混合集成的部件和其制造方法技术

提出一种混合集成部件的部件的功能范围的扩展，所述混合集成的部件具有一个MEMS元件(20)、一个用于所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)的罩(30)和一个具有电路元件(11)的ASIC元件(10)。在所述部件(100)中，所述ASIC元件(10)的所述电路元件(11)与所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)共同作用。所述MEMS元件(20)如此装配在所述ASIC元件(10)上，使得所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)设置在所述罩(30)和所述ASIC元件(10)之间的空腔(24)中。根据本发明专利技术，所述ASIC元件(10)此外配备有磁传感机构的所述电路元件(171，172，173)。在所述ASIC元件(10)的所述CMOS后端堆叠(12)中或在所述ASIC元件(10)的所述CMOS后端堆叠(12)上产生所述电路元件(171，172，173)。因此，可以在没有放大芯片面积的情况下实现所述磁传感机构。

【技术实现步骤摘要】
混合集成的部件和其制造方法
本专利技术涉及一种混合集成的部件，所述混合集成的部件具有MEMS(microelectromechanicalsystems：微机电系统)元件、具有用于MEMS元件的微机械结构的罩并且具有包括电路元件的ASIC(applicationspecificintegratedCcircuit：专用集成电路)元件，所述电路元件与MEMS元件的微机械结构共同作用。MEMS元件装配在ASIC元件上，从而MEMS元件的微机械结构设置在所述罩和所述ASIC元件之间的空腔中。此外，本专利技术涉及一种用于制造这类混合集成部件的方法。
技术介绍
具有MEMS元件的部件多年来对于最不同的应用、例如在汽车技术和消费者电子的领域内被批量加工制造。在此，部件的微型化越来越有意义。一方面，微型化有助于大大降低部件的制造成本并且因此有助于降低终端设备的制造成本。另一方面，尤其应在消费电子领域内将越来越多的功能并且因此将部件容纳进终端设备中，而终端设备本身变得越来越小。因此，对于各个部件，在应用印刷电路板上越来越少的空间可供使用。由实际中已知用于传感器部件的不同微型化方案，其在部件中提供微机械实现的传感器功能和传感器信号的电路技术的处理和分析处理的集成。除了MEMS功能和ASIC功能在共同的芯片上的横向集成之外，也已经有用于所谓的垂直混合集成的方案，据此，芯片堆叠由ASIC、MEMS和帽晶片构成。这类垂直集成部件以及用于其制造的方法在US2011/0049652A1中说明。已知的方法规定，将用于MEMS元件的初始衬底键合在已经处理的ASIC衬底上。此后才在MEMS衬底中产生微机械的结构，其包括至少一个可偏转的结构元件。帽晶片被与此无关地结构化并且被预先准备用于在MEMS衬底的微机械结构上和在ASIC衬底上的装配。如此处理的帽晶片在MEMS衬底的结构化之后键合在ASIC衬底上，从而在ASIC衬底和在帽晶片之间的微机械结构被严密密封包围。在US2011/0049652A1中描述的部件配备有电容器装置，根据MEMS功能，所述电容器装置可以被用来驱动、也即用于使可偏转的结构元件运动或也可以用于检测结构元件的由外部引起的偏转。为此，电容器装置包括至少一个可偏转的电极和固定的电极，所述至少一个可偏转的电极在此位于MEMS元件的可偏转的结构元件上，所述固定的电极在此被构造在ASIC衬底的表面上的结构化的金属层中。已知的部件方案能够实现具有微机械功能和信号处理电路的稳健部件的成本有利的大量生产，因为在此不仅各个部件组成部分——MEMS元件、帽和ASIC在晶片复合体中被建立，而且其到部件的装配在晶片层面上实现。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部件的调谐。此外，已知的部件由于堆叠的结构需要相对小的装配表面，这有利地影响终端设备的制造成本。
技术实现思路
