DE10128707A1 - Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Es werden Maßnahmen vorgeschlagen, durch die sich die Wahrscheinlichkeit für durch Partikel verursachte Nebenschlüsse zwischen dem Substrat und den Anschlusspads eines Bauelements erheblich reduzieren lässt, wobei das Bauelement ein Substrat (1) umfasst, eine strukturierte Siliziumschicht (4), in der mindestens ein Anschlussbereich als Anschlusspad (5) ausgebildet ist, und eine strukturierte Leitschicht (3), in der Leiterbahnen (6) ausgebildet sind. Die Leitschicht (3) ist zwischen dem Substrat (1) und der Siliziumschicht (4) angeordnet, durch eine erste Isolationsschicht (2) gegen das Substrat (1) isoliert und durch eine zweite Isolationsschicht gegen einen Teil der Siliziumschicht (4) isoliert, so dass die Leitschicht (3) über das Anschlusspad (5) kontaktierbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird in der Leitschicht (3), im Bereich des Anschlusspads (5) mindestens eine zusammenhängende Leiterbahnfläche (7; 21) ausgebildet, so dass zwischen der Leiterbahnfläche (7; 21) und dem Anschlusspad (5) ein Überstand besteht, die Leiterbahnfläche (7; 21) nur teilweise von dem Anschlusspad (5) überdeckt wird und sich bis über den Randbereich des Anschlusspads (5) hinaus erstreckt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit einem Substrat, einer strukturierten Sili­ ziumschicht, in der mindestens ein Anschlussbereich als Anschlusspad ausgebil­ det ist, und mit einer strukturierten Leitschicht, in der Leiterbahnen ausgebildet sind. Die Leitschicht des Bauelements ist zwischen dem Substrat und der Sili­ ziumschicht angeordnet, durch eine erste Isolationsschicht gegen das Substrat isoliert und durch eine zweite Isolationsschicht gegen einen Teil der Silizium­ schicht isoliert, so dass die Leitschicht über das Anschlusspad kontaktierbar ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements, bei dem auf einem Substrat eine erste Isolationsschicht erzeugt wird, auf die ersten Isolationsschicht eine Leitschicht aufgebracht und strukturiert wird, wobei Leiterbahnen erzeugt werden, und auf die strukturierte Leitschicht eine zweite Isolationsschicht aufgebracht und strukturiert wird. Auf der zweiten Isola­ tionsschicht wird dann eine Siliziumschicht erzeugt, die strukturiert wird, indem in einem anisotropen Ätzverfahren Gräben in der Siliziumschicht erzeugt werden, die bis an die zweite Isolationsschicht heranreichen. Dabei wird auch mindestens ein Anschlusspad für eine in der Leitschicht ausgebildete Leiterbahn erzeugt. Durch Einbringen eines Ätzmediums in die Gräben wird die zweite Isolationsschicht in einem isotropen Ätzvorgang selektiv entfernt, wodurch zumindest ein Teil der in der Siliziumschicht erzeugten Strukturen unterätzt wird.

Der Aufbau und die Herstellung eines Bauelements der eingangs genannten Art werden in der deutschen Offenlegungsschrift 195 37 814 beschrieben. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Bauelement handelt es sich um ein mikrome­ chanisches Bauelement mit mindestens einer beweglichen Komponente, die aus der Siliziumschicht herausstrukturiert wird und mit dem Substrat verbunden ist. Die bewegliche Komponente ist über die in der Leitschicht ausgebildeten Leiterbahnen und die in der Siliziumschicht ausgebildeten Anschlusspads elektrisch kontaktier­ bar. Derartige mikromechanische Bauelemente können beispielsweise als Beschleunigungs- oder Drehratensensoren eingesetzt werden.

Im Fall der DE 195 37 814 dient ein Siliziumwafer als Substrat. Für die Herstellung des bekannten Bauelements wird zunächst eine erste Isolationsschicht auf die Waferoberfläche aufgebracht, auf der dann eine Leitschicht abgeschieden wird. Nach Strukturierung der Leitschicht wird die zweite Isolationsschicht aufgebracht, die ebenfalls strukturiert wird. Danach wird die Siliziumschicht - hier eine Polysili­ ziumschicht - erzeugt, aus der dann die bewegliche Komponente und auch feste Strukturen, wie z. B. die Anschlusspads, herausstrukturiert werden. Diese Struktu­ rierung erfolgt in einem anisotropen Ätzverfahren. Dadurch wird eine hochohmige Isolation zwischen den Anschlusspads erzielt.

