WO2020099142A1 - Verfahren zum herstellen einer mikromechanischen vorrichtung - Google Patents

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WO2020099142A1
WO2020099142A1 PCT/EP2019/079885 EP2019079885W WO2020099142A1 WO 2020099142 A1 WO2020099142 A1 WO 2020099142A1 EP 2019079885 W EP2019079885 W EP 2019079885W WO 2020099142 A1 WO2020099142 A1 WO 2020099142A1
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WO
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sacrificial layer
cover
micromechanical structure
micromechanical
fastening section
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PCT/EP2019/079885
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Jochen Reinmuth
Peter Schmollngruber
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
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    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00444—Surface micromachining, i.e. structuring layers on the substrate
    • B81C1/00468—Releasing structures
    • B81C1/00476—Releasing structures removing a sacrificial layer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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    • B81C2203/0154—Moulding a cap over the MEMS device

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a micromechanical device.
  • Inertial sensors with micromechanical structures are known from the prior art. It is also known to arrange a cover over a micromechanical structure by means of a bonding process. As a result, the micro-mechanical structure is arranged in a cavern. A gas with a defined pressure can be enclosed in the cavern.
  • a sacrificial layer is selectively removed before the cover is arranged, as a result of which the micromechanical structure initially fixed on the sacrificial layer is mechanically movable. Accelerations occurring in the manufacturing process can deflect parts of the micromechanical structure in such a way that they remain stuck to other components of the inertial sensor by Van der Waals forces (in-process gluing).
  • a non-stick coating which should be deposited as early as possible after the sacrificial layer has been removed, in order to reduce the tendency of the micromechanical structure to stick early.
  • the typically organic non-stick coatings can, however, decompose at higher temperatures. Such high temperatures can, however, be required in the case of a bonding process in the context of a capping, so that only a small process window is available here in order to enable both a minimal tendency to stick and a reliable bonding process.
  • the thermal sensitivity of the non-stick coating limits the selection of suitable cleaning methods.
  • a sacrificial layer can be removed, for example, by means of gas phase etching.
  • oxide and / or hydroxide deposits can form on a bond frame, which can negatively influence the reliability of the gas tightness of the eutectic bond frame. Due to the already exempted and easily movable micromechanical structures after the gas phase etching, one is restricted in the selection of possible cleaning methods before the bonding process.
  • An object of the present invention is to provide an improved method for producing a micromechanical device. This object is achieved by a method for producing a micromechanical device with the features of the independent claim. Advantageous further developments are specified in dependent claims.
  • a method for producing a micromechanical device has the following method steps: a carrier is provided. A sacrificial layer is arranged on the carrier. A functional layer is arranged on the sacrificial layer and fixed to the sacrificial layer. The functional layer has a micro-mechanical structure. A cover is placed over the micromechanical structure. An access channel is created in front of the part of the sacrificial layer that is seen. A part of the sacrificial layer that fixes the micromechanical structure is removed by means of an etching process. An etchant is introduced through the access channel.
  • the arrangement of the cover over the micromechanical structure can also be referred to as capping.
  • the part of the sacrificial layer that fixes the micromechanical structure is removed after the capping, so that the micromechanical structure is only released and movable at this time.
  • the manufacture of the micromechanical device can thus be made more flexible until the part of the sacrificial layer that fixes the micromechanical structure is removed, since, for example, the in-process bonding of the micromechanical structure only after the capping. must be taken into account. If the part of the sacrificial layer fixing the micromechanical structure is removed only after the cover has been arranged, this advantageously also enables the use of different capping methods and thus greater flexibility in the design of the micromechanical device.
  • the functional layer has a first fastening section.
  • the first fastening section laterally delimits the micromechanical structure.
  • the cover is fi xed to the first fastening section by means of a bonding process, in particular by means of a eutectic bonding process.
  • a bond frame is generated from an AIGe eutectic.
  • hydrofluoric acid HF
  • HF gas phase etching HF gas phase etching
  • the hydrofluoric acid is introduced via the access channel. If the part of the sacrificial layer which fixes the micromechanical structure were removed by means of HF gas phase etching before the eutectic capping, it could lead to the formation of disruptive coatings on the bond frame.
  • oxide and / or hydroxide deposits can form on the aluminum of the bonding frame, which can negatively influence the reliability of the gas tightness of the eutectic bonding frame.
  • the reliability and hermeticity of the eutectic bonding frame is advantageously increased in that the eutectic encapsulation takes place after the part of the sacrificial layer that fixes the micromechanical structure is removed.
  • the functional layer is embedded in a further sacrificial layer before the cover is arranged.
  • a part of the further sacrificial layer that fixes the micromechanical structure is removed after the cover has been arranged.
  • the embedding of the functional layer in the further sacrificial layer advantageously enables the use of further capping methods and thus a more flexible design of the micromechanical device.
  • the further sacrificial layer has a second fastening section. The second fastening section laterally delimits the micromechanical structure. The cover is fixed to the second fastening section by means of a direct bonding process.
  • the cover has a cavity.
  • the cover is arranged over the functional layer in such a way that the cavity of the cover is arranged over the micromechanical structure and faces the micromechanical structure.
  • the etchant can advantageously be uniformly distributed in the cavity. As a result, the sacrificial layer or the further sacrificial layer can be etched uniformly.
  • the functional layer has a third fastening section.
  • the third fastening section laterally delimits the micromechanical structure.
  • a through opening is arranged in the further sacrificial layer. The through opening extends to the third fastening section.
  • the cover is arranged by depositing a covering material. This capping process can also be referred to as thin-film encapsulation. This can e.g. there is no need for time-consuming preparation and implementation of a wafer-to-wafer bonding process (eutectic bonding process or direct bonding process).
  • a cavern is formed by arranging the cover and removing the part of the sacrificial layer that fixes the micromechanical structure.
  • the micromechanical structure is arranged in the cavern.
  • a cavern is formed by arranging the cover, removing the part of the sacrificial layer that fixes the micromechanical structure, and removing the part of the sacrificial layer that fixes the micromechanical structure.
  • the micromechanical structure is arranged in the cavern.
  • a gas can advantageously be enclosed in the cavern.
  • a defined pressure can be generated in the caverns. The performance of the micromechanical device can thereby be optimized.
  • the method comprises the following further method step: A non-stick coating is produced by introducing a coating material via the access channel in the cavern.
  • the non-stick coating is advantageously provided to reduce the in-process gluing of the micromechanical structure.
  • the non-stick coating is created after the capping. This advantageously prevents the coating material from being deposited on the bonding frame. This would adversely affect the quality of the capping.
  • Another advantage also results from the fact that the production of the non-stick coating is decoupled from the capping. Since the coating material is typically organic, it could thermally decompose when capped if the non-stick coating were created prior to capping. This is avoided by creating the non-stick coating after the capping. As a result, the selection of a suitable coating material is not limited by process temperatures during the capping. Cleaning measures can also be taken before capping without having to take the stability of the non-stick coating into account.
  • the carrier with the micromechanical structure is cleaned before the cover is arranged.
  • the micromechanical structure is still fixed to the sacrificial layer, as a result of which a large number of cleaning processes, in particular also wet-chemical cleaning processes, can be used without in-process gluing being possible. This also increases the reliability of the capping, since the fastening section can be provided with a better cleaned surface.
  • the access channel extends through the cover or extends through the carrier.
  • the method comprises the following further method step: the access channel is closed.
  • the access channel can be closed, for example, by means of a laser.
  • a defined gas pressure in the cavern can advantageously be generated by closing the access channel.
  • Fig. 1 a carrier with a micromechanical structure in a cross-sectional view
  • FIG. 1 shows a carrier 2 with a micromechanical structure 3 in a schematic cross-sectional view.
  • the carrier 2 with the micromechanical structure 3 was provided as part of the method.
  • the carrier 2 can also be referred to as a bottom wafer.
  • the carrier 2 can be any substrate, for example the carrier 2 can be a silicon substrate.
  • a sacrificial layer 4 is arranged on the carrier 2, a sacrificial layer 4 is arranged.
