WO2019072679A1 - Mikromechanische vorrichtung mit überdeckendem bondrahmen - Google Patents

Mikromechanische vorrichtung mit überdeckendem bondrahmen Download PDF

Info

Publication number
WO2019072679A1
WO2019072679A1 PCT/EP2018/077010 EP2018077010W WO2019072679A1 WO 2019072679 A1 WO2019072679 A1 WO 2019072679A1 EP 2018077010 W EP2018077010 W EP 2018077010W WO 2019072679 A1 WO2019072679 A1 WO 2019072679A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bonding frame
layer
micromechanical
bonding
frame
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/077010
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Reinmuth
Martin Rambach
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US16/648,365 priority Critical patent/US11214482B2/en
Priority to CN201880066312.9A priority patent/CN111315681B/zh
Publication of WO2019072679A1 publication Critical patent/WO2019072679A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0077—Other packages not provided for in groups B81B7/0035 - B81B7/0074
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/0051—For defining the movement, i.e. structures that guide or limit the movement of an element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0315—Cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0109—Bonding an individual cap on the substrate

Definitions

  • the invention is based on a micromechanical device with a substrate, a functional layer and a cap, which run parallel to one another
  • Main extension plane are arranged one above the other, wherein in the functional layer, a cavern is formed, which is surrounded by a bonding frame, which is parallel to the main extension plane, wherein the cap is connected to the bonding frame.
  • MEMS elements require capping to shield the sensitive measurement structures from unwanted environmental influences, e.g. Particles, moisture.
  • the connection of the cap with the M EMS element (sensor) is carried out according to the prior art by a bond connection. Typical processes are seal glass bonding and eutectic bonding. However, there are also more bonding methods for these
  • the width of the bond frame can not be arbitrarily reduced because many properties of the bond compound differ from the intrinsic properties of the cap and the ME MS element. So usually the strength, the chemical resistance and the tightness of the bond are less than those of the cap and the MEMS element.
  • the bond frame width is therefore usually limited by the properties of the bond. Usually, therefore, a lot of effort in one
  • the invention demonstrates a possibility such as a reduction of the overall chip size while maintaining the bond frame width and the bonding properties
  • This invention allows the reduction of the chip area while maintaining the
  • Bond frame width while minimizing the reduction of the area of the sensor element.
  • the invention is based on a micromechanical device with a substrate, a functional layer and a cap, which run parallel to one another
  • Main extension plane are arranged one above the other, wherein in the functional layer, a cavern is formed, which is surrounded by a bonding frame, which is parallel to the main extension plane, wherein the cap is connected to the bonding frame.
  • the gist of the invention is that perpendicular in one direction For the main extension plane, the cavern is partially arranged between the bonding frame and the substrate.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that in the functional layer a micromechanical structure is formed, which is arranged in the cavern and that the micromechanical structure is arranged in the direction perpendicular to the main extension plane partially between the bonding frame and the substrate.
  • a micromechanical structure is formed, which is arranged in the cavern and that the micromechanical structure is arranged in the direction perpendicular to the main extension plane partially between the bonding frame and the substrate.
  • micromechanical structure can be used.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that an intermediate layer, in particular a polysilicon layer, is arranged above the functional layer, below the bonding frame.
  • the bonding frame can be applied to this intermediate layer.
  • the invention also relates to a method for producing a micromechanical device with the steps:
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a polysilicon layer is deposited as the intermediate layer. It is also advantageous that after the step (B) and before the step (C) in the functional layer a
  • micromechanical structure is formed and in step (C) this micromechanical structure is covered with oxide. It is particularly advantageous that after step (C) and before step (D) in the region of the bonding frame, a depression is etched into the oxide, which in step (D) is filled with material of the intermediate layer a stop for the micromechanical structure under the bonding frame
  • Bond frame width especially in micromechanical sensors with movable micromechanical structures, the actual sensor elements. This is achieved by arranging the bonding frame above the sensor element and pulling a part of the sensor element under the bonding frame. As a result, the bonding frame surface can be used simultaneously for a plurality of functions. This allows for a chip size reduction of a sensor chip to make the actual sensor element larger, which allows an increased performance of the sensor, e.g. Noise. On the other hand, with a desired performance (and area) of the sensor, the chip area can be further reduced since parts of the sensor are realized under the bonding frame. This allows an additional reduction of the chip area and thus an additional reduction of the manufacturing costs.
