(57)【要約】  本発明は、複数の空洞を備えた微細構造の構成要素に関し、この場合に空洞は微細構造の構成部分及びキャップによって画成されており、空洞内に互いに異なる気圧を形成してある。さらに本発明は、複数の空洞を備えた構成要素の製造のための方法に関し、空洞は微細構造の構成部分及びキャップによって画成されている。この場合に、微細構造の構成部分とキャップとは所定の第１の気圧の下で互いに気密に結合される。次いで少なくとも１つの空洞への通路を形成し、次いで該通路は所定の第２の気圧の下で気密に閉鎖される。
2008501535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造の構成要素であって、少なくとも２つの空洞を有しており、空洞は微細構造の構成部分及びキャップによって画成されている形式のものにおいて、空洞は互いに異なる気圧を有していることを特徴とする、複数の空洞を備えた微細構造の構成要素。
【請求項２】
少なくとも２つの空洞は、共通の１つのキャップによって画成されている請求項１に記載の微細構造の構成要素。
【請求項３】
少なくとも１つの空洞は１つの通路開口部、殊に酸化物で閉じられた１つの通路開口部を備えている請求項１に記載の微細構造の構成要素。
【請求項４】
空洞の通路開口部は、構成部分基板を貫通している請求項３に記載の微細構造の構成要素。
【請求項５】
構成要素は、埋め込まれた導体パターンを有している請求項１に記載の微細構造の構成要素。
【請求項６】
構成要素は構成部分基板の接触領域に、電気的な接触のための少なくとも１つの手段、殊に金属被覆部を有している請求項１に記載の微細構造の構成要素。
【請求項７】
少なくとも１つの空洞は、環状の気密性の素材結合部によって密閉されている請求項１に記載の微細構造の構成要素。
【請求項８】
少なくとも２つの空洞は、共通の１つの環状の気密性の素材結合部によって密閉されている請求項１に記載の微細構造の構成要素。
【請求項９】
キャップは、ガラス層と結合されたシリコン基板から成っている請求項１に記載の微細構造の構成要素。
【請求項１０】
キャップ、殊にガラス層は空洞の形成のために少なくとも１つの凹設部を有している請求項１に記載の微細構造の構成要素。
【請求項１１】
少なくとも２つの空洞を有する微細構造の構成要素の製造のための方法であって、空洞は微細構造の構成部分及びキャップによって画成されている形式のものにおいて、微細構造の構成部分とキャップとを所定の第１の気圧の下で互いに気密に結合し、次いで少なくとも１つの空洞への通路を形成し、次いで前記通路を所定の第２の気圧の下で気密に閉鎖することを特徴とする、微細構造の構成要素の製造のための方法。
【請求項１２】
キャップの形成のためのシリコン基板とガラスとを陽極ボンディングによって互いに結合する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ガラス内に空洞の形成のために少なくとも１つの凹設部を、殊にエッチングによって形成する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
微細構造の構成部分とキャップとを陽極ボンディングによって互いに結合する請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
空洞への通路を、微細構造の構成部分の構成部分基板内に形成する請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
空洞への通路を析出過程、殊にCVD法によって閉鎖する請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
空洞への通路の形成のための工程と該通路の開口部の閉鎖のための工程とを、所定の気圧の下で複数回順次に行う請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式の微細構造の構成要素並びに、微細構造の構成要素の製造方法に関する。連続していない、つまり互いに分離している複数のセンサー、殊にヨーレイトセンサー及び加速度センサーをマイクロメカニズム技術によって成形することは公知である。微細構造の構成要素（構成部材又は構成部品）としてのヨーレイトセンサー及び加速度センサーを共通の１つのケーシング内で１つ若しくは複数の評価回路に接続して１つのセンサー装置に統合することも公知である。