊晶多晶矽層(2)設在一設有渠溝的薄多晶矽層(3)上。設有渠溝的多晶矽層(3)係導電者且用於輸送電荷及/或當作電極。基材(1)和設有渠溝的多晶矽層(3)之間，以及在設有渠溝的多晶矽層(3)和磊晶多晶矽層(2)之間可形成氧化物層(4)，它將各層與相鄰的層隔開成電絕緣。在氧化物層(4)中可在適當的或所要的位置設接觸區域(5)，它們由多晶矽或其他導電材料構成。
磊晶多晶矽層(2)當作功能層，在其中切出一導電構造當作電極(13)，例如利用環繞的渠溝(6)切出，該些渠溝設在多晶矽膜(12)上，隔一段自由空間(7)。舉例而言，氧化物層中的自由空間(7)可利用一犠牲層方法形成，而厚磊晶多晶矽層(2)舉例而言可利用渠溝程序達成。
多晶矽膜(12)(呈第一電極形式)和磊晶多晶矽層(2)中的第一電極(13)可利用適當的結合層(10)與一蓋晶圓(8)(例如由矽構成者)呈密封方式封入。蓋晶圓(8)一方面用於作機械性保護防止外界作用到敏感的多晶矽膜(12)以及電極構造(13)，另方面在洞坑(9)中在蓋晶圓(8)下方可調整一定的壓力，它可當作該由多晶矽膜(12)和電極構造(13)形成的MEMS壓力感測器裝置用的參考壓力。
圖1右邊可看到一壓力的進入路徑，它經過該設有渠溝的多晶矽層(3)、磊晶多晶矽層(2)和蓋晶圓(8)，此路徑將洞坑(11)和外界大氣連接成使流體可流通，封入洞坑(9)中的參考壓力提供一相對於外界壓力的中性值，它用於當多晶矽膜(12)相對於電極構造(13)彎曲時，電容變化的參考，因此利用可測量的電容變化，才得知外界所施的及洞坑(11)中的壓力。
由於洞坑(11)往往用一道鋸切程序C用水柱噴入沖刷而開放，故水氣和鋸子產生的切屑粒子會跑入該切出的多晶矽膜(12)的區域並造成的污染或甚至破壞，即使用乾切分程序如雷射支持的分離程序，污染粒子及切屑粒子也會產生，它們會對壓力感測器裝置的完整性有損害。
因此如圖2所示，在基材(1)的一洞坑(50)的一內壁中可形成一條或數條進入通道(14)(英：access canal)，它們將一進入開口(20)(英：access opening)與洞坑(50)連接，在此，進入通道(14)的寬度不大於5微米，因此可防止液體、水氣及/或異物粒子或至少使之很難進入。在此，舉例而言，進入通道(14)可為基材(1)中的槽孔，其製造方式在圖3及圖4中例示。圖3及圖4顯示沿圖2所示之縱切線A-A’及B-B’的剖面圖。
為此，在基材壁中設渠溝，它們用一氧化物層(57)充填。在 此，剖面線A-A’中的渠溝用於作洞坑形成的基礎，而剖面線B-B’中的渠溝用於形成進入通道(14)。但具有氧化物層(57)的所有渠溝可有利地在相同程序步驟形成。最好，渠溝和氧化物層(57)設計成在氧化物係出物，在渠溝中央留一空腔(58)這點特別可用以下方式連接：渠溝的高度比例至少1.4，或渠溝輪廓做成略垂掛，渠溝最大寬度為5微米。
然後可如圖4所示，在多晶矽膜下方將基材的材料蝕刻，以形成洞坑(50)，在該為形成進入通道所設的渠溝的區域中不作蝕刻步驟。然後可作標準MEMS程序，它將狹框條用一存在的MEMS層蓋住。
隨後的氧化物犠牲蝕刻步驟可在洞坑(50)的區域及進入通道(14)的區域做，且宜經由一條通到洞坑(50)的外界進入通道(它當作蝕刻通道)達成。在此，將氧化物層(17)蝕刻，然後將洞坑渠溝上的氧化物層(17)蝕刻，使進入通通(14)露出。這二道蝕刻過程可有利地在相同的氧化物犠牲蝕刻步驟作。然後，舉例而言，將一辟水層施到露出的進入通道(14)的內壁上，例如施一有機含氟層。
如不用此方式而用另一方式，在洞坑(50)中的氧化物層(17)也可利用一分別的氧化物犧牲蝕刻過程蝕刻出來。這點特別可在MEMS構件從一晶圓切分後達成。因此多晶矽膜(12)在切分程序後仍受氧化物層(17)保護。氧化物層(17)除去後，也可將進入通道進一步開放，如此當對液體及粒子有充分防護的情形可確保較快的壓力平衡。
如圖5所示，也可不在洞坑(50)的基材洞坑壁中形成進入通道(14)而在設有渠溝的多晶矽層(3)中形成進入通道或在磊晶多晶矽層(2)中形成進入通道(52)。因此在該二種情形中，「進入開口」(20)和基材洞坑(50) 隔開，以避液體粒子。
進入通道(14)(51)或(52)可在每個設計中沿其它們在設有渠溝的多晶矽層(3)中、或磊晶多晶矽層(2)中、或基材(1)的洞坑(50)的內壁中的走勢作成彎曲或折一角度。這點也可防止最小粒子直接進入洞坑(50)的區域。
在鋸切過程，水氣或異物粒子或清除物(Abraum)粒子不能隨進入通道(14)(51)(52)侵入基材(1)的洞坑(50)的區域以及一直到多晶矽膜(12)的下側。利用辟水的層，也可減少在進入通道(14)(51)(52)中濕氣的潤溼效果及爬行效果。根據圖1~圖6的實施例的MEMS構件因此可很簡單而廉價地用習知程序流程製造。特別是可用簡單的鋸切程序，而不會危及MEMS構件的敏感元件的整合性。多晶矽膜在使用或操作中也受保護以防濕氣及粒子侵入。此外在操作中，多晶矽膜(12)的衝擊負荷，因為在液體中的衝擊波或聲音壓力波受進入通道大大緩衝。
