DE102013208826B4 - Microstructured device and method for producing a microstructured device - Google Patents
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Abstract
Mikrostrukturbauelement (1), insbesondere zum Erfassen von Beschleunigungen und/oder Drehraten, mit einem Schichtaufbau, umfassend eine erste Substratschicht (110) mit einer Haupterstreckungsebene (500) und eine in einer ersten Funktionsschicht ausgebildeten ersten Bauelementstruktur (120), wobei die erste Bauelementstruktur (120) mit der ersten Substratschicht (110) verbunden ist, wobei die erste Bauelementstruktur (120) mindestens ein erstes auslenkbares Element (130) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in eine zur Haupterstreckungsebene (500) senkrechte Stapelrichtung (503) über der ersten Bauelementstruktur (120) eine in einer zweiten Funktionsschicht ausgebildete zweite Bauelementstruktur (220) und eine mit der zweiten Bauelementstruktur (220) verbundene zweite Substratschicht (210) angeordnet sind, wobei die zweite Bauelementstruktur (220) mindestens ein zweites auslenkbares Element (230) aufweist, wobei die zweite Bauelementstruktur (220) mit der ersten Bauelementstruktur (120) verbunden ist, wobei die erste Bauelementstruktur (120) eine parallel zur Haupterstreckungsebene (500) auslenkbare erste Inertialmasse (150) aufweist, wobei das erste auslenkbare Element (130) ein mit der ersten Inertialmasse (150) gekoppeltes erstes Federelement (130) ist, wobei das zweite auslenkbare Element (230) ein mit einem Ankerelement (210', 210") gekoppeltes zweites Federelement ist, wobei das erste auslenkbare Element (130) über eine erste Bondfläche (410) und eine zweite Bondfläche (430) mit dem zweiten auslenkbaren Element (230) gekoppelt ist, wobei das zweite auslenkbare Element (230) bezüglich eines Symmetriepunkts (401) spiegelsymmetrisch zum ersten auslenkbaren Element (130) ausgebildet ist, wobei der Symmetriepunkt (401) in einer zwischen dem ersten und zweiten auslenkbaren Element (130, 230) angeordneten Ebene (400) liegt, die parallel zur Haupterstreckungsebene (500) verläuft.Microstructure component (1), in particular for detecting accelerations and/or yaw rates, with a layered structure, comprising a first substrate layer (110) with a main extension plane (500) and a first component structure (120) formed in a first functional layer, the first component structure ( 120) is connected to the first substrate layer (110), the first component structure (120) having at least one first deflectable element (130), characterized in that in a direction perpendicular to the main extension plane (500) (503) above the first component structure ( 120) a second component structure (220) formed in a second functional layer and a second substrate layer (210) connected to the second component structure (220) are arranged, the second component structure (220) having at least one second deflectable element (230), the second component structure (220) with the first component structure (12 0), wherein the first component structure (120) has a first inertial mass (150) that can be deflected parallel to the main extension plane (500), wherein the first deflectable element (130) is a first spring element (130) coupled to the first inertial mass (150). , wherein the second deflectable element (230) is a second spring element coupled to an anchor element (210', 210"), the first deflectable element (130) being connected via a first bonding surface (410) and a second bonding surface (430) to the second deflectable element (230), the second deflectable element (230) being mirror-symmetrical to the first deflectable element (130) with respect to a point of symmetry (401), the point of symmetry (401) being in a position between the first and second deflectable element (130 , 230) arranged level (400) which runs parallel to the main extension plane (500).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Mikrostrukturbauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a microstructure component according to the preamble of
