具有遮蓋的鍵合框的微機械設備的制作方法
本發明涉及一種具有平行于主延伸平面彼此相疊地布置的襯底、功能層和罩的微機械設備，其中，在功能層中構造有腔，該腔由鍵合框圍繞，該鍵合框平行于主延伸平面地走向，其中，罩與鍵合框連接。
背景技術：
mems元件需要用于針對不希望的環境影響、例如顆粒、濕氣屏蔽敏感的測量結構的封罩部。罩與mems元件(傳感器)的連接根據現有技術通過鍵合連接實現。典型的方法是密封玻璃鍵合和共晶鍵合。但也使用針對該連接的另外的鍵合方法。
所有的鍵合方法共同的是，圍繞傳感器必須保持空出一區域，在該區域中發生罩和mems元件之間的鍵合連接。該區域被稱為鍵合框。采取巨大的努力來減小鍵合框的寬度并且由此降低所需的芯片面積并且因此降低費用。
在保持鍵合框寬度的情況下減小芯片面積時得出，鍵合框關于整個芯片面積的面積分量按百分比增大。因此，用于傳感器元件的芯片面積必須比例過大地減小，以便以期望的百分比量值減小整個芯片面積。
但是鍵合框的寬度不能任意地減小，因為鍵合連接部的多個特性不同于罩和mems元件的固有特性。這樣鍵合連接部的強度、化學穩定性和密度大部分小于罩和mems元件的這些特性。因此，鍵合框寬度大部分受鍵合連接部的特性限制。因此，通常將許多花費用在鍵合連接部的特性的優化上。本發明示出如何能夠在保持鍵合框寬度和鍵合特性并且同時最小化地減小用于傳感器元件的面積的情況下減小整個芯片尺寸的可能性。此外在現有技術中不利的是，對于可運動的mems結構大部分使用針對從襯底平面中出來的運動的止擋設計，該止擋設計將止擋部設置在罩中。在此可能的間距、間距的改變和這些止擋部的位置與鍵合連接部有關并且因此受到非常多的限制。
此外在現有技術中不利的是，需要昂貴地結構化的罩。
技術實現要素：
本發明允許在保持鍵合框寬度并且同時最小化地減小傳感器元件的面積的情況下減小芯片面積。
本發明涉及一種具有平行于主延伸平面彼此相疊地布置的襯底、功能層和罩的微機械設備，其中，在功能層中構造有腔，該腔由鍵合框圍繞，該鍵合框平行于主延伸平面地走向，其中，罩與鍵合框連接。本發明的核心在于，腔在垂直于主延伸平面的方向上部分地布置在鍵合框和襯底之間。
根據本發明的設備的有利構型設置為，在功能層中構造有微機械結構，該微機械結構布置在腔中并且微機械結構在垂直于主延伸平面的方向上部分地布置在鍵合框和襯底之間。有利地，由此可以使芯片面積最大化地用于微機械結構。根據本發明的設備的有利構型設置為，在功能層上方、在鍵合框下方布置有中間層、尤其是多晶硅層。有利地，在該中間層上可以施加鍵合框。
本發明也涉及一種用于制造微機械設備的方法，所述方法具有以下步驟：
(a)提供襯底；
(b)在襯底上制造功能層；
(c)將氧化物層沉積在功能層上；
(d)將中間層沉積在氧化物層上；
(e)移除中間層的一些部分，其中，中間層至少在鍵合框的區域中保留；
(f)移除氧化物層，其中，產生腔，該腔部分地在鍵合框的區域中的中間層和功能層之間延伸；
(g)將罩鍵合到鍵合框上。
根據本發明的方法的有利構型設置為，沉積作為中間層的多晶硅層。也有利的是，在步驟(b)之后并且在步驟(c)之前在功能層中形成微機械結構并且在步驟(c)中通過氧化物遮蓋該微機械結構。在此，特別有利的是，在步驟(c)之后并且在步驟(d)之前在鍵合框的區域中將凹部蝕刻到氧化物中，該凹部在步驟(d)中通過中間層的材料填充，以便在鍵合框下方制造用于微機械結構的止擋部。
