微机械装置和用于制造微机械装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种微机械装置，其具有硅基底(100)，硅基底具有置于硅基底上的氧化物层(200)和置于氧化物层上的微机械功能层(300)，它们平行于主延伸平面(10)延伸，其中，至少在微机械功能层(300)和氧化物层(200)中构造空穴(320)。本发明专利技术的核心在于，在氧化物层(200)和/或微机械功能层(300)中构造入口通道(250)，入口通道从空穴(320)开始平行于主延伸平面(10)延伸并且在此在垂直于主延伸平面(10)的投影方向(20)上看延伸到空穴(320)外部的入口区域(400)中。本发明专利技术还涉及一种用于制造微机械装置的方法。

Micromechanical device and method for manufacturing micromachined device

【技术实现步骤摘要】
微机械装置和用于制造微机械装置的方法
本专利技术基于一种微机械装置，其具有硅基底，所述硅基底具有置于其上的氧化物层和置于其上的微机械功能层，它们平行于主延伸平面延伸，其中，至少在微机械功能层和氧化物层中构造有空穴。
技术介绍
基于硅微机械的传感器在汽车制造和娱乐电子部件中使用，以用于测量加速度、转速、压力、磁场和其他变量。硅晶片技术带来了批量制造这些传感器的优点。娱乐电子部件领域中的主要发展趋势是结构元件的小型化、多个不同功能的集成以及成本降低。不同的传感器元件越来越多地集成在一个构件中，例如加速度和转动速率传感器。这既可以在封装中也可以在晶片层级上实现。如果将设计用于通过空穴内部压力来进行不同阻尼的加速度和转速芯片放置在一个晶片上，则能够以两种不同的类型调设内部压力。专利US8546928B2说明了空穴内部压力借助于吸气剂的调设。专利DE102014202801说明了通过两阶段的方法、即借助于激光打孔或沟槽来打开并且利用激光熔化方法来再次封闭在晶片上的相邻腔中产生两个内部压力。该方法也适用于在空穴中包围特别低的内部压力或包围对温度特别敏感的介质。
技术实现思路
本专利技术基于一种微机械装置，其具有硅基底，该硅基底具有置于其上的氧化物层和置于其上的微机械功能层，它们平行于主延伸平面延伸，其中，至少在微机械功能层和氧化物层中构造有空穴。本专利技术的核心在于，在氧化物层或也在微机械功能层中构造有入口通道，所述入口通道从空穴开始平行于主延伸平面地延伸并且在此在垂直于主延伸平面的投影方向上看延伸到空穴外部的入口区域中。本专利技术的一种有利构型设置为，在功能层中构造另外的入口通道，该另外的入口通道在入口区域中垂直于主延伸平面延伸并且与入口通道连接。有利地，由此可以实现该入口通道并且因此实现空穴。本专利技术的一个有利构型设置为，另外的入口通道构造为DRIE沟槽。因此，能够有利地实现具有高的宽高比的通道并且因此在主延伸平面中实现低的面积消耗。本专利技术的一个有利构型设置为，另外的入口通道在键合垫区域中通到微机械装置的外表面上。有利地，由此可以调设空穴中的气氛。在这种布置中，不必将另外的入口通道引导穿过罩。有利的是，在入口区域旁边的部分区域中去除功能层，其方式是，在那里引入缺口。有利地，在入口区域中以激光脉冲熔化功能层的一部分，并且由此封闭入口通道。凝固后，材料局部地冷却并在此相对于较冷的环境收缩。这在材料内产生拉应力。该应力会在功能层的边缘处降低，因此有利的是在围绕熔化区附近将功能层在部分区域中尽可能大范围地去除。此外有利的是，使功能层的棱边尽可能靠近熔化区地设置。特别有利的是功能层的围绕熔化区的区域的窄和高的几何形状，以便能够良好地降低应力。有利的是，功能层的棱边关于熔化区设置有小于熔化区的两倍直径的距离。特别有利的是，熔化区设置到功能层的舌部上，该舌部的宽度小于熔化区的直径的5倍。有利的是，舌部在垂直于入口区域的棱边的方向上的长度至少相当于舌部在平行于棱边的方向上的宽度的一半。此外有利的是，功能层的厚度至少为该结构在平行于入口区域的棱边的方向上的宽度的五分之一。此外有利的是，在微机械功能层的区域中的垂直开口的直径小于功能层在垂直于入口区域的棱边的方向上的宽度的一半和/或垂直开口的直径小于功能层的两倍层厚度。