Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Ebenso betrifft die Erfindung eine Sensorvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung.The invention relates to a micromechanical component. Likewise, the invention relates to a sensor device. Furthermore, the invention relates to a production method for a micromechanical component and to a production method for a sensor device.
Stand der TechnikState of the art
In der EP 0 714 017 A1 ist ein mikromechanisch herstellbarer Drucksensor beschrieben. Der Drucksensor weist eine Kaverne auf, welche auf einer ersten Seite mittels einer aufgespannten Membranschicht und auf einer von der ersten Seite weg gerichteten zweiten Seite von einem leitfähigen Bereich eines Siliziumsubstrats begrenzt wird. Zum Herstellen des Drucksensors wird eine als Opferschicht bezeichenbare Hilfsschicht auf den leitfähigen Bereich des Siliziumsubstrats abgeschieden. Anschließend wird die Opferschicht zumindest teilweise von der Membranschicht abgedeckt, in welcher durchgehende Aussparungen ausgebildet werden. Durch die Aussparungen in der Membranschicht wird danach das zwischen dem leitfähigen Bereich und der Membranschicht liegende Material der Opferschicht zum Freilegen der Kaverne zumindest teilweise weggeätzt. Die durchgehenden Aussparungen in der Membranschicht werden nach dem Freilegen der Kaverne mittels einer Verschlussschicht verschlossen.In the EP 0 714 017 A1 a micromechanically producible pressure sensor is described. The pressure sensor has a cavern, which is bounded on a first side by means of a clamped membrane layer and on a first side facing away from the first side of a conductive region of a silicon substrate. To produce the pressure sensor, a sacrificial layer which can be labeled as a sacrificial layer is deposited on the conductive region of the silicon substrate. Subsequently, the sacrificial layer is at least partially covered by the membrane layer, in which continuous recesses are formed. The recesses in the membrane layer then at least partially etch away the material of the sacrificial layer lying between the conductive region and the membrane layer in order to expose the cavern. The continuous recesses in the membrane layer are closed after exposure of the cavern by means of a sealing layer.
In der DE 103 24 421 A1 sind ein Halbleiterbauelement mit Metallisierungsfläche und ein Verfahren zur Herstellung desselben beschrieben. Das Halbleiterbauelement umfasst ein Substrat und eine Membran, welche eine in das Substrat strukturierte Kaverne überspannt. Aufgrund der zum Strukturieren der Kaverne ausgeführten Verfahrensschritte weist eine Bodenfläche der Kaverne hervorstehende Spitzen auf.In the DE 103 24 421 A1 For example, a metallized surface type semiconductor device and a method of manufacturing the same are described. The semiconductor component comprises a substrate and a membrane which spans a cavity structured in the substrate. Due to the process steps carried out for structuring the cavern, a bottom surface of the cavern has protruding tips.
Die DE 199 03 380 A1 beschreibt einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe und sein Herstellungsverfahren. Auch eine Bodenfläche einer an dem Halbleitersensor ausgebildeten Kaverne weist hervorstehende Spitzen auf.The DE 199 03 380 A1 describes a semiconductor physical quantity sensor and its manufacturing method. Also, a bottom surface of a cavity formed on the semiconductor sensor has protruding tips.
Des Weiteren sind in der US 2009/0325335 A1 ein heterogenes Substrat mit einer Opferschicht und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Mittels einer Ausbildung vergrabener Strukturen soll ein Ätzen der Opferschicht über Perforationen, welche in der die Opferschicht abdeckenden Schicht ausgebildet werden, erleichtert sein.Furthermore, in the US 2009/0325335 A1 a heterogeneous substrate with a sacrificial layer and a method for its production described. By means of a formation of buried structures, etching of the sacrificial layer via perforations, which are formed in the layer covering the sacrificial layer, should be facilitated.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3, ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The invention provides a micromechanical component having the features of claim 1, a sensor device having the features of claim 3, a manufacturing method for a micromechanical component having the features of claim 4 and a manufacturing method for a sensor device having the features of claim 9.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Aufgrund des mindestens einen ersten Hohlraums (in der Vielzahl von Gräben in der Oberseite des Substrats oder zumindest in der Außenseite der Struktur) und/oder des mindestens einen zweiten Hohlraums (in Vielzahl von Vertiefungen in der Innenseite der Membran) kann die Membran leichter unterätzt werden. Insbesondere können beim Unterätzen der Membran Nebeneffekte des mindestens einen Hohlraums genutzt werden. Somit entfällt die herkömmliche Notwendigkeit, zum Unterätzen der Membran Aussparungen/Ätzöffnungen darin auszubilden. Entsprechend ist es auch nicht nötig, die Aussparungen/Ätzöffnungen in der unterätzten Membran anschließend mittels einer Verschlussschicht zu verschließen.Due to the at least one first cavity (in the plurality of trenches in the top of the substrate or at least in the outside of the structure) and / or the at least one second cavity (in plurality of depressions in the inside of the membrane), the membrane can be easily undercut , In particular, during undercutting of the membrane, side effects of the at least one cavity can be utilized. Thus, the conventional need to form recesses / etch openings therein to undercut the membrane is eliminated. Accordingly, it is also not necessary to subsequently close the recesses / etching openings in the undercut membrane by means of a sealing layer.
Die vorliegende Erfindung erleichtert somit die Herstellbarkeit eines mikromechanischen Bauteils mit einer von einer Membran zumindest teilweise überspannten Kaverne. Insbesondere kann die Membran die Kaverne auch vollständig überspannen. Mittels der vorliegenden Erfindung kann deshalb das entsprechende mikromechanische Bauteil kostengünstig hergestellt werden. Zum Herstellen des mikromechanischen Bauteils können außerdem bekannte Prozesse aus der Halbleitertechnik angewandt werden.The present invention thus facilitates the manufacturability of a micromechanical component with a cavern which is at least partially spanned by a membrane. In particular, the membrane can also completely span the cavern. By means of the present invention, therefore, the corresponding micromechanical component can be produced inexpensively. In addition, known processes in semiconductor technology can be used for producing the micromechanical component.
Das mittels der vorliegenden Erfindung herstellbare mikromechanische Bauteil kann eine relativ stressfreie Aufhängung seiner Membran aufweisen. Ein Membrandurchmesser ist bei dem herstellbaren mikromechanischen Bauteil sehr genau definierbar.The micromechanical component which can be produced by means of the present invention can have a relatively stress-free suspension of its membrane. A membrane diameter can be defined very precisely in the micromechanical component that can be produced.
Insbesondere aufgrund des möglichen Verzichts auf Aussparungen/Ätzöffnungen in der Membran kann eine gewünschte Elastizität der Membran verlässlich gewährleistet werden. Gleichzeitig ist aufgrund der verlässlich realisierbaren Unterätzbarkeit der Membran mittels der vorliegenden Erfindung sicherstellbar, dass die von der Membran zumindest teilweise überspannte Kaverne eine gewünschte Mindestgröße aufweist.In particular, due to the possible omission of recesses / etching openings in the membrane, a desired elasticity of the membrane can be reliably ensured. At the same time, due to the reliably realizable under etchability of the membrane by means of the present invention, it can be ensured that the cavern, which is at least partially spanned by the membrane, has a desired minimum size.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das mikromechanische Bauteil eine Gegenelektrode als die Struktur aus zumindest dem Halbleitermaterial und/oder dem weiteren Halbleitermaterial. Mittels eines Ermittelns einer Kapazität zwischen der Membran und der Gegenelektrode kann bei einer derartigen Ausführungsform eine Verformung der Membran leicht nachgewiesen/festgestellt/erkannt werden. Das entsprechende mikromechanische Bauteil eignet sich somit vorteilhaft für einen Drucksensor, wobei eine druckinduzierte Kraft auf die Membran mittels einer Auswertung der Kapazität relativ genau messbar ist. Auch für andere Sensortypen, wie z. B. einen Beschleunigungssensor oder einen Magnetfeldsensor, kann das mikromechanische Bauteil eingesetzt werden.In an advantageous embodiment, the micromechanical component comprises a counter electrode as the structure of at least the Semiconductor material and / or the other semiconductor material. By means of determining a capacitance between the membrane and the counterelectrode, deformation of the membrane can easily be detected / detected / recognized in such an embodiment. The corresponding micromechanical component is thus advantageously suitable for a pressure sensor, wherein a pressure-induced force on the membrane can be measured relatively accurately by means of an evaluation of the capacitance. Also for other sensor types, such. As an acceleration sensor or a magnetic field sensor, the micromechanical component can be used.
Vorzugsweise weisen die Gräben und/oder Vertiefungen eine Breite kleiner als 10 μm, vorzugsweise kleiner als 5 μm, insbesondere kleiner als 3 μm, auf. Derartige Gräben/Vertiefungen eignen sich vorteilhaft für den erfindungsgemäßen Verwendungszweck.The trenches and / or depressions preferably have a width of less than 10 μm, preferably less than 5 μm, in particular less than 3 μm. Such trenches / depressions are advantageously suitable for the purpose according to the invention.
Die oben beschriebenen Vorteile sind auch bei einer Sensorvorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet.The advantages described above are also ensured in a sensor device with such a micromechanical component.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird zum zumindest teilweisen Entfernen der mindestens einen Opferschicht ein Gas-Phasen-Ätzverfahren ausgeführt. Aufgrund des mindestens einen benachbarten Hohlraums kann mittels des Gas-Phasen-Ätzverfahrens selbst eine vergleichsweise dicke Membran unterätzt werden, ohne dass ein späteres Sticking der auf diese Weise freizustellenden Membran zu befürchten ist.In an advantageous embodiment of the production method, a gas-phase etching process is carried out for the at least partial removal of the at least one sacrificial layer. Due to the at least one adjacent cavity itself, a comparatively thick membrane can be undercut by means of the gas-phase etching process itself, without any fear of subsequent sticking of the membrane to be released in this way.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird vor dem Aufbringen der mindestens einen Opferschicht eine Gegenelektrode als die Struktur aus zumindest dem Halbleitermaterial und/oder dem weiteren Halbleitermaterial gebildet. Das Herstellungsverfahren eignet sich somit vorteilhaft zum Herstellen der zusammenwirkenden Komponenten Membran und Gegenelektrode, welche für eine Vielzahl von Sensoren einsetzbar sind.In a further advantageous embodiment, a counterelectrode is formed before the application of the at least one sacrificial layer as the structure of at least the semiconductor material and / or the further semiconductor material. The manufacturing method is thus advantageously suitable for producing the interacting components membrane and counterelectrode, which can be used for a large number of sensors.
Beispielsweise wird die Vielzahl von Gräben in das Substrat oder in die Struktur geätzt. Anschließend können die Gräben unter Einschluss/Ausbildung des mindestens einen ersten Hohlraums mit zumindest einem Teil der mindestens einen später zumindest teilweise entfernten Opferschicht abgedeckt werden. Das Ausbilden des mindestens einen ersten Hohlraums ist somit mittels einfacher Verfahrensschritte möglich.For example, the plurality of trenches are etched into the substrate or into the structure. Subsequently, the trenches can be covered, including the at least one first cavity, with at least one part of the at least one later sacrificed layer, which is at least partially removed. The formation of the at least one first cavity is thus possible by means of simple method steps.
Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann das zumindest eine Halbleitermaterial und/oder weitere Halbleitermaterial der Innenseite der Membran als LPCVD-Schicht abgeschieden werden, in welche durchgehende Aussparungen zum Festlegen von Positionen der darin später darin ausgebildeten Vertiefungen strukturiert werden. Anschließend kann die Membran mittels eines epitaktischen Wachstumsprozesses unter Ausbildung der Vertiefungen mit dem darin vorliegenden mindestens einen zweiten Hohlraum verstärkt werden. Auch der mindestens eine zweite Hohlraum ist somit mittels einfach ausführbarer Verfahrensschritte ausbildbar.As an alternative or in addition to this, the at least one semiconductor material and / or further semiconductor material may be deposited on the inside of the membrane as LPCVD layer into which through recesses for defining positions of the recesses formed therein later therein are patterned. Subsequently, the membrane can be reinforced by means of an epitaxial growth process to form the recesses with the at least one second cavity present therein. Also, the at least one second cavity can thus be formed by means of easily executable process steps.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem entsprechenden Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung realisiert.The advantages described above are also realized in a corresponding manufacturing method for a sensor device.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:Further features and advantages of the present invention will be explained below with reference to the figures. Show it:
1a bis 1j schematische Draufsichten auf ein Substrat zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; 1a to 1j schematic plan views of a substrate for explaining a first embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component;
2a bis 2c schematische Querschnitte durch ein Substrat zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; 2a to 2c schematic cross-sections through a substrate for explaining a second embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component;
3a bis 3d schematische Querschnitte durch ein Substrat zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; 3a to 3d schematic cross-sections through a substrate for explaining a third embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component;
4a bis 4c schematische Querschnitte durch ein Substrat zum Erläutern einer vierten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; 4a to 4c schematic cross-sections through a substrate for explaining a fourth embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component;
5a bis 5c schematische Querschnitte durch ein Substrat zum Erläutern einer fünften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; 5a to 5c schematic cross-sections through a substrate for explaining a fifth embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component;
6a und 6b schematische Querschnitte durch eine erste Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei der Querschnitt der 6a senkrecht zu dem Querschnitt der 6b verläuft; 6a and 6b schematic cross sections through a first embodiment of the micromechanical component, wherein the cross section of 6a perpendicular to the cross section of 6b runs;
7a und 7b schematische Querschnitte durch eine zweite Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei der Querschnitt der 7a senkrecht zu dem Querschnitt der 7b verläuft; 7a and 7b schematic cross-sections through a second embodiment of the micromechanical component, wherein the cross section of 7a perpendicular to the cross section of 7b runs;
8a und 8b schematische Querschnitte durch eine dritte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei der Querschnitt der 8a senkrecht zu dem Querschnitt der 8b verläuft; 8a and 8b schematic cross-sections through a third embodiment of the micromechanical component, wherein the cross section of 8a perpendicular to the cross section of 8b runs;
9 und 10 schematische Querschnitte durch eine vierte und fünfte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 9 and 10 schematic cross-sections through a fourth and fifth embodiment of the micromechanical component;
11 und 12 schematische Querschnitte durch eine sechste und eine siebte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 11 and 12 schematic cross sections through a sixth and a seventh embodiment of the micromechanical component;
13 und 14 schematische Querschnitte durch eine achte und neunte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und 13 and 14 schematic cross-sections through an eighth and ninth embodiment of the micromechanical component; and
15 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine Ausführungsform der Sensorvorrichtung. 15 a schematic partial cross section through an embodiment of the sensor device.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
1a bis 1j zeigen schematische Draufsichten auf ein Substrat zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil. 1a to 1j show schematic plan views of a substrate for explaining a first embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird zuerst ein Substrat 10 zumindest teilweise mit einer (optionalen) ersten Isolierschicht 12 abgedeckt. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Vorteile der ersten Isolierschicht 10 lediglich aufgrund der späteren Verwendung des fertig hergestellten mikromechanischen Bauteils ergeben. Somit kann das Herstellungsverfahren auch zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils ohne die erste Isolierschicht 12 ausgeführt werden.In the embodiment of the manufacturing method described here, a substrate is first 10 at least partially with an (optional) first insulating layer 12 covered. It should be noted that the advantages of the first insulating layer 10 merely due to the later use of the finished micromechanical component. Thus, the manufacturing method can also be used for producing a micromechanical component without the first insulating layer 12 be executed.
Das Substrat 10 umfasst vorzugsweise ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium. Das Substrat 10 kann insbesondere ein Halbleitersubstrat, z. B. ein Siliziumsubstrat, sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahrens nicht auf ein bestimmtes Material des Substrats 10 limitiert ist.The substrate 10 preferably comprises a semiconductor material, such as silicon. The substrate 10 In particular, a semiconductor substrate, for. As a silicon substrate to be. It should be noted, however, that the practicability of the manufacturing method described below does not apply to a particular material of the substrate 10 is limited.
Die erste Isolierschicht 12 kann beispielsweise eine Oxidschicht sein. Die erste Isolierschicht 12 kann mittels eines Abscheideverfahrens auf das Substrat 10 aufgebracht werden. Alternativ kann auch eine Siliziumoxidschicht als erste Isolierschicht 12 mittels einer thermischen Oxidation auf einem Silizium umfassenden Substrat 10 aufgewachsen werden. Außerdem kann noch mindestens eine Aussparung 14 für einen späteren Kontakt in der ersten Isolierschicht 12 ausgebildet werden. Ein Beispiel für eine mögliche Lage der mindestens einen Aussparung 14 ist in 1a dargestellt.The first insulating layer 12 For example, it may be an oxide layer. The first insulating layer 12 can by means of a deposition on the substrate 10 be applied. Alternatively, a silicon oxide layer as the first insulating layer 12 by means of a thermal oxidation on a substrate comprising silicon 10 to be raised. In addition, at least one recess 14 for later contact in the first insulating layer 12 be formed. An example of a possible location of the at least one recess 14 is in 1a shown.
Optionaler Weise wird das spätere mikromechanische Bauteil mit einer aus zumindest einem Halbleitermaterial ausgebildeten Struktur 16 ausgestattet. Beispielsweise wird eine Gegenelektrode 16 als die Struktur 16 aus zumindest dem Halbleitermaterial auf der ersten Isolierschicht 12 gebildet. Dazu kann eine erste Halbleiterschicht 18, wie beispielsweise eine Polysiliziumschicht, auf der ersten Isolierschicht 12 abgeschieden werden. Die erste Halbleiterschicht 18 kann mit einer senkrecht zu einer Oberseite des Substrats 10 ausgerichteten Dicke von 200 nm bis 8 μm ausgebildet werden. Insbesondere kann ein LPCVD-Verfahren (Low Pressure Chemical Vapour Deposition) zum Abscheiden der ersten Halbleiterschicht 18 ausgeführt werden. Zur Ausbildung der gewünschten Struktur 16 kann die erste Halbleiterschicht 18 anschließend dotiert und/oder strukturiert werden.Optionally, the later micromechanical component is formed with a structure formed from at least one semiconductor material 16 fitted. For example, a counter electrode 16 as the structure 16 of at least the semiconductor material on the first insulating layer 12 educated. For this purpose, a first semiconductor layer 18 , such as a polysilicon layer, on the first insulating layer 12 be deposited. The first semiconductor layer 18 can be with one perpendicular to a top of the substrate 10 aligned thickness of 200 nm to 8 microns are formed. In particular, an LPCVD method (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) for depositing the first semiconductor layer 18 be executed. To form the desired structure 16 may be the first semiconductor layer 18 subsequently doped and / or structured.
Zum Strukturieren der Struktur 16 können Strukturierungsprozesse angewandt werden, welche bevorzugt positive Flanken erzeugen. Insbesondere können isotrope Ätzprozesse zum Bilden der Struktur 16 ausgeführt werden. Die auf diese Weise hergestellten Ätzkanten können während der Folgeschritte mit einem Schutzmaterial, wie beispielsweise einer Oxidschicht, bedeckt werden. Auf diese Weise ist verhinderbar, dass an diesen Ätzkanten ungewollte Ätzungen auftreten.To structure the structure 16 structuring processes can be used which preferably produce positive flanks. In particular, isotropic etching processes can be used to form the structure 16 be executed. The etched edges produced in this way can be covered with a protective material, such as an oxide layer, during the subsequent steps. In this way it can be prevented that unwanted etching occurs at these etching edges.
Bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren wird außerdem mindestens ein erster Hohlraum in einer Vielzahl von Gräben 22 in der Struktur 16 ausgebildet, wobei die Gräben 22 zumindest eine Außenseite 24 der Struktur 16 unterteilen. Die Gräben 22 liegen angrenzend an eine später in dem mikromechanischen Bauteil ausgebildete Kaverne. Insbesondere können die Gräben 22 auch ein gitter-, netz- und/oder sternförmiges Muster 20 in der Struktur bilden. Im Ausführungsbeispiel der 1b sind die Gräben 22 als durch die Struktur 16/die erste Halbleiterschicht 18 durchgehende Gräben 22 dargestellt. Alternative Möglichkeiten zum Ausbilden der Gräben 22 werden unten noch beschrieben.In addition, in the manufacturing method described here, at least one first cavity is formed in a plurality of trenches 22 in the structure 16 formed, with the trenches 22 at least one outside 24 the structure 16 divide. The trenches 22 lie adjacent to a later formed in the micromechanical component cavern. In particular, the trenches 22 also a grid, mesh and / or star-shaped pattern 20 in the structure. In the embodiment of 1b are the trenches 22 as by the structure 16 / the first semiconductor layer 18 continuous trenches 22 shown. Alternative ways of forming the trenches 22 will be described below.
Es wird auch darauf hingewiesen, dass bei dem Ausführen des Herstellungsverfahrens auf eine Nutzung der Struktur 16 zum Ausbilden des mindestens einen ersten Hohlraums verzichtet werden kann. Dies ist vor Allem dann vorteilhaft, wenn keine Ausbildung des fertigen mikromechanischen Bauteils mit der Struktur 16 erwünscht ist. In diesem Fall kann der mindestens eine erste Hohlraum in einer Vielzahl von entsprechenden Gräben, welche die Oberseite des Substrats 10 unterteilen, in dem Substrat 10 ausgebildet werden.It is also noted that when carrying out the manufacturing process to use the structure 16 can be dispensed with to form the at least one first cavity. This is particularly advantageous if no formation of the finished micromechanical component with the structure 16 is desired. In this case, the at least one first cavity may be formed in a plurality of corresponding trenches which are the top of the substrate 10 subdivide, in the substrate 10 be formed.