壓力感測器可各依設計具有本身頻率，它們在可聞聲波範圍。如果進入通道(14)(51)(52)的尺寸設計成狹長，使得由於入口開口的氣體阻尼只有很低頻的振動一直通過到多晶矽膜(12)為止，則也可根據圖1~7的MEMS構件的基礎依目的使用在可聞波範圍的自身頻率的壓力感測器。
圖7顯示具一基材(1)的一MEMS構件，從一功能上側將一洞坑(50)作構造化到基中。一壓力由側面經一進入開口或一後側的基材開口進入。一做有渠溝的多晶矽層(3)經一氧化物層(4)施在基材(1)上，且在洞坑(50)的區域切當作至少一多晶矽膜(17)，它至少部分地跨越洞坑(50)。多晶矽膜(17)當作一電容性壓力感測器裝置的第電極。多晶矽膜(17)懸掛在一磊晶 多晶矽層(2)上，後者位在多晶矽膜上方，可和它間隔另一氧化物層，且設成電絕緣。為此，磊晶多晶矽層(2)有一第一導電構造(18)當作第二電極，並有一第二構造(16)，與一導電構造(18)電絕緣。第一導電構造(18)浮設在該自少一多晶矽膜(17)上方間隔一個自由空間(7)。第二構造(16)當作多晶矽膜(17)的懸架。
如圖7所示，可形成數個多晶矽膜(17)的片段，其邊緣與第二構造(16)連接。因此第二構造(16)當作多晶矽膜(17)的支持構造。由於磊晶多晶矽層(2)中，第一和第二構造電絕緣，故可在多晶矽膜(17)沿第一電極(18)方向運動時測量電容的變化。
圖7中，MEMS構件的多晶矽膜(17)不再結合在基材(1)上。因此，其張設跨越寬度不再受該受時間控制的氧化物蝕刻程序(其準確性受程序影響，而準確度有限)的作用決定。由於多晶矽膜(17)的跨越距離係和MEMS壓力感測器裝置的靈敏度的三次方成比例，故圖7的MEMS構件的壓力靈敏度和測量準確度可大大改善。由於可經由同一洞坑(50)將多晶矽膜(17)的數個部段形成及游離，故MEMS構件的壓力感測器裝置的有效電容可大大提高，而不需較大的基材面。
MEMS構件如由外作彎曲，則對多晶矽膜(17)的彎曲的作用很小。因為磊晶多晶矽層(2)及設有渠溝的多晶矽層(3)由相同材料構成，或者至少其機械彎曲性質很相似。因此，多晶矽膜的預應力(Vorspannung，英：pre-stress)受溫度的影響可大大減少。
如圖8所示，有利的做法，係設一多晶矽中間層(19)，它設在設有渠溝的多晶矽層(3)和磊晶多晶矽層(2)之間，在多晶矽中間層(19)中可 形成一個或數個補強構造(20)，它們與該至少一多晶矽膜(17)耦合。利用此多晶矽中間層(19)可用有利方式將多晶矽膜(17)的部分區域強，因此整體上製造較大張設距離的膜。此外，多晶矽中間層(19)可在邊緣區域(21)突伸超出多晶矽膜(17)。因此，在邊緣區域的電容性測量信號可提高。
此外，電極構造可經由多晶矽中間層(19)作懸掛，因此在磊晶多晶矽層(2)中的電極也與基材(1)解耦。
圖16顯示圖8的MEMS構件的一變更例，其中形成貫穿接點(所謂“through silicon vias”，TSV)穿過基材(1)以經由倒裝晶片(Flip-Chip)接點(40)作接觸。在此利用多晶矽中間層(19)將渠溝(23)一直做入到第二構造(16)中為止，如此多晶矽膜(17)在機械性質方面更佳地和剩餘的多晶矽中間層(19)解耦。圖17顯示圖8中MEMS構件的一變更例，其中蓋晶圓(8)直接包含一積體電路(41)，當作感測器裝置的分析電路。蓋晶圓(8)有貫穿接點(42)(所謂“through silicon vias”，TSV)，它們穿過蓋基材且設有倒裝接點(43)。在蓋晶圓(8)和磊晶多晶矽層(2)的結合的氧化物層中，可設相關的鍍金屬層平面(53)。圖18顯示圖17的MEMS構件的一變更例，其中基材(1)側作蝕刻以形成一進入開口，且氧化物層(4)被除去。在此，氧化物層可利用各向異性的電漿程序除去。一點可避免氧化物蝕刻不足的情事。
圖9~15顯示住圖8、16、17或18之一的一MEMS構件的製造程序的加工階段。在一基材(25)中將一基材洞坑(28)做入，將基本氧化物(27)和一薄的多晶矽層(28)施到其上。在一中間氧化物層(29)〔它施在該薄多晶矽層(28)上〕形成接點開口(38)。其上方再析出一多晶矽中間層(31)，其上形成另一中間氧化物層(32)，其具有接點開口(33)，該另一中間氧化物層 (32)上的一厚多晶矽層(34)包含結合區域(35)和接點區域(36)，因此可在厚多晶矽層(34)上形成一蓋，它具有接點(37)和「壓力進入開口」(38)。