微細構造の複数の構成要素若しくはマイクロメカニズムの複数の構成要素と所属の評価回路とを一体構造で形成することも公知である。マイクロメカニズムのセンサーをキャップ若しくはカバー部材（カバープレート）によってパッケージすることは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１０４８６８号明細書により公知である。センサーとキャップとは互いに陽極ボンディング若しくは陽極結合されて、１つの空洞を画成している。さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４３０１４号明細書により、２つの空洞を微細構造の１つの構成部分内に設けることも公知である。
【０００２】
本発明に基づく微細構造の構成要素は、前記公知技術のものに対して、内部の気圧の互いに異なる少なくとも２つの空洞を有していることによって特徴付けられる。これによって、異なる内部気圧の微細構造の複数の種々のセンサーを微細構造の共通の１つの構成要素内に統合することが可能である。微細構造の加速度センサーの場合に、空洞の内部気圧は例えば５ミリバール乃至１．５バールである。このような圧力によって、加速度センサーの微細構造の変位部分は適切な減衰を生ぜしめる。減衰されることなく回転運動若しくは旋回運動を生ぜしめるセンサー、殊にヨーレイトセンサーにおいては、空洞内の内部圧力は回転若しくは旋回の高い質を保証するために著しく小さく選ばれるようになっている。この場合に空洞内部圧力は有利には＜１０-3バールである。
【０００３】
微細構造の構成要素の有利な実施態様では、少なくとも２つの空洞は、共通の１つのキャップ若しくはカバー部材によって画成されている。このことは、微細構造の構成要素の特にコンパクトな構造を可能にしている。さらにこの種の構成要素の製造工程の数を減少させている。殊に両方の空洞は互いに異なる内部気圧を有している。
【０００４】
少なくとも１つの空洞は、閉じられる１つの通路開口部（アクセス孔）を備えていると有利である。このような通路開口部によって、空洞内に所定の圧力を簡単に形成することができる。
【０００５】
本発明に基づく構成要素の有利な別の実施態様では、通路開口部は構成部分基板を貫通している、つまり構成部分基板に設けられている。このような貫通孔としての通路開口部は、センサー製造に際して簡単に形成され、再び閉じられる。
【０００６】
有利には構造部材は、例えば構成部分基板内に埋設された、つまり埋め込まれた導体パターンを有している。埋め込まれた導体パターンは、キャップと微細構造の構成部分との間の結合面（接合面）を著しく平らに、ひいては密接に形成することを可能にしている。
【０００７】
本発明に基づく微細構造の構成要素の特に有利な実施態様では、構造部材は構成部分基板の接触領域（接点領域）に、電気的な接触（接続）のための少なくとも１つの手段、殊に金属被覆部を有している。このような実施態様は、微細構造の構成要素のすべての接点及び埋め込まれていない導体パターンを微細構造の構成部分のカバーされない側に形成することを可能にしている。これによって、微細構造の構成部分の１つの側の全面的なカバー若しくは封止を可能にして有利である。
【０００８】
微細構造の構成要素の少なくとも１つの空洞を、環状の気密性の素材結合部によって密閉してあると有利である。これによって、空洞内の所定の内部圧力は微細構造の構成要素の耐用年数にわたって保たれる。
【０００９】
複数の空洞を、共通の１つの環状の気密性の素材結合部によって密閉してあると有利である。有利には、所属の空洞内に同じ圧力を有する複数の領域を微細構造の構成要素に設けてある。気圧の互いに異なる複数の領域、殊に真空の互いに異なる複数の領域を設けることも可能である。
【００１０】
本発明に基づく構成要素の有利な実施態様では、キャップは、ガラス層と結合されたシリコン基板から成っている。このようなキャップは、該キャップのガラス層でもって、ケイ素から成る微細構造の構成部分上に簡単に装着されて、陽極ボンディングによって固定される。
【００１１】
有利には、キャップ、殊にガラス層は空洞の形成のために少なくとも１つの凹設部を有している。キャップの凹設部によって、空洞は拡大されて有利である。これによって空洞内に、微細構造の機能部分のための複数の室が生じている。
【００１２】
