[发明专利]具有两个衬底之间的共晶连接的微机械元件以及用于制造这种微机械元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械元件以及一种用于制造微机械元件的方法，其中，第一衬底和第二衬底彼此连接。

背景技术

例如在汽车领域中用作惯性传感器或加速度传感器的微机械元件通常具有微结构，所述微结构具有可活动的功能元件。所述微结构也称为MEMS结构(Micro-Electromechanical System：微机电系统)。在这样的传感器的运行中，例如通过电容相对于固定的参考电极的变化来检测功能元件的偏移。

用于制造微机械元件的常见方法包括在功能衬底(传感器晶片)上构造微结构以及将功能衬底与盖衬底(封装)连接。通过所述方式构造包围功能元件的空腔，通过所述空腔使功能元件相对于周围环境严密密封。还可以调节在空腔中预给定的气体环境或压力环境。

在DE 10 2007 044 806 A1中描述了一种用于封装功能衬底的已知方法。在所述方法中，盖衬底构造有突出的、销状的结构元件。功能衬底设有凹槽，所述凹槽用作盖衬底的突出的结构元件的配合结构。这两个衬底如此彼此连接，使得盖衬底的销结构配合到功能衬底的凹槽中并且通过所述方式形成环绕微结构的密封区域。此外将连接介质引入密封区域，以便产生严密密封的连接。在此，建议使用密封玻璃，在建立与功能衬底的连接之前借助于丝网印刷掩模将所述密封玻璃施加到销结构上。

在微系统技术中可以观察到的发展在于部件的日益微型化。因此，除了功能结构之外，还存在微机械元件的连接区域(连接或键合框架)设计得更小和更窄的趋势。然而，以上所述借助于丝网印刷掩模施加密封玻璃的方法在此日益接近极限并且因此表现为不适于满足(未来的)微型化要求。此外，根据DE 10 2007 044 806 A1在功能衬底上构造的凹槽在横截面中具有矩形的形状，由此可能存在附着不足的问题。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种改进的用于制造微机械元件的方法。此外，本发明的任务还在于，提供一种改进的微机械元件。

所述任务通过根据权利要求1的方法、根据权利要求10的微机械元件和根据权利要求11的微机械元件解决。在从属权利要求中说明本发明的其他有利的实施方式。

根据本发明，提出一种用于制造微机械元件的方法。所述方法包括提供第一衬底，提供第二衬底，在第二衬底上构造突出的结构元件，以及通过所述突出的结构元件将第一衬底与第二衬底连接。所述方法的特征在于，连接第一衬底与第二衬底包括共晶键合。

实施共晶键合方法提供了以下可能性：以相对较小的几何尺寸并且尤其是以较小的宽度实现微机械元件的两个衬底之间的连接区域。第二衬底的突出的结构元件此外还实现了在连接衬底时使氧化层破碎，这些氧化层可能位于待连接的表面或层(键合方)上。通过所述方式可以相对快速地发生能够实现连接的共晶反应。

根据一个优选的实施方式，所述第二衬底的突出的结构元件构造有连接层。在连接第一衬底和第二衬底时，第二衬底的连接层和第一衬底的材料形成共晶合金。因为仅仅构造连接层，所以可以通过相对简单的方式来实现所述实施方式。

根据一个替代的优选实施方式，在第一衬底上构造第一连接层。所述第二衬底的突出的结构元件构造有第二连接层。在连接第一衬底和第二衬底时，第一连接层和第二连接层形成共晶合金。

根据另一个优选的实施方式，第二衬底的突出的结构元件构造有保护层，在所述保护层上构造以上所述的连接层或第二连接层。保护层用于在连接第一衬底和第二衬底时阻止突出的结构元件在保护层下面的材料的熔化。通过所述方式，可以准确地调节在键合范畴内形成的共晶合金的混合比，以便实现第一衬底与第二衬底之间的可靠附着。

在此，突出的结构元件的连接层优选具有两个重叠设置的层，这些层具有不同的材料。使用双层的连接层提供了以下可能性：改进关于保护层的附着和连接稳定性。

根据另一个优选的实施方式，在第一衬底上构造凹槽。第一衬底和第二衬底如此连接，使得第二衬底的突出的结构元件配合到第一衬底的凹槽中。由此，能够以较高的稳定性来产生第一衬底与第二衬底之间的键合连接。特别地，可以实现相对于在衬底之间横向作用的力或剪切力的高连接坚固性。

根据另一个优选的实施方式，所述第一衬底的凹槽包括底部区域和侧壁。侧壁在紧邻底部区域处具有一些空隙，在共晶键合时形成的共晶合金流到这些空隙中。通过所述方式可以实现楔嵌或啮合，由此能够进一步改进键合连接的稳定性。