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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einer Schaltung bzw.
einem Verfahren zur Herstellung einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff
der unabhängigen
Ansprüche.
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Zum
Abgleich vorgefertigter elektrischer Bauelemente können Schaltungen
in dem Bauelement vorgesehen sein, die mit Brennstrecken ausgestattet
sind. Derartige Brennstrecken erlauben beispielsweise den Nachabgleich
bereits auf Lager liegender Bauelemente. Darüber hinaus ist jedoch auch denkbar,
dass mittels dieser Brennstrecken ein Feinabgleich durchgeführt wird.
Somit können
entsprechende Kennzahlen eines elektrischen Bauelements auch noch
nach der Herstellung optimiert werden.
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So
sind beispielsweise aus dem Lehrbuch „Elektronik, Horst Völz, Akademieverlag
Berlin 1986, S. 751 ff" Brennstrecken,
sogenannte fusable links bekannt, die gezielt durch einen kurzen
Stromstross mit festgelegter Stärke
und Dauer durchbrennen. Stärke
und Dauer des Stromstosses müssen
dabei so gewählt
werden, dass ein sicheres Durchbrennen der Brennstrecke gewährleistet
wird. Somit lassen sich durch den Einsatz von Brennstrecken dauerhaft Abgleichinformationen
auf dem Bauelement abspeichern.
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Aus
der
DE 42 07 226 A1 ist
weiterhin eine integrierte Schaltung bekannt, bei der ein Kennwert und/oder
eine Funktion der Schaltung durch Anlegen mindestens eines Zündpotentials
an wenigstens zwei nach außen
führenden
Anschlüssen
der integrierten Schaltung veränderbar
ist.
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Wie
in der
DE 195 30 900
A1 beschrieben wird, kann es sich bei den Brennstrecken
um dünne aufgedampfte
Metallwiderstände
handeln, die durch einen Stromfluss derart erhitzt werden, dass
das metallische Material verdampft.
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Eine
konkrete Anwendung von Brennstrecken zum Abgleich von Sensorelementen
wird in der
DE 42 07
225 A1 beschrieben. Dabei sind Sensorelemente in den abzugleichenden
Schaltungsteil integriert, wobei die Schaltung beispielsweise als
Auswerteschaltung des Sensorelements vorgesehen sein kann. Da die
fertigungsbedingten Toleranzen von Sensoren oft aufwendig abgeglichen
werden müssen,
stellt die Verwendung von irreversiblen Abgleichbauteilen, beispielsweise
durch Brennstrecken, eine zeit- und kostengünstige Alternative zu sonstigen
Abgleichvorgängen
dar.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung mit einer abgleichfähigen Schaltung
bzw. eine Verfahren zur Herstellung einer abgleichfähigen Schaltung.
Dabei ist vorgesehen, dass der Abgleichvorgang wenigstens ein irreversibles
Schalten eines Abgleichbauteils hervorruft, wobei vorgesehen ist, dass
das irreversible Schalten eine Kontaktunterbrechung innerhalb einer
Brennstrecke des Abgleichbauteils erzeugt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
das Abgleichbauteil wenigstens teilweise mit einer Passivierungsschicht
bedeckt ist.
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Vorteilhafterweise
wird das Abgleichbauteil bzw. die Brennstrecke aber auch die komplette Schaltung
durch die Passivierungsschicht vor aggressiven Medien geschützt, denen
die Vorrichtung beispielsweise bei der Lagerung oder im Betrieb
ausgesetzt ist. Somit kann ein zuverlässiger Abgleich über die
Lebensdauer der Vorrichtung bzw. der Schaltung erreicht werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Herstellung der Schaltung
durch ein gängiges
mikromechanisches Verfahren auf einem vorzugsweise halbleitenden
Substrat. Dabei ist vorgesehen, dass das Substrat mit wenigstens
einer ersten Passivierungsschicht und die Schaltung wenigstens teilweise mit
einer zweiten Passivierungsschicht bedeckt ist. Darüber hinaus
ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Passivierungsschicht
eine kleinere Schichtdicke als die erste Passivierungsschicht aufweist.