Anschließend wird mindestens eine Opferschicht 26a und 26b auf der von dem Substrat 10 weg gerichteten Außenseite 24 der (aus zumindest dem ersten Halbleitermaterial gebildeten) Struktur 16 aufgebracht. Auf diese Weise kann der mindestens eine erste Hohlraum mittels der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b abgedeckt/fertig gebildet werden. (Als Alternative zu der hier beschriebenen Vorgehensweise kann bei einem Verzicht auf die Struktur 16 die mindestens eine Opferschicht 26a und 26b auch auf die Oberseite des Substrats 10 mit den darin ausgebildeten Gräben zum Abdecken des mindestens einen ersten Hohlraums aufgebracht werden.)Subsequently, at least one sacrificial layer 26a and 26b on the from the substrate 10 away outside 24 the (formed from at least the first semiconductor material) structure 16 applied. In this way, the at least a first cavity by means of the at least one sacrificial layer 26a and 26b covered / finished formed. (As an alternative to the procedure described here, a waiver of the structure 16 the at least one sacrificial layer 26a and 26b also on top of the substrate 10 with the trenches formed therein for covering the at least one first cavity.)
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird zuerst eine zweite Isolierschicht 26a als die mindestens eine Opferschicht 26a abgeschieden. Auch die zweite Isolierschicht 26a kann eine Oxidschicht sein. Außerdem können Aussparungen 28 für spätere Kontaktöffnungen durch die zweite Isolierschicht 26a strukturiert werden, wie dies in 1c dargestellt ist.In the embodiment described herein, first, a second insulating layer 26a as the at least one sacrificial layer 26a deposited. Also the second insulating layer 26a may be an oxide layer. In addition, recesses can 28 for later contact openings through the second insulating layer 26a be structured as in 1c is shown.
Optionaler Weise wird eine Zwischenschicht 30 auf die zweite Isolierschicht 26a abgeschieden. Die optionale Zwischenschicht 30 kann beispielsweise eine Halbleiterschicht, insbesondere eine Polysiliziumschicht, sein. Vorzugsweise weist die Zwischenschicht 30 eine senkrecht zu der Oberseite des Substrats 10 ausgerichtete Dicke zwischen 100 nm bis 4 μm auf. Die Zwischenschicht 30 kann insbesondere mittels eines LPCVD-Verfahrens abgeschieden werden. In dem Beispiel der 1d werden anschließend eine Aufhängestruktur 30a für eine später hergestellte Membran und/oder mindestens ein Kontaktbereich 30b aus der Zwischenschicht 30 strukturiert.Optionally, an intermediate layer 30 on the second insulating layer 26a deposited. The optional intermediate layer 30 For example, it may be a semiconductor layer, in particular a polysilicon layer. Preferably, the intermediate layer 30 one perpendicular to the top of the substrate 10 aligned thickness between 100 nm to 4 microns. The intermediate layer 30 can be deposited in particular by means of an LPCVD method. In the example of 1d then become a suspension structure 30a for a membrane produced later and / or at least one contact area 30b from the intermediate layer 30 structured.
Die Zwischenschicht 30/die daraus strukturierten Bereiche 30a und 30b können mit einer dritten Isolierschicht 26b als der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b zumindest teilweise abgedeckt werden. Vorzugsweise umfasst die dritte Isolierschicht 26b das gleiche elektrisch isolierende Material wie die zweite Isolierschicht 26a. Z. B. kann die dritte Isolierschicht 26b auch eine Oxidschicht sein. Auch in die dritte Isolierschicht 26b kann mindestens eine Aussparung 32 eingebracht werden, um beispielsweise die Aufhängestruktur 30a und/oder den mindestens einen Kontaktbereich 30b zumindest teilweise freizulegen, wie dies in 1e dargestellt ist.The intermediate layer 30 / the structured areas 30a and 30b can with a third insulating layer 26b as the at least one sacrificial layer 26a and 26b be covered at least partially. Preferably, the third insulating layer comprises 26b the same electrically insulating material as the second insulating layer 26a , For example, the third insulating layer 26b also be an oxide layer. Also in the third insulating layer 26b can have at least one recess 32 are introduced, for example, the suspension structure 30a and / or the at least one contact area 30b at least partially uncover, as in 1e is shown.
Anschließend wird eine Membran 34 aus zumindest dem Halbleitermaterial und/oder einem weiteren Halbleitermaterial gebildet, deren (nicht gezeigte) Innenseite die mindestens eine Opferschicht 26a und 26b zumindest teilweise abdeckt. Dazu kann eine zweite Halbleiterschicht 36, vorzugsweise eine Polysiliziumschicht, oberhalb der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b abgeschieden werden. Bevorzugter Weise weist die Membran 34/die zweite Halbleiterschicht 36 senkrecht zu der Oberseite des Substrats 10 eine Schichtdicke zwischen 1 μm bis 50 μm auf. Optionaler Weise kann die Membran 34/die zweite Halbleiterschicht 36 mittels eines CMP-Verfahrens (Chemical Mechanical Polishing) planarisiert werden.Subsequently, a membrane 34 formed from at least the semiconductor material and / or another semiconductor material whose (not shown) inside the at least one sacrificial layer 26a and 26b at least partially covering. For this purpose, a second semiconductor layer 36 , preferably a polysilicon layer, above the at least one sacrificial layer 26a and 26b be deposited. Preferably, the membrane has 34 / the second semiconductor layer 36 perpendicular to the top of the substrate 10 a layer thickness between 1 .mu.m to 50 .mu.m. Optionally, the membrane 34 / the second semiconductor layer 36 be planarized by means of a CMP process (Chemical Mechanical Polishing).
Als Alternative oder als Ergänzung zu der Ausbildung des mindestens einen ersten Hohlraums kann noch mindestens ein zweiter Hohlraum in einer Vielzahl von Vertiefungen 38 in der Innenseite der Membran 34 ausgebildet werden. Der mindestens eine zweite Hohlraum/die Vertiefungen 38 werden angrenzend zu der später in dem mikromechanischen Bauteil gebildeten Kaverne ausgebildet. Die Vertiefungen 38 können insbesondere ein gitter-, netz- und/oder sternförmiges Muster in der Membran 34 bilden. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass unter den Vertiefungen 38 in der Membran 34 keine durch die Membran 34 durchgehenden Aussparungen zu verstehen sind.As an alternative or as a supplement to the construction of the at least one first cavity, at least one second cavity may be provided in a multiplicity of depressions 38 in the inside of the membrane 34 be formed. The at least one second cavity / depressions 38 are formed adjacent to the cavern formed later in the micromechanical component. The wells 38 In particular, a lattice, mesh and / or star-shaped pattern in the membrane 34 form. It is expressly noted that among the depressions 38 in the membrane 34 none through the membrane 34 continuous recesses are to be understood.
Bei dem hier ausgeführten Herstellungsverfahren wird zuerst das zumindest eine Halbleitermaterial und/oder weitere Halbleitermaterial der Innenseite der Membran 34 als LPCVD-Schicht 36a (Low Pressure Chemical Vapour Deposition) aus Silizium abgeschieden. (Das Bezugszeichen 34a zeigt die Lage der späteren Membran 34.) In die LPCVD-Schicht 36a werden durchgehende Aussparungen 40 strukturiert, um die Positionen der später in der Innenseite der Membran 34 ausgebildeten Vertiefungen festzulegen. In 1f ist die LPCVD-Schicht 36a mit beispielhaften Positionen der durchgehenden Aussparungen 40 dargestellt. Anschließend wird die Membran 34/die zweite Halbleiterschicht 36 mittels eines epitaktiven Wachstumsprozesses unter Ausbildung der Vertiefungen 38 mit dem darin vorliegenden mindestens einen zweiten Hohlraum (auf die gewünschte Schichtdicke) verstärkt. Die verstärkte Membran 34/zweite Halbleiterschicht 36 kann somit als eine Epi-Polysiliziumschicht bezeichnet werden.In the manufacturing method carried out here, first the at least one semiconductor material and / or further semiconductor material is the inside of the membrane 34 as LPCVD layer 36a (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) deposited from silicon. (The reference number 34a shows the location of the later membrane 34 .) Into the LPCVD layer 36a become continuous recesses 40 structured to the positions of the later in the inside of the membrane 34 established wells. In 1f is the LPCVD layer 36a with exemplary positions of the continuous recesses 40 shown. Subsequently, the membrane 34 / the second semiconductor layer 36 by means of an epitaxial growth process with formation of the depressions 38 reinforced with the present therein at least one second cavity (to the desired layer thickness). The reinforced membrane 34 / second semiconductor layer 36 may thus be referred to as an epi-polysilicon layer.
Optionaler Weise kann noch eine Metallschicht 42, wie beispielsweise eine Aluminiumschicht, auf der Membran 34/der zweiten Halbleiterschicht 36 abgeschieden und strukturiert werden (siehe 1g). Anschließend können aus der Metallschicht 42 Verstärkungen 42a für Teilbereiche der zweiten Halbleiterschicht 36 strukturiert werden. Ebenso können mindestens ein Kontakt 42b und/oder mindestens eine (nicht dargestellte) Leitung aus der Metallschicht 42 gebildet werden.Optionally, still a metal layer 42 , such as an aluminum layer, on the membrane 34 / the second semiconductor layer 36 separated and structured (see 1g ). Subsequently, from the metal layer 42 reinforcements 42a for subregions of the second semiconductor layer 36 be structured. Likewise, at least one contact 42b and / or at least one line (not shown) of the metal layer 42 be formed.
Eine weitere Strukturierung der zweiten Halbleiterschicht 36 kann erst nach dem Aufbringen/Strukturieren der Metallschicht 42 erfolgen. Beispielsweise kann die Membran 34 mittels eines Trenngrabens 44 von Restbereichen der zweiten Halbleiterschicht 36 getrennt werden. Insbesondere kann mindestens ein durch die zweite Halbleiterschicht 36 durchgehender Ätzkanal 46 zum Freistellen/Unterätzen der Membran 34 gebildet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der mindestens eine Ätzkanal 46 vorteilhafter Weise getrennt/beabstandet von der Membran 34 gebildet werden kann. Somit ist es nicht notwendig, den mindestens einen Ätzkanal 46 als eine durch die Membran 34 durchgehende, und deshalb später wieder zu verschließende Öffnung auszubilden. Ebenso muss der mindestens eine Ätzkanal 46 auch nicht benachbart/angrenzend an die Membran 34 ausgebildet werden. Stattdessen kann der mindestens eine Ätzkanal 46 z. B. auch außerhalb des die Membran 34 umgebenden Trenngrabens 44 und beabstandet von dem Trenngraben 44 liegen.Further structuring of the second semiconductor layer 36 can only after the application / structuring of the metal layer 42 respectively. For example, the membrane 34 by means of a separation trench 44 of residual regions of the second semiconductor layer 36 be separated. In particular, at least one through the second semiconductor layer 36 continuous etching channel 46 for releasing / underetching the membrane 34 be formed. It should be noted that the at least one etching channel 46 advantageously separated / spaced from the membrane 34 can be formed. Thus, it is not necessary to have the at least one etch channel 46 as one through the membrane 34 continuous, and therefore later to be closed again form opening. Likewise, the at least one etch channel 46 also not adjacent / adjacent to the membrane 34 be formed. Instead, the at least one etch channel 46 z. B. also outside of the membrane 34 surrounding dividing trench 44 and spaced from the dividing trench 44 lie.