微細構造の構成要素を製造するための本発明に基づく方法は、微細構造の構成部分とキャップとを所定の第１の気圧の下で互いに気密に結合し、次いで少なくとも１つの空洞への通路を形成し、次いで前記通路を所定の第２の気圧の下で閉鎖することによって、公知の技術に対して特徴付けられる。この場合に有利には、少なくとも１つの空洞にとって内部の気圧はすでにカバーのプロセス工程時に形成される。
【００１３】
さらに有利には、個々の空洞に互いに異なる気圧を形成してあり、つまり例えば各微細構造のセンサーはそれぞれ各所要の圧力で形成されている。
【００１４】
さらに有利には、キャップ及び微細構造の構成部分によって形成される空洞は、結合作業工程時には結合作業工程の際の任意の気圧で形成され、それというのは空洞内の気圧はあとで通路を介して変えられるからである。
【００１５】
本発明の方法の有利な実施態様では、キャップはシリコン基板とガラス層とから成っており、シリコン基板とガラス層とを陽極ボンディングによって互いに結合（接合）するようになっている。この場合に有利には、前述のように簡単に成形されたキャップを、陽極ボンディングの別の工程で微細構造の構成部分と結合するようになっている。
【００１６】
本発明の方法の有利な実施態様では、空洞の形成のためにガラス内に少なくとも１つの凹設部を例えばエッチングによって形成するようになっている。このような方法によってキャップを有利に形成することができ、このようなキャップは平らな基板と平らなガラスとから出発してできるだけ大きな空洞の形成を可能にしている。
【００１７】
微細構造の構成部分とキャップとを陽極ボンディングによって互いに結合することも有利である。陽極ボンディング(anode bonding)は気密な結合部の形成を可能にするものである。
【００１８】
さらに有利には、空洞への通路を微細構造の構成部分の構成部分基板内に形成するようになっている。通路は、微細構造の構成部分の構成部分基板に溝を構成部分の各部分間の電気的な絶縁のために行われる製造工程と同じ製造工程で簡単かつ経済的に形成される。
【００１９】
本発明の方法の有利な実施態様では、空洞への通路は析出過程、殊にCVD法によって閉鎖される。このような析出過程は、小さい製造工程圧力で通路の閉鎖を可能にしている。このことは、内部気圧の小さい空洞の形成にとって有利である。
【００２０】
さらに有利には、通路を形成する作業工程と次いで該通路を所定の気圧下で閉鎖する作業工程とを順次に繰り返して行うようになっている。これによって、互いに異なる所要の気圧を有する別の複数の空洞を形成することができる。
【００２１】
次に本発明の実施例を図面に示して詳細に説明する。図面において、
図１は、１つの基板と１つのガラスの準備を示しており、
図２は、基板とガラスとの陽極ボンディングによる結合を示しており、
図３は、ガラス層の薄膜化を示しており、
図４は、ガラス内への凹設部のエッチング成形を示しており、
図５は、基板の被覆及び平滑化を示しており、
図６は、キャップと微細構造の構成部分との整合を示しており、
図７は、構成部分とキャップとの結合を示しており、
図８は、空洞への通路開口部の形成を示しており、
図９は、通路開口部の閉鎖を示しており、
図１０は、背面側接点の形成を示しており、
図１１は、１つの微細構造の構成要素内への複数の空洞の配置を示している。
【００２２】
図１では、キャップの形成のためのサブストレート及びガラスを準備してある。図示の実施例ではケイ素から成るキャップサブストレート１００は、ガラス１５０に相対して配置されかつ整合されている。ガラス１５０は実施例ではパイレックスから成っている。キャップサブストレート１００とガラス１５０とは、結合のために互いに向き合わされた表面に適切な粗さを有していなければならない。
【００２３】
図２は、キャップサブストレート１００とガラス１５０との結合を示している。結合は例えばそれ自体公知技術の陽極ボンディング法で行われている。
【００２４】
図３は、ガラス層の薄膜化（層を薄くすること）を示している。ガラス１５０の薄膜化は研削及びケミカルメカニカルポリシング(CMP)によって行われる。これによって、実施例では約５０μｍの厚さのガラス層１５０が得られる。
【００２５】
図４には、ガラス内への凹設部（切欠き）の形成を示してある。ガラス１５０の凹設部４００は、例えばBOE(Buffered Oxid Etch)・エッチング法によって形成される。凹設部４００は図示の実施例では約約５．５μｍの深さを有している。凹設部の形成に際して、支持領域４５０を設けていてよい。
【００２６】
