專利名稱：具有背側容積的微機械組件的制作方法
技術領域：
本發明 涉及一種根據獨立權利要求的前序部分所述的微機械組件及其制造方法。
背景技術：
微機械傳感器往往使用設置在空腔上方的膜片。在此，在特定的傳感器——如 MEMS麥克風中，所述空腔的大小和形狀影響傳感器的分辨能力。但是MEMS麥克風和膜片傳感器通常借助于兩級工序實現。在此，例如具有膜片和 反電極130的傳感元件120放置在半導體基片上。如在圖Ia中所示，緊鄰半導體基片100 的背側170地在基片中開設空洞110，所述空洞110 —直延伸到有效的傳感器結構，也就是 說，在麥克風中例如一直延伸到反電極130。在此，空洞110的成形可以借助于單一的溝道 蝕刻工序。但是在此需要蝕刻前端必須非常準確地到達有效的傳感器結構，因為否則在朝 向傳感器結構的空洞開口的偏差時可能會產生機械的/聲學的短路。如果相反空洞的開口 相對于傳感器結構的大小設計地過小，則傳感器結構——例如膜片被不必要地減弱。通常，在使用MEMS麥克風的情況下，傳感器結構下方的開口必須保持最小容積， 以便實現足夠的靈敏度。但是為了提高靈敏度期望所述容積盡可能大。但是相反，容積不 可以任意地擴大，因為在進一步加工中組件的背側170上的面積用于將組件安裝在印刷電 路板上或者殼體中。因此，必須找到大的容積與基片背側上足夠大的緊固面積之間的折中 方案。在圖Ib中示出用于擴大背側容積的另一已知示例。在此，與更具圖Ia的組件相 比使用兩級溝槽蝕刻工序。在此方法中，通過第一溝槽蝕刻步驟在基片100中開設具有比 有效的傳感器結構130更大的開口的空洞140。在隨后的第二溝槽蝕刻步驟中產生較小的 空洞150，其與傳感元件120或傳感器結構130的尺寸相匹配。雖然通過所述方法可以實現 由空洞140、150組成的更大的背側容積并且因此實現靈敏度的提高，但與圖Ia的組件相比 由兩個分離的結構化步驟的耗費明顯提高。空洞140的任意擴大也是不可能的，因為在基 片100的背側170上必須設有足夠的用于緊固的面積。相反，對更大的背側容積和足夠的緊固面積之間的困境的補救提供了一種方法， 所述方法提供根據圖Ic的組件。在此，通過各向異性和各向同性的蝕刻步驟的組合在傳感 元件120或有效的傳感器結構130下方的基片100中蝕刻出環形結構160。通過所述方法 在與圖Ia相比緊固面積大小相同的情況下獲得容積提高。但是，通過環形結構，由此獲得 的相對于圖Ia的組件的容積提高在基片100的厚度保持不變的情況下與圖Ib的組件相比 明顯更小。由DE 10 2007 026 450 Al公開了一種方法，其中，可以借助于特殊的溝槽工序在 半導體基片中產生空洞的側向加寬。
發明內容
本發明說明一種微機械組件和用于制造這樣的組件的方法，其中，從單晶的半導體基片的背側中的開口出發在基片中產生一個空腔。在此，如此控制為此使用的工序以及 所使用的單晶的半導體基片，使得產生在很大程度矩形的空腔。在此提出，在橫向上和/或在垂直方向上以矩形形狀實現所述空腔。在本發明的構型中 ，在半導體基片的前側上施加半導體元件。為了連接空腔和傳 感元件，即為了實現通向傳感元件的介質進口，從空腔出發在半導體基片的前側中設有一 個開口。在本發明的一個擴展方案中，作為傳感元件設有麥克風，其中，作為壓力均衡需要 空腔與膜片和反電極之間的區域之間的介質交換。在此可以優選地設置，直接在半導體基 片的前側中構造反電極并且在半導體基片上施加作為附加組件的膜片。優選地，在使用單晶的半導體基片時壁定向在相應的晶體方向上。這樣例如在 (100)晶體中考慮壁在<110>方向上的構型，而壁之間的過渡在<100>上延伸。所述過渡通 過降低的蝕刻速度在所述晶體方向上或多或少地倒圓。通過膜片或反電極下方的矩形空腔的根據本發明的構型，可以在半導體基片中實 現比橢圓形構型更大的容積。這實現了更大的介質容納。此外，由此可以實現傳感元件的 靈敏度的提高。因此，可以制造更薄和更小的半導體元件，尤其是麥克風。其他優點由以下對實施例的說明和從屬權利要求中得出。
