混合集成的部件和其制造方法
【專利摘要】提出一種混合集成部件的部件的功能范圍的擴(kuò)展，所述混合集成的部件具有一個(gè)MEMS元件(20)、一個(gè)用于所述MEMS元件(20)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)的罩(30)和一個(gè)具有電路元件(11)的ASIC元件(10)。在所述部件(100)中，所述ASIC元件(10)的所述電路元件(11)與所述MEMS元件(20)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)共同作用。所述MEMS元件(20)如此裝配在所述ASIC元件(10)上，使得所述MEMS元件(20)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)設(shè)置在所述罩(30)和所述ASIC元件(10)之間的空腔(24)中。根據(jù)本發(fā)明，所述ASIC元件(10)此外配備有磁傳感機(jī)構(gòu)的所述電路元件(171，172，173)。在所述ASIC元件(10)的所述CMOS后端堆疊(12)中或在所述ASIC元件(10)的所述CMOS后端堆疊(12)上產(chǎn)生所述電路元件(171，172，173)。因此，可以在沒有放大芯片面積的情況下實(shí)現(xiàn)所述磁傳感機(jī)構(gòu)。
【專利說明】混合集成的部件和其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合集成的部件,所述混合集成的部件具有MEMS (micro electromechanical systems:微機(jī)電系統(tǒng))元件、具有用于MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的罩并且具有包括電路兀件的 ASIC (application specific integrated Ccircuit:專用集成電路)兀件，所述電路元件與MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)共同作用。MEMS元件裝配在ASIC元件上，從而MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述罩和所述ASIC元件之間的空腔中。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種用于制造這類混合集成部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]具有MEMS元件的部件多年來對(duì)于最不同的應(yīng)用、例如在汽車技術(shù)和消費(fèi)者電子的領(lǐng)域內(nèi)被批量加工制造。在此，部件的微型化越來越有意義。一方面，微型化有助于大大降低部件的制造成本并且因此有助于降低終端設(shè)備的制造成本。另一方面，尤其應(yīng)在消費(fèi)電子領(lǐng)域內(nèi)將越來越多的功能并且因此將部件容納進(jìn)終端設(shè)備中，而終端設(shè)備本身變得越來越小。因此，對(duì)于各個(gè)部件，在應(yīng)用印刷電路板上越來越少的空間可供使用。
[0004]由實(shí)際中已知用于傳感器部件的不同微型化方案，其在部件中提供微機(jī)械實(shí)現(xiàn)的傳感器功能和傳感器信號(hào)的電路技術(shù)的處理和分析處理的集成。除了 MEMS功能和ASIC功能在共同的芯片上的橫向集成之外，也已經(jīng)有用于所謂的垂直混合集成的方案，據(jù)此，芯片堆疊由ASIC、MEMS和帽晶片構(gòu)成。
[0005]這類垂直集成部件以及用于其制造的方法在US2011/0049652A1中說明。已知的方法規(guī)定，將用于MEMS元件的初始襯底鍵合在已經(jīng)處理的ASIC襯底上。此后才在MEMS襯底中產(chǎn)生微機(jī)械的結(jié)構(gòu)，其包括至少一個(gè)可偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)元件。帽晶片被與此無關(guān)地結(jié)構(gòu)化并且被預(yù)先準(zhǔn)備用于在MEMS襯底的微機(jī)械結(jié)構(gòu)上和在ASIC襯底上的裝配。如此處理的帽晶片在MEMS襯底的結(jié)構(gòu)化之后鍵合在ASIC襯底上，從而在ASIC襯底和在帽晶片之間的微機(jī)械結(jié)構(gòu)被嚴(yán)密密封包圍。