圖19顯示一MEMS構件的示意剖面圖，它具有一基材(1)，有一凹隙做構造化從一功能性上側做入該基材(1)進去，一個設有渠溝的多晶矽層(3)〔其中至少切出一多晶矽膜(15)〕有一第一電極(44)〔它經一氧化物層(4)與基材(1)連接〕，第一電極(44)由多晶矽層(3)做構造化造出來，在設有渠溝的多晶矽層(3)上方設一磊晶多晶矽層(2)，在其中做出一導電構造(24)當作第二電極。第二電極相對於第一電極(44)設成一間隔一段自由空間。此外多晶矽層(2)包含一第二構造，它與第一導電構造(24)呈電絕緣，且當作一多晶矽中間層(19)中的一中間電極構造(22)用的懸掛構造。多晶矽中間層(19)設在該設有渠溝的多晶矽層(3)和磊晶多晶矽層(2)之間，且包含一補強構造(20)〔它在多晶矽中間層(19)中形成〕，且與該至少一多晶矽膜(15)耦合，中間電極構造(22)懸掛在磊晶多晶矽層(2)的第二構造，且設在第二電極(24)和第一電極(44)間的自由空間中。
因此中間電極構造(22)可自由運動且利用一絕緣層(21)與基材(1)作電性隔絕。多晶矽膜(15)在個別位置利用多晶矽中間層(19)加厚，因此在膜中定出一些區域，它們在壓力p從外界作用時(例如經由基材背側的一壓力進入開口)可大幅彎曲。多晶矽膜(15)的偏移經由磊晶多晶矽層(2)中的懸架構造傳到中間電極構造(22)，後者在多晶矽膜(15)相對於其下方和其上方的電極構造的壓力有改變時可移動。因此可利用電極構造(44)(24)得到壓力改變的完全不同的電容性測量信號。
如圖20的變更例所示，中間電極構造也可設計成可傾斜的 構造，它以可扭轉(tordieren)的方式懸掛在磊晶多晶矽層(2)的一中間構造上的中央，且經由一個個別的多晶矽膜(15)在一邊緣利用多晶矽晶層(17)中的懸架構造動作(aktuieren，英：actuate)。
圖27、28、29各顯示圖19、20的MEMS構件的有利實施例，圖27中在基材(1)中形成一前側的壓力進入通道(17)，穿過蓋晶圓(8)和磊晶多晶矽層(2)過去到壓力洞坑。圖28中顯示一變更實施例，具有貫穿接點(39)(“through silicon vias”,TSVs)，貫穿接點穿過基材(1)，以利用倒裝晶片接點(40)接觸，其中壓力經由基材(1)中一側邊的進入通道(16)進入。圖29顯示MEMS構件一變更例，其中蓋晶圓(8)直接包含一積體電路(41)，當作感測器裝置用的分析電路。蓋晶圓(8)有貫穿接點(42)(“through silicon vias”,TSVs)穿過蓋基材，它們設有倒裝晶片接點(43)，在蓋晶圓(8)和磊晶多晶矽層(2)的結合之氧化物層中可設對應的鍍金屬層平面。
圖示的實施變更例的優點主要在於：多晶矽膜的跨越距離不是受一受時間控制的蝕刻程序決定，而係由多晶矽中間層(19)中的一定的結合決定，如此跨越距離可很準確地調整。此外多晶矽膜(15)不再直接與感測器裝置的電容耦合，因此可用具很小的跨越距離的很薄的多晶性膜(15)，而不需放棄感測器裝置的電容積。圖19、20、27、28、29的MEMS構件的感測器裝置係用不同方式工作，因此不再需要參考電容，且測量信號保持很敏感。此外多晶矽膜(15)係與測量電容電解耦。如此，介質、液體或異物粒子〔它們沈積在該可由外進入的多晶矽膜(15)上〕不再會干擾電極構造的測量信號。
圖21~26顯示該設有渠溝的多晶矽層(3)和磊晶多晶矽層(2) 在多晶矽膜(15)的區域中的耦合位置的細節例子，圖21顯示一種經一氧化物層(4)的可能的耦合(65)。在磊晶多晶矽層(2)和設有渠溝的多晶矽層(3)之間氧化物層(4)不完全除去，以形成一條氧化物橋(68)，另一種可能的耦合方式示於圖22：多晶矽膜的內區域(2)和用多晶矽中間層(19)中的一補多構造穩定化，該補強構造被環繞的中間氧化層(70)強化。在此有利的一點為：多晶矽膜的跨越距離很準確地定出，且因氧化物層和矽的不同的溫度膨脹係數造成多晶矽膜之與溫度有關的應力可和用加厚的內區域(71)作補強。
如圖23所示，將該加厚度利用多晶矽中間層(19)做成在部分區域中環繞，則顯得很有利。如此，在基材蝕刻時較小的錯誤調整部(73)或氧化物阻擋層乾蝕刻的剩餘氧化物(66)可被抵消，因為該多晶矽膜之對壓力敏感的區域(72)可經由該補強構造而從錯誤調整部(73)或剩餘氧化物(66)移離。圖24、25、26顯示如何用另一方式用最先設置的基坑洞坑(74)及一在隨後程序中較小的後側蝕刻部(1a)同樣地在基材(1)作後側蝕刻時將錯誤調整作補償。在此，基材洞坑(74)的氧化物可在一掉各向同性的蝕刻程序中除去。
因此該技術也可用於產生不同物理量的具多數敏感元件的電容式感測器裝置。在此，這種技術也可將一電容式在壓力感測器、電容或加速度感測器、電容式轉速感測器及/或磁場感測器整合在相同的晶片之上或之中。
