用于制造微机械装置的组合式激光钻孔和等离子蚀刻方法以及微机械装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种微机械装置，具有第一衬底(11)、具有至少一个第一空腔(100)、具有通到第一空腔(100)的封闭的通道(1)，其中，通道穿过第一衬底(11)延伸。本发明专利技术的核心在于，通道(1)具有激光钻孔的第一部分区段(12)和等离子蚀刻的第二部分区段(13)，其中，等离子蚀刻的第二部分区段(13)具有通到第一空腔(100)的开口，其中，通道(1)在第一部分区段(12)中通过由至少第一衬底(11)的熔化物构成的熔化封口部(5)封闭。本发明专利技术还涉及用于制造微机械装置的组合式激光钻孔和等离子蚀刻方法。

Combined laser drilling and plasma etching for micromechanical devices and micromechanical devices

The invention relates to a micromechanical device, which has a first substrate (11), a closed channel (1) having at least one first cavity (100) and a first cavity (100), wherein the channel extends through the first substrate (11). The core of the invention is that the channel (1) is the first part of the laser drilling section (12) of second sections and plasma etching (13), among them, second sections of plasma etching (13) has led to the first chamber (100) opening the channel (1) in the first part of the section (12) by comprising at least a first substrate (11) composed of melting melt sealing part (5) closed. The invention also relates to a combined laser drilling and plasma etching for the manufacture of micromechanical devices.

【技术实现步骤摘要】
用于制造微机械装置的组合式激光钻孔和等离子蚀刻方法以及微机械装置
本专利技术涉及一种微机械装置，具有第一衬底、具有至少一个第一空腔、具有通往第一空腔的封闭通道，其中，该通道穿过第一衬底延伸。
技术介绍
由文献WO2015/120939Al已知一种用于有针对性地调整MEMS元件的空腔中的内压力的方法。在此，在罩晶片中或传感器晶片中产生狭窄的、通往MEMS空腔的进入通道。空腔通过进入通道被灌注以希望的气体和希望的内压力。之后，通过激光局部加热围绕进入通道的区域。在此，衬底材料局部液化并且在凝固时严密地封闭进入通道。当想要在具有两个空腔的一个MEMS元件中要在两个空腔中产生不同的内压力时，大多利用这种方法(图1)。当例如想要将加速度传感器和旋转速度传感器组合时，这是必要的。加速度传感器为了优化的工作方式需要高的内压力，相反，旋转速度传感器需要小得多的内压力。该方法允许在每个空腔中设定各自的优化的内压力。当在空腔中由于在过程进行期间的气化而不能达到很低的内压力时，也可以利用该方法，因而能够事后调整该内压力。在离散的布置中仅实现MEMS元件并且分析处理电路单独设置，在该布置中可以同时进行进入通道(1)的产生和电接触面(2)的空出。在这样的布置中通常使用相对薄的罩晶片。在罩晶片(3)键合到传感器晶片(4)上之后可以通过光掩模和沟道方法在一个步骤中既产生通往第一空腔的狭窄通道开口、又产生到接触面的大通道开口。