Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement mit einem Substrat, einem auf dem Substrat vorgesehenen Funktionsbereich und einer kappenförmigen Abdeckung zum Abdecken des Funktionsbereichs sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren, wie aus der DE 195 37 814 A1 bekannt.The present invention relates to a micromechanicalComponent with a substrate, one on the substrateseen functional area and a cap-shaped coverCover to cover the functional area as well as a correspondingManufacturing process as described in DE 195 37 814 A1known.
Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf ein in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbares mikromechanisches Bauelement, z. B. einen Beschleunigungssensor, erläutert.Although on any micromechanical components andUse structures, especially sensors and actuatorsbar, the present invention as well as the greenThe inherent problem with regard to technologythe micro that can be produced from silicon surface micromechanicsmechanical component, e.g. B. an acceleration sensor,explained.
In der DE 195 37 814 A1 werden der Aufbau eines funktionalen Schichtsystems und ein Verfahren zur hermetischen Verkappung von Sensoren in Oberflächenmikromechanik beschrieben. Hierbei wird die Herstellung der Sensorstruktur mit bekannten technologischen Verfahren erläutert. Die besagte hermetische Verkappung erfolgt mit einem separaten Kappen- Wafer aus Silizium, der mit aufwendigen Strukturierungsprozessen, wie beispielsweise KHO-Ätzen, strukturiert wird. Der Kappen-Wafer wird mit einem Glas-Lot (Seal-Glas) auf dem Substrat mit dem Sensor (Sensor-Wafer) aufgebracht. Hierfür ist um jeden Sensorchip ein breiter Bond-Rahmen notwendig, um eine ausreichende Haftung und Dichtheit der Kappe zu gewährleisten. Dies begrenzt die Anzahl der Sensor-Chips pro Sensor-Wafer erheblich. Auf Grund des großen Platzbedarfs und der aufwendigen Herstellung des Kappen-Wafers entfallen erhebliche Kosten auf die Sensor-Verkappung.DE 195 37 814 A1 describes the structure of a functionlen layer system and a method for hermetic Vercapping of sensors in surface micromechanicsben. Here, the manufacture of the sensor structure is includedknown technological processes explained. The saidhermetic capping is done with a separate cap Wafer made of silicon, which with complex structuring proprocesses such as KHO etching.The cap wafer is placed on with a glass solder (seal glass)applied to the substrate with the sensor (sensor wafer).For this, there is a wide bond frame around each sensor chipnecessary to ensure adequate adhesion and tightness of theEnsure cap. This limits the number of sensor chips per sensor wafer considerably. Because of the big oneSpace requirements and the complex production of the capWafers account for considerable costs on the sensorCapping.
Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das Herstellungsverfahren nach Anspurch8 sieht einen mindestens zweischichtigen Schichtaufbau vor, mit dem mikromechanische Sensoren bzw. Funktionsstrukturen hermetisch verkappt werden können. Dabei lässt sich ein definierter Gas- und/oder Druckeinschluss gewährleisten.The micromechanical component according to the invention with the features of claim 1 and the manufacturing method according to claim8 provides an at least two-layer structure, with which micromechanical sensors or functional structures can be hermetically sealed. A defined gas and / or pressure inclusion can be guaranteed.
Kern der Erfindung ist also eine Mehrschichtstruktur, die über mikromechanischen Sensoren bzw. Funktionsstrukturen abgeschieden wird und diese vor Umgebungseinflüssen schützt. Dabei wird die Sensorkappe nicht wie üblich separat durch Ätz-Prozesse strukturiert und mit einem Seal-Glas-Lötverfahren mit dem Sensor-Wafer bzw. Funktions-Wafer verbunden, sondern die Verkappung wird direkt auf dem Sensor-Wafer derart erzeugt, dass ein Mehrschichtgerüst über den beispielsweise beweglichen Funktionsstrukturen aufgebaut wird, wobei das Mehrschichtgerüst nach einem Opferschicht-Ätzen durch mindestens eine Verschlussschicht hermetisch verschlossen wird.The core of the invention is therefore a multilayer structure, thevia micromechanical sensors or functional structuresis separated and this from environmental influencesprotects. The sensor cap is not separated as usualstructured by etching processes and with a sealGlass soldering process with the sensor wafer or functional waferconnected, but the capping is made directly on the sensor wafer generated in such a way that a multi-layer scaffold overthe movable functional structures, for exampleis built, with the multi-layer scaffolding after a victimlayer etching through at least one sealing layeris metically closed.