電容式感測器裝置可用習知之電容式分析電路(例如加速度感測器的分析電路)操作。特別是可將組合的感測器經由一個共同的純粹的分析電路共同地分析。舉例而言，在一電容式壓力感測器的適當設計的 場合，相同的感測器裝置的一加速度感測器的前結構也可用於電容式壓力感測器，可經由壓力用的一個共同的前端的多工(Multiplex)或經另一前通道簡單地做到這點。
舉例而言，該有利的電容式感測器裝置可用於一電子多功能終端器具中例如一行動電話中。此外，此處所述之電容式感測器裝置可直接呈整合之構件形式與其他感測器元件組合製造，例如與加速度感測器、轉速感測器、磁場感測器、角加速度感測器、溫度感測器、濕度感測器或類似之感測器類型組合製造。
(1)‧‧‧基材
(2)‧‧‧厚磊晶多晶矽層
(3)‧‧‧薄磊晶多晶矽層
(5)‧‧‧接觸區域
(6)‧‧‧渠溝
(7)‧‧‧自由空間
(8)‧‧‧蓋晶圓
(9)‧‧‧洞坑
(10)‧‧‧結合層
(12)‧‧‧多晶矽膜
(13)‧‧‧電極構造
(14)‧‧‧進入通道
(20)‧‧‧進入開口
(50)‧‧‧洞坑

Claims (4)

  1. 一種MEMS構件，具有：一基材，有一洞坑從一功能性上側作構造化做入該基材中，一做有渠溝的多晶矽層(3)，有一個當作第一電極的多晶矽膜在該多晶矽層中做出，該多晶矽膜至少部分地跨越該洞坑(50)，一磊晶多晶矽層(2)，有一導電構造在其中做出當作第二電極(12)，該第二電極(12)設在該多晶矽膜(12)上方，二者間隔一自由空間(7)，一個入門開口(20)，其將該MEMS構件的外周環境與該洞坑(50)連接成可使流體流通的方式，其中有一個或數個入門通道(14)(51)(52)在該設有渠溝的多晶矽層(3)及/或該磊晶多晶矽層(2)及/或該基材(1)的洞坑(50)的一內壁中，該入門通道(14)(51)(52)將該入門開口(20)與該洞坑(50)連接，且其通道寬度不多於5微米，且其中該入門通道(14)(51)(52)的高度比例至少1.4。
  2. 如申請專利範圍第1項之MEMS構件，其中：該入門通道(14)(51)(52)沿其在該具渠溝的多晶矽層(3)，該磊晶多晶矽層(2)及/或該基材(1)的洞坑(50)的內壁彎曲。
  3. 如申請專利範圍第1項之MEMS構件，其中：該入門通道(14)(51)(52)的內壁施一層有機含氟層。
  4. 一種MEMS構件的製造方法，包括以下步驟：在一個洞坑(50)上方做出一多晶矽膜(12)當作第一電極，該洞坑(50)係在一基材(1)的一功能性上側做構造化做進去；在一磊晶多晶矽層(2)中做出一導電構造，當作第二電極(12)，第二電極(2)設在該多晶矽膜(12)上方，二者間隔一自由空間(7)， 做構造化做出一入門開口(20)，它將該MEMS構件的外周環境與該洞坑(50)連接成可使流體流旳方式，及在該設有渠溝的多晶矽層(3)，該磊晶多晶矽層(3)，及/或該基材(1)的洞坑(50)的一內部中形成一個或數個入門通道(14)(51)(52)，其將該入門開口(20)與該洞坑(50)連接，且其通道寬度不大於5微米，且其高寬比至少1：4。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10104478B2 (en) * 2015-11-13 2018-10-16 Infineon Technologies Ag System and method for a perpendicular electrode transducer
DE102016211513A1 (de) * 2016-06-27 2018-01-04 Infineon Technologies Dresden Gmbh Stressentkoppelter piezoresistiver Relativdrucksensor und Verfahren zur Herstellung desselben
DE102016216234A1 (de) 2016-08-29 2018-03-01 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
DE102017205244A1 (de) * 2017-03-28 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Drucksensor sowie Verfahren zur Herstellung des mikromechanischen Drucksensors
DE102017118857B3 (de) * 2017-08-18 2018-10-25 Infineon Technologies Ag Mikroelektromechanisches Mikrofon