Mögliche Positionen des mindestens einen Ätzkanals 46 sind in 1h gezeigt. Die Positionen des mindestens einen Ätzkanals 46 sind so gewählt, dass eine Spannung der Membran 34 nicht durch den mindestens einen Ätzkanal 46 beeinträchtigt wird. Insbesondere können die Positionen des mindestens einen Ätzkanals 46 (im Gegensatz zu der Lage des Trenngrabens) so gewählt werden, dass mittels des mindestens einen Ätzkanals 46 Teilbereiche der dritten Isolierschicht 26b an den Stellen freigelegt werden, wo keine Aufhängestruktur 30a/Zwischenschicht 30 zwischen der zweiten Isolierschicht 26a und der dritten Isolierschicht 26b liegt.Possible positions of the at least one etching channel 46 are in 1h shown. The positions of the at least one etching channel 46 are chosen so that a tension of the membrane 34 not through the at least one etch channel 46 is impaired. In particular, the positions of the at least one etching channel 46 (In contrast to the position of the separation trench) are chosen so that by means of at least one etch channel 46 Portions of the third insulating layer 26b be exposed in the places where no suspension structure 30a / Interlayer 30 between the second insulating layer 26a and the third insulating layer 26b lies.
In einem bildlich hier nicht dargestellten Verfahrensschritt wird die mindestens eine Opferschicht 26a und 26b zumindest teilweise entfernt. Dies geschieht so, dass eine von der Membran 34 zumindest teilweise überspannte (in Draufsicht nicht erkennbare) Kaverne gebildet wird, welche an einer von der Membran 34 weg gerichteten Seite von der Oberseite des Substrats 10 oder der Außenseite 24 der Struktur 16 begrenzt wird.In a process step, not pictorially illustrated here, the at least one sacrificial layer is formed 26a and 26b at least partially removed. This happens so that one of the membrane 34 formed at least partially overstretched (not visible in plan view) cavern, which at one of the membrane 34 away side from the top of the substrate 10 or the outside 24 the structure 16 is limited.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass vor dem Bilden der Kaverne der mindestens eine erste Hohlraum angrenzend zu einem später zum Bilden der Kaverne entfernten Material der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b in einer Vielzahl von Gräben 22 (in dem Substrat 10 oder in der Struktur 16) und/oder der mindestens eine zweite Hohlraum angrenzend zu dem später zum Bilden der Kaverne entfernten Material der mindestens einen Opferschicht in einer Vielzahl von Vertiefungen 38 in der Innenseite der Membran 34 vorliegen. Dies erleichtert das Entfernen des (Teil-)Materials der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b zum Bilden der Kaverne erheblich. Vor Allem ist aufgrund des mindestens einen benachbarten Hohlraums eine Unterätzung der Membran 34 ohne Perforation von dieser ausführbar. Stattdessen kann die Membran 34 nur durch den mindestens einen Ätzkanal 46 unterätzt werden. Auch wenn die Ausbildung von mehreren Ätzkanälen 46 zum Unterätzen der Membran 34 vorteilhaft sein kann, wird hier darauf hingewiesen, dass die Verwendung lediglich eines Ätzkanals 46 zum Freistellen der Membran 34 häufig ausreichend ist.It is again pointed out that, prior to forming the cavern, the at least one first cavity is adjacent to a material of the at least one sacrificial layer which is later removed to form the cavern 26a and 26b in a variety of trenches 22 (in the substrate 10 or in the structure 16 ) and / or the at least one second cavity adjacent to the material later removed to form the cavity of the at least one sacrificial layer in a plurality of wells 38 in the inside of the membrane 34 available. This facilitates the removal of the (partial) material of the at least one sacrificial layer 26a and 26b to form the cavern considerably. Above all, due to the at least one adjacent cavity, an undercut of the membrane 34 without perforation of this executable. Instead, the membrane can 34 only through the at least one etching channel 46 be underestimated. Even if the formation of multiple etching channels 46 for undercutting the membrane 34 may be advantageous, it is noted here that the use of only one Ätzkanals 46 to release the membrane 34 is often sufficient.
Zum zumindest teilweisen Entfernen des (Teil-)Materials der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b wird bevorzugter Weise ein Gas-Phasen-Ätzverfahren ausgeführt. Insbesondere kann bei dem Gas-Phasen-Ätzverfahren HF verwendet werden. Dies gewährleistet die oben schon beschriebenen Vorteile.For at least partial removal of the (partial) material of the at least one sacrificial layer 26a and 26b Preferably, a gas-phase etching process is carried out. In particular, HF can be used in the gas-phase etching process. This ensures the advantages already described above.
In einer Weiterbildung des hier dargestellten Herstellungsverfahrens kann die Membran 34 abgedeckt werden. Eine Abdeckung kann mittels eines Sealglass-Bondens oder eines eutektischen Bondens befestigt werden. Bei einem eutektischen Bonden wird vorzugsweise ein binäres Aluminium-Germanium-System oder ein tertiäres Aluminium-Germanium-Silizium-System verwendet. Vorzugsweise kann eine als Aluminiumschicht ausgebildete Metallschicht 42 einerseits als Kontaktfläche für äußere Kontakte und gleichzeitig zum Bereitstellen von Material für das eutektische Bondsystem verwendet werden. Ein weiteres Bondmaterial 47 wird bevorzugter Weise in/auf den mindestens einen Ätzkanal 46 (siehe 1i) gebracht. Auf diese Weise kann der mindestens eine Ätzkanal 46 gezielt hermetisch verschlossen werden. Dies gewährleistet einen verlässlichen Schutz der Kaverne vor einem Eindringen von Flüssigkeiten oder von Partikeln.In a development of the manufacturing method shown here, the membrane 34 be covered. A cover may be attached by means of sealglass bonding or eutectic bonding. In a eutectic bonding, a binary aluminum germanium system or a tertiary aluminum germanium silicon system is preferably used. Preferably, a metal layer formed as an aluminum layer 42 be used on the one hand as a contact surface for external contacts and at the same time to provide material for the eutectic bonding system. Another bond material 47 is preferably in / on the at least one etch channel 46 (please refer 1i ) brought. In this way, the at least one etching channel 46 be hermetically sealed. This ensures reliable protection of the cavern against ingress of liquids or particles.
Außerdem kann es günstig sein, in der hermetisch versiegelten Kaverne einen (möglichst geringen) Innendruck als Referenzdruck einzuschließen. Beispielsweise kann der Referenzdruck kleiner als 100 mbar sein. Um einen möglichst stabilen Innendruck zu bekommen, ist es häufig von Vorteil, in der Abdeckung/Verkappung eine Kaverne vorzusehen, um ein gutes Volumen-zu-Oberflächen-Verhältnis zu erzielen. In einer besonders günstigen Erweiterung kann ein Gettermaterial vorgesehen sein, das den Referenzdruck möglichst definiert und bei einem geringen Druck hält.In addition, it may be favorable to include in the hermetically sealed cavern a (lowest possible) internal pressure as a reference pressure. For example, the reference pressure may be less than 100 mbar. In order to obtain the most stable internal pressure, it is often advantageous to provide a cavity in the cover / capping in order to achieve a good volume-to-surface ratio. In a particularly favorable extension, a getter material can be provided which defines the reference pressure as much as possible and keeps it at a low pressure.
Beispielsweise kann ein Kappenwafer 48 als Abdeckung festgebondet werden. In dem Kappenwafer 48 kann mindestens eine durchgehende Öffnung 49 ausgebildet sein/werden, über welche bei einem späteren Betrieb des mikromechanischen Bauteil ein Medium/Gas in Kontakt zu der Membran 34 gelangen kann. Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere für eine Druckbeaufschlagung der Membran 34 kleine durchgehende Öffnungen 49 als Kontaktlöcher ausreichend sind, so dass ein verlässlicher Schutz der Membran 34 vor Verschmutzungen, einem Eindringen von Flüssigkeiten und mechanischen Belastungen weiterhin gewährleistet ist. Die Ausbildung der durchgehenden Öffnungen 49 in der Ausführungsform der 1j ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.For example, a cap wafer 48 to be bonded as a cover. In the cap wafer 48 can have at least one through opening 49 be trained, on which in a later operation of the micromechanical component, a medium / gas in contact with the membrane 34 can get. It should be noted that in particular for a pressurization of the membrane 34 small through openings 49 as contact holes are sufficient, so that a reliable protection of the membrane 34 from contamination, penetration of liquids and mechanical loads is still guaranteed. The formation of the through openings 49 in the embodiment of the 1j is to be interpreted only as an example.
2a bis 2c zeigen schematische Querschnitte durch ein Substrat zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil. 2a to 2c show schematic cross sections through a substrate for explaining a second embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.
Die 2a bis 2c geben eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise zum Ausbilden des mindestens einen ersten Hohlraums benachbart zu dem später zum Bilden der Kaverne entfernten (Teil-)Material der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b wieder. Dazu wird auf der Struktur 16 zuerst eine Maskenschicht 50, beispielsweise eine Oxidschicht, abgeschieden und strukturiert. In die Maskenschicht 50 können insbesondere relativ schmale durchgehende Aussparungen 52, wie in 2a skizziert, hineinstrukturiert werden.The 2a to 2c give a particularly advantageous procedure for forming the at least one first cavity adjacent to the later removed to form the cavern (partial) material of the at least one sacrificial layer 26a and 26b again. This is done on the structure 16 first a mask layer 50 , For example, an oxide layer, deposited and structured. Into the mask layer 50 In particular, relatively narrow continuous recesses 52 , as in 2a sketched out, to be structured.
Anschließend kann die Struktur 16 mittels eines Ätzverfahrens, welches eine starke Unterätzung der Maskenschicht 50 ermöglicht, strukturiert werden. Auf diese Weise können die Gräben 22 zumindest durch die von dem Substrat 10 weg gerichtete Außenseite 24 der Struktur 16 strukturiert werden. Wie in 2b erkennbar ist, können die Gräben 22 mit einer maximalen Ätztiefe gebildet werden, welche kleiner als eine Schichtdicke der Struktur 16 senkrecht zu der Oberseite des Substrats 10 ist.Subsequently, the structure 16 by means of an etching process which involves a strong undercutting of the mask layer 50 allows to be structured. In this way, the trenches 22 at least by that of the substrate 10 away outside 24 the structure 16 be structured. As in 2 B can be seen, the trenches 22 be formed with a maximum etch depth, which is smaller than a layer thickness of the structure 16 perpendicular to the top of the substrate 10 is.
2c gibt das Verschließen der Gräben 22 unter Einschluss/Abdeckung des mindestens einen ersten Hohlraums wieder. Zum Verschließen der Gräben 22 wird die mindestens eine Opferschicht 26a auf die Maskenschicht 50 abgeschieden. Wie oben bereits erwähnt, kann auch für die mindestens eine Opferschicht 26a und 26b eine Oxidschicht verwendet werden. Das zumindest teilweise Mitentfernen der Maskenschicht 50 ist somit beim Bilden der Kaverne leicht ausführbar. 2c gives the closing of the trenches 22 under inclusion / cover the at least one first cavity again. To close the trenches 22 becomes the at least one sacrificial layer 26a on the mask layer 50 deposited. As already mentioned above, it is also possible for the at least one sacrificial layer 26a and 26b an oxide layer can be used. The at least partially Miter removal of the mask layer 50 is thus easily feasible when forming the cavern.