  • the bonding frame can also be greatly increased, which leads to an increased resistance of the bonding frame without increasing the chip area at the same time, or it allows to use cheaper bonding methods, which allows a lower strength even with very small components.
  • this can be used to replace a complex expensive eutectic bond by a simpler seal glass bonding method.
  • a better and more accurate stop concept is possible.
  • the invention can be used for a wide range of sensors. This includes i.a. Acceleration sensors, yaw rate sensors, combination elements
  • Herste II cost In particular, for concepts with an ASIC which simultaneously functions as a cap for the MEMS device, this approach is of great importance. In the case of such concepts, the ASIC area and the MEMS area had previously had to match as well as possible in order to generate no additional costs. With the solution according to the invention, a larger MEMS core can be built with a moderate additional effort on the same footprint. On the one hand, flexibility is gained in the area ratio between the ASIC and the MEMS and, at the same time, the size of the overall component can be reduced. drawing
  • FIG. 1 shows a micromechanical device with a substrate, micromechanical structure, bonding frame and cap in the prior art.
  • FIG. 2 shows a micromechanical device according to the invention with substrate, micromechanical structure, overlapping bonding frame and cap.
  • FIG. 3 schematically shows a method for producing a micromechanical device with substrate, micromechanical structure, covering the bonding frame and cap.
  • FIGS. 1 and 2 A schematic comparison of a micromechanical device in the prior art and a micromechanical device according to the invention with overlapping bonding frame is shown in FIGS. 1 and 2 in cross-section.
  • FIG. 1 shows a micromechanical device with a substrate, micromechanical structure, bonding frame and cap in the prior art. Shown is a micromechanical device with a substrate 10, a functional layer 20 and a cap 30, which are arranged parallel to a main extension plane 40 one above the other. In the functional layer 20, a cavern 50 is formed, which is surrounded by a bonding frame 60. In addition, a micromechanical structure 25 is formed in the functional layer 20. The cap 30 is connected to the bonding frame 60. The cap 30 has a cap stop 35 for limiting a deflection of the functional layer 20 perpendicular to
  • FIG. 2 shows a micromechanical device according to the invention with substrate, micromechanical structure, overlapping bonding frame and cap.
  • the cavern 50 is partially arranged between the bonding frame 60 and the substrate 10 in a direction 45 perpendicular to the main extension plane 40. That is, the cavern 50 extends partially under Similarly, in this embodiment, the micromechanical structure 25 extends partially below the bonding frame 60. Under the
  • Bond frame remains only room for a bonding bar 70, which is narrower in one direction parallel to the main extension plane 40 than the bonding frame 60th
  • the micromechanical device is designed as a micromechanical sensor.
  • the bonding bridge is narrower than the bonding frame at the height of the sensor core.
  • the sensor core partially protrudes under the bond frame.
  • An intermediate layer, preferably a polysilicon layer, is arranged above the sensor core in the bond frame region.
  • the sensor core strikes in case of overload preferably on the underside of the bonding frame area.
  • Stop nubs arranged on the bottom of the bond frame area may have a sensor cavity to achieve the largest possible volume.
  • the cap wafer may have a sensor cavity to achieve the largest possible volume.
  • the cap can be replaced by an evaluation ASIC. Electrical connections are made in the sensor cavern connecting the sensor core to the ASIC. In a preferred variant, these contacts are manufactured in the same way and together with the bonding frame.
  • FIG. 3 schematically shows a method for producing a micromechanical device with substrate, micromechanical structure, covering the bonding frame and cap. The method includes at least the steps:
  • a micromechanical sensor is produced.
  • a sensor element is produced on a substrate.
  • the sensor element is filled with at least one oxide deposition.
  • the production of the sensor element and the oxide deposition is carried out in such a way that cavities which extend under the later bonding frame arise.
  • a recess is etched into the oxide in the bond frame area to form stops under the
  • Bond frame area to produce a contact etch is made in the oxide.
  • the contact bridge comprises the entire sensor core.
  • a layer deposition of an intermediate layer is carried out.
  • a polysilicon layer is deposited.
  • one or more components of the bond are deposited and patterned.
  • the polysilicon layer is etched. With a sacrificial layer etching process, the sensor core is released.
  • an etching step is used which operates with gaseous HF. Under the bonding frame, the oxide is accelerated by the cavities in the horizontal direction accelerated. A cap wafer is provided and bonded to the sensor wafer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem Substrat (10), einer Funktionsschicht (20) und einer Kappe (30), welche parallel zu einer Haupterstreckungsebene (40) übereinander angeordnet sind, wobei in der Funktionsschicht (20) eine Kaverne (50) ausgebildet ist, welche von einem Bondrahmen (60) umgeben ist, der parallel zur Haupterstreckungsebene (40) verläuft, wobei die Kappe (30) mit dem Bondrahmen (60) verbunden ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass in einer Richtung (45) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (40) die Kaverne (50) teilweise zwischen Bondrahmen (60) und Substrat (10) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung.

