МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОМПОНЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B81C5/00 

Изобретение относится к компоненту, в частности к микромеханическому, микроэлектромеханическому или микрооптоэлектромеханическому компоненту, и способу изготовления компонента такого типа.

Изобретение позволяет свести к минимуму воздействие внешних факторов, таких как влажность или загрязнение, например, пылью, на микроэлектромеханические компоненты (MEMS) или микрооптоэлектромеханические компоненты (MOEMS) и их активные структуры. Под «активными» в контексте настоящего изобретения необходимо понимать, в частности, подвижные оптические структуры или структуры, имеющие как подвижные, так и оптические компоненты, такие как подвижные зеркала. Термин «активная область» означает область или объем, занимаемую или занимаемый компонентом, в которой или котором лежит или движется активная структура и которая или который в большинстве случаев герметично закрыта. Герметизация в дальнейшем может быть использована для установки определенного внутреннего давления в зоне активных структур и имеет особую ценность применительно к компонентам, работа которых зависит от определенного внутреннего давления, к которым относятся, например, датчики ускорения и гироскопы (датчики угловой скорости).

В целях снижения стоимости продукции компоненты MEMS и MOEMS обычно изготавливают на самой пластине. Процессы соединения, которые часто необходимы в этом случае, могут быть осуществлены, например, на основе прямого использования связующего или анодной пайки.

На технологическом уровне при изготовлении таких структур затруднен вывод электрических контактов из загерметизированной зоны компонента для обеспечения электрического контакта с определенными частями этого компонента (например, с активной структурой). В связи с этим возможны различные варианты: электрические контакты могут быть выполнены, например, при помощи латерально расширяющихся полупроводниковых слоев, вставленных или выполненных с использованием диффузионных способов, с низким поверхностным сопротивлением (ссылка 1). Также возможно использование проводящих слоев со сформированным рельефом, которые покрыты планаризированным пассивирующим слоем.

Кроме того, электрические контакты, выполненные в виде вертикальных металлизированных отверстий, могут быть выведены из компонента. Для выполнения таких отверстий в компоненте сначала выполняют контактные отверстия, а затем в них вводят проводящий материал. В качестве такого материала может выступать, например, металл, осажденный посредством вакуумной металлизации, напыления, электролитического осаждения или химической вакуумной металлизации. Проводящий материал может также состоять из другого материала, например легированного полупроводника (поликремния). Перед вводом проводящего материала в контактные отверстия их стенки обычно покрывают изолирующим материалом, например SiO₂, Si₃N₄, полиимидом и т.п., для предотвращения короткого замыкания электрических цепей проводящего материала с другими проводящими зонами компонента.

Контактные отверстия могут быть выполнены различными способами: обычно используют ультразвуковой (ссылки 2, 3), пескоструйный (ссылка 2) или водоструйный способы сверления. Контактные отверстия, выполненные указанными способами, имеют диаметр несколько сотен микрон, что ограничивает их применение изготовлением компонентов MEMS или MOEMS небольших габаритных размеров. Недостатком указанных способов сверления является то, они лишь частично удовлетворяют критерию чистоты. Для устранения этого недостатка сверление указанных отверстий осуществляют при помощи лазерного луча. Хотя этот способ сверления позволяет избежать указанного недостатка, его применение часто приводит к возникновению механических напряжений в материале или его плавлению из-за высокой температуры в процессе сверления, в связи с чем возникают проблемы в ходе дальнейшего производства компонента. Поэтому был сделан переход к выполнению контактных отверстий посредством химического или плазмохимического формирования.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления компонента, в частности микроэлектромеханического или микрооптикоэлектромеханического компонента, не требующего сложной производственной технологии, позволяющего надежно заключить в герметическую оболочку соответствующие активные структуры и вывести из компонента электрические контакты, которые обеспечивают электрическую связь с активными структурами, без нарушения герметичности.

Для решения этой задачи настоящим изобретением разработаны способы изготовления в соответствии с пунктами формулы с 1 по 16. Также в настоящем изобретении разработаны компоненты согласно пунктам формулы 20 и 21. Предпочтительные конфигурации и развитие принципов изобретения представлены в зависимых пунктах формулы.