3a bis 3d zeigen schematische Querschnitte durch ein Substrat zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil. 3a to 3d show schematic cross-sections through a substrate for explaining a third embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.
Auch die 3a bis 3d geben eine vorteilhafte Vorgehensweise zum Ausbilden des mindestens einen ersten Hohlraums benachbart zu dem später zum Bilden der Kaverne entfernten (Teil-)Material der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b wieder. Zu Beginn dieser Vorgehensweise werden schmale durchgehende Gräben 54 durch die Struktur 16 gebildet, wie sie in 3a beispielhaft dargestellt sind.Also the 3a to 3d provide an advantageous procedure for forming the at least one first cavity adjacent to the later removed to form the cavern (sub-) material of the at least one sacrificial layer 26a and 26b again. At the beginning of this procedure are narrow through trenches 54 through the structure 16 formed as they are in 3a are shown by way of example.
Die durchgehenden Gräben 54 können anschließend mittels einer Materialabscheidung (z. B. mit einem Oxid) verfüllt werden. Wie in 3b dargestellt ist, kann mittels der Materialabscheidung auch eine Maskenschicht 56 auf der Außenseite 24 der Struktur 16 abgeschieden werden, in welcher Ätzzugänge 58 ausbildbar sind. Die Positionen der Ätzzugänge 58 können so gewählt werden, dass mindestens ein Ätzzugang 58 einen zwischen zwei gefüllten Gräben 54 liegenden Teilbereich der Struktur 16 zumindest teilweise freiliegt.The continuous trenches 54 can then be filled by means of a material deposition (eg with an oxide). As in 3b is shown, by means of the material deposition also a mask layer 56 on the outside 24 the structure 16 be deposited, in which Ätzzugänge 58 can be formed. The positions of the etch accesses 58 can be chosen so that at least one etching access 58 one between two filled trenches 54 lying part of the structure 16 at least partially exposed.
Mittels eines isotropen Ätzschritts kann anschließend der mindestens eine zwischen zwei Gräben 54 liegende Teilbereich der Struktur 16, wie in 3c dargestellt, entfernt werden. Anschließend kann die mindestens eine Opferschicht 26a zum Verschließen der Ätzzugänge 58 unter Einschluss/Abdeckung des mindestens einen ersten Hohlraums abgeschieden werden. Wie am Beispiel der 3d erkennbar ist, können somit auch mehrere Kammern 60 in einem Graben 22 für den mindestens einen Hohlraum mittels der hier beschriebene Vorgehensweise gewonnen werden.By means of an isotropic etching step, the at least one between two trenches can subsequently 54 lying subregion of the structure 16 , as in 3c shown removed. Subsequently, the at least one sacrificial layer 26a to close the Ätzzugänge 58 are deposited under inclusion / cover of the at least one first cavity. As with the example of 3d can be seen, thus also several chambers 60 in a ditch 22 for the at least one cavity can be obtained by means of the procedure described here.
4a bis 4c zeigen schematische Querschnitte durch ein Substrat zum Erläutern einer vierten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil. 4a to 4c show schematic cross sections through a substrate for explaining a fourth embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.
Bei der mittels der 4a bis 4c schematisch wiedergegebenen vorteilhaften Vorgehensweise zum Ausbilden des mindestens einen ersten Hohlraums benachbart zu dem später zum Bilden der Kaverne entfernten (Teil-)Material der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b wird zuerst mindestens ein vergleichsweise dünner Graben 62 in die Struktur 16 hinein getrencht. Vorzugsweise wird dabei der mindestens eine dünne Graben 62 senkrecht zu der Oberseite des Substrats 10 ausgerichtet. Eine Länge des mindestens einen dünnen Grabens 22 wird bevorzugter Weise kleiner als eine Schichtdicke der Struktur 16 senkrecht zu der Oberseite des Substrats 10 gewählt. Dies ist in 4a schematisch wiedergegeben.When using the 4a to 4c schematically illustrated advantageous procedure for forming the at least one first cavity adjacent to the later to form the cavern removed (part) material of the at least one sacrificial layer 26a and 26b First, at least a comparatively thin trench 62 into the structure 16 Trimmed in. Preferably, the at least one thin trench is thereby 62 perpendicular to the top of the substrate 10 aligned. A length of the at least one thin trench 22 is preferably smaller than a layer thickness of the structure 16 perpendicular to the top of the substrate 10 selected. This is in 4a shown schematically.
Anschließend wird mittels eines isotropen Ätzschritts das mindestens eine zu dem Substrat 10 ausgerichtete Ende des mindestens einen dünnen Grabens 62 erweitert und vertieft. Insbesondere kann auf diese Weise an dem jeweiligen Ende des mindestens einen dünnen Grabens 62 eine Verbreiterung 64 mit einer abgerundeten Form, wie in 4b skizziert, gebildet werden.Subsequently, by means of an isotropic etching step, the at least one to the substrate 10 aligned end of the at least one thin trench 62 expanded and deepened. In particular, in this way at the respective end of the at least one thin trench 62 a broadening 64 with a rounded shape, as in 4b sketched, formed.
Wie in 4c dargestellt ist, kann der mindestens eine Graben 62 mit der Verbreiterung 64 anschließend durch Abscheiden der mindestens einen Opferschicht 26a verschlossen werden. Der auf diese Weise eingeschlossene mindestens eine erste Hohlraum hat einen vergleichsweise großen Durchmesser, der auch bei einer vergleichsweise dicken Ausbildung der Membran 34 noch eine gute Unterätzung von dieser in einem nachfolgenden Ätzschritt zum zumindest teilweisen Entfernen der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b erlaubt.As in 4c is shown, the at least one trench 62 with the broadening 64 then by depositing the at least one sacrificial layer 26a be closed. The enclosed in this way at least a first cavity has a comparatively large diameter, even with a comparatively thick formation of the membrane 34 still a good undercut of this in a subsequent etching step for at least partially removing the at least one sacrificial layer 26a and 26b allowed.
5a bis 5c zeigen schematische Querschnitte durch ein Substrat zum Erläutern einer fünften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil. 5a to 5c show schematic cross sections through a substrate for explaining a fifth embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component.
Die 5a bis 5c zeigen eine besonders vorteilhafte Vorgehensweise zum Ausbilden des mindestens einen zweiten Hohlraums benachbart zu dem später zum Bilden der Kaverne entfernten (Teil-)Material der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b. Dazu wird das zumindest eine erste Halbleitermaterial und/oder eine zweite Halbleitermaterial der Innenseite der Membran 34 als LPCVD-Schicht 36a abgeschieden. Wie in 5a schematisch dargestellt ist, können durchgehende Aussparungen 40 in die LPCVD-Schicht 36a hineinstrukturiert werden. Insbesondere können die durchgehenden Aussparungen 40 in die LPCVD-Schicht 36a geätzt werden.The 5a to 5c show a particularly advantageous procedure for forming the at least one second cavity adjacent to the later removed to form the cavern (sub-) material of the at least one sacrificial layer 26a and 26b , For this purpose, the at least one first semiconductor material and / or a second semiconductor material of the inside of the membrane 34 as LPCVD layer 36a deposited. As in 5a is shown schematically, continuous recesses 40 into the LPCVD layer 36a be structured. In particular, the continuous recesses 40 into the LPCVD layer 36a be etched.
Wie in 5b wiedergegeben, kann die Membran 34 anschließend mittels eines epitaktischen Wachstumsprozesses unter Ausbildung der Vertiefungen 38 (an ihrer Innenseite) mit dem mindestens einen zweiten Hohlraum verstärkt werden. Dazu wird die zuvor strukturierte LPCVD-Schicht 36a als Startschicht/Keimschicht für ein (schnelles) epitaktisches Wachstumsverfahren verwendet. Da während eines epitaktischen Wachstumsverfahrens in der Regel nur an der Startschicht/Keimschicht Material abgeschieden wird, entstehen innerhalb der Innenseite der Membran 34 während des epitaktischen Wachstumsprozesses die Vertiefungen 38. Die Vertiefungen 38 können insbesondere an Randbereichen der Membran 34 ausgebildet werden.As in 5b reproduced, the membrane 34 then by means of an epitaxial growth process to form the wells 38 (on its inside) are reinforced with the at least one second cavity. This is done by the previously structured LPCVD layer 36a used as start layer / seed layer for a (rapid) epitaxial growth process. Since material is usually deposited only at the start layer / seed layer during an epitaxial growth process, arise within the inside of the membrane 34 during the epitaxial growth process, the wells 38 , The wells 38 can in particular at the edge regions of the membrane 34 be formed.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass unter den Vertiefungen 38 keine durch die Membran 34 durchgehenden Öffnungen zu verstehen sind. Stattdessen können die Vertiefungen 38 auch als an der Innenseite der Membran 34 ausgebildete Einwölbungen umschreibbar sein. Optionaler Weise kann noch die in 5c dargestellte weitere Isolierschicht 66 auf der Membran 34 abgeschieden werden.It is again noted that under the wells 38 none through the membrane 34 through openings are to be understood. Instead, the wells can 38 also as on the inside of the membrane 34 trained vaulting be rewritten. Optionally, the in 5c illustrated further insulating layer 66 on the membrane 34 be deposited.
Der in den Vertiefungen 38 eingeschlossene mindestens eine zweite Hohlraum kann anschließend während des Unterätzens der Membran 34 zur Verbesserung der Ätzeffizienz vorteilhaft genutzt werden. Dies erlaubt ein verlässliches Entfernen der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b auch in häufig schwer zu erreichenden Bereichen, wie z. B. Randbereichen der Membran 34.The one in the wells 38 enclosed at least one second cavity may subsequently during the etching of the membrane 34 be used to improve the etching efficiency advantage. This allows a reliable removal of the at least one sacrificial layer 26a and 26b even in often difficult to reach areas, such. B. edge regions of the membrane 34 ,
In der Ausführungsform der 5a bis 5c wird auf die Anordnung einer Struktur 16 zwischen dem Substrat 10 und der später gebildeten Membran 24 verzichtet. Die mittels der 5a bis 5c wiedergegebenen Verfahrensschritte können jedoch auch bei einem Vorliegen der Struktur 16, beispielsweise als Gegenelektrode 16, zwischen dem Substrat 10 und der Membran 34 ausgeführt werden.In the embodiment of the 5a to 5c is based on the arrangement of a structure 16 between the substrate 10 and the membrane formed later 24 waived. The means of 5a to 5c However, reproduced method steps can also be in the presence of the structure 16 , For example, as a counter electrode 16 , between the substrate 10 and the membrane 34 be executed.