Description

Beschreibung
Titel
Mikromechanische Vorrichtung mit überdeckendem Bondrahmen Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem Substrat, einer Funktionsschicht und einer Kappe, welche parallel zu einer
Haupterstreckungsebene übereinander angeordnet sind, wobei in der Funktionsschicht eine Kaverne ausgebildet ist, welche von einem Bondrahmen umgeben ist, der parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, wobei die Kappe mit dem Bondrahmen verbunden ist.
MEMS Elemente benötigen eine Verkappung zur Abschirmung der empfindlichen Messstrukturen von ungewollten Umwelteinflüssen, z.B. Partikel, Feuchtigkeit. Die Verbindung der Kappe mit dem M EMS Element (Sensor) erfolgt nach dem Stand der Technik durch eine Bondverbindung. Typische Verfahren sind Sealglas Bonden und eutektisches Bonden. Es werden jedoch auch weitere Bondverfahren für diese
Verbindung eingesetzt.
Allen Bondverfahren gemeinsam ist, dass umlaufend um den Sensor ein Bereich frei gehalten werden muss, in dem die Bondverbindung zwischen Kappe und MEMS Element stattfindet. Dieser Bereich wird Bondrahmen genannt. Es werden erheblich Anstrengungen unternommen, um die Breite des Bondrahmens zu reduzieren und damit die benötigte Chipfläche und somit die Kosten zu verringern.
Bei einer Reduzierung der Chipfläche unter Beibehaltung der Bondrahmenbreite ergibt sich ein prozentual steigender Flächenanteil des Bondrahmens an der gesamten Chipfläche. Die für das Sensor Element verwendete Chipfläche muss somit überproportional verringert werden, um die gesamte Chipfläche um die gewünschte prozentuale Größe zu verringern.
Die Breite des Bondrahmens kann jedoch nicht beliebig verringert werden, da viele Eigenschaften der Bondverbindung von den intrinsischen Eigenschaften des Kappen und des ME MS- Elements abweichen. So sind meist die Festigkeit, die chemische Beständigkeit und die Dichtheit der Bondverbindung geringer als die der Kappe und des MEMS-Elements. Die Bondrahmenbreite wird daher meist von den Eigenschaften der Bondverbindung limitiert. Normalerweise wird daher viel Aufwand in eine
Optimierung der Eigenschaften der Bondverbindung gesteckt. Die vorliegende
Erfindung zeigt eine Möglichkeit auf, wie eine Reduzierung der gesamten Chipgröße unter Beibehaltung der Bondrahmenbreite und der Bondeigenschaften bei
gleichzeitiger minimalster Reduktion der Fläche für das Sensor Element möglich ist. Weiter nachteilhaft am Stand der Technik ist, dass für die beweglichen MEMS- Strukturen meist ein Anschlagskonzept für die Bewegung aus der Substratebene verwendet wird, das Anschläge in der Kappe vorsieht. Die dabei möglichen Abstände, die Variation der Abstände und die Position dieser Anschläge sind abhängig von der Bondverbindung und unterliegen daher sehr vielen Einschränkungen.
Weiter nachteilhaft am Stand der Technik ist, dass eine aufwendig strukturierte Kappe notwendig ist.
Aufgabe der Erfindung
Diese Erfindung erlaubt die Reduktion der Chipfläche unter Beibehaltung der
Bondrahmenbreite bei gleichzeitiger minimalster Reduktion der Fläche des Sensor- Elements.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem Substrat, einer Funktionsschicht und einer Kappe, welche parallel zu einer
