微机械的惯性传感器及其制造方法技术

建议了用于提高微机械惯性传感器的测量灵敏度的措施，所述惯性传感器包括至少一个具有已处理的正面的ASIC构件（10）、一个具有微机械的传感器结构的MEMS构件（20）以及一个罩形晶片（31）。所述MEMS构件（20）的传感器结构包括至少一个振动质量（25）并且延伸在所述MEMS构件（20）的整个厚度上。所述MEMS构件（20）通过支座结构（15）装配在所述ASIC构件（10）的已处理的正面上，并且通过在所述MEMS衬底（20）中以及在所述支座结构的相邻支架（15）中的穿通接触件（22）与所述ASIC构件（10）电连接。所述罩形晶片（31）装配在所述MEMS构件（20）的微机械传感器结构上方。根据本发明专利技术，至少在所述振动质量（25）的区域中构造至少一个在所述MEMS衬底（20）中的盲孔（23），所述盲孔用与所述穿通接触件（22）相同的导电材料填充。这种导电的材料具有比所述MEMS衬底材料更高的密度。

【技术实现步骤摘要】
微机械的惯性传感器及其制造方法
本专利技术涉及一种微机械的惯性传感器，至少包括具有已处理的正面的ASIC（专用集成电路）构件、具有微机械的传感器结构的MEMS（微机电系统）构件以及罩形晶片，所述传感器结构包括至少一个振动质量并且延伸在MEMS衬底的整个厚度上，所述罩形晶片被装配在MEMS构件的微机械传感器结构上。MEMS构件通过支座结构（Standoff-Struktur）装配在ASIC构件的已处理的正面上，并且通过在MEMS衬底中以及在支座结构的相邻支架中的穿通接触件（Durchkontakte）与ASIC构件电连接。此外，本专利技术涉及一种用于制造这类微机械的惯性传感器的方法。
技术介绍
微机械的惯性传感器用于检测平移和旋转加速度。这些惯性传感器这些年被批量生产用于完全不同的应用领域，例如在汽车技术和消费电子产品领域中。在此，传感器构件的微型化越来越重要。一方面，微型化主要用于降低传感器构件的制造成本并且由此也降低终端设备的制造成本。另一方面，特别是在消费电子产品的范围内越来越多的功能-及由此构件-应被接收到终端设备中，而终端设备本身变得越来越小。结果是对于单个的构件在应用电路板上越来越少的位置可供使用。在这里提到的这类微机械的惯性传感器中，借助MEMS构件的微机械传感器结构检测加速度并且借助ASIC构件分析。微机械的传感器结构为此包括至少一个被弹性悬挂的振动质量，所述质量由于加速度偏转。这些加速度也可以通过离心力或者旋转运动引起。借助合适的电路器件将振动质量的偏移转化成电信号，这些电信号被馈入ASIC构件上的分析电路。振动质量越大，则其偏转也越大并且由此传感器的测量灵敏度也越大。在US2010/0109102A1中描述了用于制造开头所述类型的微机械惯性传感器的方法。这种公知的方法涉及一种具有待制造的惯性传感器构件的电路功能的、已处理的ASIC衬底。在ASIC衬底的已处理的正面上沉积并且结构化一个绝缘层。在此，支座结构的支架被制造用于装配MEMS衬底。未结构化的MEMS衬底被键合在支座结构上并且然后使其变薄直至预给定的结构高度。在此之后才结构化该MEMS衬底。在第一结构化步骤中，在MEMS衬底中产生通孔，这些通孔也延伸穿过支座结构的支架直到ASIC衬底上。然后，这些通孔被以一种导电的材料填充并且形成到ASIC衬底的穿通接触件。然后，在第二结构化步骤中，具有振动质量的微机械的传感器结构才被露出，所述振动质量在MEMS衬底的整个厚度上延伸。然后，预结构化的罩形晶片装配在微机械的传感器结构上方，从而所述传感器结构被气密密封地包封在ASIC衬底和罩形晶片之间。然后，这些构件被从晶片复合体中脱开并且分离。该已知的方法能够实现具有微机械功能和信号处理电路的稳固部件的成本有利的大量生产，因为在此不仅仅制造晶片复合体中的各个部件组成部分-ASIC构件、MEMS构件和罩，而且也在晶片层面上实现了将它们组装成一个构件。可以在晶片层面上测试MEMS功能和ASIC功能，并且甚至还可以在分离之前在晶片层面上进行各个构件的调谐。此外，已知构件由于堆叠的结构需要相对小的装配面，这有利地影响终端设备的制造成本。