DE102018210111A1 (de) * 2018-06-21 2019-12-24 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Sensor
DE102018211332A1 (de) * 2018-07-10 2020-01-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Sensors sowie MEMS-Sensor
DE102018222804B4 (de) 2018-12-21 2022-03-24 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung
DE102018222719A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil für eine kapazitive Drucksensorvorrichtung
DE102018222715B4 (de) * 2018-12-21 2021-01-21 Robert Bosch Gmbh Sensoreinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung
CN110668391B (zh) * 2019-08-27 2023-04-07 华东光电集成器件研究所 一种具有应力释放功能的双端固支板式mems结构

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1030352B (de) 1954-01-28 1958-05-22 Hercules Powder Co Ltd Verfahren zur Herstellung von 3, 3-Bis-(chlormethyl)-oxacyclobutan
DE10030352A1 (de) 2000-06-21 2002-01-10 Bosch Gmbh Robert Mikromechanisches Bauelement, insbesondere Sensorelement, mit einer stabilisierten Membran und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauelements
DE10032579B4 (de) 2000-07-05 2020-07-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement
DE10065026A1 (de) 2000-12-23 2002-07-04 Bosch Gmbh Robert Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
EP1306348B1 (de) 2001-10-24 2007-05-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Membransensoreinheit sowie Membransensoreinheit
US7943412B2 (en) * 2001-12-10 2011-05-17 International Business Machines Corporation Low temperature Bi-CMOS compatible process for MEMS RF resonators and filters
DE10324960B4 (de) * 2003-06-03 2011-08-11 Robert Bosch GmbH, 70469 Kapazitiver Drucksensor
DE102004036035B4 (de) 2003-12-16 2015-10-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements sowie ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Membransensor
KR20060127166A (ko) * 2004-03-09 2006-12-11 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 일렉트릿 컨덴서 마이크로폰
