本發(fā)明涉及一種混合集成的部件，所述混合集成的部件包括具有微機械的結構的至少一個MEMS(微電子機械系統(tǒng))構件，該結構延伸在MEMS襯底的整個厚度上。所述微機械結構的至少一個結構元件可偏轉并且與電容器裝置作用連接，所述電容器裝置包括至少一個可運動的電極和至少一個固定的電極。此外，所述部件還包括具有所述電容器裝置的至少一個電極的ASIC構件。MEMS構件裝配在ASIC構件上，從而在微機械結構和ASIC構件的表面之間存在間隙。此外，本發(fā)明還涉及用于制造這類混合集成的部件的方法。

背景技術：
具有MEMS構件的部件多年來對于最不同的應用、例如在汽車技術和消費者電子的領域內被批量加工制造。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備的制造成本。另一方面，尤其應在消費者電子領域內將越來越多的功能并且因此將部件容納進終端設備中，而終端設備本身變得越來越小。因此，對于各個部件，在應用印刷電路板上越來越少的空間可供使用。由實際中已知用于傳感器部件的不同微型化概念，其在部件中提供微機械實現(xiàn)的傳感器功能和傳感器信號的電路技術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，也已經有用于所謂的垂直混合集成的概念，據此，芯片堆疊由ASIC、MEMS和帽晶片構成。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部件的初始襯底鍵合在經處理的ASIC襯底上。此后才在MEMS襯底中產生微機械的結構，其包括至少一個可偏轉的結構元件。帽晶片被與此無關地結構化并且被預先準備用于在MEMS襯底的微機械結構上和在ASIC襯底上的裝配。如此處理的帽晶片在MEMS襯底的結構化之后鍵合在ASIC襯底上，從而在ASIC襯底和在帽晶片之間的微機械結構被密封包圍。在US2011/0049652A1中描述的部件配備有電容器裝置，根據MEMS功能，所述電容器裝置可以被用作驅動裝置用于使可偏轉的結構元件運動或也可以用于檢測結構元件的由外部引起的偏轉。為此，電容器裝置包括至少一個可偏轉的電極和固定的電極，所述至少一個可偏轉的電極在此位于MEMS構件的可偏轉的結構元件上，所述固定的電極在此被構造在ASIC襯底的表面上的結構化的金屬層中。已知的部件概念能夠實現(xiàn)具有微機械功能和信號處理電路的穩(wěn)固部件的成本有利的大量生產，因為在此不僅各個部件組成部分——MEMS構件、帽和ASIC在晶片復合體中被建立，而且其到部件的裝配在晶片層面上實現(xiàn)?？梢栽诰瑢用嫔蠝y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行各個部件的調諧。此外，已知的部件由于堆疊的結構需要相對小的裝配表面，這有利地影響終端設備的制造成本。電容器裝置的電極一方面在MEMS構件的下側上并且另一方面在ASIC構件的最上面的金屬層面上的定位被證明是有問題的。因為這樣的電容器裝置與相對置的電極之間的間距成反比并且兩個構件之間的間隙通常相對大，因此，電容器裝置的電容在此在給定的電極表面的情況下相對小。與此相應，當電容器裝置被用于測量目的時，測量靈敏度相對小。如果電容器裝置被用于控制可運動的結構元件，則必須施加相對高的電壓，以便實現(xiàn)預先規(guī)定的偏轉。此外，已知部件的電容器裝置不能夠容易地通過第三電極層面補充用于全差分的信號檢測或控制。它在此必須在帽的下側上、因此同樣以相對大的間距設置。

技術實現(xiàn)要素：
