混合集成部件及其制造方法技术

提出一种混合集成部件（100），其包括具有集成电路元件（12）和后端叠堆（13）的至少一个ASIC构件（10）、具有在MEMS衬底的整个厚度上延伸的微机械结构的MEMS构件（20）和罩晶片（30）并且配备有附加的微机械功能。在此MEMS构件（20）如此装配在ASIC构件（10）上，使得在微机械结构和ASIC构件（10）的后端叠堆（13）之间存在间隙（21）。罩晶片（30）装配在MEMS构件（20）的微机械结构上方。根据本发明专利技术，在ASIC构件（10）的后端叠堆（13）中构造具有电容器装置的至少一个可偏转的电极的压敏的膜片结构（16）。膜片结构（16）覆盖ASIC构件（10）的背侧中的压力连接端（17）。

【技术实现步骤摘要】
混合集成部件及其制造方法
本专利技术涉及一种混合集成部件，其包括具有集成电路元件和后端叠堆的ASIC（applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路）构件、具有在MEMS衬底的整个厚度上延伸的微机械结构的MEMS（microelectromechanicalsystems：微机电系统）构件和罩晶片。MEMS构件如此装配在ASIC构件上，使得在微机械结构和ASIC构件的后端叠堆之间存在间隙并且罩晶片装配在MEMS构件的微机械结构上方。此外，本专利技术还涉及一种用于制造这类混合集成部件的方法。
技术介绍
在US2011/0049652A1中描述了一种具有ASIC构件、MEMS构件和罩晶片的垂直集成部件及其制造方法。已知的方法提出，首先处理ASIC衬底，然后将用于MEMS构件的初始衬底键合到所述ASIC衬底上。此后才在MEMS衬底中产生微机械结构。在US2011/0049652A1的情况下，所述微机械结构包括弹性悬挂的震动质量（seismischeMasse）。与此无关地，罩晶片被结构化并且被预先准备用于MEMS衬底的微机械结构上方和ASIC衬底上的装配。在MEMS衬底的结构化之后，将如此处理的罩晶片键合到ASIC衬底上，从而微机械结构严密密封地包围在ASIC衬底和罩晶片之间。已知的部件配备有电容器装置，所述电容器装置包括弹性支承的震动质量上的可偏转的电极和构造在ASIC衬底的表面上的经结构化的金属层中的固定的对应电极。根据部件作为惯性传感器或致动器的功能，电容器装置或者用于测量信号检测或者用于震动质量的控制。已知的部件方案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批量生产。在此不仅在晶片复合体中制造各个部件组件——ASIC构件、MEMS构件和罩。还在晶片层面上实现其至部件的装配。此外，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整。此外，已知的部件由于堆叠的结构需要相对较小的装配面，这有利地影响最终设备的制造成本。
技术实现思路
借助本专利技术使已知的部件方案扩展附加的MEMS功能，而对此不需要部件“覆盖区（footprint）”的显著增大。此外，如此扩展的部件方案能够实现具有多层的微机械结构的部件——例如麦克风部件和扬声器部件的实现。根据本专利技术，这通过以下方式实现：在ASIC构件的后端叠堆（Back-endstapel）中构造具有电容器装置的至少一个可偏转的电极的压敏的膜片结构，更确切地说如此构造，使得膜片结构覆盖（überspannen）ASIC构件的背侧中的压力连接端。据此，根据本专利技术，通过ASIC构件的后端叠堆的结构化扩展已知的部件方案，其中在后端叠堆中不仅如现有技术中那样产生直立型结构，而且产生具有自己的传感器功能或者致动器功能的微机械膜片结构。