  • the sacrificial layer 4 can have, for example, an oxide, for example a silicon oxide. However, the sacrificial layer can also have other materials.
  • a functional layer 5 is arranged on the sacrificial layer 4.
  • the functional layer 5 is fixed to the sacrificial layer 4.
  • the functional layer 5 has, for example, polycrystalline silicon and is structured.
  • the functional layer 5 can also have other materials.
  • the functional layer 5 has the micromechanical structure 3. In the state shown in FIG. 1, the micromechanical structure 3 is fixed to the sacrificial layer 4 and immovable.
  • electrical conductor tracks 6 are embedded in the sacrificial layer 4.
  • the electrical conductor tracks 6 can have, for example, polycrystalline silicon.
  • the electrical conductor tracks 6 can also have other electrically conductive materials.
  • Bond pads 7 are arranged on the functional layer 5 for the electrical contacting of the functional layer 5.
  • the bond pads 7 can have a metal, for example. 1 shows, by way of example, a bond pad 7 which is arranged on a section of the functional layer 5 which is in electrical contact with an electrical conductor track 6.
  • the micromechanical device 1 according to the first embodiment is to be capped using a bonding method, for example using a eutectic bonding method.
  • a first bond frame 8 is arranged on the functional layer 5.
  • the first bonding frame 8 is arranged on a first fastening section 9 of the functional layer 5.
  • the first Befest Trentsab section 9 and the first bond frame 8 laterally delimit the micromechanical structure 3.
  • the first bond frame 8 can have aluminum or other materials, for example.
  • FIG. 2 shows a state subsequent to FIG. 1 when the micromechanical device 1 is manufactured.
  • the reference symbols in FIG. 1 are retained for identical elements.
  • a cover 10 was placed over the micromechanical structure 3.
  • the cover 10 can also be characterized as a cap wafer.
  • the cover 10 can be any substrate, for example a silicon substrate.
  • the cover has a cavity 1 1, which can be generated by an etching process, for example.
  • the cover 10 is arranged above the functional layer 5 such that the cavity 11 of the cover 10 is arranged above the micromechanical structure 3 and faces the micromechanical structure 3.
  • the cavity 1 1 can also be omitted.
  • the cover 10 is fixed, for example, to the first fastening section 9 by means of the eutectic bonding method.
  • a second bond frame which is not shown in FIG. 2, can be arranged on the cover 10.
  • the second bonding frame can comprise germanium, for example.
  • the first bonding frame 8 and the second bonding frame can also have other materials. Both materials can also form the first bonding frame 8 together. In this case, the second bond frame is omitted.
  • FIG. 3 shows a state that follows in FIG. 2 when the micromechanical device 1 is manufactured.
  • the reference symbols in FIG. 2 are retained for identical elements.
  • an access channel 14 was created, which is provided for removing part of the sacrificial layer 4.
  • the sacrificial layer 4 is accessible by creating the access channel 14.
  • the access channel 14 can be created using a suitable method, for example using an etching method. 3 shows, by way of example, that the access channel 14 has been created to extend through the cover 10. However, the access channel 14 can also be created extending through the carrier 2. This would also make the sacrificial layer 4 accessible.
  • An alternatively extending through the carrier 2 access channel 14 is indicated in Fig. 3 by means of dashed lines.
  • FIG. 4 shows a state that follows in FIG. 3 when the micromechanical device 1 is manufactured.
  • the micromechanical device 1 is completed in this case. 3 are retained for identical elements.
  • part of the sacrificial layer 4, which fixes the micromechanical structure 3, was removed by means of an etching process.
  • the etchant is introduced through the access channel 14 into the area to be etched.
  • the etchant can, for example, have hydrofluoric acid (HF) or other materials suitable for etching.
  • the etchant can be introduced, for example, in a gaseous state through the access channel 14 (gas phase etching). Because the part of the sacrificial layer 4 that initially fixed the micromechanical structure 3 has been removed, the micromechanical structure 3 is now movable.
  • the etchant can also be passed through the access channel 14 in the liquid state.
  • a liquid etchant can be used in particular if the micromechanical structure 3 has large restoring forces. In this case, in-process gluing of the micromechanical structure 3 can take place despite of the liquid etchant can be prevented. Adhesion of the micromechanical structure 3 to other components of the micromechanical device 1 is referred to as in-process bonding. This can e.g. B. happen by accelerating gene in the manufacturing process.
  • a first cavern 13 is formed.
  • the micromechanical structure 3 is arranged in the first cavern 13.
  • Fig. 5 shows the micromechanical device 1 in a schematic cross-sectional view after performing optional method steps.
  • the reference numerals of Fig. 4 are retained for identical elements.
  • the access channel 14 was closed. This is indicated schematically in FIG. 5 by means of a closure 15.
  • the closing of the access channel 14 can take place, for example, by means of a laser (laser reseal).
  • the material of the cover 10 is irradiated in a region of the access channel 14 by means of the laser, as a result of which it melts, deforms and closes the access channel 14 after solidification.
  • the access channel 14 can also be closed using an oxide reseal. In the oxide reseal, an oxide, for example a silicon oxide or another oxide, is arranged in or above the access channel 14.
  • a gas for example an inert gas, can be arranged in the first cavern 13 in the laser reseal. A defined pressure can also be enclosed in the first cavern 13.
  • part of the cover 10, which was located above the bond pad 7, was removed.
  • the bond pad 7 is accessible and can be connected to the electrical contacting of the micromechanical structure 3, for example with a bond wire.
  • 6 and 7 schematically show method steps of the method for producing a micromechanical device 16 according to a second embodiment.
  • the micromechanical device 16 according to the second embodiment has similarities to the micromechanical device 1 according to the first embodiment. In the following, only the differences between the micromechanical device 16 according to the second embodiment and the micromechanical device 1 according to the first embodiment and their manufacturing method are explained.
  • FIG. 6 shows a state subsequent to FIG. 1 when the micromechanical device 16 is manufactured.
  • the reference symbols in FIG. 1 are retained for identical elements.
  • the functional layer 5 was embedded in a further sacrificial layer 17 before the cover 10 was arranged.
  • the further sacrificial layer 17 can, for example, have an oxide, for example a silicon oxide or another material.
  • the further sacrificial layer 17 can be formed by means of a deposition process, for example by means of a sputtering process, a vapor deposition process, a chemical vapor deposition (English: Chemical vapor deposition,
  • CVD in particular by means of low-pressure CVD (LPCVD) or by means of plasma-assisted chemical vapor deposition (English: plasma-enhanced CVD, PECVD).
  • LPCVD low-pressure CVD
  • PECVD plasma-assisted chemical vapor deposition
  • the further sacrificial layer 17 is used to arrange the cover 10 by means of a direct bonding method.
  • a surface 18 of the further sacrificial layer 17 can be planarized by means of a polishing method, for example by means of chemical mechanical polishing (CMP).
  • the further sacrificial layer 17 has a second fastening section 19.
  • the second fastening section 19 defines the micromechanical structure la terally.
  • the second fastening section 19 is formed by part of the surface 18 of the further sacrificial layer 17.
  • FIG. 7 shows a state subsequent to FIG. 6 during the manufacture of the micromechanical device 16.
  • the micromechanical device 16 is completed in this case. 6 are retained for identical elements.
  • the cover 10 was fixed by the direct bonding method to the second attachment portion 19.
  • the cover 10 forms, together with the second fastening section 19, a hermetic seal.
  • the cover 10 can also have an oxide or another material, for example, in the direct bonding process.
  • the access channel 14 was created, FIG. 7 showing by way of example that the access channel 14 was formed in the cover 10.
  • the access channel 14 can also extend through the carrier 2.
  • the part of the sacrificial layer 4 that fixes the micromechanical structure 3 has been removed.
  • a part of the further sacrificial layer 17 that fixes the micromechanical structure 3 was removed.
  • the micromechanical structure 3 is thereby movable.
  • the removal of the part of the further sacrificial layer 17 which fixes the micromechanical device 3 can be carried out like the removal of the part of the sacrificial layer 4 which fixes the micromechanical device 3.
  • the same etchant can be used for the sacrificial layer 4 and the further sacrificial layer 17. However, various etchants can also be used.
