混合集成的部件和用于其制造的方法技术

用于实现混合集成的部件的措施，其电容器装置可实现高灵敏度的信号检测和MEMS构件的微机械结构的灵敏控制。混合集成的部件包括延伸在MEMS衬底的整个厚度上的MEMS构件（20），微机械结构的至少一个结构元件可偏转并且与包括可运动的电极（51）和固定的电极（52）的至少一个电容器装置作用连接；还包括具有电容器装置的电极（52）的ASIC构件（10）。MEMS构件装配在ASIC构件上，在微机械结构和ASIC构件的表面之间存在间隙（21）。从ASIC构件的层结构中脱离出电容器装置的至少一个电极（51）并且替代地机械和电地连接在MEMS构件的可偏转的结构元件（23）上，从而电极（51）作为电容器装置的运动的电极起作用。

【技术实现步骤摘要】
混合集成的部件和用于其制造的方法
本专利技术涉及一种混合集成的部件，所述混合集成的部件包括具有微机械的结构的至少一个MEMS(微电子机械系统)构件，该结构延伸在MEMS衬底的整个厚度上。所述微机械结构的至少一个结构元件可偏转并且与电容器装置作用连接，所述电容器装置包括至少一个可运动的电极和至少一个固定的电极。此外，所述部件还包括具有所述电容器装置的至少一个电极的ASIC构件。MEMS构件装配在ASIC构件上，从而在微机械结构和ASIC构件的表面之间存在间隙。此外，本专利技术还涉及用于制造这类混合集成的部件的方法。
技术介绍
具有MEMS构件的部件多年来对于最不同的应用、例如在汽车技术和消费者电子的领域内被批量加工制造。在此，部件的微型化越来越有意义。一方面，微型化有助于大大降低部件的制造成本并且因此有助于降低终端设备的制造成本。另一方面，尤其应在消费者电子领域内将越来越多的功能并且因此将部件容纳进终端设备中，而终端设备本身变得越来越小。因此，对于各个部件，在应用印刷电路板上越来越少的空间可供使用。由实际中已知用于传感器部件的不同微型化概念，其在部件中提供微机械实现的传感器功能和传感器信号的电路技术的处理和分析处理的集成。除了MEMS功能和ASIC功能在共同的芯片上的横向集成之外，也已经有用于所谓的垂直混合集成的概念，据此，芯片堆叠由ASIC、MEMS和帽晶片构成。这类垂直集成部件以及用于其制造的方法在US2011/0049652A1中说明。已知的方法规定，将用于MEMS部件的初始衬底键合在经处理的ASIC衬底上。此后才在MEMS衬底中产生微机械的结构，其包括至少一个可偏转的结构元件。帽晶片被与此无关地结构化并且被预先准备用于在MEMS衬底的微机械结构上和在ASIC衬底上的装配。如此处理的帽晶片在MEMS衬底的结构化之后键合在ASIC衬底上，从而在ASIC衬底和在帽晶片之间的微机械结构被密封包围。在US2011/0049652A1中描述的部件配备有电容器装置，根据MEMS功能，所述电容器装置可以被用作驱动装置用于使可偏转的结构元件运动或也可以用于检测结构元件的由外部引起的偏转。为此，电容器装置包括至少一个可偏转的电极和固定的电极，所述至少一个可偏转的电极在此位于MEMS构件的可偏转的结构元件上，所述固定的电极在此被构造在ASIC衬底的表面上的结构化的金属层中。已知的部件概念能够实现具有微机械功能和信号处理电路的稳固部件的成本有利的大量生产，因为在此不仅各个部件组成部分——MEMS构件、帽和ASIC在晶片复合体中被建立，而且其到部件的装配在晶片层面上实现。可以在晶片层面上测试MEMS功能和ASIC功能，并且甚至还可以在分离之前在晶片层面上进行各个部件的调谐。此外，已知的部件由于堆叠的结构需要相对小的装配表面，这有利地影响终端设备的制造成本。电容器装置的电极一方面在MEMS构件的下侧上并且另一方面在ASIC构件的最上面的金属层面上的定位被证明是有问题的。因为这样的电容器装置与相对置的电极之间的间距成反比并且两个构件之间的间隙通常相对大，因此，电容器装置的电容在此在给定的电极表面的情况下相对小。与此相应，当电容器装置被用于测量目的时，测量灵敏度相对小。如果电容器装置被用于控制可运动的结构元件，则必须施加相对高的电压，以便实现预先规定的偏转。此外，已知部件的电容器装置不能够容易地通过第三电极层面补充用于全差分的信号检测或控制。它在此必须在帽的下侧上、因此同样以相对大的间距设置。
