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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der
WO 2015/120939 A1 bekannt. Ist ein bestimmter Innendruck in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements gewünscht oder soll ein Gasgemisch mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung in der Kaverne eingeschlossen sein, so wird der Innendruck oder die chemische Zusammensetzung häufig beim Verkappen des mikromechanischen Bauelements bzw. beim Bondvorgang zwischen einem Substratwafer und einem Kappenwafer eingestellt. Beim Verkappen wird beispielsweise eine Kappe mit einem Substrat verbunden wodurch die Kappe und das Substrat gemeinsam die Kaverne umschließen. Durch Einstellen der Atmosphäre bzw. des Drucks und/oder der chemischen Zusammensetzung des beim Verkappen in der Umgebung vorliegenden Gasgemischs, kann somit der bestimmte Innendruck und/oder die bestimmte chemische Zusammensetzung in der Kaverne eingestellt werden.
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Mit dem aus der
WO 2015/120939 A1 bekannten Verfahren kann gezielt ein Innendruck in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements eingestellt werden. Mit diesem Verfahren ist es insbesondere möglich ein mikromechanisches Bauelement mit einer ersten Kaverne herzustellen, wobei in der ersten Kaverne ein erster Druck und eine erste chemische Zusammensetzung eingestellt werden kann, der bzw. die sich von einem zweiten Druck und einer zweiten chemischen Zusammensetzung zum Zeitpunkt des Verkappens unterscheiden.
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Bei dem Verfahren zum gezielten Einstellen eines Innendrucks in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements gemäß der
WO 2015/120939 A1 wird in der Kappe bzw. in dem Kappenwafer oder in dem Substrat bzw. in dem Sensorwafer ein schmaler Zugangskanal zu der Kaverne erzeugt. Anschließend wird die Kaverne mit dem gewünschten Gas und dem gewünschten Innendruck über den Zugangskanal geflutet. Schließlich wird der Bereich um den Zugangskanal lokal mithilfe eines Lasers erhitzt, das Substratmaterial verflüssigt sich lokal und verschließt beim Erstarren den Zugangskanal hermetisch.
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Die Güte von Drehratensensoren hängt äußerst empfindlich von dem Kaverneninnendruck ab. Ferner ist für eine hohe Offsetperformance von Drehratensensoren über ihre Lebensdauer eine möglichst stabile Güte nötig, da eine Abweichung der Güte von dem Wert, der beim Abgleich in die Abgleichparameter eingeflossen ist, zu einem Offset des Drehratensensors führt. Um eine möglichst hohe und stabile Güte über die Lebenszeit der Drehratensensoren zu erreichen, ist es daher essenziell, den Innendruck der Drehratensensorkaverne über die Lebensdauer der Drehratensensoren zu stabilisieren bzw. konstant zu halten. Bei Drehratensensoren mit hoher Güte (d.h. geringem Kaverneninnendruck) ist häufig nach HT Lagerungen (Lagerungszeiträume mit vergleichsweise hoher Temperatur) ein Anstieg des Innendrucks zu beobachten, der beispielsweise durch Ausgasungen bzw. durch Gasdiffusion in die Kaverne entsteht.