Haupterstreckungsebene übereinander angeordnet sind, wobei in der Funktionsschicht eine Kaverne ausgebildet ist, welche von einem Bondrahmen umgeben ist, der parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, wobei die Kappe mit dem Bondrahmen verbunden ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene die Kaverne teilweise zwischen Bondrahmen und Substrat angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass in der Funktionsschicht eine mikromechanische Struktur ausgebildet ist, welche in der Kaverne angeordnet ist und dass die mikromechanische Struktur in der Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene teilweise zwischen Bondrahmen und Substrat angeordnet ist. Vorteilhaft kann hierdurch die Chipfläche maximal für die
mikromechanische Struktur genutzt werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass über der Funktionsschicht, unter dem Bondrahmen eine Zwischenschicht, insbesondere eine Polysiliziumschicht angeordnet ist. Vorteilhaft kann auf dieser Zwischenschicht der Bondrahmen angelegt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit den Schritten:
(A) Bereitstellen eines Substrats;
(B) Herstellen einer Funktionsschicht auf dem Substrat;
(C) Abscheiden einer Oxidschicht auf der Funktionsschicht;
(D) Abscheiden einer Zwischenschicht auf der Oxidschicht;
(E) Entfernen von Teilen der Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht wenigstens im Bereich eines Bondrahmens erhalten bleibt;
(F) Entfernen der Oxidschicht, wobei eine Kaverne erzeugt wird, welche sich teilweise zwischen der Zwischenschicht im Bereich des Bondrahmens und der Funktionsschicht erstreckt;
(G) Bonden einer Kappe auf den Bondrahmen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Zwischenschicht eine Polysiliziumschicht abgeschieden wird. Vorteilhaft ist auch, dass nach dem Schritt (B) und vor dem Schritt (C) in der Funktionsschicht eine
mikromechanische Struktur gebildet wird und im Schritt (C) diese mikromechanische Struktur mit Oxid abgedeckt wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass nach dem Schritt (C) und vor dem Schritt (D) im Bereich des Bondrahmens eine Vertiefung in das Oxid geätzt wird, welche im Schritt (D) mit Material der Zwischenschicht gefüllt wird um einen Anschlag für die mikromechanische Struktur unter dem Bondrahmen
herzustellen.
Die Erfindung bewirkt vorteilhaft eine Entkopplung der Chipgröße von der
Bondrahmenbreite, insbesondere bei mikromechanischen Sensoren mit beweglichen mikromechanischen Strukturen, den eigentlichen Sensorelementen. Dies wird erreicht indem man den Bondrahmen oberhalb des Sensorelements anordnet und ein Teil des Sensorelements unter den Bondrahmen zieht. Hierdurch kann die Bondrahmenfläche für mehrere Funktionen gleichzeitig verwendet werden. Dies ermöglicht bei einer Chipgrößenreduktion eines Sensorchips das eigentliche Sensorelement größer zu gestalten, was eine erhöhte Performance des Sensors ermöglicht, z.B. Rauschen. Andererseits kann bei einer gewünschten Performance (und Fläche) des Sensors die Chipfläche zusätzlich verringert werden, da Teile des Sensors unter dem Bondrahmen realisiert werden. Dies erlaubt eine zusätzliche Reduktion der Chipfläche und somit eine zusätzliche Reduktion der Herstellkosten. Weiter kann auch der Bondrahmen sehr stark vergrößert werden, was zu einer erhöhten Beständigkeit des Bondrahmens ohne gleichzeitige Erhöhung der Chipfläche führt, oder es erlaubt günstigere Bondverfahren einzusetzen, die eine geringere Festigkeit selbst bei sehr kleinen Bauelementen ermöglicht. Man kann hierdurch beispielsweise eine aufwendige teure eutektische Bondverbindung durch ein einfacheres Sealglas- Bondverfahren ersetzten. Weiter ist mit diesem Konzept ein besseres und genaueres Anschlagkonzept möglich.
