[发明专利]带有双膜片的微机械膜片传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造微机械膜片传感器的方法以及一种用该方法制造的微机械膜片传感器。

背景技术

为了检测不同的物理量(压力、温度、空气质量、加速度、转速)，特别是在机动车领域再三使用带有微机械传感器元件的部件。典型的是，在此经常使用在膜片上的测量元件，这些膜片设置在一个空穴上面。为了制造膜片或者空穴，除了所谓的表面微机械(其中由牺牲层和功能层构成的层堆叠被淀积、结构化并且选择性地被去除)，还公开了所谓的块或体微机械，其中结构由完整的材料中加工出。

由EP 1043770A1公开了一种方法，其中首先借助第一刻蚀步骤在衬底中产生至少一个沟。在沟的壁钝化之后，在第二各向异性的刻蚀步骤的框架中形成空穴。空穴的扩大可以在同样是各向异性的第三刻蚀步骤中进行，其中在多个并排的沟之间的壁被去除。

在DE 102004043356A1中描述了如何借助单个的槽刻蚀过程来产生被掩埋的空穴。在此，槽刻蚀过程具有第一槽刻蚀步骤，其产生凹陷。在该第一槽刻蚀步骤中，蚀刻步骤以两个阶段中进行。在此，交替地在第一阶段中首先产生一个凹处，该凹处的壁在第二阶段中用钝化物覆盖。通过重复这两个阶段，由此产生了凹陷。随后在第二槽刻蚀步骤中产生空穴，其中所述凹陷用作至空穴的进入孔。这通过这种方式来实现，即在第二槽刻蚀步骤中，第一阶段的刻蚀过程明显较长地实施，而不进行钝化。通过重复该槽刻蚀过程的步骤，可以在衬底中产生多个相叠的空穴。

由EP 1441561A2公开了另一种方法，其中凹进或者空穴可以被交互地生成。为了该目的，在衬底上首先施加不同的层。借助掩蔽的金属层，将凹陷引入所施加的层序列中。凹陷的引入借助各向异性的干刻蚀方法来进行。通过接着的各向同性的蚀刻方法，例如通过等离子体刻蚀，从凹陷出发在衬底中在所施加的层下方产生相互连接的空腔。在另外的步骤中，可以从衬底的背面产生在衬底中的凹槽。通过另外的各向异性刻蚀过程，可以最终将两个空腔彼此相连。

发明内容

本发明描述了一种用于制造微机械的膜片传感器的方法以及一种借助该方法制造的微机械膜片传感器。在此规定，微机械的膜片传感器具有至少一个第一膜片和一个基本上位于该第一膜片之上的第二膜片。此外规定，微机械的膜片传感器具有第一空腔和基本上位于该第一空腔之上的第二空腔。为了制造膜片传感器，规定：在衬底上首先产生第一保护层。在该第一保护层中，产生至少一个孔，该孔穿过整个第一保护层直到衬底。随后将第一膜片层施加到该第一保护层上并且结构化。该第一膜片层至少部分地设置有第二保护层。在第二保护层中同样至少产生一个孔，其直到第一膜片层。随后将一个牺牲层施加到第二保护层上，该牺牲层至少部分地被一个第三保护层覆盖。将一个第二膜片层施加到该第三保护层上，其中特别是规定，第二膜片层设置在牺牲层之上。将至少一个孔加工到第二膜片层中，该孔穿过第二膜片层和第三保护层直到牺牲层。本发明的核心在于，膜片传感器的两个空腔在一个唯一的刻蚀步骤中通过去除掉(Herausloesen)牺牲层、第一膜片层和衬底的一部分来产生。

本发明的优点在于，膜片的释放(Freistellung)或者双膜片的制造可以在表面微机械工艺中借助唯一的刻蚀步骤从晶片或者衬底的正面产生。对于膜片传感器的功能参数具有影响的几何结构(例如膜片的距离、穿孔(Perforationen)、膜片的厚度等等)在此在预先过程中分别逐个被确定并且不再通过释放改变。因为晶片或者衬底在表面微机械过程中仅仅从正面加工，所以晶片处理能够在标准化的设备上进行。在此，与晶片在两侧被操作和处理的体微机械(volumenmikromechanischen)过程相比，易碎的微机械结构的损坏可能性较低，因为不需要抓住晶片或者说将过程相对所产生的结构重新定向。

在本发明的一种扩展方案中规定，在第一保护层的孔之下产生在衬底中的第一空腔。通过去除掉牺牲层产生的第二空腔在此位于第一和第二膜片(层)之间。

所建议的膜片传感器的第一膜片基本上通过第一膜片层或者第二膜片基本上通过第二膜片层形成。然而，也可以规定，两个膜片具有附加的层，例如以保护层的形式。

在本发明的另一种构型中规定，第二和第三保护层这样地结构化，使得其包围所述第二空腔区域中的牺牲层。通过使用不腐蚀保护层的刻蚀过程，可以在通过第二和第三保护层限定边界的区域内部实现第二空腔的确定的生成。

在本发明的一种改进方案中规定，第一和第二保护层包围第一膜片，并且由此确定其横向和垂直的延伸。

为了制造膜片传感器，规定：