Solche Mikrostrukturbauelemente sind allgemein bekannt. Beispielsweise sind mikromechanische Inertialsensoren bekannt, welche aus einer oder mehreren Inertialmassen bestehen und zum Erfassen von Beschleunigungen und/oder Drehraten konfiguriert sind. Die Inertialmassen sind beispielsweise entlang einer Schwingungsrichtung auslenkbar und werden von einer Antriebsanordnung zu einer Antriebsschwingung angeregt. Üblicherweise werden die mikromechanischen Inertialsensoren mittels reaktivem lonentiefenätzen hergestellt. In diesem Ätzverfahren werden parallel, d.h. zur gleichen Zeit, eine Vielzahl von Sensoren auf einem Wafer hergestellt. Jedoch bedingt sich an diesem Strukturierungsverfahren, dass Prozessvariationen über dem Wafer zu Störungen des Sensors führen. Diese Variationen sind hauptsächlich durch den Aufbau der Strukturierungsanlagen bedingt und die resultierende Störung der Eigenschwingung der Inertialmassen aus einer Schwingungsebene heraus wird als Quadratur bezeichnet. Besonders Nachteilig an der Quadratur ist, dass dabei störungsbehaftete Detektionssignale erzeugt werden.Such microstructure components are generally known. For example, micromechanical inertial sensors are known, which consist of one or more inertial masses and are configured to detect accelerations and/or yaw rates. The inertial masses can be deflected along a vibration direction, for example, and are excited by a drive arrangement to cause a drive vibration. The micromechanical inertial sensors are usually manufactured by means of deep reactive ion etching. In this etching process, a large number of sensors are produced in parallel, i.e. at the same time, on one wafer. However, this structuring process means that process variations across the wafer lead to sensor malfunctions. These variations are mainly due to the structure of the structuring systems and the resulting disturbance of the natural oscillation of the inertial masses from an oscillation plane is called quadrature. A particular disadvantage of quadrature is that it generates detection signals that are subject to interference.
Zur Quadraturkompensation werden gemäß dem Stand der Technik aufwändige und einen vergleichsweise großen Bauraum in Anspruch nehmende integrierte Schaltkreise in den bekannten Inertialsensoren untergebracht. Dadurch ist die Herstellung der bekannten Mikrostrukturbauelemente kompliziert und teuer, sowie die Leistungsfähigkeit und Robustheit der Inertialsensoren eingeschränkt.For quadrature compensation, according to the prior art, complex integrated circuits that take up a comparatively large amount of space are accommodated in the known inertial sensors. As a result, the production of the known microstructure components is complicated and expensive, and the performance and robustness of the inertial sensors are limited.
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikrostrukturbauelement und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturbauelements, insbesondere zum Erfassen von Beschleunigungen und/oder Drehraten, bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen, wobei ein Mikrostrukturbauelement mit einer geringeren Baugröße sowie geringerer Empfindlichkeit gegenüber Störschwingungen zur Verfügung gestellt wird.It is therefore an object of the present invention to provide a microstructure component and an improved method for producing a microstructure component, in particular for detecting accelerations and/or yaw rates, which do not have the disadvantages of the prior art, with a microstructure component having a smaller overall size and lower Sensitivity to spurious vibrations is provided.
Das erfindungsgemäße Mikrostrukturbauelement und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturbauelements gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein Mikrostrukturbauelement, insbesondere aufweisend eine Topographie für Inertialsensoren, bereitgestellt wird, welches unabhängig von der Position des Mikrostrukturbauelements auf einem Wafer eine Bauelementstruktur aufweist, welche weitgehend symmetrisch bezüglich einer Spiegelung an einer Ebene parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Mikrostrukturbauelements ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Quadraturkompensation bzw. die Quadratur wird weitgehend reduziert, sodass günstigere Mikrostrukturbauelemente mit zugleich geringer Baugröße bereitgestellt werden. Bevorzugt wird die erste Substratschicht und die erste Bauelementstruktur aus einem ersten Wafer, insbesondere einem ersten Siliziumwafer, ausgebildet und die zweite Bauelementstruktur aus einem zweiten Wafer, insbesondere einem zweiten Siliziumwafer, ausgebildet. Weiterhin ist das erste auslenkbare Element ein erstes Federmittel, insbesondere ein Federmittel eines Inertialsensors, welches entlang einer Schwingungsrichtung zu einer Antriebsschwingung antreibbar ist. Weiterhin weist die erste Bauelementstruktur eine mit dem ersten Federmittel gekoppelte Inertialmasse auf, welche insbesondere durch die Kopplung mit dem ersten Federmittel entlang der Schwingungsrichtung ebenfalls zu der Antriebsschwingung antreibbar ist, wobei die Schwingungsrichtung parallel zu einer Haupterstreckungsebene eines die Substratschicht aufweisenden Substrats angeordnet ist. Dabei ist die Stapelrichtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Substrats angeordnet. Weiterhin weist das Mikrostrukturbauelement eine zweite Substratschicht mit einer weiteren Haupterstreckungsebene auf, wobei die zweite Substratschicht insbesondere aus dem zweiten Wafer ausgebildet wird. Die zweite Bauelementstruktur ist in Stapelrichtung über der ersten Bauelementstruktur angeordnet, was bedeutet, dass die Haupterstreckungsebene des ersten Substrats und die zweite Haupterstreckungsebene des zweiten Substrats parallel zueinander angeordnet sind. Eine von dem ersten Substrat in Richtung der ersten Bauelementstruktur senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufende Richtung wird als erste Orientierungsrichtung und eine von dem zweiten Substrat in Richtung der zweiten Bauelementstruktur senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufende Richtung wird als zweite Orientierungsrichtung bezeichnet. Dabei ist die erste Orientierungsrichtung parallel zur Stapelrichtung und die zweite Orientierungsrichtung antiparallel - d.h. entgegengesetzt - zur Stapelrichtung angeordnet oder umgekehrt. Weiterhin bedeutet die Anordnung der ersten Bauelementstruktur über der zweiten Bauelementstruktur auch, dass die erste Orientierungsrichtung parallel und entgegengesetzt zur zweiten Orientierungsrichtung angeordnet ist und dass die erste Bauelementstruktur und die zweite Bauelementstruktur direkt übereinander - d.h. ohne zwischenliegende Bauelemente oder Strukturen - angeordnet sind. Hierdurch wird insbesondere der Vorteil einer hohen Integrationsdichte der Bauelementstrukturen in dem Mikrostrukturbauelement erzielt. Dabei wird die zwischen den Bauelementstrukturen angeordnete - zur Haupterstreckungsebene und zur weiteren Haupterstreckungsebene parallele - Ebene als Verbindungsebene oder Bondverbindungsebene bezeichnet. Insbesondere ist die Funktionsschicht eine Siliziumschicht eines Siliziumwafers. Bevorzugt weisen die erste Bauelementstruktur und die zweite Bauelementstruktur in Stapelrichtung dieselbe Ausdehnung auf.The microstructure component according to the invention and the method according to the invention for producing a microstructure component according to the independent claims have the advantage over the prior art that a microstructure component, in particular having a topography for inertial sensors, is provided which has a component structure independently of the position of the microstructure component on a wafer has, which is largely symmetrical with respect to a reflection on a plane parallel to a main extension plane of the microstructure component. As a result, there is no need for quadrature compensation or the quadrature is largely reduced, so that more economical microstructure components which are also small in size are provided. The first substrate layer and the first component structure are preferably formed from a first wafer, in particular a first silicon wafer, and the second component structure is formed from a second wafer, in particular a second silicon wafer. Furthermore, the first deflectable element is a first spring means, in particular a spring means of an inertial sensor, which can be driven along a vibration direction to produce a drive vibration. Furthermore, the first component structure has an inertial mass which is coupled to the first spring means and which, in particular due to the coupling to the first spring means, can also be driven along the vibration direction to produce the drive vibration, the vibration direction being arranged parallel to a main plane of extension of a substrate having the substrate layer. In this case, the stacking direction is arranged perpendicularly to the main direction of extension of the substrate. Furthermore, the microstructure component has a second substrate layer with a further main extension plane, the second substrate layer being formed in particular from the second wafer. The second component structure is arranged above the first component structure in the stacking direction, which means that the main plane of extension of the first substrate and the second main plane of extension of the second substrate are arranged parallel to one another. A direction running from the first substrate in the direction of the first component structure perpendicular to the main plane of extension is referred to as the first orientation direction and a direction running from the second substrate in the direction of the second component structure perpendicular to the main plane of extension is referred to as the second orientation direction. The first direction of orientation is parallel to the direction of