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Vorteilhafterweise
sind bei dem Abgleichbauteil bzw. bei der Brennstrecke und/oder
bei den Bondpads der Schaltung Bereiche vorgesehen, die nicht von
der ersten Passivierungsschicht bedeckt sind. Dies kann beispielsweise
dadurch geschehen, dass diese Bereiche während des Aufbringens der ersten
Schicht durch entsprechende Masken ausgespart werden. Daneben ist
jedoch auch denkbar, dass nach dem Aufbringen der ersten Passivierungsschicht
diese Aussparungen in den entsprechenden Bereichen durch gezieltes
Entfernen des ersten Passivierungsmaterials in einem weiteren Prozessschritt erreicht
werden. Darüber
hinaus kann vorgesehen sein, dass auch der an das Abgleichbauteil
bzw. der Brennstrecke unmittelbar angrenzende Bereich auf dem Substrat
ausgespart wird.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung bedeckt die zweite Passivierungsschicht
wenigstens einen Teil des Abgleichbauteils bzw. der Brennstrecke. Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, dass auch der an die Brennstrecke angrenzende
Bereich des Substrats mit der ersten Passivierungsschicht bedeckt ist.
Weiterhin ist denkbar, dass die zweite Passivierungsschicht auch
Teile der ersten Passivierungsschicht abdeckt.
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Als
Passivierungsmaterial für
die erste und/oder zweite Passivierungsschicht können vorteilhafterweise Verbindungen
mit Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, organische Schutzlacke und/oder
Polyimide verwendet werden.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Brennstrecke
als Leiterbahn ausgebildet. Die für die Brennstrecke verwendete
Leiterbahn kann dabei beispielsweise eine Verjüngung gegenüber den sonstigen in der Schaltung
verwendeten Leiterbahnen aufweisen. Durch diese dünnere Leiterbahn
ist ein effektiveres Durchschmelzen der Brennstrecke möglich. Dabei
kann ganz allgemein ein Durchbrennen bzw. Durchschmelzen der Brennstrecke
durch eine entsprechende Ansteuerung während eines Abgleichs, beispielsweise
durch einen hohen Stromfluss, vorgenommen werden. Dieser Abgleich kann,
wie bereits erwähnt,
die Schaltung oder Vorrichtung, in der die Schaltung eingebettet
ist, mit irreversiblen Abgleichinformationen ausstatten.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mit der abgleichbaren Schaltung
wenigstens ein Sensorelement aufweist, wobei die Schaltung zur Erfassung
und/oder Auswertung der vom Sensorelement stammenden Sensorsignale
einsetzbar ist. In einer besondere Weiterbildung der Erfindung ist
vorgesehen, dass das Sensorelement Mittel zur Erfassung einer physikalisch
und/oder chemischen Größe aufweist,
wobei insbesondere die Erfassung eines Drucks, einer Temperatur,
einer Luftmasse, einer Beschleunigung und/oder einer Drehrate vorgesehen
ist. Darüber
hinaus kann vorgesehen sein, dass der Sensor im Rahmen eines mikromechanischen
Herstellungsprozesses hergestellt wird, wobei das Sensorelement
des Sensors und/oder die Schaltung vorzugsweise aus halbleitenden
Materialien hergestellt wird.
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In
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Schaltung
mit der ersten Passivierungsschicht und die Brennstrecke mit der
zweiten Passivierungsschicht bedeckt. Dabei kann selbstverständlich vorgesehen
sein, dass die erste Passivierungsschicht auch Teile des Substrats
und die zweite Passivierungsschicht Teile des Substrats und/oder der
ersten Passivierungsschicht bedeckt. Weiterhin kann vorgesehen sein,
dass die erste und die zweite Passivierungsschicht aus dem gleichen
Material bestehen. Dabei kann es sich als günstig erweisen, die zweite
Passivierungsschicht dünner
als die erste Passivierungsschicht zu gestalten. Somit kann die zweite
Passivierungsschicht dem verdampfenden Material der Brennstrecke
einen gegenüber
der ersten Passivierungsschicht geringeren Widerstand aufweisen.