该入口不应变得过大，因为否则熔化后会存在过少的材料并且在凝固后要构造的高度会过低。此外，值得期望的是，仅功能层熔化并且基底材料不融化或不过多地融化，以便在凝固后在基底中尽可能少地建立应力。因此，一方面有利的是，对于功能层和功能层下方的结构使用具有比基底的导热能力更低的导热能力的材料系统。同时有利的是，利用短的激光脉冲将功能层熔化，以便将基底用作散热器。这样可以实现功能层熔化，但是由于相对较好的导热能力、更有利的几何形状以及由于时间动态性，基底根本不熔化或局部非常有限地熔化。本专利技术也涉及一种用于制造微机械装置的方法。利用该根据本专利技术的方法可以省去到目前为止所需的附加处理步骤。可以取消微机械装置中到目前为止用作为射束捕获部的位置。由此能够实现更小和成本更有利的构件。利用激光钻孔方法或挖槽过程的打开过程能够以化学和电的方式改变微机械功能元件的表面。在根据本专利技术的方法中，打开过程局部地远离微机械功能元件地并且也在空穴外部进行。因此，更好地保护了微机械功能元件的表面免受化学和电变化。在现有技术中，在以激光封闭之前，将用于封闭的局部表面回降到罩晶片的原始表面之下，以防止在随后的处理和封装步骤期间损伤封闭点。在技术上，该回降只能在非常有限的范围内进行。在根据本专利技术的方法中，封闭部由结构决定地位于明显更深的地方，因而在随后的处理和封装步骤期间被更好地保护。在现有技术中，在激光封闭时会在材料中建立一定量的拉应力。在根据本专利技术的方法中，在所有材料部件中都建立明显更低的应力。因此，封闭部在机械上更加稳固和更不敏感。在现有技术中，激光脉冲必须非常精确地遇到要封闭的开口，因而在凝固之后在围绕入口通道产生对称的应力分布并且避免形成裂纹。根据本专利技术的方案，通过功能层的结构化和所选择的导热能力来实现激光器关于功能层中的结构的自调节效应，由此给出明显更好和更不敏感的可制造性。附图说明图1示出现有技术中的微机械装置。图2a至2g示出各个制造阶段中的具有水平入口通道的根据本专利技术的微机械装置。图3示出具有封闭的水平通道的根据本专利技术的微机械装置。图4示意性示出根据本专利技术的用于制造微机械装置的方法。具体实施方式图1示出了现有技术中的微机械装置。该装置具有硅基底100，该硅基底具有置于该硅基底上的氧化物层200和置于该氧化物层上的微机械功能层300，它们平行于主延伸平面10延伸。氧化物层200多层地构造并且包含接触微机械装置的至少一个电布线平面220。在微机械功能层300和氧化物层200中形成两个空穴320、321。所述空穴由罩600封闭。穿过罩600将垂直的入口通道2引入到空穴320中。与入口通道2相对地布置有射束捕获部4。在该射束捕获部旁边，在空穴320中布置有微机械功能结构。入口通道2被激光熔化封闭部3封闭。垂直于主延伸平面10地看，在罩600旁边布置有键合垫区域500，该键合垫区域构造在功能层300中。键合垫区域500具有键合垫520，该键合垫用于电接触微机械装置。专利DE102014202801说明了，通过两阶段的方法在晶片上的相邻腔中建立两个内部压力。在此，首先借助于博世过程(BoschProzess)(DRIE，“挖槽”)通过硅蚀刻施加罩晶片中的气体可穿透的通道2(“通风孔”)。该蚀刻步骤可以与用于MEMS元件的外部接触的键合垫520的露出一起进行。然而，该蚀刻步骤的过程时间由于通风通道的较高的宽高比与没有该通道的蚀刻步骤相比增大。在随后的步骤中调设所期望的气压，然后借助于短激光脉冲以激光熔化封闭部从上方将该通道气密封闭。在此，多余的激光能量被射束捕获部4吸收。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微机械装置，其具有硅基底(100)，所述硅基底具有置于所述硅基底上的介电层(200)和置于所述介电层上的微机械功能层(300)，它们平行于主延伸平面(10)地延伸，其中，至少在所述微机械功能层(300)和所述介电层(200)中构造有空穴(320)，/n其特征在于，/n在所述介电层(200)和/或所述微机械功能层(300)中构造入口通道(250)，所述入口通道从所述空穴(320)开始平行于所述主延伸平面(10)延伸并且在此在垂直于所述主延伸平面(10)的投影方向(20)上看延伸到所述空穴(320)外部的入口区域(400)中。/n