Предлагаемый способ изготовления компонента, в частности, микромеханического, микроэлектромеханического или микрооптикоэлектромеханического компонента, включает следующие этапы, согласно которым:

- изготавливают первый слоистый композитный материал, содержащий первую подложку и первый изолирующий слой, который покрывает по меньшей мере одну часть поверхности первой подложки;

- изготавливают второй слоистый композитный материал, содержащий вторую подложку и второй изолирующий слой, который покрывает по меньшей мере одну часть поверхности второй подложки;

- наносят по меньшей мере частично проводящий структурный слой на первый изолирующий слой;

- наносят второй композитный материал на структурный слой, так что второй изолирующий слой примыкает к структурному слою,

- причем первый и второй слоистые композитные материалы, а также структурный слой сконфигурированы таким образом, что по меньшей мере одна часть структурного слоя, которая содержит активную область компонента, герметически изолирована первым и вторым слоистыми композитными материалами,

- и формируют контактные отверстия для обеспечения контакта с проводящими зонами структурного слоя, которые сформированы в первой и/или второй подложке и доходят до проводящих зон структурного слоя.

Существенным аспектом изобретения является то, что активную область, т.е. активную структуру компонента, подлежащего изготовлению, изолируют от среды компонента (в отношении загрязняющих веществ и влажности) до выполнения контактных отверстий. Преимущество такой технологии заключается в том, что при соединении первого и второго слоистых композитных материалов и структурного слоя для формирования единого слоистого композитного материала (процесс присоединения) можно использовать высокие температуры (>400°С), поскольку опасность случайного растворения (растворимость в твердом состоянии), легирования или плавления уже сформированных контактных соединений (металлизированных), может быть исключена.

Электрические токи, необходимые активным структурам для работы компонента, или сигналы, генерируемые активной структурой, соответственно подают активным структурам или снимают с последних через контактные отверстия и проводящий структурный слой, прилегающий к последним.

В одной предпочтительной реализации изобретения активную структуру компонента, изготавливаемого в соответствии с изобретением, изготавливают путем формирования рельефа структурного слоя, которое может быть осуществлено перед нанесением структурного слоя на первый слоистый композитный материал или после этого. Формирование рельефа можно осуществить, например, путем нанесения маски на поверхность структурного слоя и последующего его травления. Если рельеф структурного слоя сформирована после его нанесения на первый слоистый композитный материал, то допуски на соединение в ходе указанного нанесения можно не учитывать.

В примере, приведенном в нижеследующем описании, предположено, что контактные отверстия формируют в первой подложке.

В предпочтительной реализации изобретения первые углубления выполняют на той стороне первой подложки, которая обращена к структурному слою, перед нанесением структурного слоя на первый слоистый композитный материал, причем края указанных углублений по меньшей мере частично соответствуют краям контактных отверстий в первой подложке. Первые углубления могут быть использованы в качестве контактных отверстий (или по меньшей мере их частей) на следующем этапе производства в соответствии с предлагаемым способом.

Кроме того, зоны поверхности первой подложки, непосредственно примыкающие к первым углублениям, не покрыты первым изолирующим слоем. Иными словами, первый изолирующий слой не простирается прямо до «кромки» первых углублений. Благодаря этому можно выполнить разрывные кромки, которые могут быть использованы на следующем производственном этапе для отдельного обеспечения контакта с проводящими зонами структурного слоя и зонами поверхности первой подложки.

Также вторые углубления выполняют на той стороне первой и/или второй подложки, которая обращена к структурному слою, перед нанесением структурного слоя на первый слоистый композитный материал, причем края указанных вторых углублений по меньшей мере частично соответствуют краям активной структуры или соответственно активной структуры структурного слоя. Вторые углубления могут быть выполнены в на отдельном этапе или вместе с первыми углублениями на одном этапе. Вторые углубления позволяют совершать механическое перемещение (например, колебание) той зоны структурного слоя, которая расположена в пределах активной области. Кроме того, вторые углубления могут быть использованы для задания определенных параметров компонента. В связи с тем что добротность механической колебательной системы в определенных условиях зависит в первую очередь от давления внутри компонента, формы активной (подвижной) структуры и ее непосредственного окружения, оказывается возможным, например, влиять на добротность активной колебательной структуры путем выбора размеров вторых углублений. Таким образом, чем глубже указанные углубления, тем выше добротность (при условии поддержания одного и того же давления внутри компонента).

В структурном слое могут быть сформированы углубления, края которых по меньшей мере частично соответствуют краям активной области или соответственно активной структуры структурного слоя. В этом случае вторые углубления в первой и второй подложках можно по существу не выполнять, поскольку перемещение соответственно сконфигурированной активной структуры может быть осуществлено только в углублениях структурного слоя.