Hierdurch ist eine wesentlich kleinere kappenförmige Abdeckung als beim Stand der Technik möglich. Das Mehrschicht-Kappen-Gerüst lässt sich mit einfachen Halbleiterprozessen erzeugen. Es kann auf PbO-haltiges Seal-Glas verzichtet werden, welches unter Feuchtigkeitseinfluss eine massive Korrosion auf Al-Bond-Pads verursacht.This is a much smaller cap-shaped covercoverage than possible with the prior art. The multi-layerCap scaffolding can be done with simple semiconductor processesproduce. There is no need for PbO-containing seal glasswhich is a massive under the influence of moistureCorrosion caused on Al-Bond pads.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen mikromechanischen Bauelements.Advantageous further developments can be found in the subclaimsDevelopments and improvements of that specified in claim 1micromechanical component.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine erste Verschlußschicht über der oberen Deckschicht angeordnet, und die Lochanordnung der oberen Deckschicht ist durch die erste Verschlußschicht verpfropft.According to a preferred development, a firstSealing layer arranged over the top cover layer,and the hole arrangement of the top cover layer is through thegrafted first closure layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine zweite Verschlußschicht zwischen der oberen und der unteren Deckschicht angeordnet, und die Lochanordnung der oberen Deckschicht ist durch Schmelzperlen der zweiten Verschlußschicht verschlossen.According to a further preferred development, asecond sealing layer between the upper and lowerCover layer arranged, and the hole arrangement of the topCover layer is the second closure due to melting beadslayer closed.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung fungiert die obere Deckschicht als Verschlußschicht für die Lochanordnung der unteren Deckschicht. Dies läßt sich dadurch realisieren, daß das Material der oberen Deckschicht derart gewählt wird, daß es einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Material der unterer Deckschicht aufweist und die obere Deckschicht aufgeschmolzen wird, so daß sie die Lochanordnung der unteren Deckschicht verschließt.According to a further preferred development, theupper cover layer as a sealing layer for the hole arrangementof the lower cover layer. This can be realisieren that the material of the upper cover layer geis chosen to have a lower melting point than thatMaterial of the lower cover layer and the upperTop layer is melted so that it arranges the holecloses the lower cover layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die obere Deckschicht Verbindungsstege zur Verbindung mit der unteren Deckschicht auf.According to a further preferred development, theupper cover layer connecting webs for connection to thelower top layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die untere Deckschicht und/oder die obere Deckschicht Polysilizium oder Aluminium auf.According to a further preferred development, thelower cover layer and / or the upper cover layer polysilizium or aluminum.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Verschlußschicht Aluminium, Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, ein Glas oder einen Lack auf.According to a further preferred development, theClosure layer aluminum, silicon, silicon nitride, siliziumdioxid, a glass or a varnish.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are in the drawingsshown and in the description below hepurifies.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1a-g eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;FIG. 1a-g is a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical building elements according to a first embodiment of the present invention;
Fig. 1h eine Draufsicht auf das mikromechanischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform zur Illustration der verschiedenen Lochanordnungen;Fig. 1h a top view of the micromechanical Bauele member according to the first embodiment for Il lustration of the different arrangements of holes;
Fig. 2a-e eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und2a-e is a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical building elements according to a second embodiment of the presentinvention. and
Fig. 3a-c eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Fig. 3a-c is a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical building elements according to a third embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the figures, the same reference symbols designate the sameor functionally identical components.