Werden jedoch zwei unterschiedliche Materialien für die beiden
Passivierungsschichten gewählt,
so ist lediglich das Materialverhalten der zweiten Passivierungsschicht
beim aufbrechen maßgeblich
für die
Wahl der Dicke. Im letzteren Fall kann dabei sogar eine dickere
zweite Passivierungsschicht gewählt
werden, wenn das Material entsprechend geeignet ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Zeichnungen
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In
den 1a bis 1c ist
ein Aufbau einer Brennstrecke dargestellt, wie er aus dem Stand
der Technik bekannt ist. Dagegen zeigen die 2a bis 2c den
erfindungsgemäßen Aufbau
mit einer passivierenden Schicht über der Brennstrecke.
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Ausführungsbeispiel
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Auswerteschaltungen
von mikromechanischen Sensoren werden häufig mit (monolithisch) integrierten
Schaltungen auf einem Halbleitersubstrat realisiert. Da die Kenndaten
dieser Schaltungen bei der Herstellung Schwankungen unterliegen,
ist ein nachträglicher
Abgleich notwendig, um eine ausreichende Genauigkeit bei der Erfassung
bzw. Auswertung der Sensorsignale zu ermöglichen. Neben den Schwankungen
bei der Herstellung der Schaltungen können auch Qualitätsschwankungen
bzw. Ungenauigkeiten bei der Herstellung der Sensoren durch einen
Abgleich der Schaltung kompensiert werden.
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Der
Abgleich einer integrierten Schaltung kann dabei über die
Verwendung von speziellen Abgleichelementen erfolgen, die innerhalb
der Schaltung vorgesehen sind. Derartige Abgleichelemente können beispielsweise
Zenerdioden oder Brennstrecken enthalten, die durch eine entsprechende
Ansteuerung eine irreversible Modifikation der Schaltung hervorrufen
können.
Durch eine geeignete Auslegung der Schaltung können somit Abgleichinformationen
dauerhaft in der Schaltung gespeichert werden.
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Eine
Möglichkeit,
eine Schaltung dauerhaft abzugleichen, besteht, wie bereits erwähnt, in
der Verwendung von Brennstrecken. Dabei werden die als dünne lange
Metalleiterbahnen ausgebildeten Brennstrecken mit einem Strom beaufschlagt,
der die Leitfähigkeit
der Brennstrecken verändert,
beispielsweise indem der elektrische Kontakt unterbrochen wird.
So ist denkbar, dass bei einer geeigneten Dimensionierung der entsprechenden
Brennstrecke und dem Einsatz eines hohen Stromes ein gezieltes Verdampfen
der Metallleiterbahn erreicht werden kann.
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In
einem besonderen Ausführungsbeispiel sind
die Brennstrecken in der obersten Metallisierungsebene der Auswerteschaltung
durch aufgedampfte Metallwiderstände
realisiert. Alternativ bzw. optional können die Brennstrecken auch
gegenüber den übrigen Metallleiterbahnen
eine Verjüngung
aufweisen. Eine entsprechende Verjüngung der Metalleiterbahn 120 ist
in 1a dargestellt, wobei die Breite 130 der
Brennstrecke deutlich kleiner als die Breite 140 der normalen
Metallleiterbahn 120 ist.
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Allgemein
ist in 1a eine Brennstrecke zum Abgleich
dargestellt, wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Dabei wird im Rahmen der Prozessierung einer (integrierten) Schaltung
eine Metalleiterbahn 120 bzw. 150 auf einem Substrat 100,
z.B. einem Siliziumsubstrat erzeugt. Anschließend wird auf die Schaltung
eine Passivierungsschicht 110 aufgebracht, um die leitenden
Elemente der Schaltung vor korrodierenden Bestandteilen der Umgebung
zu schützen.
