本发明涉及一种mems元件。本发明还涉及一种asic元件。本发明还涉及一种具有mems元件和asic元件的微机械传感器。本发明还涉及一种用于制造微机械传感器的方法。
背景技术：
现在的封装技术需要使压力传感器的压力敏感的部分、压力传感器膜片借助于特定的弹簧设计与传感器的其余部分机械解耦并且由此使其与avt(构造和封装技术)影响无关。此外，使压力传感器承受机械应力、例如弯曲的外部影响例如是由于模制过程的机械夹紧、借助具有不同热膨胀系数的材料混合物的构造和由于在外部客户电路板上构造的传感器的连接所引起的应力。
de102015116353a1公开了一种具有机械解耦的微集成的封装mems传感器和为此的制造方法。
de102015103485a1公开了一种mems传感器、尤其是压力传感器。
us2014/0299948a1公开了一种基于硅的mems麦克风、一种系统和一种具有所提到的元件的组件。
技术实现要素：
本发明的任务是，提供一种尤其用于微机械传感器的改善的芯片对芯片接触部。
根据第一方面，所述任务通过mems元件解决，该mems元件具有：
-衬底；
-布置在衬底上的第一钝化层；
-布置在第一钝化层上的金属层；
-在金属层上并且在第一钝化层上布置的第二钝化层；和
-凸模元件，其中，在凸模元件上并且在第二钝化层上布置有能导电的扩散阻隔层，其中，在凸模元件上布置有第一键合元件。
以该方式，提供具有凸模结构的mems元件，该凸模结构设置用于之后与asic构件的共晶键合连接，以便由此建立金属子层与要连接的芯片的可靠电连接。
根据第二方面，所述任务通过asic元件解决，该asic元件具有：
-第二衬底；
-布置在第二衬底上的asic功能层；
-布置在asic功能层上的金属层和具有贯通接触部的氧化物层；
-布置在氧化物层上的钝化层，该钝化层构造为间距保持元件和盆元件，其中，在共晶键合过程中可以使键合元件沉入到盆元件中，其中，可以防止共晶体的流出。
以该方式，提供asic元件，该asic元件具有盆结构和间距保持件，该盆结构适用于之后与mems元件的共晶键合过程，以便建立在asic元件的金属子层和mems元件之间的可靠的电连接。
根据第三方面，所述任务通过用于制造微机械传感器的方法解决，所述方法具有以下步骤：
-提供传感器元件；
-提供具有形状稳定的凸模元件和布置在该凸模元件上的第一键合元件的mems元件；
-提供具有构造在钝化层中的盆结构和间距保持结构的asic元件，该盆结构具有布置在其中的第二键合元件；
-使mems元件与asic元件共晶键合，使得凸模元件沉入到盆结构中并且借助于间距保持结构提供在mems元件和asic元件之间的限定的间距。
以该方式，提供一种微机械传感器，该微机械传感器具有在参与的元件的金属子层之间的可靠的电连接。
mems元件和asic元件的优选实施方式是从属权利要求的主题。
mems元件的有利的扩展方案的特征在于，凸模元件的材料是铝或电介质。由此提供形状稳定的凸模元件的不同实施方式。在以电介质(例如氧化物、氮化物等)构造凸模元件的情况下有利的是，共晶体的附着是改善的并且键合材料(例如呈锗的形式)不能与凸模元件的材料熔合。由此促进，锗不侵入到金属层中。在此，电流在键合之后围绕凸模元件引导通过扩散阻隔层。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，扩散阻隔层相对于第一键合元件是抗扩散的。这优选由此实现，扩散阻隔层是下列材料中的一种：钛、氮化钛、钽、氮化钽。由此能够实现，扩散阻隔层不与键合材料反应并且也不扩散到键合材料中。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，扩散阻隔层在平面区域中具有缺口。以该方式，促进芯片对芯片接触部的在面积方面的大的构造，由此可以避免在芯片对芯片接触部之间的电短路。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，扩散阻隔层包括两个部分扩散阻隔层。以该方式促进，防止锗扩散到金属层中。有利地，由此提供在凸模元件下方的另外的扩散屏障。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，使第一部分扩散阻隔层结构化。由此可以有利地使凸模元件机械更稳定地构造。