DE102009026629A1 - Micromechanical system for use in microphone, comprises thin structured polysilicon layers between substrate and micromechanical functional layer, where one of polysilicon layer has stabilizing bar - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches System mit mindestens einer zwischen einem Substrat und einer mikromechanischen Funktionsschicht vergrabenen dünnen strukturierten Polysiliziumschicht.The The invention relates to a micromechanical system with at least one buried between a substrate and a micromechanical functional layer thin structured polysilicon layer.
Solche
mikromechanischen Systeme sind allgemein bekannt. Beispielsweise
ist aus der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Bei dem erfindungsgemäßen, in Anspruch 1 gekennzeichneten mikromechanischen System ist, über die gattungsgemäßen Merkmale hinaus, vorgesehen, dass mindestens eine der Polysiliziumschichten wenigstens einen senkrecht zur Polysiliziumebene verlaufenden Stabilisierungssteg aufweist.at the inventive, characterized in claim 1 Micromechanical system is, over the generic Characteristics, provided that at least one of the polysilicon layers at least one stabilizing web extending perpendicular to the polysilicon plane having.
Erfindungsgemäß ergeben sich demnach dünne vergrabene Polysiliziumschichten, die bei gleicher Schichtdicke signifikant stabiler gegen Durchbiegung sind. Es erweist sich als besonders günstig, den oder die Stege möglichst schmal herzustellen, da derartige Stege mit relativ geringer Topographie hergestellt werden können.According to the invention Accordingly, thin buried polysilicon layers, the at the same layer thickness significantly more stable against deflection are. It proves to be particularly favorable, the or To produce webs as narrow as possible, since such webs can be produced with relatively low topography.
Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, stabile, freitragende und damit sehr schmale vergrabene Leiterbahnen herzustellen. Mit derartigen freitragenden vergrabenen Leiterbahnen wird eine sehr kompakte Verdrahtung möglich. Dadurch sind z. B. deutlich kleinere Beschleunigungs- und Drehratensensoren herstellbar. Gleichzeitig wird es möglich, größere stabilere freitragende Elektroden herzustellen, deren intrinsische Verbiegung (Stressgradient) deutlich reduziert wird. Damit können beispielsweise Mikrofone hergestellt werden, die eine sehr ebene Membran haben, die fast keine Durchbiegung hat und bei der auch die Streuung der Durchbiegung der Membran sehr gering ist. Es können Mikrofone mit verbesserter Empfindlichkeit hergestellt werden. Ebenso können mit diesen stabileren Elektroden Z-Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden.The Invention opens up the possibility of stable, self-supporting and thus produce very narrow buried interconnects. With Such self-supporting buried interconnects becomes a very compact wiring possible. As a result z. B. clearly smaller acceleration and yaw rate sensors can be produced. simultaneously It becomes possible to have larger more stable cantilevers To produce electrodes whose intrinsic bending (stress gradient) is significantly reduced. This can be used to produce microphones, for example which have a very flat membrane, which has almost no deflection and at the same time scattering of membrane deflection very much is low. There may be microphones with improved sensitivity getting produced. Likewise, these can be more stable Electrode Z acceleration sensors and yaw rate sensors with improved properties getting produced.
Der Begriff ,vergrabene Polysiliziumschicht' im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst Leiterbahnschichten, Flächenelektrodenschichten und Funktionsschichten aus Polysilizium.Of the Term, buried polysilicon layer 'in the sense of the present invention This invention includes trace layers, face electrode layers and functional layers of polysilicon.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stabilisierungsstege in Form von U-förmigen Doppelstegen ausgebildet sind, die jeweils zwei benachbarte Stabilisierungsstege umfassen, die durch einen in der Polysiliziumebene oder parallel dazu verlaufenden Querabschnitt verbunden sind. Durch diese Anordnung ist eine höhere Dichte an Stabilisierungsstegen erreichbar.According to one advantageous embodiment of the invention is provided that the stabilizing webs in the form of U-shaped double webs are each comprising two adjacent stabilizing bars, that by a in the polysilicon plane or parallel thereto transverse section are connected. This arrangement is a higher density reachable on stabilizing bars.
Bei mikromechanischen Systemen, die mindestens zwei in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Polysiliziumschichten umfassen, ist es vorteilhaft, die Stabilisierungsstege der beiden Polysiliziumschichten jeweils als stegförmige Verbindung zwischen den beiden Polysiliziumschichten auszubilden. Dadurch kann eine weitere deutliche Versteifung erreicht werden. Anstelle von Stegen können in dieser Anordnung auch Stempel, das heißt sehr kurze senkrechte Verbindungsstücke verwendet werden. Gemäß einer vorteilhaften, zu einer besonders hohen Stabilität führenden Weiterbildung diese Ausführungsform sind die stegförmigen Verbindungen zwischen den beiden in unterschiedlichen Ebenen angeordneten Polysiliziumschichten jeweils durch zwei senkrecht zu den Polysiliziumebenen aufeinander aufbauend angeordnete U-förmige Doppelstege gebildet. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft noch dahingehend weitergebildet werden, dass die durch die Querabschnitte beabstandeten Stabilisierungsstege der U-förmigen Doppelstege so aufeinander aufbauen, dass jeweils eine geschlossene Versteifungsstruktur der beiden Polysiliziumschichten mit eingeschlossenem Isolierschichtmaterial gebildet ist.at micromechanical systems that are at least two in different Layered polysilicon layers, it is advantageous the stabilizing webs of the two polysilicon layers, respectively as a web-shaped connection between the two polysilicon layers train. This can achieve a further significant stiffening become. Instead of webs can in this arrangement also stamp, that is very short vertical connectors be used. According to an advantageous, too a particularly high stability leading training This embodiment is the web-shaped connections between the two polysilicon layers arranged in different planes each by two perpendicular to the polysilicon levels building on each other arranged U-shaped double webs formed. This embodiment can advantageously be further developed to the effect that the by the transverse portions spaced stabilizing webs of U-shaped double bridges so build on each other a closed stiffening structure of the two polysilicon layers is formed with enclosed insulating layer material.