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Weitere Verfahren zum gezielten Einstellen eines Innendrucks in einer Kaverne eines mikromechanischen Bauelements sind aus
US 8,546,928 B2 ,
US 2015/0158720 A1 und
US 8,513,747 B1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines gegenüber dem Stand der Technik mechanisch robusten sowie eine lange Lebensdauer aufweisenden mikromechanischen Bauelements auf gegenüber dem Stand der Technik einfache und kostengünstige Weise bereitzustellen. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik kompaktes, mechanisch robustes und eine lange Lebensdauer aufweisendes mikromechanisches Bauelement bereitzustellen. Erfindungsgemäß gilt dies insbesondere für ein mikromechanisches Bauelement mit einer (ersten) Kaverne. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelement ist es ferner auch möglich ein mikromechanisches Bauelement zu realisieren bei dem in der ersten Kaverne ein erster Druck und eine erste chemische Zusammensetzung eingestellt werden kann und in einer zweiten Kaverne ein zweiter Druck und eine zweite chemische Zusammensetzung eingestellt werden kann. Beispielsweise ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Bauelementen vorgesehen, für die es vorteilhaft ist, wenn in einer ersten Kaverne ein erster Druck und in einer zweiten Kaverne ein zweiter Druck eingeschlossen ist, wobei sich der erste Druck von dem zweiten Druck unterscheiden soll. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine erste Sensoreinheit zur Drehratenmessung und eine zweite Sensoreinheit zur Beschleunigungsmessung in einem mikromechanischen Bauelement integriert werden sollen. Beispielsweise sind hierbei die erste Kaverne und die zweite Kaverne lediglich durch einen Bondsteg voneinander getrennt. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Hohe Güte über die Lebenszeit des mikromechanischen Bauelements zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
in einem vierten Verfahrensschritt ein Getter-Material zum weiteren Einstellen des ersten Drucks und/oder der ersten chemischen Zusammensetzung auf einer der ersten Kaverne zugewandten ersten Oberfläche des Substrats und/oder auf einer der ersten Kaverne zugewandten zweiten Oberfläche der Kappe abgeschieden oder aufgewachsen wird.
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Hierdurch wird auf einfache und kostengünstige Weise ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements bereitgestellt, mit dem der erste Druck in der ersten Kaverne, insbesondere wenn die erste Kaverne eine Drehratensensorkaverne ist, über die Lebensdauer im Wesentlichen konstant gehalten bzw. stabilisiert werden kann bzw. mit dem der erste Druck nach einem provisorischen Einstellen des ersten Drucks weiter reduziert werden kann. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass geringe Gasmengen, die aus den Materialien innerhalb der ersten Kaverne über die Lebenszeit ausgasen oder die durch Gasdiffusion, beispielsweise durch das Substrat oder durch die Kappe oder durch einen Bondrahmen oder Bondsteg zwischen der ersten Kaverne und der zweiten Kaverne, in die erste Kaverne gelangen durch das Getter-Material bzw. durch das zusätzlich in die Kaverne eingebrachte Material gebunden werden.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass aufgrund des Durchführens des ersten Verfahrensschritts, des zweiten Verfahrensschritts und des dritten Verfahrensschritts von dem Getter-Material nur geringe Mengen an Gas aufgenommen werden müssen und somit die Aufnahmefähigkeit des verwendeten Materials bzw. Getter-Materials im Vergleich zum Stand der Technik gering sein kann. Dies wird mit anderen Worten insbesondere dadurch erreicht, dass der initiale Innendruck der ersten Kaverne während des ersten, zweiten und dritten Verfahrensschritts und nicht über das Getter-Material eingestellt wird und durch das Getter-Material nur über Lebenszeit in der Kaverne zusätzliche auftretende Gasmengen gegettert werden um auf diese Weise den Innendruck über Lebenszeit zu stabilisieren.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff Getter ein chemisch reaktives Material, das dazu dient, ein Vakuum möglichst lange zu erhalten zu verstehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Getter-Material Teil eines Getters ist bzw. dass in der ersten Kaverne ein das Getter-Material umfassender Getter angeordnet ist. Beispielsweise gehen an der Oberfläche des Getters bzw. des Getter-Materials Gasmoleküle mit den Atomen des Getter-Materials eine direkte chemische Verbindung ein. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch vorgesehen, dass die Gasmoleküle durch Sorption an dem Getter-Material festgehalten werden. Auf diese Weise werden die Gasmoleküle in oder an der Oberfläche des Getter-Materials „eingefangen“. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist zwischen einem aktivierten Getter und einem inaktivierten Getter zu unterscheiden, wobei der aktivierte Getter im Vergleich zu dem inaktivierten Getter eine höhere Einfangrate aufweist. Unter Einfangrate ist hierbei beispielsweise eine Anzahl von in oder an der Oberfläche des Getter-Materials eingefangener Gasmolekülen pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, zu verstehen. Des Weiteren ist gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen einem reversiblen Getter und einem irreversiblen Getter zu unterscheiden. Hierbei umfasst erfindungsgemäß ein reversibler Getter zumindest teilweise bzw. überwiegend reversibles Getter-Material und ein irreversibler Getter zumindest teilweise bzw. überwiegend irreversibles Getter-Material. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch vorgesehen, dass sowohl ein reversibler Getter als auch ein irreversibler Getter jeweils zumindest teilweise reversibles Getter-Material und zumindest teilweise irreversibles Getter-Material umfassen. Erfindungsgemäß ist unter einem reversiblen Getter-Material ein Getter-Material zu verstehen, welches an einem ersten Zeitpunkt bzw. während einer ersten Zeitdauer Gasmoleküle in oder an der Oberfläche des Getter-Materials im Wesentlichen einfängt bzw. aufnimmt und zu einem zweiten Zeitpunkt bzw. während einer zweiten Zeitdauer eingefangene Gasmoleküle aus oder von der Oberfläche des Getter-Materials im Wesentlichen wieder loslässt bzw. abgibt. Erfindungsgemäß ist „im Wesentlichen einfangen bzw. aufnehmen“ beispielsweise so zu verstehen, dass die Einfangrate größer als eine Abgaberate ist bzw. dass eine erste Summe aus Adsorptionsrate und Absorptionsrate größer als eine Desorptionsrate ist. Erfindungsgemäß ist „im Wesentlichen loslassen bzw. abgeben“ beispielsweise so zu verstehen, dass die Einfangrate kleiner als die Abgaberate ist bzw. dass die erste Summe kleiner als die Desorptionsrate ist. Unter Adsorptionsrate ist hierbei beispielsweise eine Anzahl von an der Oberfläche des Getter-Materials eingefangenen Gasmolekülen pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, zu verstehen. Unter Absorptionsrate ist hierbei beispielsweise eine Anzahl von in der Oberfläche des Getter-Materials bzw. im Volumen des Getter-Materials eingefangener Gasmolekülen pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, zu verstehen. Unter Abgaberate bzw. Desorptionsrate ist hierbei beispielsweise eine Anzahl von aus oder von der Oberfläche des Getter-Materials losgelassenen bzw. abgegebenen Gasmolekülen pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, zu verstehen. Erfindungsgemäß ist ein reversibler Getter im Wesentlichen regenerierbar bzw. in einen Ausgangszustand mit hoher Absorptionsbereitschaft und/oder Adsorptionsbereitschaft versetzbar. Erfindungsgemäß ist unter Absorptionsbereitschaft bzw. Adsorptionsbereitschaft das Bereitstellen einer hohen Absorptionsrate bzw. Adsorptionsrate bei Vorhandensein entsprechender Gasmoleküle zu verstehen.
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Erfindungsgemäß bevorzugt ist unter einem Partikel ein Atom oder eine Ansammlung von Atomen, wie beispielsweise ein Molekül oder mehrere Moleküle, zu verstehen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung befindet sich das Partikel in einem gasförmigen, flüssigen oder festen Aggregatzustand bzw. ist Teil einer gasförmigen, flüssigen oder festen Phase und umfasst zumindest eine Phasengrenzfläche zu seiner Umgebung. Insbesondere ist erfindungsgemäß unter Partikel ein im Maßstab des mikromechanischen Bauelements kleiner Körper zu verstehen, d.h. ein Körper, welcher maximal eine Erstreckung von 1/10 einer maximalen Erstreckung des mikromechanischen Bauelements aufweist.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „mikromechanisches Bauelement“ so zu verstehen, dass der Begriff sowohl mikromechanische Bauelemente als auch mikroelektromechanische Bauelemente umfasst.