在US2011/0049652A1中描述的部件配備有電容器裝置，根據(jù)MEMS功能，所述電容器裝置可以被用來驅(qū)動(dòng)、也即用于使可偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)元件運(yùn)動(dòng)或也可以用于檢測結(jié)構(gòu)元件的由外部引起的偏轉(zhuǎn)。為此，電容器裝置包括至少一個(gè)可偏轉(zhuǎn)的電極和固定的電極，所述至少一個(gè)可偏轉(zhuǎn)的電極在此位于MEMS元件的可偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)元件上，所述固定的電極在此被構(gòu)造在ASIC襯底的表面上的結(jié)構(gòu)化的金屬層中。
[0006]已知的部件方案能夠?qū)崿F(xiàn)具有微機(jī)械功能和信號(hào)處理電路的穩(wěn)健部件的成本有利的大量生產(chǎn)，因?yàn)樵诖瞬粌H各個(gè)部件組成部分一MEMS元件、帽和ASIC在晶片復(fù)合體中被建立，而且其到部件的裝配在晶片層面上實(shí)現(xiàn)。可以在晶片層面上測試MEMS功能和ASIC功能，并且甚至還可以在分離之前在晶片層面上進(jìn)行各個(gè)部件的調(diào)諧。此外，已知的部件由于堆疊的結(jié)構(gòu)需要相對(duì)小的裝配表面，這有利地影響終端設(shè)備的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]借助本發(fā)明，提出一開始提到的類型的部件的功能范圍的有意義的擴(kuò)展，其中部件的補(bǔ)充功能不要求芯片面積的增大。
[0008]為此，部件的ASIC元件在預(yù)處理的范疇內(nèi)附加地還配備有磁傳感機(jī)構(gòu)的電路元件。通常，ASIC元件的預(yù)處理涉及一種CMOS處理，其中電路元件集成在ASIC襯底中。然后，為了電路元件的布線，在ASIC襯底上產(chǎn)生CMOS后端堆疊。根據(jù)要求保護(hù)的制造方法，在CMOS后端堆疊的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)磁傳感機(jī)構(gòu)的電路元件。
[0009]根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)看出，ASIC元件的電路功能在已知的部件變型方案的范疇內(nèi)不是必須限制于用于MEMS元件的信號(hào)處理，而是ASIC元件可以附加地配備有自己的傳感器功能。傳感器功能的實(shí)現(xiàn)在ASIC元件或ASIC襯底的預(yù)處理的范疇內(nèi)進(jìn)行并且因此必須在工藝技術(shù)上與部件的MEMS襯底的微機(jī)械處理和部件的AVT (建立技術(shù)和連接技術(shù))有條件地兼容。本發(fā)明充分利用:可以在層結(jié)構(gòu)中很好地實(shí)現(xiàn)磁傳感機(jī)構(gòu)。為此所需的沉積工藝和結(jié)構(gòu)化工藝能夠簡單地集成到用于在ASIC襯底上制造CMOS后端堆疊的工藝流程中。
[0010]在此談?wù)摰暮透鶕?jù)本發(fā)明擴(kuò)展的部件方案特別好地適合于給無接觸式工作的傳感器一例如慣性傳感器配備附加的指南針功能。在此，尤其是三軸加速度傳感器和三通道轉(zhuǎn)速傳感器以及將兩個(gè)前述傳感器功能統(tǒng)一的所謂的慣性測量單元(MUs)具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。在慣性傳感器的情況下，MEMS元件的微機(jī)械的傳感器結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)彈性懸掛的、由于加速度而偏轉(zhuǎn)的振動(dòng)質(zhì)量。加速度例如也可以通過離心力或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起。因?yàn)閹缀鮉EMS元件的整個(gè)芯片面可供微機(jī)械的傳感器結(jié)構(gòu)使用，所以在此很大的振動(dòng)質(zhì)量可以以相對(duì)較小的部件“footprint:零件包裝”實(shí)現(xiàn)，這有利地影響測量靈敏性。