図５には保護膜若しくは被膜の形成及びキャップサブストレートの平坦化を示してある。被膜５５０の形成のためにガラス層１５０の領域に、殊に凹設部４００の領域及び支持領域４５０に金属層を析出するようになっている。金属層は例えばアルミニウムから成っていて、ここでは約４００ｎｍの厚さを有している。金属層は必要に応じて所定のパターンで析出され、若しくは析出された金属層にパターンを形成することも可能である。被膜５５０は選択的な実施態様として接点端子５５５を有していてよく、接点端子には導線を接続するようになっている。
【００２７】
次の製造工程で、キャップサブストレート１００を平坦化する。平坦化５６０はキャップサブストレート１００の背面から行われる。平坦化５６０によって、ほぼプレート状のキャップサブストレート１００は全面にわたって実質的に同じ厚さを有しており、該厚さは実施例では約４５０μｍである。キャップサブストレート１００、ガラス層１５０及び被膜５５０は一緒に１つのキャップ５００を形成している。
【００２８】
図６は、微細構造の構成部分に対するキャップの整合（位置決め）を示している。微細構造の構成部分６００は、多結晶シリコンから成る微細構造の機能層６１０、酸化ケイ素から成る誘電性の層６２０、及びシリコンから成る構成部分基板６３０を含んでいる。微細構造の機能層６１０は接続領域６４０及び微細構造のパターン６５０を有し、かつ選択的に支持支承部６５５を有している。キャップ５００のガラス層１５０は、微細構造の構成部分６００と向き合う面にボンド面６６０を有している。
【００２９】
図７は構成部分とキャップとの結合を示している。この場合にキャップ５００はボンド面６６０で構成部分６００に陽極ボンディングされる。ガラス層１５０と微細構造の機能層６１０との間のこのような素材結合は気密性を有している。これによって、キャップ５００と微細構造の構成部分６００とは少なくとも１つの空洞７００を画成（画定）している。
【００３０】
図８は空洞への通路開口部（アクセス開口部）の形成を示している。まず、構成部分基板６３０の約１２５μｍの厚さまでの薄膜化８００を行うようになっている。薄膜化８００は研削及び研磨によって行われる。次いで、構成部分基板６３０内に溝８１０を形成して、該溝は接点領域８３０を構成部分基板６３０の残りの部分から絶縁している。同じ製造工程で構成部分基板６３０内に空洞７００への通路開口部８２０を形成する。通路開口部８２０によって、空洞内の気圧は周囲の気圧と一致され、つまりバランスされる。
【００３１】
図９は通路開口部の閉鎖を示している。このために、構成部分基板６３０は酸化物９００を用いて被覆され、このことは例えばCVD法によって行われる。酸化物９００は絶縁用溝８１０を満たし、通路開口部８２０を閉鎖し、かつ構成部分基板６３０の残りの部分を被覆するようになっている。この場合に被覆中のプロセス圧力は、１０-3よりも小さくてよく、空洞７００内に閉じ込められる。接点領域８３０は少なくとも部分的に、酸化物９００で被覆されないようになっており、つまり露出されている。
【００３２】
図１０は構成部分基板６３０上への背面側接点の形成を示している。この場合に、金属被覆１０を接点領域８３０上に、及び部分的に酸化物９００にも施すようになっている。金属被覆１０は、金属被覆の形成に際して若しくは後の製造工程でパターン化される。該製造工程によって、微細構造の構成要素の内部の導電性の領域への接点並びに表面の接点及び導体路を形成することができる。
【００３３】
図１１は複数の空洞を備えた本発明に基づく１つの微細構造の構成要素若しくは構成部品（構成素子）を示している。構成要素は平面で見て概略的に示してある。空洞７００ａ，ｂは微細構造の構成要素の内部に設けられていて、該実施例では共通の唯一のキャップによって構成要素上に形成されている。キャップ及び構成要素は結合面６６０を有しており、該結合面は該実施例では陽極ボンディングの後に第１のボンディングフレーム１１３及び第２のボンディングフレーム１１５を形成している。第１のボンディングフレーム１１３は１つの空洞７００ａを取り囲み、つまり画成しており、該空洞は、閉鎖された通路開口部８２０を有している。空洞７００ａ内には、極めて小さい気圧（内部圧）を形成してある。該気圧は、例えば１０-3よりも小さい。空洞７００ａ内には微細構造の機能素子１１１を収容してあり、該機能素子（作動部分）は極めて低い圧力で作動するものである。このような機能素子は、例えば微細構造のヨーレートセンサー若しくは微細構造で高精度の揺動体或いはカンチレバーである。空洞７００ａは、真空状態でボンディングフレーム１１３によって周囲の圧力に対して気密に密閉されている。
