本發(fā)明涉及一種用于制造具有與載體機械脫耦的區(qū)域的襯底的方法、一種用于制造至少一個彈簧的方法以及一種具有機械脫耦區(qū)域的襯底。

背景技術：

在微機械壓力傳感器中作為機電換能器使用的半導體元件不僅接收直接通過作用到膜片上的壓力影響而產生的機械應力，而且同樣接收通過來自周圍環(huán)境的機械干擾影響所引起的應力。這種干擾影響例如可以通過在其上裝配有壓力傳感器的電路板或襯底的變形或通過不同材料和壓力傳感器的覆蓋層或襯底的溫度特性產生。

已知具有全面露出的壓力傳感器膜片的壓力傳感器。在此，一個或多個溝槽或者說凹槽在襯底的正面上圍繞壓力傳感器被引入。隨后，溝槽之間的接片通過在襯底的背面上引入空腔被露出并且形成用于接收機械力的彈簧。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所基于的任務可以視為，提出一種具有與襯底的其余區(qū)域或者說與載體機械脫耦的區(qū)域的襯底。本發(fā)明的另一任務可以視為，降低該機械脫耦的剛度。

該任務借助從屬權利要求的相應主題被解決。本發(fā)明的有利構型是與從屬權利要求分別相關的主題。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于制造具有與襯底機械脫耦的區(qū)域的襯底的方法，所述區(qū)域具有至少一個在該區(qū)域上布置的構件，其中，在襯底的正面上引入至少一個凹槽，在襯底的背面上準備蝕刻圖案并且這樣各向異性地蝕刻，使得在襯底的背面上產生垂直通道。隨后，在襯底的背面上通過各向同性的蝕刻產生空腔，其中，使襯底正面上的所述至少一個凹槽與在襯底背面上的空腔連接。至少兩個并排布置的凹槽或一個凹槽的至少兩個區(qū)段在襯底正面和襯底背面上的空腔之間的至少一個區(qū)域中通過至少一個蝕空部相互水平連接，使得產生在所述至少兩個凹槽或一個凹槽的所述至少兩個區(qū)段之間布置的至少一個彈簧，該彈簧通過所述至少一個蝕空部沿其水平延伸部被劃分為至少兩個彈簧區(qū)段。在此，水平面相當于襯底表面的延伸或平行于該表面的延伸走向。垂直延伸相當于垂直于襯底表面延伸。

通過在襯底的正面中圍繞布置有構件的區(qū)域引入凹槽或溝槽，形成在凹槽之間的接片。替代地，接片通過單獨的凹槽實現(xiàn)，其中，凹槽例如可以圓形地或角螺旋地走向并且在至少一個區(qū)段中至少局部地具有所述單獨的凹槽的至少一個相鄰區(qū)段。相鄰的區(qū)段同樣可以形成接片。該接片通過從襯底的背面形成空腔被露出。由此，形成作為梁彈簧起作用的彈簧。所述彈簧使待脫耦區(qū)域與襯底的其余區(qū)域或者說載體連接。因此，彈簧可以使待脫耦區(qū)域與襯底之間的機械力脫耦。在此，彈簧具有垂直延展尺寸，該垂直延展尺寸相應于襯底正面的表面和襯底背面上的空腔之間的距離。彈簧根據(jù)其形狀和延展尺寸具有與方向相關的剛度。彈簧梁沿垂直方向的剛度與其垂直延展尺寸的立方呈正比。通過將具有例如10μm的垂直延展尺寸的彈簧劃分為兩個彼此疊置的分別具有5μm的垂直延展尺寸的彈簧區(qū)段，可以使兩個彈簧區(qū)段沿垂直方向的剛度降低到四分之一。在劃分為三個垂直地彼此疊置的分別具有3.33μm的彈簧區(qū)段的情況下，可以使沿垂直方向的剛度以系數(shù)9減小。在此，沿水平方向的剛度不改變。所述至少兩個凹槽或一個凹槽的至少兩個區(qū)段在襯底正面與空穴之間的至少一個區(qū)域中通過至少一個蝕空部相互連接。在此，蝕空部使所述至少兩個凹槽或一個凹槽的至少兩個區(qū)段沿其整個水平延展部或僅部分地沿水平延展部連接。由此，由具有確定垂直延展尺寸的彈簧形成至少兩個彈簧區(qū)段，所述彈簧區(qū)段垂直地彼此疊置并且通過蝕空部相互分開。通過該措施可以使彈簧沿垂直方向的剛度減小，由此可以實現(xiàn)待脫耦區(qū)域或者說構件與襯底或者說剩余襯底的改善的機械脫耦。在此，所述一個彈簧也可以是多個彈簧，這些彈簧有利地布置在待脫耦區(qū)域上或圍繞待脫耦區(qū)域布置。在此，襯底可以是由硅或其他摻雜或未摻雜的半導體或非導體組成的晶片、基板、電路板、印刷電路板或類似物。