Bei diesem anisotropen Ätzvorgang werden Strukturformen, die beispielsweise durch eine lithographisch erzeugte Ätzmaske aus Photolack oder Oxyd definiert werden, in die Polysiliziumschicht übertragen. Durch Verunreinigungen oder un­ erwünschte Partikel kann die Ätzmaske verfälscht werden, so dass beispielsweise unerwünscht Überstände oder Fehlstellen in der Ätzmaske auftreten. Auch die dadurch bedingten feinen Maskenvorsprünge werden beim anisotropen Ätzvor­ gang in die Polysiliziumschicht übertragen. Kommt ein Partikel des Ätzmasken­ materials nahe neben der eigentlichen Ätzmaske zu liegen, kann sich beim aniso­ tropen Ätzen eine säulenartige Siliziumstruktur mit einer Länge bis zu mehreren Mikrometern bilden. Beispielsweise beim Sägen oder beim Verpackungsprozess können derartige Siliziumsäulen abbrechen und dann lose an der Bauelement­ struktur anhaften. Ein solches Siliziumpartikel kann auch bis an das Polysilizium der Anschlusspads heranreichen und einen Kurzschluss nach unten auf das Sili­ ziumsubstrat verursachen, so dass grundlegende Bauelementfunktionen nicht mehr gewährleistet sind.

Ein prinzipielles Problem des im Stand der Technik beschriebenen Bauelement­ aufbaus besteht darin, dass Leiterbahnen und Kontaktstrukturen - hier die Anschlusspads - in vertikaler Richtung nicht ausschließlich über Isolatorschichten gegen das Substrat isoliert sind, sondern dass sich prozesstechnisch bedingt Be­ reiche ergeben, in denen die Isolation über einen schmale Luftspalt in Kauf ge­ nommen werden muss. Eine derartige Kurzschlussquelle wird beispielsweise beim sogenannten Opferschichtätzen erzeugt, das dem Freilegen der beweglichen Komponenten bei mikromechanischen Bauelementen dient. In diesem Zusam­ menhang werden die erste und zweite Isolationsschicht als Opferschichten be­ zeichnet. Um die in der Polysiliziumschicht strukturierten beweglichen Kompo­ nenten, wie z. B. Elektrodenfinger, freizulegen und ihnen dadurch erst Beweglich­ keit zu verleihen, werden die Opferschichten durch Unterätzung der Polysilizium­ schicht selektiv entfernt, wobei auch die Anschlusspads teilweise - wenn auch unbeabsichtigt - unterätzt werden. Durch diese Unterätzung entsteht ein Spalt zwischen dem elektrisch leitfähigen Siliziumsubstrat und dem Polysilizium der Anschlusspads. Siliziumpartikel, die bei nachfolgenden Prozessschritten, insbe­ sondere beim Wafer-Sägen, entstehen, können in diesen Spalt eindringen und zu einem elektrischen Nebenschluss zwischen dem Anschlusspad und dem Silizium­ substrat führen. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher Nebenschluss insbesondere dann auftritt, wenn ein Sägepartikel mit großer Kraft unter den überstehenden Be­ reich des unterätzten Anschlusspads gedrückt wird. Das Sägepartikel kann dort zwischen dem Anschlusspad und dem Substrat eingekeilt werden, wobei es sogar zu Ausbrüchen an der Unterkante des Anschlusspads kommen kann. Der elektri­ sche Übergangswiderstand zwischen Anschlusspad und Substrat kann bei hohen Temperaturen so klein werden, dass eine Kapazitätsmessung und damit grundle­ gende Bauelementfunktionen nicht mehr gewährleistet sind. In diesen Fällen be­ steht ein erhebliches Risiko für 0km- und Feldausfälle.

Vorteile der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen, durch die sich die Wahrscheinlichkeit für durch Partikel verursachte Nebenschlüsse zwischen dem Substrat und den Anschlusspads bei einem Bauelement der eingangs ge­ nannten Art erheblich reduzieren lässt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in der Leitschicht, im Bereich des Anschlusspads mindestens eine zusammenhängende Leiterbahnfläche aus­ gebildet ist bzw. wird, wobei zwischen der Leiterbahnfläche und dem Anschlusspad ein Überstand besteht, so dass die Leiterbahnfläche nur teilweise von dem Anschlusspad überdeckt wird und sich bis über den Randbereich des Anschlusspads hinaus erstreckt.

Durch eine prozessbedingte aber unerwünschte Unterätzung des Anschlusspads, bei der die beiden Isolationsschichten im Randbereich des Anschlusspads entfernt werden, entstehen bei einem Bauelement mit erfindungsgemäßem Aufbau zwei Spalte, nämlich ein erster Spalt zwischen dem Substrat und der Leiterbahnfläche und ein zweiter Spalt zwischen der Leiterbahnfläche und dem Anschlusspad. Da die beiden Spalte bedingt durch die Dicke der jeweiligen Isolationsschicht relativ eng sind, können sich große Partikel, die bei der Hochdruckreinigung nach dem Sägen der Wafer mit großer Kraft gegen die Anschlusspads gedrückt werden, nicht mehr verkeilen. Die beim Hochdruckreinigen an kleinen, der vorliegenden Spaltbreite entsprechenden Partikeln angreifende Kraft ist zu gering, um einen elektrisch niederohmigen Kontakt zwischen Anschlusspad und Substrat herzu­ stellen.