[0011]微機(jī)械的傳感器結(jié)構(gòu)是封裝的。由此，一方面可以避免通過環(huán)境影響引起的測量信號(hào)的失真。另一方面，如此保護(hù)保護(hù)傳感器結(jié)構(gòu)免受雜質(zhì)、濕度和顆粒損壞。此外，在傳感器結(jié)構(gòu)嚴(yán)密密封的封裝的情況下，為傳感器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定義的壓力比，以便因此優(yōu)化傳感器的阻尼行為。
[0012]能夠在ASIC元件上有利地集成用于測量信號(hào)的處理和分析處理的重要的電路部分，從而MEMS傳感器元件和ASIC元件與此有關(guān)地構(gòu)成一個(gè)功能單元。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的給ASIC元件配備附加的磁傳感機(jī)構(gòu)是對(duì)慣性傳感器部件的功能范圍在測量技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上有意義的補(bǔ)充。
[0014]基本上有不同的可能性用于在本發(fā)明的范疇內(nèi)實(shí)現(xiàn)磁傳感機(jī)構(gòu)。如已經(jīng)提到的那樣，優(yōu)選能夠在層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的變型方案。
[0015]在第一實(shí)施方式中，ASIC元件配備有至少一個(gè)附加的盡可能三維的霍爾元件。在最簡單的情況下，不需要修改ASIC元件的CMOS處理，因?yàn)檫@類霍爾元件可以從CMOS工藝的功能層面中被結(jié)構(gòu)化出。
[0016]如果磁傳感機(jī)構(gòu)以至少一個(gè)AMR(各向異性磁發(fā)電機(jī)電阻率)元件或GMR(巨磁阻)元件的形式在ASIC元件上實(shí)現(xiàn)，則專門的磁性薄膜層工藝必須集成到CMO后端堆疊的制造工藝中。這些層典型地由NiFe構(gòu)成，用于AMR傳感器。對(duì)于GMR傳感器，使用復(fù)雜的多層，所述復(fù)雜的多層由以下組成:可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的和磁性“釘住的”典型地由鎳鐵、銅鐵、銅鐵鉻制成的層，以及典型地由銅、釕制成的非磁性中間層，和例如由銥錳、鉬錳制成的反磁鐵性的層。
[0017]在第三實(shí)施變型方案中，ASIC元件的磁傳感機(jī)構(gòu)以磁通門技術(shù)或倒裝芯技術(shù)實(shí)現(xiàn)并且同樣集成到ASIC元件的CMOS后端堆疊中。在這種情況下，ASIC元件的CMOS后端堆疊包括至少一個(gè)由可反復(fù)磁化的、尤其是軟磁性的材料——例如鎳鐵合金制成的層。此外，在CMOS后端堆疊的金屬層面中構(gòu)造至少一個(gè)用于所述層的反復(fù)磁化的激勵(lì)線圈和至少一個(gè)用于檢測在此生成的磁通量的測量線圈。因?yàn)橥孔兓粌H僅通過軟磁性的層的磁化曲線而且由外部磁場確定，所以通過這種方式可以求得外部磁場。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的部件的第一結(jié)構(gòu)變型方案要求三個(gè)襯底——一個(gè)ASIC襯底、一個(gè)MEMS襯底和一個(gè)罩晶片和與此相應(yīng)地兩個(gè)裝配步驟。MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)在此在MEMS襯底的整個(gè)厚度上延伸。罩晶片裝配在MEMS元件上的微機(jī)械結(jié)構(gòu)上方或ASIC元件上。該結(jié)構(gòu)變型方案尤其適合于傳感器應(yīng)用。因?yàn)閭鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)在MEMS襯底的整個(gè)厚度上延伸，所以可以在相對(duì)較小的芯片面積上實(shí)現(xiàn)特別大的振動(dòng)質(zhì)量。
[0019]第二結(jié)構(gòu)變型方案僅僅需要兩個(gè)襯底——一個(gè)ASIC襯底和一個(gè)MEMS襯底，所述兩個(gè)襯底彼此無關(guān)地被處理并且相應(yīng)地需要僅僅一個(gè)裝配步驟。在此，在MEMS元件面朝下地裝配在已經(jīng)處理的ASIC襯底上之前，在基礎(chǔ)襯底上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這種情況下,MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)置在MEMS元件的基礎(chǔ)襯底和ASIC元件之間的空腔內(nèi)，從而MEMS元件的基礎(chǔ)襯底作為用于MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的罩起作用。