组件和用于制造组件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种组件和一种用于制造组件的方法。该组件具有基底(100)，该基底具有第一腔(112)和第二腔(113)，其中，在第一腔(112)中布置有第一微机械结构(117)并且在第二腔(113)中布置有第二微机械结构(118)。此外，第一腔(112)具有第一气体压力，第二腔(113)具有第二气体压力。在此，第一气体压力通过第一腔(112)的封闭而被提供，其中，第一通道(115)通入到第二腔(113)中，第二气体压力能够通过第一通道(115)调节第二气体压力与第一气体压力不同。
【专利说明】组件和用于制造组件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1所述的组件/器件/模块和一种根据权利要求8所述的用于制造组件的方法。
【背景技术】
[0002]这种组件理解为一种单元，该单元提供特定的功能。在此，二极管、晶体管、传感器可能构成一种单元，用于完成机械的以及电的测量任务。组件可以具有电极，以便能够在较大的单元、如电路中运行。组件也可以以芯片上的集成电路的形式被提供。在此可以例如在基底上形成微机械结构，该基底借助刻蚀方法划定边界。
[0003]如今，不同类型的微机械传感器、特别是惯性传感器、如旋转速率传感器和加速度传感器主要在不同的基底上被制造。因此提供了不同的组件，用于完成不同的测量任务。
[0004]为了制造这种电的、机械的或电机械的组件使用通常在半导体工业中采用的方法和技术。单独制造不同传感器的一个原因在于对这些传感器的不同的物理要求。因此通过不同的方式制造不同类型的传感器。
[0005]一种传感器类型例如是旋转速率传感器。旋转速率传感器通常在真空条件下被密封地封装，因此该传感器通过次临界阻尼的谐振激励获得高振幅，例如品质因数Q>0.5。在此然而同时提供了低的电驱动功率。
[0006]传感器类型的另一个例子是加速度传感器。相反地，加速度传感器和旋转速率传感器相比通常表现出一种超临界阻尼的结构，例如品质因数Q〈0.5。典型地，加速度传感器由质量振荡器构成，其中，质量振荡器对低频率的加速度作出反应。在加速度和加速度传感器的质量偏差之间的关系在此应该是尽可能线性的并且不具有谐振放大。次临界阻尼在此也可能导致错误的测量。如果在加速度传感器的固有谐振附近的较高频率的干扰作用于传感器，则会导致这种情况发生，因此加速度传感器的激振质量被以其谐振频率激励，从而引起大振幅的振动。这可能导致高的输出信号，连接在下游的输出滤波器不再能够足够地使该输出信号衰减。
[0007]旋转速率传感器和加速度传感器经常对于测量任务是同时需要的，例如在机动车的电子稳定控制系统(ESP)或翻车保护系统中。
[0008]迄今为止提出了用于提供这两种传感器类型的不同方法:
[0009]一种可能性在于，在真空条件下把旋转速率传感器和加速度传感器的两个结构封装在一个公共的腔中的芯片上，其中，加速度传感器被人工地通过电学方法实现更高程度的衰减。
[0010]这种处理方法的缺点在于，除了实际的测量变换器结构之外还必须在加速度传感器中集成额外的结构，而这使得传感器体积变大。同样还必须把额外的电子电路块集成到信号处理器(例如专用集成电路 ASIC = Applicat1n Specific Integrated Circuit)中，这同样增大了集成电路(=IC)的芯片尺寸。在这两种情况下由于增大的芯片尺寸而使得每个芯片的制造成本上升。因此，把两种类型的传感器集成在一个芯片上所带来的成本优势被抵消或者甚至会转化为劣势。
[0011]提供不同传感器类型的另一种可能性在于，在规定的压力下把两个传感器结构封装在一个公共的腔中的芯片上，其中，使加速度传感器受到超临界的衰减。在此，可以通过在旋转速率传感器结构内的提高的驱动功率和增加的驱动结构来调节所需要的振幅。
[0012]在这种处理方法中，由于驱动结构数量的增加而导致旋转速率传感器的芯片面积变大，并且由于提供了更高的驱动功率而导致ASIC的芯片面积变大。
[0013]为了提供两种传感器的组合还存在另一种可能性:在真空条件下把两个传感器结构封装在一个芯片上，其中，加速度传感器被安置在和旋转速率传感器分开的腔中，该腔具有通风口。该通风口例如在封装之后在对于加速度传感器需要的压力下在另一个方法步骤中被密封封闭。