借助本专利技术，提出一开始提到的类型的部件的功能范围的有意义的扩展，其中部件的补充功能不要求芯片面积的增大。为此，部件的ASIC元件在预处理的范畴内附加地还配备有磁传感机构的电路元件。通常，ASIC元件的预处理涉及一种CMOS处理，其中电路元件集成在ASIC衬底中。然后，为了电路元件的布线，在ASIC衬底上产生CMOS后端堆叠。根据要求保护的制造方法，在CMOS后端堆叠的层结构中实现磁传感机构的电路元件。根据本专利技术已经看出，ASIC元件的电路功能在已知的部件变型方案的范畴内不是必须限制于用于MEMS元件的信号处理，而是ASIC元件可以附加地配备有自己的传感器功能。传感器功能的实现在ASIC元件或ASIC衬底的预处理的范畴内进行并且因此必须在工艺技术上与部件的MEMS衬底的微机械处理和部件的AVT(建立技术和连接技术)有条件地兼容。本专利技术充分利用：可以在层结构中很好地实现磁传感机构。为此所需的沉积工艺和结构化工艺能够简单地集成到用于在ASIC衬底上制造CMOS后端堆叠的工艺流程中。在此谈论的和根据本专利技术扩展的部件方案特别好地适合于给无接触式工作的传感器——例如惯性传感器配备附加的指南针功能。在此，尤其是三轴加速度传感器和三通道转速传感器以及将两个前述传感器功能统一的所谓的惯性测量单元(IMUs)具有重大的经济意义。在惯性传感器的情况下，MEMS元件的微机械的传感器结构包括至少一个弹性悬挂的、由于加速度而偏转的振动质量。加速度例如也可以通过离心力或旋转运动引起。因为几乎MEMS元件的整个芯片面可供微机械的传感器结构使用，所以在此很大的振动质量可以以相对较小的部件“footprint：零件包装”实现，这有利地影响测量灵敏性。微机械的传感器结构是封装的。由此，一方面可以避免通过环境影响引起的测量信号的失真。另一方面，如此保护保护传感器结构免受杂质、湿度和颗粒损坏。此外，在传感器结构严密密封的封装的情况下，为传感器结构实现定义的压力比，以便因此优化传感器的阻尼行为。能够在ASIC元件上有利地集成用于测量信号的处理和分析处理的重要的电路部分，从而MEMS传感器元件和ASIC元件与此有关地构成一个功能单元。根据本专利技术的给ASIC元件配备附加的磁传感机构是对惯性传感器部件的功能范围在测量技术和经济上有意义的补充。基本上有不同的可能性用于在本专利技术的范畴内实现磁传感机构。如已经提到的那样，优选能够在层结构中实现的变型方案。在第一实施方式中，ASIC元件配备有至少一个附加的尽可能三维的霍尔元件。在最简单的情况下，不需要修改ASIC元件的CMOS处理，因为这类霍尔元件可以从CMOS工艺的功能层面中被结构化出。如果磁传感机构以至少一个AMR(各向异性磁发电机电阻率)元件或GMR(巨磁阻)元件的形式在ASIC元件上实现，则专门的磁性薄膜层工艺必须集成到CMO后端堆叠的制造工艺中。这些层典型地由NiFe构成，用于AMR传感器。对于GMR传感器，使用复杂的多层，所述复杂的多层由以下组成：可自由转动的和磁性“钉住的”典型地由镍铁、铜铁、铜铁铬制成的层，以及典型地由铜、钌制成的非磁性中间层，和例如由铱锰、铂锰制成的反磁铁性的层。在第三实施变型方案中，ASIC元件的磁传感机构以磁通门技术或倒装芯技术实现并且同样集成到ASIC元件的CMOS后端堆叠中。在这种情况下，ASIC元件的CMOS后端堆叠包括至少一个由可反复磁化的、尤其是软磁性的材料——例如镍铁合金制成的层。此外，在CMOS后端堆叠的金属层面中构造至少一个用于所述层的反复磁化的激励线圈和至少一个用于检测在此生成的磁通量的测量线圈。因为通量变化不仅仅通过软磁性的层的磁化曲线而且由外部磁场确定，所以通过这种方式可以求得外部磁场。根据本专利技术的部件的第一结构变型方案要求三个衬底——一个ASIC衬底、一个MEMS衬底和一个罩晶片和与此相应地两个装配步骤。MEMS元件的微机械结构在此在MEMS衬底的整个厚度上延伸。罩晶片装配在MEMS元件上的微机械结构上方或ASIC元件上。该结构变型方案尤其适合于传感器应用。因为传感器结构在MEMS衬底的整个厚度上延伸，所以可以在相对较小的芯片面积上实现特别大的振动质量。第二结构变型方案仅仅需要两个衬底——一个ASIC衬底和一个MEMS衬底，所述两个衬底彼此无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合集成的部件(100)，至少包括·一个MEMS元件(20)，·一个用于所述MEMS元件(20)的微机械结构(23)的罩(30)，·一个具有电路元件(11)的ASIC元件(10)，所述电路元件与所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)共同作用，其中所述MEMS元件(20)装配在所述ASIC元件(10)上，从而所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)设置在所述罩(30)和所述ASIC元件(10)之间的空腔(24)中；其特征在于，所述ASIC元件(10)此外包括磁传感机构的电路元件(171，172，173)。