Кроме того, в первом и/или втором изолирующем слое могут быть сформированы углубления, края которых по меньшей мере частично соответствуют краям активной области или соответственно активной структуры структурного слоя. В этом случае вторые углубления в первой и второй подложках, а также углубления структурного слоя также можно не выполнять, поскольку перемещение соответственно сконфигурированной активной структуры может быть осуществлено только в углублениях изолирующего слоя. Углубления изолирующего слоя могут служить стопором для части активной структуры в ходе ее перемещения, т.е. можно сказать, что размещение краев или конфигурации углублений проводящего слоя могут быть выбраны таким образом, что часть (относительно небольшая часть) активной (выполненной с возможностью перемещения) структуры при деформации больше заданной ударяется о дно углублений изолирующего слоя, и это предотвращает удар о дно вторых углублений с относительно высокой кинетической энергией той части активной структуры (относительно большой части), которая может испытывать значительно большую деформацию, поскольку она может перемещаться в пределах вторых углублений («защита от разрушения» активной структуры без снижения ее механической добротности). В этом случае та часть области активной структуры, которая служит стопором, должна быть относительно небольшой по сравнению с остальной областью активной структуры.

В предлагаемом способе, несомненно, можно одновременно использовать углубления всех типов, т.е. компонент, произведенный предлагаемым способом, может одновременно иметь углубления всех типов.

Обычно первая и вторая подложки составляют в каждом случае часть пластины или соответственно пластинчатого композитного материала, которая или который затем разделяют на единичные элементы. Для облегчения этой операции в той поверхности первой и/или второй подложки, которая удалена от структурного слоя, могут быть выполнены третьи углубления, которые служат кромками необходимого разрыва.

Кроме того, в структурном слое при формировании его рельефа можно выполнить канавки, которые служат для электрической изоляции активных структур от внешних зон (край чипа) структурного слоя компонента, подлежащего изготовлению. Указанная операция обеспечивает отсутствие неблагоприятного воздействия на электрические функции компонента даже при условии, когда наружные концы структурного слоя не изолированы электрически от окружающей среды.

Если первые углубления сформированы в первой подложке, то для формирования контактных отверстий, проходящих от поверхности первой подложки, находящейся на удалении от структурного слоя, по меньшей мере одну часть первой подложки можно удалить до такой позиции по вертикали, которая соответствует позиции по вертикали донышек первых углублений. Благодаря этому первые углубления оказываются «открытыми» по отношению к своим донышкам и могут служить в качестве контактных отверстий.

После формирования контактных отверстий, как правило, на поверхность первой подложки, находящейся на удалении от структурного слоя, методом осаждения наносят металлический слой или другой слой проводящего материала. Если в первой подложке предварительно были выполнены разрывные кромки, можно в ходе одного процесса осаждения изготовить как экранирующий электрод на поверхности первой подложки для защиты компонента от нежелательного излучения, так и контактный слой (на донышках контактных отверстий), который электрически изолирован от экранирующей поверхности и служит для обеспечения контакта с проводящими зонами структурного слоя. Использование разрывных кромок позволяет одновременно за один этап производства реализовать контакт с зонами, которые должны быть электрически изолированы друг от друга.

Контактные отверстия, первые, вторые и третьи углубления и/или структурный слой предпочтительно формируют методом травления. Изобретение, однако, не ограничивается этим условием.

В одной особенно предпочтительной реализации изобретения первая и вторая подложка, а также структурный слой выполнены из кремния. Изобретение, однако, не ограничивается этим условием; возможно применение других материалов и их сочетаний. Как правило, кремний имеет хорошие механические свойства, легкодоступен, а способы его обработки хорошо известны. Если все компоненты выполнены из кремния, имеют место следующие преимущества: незначительная деформация под воздействием температуры, а также низкое газовыделение по сравнению со стеклами типа пирекс (Pуrеx) и SD2, выпускаемыми компаниями "Hoya" и "Corning Glas", для которых внутри компонента возможно поддерживать давление менее 0,01 мбар (1 Па).

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления компонента, в частности микромеханического, микроэлектромеханического или микрооптикоэлектромеханического компонента, состоящего из следующих этапов, на которых:

наносят на первую непроводящую подложку по меньшей мере частично проводящий структурный слой,

наносят на структурный слой вторую непроводящую подложку,

причем первая и вторая подложки, а также структурный слой сформированы таким образом, что, по меньшей мере, одна часть структурного слоя, содержащая в себе активную область компонента, герметично закрыта первой и второй подложками,

формируют в первой и/или второй подложке контактные отверстия для обеспечения контакта с проводящими зонами структурного слоя.