借助第二結(jié)構(gòu)變型方案可以實(shí)現(xiàn)具有相對(duì)較小的結(jié)構(gòu)高度的部件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]如前面已經(jīng)討論的，有不同的可能性，以有利的方式構(gòu)型和進(jìn)一步改進(jìn)本發(fā)明。為此，一方面參考從屬于獨(dú)立權(quán)利要求的權(quán)利要求并且另一方面借助附圖參考對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例的以下說明。
[0021]圖1a-1g根據(jù)示意性的剖視圖說明根據(jù)第一方法變型方案的、根據(jù)本發(fā)明的具有集成的磁傳感機(jī)構(gòu)的慣性傳感器部件100的制造，
[0022]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二慣性傳感器部件200的示意性的剖視圖，所述根據(jù)本發(fā)明的第二慣性傳感器部件僅僅在磁傳感機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方面與慣性傳感器部件100不同，
[0023]圖3a_3d根據(jù)示意性的剖視圖說明根據(jù)第二方法變型方案的、根據(jù)本發(fā)明的具有集成的磁傳感機(jī)構(gòu)的第三慣性傳感器部件300的制造。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在兩個(gè)要求保護(hù)的并且隨后結(jié)合附圖1a至Ig和3a至3d描述的、用于制造混合集成的部件的方法變型方案中，與其余部件組成部分無關(guān)地處理ASIC襯底，所述混合集成的部件具有一個(gè)MEMS元件、一個(gè)用于MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的罩和一個(gè)ASIC元件。在此，在CMOS工藝中，電路元件11集成到ASIC襯底10中。有利地，這些電路元件11至少涉及用于待制造的部件的MEMS-傳感器功能的信號(hào)處理和分析處理電路的部分。但在CMOS處理的范疇內(nèi)，與MEMS無關(guān)的電路功能可以集成到ASIC襯底10中。然后，為了電路元件11的部件內(nèi)部的電布線，在ASIC襯底10的經(jīng)處理的表面上產(chǎn)生CMOS后端堆疊12。在此，涉及具有以結(jié)構(gòu)化的金屬層面13的形式的多個(gè)電路層面的層結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)化的金屬層面分別通過至少一個(gè)絕緣層14相互電絕緣或者相對(duì)ASIC襯底20電絕緣。因?yàn)樵诖嗣枋龅膶?shí)施例中，這些絕緣層分別是一個(gè)氧化層，所以在此不詳細(xì)示出這些絕緣層，而是稱作一個(gè)唯一的絕緣層14，結(jié)構(gòu)化的金屬層面13嵌入所述唯一的絕緣層中。在CMOS后端堆疊的最上面的金屬層面131中，構(gòu)造下面的、兩個(gè)交互地設(shè)置的線圈元件的節(jié)段171，所述兩個(gè)交互地設(shè)置的線圈元件是磁傳感機(jī)構(gòu)的部分。在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中，CMOS后端堆疊12最后還設(shè)有鈍化層151用于保護(hù)最上面的金屬層面131，如圖1a中所示那樣。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，或者不用鈍化部151或者再去除鈍化部151，以便在CMOS后端堆疊12上施加磁傳感機(jī)構(gòu)的其他電路元件。為此，在此描述的實(shí)施例中，首先在最上面的金屬層面131的上方產(chǎn)生其他的氧化層作為絕緣層14。在其上然后產(chǎn)生由可磁化的材料——例如鎳鐵合金制成的層，然后從由可磁化的材料制成的層中結(jié)構(gòu)化出層區(qū)域172，如在圖1b中所示那樣。