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，凸模元件布置在第一钝化层上。由此有利地更进一步改善凸模元件的机械附着并且由此改善键合构件的机械稳定性(例如由于外部起作用的机械应力)。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，凸模元件布置在第二钝化层的缺口上。由此，在由金属构造凸模元件的情况下能够实现在凸模元件和金属层的电流。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，凸模元件布置在第一钝化层上，其中，第一钝化层的彼此隔开的缺口围绕凸模元件构造，其中，扩散阻隔层布置在第二钝化层上并且布置在第一钝化层的缺口上。以该方式，可以进一步减小电阻，由此不再需要将扩散阻隔层划分成两个部分层。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，扩散阻隔层在平面中结构化并且缺口不超过型廓边缘(topographiekante)地构造。以该方式，能够有利地实现在面积方面大的芯片对芯片接触部。
mems元件的另外的有利扩展方案的特征在于，凸模元件的材料是电介质并且扩散阻隔层是结构化的。以该方式，促进共晶体与凸模元件的改善的机械连接。
asic元件的另外的有利扩展方案设置为，在钝化层中构造有与第二键合元件分开的金属结构。由此提供一种保护环，没有锗侵入到该保护环中。由此改善盆结构的接收力，由此在键合过程中可以更好地从上接收反作用力。有利地，由此防止盆结构的裂开并且防止液态共晶体从盆结构中流出。
附图说明
下面参照多个附图详细描述本发明的其他特征和优点。相同的或功能相同的元件具有相同的附图标记。附图尤其考虑用于阐释本发明重要的原理并且不一定按正确比例实施。出于更好的概要性可以设置为，并未在所有附图中标出所有的附图标记。
公开的方法特征由相应的装置特征类似地得出，反之亦然。这尤其意味着，关于mems元件、asic元件和微机械传感器的特征、技术优点和实施方案以类似的方式由关于用于制造所提到的元件的方法的相应的特征、技术优点和实施方案得出，反之亦然。
在附图中示出：
图1所提出的mems元件和asic元件在键合过程之前的实施方式的横截面视图；
图2所提出的芯片对芯片接触部在键合过程之后的实施方式的横截面视图；
图3所提出的mems元件和asic元件在键合过程之前的实施方式的横截面视图；
图4所提出的mems元件和asic元件在键合过程之前的另外的实施方式的横截面视图；
图5所提出的mems元件和asic元件在键合过程之前的另外的实施方式的横截面视图；
图6所提出的mems元件和asic元件在键合过程之前的另外的实施方式的横截面视图；
图7所提出的芯片对芯片接触部的实施方式的俯视图；
图8所提出的芯片对芯片接触部的另外的实施方式的俯视图；
图9mems元件在键合过程之前的另外的实施方式的横截面视图；和
图10用于制造所提出的微机械传感器的方法的原理性流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想是提供一种改善的芯片对芯片接触部。在此，所提出的芯片对芯片接触部通常可以用于两个构件借助于共晶键合的连接并且有利地不局限于使用在压力传感器中，而是可以用于多种微机械传感器类型(例如惯性传感器)。
所提出的芯片对芯片接触部的功能实现在要连接的构件之间、即在mems元件中和在asic元件中的最后(letzt)的金属子层之间的可靠的电连接。
所提到的共晶键合通过锗(在mems元件上)和铝(asic元件的最后的金属子层)的合金化发生。但本发明有利地不局限于这种特定的共晶键合连接，而是可以借助另外的、本身已知的键合对实现。针对合适的金属键合方法的示例是al-ge、au-si、cu-sn、al-al、cu-cu、au-au等。
在借助于高温实施的键合过程期间，所有可供使用的铝和锗的总体熔化并且经过足够短的时间主要作为具有个别固体颗粒的液体存在。
在温度处于共晶温度附近或高于共晶温度时，铝非常软并且可以毫无问题地通过挤压力压碎。在此，不需要铝的完全的“共晶”熔化。在铝中的少量附加的锗已经导致铝的进一步显著的软化。由于铝和锗的合金化不发生明显的体积变化，由此在第一近似中(inerster