Da die Brennstrecke 150 (beispielsweise als Teil der Metalleiterbahn 120) beim
Abgleich verdampft werden soll, um den Kontakt durch die Metallleitung 120 irreversibel
zu unterbrechen, ist vorgesehen, dass über der Brennstrecke 150 keine
Passivierung vorgenommen wird. Diese Aussparung der Passivierungsschicht 110 über der Brennstrecke 150 kann
dabei mittels entsprechender Masken beim Aufbringen des Passivierungsmaterials erfolgen.
Alternativ hierzu kann jedoch auch nach dem Aufbringen des Passivierungsmaterials
auf die Substratoberfläche
bzw. auf die Auswerteschaltung die Passivierungsschicht an bestimmten
Stellen wie beispielsweise über
der Brennstrecke oder auch den Bondpads wieder geöffnet werden.
Als Resultat eines derartigen Herstellungsprozesses erhält man eine
Schaltung, die wenigstens teilweise mit dem Passivierungsmittel
bedeckt ist und wobei die Brennstrecke 150 gemäß der 1b bzw. 1c frei
liegt.
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Der
Nachteil einer derartigen Ausbildung der Brennstrecke 150 liegt
darin, dass aggressive Medien bzw. korrosive Bestandteile des Umgebungsmediums
die Brennstrecken, die nicht durch einen Abgleichvorgang aufgeschmolzen
werden sollen, im Laufe der Zeit, z.B. während des Betriebs der Schaltung
durchkorrodieren können.
Somit kann im Laufe der Zeit eine beim ursprünglichen Abgleich nicht gewollte
elektrische Trennung der Brennstrecke erfolgen und die Abgleichinformationen
verändern.
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Eine
Möglichkeit,
dieser ungewollten Veränderung
der Abgleichinformationen entgegenzutreten besteht darin, die Passivierungsschicht 110 auch über die
Brennstrecke 150 auszudehnen. Würde man jedoch die relativ
dicke Standard-Schaltungspassivierung (z.B. eine Siliziumnitridschicht
mit einer Schichtdicke von ca. 800 nm) über der Brennstrecke 150 belassen,
so könnte
das Metall beim Abgleich nicht mehr verdampfen oder unbeabsichtigte
Wirkungen entfalten. Eine konkrete Gefahr besteht infolge der Verdampfung
darin, dass der Druck unter dem Passivierungsmaterial bei der Verdampfung
so groß werden
kann, dass die Passivierung über
der Brennstrecke 150 weggesprengt werden würde. Dabei
sind Risse in der Passivierung und im Substrat, die sich bis in
den aktiven Schaltungsbereich erstrecken, nicht auszuschließen. Es
ist offensichtlich, dass eine derartige Schaltungs- bzw. Substrateinheit
mechanische und elektrische Instabilitäten aufweisen kann.
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Um
dieser Gefahr zu entgehen, kann vorgesehen sein, auf die Brennstrecke
eine zusätzliche Passivierungsschicht 200 aufzubringen,
wie es in der 2a bzw. 2b dargestellt
ist. Diese zweite, zusätzliche
Passivierungsschicht 200 weist dabei vorzugsweise eine
geringere Schichtdicke d (220) als die Schichtdicke D (210)
der ersten Passivierungsschicht 110 auf. Mit dieser dünneren zweiten
Passivierungsschicht 200 kann erreicht werden, dass das Aufschmelzen
der Brennstrecke 150 während
des Abgleichs ohne Beeinträchtigung
der übrigen
Schaltungselemente bzw. des Substrats 100 durchgeführt werden
kann. Dies liegt vor allem daran, dass das Material, welches durch
einen hohen Strom verdampft wird, durch eine dünne Passivierungsschicht 200 weit
weniger Widerstand zum Entweichen erfährt, als durch eine dickere
Passivierungsschicht 110. Somit ist ein Aufbrechen der
dünneren
zweiten Passivierungsschicht 200 möglich, ohne dass die erste
Passivierungsschicht 110 oder das Substrat 100 in
Mitleidenschaft gezogen wird.