  • the access channel 14 was closed.
  • part of the cover 10, which was located above the bond pad 7, was removed, as a result of which the bond pad 7 is accessible.
  • micromechanical device 21 according to the third embodiment has similarities to the micromechanical device 16 according to the second embodiment. In the following, only the differences between the micromechanical device 21 according to the third embodiment and the micromechanical device 16 according to the second embodiment and their production method are explained.
  • FIG. 8 shows a state corresponding to that shown in FIG. 6 when the micromechanical device 21 is manufactured.
  • the reference symbols in FIG. 6 are retained for identical elements.
  • the functional layer 5 was embedded in the further sacrificial layer 17.
  • the functional layer 5 in the micromechanical device 21 according to the third embodiment has no bond pads 7 arranged on the functional layer 5.
  • FIG. 9 shows a state in FIG. 8 following the time during manufacture of the micromechanical device 21 in a schematic cross-sectional view.
  • the reference numerals of Fig. 8 are retained for identical elements.
  • the capping is to take place in the micromechanical device 21 by means of thin-film capping.
  • the functional layer 5 has a third fastening section 22.
  • the third fastening section 22 is formed by part of an upper side 23 of the functional layer 5.
  • the third fastening section 22 laterally delimits the micromechanical structure 3.
  • a through-opening 24 was arranged in the further sacrificial layer 17 above the third fastening supply section 22 and extending to the third fastening section 22.
  • FIG. 10 shows a state subsequent to FIG. 9 when the micromechanical device 21 is manufactured.
  • the reference numerals of FIG. 9 are retained for identical elements.
  • the cover 10 was arranged over the micromechanical structure 3. In this case, the cover 10 was arranged by depositing a cover material. As a result, the cover 10 has no cavity.
  • the cover material can, for example, have polycrystalline silicon or another material.
  • the covering material is in contact with the functional layer 5.
  • the covering material fills the passage opening 24 that he created in the further sacrificial layer 17. Outside of the third fastening section 22, the covering material is arranged on the further sacrificial layer 17.
  • FIG. 1 1 shows a state that follows in FIG. 10 when the micromechanical device 21 is manufactured.
  • the micromechanical device 21 is completed in this case. 10 are retained for identical elements.
  • the access channel 14 was created, for example, in the cover 10 and the part of the sacrificial layer 4 fixing the micromechanical structure 3 and the part of the further sacrificial layer 17 fixing the micromechanical structure 3 were removed.
  • the micromechanical structure 3 is thereby movable.
  • the cover 10 By arranging the cover 10, removing the part of the sacrificial layer 4 fixing the micromechanical structure 3 and removing the part of the further sacrificial layer 17 fixing the micromechanical structure 3, the second cavern 20 was formed, in which the micromechanical structure 3 was arranged is.
  • access channel 14 was closed.
  • Fig. 12 shows the micromechanical device 21 in a schematic cross-sectional view after performing an optional method step.
  • the reference numerals of Fig. 1 1 are retained for identical elements.
  • FIG. 12 shows that a bond pad 7 has been arranged on the cover 10 above the third fastening section 22.
  • FIG. 12 different portions of the cover 10 can be electrically isolated from each other. It is shown by way of example in FIG. 12 that the section of the cover 10 which is formed essentially below the bond pad 7 has been insulated from the rest of the cover. For this purpose, a further through opening 25 was created in the cover 10. In addition, an optional electrical insulation 26 was arranged in the further through opening 25. A material of the electrical insulation 26 can, for example, be arranged flatly over the cover 10 by means of a deposition process. Over the bond pad 7 and in areas where the electrical insulation 26 is not required, the insulation 26 can be removed again.
  • the micromechanical devices 1, 16, 21 can be formed as inertial sensors, for example as rotation rate sensors or as acceleration sensors.
  • the removal of the part of the sacrificial layer 4 which fixes the micromechanical structure 3 and, if appropriate, the removal of the part of the further sacrificial layer 17 which fixes the micromechanical structure 3 takes place when the micromechanical devices 1, 16, 21 are produced only after the cover 10 has been arranged, so that the micromechanical structure 3 is only released and movable at this time.
  • the manufacture of the micromechanical devices 1, 16, 21 up to the removal of the part of the sacrificial layer 4 fixing the micromechanical structure 3 and possibly the removal of the part of the further sacrificial layer 17 fixing the micromechanical structure 3 can be made more flexible, for example because In-process bonding of the micromechanical structure 3 only has to be taken into account after the cover 10 has been arranged.
  • first bond frame 8 oxide and / or hydroxide deposits can form on first bonding frames 8, which can negatively influence the reliability of the gas tightness of the eutectic bonding frame 12.
  • the reliability and hermeticity of the eutectic bonding frame 12 is advantageously increased in that the eutectic capping takes place after the part of the sacrificial layer 4 that fixes the micromechanical structure 3 is removed.
  • the carrier 2 with the micromechanical structure 3 can be cleaned in each case before the cover 10 is arranged.
  • the micro-mechanical structure 3 is still fixed to the sacrificial layer 4 and, if appropriate, to the further sacrificial layer 17, as a result of which various cleaning methods, in particular also wet-chemical cleaning methods, can be used without an in-process gluing the micromechanical structure 3 can take place.
  • various cleaning methods in particular also wet-chemical cleaning methods
  • a non-stick coating device in the cavern 13, 20 can be carried out Introducing a coating material via the access channel 14 are generated.
  • the non-stick coating is provided, inter alia, to reduce the in-process gluing of the micromechanical structure 3 after the part of the sacrificial layer 4 or the further sacrificial layer 17 that fixes the micromechanical structure 3 has been removed.
  • the non-stick coating also serves to protect against a tendency of the micromechanical structure 3 to stick when using the micromechanical device 1, 16, 21. Since the non-stick coating is produced after the cover 10 has been arranged, it can be avoided that the coating material abla gert on a mounting portion 9, 19, 22. This can negatively affect the quality of the capping.
  • the coating material is typically organic, it could thermally decompose when capped if the non-stick coating were created prior to capping. This is avoided by creating the non-stick coating after the capping. As a result, the selection of a suitable coating material is not limited by process temperatures during the capping. It can too
  • Cleaning measures can be taken before capping without having to consider the stability of a non-stick coating.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Vorrichtung (1, 16, 21) weist folgende Verfahrensschritte auf: Ein Träger (2) wird bereitgestellt. Auf dem Träger (2) ist eine Opferschicht (4) angeordnet. Eine Funktionsschicht (5) ist auf der Opferschicht (4) angeordnet und an der Opferschicht (4) fixiert. Die Funktionsschicht(5)weist eine mikromechanische Struktur (3) auf. Eine Abdeckung (10) wird über der mikromechanischen Struktur (3) angeordnet. Es wird ein zum Entfernen eines Teils der Opferschicht(4)vorgesehener Zugangskanal (14) angelegt. Ein die mikromechanische Struktur (3) fixierender Teil der Opferschicht (4) wird mittels eines Ätzverfahrens entfernt. Dabei wird ein Ätzmittel durch den Zugangskanal (14) eingeleitet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer mikrome chanischen Vorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Inertialsensoren mit mikromechanischen Struk turen bekannt. Es ist auch bekannt, eine Abdeckung über einer mikromechani schen Struktur mittels eines Bondverfahrens anzuordnen. Dadurch ist die mikro mechanische Struktur in einer Kaverne angeordnet. In der Kaverne kann ein Gas mit einem definierten Druck eingeschlossen werden.
Bei der Herstellung eines Inertialsensors wird vor dem Anordnen der Abdeckung eine Opferschicht selektiv entfernt, wodurch die an der Opferschicht zunächst fi xierte mikromechanische Struktur mechanisch beweglich ist. Durch im Herstel lungsprozess auftretende Beschleunigungen können Teile der mikromechani schen Struktur derart ausgelenkt werden, dass sie an anderen Komponenten des Inertialsensors durch Van-der-Waals-Kräfte kleben bleiben (In-Prozess-Kleben).