根據(jù)所述方法的實施例，載體和機械脫耦區(qū)域通過至少一個彈簧相互連接。彈簧使待脫耦區(qū)域與襯底的其余區(qū)域或者說載體連接。因此，彈簧可以通過其偏移接收載體的變形并且明顯降低作用到脫耦區(qū)域上的機械力。

在所述方法的另一實施例中，所述至少一個凹槽通過各向異性的材料去除向襯底正面中引入到至少一個第一深度上。在此，各向異性的材料去除可以是銑削過程或可以等離子輔助實現(xiàn)的定向蝕刻過程。因此，第一深度可以限定彈簧的第一彈簧區(qū)段的垂直延展尺寸。由此，第一彈簧區(qū)段的剛度可以被確定。

根據(jù)所述方法的另一實施例，在凹槽中進行各向同性的材料去除之前，通過鈍化保護區(qū)域免受材料去除。由此，各向異性的材料去除可以在多個步驟中進行而不損害受保護的區(qū)域，使得可以制造更大的深度和由此更大的彈簧區(qū)段。此外，所述鈍化能夠實現(xiàn)蝕空部的幾何構型。

在所述方法的另一實施例中，所述至少兩個凹槽或一個凹槽的所述至少兩個區(qū)段通過借助各向異性的材料去除引入的蝕空部相互連接并且通過未去除的區(qū)域彼此分開。由此，可以產生多個彈簧區(qū)段。如上所述，彈簧的剛度可以通過彈簧區(qū)段的數(shù)量的增大而降低。在此，彈簧可以由多個彈簧區(qū)段組成，所述彈簧區(qū)段沿垂直方向彼此疊置并且相對彼此分別具有相應于蝕空部的距離。由此尤其可以改善構件的機械脫耦。

根據(jù)所述方法的另一實施例，所述至少一個蝕空部通過帶來側壁擴寬的至少兩個各向異性的材料去除而產生。代替于具有所產生的幾乎豎直的垂直走向并且因此具有豎直壁的各向異性的材料去除，也可以進行具有凹槽的朝著襯底背面的方向例如錐狀的側壁擴寬的材料去除。因此，側壁擴寬可以實現(xiàn)劃分彈簧的水平連接。例如可以使用具有大于垂直蝕刻速率的橫向蝕刻速率的各向異性蝕刻步驟。這例如可以借助襯底的koh(氫氧化鉀)蝕刻過程和合適的晶體取向實現(xiàn)，或者借助干化學深蝕刻(drie)實現(xiàn)，其中，鈍化/蝕刻周期時間匹配于這種擴寬。該過程也可以多部分地進行，直到在襯底正面與襯底側面上的空腔之間形成連續(xù)的垂直連接。優(yōu)選地，在該過程中，彈簧沿其水平延展部被劃分為多個彈簧區(qū)段。

根據(jù)所述方法的另一實施例，通過蝕刻過程進行各向同性的材料去除。由此，各向同性的材料去除例如可以是化學蝕刻過程，所述化學蝕刻過程非定向地并且均勻地溶解和去除襯底材料。

在所述方法的另一實施例中，通過離子深蝕刻進行各向異性的蝕刻。由此，例如可以根據(jù)drie過程(deepreactiveionetching)使用反應的離子深蝕刻來引入凹槽。

在所述方法的另一實施例中，光刻地施加蝕刻圖案。由此，能夠特別容易地將用于進一步蝕刻過程的掩膜安置到襯底上。因此，也可以同時執(zhí)行多個蝕刻過程。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于通過襯底中的至少一個凹槽制造至少一個彈簧以使一區(qū)域與襯底的載體機械脫耦的方法。在此，在第一步驟中，將所述至少一個凹槽通過各向異性的材料去除引入到第一深度上。在至少一個第二步驟中，通過各向同性的材料去除在第一深度的高度上將至少一個蝕空部引入到襯底中直至第二深度，并且通過所述至少一個蝕空部使兩個不同的凹槽或至少一個單獨的凹槽的至少兩個區(qū)段相互連接。在至少一個第三步驟中，使所述至少一個凹槽通過各向異性的材料去除繼續(xù)延伸到第三深度。由此，在第一步驟中將所述至少一個凹槽以限定的深度引入到襯底中。在第二步驟中，使凹槽或一個凹槽的至少兩個區(qū)段相互連接，使得用于使區(qū)域與載體機械脫耦的所述至少一個彈簧的第一彈簧區(qū)段露出。在第三步驟中可以繼續(xù)實施各向異性的材料去除，使得所述至少一個凹槽建立與襯底背面上的空腔或與襯底背面的連接。由此，能夠通過簡單的技術手段制造具有兩個彈簧區(qū)段的彈簧。