此外，因为部件结构还包括具有独立的MEMS功能的MEMS构件，所以例如可以很简单地并且成本有利地实现具有压力传感器功能和其他与压力传感器功能无关的MEMS功能的稳健的部件。因此，根据本专利技术的部件的ASIC膜片结构的压力传感器功能例如可以与惯性传感器功能组合，所述惯性传感器功能随后在MEMS构件的微机械结构中实现并且借助罩晶片封装。此外，根据本专利技术的部件结构很好地适于具有多层微机械结构的部件的实现，例如适于电容式的麦克风部件和扬声器部件的实现。ASIC部件的后端叠堆中的膜片结构在此用作声学有效膜片，而后板、即具有固定的对应电极的所属的声学穿透的对应元件被构造在MEMS构件的微机械结构中。罩晶片在所述应用中被用于背侧容积的定义。在任何情况下，优选用于部件的MEMS功能的信号处理电路的至少一部分集成在ASIC构件中。根据所要求保护的用于制造这类混合集成部件的方法，首先处理ASIC衬底，其中将电路元件集成到ASIC衬底中。然后，在ASIC衬底上产生后端叠堆，用于所述电路元件的布线。在此，根据本专利技术，在后端叠堆中施加具有至少一个可偏转的电极的膜片结构。然后，在ASIC衬底的后端叠堆上装配MEMS衬底，从而在MEMS衬底和ASIC衬底的后端叠堆之间存在间隙。在ASIC衬底上的装配之后，在其整个厚度上对MEMS衬底进行结构化。在此，在后端叠堆中施加的膜片结构上方的区域中还可以构造固定的对应元件作为用于膜片结构的可偏转的电极的至少一个对应电极的载体。根据本专利技术，在任何情况下，在MEMS衬底的结构化之后，使后端叠堆中的膜片结构暴露。在此，在ASIC衬底的背侧中还产生压力连接端。在MEMS衬底的结构化之后，或者在ASIC衬底的结构化之前或者在ASIC衬底的结构化之后才实现罩晶片的装配。在本专利技术的一种优选实施方式中，仅仅以布局技术在后端叠堆中施加膜片结构，其方式是，以合适的方式彼此堆叠地沉积并且结构化后端叠堆的绝缘层和金属化层面。膜片结构在此通过金属化层面和各个金属化层面之间的覆镀通孔定义，因为使膜片结构暴露，其方式是，借助各向异性的蚀刻方法和/或各向同性的蚀刻方法移除膜片区域中的绝缘层的材料。在此，金属化层面和覆镀通孔充当垂直的和横向的蚀刻终止或蚀刻掩膜。在所述方法变型方案中，至少在施加后端叠堆中的膜片结构时不需要专门的层材料、沉积方法和/或结构化方法，从而膜片结构的施加不造成制造技术的更多耗费。通过MEMS衬底的微机械结构中的通孔和/或从ASIC衬底的背侧出发从膜片区域中移除绝缘层的材料。为此，优选可以使用半导体结构化的标准方法。因为后端叠堆的金属化层面在此用作垂直的蚀刻终止并且各个金属化层面之间的覆镀通孔充当横向的蚀刻终止，所以膜片结构的表面分别通过金属化层面构成，所述金属化层面可以用作电容器电极。但还可考虑实现以下膜片结构：在所述膜片结构中表面由多层金属化的绝缘层面组成。这可能是以下这种情况：膜片区域中的ASIC衬底的最上面的金属化层面位于绝缘平面下方并且在制造压力连接端时虽然在金属化层面上终止但事后借助等离子蚀刻过程移除。所要求保护的制造方法能够实现后端叠堆中的不同膜片结构的实现，从而膜片特性可以很好地匹配根据本专利技术的部件的相应确定或者应用。在本专利技术的一种最简单的实施方式中，膜片结构简单地构造在后端叠堆的金属化层面中。在此，可以在很大程度上自由选择后端叠堆内的金属化层面的位置和（因此）膜片结构至MEMS构件的微机械结构的距离。根据所期望的厚度和刚性，膜片结构也可以包括后端叠堆的多个直接彼此重叠地沉积的金属化层面。在这种情况下，膜片结构本身可以简单地用作可偏转的电极。如果要求更大的膜片刚性，则膜片结构也可以在后端叠堆的多个金属化层面及其之间的绝缘层上延伸。如果这种膜片结构的两个外部的层涉及后端叠堆的金属化层面，则然后还可以简单地构造电容器装置的一个或多个可偏转的电极。在所述变型方案的一种有利的扩展方案中，仅仅膜片结构的中心区域是加固的，其方式是，膜片结构的中心区域比膜片结构的边缘区域具有更大的厚度。