Da die Leiterbahnfläche erfindungsgemäß über das Anschlusspad hinausragt, las­ sen sich die beiden Spalte zwischen Substrat und Leitungsfläche und zwischen Leitungsfläche und Anschlusspad auch nicht ohne weiteres mit einem einzigen säulenartigen Partikel überbrücken, das sich an einer Seitenfläche des Anschlusspads anlagert. Die Wahrscheinlichkeit für einen Nebenschluss wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau weiter dadurch reduziert, dass der über­ stehende Teil der Leiterbahnfläche in der Regel beim Hochdruckreinigen selbst oder auch durch ein sich verkeilendes Partikel abbricht und mit dem Wasserstrahl abgeschwemmt wird. Eine leitfähige Verbindung zwischen dem Anschlusspad und dem Substrat durch sich in den Spalten verkeilende Partikel ist also ebenfalls sehr unwahrscheinlich.

Aufgrund der erfindungsgemäß strukturierten Leitschicht ist das Nebenschlussri­ siko bei dem erfindungsgemäßen Bauelement gegenüber dem Nebenschlussrisiko des bekannten Bauelements um Größenordnungen reduziert, wodurch ein Feldri­ siko von deutlich unter 1 ppm erzielt wird. Durch die erfindungsgemäße Konstruk­ tion kann auf aufwendige technologische Maßnahmen zur Verringerung des Ne­ benschlussrisikos, wie beispielsweise eine separate Anschlusspad-Strukturierung, verzichtet werden. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bauelements sind keine zusätzlichen Prozessschritte erforderlich, so dass die erfindungsgemäßen Maßnahmen im Rahmen des bestehenden Herstellungsprozesses ohne nen­ nenswerte Mehrkosten getroffen werden können.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung eines erfin­ dungsgemäßen Bauelements und insbesondere für die erfindungsgemäße Struk­ turierung der Leitschicht eines solchen Bauelements.

In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Bauelements ist die Leiter­ bahnfläche Teil der in der Leitschicht ausgebildeten Leiterbahn, die über das Anschlusspad kontaktiert wird. Die Leiterbahnfläche bildet in diesem Fall den An­ schlussbereich der Leiterbahn. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Bau­ elements ist es von besonderem Vorteil, wenn sich die Leiterbahnfläche über den gesamten Randbereich des Anschlusspads hinaus erstreckt, also allseitig über den Randbereich des Anschlusspads übersteht, so dass ein Nebenschluss durch sich anlagernde bzw. sich verkeilende Partikel im gesamten Randbereich des Anschlusspads gleichmäßig unwahrscheinlich ist.

In einer anderen vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Bauelements ist die Leiterbahnfläche gegenüber den in der Leitschicht ausgebildeten Leiterbahnen isoliert. Ein Nebenschluss zwischen dem Anschlusspad und dem Substrat kann bei dieser Variante realistisch nur dann auftreten, wenn sich in jedem der beiden Spalte ein Partikel anlagert, was per se bereits sehr unwahrscheinlich ist. Beson­ ders gering ist die Wahrscheinlichkeit für einen derartigen Nebenschluss, wenn die isolierte Leiterbahnfläche in Form eines Rahmens ausgebildet ist, der nur für die über das Anschlusspad zu kontaktierende Leiterbahn unterbrochen ist. In diesem Fall besteht nämlich nur im Bereich der Lücke zwischen der rahmenförmigen Lei­ terbahnfläche und der Leiterbahn eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für einen Ne­ benschluss zwischen Anschlusspad und Substrat. Der Abstand zwischen einer Leiterbahn und der isolierten Leiterbahnfläche sollte zwischen 1 µm und 100 µm betragen.

Für beide voranstehend beschriebenen Varianten eines erfindungsgemäßen Bau­ elements hat sich gezeigt, dass sich die Wahrscheinlichkeit für einen Neben­ schluss zwischen dem Anschlusspad und dem Substrat mit ein Überstand zwi­ schen der Leiterbahnfläche und dem Anschlusspad von 20 µm bis 40 µm deutlich reduzieren lässt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der beiden voranstehend beschriebenen Vari­ anten des erfindungsgemäßen Bauelements ist zumindest im Bereich des Anschlusspads auf den vertikalen Oberflächen der Bauelementstruktur eine Iso­ latorschicht ausgebildet. Dadurch wird das Nebenschlussrisiko bedingt durch sich seitlich an das Anschlusspad anlagernde Partikel weiter reduziert.

