DE102007060878A1

DE102007060878A1 - Mikromechanisches System

Info

Publication number: DE102007060878A1
Application number: DE102007060878A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Schubert; Lars Tebje; Patrick Wellner; Johannes Classen; Arnd Kaelberer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: FR2925038A1; IT1392662B1; FR2925038B1; DE102007060878B4; US7878061B2; US20090152654A1; ITMI20082199A1

Abstract

Es wird ein mikromechanisches System 1 beschrieben, das ein Substrat 100, eine erste planare Elektrode 10, eine zweite planare Elektrode 20 und eine dritte planare Elektrode 30 umfasst, wobei die zweite planare Elektrode 20 beabstandet über der ersten Elektrode 10 beweglich angeordnet ist und wobei die dritte planare Elektrode 30 beabstandet über der zweiten planaren Elektrode 20 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches System sowie ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems.
Mikromechanische Systeme finden heute beispielsweise in Airbags in Kraftfahrzeugen (KEZ) oder in Computerfestplatten breite Anwendung. Hierfür werden sog. Beschleunigungssensoren als mikromechanisches System realisiert. Als ein üblicher und zuverlässiger Vertreter eines mikromechanischen Beschleunigungssensors ist z. B. ein kapazitiver Differenzialsensor mit einem asymmetrischen Kippschwinger zu nennen. Bei einer auftretenden Beschleunigung oder Kraft wird der Schwinger im Sinne einer Kippbewegung ausgelenkt, was auf der einen Seite der Aufhängung des Kippschwingers zu einer Annäherung an ein Substrat und auf der anderen Seite der Aufhängung zu einer Entfernung des Kippschwingers von dem Substrat führt. Bilden Kippschwinger und Substrat Elektroden eines Kondensators, wird die entsprechend Kapazität auf der einen Seite der Aufhängung erhöht, während die Kapazität auf der anderen Seite gleichzeitig verringert wird. Dies kann im Sinne einer erhöhten Zuverlässigkeit und Auslesesicherheit in der entsprechenden Anwendung ausgenutzt werden. So ist beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 773 443 B1 ein derartiger mikromechanischer Beschleunigungssensor mit einem asymmetrischen Kippschwinger beschrieben.
Mikromechanische Systeme werden üblicherweise mithilfe von Lithografie-, Strukturierungs- und Ätzverfahren aus Schichtsystemen auf einem Substrat hergestellt. Unter Anderem ist der sog. Opferschichtprozess üblich, bei dem eine vergrabene Opferschicht selektiv geätzt wird, um eine Struktur aus einer auf der Opferschicht angeordneten Schicht freitragend freizustellen. Dennoch können sich bei der Herstellung von asymmetrischen Schwingern, Vertikalschwingern oder auch anderer Schwinger-Topologien unter Verwendung dieser etablierten Prozesse Schwierigkeiten ergeben, oder die Herstellung entsprechender Strukturen kann mit diesen Verfahren auch unmöglich sein.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes mikromechanisches System bereitzustellen, das einerseits auch einen vertikalen Aufbau eines kapazitiven Differenzialbeschleunigungssensors bereitstellt und andererseits in einem Mehrschichtsystem unter der Verwendung von üblichen und etablierten Verfahren hergestellt werden kann. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines dementsprechenden mikromechanischen Systems bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das mikromechanische System gemäß Anspruch 1, sowie das Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung sind eine erste, eine zweite und eine dritte planare Elektrode übereinander auf einem Substrat vorgesehen. Dabei kann sich die zweite planare Elektrode beim Auftreten einer Beschleunigung und/oder Kraft zwischen der ersten und dritten planaren Elektrode hin- und herbewegen. Bewegt sich die zweite planare Elektrode in Richtung der ersten planaren Elektrode, so wird die erste Kapazität zwischen der ersten und zweiten planaren Elektrode erhöht, während die zweite Kapazität zwischen der zweiten planaren Elektrode und der dritten planaren Elektrode verringert wird. Die Vergrößerung der ersten Kapazität einerseits und die Verringerung der zweiten Kapazität andererseits sind dabei abhängig voneinander, sodass durch den vertikalen Aufbau des Bewegungssensors in vorteilhafter Weise ein differenzieller Beschleunigungssensor realisiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das mikromechanische System in einem Vielschichtsystem realisiert. Ein derartiges Vielschichtsystem kann ein erste, und eine zweite funktionale Schicht auf einem Substrat aufweisen, unter denen jeweils eine Opferschicht angeordnet ist. In vorteilhafter Weise kann somit das System auch mit einem vertikalen Aufbau durch einen Opferschichtprozess bzw. ein selektives Ätzen hergestellt werden. Demgemäß kann ferner die zweite planare Elektrode zusammen mit einer Aufhängung der zweiten Elektrode und einer Basis einstückig in der zweiten funktionalen Schicht strukturiert sein. Ferner kann die erste planare Elektrode in einem leitfähigen Bereich des Substrats gebildet sein. So kann in vorteilhafter Weise das Vorsehen weiterer funktionaler Schichten und/oder Opferschichten entfallen. Ferner kann die erste planare Elektrode in einer weiteren funktionalen Schicht auf einer weiteren Opferschicht gebildet sein. In einer weiteren vorteilhaften Weise kann somit die Elektrode von dem Substrat elektrisch isoliert werden und/oder es können weitere elektrische Einheiten, wie z. B. Zuleitungen, in der weiteren funktionalen Schicht realisiert werden.