这例如可以通过以下方式实现：具有层结构的膜片区域仅仅通过一个金属化层面或一个更小厚度的层结构嵌入后端叠堆中。在压力作用下，这类膜片结构优选在更薄的边缘区域中变形，而具有电极的经加固的中心区域相对于固定的对应电极平面平行（planparalle本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合集成部件（100），其至少包括：具有集成电路元件（12）和后端叠堆（13）的ASIC构件（10）；具有在MEMS衬底（20）的整个厚度上延伸的微机械结构的MEMS构件（20）；罩晶片（30），其中，所述MEMS构件（20）如此装配在所述ASIC构件（10）上，使得在所述微机械结构和所述ASIC构件（10）的后端叠堆（13）之间存在间隙（21），其中，所述罩晶片（30）装配在所述MEMS构件（20）的所述微机械结构上方，其特征在于，在所述ASIC构件（10）的所述后端叠堆（13）中构造有压敏的膜片结构（16），所述膜片结构具有电容器装置的至少一个可偏转的电极，并且所述膜片结构（16）覆盖所述ASIC构件（10）的背侧中的压力连接端（17）。

【技术特征摘要】
1.一种混合集成部件(100)，其至少包括：具有集成电路元件(12)和后端叠堆(13)的ASIC构件(10)；具有在MEMS衬底(20)的整个厚度上延伸的微机械结构的MEMS构件(20)；罩晶片(30)，其中，所述MEMS构件(20)如此装配在所述ASIC构件(10)上，使得在所述微机械结构和所述ASIC构件(10)的后端叠堆(13)之间存在间隙(21)，其中，所述罩晶片(30)装配在所述MEMS构件(20)的所述微机械结构上方，其特征在于，在所述ASIC构件(10)的所述后端叠堆(13)中构造有压敏的膜片结构(16)，所述膜片结构具有电容器装置的至少一个可偏转的电极，并且所述膜片结构(16)覆盖所述ASIC构件(10)的背侧中的压力连接端(17)。2.根据权利要求1所述的部件(100)，其特征在于，具有所述可偏转的电极的所述膜片结构(16)被构造在所述后端叠堆(13)的至少一个金属化层面(1)中。3.根据权利要求1所述的部件(301)，其特征在于，所述膜片结构(361)具有包括多个金属化层面(1，2)和绝缘层(141)的层结构。4.根据权利要求3所述的部件(301)，其特征在于，所述膜片结构(361)的两个外部的层分别涉及所述后端叠堆(13)的金属化层面(1，2)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的部件(301)，其特征在于，仅仅所述膜片结构(362)的中心区域(5)是加固的，其方式是，所述膜片结构的中心区域比所述膜片结构(362)的边缘区域(6)具有更大的厚度。6.根据权利要求1至4中任一项所述的部件(401)，其特征在于，所述膜片结构(461)包括一个压敏的膜片元件(41)和至少一个电极元件(42)，所述压敏的膜片元件(41)在其边缘区域中嵌入所述后端叠堆(13)的层结构中，并且所述电极元件(42)仅仅点式地通过至少一个覆镀通孔(15)与所述压敏的膜片元件(41)连接，但否则从所述后端叠堆(13)的层结构中分离出。7.根据权利要求1至4中任一项所述的部件(100)，其特征在于，在所述MEMS构件(20)的所述微机械结构中，至少一个固定的对应元件(25)被实现为用于所述电容器装置的至少一个对应电极的载体。8.根据权利要求1至4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包括用于与压力无关的传感器功能或...

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