图1示出在键合之前芯片对芯片接触部的元件的横截面并且图2示出在键合之后所提到的元件的横截面。
在图1中看出具有呈硅层10的形式的衬底的mems元件100，在该硅层上布置有(例如呈氧化物层sio2的形式的)第一钝化层20。在第一钝化层20上布置有第二钝化层40和第一金属层30。在此，如在图1中示出，第二钝化层20的至少一部分在金属层30旁边布置在第一钝化层20上。此外，第二钝化层40至少部分地遮盖金属层30。第二钝化层40具有开口41，其中，凸模元件60布置在第二钝化层40的开口41上。该开口41可以直接表明凸模元件60与金属层30的连接，例如其方式是，开口41在金属层30上方(从衬底开始看)或者紧挨着金属层30的侧面产生。凸模元件60可以由铝或由电介质、例如二氧化硅或氮化硅构造。在凸模元件60上布置有导电的扩散阻隔层50。在扩散阻隔层50上在凸模元件60处布置有第一键合元件70(例如锗)。
在图1的下区段中示出asic元件200的横截面，该asic元件具有硅层110，在该硅层上布置有asic功能层120，该asic功能层具有多个金属子层、贯通接触部和氧化物子层(未示出)以用于塑造asic元件200的asic功能性(“asic后端”)。在asic功能层120上布置有第二金属层121以及另外的氧化物层130，在该另外的氧化物层中构造有电贯通接触部122(“通孔”)。在氧化物层130上构造有作为间距保持结构的钝化层140，借助于该钝化层形成盆状结构并且在该钝化层中布置有第二键合元件121(例如铝)。
因此，以该方式得出在具有下列功能的可实现的芯片对芯片接触部内部的下列区域：
凸模元件60准备在键合后的机械连接，其中，凸模元件60在键合期间和之后不变形。因此，凸模元件60表明用于mems元件100和asic元件200之间的机械连接的参考量值。凸模元件60将ge结构足够远地推到相对置的钝化开口中，使得在压紧两个晶片时锗首先与相对置的铝接触。附加地，凸模元件60必须建立在共晶体和传感器导体轨之间的电接触。
钝化层140的盆结构限定以下区域，在该区域中存在液态共晶体141(例如铝-锗)。所述盆结构必须可靠地接受(auffangen)工艺公差、层厚度和结构宽度，使得没有合金化的铝-锗从盆中挤出并且凸模元件60可靠地存在于盆内部(考虑键合调节填充物)。
在钝化层140上的间距保持结构使芯片对芯片接触部密封，限定盆的高度并且接收在键合过程期间在共晶体141熔化之后由于挤压力而起作用的力。
图2示出在mems元件100于asic元件200成功键合之后的芯片对芯片接触部的横截面。
共晶体141和各个区域的尺寸由此得出：
-凸模元件60，该凸模元件的面积与机械负载能力和导电能力线性地成比例。在此，凸模元件60的高度优选这样选择，使得所述高度大于asic构件200的钝化部的厚度。附加地，凸模元件60在键合之后应有利地位于初始的al表面下方，由此促进更可靠的、稳定的键合。为了可靠地实现这些，所述高度应考虑工艺公差、限定凸模高度的层厚度和钝化层140的层厚度。优选地，矩形的凸模元件60具有在约10μm和约100μm之间的范围中的棱边长度，以便实现在初始的铝表面下方的以约0至约1μm的程度的沉入。
-盆结构，该盆结构在键合之后通过mems元件100和凸模元件60的mems侧的钝化部以及在asic侧通过邻接的最近的金属平面竖直地限定。在水平方面，盆通过钝化层140的间距保持结构限定。盆的宽度通过具有附加的键合填充物(bondversatz)的凸模元件60的宽度在左边和右边限定。
盆结构的高度通过第二键合元件123的金属层与钝化层140的层厚度的和限定。盆结构的收集体积(auffangvolumen)特别重要并且主要通过凸模元件60的间距和钝化层140的高度以及该钝化层相对于凸模元件60的间距限定。在该体积(“收集体积”)中，在键合过程之后出现alge界面。该体积通过凸模元件60和钝化层140以及键合元件70、123的工艺公差限定。此外，所述体积通过由于在初始铝表面下方的沉入所挤出的体积限定。
-钝化层140的间距保持结构，该间距保持结构防止共晶体141从盆结构中流出。在优化的实施方式中，在盆和间距保持结构之间设置有1μm至10μm的间距。该间距附加地防止盆边缘的断裂，使得没有锗可以达到间距保持件的铝基座中。