[0026]圖1c示出在沉積和平整作為絕緣層的一個(gè)其他的氧化層14和一個(gè)其他的金屬層面132之后的、具有CMOS后端堆疊12的層結(jié)構(gòu)的ASIC襯底10，從所述一個(gè)其他的金屬層面中結(jié)構(gòu)化出兩個(gè)交互地設(shè)置的線圈元件的上面的節(jié)段173。所述上面的節(jié)段173與下面的節(jié)段171錯(cuò)開地設(shè)置并且通過在位于中間的絕緣層14中的在此未示出的金屬化接觸開口連接，從而層區(qū)域172構(gòu)成用于如此產(chǎn)生的兩個(gè)線圈元件的線圈芯。兩個(gè)線圈元件中的一個(gè)用作激勵(lì)線圈，借助所述激勵(lì)線圈有針對(duì)性地磁化或反復(fù)磁化線圈芯172。另一個(gè)線圈元件作為測量線圈起作用，借助所述測量線圈檢測磁通量的變化。因?yàn)榇磐康淖兓c外部磁場有關(guān)，所以所述層結(jié)構(gòu)構(gòu)成磁傳感機(jī)構(gòu)，所述層結(jié)構(gòu)由具有下面的線圈節(jié)段171的原來在最上面的金屬層面131、具有線圈芯172的可磁化的層和具有上面的線圈節(jié)段173的所述現(xiàn)在在最上面的其他金屬層面132組成。位于其間的絕緣層14有助于所述組成部分的電去耦。
[0027]在CMOS后端堆疊12的層結(jié)構(gòu)上或?qū)咏Y(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)磁傳感機(jī)構(gòu)之后，所述CMOS后端堆疊12設(shè)有鈍化部152，所述鈍化部被結(jié)構(gòu)化，以便能夠?qū)崿F(xiàn)CMOS后端堆疊12的現(xiàn)在在最上面的電路層面132的電接觸和因此也能夠?qū)崿F(xiàn)ASIC襯底10的電路元件11或電路功能11的電接觸。然后，在本實(shí)施例中，產(chǎn)生用于裝配MEMS襯底的直立型結(jié)構(gòu)18。為此，在結(jié)構(gòu)化的鈍化層152上方沉積并且以合適的方式結(jié)構(gòu)化例如在CMOS后端堆疊12上的氧化層18。圖1d示出該結(jié)構(gòu)化工藝的結(jié)果。
[0028]結(jié)構(gòu)化的氧化層18構(gòu)成用于未結(jié)構(gòu)化的MEMS襯底20的裝配面。MEMS襯底20和ASIC襯底10之間的連接在此以等離子激活的直接鍵合方法建立并且是嚴(yán)密密封的?，F(xiàn)在對(duì)相對(duì)較厚的MEMS襯底20進(jìn)行減薄，直至其厚度大約等于MEMS元件的所追求的結(jié)構(gòu)高度。所述厚度通常位于IOiim和150 iim之間的范圍內(nèi)。在與ASIC襯底10結(jié)合的情況下才對(duì)MEMS襯底20進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。在此分兩個(gè)步驟進(jìn)行所述結(jié)構(gòu)化。
[0029]第一結(jié)構(gòu)化步驟用于產(chǎn)生層間電路接通——在MEMS襯底20和ASIC襯底10之間的所謂的過孔22。在此，在MEMS襯底20中產(chǎn)生具有大致圓形的橫截面的通孔21，這些通孔通到直立型結(jié)構(gòu)18中的開口，更確切地說，在用于ASIC襯底10的電接通的鈍化層152已打開的部位。通孔21典型地具有5:1至20:1的縱橫比并且在MEMS襯底20的整個(gè)厚度上延伸。通常，在這些通孔在一個(gè)沉積工藝中借助導(dǎo)電材料22例如銅或鎢完整地或部分地填充之前，通孔21的壁借助導(dǎo)電的擴(kuò)散勢壘——例如氮化鈦或鈦鎢涂覆。圖1e示出在填充通孔21之后并且在又移除了在MEMS襯底20的表面上沉積的導(dǎo)電材料之后的ASIC襯底10連同MEMS襯底20。圖1e說明直立型結(jié)構(gòu)18作為在ASIC襯底10的閉合的表面和MEMS襯底20之間的間隔件的功能。[0030]在第二結(jié)構(gòu)化步驟中才產(chǎn)生和暴露MEMS元件的微機(jī)械的傳感器結(jié)構(gòu)23。所述MEMS元件的微機(jī)械的傳感器結(jié)構(gòu)在MEMS襯底20的整個(gè)厚度上延伸，如在圖1f中所示那樣，并且包括慣性傳感器的振動(dòng)質(zhì)量。不僅對(duì)于第一結(jié)構(gòu)化步驟而且對(duì)于第二結(jié)構(gòu)化步驟優(yōu)選使用開槽工藝，因?yàn)榻柚摲椒梢援a(chǎn)生具有特別高的縱橫比的結(jié)構(gòu)。
