用于在使用寿命中稳定空穴内部压力的附加面的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的方法。

背景技术：

由wo2015/120939a1公知这种方法。如果期望在微机械构件的空穴中有确定的内压，或者在空穴中应包含具有确定的化学组分的气体混合物，则通常在封装微机械构件时或者在衬底晶片与罩晶片之间的键合过程中调节内压或化学组分。在封装时例如将罩与衬底连接，由此罩与衬底共同包围空穴。通过调节在封装时在周围环境中存在的气体混合物的大气或压力和/或化学组分，可以因此调节在空穴中的确定的内压和/或确定的化学组分。

通过由wo2015/120939a1已知的方法可以有针对性地调节在微机械构件的空穴中的内压。通过该方法尤其可能的是，制造具有第一空穴的微机械构件，其中，在第一空穴中可以调节第一压力和第一化学组分，该第一压力或第一化学组分不同于在封装时刻的第二压力和第二化学组分。

在根据wo2015/120939a1的用于有针对性地调节微机械构件的空穴中的内压的方法中，在罩中或者说在罩晶片中或在衬底中或者说在传感器晶片中产生到空穴的窄的进入通道。接着以所期望的气体和所期望的内压通过进入通道充满空穴。最后借助激光器局部地加热围绕进入通道的区域，衬底材料局部液化并且在固化时密封地封闭进入通道。

旋转速度传感器的品质极其敏感地取决于空穴内部压力。此外，对于旋转速度传感器的高偏离性能而言，在它的使用寿命中必需有尽可能稳定的品质，因为品质与在补偿时注入到补偿参数中的数值的偏差导致旋转速度传感器的偏离。为了达到旋转速度传感器的使用寿命中尽可能高并且稳定的品质，因此必要的是，在旋转速度传感器的使用寿命中使旋转速度传感器空穴的内部压力稳定或者说保持恒定。在具有高品质(即低空穴内部压力)的旋转速度传感器中，经常要在ht贮存后(具有相对较高温度的贮存时间间隔)观察内部压力的升高，该内部压力的升高例如通过气体析出或者说通过气体扩散到空穴中来产生。

用于有针对性地调节微机械构件的空穴中的内部压力的其他方法由us8,546,928b2、us2015/0158720a1和us8,513,747b1公知。

技术实现要素：

本发明的任务是，以相对于现有技术简单并且成本有利的方式提供一种用于制造相对于现有技术机械牢固的以及具有长使用寿命的微机械构件的方法。此外，本发明的任务是，提供一种相对于现有技术紧凑的、机械牢固的并且具有长使用寿命的微机械构件。根据本发明，这尤其适用于具有(第一)空穴的微机械构件。通过根据本发明的方法和根据本发明的微机械构件也还能够实现这样的微机械构件，在该微机械构件中，在第一空穴中可以设定第一压力和第一化学组分，并且在第二空穴中可以设定第二压力和第二化学组分。例如设置这样的用于制造微机械构件的方法，对于该微机械构件有利的是，在第一空穴中包含第一压力，并且在第二空穴中包含第二压力，其中，第一压力应不同于第二压力。例如当用于转速测量的第一传感器单元和用于加速度测量的第二传感器单元应集成到一个微机械构件中时是这种情况。在此，例如第一空穴和第二空穴仅通过键合隔片相互分开。本发明的任务尤其是，实现微机械构件在使用寿命中的高品质。

该任务由此来解决，即，在第四方法步骤中，用于继续调节第一压力和/或第一化学组分的吸气剂材料在衬底的面向第一空穴的第一表面上和/或在罩的面向第一空穴的第二表面上沉积或者生长。

由此，以简单且成本有利的方式提供一种用于制造微机械构件的方法，尤其当第一空穴是旋转速度传感器空穴时，通过该微机械构件可以使第一空穴中的第一压力在使用寿命中基本上保持恒定或者说稳定，或者说通过该微机械构件可以在暂时调节第一压力后进一步降低第一压力。这例如由此实现，即，在使用寿命中从空穴内部的材料中析出的、或者通过例如穿过衬底或者穿过罩或者穿过第一空穴和第二空穴之间的键合框或键合隔片的气体扩散而到达第一空穴中的少量气体通过吸气剂材料或者说通过附加地引入到空穴中的材料来约束。