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Die vorliegende Erfindung ist bevorzugt für die Herstellung eines bzw. für ein mikromechanisches Bauelement mit einer Kaverne vorgesehen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung beispielsweise auch für ein mikromechanisches Bauelement mit zwei Kavernen oder mit mehr als zwei, d.h. drei, vier, fünf, sechs oder mehr als sechs, Kavernen vorgesehen.
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Bevorzugt wird die Zugangsöffnung durch Einbringen von Energie oder Wärme in einen diese Energie oder diese Wärme absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe mithilfe eines Lasers verschlossen. Hierbei wird bevorzugt Energie bzw. Wärme in jeweils den absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe von mehreren mikromechanischen Bauelementen, welche beispielsweise auf einem Wafer gemeinsam hergestellt werden, zeitlich nacheinander eingebracht. Es ist jedoch alternativ auch ein zeitlich paralleles Einbringen der Energie bzw. Wärme in den jeweiligen absorbierenden Teil des Substrats oder der Kappe von mehreren mikromechanischen Bauelementen vorgesehen, beispielsweise unter Verwendung von mehreren Laserstrahlen bzw. Laservorrichtungen. Alternativ ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass die Zugangsöffnung mithilfe eines Oxid Reseal Verfahrens bzw. eines Oxid Wiederverschluss Verfahrens verschlossen wird. Hierbei handelt es sich bei dem Oxid Reseal Verfahren bzw. bei dem Oxid Wiederverschluss Verfahren beispielsweise um ein zum Laser Reseal Verfahren bzw. zum Laser Wiederverschluss Verfahren alternatives Verschlussverfahren, bei dem die nachträgliche Öffnung der Kaverne mit einem Oxiddeckel hermetisch verschlossen wird, welcher bei geringem Umgebungsdruck aufgewachsen wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kappe mit dem Substrat eine zweite Kaverne umschließt, wobei in der zweiten Kaverne ein zweiter Druck herrscht und ein zweites Gasgemisch mit einer zweiten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem vierten Verfahrensschritt das Getter-Material zum Bereitstellen eines Bondrahmens auf dem Substrat und/oder auf der Kappe abgeschieden oder aufgewachsen wird. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das gleiche Material sowohl für den Getter als auch für den Bondrahmen verwendet werden kann. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass zum Einbringen des Getter-Materials in die erste Kaverne kein zusätzlicher Prozessschritt vorgesehen werden muss. Außerdem wird hierdurch vorteilhaft ermöglicht, dass das Abscheiden des Getter-Materials in ein bereits existierendes Herstellungsverfahren einfach und kostengünstig integriert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der vierte Verfahrensschritt zeitlich vor dem dritten Verfahrensschritt durchgeführt wird. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Getter-Material zeitlich vor dem Verschließen der Zugangsöffnung auf der ersten Oberfläche des Substrats und/oder auf der ersten Oberfläche der Kappe abgeschieden werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem fünften Verfahrensschritt ein weiteres Material zum Bereitstellen eines Bondrahmens auf dem Substrat und/oder auf der Kappe abgeschieden oder aufgewachsen wird. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Getter-Material zeitlich nach dem weiteren Material auf dem Substrat oder der Kappe abgeschieden werden kann. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Getter-Material vollflächig auf dem Substrat und/oder auf der Kappe abgeschieden werden kann und keine weitere Strukturierung des Getter-Materials notwendig ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem sechsten Verfahrensschritt das Getter-Material oder das weitere Material strukturiert werden. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Getter-Material oder das weitere Material für die Ausbildung des Bondrahmens verwendet werden können. Außerdem wird hierdurch vorteilhaft ermöglicht, dass das Strukturieren des Getter-Materials in ein bereits existierendes Herstellungsverfahren einfach und kostengünstig integriert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der vierte Verfahrensschritt zeitlich nach dem fünften Verfahrensschritt durchgeführt wird. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Getter-Material zeitlich nach dem weiteren Material auf das Substrat oder auf die Kappe abgeschieden bzw. aufgewachsen werden kann. Somit wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Getter-Material vollflächig auf einer der ersten Kaverne zugewandten Oberfläche abgeschieden bzw. aufgewachsen werden kann. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise ein weiterer Lithografieschritt zur Strukturierung eingespart werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Verfahrensschritt und/oder der dritte Verfahrensschritt derart durchgeführt wird, dass die Umgebung und/oder die erste Kaverne während des zweiten Verfahrensschritts und/oder während des dritten Verfahrensschritts eine Temperatur zwischen 200 °C und 500°C, insbesondere eine Temperatur zwischen 300 °C und 400 °C, aufweist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass ein bei einer Temperatur zwischen 200 °C und 500°C, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 300 °C und 400 °C, regenerierbares Getter-Material im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem siebten Verfahrensschritt eine zumindest teilweise die erste Oberfläche oder die zweite Oberfläche umfassende Ausnehmung in das Substrat oder in die Kappe geätzt oder getrencht wird. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der siebte Verfahrensschritt entweder zeitlich nach dem vierten Verfahrensschritt und zeitlich nach dem sechsten Verfahrensschritt oder zeitlich nach dem fünften Verfahrensschritt und zeitlich vor dem vierten Verfahrensschritt durchgeführt wird.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mikromechanisches Bauelement mit einem Substrat und mit einer mit dem Substrat verbundenen und mit dem Substrat eine erste Kaverne umschließenden Kappe, wobei in der ersten Kaverne ein erster Druck herrscht und ein erstes Gasgemisch mit einer ersten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist, wobei das Substrat oder die Kappe eine verschlossene Zugangsöffnung umfasst, wobei in der ersten Kaverne ein Getter-Material zum weiteren Einstellen des ersten Drucks und/oder der ersten chemischen Zusammensetzung auf einer der ersten Kaverne zugewandten ersten Oberfläche des Substrats und/oder auf einer der ersten Kaverne zugewandten zweiten Oberfläche der Kappe angeordnet ist.
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Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein kompaktes, mechanisch robustes und kostengünstiges mikromechanisches Bauelement mit eingestelltem ersten Druck bereitgestellt. Die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Getter-Material Germanium umfasst. Hierdurch wird ein Getter mit einem Material bzw. ein Getter-Material bereitgestellt, welches besonders gut in bereits vorhandene Herstellungsprozesse integrierbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Substrat und/oder die Kappe Silizium umfasst. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass das mikromechanische Bauelement mit aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren der Schichttechnologie hergestellt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Getter-Material ein Standardmaterial eines Sensorprozesses umfasst. Beispielsweise umfasst das Standardmaterial Aluminium und/oder Titan und/oder Germanium. Durch die Verwendung des Standardmaterials des Sensorprozesses kann beispielsweise auf vorteilhafte Weise auf zusätzliche Prozessebenen verzichtet werden und das Material bzw. Getter-Material muss nicht wie in einem Standard-Getter Prozess mittels kostenintensiver Schattenmaske oder Lift-Off Prozess strukturiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Getter-Material kein typisches, hochperformantes Getter-Material umfasst. Beispielsweise umfasst das typische, hochperformante Getter-Material Zirconium. Hierdurch wird eine besonders kostengünstige und einfache Alternative zum Stand der Technik bereitgestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Getter-Material bei einer Temperatur zwischen 200 °C und 500°C, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 300 °C und 400 °C, regenerierbar ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass sich das Getter-Material während des zweiten und dritten Verfahrensschritts regenerieren kann und somit in der ersten Kaverne ein besonders geringer erster Druck einstellbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kappe mit dem Substrat eine zweite Kaverne umschließt, wobei in der zweiten Kaverne ein zweiter Druck herrscht und ein zweites Gasgemisch mit einer zweiten chemischen Zusammensetzung eingeschlossen ist. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein kompaktes, mechanisch robustes und kostengünstiges mikromechanisches Bauelement mit eingestelltem ersten Druck und zweiten Druck bereitgestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Druck geringer als der zweite Druck ist, wobei in der ersten Kaverne eine erste Sensoreinheit zur Drehratenmessung und in der zweiten Kaverne eine zweite Sensoreinheit zur Beschleunigungsmessung angeordnet ist. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein mechanisch robustes mikromechanisches Bauelement für Drehratenmessung und Beschleunigungsmessung mit sowohl für die erste Sensoreinheit und für die zweite Sensoreinheit optimalen Betriebsbedingungen bereitgestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein mikromechanisches Bauelement mit geöffneter Zugangsöffnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung das mikromechanische Bauelement gemäß 1 mit verschlossener Zugangsöffnung.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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.