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Neben
der Schichtdicke muss auch das Material für die zweite Passivierungsschicht
entsprechend gewählt
werden. So sind Passivierungsmaterialien für die zusätzliche Passivierungsschicht
zu wählen,
die den Abgleichvorgang der Schaltung nicht behindern bzw. beim
Verdampfen des Metalls der Brennstrecke leicht aufbrechen. Als geeignet
für eine derartige
Passivierung haben sich dünne
Siliziumnitridschichten, dünne
Siliziumcarbidschichten oder ganz allgemein organische Schutzlacke
bzw. Polyimide gezeigt.
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In
einem speziellen Ausführungsbeispiel kann
vorgesehen sein, die Passivierung der Schaltung durch eine erste
Standardpassivierungsschicht bspw. aus Siliziumnitrid mit einer
Schichtdicke von 800 nm und die zweite dünnere Passivierungsschicht bevorzugt
mit einer Schichtdicke von weniger als 300 nm durchzuführen.
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Vorteilhafterweise
kann die zweite Passivierungsschicht, die nach der ersten Passivierungsschicht
aufgebracht wird, über
den Bondpads geöffnet
bzw. beim Aufbringen ausgespart werden, um eine Kontaktierung der
Schaltung in einem nachfolgenden Prozessschritt zu ermöglichen.
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Allgemein
kann sowohl das Passivierungsmaterial der ersten als auch der zweiten
Passivierungsschicht derart gewählt
werden, dass die Materialien einzeln oder kombiniert einen maximalen Schutz
der Schaltung bzw. Teile der Schaltung vor applikationsspezifischen
aggressiven Medien ermöglichen.
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Weiterhin
kann das Material für
die zweite Passivierungsschicht in Abhängigkeit weiterer anschließender Prozessschritte
gewählt
werden. So ist beispielsweise denkbar, dass die Schaltung mit Brennstrecken,
wie sie in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, im Rahmen
der Herstellung eines Sensors mittels mikromechanischer Halbleitertechnologien
auf dem gleichen Substrat wie das Sensorelement erzeugt wird. Dabei
kann die Schaltung sowohl zur Steuerung bzw. Erfassung von Signalen durch
das Sensorelement als auch zur Auswertung der Sensorsignale vorgesehen
sein. Somit lassen sich durch einen Abgleichvorgang, der nach der
Herstellung des Sensorelements erfolgt, Ungleichmäßigkeiten,
die durch den Herstellungsprozess des Sensorelements hervorgerufen
werden, kompensieren. Derartige Ungleichmäßigkeiten sowohl bei der Herstellung
der Schaltung als auch bei Herstellung des Sensorelements treten
dabei regelmäßig bei
Prozessen in der Halbleitertechnologie auf.
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Allgemein
ist die Erfindung jedoch nicht auf Schaltungen beschränkt, die
im Zusammenhang mit insbesondere mikromechanischen Sensoren stehen. Vielmehr
kann eine oben beschriebene zusätzliche zweite
Passivierungsschicht zur Abdeckung von Abgleichelementen bzw. Brennstrecken
bei jeder Art von Schaltungen eingesetzt werden, bei denen ein Abgleich
zeitversetzt zur Herstellung durchgeführt wird. Die zusätzliche
Passivierung ermöglicht
dabei den langfristigen Schutz der Abgleichelemente vor korrodierenden
Medien.
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In
einem besonderen Ausführungsbeispiel ist
dabei vorgesehen, dass die zweite Passivierungsschicht nur auf den
von der ersten Passivierungsschicht ausgesparten Bereichen des Substrats
bzw. der Schaltung aufgebracht wird.