专利名称：具有带封闭件的罩的微机械部件的制作方法
具有带封闭件的罩的微机械部件现有技术本发明涉及具有衬底、腔和构成腔的边界的罩的微机械部件。该罩 具有至腔的入口。为了特定的使用目的或者也只是为了其保护，微机械部件设置有罩。此外，已知的是用于在部件上固定罩的玻璃料键合(Glasfrit-Bonden) 或者阳极键合。在专利文献EP 1 274 648 Bl中描述了一种借助薄层的 封装， 一种所谓的OMM封装(OMM-表面微机械)。在包含微机械功 能元件的腔上面的、由外延的多晶硅构成的穿孔层构成了这种技术的基 础。这些穿孔能够实现在微机械部件的制造期间从外部到达腔。作为罩封闭，确切地说是穿孔封闭，描述了传统的半导体技术(例 如氧化物或氮化物沉积)，然而这些技术对实际的功能元件提出了尖锐 的边界条件。在此，已公开了真空方法以及由此也公开了相应地低的部件内部压力。在此，内部气氛的成分自然仅仅具有次要的地^:。本发明的优点 本发明的公开本发明从具有衬底、腔和构成腔的边界的罩的微机械部l牛出发。该 罩具有至腔的入口。本发明的核心在于，该罩具有用于将入口封闭的膜片。有利的是，该罩是薄层罩。在层结构中，膜片可以特别有利地展示。 该部件的一种有利的构型是，膜片设置在罩下方。这允^F了带有膜片的罩的一种相对简单的构造，能够实现通过外表露出的入口容易地到达腔，并且能够实现将高的压力封闭在腔中。该部件的另一种有利的构型是，膜片设置在罩上方。这允许了特别 是将小的内部压力封闭在腔中。该部件的第三个有利的构型规定，膜片设置在罩内的至少一个层 中。有利的是，在这种布置中，不仅高的内部压力而且低的内部压力都 可以被封闭在腔中。此外有利的是，在此，罩在内部不具有月莫片并且由 此能够实现一种简单的、特别是平滑的腔上侧的构型，这种构型不会妨 碍在腔内部的可能的运动的微机械结构。在此，罩内侧也可以有利地用 作微机械结构在罩方向上的偏移的止挡。还有利的是，罩腔具有至少一个穿孔作为至腔的入口。该部件的一 种有利的构型是，入口从外部借助填料来封闭。这样，有利的是，除了 通过膜片的机械的封闭之外还给出了持久的、特别是严密密封的封闭。本发明还涉及一种用于具有衬底、腔和构成腔的边界的罩的微机械 部件的制造方法。该罩具有至腔的入口。根据本发明的方法的核心在于 用合适地结构化的层制造用于封闭入口的膜片。有利的是，可以通过施 加并结构化膜片层、牺牲层、刻蚀停止层和罩层来实现在微:禾几械部件上 方的罩，该罩在刻蚀过程之后提供了带有设置在真正的罩下方的膜片 的、可用机械方式封闭的通道。根据本发明的制造方法的一种有利的构型规定，通过在上述层之前 制造附加的刻蚀停止层和附加的牺牲层，实现了具有位于内部的膜片的 罩。有利的是，这种膜片可以在两个偏移方向上被操作。此外，本发明还涉及一种用于封闭具有衬底、腔和构成腔的边界的 罩的微机械部件，其中该罩具有至腔的入口，并且其中该罩具有用于封 闭该入口的膜片。本方法具有的基本步骤是首先调节在腔中的内部气 氛，该内部气氛具有确定的成分和确定的压力；随后借助施加膜片机械 地封闭该至腔的入口；并且随后通过材料涂覆封闭该入口。有利的是， 在这种方法中，内部气氛的调节和腔的封闭彼此分开，并且由此在很大 程度上彼此独立。该用于封闭的方法的一种有利的构型规定通过在腔和部件的环境 之间的所引起的压力差将膜片施加到入口的一部分上。有利的是，由此 可以特别简单并且无需在部件上的直接操作地实现通道的积^戒封闭。该用于封闭的方法的另一种有利的构型规定膜片通过被感应的静 电力作用被施加到入口的一部分上。有利的是，由此通道的机械封闭可 以至少部分与在腔中和在部件的环境中的压力关系无关地实1U本发明应该这样地封闭罩-EPI中的穿孔，使得在确定的内部压力下 通过使用传统的半导体工艺(例如CVD、真空)来调节适当的内部气 氛。本发明可被看作具有从属方法的层序列。特别地，要描述的构思借 助腔中的印制导线得到了协同效应，这些印制导线不但可以用于电的线 路，而且也可以用作用来封闭入口的膜片。