[发明专利]微机械传感器装置

说明书

一种微机械传感器装置(300)，其具有：‑MEMS元件(100)；‑ASIC元件(200)，其中，在所述MEMS元件(100)和所述ASIC元件(200)之间构造键合结构(70)，所述MEMS元件(100)具有：‑具有交替重叠布置的隔离层(11，12)和功能层(10，20，30)的层布置，其中，在功能层(10、20、30)的至少一个中构造可在检测方向(z)上移动的检测元件(22)；‑其中，借助另一功能层(40)构造用于构造MEMS元件(100)和ASIC元件(200)之间的所限定的间距的间距元件；其特征在于，在所述检测元件(22)上布置具有所述间距元件和第一键合层(50)的止挡元件(40，50)，其中，在所述止挡元件(40，50)的止挡区域中在所述ASIC元件(200)上布置隔离层(IMD5)。

技术领域

本发明涉及一种微机械传感器装置。本发明还涉及一种用于制造微机械传感器装置的方法。

背景技术

用于测量例如加速度和转速的微机械传感器是已知的并且对于车辆领域和消费者领域中的不同应用以批量生产制造。尤其已知借助表面微机械的方法所制造的MEMS元件。在此，在硅衬底上沉积并且结构化多个氧化的且多晶的硅层。随后，以罩晶片密封地封闭MEMS晶片。

图1示出传统的表面微机械的传感器的横截图。在所述示例中，MEMS晶片100包括三个以多晶硅层10、20、30形式的功能层，它们可以彼此尽可能独立地结构化。分别位于其之间的氧化层11、21可以在确定的位置处敞开，以便实现多晶硅层10、20、30之间的贯通接触(Durchkontakte)。第一多晶硅层10优选起电布线层的作用，第二多晶硅层20和第三多晶硅层30可以不仅用于布线而且用于实现可移动的MEMS结构。MEMS结构的暴露例如通过多晶硅层10、20、30下方的氧化层11、21通过以气态HF蚀刻的有针对性的去除实现。

MEMS元件、例如加速度传感器或者转速传感器具有至少一个机械悬挂部33、至少一个弹簧装置31以及可移动的质量元件和电极元件22、32，它们在图1的示例中不仅在第二多晶硅层20中而且在第三多晶硅层30中实现。在第二多晶硅层20中实现的可移动的质量22的部分区域借助位于第一多晶硅层10中的下方的固定电极12和在第三多晶硅层30中实现的上方的固定电极32形成关于缝隙13和23的电容器装置。

例如，由用于z加速度传感器的DE 10 2009 000 167 A1以及由用于具有在z方向上的探测偏移的转速传感器的DE 2009 000 345 A1已知用于所述布置的具体的设计拓扑。除作为上方电极的功能以外，第三多晶硅层30的元件也可以定义机械止挡部，所述机械止挡部优选施加与可移动的MEMS结构相同的电势。

当结构向上偏移并且撞在第三多晶硅层32的位于其上方的元件上时，所述MEMS结构中的问题可能是在第二多晶硅层20中实现的质量元件或者电极元件的机械稳健性。尤其当第二多晶硅层20的层相对薄地构造，例如具有大约1μm至大约3μm厚度时，在出现高的过载(“跌落测试”)时MEMS结构的机械断裂的危险相当高。当第二多晶硅层20和第三多晶硅层30之间的缝隙23小于第三多晶硅层30的上侧和罩止挡部81的下侧之间的缝隙61时，则在罩晶片80中实现的z止挡部81不起作用。

为了避免第二多晶硅层20的结构断裂，例如在DE 2011 080 982 A1中提出第三多晶硅层30的弹性安装的结构，所述结构可以在止挡时吸收机械能量并且由此限制第二多晶硅层20的机械应力。然而，所述结构的设计是耗费的并且需要额外的空间需求。

例如由US 7250353B 2、US 7442570 B2、US 20100109102 A1、US 2011 0049652A1、US 2011 012247 A1、US 2012 0049299 A1和DE 10 2007 048604 A1还已知垂直集成或者混合集成或者3D集成的方法，其中至少一个MEMS晶片和分析处理ASIC晶片通过晶片键合方法机械地且电地彼此连接。