根據(jù)用于制造至少一個彈簧的方法的實施例，交替重復至少一個第二步驟和至少一個第三步驟，直到所述至少兩個凹槽或一個凹槽的至少兩個區(qū)段與襯底背面上的空腔或與襯底背面連接。上述步驟也可以被多次重復。在此，通過相應的材料去除可達到的深度可以被這樣控制或者說調節(jié)，使得形成多個彈簧區(qū)段，直到凹槽建立在襯底正面與襯底背面上的空腔或襯底背面之間的連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供具有載體和與載體機械脫耦的區(qū)域的襯底，其可以根據(jù)本發(fā)明的上述方面的方法制造，其中，機械脫耦區(qū)域具有至少一個在其上布置的構件并且機械脫耦區(qū)域具有至少部分地圍繞脫耦區(qū)域走向的至少一個凹槽，該凹槽限定至少一個彈簧，其中，所述至少一個彈簧通過平行于彈簧走向的至少一個蝕空部劃分為至少兩個彼此平行走向的、垂直疊置的彈簧區(qū)段。由此，襯底具有通過彈簧與襯底的其余部分或者說載體脫耦的區(qū)域。通過將彈簧垂直地劃分成多個彈簧區(qū)段，可以彈簧改善沿垂直方向的剛度并且因此能夠實現(xiàn)待脫耦的區(qū)域與載體的優(yōu)化的機械脫耦。在此，待脫耦的區(qū)域可以具有一個或多個構件。優(yōu)選地，待脫耦區(qū)域具有帶膜片的壓力傳感器，所述膜片與壓電元件直接連接并且在壓力升高或壓力降低時這樣機械地激勵所述壓電元件，使得可以在壓電元件上測量和分析處理與壓力有關的電壓。替代地，溫度傳感器也可以作為構件布置在待脫耦區(qū)域上，因為溫度波動同樣可以導致與溫度傳感器相鄰的區(qū)域的強烈的熱膨脹和由此的負載。替代地或附加地，可以在構件旁在待脫耦的區(qū)域上布置溫度傳感器，以便能夠準確地確定脫耦區(qū)域上的溫度。脫耦區(qū)域通過機械脫耦也具有熱脫耦。

在襯底的實施例中，在至少兩個凹槽或一個凹槽的至少兩個區(qū)段之間的至少一個彈簧上布置電導體，該電導體使機械脫耦區(qū)域與載體電連接。由此，在待脫耦區(qū)域上的構件或者說多個構件可以被供應以電能并且可以測量相關參數(shù)、例如壓電電壓或熱電壓。彈簧例如可以在襯底的正面上具有一個或多個電導線和/或在襯底的背面上同樣具有電導線，所述電導線可以引導至待脫耦區(qū)域或從所述待脫耦區(qū)域引導出。

根據(jù)襯底的另一實施例，所述至少一個彈簧具有布置在載體和機械脫耦區(qū)域之間的至少一個圈。由此，彈簧可以螺旋形地實施并且多次折疊。通過該措施尤其能夠減小彈簧的水平剛度并且優(yōu)化沿水平方向的脫耦。

根據(jù)襯底的另一實施例，機械脫耦區(qū)域通過至少一個彈簧與載體連接。由此，待脫耦區(qū)域可以通過至少一個彈簧與載體連接并且平衡兩個區(qū)域之間的機械力。