Zeichnungen

Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise zu realisieren und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Be­ schreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnun­ gen verwiesen.

Die Fig. 1a und 1b zeigen in Schnittdarstellung zwei verschiedenen Möglich­ keiten für die Anlagerung eines Partikels im Randbereich eines Anschlusspads eines ersten erfindungsgemäßen Bauelements,

Fig. 2 zeigt den in den Fig. 1a und 1b dargestellten Ausschnitt des ersten Bauelements während der Hochdruckreinigung,

Fig. 3 zeigt das Design des in den Fig. 1a, 1b und 2 dargestellten Ausschnitts in einer Draufsicht auf das erste Bauelement,

Fig. 4 zeigt in Schnittdarstellung den Bereich eines Anschlusspads eines zweiten erfindungsgemäßen Bauelements,

Fig. 5 zeigt eines Draufsicht auf den Bereich eines Anschlusspads des in Fig. 4 dargestellten Bauelements,

Fig. 6a und 6b zeigen zwei Möglichkeiten der Ausgestaltung von isolierten Leiterbahnflächen im gesamten Bereich der Anschlusspads eines erfindungsge­ mäßen Bauelements und

Fig. 7a bis 7c verschiedene Stadien beim Erzeugen einer Isolatorschicht auf den vertikalen Oberflächen einer erfindungsgemäßen Bauelementstruktur.

In allen vorgenannten Figuren ist jeweils nur der Bereich eines Anschlusspads bzw. in den Fig. 6a und 6b der Bereich mehrerer Anschlusspads eines erfin­ dungsgemäßen Bauelements dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zur Herstellung des in den Fig. 1a und 1b dargestellten Bauelements 10 wird eine sogenannte Opferschicht, die gleichzeitig auch als erste Isolationsschicht 2 dient, auf der Oberfläche eines Substrats 1 erzeugt. Auf die erste Isolationsschicht wird dann eine Leitschicht 3 aufgebracht. Nach Strukturierung der Leitschicht 3 wird eine zweite Opferschicht aufgebracht und strukturiert, die ebenfalls als Isola­ tionsschicht dient. Auf der strukturierten zweiten Opferschicht wird dann eine Po­ lysiliziumschicht 4 erzeugt und in einem anisotropen Ätzverfahren strukturiert. Bei mikromechanischen Bauelementen werden so mechanisch aktive Komponenten, wie z. B. bewegliche Elektrodenfinger, in der Polysiliziumschicht 4 definiert. Im hier dargestellten Bereich der Kontaktanschlüsse des Bauelements 10 wurden bei der Strukturierung der Polysiliziumschicht 4 Polysiliziumpads als Anschlusspads 5 er­ zeugt, die den elektrischen Kontakt zwischen einem AI-Bondpad und einer in der Leitschicht 3 ausgebildeten, sogenannten vergrabenen Leiterbahn 6 herstellen sollen. Dementsprechend wird die zweite Isolationsschicht bei der Strukturierung dieser Schicht im Bereich der Anschlusspads entfernt. Die Anschlusspads 5 der verschiedenen elektrischen Anschlüsse sind örtlich voneinander getrennt und durch die erste Isolationsschicht 2 gegen das Substrat 1 isoliert.

Nach der Strukturierung der funktionalen Polysiliziumschicht 4 eines mikromecha­ nischen Bauelements werden die beiden Opferschichten, d. h. die erste und die zweite Isolationsschicht, unter den mechanisch aktiven Komponenten des Bau­ elements 10 in einem selektiven isotropen Ätzschritt entfernt, was diesen Kompo­ nenten erst ihre Beweglichkeit verleiht. Im Rahmen des isotropen Ätzvorgangs kommt es auch im Bereich der Kontaktanschlüsse zu einer Unterätzung der Anschlusspads 5.

Das in den Fig. 1a und 1b dargestellte Bauelement 10 umfasst also einen Sili­ ziumwafer als Substrat 1, eine strukturierte Polysiliziumschicht 4, in der mindes­ tens ein Anschlussbereich als Anschlusspad 5 ausgebildet ist, und eine struktu­ rierte Leitschicht 3, in der Leiterbahnen 6 ausgebildet sind. Die Leitschicht 3 ist zwischen dem Substrat 1 und der Polysiliziumschicht 4 angeordnet und durch eine erste Isolationsschicht 2 gegen das Substrat 1 isoliert. Die Leitschicht 3 ist außerdem durch eine zweite Isolationsschicht gegen einen Teil der Polysilizium­ schicht 4 isoliert. Die zweite Isolationsschicht ist in den Fig. 1a und 1b nicht dargestellt, da sie im hier dargestellten Bereich des Bauelements 10 im Rahmen des isotropen Ätzvorgangs vollständig entfernt wurde.