Die im Weiteren beschriebenen mikromechanischen Bauteile sind beispielsweise mittels eines der zuvor ausgeführten Herstellungsverfahren herstellbar. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die mikromechanischen Bauteile auch mittels einer Ausführung eines leicht abgewandelten Herstellungsverfahrens herstellbar sind.The micromechanical components described below can be produced, for example, by means of one of the previously described production methods. However, it should be noted that the micromechanical components can also be produced by means of an embodiment of a slightly modified production method.
6a und 6b zeigen schematische Querschnitte durch eine erste Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei der Querschnitt der 6a senkrecht zu dem Querschnitt der 6b verläuft. 6a and 6b show schematic cross sections through a first embodiment of the micromechanical component, wherein the cross section of the 6a perpendicular to the cross section of 6b runs.
Das mikromechanische Bauteil der 6a und 6b umfasst ein Substrat 10 und eine Membran 34 aus zumindest einem Halbleitermaterial, welche eine Kaverne 70 zumindest teilweise überspannt. Insbesondere kann die Membran 34 die Kaverne 70 auch vollständig überspannen. Optionaler Weise weist das mikromechanische Bauteil auch eine Struktur 16 aus zumindest dem Halbleitermaterial und/oder einem weiteren Halbleitermaterial auf. Die Kaverne 70 ist an einer von der Membran 34 weg gerichteten Seite von einer Oberseite 72 des Substrats 10 oder von einer von dem Substrat 10 weg gerichteten Außenseite 24 der Struktur 16 (aus zumindest dem Halbleitermaterial und/oder weiteren Halbleitermaterial) begrenzt.The micromechanical component of 6a and 6b includes a substrate 10 and a membrane 34 from at least one semiconductor material, which is a cavern 70 at least partially overstretched. In particular, the membrane 34 the cavern 70 also completely overstretch. Optionally, the micromechanical component also has a structure 16 from at least the semiconductor material and / or a further semiconductor material. The cavern 70 is at one of the membrane 34 away side from a top 72 of the substrate 10 or one of the substrate 10 away outside 24 the structure 16 (At least the semiconductor material and / or other semiconductor material) limited.
Insbesondere kann das mikromechanische Bauteil eine Gegenelektrode 16 als die Struktur 16 (aus zumindest dem Halbleitermaterial und/oder weiteren Halbleitermaterial) umfassen, welche zumindest teilweise in die Kaverne 70 hineinragt oder die Kaverne 70 an einer von der Membran 34 weg gerichteten Seite begrenzt. Eine Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit einer derartigen Struktur 16 ermöglicht dessen vorteilhafte Verwendbarkeit für einen Sensor, wie insbesondere für Drucksensor. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausbildung der Struktur 16 als Gegenelektrode 16 und die Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit der Struktur 16 lediglich beispielhaft zu interpretieren ist.In particular, the micromechanical component can have a counterelectrode 16 as the structure 16 (at least the semiconductor material and / or further semiconductor material), which at least partially into the cavern 70 protrudes or the cavern 70 at one of the membrane 34 Limited away. An equipment of the micromechanical component with such a structure 16 allows its advantageous usability for a sensor, such as in particular for pressure sensor. It is noted, however, that the formation of the structure 16 as counterelectrode 16 and the equipment of the micromechanical component with the structure 16 merely to be interpreted as an example.
Das in 6a dargestellte mikromechanische Bauteil weist eine Vielzahl von Gräben 22 auf, welche in der Struktur 16 so ausgebildet sind, zumindest die von der Kaverne 70 freigelegte Außenseite 24 der Struktur 16 von der Vielzahl der Gräben 22 unterteilt ist. Insbesondere können die Gräben 22 ein gitter-, netz- und/oder sternförmiges Muster 20 auf der Struktur 16 bilden.This in 6a shown micromechanical component has a plurality of trenches 22 on which in the structure 16 so are formed, at least those of the cavern 70 exposed outside 24 the structure 16 from the multitude of trenches 22 is divided. In particular, the trenches 22 a lattice, mesh and / or star pattern 20 on the structure 16 form.
Als Alternative dazu kann eine Vielzahl von Graben jedoch auch (in Abwesenheit der Struktur 16) in dem Substrat 10 so ausgebildet sein, dass die von der Kaverne 70 freigelegte Oberseite 72 des Substrats 10 von der Vielzahl von Gräben unterteilt ist. Auch in diesem Fall kann ein gitter-, netz- und/oder sternförmiges Muster von Gräben in der Oberseite 72 des Substrats 10 ausgebildet sein. Ebenso kann das mikromechanische Bauteil eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Vertiefungen 38 an einer Innenseite 74 der Membran 34 aufweisen, welche von der Kaverne 70 freigelegt sind. Auch die Vertiefungen 38 können ein gitter-, netz- und/oder sternförmiges Muster in der zu der Kaverne 70 ausgerichteten Innenseite 74 der Membran 34 bilden.Alternatively, however, a plurality of trenches may also be present (in the absence of the structure 16 ) in the substrate 10 be so designed that the of the cavern 70 exposed top 72 of the substrate 10 is divided by the multitude of trenches. Also in this case may be a grid, mesh and / or star-shaped pattern of trenches in the top 72 of the substrate 10 be educated. Likewise, the micromechanical component may have a multiplicity of depressions (not shown) 38 on an inside 74 the membrane 34 which, from the cavern 70 are exposed. Also the wells 38 may be a lattice, mesh and / or star pattern in the cavern 70 aligned inside 74 the membrane 34 form.
Wie oben bereits ausgeführt ist, erleichtert die Vielzahl von Gräben 22 in der Struktur 16, die Vielzahl von Gräben in der Oberseite 72 des Substrats 10 und/oder die Vielzahl von Vertiefungen 38 in der Innenseite 74 der Membran 34 ein Unterätzen der Membran 34 und ermöglicht damit die einfachere und kostengünstigere Herstellbarkeit des mikromechanischen Bauteils. Zum Herstellen des mikromechanischen Bauteils der 6a und 6b kann insbesondere das Herstellungsverfahren der 4a bis 4c angewandt werden.As stated above, the plurality of trenches facilitates 22 in the structure 16 , the multitude of trenches in the top 72 of the substrate 10 and / or the plurality of wells 38 in the inside 74 the membrane 34 an undercut of the membrane 34 and thus enables the easier and less expensive manufacturability of the micromechanical component. For producing the micromechanical component of 6a and 6b In particular, the manufacturing process of 4a to 4c be applied.
Die Gräben 22 in der Struktur 16, bzw. die Gräben in der Oberseite 72 des Substrats 10, können ein Längen/Breiten-Verhältnis von mindestens 3, vorteilhafterweise von mindestens 10, insbesondere von mindestens 100, aufweisen. Beispielsweise können die Gräben 22 in der Struktur 16, bzw. die Gräben in der Oberseite 72 des Substrats 10, eine Breite kleiner als 10 μm, insbesondere kleiner als 5 μm, bevorzugter Weise kleiner als 3 μm, aufweisen. Auch die Vertiefungen 38 in der Innenseite 74 der Membran 34 können ein Längen/Breiten-Verhältnis von mindestens 3, vorteilhafterweise von mindestens 10, insbesondere von mindestens 100, haben. Entsprechend können auch die Vertiefungen 38 in der Innenseite 74 der Membran 34 mit einer Breite kleiner als 10 μm, wie beispielsweise kleiner als 5 μm, bevorzugter Weise kleiner als 3 μm, ausgebildet sein.The trenches 22 in the structure 16 , or the trenches in the top 72 of the substrate 10 , may have a length / width ratio of at least 3, advantageously at least 10, in particular at least 100. For example, the trenches 22 in the structure 16 , or the trenches in the top 72 of the substrate 10 , a width smaller than 10 μm, in particular smaller than 5 μm, preferably smaller than 3 μm. Also the wells 38 in the inside 74 the membrane 34 may have a length / width ratio of at least 3, advantageously at least 10, in particular at least 100. Accordingly, the wells can 38 in the inside 74 the membrane 34 with a width less than 10 microns, such as less than 5 microns, preferably less than 3 microns, be formed.
Demgegenüber kann die Membran 34 senkrecht zu der Oberseite 72 des Substrats 10 mit einer Schichtdicke zwischen 10–600 μm ausgebildet sein. Selbst bei einer derartigen vergleichsweise dicken Ausbildung der Membran 34 ist diese mittels der oben beschriebenen Vorgehensweisen noch gut unterätzbar. Außerdem muss bei einem Unterätzen der Membran 34 kein Sticking von dieser an das Substrat 10 oder die Struktur 16 befürchtet werden. Oxidreste unter der Membran 34, welche herkömmlicher Weise aufgrund des unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Silizium und Oxid eine temperaturabhängige Verbiegung der Membran 34 bewirken können, treten bei dem mikromechanischen Bauteil aufgrund des verlässlichen Unterätzens der Membran 34 ebenfalls nicht auf.In contrast, the membrane 34 perpendicular to the top 72 of the substrate 10 be formed with a layer thickness between 10-600 microns. Even with such a comparatively thick formation of the membrane 34 this is still well under etchable by the procedures described above. In addition, in case of undercutting the membrane 34 no sticking of this to the substrate 10 or the structure 16 be feared. Oxide residues under the membrane 34 , which conventionally, due to the different thermal expansion coefficient of silicon and oxide, a temperature-dependent bending of the membrane 34 can cause occur in the micromechanical component due to the reliable undercutting of the membrane 34 also not on.
In der Ausführungsform der 6a und 6b ist die als Gegenelektrode 16 ausgebildete Struktur 16 aus einer ersten Halbleiterschicht 18 herausstrukturiert. Mittels einer ersten Isolierschicht 12 ist die Struktur 16 zumindest abschnittsweise von dem Substrat 10 elektrisch isoliert. Eine zumindest abschnittsweise elektrische Isolierung zwischen der Struktur 16 und der Membran 34 ist mittels zumindest einer zweiten Isolierschicht 26a, welche teilweise auch als die mindestens eine Opferschicht 26a Material zum späteren Bilden der Kaverne 70 bereitstellt, möglich. Die Membran 34 ist aus einer zweiten Halbleiterschicht 36 herausstrukturiert. Aus der zweiten Halbleiterschicht 36 können auch ein erster Kontakt 76a für die als Gegenelektrode ausgebildete Struktur 16 (siehe 6a) und ein zweiter Kontakt 76b für die Membran 34 (siehe 6b) ausgebildet sein. Aus einer Metallschicht 42 können Leiterbahnen für die Kontakte 76a und 76b strukturiert sein.In the embodiment of the 6a and 6b is the counter electrode 16 trained structure 16 from a first semiconductor layer 18 structured out. By means of a first insulating layer 12 is the structure 16 at least in sections from the substrate 10 electrically isolated. An at least partially electrical insulation between the structure 16 and the membrane 34 is by means of at least a second insulating layer 26a which partly also as the at least one sacrificial layer 26a Material for later forming the cavern 70 provides, possible. The membrane 34 is of a second semiconductor layer 36 structured out. From the second semiconductor layer 36 can also be a first contact 76a for the formed as a counter electrode structure 16 (please refer 6a ) and a second contact 76b for the membrane 34 (please refer 6b ) be formed. Made of a metal layer 42 can trace tracks for the contacts 76a and 76b be structured.
