[發明專利]具有兩個襯底之間的共晶連接的微機械元件以及用于制造這種微機械元件的方法

有效

• 申請號: 201080024287.1
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN102459061A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: J·貢斯卡;H·韋伯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 曾立

技術領域

本發明涉及一種微機械元件以及一種用于制造微機械元件的方法，其中，第一襯底和第二襯底彼此連接。

背景技術

例如在汽車領域中用作慣性傳感器或加速度傳感器的微機械元件通常具有微結構，所述微結構具有可活動的功能元件。所述微結構也稱為MEMS結構(Micro-Electromechanical?System：微機電系統)。在這樣的傳感器的運行中，例如通過電容相對于固定的參考電極的變化來檢測功能元件的偏移。

用于制造微機械元件的常見方法包括在功能襯底(傳感器晶片)上構造微結構以及將功能襯底與蓋襯底(封裝)連接。通過所述方式構造包圍功能元件的空腔，通過所述空腔使功能元件相對于周圍環境嚴密密封。還可以調節在空腔中預給定的氣體環境或壓力環境。

在DE?10?2007?044?806?A1中描述了一種用于封裝功能襯底的已知方法。在所述方法中，蓋襯底構造有突出的、銷狀的結構元件。功能襯底設有凹槽，所述凹槽用作蓋襯底的突出的結構元件的配合結構。這兩個襯底如此彼此連接，使得蓋襯底的銷結構配合到功能襯底的凹槽中并且通過所述方式形成環繞微結構的密封區域。此外將連接介質引入密封區域，以便產生嚴密密封的連接。在此，建議使用密封玻璃，在建立與功能襯底的連接之前借助于絲網印刷掩模將所述密封玻璃施加到銷結構上。

在微系統技術中可以觀察到的發展在于部件的日益微型化。因此，除了功能結構之外，還存在微機械元件的連接區域(連接或鍵合框架)設計得更小和更窄的趨勢。然而，以上所述借助于絲網印刷掩模施加密封玻璃的方法在此日益接近極限并且因此表現為不適于滿足(未來的)微型化要求。此外，根據DE?10?2007?044?806?A1在功能襯底上構造的凹槽在橫截面中具有矩形的形狀，由此可能存在附著不足的問題。

發明內容

本發明的任務在于，說明一種改進的用于制造微機械元件的方法。此外，本發明的任務還在于，提供一種改進的微機械元件。

所述任務通過根據權利要求1的方法、根據權利要求10的微機械元件和根據權利要求11的微機械元件解決。在從屬權利要求中說明本發明的其他有利的實施方式。

根據本發明，提出一種用于制造微機械元件的方法。所述方法包括提供第一襯底，提供第二襯底，在第二襯底上構造突出的結構元件，以及通過所述突出的結構元件將第一襯底與第二襯底連接。所述方法的特征在于，連接第一襯底與第二襯底包括共晶鍵合。

實施共晶鍵合方法提供了以下可能性：以相對較小的幾何尺寸并且尤其是以較小的寬度實現微機械元件的兩個襯底之間的連接區域。第二襯底的突出的結構元件此外還實現了在連接襯底時使氧化層破碎，這些氧化層可能位于待連接的表面或層(鍵合方)上。通過所述方式可以相對快速地發生能夠實現連接的共晶反應。

根據一個優選的實施方式，所述第二襯底的突出的結構元件構造有連接層。在連接第一襯底和第二襯底時，第二襯底的連接層和第一襯底的材料形成共晶合金。因為僅僅構造連接層，所以可以通過相對簡單的方式來實現所述實施方式。

根據一個替代的優選實施方式，在第一襯底上構造第一連接層。所述第二襯底的突出的結構元件構造有第二連接層。在連接第一襯底和第二襯底時，第一連接層和第二連接層形成共晶合金。

根據另一個優選的實施方式，第二襯底的突出的結構元件構造有保護層，在所述保護層上構造以上所述的連接層或第二連接層。保護層用于在連接第一襯底和第二襯底時阻止突出的結構元件在保護層下面的材料的熔化。通過所述方式，可以準確地調節在鍵合范疇內形成的共晶合金的混合比，以便實現第一襯底與第二襯底之間的可靠附著。

在此，突出的結構元件的連接層優選具有兩個重疊設置的層，這些層具有不同的材料。使用雙層的連接層提供了以下可能性：改進關于保護層的附著和連接穩定性。

根據另一個優選的實施方式，在第一襯底上構造凹槽。第一襯底和第二襯底如此連接，使得第二襯底的突出的結構元件配合到第一襯底的凹槽中。由此，能夠以較高的穩定性來產生第一襯底與第二襯底之間的鍵合連接。特別地，可以實現相對于在襯底之間橫向作用的力或剪切力的高連接堅固性。

根據另一個優選的實施方式，所述第一襯底的凹槽包括底部區域和側壁。側壁在緊鄰底部區域處具有一些空隙，在共晶鍵合時形成的共晶合金流到這些空隙中。通過所述方式可以實現楔嵌或嚙合，由此能夠進一步改進鍵合連接的穩定性。