Erfindungsgemäß ist in der Leitschicht 3, im Bereich des Anschlusspads 5 min­ destens eine zusammenhängende Leiterbahnfläche 7 ausgebildet. Zwischen der Leiterbahnfläche 7 und dem Anschlusspad 5 besteht ein Überstand, so dass die Leiterbahnfläche 7 nur teilweise von dem Anschlusspad 5 überdeckt wird und sich bis über den Randbereich des Anschlusspads 5 hinaus erstreckt.

Bei dem in den Fig. 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leiter­ bahnfläche 7 Teil der in der Leitschicht 3 ausgebildeten Leiterbahn 6, die über das Anschlusspad 5 kontaktiert wird. Die Leiterbahnfläche 7 bildet hier quasi den An­ schlussbereich der Leiterbahn 6, wobei sie sich über den gesamten Randbereich des Anschlusspads 5 hinaus erstreckt, was insbesondere durch Fig. 3 verdeutlicht wird.

Wie bereits erwähnt, kommt es im Rahmen des isotropen Ätzvorgangs, der in erster Linie dem Freilegen der mechanisch aktiven Komponenten in der Polysili­ ziumschicht 4 dient, auch zu einer Unterätzung der Anschlusspads 5. Diese Un­ terätzung, die die beiden Isolationsschichten angreift, hat bei dem in den Fig. 1a und 1b dargestellten Bauelement 10 einen ersten Spalt 8 zwischen dem Sub­ strat 1 und der Leiterbahnfläche 7 und einen zweiten Spalt 9 zwischen der Leiter­ bahnfläche 7 und dem Anschlusspad 5 erzeugt. Im Verlauf des Herstellungsver­ fahrens, insbesondere des Wafer-Sägens, können sich in diesen Spalten 8 und 9 Partikel 11 festsetzen, wodurch es zu einem Nebenschluss zwischen dem Anschlusspad 5 und dem Substrat 1 kommen kann, was allerdings aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktionsmaßnahmen sehr unwahrscheinlich ist.

Fig. 1a veranschaulicht, dass die Leiterbahnfläche 7 um eine Strecke t über den Rand des Anschlusspads 5 hinausgezogen ist, während der erste Spalt 8, d. h. die Unterätzung der Leiterbahnfläche 7, eine Tiefe u hat. Es erweist sich als vorteil­ haft, wenn die Strecke t größer ist als die Unterätzung u der Leiterbahnfläche 7. Bevorzugt werden hier Werte zwischen t = 20 µm und t = 40 µm. Ein Partikel 11, das sich, wie in Fig. 1a dargestellt, im zweiten Spalt 9 verkeilt, kann allein keinen Nebenschluss zwischen dem Anschlusspad 5 und dem Substrat 1 verursachen. Dazu muss sich ein Partikel 11 im ersten Spalt 8 so verkeilen, dass es eine elekt­ risch leitfähige Verbindung zwischen der Leiterbahnfläche 7 und dem Substrat 1 herstellt. Diese Situation ist in Fig. 1b dargestellt. Im ersten Spalt 8 können sich allerdings nur sehr kleine Partikel verklemmen, die aufgrund ihrer geringen Größe nur mit einer vergleichsweise geringen Kraft F in den Spalt 8 gedrückt werden können. Die Wahrscheinlichkeit, dass dabei eine niederohmige Verbindung ent­ steht, ist sehr gering.

Bei der Hochdruckreinigung nach dem Wafer-Sägen wird Wasser mit hohem Druck über den Wafer gestrahlt. Dadurch werden Sägepartikel von der Bauele­ mentoberfläche entfernt. Bei diesem Spülprozess werden in der Regel außerdem die überstehenden Teile der Leiterbahnfläche 7 abgetrennt, so dass der erste Spalt 8 zwischen dem Substrat 1 und der Leiterbahnfläche 7 praktisch vollständig verschwindet. Dadurch wird das Risiko, dass sich ein Sägepartikel 11 in dem für einen Nebenschluss kritischen ersten Spalt 8 verkeilt, stark reduziert. Wird ein Sä­ gepartikel 11 bei der Hochdruckreinigung dennoch unter den noch freiliegenden Rahmen der Leiterbahnfläche 7 gedrückt, so verursacht spätestens dieses Säge­ partikel 11 ein Abbrechen der Leiterbahnfläche 7, wodurch die Entstehung eines niederohmigen Presskontakts ausgeschlossen wird. Diese Situation ist in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf das sogenannte Bondland des in den Fig. 1a, 1b und 2 dargestellten, erfindungsgemäßen Bauelements und verdeutlicht die Geo­ metrie der Leiterbahnfläche 7 in Bezug auf die Geometrie des in der Polysilizium­ schicht ausgebildeten Anschlusspads 5. Wie bereits erwähnt, bildet die Leiter­ bahnflächen 7 den Anschlussbereich der Leiterbahn 6 und ragt allseitig über das Anschlusspad 5 hinaus. Mit 12 ist der Bereich der Anbindung des Anschlusspads 5 an die Leiterbahnfläche 7 bezeichnet, während mit 13 der Bereich der Oberflä­ che des Anschlusspads bezeichnet ist, in dem ein AI-Bondpad angeordnet wird.