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In 1 und 2 ist eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauelements 1 mit geöffneter Zugangsöffnung 11 in 1 und mit verschlossener Zugangsöffnung 11 in 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei umfasst das mikromechanische Bauelement 1 ein Substrat 3 und eine Kappe 7. Das Substrat 3 und die Kappe 7 sind miteinander, bevorzugt hermetisch, verbunden und umschließen gemeinsam eine erste Kaverne 5. Beispielsweise ist das mikromechanische Bauelement 1 derart ausgebildet, dass das Substrat 3 und die Kappe 7 zusätzlich gemeinsam eine zweite Kaverne umschließen. Die zweite Kaverne ist in 1 und in 2 jedoch nicht dargestellt.
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Beispielsweise herrscht in der ersten Kaverne 5, insbesondere bei wie in 2 dargestellter verschlossener Zugangsöffnung 11, ein erster Druck. Außerdem ist ein erstes Gasgemisch mit einer ersten chemischen Zusammensetzung in der ersten Kaverne 5 eingeschlossen. Des Weiteren herrscht beispielsweise in der zweiten Kaverne ein zweiter Druck und es ist ein zweites Gasgemisch mit einer zweiten chemischen Zusammensetzung in der zweiten Kaverne eingeschlossen. Bevorzugt ist die Zugangsöffnung 11 in dem Substrat 3 oder in der Kappe 7 angeordnet. Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zugangsöffnung 11 beispielhaft in der Kappe 7 angeordnet. Erfindungsgemäß kann es jedoch alternativ hierzu auch vorgesehen sein, dass die Zugangsöffnung 11 in dem Substrat 3 angeordnet ist.
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Beispielsweise ist vorgesehen, dass der erste Druck in der ersten Kaverne 5 geringer ist als der zweite Druck in der zweiten Kaverne. Beispielsweise ist auch vorgesehen, dass in der ersten Kaverne 5 eine in 1 und 2 nicht dargestellte erste mikromechanische Sensoreinheit zur Drehratenmessung und in der zweiten Kaverne eine in 1 und 2 nicht dargestellte zweite mikromechanische Sensoreinheit zur Beschleunigungsmessung angeordnet sind.
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In 3 ist in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen des mikromechanischen Bauelements 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei wird
- – in einem ersten Verfahrensschritt 101 die die erste Kaverne 5 mit einer Umgebung 9 des mikromechanischen Bauelements 1 verbindende, insbesondere schmale, Zugangsöffnung 11 in dem Substrat 3 oder in der Kappe 7 ausgebildet. 1 zeigt beispielhaft das mikromechanische Bauelement 1 nach dem ersten Verfahrensschritt 101. Außerdem wird
- – in einem zweiten Verfahrensschritt 102 der erste Druck und/oder die erste chemische Zusammensetzung in der ersten Kaverne 5 eingestellt bzw. die erste Kaverne 5 mit dem gewünschten Gas und dem gewünschten Innendruck über den Zugangskanal geflutet. Ferner wird beispielsweise
- – in einem dritten Verfahrensschritt 103 die Zugangsöffnung 11 durch Einbringen von Energie oder Wärme in einen absorbierenden Teil des Substrats 3 oder der Kappe 7 mithilfe eines Lasers verschlossen. Es ist beispielsweise alternativ auch vorgesehen, dass
- – in dem dritten Verfahrensschritt 103 der Bereich um den Zugangskanal lediglich bevorzugt durch einen Laser lokal erhitzt wird und der Zugangskanal hermetisch verschlossen wird. Somit ist es vorteilhaft möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Energiequellen als mit einem Laser zum Verschließen der Zugangsöffnung 11 vorzusehen. 2 zeigt beispielhaft das mikromechanische Bauelement 1 nach dem dritten Verfahrensschritt 103.