WO2005098380A1 (en) * 2004-04-08 2005-10-20 Tayfun Akin Ultra low-cost uncooled infrared detector arrays in cmos
JP4188325B2 (ja) * 2005-02-09 2008-11-26 ホシデン株式会社 防塵板内蔵マイクロホン
JP4742972B2 (ja) * 2006-04-27 2011-08-10 オムロン株式会社 マイクロフォンの製造方法
DE102007019639A1 (de) * 2007-04-26 2008-10-30 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102007029911A1 (de) * 2007-06-28 2009-01-02 Robert Bosch Gmbh Akustisches Sensorelement
US8796790B2 (en) * 2008-06-25 2014-08-05 MCube Inc. Method and structure of monolithetically integrated micromachined microphone using IC foundry-compatiable processes
DE102008002668A1 (de) 2008-06-26 2009-12-31 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
US20100075481A1 (en) * 2008-07-08 2010-03-25 Xiao (Charles) Yang Method and structure of monolithically integrated ic-mems oscillator using ic foundry-compatible processes
DE102008040970A1 (de) * 2008-08-04 2010-02-11 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit Kavernen mit unterschiedlichem atmosphärischen Innendruck
US8193596B2 (en) * 2008-09-03 2012-06-05 Solid State System Co., Ltd. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) package
EP2252077B1 (en) * 2009-05-11 2012-07-11 STMicroelectronics Srl Assembly of a capacitive acoustic transducer of the microelectromechanical type and package thereof
DE102009028177A1 (de) * 2009-07-31 2011-02-10 Robert Bosch Gmbh Bauelement mit einer mikromechanischen Mikrofonstruktur und Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements
US9215519B2 (en) * 2010-07-30 2015-12-15 Invensense, Inc. Reduced footprint microphone system with spacer member having through-hole
US8447057B2 (en) * 2011-03-18 2013-05-21 Analog Devices, Inc. Packages and methods for packaging MEMS microphone devices
US9438972B2 (en) * 2011-12-29 2016-09-06 Goertek Inc. Silicon based MEMS microphone, a system and a package with the same
DE102013213071B3 (de) * 2013-07-04 2014-10-09 Robert Bosch Gmbh Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil

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