Diesem Effekt kann man durch eine Antihaftbeschichtung entgegenwirken, die möglichst frühzeitig nach dem Entfernen der Opferschicht abgeschieden werden soll, um die Klebeneigung der mikromechanischen Struktur früh zu reduzieren. Die typischerweise organischen Antihaftbeschichtungen können sich jedoch bei höheren Temperaturen zersetzen. Derart hohe Temperaturen können jedoch bei einem Bondverfahren im Rahmen einer Verkappung erforderlich sein, so dass hier nur ein kleines Prozessfenster zur Verfügung steht, um sowohl eine minima le Klebeneigung als auch einen zuverlässigen Bondprozess zu ermöglichen. Für einen zuverlässig stabilen und gasdichten Bondrahmen ist es beispielsweise bei einem eutektischen Bondverfahren erforderlich, den Bondrahmen zunächst zu reinigen. Die thermische Empfindlichkeit der Antihaftbeschichtung schränkt die Auswahl geeigneter Reinigungsverfahren jedoch ein.
Das Entfernen einer Opferschicht kann beispielsweise mittels Gasphasenätzung erfolgen. Dabei können sich Oxid- und/oder Hydroxid-Beläge auf einem Bond rahmen bilden, die die Zuverlässigkeit der Gasdichtheit des eutektischen Bond rahmens negativ beeinflussen können. Durch die nach der Gasphasenätzung be reits freigestellten und leicht beweglichen mikromechanischen Strukturen ist man jedoch in der Auswahl möglicher Reinigungsverfahren vor dem Bondprozess ein geschränkt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfah ren zum Herstellen einer mikromechanischen Vorrichtung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Vor richtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Vorrichtung weist fol gende Verfahrensschritte auf: Ein T räger wird bereitgestellt. Auf dem T räger ist eine Opferschicht angeordnet. Eine Funktionsschicht ist auf der Opferschicht an geordnet und an der Opferschicht fixiert. Die Funktionsschicht weist eine mikro mechanische Struktur auf. Eine Abdeckung wird über der mikromechanischen Struktur angeordnet. Es wird ein zum Entfernen eines Teils der Opferschicht vor gesehener Zugangskanal angelegt. Ein die mikromechanische Struktur fixieren der Teil der Opferschicht wird mittels eines Ätzverfahrens entfernt. Dabei wird ein Ätzmittel durch den Zugangskanal eingeleitet.
Das Anordnen der Abdeckung über der mikromechanischen Struktur kann auch als Verkappung bezeichnet werden. Das Entfernen des die mikromechanische Struktur fixierenden Teils der Opferschicht erfolgt nach der Verkappung, sodass die mikromechanische Struktur erst zu diesem Zeitpunkt freigestellt und beweg lich ist. Vorteilhafterweise kann dadurch das Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung bis zum Entfernen des die mikromechanische Struktur fixierenden Teils der Opferschicht flexibler gestaltet werden, da beispielsweise das In- Prozess-Kleben der mikromechanischen Struktur erst nach der Verkappung be- rücksichtigt werden muss. Erfolgt das Entfernen des die mikromechanische Struktur fixierenden Teils der Opferschicht erst nach dem Anordnen der Abde ckung, ermöglicht dies vorteilhafterweise auch die Verwendung verschiedener Verkappungsverfahren und damit eine größere Flexibilität bei der Gestaltung der mikromechanischen Vorrichtung.
In einer Ausführungsform weist die Funktionsschicht einen ersten Befestigungs abschnitt auf. Der erste Befestigungsabschnitt umgrenzt die mikromechanische Struktur lateral. Die Abdeckung wird mittels eines Bondverfahrens, insbesondere mittels eines eutektischen Bondverfahrens, am ersten Befestigungsabschnitt fi xiert.
Beim eutektischen Bondverfahren wird beispielsweise ein Bondrahmen aus ei nem AIGe-Eutektikum erzeugt. Beim Entfernen des die mikromechanische Struk tur fixierenden Teils der Opferschicht kann beispielsweise Flusssäure (HF) im gasförmigen Zustand als Ätzmittel verwendet werden (HF-Gasphasenätzen). Die Flusssäure wird über den Zugangskanal eingeleitet. Würde das Entfernen des die mikromechanische Struktur fixierenden Teils der Opferschicht mittels HF- Gasphasenätzen vor der eutektischen Verkappung erfolgen, könnte es zur Bil dung von störenden Belägen auf dem Bondrahmen kommen. Dabei können sich Oxid- und/oder Hydroxid-Beläge auf dem Aluminium des Bondrahmens bilden, die die Zuverlässigkeit der Gasdichtheit des eutektischen Bondrahmens negativ beeinflussen können. Vorteilhafterweise wird die Zuverlässigkeit und Hermetizität des eutektischen Bondrahmens dadurch erhöht, dass die eutektische Verkap pung nach dem Entfernen des die mikromechanische Struktur fixierenden Teils der Opferschicht erfolgt.
In einer Ausführungsform wird die Funktionsschicht vor dem Anordnen der Abde ckung in eine weitere Opferschicht eingebettet. Ein die mikromechanische Struk tur fixierender Teil der weiteren Opferschicht wird nach dem Anordnen der Abde ckung entfernt. Vorteilhafterweise ermöglicht das Einbetten der Funktionsschicht in die weitere Opferschicht die Verwendung weiterer Verkappungsverfahren und damit eine flexiblere Gestaltung der mikromechanischen Vorrichtung. In einer Ausführungsform weist die weitere Opferschicht einen zweiten Befesti gungsabschnitt auf. Der zweite Befestigungsabschnitt umgrenzt die mikromecha nische Struktur lateral. Die Abdeckung wird mittels eines Direktbondverfahrens am zweiten Befestigungsabschnitt fixiert.
In einer Ausführungsform weist die Abdeckung eine Kavität auf. Die Abdeckung wird derart über der Funktionsschicht angeordnet, dass die Kavität der Abde ckung über der mikromechanischen Struktur angeordnet und der mikromechani schen Struktur zugewandt ist. Vorteilhafterweise kann sich das Ätzmittel gleich mäßig in der Kavität verteilen. Dadurch kann die Opferschicht bzw. die weitere Opferschicht gleichmäßig geätzt werden.
In einer Ausführungsform weist die Funktionsschicht einen dritten Befestigungs abschnitt auf. Der dritte Befestigungsabschnitt umgrenzt die mikromechanische Struktur lateral. Es wird eine Durchgangsöffnung in der weiteren Opferschicht angeordnet. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich bis zum dritten Befestigungs abschnitt. Das Anordnen der Abdeckung erfolgt durch Abscheiden eines Ab deckmaterials. Dieses Verkappungsverfahren kann auch als Dünnschichtverkap pung bezeichnet werden. Dadurch kann z.B. auf eine aufwändige Vorbereitung und Durchführung eines Wafer-to-Wafer Bondverfahrens (eutektisches Bondver fahren oder Direktbondverfahren) verzichtet werden.
In einer Ausführungsform wird durch das Anordnen der Abdeckung und das Ent fernen des die mikromechanische Struktur fixierenden Teils der Opferschicht eine Kaverne ausgebildet. Die mikromechanische Struktur ist in der Kaverne ange ordnet.
In einer Ausführungsform wird durch das Anordnen der Abdeckung, durch das Entfernen des die mikromechanische Struktur fixierenden Teils der Opferschicht und das Entfernen des die mikromechanische Struktur fixierenden Teils der wei teren Opferschicht eine Kaverne ausgebildet. Die mikromechanische Struktur ist in der Kaverne angeordnet. In der Kaverne kann vorteilhafterweise ein Gas eingeschlossen werden. Dabei kann in den Kavernen ein definierter Druck erzeugt werden. Dadurch kann die Performance der mikromechanischen Vorrichtung optimiert werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren folgenden weiteren Verfahrens schritt: Eine Antihaftbeschichtung wird durch Einbringen eines Beschichtungsma terials über den Zugangskanal in der Kaverne erzeugt.