In Fig. 4 ist der Bereich eines Anschlusspads 5 eines erfindungsgemäßen Bau­ elements 20 dargestellt, das sich lediglich in der Realisierung der Leiterbahnflä­ che, die hier mit 21 bezeichnet ist, von dem in den Fig. 1a, 1b, 2 und 3 darge­ stellten Bauelement unterscheidet. Dementsprechend unterscheiden sich die Her­ stellungsverfahren für diese beiden Bauelemente 10 und 20 lediglich in der Struk­ turierung der Leitschicht 3. Fig. 4 zeigt das Anschlusspad 5, nachdem es mit einem AI-Bondpad 29 versehen worden ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Bauelement 20 ist die Leiterbahnfläche 21 gegen­ über den in der Leitschicht 3 ausgebildeten Leiterbahnen 6 isoliert und in Form eines Rahmens ausgebildet, der nur für die über das Anschlusspad 5 zu kontaktie­ rende Leiterbahn 6 unterbrochen ist.

Durch diese Konstruktionsmaßnahme wird im Bereich der Unterätzung des Anschlusspads 5 eine Zwischenebene zwischen dem Substrat 1 und dem Anschlusspad 5 eingeführt, die sowohl gegen das Substrat 1 durch die erste Opferschicht 2 isoliert ist als auch gegen das Anschlusspad 5 durch die zweite Opferschicht 22. Diese Zwischenebene wird erfindungsgemäß einfach in der Leit­ schicht 3 in Form der isolierten Leiterbahnfläche 21 erzeugt und kann wie die Leit­ schicht 3 beispielsweise aus polykristallinem Silizium bestehen. Der Überstand zwischen der rahmenförmigen Leiterbahnfläche 21 und dem Anschlusspad 5 sollte - wie im Fall des in den Fig. 1a, 1b, 2 und 3 dargestellten Bauelements - grö­ ßer sein als die Unterätzung des Anschlusspads 5 und mindestens die Größen­ ordnung der Dicke der Polysiliziumschicht 4 plus der Tiefe der Unterätzung der Leiterbahnfläche 21 betragen, d. h. in der Regel zwischen 20 µm und 40 µm.

Bei einem Schichtaufbau, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, kann ein Nebenschluss zwischen dem Substrat 1 und dem Anschlusspad 5 nur auftreten, wenn sich ein elektrisch leitfähiges Partikel 23 im Bereich der Unterätzung des Anschlusspads 5, also im zweiten Spalt 9 verkeilt und wenn ein weiteres Partikel 24 gleichzeitig einen Nebenschluss zwischen der Leiterbahnfläche 21 und dem Substrat 1 er­ zeugt, indem es sich im ersten Spalt 8 verklemmt. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines derartigen Kurzschlusses ist äußerst gering.

Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf den in Fig. 4 dargestellten Bereich mit dem Anschlusspad 5 und verdeutlicht, dass die rahmenförmig umlaufende Leiterbahnfläche 21 im Randbereich des Anschlusspads 5 angeordnet ist und bis unter das Anschlusspad 5 reicht. Die Leiterbahnfläche 21 ist gegen die Leiterbahn 6 isoliert, die über das Anschlusspad 5 kontaktiert wird. Dazu ist die rahmenför­ mige Leiterbahnfläche 21 an einer Stelle unterbrochen, so dass die Leiterbahn 6 durch eine Lücke 25 gegen die Leiterbahnfläche 21 isoliert ist. Bei dem hier dar­ gestellten Ausführungsbeispiel kann also nur im Bereich der Lücke 25 ein direkter Kurzschluss zwischen dem Anschlusspad 5 und dem Substrat 1 auftreten. Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich in diesem Bereich ein leitfähiges Partikel anla­ gert, ist äußerst gering.