一种特别有利的构型是，在穿孔洞的下侧上具有柔性膜片，该膜片 以这样的方式允许腔的通风，使得气体形式的覆层(例如抗粘附覆层) 和填充气体可以进入。通过在腔外部区域中急剧的压力下降，膜片从下 部被挤压到所述孔上并且实现了密封，通过这种方式实现条t闭。紧接其后在同一个设备中进行传统的半导体覆层工艺(例如CVD或者溅射)，以封闭孔。在合适的工序引导和孔几何结构的情况下，由此可以无需额外开销 地用半导体工艺实现封闭，所述封闭允许内部气氛在压力以及成分方面 的调节，并且允许不受限的进一步处理(不考虑部件应力的边界条件以 及抗粘附覆层的稳定性)。另外的有利的构型可以由从属权利要求中得到。
本发明的实施例在附图中示出，并且在下面被进一步阐述。 图1示出了在根据本发明的具有带封闭件的罩的微丰几械部件的预 备阶段中的罩的层构造。图2示出了在打开状态中的根据本发明的具有带封闭件的罩的微 机械部件。图3示出了在根据本发明的具有带封闭件的罩的微禾几械部件的另 外的预备阶段中的罩的层构造。图4示出了另外的、在打开状态中的根据本发明的具有带封闭件的 罩的微机械部件。图5和6示出了封闭件的柔性膜片的示例性的几何结构变形。图7示意性示出了根据本发明的、用于制造具有带封闭f^的罩的微 机械部件的方法的步骤。图8、 9和10示出了根据本发明的、用于使用具有带封闭件的罩的 微机械部件来封闭根据图2的微机械罩的步骤。图11示意性示出了用于封闭微机械罩的方法步骤。实施例的描述借助下面描述的实施形式详细地说明本发明。图1示出了在本发明的具有带封闭件的罩的微机械部^^的预备阶 段中的罩的层构造。在此处未被详细示出的微机械结构上沉积了一个以 后的牺牲层，在该实施例中为多晶硅牺牲层110。在沉积和^>学机械抛 光(CMP)该多晶硅牺牲层IIO之后，依次沉积和结构化下部的氮化物 层2、多晶硅层4和上部的氮化物层3。在其上施加一个罩外延层150。 在此，多晶硅层4具有部分区域4a和4b。在此，下部的氮化物层2具 有从部分区域4b至多晶硅牺牲层110的通道。上部的氮化物层3具有 从罩外延层150至部分区域4b的通道。在该情况中，部分区域4a在几 何结构上与4b分离并且是一种电的印制导线。部分区域4a被用氮化物 覆盖，作为在随后的牺牲层刻蚀中的保护。图2示出了在打开状态中的、本发明的具有带封闭件的罩的微机械 部件。在此通过硅的刻蚀在罩外延层150中形成了穿孔160。此外，多晶硅层4的部分区域4b作为牺牲层同样通过刻蚀而被去除。同样通过 刻蚀，至少部分地去除多晶硅牺牲层110。由此，在牺牲层刻蚀中，在 穿孔160打开之后，形成了从所形成的罩的上侧至腔10中的通道160、 161。该通道此外可以被用于微机械结构的抗粘附覆层并且用于实现确 定成分和确定压力的内部气氛。下部的氮化物层2形成了3莫片2，其适 于通过朝着上部的氮化物层3的偏移来封闭通道160、 161。膜片2具有 固定区域2a，该固定区域2a至少部分地固定在上部的氮化物层3上， 以及具有封闭区域2b，该封闭区域2b与至少一个穿孔开口 160相对地 设置。图3示出了在根据本发明的具有带封闭件的罩的微机^戒部件的另 一预备阶段中罩的层构造。在本发明的该构型中，在多晶硅牺牲层HO 上首先施加和结构化一个内部的氮化物层30,并在其上施加内部的多晶 硅层40并将其结构化。接着，如已经描述过的那样，是下部的氮化物 层2和一些另外的层。图4示出了另一在打开状态中的本发明的具有带封闭^牛的罩的微 机械部件。在将根据图2的刻蚀过程应用到根据图3的补充的层构造上 之后，在膜片2下方还露出了内部的氮化物层30。该氮化物层30具有 通道162，其与通道160和161相连。通道162可以通过膜片2贴靠到 内部的氮化物层30上而被机械地封闭。如已经在图2中所描述的那样， 膜片2也适合于通过将膜片2的封闭区域2b朝着上部氮化物层3的偏 移而将通道160、 161封闭。图5禾tl 6示例性地示出了封闭件的柔性膜片的几何结构的变形。