Fig. 1a-g zeigen eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung undFig. 1h eine entsprechende Draufsicht zur Illustration der verschiedenen Lochanordnungen.FIG. 1a-g show a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical component accelerator as a first embodiment of the present invention, andFig. 1h a corresponding top view to illustrate the different hole arrangements.
GemäßFig. 1a werden, wie im Stand der Technik beschrieben, auf einem Silizium-Substrat1 eine Opferschicht2 aus SiO2, eine strukturierte Leiterbahnebene3 und eine weitere Opferschicht4 aus SiO2 aufgebracht. Auf der Opferschicht4 wird eine funktionale Schicht mit dem Funktionsbereich5 aufgebracht, welche durch ebenfalls bekannte Verfahren für das Ätzen von Gräben6 strukturiert wird. Beispielsweise kann dazu das in der DE 42 41 045 A1 beschriebene Verfahren eingesetzt werden. Die funktionalen Strukturelemente7, welche hier beispielhaft als drei Elektrodenfinger dargestellt sind, werden für das vorgeschlagene Bauelement entweder durch ein bekanntes Verfahren zum Opferschicht-Ätzen frei beweglich gemacht (siehe z. B. die DE 43 17 274 A1), oder sie bleiben nach dem Tiefen-Ätzen noch fest auf der Opferschicht4 angebunden, wie dies inAbb. 1a dargestellt ist.According toFIG. 1a, as described in the prior art, a sacrificial layer2 made of SiO2 , a structured interconnect level3 and a further sacrificial layer4 made of SiO2 are applied to a silicon substrate1 . A functional layer with the functional region5 is applied to the sacrificial layer4 and is structured by likewise known methods for the etching of trenches6 . For example, the method described in DE 42 41 045 A1 can be used for this purpose. The functional structural elements7 , which are represented here by way of example as three electrode fingers, are either made freely movable for the proposed component ent by a known method for sacrificial layer etching (see, for example, DE 43 17 274 A1), or they remain after the deep etching still firmly attached to the sacrificial layer4 , as shown inFig. 1a Darge.
Wie inFig. 1b dargestellt, wird auf den funktionalen Strukturelementen7 des mikromechanischen Bauelements in einem nächsten Schritt eine dicke Opferschicht8 derart abgeschieden, dass die Strukturgräben6 teilweise im oberen Grabenbereich9 mit dem Opfermaterial aufgefüllt sind. Die Opferschicht8 deckt den Teil der Struktur ab, welcher im Endzustand verkappt sein soll. Die Opferschicht8 hat vorzugsweise eine Dicke von 1 µm bis 20 µm und kann beispielsweise aus Siliziumdioxid, Bor-Phosphor-Silikat-Glas oder amorphen Silizium bestehen. Es kann aber auch jedes andere Material verwendet werden, das sich isotrop mit einer ausreichenden Selektivität gegenüber den funktionalen Strukturelementen7 und den späteren Deckschichten ätzen lässt.As shown inFIG. 1b, a thick sacrificial layer8 is deposited on the functional structural elements7 of the micromechanical component in such a way that the structural trenches6 are partially filled with the sacrificial material in the upper trench region9 . The sacrificial layer8 covers the part of the structure which is to be capped in the final state. The sacrificial layer8 preferably has a thickness of 1 μm to 20 μm and can consist, for example, of silicon dioxide, boron-phosphorus-silicate glass or amorphous silicon. However, it is also possible to use any other material which can be etched isotropically with a sufficient selectivity towards the functional structural elements7 and the later cover layers.