技术实现思路
根据在US2010/0109102A1中所述的制造方法，本专利技术建议了用于提高微机械惯性传感器的测量灵敏度的措施。根据本专利技术，为此至少一个在MEMS衬底中的盲孔被构造在振动质量的区域中，并且被用与穿通接触件相同的导电材料填充，其中，这种导电材料具有比MEMS衬底材料更高的密度。所要求保护的方法在于，在第一结构化步骤中，除了用于穿通接触件的通孔也在MEMS衬底中的振动质量的区域中产生至少一个盲孔。在随后的处理步骤中，这些通孔连同至少一个盲孔被以所述导电材料填充。然后，在第二结构化步骤中，在MEMS衬底中的具有振动质量的微机械的传感器结构才被露出。通过根据本专利技术的措施，振动质量可被增加，而不必增大振动质量的几何尺寸及特别是芯片面积。为此，通过具有更高密度的材料替代振动质量的MEMS衬底材料的至少一部分。根据本专利技术，这种材料置换被与MEMS穿通接触件的产生一起实现，即无需附加的处理耗费。为了制造穿通接触件以及为了填充盲孔，特别适用钨、铜、金、铂和铱。根据本专利技术的制造方法可以多种方式变化，特别是涉及在振动质量的区域中被填充的盲孔的数量、布置和成型，但也涉及ASIC衬底、MEMS衬底和罩形晶片的连接。在此，必须考虑待制造的惯性传感器构件的功能、用途和装配位置。根据本专利技术的方法的一个重要方面在于，在预处理的ASIC衬底上装配MEMS衬底之后结构化MEMS衬底。不仅第一结构化步骤而且第二结构化步骤在MEMS衬底的整个厚度上延伸，在第一结构化步骤中，在振动质量的区域中产生用于MEMS穿通接触件的通孔以及盲孔，在第二结构化步骤中微机械的传感器结构被定义及露出。有利的是，MEMS衬底因此在结构化之前首先被变薄直至一个适合用于实现相应的MEMS功能的结构高度。该MEMS衬底的结构化优选分别在开槽过程中实现，因为以这种方法可以产生具有特别高的深宽比的沟槽结构。在这方面被证明是有利的，即充分利用开槽过程的ARDE（深宽比相关蚀刻，aspectratiodependentetching）效应，据此，开槽速度、也就是说处理气体如何可有效地在待蚀刻的材料上腐蚀，与沟槽开口的直径相关。因此，沟槽深度可以在蚀刻腐蚀的给定持续时间中通过沟槽开口的大小变化。沟槽开口越大，则在给定的开槽持续时间中开槽速度越高及沟槽深度也越大。因此，对于穿通接触件的通孔选择比在振动质量的区域中用于至少一个盲孔的开口横截面更大的开口横截面。由于在沟槽开口之间的尺寸比例可以在开槽过程中产生用于穿通接触件的通孔并且在振动质量的区域中构造盲孔。根据本专利技术，MEMS衬底通过支座结构装配在ASIC衬底的已处理的正面上，以便确保振动质量的可运动性。该支座结构例如可通过将MEMS衬底的装配表面进行合适的结构化和电钝化来实现，但是这要求MEMS衬底的预处理。在一个优选的方法变型方案中，替代地支座结构被在ASIC衬底的表面上产生，更确切地说紧接着ASIC衬底的预处理，其中实现了待制造的惯性传感器构件的电路功能。为此，至少一个绝缘层被在ASIC的已处理的正面上沉积并且结构化，以便构成支座结构的支架。在此有利的是，在所选择的支架中也已经产生用于穿通接触件的开口。可替换地，第一结构化步骤为了在MEMS衬底中产生通孔也可这样长时间地延续，直至这些通孔也延伸穿过支座结构的支架直到ASIC衬底的已处理的表面上为止。根据本专利技术，罩形晶片装配在MEMS构件的微机械传感器结构的上方。为此，罩形晶片可被设置在MEMS构件上或者也可在MEMS构件上方设置在ASIC构件上，使得整个MEMS构件被包封在罩形晶片和ASIC构件之间的空腔中。