Vorteilhafterweise ist die Antihaftbeschichtung dazu vorgesehen, das In-Prozess- Kleben der mikromechanischen Struktur zu reduzieren. Das Erzeugen der Anti haftbeschichtung erfolgt nach der Verkappung. Dadurch kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass sich das Beschichtungsmaterial auf dem Bondrahmen ablagert. Dies würde die Qualität der Verkappung negativ beeinflussen. Ein wei terer Vorteil ergibt sich ebenfalls daraus, dass das Erzeugen der Antihaftbe schichtung von der Verkappung entkoppelt ist. Da das Beschichtungsmaterial ty pischerweise organisch ist, könnte es sich bei der Verkappung thermisch zerset zen, wenn die Antihaftbeschichtung vor der Verkappung erzeugt würde. Dies wird vermieden, indem die Antihaftbeschichtung nach der Verkappung erzeugt wird. Dadurch ist die Auswahl eines geeigneten Beschichtungsmaterials nicht durch Prozesstemperaturen bei der Verkappung beschränkt. Es können auch Reini gungsmaßnahmen vor der Verkappung ergriffen werden, ohne auf die Stabilität der Antihaftbeschichtung Rücksicht nehmen zu müssen.
In einer Ausführungsform wird der Träger mit der mikromechanischen Struktur vor dem Anordnen der Abdeckung gereinigt. Zum Zeitpunkt der Verkappung ist die mikromechanische Struktur noch an der Opferschicht fixiert, wodurch eine Vielzahl von Reinigungsverfahren, insbesondere auch nasschemische Reini gungsverfahren, zum Einsatz kommen können, ohne dass ein In-Prozess-Kleben erfolgen kann. Dies erhöht auch die Zuverlässigkeit der Verkappung, da der Be festigungsabschnitt mit einer besser gereinigten Oberfläche bereitgestellt werden kann.
In einer Ausführungsform wird der Zugangskanal sich durch die Abdeckung er streckend oder durch den Träger erstreckend angelegt. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren folgenden weiteren Verfahrens schritt: Der Zugangskanal wird verschlossen. Der Zugangskanal kann beispiels weise mittels eines Lasers verschlossen werden. Vorteilhafterweise kann durch das Verschließen des Zugangskanals ein definierter Gasdruck in der Kaverne er zeugt werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, sind klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausfüh rungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wer den. Dabei zeigen in jeweils schematischer Darstellung:
Fig. 1 : einen Träger mit einer mikromechanischen Struktur in einer Quer schnittsansicht;
Fig. 2: eine über der mikromechanischen Struktur angeordnete Abdeckung;
Fig. 3: einen in der Abdeckung angelegten Zugangskanal;
Fig. 4: eine mikromechanischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungs form;
Fig. 5: die mikromechanische Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit verschlossenem Zugangskanal und einem zugänglichen Bondpad;
Fig. 6: eine in eine weitere Opferschicht eingebettete mikromechanische Struktur;
Fig. 7: eine mikromechanischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungs form;
Fig. 8: eine in eine weitere Opferschicht eingebettete mikromechanische Struktur; Fig. 9: eine Durchgangsöffnung in der weiteren Opferschicht;
Fig. 10: eine mittels eines Abscheidungsprozesses angeordnete Abdeckung; Fig. 11 : eine mikromechanischen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungs form; und
Fig. 12: die mikromechanische Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform mit einem Bondpad.
Fig. 1 bis 5 zeigen schematisch Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Her stellen einer mikromechanischen Vorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungs form. Fig. 1 zeigt einen Träger 2 mit einer mikromechanischen Struktur 3 in einer schematischen Querschnittsansicht.
Der Träger 2 mit der mikromechanischen Struktur 3 wurde im Rahmen des Ver fahrens bereitgestellt. Der Träger 2 kann auch als Bodenwafer bezeichnet wer den. Der Träger 2 kann ein beliebiges Substrat sein, beispielsweise kann der Träger 2 ein Siliziumsubstrat sein. Auf dem Träger 2 ist eine Opferschicht 4 an geordnet. Die Opferschicht 4 kann beispielsweise ein Oxid, beispielsweise ein Si liziumoxid, aufweisen. Die Opferschicht kann jedoch auch andere Materialien aufweisen. Auf der Opferschicht 4 ist eine Funktionsschicht 5 angeordnet. Die Funktionsschicht 5 ist an der Opferschicht 4 fixiert. Die Funktionsschicht 5 weist beispielsweise polykristallines Silizium auf und ist strukturiert. Die Funktions schicht 5 kann auch andere Materialien aufweisen. Die Funktionsschicht 5 weist die mikromechanische Struktur 3 auf. In dem in Fig. 1 gezeigten Zustand ist die mikromechanische Struktur 3 an der Opferschicht 4 fixiert und unbeweglich.
Zur elektrischen Kontaktierung der Funktionsschicht 5 und damit auch der mik romechanischen Struktur 3 sind in der Opferschicht 4 elektrische Leiterbahnen 6 eingebettet. Die elektrischen Leiterbahnen 6 können beispielsweise polykristalli nes Silizium aufweisen. Die elektrischen Leiterbahnen 6 können auch andere elektrisch leitfähige Materialien aufweisen. Zur elektrischen Kontaktierung der Funktionsschicht 5 sind auf der Funktionsschicht 5 Bondpads 7 angeordnet. Die Bondpads 7 können beispielsweise ein Metall aufweisen. In Fig. 1 ist beispielhaft ein Bondpad 7 gezeigt, der auf einem Abschnitt der Funktionsschicht 5 angeord net ist, der mit einer elektrischen Leiterbahn 6 in elektrischem Kontakt steht. Die mikromechanische Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform soll mittels eines Bondverfahrens, beispielsweise mittels eines eutektischen Bondver fahrens, verkappt werden. Dazu ist auf der Funktionsschicht 5 ein erster Bond rahmen 8 angeordnet. Der erste Bondrahmen 8 ist auf einem ersten Befesti gungsabschnitt 9 der Funktionsschicht 5 angeordnet. Der erste Befestigungsab schnitt 9 und der erste Bondrahmen 8 umgrenzen die mikromechanische Struktur 3 lateral. Der erste Bondrahmen 8 kann beispielsweise Aluminium oder andere Materialien aufweisen.
Fig. 2 zeigt einen der Fig. 1 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 1. Die Bezugszeichen der Fig. 1 werden für identische Elemente beibehalten.
Im Rahmen des Verfahrens wurde eine Abdeckung 10 über der mikromechani schen Struktur 3 angeordnet. Die Abdeckung 10 kann auch als Kappenwafer be zeichnet werden. Die Abdeckung 10 kann ein beliebiges Substrat, beispielsweise ein Siliziumsubstrat, sein. Die Abdeckung weist eine Kavität 1 1 auf, die bei spielsweise durch einen Ätzprozess erzeugt werden kann. Die Abdeckung 10 wird derart über der Funktionsschicht 5 angeordnet, dass die Kavität 1 1 der Ab deckung 10 über der mikromechanischen Struktur 3 angeordnet und der mikro mechanischen Struktur 3 zugewandt ist. Die Kavität 1 1 kann auch entfallen.
Die Abdeckung 10 wird beispielsweise mittels des eutektischen Bondverfahrens am ersten Befestigungsabschnitt 9 fixiert. Dabei kann ein zweiter Bondrahmen, der in Fig. 2 nicht dargestellt ist, auf der Abdeckung 10 angeordnet werden.
Weist der auf dem ersten Befestigungsabschnitt 9 angeordnete erste Bondrah men 8 Aluminium auf, kann der zweite Bondrahmen beispielsweise Germanium aufweisen. Der erste Bondrahmen 8 und der zweite Bondrahmen können auch andere Materialien aufweisen. Beide Materialien können auch gemeinsam den ersten Bondrahmen 8 bilden. In diesem Fall entfällt der zweite Bondrahmen.
Die Abdeckung 10 wird beim eutektischen Verkappen derart über der mikrome chanischen Struktur 3 angeordnet, dass der zweite Bondrahmen auf dem ersten Bondrahmen 8 angeordnet wird. Dann wird ein hermetisch dichter eutektischer Bondrahmen 12 zwischen dem Bodenwafer und dem Kappenwafer ausgebildet. Fig. 3 zeigt einen der Fig. 2 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 1. Die Bezugszeichen der Fig. 2 werden für identische Elemente beibehalten.