借助本發(fā)明，提出用于實現(xiàn)開頭所述類型的混合集成的部件，其電容器裝置不僅能夠實現(xiàn)具有相對高靈敏度的信號檢測而且能夠實現(xiàn)MEMS構件的微機械結構的靈敏控制。為此，根據本發(fā)明，電容器裝置的至少一個電極從ASIC構件的層結構中脫離出并且替代地機械和電地連接在MEMS構件的可偏轉的結構元件上，從而所述電極作為電容器裝置的可運動的電極起作用。與由US2011/0049652A1公開的組件結構不同，電容器裝置的可運動的電極相應地從MEMS結構的層面轉移到ASIC層面上，即從MEMS構件和ASIC構件之間的間隙的一側到此間隙的另一側上，電容器裝置的至少一個固定的電極也有意義地位于所述間隙的該另一側上。通過這種方式可以實現(xiàn)電容器裝置，其中可運動的和固定的電極之間的間距與構件之間的間隙寬度無關并且因此可以比所述間隙顯著更小。此外，在多個固定的電極的相應布置中還可以簡單地實現(xiàn)具有三個電極層面的差分的電容器裝置。然后，可運動的電極如此設置在至少兩個固定的電極之間，使得在可運動的電極偏轉時，至這兩個固定的電極中一個電極的間距減小，而至另一個固定的電極的間距以相同的程度增大。除了可運動的電極的層面，根據本發(fā)明的部件的每個電容器裝置還可以相應地包括用于固定的電極的一個另外的電極層面或當涉及差分的電容器裝置時，也包括用于固定的電極的兩個另外的電極層面。這樣的電極層面例如可以集成在MEMS構件的層結構中。然而，在根據本發(fā)明的部件的一種優(yōu)選的實施方式中，用于固定的電極的至少一個電極層面集成在ASIC構件的層結構中。如已經提到的，以這種方式可以實現(xiàn)特別小的電極間距。因此，這類電容器裝置在通過芯片大小限界的電極面的情況下具有相對大的電容。根據所要求保護的用于制造這類混合集成的部件的方法，首先處理ASIC襯底。在此，也已經施加至少一個電容器裝置的至少一個電極。然后，在ASIC襯底上裝配MEMS襯底。在MEMS襯底的處理范圍內，產生至少一個過孔接觸結構，用于所述至少一個施加在ASIC襯底中的電極的機械和電的連接。此外，產生微機械結構，其延伸在MEMS襯底的整個厚度上。在ASIC側釋放所述微機械結構的至少一個結構元件。此外，將所述至少一個施加在ASIC襯底中的并且通過至少一個過孔接觸結構連接到結構元件上的電極從ASIC襯底的復合結構中脫離。用于在ASIC襯底中的可運動和固定的電極的電極層面的施加優(yōu)選在已知的CMOS過程的范圍內進行。在此，在一個初始襯底上產生一個層結構，所述層結構包括多個在至少一個絕緣層中埋入的和結構化的金屬層以及一個在ASIC正面上的結構化的金屬層。各個電極層面的電極在所述金屬層的結構化時被構造。已知通過所謂的過孔接觸結構建立芯片堆疊的各個芯片之間的電連接。為此，在相關的芯片內產生通孔并且用導電的材料——例如借助鎢或銅填充。在本發(fā)明的一種有利的實施方式中，在可偏轉的構件和施加在ASIC襯底上的電極之間的機械和電的連接通過至少一個這種過孔接觸結構建立，所述這種過孔接觸結構隨后延伸穿過微機械結構的整個厚度并且延伸在MEMS構件和ASIC構件之間的間隙上。根據本發(fā)明的部件概念特別適合于實現(xiàn)無接觸式工作的傳感器——例如加速度傳感器、轉速傳感器和其他的慣性傳感器。在慣性傳感器的情況下，微機械的傳感器結構包括至少一個彈性懸掛的振動質量(seismischeMasse)，其由于加速度而偏轉。所述加速度也可以通過離心力或旋轉運動引起。因為根據本發(fā)明，MEMS構件的微機械結構延伸在MEMS襯底的整個厚度上，所以在此在相對小的芯片面上可以實現(xiàn)非常大的振動質量，這有利地影響測量靈敏度。