根据本发明的方法的另一个优点是，基于第一方法步骤、第二方法步骤和第三方法步骤的实施，只有少量气体必须被吸气剂材料接收，从而所使用的材料或者说吸气剂材料的接收能力相比于现有技术可以是小的。换言之，这尤其通过以下实现，即，第一空穴的初始内部压力在第一、第二和第三方法步骤期间不通过吸气剂材料来调节，而通过吸气剂材料仅在使用寿命中吸收在空穴中附加出现的气体量，以便以该方式使内部压力在使用寿命中稳定。

就本发明而言，概念吸气剂理解为用于尽可能长地保持真空的化学反应材料。根据本发明设置，吸气剂材料是吸气剂的一部分或者说在第一空穴中布置有包括吸气剂材料的吸气剂。例如气体分子在吸气剂或者说吸气剂材料的表面上与吸气剂材料的原子直接进行化学结合。然而，替代地或者附加地也设置，气体分子通过吸附作用固定在吸气剂材料上。以该方式，气体分子被“捕获”在吸气剂材料的表面内或者表面上。就本发明而言，要区分活性吸气剂和非活性吸气剂，其中，活性吸气剂相比于非活性吸气剂具有更高的捕获率。在此，捕获率理解为例如每单位时间、例如每秒在吸气剂材料的表面内或者表面上捕获的气体分子数。此外，根据本发明要区分可逆吸气剂和不可逆吸气剂。在此，根据本发明，可逆吸气剂包括至少部分或者说大部分可逆吸气剂材料，并且不可逆吸气剂包括至少部分或者说大部分不可逆吸气剂材料。然而，根据本发明也设置，可逆吸气剂和不可逆吸气剂分别包括至少部分可逆吸气剂材料和至少部分不可逆吸气剂材料。根据本发明，可逆吸气剂材料理解为这样的材料，该吸气剂材料在第一时刻或者说在第一持续时间期间将气体分子基本捕获或者说接收在该吸气剂材料的表面内或者表面上，并且在第二时刻或者说在第二持续时间期间已捕获的气体分子从吸气剂材料的表面内或者表面上基本再被释放或者说被散发。根据本发明，“基本捕获或者接收”例如如此理解，即，捕获率大于散发率，或者说吸附率和吸收率的第一总和大于解吸率。根据本发明，“基本释放或者散发”例如如此理解，即，捕获率小于散发率，或者说第一总和小于解吸率。在此，吸附率理解为例如每单位时间、例如每秒在吸气剂材料的表面上捕获的气体分子数。在此，吸收率理解为例如每单位时间、例如每秒在吸气剂材料的表面内或者说在吸气剂材料的体积内捕获的气体分子数。在此，散发率或者说解吸率理解为例如每单位时间、例如每秒从吸气剂材料的表面内或者表面上释放或者说散发的气体分子数。根据本发明，可逆吸气剂基本上能够再生或者说能够置换到具有高吸收准备或者说吸附准备的初始状态中。根据本发明，吸收准备或者说吸附准备理解为在存在相应气体分子的状态下提供高吸收率或者说吸附率。

根据本发明，微粒理解为一个原子或者多个原子的集聚物，例如一分子或者多个分子。就本发明而言，微粒以气态聚集态、液态聚集态或者固态聚集态存在或者说是气相、液相或者固相的部分，并且包括至少一个相对于它的周围环境的相界面。根据本发明，微粒尤其理解为在微机械构件尺度中的小物体，即最大延伸尺度为微机械构件的最大延伸尺度的1/10的物体。

就本发明而言，概念“微机械结构”如此理解，即，该概念既包括微机械构件也包括微电子机械构件。

本发明优选设置用于制造具有空穴的微机械构件或者说用于具有空穴的微机械构件。然而，本发明例如也设置用于具有两个空穴或者具有超过两个即三个、四个、五个、六个或者超过六个空穴的微机械构件。

优选地，通过借助于激光将能量或热量引入到吸收该能量或热量的衬底或罩的部分中来封闭进入开口。在此优选将能量或热量在时间上先后地分别引入到多个微机械构件的衬底或罩的吸收部分中，这些微机械构件例如在一个晶片上共同制造。但是替代地也设置为，将能量或热量在时间上并行地引入到多个微机械构件的衬底或罩的各个吸收部分中，例如在使用多个激光束或者说激光装置的情况下。替代地，根据本发明也设置，进入开口借助氧化物再封装方法或者说氧化物再封闭方法来封闭。在此，氧化物再密封方法或者说氧化物再封闭方法例如是替代于激光再封装方法或者说激光再封闭方法的封闭方法，在该封闭方法中，空穴的附加开口通过在低环境压力中生长的氧化物盖来密封地封闭。