Die Erfindung kann für ein breites Sensorspektrum eingesetzt werden. Dies umfasst u.a. Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren, Kombi- Elemente
(Beschleunigungs- und Drehratensensor auf einem Chip), als auch weitere neuartige Sensoren, die eine Reduzierung der Chipfläche bzw. eine Reduzierung der
Herste II kosten anstreben. Insbesondere für Konzepte mit einem ASIC welcher gleichzeitig als Kappe für das MEMS Bauelement fungiert, ist dieser Ansatz von großer Bedeutung. Bei derartigen Konzepten mussten bisher die ASIC-Fläche und die MEMS- Fläche möglichst gut übereinstimmen, um keine Zusatzkosten zu erzeugen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann mit einem moderaten Zusatzaufwand auf gleicher Grundfläche ein größerer MEMS-Kern gebaut werden. Man gewinnt also einerseits Flexibilität im Flächenverhältnis zwischen ASIC und MEMS und kann gleichzeitig die Baugröße des Gesamtbauelements reduzieren. Zeichnung
Figur 1 zeigt eine mikromechanische Vorrichtung mit Substrat, mikromechanischer Struktur, Bondrahmen und Kappe im Stand der Technik.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit Substrat, mikromechanischer Struktur, überdeckendem Bondrahmen und Kappe.
Figur 3 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit Substrat, mikromechanischer Struktur, überdeckendem Bondrahmen und Kappe.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Eine schematische Gegenüberstellung einer mikromechanischen Vorrichtung im Stand der Technik und einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung mit überdeckendem Bondrahmen ist in den Figuren 1 und 2 im Querschnitt dargestellt.
Figur 1 zeigt eine mikromechanische Vorrichtung mit Substrat, mikromechanischer Struktur, Bondrahmen und Kappe im Stand der Technik. Dargestellt ist eine mikromechanische Vorrichtung mit einem Substrat 10, einer Funktionsschicht 20 und einer Kappe 30, welche parallel zu einer Haupterstreckungsebene 40 übereinander angeordnet sind. In der Funktionsschicht 20 ist dabei eine Kaverne 50 ausgebildet ist, welche von einem Bondrahmen 60 umgeben ist. In der Funktionsschicht 20 ist außerdem eine mikromechanische Struktur 25 ausgebildet. Die Kappe 30 ist mit dem Bondrahmen 60 verbunden. Die Kappe 30 weist einen Kappenanschlag 35 für eine Begrenzung einer Auslenkung der Funktionsschicht 20 senkrecht zur
Haupterstreckungsebene 40 auf.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung mit Substrat, mikromechanischer Struktur, überdeckendem Bondrahmen und Kappe. Im Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ist hier in einer Richtung 45 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 40 die Kaverne 50 teilweise zwischen Bondrahmen 60 und Substrat 10 angeordnet. Das heißt, die Kaverne 50 erstreckt sich teilweise auch unter den Bondrahmen 60. Ebenso erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel auch die mikromechanische Struktur 25 teilweise unter den Bondrahmen 60. Unter dem