Als Weiterbildung weist das mikromechanische Bauteil auch eine Verkappung 48 auf. Die Verkappung 48 kann aus einem Kappenwafer herausstrukturiert sein und mittels mindestens einer Bondverbindung 80 mit Bereichen der zweiten Halbleiterschicht 36 verbunden sein. (Insbesondere ein Ätzzugang 78 zum Unterätzen der Membran 34 kann mittels der mindestens einen Bondverbindung 80 hermetisch abgedichtet sein, wie in 6b dargestellt ist.)As a development, the micromechanical component also has a capping 48 on. The capping 48 may be structured out of a cap wafer and by means of at least one bond connection 80 with regions of the second semiconductor layer 36 be connected. (In particular, an etch access 78 for undercutting the membrane 34 can by means of at least one bond 80 be hermetically sealed, as in 6b is shown.)
Über der Membran 34 kann die Verkappung 48 eine beispielsweise Öffnung 82 haben, so dass die Membran 34 beispielsweise mit einem Druck beaufschlagbar ist. Wie anhand der 6a und 6b erkennbar ist, kann der auf die Membran 34 ausgeübte Druck deren Wölbung in Richtung auf die Gegenelektrode 16 bewirken, so dass eine dem Druck entsprechende Kapazitätsänderung an den Kontakten 76a und 76b feststellbar ist. Das mikromechanische Bauteil der 6a und 6b eignet sich deshalb besonders gut für die Realisierung eines Drucksensors.Over the membrane 34 can the capping 48 an example opening 82 have, so that the membrane 34 For example, can be acted upon by a pressure. As based on the 6a and 6b can be seen on the membrane 34 exerted pressure of their curvature towards the counter electrode 16 cause so that a capacity change corresponding to the pressure on the contacts 76a and 76b is detectable. The micromechanical component of 6a and 6b is therefore particularly suitable for the realization of a pressure sensor.
Optional kann noch mindestens ein elektrisch entkoppelten Anschlag an der Membran 34 und/oder der Struktur 16 ausgebildet sein. Durch die Verwendung mindestens eines elektrisch entkoppelten Anschlags können ein elektrischer Kurzschluss, ein Verschweißen der Membran 34 mit der Struktur oder eine Schädigung der Auswerteelektronik bei einem Anlegen der Membran 34 an die Struktur 16 (selbst bei Verwendung sehr kleiner Anschlagflächen) verhindert werden.Optionally, at least one electrically decoupled stop on the membrane 34 and / or the structure 16 be educated. By using at least one electrically decoupled stop, an electrical short circuit, a welding of the membrane 34 with the structure or damage to the transmitter when applying the membrane 34 to the structure 16 (even when using very small stop surfaces) are prevented.
7a und 7b zeigen schematische Querschnitte durch eine zweite Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei der Querschnitt der 7a senkrecht zu dem Querschnitt der 7b verläuft. 7a and 7b show schematic cross sections through a second embodiment of the micromechanical component, wherein the cross section of 7a perpendicular to the cross section of 7b runs.
Wie anhand der 7a und 7b erkennbar ist, können anstelle einer vergleichsweise großen Öffnung auch mehrere parallel zueinander verlaufende durchgehende Trenngräben über der Membran 34 in der Verkappung 78 ausgebildet sein. Auch eine derartige Unterteilung eines mittleren Bereichs der Verkappung 78 in mehrere parallel zueinander verlaufende stegförmige Bereiche 86 gewährleistet eine gute Druckbeaufschlagung der Membran 34. As based on the 7a and 7b can be seen, instead of a comparatively large opening and a plurality of mutually parallel continuous separating trenches on the membrane 34 in the cap 78 be educated. Also, such a subdivision of a central portion of the capping 78 in several mutually parallel ridge-shaped areas 86 ensures a good pressurization of the membrane 34 ,
Außerdem weist das mikromechanische Bauteil der 7a und 7b auch eine Aufhängestruktur 30a zum Aufspannen/Abstützen der Membran 34 auf. Die Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit der Aufhängestruktur 30a erleichtert die elektrische und mechanische Entkopplung der Membran 34 von der Verkappung 78. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Membran 34 über eine Kontaktfläche, welche eine Innenfläche der Membran 34 vollständig umgibt/umrahmt, mit der Aufhängestruktur 30a verbunden sein. Mittels eines Überstands 30c der Aufhängestruktur 30a, welche über einen Verankerungsbereich 30d der Membran 34 an der Aufhängestruktur 30a hinausragt, ist gewährleistbar, dass unterhalb der Aufhängestruktur 30a Teilbereiche 26c der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b vom Wegätzen verschont bleibt. Auf diese Weise kann ein Membrandurchmesser sehr genau definiert werden. Entsprechend ist auch eine Empfindlichkeit des Sensorelements sehr genau definierbar.In addition, the micromechanical component of the 7a and 7b also a suspension structure 30a for clamping / supporting the membrane 34 on. The equipment of the micromechanical component with the suspension structure 30a facilitates the electrical and mechanical decoupling of the membrane 34 from the capping 78 , In an advantageous development, the membrane 34 via a contact surface which defines an inner surface of the membrane 34 completely surrounded / framed, with the suspension structure 30a be connected. By means of a supernatant 30c the suspension structure 30a , which have an anchoring area 30d the membrane 34 on the suspension structure 30a protrudes, is guaranteed that below the suspension structure 30a subregions 26c the at least one sacrificial layer 26a and 26b spared from passing away. In this way, a membrane diameter can be defined very precisely. Accordingly, a sensitivity of the sensor element can be defined very accurately.
Ansonsten wird bezüglich der Komponenten der Ausführungsform der 7a und 7b auf das zuvor beschriebene mikromechanische Bauteil verwiesen.Otherwise, with respect to the components of the embodiment of the 7a and 7b referred to the micromechanical component described above.
8a und 8b zeigen schematische Querschnitte durch eine dritte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, wobei der Querschnitt der 8a senkrecht zu dem Querschnitt der 8b verläuft. 8a and 8b show schematic cross sections through a third embodiment of the micromechanical component, wherein the cross section of the 8a perpendicular to the cross section of 8b runs.
Bei dem in 8a und 8b schematisch wiedergegebenen mikromechanischen Bauteil sind die Gräben 22 durch die Struktur 16 durchgehend ausgebildet. Während des Unterätzens der Membran 34 kann somit auch über die Gräben 22 ein zwischen der Struktur 16 und dem Substrat 10 liegender Bereich der ersten Isolierschicht 12 entfernt werden.At the in 8a and 8b schematically represented micromechanical component are the trenches 22 through the structure 16 formed throughout. During undercutting of the membrane 34 can thus also over the trenches 22 one between the structure 16 and the substrate 10 lying region of the first insulating layer 12 be removed.
9 und 10 zeigen schematische Querschnitte durch eine vierte und fünfte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 9 and 10 show schematic cross sections through a fourth and fifth embodiment of the micromechanical component.
Auch die in 9 und 10 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteile weisen Membranen 34 auf, welche sich an einer aus der Zwischenschicht 30 herausstrukturierten Aufhängestruktur 30a abstützen. Außerdem ist bei den mikromechanischen Bauteilen der 9 und 10 der zweite Kontakt 76b aus dem Substrat 10 heraus strukturiert. Dazu sind durchgehende Aussparungen 88 (through silicon vias) durch das Substrat 10 strukturiert/geätzt. Auf einer von den Komponenten 16 und 34 weg gerichteten Rückseite des Substrats 10, welche optionaler Weise mit einer Isolierschicht 91 zumindest teilweise abgedeckt ist, können Leiterbahnen 90 und Bondverbindungen 92 ausgebildet sein, über welche ein elektrischer Kontakt zu der als Gegenelektrode 16 ausgebildeten Struktur 16 gewährleistet ist.Also in 9 and 10 schematically shown micromechanical components have membranes 34 on, which is one of the intermediate layer 30 structured suspension structure 30a support. In addition, in the micromechanical components of the 9 and 10 the second contact 76b from the substrate 10 structured out. These are continuous recesses 88 (through silicon vias) through the substrate 10 structured / etched. On one of the components 16 and 34 directed away back of the substrate 10 optionally with an insulating layer 91 At least partially covered, tracks can 90 and bond connections 92 be formed, via which an electrical contact to the counter electrode 16 trained structure 16 is guaranteed.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen weist das mikromechanische Bauteil der 10 einen zwischen der Verkappung 78 und der zweiten Halbleiterschicht 36 verlaufenden Kanal 94 auf, welcher sich von einem äußeren Bereich des mikromechanischen Bauteils bis zu der Membran 34 erstreckt und über welchen die Membran 34 mit einem Druck beaufschlagbar ist. Somit ist, insbesondere in Kombination mit den durch das Substrat 10 verlaufenden Aussparungen 88, keine Strukturierung der Verkappung 78 nötig.In contrast to the previously described embodiments, the micromechanical component of the 10 one between the capping 78 and the second semiconductor layer 36 running channel 94 which extends from an outer region of the micromechanical component to the membrane 34 extends and over which the membrane 34 can be acted upon by a pressure. Thus, especially in combination with the through the substrate 10 running recesses 88 , no structuring of the capping 78 necessary.
11 und 12 zeigen schematische Querschnitte durch eine sechste und eine siebte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 11 and 12 show schematic cross sections through a sixth and a seventh embodiment of the micromechanical component.
Die in 11 und 12 schematisch dargestellten mikromechanischen Bauteile weisen anstelle einer aus einem Kappenwafer herausstrukturierten Verkappung ein schaltungsbestücktes weiteres Substrat 96, wie beispielsweise einen ASIC, auf. Das schaltungsbestückte weitere Substrat 96 kann beispielsweise mit einer Betreiber- und/oder einer Auswerteschaltung zum Betreiben des mikromechanischen Bauteils als Sensorkomponente und/oder zum Auswerten von damit ermittelten Sensorsignalen ausgestattet sein. An dem schaltungsbestückten weiteren Substrat 96 können Leiterbahnen 90 und Bondverbindungen 92 derart ausgebildet sein, dass ein elektrischer Kontakt und/oder eine Signalübertragung von einer von der Membran 34 weg gerichteten Seite des schaltungsbestückten weiteren Substrats 96 möglich ist. Eine derartige Führung der elektrischen Kontakte nach außen erlaubt einen kompakten Aufbau des mikromechanischen Bauteils und erleichtert dessen Betrieb.In the 11 and 12 schematically shown micromechanical components have instead of a structured out of a cap wafer capping a circuit-tipped further substrate 96 , such as an ASIC. The circuit-equipped further substrate 96 For example, it can be equipped with an operator and / or an evaluation circuit for operating the micromechanical component as a sensor component and / or for evaluating sensor signals determined therewith. On the circuit-equipped further substrate 96 can trace tracks 90 and bond connections 92 be formed such that an electrical contact and / or a signal transmission from one of the membrane 34 directed side of the circuit board further substrate 96 is possible. Such guidance of the electrical contacts to the outside allows a compact structure of the micromechanical component and facilitates its operation.