在从属权利要求以及参照附图的描述中可给出本发明的有利构型和扩展方案。

根据优选扩展方案设置，罩与衬底包围第二空穴，其中，在第二空穴中存在第二压力并且包含具有第二化学组分的第二气体混合物。

根据优选扩展方案设置，在第四方法步骤中，用于提供键合框的吸气剂材料在衬底上以及/或者在罩上沉积或者生长。由此有利地实现，同样的材料既可以用于吸气剂，也可以用于键合框。由此有利地实现，为了将吸气剂材料引入到第一空穴中不必设置附加的工艺步骤。此外，由此有利地实现，吸气剂材料的沉积能够简单并且成本有利地集成到已存在的制造方法中。

根据优选扩展方案设置，在时间上于第三方法步骤之前实施第四方法步骤。由此有利地实现，吸气剂材料可以在时间上在封闭进入开口之前在衬底的第一表面上和/或在罩的第一表面上沉积。

根据优选扩展方案设置，在第五方法步骤中，用于提供键合框的另一材料在衬底上和/或在罩上沉积或者生长。由此有利地实现，吸气剂材料可以在时间上在该另一材料之后在衬底上和/或在罩上沉积。由此有利地实现，吸气剂材料可以全面地在衬底上和/或在罩上沉积，并且无需对吸气剂材料进行进一步结构化。

根据优选扩展方案设置，在第六方法步骤中，吸气剂材料或者所述另一材料被结构化。由此有利地实现，吸气剂材料或者另一材料可以用于构造键合框。此外，由此有利地实现，吸气剂材料的结构化能够简单并且成本有利地集成到已存在的制造方法中。

根据优选扩展方案设置，在时间上在第五方法步骤之后实施第四方法步骤。由此有利地实现，吸气剂材料可以在时间上在另一材料之后在衬底上或在罩上沉积或者生长。由此有利地实现，吸气剂材料可以全面地在面向第一空穴的表面上沉积或者生长。由此能够以有利的方式节省另一个用于结构化的光刻步骤。

根据优选扩展方案设置，如此实施第二方法步骤和/或第三方法步骤，使得周围环境和/或第一空穴在第二方法步骤期间和/或在第三方法步骤期间具有200℃与500℃之间的温度、尤其是300℃与400℃之间的温度。由此有利地实现，在温度在200℃与500℃之间的情况下、尤其在温度在300℃与400℃之间的情况下可再生的吸气剂材料可以被使用在根据本发明的方法中。

根据优选扩展方案设置，在第七方法步骤中，至少部分地包括第一表面或者第二表面的缺口被蚀刻或者被挖掘到衬底中或者罩中。根据优选扩展方案设置，第七方法步骤要么在时间上在第四方法步骤之后并且在时间上在第六方法步骤之前实施，要么在时间上在第五方法步骤之后并且在时间上于第四方法步骤之前实施。

本发明的另一主题是具有衬底和与衬底连接并且与衬底包围第一空穴的罩的微机械构件，其中，在第一空穴中存在第一压力并且包含具有第一化学组分的第一气体混合物，其中，衬底或罩包括封闭的进入开口，其中，在第一空穴中，用于继续调节第一压力和/或第一化学组分的吸气剂材料在衬底的面向第一空穴的第一表面上和/或在罩的面向第一空穴的第二表面上布置。由此以有利的方式提供紧凑的、机械牢固的并且成本有利的具有设定的第一压力的微机械构件。根据本发明的方法的所述优点相应地也适用于根据本发明的微机械构件。

根据优选扩展方案设置，吸气剂材料包括锗。由此，提供能够特别好地集成到已存在的制造工艺中的具有材料的吸气剂或者说吸气剂材料。

根据优选扩展方案设置，衬底和/或罩包括硅。由此有利地实现，微机械构件能够通过由现有技术公知的涂层技术制造方法来制造。

根据优选扩展方案设置，吸气剂材料包括传感器工艺的标准材料。例如该标准材料包括铝和/或钛和/或锗。通过使用传感器工艺的标准材料可以例如以有利的方式取消附加的工艺层级，并且材料或者说吸气剂材料不必像在标准吸气剂工艺中那样借助成本高昂的阴影掩膜或者剥离(lift-off)工艺来结构化。