Bondrahmen bleibt dabei nur noch Raum für einen Bondsteg 70, welcher in einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene 40 schmaler ist als der Bondrahmen 60.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die mikromechanische Vorrichtung als ein mikromechanischer Sensor ausgestaltet. Der Bondsteg ist auf der Höhe des Sensorkerns schmaler als der Bondrahmen. Der Sensorkern ragt in Teilen unter den Bondrahmen. Über den Sensorkern im Bondrahmenbereich ist eine Zwischenschicht, bevorzugt eine Polysiliziumschicht angeordnet. Der Sensorkern schlägt bei Überlast bevorzugt auf der Unterseite des Bondrahmenbereichs auf. Optional sind
Anschlagsnoppen auf der Unterseite des Bondrahmenbereichs angeordnet. Der Kappenwafer kann eine Sensor- Kaverne aufweisen, um ein möglichst großes Volumen zu erreichen. In einer kostengünstigen Ausführungsform kann auf eine Sensor- Kaverne verzichtet werden. In einer besonders kleinbauenden Variante kann die Kappe durch einen Auswerte-ASIC ersetzt werden. Es werden in der Sensorkaverne elektrische Verbindungen vorgesehen, die den Sensorkern mit dem ASIC verbinden. In einer bevorzugten Variante werden diese Kontakte in der gleichen Weise und zusammen mit dem Bondrahmen hergestellt.
Figur 3 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit Substrat, mikromechanischer Struktur, überdeckendem Bondrahmen und Kappe. Das Verfahren beinhaltet wenigstens die Schritte:
(A) Bereitstellen eines Substrats;
(B) Herstellen einer Funktionsschicht auf dem Substrat;
(C) Abscheiden einer Oxidschicht auf der Funktionsschicht;
(D) Abscheiden einer Zwischenschicht auf der Oxidschicht;
(E) Entfernen von Teilen der Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht wenigstens im Bereich eines Bondrahmens erhalten bleibt;
(F) Entfernen der Oxidschicht, wobei eine Kaverne erzeugt wird, welche sich teilweise zwischen der Zwischenschicht im Bereich des Bondrahmens und der Funktionsschicht erstreckt;
(G) Bonden einer Kappe auf den Bondrahmen. In einem Ausführungsbeispiel wird ein mikromechanischer Sensor hergestellt. Dabei wird auf einem Substrat ein Sensorelement hergestellt. Das Sensorelement wird mit mindestens einer Oxidabscheidung verfüllt. In einer besonders günstigen Variante wird die Herstellung des Sensorelement und die Oxidabscheidung derart ausgeführt, dass Hohlräume, die unter den späteren Bondrahmen reichen, entstehen. Optional wird im Bondrahmenbereich eine Vertiefung ins Oxid geätzt, um Anschläge unter dem
Bondrahmenbereich zu erzeugen. Optional wird eine Kontaktätzung in das Oxid vorgenommen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Kontaktsteg den gesamten Sensorkern. Eine Schichtabscheidung einer Zwischenschicht wird durchgeführt. Bevorzugt wird eine Polysiliziumschicht abgeschieden. Optional werden eine oder mehrere Komponenten der Bondverbindung abgeschieden und strukturiert. Die Polysiliziumschicht wird geätzt. Mit einem Opferschichtätzverfahren wird der Sensorkern freigestellt. Bevorzugt wird ein Ätzschritt verwendet der mit gasförmigen HF arbeitet. Unter dem Bondrahmen wird das Oxid durch die Hohlräume in horizontaler Richtung beschleunigt ausgeräumt. Ein Kappenwafer wird bereitgestellt und auf den Sensorwafer gebondet.