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Zeitlich nach dem dritten Verfahrensschritt 103 können in einem in 2 beispielhaft dargestellten lateralen Bereich 15 an einer der Kaverne 5 abgewandten Oberfläche der Kappe 7 sowie in der Tiefe senkrecht zu einer Projektion des lateralen Bereichs 15 auf die Oberfläche, d.h. entlang der Zugangsöffnung 11 und in Richtung der ersten Kaverne 5, des mikromechanischen Bauelements 1 mechanische Spannungen auftreten. Diese mechanischen Spannungen, insbesondere lokale mechanischen Spannungen, herrschen insbesondere an und in der Nähe einer Grenzfläche zwischen einem im dritte n Verfahrensschritt 103 in einen flüssigen Aggregatzustand übergehenden und nach dem dritten Verfahrensschritt 103 in einen festen Aggregatzustand übergehenden und die Zugangsöffnung 11 verschließenden Materialbereich 13 der Kappe 7 und einem während dem dritten Verfahrensschritt 103 in einem festen Aggregatzustand verbleibenden Restbereich der Kappe 7. Hierbei ist in 2 der die Zugangsöffnung 11 verschließende Materialbereich 13 der Kappe 7 lediglich als schematisch anzusehen bzw. schematisch dargestellt, insbesondere hinsichtlich seiner lateralen, insbesondere parallel zu der Oberfläche verlaufenden, Erstreckung bzw. Formgebung und insbesondere hinsichtlich seiner senkrecht zur lateralen Erstreckung, insbesondere senkrecht zu der Oberfläche verlaufenden, Ausdehnung bzw. Konfiguration.
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In 4 und 5 ist in schematischen Darstellungen ein mikromechanisches Bauelement gemäß einer weiteren und gemäß einer dritten beispielshaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Beispielsweise wird in einem vierten Verfahrensschritt ein in 4 und 5 dargestelltes Getter-Material 701 zum weiteren Einstellen des ersten Drucks und/oder der ersten chemischen Zusammensetzung auf einer der ersten Kaverne 5 zugewandten ersten Oberfläche des Substrats 3 und/oder auf einer der ersten Kaverne 5 zugewandten zweiten Oberfläche der Kappe 7 abgeschieden oder aufgewachsen. Des Weiteren wird beispielsweise zusätzlich in dem vierten Verfahrensschritt das Getter-Material 701 zum Bereitstellen eines Bondrahmens auf dem Substrat 3 und/oder auf der Kappe 7 abgeschieden oder aufgewachsen. Außerdem wird beispielsweise alternativ in einem fünften Verfahrensschritt ein weiteres Material zum Bereitstellen eines Bondrahmens auf dem Substrat 3 und/oder auf der Kappe 7 abgeschieden oder aufgewachsen.
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Außerdem ist beispielsweise vorgesehen, dass in einem sechsten Verfahrensschritt das Getter-Material 701 oder das weitere Material strukturiert werden. Beispielsweise wird das Getter-Material 701 sowohl zum weiteren Einstellen des Innendrucks als auch zum Bereitstellen des Bondrahmens abgeschieden und strukturiert. Beispielsweise umfasst das Getter-Material 701 und/oder das weitere Material Germanium (Ge), welches für den Bondprozess beispielsweise auf die Kappe 7 vor dem Trenchen der ersten Kaverne 5 aufgebracht wird. In diesem Fall lässt sich die erfindungsgemäße Wirkung relativ einfach über das Layout der Ge Strukturierung erreichen. Ein derart hergestelltes mikromechanisches Bauelement ist beispielhaft in 4 dargestellt.