附圖說明

下面借助強烈簡化的示意性視圖詳細闡述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。

在此示出了：

圖1根據(jù)第一實施例的襯底的示意性俯視圖，

圖2圖1的示意性橫截面a-a并且闡述了根據(jù)第一實施例的用于制造彈簧的方法和

圖3圖1的示意性橫截面a-a并且闡述了根據(jù)第二實施例的用于制造彈簧的方法。

在附圖中相同的結構設計元件分別具有相同的附圖標記。

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)第一實施例的襯底1的實施例。襯底1具有載體2。載體2形成襯底1的圍繞機械脫耦區(qū)域4布置的區(qū)域。在機械脫耦區(qū)域4上布置有構件6，其中，所述構件根據(jù)實施例是壓電元件6，所述壓電元件可以記錄脫耦區(qū)域4的變形并且產生與脫耦區(qū)域4的變形有關的電壓。載體2和脫耦區(qū)域4通過彈簧8彼此間隔開。雖然彈簧8使脫耦區(qū)域4與載體2連接，然而仍可以平衡或接收機械力。因此，彈簧8防止機械力或者說機械應力的傳遞。彈簧8通過在兩側布置的凹槽12、14形成。凹槽12、14使襯底1的在圖1中可見的正面10與襯底1的不可見的背面20連接。凹槽12、14l形地構型，使得凹槽12、14分別形成兩個彈簧8的一側。由此，可以通過四個l形的凹槽12、14形成四個彈簧。替代地，也可以使用兩個或多個單獨的凹槽12、14以用于形成彈簧8。在襯底1的正面10上，電導體16被布置到彈簧8上。根據(jù)實施例，電導體16可以由銅組成，但也可以由任意導電材料或合金組成，如鋁、銀、錫、石墨或類似物。在此，電導體16分別將壓電元件6與布置在載體2上的未示出的分析處理電子器件連接。

在圖2中示出了圖1的示意性橫截面a-a。在此，圖2通過圖2a-2c中的方法步驟闡述了根據(jù)第一實施例的用于在襯底1中制造彈簧8的方法。根據(jù)該實施例，襯底1具有空腔22，該空腔已通過相應的蝕刻圖案24在襯底1的背面20上被蝕刻。在圖2a和圖2b中還沒有形成彈簧8、9，因為凹槽12、14還未使正面10與襯底1的背面20連接。在第一步驟中，將各向異性的蝕刻執(zhí)行到直至第一深度，使得形成具有水平溝狀延伸部的凹槽12、14的第一深度區(qū)段。在圖2b中示出的第二步驟中，進行直至第二深度的各向同性的蝕刻過程。在該各向同性的蝕刻過程中形成蝕空部26，該蝕空部使兩個凹槽12、14沿所述凹槽12、14的水平延展部相互連接。通過凹槽12、14和蝕空部26形成彈簧8、9的第一彈簧區(qū)段8。在圖2c中示出的第三步驟中，蝕空部26通過進一步的各向異性的蝕刻繼續(xù)延伸，直到凹槽12、14使襯底1的正面10與襯底1的背面20上的空腔22相互連接。因此，通過凹槽12、14、空腔22和蝕空部26形成彈簧8、9的第二彈簧區(qū)段9。因此，彈簧8、9具有兩個沿其水平延展部平行走向的彈簧區(qū)段8、9，所述兩個彈簧區(qū)段相對于可比較的一體式彈簧具有降低的剛度。兩個彈簧區(qū)段8、9使載體2與待脫耦的區(qū)域4連接。根據(jù)實施例，待脫耦的區(qū)域4同樣具有空腔28，該空腔在待脫耦的區(qū)域4上形成膜片30。通過對膜片30加載以壓力或負壓，膜片30可以變形并且因此機械地作用于圖1中示出的壓電元件6。

在圖3中示出了圖1的示意性橫截面。在此，圖3通過圖3a-3c中的方法步驟闡述了根據(jù)第二實施例的用于在襯底1中制造彈簧8的方法。與根據(jù)第一實施例的方法不同，根據(jù)第二實施例的方法在其步驟中僅具有各向異性的材料去除，該材料去除產生側壁擴寬。由此，在蝕刻過程中蝕刻通道朝著襯底1的背面20的方向被錐狀地擴寬。由此，側壁擴寬可以這樣匹配于相鄰凹槽12、14的距離，使得蝕刻通道在第一深度上連接。通過該步驟形成彈簧8的第一彈簧區(qū)段32。這時可以逐步地繼續(xù)該各向異性的蝕刻過程，直到例如凹槽12、14建立襯底1的正面10和背面20之間的連接。優(yōu)選地，在每個蝕刻過程或者說蝕刻步驟中形成彈簧區(qū)段32、34、36、38。通過該方法可以制造具有多個彈簧區(qū)段32、34、36、38的彈簧8。在需要時，可以在蝕刻過程之前將鈍化層涂覆到襯底1上或凹槽12、14中和其側壁上，所述鈍化層用作為蝕刻掩膜。