所 示的是具有固定区域2a、封闭区域2b和连接部2c的膜片2。在此，黑 色的圆形标记表示穿孔洞(在上面也被称为至腔的通道)160关于膜片 2的位置。参考标号161表示通过层2的通道。封闭区域2b形成了膜片 2的密封面，并且固定区域2a形成了膜片2的边框。区域2a和2b之间 的连接部2c在形状、数目和尺寸上可以不同类型地构造，然而在此应该优选地具有柔性的特性。图5和6对此示例性地示出了可能的实施形 式。然而本发明并不局限于在此所示的例子。图7示意性示出了根据本发明的、用于制造具有带封闭f^的罩的微 机械部件的方法的步骤。所描述的是一种用于制造带有衬底、腔10和 构成腔10的边界的罩的微机械部件的方法。在此，罩具有至J3空10的入 口 160、 161、 162。此外，该罩还具有用于封闭入口 160、 161、 162的 膜片2b。该制造方法的特点是以下步骤(a) 准备具有一个作为最上层的第一牺牲层110的微机械部件，(b) 施加并结构化一个膜片层2，(c) 施加并结构化一个第二牺牲层4，(d) 施加并结构化一个刻蚀停止层3，(e) 施加一个罩层150，(f) 通过刻蚀，加工入口 160、 161，将第二牺牲层4b的至少一些 部分去除、露出膜片2b并且将第一牺牲层110的至少一些部分去除。在该方法的一种实施例中，在步骤(a)之后并在步骤(b)之前附 加地施加并结构化一个下部的刻蚀停止层30,并且随后施加并结构化一 个下部的牺牲层40。此外，在步骤(f)中，加工入口160、 161、 162， 其中也将该下部的牺牲层40的至少一些部分去除。图8、 9和10示出了根据本发明的、用于使用具有带封闭件的罩的 微机械部件来封闭根据图2的微机械罩的步骤。在一个或者多个可选的工艺步骤例如在腔10内部的表面抗粘附覆 层之后，在步骤(A)中调节穿过穿孔开口 160在腔10中的内部气氛。 该调节特别地可以包括内部气氛的成分和压力。在第二步骤(B)中，接着进行该装置的快速的抽吸，并且由此在 微机械部件和其腔10的外部环境中实现快速的压力下降。在内部气氛 和外部气氛之间出现的压力差产生对膜片2的力，于是封闭区域2b被 压向腔上侧。于是，穿孔开口 160被从内部机械地封闭。在第三步骤(C)中，现在通过材料施加从外部实现穿孔开口 160 的封闭。这可以用传统的半导体工艺例如借助CVD或者溅射来实现。通过改变处于罩上侧的柔性膜片的形状、或者通过在膜片2下方的 具有密封面和通流口 162的另外的层130 (如上面在图3和4中所描述 的那样)，可以在本发明的另外的构型中使用同一机构，以便也将低的 内部压力封闭在腔10中。为此，相应地在第一步骤(A)中调节内部气 氛，并且在第二步骤(B)中例如通过用气体对该装置充气而引起在微 机械部件及其腔10的外部环境中的快速压力上升。接着又在第三步骤 (C)中，从外部通过材料涂覆来封闭穿孔开口 160。在膜片被设置在 外部的情况中，整个膜片也可以通过材料涂覆被固定在腔外侧并被封 闭。图11示意性示出了用于封闭微机械罩的方法步骤。该方法包含以 下主要方法步骤(A) 调节腔10中的内部气氛(B) 通过将膜片2b贴靠到通道上来机械地封闭腔10(C) 从外部通过材料涂覆来封闭穿孔开口 160 在本发明的一个实施例中规定，在步骤(B)中，膜片2b通过在腔IO和部件的环境之间所引起的压力差被贴靠到入口 160、 161、 162的一部分上。在本发明的另一实施例中规定，在步骤(B)中，膜片2b通过感应 的静电力作用而被贴靠到入口 160、 161、 162的一部分上。所描述的微机械部件优选地涉及硅基体上的部件。该微+几械部件例 如可以是执行环节(促动器)或者测量环节(传感器)。特别优选的是， 该微机械部件构造为转速传感器或者加速度传感器。上面所示的制造方法的工艺步骤出于概要的原因而被简化，并且例 如不包含针对牺牲层刻蚀的保护结构。膜片例如实施为氮化物层。同样， 其他可能的合适的材料是氧化物和金属(例如钨)。在本发明的一种带氧化物牺牲层的构型中，柔性的膜片可以通过略微改变工艺而由多晶硅 来制造。此外，也可能想到其他的实施例。
