具有键合连接的微机械器件的制作方法
【专利摘要】微机械器件包括衬底和衬底上的第一氧化层，其中，第一氧化层具有穿通部。此外，所述器件具有能够导电的功能层，所述功能层在穿通部的区域中施加在第一氧化层上，并且所述器件包括金属层，所述金属层施加在功能层上以建立键合连接。在此，在功能层的侧面上施加有用于功能层绝缘的第二氧化层。
【专利说明】具有键合连接的微机械器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微机械器件。尤其是，本发明涉及一种具有用于借助键合进行连接的连接部的微机械器件以及一种用于制造微机械器件的方法。
【背景技术】
[0002]已知的微机械器件设置在壳体中。在此，借助浇注材料进行微机械器件的固定，所述浇注材料在其硬化之后将微机械器件严密地包封在壳体中或者形成壳体。在浇注之前，借助键合建立器件与壳体的外部连接端或内部连接部之间的电连接。为此，微机械器件包括所谓的键合盘，其用于建立共晶键合连接。
[0003]在键合盘的区域中微机械器件通过浇注材料的包封有时不完美，使得在相邻的键合盘之间可能形成寄生电阻或寄生电容。由此，在运行中可能产生测量误差，其由于通过微机械器件的连接部交换的小的电流或者电荷通常不能再消除。
【发明内容】
[0004]本发明所基于的任务是提出一种改进的微机械器件，其不具有所述缺点。本发明的另一任务在于说明一种用于制造这种微机械器件的方法。
[0005]本发明借助具有独立权利要求的特征的微机械器件和用于微机械器件的制造方法来解决所述任务。从属权利要求反映优选实施方式。
[0006]根据本发明的微机械器件包括衬底和衬底上的第一氧化层，其中第一氧化层具有穿通部(Durchlass)。此外，器件具有在穿通部的区域中施加在第一氧化层上的能够导电的功能层和施加在功能层上的用于建立键合连接的金属层。在此，在功能层的侧面上施加用于功能层绝缘的第二氧化层。
[0007]第二氧化层可以防止产生相对于其他电元件、尤其是与金属层的相邻连接部的寄生电容或寄生电阻。在包括微机械器件的微机械传感器的情况下，可以实现改善的测量精度。所描述的结构可以有利地使用在集成传感器中，其中微机械器件完全无源地构造并且用于控制和分析处理所述微机械器件的信号的有源集成电路借助于键合连接与所述微机械器件连接。从无源微机械器件传输的或者传输至无源微机械器件的电流或者电压可以非常小，从而连接部处的最小寄生电阻或电容已经可以负面地影响测量精度。
[0008]在一种优选实施方式中，功能层嵌入烧注材料中。通过所描述的微机械器件结构，浇注材料不再必须完全地并且无污物地与功能层接触。甚至在通向金属层的功能层的区域中硬化后的浇注材料的脱离由于第二氧化层不一定导致影响通过功能层交换的电流的寄生电容或寄生电阻的形成。
[0009]优选地，通向金属层的功能层借助第一氧化层、第二氧化层和金属层全面地(allseits)与浇注材料分离。如此可以避免所提及的寄生效应并且可以防止功能层受浇注材料的污物侵蚀。
[0010]此外,微机械器件可以包括震动质量(seismische Masse),其上边缘以功能层的上边缘结束，其中震动质量由与功能层相同的材料构成。由此可以由相同的原材料制造震动质量和通向金属层的功能层。微机械器件的制造过程可以通过附加地施加第二氧化层仅仅略微复杂化。
[0011]根据本发明的用于制造微机械器件的方法包括提供衬底的步骤，所述衬底具有第一氧化层，其中第一氧化层具有穿通部，并且所述衬底具有功能层，所述功能层在穿通部的区域中施加在第一氧化层上，根据本发明的用于制造微机械器件的方法还包括在功能层中在围绕穿通部的区域中产生沟槽的步骤和以第二氧化层填充沟槽的步骤。可选地，接着还可以去除第二氧化层的外侧上的功能层的一部分。
[0012]所述方法可以毫无问题地嵌入用于制造常见微机械器件的已知方法中。
[0013]在一种优选实施方式中，借助等离子体辅助的气相沉积以第二氧化层填充沟槽。这样的方法步骤可以在进行嵌入的方法中例如已经用于将第一氧化层施加到衬底上，使得可以重复使用用于制造微机械器件的制造装置。此外，与不用等离子体辅助相比，通过等离子体辅助可以在低得多的温度下进行气相沉积，由此可以保护之前产生的器件结构。
[0014]在一种优选实施方式中，在填充沟槽之后去除功能层上的覆盖层，以及为了制造键合连接将金属层施加在穿通部上方的区域中保留的功能层上。随后实施的去除第二氧化层的外侧上的功能层的一部分的步骤可容易地实施，因为功能层已经全面由钝化层保护，从而例如借助反应性离子蚀刻的去除可以不再损害衬底与金属层之间的电连接。
[0015]优选借助研磨或蚀刻去除覆盖层。由此可以保证功能层的上边缘是平坦的或者平面的，使得微机械器件的其他结构可更好地制造。
