[发明专利]微机械结构元件

说明书

一种用于制造微机械结构元件(100)的方法，该方法具有以下步骤：‑提供MEMS晶片(10)；‑从MEMS晶片(10)的第二衬底层(13)的表面开始结构化MEMS晶片(10)，其中，在MEMS晶片(10)的第一衬底层(11)与第二衬底层(13)之间构造至少一个导电连接部；‑提供罩晶片(30)；‑将MEMS晶片(10)与罩晶片(30)连接；‑从MEMS晶片(10)的第一衬底层(11)的表面开始结构化MEMS晶片(10)；‑提供ASIC晶片(20)；以及‑将ASIC晶片(20)与由MEMS晶片(10)和罩晶片(30)构成的复合结构连接。

技术领域

本发明涉及一种微机械结构元件和一种用于制造该微机械结构元件的方法。

背景技术

用于测量例如加速度、转速、磁场和压力的微机械结构元件是已知的并且对于汽车领域和消费领域的不同应用以批量生产的方式来制造。

DE 10 2009 000 167 A1公开了一种惯性传感器，其具有两个微机械平面。因此，可以实现如下传感器拓扑结构：所述传感器拓扑结构能够实现极大的性能提升例如在加速度传感器的偏置稳定性方面的性能提升。在此，实现了一种z加速度传感器，在该z加速度传感器中可运动的质量由两个微机械层(第一和第二MEMS功能层)构成并且在该z加速度传感器中不仅在可运动的结构之下而且在可运动的结构之上——即在衬底晶片上的接线层中和在第二MEMS功能层中——都布置有电容性分析处理电极。

借助所谓的全差分(volldifferentiell)的电极装置一方面可以提高电容性负载(电容/面积)而另一方面也可以实现在(例如由安装应力造成的)衬底形变方面的稳健性。提到的第一个方面导致信噪比改善，提到的第二个方面此外导致传感器的偏置稳定性改善。

此外还已知的方案是：将MEMS晶片和分析处理ASIC晶片通过晶片接合方法彼此机械连接且电连接，这被称作“竖直集成”或“混合集成”或“3D集成”并且例如由US 7 250 353B2、US 7 442 570 B2已知。由此，可以实现用于具有垂直于芯片平面的运动的惯性传感器的传感器拓扑结构。可运动的MEMS结构布置在分析处理ASIC上，优选布置在CMOS晶片上，其中，ASIC的最上部的金属层充当固定的对应电极。

所述的技术的扩展方案设置为：除了CMOS晶片中的分析处理电极之外还在MEMS晶片中提供分析处理电极，例如由DE 10 2012 208 032 A1已知的那样。由此，可以提高集成密度，在此情况下提高结构元件的单位面积的电容，这会导致噪声减小和/或结构元件的面积需求更小。

由DE 10 2012 208 032 A已知具有两个微机械层的装置，所述微机械层借助竖直集成工艺来联接。MEMS晶片在此以表面微机械方式制造并且借助晶片接合方法与ASIC机械连接且电连接。MEMS晶片在此除了衬底之外具有三个多晶硅层(一个接线平面和两个微机械层)，它们可以很大程度上彼此独立地被结构化。结果，MEMS晶片由此包括两个微机械功能层和一个印制导线平面。这两个微机械功能层彼此连接并且形成一体式的或者说整体的质量元件。借助在ASIC晶片中构造的敷镀通孔(英语through silicon via，TSV)可以从外部实现与ASIC晶片的接线平面的电连接。

DE 10 2009 029 202 A1公开了由多个MEMS层构成的微机械结构元件的堆叠式装置，其中第一MEMS结构布置在功能层中而至少一个另外的MEMS结构至少部分布置在至少一个另外的功能层中。同样提高集成密度的这种结构可以借助由DE 10 2009 000 167 A1已知的工艺来实现。

此外，已知竖直集成的结构元件，在所述竖直集成的结构元件中将两个晶片堆叠彼此接合，其中，由MEMS晶片和CMOS晶片构成两个晶片复合结构，例如由DE 10 2012 206875 A1已知的那样，其中，首先通过晶片接合方法将MEMS晶片施加到CMOS晶片上并且因此共同构成四重晶片堆叠。借助这种装置也可以提高结构元件的集成密度。该装置在对于MEMS功能结构的面积需求和电子分析处理电路大致等大时会是有利的。