Die isolierte Leiterbahnfläche 21 kann sich über den gesamten Bereich der Anschlusspads 5 eines erfindungsgemäßen Bauelements erstrecken, was in Fig. 6a dargestellt ist. Der durch die Leiterbahnfläche 21 gebildete Rahmen reicht unter alle Anschlusspads 5. Die äußeren Ränder dieses Rahmens kommen unter Strukturen 26 des Bondrahmens, beispielsweise eines Seal-Glas-Bondrahmens, zu liegen. Die Leiterbahnen 6, die von den Anschlusspads 5 zu anderen Kompo­ nenten des Bauelements führen, sind jeweils durch eine Lücke 25 in der Leiter­ bahnfläche 21 gegen diese isoliert. Der Abstand zwischen einer Leiterbahn 6 und der Leiterbahnfläche 21 sollte zwischen 1 µm und 100 µm betragen. In Fig. 6b ist eine andere Möglichkeit für die Realisierung von isolierten Leiterbahnflächen 21 dargestellt. Der in Fig. 6a dargestellte großflächige Rahmen ist hier in schmale Streifen aufgeteilt, die jeweils durch eine Lücke 27 voneinander getrennt und ge­ geneinander isoliert sind. Bei der in Fig. 6b dargestellten Variante ist dadurch für jedes Anschlusspad 5 eine eigene streifenförmige und in Bezug auf das jeweilige Anschlusspad 5 auch rahmenartige Leiterbahnfläche 21 vorgesehen.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass bei allen Varianten eines erfindungsgemä­ ßen Bauelements mit isolierten Leiterbahnflächen im Bereich der Anschlusspads darauf zu achten ist, dass parasitäre Kapazitäten, die durch den Überlapp der rahmenartigen Leiterbahnflächen mit den Anschlusspads entstehen, niedrig blei­ ben.

Die Gefahr für Nebenschlüsse im Bereich der Anschlusspads kann durch eine ge­ eignete Prozessfolge weiter verringert werden. Fig. 7a zeigt den in Fig. 4 darge­ stellten Bauelementaufbau, auf dem eine dünne Isolatorschicht 30 abgeschieden worden ist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine SiO₂-Schicht handeln, die in einem PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) Verfahren abge­ schieden wird, wobei ein isolierender Belag auf den AI-Bondpads mit einer Schichtdicke zwischen 20 nm und 200 nm entsteht. Neben der horizontalen Flä­ chenbelegung kommt es zu einer guten Bedeckung der vertikalen Seitenflächen mit einer Isolatordicke, die ca. 50% bis 100% der Schichtdicke der horizontalen Flächenbelegung betragen kann.

In einem darauffolgenden Ätzschritt wird der Isolator auf den Al-Bondpads 29 entfernt, was in Fig. 7b dargestellt ist. Bevorzugt werden hierfür physikalische Ätz­ verfahren, wie z. B. Ionenstrahl- bzw. Plasma-Sputtern, die eine gerichtete Abtra­ gung des Isolators von den horizontal liegenden Flächen ermöglichen. Die Isola­ torbedeckung der vertikalen Seitenflächen der Bauelementstruktur bleibt dabei bestehen. Außerdem kommt es zu einer Bedeckung der Strukturunterseiten mit dem abgetragenen Isolatormaterial. Deshalb sind in Fig. 7b die Seitenwände und ein großer Teil der Unterseiten mit Isolatormaterial beschichtet. Auf diese Weise kann selbst bei der Anlagerung von großen Partikeln im Bereich der Anschlusspads - wie in Fig. 7c dargestellt - kein Nebenschluss zwischen dem Anschlusspad 5 und dem Substrat 1 entstehen.

Bezugszeichen

1

Substrat

2

erste Isolationsschicht/erste Opferschicht

3

Leitschicht

4

Polysiliziumschicht

5

Anschlusspad

6

Leiterbahn

7

Leiterbahnfläche

8

Spalt

9

Spalt

10

Bauelement (

Fig.

1a, 1b, 2, 3)

11

Partikel

12

Anbindungsbereich Anschlusspad-Leiterbahnfläche

13

Oberflächenbereich Al-Bondpad

20

Bauelement

21

Leiterbahnfläche (isoliert)

22

zweite Isolationsschicht/zweite Opferschicht

23

Partikel

24

Partikel

25

Lücke Rahmen-Leiterbahn

26

Strukturen des Bondrahmens

27

Lücke zwischen Leiterbahnflächen eines Bauelements

28

-

29

Al-Bondpad

30

Isolatorschicht

Claims (16)