Im Rahmen des Verfahrens wurde ein Zugangskanal 14 angelegt, der zum Ent fernen eines Teils der Opferschicht 4 vorgesehen ist. Durch das Anlegen des Zugangskanals 14 ist die Opferschicht 4 zugänglich. Der Zugangskanal 14 kann mittels eines geeigneten Verfahrens, beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens, angelegt werden. In Fig. 3 ist beispielhaft gezeigt, dass der Zugangskanal 14 sich durch die Abdeckung 10 erstreckend angelegt wurde. Der Zugangskanal 14 kann jedoch auch sich durch den Träger 2 erstreckend angelegt werden. Auch dadurch wäre die Opferschicht 4 zugänglich. Ein sich alternativ durch den Träger 2 erstreckender Zugangskanal 14 ist in Fig. 3 mittels gestrichelten Linien ange deutet.
Fig. 4 zeigt einen der Fig. 3 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 1. Die mikromechanische Vorrichtung 1 ist in diesem Fall fertiggestellt. Die Bezugszeichen der Fig. 3 werden für identische Elemente beibehalten.
Im Rahmen des Verfahrens wurde ein Teil der Opferschicht 4, der die mikrome chanische Struktur 3 fixiert, mittels eines Ätzverfahrens entfernt. Das Ätzmittel wird durch den Zugangskanal 14 in den zu ätzenden Bereich eingeleitet. Das Ätzmittel kann beispielsweise Flusssäure (HF) oder andere zum Ätzen geeignete Materialien aufweisen. Das Ätzmittel kann beispielsweise in einem gasförmigen Zustand durch den Zugangskanal 14 eingeleitet werden (Gasphasenätzen). Dadurch, dass der Teil der Opferschicht 4, der die mikromechanische Struktur 3 zunächst fixierte, entfernt wurde, ist die mikromechanische Struktur 3 nun be weglich.
Das Ätzmittel kann auch im flüssigen Zustand durch den Zugangskanal 14 einge leitet werden. Ein flüssiges Ätzmittel kann insbesondere dann verwendet werden, wenn die mikromechanische Struktur 3 große Rückstellkräfte aufweist. In diesem Fall kann nämlich ein In-Prozess-Kleben der mikromechanischen Struktur 3 trotz des flüssigen Ätzmittels verhindert werden. Als In-Prozess-Kleben wird ein An haften der mikromechanischen Struktur 3 an anderen Komponenten der mikro mechanischen Vorrichtung 1 bezeichnet. Dies kann z. B. durch Beschleunigun gen beim Herstellungsprozess geschehen.
Durch das Anordnen der Abdeckung 10 und das Entfernen des die mikromecha nische Struktur 3 fixierenden Teils der Opferschicht 4 wird eine erste Kaverne 13 ausgebildet. Die mikromechanische Struktur 3 ist in der ersten Kaverne 13 ange ordnet.
Fig. 5 zeigt die mikromechanische Vorrichtung 1 in einer schematischen Quer schnittsansicht nach dem Durchführen optionaler Verfahrensschritte. Die Be zugszeichen der Fig. 4 werden für identische Elemente beibehalten.
Im Rahmen eines optionalen Verfahrensschritts des Verfahrens wurde der Zu gangskanal 14 verschlossen. Dies ist in Fig. 5 schematisch mittels eines Ver schlusses 15 angedeutet. Das Verschließen des Zugangskanals 14 kann bei spielsweise mittels eines Lasers erfolgen (Laser-Reseal). Dabei wird das Material der Abdeckung 10 in einem Bereich des Zugangskanals 14 mittels des Lasers bestrahlt, wodurch es aufschmilzt, sich verformt und den Zugangskanal 14 nach dem Erstarren verschließt. Alternativ zum Laser-Reseal kann der Zugangskanal 14 auch mittels eines Oxid-Reseals verschlossen werden. Beim Oxid-Reseal wird ein Oxid, beispielsweise ein Siliziumoxid oder ein anderes Oxid, im bzw. über dem Zugangskanal 14 angeordnet. Vor dem Verschließen des Zugangska nals 14 kann beim Laser-Reseal ein Gas, beispielsweise ein inertes Gas, in der ersten Kaverne 13 angeordnet werden. Dabei kann auch ein definierter Druck in der ersten Kaverne 13 eingeschlossen werden.
Im Rahmen eines weiteren optionalen Verfahrensschritts des Verfahrens wurde ein Teil der Abdeckung 10, der sich über dem Bondpad 7 befand, entfernt.
Dadurch ist das Bondpad 7 zugänglich und kann zur elektrischen Kontaktierung der mikromechanischen Struktur 3 beispielsweise mit einem Bonddraht verbun den werden. Fig. 6 und 7 zeigen schematisch Verfahrensschritte des Verfahrens zum Herstel len einer mikromechanischen Vorrichtung 16 gemäß einer zweiten Ausführungs form. Die mikromechanische Vorrichtung 16 gemäß der zweiten Ausführungs form weist Ähnlichkeiten zur mikromechanischen Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede der mik romechanischen Vorrichtung 16 gemäß der zweiten Ausführungsform zur mikro mechanischen Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform und deren Her stellungsverfahren erläutert.
Fig. 6 zeigt einen der Fig. 1 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 16. Die Bezugszeichen der Fig. 1 werden für identische Elemente beibehalten.
Die Funktionsschicht 5 wurde vor dem Anordnen der Abdeckung 10 in eine wei tere Opferschicht 17 eingebettet. Die weitere Opferschicht 17 kann beispielswei se ein Oxid, beispielsweise ein Siliziumoxid oder ein anderes Material, aufwei sen. Die weitere Opferschicht 17 kann mittels eines Abscheidungsprozesses, beispielsweise mittels eines Sputter-Prozesses, eines Aufdampfprozesses, einer chemischen Gasphasenabscheidung (englisch: Chemical vapor deposition,
CVD), insbesondere mittels Niederdruck-CVD (englisch: low pressure CVD, LPCVD) oder mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (englisch: plasma-enhanced CVD, PECVD) angeordnet werden.
Die weitere Opferschicht 17 dient bei der mikromechanischen Vorrichtung 16 gemäß der zweiten Ausführungsform dem Anordnen der Abdeckung 10 mittels eines Direktbondverfahrens. Zu diesem Zweck kann eine Oberfläche 18 der wei teren Opferschicht 17 mittels eines Polierverfahrens, beispielsweise mittels che misch mechanischem Polieren (CMP), planarisiert werden.
Die weitere Opferschicht 17 weist einen zweiten Befestigungsabschnitt 19 auf. Der zweite Befestigungsabschnitt 19 umgrenzt die mikromechanische Struktur la teral. Der zweite Befestigungsabschnitt 19 wird von einem Teil der Oberfläche 18 der weiteren Opferschicht 17 gebildet. Fig. 7 zeigt einen der Fig. 6 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 16. Die mikromechanische Vorrichtung 16 ist in diesem Fall fertiggestellt. Die Bezugszeichen der Fig. 6 werden für identische Elemente beibehalten.
Die Abdeckung 10 wurde mittels des Direktbondverfahrens am zweiten Befesti gungsabschnitt 19 fixiert. Die Abdeckung 10 bildet zusammen mit dem zweiten Befestigungsabschnitt 19 eine hermetische Versiegelung. Weist die weitere Op ferschicht 17 ein Oxid auf, so kann die Abdeckung 10 beim Direktbondverfahren beispielsweise auch ein Oxid oder ein anderes Material aufweisen.
Der Zugangskanal 14 wurde angelegt, wobei Fig. 7 beispielhaft zeigt, dass der Zugangskanal 14 in der Abdeckung 10 ausgebildet wurde. Der Zugangskanal 14 kann sich jedoch auch durch den Träger 2 erstrecken. Der die mikromechanische Struktur 3 fixierende Teil der Opferschicht 4 wurde entfernt. Ferner wurde ein die mikromechanische Struktur 3 fixierender Teil der weiteren Opferschicht 17 ent fernt. Dadurch ist die mikromechanische Struktur 3 beweglich. Durch das Anord nen der Abdeckung 10, durch das Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der Opferschicht 4 und das Entfernen des die mikromechani sche Struktur 3 fixierenden Teils der weiteren Opferschicht 17 wurde eine zweite Kaverne 20 ausgebildet, in der die mikromechanische Struktur 3 angeordnet ist.