stacking and the second direction of orientation is antiparallel—ie opposite—to the direction of stacking direction or vice versa. Furthermore, the arrangement of the first component structure above the second component structure also means that the first orientation direction is arranged parallel and opposite to the second orientation direction and that the first component structure and the second component structure are arranged directly one above the other—ie without intermediate components or structures. In this way, in particular, the advantage of a high integration density of the component structures in the microstructure component is achieved. The plane arranged between the component structures—parallel to the main extension plane and to the further main extension plane—is referred to as the connection plane or bond connection plane. In particular, the functional layer is a silicon layer of a silicon wafer. The first component structure and the second component structure preferably have the same extent in the stacking direction.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste auslenkbare Element undr das zweite auslenkbare Element parallel zu einer Haupterstreckungsebene der ersten Substratschicht auslenkbar sind, wobei das erste auslenkbare Element und das zweite auslenkbare Element in parallele Schwingungsrichtungen auslenkbar sind. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, auf einer kleineren Chipfläche mehrere Drehraten erfassen zu können, als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung der Inertialsensoren parallel zur Bondverbindungsebene nebeneinander.The invention provides that the first deflectable element and the second deflectable element can be deflected parallel to a main extension plane of the first substrate layer, the first deflectable element and the second deflectable element being deflectable in parallel vibration directions. In this way, it is advantageously possible to be able to detect a plurality of yaw rates on a smaller chip area than in the case of the arrangement of the inertial sensors parallel to the bonding plane next to one another, which is known from the prior art.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Bauelementstruktur eine parallel zur Haupterstreckungsebene, insbesondere entlang der Schwingungsrichtung, auslenkbare erste Inertialmasse aufweist, wobei das erste auslenkbare Element ein, insbesondere über eine erste Endverbindung, mit der ersten Inertialmasse gekoppeltes erstes Federelement ist, wobei das zweite auslenkbare Element ein, insbesondere über eine zweite Endverbindung, mit einem Ankerelement gekoppeltes zweites Federelement ist, wobei das erste auslenkbare Element mit dem zweiten auslenkbaren Element gekoppelt ist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass eine zweischichtige Federelementeinheit aus dem ersten Federelement und dem zweiten Federelement bereitgestellt wird, wobei die aus den zwei Schichtebenen aufgebaute Federelementeinheit drei, vier oder mehr, insbesondere sich entlang einer parallel zur Bondverbindungsebene verlaufenden Geraden überkreuzenden, Bondverbindungsflächen miteinander verbunden sind. Insbesondere weisen die Federelemente jeweils Stege auf, welche über Stegverbindungen miteinander, insbesondere an gegenüberliegenden Seiten entlang einer Haupterstreckungsrichtung der Stege verbunden sind. Insbesondere sind die Stege verglichen mit den Stegverbindungen jeweils länger ausgebildet und weisen eine geringere Federsteifigkeit auf - d.h. die Stege sind flexibler als die Stegverbindungen. Insbesondere sind die Bondflächen an den Stegverbindungen angeordnet. Durch die Kopplung der beiden Federelemente zu einer Federelementeinheit ist es vorteilhaft möglich, den aus der Strukturierung mittels reaktiven lonentrockenätzverfahren (DRIE-Strukturieren) resultierenden Parallaxenfehler bzw. Asymmetrien und die damit verbundene Quadratur zu kompensieren und somit ein quadraturfreies Mikrostrukturbauelement bereitzustellen. Gleichzeitig weist die in der beschriebenen Weise geschichtete, mittels Verbindung der beiden Federelemente erzeugte Federelementeinheit, parallel zu den zur Schwingungsebene senkrechten Orientierungsrichtungen eine höhere Federsteifigkeit auf, was die Anregung unerwünschter Schwingungsmoden unterdrückt und die Quadratur weiter reduziert.According to the invention, it is provided that the first component structure has a first inertial mass that can be deflected parallel to the main extension plane, in particular along the direction of oscillation, the first deflectable element being a first spring element coupled to the first inertial mass, in