具有附加层和合金形成的激光再封装的制作方法

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。

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要集成到微机械构件中时是这种情况。

该任务通过这样的方式解决:

-在第四方法步骤中，为了与衬底或罩的在第三方法步骤中转变到液态聚集态的材料区域混合，一个层在进入开口区域中在衬底或罩的表面上沉积或者生长。

由此，以简单的并且成本合理的方式提供一种用于制造微机械构件的方法，通过该方法能够使所述层与衬底或罩的材料区域共同转变到液态聚集态。从而能够通过将所述层与材料区域混合而有针对性地调节至少部分地包括所述层和至少部分地包括所述材料区域的混合材料的性能。因此，尤其能够例如借助混合材料封闭进入开口。例如可以因此减少在进入开口区域中的裂纹形成或者提高相对于进入开口区域中的裂纹形成的阻力。此外，可以例如提高进入开口区域的机械牢固性。

此外，如果只局部加热衬底材料并且加热的材料不仅在固化时而且在冷却时相对于它的周围收缩，通过根据本发明的方法更少出现问题，因为例如在固化时和在冷却时的收缩可以通过所述层的灵活的材料选择而降低。也更少出现问题的是，在封闭区域中能够出现拉应力，因为该拉应力可以通过所述层的灵活的材料选择而降低。由此，根据应力和材料自发而出现的裂纹形成以及在微机械构件受热或机械负载的情况下的裂纹形成在继续加工时或者在场中更不可能。

根据本发明，进入开口区域尤其是指固化的混合材料和/或在固化的混合材料和剩余的衬底或剩余的罩之间的界面和/或在所述界面周围的区域。

此外，衬底或罩的吸收部分例如至少部分地包括所述层和至少部分地包括衬底和罩的材料区域。

与本发明相关地，可以如此理解概念“微机械构件”，即该概念不仅包括微机械构件而且包括微电子机械构件。

本发明优选设置用于制造具有一个空穴的微机械构件或者说用于具有一个空穴的微机械构件。但是本发明例如也设置用于具有两个空穴或者具有多于两个即三个、四个、五个、六个或多于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。

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。

根据优选的扩展方案设置，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。

根据优选的扩展方案设置，所述层在衬底或罩的背离第一空穴的表面上沉积或者生长。由此可以有利地实现，所述层能够与衬底或罩的背离第一空穴的表面上的材料区域共同转化到液态聚集态。

根据优选的扩展方案设置，第四方法步骤在时间上在第一方法步骤之前实施。由此可以有利地实现，所述层能够在时间上在构成进入开口之前在所述表面上沉积或者生长。

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，微机械构件包括在进入开口区域中在衬底或罩的表面上沉积或者生长并且至少部分地与衬底或罩的在封闭进入开口的过程中转变到液态聚集态的材料区域混合的层。由此以有利的方式提供紧密的、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。

根据优选的扩展方案设置，所述层布置在衬底或罩的背离第一空穴的表面上。由此可以有利地实现，所述层可以至少部分地与至少部分在衬底和罩的背离第一空穴的表面上的材料区域共同转化到液态聚集态并且由此可以与至少部分地包括所述层和至少部分地包括所述材料区域的混合材料共同封闭进入开口。

根据优选的扩展方案设置，所述层的熔化温度低于材料区域的熔化温度和/或低于衬底的熔化温度和/或低于罩的熔化温度。由此可以实现，能够有针对性地调节至少部分地包括所述层和至少部分地包括所述材料区域的混合材料的熔化温度，或者说将该熔化温度调节到低于材料区域的熔化温度和/或低于衬底的熔化温度和/或低于罩的熔化温度。

根据优选的扩展方案设置，至少部分地包括所述层和至少部分地包括所述材料区域的混合材料的熔化温度低于所述层的熔化温度和/或低于材料区域的熔化温度和/或低于衬底的熔化温度和/或低于罩的熔化温度。由此可以有利地实现，将混合材料的熔化温度调节得相对较低，使得混合材料在相对较低的温度中固化。

根据优选的扩展方案设置，所述层的膨胀系数低于材料区域的膨胀系数和/或低于衬底的膨胀系数和/或低于罩的膨胀系数。由此有利地实现，所述层或者混合材料在冷却时比材料区域或衬底或罩更少地收缩。