圖Ia至Ic示出由現有技術公開的空腔構型，圖2a至2d示出矩形空腔的制造，圖3示出根據本發明的空腔的橫截面，圖4通過部分集成到半導體基片中的麥克風的形式示出一個特殊的實施例。
具體實施例方式在用于制造根據本發明的組件的方法中，首先將半導體元件220施加到單晶的半 導體基片200上。在此既可以是通常的微機械的薄膜傳感器但也可以是微機械地制造的麥 克風。在此，膜片或者反元件或者反電極230可以直接施加到基片上。替代地，傳感元件 220也可以如此施加到基片200的前側310上，使得在膜片或反元件與基片之間具有或多或 少較大的間距，以便避免在制造時的直接接觸和損害。隨后，根據通常的微機械的溝槽蝕刻工序將掩膜240施加到基片200的背側上，所 述掩膜定義以后的空洞210。在隨后的溝道蝕刻工序中，如在圖2中所示，各向異性地在基 片200中開設幾乎垂直的凹槽，其形成空洞210。在此，在空洞的側壁上構造鈍化部250。為 了實現特別高的背側容積，應當一直實施溝槽蝕刻工序直到幾乎基片200的厚度的一半。可選地，在根據圖2b的另一蝕刻步驟中，由空洞210出發各向同性的蝕刻步驟例 如借助于SF6蝕刻在基片的深度上開設環260。所述可選的步驟縮短了制造時間，因為與隨 后的蝕刻步驟相比SF6蝕刻的蝕刻速度更高。與現有技術相比的本質變化在于，使用考慮基片的晶體取向的蝕刻步驟。在此，借 助(正34評2或者另一各向異性的蝕刻氣體的蝕刻已經證實是有利的。在所述蝕刻過程中， 不同晶體方向上的蝕刻前端是不同的，從而得出基片200中的近似矩形的空腔270，如圖2c所示。空腔270的大小，即基片200中空腔的橫向延展通過蝕刻時間確定。這樣可以產生 比傳感元件220或者膜片或者反電極230在橫向上更寬的空腔，其在所有側面上具有相同 的深度。 在最后的蝕刻步驟中，借助于(各向異性的)溝道蝕刻工序通過在第一溝道蝕刻 工序中產生的開口 215開設至傳感元件220或者至膜片或反電極230的空腔270。在此，如 開始部分所述，必須使所產生的開口 280的大小與傳感元件220或者膜片或反電極230相 協調。如果需要，可以在分離組件之前在另一步驟中去除蝕刻掩膜240以及鈍化層250。在根據圖2d的組件的橫截面中，根據單晶半導體基片中的晶體取向說明蝕刻前 端的不同擴展。這樣例如在(100)硅基片中<100>方向340上的蝕刻率小于<110>方向 350方向上的蝕刻率，因此空腔270的壁幾乎矩形地或者正方向地取向。如根據圖3同樣可 以看到的那樣，各向異性的蝕刻過程也作用于掩膜開口 250，只要在那里同樣存在矩形的或 者正方形的蝕刻前端330。根據另一實施例，取代單個開口 280也可以產生多個較小的開口 400作為通向傳 感元件420的通孔，如在圖4中所示。在此也可以設置反電極410直接開設在基片200的 前側中。在此，同樣可以進行所述區域的摻雜。所述實施例的優點在于，整個MEMS麥克風 不必施加在基片200上，而是僅僅設有膜片430的傳感元件420施加在基片200上。此外可以考慮，傳感元件全部集成到基片中。
權利要求