В настоящем способе функцию изолирующих слоев, которые используются в предыдущем способе, выполняют непроводящие первая и вторая подложки. Предпочтительно они выполнены из кварца, пирекса (Pyrеx) или SD2. Все реализации, описание которых приведено в связи с предыдущим способом, могут быть применены аналогичным образом и к настоящему способу.

В одной предпочтительной реализации изобретения контактные отверстия формируют в первой подложке, а первые углубления выполняют на поверхности первой подложки, обращенной к структурному слою, перед нанесением этого слоя на первую подложку, причем края указанных первых углублений по меньшей мере частично соответствуют краям контактных отверстий, которые затем формируют в первой подложке. Первые углубления имеют ступенчатую форму, так что края верхних зон этих углублений размещены шире краев соответствующих нижних зон. Такая форма обеспечивает формирование разрывной кромки при последующем осаждении проводящего слоя (экранирующего электрода). Ступенчатая структура первых углублений может быть реализована, например, в процессе двухэтапного формирования рельефа. Разрывные кромки, сформированные согласно описанному выше способу в форме переходов между первым изолирующим слоем и кромками первых углублений, в настоящем способе заменены ступенчатой структурой первых углублений.

Ниже приведено подробное описание предпочтительной реализации предлагаемого способа изготовления. Также приведено описание способа изготовления компонента, который снабжен вертикальными электрически изолированными контактными отверстиями, через которые может быть установлен электрический контакт с отдельными электродами этого компонента.

Во-первых, на подходящую первую подложку (например, кремниевую) наносят выполненную с возможностью присоединения прослойку (например, из термической окиси кремния), которую в определенных зонах удаляют соответствующим способом формирования рельефа (например, реактивным ионным травлением RIE). Удаляют непосредственно те зоны указанной прослойки, в пределах или поверх которых затем располагают независимые элементы, служащие для уменьшения демпфирования в одном направлении (направление z), например, в датчиках ускорения или гироскопах. Кроме того, удаляют зоны указанной прослойки, лежащие непосредственно поверх проводящих зон, для обеспечения контакта со структурным слоем. В указанных зонах размеры прослойки по краям превышают размеры ямок (первых и вторых углублений), выполняемых в первой подложке на следующем этапе формирования рельефа.

В ходе последующего процесса присоединения (например, с получением кремниевого соединения методом сплавления SFB), после которого может быть осуществлено уменьшение толщины слоя до необходимой величины, на первую подложку наносят структурный слой (для более точного расположения первой подложки на прослойке, нанесенной на нее), который после последующих этапов производства будет содержать активные компоненты самого компонента. Посредством соответствующих способов формирования рельефа (например, способа глубокого реактивного ионного травления DRIE) в структурном слое выполняют выемки, которые достигают прослойки или выемок. Таким образом можно создать зоны, электрически изолированные по краям канавками, минимальная ширина которых определяется такими технологическими параметрами, как толщина структурного слоя и максимальным характеристическим отношением устройства, применяемого для глубокого реактивного ионного травления.

Далее подходящими способами формирования рельефа, например влажным травлением или глубоким реактивным ионным травлением, во второй подложке выполняют вторые углубления. В процессе присоединения к композитному материалу, содержащему первую подложку, прослойку и структурный слой, присоединяют вторую подложку, совмещая ее с указанным материалом. Выемки во второй подложке расположены в зоне подвижных или активных структур первого композитного материала. Таким образом можно как реализовать механическую защиту определенных элементов структурного слоя, так и установить при необходимости заданное внутреннее давление. Если вторая подложка выполнена из проводящего или полупроводникового материала, на ее поверхность должен быть предварительно нанесен присоединяемый второй изолирующий слой, например термический SiO₂, для предотвращения короткого замыкания между отдельными проводящими электричество зонами.

После второго процесса присоединения выполняют подходящее формирование рельефа всего композитного материала, содержащего первый и второй композитные материалы, причем топологический рисунок формируют с задней стороны первой подложки, например, глубоким реактивным ионным травлением. Глубина формирования топологического рисунка в областях отверстий первой подложки достигает выемок. В результате чего становится возможным проведения контактной металлизации областей отверстий с задней стороны первой подложки. Одновременно с этим обеспечивается герметичное закрытие внутреннего объема компонента.