[0016]在一种特别优选的实施方式中，借助反应性离子蚀刻产生沟槽。为此尤其可以使用博世工艺(反应性离子蚀刻，RIE)或反应性深度蚀刻(DRIE)。由此，沟槽可以相对较窄一例如具有大约I μ m至2 μ m的宽度并且同时足够深，以便实现第一氧化层。衬底与金属层之间的功能层的厚度由此可以足够大，以便允许由功能层制造具有足够伸展或者足够质量的震动质量或其他传感器结构。
[0017]优选地，微机械器件包括震动质量，其同样由功能层制造。为此，可以再次使用蚀刻方法和深度蚀刻方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]现在参照附图更详细地描述本发明，其中:
[0019]图1示出用于制造微机械器件的方法的流程图；
[0020]图2A-2H示出在其制造的不同阶段中图1的微机械器件。
【具体实施方式】
[0021]图1示出用于制造微机械器件的方法100的流程图。在此，所述方法100仅仅示出制造完整的微机械器件所需的步骤中的一部分。未示出的步骤尤其涉及微机械器件的机械的、即可运动的结构的构造。然而，这些步骤在现有技术中是已知的，从而在此不进一步对其进行探讨。
[0022]为了说明方法100的方法步骤，以下参照图2A至2H，其示出其制造的不同阶段中的微机械器件200。[0023]在第一步骤105中，在图2A中可见的阶段中提供器件200。在衬底205上存在具有竖直的穿通部215的第一氧化层210。在第一氧化层210上施加有功能层220，使得穿通部215在竖直方向上被遮盖。衬底205和功能层220通常由多晶硅构成，而第一氧化层210由非导体——例如二氧化硅构成。
[0024]通常，在第一氧化层210与衬底205之间还以预先确定的结构施加其他层，所述其他层可以借助一些非导电的结构彼此绝缘。这些结构通常具有充当电连接轨的任务。在图2A的示图中，在衬底205上，在衬底205上设置有进行绝缘的中间层225，其中在中间层225的一个区段上施加有能够导电的连接层230。连接层230位于第一氧化层210的穿通部215的下方，使得在功能层220与连接层230之间存在导电连接。
[0025]同样在步骤105中，在功能层220的上侧上施加掩膜235。掩膜235仅仅遮盖功能层220的一部分，并且例如可以通过光刻方式来涂覆所述掩膜235。所示的掩膜235空出穿通部215周围的区域，使得其可以遭受蚀刻过程，掩膜235对于所述蚀刻过程保护存在的结构的其他部分。
[0026]在步骤110中，在功能层220中开设沟槽240 (参见图2B)。所述过程也称作“开槽(Eintrenchen)”并且优选借助离子蚀刻或者离子深度蚀刻进行。沟槽240在图2B的示图中围绕穿通部215并且竖直地延伸直至第一氧化层210，使得功能层220的材料的柱与功能层220的剩余材料分离，其中所述柱通过沟槽240在穿通部215上方形成。
[0027]在后续的步骤115中，以绝缘体填充沟槽240，如在图2C中示出的那样。优选地，借助化学气相沉积(“chemical vapour deposition”, CVD)进行填充,更确切地说尤其在借助等离子体的情况下。在此，在沟槽240中沉积绝缘层——例如由二氧化硅构成的第二氧化层245。在沉积期间，气相进入沟槽240中并且沉淀在沟槽240的表面上，直至沟槽240最后以第二氧化层245填充。然而，第二氧化层245通常也在其他暴露的结构的表面上——例如在功能层220的上侧上形成覆盖层250。
[0028]在步骤120中，在需要时将覆盖层250从功能层220的上侧去除。例如可以借助蚀刻或研磨进行去除。由此相对于用于微机械器件200的传统制造方法的附加实施的步骤105至120的序列结束。为了更好的理解，以下还阐述用于制造微机械器件200上的接通可能性的随后步骤。
[0029]在步骤125中，如在图2D中示出的那样，在功能层220上在之前产生的柱的区域中施加金属层255。金属层255在竖直方向上完全遮盖通过沟槽240包围的区域以及优选遮盖借助第二氧化层245填充的沟槽240。金属层255通常包括铝并且随后可以用于制造用于接通微机械器件200的共晶键合连接。由此，设置用于微机械器件200的电接通的连接部258是完整的并且包括金属层255、功能层220的由沟槽240包围的区段以及在侧向上施加在所述区段处的第二氧化层245。在一种变型方案中，第一氧化层210也可以属于连接部 258。
[0030]在图2E中说明的步骤130中，进行功能层225的气相蚀刻并且必要时进行位于功能层225与衬底205之间的其他层(牺牲层)的气相蚀刻。所示出的微机械器件200示例性地是惯性传感器的一部分并且包括震动质量260，其由功能层225如此制造，使得其以预先确定的方式能够相对于衬底205弹性运动。震动质量260和保留的功能层225处的非接触结构允许根据震动质量260关于衬底205的偏移或者运动提供电信号。以示例性方式在图2E中震动质量260借助连接层230和连接层225的由沟槽240包围的区域与金属层255电连接。
[0031]可选地，在步骤130中，也去除功能层225的位于沟槽240的外侧上的区域，使得暴露之前产生的柱。