Als nächstes wird gemäßFig. 1c auf die Opferschicht8 die untere Deckschicht10 abgeschieden und mit einer Lochanordnung mit kleinen Löchern11 strukturiert. Die Löcher11 können eckig oder rund sein. Der Durchmesser der Löcher11 liegt vorzugsweise zwischen 0,5 µm und 20 µm. Die Lochung wird so ausgelegt, dass sie gleichmäßig über der Fläche der funktionalen Strukturelemente7 liegt. Die untere Deckschicht10 ist vorzugsweise zwischen 0,5 µm und 10 µm dick und aus Polysilizium oder Aluminium hergestellt. Sie kann aber auch aus jedem anderen Material bestehen, das resistent gegen das Opferschicht-Ätzen der Opferschicht8 und weiterer Opferschichten ist. Die untere Deckschicht10 wird über den Rand der Opferschicht8 hinausgezogen und an die Schicht mit den funktionalen Strukturelementen7 angebunden. Die untere Deckschicht10 steht idealerweise unter intrinsischer Zugspannung, die durch geeignete Temperaturbehandlung eingestellt werden kann.Next,FIG invention. 1c is deposited on the sacrificial layer8, the lower outer layer10 and with a voltage Lochanord structured with small holes11. The holes11 can be square or round. The diameter of the holes11 is preferably between 0.5 μm and 20 μm. The perforation is designed so that it lies evenly over the surface of the functional structural elements7 . The lower cover layer10 is preferably between 0.5 microns and 10 microns thick and made of polysilicon or aluminum. But it can also consist of any other material that is resistant to the sacrificial layer etching of the sacrificial layer8 and other sacrificial layers. The lower cover layer10 is pulled out over the edge of the sacrificial layer8 and is attached to the layer with the functional structural elements7 . The lower cover layer10 is ideally under trinsic tensile stress, which can be adjusted by suitable Temperaturbe treatment.
Wie inFig. 1d illustriert, wird auf der ersten Deckschicht10 eine zweite Opferschicht12 aufgebracht. Diese zweite Opferschicht12 besteht idealerweise aus dem gleichen Material wie die erste Opferschicht8, also aus Siliziumdioxid, und ist ebenfalls selektiv gegenüber der unteren Deckschicht10 ätzbar. Die Dicke der zweiten Opferschicht12 beträgt vorzugsweise zwischen 0,3 µm und 5 µm. Die zweite Opferschicht12 wird danach derart strukturiert, daß sie auf der Durchgangslochanordnung11 der unteren Deckschicht10 liegt. Auch die zweite Opferschicht12 weist eine Lochanordnung mit Löchern13 auf, welche gegenüber den Löchern11 der Lochanordnung der unteren Deckschicht10 versetzt sind.As illustrated inFIG. 1d, a second sacrificial layer12 is applied to the first cover layer10 . This second sacrificial layer12 ideally consists of the same material as the first sacrificial layer8 , that is to say silicon dioxide, and is also selectively etchable relative to the lower cover layer10 . The thickness of the second sacrificial layer12 is preferably between 0.3 microns and 5 microns. The second sacrificial layer12 is then structured such that it lies on the through hole arrangement11 of the lower cover layer10 . The second sacrificial layer12 also has a hole arrangement with holes13 which are offset from the holes11 of the hole arrangement of the lower cover layer10 .