此外，借助根據本發(fā)明的電容器裝置可以非常精確地檢測振動質量的偏轉。在ASIC構件上有利地集成用于處理和分析測量信號的主要的電路部分，從而MEMS傳感器元件和ASIC構件構成一個功能單元。應該封裝這類傳感器元件的微機械結構，以便使對測量信號的環(huán)境影響最小化并且保護傳感器結構免受雜質、濕度和顆粒損壞。此外，通過這種方式可以提供已定義的用于傳感器結構的壓力情況，該壓力情況主要參與決定傳感器的阻尼狀態(tài)。這類封裝例如可以通過以下方式實現(xiàn)：由ASIC襯底和已處理的MEMS襯底組成的晶片堆設有預先結構化的帽晶片，從而微機械結構被密封地包圍在ASIC襯底和帽晶片之間。根據本發(fā)明的制造方法可以以多種方式變化，尤其是就各個構件的處理而言，而且就各個構件和最終部件的外部電觸點接通之間的機械和電的連接而言。在此，必須考慮待制造的部件的功能、確定和裝配位置。如已經提到的那樣，在ASIC構件上優(yōu)選集成用于部件的MEMS構件的信號處理并且必要時的分析電路的部分。但顯然，ASIC構件也可以配備有其他電路功能。此外，在ASIC襯底的處理的范圍內可以進行表面的結構化，在所述表面上應裝配MEMS襯底。在此，可以產生ASIC表面中的凹處，以便確保MEMS構件的結構元件的可運動性。在一個優(yōu)選的方法方案中，在ASIC表面上產生管底結構。MEMS襯底裝配在所述直立型結構上，從而間隙位于ASIC襯底和MEMS襯底之間。MEMS襯底的結構化隨后在蝕刻過程中實現(xiàn)，所述蝕刻過程穿透MEMS襯底的整個厚度。MEMS襯底也可以通過至少一個犧牲層裝配在已處理的ASIC襯底的正面上。在這種情況下，可以在犧牲層蝕刻過程中在ASIC側釋放MEMS構件的微機械結構，其中至少在可偏轉的結構元件之下去除犧牲層的材料。MEMS襯底和ASIC襯底之間的連接優(yōu)選在一鍵合過程中建立，因為通過這種方式不僅可以在MEMS構件和ASIC構件之間實現(xiàn)密封的機械的連接而且可以實現(xiàn)可靠的電連接。為此，一些已知的和實踐中已試驗的過程方案可供使用。如已經提到的，MEMS構件的微機械結構在此總是延伸在MEMS襯底的整個厚度上。因此在大多數(shù)應用中證明有利的是，在ASIC襯底上的裝配之后和在結構化之前首先將MEMS襯底變薄直至一個預先規(guī)定的結構高度。MEMS襯底的結構化優(yōu)選在挖溝過程中實現(xiàn)，因為借助所述方法可以產生具有特別高的縱橫比的溝槽結構。如果施加在ASIC襯底中的電極涉及金屬電極，則可以特別簡單地在犧牲層蝕刻過程中從ASIC襯底的復合體中脫離出測量電容器裝置的所述至少一個可運動的電極。蝕刻侵蝕在此通過在MEMS襯底中的溝槽來實現(xiàn)，通過所述溝槽限定MEMS襯底的微機械結構。在此，至少局部地去除絕緣層的材料，而不侵蝕電極本身。在第二級裝配的范圍內，根據本發(fā)明的部件的機械固定優(yōu)選通過ASIC構件實現(xiàn)。為此，在有利的部件方案中，在ASIC構件中構造過孔接觸結構、所謂的TSV(ThroughSilliconVias：穿透硅過孔)，其使得能夠在印刷電路板上實現(xiàn)部件的直接裝配。在此，除了在印刷電路板上機械固定部件之外，還建立至在印刷電路板上的導體電路的電連接。但當在ASIC構件上構造相應的暴露的連接盤時，這類部件的外部電觸點接通也可以經由引線鍵合來實現(xiàn)。附圖說明如先前已經討論的，有不同的可能性來以有利的方式設計和擴展本發(fā)明。為此，一方面參考前述發(fā)明內容中的相關技術方案并且另一方面根據附圖參考對本發(fā)明的多個實施例的后續(xù)說明。