根据优选的扩展方案设置，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。由此以有利的方式提供紧凑的、机械牢固的且成本有利的具有设定的第一压力和第二压力的微机械构件。

根据优选的扩展方案设置为，第一压力小于第二压力，其中，在第一空穴中布置有用于测量转速的第一传感器单元，并且在第二空穴中布置有用于测量加速度的第二传感器单元。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。

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周围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。

如在图3中示例地示出的那样，附加地

-在第四方法步骤104中，为了与衬底3或罩7的在第三方法步骤103中转变到液态聚集态的材料区域13混合，一个层在进入开口11区域中在衬底3或罩7或者mems-衬底(或者mems-结构的其他种类的封装层)的表面上沉积或者生长。换言之，在衬底3或罩7或者说在衬底材料上施加第二材料的层，其中，衬底材料和第二材料都在局部加热过程中熔化和混合。在此，例如所述层或者附加层包括不同于衬底材料或罩材料的材料。此外，例如也设置，所述层包括至少一个与衬底或罩有偏差的晶体结构和/或掺杂。

例如也设置，附加地

-在第四方法步骤104中，为了与衬底3或罩7的在第三方法步骤103中转变到液态聚集态的材料区域13混合，另外一个层或者另外多个层在进入开口11区域中在衬底3或罩7或者mems-衬底(或者mems-结构的其他种类的封装层)的表面上沉积或者生长。

此外例如设置，在第一方法步骤101中，既在衬底3中或者在罩7中或者在罩晶片中或者在传感器晶片中又在所述层中或者说穿过所述层产生或者说构造通向mems-空穴的所述进入开口或者说狭窄的进入通道。此外例如设置，优选通过激光局部地加热进入开口周围的区域，并且密封地封闭进入通道。

通过选择所述一个层或者所述另外一个层或者另外多个层的材料并且随后将所述层或者所述另外一层或者另外多层与材料区域13混合，能够由此有针对性地影响混合材料性能。通过第四方法步骤104可以通过一个或者多个下面的效应以及其他未列出的效应实现例如减少裂纹形成：

-效应，例如减少在系统中的拉应力：

-在多个混合系统情况下固化温度通常低于单纯系统情况下的固化温度。通过将衬底材料与第二材料混合即能够降低固化温度。通过在熔化区域和周围环境之间产生更小的温度差，在这样的系统中在热膨胀系数接近相同的情况下形成更小的应力。

-可以使用在固化时具有反常现象的混合系统。即在固化时材料膨胀，如同例如水在凝固时发生的那样。

-可以使用具有比衬底材料更小的热膨胀系数的第二材料或者另一混合材料。

-可以使用这样的第二材料，该第二材料在与衬底材料的混合物中在固化时结晶成晶体结构，该晶体结构对衬底材料的晶体取向作出反应并且优选带有压应力地结晶。

-至少部分地包括材料区域13和至少部分地包括所述层的混合材料或者说新混合材料能够更容易地变形并且能够通过非弹性变形而比衬底材料更好地由固化过程和局部冷却引发地对应力作出反应。

-混合材料或者说新封闭材料(两种材料的混合物)具有更高的机械牢固性。

-混合材料的抗断裂强度由于混合材料的弹性模数(该弹性模数与衬底材料的弹性模数有偏差)而比衬底材料的抗断裂强度更高。

-新混合材料能够更容易塑性变形并且因此能够通过变形对由外部施加的压力或者说外部施加的应力作出反应。

-所述材料或者说混合材料由于其被改变的晶体结构而对裂纹形成不敏感，尤其微裂纹不能够扩展并且不会导致整个封闭区域的裂开。

此外，根据本发明设置，微机械构件在封闭区域中或者说在封闭的进入开口11区域中包括混合材料，该混合材料至少部分地包括所述层和至少部分地包括所述材料区域。换言之，例如设置，衬底材料或罩材料和附加材料或者说层材料(或者说所述层的材料)在封闭区域中或者说在封闭的进入开口11区域中至少部分地混合。

在此例如设置，层材料或者说附加层的材料具有比衬底材料或罩材料更低的熔点。例如纯锗(ge)的熔点为937℃并且硅(si)的熔点为1410℃。锗硅混合晶体的熔点位于锗和硅的熔点之间并且可以通过锗和硅的比例来调整。

此外例如设置，混合材料具有比两个单一材料或者说比层材料并且比衬底材料或罩材料更低的熔点。尤其例如设置，借助硅和铝的组合或者硅和金的组合调整混合材料的熔化温度。

此外，根据本发明设置，混合材料或者说混合系统和/或所述层材料和/或衬底材料或罩材料在固化时具有反常现象。尤其设置，衬底和/或罩包括硅。

此外设置，所述层材料或者混合材料具有比衬底材料或罩材料更低的热膨胀系数。

此外设置，混合材料或者说第二材料，其在与与衬底材料或者与罩材料的混合物中在固化时结晶成晶体结构，该晶体结构这样地对衬底材料或罩材料的晶体取向作出反应，使得混合材料或者说在与衬底材料的混合物中或者在与罩材料的混合物中的第二材料优选带有压应力地结晶，例如在存在连续的晶格畸变时。例如设置，所述层包括锗层或者硅锗层或者含锗的其他层。在此，与硅的相比，锗的晶格常数是混合晶体的晶格畸变或者说晶格常数例如由混合比例通过vegardsche法则得出：a(si1-xgex)＝asi+x(age-asi)，其中，a(si1-xgex)是合成的混合晶体si1-xgex的晶格常数，asi和age是硅和锗的晶格常数并且x是锗组分的百分含量。例如也设置，所述层包括一种元素或者多种其他元素，该元素为了在混合材料中产生晶格畸变而占据在混合材料中的间隙位置或者在混合材料的晶格中的空隙。

此外例如设置，使用能够更容易变形的层材料。例如设置，层材料或者混合材料具有比衬底材料或者比罩材料更加无弹性的变形性能。换言之，层材料或者混合材料比衬底材料或者比罩材料更加无弹性地对作用的应力或作用力或者说作用到微机械构件1上的作用力作出反应。在此尤其例如设置，混合材料或者由层材料和衬底材料构成的混合物或者由层材料和罩材料构成的混合物具有比衬底材料或者比罩材料更加无弹性的变形性能。所述层材料例如包括铝al和/或金au。

此外例如设置，所述层或者说混合材料的弹性模数基本上与衬底材料或罩材料的弹性模数相比具有大于15％的偏差。此外，替代地例如设置，所述层或者说混合材料的弹性模数基本上是衬底材料或罩材料的弹性模数的1.15倍，尤其大于1.15倍，或者是衬底材料或罩材料的弹性模数的0.85倍，尤其小于0.85倍。

此外例如设置，所述层或者说混合材料在固化过程或者冷却过程中能够无弹性地、尤其塑性地或者至少部分塑性地和/或弹塑性地和/或塑弹性地变形或者无弹性地作出反应。

此外设置，混合材料尤其在液态聚集态中包括均匀的相。此外例如设置，混合材料尤其在固体的聚集状态中包括至少两个相，尤其三个、四个、五个、六个、七个、八个或者多于八个的相。换言之，例如设置，使用由层材料或者说附加材料和衬底材料或罩材料构成的混合系统，该混合系统在熔化状态中均匀混合，并且在固化或者局部固化和冷却之前、过程中或者之后再次局部离解或者说分成多个相。在此例如设置，在混合材料或者两种材料中的一种的在固态聚集态中的相的至少一个相或者在所述相的两个相之间的界面或者说所述材料的界面阻碍例如微裂纹的扩展或者具有相对于现有技术提高的抗裂纹形成阻力。

最后设置，所述层材料或者第二材料包括一种材料，该材料尤其在液态聚集态中能够完全与尤其处于液态聚集态中的硅混合，并且固化为混合晶体。例如也设置，由层材料或者第二材料和硅构成的液相固化为混合晶体。例如所述层材料或者混合材料尤其在固态聚集态中包括sixgei-x混合晶体。尤其当混合材料或者说混合系统带有小于单一材料或者层材料或者衬底材料或罩材料的拉应力地固化时，这是有利的。