GemäßFig. 1e wird auf der zweiten Opferschicht12 die obere Deckschicht14 abgeschieden. Diese obere Deckschicht14 ist lokal über die Löcher13 der zweiten Opferschicht12 an der unteren Deckschicht10 angebunden. In der oberen Deckschicht14 wird eine Lochanordnung mit Löchern15 ausgebildet, wobei die Löcher15 gegenüber den Löchern11 der unteren Deckschicht10 versetzt sind, so dass die Löcher11 alle samt von der oberen Deckschicht14 überdeckt werden und unter den Löchern15 überall die untere Deckschicht10 liegt. Die Lochung besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von 0,5 µm bis 20 µm. Die obere Deckschicht14 wird über den Rand der zweiten Opferschicht12 hinaus gezogen und an der unteren Deckschicht10 und vorzugsweise auch an der Peripherie des Funktionsbereiches5 angebunden. Mit anderen Worten überdeckt die obere Deckschicht14 auch die untere Deckschicht10 vorzugsweise vollständig. Die obere Deckschicht14 ist zwischen 0,5 µm und 30 µm dick und kann wie die untere Deckschicht10 beispielsweise aus Silizium oder Aluminium oder sonstigen Materialen mit den erforderlichen Ätz-Eigenschaften bestehen.Referring toFIG. 1e, the o bere cover layer14 is deposited on the second sacrificial layer12. This upper cover layer14 is connected locally to the lower cover layer10 via the holes13 of the second sacrificial layer12 . In the upper cover layer14, a hole array is formed with holes15 of, the holes15 are offset from the holes11 of the lower cover layer10, so that the holes11 all are covered together with the upper cover layer14 and the holes15 throughout the lower cover layer10 . The perforation preferably has a diameter of 0.5 μm to 20 μm. The upper cover layer14 is pulled over the edge of the second sacrificial layer12 and connected to the lower cover layer10 and preferably also to the periphery of the functional area5 . In other words, the upper cover layer14 preferably also completely covers the lower cover layer10 . The upper cover layer14 is between 0.5 μm and 30 μm thick and, like the lower cover layer10 , can consist, for example, of silicon or aluminum or other materials with the required etching properties.
Wie inFig. 1f bildlich dargestellt, werden danach in einem selektiven Ätzschritt die erste Opferschicht8 und die zweite Opferschicht12 geätzt. Hierbei kann eine nasschemisches Verfahren, wie z. B. BOE (BOE = buffered oxide etch = gepufferte Oxidätzung) oder ein Trockenätzverfahren, wie beispielsweise das aus der DE 43 17 274 A1 bekannte Flusssäure-Dampf-Ätzverfahren verwendet werden. Die Opferschichten2 und4 unterhalb der funktionalen Strukturelemente7 können in diesem Schritt ebenfalls geätzt werden, falls nicht schon vor Abscheidung der ersten Opferschicht8 geschehen. Nach diesem selektiven Ätzschritt ist über den funktionalen Strukturelementen (hier bewegliche Kondensatorelektroden) eine Kappe bzw. Kuppel aufgespannt, welche mit Löchern perforiert ist. Diese Kappe besteht aus den miteinander verbundenen Deckschichten10,14, wobei es keinen geradlinigen Weg für Gase bzw. Atome oder Moleküle durch die Kappe gibt, da die Lochanordnungen in den Deckschichten10,14 gegeneinander versetzt angeordnet sind.As illustrated inFIG. 1f, the first sacrificial layer8 and the second sacrificial layer12 are then etched in a selective etching step. Here, a wet chemical process, such as. B. BOE (BOE = buffered oxide etch = buffered oxide etching) or a dry etching method, such as the hydrofluoric acid vapor etching method known from DE 43 17 274 A1. The sacrificial layers2 and4 below the functional structural elements7 can also be etched in this step, if not already done before the first sacrificial layer8 is deposited. After this selective etching step, a cap or dome is spanned over the functional structural elements (here movable capacitor electrodes), which is perforated with holes. This cap consists of the interconnected cover layers10 ,14 , wherein there is no straight path for gases or atoms or molecules through the cap, since the hole arrangements in the cover layers10 ,14 are arranged offset from one another.