圖1-6根據示意性的剖視圖說明依照根據本發(fā)明的部件概念的具有電容器裝置的傳感器部件的MEMS/ASIC鏡片堆的制造，圖7、8示出具有外部的電觸點接通的兩個封裝的傳感器部件的示意性剖視圖以及圖9-11示出具有不同的傳感器布置的三個其他的根據本發(fā)明的傳感器部件的MEMS/ASIC晶片堆的示意性剖視圖。具體實施方式在根據本發(fā)明的用于制造具有至少一個MEMS構件和至少一個ASIC構件的混合集成的部件的方法的范圍內，首先處理ASIC襯底10。在此，在初始襯底11——例如半導體襯底上產生具有多個電路層面1至5的層結構。所述電路層面1至5以結構化的金屬層1至5的形式實現(xiàn)，這些金屬層通過絕緣層在空間上和電方面相互分離并且與初始襯底11分離。因為在此所示的實施例中絕緣層分別涉及氧化層，所以在此不區(qū)分各個絕緣層。相反地，所述絕緣層一起構成一個絕緣層12，在其上設置結構化的金屬層1，其他的金屬層2至5埋入到絕緣層12中，如在圖1中所示那樣。根據本發(fā)明，在金屬層1和2的結構化中已經分別施加電容器裝置的電極51和52。此外，在ASIC襯底10的這些電路層面中有利地集成用于附屬的MEMS構件的信號處理和分析電路的至少部分。除此之外，還可以實現(xiàn)與MEMS無關的電路功能。在任何情況下，在整個芯片面上的所有電路層面可以被用于電路功能，除了在金屬層1和2中的電極區(qū)域51和52之外。在此不單獨描述ASIC襯底10的CMOS處理，因為其不通過本發(fā)明詳細說明，除了電容器裝置的電極的施加之外。已處理的ASIC襯底10的表面在此設有氮鈍化13，該氮鈍化已結構化，以便能夠實現(xiàn)ASIC襯底10的最上面的電路層面1的電觸點接通、尤其是電極51的觸點接通。為了MEMS襯底的裝配，隨后在ASIC襯底10的表面上沉積出和結構化氧化層14。在此，提供用于ASIC襯底10的第一電路層面1的和尤其是電極51的電觸點接通的入口。此外，在ASIC襯底10和MEMS襯底之間產生直立型結構14。圖2示出結構化過程的結果。已結構化的氧化層14構成用于未結構化的MEMS襯底20的裝配面。在此在等離子激活的直接鍵合方法中建立MEMS襯底20和ASIC襯底10之間的連接，該連接在此是密封的。現(xiàn)在例如在磨削過程中變薄相對厚的MEMS襯底20，直至其厚度大約等于MEMS構件的所需的結構高度。所述厚度通常位于10μm和150μm之間的范圍內。圖3示出ASIC襯底10同已變薄但還未結構化的MEMS襯底20并且說明直立型結構14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。在與ASIC襯底10的復合中才結構化MEMS襯底20。在本實施例中分兩步實現(xiàn)結構化。第一結構化步驟用于產生過孔接觸結構、所謂的過孔22。在此，在MEMS襯底20中產生具有基本上圓形的橫截面的通孔，所述通孔通到直立型結構14中的開口，更確切地說，在那里，用于ASIC襯底10的電觸點接通的鈍化層13已經被打開。這類通孔尤其是在ASIC襯底10的第一電路層面1中的電極51上方的區(qū)域內構造。所述通孔通常具有5:1至20:1的縱橫比并且延伸在MEMS襯底20的整個厚度上。通常，在這些通孔在一個沉積過程中借助導電材料22例如銅或鎢填充之前，這些通孔的內壁借助導電的擴散勢壘——例如氮化鈦或鈦鎢涂層。圖4示出在填充通孔之后并且在已經重新移除在MEMS襯底20的表面上沉積的導電材料之后的ASIC襯底10連同MEMS襯底20。在此所示的實施例中，MEMS襯底20的表面此后在過孔22的一部分上設有用于帽晶片的裝配的結構化的鍵合層31。在第二結構化步驟中產生MEMS構件的微機械結構。