权利要求
1.微机械部件，其具有衬底、腔(10)和构成该腔(10)边界的罩，其中所述罩具有至所述腔(10)的入口(160，161，162)，其特征在于，所述罩具有用于封闭所述入口(160，161，162)的膜片(2b)。
2. 根据权利要求1所述的微机械部件，其特征在于，所述罩是 薄层罩。
3. 根据权利要求1或2所述的微机械部件，其特征在于，所述 膜片(2b)设置在所述罩下方。
4. 根据权利要求1或2所述的微机械部件，其特征在于，所述 膜片(2b)设置在所述罩上方。
5. 根据权利要求2所述的微机械部件，其特征在于，所述膜片 (2b)设置在所述罩内部的至少一个层(2)中。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的微机械部件，其特征在于， 所述罩具有至少一个穿孔洞(160)作为至所述腔的入口 (160， 161， 162)。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的微机械部件，其特征在于， 所述入口 (160)从外部借助填料(70)被封闭。
8. 用于制造具有衬底、腔(10)和构成所述腔(10)边界的罩 的微机械部件的方法，其中，所述罩具有至所述腔(10)的入口 (160， 161， 162)， 其中，所述罩具有用于封闭所述入口 (160， 161， 162)的膜片 (2b)，其特征在于以下步骤(a) 准备具有一个作为最上层的第一牺牲层(110)的微机械部件，(b) 施加并结构化一个膜片层(2)，(c) 施加并结构化一个第二牺牲层(4)，(d) 施加并结构化一个刻蚀停止层(3)，(e) 施加一个罩层(150)，(f) 通过刻蚀，加工入口 (160， 161)，将该第二牺牲层(4b) 的至少一些部分去除、露出所述膜片(2b)并且将该第一牺牲层(100) 的至少一些部分去除。
9. 根据权利要求8的用于制造微机械部件的方法，其特征在于， 在步骤(a)之后并在步骤(b)之前施加并结构化一个下部的刻蚀停止层(30)，并且随后施加并结构化一个下部的牺牲层(40)，在步骤(f)中，加工入口 (160， 161， 162)，其中也将该下部的 牺牲层(40)的至少一些部分去除。
10. 用于封闭具有衬底、腔(10)和构成所述腔边界的罩的微机 械部件的方法，其中，所述罩具有至所述腔的入口 (160， 161， 162),其中，所述罩具有用于封闭所述入口 (160， 161， 162)的膜片(2b)，其特征在于以下步骤(A) 调节所述腔(10)中的内部气氛，(B) 通过借助所述膜片(2b)的贴靠来封闭所述入口 (160， 161， 162)来机械地封闭所述腔(10)，(C) 通过材料涂覆来封闭所述入口 (160)。
11. 根据权利要求10的用于封闭微机械部件的方法，其特征在 于，在步骤(B)中，通过在所述腔(10)和部件的环境之间所引起 的压力差将所述膜片(2b)贴靠到所述入口 (160， 161， 162)的一部分上。
12. 根据权利要求11的用于封闭微机械部件的方法，其特征在 于，在步骤(B)中，所述膜片(2b)通过感应的静电力作用被贴靠 到所述入口 (160， 161， 162)的一部分上。
全文摘要
本发明从一种具有衬底、腔(10)和构成腔的边界的罩的微机械部件出发。所述罩具有至所述腔(10)的入口(160，161，162)。本发明的核心在于，所述罩具有用于封闭所述入口(160，161，162)的膜片(2b)。
文档编号B81B7/00GK101331079SQ200680047489
公开日2008年12月24日 申请日期2006年11月30日 优先权日2005年12月27日
发明者A·格罗塞, V·施米茨 申请人:罗伯特·博世有限公司