技术实现思路
借助本专利技术，提出用于实现开头所述类型的混合集成的部件，其电容器装置不仅能够实现具有相对高灵敏度的信号检测而且能够实现MEMS构件的微机械结构的灵敏控制。为此，根据本专利技术，电容器装置的至少一个电极从ASIC构件的层结构中脱离出并且替代地机械和电地连接在MEMS构件的可偏转的结构元件上，从而所述电极作为电容器装置的可运动的电极起作用。与由US2011/0049652A1公开的组件结构不同，电容器装置的可运动的电极相应地从MEMS结构的层面转移到ASIC层面上，即从MEMS构件和ASIC构件之间的间隙的一侧到此间隙的另一侧上，电容器装置的至少一个固定的电极也有意义地位于所述间隙的该另一侧上。通过这种方式可以实现电容器装置，其中可运动的和固定的电极之间的间距与构件之间的间隙宽度无关并且因此可以比所述间隙显著更小。此外，在多个固定的电极的相应布置中还可以简单地实现具有三个电极层面的差分的电容器装置。然后，可运动的电极如此设置在至少两个固定的电极之间，使得在可运动的电极偏转时，至这两个固定的电极中一个电极的间距减小，而至另一个固定的电极的间距以相同的程度增大。除了可运动的电极的层面，根据本专利技术的部件的每个电容器装置还可以相应地包括用于固定的电极的一个另外的电极层面或当涉及差分的电容器装置时，也包括用于固定的电极的两个另外的电极层面。这样的电极层面例如可以集成在MEMS构件的层结构中。然而，在根据本专利技术的部件的一种优选的实施方式中，用于固定的电极的至少一个电极层面集成在ASIC构件的层结构中。如已经提到的，以这种方式可以实现特别小的电极间距。因此，这类电容器装置在通过芯片大小限界的电极面的情况下具有相对大的电容。根据所要求保护的用于制造这类混合集成的部件的方法，首先处理ASIC衬底。在此，也已经施加至少一个电容器装置的至少一个电极。然后，在ASIC衬底上装配MEMS衬底。在MEMS衬底的处理范围内，产生至少一个过孔接触结构，用于所述至少一个施加在ASIC衬底中的电极的机械和电的连接。此外，产生微机械结构，其延伸在MEMS衬底的整个厚度上。在ASIC侧释放所述微机械结构的至少一个结构元件。此外，将所述至少一个施加在ASIC衬底中的并且通过至少一个过孔接触结构连接到结构元件上的电极从ASIC衬底的复合结构中脱离。用于在ASIC衬底中的可运动和固定的电极的电极层面的施加优选在已知的CMOS过程的范围内进行。在此，在一个初始衬底上产生一个层结构，所述层结构包括多个在至少一个绝缘层中埋入的和结构化的金属层以及一个在ASIC正面上的结构化的金属层。各个电极层面的电极在所述金属层的结构化时被构造。已知通过所谓的过孔接触结构建立芯片堆叠的各个芯片之间的电连接。为此，在相关的芯片内产生通孔并且用导电的材料——例如借助钨或铜填充。在本专利技术的一种有利的实施方式中，在可偏转的构件和施加在ASIC衬底上的电极之间的机械和电的连接通过至少一个这种过孔接触结构建立，所述这种过孔接触结构随后延伸穿过微机械结构的整个厚度并且延伸在MEMS构件和ASIC构件之间的间隙上。根据本专利技术的部件概念特别适合于实现无接触式工作的传感器——例如加速度传感器、转速传感器和其他的惯性传感器。在惯性传感器的情况下，微机械的传感器结构包括至少一个弹性悬挂的振动质量(seismischeMasse)，其由于加速度而偏转。所述加速度也可以通过离心力或旋转运动引起。因为根据本专利技术，MEMS构件的微机械结构延伸在MEMS衬底的整个厚度上，所以在此在相对小的芯片面上可以实现非常大的振动质量，这有利地影响测量灵敏度。此外，借助根据本专利技术的电容器装置可以非常精确地检测振动质量的偏转。