Grundsätzlich können die Stabilisierungsstege in frei wählbarer Verteilung an der Polysiliziumschicht angeordnet sein. Vorteilhafterweise erfolgt die Anordnung jedoch im Lichte der späteren verwendungsbezogenen Strukturierung der Polysiliziumschicht. Vorteilhaft ist die mindestens eine vergrabene Polysiliziumschicht in elektrisch voneinander isolierte Bereiche strukturiert, wobei die Stabilisierungsstege, Doppelstege oder Versteifungsstrukturen über mindestens einen der Bereiche flächenmäßig homogen verteilt sind. Es können jedoch auch Strukturen hergestellt werden, die durch eine geeignete Anordnung der Stabilisierungsstege nur eine lokale Versteifung erfahren, indem die Stabilisierungsstege, Doppelstege oder Versteifungsstrukturen über mindestens einen der elektrisch isolierten Bereiche flächenmäßig und/oder hinsichtlich der räumlichen Ausrichtung inhomogen verteilt sind.In principle, the stabilizing webs can be arranged in a freely selectable distribution on the polysilicon layer. Advantageously, however, the arrangement is made in the light of the later use-related structuring of the polysilicon layer. Advantageously, the at least one buried polysilicon layer is structured in regions which are electrically insulated from one another, wherein the stabilizing webs, double webs or stiffening structures are homogeneously distributed in terms of area over at least one of the regions. However, it is also possible to produce structures which experience only local stiffening by means of a suitable arrangement of the stabilizing webs in that the stabilizing webs, double webs or stiffening structures are inhomogeneously distributed over at least one of the electrically insulated areas in terms of area and / or spatial orientation.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements der genannten Art, umfassend das Bereitstellen eines Substrats und das Anordnen einer Isolationsschicht auf dem Substrat oder auf einer ersten Polysiliziumschicht, dass Anlegen von Gräben in der Isolationsschicht, die Abscheidung einer ersten oder zweiten Polysili ziumschicht auf der Isolationsschicht, sowie die Strukturierung der abgeschiedenen Polysiliziumschicht, die Abscheidung und Strukturierung einer weiteren Isolationsschicht, die Abscheidung und Strukturierung einer mikromechanischen Funktionsschicht, sowie schließlich das Entfernen der durch die Isolationsschichten gebildeten Opferschicht durch Ätzen.One Another object of the present invention is a method for producing a micromechanical component of said A type comprising providing a substrate and arranging an insulating layer on the substrate or on a first polysilicon layer, that creating trenches in the insulation layer, the deposition a first or second polysilicon layer on the insulating layer, and the structuring of the deposited polysilicon layer, the deposition and structuring of a further insulation layer, the deposition and structuring of a micromechanical functional layer, and finally removing the through the insulation layers formed sacrificial layer by etching.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des genannten Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass die Breite der Gräben so schmal gewählt wird, dass die Gräben bei der anschließenden Polysiliziumabscheidung ganz oder nahezu aufgefüllt werden, so dass jeweils ein einzelner Stabilisierungssteg entsteht. Gemäß einer dazu alternativen Weiterbildung der genannten Herstellungsverfahren ist vorgesehen, dass die Breite der Gräben so breit gewählt wird, dass die Struktur der einzelnen Gräben bei der anschließenden Polysiliziumabscheidung abgebildet wird, so dass jeweils ein Doppelsteg entsteht.According to one preferred development of said manufacturing process is provided that the width of the trenches chosen so narrow is that the trenches in the subsequent polysilicon deposition completely or almost filled, so that each one single stabilization bar arises. According to one for alternative training of said production methods is provided that the width of the trenches chosen so wide is that the structure of the individual trenches in the subsequent Polysilicon deposition is imaged, so that in each case a double bar arises.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the drawing Embodiments described in more detail. Show it:
Im
nächsten Herstellungsschritt, vergleiche
Im
folgenden Herstellungsschritt, vergleiche
Bei
der vorstehend, im Zusammenhang mit den
Bei
dem in den
In
den
Ähnlich
wie bei dem weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit nur einer vergrabenen Polysiliziumschicht, kann
es sich auch bei zwei vergrabenen Polysiliziumschichten als günstig
erweisen, entweder die Breite der Stege oder Löcher
Um
eine große Steghöhe zu erreichen, kann es sich
als günstig erweisen, die zweite Polysiliziumschicht
Eine
besonders hohe Stabilität der aus den beiden vergrabenen
Polysiliziumschichten
Bei
der in den
Um eine weitere Stabilität zu erreichen, können die beschriebenen Herstellungsschritte von zwei auch auf mehr Polysiliziumebenen übertragen werden.Around To achieve further stability, the described manufacturing steps of two transferred to more polysilicon levels become.
In
Soll
eine homogene Versteifung mindestens über einen Teil eines
einzelnen Bereiches der Polysiliziumschicht
Die
Versteifungsstrukturen beziehungsweise Stege
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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