[0031]然后，預(yù)結(jié)構(gòu)化的罩晶片30裝配在MEMS元件20的傳感器結(jié)構(gòu)23上，以便嚴(yán)密密封地封閉所述MEMS元件的所述傳感器結(jié)構(gòu)并且在定義的壓力比的情況下以防測量環(huán)境影響。如在圖1g中所示那樣，罩晶片30在本實(shí)施例中與ASIC襯底10連接，從而MEMS元件20完整地設(shè)置在ASIC襯底10和罩晶片30之間的空腔24中。罩晶片和ASIC襯底之間的連接以鍵合方法、優(yōu)選通過共晶鍵合建立。但替代地，罩晶片也可被裝配在MEMS襯底上的傳感器結(jié)構(gòu)上。在任何情況下，罩晶片的裝配還在部件100的分離之前實(shí)現(xiàn)，所述部件100例如通過鋸切從晶片復(fù)合體中脫離。
[0032]圖2中所示的部件200與圖1g中所示的部件100僅僅在CMOS后端堆疊12中的磁傳感機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方面不同。因此，后續(xù)的解釋局限于部件200的磁傳感機(jī)構(gòu)。在其余的部件組成部分方面，參考附圖1a至Ig的描述。
[0033]如在部件100的情況下那樣，以CMOS處理部件200的ASIC襯底10并且設(shè)有CMOS后端堆疊12用于集成電路元件11的部件內(nèi)部的電布線。然而，與部件100不同，在此，已在CMOS后端堆疊12的在最上面的金屬層面131上方沉積AMR層或GMR層，然后已從所述AMR層或GMR層中結(jié)構(gòu)化出AMR元件或GMR元件27。在此，AMR元件或GMR元件27嵌入CMOS后端堆疊12的絕緣層14中并且通過CMOS后端堆疊的金屬層面131和13可電接觸。其電阻根據(jù)外部磁場而變化。檢測該電阻變化，以便因此求得施加的外部電磁場。
[0034]以下描述的、用于制造混合集成部件300的第二方法變型方案僅僅從兩個(gè)半導(dǎo)體襯底——即ASIC襯底10和MEMS襯底40出發(fā)，所述兩個(gè)半導(dǎo)體襯底彼此無關(guān)地被處理，所述混合集成的部件300具有一個(gè)MEMS元件、一個(gè)用于MEMS元件的微機(jī)械結(jié)構(gòu)的罩和一個(gè)ASIC元件。部件300的ASIC襯底10的處理在此相應(yīng)于部件100的ASIC襯底10的處理。因此，對(duì)此參考對(duì)圖1a至Ic的解釋。重要的是，在ASIC襯底10的CMOS后端堆疊12上或在ASIC襯底10的CMOS后端堆疊12中實(shí)現(xiàn)磁傳感機(jī)構(gòu)。
[0035]MEMS襯底40涉及一種單晶的硅晶片41，在其表面上首先施加第一氧化層42，用于硅晶片41與隨后產(chǎn)生的層結(jié)構(gòu)的電絕緣。所述層結(jié)構(gòu)在此包括兩個(gè)聚硅印制導(dǎo)線層面43和45，所述兩個(gè)聚硅印制導(dǎo)線層面嵌入多個(gè)結(jié)構(gòu)化的氧化層中，如在圖3a中所示那樣。
[0036]在隨后的外延工藝中，在結(jié)構(gòu)化的氧化層44上沉積聚晶的硅功能層46。圖3b示出了在功能層46上已產(chǎn)生了鍵合區(qū)47之后的層結(jié)構(gòu)，，所述鍵合區(qū)隨后被用于MEMS襯底在經(jīng)處理的ASIC襯底10上的裝配。從鍵合層——例如鍺層中結(jié)構(gòu)化出鍵合區(qū)47。
[0037]然后，分兩級(jí)方法在MEMS襯底40的功能層46中產(chǎn)生MEMS元件40的微機(jī)械結(jié)構(gòu)50。首先定義和在側(cè)面暴露微機(jī)械結(jié)構(gòu)50。這在開槽工藝中實(shí)現(xiàn)，其中產(chǎn)生溝槽48，所述溝槽在功能層46的整個(gè)厚度上延伸直至氧化層44上。然后，在微機(jī)械結(jié)構(gòu)50之下的氧化層42和44的材料脫離出來，以便也在垂直方向上暴露微機(jī)械結(jié)構(gòu)。這在犧牲層蝕刻工藝中通過溝槽48進(jìn)行。如此經(jīng)暴露的微機(jī)械結(jié)構(gòu)50在圖3c中示出。
[0038]現(xiàn)在，如此經(jīng)處理的MEMS襯底40現(xiàn)在鍵合在與其無關(guān)地處理的ASIC襯底10上，更確切地說，面朝下地一也就是說連同結(jié)構(gòu)化的功能層46鍵合在CMOS后端堆疊12上。在此，除了 ASIC襯底和MEMS襯底40之間的機(jī)械連接之外，還建立電連接。圖3d說明，鍵合層47作為ASIC襯底10和MEMS襯底40之間的直立型結(jié)構(gòu)起作用并且MEMS襯底40的基礎(chǔ)襯底41構(gòu)成用于部件300的微機(jī)械結(jié)構(gòu)50的罩。
【權(quán)利要求】