【００３４】
微細構造（マイクロ構造）の構成要素は、実施例では別の３つの空洞７００ｂを備えており、該空洞は通路開口部を有していない。空洞７００ｂは実質的に陽極ボンディングの作業工程時の作業工程気圧（プロセス圧）を含んでいる。作業工程圧力は例えば５ミリバール乃至１．５バールの領域の圧力である。空洞７００ｂ内に収容されている機能素子１１０は、高い圧力で機能するようになっており、若しくは高い作動圧力に対して大きな公差を許容するものである。微細構造の機能素子１１０は、例えば加速度センサーであり、加速度センサーは作動時に空洞７００ｂ内の気圧によって減衰される。
【００３５】
高い圧力を有する３つの空洞７００ｂは、第４の空洞７００ａ内の真空に対してボンディングフレーム１１３によって気密にシールされている。さらにすべての空洞７００ａ，ｂは、外部に対してボンディングフレーム１１５によって気密に密閉されている。高い圧力を有する３つの空洞７００ｂは、実施例では別のボンディングフレームを用いて互いに分離されるようになっておらず、それというのは、該空洞内には陽極ボンディングの作業工程の後に実質的に同じ内部圧力が作用していてよいからである。
【００３６】
さらに図１１には、金属被覆によって形成された接触面１０を示してある。該接触面（接続面又は接点）を用いて微細構造の構成要素は例えば外部の評価回路（図示省略）に接続されるようになっている。評価回路を微細構造の構成要素内に統合することも可能である。微細構造の構成要素の種々の構成若しくはさらなる変更も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】基板と１つのガラスの準備を示す図
【図２】基板とガラスとの陽極ボンディングによる結合を示す図
【図３】ガラス層の薄膜化を示す図
【図４】ガラス内への凹設部のエッチング成形を示す図
【図５】基板の被覆及び平滑化を示す図
【図６】キャップと微細構造の構成部分との整合を示す図
【図７】構成部分とキャップとの結合を示す図
【図８】空洞への通路開口部の形成を示す図
【図９】通路開口部の閉鎖を示す図
【図１０】背面側接点の形成を示す図
【図１１】１つの微細構造の構成要素内への複数の空洞の配置を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１０  金属被覆、  １００  キャップサブストレート、  １１１  機能素子、  １１３，１１５  ボンディングフレーム、  １５０  ガラス層、  ４００  凹設部、  ４５０  支持領域、  ５００  キャップ、  ５５０  被膜、  ５６０  平坦化、６００  構成部分、  ６１０  機能層、  ６２０  層、  ６３０  構成部分基板、  ６４０  接続領域、  ６５０  パターン、  ６５５支持支承部、  ６６０  ボンド面、  ７００  空洞、  ８００  薄膜化、  ８１０  溝、  ８２０  通路開口部、  ８３０  接点領域、  ９００  酸化物
【図１】
2008501535.tif 000003
【図２】
2008501535.tif 000004
【図３】
2008501535.tif 000005
【図４】
2008501535.tif 000006
【図５】
2008501535.tif 000007
【図６】
2008501535.tif 000008
【図７】
2008501535.tif 000009
【図８】
2008501535.tif 000010
【図９】
2008501535.tif 000011
【図１０】
2008501535.tif 000012
【図１１】
2008501535.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月28日(2006.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
微細構造の構成要素であって、気密に密閉された少なくとも２つの空洞を有しており、空洞は微細構造の構成部分及びキャップによって画成されている形式のものにおいて、空洞は互いに異なる気圧を有していることを特徴とする、複数の空洞を備えた微細構造の構成要素。
【国際調査報告】
2008501535.tif 000014
2008501535.tif 000015
2008501535.tif 000016
2008501535.tif 000017