In einem weiteren Schritt wird gemäßFig. 1g eine Verschlussschicht17 auf der oberen Deckschicht14 vorgesehen, welche über Pfropfen18 die Löcher15 der oberen Deckschicht14 dicht verschließt. Die Verschlussschicht17 überdeckt vorzugsweise die obere Deckschicht14 vollständig. Der Verschließvorgang erfolgt unter definierten Gas- und Druckverhältnissen. Die Verschlussschicht17 kann aus Aluminium, Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, einem Glas, einem Lack oder einem sonstigen geeigneten Material bestehen und wird vorzugsweise mittels eines CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahrens, Sputterverfahren, Aufdampfverfahrens, Flashverdampfungsverfahren, Spin-On-Verfahrens oder Sprühverfahrens aufgebracht.In a further step, a sealing layer17 is provided on the upper cover layer14 according toFIG. 1g, which closes the holes15 of the upper cover layer14 tightly by means of plugs18 . The sealing layer17 preferably completely covers the upper covering layer14 . The closing process takes place under defined gas and pressure conditions. The sealing layer17 can consist of aluminum, silicon, silicon nitride, silicon dioxide, a glass, a lacquer or another suitable material and is preferably by means of a CVD (Chemical Vapor Deposition) process, sputtering process, vapor deposition process, flash evaporation process, spin-on process or spray method applied.
Damit ist die gezeigte Sensorstruktur hermetisch verkappt, und unter der Verkappung in dem Funktionsbereich5 mit den funktionalen Strukturelementen herrschen eine vorbestimmte Atmosphäre und ein vorbestimmter Druck.The sensor structure shown is thus hermetically capped, and under the capping in the functional area5 with the functional structural elements there is a predetermined atmosphere and a predetermined pressure.
Fig. 1h illustriert die gegenseitige Orientierung der verschiedenen Lochungen. In der Draufsicht vonFig. 1h wird der Versatz der Löcher15 in der oberen Deckschicht14 gegenüber den Löchern11 in der unteren Deckschicht10 deutlich. Die Verbindungsstellen13 zwischen der unteren Deckschicht10 und der oberen Deckschicht14 sind gegenüber den beiden Lochanordnungen mit den Löchern11 bzw.15 versetzt, so dass Gase (z. B. Reaktionsprodukte und -edukte beim Opferschichtätzen) durch beide Lochanordnungen ins Freie strömen können.Fig. 1h illustrates the mutual orientation of the various perforations. In the plan view ofFig. 1h, the offset of the holes15 in the upper cover layer14 ge compared to the holes11 in the lower cover layer10 is clearly Lich. The junctions13 between the lower cover layer10 and the upper cover layer14 are offset from the two hole arrangements with the holes11 and15 , respectively, so that gases (e.g. reaction products and educts during op layer coating) flow into the open through both hole arrangements can.
Fig. 2a-e illustrieren eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.FIGS. 2a-e illustrate a schematic Querschnittsan view of manufacturing steps of a micromechanical building elements according to a second embodiment of the present the invention.
Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelementes wird, wie inFig. 2a illustriert, auf die untere Deckschicht10' eine Schicht20 aufgebracht und strukturiert, welche bevorzugt aus Aluminium oder einem anderen schmelzbaren Material mit ausreichender Oberflächenspannung und geeigneter Haftung bzw. Benetzung auf dem Material der unteren Deckschicht10' besteht. Die Schichtdicke der zweiten Verschlussschicht20 sollte kleiner als die Dicke der zweiten Opferschicht12' sein. Des Weiteren ist die zweite Verschlussschicht20 derart strukturiert, das sie die Löcher11 der unteren Deckschicht10 frei lässt und unterhalb der Löcher15 der oberen Deckschicht14' angeordnet ist.In the second embodiment of the micromechanical component according to the invention, as illustrated inFIG. 2a, a layer20 is applied and structured to the lower cover layer10 ', which preferably consists of aluminum or another fusible material with sufficient surface tension and suitable adhesion or There is wetting on the material of the lower cover layer10 '. The layer thickness of the second sealing layer20 should be smaller than the thickness of the second sacrificial layer12 '. Furthermore, the second closure layer20 is structured such that it leaves the holes11 of the lower cover layer10 free and is arranged below the holes15 of the upper cover layer14 '.