В завершение всю заднюю сторону первой подложки общего композитного материала металлизируют соответствующим способом металлизации, таким как напыление или вакуумная металлизация. В этом случае за счет отступа краев изолирующей прослойки при размещении между первой подложкой и структурным слоем образуется разрыв слоя металлизации. Таким образом обеспечивают электрическую изоляцию между отдельными электродами (контактными отверстиями) и остальной областью металлизации на поверхности первой подложки.

Поверхность второй подложки также может быть покрыта проводящим материалом по завершении формирования композитного материала. В этом случае обе подложки служат экранирующими электродами. Отдельные электрически изолированные зоны могут быть соединены посредством припаивания проволоки.

Изобретение, кроме того, обеспечивает получение микромеханического, микроэлектромеханического или микрооптоэлектромеханического компонента, имеющего:

- первый слоистый композитный материал, содержащий первую подложку и первый изолирующий слой, который покрывает по меньшей мере одну часть поверхности первой подложки,

- второй слоистый композитный материал, содержащий вторую подложку и второй изолирующий слой, который покрывает по меньшей мере одну часть поверхности второй подложки,

- по меньшей мере частично проводящий структурный слой, размещенный между первым и вторым изолирующими слоями, причем первый и второй слоистые композитные материалы, а также структурный слой сконфигурированы таким образом, что по меньшей мере одна часть структурного слоя, которая содержит активную область компонента, герметически изолирована первым и вторым слоистыми композитными материалами, и

- контактные отверстия в первой и/или второй подложке для обеспечения контакта с проводящими зонами структурного слоя.

Изобретение, кроме того, обеспечивает получение микромеханического, микроэлектромеханического или микрооптоэлектромеханического компонента, имеющего:

- первую непроводящую подложку,

- вторую непроводящую подложку,

- по меньшей мере частично проводящий структурный слой, размещенный между первой и второй подложками, которые, а также структурный слой сконфигурированы таким образом, что по меньшей мере одна часть структурного слоя, которая содержит активную область компонента, герметически изолирована первой и второй подложками, и

- контактные отверстия в первой и/или второй подложке для обеспечения контакта с проводящими зонами структурного слоя.

Согласно изобретению предпочтительная конфигурация компонентов соответствует вариантам компонента, которые можно изготовить посредством предлагаемого способа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже представлено подробное описание изобретения, а именно, его типичной реализации со ссылками на чертежи в которых: фиг.1 - 10 показывают этапы 1 - 10 процесса производства согласно предпочтительной реализации предлагаемого способа изготовления.

На указанных чертежах одинаковые или взаимосоответствующие зоны, компоненты или группы компонентов имеют одинаковые позиционные обозначения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

Подробное описание предпочтительной реализации способа изготовления согласно изобретению приведено ниже со ссылками на фиг.1 - 10.

На первом производственном этапе 100 (фиг.1) на поверхности 1 первой подложки 2 изготавливают первый топологический изолирующий слой 3. На втором этапе 101 (фиг.2) в поверхности 1 подложки 2 выполняют первые углубления 4 и вторые углубления 5. При этом ширина В1 углублений 4 уступает ширине В2 выемок слоя 3, находящихся над этими углублениями. Благодаря этому в зонах, примыкающих к углублению 4, выступают разрывные кромки 6. Ширина углублений 5, напротив, соответствует ширине выемок слоя 3, находящихся над этими углублениями.

На полученный таким образом композитный материал, содержащий подложку 2 и слой 3, на этапе 102 (фиг.3) наносят структурный слой 7, который лежит на отдельных зонах слоя 3.

На четвертом этапе 103 (фиг.4) формируют рельеф слоя 7 с получением активной структуры 8, которая имеет электрическую связь с проводящими зонами 9 этого слоя, которые примыкают к ней сбоку, причем внешние зоны 10 (кромка чипа, т.е. кромочная зона подлежащего изготовлению компонента) слоя 7 электрически изолированы канавками 11 от зон 9, расположенных «внутри» компонента.

На пятом этапе 104 (фиг.5) из второй подложки 12 и второго изолирующего слоя 14, нанесенного на поверхность 13 этой подложки, изготавливают второй композитный материал. В поверхности 13 указанной подложки выполняют второе углубление 5', ширина которого соответствует ширине активной структуры 8.