1.一種混合集成的部件(100)，至少包括 ?一個(gè) MEMS 元件(20)， ?一個(gè)用于所述MEMS元件(20)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)的罩(30)， ?一個(gè)具有電路元件(11)的ASIC元件(10),所述電路元件與所述MEMS元件(20)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)共同作用， 其中所述MEMS元件(20)裝配在所述ASIC元件(10)上，從而所述MEMS元件(20)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)設(shè)置在所述罩(30)和所述ASIC元件(10)之間的空腔(24)中； 其特征在于，所述ASIC元件(10)此外包括磁傳感機(jī)構(gòu)的電路元件(171，172，173)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述ASIC元件包括至少一個(gè)三維的霍爾元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的部件(200)，其特征在于，所述ASIC元件(10)包括至少一個(gè)AMR元件或GMR元件(27)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的部件(100)，其特征在于，所述ASIC元件(10)包括至少一個(gè)可反復(fù)磁化的層區(qū)域作為線圈芯(172)、至少一個(gè)用于反復(fù)磁化所述線圈芯(172)的激勵(lì)線圈(171，173)和至少一個(gè)用于檢測所述磁通量的所述由此決定的變化的測量線圈(171，173)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的部件(100)，其特征在于，所述MEMS元件(20)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)在所述MEMS襯底(20)的整個(gè)厚度上延伸并且所述罩(30)以罩晶片的形式實(shí)現(xiàn)，所述罩晶`片裝配在所述MEMS元件(20)上的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)的上方或在所述ASIC元件(10)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的部件(300)，其特征在于，所述MEMS元件(40)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(50)在半導(dǎo)體襯底(41)上的層結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)并且所述MEMS元件(40)面朝下地裝配在所述ASIC元件(10)上，從而所述MEMS元件(40)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(50)設(shè)置在所述MEMS元件(40)的所述半導(dǎo)體襯底(41)和所述ASIC元件(10)之間的空腔中，所述MEMS元件(40)的所述半導(dǎo)體襯底(41)也作為用于所述MEMS元件(40)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(50)的罩起作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的部件，其特征在于，所述MEMS元件被設(shè)計(jì)為慣性傳感器元件、尤其被設(shè)計(jì)為三軸的加速度傳感器和/或三通道的轉(zhuǎn)速傳感器，所述ASIC元件包括用于所述慣性傳感器元件的信號(hào)檢測和分析處理電路的至少部分，并且，借助所述ASIC元件的所述磁傳感機(jī)構(gòu),指南針功能被實(shí)現(xiàn)。