Wie inFig. 2b dargestellt, wird analog wie bei der ersten Ausführungsform die obere Opferschicht12' abgeschieden und strukturiert. Allerdings enthält die zweite Opferschicht12' bei dieser zweiten Ausführungsform nicht notwendigerweise Löcher zur Anbindung der oberen Deckschicht14' an der unteren Deckschicht10'.As shown inFIG. 2b, the upper sacrificial layer12 'is deposited and structured analogously to the first embodiment. However, in this second embodiment, the second sacrificial layer12 'does not necessarily contain holes for connecting the upper cover layer14 ' to the lower cover layer10 '.
GemäßFig. 2c erfolgt das Opferschicht-Ätzen zum Ätzen der Schichten2,4,8 und12' im nächsten Prozessschritt. Nach dem Opferschicht-Ätzen ist ein Temperaturschritt zur thermischen Reinigung der Sensoroberflächen zweckmäßig, der jedoch nicht über die Schmelztemperatur des Materials der zweiten Verschlussschicht20 reichen darf. Nach der Reinigung wird die gesamte Struktur in eine Heizvorrichtung eingebracht, in der definierte Gas- und Druckverhältnisse eingestellt werden können. Hierbei kann beispielsweise ein Vakuum erzeugt werden, oder ein Edelgas bzw. ein anderes Gas zur Erhöhung der Dämpfung der Schwingungen der funktionalen Strukturelemente7 eingeschlossen werden.According toFIG. 2c, the sacrificial layer etching for the etching of layers2 ,4 ,8 and12 'takes place in the next process step. After the sacrificial layer etching, a temperature step for the thermal cleaning of the sensor surfaces is expedient, which may not, however, reach beyond the melting temperature of the material of the second sealing layer20 . After cleaning, the entire structure is placed in a heating device in which defined gas and pressure ratios can be set. Here, for example, a vacuum can be generated, or an inert gas or another gas can be included to increase the damping of the vibrations of the functional structural elements7 .
Wie inFig. 2d gezeigt, wird nach Einregelung der Gas- und Druckverhältnisse die Temperatur in der Heizvorrichtung über den Schmelzpunkt des Materials der zweiten Verschlussschicht20 erhöht, so dass sich das Material20 auf Grund der Oberflächenspannung zusammenzieht und Schmelzperlen ausbildet. Die Lage dieser Schmelzperlen auf der unteren Deckschicht10 wird über die Strukturlage und Dicke der zweiten Verschlussschicht20 derart gesteuert, dass die Schmelzperlen exakt unter den Löchern15 der zweiten Deckschicht14' entstehen. Das Material der zweiten Verschlussschicht20 ist derart gewählt, das es eine ausreichende Benetzung mit dem Material der unteren Deckschicht10' und der oberen Deckschicht14' eingeht, und daher werden die Öffnungen15 der oberen Deckschicht14' von unten dicht verschlossen. Dadurch lässt sich eine vorbestimmte Atmosphäre und ein vorbestimmter Druck unter der Verkappung einstellen. Beim Öffnen der Heizvorrichtung muss allerdings abgewartet werden, bis die Temperatur unter die Schmelztemperatur des Materials der zweiten Verschlussschicht20 gesunken ist.As shown inFig. 2d, after adjusting the gas and pressure ratios, the temperature in the heating device is increased above the melting point of the material of the second sealing layer20 , so that the material20 contracts due to the surface tension and forms fused beads. The position of these fusible beads on the lower cover layer10 is controlled via the structural position and thickness of the second sealing layer20 in such a way that the fusible beads are formed exactly below the holes15 of the second cover layer14 '. The material of the second closure layer20 is selected such that it is adequately wetted with the material of the lower cover layer10 'and the upper cover layer14 ', and therefore the openings15 of the upper cover layer14 'are sealed from below. This allows a predetermined atmosphere and a predetermined pressure to be set under the cap. When opening the heating device, however, one has to wait until the temperature has dropped below the melting temperature of the material of the second sealing layer20 .