[0014]为了在针对性地设定的压力下封闭该通风口，已知了均匀的层沉积技术，其把晶片作为整体封闭。这例如在应用反应溅射法或气相沉积技术，如化学气相沉积法(=CVD)、等离子体增强的化学气相沉积法(=PECVD)、低压CVD( = LPCVD)等时提供。然而，该方法为了实现可靠地真空密封封闭通风口而需要低压，这限制了要调节的最大压力。也需要针对层侵入腔中的情况对经封装的结构加以保护。此外，在制造时提出了在过程技术方面的高要求，因此通风口的封闭不会由于颗粒或不充分的层生长而受到妨碍。此外也可以通过提供封闭材料来封闭通风口。然而这样的缺点是，必须单独封闭每个芯片并且封闭材料必须是密封地真空密闭的。
[0015]总的来说，迄今已知的方法的成本是非常高的。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是，在一种组件中提供至少两个微机械结构，同时成本低廉地制造该组件。
[0017]该目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的优选的改进方案是从属权利要求的主题。
[0018]本发明基于这样的构思:提供一种组件和一种用于制造该组件的方法，其中，在基底中集成微机械结构并且能够在不同的大气条件下运行该微机械结构。基底例如是微芯片的一部分，该微芯片能够在任意的环境、例如在车辆中使用。车辆特别是指机动车，其中需要不同的测量任务，用于例如提供气囊触发功能或驱动调节功能。
[0019]在此可以提供分别在各一个腔中的两个微机械结构。该微机械结构可以是组件中的不同传感器类型。在此可以通过相同的微机械技术来制造两种传感器类型，这使得能够在一个基底上同时进行生产。通过使用一通道、也就是说具有输送结构的孔，可以独立于一个腔中的第一压力调节第二压力，而无需在封闭之前产生低压。
[0020]在此有利的是降低了基底的制造成本。例如把硅片用作基底。在此生产一种单独的产品类型，因此在一个封装件中仅装配一个组件或芯片而不是两个组件或芯片，并且在校正和测试过程中把其作为一个单元进行处理。这简化了生产过程以及组件的质量控制。在生产和检验之后可以把组件集成到电子电路中，例如集成到印刷电路板( = PCB)上。通过使用一个组件而不是多个组件则可以减少空间需求和安装开销。
[0021]根据本发明的组件的制造可以通过键合/粘合过程实施。在此可以使用传统的晶片基底和传统的键合/粘合过程，它们由微系统技术已知。通过这种方式可以成本低廉并且可靠地制造根据本发明的组件。因此根据本发明把结构简单和成本低廉地集成在基底上，这些结构在不同的大气条件下、特别是在不同的压力下运行。
[0022]存在用于制造根据本发明的组件的多种可能性。在此提供了微机械元件，其在基底上、例如在芯片上分别经受了气体压力，其中气体压力可以是不同的。在此，第一腔包含第一气体压力，并且第二腔包含第二气体压力，其中，在腔内分别布置有微机械元件或传感器。所述腔在此彼此密封隔离地布置。
[0023]制造方法提出，已经密封地封装了晶片的带有期望的第一气体压力的微机械元件，而同一晶片的所有其它的带有期望的第二气体压力的微机械元件还具有用于与外部环境交换气体或交换空气的通道。该通道可以在前述的过程步骤或方法步骤中在任意的位置上，例如在基底层面或晶片层面上，通过湿法刻蚀或干法刻蚀技术方法制造。在第二气体压力内的微机械元件的通道的排出口在此处于基底或晶片组合的同一侧上。这简化了生产方法。
[0024]带有第一气体压力的微机械元件的封装可以在前述的过程步骤中或作为方法步骤在任意的位置上例如借助晶片键合方法进行。在密封地封装被第一气体压力所包围的微机械元件时，可以通过常见的方法设定所期望的第一气体压力。
[0025]额外地，在晶片层面上借助晶片键合过程封装带有第二气体压力的其它的微机械元件。在此，在晶片键合器中选择所期望的气体压力，在该气体压力下通过以第二气体压力封闭微机械元件。在此，可以把所谓的封闭晶片持久地键合在晶片组合的一侧上，具有第二气体压力的微机械元件的通道的排出口处于该侧上。通过使用通道可以封闭组件的不同的基底层中的开口，因此在制造组件的过程中不需要采取其它措施来调节相应的通道所通入的腔中的压力。
[0026]该方法的改进方案可以是合理地实现了根据从属权利要求的所提出的组件的特征的方法步骤。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]将结合下面的实施例说明参照附图以更容易理解的方式详细对本发明的上述性能、特征和优点以及如何实现这些性能、特征和优点的方式和方法加以说明。图中示出:
[0028]图1至图8示出根据本发明的、用于制造微机械结构的第一个实施例；和
[0029]图9至图14示出根据本发明的、用于制造微机械结构的第二个实施例。