Das Entfernen des die mikromechanische Vorrichtung 3 fixierenden Teils der weiteren Opferschicht 17 kann wie das Entfernen des die mikromechanische Vorrichtung 3 fixierenden Teils der Opferschicht 4 erfolgen. Dabei kann für die Opferschicht 4 und die weitere Opferschicht 17 dasselbe Ätzmittel verwendet werden. Es können jedoch auch verschiedene Ätzmittel verwendet werden.
Im Rahmen des optionalen Verfahrensschritts des Verfahrens wurde der Zu gangskanal 14 verschlossen. Im Rahmen des weiteren optionalen Verfahrens schritts des Verfahrens wurde ein Teil der Abdeckung 10, der sich über dem Bondpad 7 befand, entfernt, wodurch das Bondpad 7 zugänglich ist.
Fig. 8 bis 12 zeigen schematisch Verfahrensschritte des Verfahrens zum Herstel len einer mikromechanischen Vorrichtung 21 gemäß einer dritten Ausführungs- form. Die mikromechanische Vorrichtung 21 gemäß der dritten Ausführungsform weist Ähnlichkeiten zur mikromechanischen Vorrichtung 16 gemäß der zweiten Ausführungsform auf. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede der mik romechanischen Vorrichtung 21 gemäß der dritten Ausführungsform zur mikro mechanischen Vorrichtung 16 gemäß der zweiten Ausführungsform und deren Herstellungsverfahren erläutert.
Fig. 8 zeigt einen zum in Fig. 6 gezeigten korrespondierenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 21. Die Bezugszeichen der Fig. 6 werden für identische Elemente beibehalten.
Die Funktionsschicht 5 wurde in die weitere Opferschicht 17 eingebettet. Im Un terschied zur mikromechanischen Vorrichtung 16 gemäß der zweiten Ausfüh rungsform, weist die Funktionsschicht 5 bei der mikromechanischen Vorrichtung 21 gemäß der dritten Ausführungsform keine auf der Funktionsschicht 5 ange ordneten Bondpads 7 auf.
Fig. 9 zeigt einen der Fig. 8 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 21 in einer schematischen Querschnittsansicht. Die Bezugszeichen der Fig. 8 werden für identische Elemente beibehalten.
Das Verkappen soll bei der mikromechanischen Vorrichtung 21 mittels einer Dünnschichtverkappung erfolgen. Hierzu weist die Funktionsschicht 5 einen drit ten Befestigungsabschnitt 22 auf. Der dritte Befestigungsabschnitt 22 wird durch einen Teil einer Oberseite 23 der Funktionsschicht 5 gebildet. Der dritte Befesti gungsabschnitt 22 umgrenzt die mikromechanische Struktur 3 lateral.
Damit der dritte Befestigungsabschnitt 22 zugänglich ist, wurde eine Durch gangsöffnung 24 in der weiteren Opferschicht 17 oberhalb des dritten Befesti gungsabschnitts 22 und sich bis zum dritten Befestigungsabschnitt 22 erstre ckend angeordnet.
Fig. 10 zeigt einen der Fig. 9 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 21. Die Bezugszeichen der Fig. 9 werden für identische Elemente beibehalten. Die Abdeckung 10 wurde über der mikromechanischen Struktur 3 angeordnet. In diesem Fall wurde die Abdeckung 10 durch Abscheiden eines Abdeckmaterials angeordnet. Dadurch weist die Abdeckung 10 keine Kavität auf. Das Abdeckma terial kann beispielsweise polykristallines Silizium oder ein anderes Material auf weisen. Im Bereich des dritten Befestigungsabschnitts 22 steht das Abdeckmate rial in Kontakt mit der Funktionsschicht 5. Das Abdeckmaterial füllt die zuvor er zeugte Durchgangsöffnung 24 in der weiteren Opferschicht 17 aus. Außerhalb des dritten Befestigungsabschnitts 22 ist das Abdeckmaterial auf der weiteren Opferschicht 17 angeordnet.
Fig. 1 1 zeigt einen der Fig. 10 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtung 21. Die mikromechanische Vorrichtung 21 ist in diesem Fall fertiggestellt. Die Bezugszeichen der Fig. 10 werden für identi sche Elemente beibehalten.
Der Zugangskanal 14 wurde beispielhaft in der Abdeckung 10 angelegt und der die mikromechanische Struktur 3 fixierende Teil der Opferschicht 4 und der die mikromechanische Struktur 3 fixierender Teil der weiteren Opferschicht 17 wur den entfernt. Dadurch ist die mikromechanische Struktur 3 beweglich. Durch das Anordnen der Abdeckung 10, durch das Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der Opferschicht 4 und das Entfernen des die mikro mechanische Struktur 3 fixierenden Teils der weiteren Opferschicht 17 wurde die zweite Kaverne 20 ausgebildet, in der die mikromechanische Struktur 3 angeord net ist. Im Rahmen des optionalen Verfahrensschritts des Verfahrens wurde der Zugangskanal 14 verschlossen.
Fig. 12 zeigt die mikromechanische Vorrichtung 21 in einer schematischen Quer schnittsansicht nach dem Durchführen eines optionalen Verfahrensschritts. Die Bezugszeichen der Fig. 1 1 werden für identische Elemente beibehalten.
Da bei der mikromechanischen Vorrichtung 21 gemäß der dritten Ausführungs form keine Bondpads 7 auf der Funktionsschicht 5 angeordnet sind, müssen die se nachträglich auf der Abdeckung 10 angeordnet werden. Die Abdeckung 10 steht im Bereich des dritten Befestigungsabschnitts 22 mit der Funktionsschicht 5 in elektrischem Kontakt. Beispielhaft zeigt Fig. 12, dass ein Bondpad 7 auf der Abdeckung 10 über dem dritten Befestigungsabschnitt 22 angeordnet wurde.
Falls erforderlich, können wie in Fig. 12 gezeigt, verschiedene Abschnitte der Abdeckung 10 elektrisch voneinander isoliert werden. Beispielhaft ist in Fig. 12 gezeigt, dass der Abschnitt der Abdeckung 10, der im Wesentlichen unterhalb des Bondpads 7 ausgebildet ist, vom Rest der Abdeckung isoliert wurde. Hierzu wurde eine weitere Durchgangsöffnung 25 in der Abdeckung 10 angelegt. Zu sätzlich wurde eine optionale elektrische Isolierung 26 in der weiteren Durch gangsöffnung 25 angeordnet. Ein Material der elektrischen Isolierung 26 kann beispielsweise mittels eines Abscheideverfahrens flächig über der Abdeckung 10 angeordnet werden. Über dem Bondpad 7 und in Bereichen, in denen die elektri sche Isolierung 26 nicht erforderlich ist, kann die Isolierung 26 wieder entfernt werden.
Die mikromechanischen Vorrichtungen 1 , 16, 21 können als Inertialsensoren, beispielsweise als Drehratensensoren oder als Beschleunigungssensoren aus gebildet sein.
Das Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der Opfer schicht 4 und gegebenenfalls das Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der weiteren Opferschicht 17 erfolgt beim Herstellen der mik romechanischen Vorrichtungen 1 , 16, 21 erst nach dem Anordnen der Abde ckung 10, sodass die mikromechanische Struktur 3 erst zu diesem Zeitpunkt frei gestellt und beweglich ist. Vorteilhafterweise kann dadurch das Herstellen der mikromechanischen Vorrichtungen 1 , 16, 21 bis zum Entfernen des die mikrome chanische Struktur 3 fixierenden Teils der Opferschicht 4 und gegebenenfalls dem Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der weite ren Opferschicht 17 flexibler gestaltet werden, da beispielsweise das In-Prozess- Kleben der mikromechanischen Struktur 3 erst nach dem Anordnen der Abde ckung 10 berücksichtigt werden muss.