Zur dauerhaften hermetischen Verschließung kann optionellerweise eine weitere Verschlussschicht25 über der resultierenden Struktur wie beider ersten Ausführungsform abgeschieden werden, wie inFig. 2e gezeigt.For permanent hermetic sealing, a further sealing layer25 can optionally be deposited over the resulting structure as in the first embodiment, as shown inFIG. 2e.
Fig. 3a-c sind eine schematische Querschnittsansicht der Herstellungschritte eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Fig. 3a-c are a schematic cross-sectional view of manufacturing steps of a micromechanical component-making according to a third embodiment of the present OF INVENTION.
Bei der dritten Ausführungsform wird das Material der oberen Deckschicht14" derart gewählt, dass es einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Material der unteren Deckschicht10" aufweist. Beispielsweise kann das Material der oberen Deckschicht14" Aluminium sein, welches bei 660°C aufschmilzt, während das Material der unteren Deckschicht10" ein hochschmelzendes Material, z. B. CVD-Silizium, ist.In the third embodiment, the material of the upper cover layer14 "is selected such that it has a lower melting point than the material of the lower cover layer10 ". For example, the material of the upper cover layer14 "can be aluminum, which melts at 660 ° C, while the material of the lower cover layer10 " is a high-melting material, e.g. B. CVD silicon.
Fig. 3a zeigt den Zustand nach dem Opferschicht-Ätzen entsprechend dem Zustand vonFig. 2c bzw. dem Zustand vonFig. 1f.Fig. 3a shows the state after the sacrificial layer etching accordingly the state ofFig. 2c and the state ofFig. 1f.
Wie inFig. 3b illustriert, wird nach dem Opferschicht-Ätzen und einer eventuell durchgeführten thermischen Reinigung der Oberflächen das Material der oberen Deckschicht14" unter definierten Gas- und Druckbedingungen in einer Heizvorrichtung aufgeschmolzen. Bei einer ausreichenden Benetzung zwischen der unteren und oberen Deckschicht10",14" werden dann die Öffnungen11 in der unteren Deckschicht10" durch die obere Deckschicht14" hermetisch dicht verschlossen.As illustrated inFIG. 3b, after the sacrificial layer etching and a possible thermal cleaning of the surfaces, the material of the upper cover layer14 "is melted in a heating device under defined gas and pressure conditions. With a sufficient wetting between the lower and upper Cover layer10 ",14 " then the openings11 in the lower cover layer10 "are hermetically sealed by the upper cover layer14 ".
Wie bei der zweiten Ausführungsform kann auch bei dieser dritten Ausführungsform zur hermetischen Versiegelung eine weitere Verschlussschicht30 auf der oberen Deckschicht14" aufgebracht werden, welche aus Siliziumdioxid, Aluminium, Siliziumnitrid, Silizium oder einem anderen geeignetem Material besteht. Dies zeigtFig. 3c.As in the second embodiment, a further sealing layer30 , which consists of silicon dioxide, aluminum, silicon nitride, silicon or another suitable material, can be applied to the top cover layer14 "for hermetic sealing. This is shown inFIG. 3c.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described above with reference to apreferred embodiment has been described, it isnot limited to this, but in a variety of waysidentifiable.
Es können insbesondere beliebige mikromechanische Grundmaterialien verwendet werden, und nicht nur das exemplarisch angeführte Siliziumsubstrat.In particular, any basic micromechanical measures can be takenmaterials are used, and not only as an examplelisted silicon substrate.
Auch können die Lochanordnungen und die Anzahl und das Design der Deckschichten und Opferschichten beliebig gewählt werden.The hole arrangements and the number and the Design of the top layers and sacrificial layers chosen arbitrarilybecome.
Weiterhin können die Strukturelemente der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.Furthermore, the structural elements of the differentEmbodiments can be combined.
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| DE2000105555DE10005555A1 (en) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | Micromechanical component and corresponding manufacturing method |
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