DE102009000048A1 - Micro-technical system has substrate and sealing, where substrate and sealing form two cavities, where different pressures are present in cavities - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikrotechnisches System und Verfahren zur Herstellung eines mikrotechnischen Systems.The The present invention relates to a microtechnical system and method for the production of a microtechnical system.
Mikrosystemtechnisch hergestellte Inertialsensoren sind in der Regel in einem verkappten Hohlraum angeordnet. Dies hat unter anderem den Zweck, die Sensoren vor Umgebungseinflüssen zu schützen und eine definierte Atmosphäre für den Betrieb zu garantieren.Technically Microsystems Inertialsensoren produced are usually in a capped cavity arranged. This has, inter alia, the purpose of protecting the sensors from environmental influences and a defined atmosphere for the To guarantee operation.
Die Drücke, die dabei in dem Hohlraum eingestellt werden, unterscheiden sich bei Drehratensensoren und Beschleunigungssensoren. Während bei Drehratesensoren ein niedriger Innendruck, beispielsweise von wenigen mbar, eine hohe Güte des Schwingers und somit auch große Amplituden bei niedrigen Antriebsspannungen gewährleistet, wird bei Beschleunigungssensoren gezielt ein höherer Druck, beispielsweise von bis zu mehreren 100 mbar, eingestellt, um die Sensoren im Betrieb zu dämpfen.The pressures which are set in the cavity, differ for rotation rate sensors and acceleration sensors. While at Yaw rate sensors a low internal pressure, for example, of a few mbar, a high quality of the oscillator and thus also large amplitudes at low Ensures drive voltages, In acceleration sensors targeted a higher pressure, for example of up to several 100 mbar, adjusted to the sensors in operation to dampen.
Für das Verkappen von Sensoren existieren verschiedene Ansätze, beispielsweise auf der Basis von Waferbonden mit Sealglas, eutektischem Ronden oder eines Dünnschichtkappenverfahrens. Alle genannten Ansätze werden allerdings auf Waferlevel durchgeführt, so dass bei allen Chips auf einem Wafer später der gleiche Innendruck eingeschlossen ist, weshalb es ungünstig ist, Drehratensensoren und Beschleunigungssensoren auf diese Weise gleichzeitig auf einem Wafer zu fertigen.For the capping of sensors exist different approaches, for example on the Basis of wafer bonding with seal glass, eutectic disks or a Thin cap procedure. All mentioned approaches however, are performed at wafer level, so that on all chips on a wafer later the same internal pressure is included, which is why it is unfavorable Yaw rate sensors and acceleration sensors in this way simultaneously to produce on a wafer.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mikrotechnisches System, umfassend ein Substrat und eine Verkappung, wobei das Substrat und die Verkappung mindestens einen ersten und einen zweiten, insbesondere abgeschlossenen, Hohlraum ausbilden, wobei in dem ersten und zweiten Hohlraum unterschiedliche Drücke vorliegen.object The present invention is a microtechnical system comprising a substrate and a capping, the substrate and the capping at least a first and a second, in particular completed, Form cavity, wherein in the first and second cavity different pressures available.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße mikrotechnische System ein mikromechanisches System, beispielsweise ein Multi-Innendruck-Wafer, sein.Especially can the microtechnical System may be a micromechanical system, for example a multi-internal pressure wafer.
Das erfindungsgemäße mikrotechnische System hat den Vorteil, dass unterschiedliche Sensoren unter unterschiedlichen Drücken in einem System, insbesondere auf einem Wafer, bereitgestellt werden können. Auf diese Weise können vorteilhafterweise insbesondere Drehratensensoren und Beschleunigungssensoren in einem System, insbesondere auf einem Wafer, bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise können darüber hinaus Prozessschwankungen, beispielsweise durch Kantenverlust, an einem Teil des Systems, beispielsweise einem Beschleunigungssensor, charakterisiert werden und die resultierenden Werte auf Teile des Systems, beispielsweise einen Drehratensensor, übertragen und Prüfkosten eingespart werden.The Microtechnical system according to the invention has the advantage that different sensors under different To press in a system, especially on a wafer can. That way you can Advantageously in particular yaw rate sensors and acceleration sensors in a system, especially on a wafer. Advantageously, can about that In addition, process fluctuations, for example due to edge loss, on a part of the system, for example an acceleration sensor, be characterized and the resulting values on parts of the Systems, such as a rotation rate sensor, transmit and test costs be saved.