[0030]在此，相同或近似的元件在图中使用相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0031]在下面的图1至14中描述了基于硅-微机械结构提供过程或方法步骤的方面。也可以采用其它技术，其中可能的是在基底中局部定界的穿透和真空密封的基底到基底的连接技术。
[0032]图1至图8示出根据本发明的、用于制造微机械结构的第一个实施例。
[0033]图1示出基底100。在具有第一高度111的载体圆片/晶片110——在此为硅片——中为每个旨在被封闭在不同的气体压力下的结构引入彼此隔离的腔112、113、114，如在图1中所示。
[0034]随后，在基底100上借助真空密封的晶片键合方法、例如高温或低温熔融键合或阳极晶片键合，利用具有高度121的另一个硅片120封闭腔112、113、114，其中，第二晶片120用作结构晶片。图2示出了两个上下叠置的晶片110、120和所包围的腔112、113、114的结构。
[0035]图3示出接下来如何使得结构晶片120变薄到需要的厚度，也就是说把该结构晶片的初始高度121降低到高度123。现在，从腔侧借助各向异性刻蚀方法在晶片110中或结构100的下部区域中刻蚀通道115、116，如在图4中所示。在此，通道115、116分别到达旨在具有不同于第一腔112中的第一气体压力的压力的腔113、114中。现在借助各向异性结构化方法、例如借助深反应离子刻蚀(=DRIE)的干法刻蚀、借助氢氧化钾溶液(=KOH溶液)的刻蚀等，在变薄的结构晶片120中形成真正的结构117、118、119，如在图5中所示。这些结构117、118、119用作传感器的微机械结构。
[0036]在图6中，现在通过具有高度131的另一个晶片130——也称为盖晶片——真空密封地封闭结构117、118、119。该盖晶片130又针对每个结构117、118、119具有专用的腔132、133、134。另选地，借助于凹陷代替/重置结构晶片120中的结构132、133、134，从而能够把盖晶片130平坦地放置在结构晶片120上。
[0037]接下来在不同于第一气体压力的压力下把具有高度141的另一晶片140——也称为封闭晶片——键合到载体晶片I1上，如在图7中所示。如果旨在设定不同于第一和第二气体压力的其它压力，则封闭晶片140在这样的位置处具有通道，在所述位置载体晶片110已经具有通到相应的元件/单元114、119、134的连接通道。具有高度151的第二封闭晶片150可以相对于第一封闭晶片140键合以便封闭期望的第三气体压力，如在图8中所示。
[0038]所示出的处理方法现在可以对于任意不同的气体压力重复进行。在此可以设计为，根据技术条件使得封闭晶片变薄，以便减小总体结构的厚度。例如可以借助研磨、抛光和/或化学机械抛光( = CMP)实现总晶片高度的减小，例如达到小于大约20μπι的厚度。
[0039]图9至图14示出根据本发明的、用于制造微机械结构的第二个实施例。
[0040]图9示出基底200的层状结构，该基底具有底部晶片210、第一嵌入层220、第二嵌入层230、结构层或结构晶片240和嵌入的能导电的电极层250。在此，第一嵌入层220和第二嵌入层230可以分别具有绝缘特性并且分别通过属于刻蚀技术的方法去除。
[0041]在底部晶片210中随后例如可以通过干法或湿法刻蚀方法在预先确定的位置上布置开口或通道216，从而得到与待产生的腔213内的元件的连接，之后再设定该腔的压力。在图10中示出了这种几何构造。
[0042]随后，如在图11中所示，在结构层中或者在结构晶片240中通过常见的微机械刻蚀技术提供微机械的几何构造218、219，如质量弹簧系统。质量弹簧系统218、219首先还机械地与嵌入层230相连。为了使微机械结构能够自由运动，还移除了嵌入层220和230，该嵌入层例如能够由二氧化硅制成。移除例如可以借助湿法化学刻蚀实现，使得一方面微机械结构218、219是能够自由运动的，另一方面但始终还保持微机械结构218、219锚定在底部晶片210上。
[0043]此外通过移除嵌入层220和230同时使得通过嵌入层220和230在其一个端部上被封闭的连接通道216打开，如在图12中所示。通过这种方式在通道216的端部上产生腔213。
[0044]随后能够在期望的压力下密封地封闭元件218和与其相邻的腔212、215、232，其方法例如是通过晶片键合方法把盖晶片260施加到晶片组合上。元件219和腔213、233还通过通道216与外部环境相连，如图13所示。