1.微機械組件，具有單晶的半導體基片(200)和所述半導體基片中的空腔(270)，其 中，在所述半導體基片的背側(300)中設有通向所述空腔的開口(215)，其特征在于，所述 空腔在橫向上具有超過所述開口的延展的深度并且具有近似矩形的形狀。
2.根據權利要求1所述的微機械組件，其特征在于，所述空腔在橫向上和/或在垂直方 向上具有近似矩形的形狀。
3.根據權利要求1或2所述的微機械組件，其特征在于，所述組件具有微機械的傳感元 件(220，420)，其具有膜片結構(230，430)，其中，所述膜片結構通過所述半導體基片的前 側(310)上的至少一個開口(280)與所述空腔接觸。
4.根據權利要求3所述的微機械組件，其特征在于，所述傳感元件具有麥克風結構，其 由膜片和設有至少一個開口(400)的反電極(410)組成。
5.根據權利要求3或4所述的微機械組件，其特征在于，所述膜片和/或所述反電極至 少部分集成到所述半導體基片的前側中，其中，尤其是，已經由所述半導體基片構造出所述 麥克風結構的反電極。
6.根據權利要求3、4或5中任一項所述的微機械組件，其特征在于，所述空腔的橫向延 展大于所述膜片和/或所述反電極的橫向延展。
7.根據以上權利要求中任一項所述的微機械組件，其特征在于，所述空腔的壁定向在 所述單晶的半導體基片的晶體方向上，其中，尤其是，所述基片具有(100)定向以及所述壁 定向在所述半導體基片的<110>方向上或所述壁之間的過渡部定向在<100>方向上。
8.用于制造微機械組件的方法，尤其是用于制造根據權利要求1至7中任一項所述 的組件的方法，其中，所述方法從單晶的半導體基片(200)的背側(300)出發，具有以下步 驟實施各向異性的第一溝道蝕刻工序，以在所述半導體基片中生成空洞(210)，以及實施各向異性的氣相蝕刻步驟，尤其是借助于CIF3或XeF2，以在所述半導體基片中產 生近似矩形的空腔(270)。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，在產生所述空洞之后實施各向同性的蝕 刻步驟，該蝕刻步驟在所述半導體基片中產生所述空洞的側向凹陷。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特征在于，在產生所述空腔之后實施各向異 性的第二溝道蝕刻工序，由此在所述半導體基片的前側(310)上產生至少一個開口(280， 400)，其中，尤其是，所述至少一個開口能實現所述空腔和施加在所述半導體基片的前側上 的傳感元件(220，420)之間的介質交換。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二溝道蝕刻工序以兩個步驟進 行，其中，第一步驟在所述半導體基片的前側中產生麥克風結構的反元件(410)，第二步驟 在所述反元件中產生通孔(400)。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的方法，其特征在于，通過所述第一溝道蝕刻工 序產生具有近似一半半導體基片深度的空洞。
全文摘要
本發明說明一種微機械組件和用于制造這樣的組件的方法，其中，從單晶的半導體基片(200)的背側中的開口(215)出發在基片中產生一個空腔(270)。在此，如此控制為此使用的工序以及所使用的單晶的半導體基片，使得產生在很大程度矩形的空腔。
文檔編號H04R31/00GK102106161SQ200980128720
公開日2011年6月22日 申請日期2009年6月3日 優先權日2008年7月22日
發明者A·赫希斯特, J·賴因穆特, M·賽特勒, S·魏斯 申請人:羅伯特·博世有限公司