在MEMS衬底与ASIC衬底之间的连接以及罩形晶片与MEMS衬底或者ASIC衬底之间的连接优选在键合过程中制造，因为以这种方式不仅可以实现在MEMS构件与ASIC构件之间气密密封的机械连接而且可以实现可靠的电连接。对此具有一系列公知的并且在实际中已验证的处理变型方案，例如等离子体激活的直接键合或者共晶键合。以这种方式，传感器结构被可靠地保护以防污物、湿气和颗粒。对测量信号干扰的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机械的惯性传感器，它至少包括●具有已处理的正面的ASIC构件（10），●具有微机械的传感器结构的MEMS构件（20），所述传感器结构包括至少一个振动质量（25）并且延伸在所述MEMS衬底（20）的整个厚度上，○其中，所述MEMS构件（20）通过一个支座结构（15）装配在所述ASIC构件（10）的已处理的正面上，以及○其中，所述MEMS构件（20）通过在所述MEMS衬底（20）中以及在所述支座结构的相邻支架（15）中的穿通接触件（22）与所述ASIC构件（10）电连接，以及●罩形晶片（31；32），所述罩形晶片装配在所述MEMS构件（20）的微机械的传感器结构上方，其特征在于，至少在所述振动质量（25）的区域中构造至少一个在所述MEMS衬底（20）中的盲孔（23），所述盲孔被以与所述穿通接触件（22）相同的导电材料填充，并且所述导电材料具有比所述MEMS衬底材料（20）更高的密度。

【技术特征摘要】
2012.05.14 DE 102012208030.91.一种微机械的惯性传感器，它至少包括●具有已处理的正面的、由ASIC衬底(10)形成的ASIC构件，●具有微机械的传感器结构的、由MEMS衬底(20)形成的MEMS构件，所述传感器结构包括至少一个振动质量(25)并且延伸在所述MEMS衬底(20)的整个厚度上，○其中，所述MEMS构件通过一个支座结构装配在所述ASIC构件的已处理的正面上，以及○其中，所述MEMS构件通过在所述MEMS衬底(20)中以及在所述支座结构的相邻的支架(15)中的穿通接触件(22)与所述ASIC构件电连接，以及●罩形晶片(31；32)，所述罩形晶片装配在所述MEMS构件的微机械的传感器结构上方，其特征在于，至少在所述振动质量(25)的区域中构造至少一个在所述MEMS衬底(20)中的盲孔(23)，所述盲孔被以与所述穿通接触件(22)相同的导电材料填充，并且所述导电材料具有比所述MEMS衬底材料更高的密度。2.根据权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，所述穿通接触件(22)和所述至少一个盲孔(23)被用钨、铜、金、铂或者铱填充。3.根据权利要求1或2所述的惯性传感器，其特征在于，所述支座结构被构造在所述ASIC构件的已处理的正面上的至少一个绝缘层中。4.根据权利要求1或2所述的惯性传感器，其特征在于，所述罩形晶片(31；32)装配在所述MEMS构件上或者在所述ASIC构件上。5.一种用于制造微机械的惯性传感器的方法，●其中，首先处理ASIC衬底(10)，●其中，MEMS衬底(20)通过支座结构装配在所述ASIC衬底(10)的已处理的正面上，●其中，产生穿通接触件(22)，所述穿通接触件延伸穿过所述MEMS衬底(20)和所述支座结构直到所述ASIC衬底(10)的已处理的正面上，●其中，一个具有至少一个振动质量(25)的微机械的传感器结构被从已装配的MEMS衬底(20)中结构化出来，其中，所述微机械的传感器结构在所述MEMS衬底(20)的整个厚度上延伸，和...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·克拉森，M·哈塔斯，D·C·迈泽尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：