8.一種用于制造混合集成的部件(100)的方法，所述混合集成的部件具有一個(gè)MEMS元件(20)、一個(gè)用于所述MEMS元件(20)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)的罩(30)和一個(gè)具有電路元件(11)的ASIC元件(10),所述電路元件與所述MEMS元件(20)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)共同作用，尤其用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至5和7中任一項(xiàng)所述的部件(100)， ?其中ASIC襯底(10)經(jīng)CMOS處理并且設(shè)有CMOS后端堆疊(12)， ?其中MEMS襯底(20)裝配在所述ASIC襯底(10)的所述CMOS后端堆疊(12)上， ?其中對(duì)于每個(gè)部件(100)在所述MEMS襯底(20)中產(chǎn)生至少一個(gè)微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)，所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述MEMS襯底(20)的整個(gè)厚度上延伸， ?其中罩晶片(30)如此裝配在所述MEMS襯底(20)上或在所述ASIC襯底(10)上，使得部件(100)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(23)分別設(shè)置在罩晶片(30)和ASIC襯底(10)之間的空腔(24)中， ?其中隨后才分離所述部件(100)； 其特征在于，在所述CMOS后端堆疊(12)中實(shí)現(xiàn)磁傳感機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)電路元件(171，.172，173)。
9.一種用于制造混合集成的部件(300)的方法，所述混合集成的部件具有一個(gè)MEMS元件(40)、一個(gè)用于所述MEMS元件(40)的微機(jī)械結(jié)構(gòu)(50)的罩和一個(gè)具有電路元件(11)的ASIC元件(10)，所述電路元件與所述MEMS元件(40)的所述微機(jī)械結(jié)構(gòu)(50)共同作用，尤其用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至4和6、7中任一項(xiàng)所述的部件(300)， ?其中ASIC襯底(10)經(jīng)CMOS處理并且設(shè)有CMOS后端堆疊(12)， ?其中對(duì)于每個(gè)部件(300)，在一個(gè)MEMS襯底(40)的所述基礎(chǔ)襯底(41)上的層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生至少一個(gè)微機(jī)械結(jié)構(gòu)(50)， ?其中所述如此地被處理的MEMS襯底(40)面朝下地裝配在所述ASIC襯底(10)的所述CMOS后端堆疊(12)上， ?其中隨后才分離所述部件(300)； 其特征在于，在所述CMOS后端堆疊(12)中實(shí)現(xiàn)磁傳感機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)電路元件(171，.172，173)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述CMOS層堆疊(11，12)的至少一個(gè)層面中實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)霍爾元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述CMOS后端堆疊(12)的所述層結(jié)構(gòu)中容納至少一個(gè)AMR層或GMR層并且所述AMR層或GMR層被結(jié)構(gòu)化用于構(gòu)造至少一個(gè)AMR元件或GMR元件(27)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述CMOS后端堆疊(12)的所述層結(jié)構(gòu)中容納至少一個(gè)可反復(fù)磁化的層，結(jié)構(gòu)化所述層，以便產(chǎn)生可反復(fù)磁化的層區(qū)域作為線圈芯(172)并且在所述CMOS后端堆疊(12)的所述相鄰的金屬層面(131，.132)和絕緣層(14)中構(gòu)造至少一個(gè)用于反復(fù)磁化所述線圈芯(172)的激勵(lì)線圈(171，.173)和至少一個(gè)用于檢測所述磁通量的由此決定的變化的測量線圈(171，173)。
【文檔編號(hào)】G01P15/00GK103523741SQ201310410451
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】J·克拉森, P·法貝爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司