用于制造微机械结构的方法以及具有该微机械结构的元件与流程

本发明涉及一种用于制造具有罩结构的微机械元件的方法以及一种用这种方法制造的微机械元件。

背景技术：

微机械传感器，例如压力传感器，为了传感器感测而需要从周围环境通向传感器元件的介质进入口。所需的这种介质进入口通常通过对罩进行穿孔来实现，该罩为了保护传感器元件而布置在传感器上方。

当使用很大的穿孔时，在使用传感器时存在灰尘和水侵入的危险，使得在有些情况下威胁到传感器参量的符合规定的感测。此时可以产生用于介质通过的很小的开口来提供帮助。但这种小开口一般通过微机械蚀刻方法来产生，当在封装后产生这些开口时存在这样的危险：传感器元件受到为此所需的蚀刻过程的损害。然而在封装前产生这些小开口也不容易实现，因为安装时的操作和随后的模制过程在封装时可能使罩中的如此产生的精密结构被损害并从而不可用。

技术实现要素：

根据本发明，提出一种解决方案，产生具有多个小开口的罩，但在该过程中不出现对被覆盖的传感器元件和/或介质进入口的损害。

根据本发明，提出一种用于制造微机械元件的方法以及用此方法制造的微机械元件。在此，所述微机械元件具有传感器衬底和安装在传感器衬底上的罩。为了产生该罩，在罩衬底中在正面的表面上的一个被限制的区域中加工多个开口，例如呈微孔的形式(直径几个微米)。然而在产生这些开口时应注意，这些开口在罩衬底内终止，即不完全穿过罩衬底并从而具有较小的深度。接着将如此加工的罩衬底安装到传感器衬底上，其中，带有多个开口的罩衬底正面朝向传感器衬底取向。最后从罩衬底的背面将罩衬底的一部分去除，例如通过背面减薄(Rückdünnung)、磨削工艺或者其他适合于此的半导体工艺。通过从背面去除罩衬底材料，产生通向所述开口的进入口。

因此，通过这样制造，可以产生具有用于介质进入口的开口的传感器衬底罩，而这些开口不会在安装过程中被损害或堵塞。此外，通过起初封闭的开口可以在制造过程中保护被罩盖住的、处于传感器衬底上的传感器结构。

该方法使得尤其在模制过程中(罩和传感器衬底首先在模制过程中模制成型)具有更高的制造安全性，其方式是，既不会损害被盖住的传感器元件，也不会使孔封闭。

此外，后续的对罩衬底背面的背面减薄或者磨削使得能够产生非常薄的罩。

在本发明的扩展方案中可设置为，在被限制的区域中(在该区域中产生所述多个开口)首先通过分离出罩衬底材料而产生凹槽。这样具有的优点是，所述开口相对于一个框架略微向后缩回。这样的构型在加工过程中是有优点的，其方式是，由于所述开口而脆弱的、被限制的区域受到保护，避免与传感器衬底直接机械接触。此外可以通过突出的框架而在罩和传感器衬底之间产生一个空腔。开口和传感器衬底之间的该空腔或者说间距也可被利用，其方式是，直接在传感器衬底上在空腔内部安置元件。

然而这样的空腔也可以通过传感器衬底中的凹槽来实现，例如在产生传感器结构时。

尤其有利的是，罩衬底中的被限制的区域布置于在传感器衬底中产生的传感器结构的上方。在此可以例如在传感器衬底中形成一个膜片或者一个可振动的组织。

如前面所述，为了将罩衬底安装到传感器衬底上，设置一个框架，该框架将被限制的区域框在内部。即使没有被限制的区域的凹槽、即凹下，也可以将该框架用于建立与传感器衬底的连接。这可以例如借助键合方法或者粘结方法来实现。

为了产生所述开口，使用如蚀刻方法那样的半导体工艺，例如沟槽蚀刻方法。借助此种方法能够以可接受的费用产生具有直径极小的开口。因为这些开口对于处于其下的传感器元件应起到介质进入口的作用，因此在选择合适的直径时应根据计划用途来安排。但这些开口首先应使灰尘、污物和液体例如水保持远离传感器元件而气态介质可以不受阻地通过。

通过使用多个开口，单个开口的堵塞对于介质通过功能没有决定性的影响。

其他的优点由下面对实施例的说明中以及由从属权利要求中得知。

附图说明

图1示出根据本发明的方法，此外

图2示出各个方法步骤。

具体实施方式

为了制造根据本发明的元件，在方法步骤120(见图1)中，在例如由硅组成的罩衬底200(见图2a)中从正面300限定一个第一区域280(见图2b)，在该区域中设置多个开口220。在此，开口220的深度这样协调于罩衬底200的厚度，使得所述开口220在罩衬底200内部终止。此外可以设置，该被限制的区域280具有框架230，借助该框架在下一方法步骤160中产生与处于下方的传感器衬底260的连接。

如此设置有开口220的罩衬底210接下来在方法步骤160中被安装到传感器衬底260上(见图2c)。为此，框架230用作连接元件，必要时通过粘结剂或键合材料250连接。在传感器衬底240和罩衬底210之间可以在开口220的区域中，即在被限制的区域280中，设置空腔260。空腔260可通过将罩衬底210与传感器衬底240借助粘结剂、键合材料250或者插入物分隔开来实现。然而替换地，也可以在在方法步骤120中产生这些开口之前，通过附加方法步骤100在被限制的区域280中产生凹槽，使得开口220相对于框架230而言往后缩回。在另一替换方案中可以为了形成空腔260而在传感器衬底240中在被限制的区域280对面产生凹槽。

在接下来的方法步骤180中，将罩衬底210从其背面310磨削或者说从背面减薄。通过这种材料去除使开口朝向背面敞开，使得介质进入口能够从周围环境一直通到空腔260和/或通到位于传感器衬底240中的传感器元件(见图2d)。

图2b仅示出罩衬底210的横截面，带有位于其中的开口220。然而显然应当指出，开口220不是只能成一排地产生。取而代之，开口220的造型也可以呈阵列形式，即这些开口可以在两个横向方向上相互成排地布置。在此，开口220不仅可以设置成一个几何图案，也可以设置成随机生成的图案。

如前面已经提到的那样，可以在步骤160中附加地在传感器衬底240中产生传感器元件或者说传感器结构。适合于此的例如是用于膜片传感器如压力传感器或者气体传感器的膜片，或者是可运动的结构，例如加速度传感器和/或转速传感器。在另一设计方案中，传感器衬底240中的传感器元件也可以从传感器衬底的表面出发凹下地设置。其优点是，带有框架230和开口220的罩270不需要其他措施而与传感器衬底形成空腔260。