-共晶体141，该共晶体在键合元件(例如ge和al)之间的体积比应尽可能靠近共晶比地选择。在此，应避免在“过多”趋势上的锗偏差。体积比还应该尽可能这样选择，使得在名义层厚度的情况下应填充盆结构的约一半收集体积。在此，锗体积应尽可能宽(约10μm至约100μm)并且薄(约100nm至约1μm)。锗结构应位于凸模元件60的宽度内部。在al体积中，宽度通过盆宽度限定。al体积的高度应位于约0.5μm至约2μm的数量级中。al层可以有利地在凸模元件60旁的左边和右边具有约1μm的小的中断部，由此能够在凸模元件60下方更简单地实现共晶比。
在图1和2中示出的横截面是用于压力传感器(未示出)的所提出的芯片对芯片接触部的示例性横截面。在此，所述层和它们的功能如下：
在金属导体轨和硅之间的电的第一钝化层20可以由sio2组成。层厚度位于0.1μm至1μm的数量级中。
金属层30形成mems元件100的电导体轨。所述金属层可以由铝组成，其中，该金属层的层厚度位于0.1μm至1μm的数量级中。
在金属导体轨上的电的第二钝化层40可以由sin(氮化硅)组成，该第二钝化层的层厚度为约0.1μm至约1μm。
凸模元件60可以按照实施方式由电介质(例如sio2或sin)组成，或者是能导电的(例如铝)。
扩散阻隔层50是能导电的并且必须相对于金属层30、123以及相对于共晶体141是抗扩散的。所述扩散阻隔层还可以由钛、氮化钛、钽、氮化钛和所提到元素的组合和化合物组成。扩散阻隔层50的总层厚度位于约0.05μm-约2μm的数量级中。
钝化层140由电介质组成，所述电解质可以是sio2或氮化硅后者这两种化合物的组合。层厚度位于约0.2μm至约2μm的数量级中。
第二键合元件123的金属层代表asic构件200的最后的金属子层并且优选由铝组成。该金属层的层厚度位于约0.5μm至约2μm的数量级中。
所提出的芯片对芯片接触部的另外的实施变型方案在其他附图中以横截面示出。目标分别是，通过共晶体产生mems元件100的电金属层30与asic元件200的金属层(“最后的金属子层”)的电连接并且最终通过在最后的和倒数第二的金属子层121之间的贯通接触部将所述电连接带到asic功能层120中。
图3的横截面视图相应于图2的那个横截面视图。凸模元件60的横截面由下列顺序的层组成：电钝化层20、第一金属层30、第二钝化层40、凸模元件60和扩散阻隔层50。凸模元件60的材料可以由能导电的材料、例如由铝组成。由此第二钝化层40中的开口41可以位于凸模元件60下方。必须防止锗到凸模元件60中的扩散，因此在凸模元件60由铝组成的情况下设置有闭合的和稳定的扩散阻隔层50。
进行覆盖的扩散阻隔层50的稳定性可能是有问题的。出于该原因可以替代地将扩散阻隔层50划分成两个部分扩散阻隔层50a、50b，如在图4中示出。在此，第一阻隔层50a位于凸模元件60下方并且第二阻隔层50b位于凸模元件60上方。由此锗到凸模元件60中的侵入是可能的，其中，通过在金属层30上的钝化层40的开口中的第一阻隔层50a防止锗到金属层30中的进一步扩散。
即使由于仅少量的锗到凸模元件60的铝中的侵入也使得该凸模元件变得非常软并且倾向于过度压缩。此外，由于第二部分扩散阻隔层50b的突破(einbrechen)/缝隙形成，可能有相对较多的铝参与到共晶化合物中。因此，由破裂的概率分布决定地，铝相对于锗的分量靠近共晶比的设计是困难的。因此，在未在附图中示出的变型方案中，第一部分扩散阻隔层50a也可以直接位于金属层30或金属层30的部分上。
替代地，如在图5有颜色地(farblich)表明的那样，凸模元件60的凸模材料也可以是电介质，例如sio2或sin。没有锗侵入到这些层中，这些层是足够稳定和厚的，使得经由布局不再能够使锗侵入到金属层30中。此外有利的是以下事实，可以使扩散阻隔层50结构化，因为也能够使锗直接沉积在凸模材料上。扩散阻隔层50的该结构化能够实现共晶体141与凸模元件60的更好的机械连接，因为借助共晶体141在扩散阻隔层50上的润湿比在由sio2或sin组成的凸模元件上的润湿更差。在此，通过扩散阻隔层50的电阻限定地沿着凸模元件60的轮廓走向。因为扩散阻隔层50的导电性能和保护层厚度明显小于在铝中的凸模元件60，由此寄生阻抗相比于图3和4的实施方式更高。
为了减小图5的实施方式的电阻，第二钝化层40中的开口41可以在凸模元件60旁边围绕所述凸模元件地构造。由此不再需要结合图4和5阐释的扩散阻隔层50到两个部分扩散阻隔层50a、50b中的划分。