在德国专利DE102011103516B4中提出，MEMS结构借助沉积多晶硅层来包封并且然后借助激光钻孔工艺在多晶硅层中产生进入通道。然后在MEMS空腔中设定限定的气氛并且借助激光封闭工艺来封闭该进入通道。这样施加进入通道与仅施加一个进入通道的单纯沟道工艺相比是成本有利的。缺点是，在激光钻孔过程中总是形成浓烟，该浓烟能够危害MEMS结构。进一步不利的是，激光钻孔工艺不能针对不同材料很有选择性。也就是说，在激光钻孔时，与材料无关地不但产生通过多晶硅层的通道孔，而且同时在位于其下面的层中钻出孔。
技术实现思路
找到了允许在厚的衬底中成本有利地制造进入通道的一种方法或一种布置。该进入通道应在空腔中终止并且在那里在制造过程中不产生浓烟和其它脏物。该方法也应该一旦达到空腔就停止并且不继续钻入位于空腔下面的材料中。此外，该方法应在衬底表面上产生一些很小的进入孔，这些进入孔可以借助激光熔化方法来封闭。本专利技术涉及一种微机械装置，具有第一衬底、具有至少一个第一空腔、具有通往第一空腔的封闭通道，其中，所述通道穿过第一衬底延伸。本专利技术的核心在于，该通道具有激光钻孔的第一部分区段和等离子蚀刻的第二部分区段，其中，等离子蚀刻的第二部分区段具有通到第一空腔的开口，其中，该通道在第一部分区段中通过由至少第一衬底的熔化物构成的熔化封口部来封闭。本专利技术的有利构型设置，第一衬底具有附加层并且该通道也通过附加层的熔化物来封闭。有利地，该微机械装置是混合集成的微机械装置，其中，该装置具有带有ASIC电路的第二衬底。本专利技术还涉及用于制造微机械装置的组合式激光钻孔和等离子蚀刻方法。有利地，通过根据本专利技术的方法完全避免空腔中的浓烟。有利地，昂贵的用于等离子蚀刻过程的光掩模不是必要的。激光钻孔过程产生为沟道工艺所必需的掩模。有利地，激光钻孔工艺和沟道工艺之间的校准通过附加层而自校准地进行，排除错位。有利地，可以通过两种去除方法即激光钻孔和沟槽蚀刻的结合，达到进入通道的在总和上更大的长径比。通过合适地选择附加层，有利地可以在激光钻孔过程中实现更小的通道开口。有利地，可以同时利用附加层来产生更稳定的激光再封闭过程，例如其方式是，附加层的材料能够更容易地熔化，或者与衬底的材料、尤其硅形成共晶体。有利地，根据本专利技术的组合式激光钻孔和等离子蚀刻方法可以与限定地引入合适的气氛以及在每个任意位置上封闭一起集成在整个MEMS制造工艺中。该步骤次序尤其也可以完全集成在晶片制造工艺的末尾。因此，不必改变本来的制造工艺。根据本专利技术的方法的有利构型设置，在步骤(c)之后去除附加层。有利地，附加层可以直接在步骤(c)之后去除或者在之后的方法步骤中去除。根据本专利技术的方法的有利构型设置，在步骤(e)之后在第一空腔中设定具有确定的组成的气氛和确定的压力。根据本专利技术的方法的有利构型设置，在步骤(f)中也进行附加层的材料的激光熔化。有利地，所述通道也通过附加层的熔化物来封闭。根据本专利技术的方法的有利构型设置，步骤(c)和/或步骤(d)基本上在大气压力下执行。根据本专利技术的方法的有利构型设置，在步骤(c)中以第一激光或者也以第一激光运行参数、尤其以很短的波长或很强的聚焦或以很短的脉冲长度执行激光钻孔，在步骤(d)中以第二激光或者也以与第一激光运行参数不同的第二激光运行参数、尤其以较长的波长或以较弱的聚焦或以较长的脉冲长度执行激光钻孔。根据本专利技术的方法的有利构型设置，在步骤(d)中，首先以第一激光运行参数执行激光钻孔直至确定的深度，接着以第二激光运行参数执行激光钻孔。附图说明图1示出现有技术中的具有带有封闭通道的空腔的微机械装置；图2A到2G示出根据本专利技术的用于制造微机械装置的组合式激光钻孔和等离子蚀刻方法的实施例；图3示意性地示出根据本专利技术的用于制造微机械装置的激光钻孔和等离子蚀刻方法。具体实施方式图1示出现有技术中的具有带封闭通道的空腔的微机械装置。示意性地示出具有MEMS晶片4和罩晶片3的微机械装置。罩晶片3具有进入通道1，该进入通道借助熔化封口部5封闭。在罩晶片3的槽口中布置电接触面2。该微机械装置具有第一空腔100和第二空腔200，该第一空腔例如包含旋转速度传感器，该第二空腔例如包含加速度传感器。