所述MEMS構件的微機械結構延伸在MEMS襯底20的整個厚度上，如圖5中所示那樣。不僅對于第一結構化步驟而且對于第二結構化步驟優(yōu)選地使用挖溝過程，因為借助所述方法可以產生具有特別高的縱橫比的結構。在當前情況下，MEMS構件涉及擺動設計(Wippendesign)中的Z-加速度傳感器。微機械的傳感器結構包括在中心彈性地支承的擺動結構23作為振動質量，它通過MEMS襯底20中的溝槽(Trenchgraeben)24定義和發(fā)掘出。然而，在MEMS襯底20結構化之后，該擺動結構23還不可自由運動，因為該擺動結構至少通過過孔接觸結構22并且必要時也通過犧牲層14的直立型結構與ASIC襯底10固定連接。擺動結構23的ASIC側的釋放優(yōu)選在一級的或必要時在二級的犧牲層蝕刻過程中實現(xiàn)，其中首先去除直立型結構14的氧化物材料。隨后也去除在ASIC襯底10的第一和第二電路層面1、2中的電極51和52的環(huán)境中的絕緣層12的材料。蝕刻侵蝕(Aetzangriff)分別通過微機械傳感器結構中的溝槽24、優(yōu)選通過具有高頻的氣相蝕刻實現(xiàn)。圖6中示出所述一個或多個犧牲層蝕刻過程的結果。圖6說明，擺動結構23通過以箭頭表示的在中心的過孔接觸結構22彈性地與ASIC襯底10連接。在ASIC襯底10中的第一電路層面1中構造的兩個電極51通過兩個在側旁設置的過孔接觸結構22與擺動結構23不僅機械連接而且電連接。在z方向上加速時，兩個電極51連同擺動結構23偏轉或傾翻，因為這兩個電極51從絕緣層12中并且因此從ASIC襯底10的復合體中脫離出來。在此，在可運動的電極51和對面的固定的電極52之間的電極間隙在擺動結構23的一側上增大，而該電極間距在另一側上減小?？蛇\動的電極51因此與在第二電路層面2內構造的固定的電極52一起構成一個測量電容器裝置，借助該測量電容器裝置可以檢測擺動結構23的偏轉作為差動電容。因為ASIC襯底10的絕緣層12的各個層通常很薄，所以第一電路層面1的電極51與第二電路層面2的電極52之間的電極間隙同樣很小，從而在傳感器元件的位移-電容變換時的信號靈敏度很高。在這一點上還應注意，在MEMS結構23和從絕緣層12中脫離出來的金屬電極51之間的機械連接不僅用于電極51的位置穩(wěn)定，而且由此極為有效地抑制金屬電極51的彎曲和其他老化效果。圖7示出部件100，其基于圖6中所示的、由ASIC襯底10和具有擺動結構23的MEMS襯底20組成的晶片堆被制造出。在分離下所述部件之前，一個預先結構化的帽晶片30已經鍵合在MEMS襯底20上的傳感器結構上，以便將傳感器結構在定義的壓力條件下密封地包圍在ASIC襯底10和帽晶片30之間的空腔內。此后，各個部件才例如通過鋸切從晶片復合體中脫離。在二級裝配范圍內，將部件100在ASIC側裝在載體例如印刷電路板上并且在那機械固定。部件100的電觸點接通在此通過在第一電路層面1中、即在ASIC構件10的上側的暴露的連接盤50并且通過連接盤與部件載體之間的引線鍵合來實現(xiàn)。圖8示出如圖6中所示那樣的在晶片堆上的帽晶片的裝配的另一種可能性。在此，帽晶片30也裝配在MEMS構件20的傳感器結構之上，以便密封地封閉所述傳感器結構以防測量環(huán)境。然而，在此所示的部件200的情況下，帽晶片30與ASIC襯底10連接，從而MEMS構件20完全設置在ASIC襯底10與帽晶片30之間的空腔32內。部件200特別良好地適合于印刷電路板上的直接裝配，因為部件200的電信號通過過孔接觸結構201——所謂的TSV(ThroughSilliconVias：穿透硅過孔)在ASIC組件10中引向外部。