在ASIC构件上有利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合集成的部件，所述混合集成的部件至少包括：·具有微机械结构的一个MEMS构件（20），该微机械结构延伸在MEMS衬底（20）的整个厚度上，其中所述微机械结构的至少一个构件（23）可偏转并且与至少一个电容器装置作用连接，所述至少一个电容器装置包括至少一个可运动的电极（51）和至少一个固定的电极（52），·具有所述电容器装置的至少一个电极（52）的ASIC构件（10），其中所述MEMS构件（20）装配在所述ASIC构件（10）上，从而在所述微机械结构和所述ASIC构件（10）的表面之间存在间隙（21），其特征在于，所述电容器装置的至少一个电极（51）从所述ASIC构件（10）的层结构中脱离出并且替代地机械和电地连接在所述MEMS构件（20）的所述可偏转的结构元件（23）上并且作为所述电容器装置的可运动的电极（51）起作用。

【技术特征摘要】
2012.04.25 DE 102012206854.61.一种混合集成的部件，所述混合集成的部件至少包括：·具有微机械结构的一个MEMS构件，该微机械结构延伸在MEMS衬底(20)的整个厚度上，其中所述微机械结构的至少一个结构元件(23)可偏转并且与至少一个电容器装置作用连接，所述至少一个电容器装置包括至少一个可运动的电极(51)和至少一个固定的电极(52)，·具有所述电容器装置的至少一个固定的电极(52)的ASIC构件(10)，其中所述MEMS构件装配在所述ASIC构件(10)上，从而在所述微机械结构和所述ASIC构件(10)的表面之间存在间隙(21)，其特征在于，所述电容器装置的至少一个可运动的电极(51)从所述ASIC构件(10)的层结构中脱离出并且替代地机械和电地连接在所述MEMS构件的所述可偏转的结构元件(23)上并且作为所述电容器装置的可运动的电极(51)起作用。2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述电容器装置的至少一个固定的电极集成在所述MEMS构件中。3.根据权利要求1或2中任一项所述的部件，其特征在于，所述电容器装置的至少一个固定的电极(52)集成在所述ASIC构件(10)的所述层结构中。4.根据权利要求3所述的部件，其中在所述ASIC构件(10)上构造了结构化的第一金属层(1)，该第一金属层通过至少一个绝缘层(12)与所述ASIC构件(10)的初始衬底(11)电绝缘，并且其中在所述绝缘层(12)中埋入了至少一个另外的结构化的金属层(2至5)，其特征在于，在所述ASIC构件(10)的至少一个金属层中构造至少一个电容器装置的所述可运动的电极(51)及在所述ASIC构件(10)的至少一个另外的金属层中构造所述固定的电极(52)。5.根据权利要求1或2中任一项所述的部件，其特征在于，在所述可偏转的结构元件(23)和所述电容器装置的所述可运动的电极(51)之间的机械和电的连接以至少一个过孔接触结构(22)的形式实现，所述至少一个过孔接触结构延伸穿过所述微机械结构的整个厚度并且延伸在所述MEMS构件和ASIC构件(10)之间的所述间隙(21)上。6.根据权利要求1或2中任一项所述的部件，其特征在于，所述MEMS构件的所述微机械结构被封装。7.根据权利要求1或2中任一项所述的部件，其特征在于，在所述ASIC构件(10)中构造了用于所述部件的到外部的电触点接通的过孔接触结构(201)。8.根据权利要求1或2中任一项所述的部件，其特征在于，在所述ASIC构件(10)上构造了暴露的连接盘(50)，用于所述部件的到外部的电触点接通。9.根据权利要求1或2中任一项所述的部件，其特征在于，所述MEMS构件包括具有所述可偏转的结构元件(23)的微机械传感器结构，它延伸在所述MEMS构件的整个厚度上，并且其中在对应的所述ASIC构件(10)上集成了用于传感器信号的信号处理和分析电路的至少部分，其中，所述可偏转的结构元件(23)是至少一个振动质量。10.根据权利要求7所述的部件，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·克拉森，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：