尤其在具有可運動的微機械結構、即真正的傳感器元件的微機械傳感器中，本發明有利地引起芯片尺寸相對于鍵合框寬度的解耦。這由此實現：將鍵合框布置在傳感器元件上方并且將傳感器元件的一部分拉到鍵合框下方。由此可以同時將鍵合框面用于多個功能。這能夠在減小傳感器芯片的芯片尺寸時使真正的傳感器元件更大地構型，這能夠實現傳感器的例如噪聲方面的提升的性能。另一方面，可以在實現傳感器的期望的性能(和面積)的情況下附加地減小芯片面積，因為傳感器的部件實現在鍵合框下方。這允許芯片面積的附加減小并且因此允許制造費用的附加減小。此外，鍵合框也可以非常強烈地增大，這在不增加芯片面積的同時導致鍵合框的提升的穩定性，或者允許使用更有利的鍵合方法，所述鍵合方法即使在非常小的構件的情況下也能夠實現較小的強度。由此例如可以通過更簡單的密封玻璃鍵合方法代替費事的昂貴的共晶鍵合連接。此外，通過該設計能夠實現更好的并且更精確的止擋設計。
本發明可以用于寬的傳感器譜。這還包括加速度傳感器、轉速傳感器、組合元件(在一個芯片上的加速度和轉速傳感器)，也包括另外的新型傳感器，所述新型傳感器力求芯片面積的減小或制造費用的減小。該方案尤其對于具有同時作為用于mems構件的罩起作用的asic的設計而言是重要的。在這種設計中，asic面和mems面迄今必須盡可能地一致，以便不產生附加費用。通過根據本發明的解決方案能夠以合適的附加費用在相同的基面上構造較大的mems芯。這樣一方面獲得在asic和mems之間的面積關系中的靈活性，并且同時可以減小總構件的結構尺寸。
附圖說明
圖1示出現有技術中的具有襯底、微機械結構、鍵合框和罩的微機械設備。
圖2示出根據本發明的具有襯底、微機械結構、遮蓋的鍵合框和罩的微機械設備。
圖3示意性示出用于制造具有襯底、微機械結構、遮蓋的鍵合框和罩的微機械設備的方法。
具體實施方式
現有技術中的微機械設備和根據本發明的具有遮蓋的鍵合框的微機械設備的示意性對照圖在圖1和2中以橫截面示出。
圖1示出現有技術中的具有襯底、微機械結構、鍵合框和罩的微機械設備。示出的是具有平行于主延伸平面40彼此相疊地布置的襯底10、功能層20和罩30的微機械設備。在此，在功能層20中構造有腔50，該腔由鍵合框60圍繞。在功能層20中還構造有微機械結構25。罩30與鍵合框60連接。罩30具有用于限界功能層20的垂直于主延伸平面40的偏移的罩止擋部35。
圖2示出根據本發明的具有襯底、微機械結構、遮蓋的鍵合框和罩的微機械設備。不同于在圖1中示出的設備，在這里在垂直于主延伸平面40的方向45上，腔50部分地布置在鍵合框60和襯底10之間。也就是說，腔50也部分地在鍵合框60下方延伸。在該實施例中，微機械結構25同樣也部分地在鍵合框60下方延伸。在此，在鍵合框下方還保留有用于鍵合接片70的空間，該鍵合接片在平行于主延伸平面40的方向上比鍵合框60窄。
在優選的實施例中，微機械設備構型為微機械傳感器。鍵合接片在傳感器芯的高度上比鍵合框窄。傳感器芯部分地在鍵合框下方伸出。在鍵合框區域中在傳感器芯上方布置有中間層、優選多晶硅層。在過載的情況下，傳感器芯優選撞擊在鍵合框區域的下側上。可選地，在鍵合框區域的下側上布置有止擋結(anschlagsnoppen)。罩晶片可以具有傳感器腔，以便實現盡可能大的體積。在成本有利的實施方式中，可以取消傳感器腔。在特別小型構建的變型方案中，罩可以通過分析處理asic替代。在傳感器腔中設置有電連接部，該電連接部使傳感器芯與asic連接。在優選的變型方案中，這些接觸部以相同的方式并且與鍵合框一起制造。
圖3示意性示出用于制造具有襯底、微機械結構、遮蓋的鍵合框和罩的微機械設備的方法。所述方法至少包含以下步驟：
(a)提供襯底；
(b)在襯底上制造功能層；