根据优选扩展方案设置，吸气剂材料不包括典型的高性能的吸气剂材料。典型的高性能吸气剂材料例如包括锆。由此提供相对于现有技术特别成本有利并且简单的替代方案。

根据优选扩展方案设置，吸气剂材料能够在温度为200℃与500℃之间的情况下、尤其在温度为300℃与400℃之间的情况下再生。由此有利地实现，吸气剂材料能够在第二和第三方法步骤期间再生，从而能够在第一空穴中调节特别小的第一压力。

根据优选扩展方案设置，罩和衬底包围第二空穴，其中，在第二空穴中存在第二压力并且包含具有第二化学组分的第二气体混合物。由此以有利的方式提供具有设定的第一压力和第二压力的紧凑的、机械牢固的且成本有利的微机械构件。

根据优选扩展方案设置，第一压力小于第二压力，其中，在第一空穴中布置有用于旋转速度测量的第一传感器单元，并且在第二空穴中布置有用于加速度测量的第二传感器单元。由此以有利的方式提供机械牢固的用于测量转速和测量加速度的微机械构件，该微机械构件不仅对于第一传感器单元而且对于第二传感器单元具有优化的运行条件。

附图说明

图1以示意性视图示出根据本发明的示例实施方式的具有敞开的进入开口的微机械构件。

图2以示意性视图示出根据图1的具有封闭的进入开口的微机械构件。

图3以示意性视图示出根据本发明的示例实施方式的用于制造微机械构件的方法。

图4示出根据本发明的另一示例性实施方式的微机械构件的示意性视图。

图5示出根据本发明的第三示例性实施方式的微机械构件的示意性视图。

具体实施方式

在不同的附图中相同的部件总是设置有相同的参考标记，并因此通常也分别只命名或提及一次。

在图1和图2中示出根据本发明的示例实施方式的微机械构件1的示意性视图，该微机械构件在图1中具有敞开的进入开口11并且在图2中具有封闭的进入开口11。在此微机械构件1包括衬底3和罩7。衬底3和罩7相互间优选密封地连接并且共同包围第一空穴5。微机械构件1例如如此构造，使得衬底3和罩7附加地共同包围第二空穴。然而，第二空穴在图1中和在图2中未示出。

例如在第一空穴5中、尤其在如图2中所示的进入开口11封闭的情况下存在第一压力。此外，在第一空穴5中包含具有第一化学组分的第一气体混合物。此外，例如在第二空穴中存在第二压力，并且在第二空穴中包含具有第二化学组分的第二气体混合物。优选地，进入开口11布置在衬底3中或罩7中。在这里的本实施例中，进入开口11示例性地布置在罩7中。然而，根据本发明对此替代地也可以设置，进入开口11布置在衬底3中。

例如设置，第一空穴5中的第一压力小于第二空穴中的第二压力。例如也设置，在第一空穴5中布置有在图1中和图2中未示出的用于转速测量的第一微机械传感器单元，而在第二空穴中布置有在图1和图2中未示出的用于加速度测量的第二微机械传感器单元。

在图3中以示意性视图示出根据本发明的示例实施方式的用于制造微机械构件1的方法。在此，

-在第一方法步骤101中，在衬底3中或在罩7中构造连接第一空穴5与微机械构件1的周围环境9的、尤其是狭长的进入开口11。图1示例性地示出在第一方法步骤101之后的微机械构件1。此外，

-在第二方法步骤102中，调节第一空穴5中的第一压力和/或第一化学组分或者说使第一空穴5通过进入通道以所期望的气体和所期望的内压力充满。此外例如，

-在第三方法步骤103中，通过借助于激光将能量或热量引入到衬底3的或罩7的吸收部分21中来封闭进入开口11。例如替代地也设置，

-在第三方法步骤103中，仅优选通过激光局部加热环绕进入通道的区域并且密封地封闭进入通道。因此有利地可能的是，根据本发明的方法也可设置其他不同于激光器的能量源来封闭进入开口11。图2示例性地示出第三方法步骤103之后的微机械构件1。