芯片对芯片接触部的可能的变型方案在图7和8中以俯视图示出。矩形形状能够实现，尽可能小型地构造芯片对芯片接触部。在此，芯片对芯片接触部的尺寸尤其遵循凸模元件60的可以位于约5μm和约100μm之间的尺寸。附加地，在设计芯片对芯片接触部时必须考虑，能导电的扩散阻隔层50不超过型廓边缘结构化，而是仅在平面中结构化。
这能够基于以下理由：扩散阻隔层50的沉积相对一致地(konform)进行，然而其中，扩散阻隔层50的结构化关于晶片表面的法线而言非常定向(gerichtet)。对于定向蚀刻，一致的扩散阻隔层50在它的层厚度中显得大于在平面的区域上。由此得出，在平面区域中完全移除扩散阻隔层50，然而在型廓边缘处剩余部保持存在。用于移除这些剩余部的过度蚀刻是不允许的，因为这对传感器性能产生不利影响。
需要在扩散阻隔层50内部的结构化来使芯片对芯片接触部在电方面彼此分隔开，其中，以该方式将金属层30的电导体轨从芯片对芯片接触部中导出。
关于所提到的扩散阻隔层50的结构化的可能的实施方式在图7中示出，该图示出较大的实施方式。在这里，扩散阻隔层50在闭合的金属层30上结构化。扩散阻隔层50的缺口50c的内边缘具有钝化层140的间距保持件加上键合调节填充物的环绕的边缘的尺寸。扩散阻隔层50的缺口50c的宽度限定相对于接地电位的电绝缘，其中，所提到的宽度应位于约1μm和约30μm之间。金属层30相对于扩散阻隔层50的边缘的间距通过平版印刷(lithographie)的调节填充物来限定，由此结果上得出金属层30的长度，该长度最终限定芯片对芯片接触部的最大尺寸a。还看出关于未示出的传感器元件的电供应部30a。
图8示出芯片对芯片接触部的较小的实施方式。在此，利用以下事实，对于压力传感器在衬底10中存在电连接。因此，从芯片对芯片接触部至金属层30的导体轨的电连接通过呈具有si贯通接触部11a的si贯穿引导部11的形式的衬底10构成回路(durchschleifen)。该si贯穿引导部11的寄生阻抗保持在合适(vertretbar)的框架中。为了进一步缩小芯片对芯片接触部，省去钝化层140的用于间隔开mems元件100的间距保持件。该间距保持件对于芯片对芯片接触部而言不再强制需要，因为所述间距保持件被集成到面积方面更大的键合框架中。以该方式，在图8的变型方案中芯片对芯片接触部的共晶体141露出。
在已知的键合框架或芯片对芯片接触部中，金属面30面式地构造。该相对较大的铝面在温度处于共晶键合温度时变软，由此降低钝化层20、金属层30、钝化层40、凸模元件60和阻隔层50组成的mems后端的机械稳定性。由此作用到围住金属层30的钝化层40上的机械负载增大，并且由此针对钝化层40中的裂纹的风险增大。该风险可以通过具有小的线宽的金属层30的网状结构化来抵抗，该线宽如此小，使得所述金属层通过钝化层40的沉积来填充并且由此是没有型廓的。
替代地，为了该目的可以设置在图9中示出的替代的凸模构造。在该替代方案中，移除在凸模元件60中的金属层30并且凸模元件60的层厚度相应地提高，其中，这仅当凸模元件60由电介质组成时是可能的。因为凸模元件60也是键合框架的部分，所以这在那里前后一致地实施。附加地，对于芯片对芯片接触部必须确保在金属层30中的电连接。这可以根据在图6中示出的实施方式实现。
在另外的替代的实施方式中，键合框架可以是电芯片对芯片接触部。为此，可以设置键合框架的具有芯片对芯片接触部的横截面的小的区域，该芯片对芯片接触部优选是关于接地电位的接触部。
图10示出用于制造微机械传感器的原理性方法。
在步骤400中提供传感器元件。
在步骤410中提供具有形状稳定的凸模元件60和布置在该凸模元件上的第一键合元件70的元件100。
在步骤420中提供具有构造在钝化层140中的盆结构和间距保持结构的asic元件200，该盆结构具有布置在其中的第二键合元件123。
在步骤430中，这样实施mems元件100与asic元件200的共晶键合，使得凸模元件60沉入到盆结构中并且借助于间距保持结构提供在mems元件100和asic元件200之间的限定的间距。
虽然前面已参照具体的实施例描述本发明，但本领域技术人员也可以不实现或仅部分地实现公开的实施方式，而不偏离本发明的核心。
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