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Alternativ ist beispielsweise auch vorgesehen, dass der vierte Verfahrensschritt zeitlich nach dem fünften Verfahrensschritt durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird beispielsweise das Material bzw. Getter-Material 701 nach dem Abscheiden des beispielsweise Germanium umfassenden Bondrahmens bzw. weiteren Materials und nach dem Trenchen der ersten Kaverne vollflächig auf der Kaverneninnenseite bzw. auf einer der ersten Kaverne 5 zugewandten ersten Oberfläche des Substrats 3 und/oder auf einer der ersten Kaverne 5 zugewandten zweiten Oberfläche der Kappe 7 abgeschieden. Hierbei ist vorteilhaft kein weiterer Lithografieschritt zur Strukturierung des Getter-Materials 701 notwendig. Ein derart hergestelltes mikromechanisches Bauelement ist beispielhaft in 5 dargestellt.
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Ferner ist beispielsweise auch vorgesehen, dass der zweite Verfahrensschritt und/oder der dritte Verfahrensschritt derart durchgeführt wird, dass die Umgebung 9 und/oder die erste Kaverne 5 während des zweiten Verfahrensschritts und/oder während des dritten Verfahrensschritts eine Temperatur zwischen 200 °C und 500°C, insbesondere eine Temperatur zwischen 300 °C und 400 °C, aufweist. Mit anderen Worten findet der Verschluss der Zugangsöffnung 11 bei Temperaturen von ca. 300°C bis 400°C statt.
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In 4 und 5 sind unterschiedliche Ausführungsvarianten des Getter-Materials 701 beispielhaft dargestellt. Erfindungsgemäß ist beispielsweise vorgesehen, dass das Getter-Material 701 im Wesentlichen entlang einer zu der Zugangsöffnung 11 senkrecht verlaufenden ersten Ebene ausgebildet ist. Alternativ ist erfindungsgemäß beispielsweise auch vorgesehen, dass das Getter-Material 701 im Wesentlichen entlang der ersten Ebene und im Wesentlichen entlang einer parallel zu der ersten Ebene verlaufenden zweiten Ebene ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist beispielsweise auch vorgesehen, dass das Getter-Material 701 im Wesentlichen auf der gesamten der ersten Kaverne 5 zugewandten ersten Oberfläche des Substrats 3 und/oder auf der gesamten der ersten Kaverne 5 zugewandten zweiten Oberfläche der Kappe 7 ausgebildet ist. Schließlich ist beispielsweise auch vorgesehen, dass sich eine erste Projektion der Zugangsöffnung 11 auf die erste Ebene und eine zweite Projektion des Getter-Materials 701 auf die erste Ebene im Wesentlichen nicht überlappen.
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Die in 4 und 5 dargestellten Ausführungsvarianten des Getter-Materials 701 umfassen beispielsweise Germanium Flächen. Beispielsweise ist vorgesehen, dass zusätzliche Germanium Flächen in der Drehratensensorkaverne angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist lediglich beispielhaft vorgesehen, dass das Getter-Material 701 Germanium umfasst, sodass das Getter-Material 701 beispielsweise auch alternativ oder zusätzlich weitere Materialien umfasst. Insbesondere sind erfindungsgemäß Materialien vorgesehen, welche bei hohen Temperaturen von ca. 300°C Gas desorbiert und welche daher beim anschließenden Abkühlen beim geringen Kaverneninnendruck eine absorbierende Fähigkeit behalten. Insbesondere sind erfindungsgemäß Materialien vorgesehen, die in aus dem Stand der Technik bekannten Sensorprozessen bzw. Herstellungsprozessen von Sensoren verwendet werden. Hierdurch bietet sich im Gegensatz zu im Stand der Technik verwendeten Gettern ein großer Vorteil in Hinsicht auf Kosten und Prozesskomplexität.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/120939 A1 [0002, 0003, 0004]
- US 8546928 B2 [0006]
- US 2015/0158720 A1 [0006]
- US 8513747 B1 [0006]