particular via a first end connection, with the second deflectable element is a second spring element coupled to an anchor element, in particular via a second end connection, the first deflectable element being coupled to the second deflectable element. In this way, it is advantageously possible for a two-layer spring element unit made up of the first spring element and the second spring element to be provided, with the spring element unit made up of the two layer levels being connected to one another by three, four or more bond connection surfaces which in particular intersect along a straight line running parallel to the bond connection plane . In particular, the spring elements each have webs which are connected to one another via web connections, in particular on opposite sides along a main extension direction of the webs. In particular, the webs are each longer than the web connections and have a lower spring stiffness - i.e. the webs are more flexible than the web connections. In particular, the bonding surfaces are arranged on the web connections. By coupling the two spring elements to form a spring element unit, it is advantageously possible to compensate for the parallax errors or asymmetries resulting from the structuring using reactive ion dry etching methods (DRIE structuring) and the associated quadrature, and thus to provide a quadrature-free microstructure component. At the same time, the spring element unit layered in the manner described and produced by connecting the two spring elements has a higher spring stiffness parallel to the orientation directions perpendicular to the vibration plane, which suppresses the excitation of undesired vibration modes and further reduces the quadrature.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste auslenkbare Element über eine erste Bondfläche und eine zweite Bondfläche mit dem zweiten auslenkbaren Element gekoppelt ist, wobei insbesondere die erste Bondfläche und die zweite Bondfläche entlang der Schwingungsrichtung an gegenüberliegenden Endverbindungen, insbesondere versetzt, angeordnet sind. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass die Anregung unerwünschter Schwingungsmoden unterdrückt und die Quadratur weiter reduziert wird.According to the invention, the first deflectable element is coupled to the second deflectable element via a first bonding surface and a second bonding surface, with the first bonding surface and the second bonding surface in particular being arranged on opposite end connections, in particular offset, along the vibration direction. As a result, it is advantageously possible for the excitation of undesired oscillation modes to be suppressed and for the quadrature to be further reduced.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Funktionsschicht eine erste Kaverne aufweist, wobei die zweite Funktionsschicht eine zweite Kaverne aufweist, wobei über der zweiten Bauelementstruktur eine in einer dritten Funktionsschicht ausgebildete Kappe mit einer dritten Kaverne angeordnet ist, wobei die erste Kaverne, die zweite Kaverne und die dritte Kaverne zu einem die erste Bauelementstruktur und die zweite Bauelementstruktur umgebenden, insbesondere hermetisch abgedichteten, Hohlraum ausgebildet sind. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, ein Vakuum in dem Hohlraum zu erzeugen ist, wodurch die Messgenauigkeit einer gemessenen Drehrate durch den Inertialsensor erhöht und eine hohe Güte des Mikrobauelements sichergestellt wird.According to a preferred development, it is provided that the first functional layer has a first cavity, the second functional layer having a second cavity, a cap formed in a third functional layer having a third cavity being arranged over the second component structure, the first cavity, the second cavity and the third cavity are formed into a cavity surrounding, in particular hermetically sealed, the first component structure and the second component structure. As a result, it is advantageously possible to generate a vacuum in the cavity, as a result of which the measurement accuracy of a measured yaw rate by the inertial sensor is increased and a high quality of the microcomponent is ensured.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im ersten Herstellungsschritt das erste auslenkbare Element entlang einer Schwingungsrichtung auslenkbar angeordnet wird, wobei im zweiten Herstellungsschritt das zweite auslenkbare Element entlang einer weiteren Schwingungsrichtung auslenkbar angeordnet wird, wobei im dritten Herstellungsschritt die zweite Bauelementstruktur über der ersten Bauelementstruktur derart angeordnet wird, dass die Schwingungsrichtung parallel oder senkrecht zur weiteren Schwingungsrichtung verläuft. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, auf einer kleineren Chipfläche mehrere Drehraten erfassen zu können, als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung der Inertialsensoren parallel zur Bondverbindungsebene nebeneinander.According to a preferred development of the method according to the invention, it is provided that in the first production step the first deflectable element is arranged so that it can be deflected along a vibration direction, with the second step In the third manufacturing step, the second component structure is arranged over the first component structure in such a way that the direction of vibration runs parallel or perpendicular to the further direction of vibration. In this way, it is advantageously possible to be able to detect a plurality of yaw rates on a smaller chip area than in the case of the arrangement of the inertial sensors parallel to the bonding plane next to one another, which is known from the prior art.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass aus der ersten Bauelementstruktur eine entlang der Schwingungsrichtung auslenkbare erste Inertialmasse ausgebildet wird, wobei das erste auslenkbare Element, insbesondere über eine erste Endverbindung, mit der ersten Inertialmasse gekoppelt wird, wobei das zweite auslenkbare Element, insbesondere über eine zweite Endverbindung, mit einem Ankerelement gekoppelt wird, wobei das erste auslenkbare Element mit dem zweiten auslenkbaren Element, insbesondere im Bereich der beiden Endverbindungen miteinander gekoppelt werden. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass die Anregung unerwünschter Schwingungsmoden unterdrückt und die Quadratur weiter reduziert wird.According to the invention, it is provided that a first inertial mass that can be deflected along the vibration direction is formed from the first component structure, with the first deflectable element being coupled to the first inertial mass, in particular via a first end connection, with the second deflectable element being coupled, in particular via a second end connection, is coupled to an anchor element, the first deflectable element being coupled to the second deflectable element, in particular in the region of the two end connections. As a result, it is advantageously possible for the excitation of undesired oscillation modes to be suppressed and for the quadrature to be further reduced.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste auslenkbare Element über eine erste Bondfläche und eine zweite Bondfläche mit dem zweiten auslenkbaren Element gekoppelt wird, wobei insbesondere die erste Bondfläche und die zweite Bondfläche entlang der Schwingungsrichtung an gegenüberliegenden Endverbindungen, insbesondere versetzt, angeordnet werden. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass das Mikrostrukturbauelement keine oder eine wesentlich verringerte Quadratur aufweist.The invention provides that the first deflectable element is coupled to the second deflectable element via a first bonding surface and a second bonding surface, with the first bonding surface and the second bonding surface in particular being arranged on opposite end connections, in particular offset, along the vibration direction. As a result, it is advantageously possible for the microstructure component to have no or a significantly reduced quadrature.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the present invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Figurenlistecharacter list
Es zeigen
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1 schematisch ein beispielhaftes Mikrostrukturbauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
2 und3 schematisch beispielhafte Bauelementstrukturen eines Mikrostrukturbauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
4 schematisch einen beispielhaften Aufbau einer Strukturierungsanlage, -
5 beispielhaft einen Herstellungsschritt zur Herstellung eines Mikrostrukturbauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 schematically an exemplary microstructure device according to an embodiment of the present invention, -
2 and3 schematically exemplary component structures of a microstructure component according to an embodiment of the present invention, -
4 schematically an exemplary structure of a structuring system, -
5 exemplarily a manufacturing step for manufacturing a microstructure component according to an embodiment of the present invention.
Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference symbols and are therefore usually named or mentioned only once.