[0032]在一个可选的步骤135中，将用于保护震动质量260的罩265放置到功能层225的区域上。在一种优选实施方式中，借助玻璃层270进行罩265与功能层225的区域的连接。在所述步骤期间，震动质量260所在的空间被置于预先确定的负压下。
[0033]在放置罩265之后，微机械部件200从上面看如在图2G中示出的那样。为了更好的理解，没有示出金属层255。在示图的左侧区域中，可看到四个正方形，其分别表示微机械器件200的电连接部258。在其他实施方式中，对于这些连接部也可选择不同于正方形的横截面。每个连接部258的能够导电的内部区域由功能层220的从外部全面由第二氧化层245包围的区段构成。第二氧化层245沿着远离观察者的方向与第一氧化层210邻接。
[0034]在最后的步骤140中，可选地借助浇注材料275浇注微机械器件200，如同例如在图2H中示出的那样。浇注材料275形成集成电路280的壳体。壳体可以具有标准化尺寸的标准化形状，例如S0IC16W型的壳体形状。此外，集成电路280可以包括控制或者分析处理电路285，其可在单独的工艺中制造并且同样容纳在壳体中。集成电路280的能够从外部到达的电焊接接触部290借助键合连接与微机械器件200的连接部之一的金属层255连接。微机械器件200的另一连接部258借助另一键合连接与电路285的连接部258连接。
[0035]如果在器件200的连接部之间、尤其是第一氧化层210的上侧处在以浇注材料275浇注期间存在污物或浇注材料275与第一氧化层210之间的连接在所述区域中不完整，则在器件200的连接部之间可能形成寄生电阻或寄生电容。如果浇注材料275在所述区域中与第一氧化层210脱离，则在形成的空腔中也可能聚集环境湿气，其可以促成器件200的连接部之间很难控制的电干扰效应。
[0036]通过借助第二氧化层245侧向地绝缘微机械器件200的连接部，可以减小或者抑制这种效应。由此可以改善地控制或者采样并且这样以更好的精度来运行器件200。与在微机械器件200上改变地制造电连接部258相比，第二氧化层245的施加可能更不费事，从而仍旧可以从功能层220中加工出连接部258以及震动质量260。
【权利要求】
1.一种微机械器件(200),其具有: 衬底(205)； 所述衬底(205)上的第一氧化层(210)，其中，所述第一氧化层(210)具有穿通部(215)； 能够导电的功能层(225)，其在所述穿通部的区域中施加在所述第一氧化层(210)上； 金属层(255)，其施加在所述功能层(225)上，以制造键合连接； 其特征在于所述功能层(225 )的侧面上的第二氧化层(245 )，其用于所述功能层(225 )的绝缘。
2.根据权利要求1所述的微机械器件(200)，其中，所述功能层(225)嵌入浇注材料(275)中。
3.根据权利要求2所述的微机械器件(200)，其中，所述功能层(225)借助所述第一氧化层(210)、所述第二氧化层(245)和所述金属层(255)全面地与所述浇注材料(275)分离。
4.根据上述权利要求之一所述的微机械器件(200)，其中，所述微机械器件还包括震动质量(260),其上边缘以所述功能层(225)的上边缘结束,其中，所述震动质量(260)由与所述功能层(225)相同的材料构成。
5.一种用于制造微机械器件(200)的方法，所述方法包括如下步骤: 提供(105)衬底(205)，所述衬底具有第一氧化层(210)，其中，所述第一氧化层(210)具有穿通部(215)，并且所述衬底具有功能层(225)，所述功能层在所述穿通部(215)的区域中施加在所述第一氧化层(210)上； 在所述功能层(225)中在围绕所述穿通部(215)的区域中产生(110)沟槽(110)； 以第二氧化层(245 )填充(115 )所述沟槽。
6.根据权利要求5所述的方法(100)，其中，借助等离子体辅助的气相沉积以所述第二氧化层(245)填充所述沟槽。
7.根据权利要求5或6所述的方法(100)，其中，在填充所述沟槽(240)之后去除所述功能层(225)上的覆盖层(250)，并且为了制造键合连接将金属层(255)施加在所述穿通部(215)上方的区域中保留的功能层(225)上。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其中，借助研磨或蚀刻来去除所述覆盖层(250)。
9.根据权利要求5至8之一所述的方法(100)，其中，借助反应性离子蚀刻来产生所述沟槽(240)。
10.根据权利要求5至9之一所述的方法(100)，其中，由所述功能层(225)制造所述微机械器件(200)的震动质量。
【文档编号】B81B7/02GK103787258SQ201310516435
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】H·斯特尔, C·迪恩, H-P·贝尔 申请人:罗伯特·博世有限公司