Claims

Ansprüche
1. Mikromechanische Vorrichtung mit einem Substrat (10), einer
Funktionsschicht (20) und einer Kappe (30), welche parallel zu einer
Haupterstreckungsebene (40) übereinander angeordnet sind,
- wobei in der Funktionsschicht (20) eine Kaverne (50) ausgebildet ist, welche von einem Bondrahmen (60) umgeben ist, der parallel zur Haupterstreckungsebene (40) verläuft,
- wobei die Kappe (30) mit dem Bondrahmen (60) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Richtung (45) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (40) die Kaverne (50) teilweise zwischen Bondrahmen (60) und Substrat (10) angeordnet ist.
2. Mikromechanische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Funktionsschicht eine mikromechanische Struktur (25) ausgebildet ist, welche in der Kaverne angeordnet ist und dass die mikromechanische Struktur (25) in der Richtung (45) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (40) teilweise zwischen Bondrahmen (60) und Substrat (10) angeordnet ist.
3. Mikromechanische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass über der Funktionsschicht (20), unter dem Bondrahmen (60) eine Zwischenschicht (80), insbesondere eine Polysiliziumschicht angeordnet ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit den Schritten
(A) Bereitstellen eines Substrats;
(B) Herstellen einer Funktionsschicht auf dem Substrat;
(C) Abscheiden einer Oxidschicht auf der Funktionsschicht;
(D) Abscheiden einer Zwischenschicht auf der Oxidschicht; (E) Entfernen von Teilen der Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht wenigstens im Bereich eines Bondrahmens erhalten bleibt;
(F) Entfernen der Oxidschicht, wobei eine Kaverne erzeugt wird, welche sich teilweise zwischen der Zwischenschicht im Bereich des Bondrahmens und der Funktionsschicht erstreckt;
(G) Bonden einer Kappe auf den Bondrahmen.
5. Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht eine
Polysiliziumschicht abgeschieden wird.
6. Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (B) und vor dem Schritt (C) in der Funktionsschicht eine mikromechanische Struktur gebildet wird und im Schritt (C) diese mikromechanische Struktur mit Oxid abgedeckt wird.
7. Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (C) und vor dem Schritt (D) im Bereich des Bondrahmens eine Vertiefung in das Oxid geätzt wird, welche im Schritt (D) mit Material der Zwischenschicht gefüllt wird um einen Anschlag für die mikromechanische Struktur unter dem Bondrahmen herzustellen.
PCT/EP2018/077010 2017-10-11 2018-10-04 Mikromechanische vorrichtung mit überdeckendem bondrahmen WO2019072679A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/648,365 US11214482B2 (en) 2017-10-11 2018-10-04 Micromechanical device including a covering bond frame
CN201880066312.9A CN111315681B (zh) 2017-10-11 2018-10-04 具有遮盖的键合框的微机械设备

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017218155.9 2017-10-11
DE102017218155.9A DE102017218155A1 (de) 2017-10-11 2017-10-11 Mikromechanische Vorrichtung mit überdeckendem Bondrahmen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019072679A1 true WO2019072679A1 (de) 2019-04-18

Family

ID=63794488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/077010 WO2019072679A1 (de) 2017-10-11 2018-10-04 Mikromechanische vorrichtung mit überdeckendem bondrahmen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11214482B2 (de)
CN (1) CN111315681B (de)
DE (1) DE102017218155A1 (de)
TW (1) TWI776967B (de)
WO (1) WO2019072679A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160167952A1 (en) * 2014-03-31 2016-06-16 Philip H. Bowles Microelectronic packages having hermetic cavities and methods for the production thereof