Eine Druckbeaufschlagung der Membran 34 kann entweder über den seitlichen Kanal 94 (siehe 11) oder über einen durch das Substrat, die Isolierschichten 12, 26a und 26b, die Zwischenschicht 30, die erste Halbleiterschicht 18, und/oder die zweite Halbleiterschicht 36 strukturierten Rückseitenkanal 98 (siehe 12) erfolgen.Pressurization of the membrane 34 can either via the side channel 94 (please refer 11 ) or through one through the substrate, the insulating layers 12 . 26a and 26b , the intermediate layer 30 , the first semiconductor layer 18 , and / or the second semiconductor layer 36 textured back channel 98 (please refer 12 ) respectively.
13 und 14 zeigen schematische Querschnitte durch eine achte und neunte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 13 and 14 show schematic cross sections through an eighth and ninth embodiment of the micromechanical component.
Die Ausführungsformen der 13 und 14 sind Kombinationen der zuvor erläuterten Ausführungsformen. Die mikromechanischen Bauteile der 13 und 14 weisen anstelle einer aus einem Kappenwafer gebildeten Verkappung das schaltungsbestückte weitere Substrat 96 auf. Außerdem sind an den von den Membranen 34 weg gerichteten Rückseiten der Substrate 10 mittels der Leiterbahnen 90 und der Bondverbindungen 92 Kontakte ausgebildet, welche mit aus den Substraten 10 herausstrukturierten Kontakten 76b elektrisch verbunden sind. Mittels der Trenngräben 100 und 102 sind jeweils Zwischenkontakte 104 und 106 aus den Halbleiterschichten 18 und 36 herausstrukturiert, mittels welchen eine elektrische Verbindung einer Rückseite eines Substrats 10 zu einem schaltungsbestückten weiteren Substrat 96 realisiert ist. The embodiments of the 13 and 14 are combinations of the previously explained embodiments. The micromechanical components of 13 and 14 instead of a capping formed from a cap wafer, the circuit-tipped further substrate 96 on. In addition to those of the membranes 34 directed away backs of the substrates 10 by means of the conductor tracks 90 and the bonds 92 Contacts formed with which from the substrates 10 structured contacts 76b are electrically connected. By means of the separation trenches 100 and 102 are each intermediate contacts 104 and 106 from the semiconductor layers 18 and 36 structured by means of which an electrical connection of a back side of a substrate 10 to a circuit-equipped further substrate 96 is realized.
Alle oben beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils können in einer Sensorvorrichtung eingesetzt werden. Eine auf diese Weise realisierte Sensorvorrichtung kann insbesondere eine Funktion eines Drucksensors ausführen. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Sensorvorrichtung jedoch auch die Funktionen eines Beschleunigungs-, eines Drehraten- und/oder eines Magnetfeldsensors ausführen. Eine Weiterbildung jedes der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile als (Teil eines) Beschleunigungssensors ist beispielsweise möglich, indem eine seismische Masse an der Membran 34 befestigt wird. Auch zum Messen eines Magnetfelds kann jedes der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile eingesetzt werden, wenn ein magnetisiertes Teil an der Membran 34 angeordnet ist.All of the above-described embodiments of the micromechanical component can be used in a sensor device. In particular, a sensor device realized in this way can perform a function of a pressure sensor. In an advantageous development, however, the sensor device can also perform the functions of an acceleration, a rotation rate and / or a magnetic field sensor. A development of each of the micromechanical components described above as (part of) an acceleration sensor is possible, for example, by a seismic mass on the membrane 34 is attached. Also, for measuring a magnetic field, any of the micromechanical components described above can be used when a magnetized part is attached to the membrane 34 is arranged.
In einer weiteren Ausführungsform der Sensorvorrichtung können auch mehrere mikromechanische Bauteile mit jeweils einer Membran 34 ausgebildet sein. In diesem Fall kann eine unterschiedlich große Ausbildung der Membranen 34 vorteilhaft sein, um für verschiedene Messbereiche, wie beispielsweise für verschiedene Druckbereiche, mindestens eine sensitive Membran 34 zu haben. Insbesondere können unterschiedlich große Membranen 34 parallel geschaltet werden, um entweder ein nicht ganz lineares Verformen einer einzelnen Membran 34 zu linearisieren, eine Kombination vieler unterschiedlicher Membranen 34 zu linearisieren oder um bewusst eine nicht-lineare Kennlinie, mit welcher ein größerer Messbereich/Druckbereich auflösbar ist, zu erzeugen. Alternativ können an einer Sensorvorrichtung mehrere gleichartige Membranen 34 parallel angeordnet werden, um ein insgesamt resultierendes Sensorsignal zu steigern, wobei gleichzeitig eine Größe und ein Durchwölbungsgrad der einzelnen Membranen 34 gering haltbar ist.In a further embodiment of the sensor device, it is also possible to use a plurality of micromechanical components, each with a membrane 34 be educated. In this case, a different size configuration of the membranes 34 be advantageous to at least one sensitive membrane for different measuring ranges, such as for different pressure ranges 34 to have. In particular, membranes of different sizes can be used 34 be switched in parallel to either a non-linear deformation of a single membrane 34 to linearize, a combination of many different membranes 34 to linearize or consciously a non-linear characteristic, with which a larger measuring range / pressure range is resolvable to produce. Alternatively, a plurality of similar membranes can be used on a sensor device 34 be arranged in parallel to increase a total resulting sensor signal, at the same time a size and a Durchwölbungsgrad of the individual membranes 34 low durable.
In einer Weiterbildung der Sensorvorrichtung kann auch eines der zuvor beschriebenen mikromechanischen Bauteile in abgewandelter Form als Referenzkapazität verwendet werden. Zum Realisieren der Referenzkapazität können insbesondere nahe einer Mitte der Membran 34 Restbereiche der mindestens einen Opferschicht 26a und 26b belassen werden. Dies ist insbesondere über ein Weglassen der Gräben 22 und Vertiefungen 38 leicht realisierbar. Bei Vorhandensein von mindestens einer Referenzkapazität kann über eine Messung der Differenz der beiden Kapazitäten mit besonders hoher Genauigkeit auf den zu messenden Messwert, wie beispielsweise auf einen außen anliegenden Druck, geschlossen werden. Ein mögliches Driften der Kapazitäten aufgrund von einer Veralterung des mikromechanischen Bauteils oder einer extremen Temperatur kann auf diese Weise herausgefiltert werden.In one development of the sensor device, one of the micromechanical components described above can also be used in a modified form as a reference capacitance. For realizing the reference capacity, in particular near a middle of the membrane 34 Remaining areas of the at least one sacrificial layer 26a and 26b be left. This is in particular about omitting the trenches 22 and depressions 38 easily realizable. In the presence of at least one reference capacitance can be closed by a measurement of the difference of the two capacitors with very high accuracy to the measured value to be measured, such as an external pressure. Possible drifting of the capacitances due to aging of the micromechanical component or an extreme temperature can be filtered out in this way.
Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, im hermetisch abgeschlossenen Bereich neben dem realisierten Drucksensor auch einen Drehraten-, Beschleunigungs- und/oder Magnetfeldsensor anzuordnen. Alle diese Sensoren sind wahlweise ein-, zwei- oder dreikanalig ausführbar.Furthermore, it may be advantageous to arrange a rotation rate, acceleration and / or magnetic field sensor in the hermetically sealed area in addition to the realized pressure sensor. All of these sensors are available as one, two or three channels.
15 zeigt einen schematischen Teilquerschnitt durch eine Ausführungsform der Sensorvorrichtung. 15 shows a schematic partial cross section through an embodiment of the sensor device.
Die Sensorvorrichtung weist als Ergänzung zu mindestens einem der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile noch die in 15 schematisch dargestellten Komponenten auf. Beispielsweise ist eine bewegliche Struktur 110 ebenfalls aus der zweiten Halbleiterschicht 36 herausstrukturiert. Die bewegliche Struktur 110 kann z. B. eine seismische Masse (für einen Beschleunigungs- oder Drehratensensor) oder eine Spule (für einen Magnetfeldsensor) sein. Eine Elektrode 112 zum Erkennen einer Verstellbewegung der beweglichen Struktur 110 kann aus der ersten Halbleiterschicht 18 gebildet sein. Die Prozesse zum Herstellen der Komponenten 110 und 112 sind leicht in die oben ausgeführten Herstellungsverfahren integrierbar. Somit kann die erfindungsgemäße Technologie auch zum Erzeugen von Sensorvorrichtungen mit einer Vielzahl von sensitiven Elementen für verschiedene physikalische Größen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Technologie erlaubt dabei auch eine Integration eines kapazitiven Drucksensors, eines kapazitiven Beschleunigungssensors, eines kapazitiven Drehratensensors und/oder eines Magnetfeldsensors auf/in demselben Chip.The sensor device has, in addition to at least one of the above-described micromechanical components, the in 15 schematically illustrated components. For example, a movable structure 110 also from the second semiconductor layer 36 structured out. The mobile structure 110 can z. B. a seismic mass (for an acceleration or yaw rate sensor) or a coil (for a magnetic field sensor). An electrode 112 for detecting an adjustment movement of the movable structure 110 may be from the first semiconductor layer 18 be formed. The processes for manufacturing the components 110 and 112 are easily integrated into the manufacturing processes outlined above. Thus, the technology of the invention may also be used to create sensor devices having a plurality of sensitive elements for different physical quantities. The technology according to the invention also permits integration of a capacitive pressure sensor, a capacitive acceleration sensor, a capacitive yaw rate sensor and / or a magnetic field sensor on / in the same chip.
Die Sensorvorrichtung kann mit bekannten kapazitiven Auswerteschaltungen, beispielsweise mit Auswerteschaltungen von Beschleunigungssensoren, betrieben werden Insbesondere können kombinierte Sensoren über eine rein kapazitive Auswerteschaltung gemeinsam ausgewertet werden. Bei einer geeigneten Auslegung eines kapazitiven Drucksensors kann beispielsweise die Frontenarchitektur eines Beschleunigungssensors der gleichen Sensorvorrichtung auch für den kapazitiven Drucksensor verwendet werden. Entweder über Multiplexen eines gemeinsamen Frontends für Druck und Beschleunigung oder über einen weiteren Frontendkanal ist dies einfach realisierbar.The sensor device can be operated with known capacitive evaluation circuits, for example with evaluation circuits of acceleration sensors. In particular, combined sensors can be evaluated jointly via a purely capacitive evaluation circuit. In a suitable design of a capacitive pressure sensor, for example, the front architecture of an acceleration sensor of the same sensor device can also be used for the capacitive pressure sensor. Either multiplexing a common front end for pressure and acceleration or another front-end channel makes this easy to implement.
Die vorteilhafte Sensorvorrichtung kann beispielsweise in einem Consumer-Endgerät, wie insbesondere in einem Mobiltelefon, eingesetzt werden.The advantageous sensor device can be used for example in a consumer terminal, such as in particular in a mobile phone.