TSV201從ASIC構件10的最下面的電路層面5延伸直至其背側，在那里構造有連接盤202。不僅部件200在印刷電路板上的機械固定而且電觸點接通可以在此簡單地借助焊料凸點203建立。在圖9至11中所示的由ASIC襯底10和結構化的MEMS襯底20組成的晶片堆僅僅在測量電容器裝置的實現(xiàn)方面不同于根據本發(fā)明的部件的在圖6中所示的晶片堆。因此，在圖9至11的后續(xù)描述中，僅僅分別詳細解釋測量電容器裝置。在所示的晶片堆的其他組成部分方面，參考圖1至6的描述。圖6中所示的測量電容器裝置的可運動的和固定的電極51和52在ASIC襯底10的第一和第二電路層面1和2中構造，而在圖9的情況中測量電容器裝置的電極61和62涉及ASIC襯底10的第二和第三電路層面2和3的電極。可運動的電極61在第二電路層面2中構造并且通過金屬支撐點63聯(lián)接在第一電路層面1中的連接盤64上，所述在第一電路層面內的連接盤64通過過孔接觸結構22電和機械地連接到MEMS結構20上。連接盤64與可運動的電極61一起從ASIC襯底10的絕緣層12中脫離出來。測量電容器裝置的固定的電極62在可運動的電極61之下設置在第三電路層面3中。所述測量電容器裝置的固定的電極62固定地嵌進ASIC襯底10的絕緣層12中。此外，測量信號檢測和分析處理在此與圖6中所示的測量電容器裝置的情況中一樣地實現(xiàn)。不同于先前所述的電容器裝置，圖10中所示的測量電容器裝置包括三個電極層面。也就是說，可運動的電極在兩個固定的電極之間的電極間隙內偏轉。在此所示的測量電容器裝置中的固定的電極72和75在ASIC襯底10的第一和第三電路層面1和3中構造，而可運動的電極71施加在ASIC襯底10的第二電路層面2中并且通過金屬支撐點73聯(lián)接在第一電路層面1中的連接盤74上。連接盤74連同可運動的電極71一起從ASIC襯底10的絕緣層12中脫離出來并且為此通過過孔接觸結構22電和機械地連接在MEMS結構20上。第一電路層面1的定位在可運動的電極71之上的固定的電極75構造在連接盤74旁并且與可運動的電極71重疊地設置。他們通過金屬支撐點73機械地連接在下面的電路層面2、3上并且因此連接到ASIC襯底10上。第三電路層面3的固定的電極72施加在可運動的電極71之下并且固定地嵌進ASIC襯底10的絕緣層12中?？梢越柚鷱椥缘膽覓煅b置的兩側上的測量電容器裝置將擺動結構23的偏轉分別作為電容差檢測，這通過圖10中的擺動結構23的傾斜的圖示說明。當在部件內出現(xiàn)由裝配決定的或由熱決定的機械應力，其導致擺動結構由原來的靜止位置偏轉時，全差分測量值檢測例如則被證明是有利的。在具有僅兩個電極層面的測量電容器裝置中，如在圖6和9中所示那樣，這導致傳感器的靈敏度和偏移變化。在具有三個電極層面的測量電容器裝置中，可以在盡可能最大程度上消除所述效果對傳感器信號的影響，因為在可運動的電極的一側的電極間隙增大的程度與在所述可運動的電極的另一側上的電極間隙減小的程度相同。圖11中也示出具有三個電極層面的全差分測量電容器裝置。然而，在此在ASIC襯底10的電路層面中僅僅施加可運動的電極81和一個固定的電極層面?？蛇\動的電極81從第一電路層面1中結構化出并且通過過孔接觸結構22電和機械地連接在MEMS結構20上。固定的電極82構造在可運動的電極81之下的第二電路層面2內并且固定地嵌進ASIC襯底10的絕緣層12中。在可運動的電極81之上的具有固定的電極85的第三電極層面在此在MEMS結構20的固定的邊緣區(qū)域中實現(xiàn)，從而在圖11的情況下，也可以將在彈性的懸掛裝置的兩側的擺動結構23的偏轉分別作為電容差檢測。