На шестом этапе 105 (фиг.6) первый и второй композитные материалы присоединяют друг к другу таким образом, что слой 14 примыкает к слою 7, а углубления 5 и 5' расположены соответственно над и под активной структурой 8.

На седьмом этапе 106 (фиг.7) внешнюю часть подложки 2 протравливают до такой позиции по вертикали, которая соответствует позиции по вертикали донышек углублений 4, так что они оказываются открытыми.

На восьмом этапе 107 (фиг.8) на поверхность подложки 2 осаждением наносят металлизированный слой 15, причем благодаря кромкам 6 та часть слоя 15, которая нанесена в пределах углублений 4, оказывается электрически изолированной от остального металлизированного слоя, так что в этих углублениях образуются обеспечивающие электрический контакт области 16.

На девятом этапе 108 (фиг.9) на поверхность подложки 12, которая находится на удалении от слоя 7, осаждением наносят металлизированный слой 17. Слои 15 и 17 служат экранирующими электродами, которые обеспечивают защиту от нежелательного воздействия электромагнитных полей. К указанным слоям может быть приложен определенный общий потенциал или разные потенциалы.

Затем следует процесс разделения, в результате которого слоистый композитный материал, содержащий подложку 2, подложку 12, а также структурный слой 7 и изолирующие слои 3 и 14, разделяют на отдельные компоненты на распилочных кромках S (на чертежах приведен лишь участок композитного материала с одним компонентом).

На десятом этапе 109 (фиг.10) к областям 16 присоединяют посредством связующего проволочные контакты 18.

Если подложки 2 и 12 выполнены из непроводящих материалов, слои 3 и 14 могут быть опущены.

В соответствии с изобретением приведено описание способа изготовления микроэлектромеханических или микрооптоэлектромеханиеских компонентов, в частности компонентов, содержащих активные структуры, заключенные в герметичную оболочку, и области, обеспечивающие с ними электрический контакт. Предлагаемый способ позволяет заключить в герметичную оболочку определенные зоны структурного слоя на самой пластине с возможностью произвольного задания внутреннего давления, а также позволяет обеспечить экранирование для защиты от помехового воздействия внешних электромагнитных полей, которое электрически изолировано от остальных электрических контактов.

В предлагаемом способе используется первая подложка, в которой подходящим способом выполнены выемки и которая покрыта присоединяемой электрически изолированной прослойкой, не касающейся указанных выемок. Посредством соответствующего способа присоединения на первую подложку наносят топологический структурный слой или структурный слой, выполненный с возможностью формирования в нем топологического рисунка, причем указанный структурный слой имеет выемки, глубина которых соответствует глубине выемок в первой подложке или толщине прослойки. Далее изготавливают вторую подложку, также имеющую поверхность, рельеф которой сформирован выемками, и затем присоединенную к структурному слою первой подложки. Рельеф поверхности, находящейся на удалении от прослойки первой подложки, формируют с получением выемок, проходящих до выемок противоположной стороны первой подложки. Подходящим способом на всю область той поверхности первой подложки, которая удалена от прослойки, наносят проводящий электричество слой, при этом края отступа электрически изолируемой присоединяемой прослойки на первой подложке могут служить кромкой разрыва, причем соединения для электрически изолированных зон структурного слоя возникают одновременно с выемками в структурном слое первой подложки. При формировании рельефа поверхности, находящейся на удалении от прослойки первой подложки, одновременно создают выемки, которые могут выполнять функцию точек разрыва в ходе процесса разделения.

Для изоляции проводящего материала первой подложки используют кромки разрыва, которые обеспечивают электрическую изоляцию между проводящими стенками контактного отверстия и его донышком, которое (часто непосредственно) соединено с электродом компонента.

Как следует из вышеприведенного описания, предлагаемый способ изготовления обладает следующими достоинствами.

Контактные отверстия открыты с задней стороны первой подложки, на которую проводящий слой был нанесен в процессе присоединения. Процесс присоединения некритичен с точки зрения допусков присоединения, если «выравнивания» структурного слоя достигают не в процессе присоединения, а посредством двухсторонней литографии, при которой допуски значительно меньше. Однако если рельеф структурного слоя сформирован до его нанесения на подложку, это преимущество не реализуется.

Металлизацию контактных зон не выполняют до завершения всех процессов присоединения. Следовательно, оказывается возможным использовать такие способы, как способ прямого кремниевого соединения (кремниевого соединения оплавлением SFB) при температурных нагрузках выше 400°С при отсутствии примесных активных областей в структурном слое, распределение примесей в котором может быть нарушено при относительно высоких температурах.