Das Substrat kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus Silizium ausgebildet sein. Die Verkappung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Form einer Schicht ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Verkappung im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus Siliziumdioxid oder Silizium ausgebildet sein.The Substrate may in the context of the present invention of silicon be educated. The capping may be within the scope of the present Invention be formed in the form of a layer. For example The capping in the context of the present invention may be made of silicon dioxide or silicon be formed.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikrotechnischen Systems ist in mindestens einem der Hohlräume mindestens ein mikrotechnisches, insbesondere mikromechanisches, Funktionselement angeordnet. Vorzugsweise ist im ersten und zweiten Hohlraum jeweils mindestens ein mikrotechnisches Funktionselement angeordnet.in the Frame of a particularly preferred embodiment of the microtechnical invention System is at least one micro-technical, in at least one of the cavities in particular micromechanical, functional element arranged. Preferably is in each of the first and second cavity at least one microtechnical functional element arranged.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikrotechnischen Systems ist im ersten Hohlraum ein Drehra tensensor und/oder im zweiten Hohlraum ein Beschleunigungssensoren angeordnet.in the Frame of a further, particularly preferred embodiment of the microtechnical invention Systems is in the first cavity a Drehra tensensor and / or in the second Cavity arranged an acceleration sensors.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikrotechnischen Systems ist dabei der der Druck in dem ersten Hohlraum geringer als der Druck in dem zweiten Hohlraum. Beispielsweise kann der Druck in dem ersten Hohlraum in einem Bereich von ≥ 0,01 mbar bis ≤ 300 mbar, insbesondere von ≥ 0,1 mbar bis ≤ 10 mbar, und/oder der Druck in dem zweiten Hohlraum in einem Bereich von > 70 mbar bis ≤ 900 mbar, insbesondere von ≥ 80 mbar bis ≤ 500 mbar, liegen.in the Frame of a further, particularly preferred embodiment of the microtechnical invention Systems is the pressure in the first cavity lower as the pressure in the second cavity. For example, the pressure in the first cavity in a range of ≥ 0.01 mbar to ≤ 300 mbar, in particular of ≥ 0.1 mbar to ≤ 10 mbar, and / or the pressure in the second cavity in an area from> 70 mbar to ≤ 900 mbar, in particular ≥ 80 mbar to ≤ 500 mbar, lie.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen mikrotechnischen Systems, in dem
- – ein Substrat bereitgestellt wird, welches mindestens eine erste und eine zweite Kavität aufweist, wobei die erste und zweite Kavität jeweils mindestens eine Zugangsöffnung aufweisen,
- – bei einem ersten Druck die Zugangsöffnung/en der ersten Kavität mit einer Verkappung verschlossen werden,
- – bei einem zweiten Druck die Zugangsöffnungen der zweiten Kavität mit einer Verkappung verschlossen werden.
- A substrate is provided which has at least one first and one second cavity, the first and second cavities each having at least one access opening,
- In the case of a first pressure, the access opening (s) of the first cavity are closed with a capping,
- - At a second pressure, the access openings of the second cavity are closed with a capping.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass dieses die Herstellung von mikrotechnischen Systemen mit unterschiedlichen Hohlraumdrücken ermöglicht. Dies eröffnet vorteilhafterweise die Möglichkeit, verschiedene Sensoren, beispielsweise Drehratensensoren und Beschleunigungssensoren, in einem System, insbesondere auf einem Wafer beziehungsweise auf einem Chip, zu realisieren.The inventive method has the advantage that this the production of mikrotechni systems with different cavity pressures. This advantageously opens up the possibility of realizing various sensors, for example yaw rate sensors and acceleration sensors, in a system, in particular on a wafer or on a chip.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Zugangsöffnungen der ersten und zweiten Kavität auf der gleichen Seite des Substrats angeordnet. Auf diese Weise können durch Aufbringen der Verkappung auf eine Seite des Substrats vorteilhafterweise sowohl die Zugangsöffnung/en der ersten Kavität als auch die Zugangsöffnungen der zweiten Kavität mit der Verkappung verschlossen werden.in the Frame of a further, particularly preferred embodiment the method according to the invention are the access openings the first and second cavities arranged on the same side of the substrate. In this way can by applying the capping to one side of the substrate advantageously both the access opening / s the first cavity as well as the access openings the second cavity be closed with the capping.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Zugangsöffnung/en der ersten Kavität kleiner als die Zugangsöffnung/en der zweiten Kavität ausgestaltet. Auf diese Weise können durch Aufbringen einer Verkappungsschicht die Zugangsöffnung/en der ersten Kavität vor den Zugangsöffnung/en der zweiten Kavität verschlossen werden, wobei eine Änderung des Drucks nach dem Verschließen der Zugangsöffnung/en der ersten Kavität vorteilhafterweise unterschiedliche Drücke in den resultierenden Hohlräumen zur Folge hat.in the Framework of a particularly preferred embodiment of the method according to the invention are the access opening / s the first cavity smaller as the access opening the second cavity designed. That way you can by applying a capping layer the access opening (s) the first cavity in front of the access opening the second cavity be closed, with a change the pressure after closing the access opening / s the first cavity advantageously different pressures in the resulting cavities entails.