Die zweite Bauelementstruktur 220 weist gemäß einer alternativen Ausführungsform insbesondere eine zweite Inertialmasse 250 auf, welche beispielsweise mittels eines optionalen Verbindungsmittels 450 mit der ersten Inertialmasse zu einer zweischichtigen Inertialmasseneinheit 150, 250 verbunden ist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass bei einem als Drehratensensor ausgebildeten Mikrostrukturbauelement eine größere Corioliskraft pro Flächeneinheit erzielt wird - verglichen mit nur einer angeordneten Inertialmasse 150 bzw. 250.According to an alternative embodiment, the
Die zweite Bauelementstruktur 220 ist gemäß einer alternativen Ausführungsform insbesondere derart über der ersten Bauelementstruktur 220 angeordnet, dass die Schwingungsrichtung der ersten Antriebsschwingung der ersten Inertialmasse 150 senkrecht zu einer weiteren Schwingungsrichtung der zweiten Inertialmasse 250 verläuft. Hierbei sind die beiden Inertialmassen 150, 250 nicht miteinander mittels des Verbindungsmittels 450 verbunden. Durch die Realisierung zweier senkrecht zueinander schwingfähigen Inertialmassen 150, 250 ist es beispielsweise vorteilhaft möglich, die Integrationsdichte der Bauelementstrukturen 110, 120 in dem Mikrostrukturbauelement 1 zu erhöhen und somit ein Mikrostrukturbauelement 1 mit einer geringeren Baugröße bereitzustellen. Somit können insbesondere auf einer Chipfläche mehrere, insbesondere zwei, Drehraten detektiert werden, wobei die Chipfläche kleiner ist als bei parallel zur Haupterstreckungsebene 500 nebeneinander angeordneten Drehratensensoren. Bevorzugt sind die beiden Bauelementstrukturen 110, 120 innerhalb eines einzigen aus jeweils einer Kaverne 140, bzw. 240, der beiden Wafer 100, bzw. 200, gebildeten ersten Hohlraum 140, 240 angeordnet, welcher insbesondere ein Vakuum aufweist.According to an alternative embodiment, the
In Z-Richtung 503 oberhalb der zweiten Bauelementstruktur 220 ist insbesondere eine zweite Isolationsschicht 270 und/oder eine weitere zweite Isolationsschicht 270' angeordnet, wobei insbesondere zwischen der ersten und weiteren zweiten Isolationsschicht 270, 270' eine Deckelelektrode 260 angeordnet ist, welche insbesondere Zuleitungen zu Detektionselektroden zur Detektion einer Detektionsschwingung der ersten Inertialmasse 150 oder der zweiten Inertialmasse 250 oder Inertialmasseneinheit 150, 250 konfiguriert ist. Weiterhin ist in Z-Richtung oberhalb der weiteren zweiten Isolationsschicht 270' und/oder zweiten Bauelementstruktur 220 eine zweite Substratschicht 210 des zweiten Wafers 200 angeordnet, wobei die zweite Substratschicht 210 eine weitere Haupterstreckungsebene parallel zur Haupterstreckungsebene 500 der ersten Substratschicht 110 aufweist. Insbesondere ist eine die zweite Substratschicht, die weitere Isolationsschicht 270', die Deckelelektroden 260 und/oder die Isolationsschicht 270 durchtrennende Öffnung 240' angeordnet, welche dazu konfiguriert ist, eine Opferschichtätzung nach dem Bonden bzw. Verbinden des zweiten Wafers 200 mit dem ersten Wafers 100 zu ermöglichen, wobei die Öffnung 240' weiterhin als Evakuationsloch zur Erzeugung eines Vakuums in einem durch eine erste Kaverne 140 des ersten Wafers 100 und eine zweite Kaverne des zweiten Wafers erzeugten ersten Hohlraum 140, 240 konfiguriert ist. Weiterhin ist in Z-Richtung 503 oberhalb der zweiten Substratschicht 210 eine aus dem dritten Wafer 300 ausgebildete Kappe 310 oder eine dritte Substratschicht 310 angeordnet, welche mittels Kappenverbindungsmittel 330 oder Substratverbindungsmittel 330 auf der zweiten Substratschicht 210 befestigt oder gebondet ist. Insbesondere ist in Z-Richtung 503 neben der Kappe 310 oder dritten Funktionsschicht 310 ein mit der Deckelelektrode 260 und/oder Bodenelektrode 160 in elektrisch leitfähigem Kontakt stehendes Kontaktierungsmittel 261 angeordnet. Weiterhin bevorzugt weist die Kappe 310 ein Gettermaterial 320 zur Evakuierung bzw. Erzeugung eines Vakuums eines durch die erste Kaverne 140, zweite Kaverne 240 und/oder eine dritte Kaverne 340 des dritten Wafers 300 gebildeten, insbesondere hermetisch abgedichteten, Hohlraum 140, 240, 340 auf. Bevorzugt ist die erste Bauelementstruktur 120 und die zweite Bauelementstruktur 220 in dem Hohlraum 140, 240, 340 angeordnet. Insbesondere ist die Öffnung 240' derart angeordnet, dass der erste Hohlraum 140, 240 über die Öffnung 240' mit der dritten Kaverne 340 verbunden wird.A
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