【技术特征摘要】
20181221 DE 102018222804.31.一种微机械装置，其具有硅基底(100)，所述硅基底具有置于所述硅基底上的介电层(200)和置于所述介电层上的微机械功能层(300)，它们平行于主延伸平面(10)地延伸，其中，至少在所述微机械功能层(300)和所述介电层(200)中构造有空穴(320)，
其特征在于，
在所述介电层(200)和/或所述微机械功能层(300)中构造入口通道(250)，所述入口通道从所述空穴(320)开始平行于所述主延伸平面(10)延伸并且在此在垂直于所述主延伸平面(10)的投影方向(20)上看延伸到所述空穴(320)外部的入口区域(400)中。


2.根据权利要求1所述的微机械装置，其特征在于，在所述功能层(300)中构造有另外的入口通道(350)，所述另外的入口通道垂直于所述主延伸平面(10)在所述入口区域(400)中延伸并且与所述入口通道(250)连接。


3.根据权利要求2所述的微机械装置，其特征在于，所述另外的入口通道(350)构造为DRIE沟槽。


4.根据权利要求2或3所述的微机械装置，其特征在于，所述另外的入口通道(350)在键合垫区域(500)中通到所述微机械装置的外表面上。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械装置，其特征在于，所述微机械功能层(300)在所述空穴(320)外部在围绕所述入口区域(400)的部分区域中具有缺口(370)。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的微机械装置，其特征在于，所述空穴(320)以罩晶片(600)覆盖，并且所述入口通道(250)在垂直于所述主延伸平面(10)的投影方向(20)上看延伸到所述罩晶片(600)外部的所述入口区域(400)中。


7.根据权利要求2至6中任一项所述的微机械装置，其特征在于，所述微机械功能层(300)在所述入口区域(400)中结构化，并且所述入口区域(400)具有棱边(410)，其中，
-所述棱边(410)以小于熔化区的两倍直径的距离远离该熔化区布置，
和/或，
-所述入口区域(400)在垂直于所述棱边(410)的第二方向(40)上具有最大长度(41)，所述最大长度至少是所述入口区域(400)在平行于所述棱边(410)的第一方向(30)上的最小宽度(31)的一半，
和/或，
-所述入口区域(400)呈舌部的形状构造，其中，所述舌部的最窄部位具有小于所述熔化区的直径的五倍的宽度，
和/或，
-所述入口区域(400)呈舌部的形状构造，其中，所述舌部的最窄部位具有小于所述功能层的厚度的五倍的宽度。


8.根据权利要求2至7中任一项所述的微机械装置，其特征在于，所述另外的入口通道(350)具有小于所述功能层(300)的两倍层厚度的直径(51)。


9.根据权利要求7或8所述的微机械装置，其特征在于，所述另外的入口通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·格拉夫，H·伦普夫，J·弗莱，J·莱茵穆特，KU·里曹，A·布莱特林，
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