(c)將氧化物層沉積在功能層上；
(d)將中間層沉積在氧化物層上；
(e)移除中間層的一些部分，其中，中間層至少在鍵合框的區域中保留；
(f)移除氧化物層，其中，產生腔，該腔部分地在鍵合框的區域中的中間層和功能層之間延伸；
(g)將罩鍵合到鍵合框上。
在實施例中制造微機械傳感器。在此，在襯底上制造傳感器元件。傳感器元件通過至少一個氧化物沉積部填充。在特別有利的變型方案中，傳感器元件的制造和氧化物沉積這樣實施，使得產生空穴，所述空穴達到之后的鍵合框下方。可選地，在鍵合框區域中將凹部蝕刻到氧化物中，以便產生在鍵合框區域下方的止擋部。可選地，進行到氧化物中的接觸蝕刻。在優選的實施例中，接觸接片包圍整個傳感器芯。執行中間層的層沉積。優選地，沉積多晶硅層。可選地，使鍵合連接部的一個或多個組件沉積并且結構化。多晶硅層被蝕刻。通過犧牲層蝕刻方法使傳感器芯露出。優選地，使用借助氣態工作的蝕刻步驟。在鍵合框下方通過空穴沿水平方向加速地去除氧化物。提供罩晶片并且將該罩晶片鍵合到傳感器晶片上。
技術特征：
1.微機械設備，該微機械設備具有平行于主延伸平面(40)彼此相疊地布置的襯底(10)、功能層(20)和罩(30)，
-其中，在所述功能層(20)中構造有腔(50)，該腔由鍵合框(60)圍繞，該鍵合框平行于所述主延伸平面(40)地走向，
-其中，所述罩(30)與所述鍵合框(60)連接，其特征在于，所述腔(50)在垂直于所述主延伸平面(40)的方向(45)上部分地布置在鍵合框(60)和襯底(10)之間。
2.根據權利要求1所述的微機械設備，其特征在于，在所述功能層中構造有微機械結構(25)，該微機械結構布置在所述腔中，并且所述微機械結構(25)在垂直于所述主延伸平面(40)的所述方向(45)上部分地布置在鍵合框(60)和襯底(10)之間。
3.根據權利要求1或2所述的微機械設備，其特征在于，在所述功能層(20)上方、在所述鍵合框(60)下方布置有中間層(80)、尤其是多晶硅層。
4.用于制造微機械設備的方法，具有以下步驟：
(a)提供襯底；
(b)在所述襯底上制造功能層；
(c)將氧化物層沉積在所述功能層上；
(d)將中間層沉積在所述氧化物層上；
(e)移除所述中間層的一些部分，其中，所述中間層至少在鍵合框的區域中保留；
(f)移除所述氧化物層，其中，產生腔，該腔部分地在所述鍵合框的區域中的中間層和所述功能層之間延伸；
(g)將罩鍵合到所述鍵合框上。
5.根據權利要求4所述的用于制造微機械設備的方法，其特征在于，沉積多晶硅層作為中間層。
6.根據權利要求4或5所述的用于制造微機械設備的方法，其特征在于，在步驟(b)之后并且在步驟(c)之前在所述功能層中形成微機械結構并且在步驟(c)中通過氧化物遮蓋該微機械結構。
7.根據權利要求6所述的用于制造微機械設備的方法，其特征在于，在步驟(c)之后并且在步驟(d)之前在所述鍵合框的區域中將凹部蝕刻到所述氧化物中，該凹部在步驟(d)中通過所述中間層的材料填充，以便在所述鍵合框下方制造用于所述微機械結構的止擋部。
技術總結
本發明涉及一種微機械設備，該微機械設備具有平行于主延伸平面(40)彼此相疊地布置的襯底(10)、功能層(20)和罩(30)，其中，在所述功能層(20)中構造有腔(50)，該腔由鍵合框(60)圍繞，該鍵合框平行于所述主延伸平面(40)地走向，其中，所述罩(30)與所述鍵合框(60)連接。本發明的核心在于，所述腔(50)在垂直于所述主延伸平面(40)的方向(45)上部分地布置在鍵合框(60)和襯底(10)之間。本發明還涉及一種用于制造微機械設備的方法。