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens in einer Kavität mindestens ein mikrotechnisches, insbesondere mikromechanisches, Funktionselement bereitgestellt. Vorzugsweise wird in der ersten und zweiten Kavität jeweils mindestens ein mikrotechnisches Funktionselement bereitgestellt. Insbesondere kann im ersten Hohlraum ein Drehratensensor und/oder im zweiten Hohlraum ein Beschleunigungssensor bereitgestellt werden. Das Bereitstellen der mikrotechnischen Funktionselemente kann gemeinsam mit dem Bereitstellen des Substrates erfolgen.in the Framework of a particularly preferred embodiment of the method according to the invention is at least in one cavity at least one microtechnical, in particular micromechanical, Function element provided. Preferably, in the first and second cavity each provided at least one microtechnical functional element. In particular, in the first cavity, a rotation rate sensor and / or an acceleration sensor may be provided in the second cavity. The Providing the microtechnical functional elements can be common done with the provision of the substrate.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verkappung in Form einer Schicht ausgebildet. Beispielsweise kann die Verkappung aus Siliziumdioxid oder Silizium ausgebildet werden.in the Frame of a further, particularly preferred embodiment the method according to the invention The capping is formed in the form of a layer. For example For example, the capping may be formed of silicon dioxide or silicon.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verkappung mittels eines Gasabscheidungsverfahrens, beispielsweise mittels physikalischer (PVD, „physical vapor deposition”) und/oder chemischer (CVD, „chemical vapor deposition”) Gasabscheidung, insbesondere chemischer Gasabscheidung, ausgebildet beziehungsweise auf dem Substrat aufgebracht. Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform wird die Verkappung mittels eines kontinuierlichen Gasabscheidungsverfahrens ausgebildet beziehungsweise auf dem Substrat aufgebracht.in the Frame of a further, particularly preferred embodiment the method according to the invention is the capping by means of a gas deposition process, for example by means of physical (PVD, "physical vapor deposition ") and / or chemical (CVD, "chemical vapor deposition ") Gas deposition, in particular chemical vapor deposition formed or applied to the substrate. As part of an embodiment this embodiment becomes the capping by means of a continuous gas deposition process formed or applied to the substrate.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Substrat, die Kavitäten des Substrats und die mikrotechnischen Funktionselemente durch ein Verfahren bereit gestellt, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Abscheiden von mindestens einer strukturierten Opfermaterialschichten, beispielsweise Siliziumoxid, zur Ausbildung der Kavitäten in Verfahrensschritt b) und von mindestens einer strukturierten Substrat/Funktionsschicht, beispielsweise aus Silizium, zur späteren Ausbildung der Substratwandungen und der mikrotechnischen Funktionselemente in Verfahrensschritt b), auf einem Wafer, beispielsweise einem Siliziumwafer, und b) Entfernen des Opfermaterials durch ein Ätzverfahren, beispielsweise mit Flusssäure. Hierbei können Opfermaterialschichtstrukturen und Substrat/Funktionsschichtstrukturen in einer Ebene angeordnet sein. Die Ätzzugänge dienen nach dem Ätzen vorzugsweise als Kavitätszugangsöffnungen.in the Frame of a further, particularly preferred embodiment the method according to the invention become the substrate, the cavities of the substrate and the microtechnical functional elements by a Method provided, which comprises the following method steps comprising: a) depositing at least one structured sacrificial material layer, For example, silica, to form the cavities in process step b) and at least one structured substrate / functional layer, for example, of silicon, for later formation of Substratwandungen and the microtechnical functional elements in method step b), on a wafer, for example a silicon wafer, and b) removing the sacrificial material by an etching process, for example with hydrofluoric acid. Here you can Sacrificial material layer structures and substrate / functional layer structures be arranged in a plane. The Ätzzugänge serve preferably after etching as cavity access openings.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druck durch Einleiten oder Entfernen eines Gases, beispielsweise von Argon, verändert.in the Frame of a further, particularly preferred embodiment the method according to the invention is the pressure by introducing or removing a gas, for example from argon, changed.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erste Druck niedriger als der zweite Druck.in the Frame of a further, particularly preferred embodiment the method according to the invention the first pressure is lower than the second pressure.
Zeichnungendrawings
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes werden durch die Abbildungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Abbildungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:Further Advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the pictures and in the following Description explained. It should be noted that the illustrations are only descriptive in nature and are not meant to be the invention in any way Restrict shape. It demonstrate:
Die
Die
Im
Rahmen der in den
Durch
Einleiten oder Entfernen eines Gases kann anschließend der
erste Druck p1 auf einen zweiten Druck p2 verändert werden. Bei einem in
der ersten Kavität
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