Würde das Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der Opferschicht 4 mittels HF-Gasphasenätzen beim Herstellen der mikromechani schen Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform vor der eutektischen Verkappung erfolgen, könnte es zur Bildung von störenden Belägen auf dem ers ten Bondrahmen 8 kommen. Dabei können sich beispielswiese Oxid- und/oder Hydroxid-Beläge auf ersten Bondrahmens 8 bilden, die die Zuverlässigkeit der Gasdichtheit des eutektischen Bondrahmens 12 negativ beeinflussen können. Vorteilhafterweise wird die Zuverlässigkeit und Hermetizität des eutektischen Bondrahmens 12 dadurch erhöht, dass die eutektische Verkappung nach dem Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der Opfer schicht 4 erfolgt.
Beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtungen 1 , 16, 21 kann der Träger 2 mit der mikromechanischen Struktur 3 jeweils vor dem Anordnen der Abde ckung 10 gereinigt werden. Vor dem Anordnen der Abdeckung 10 ist die mikro mechanische Struktur 3 noch an der Opferschicht 4 und gegebenenfalls der wei teren Opferschicht 17 fixiert, wodurch verschiedene Reinigungsverfahren, insbe sondere auch nasschemische Reinigungsverfahren, zum Einsatz kommen kön nen, ohne das ein In-Prozess-Kleben der mikromechanischen Struktur 3 erfolgen kann. Dies erhöht auch die Zuverlässigkeit der Verkappung, da die Befesti gungsabschnitte 9, 19, 22 mit einer gereinigten Oberfläche bereitgestellt werden können.
Beim Herstellen der mikromechanischen Vorrichtungen 1 , 16, 21 kann jeweils nach dem Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der Opferschicht 4 und gegebenenfalls nach dem Entfernen die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der weiteren Opferschicht 17 eine Antihaftbeschich tung in der Kaverne 13, 20 durch Einbringen eines Beschichtungsmaterials über den Zugangskanal 14 erzeugt werden.
Die Antihaftbeschichtung ist dazu vorgesehen, u.a. das In-Prozess-Kleben der mikromechanischen Struktur 3 nach dem Entfernen des die mikromechanische Struktur 3 fixierenden Teils der Opferschicht 4 bzw. der weiteren Opferschicht 17 zu reduzieren. Die Antihaftbeschichtung dient auch dem Schutz gegen eine Kle beneigung der mikromechanischen Struktur 3 in der Anwendung der mikrome chanischen Vorrichtung 1 , 16, 21. Da das Erzeugen der Antihaftbeschichtung nach dem Anordnen der Abdeckung 10 erfolgt, kann vermieden werden, dass sich das Beschichtungsmaterial auf einem Befestigungsabschnitt 9, 19, 22 abla gert. Dies kann die Qualität der Verkappung negativ beeinflussen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich ebenfalls daraus, dass das Erzeugen der Antihaft- beschichtung von der Verkappung entkoppelt ist. Da das Beschichtungsmaterial typischerweise organisch ist, könnte es sich bei der Verkappung thermisch zer setzen, wenn die Antihaftbeschichtung vor der Verkappung erzeugt würde. Dies wird vermieden, indem die Antihaftbeschichtung nach der Verkappung erzeugt wird. Dadurch ist die Auswahl eines geeigneten Beschichtungsmaterials nicht durch Prozesstemperaturen bei der Verkappung beschränkt. Es können auch
Reinigungsmaßnahmen vor der Verkappung ergriffen werden, ohne auf die Sta bilität einer Antihaftbeschichtung Rücksicht nehmen zu müssen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Vorrichtung (1 , 16, 21 ) mit folgenden Verfahrensschritten:
- Bereitstellen eines Trägers (2),
wobei eine Opferschicht (4) auf dem Träger (2) angeordnet ist,
wobei eine Funktionsschicht (5) auf der Opferschicht (4) angeordnet und an der Opferschicht (4) fixiert ist,
wobei die Funktionsschicht (5) eine mikromechanische Struktur (3) aufweist,
- Anordnen einer Abdeckung (10) über der mikromechanischen Struktur (3),
- Anlegen eines zum Entfernen eines Teils der Opferschicht (4) vorgesehe nen Zugangskanals (14),
- Entfernen eines die mikromechanische Struktur (3) fixierenden Teils der Opferschicht (4) mittels eines Ätzverfahrens,
wobei ein Ätzmittel durch den Zugangskanal (14) eingeleitet wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 ,
wobei die Funktionsschicht (5) einen ersten Befestigungsabschnitt (9) auf weist,
wobei der erste Befestigungsabschnitt (9) die mikromechanische Struktur (3) lateral umgrenzt,
wobei die Abdeckung (10) mittels eines Bondverfahrens, insbesondere mit tels eines eutektischen Bondverfahrens, am ersten Befestigungsabschnitt (9) fixiert wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 ,
wobei die Funktionsschicht (5) vor dem Anordnen der Abdeckung (10) in ei ne weitere Opferschicht (17) eingebettet wird,
wobei ein die mikromechanische Struktur (3) fixierender Teil der weiteren Opferschicht (17) nach dem Anordnen der Abdeckung (10) entfernt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3,
wobei die weitere Opferschicht (17) einen zweiten Befestigungsabschnitt (19) aufweist,
wobei der zweite Befestigungsabschnitt (19) die mikromechanische Struktur (3) lateral umgrenzt,
wobei die Abdeckung (10) mittels eines Direktbondverfahrens am zweiten Befestigungsabschnitt (19) fixiert wird.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die Abdeckung (10) eine Kavität (11 ) aufweist,
wobei die Abdeckung (10) mit der Kavität (11 ) zur mikromechanischen Struk tur (3) zugewandt angeordnet wird,
wobei die Kavität (11 ) über der mikromechanischen Struktur (3) angeordnet wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 3,
wobei die Funktionsschicht (5) einen dritten Befestigungsabschnitt (22) auf weist,
wobei der dritte Befestigungsabschnitt (22) die mikromechanische Struktur (3) lateral umgrenzt,
wobei eine Durchgangsöffnung (24) in der weiteren Opferschicht (17) ange ordnet wird,
wobei die Durchgangsöffnung (24) sich bis zum dritten Befestigungsab schnitt (22) erstreckt,
wobei das Anordnen der Abdeckung (10) durch Abscheiden eines Abdeck materials erfolgt.
7. Verfahren gemäß Anspruch 2,
wobei durch das Anordnen der Abdeckung (10) und das Entfernen des die mikromechanische Struktur (3) fixierenden Teils der Opferschicht (4) eine Kaverne (13) ausgebildet wird,
wobei die mikromechanische Struktur (3) in der Kaverne (13) angeordnet ist.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6,
wobei durch das Anordnen der Abdeckung (10), durch das Entfernen des die mikromechanische Struktur (3) fixierenden Teils der Opferschicht (4) und das Entfernen des die mikromechanische Struktur (3) fixierenden Teils der weiteren Opferschicht (17) eine Kaverne (20) ausgebildet wird,
wobei die mikromechanische Struktur (3) in der Kaverne (20) angeordnet ist.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8 mit folgendem weiteren Verfahrens schritt:
- Erzeugen einer Antihaftbeschichtung in der Kaverne (13, 20) durch Ein bringen eines Beschichtungsmaterials über den Zugangskanal (14).
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgendem zu sätzlichen Verfahrensschritt vor dem Anordnen der Abdeckung (10):
- Reinigen des Trägers (2) mit der mikromechanischen Struktur (3).
1 1. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Zugangskanal (14) sich durch die Abdeckung (10) erstreckend oder durch den Träger (2) erstreckend angelegt wird.
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgendem wei teren Verfahrensschritt:
- Verschließen des Zugangskanals (14).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10017422A1 (de) * 2000-04-07 2001-10-11 Bosch Gmbh Robert Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungverfahren
US20070218585A1 (en) * 2006-03-16 2007-09-20 Commissariat A L'energie Atomique Encapsulation in a hermetic cavity of a microelectronic composite, particularly of a mems

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