1. Bauelement, umfassend
ein Substrat (1),
eine strukturierte Siliziumschicht (4), in der mindestens ein Anschlussbe­ reich als Anschlusspad (5) ausgebildet ist, und
eine strukturierte Leitschicht (3), in der Leiterbahnen (6) ausgebildet sind, wobei die Leitschicht (3) zwischen dem Substrat (1) und der Siliziumschicht (4) angeordnet ist, durch eine erste Isolationsschicht (2) gegen das Substrat (1) iso­ liert ist und durch eine zweite Isolationsschicht gegen einen Teil der Silizium­ schicht (4) isoliert ist, so dass die Leitschicht (3) über das Anschlusspad (5) kon­ taktierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitschicht (3), im Bereich des Anschlusspads (5) mindestens eine zusammenhängende Leiterbahnfläche (7; 21) ausgebildet ist, und dass zwischen der Leiterbahnfläche (7; 21) und dem Anschlusspad (5) ein Überstand besteht, so dass die Leiterbahnfläche (7; 21) nur teilweise von dem Anschlusspad (5) überdeckt wird und sich bis über den Rand­ bereich des Anschlusspads (5) hinaus erstreckt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnfläche (7) Teil einer in der Leitschicht (3) ausgebildeten Leiterbahn (6) ist.

3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leiterbahnfläche (7) über den gesamten Randbereich des Anschlusspads (5) hin­ aus erstreckt.

4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnfläche (21) gegenüber den in der Leitschicht (3) ausgebildeten Leiter­ bahnen (6) isoliert ist.

5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierte Leiterbahnfläche (21) in Form eines Rahmens ausgebildet ist, der nur für die über das Anschlusspad (5) zu kontaktierende Leiterbahn (6) unterbrochen ist.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen einer Leiterbahn (6) und der isolierten Leiterbahnflä­ che (21) mindestens 1 µm beträgt.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstand zwischen der Leiterbahnfläche (7; 21) und dem Anschlusspad (5) mindestens 20 µm beträgt.

8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich des Anschlusspads (5) auf den vertikalen Oberflächen der Bauelementstruktur eine Isolatorschicht (30) ausgebildet ist.

9. Mikromechanisches Bauelement mit in der strukturierten Siliziumschicht ausgebildeten, beweglichen Bauelementkomponenten nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verfahren zum Herstellen eines Bauelements, bei dem
auf einem Substrat (1) eine erste Isolationsschicht (2) erzeugt wird,
auf die ersten Isolationsschicht (2) eine Leitschicht (3) aufgebracht und strukturiert wird, wobei Leiterbahnen (6) erzeugt werden,
auf die strukturierte Leitschicht (3) eine zweite Isolationsschicht aufgebracht und strukturiert wird,
auf der zweiten Isolationsschicht eine Siliziumschicht (4) erzeugt wird,
die Siliziumschicht (4) strukturiert wird, indem in einem anisotropen Ätzverfahren Gräben in der Siliziumschicht (4) erzeugt werden, die bis an die zweite Isolationsschicht heranreichen, wobei mindestens ein Anschlusspad (5) für eine in der Leitschicht (3) ausgebildete Leiterbahn (6) erzeugt wird, und
die zweite Isolationsschicht durch Einbringen eines Ätzmediums in die Grä­ ben in einem isotropen Ätzvorgang selektiv entfernt wird, wodurch zumin­ dest ein Teil der in der Siliziumschicht (4) erzeugten Strukturen unterätzt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Strukturierung der Leitschicht (3), im Bereich des Anschlusspads (5) mindestens eine zusammenhängende Lei­ terbahnfläche (7; 21) ausgebildet wird, so dass zwischen der Leiterbahnfläche (7; 21) und dem Anschlusspad (5) ein Überstand besteht und die Leiterbahnfläche (7; 21) nur teilweise von dem Anschlusspad (5) überdeckt wird und sich bis über den Randbereich des Anschlusspads (5) hinaus erstreckt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnfläche (7) als Teil einer Leiterbahn (6) ausgebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschicht (3) so strukturiert wird, dass die Leiterbahnfläche (21) gegenüber den in der Leit­ schicht (3) ausgebildeten Leiterbahnen (6) isoliert ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich des Anschlusspads (5) auf den vertikalen Oberflächen der Bauelementstruktur eine Isolatorschicht (30) erzeugt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach Strukturierung und Unterätzung der Siliziumschicht (4) eine Isolatorschicht (30) auf der Bauelementstruktur abgeschieden wird und dass die Isolatorschicht (30) zu­ mindest von einem Teil der horizontalen Oberflächen der Bauelementstruktur, ins­ besondere von einem im Bereich des Anschlusspads (5) angeordneten Metallpad (29), wieder entfernt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine SiO2- Schicht als Isolatorschicht (30) in einem PECVD-Verfahren auf der Bauelement­ struktur abgeschieden wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (30) in einem physikalischen Ätzverfahren, insbesondere durch Ionenstrahl- bzw. Plasma-Sputtern, von den horizontalen Oberflächen der Bauelementstruktur wieder entfernt wird.