[0045]最后同样可以通过晶片键合方法将封闭晶片270在一特定的压力下这样与晶片堆垛相连，使得元件219和腔213、233的通道216被密封地封闭并且在那里形成了期望的压力，如图14所示。
[0046]附图标记列表:
[0047]第一实施例图1至9:
[0048]100 基底
[0049]11、112、113 高度
[0050]110、120、130、140 晶片层
[0051]112、113、114、132、133、134 腔
[0052]115、116 通道
[0053]117、118、119 微机械结构 [0054]第二实施例图10至14:
[0055]200 结构
[0056]210底部晶片
[0057]212、213、215、232、233 腔
[0058]216 通道
[0059]218、219微机械的几何构造
[0060]220、230 嵌入层
[0061]240结构晶片
[0062]250电极层
[0063]260、270 盖晶片
【权利要求】
1.一种组件，具有: -基底(100)，该基底具有第一腔(112)和第二腔(113)； -其中，在所述第一腔(112)中布置有第一微机械结构(117)； -其中，在所述第二腔(113)中布置有第二微机械结构(118)； -其中，所述第一腔(112)具有第一气体压力； -其中，所述第二腔(113)具有第二气体压力； -其中，通过封闭第一腔(112)提供第一气体压力； -其中，第一通道(115)通入到所述第二腔(113)中，并且所述第二气体压力能够通过第一通道(115)调节；以及 -第二气体压力与第一气体压力不同。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述基底(100)包括多个基底层(110、120、130、140、160、170)，所述基底层设计为晶片层的形式，并且至少一个基底层(110、120、130、140、160,170)包括封闭晶片(170)。
3.根据权利要求2所述的组件，其中，布置在第二腔(113)中的所述第二微机械结构(118)能够在晶片层面通过晶片键合方法封闭。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，至少一个微机械结构(117、18)是惯性传感器、特别是加速度传感器或旋转速率传感器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其中，所述基底(100)具有第三腔(114)，在所述第三腔(114)中布置有第三微机械结构(119)，并且在第三腔(114)中的第三气体压力能够通过第二通道(116)调节。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述第一通道(115)的第一端部在第一基底层(160)终止，所述第二通道(116)的第二端部在第二基底层(170)终止。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件是微芯片，该微芯片能够应用在车辆中、特别是机动车中。
8.一种用于制造组件的方法，该方法包括以下步骤: -提供基底(100)，该基底具有第一腔(112)和第二腔(113)； -把第一微机械结构(117)布置在第一腔(112)中； -把第二微机械结构(118)布置在第二腔(113)中； -通过封闭第一腔(112)设定第一腔(112)中的第一气体压力； -在第二腔(113)布置第一通道(115);和 -通过封闭第一通道(115)设定第二腔(113)中的第二压力。
9.根据权利要求8所述的用于制造组件的方法，该方法包括以下步骤: -在基底(110)中提供第三腔(114)； -把第三微机械结构(119)布置在第三腔(113)中； -通过封闭第三腔(113)设定第三腔(113)中的第三气体压力； -在第三腔(113)布置第二通道(116);和 -通过封闭第二通道(116)设定第三腔(113)中的第三压力。
10.根据权利要求8或9所述的用于制造组件的方法，其中，通过晶片键合方法执行至少一个通道(115、116)的封闭。
【文档编号】G01P15/08GK104040361SQ201280065860
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年11月2日 优先权日:2011年11月3日
【发明者】S·甘特奈尔, B·施密德 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司