Контактные отверстия не открывают до завершения процесса присоединения для обеспечения герметизации. В результате область присоединения может быть расширена и таким образом процесс присоединения может быть упрощен. Под «областями присоединения» понимают области, вводимые в процессе присоединения контакт. Чем больше эти области, тем больше силы, удерживающие присоединяемые компоненты (подложка, пластина и т.п.) вместе.

Настоящее изобретение может быть использовано при изготовлении любого (миниатюрного) компонента, в частности микромеханического, микроэлектромеханического или микрооптоэлектромеханического компонента, такого как датчики ускорения, скорости вращения, давления, оптических элементах связи и т.п.

Ссылки

1. Daniel Lapadatu et al. "Dual-Axes Capacitive Inclinometer / Low-g Accelerometer for Automotive Application", MEMS 2001, pp.34-37, 2001 (Лападату Д. и др. Двуосный емкостной инклинометр / Low-g акселерометр для применения в автомобилях, МЭМС 2001, стр.34-37, 2001).

2. Th. Diepold. E. Obermeier, "Bulk Micromachining of Borosilicate Glass by Ultrasonic Drilling and Sandblasting", Microsystems Technologies 96, pp.211-216, 1996 (Дайполд Т., Обермейер E. Объемная микрообработка боросиликатного стекла с применением ультразвукового сверления и пескоструйной очистки. Микропроцессорные системы 96, стр.211-216, 1996).

3. U. Breng et al. "CORS-A Bulk Micromachined Gyroscope Based on Coupled Resonators", Transducers '99, pp.1570-1573, 1999 (Бренг У. и др. CORS - гироскоп, полученный объемной микрообработкой, на основе сдвоенных резонаторов. Преобразователи '99, стр.1570-1573, 1999).

4. A. Gaißer et al. "Digital Readout Electronics for Micro-Machined Gyroscopes with Enhanced Sensor Design", Sympostium Gyro Technology 2002, pp.5.0-5.11, 2002 (Гайссер А. и др. Цифровая электронная аппаратура считывания для гироскопов, полученный микрообработкой, с датчиками усовершенствованной конструкции. Научная конференция, посвященная гиротехнологиям, 2002, стр.5.0-5.11, 2002.) Т. Gessner et al. "Micromechanical acceleration measuring device and method for fabricating it", EP 000000623824 A1 (Гесснер Т. и др. Микромеханическое устройство для измерения ускорения и способ его изготовления, EP 000000623824 A1).

Изобретение относится к микромеханическому, микроэлектромеханическому компоненту. Технический результат направлен на изготовления компонента, не требующего сложной производственной технологии, позволяющего надежно заключить в герметическую оболочку соответствующие активные структуры и вывести из компонента электрические контакты. Способ изготовления микромеханического, микроэлектромеханического или микрооптоэлектромеханического компонента, согласно которому: изготавливают первый слоистый композитный материал, имеющий первую подложку (2) и первый изолирующий слой (3), который покрывает по меньшей мере одну часть поверхности (1) первой подложки (2). Изготавливают второй слоистый композитный материал, содержащий вторую подложку (12) и второй изолирующий слой (14), который покрывает по меньшей мере одну часть поверхности (13) второй подложки (12). Наносят по меньшей мере частично проводящий структурный слой (7) на первый изолирующий слой (3). Наносят второй композитный материал на структурный слой (7), так что второй изолирующий слой (14) примыкает к структурному слою (7). Причем первый и второй слоистые композитные материалы, а также структурный слой (7) сконфигурированы таким образом, что по меньшей мере одна часть структурного слоя (7), которая содержит активную область (8) компонента, герметически изолирована первым и вторым слоистыми композитными материалами, а затем формируют в первой и/или второй подложке (2, 12) контактные отверстия (4) для обеспечения контакта с проводящими зонами (9) структурного слоя (7). 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ изготовления микромеханического, микроэлектромеханического
или микрооптоэлектромеханического компонента, согласно которому:
изготавливают первый слоистый композитный материал, имеющий первую подложку (2) и первый изолирующий слой (3), который покрывает по меньшей мере одну часть поверхности (1) первой подложки (2),
изготавливают второй слоистый композитный материал, содержащий вторую подложку (12) и второй изолирующий слой (14), который покрывает по меньшей мере одну часть поверхности (13) второй подложки (12),
наносят по меньшей мере частично проводящий структурный слой (7) на первый изолирующий слой (3),
наносят второй композитный материал на структурный слой (7), так что второй изолирующий слой (14) примыкает к структурному слою (7),
причем первый и второй слоистые композитные материалы, а также структурный слой (7) сконфигурированы таким образом, что по меньшей мере одна часть структурного слоя (7), которая содержит активную область (8) компонента, герметически изолирована первым и вторым слоистыми композитными материалами, а затем формируют в первой и/или второй подложке (2,12) контактные отверстия (4) для обеспечения контакта с проводящими зонами (9) структурного слоя (7).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что активную структуру (8)
изготавливают путем формирования рельефа структурного слоя (7), которое осуществляют перед нанесением структурного слоя (7) на первый слоистый композитный материал или после этого.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактные отверстия (4) формируют в первой подложке (2).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что первые углубления (4) выполняют на той стороне первой подложки (2), которая обращена к структурному слою (7), перед нанесением структурного слоя (7) на первый слоистый композитный материал, причем края указанных первых углублений по меньшей мере частично соответствуют краям контактных отверстий, которые затем формируют в первой подложке (2).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что зоны поверхности (1) первой подложки (2), которые примыкают непосредственно к первым углублениям (4), оставляют не покрытыми первым изолирующим слоем (3).