在时间上在第三方法步骤103之后，在图2中示例性示出的横向区域15中在罩7的背离空穴5的表面上以及在垂直于横向区域15到微机械构件1的表面上的投影、即沿着进入开口11并且向着第一空穴5的方向的深度中产生机械应力。该机械应力、尤其是局部的机械应力尤其存在于罩7的在第三加工步骤103中过渡到液态聚集态并且在第三方法步骤103后过渡到固态聚集态并且封闭进入开口11的材料区域13与罩7的在第三方法步骤103中保持固态聚集态的剩余区域之间的界面上和界面附近。在此罩7的在图2中封闭进入开口11的材料区域13尤其关于它的横向的、尤其平行于表面延伸的延伸尺度或成形部而言并且尤其关于它的垂直于横向延伸尺度、尤其垂直于表面延伸的大小或造型结构而言仅视为示意性的或者说示意性地示出。

在图4和图5中以示意性视图示出根据本发明的另一实施方式和根据本发明的第三示例性实施方式的微机械构件。

例如在第四方法步骤中，在图4和图5中所示出的、用于继续调节第一压力和/或第一化学组分的吸气剂材料701在衬底3的面向第一空穴5的第一表面上和/或在罩7的面向第一空穴5的第二表面上沉积或者生长。此外，例如附加地，在第四方法步骤中，用于提供键合框的吸气剂材料701在衬底3上和/或在罩7上沉积或者生长。此外，例如替代地，在第五方法步骤中，用于提供键合框的另一材料在衬底3上和/或在罩7上沉积或者生长。

此外，例如设置，在第六方法步骤中，吸气剂材料701或者另一材料被结构化。例如吸气剂材料701既为了继续调节内部压力又为了提供键合框而沉积并且被结构化。例如吸气剂材料701和/或所述另一材料包括锗(ge)，所述锗为了键合过程例如在挖掘第一空穴5之前被施加到罩7上。在该情况下，根据本发明的作用相对简单地通过锗结构化的布局设计来实现。这样所制造的微机械构件示例性地在图4中示出。

替代地，例如也设置，在时间上在第五方法步骤之后实施第四方法步骤。换言之，例如材料或者说吸气剂材料701在例如包括锗的键合框或者说其他材料沉积之后、并且在挖掘第一空穴之后全面地在空穴内侧上或者说在衬底3的面向第一空穴5的第一表面上和/或在罩7的面向第一空穴5的第二表面上沉积。在此有利地，不需要另外的用于对吸气剂材料701进行结构化的光刻步骤。这样所制造的微机械构件示例性地在图5中示出。

此外，例如也设置，如此实施第二方法步骤和/或第三方法步骤，使得周围环境9和/或第一空穴5在第二方法步骤期间和/或在第三方法步骤期间具有200℃与500℃之间的温度、尤其是300℃与400℃之间的温度。换言之，进入开口11在温度约为300℃到400℃的情况下发生封闭。

在图4和图5中示例性示出吸气剂材料701的不同实施变型方案。例如根据本发明设置，吸气剂材料701基本沿着垂直于进入开口11走向的第一平面构造。替代地，例如根据本发明也设置，吸气剂材料701基本沿着第一平面并且基本沿着平行于该第一平面走向的第二平面构造。根据本发明例如也设置，吸气剂材料701基本构造在衬底3的面向第一空穴5的整个第一表面上和/或构造在罩7的面向第一空穴5的整个第二表面上。最后例如也设置，进入开口11到第一平面上的第一投影和吸气剂材料701到第一平面上的第二投影基本上不重叠。

图4和图5中所示的吸气剂材料701的实施变型方案包括例如锗面。例如设置，附加的锗面在旋转速度传感器空穴中布置。根据本发明仅示例性地设置，吸气剂材料701包括锗，使得吸气剂材料701例如也替代地或者附加地包括其他材料。根据本发明，尤其设置以下材料，这些材料在约300℃的高温下解吸气体，并且这些材料因此在接下来的冷却中在空穴内部压力低的情况下保持吸收能力。根据本发明，尤其设置在由现有技术公知的传感器工艺或者说传感器的制造工艺中所使用的材料。由此，相对于在现有技术中所使用的吸气剂提供了在成本和工艺复杂性方面的大的优势。