空腔200基本含有带压力的大气和在键合MEMS晶片4和罩晶片3时的过程气体的组合。由此确保加速度传感器的良好减振。空腔100已经通过通道1抽真空并且通道1接着借助熔化封口部5封闭。由此确保旋转速度传感器的振动器的高品质。箭头标记用于制造熔化封口部5的激光封闭过程的作用方向。在微机械传感器或其它微机械装置的离散布置中仅一个实现MEMS元件而分析处理电路或其它控制电路单独设置，在该离散布置中，可以在空出电接触面2的同时制造进入通道1。在这种布置中大多使用相对薄的罩晶片3。在将罩晶片3键合在传感器晶片4上之后，可以通过光掩模和沟道方法在一个共同的步骤中既产生通往第一空腔100的狭窄的通道开口1，又产生到接触面2的大的通道开口。在罩晶片厚的情况下难以制造通往第一空腔100的通道开口1。通道开口1不允许太大，因为否则不再能通过局部熔化和接着凝固来封闭。产生狭窄的通道并且同时达到很深、即具有高的长径比的沟道方法是困难的，并且随着长径比增加而越来越缓慢和费事。如果不与接触区域2的打开同时制造通往第一空腔100的通道1，则必须针对两个过程分别设置自己的光掩模。这是费事和昂贵的，并且部分地也在技术上难以实施。图2A到G示出根据本专利技术的用于制造微机械装置的组合式激光钻孔和等离子蚀刻方法的一个实施例。图2A首先示出所提供的晶片复合体，具有MEMS晶片和带ASIC分析处理电路的衬底。为了应用所谓的混合集成，在晶片层面上将带有ASIC分析处理电路的第二衬底15直接与带有第一衬底11的MEMS晶片7组合。替代地，在ASI本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制造微机械装置的方法，具有以下方法步骤：(a)提供微机械初级产品，该初级产品具有第一衬底(11)和至少一个第一空腔(100)，其中，第一空腔(100)至少由第一衬底(11)限界，(b)施加附加层(9)到第一衬底(11)上，(c)激光钻孔穿过附加层(9)并由此制造掩模，(d)穿过掩模对第一衬底(11)的第一部分区段(12)进行激光钻孔，(e)穿过掩模并穿过第一部分区段(12)对第一衬底(11)的第二部分区段(13)这样进行等离子蚀刻，使得建立穿过第一衬底(11)通往所述空腔(100)的通道(1)，(f)激光熔化第一部分区段(12)的衬底材料并且以熔化物封闭所述通道(1)。

【技术特征摘要】
2016.08.11 DE 102016214973.31.用于制造微机械装置的方法，具有以下方法步骤：(a)提供微机械初级产品，该初级产品具有第一衬底(11)和至少一个第一空腔(100)，其中，第一空腔(100)至少由第一衬底(11)限界，(b)施加附加层(9)到第一衬底(11)上，(c)激光钻孔穿过附加层(9)并由此制造掩模，(d)穿过掩模对第一衬底(11)的第一部分区段(12)进行激光钻孔，(e)穿过掩模并穿过第一部分区段(12)对第一衬底(11)的第二部分区段(13)这样进行等离子蚀刻，使得建立穿过第一衬底(11)通往所述空腔(100)的通道(1)，(f)激光熔化第一部分区段(12)的衬底材料并且以熔化物封闭所述通道(1)。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(c)之后去除所述附加层(9)。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(e)之后在所述第一空腔(100)中设定具有确定的组成的气氛和确定的压力。4.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在步骤(f)中也进行所述附加层(9)的材料的激光熔化。5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(c)和/或步骤(d)基本上在大气压力下执行。6.按照前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP·施塔德勒，J·赖因穆特，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE