具有特定膜片結構的激光封閉的制作方法

本發明涉及一種根據權利要求1前序部分所述的方法。

背景技術：

由wo2015/120939a1公知這種方法。如果期望在微機械構件的空穴中有確定的內壓，或者在空穴中應包含具有確定的化學組分的氣體混合物，則通常在封裝微機械構件時或者在襯底晶片與罩晶片之間的鍵合過程中調節內壓或化學組分。在封裝時例如將罩與襯底連接，由此罩與襯底共同包圍空穴。通過調節在封裝時在周圍環境中存在的氣體混合物的大氣或壓力和/或化學組分，可以因此調節在空穴中的確定的內壓和/或確定的化學組分。

通過由wo2015/120939a1已知的方法可以有針對性地調節在微機械構件的空穴中的內壓。通過該方法尤其可能的是，制造具有第一空穴的微機械構件，其中，在第一空穴中可以調節第一壓力和第一化學組分，該第一壓力或第一化學組分不同于在封裝時刻的第二壓力和第二化學組分。

在根據wo2015/120939a1的用于有針對性地調節微機械構件的空穴中的內壓的方法中，在罩中或者說在罩晶片中或在襯底中或者說在傳感器晶片中產生到空穴的窄的進入通道。接著以所期望的氣體和所期望的內壓通過進入通道充滿空穴。最后借助激光器局部地加熱圍繞進入通道的區域，襯底材料局部液化并且在固化時密封地封閉進入通道。

技術實現要素：

本發明的任務是，以相對于現有技術簡單并且成本有利的方式提供一種用于制造相對于現有技術機械牢固的以及具有長使用壽命的微機械構件的方法。此外，本發明的任務是，提供一種相對于現有技術緊湊的、機械牢固的并且具有長使用壽命的微機械構件。根據本發明，這尤其適用于具有(第一)空穴的微機械構件。通過根據本發明的方法和根據本發明的微機械構件也還能夠實現微機械構件，在該微機械構件中，在第一空穴中可以設定第一壓力和第一化學組分，并且在第二空穴中可以設定第二壓力和第二化學組分。例如設置這樣的用于制造微機械構件的方法，對于該微機械構件有利的是，在第一空穴中包含第一壓力并且在第二空穴中包含第二壓力，其中，第一壓力應不同于第二壓力。例如當用于轉速測量的第一傳感器單元和用于加速度測量的第二傳感器單元要集成到微機械構件中時是這種情況。

該任務由此解決，即：

在基本上平行于襯底的主延伸平面走向并且布置在進入開口的基本上垂直于主延伸平面構造的區域的背離第一空穴的一側上的第一平面和基本上平行于襯底的主延伸平面走向并且布置在進入開口的基本上垂直于主延伸平面構造的區域的面向第一空穴的一側上的第二平面之間，進入開口通過襯底或者罩的在該第三方法步驟中過渡到液態聚集態的材料區域基本上完全被填充。

由此以簡單并且成本有利的方式提供用于制造微機械構件的方法，通過該方法進入開口可以基本上完全被填充。通過將進入開口基本上沿著它整個長度封閉的方式，能夠降低或者避免缺口效應，該缺口效應可能出現在進入開口僅部分封閉的情況下。尤其能夠通過根據本發明的方法降低或者避免缺口效應，該缺口效應可能出現在進入開口的未封閉區域和進入開口的封閉區域之間的過渡處。通過降低或者避免這種缺口效應，通過根據本發明的方法以相對于現有技術簡單并且成本有利的方式提供用于制造相對于現有技術機械牢固的以及具有長使用壽命的微機械構件。

此外，如果只局部加熱襯底材料并且加熱的材料不僅在固化時而且在冷卻時相對于它的周圍環境膨脹或收縮，通過根據本發明的方法更少出現問題，因為通過在固化時和在冷卻時的膨脹或者收縮所產生的內在機械應力不會由于缺口效應而導致裂紋形成。也更少出現問題的是，在封閉區域中能夠出現拉應力，因為該拉伸應力不會由于缺口效應而導致裂紋形成。因此，通過根據本發明的方法可能的是，與現有技術相比可提高最大臨界內在應力。因此，根據應力和材料而自發出現的裂紋形成以及在微機械構件受熱或機械負載的情況下的裂紋形成在繼續加工時或者在場中更不可能。

與本發明相關地，可以如此理解概念“微機械構件”，即該概念不僅包括微機械構件而且包括微電子機械構件。

本發明優選設置用于制造具有一個空穴的微機械構件或者說用于具有一個空穴的微機械構件。但是本發明例如也設置用于具有兩個空穴或者具有多于兩個即三個、四個、五個、六個或多于六個空穴的微機械構件。

優選地，通過借助于激光將能量或熱量引入到襯底或罩的吸收該能量或熱量的部分中來封閉進入開口。在此優選將能量或熱量在時間上先后地分別引入到多個微機械構件的襯底或罩的吸收部分中，這些微機械構件例如在一個晶片上共同制造。但是替代地也設置，將能量或熱量在時間上并行地引入到多個微機械構件的襯底或罩的各個吸收部分中，例如在使用多個激光束或者說激光裝置的情況下。

在從屬權利要求以及參照附圖的描述中可給出本發明的有利構型和擴展方案。

根據優選的擴展方案設置，罩與襯底包圍第二空穴，其中，在第二空穴中存在第二壓力并且包含具有第二化學組分的第二氣體混合物。

根據優選的擴展方案設置，這樣將能量或者熱量引入到襯底或者罩的吸收部分中，使得第一平面基本上沿著襯底或者罩的背離第一空穴的表面走向。由此可以有利地實現，通過材料區域完全地填充進入開口直至背離第一空穴的表面。

根據優選的擴展方案設置，這樣將能量或者熱量引入到襯底或者罩的吸收部分中，使得第二平面基本上沿著襯底或者罩的面向第一空穴的表面走向。由此可以有利地實現，通過材料區域完全地填充進入開口直至面向第一空穴的表面。

根據優選的擴展方案設置，這樣將能量或者熱量引入到襯底或者罩的吸收部分中，使得材料區域在第三步驟前具有從第一平面直到第二平面的延伸。由此可以有利地實現，襯底或者罩基本上在襯底或者罩的整個厚度上被熔化。

本發明的另一主題是具有襯底和與襯底連接并且與襯底包圍第一空穴的罩的微機械構件，其中，在第一空穴中存在第一壓力并且包含具有第一化學組分的第一氣體混合物，其中，襯底或罩包括封閉的進入開口，在基本上平行于襯底的主延伸平面走向并且布置在進入開口的基本上垂直于主延伸平面構造的區域的背離第一空穴的一側上的第一平面和基本上平行于襯底的主延伸平面走向并且布置在進入開口的基本上垂直于主延伸平面構造的區域的面向第一空穴的一側上的第二平面之間，進入開口通過襯底或者罩的在封閉進入開口時過渡到液態聚集態的材料區域基本上完全地被填充。由此以有利的方式提供緊湊的、機械牢固的并且成本有利的、具有調節的第一壓力的微機械構件。所述根據本發明的方法的優點相應地也適用于根據本發明的微機械構件。

根據優選的擴展方案設置，襯底或者罩包括硅。由此有利地實現，可以通過半導體層技術的標準方法制造微機械構件。

根據優選的擴展方案設置，第一平面基本上沿著襯底或者罩的背離第一空穴的表面走向。

根據優選的擴展方案設置，第二平面基本上沿著襯底或者罩的面向第一空穴的表面走向。

根據優選的擴展方案設置，材料區域在封閉進入開口之前具有從第一平面到第二平面的延伸尺度。

根據優選的擴展方案設置，罩與襯底包圍第二空穴，其中，在第二空穴中存在第二壓力并且包含具有第二化學組分的第二氣體混合物。由此以有利的方式提供緊湊的、機械牢固的且成本有利的具有設定的第一壓力和第二壓力的微機械構件。

根據優選的擴展方案設置為，第一壓力小于第二壓力，其中，在第一空穴中布置有用于測量轉速的第一傳感器單元，并且在第二空穴中布置有用于測量加速度的第二傳感器單元。由此以有利的方式提供機械牢固的用于測量轉速和測量加速度的微機械構件，該微機械構件不僅對于第一傳感器單元而且對于第二傳感器單元具有優化的運行條件。

附圖說明

圖1以示意性視圖示出根據本發明的示例實施方式的具有敞開的進入開口的微機械構件。

圖2以示意性視圖示出根據圖1的具有封閉的進入開口的微機械構件。

圖3以示意性視圖示出根據本發明的示例實施方式的用于制造微機械構件的方法。

圖4以示意性視圖示出根據本發明的另一個示例實施形式的具有敞開的進入開口的微機械構件。

圖5和圖6以示意性視圖示出根據圖4的具有封閉的進入開口的微機械構件。

具體實施方式

在不同的附圖中相同的部件總是設置有相同的參考標記，并因此通常也分別只命名或提及一次。

在圖1和圖2中示出根據本發明的示例實施方式的微機械構件1的示意性視圖，該微機械構件在圖1中具有敞開的進入開口11并且在圖2中具有封閉的進入開口11。在此微機械構件1包括襯底3和罩7。襯底3和罩7相互間優選密封地連接并且共同包圍第一空穴5。微機械構件1例如如此構造，使得襯底3和罩7附加地共同包圍第二空穴。然而，第二空穴在圖1中和在圖2中未示出。

例如在第一空穴5中、尤其在如圖2中所示的進入開口11封閉的情況下存在第一壓力。此外，在第一空穴5中包含具有第一化學組分的第一氣體混合物。此外，例如在第二空穴中存在第二壓力，并且在第二空穴中包含具有第二化學組分的第二氣體混合物。優選地，進入開口11布置在襯底3中或罩7中。在這里的本實施例中，進入開口11示例性地布置在罩7中。然而，根據本發明對此替代地也可以設置，進入開口11布置在襯底3中。

例如設置，第一空穴5中的第一壓力小于第二空穴中的第二壓力。例如也設置，在第一空穴5中布置有在圖1中和圖2中未示出的用于轉速測量的第一微機械傳感器單元，而在第二空穴中布置有在圖1和圖2中未示出的用于加速度測量的第二微機械傳感器單元。

在圖3中以示意性視圖示出根據本發明的示例實施方式的用于制造微機械構件1的方法。在此，

-在第一方法步驟101中，在襯底3中或在罩7中構造連接第一空穴5與微機械構件1的周圍環境9的、尤其是狹長的進入開口11。圖1示例性地示出在第一方法步驟101之后的微機械構件1。此外，

-在第二方法步驟102中，調節第一空穴5中的第一壓力和/或第一化學組分或者說使第一空穴5通過進入通道以所期望的氣體和所期望的內壓力充滿。此外例如，

-在第三方法步驟103中，通過借助于激光將能量或熱量引入到襯底3的或罩7的吸收部分21中來封閉進入開口11。例如替代地也設置，

-在第三方法步驟103中，僅優選通過激光局部加熱環繞進入通道的區域并且密封地封閉進入通道。因此有利地可能的是，根據本發明的方法也設置其他不同于激光器的能量源來封閉進入開口11。圖2示例性地示出第三方法步驟103之后的微機械構件1。

例如設置，在第四方法步驟中將襯底3與罩7連接，其中，在第一方法步驟101之前或者之后實施第四方法步驟。

在時間上在第三方法步驟103之后，在圖2中示例性示出的橫向區域15中在罩7的背離空穴5的表面上以及在垂直于橫向區域15到微機械構件1的表面上的投影、即沿著進入開口11并且向著第一空穴5的方向的深度中產生機械應力。該機械應力、尤其是局部的機械應力尤其存在于罩7的在第三加工步驟103中過渡到液態聚集態并且在第三方法步驟103后過渡到固態聚集態并且封閉進入開口11的材料區域13與罩7的在第三方法步驟103中保持固態聚集態的剩余區域之間的界面上和界面附近。在此罩7的在圖2中封閉進入開口11的材料區域13尤其關于它的橫向的、尤其平行于表面延伸的延伸尺度或成形部而言并且尤其關于它的垂直于橫向延伸尺度、尤其垂直于表面延伸的大小或造型結構而言僅視為示意性的或者說示意性地示出。

在圖4和圖5中根據本發明的另一示例實施形式，在圖4中示出具有敞開的進入開口11的微機械構件1的示意性視圖，在圖5中示出具有封閉的進入開口11的微機械構件1的示意性視圖。在此示例性示出，用于轉速測量的第一微機械傳感單元1017或者說mems元件布置在第一空穴5中。在圖4和圖5中還示例性示出襯底3的主延伸平面100。此外，圖5示例性示出基本上平行于主延伸平面100走向的、在罩7的背離第一空穴5的一側上的表面1011以及激光束1005。此外，圖5示出罩7的基本上平行于主延伸平面100走向并且面向第一空穴5的表面1013。

在圖6中示例性地示出，在基本上平行于襯底3的主延伸平面100走向并且布置在進入開口11的基本上垂直于主延伸平面100構造的區域的背離第一空穴5的一側上的第一平面和基本上平行于襯底3的主延伸平面100走向并且布置在進入開口11的基本上垂直于主延伸平面100構造的區域的面向第一空穴5的一側上的第二平面之間，進入開口11通過襯底3或者罩7的在封閉進入開口11時過渡到液態聚集態的材料區域13基本上完全地被填充。

在此例如設置，第一平面基本上沿著襯底3或者罩7的背離第一空穴5的表面1011走向。替換地或者附加地例如也設置，第二表面基本上沿著襯底3或者罩7的面向第一空穴5的表面1013走向。

例如也設置，材料區域13在封閉進入開口11之前具有從第一平面到第二平面的延伸尺度。換言之，圖6中示例性示出的完全地被填充的進入開口例如由此實現，即，使襯底3或者罩7或者說要封閉的膜片的厚度協調于第三方法步驟或者說熔化過程，使得在第三方法步驟中或者說在激光封閉時襯底3或者罩7或者膜片在襯底3或者罩7或者膜片的整個厚度上被熔化，從而進入通道11或者說進入開口11在它的整個長度上被關閉。該結構的優點例如是，去掉了在通道或者說進入開口11僅僅部分封閉的情況下出現的、未封閉的和已封閉的通道或者說進入開口11的過渡部，該過渡部可能導致缺口效應，并且由此導致機械穩定性的附加削弱。通過襯底3或罩7或者說膜片的完全熔化例如避免出現缺口，并且在封閉的通道周圍或者說在封閉的進入開口11周圍產生例如近似均勻的二維應力狀態，該應力狀態同樣對封閉的進入開口11的穩定性產生有利的影響。

最后例如設置，基本上垂直于主延伸平面100的進入通道11或者說進入開口11的長度(例如相當于罩晶片的局部厚度)和通過激光過程的熔化深度或者說材料區域13的基本上垂直于主延伸平面100的延伸尺度如此相互協調，使得通道或者說進入開口11在它的整個長度上被熔化并且由此被封閉。

此外例如設置，通過調節吸收部份的延伸尺度和通過調節在吸收部份中的吸收強度如此實現能量或者熱量的引入，使得通道或者說進入開口11在它的整個長度上被熔化并且由此被封閉。