【技术特征摘要】
2012.06.14 DE 102012210049.01.一种混合集成的部件(100)，至少包括·一个MEMS元件(20)，·一个用于所述MEMS元件(20)的微机械结构(23)的罩(30)，·一个具有电路元件(11)的ASIC元件(10)，所述电路元件与所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)共同作用，其中所述MEMS元件(20)装配在所述ASIC元件(10)上，从而所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)设置在所述罩(30)和所述ASIC元件(10)之间的空腔(24)中；其中，所述ASIC元件(10)包括：磁传感机构的电路元件(171，172，173)，所述电路元件包括两个交互地设置的线圈元件，所述两个线圈元件具有相互错开地设置的上面的节段和下面的节段，及所述ASIC元件(10)包括至少一个可反复磁化的层区域作为用于两个线圈元件的线圈芯(172)，其中，所述两个线圈元件中的一个被设置为用于反复磁化所述线圈芯(172)的激励线圈(171，173)，所述两个线圈元件中的另一个被设置为用于检测由此引起的磁通量变化的测量线圈(171，173)。2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述ASIC元件包括至少一个三维的霍尔元件。3.根据权利要求1或2所述的部件(200)，其特征在于，所述ASIC元件(10)包括至少一个AMR元件或GMR元件(27)。4.根据权利要求1所述的部件(100)，其特征在于，所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)在MEMS衬底(20)的整个厚度上延伸并且所述罩(30)以罩晶片的形式实现，所述罩晶片装配在所述MEMS元件(20)上的所述微机械结构(23)的上方或在所述ASIC元件(10)上。5.根据权利要求1所述的部件(300)，其特征在于，所述MEMS元件(40)的所述微机械结构(50)在半导体衬底(41)上的层结构中实现并且所述MEMS元件(40)面朝下地装配在所述ASIC元件(10)上，从而所述MEMS元件(40)的所述微机械结构(50)设置在所述MEMS元件(40)的所述半导体衬底(41)和所述ASIC元件(10)之间的空腔中，所述MEMS元件(40)的所述半导体衬底(41)也作为用于所述MEMS元件(40)的所述微机械结构(50)的罩起作用。6.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述MEMS元件被设计为惯性传感器元件，所述ASIC元件包括用于所述惯性传感器元件的信号检测和分析处理电路的至少部分，并且，借助所述ASIC元件的所述磁传感机构，指南针功能被实现。7.根据权利要求6所述的部件，其特征在于，所述惯性传感器元件包括三轴的加速度传感器和三通道的转速传感器中的至少一个。8.一种用于制造混合集成的部件(100)的方法，所述混合集成的部件具有一个MEMS元件(20)、一个用于所述MEMS元件(20)的微机械结构(23)的罩(30)和一个具有电路元件(11)的ASIC元件(10)，所述电路元件与所述MEMS元件(20)的所述微机械结构(23)共同作用，包括：·其中ASIC衬底(10)经CMOS处理并且设有CMOS后端堆叠(12)，·其中MEMS衬底(20)装配在所述ASIC衬底(10)的所述CMOS后端堆叠(12)上，·其中对于每个部件(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·克拉森，P·法贝尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：