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009029184A1 (de) * 2009-09-03 2011-03-10 Robert Bosch Gmbh Herstellungsverfahren für ein verkapptes mikromechanisches Bauelement, entsprechendes mikromechanisches Bauelement und Kappe für ein mikromechanisches Bauelement
US9466532B2 (en) * 2012-01-31 2016-10-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Micro-electro mechanical system (MEMS) structures with through substrate vias and methods of forming the same
DE102012208053B4 (de) * 2012-05-14 2024-07-11 Robert Bosch Gmbh Hybrid integriertes Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102012210052B4 (de) * 2012-06-14 2023-12-14 Robert Bosch Gmbh Hybrid integriertes Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
US9556017B2 (en) * 2013-06-25 2017-01-31 Analog Devices, Inc. Apparatus and method for preventing stiction of MEMS devices encapsulated by active circuitry
DE102013222583B4 (de) * 2013-11-07 2024-06-20 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102013225375B4 (de) * 2013-12-10 2024-06-06 Robert Bosch Gmbh Hybrid integriertes Bauteil mit einer Dichtstruktur
DE102014200507A1 (de) * 2014-01-14 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Drucksensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102014200500A1 (de) * 2014-01-14 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Drucksensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
CN105293419B (zh) * 2015-10-15 2016-12-07 华东光电集成器件研究所 一种防止悬浮层刻蚀损伤的mems器件
DE102016200489A1 (de) * 2016-01-15 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
DE102016200497A1 (de) * 2016-01-15 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements
US9926190B2 (en) * 2016-01-21 2018-03-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS devices and methods of forming the same
CN205933209U (zh) * 2016-08-17 2017-02-08 安徽北方芯动联科微系统技术有限公司 具有吸气剂的mems芯片
FR3061902B1 (fr) * 2017-01-19 2019-04-19 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de realisation d'une structure mems et/ou nems comportant au moins deux elements suspendus a un support a des distances differentes dudit support

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160167952A1 (en) * 2014-03-31 2016-06-16 Philip H. Bowles Microelectronic packages having hermetic cavities and methods for the production thereof

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017218155A1 (de) 2019-04-11
TW201927682A (zh) 2019-07-16
US11214482B2 (en) 2022-01-04
CN111315681B (zh) 2024-04-30
CN111315681A (zh) 2020-06-19
US20200223685A1 (en) 2020-07-16
TWI776967B (zh) 2022-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008043524B4 (de) Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102014215038A1 (de) Mikromechanischer Sensor und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensors
WO2005118463A1 (de) Mikromechanisches bauelement mit mehreren kammern und herstellungsverfahren
DE19930779A1 (de) Mikromechanisches Bauelement
DE102012208033A1 (de) Hybrid integriertes Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102005059905A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und Herstellungsverfahren
DE102014211333A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE60213257T2 (de) Mikrostruktur mit beweglicher masse
DE102013208825A1 (de) Mikrostrukturbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturbauelements
DE102013216901A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements
WO2018069028A1 (de) Mikromechanischer sensor mit stressentkopplungsstruktur
DE102012208053B4 (de) Hybrid integriertes Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2002012906A1 (de) Mikromechanisches bauelement
EP1248952B1 (de) Mikromechanische struktur, insbesondere für einen beschleunigungssensor oder drehratensensor, und entsprechendes herstellungsverfahren
WO2018068991A1 (de) Verfahren zum herstellen eines stressentkoppelten mikromechanischen drucksensors
DE19817311A1 (de) Herstellungsverfahren für mikromechanisches Bauelement
WO2019072679A1 (de) Mikromechanische vorrichtung mit überdeckendem bondrahmen
DE102005055950A1 (de) Vorrichtung zur Passivierung wenigstens eines Bauelements durch ein Gehäuse und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung
EP1760040A2 (de) Mikromechanisches Bauelement mit anodisch gebondeter Kappe und Herstellungsverfahren
WO2021083589A1 (de) Mikromechanisches bauelement, insbesondere inertialsensor, mit einer seismischen masse, einem substrat und einer kappe
WO2010060684A2 (de) Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauelements sowie mit dem verfahren hergestelltes bauelement bzw. dessen verwendung
DE19931773C1 (de) Mikromechanisches Bauelement mit Kontaktdurchführungen, sowie Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements
WO2007074017A1 (de) Mikromechanisches bauelement mit kappe
DE102006023701A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements
DE102020210135A1 (de) Mikroelektromechanisches System, Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Systems

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18782970

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18782970

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1