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что вторые углубления (5, 5') выполняют на той стороне первой и/или второй положки (2, 12), которая обращена к структурному слою (7), перед нанесением структурного слоя (7) на первый слоистый композитный материал, причем края указанных вторых углублений по меньшей мере частично соответствуют краям активной структуры (8) структурного слоя (7).

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что в той поверхности первой подложки, которая удалена от структурного слоя (7), выполняют третьи углубления, которые служат кромками необходимого разрыва.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что в структурном слое (7) при формировании его рельефа выполняют канавки (11), которые электрически изолируют активную структуру (8) от внешних зон (10) структурного слоя (7).

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что для формирования контактных отверстий (4), проходящих от той поверхности первой подложки (2), которая удалена от структурного слоя (7), по меньшей мере одну часть первой подложки удаляют до такой позиции по вертикали, которая соответствует позиции по вертикали донышек первых углублений (4).

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что по завершении формирования контактных отверстий (4) на поверхность первой подложки (2), находящуюся на удалении от структурного слоя (7), методом осаждения наносят металлический слой (15).

11. Способ по п.3, отличающийся тем, что контактные отверстия, первые, вторые и третьи углубления (4, 5, 5') и/или структурный слой (7) формируют способом травления.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что первая подложка (2) и вторая подожка (12), а также структурный слой (7) выполнены из одного и того же полупроводникового материала, в частности кремния.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в структурном слое (7) формируют углубления, края которых по меньшей мере частично соответствуют краям активной структуры (8) структурного слоя (7).

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первом и/или втором изолирующем слое сформированы углубления, края которых по меньшей мере частично соответствуют краям активной структуры (8) структурного слоя (7).

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что углубления изолирующего слоя служат в качестве стопоров для части активной структуры во время ее перемещения.

16. Способ изготовления микромеханического, микроэлектромеханического или микрооптоэлектромеханического компонента, состоящий из следующих этапов, на которых:
наносят на первую непроводящую подложку (2) по меньшей мере частично проводящий структурный слой (7),
на структурный слой (7) наносят вторую непроводящую подложку (12),
причем первая и вторая подложки (2, 12), а также структурный слой (7) сконфигурированы так, что по меньшей мере одна часть структурного слоя (7), которая содержит активную область (8) компонента, оказывается заключена в герметическую оболочку первой и второй подложками, а затем
формируют в первой и/или второй подложке (2, 12) контактные
отверстия (4) для обеспечения контакта с проводящими зонами (9) структурного слоя.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что первая и вторая подложки выполнены их кварца, пирекса (Pуrеx) или SD2 или содержат эти материалы.

18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что контактные отверстия формируют в первой подложке (2), а первые углубления (4) выполняют на той стороне этой подложки, которая обращена к структурному слою (7), перед нанесением этого слоя на подложку, причем края первых углублений по меньшей мере частично соответствуют краям контактных отверстий, которые затем формируют в первой подложке (2), и первые углубления (4) имеют ступенчатую форму, так что края верхних зон первых углублений размещены шире краев соответствующих нижних зон.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что ступенчатую структуру первых углублений (4) выполняют посредством двухэтапного формирования рельефа.