Des Weiteren kann eine Zusatzmasse an der zweiten planaren Elektrode die Auslenkung der Elektrode bei gleichbleibender Kraft erhöhen und somit in vorteilhafter Weise eine Empfindlichkeit und/oder Zuverlässigkeit des Systems wesentlich verbessern. Die Zusatzmasse kann dabei auf der zweiten planaren Elektrode angeordnet sein, ein Material der zweiten funktionalen Schicht aufweisen und mit dem Material der ersten funktionalen Schicht verbunden sein. In vorteilhafter Weise kann somit die Bereitstellung bzw. Abscheidung der Zusatzmasse in einem Schritt zusammen mit der Bereitstellung bzw. Abscheidung der zweiten funktionalen Schicht erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ferner eine Schlitzöffnung die dritte Elektrode von einem Rest der zweiten funktionalen Schicht in vorteilhafter Weise elektrisch und/oder mechanisch entkoppeln.
Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems in einem Vielschichtsystem mit wenigstens einer ersten und zweiten funktionalen Schicht, und einer ersten und zweiten Opferschicht auf einem Substrat bereitgestellt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A, 1B und 1C schematische Ansichten eines mikromechanischen Systems gemäß einer ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A, 2B und 2C schematische Ansichten eines mikromechanischen Systems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
und
3 eine schematische Ansicht eines mikromechanischen Systems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1A zeigt eine schematische Schnittansicht eines mikromechanischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei umfasst das mikromechanische System 1 eine erste planare Elektrode 10, eine zweite planare Elektrode 20 und eine dritte planare Elektrode 30. Die zweite planare Elektrode 20 ist dabei aus einer ersten funktionalen Schicht 110 strukturiert, die dritte planare Elektrode 30 ist dabei aus einer zweiten funktionalen Schicht 120 strukturiert und die erste planare Elektrode 10 ist dabei aus einer weiteren funktionalen Schicht 130 strukturiert. Dabei ist ferner die weitere funktionale Schicht 130 auf einer weiteren Opferschicht 143 angeordnet. Die weitere Opferschicht 143 ist auf einem Substrat 100 angeordnet, wobei das Substrat 100 als Träger des mikromechanischen Systems 1 dienen kann. Zwischen der weiteren funktionalen Schicht 130 und der ersten funktionalen Schicht 110 ist eine erste Opferschicht 141 angeordnet und zwischen der ersten funktionalen Schicht 110 und der zweiten funktionalen Schicht 120 ist eine zweite Opferschicht 142 angeordnet.
Die erste und zweite Opferschicht 141, 142 können teilweise entfernt werden, um darüber angeordnete Schichten oder Teile davon, wie beispielsweise die zweite planare Elektrode 20 und/oder die dritte planare Elektrode 30 mechanisch freizustellen. Ein erster Kondensatorspalt 81 zwischen der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 20 und ein zweiter Kondensatorspalt 82 zwischen der zweiten Elektrode 20 und der dritten Elektrode 30 verschaffen der zweiten Elektrode 20 einerseits einen Bewegungsspielraum und bilden andererseits eine erste Kapazität zwischen der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 20 und eine zweite Kapazität zwischen der zweiten Elektrode 20 und der dritten Elektrode 30.
Die planaren Elektroden 10, 20, 30, können als Teil einer Schicht ausgebildet sein, beispielsweise durch die Strukturierung einer leitfähigen Schicht oder als ein dotierter Oberflächenbereich einer Schicht. So kann beispielsweise die erste planare Elektrode 10 durch einen dotierten oder leitfähigen Bereich der weiteren funktionalen Schicht 130, die zweite planare Elektrode 20 durch einen oder zwei dotierte oder leitfähige Bereiche der ersten funktionalen Schicht 110 und die dritte planare Elektrode 30 durch einen dotierten oder leitfähigen Bereich der zweiten funktionalen Schicht 120 ausgebildet sein.
Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite planare Elektrode 20 beweglich zwischen der ersten planaren Elektrode 10 und der zweiten planaren Elektrode 30 angeordnet. Zwischen der ersten planaren Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 20 ist somit eine erste elektrische Kapazität ausgebildet, während zwischen der zweiten Elektrode 20 und der dritten Elektrode 30 eine zweite elektrische Kapazität ausgebildet ist. Eine Bewegung der zweiten Elektrode 20 in Richtung der dritten Elektrode 30 führt somit zu einer Erhöhung der zweiten Kapazität, während ebendiese Bewegung zu einer Verringerung der ersten Kapazität führt. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Bewegung der zweiten Elektrode 20 durch die gleichzeitige Veränderung zweier Kapazitäten im Sinne eines differenziellen Sensors detektiert und/oder ausgelesen werden.
Der vertikale Aufbau der planaren Elektroden 10, 20, 30 kann in vorteilhafter Weise eine Sensibilität bzw. Genauigkeit eines Sensors wesentlich erhöhen. Ferner kann der Platzbedarf zur Realisierung eines differentiellen kapazitiven Beschleunigungssensors, beispielsweise gegenüber Kippschwingern, in vorteilhafter Weise reduziert werden. Dies kann einerseits zu verringerten Herstellungskosten durch einen reduzierten Materialeinsatz und/oder Prozessaufwand führen, und andererseits zu einer Verkleinerung des Sensorelements führen. Letzteres kann in vorteilhafter Weise das Einsatzspektrum von Beschleunigungssensoren, beispielsweise in mobilen Anwendungen, verbreitern.
Sowohl die zweite planare Elektrode 20 als auch die dritte planare Elektrode 30 können Ätzöffnungen 50 aufweisen. Die Öffnungen 50 können dabei Teil einer Perforation sein, d. h. es kann eine Vielzahl von Ätzöffnungen 50 in einer regelmäßigen Gruppierung angeordnet sein. Durch ebendiese Öffnungen 50 kann ein Ätzmedium, z. B. HF, gelangen, um Teile der ersten Opferschicht 141, der zweiten Opferschicht 142 und der weiteren Opferschicht 143 selektiv zu entfernen. Somit kann die zweite planare Elektrode 20 zwischen der ersten Elektrode 10 und der dritten Elektrode 30 in einem vertikalen Aufbau freigestellt werden. Ferner kann in der zweiten funktionalen Schicht 120 eine Schlitzöffnung 51 vorgesehen sein, um insbesondere die dritte Elektrode 30 elektrisch und/oder mechanisch von dem mikromechanischen System 1 zu entkoppeln. Diese Schlitzöffnung 51 kann die dritte planare Elektrode 30 geschlossen umgeben und die dritte planare Elektrode 30 kann in einem Bereich einer Auflage auf der zweiten Opferschicht 142 aufliegen, um so die dritte planare Elektrode 30 zu tragen.
Gemäß dieser Ausführungsform ist ferner die erste planare Elektrode 10 in der weiteren funktionalen Schicht 130 gefertigt, die durch die weitere Opferschicht 143 von dem Substrat 100 getrennt ist. In vorteilhafter Weise kann somit die Elektrode 10 elektrisch von dem Substrat 100 entkoppelt werden. Außerdem lassen sich weitere elektrische und/oder mechanische Einheiten, wie beispielsweise Zuleitungen zu den Elektroden, in der weiteren funktionalen Schicht 143 realisieren.
1B zeigt eine schematische Schnittansicht eines mikromechanischen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Abwandlung zu dem zuvor beschriebenen mikromechanischen System 1, ist gemäß dieser Ausführungsform in einem mikromechanischen System 2 die erste planare Elektrode 10 in dem Substrat 100 gebildet. Hierfür kann ein Bereich 101 des Substrats 100 leitfähig gemacht werden, dies beispielsweise durch eine entsprechende Dotierung. Ferner kann der leitfähige Bereich 101 das gesamte Substrat 100 umfassen. Die Ankontaktierung der ersten planaren Elektrode 10 kann bei einer entsprechenden Verwendung eines leitfähigen Substrats beispielsweise durch einen rückseitigen Substratkontakt erfolgen. Gemäß dieser Ausführungsform können weitere funktionale Schichten und Opferschichten entfallen, was die Herstellung wesentlich vereinfachen kann.
1C zeigt eine Draufsicht eines Ausschnitts aus dem mikromechanischen System 1 und 2. Es ist lediglich der Anteil der ersten funktionalen Schicht 110 gezeigt, in dem die zweite planare Elektrode 20 gefertigt ist. Die zweite planare E lektrode 20 ist dabei durch eine Aufhängung 60 mit dem Rest der zweiten Schicht 120 beweglich verbunden. Die Aufhängung 60 kann elastische und/oder flexible mechanische Eigenschaften aufweisen, um, beispielsweise, die zweite planare Elektrode 20 im Sinne einer federnden Aufhängung mit einer Rückstellkraft als seismische Masse zu lagern.
Die erste, zweite und dritte Elektrode 10, 20, 30 sind von einem Rahmen, vorzugsweise von einem geschlossenen Rahmen umgeben. Der Rahmen wird durch einen Schichtaufbau gebildet, der die erste, die zweite und eine weitere funktionale Schicht 110, 120, 130 aufweist. Der Rahmen weist beispielsweise eine geschlossene Form auf, wie in 1C für die zweite Schicht 120 dargestellt ist. Der Rahmen bildet einen mechanischen Schutz für die Elektroden 10, 20, 30.
2A zeigt eine schematische Aufrissansicht eines mikromechanischen Systems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Demgemäß ist ein drittes mikromechanische System 3 in einem Schichtaufbau auf dem Substrat 100 gefertigt. Der Schichtaufbau weist die weitere Opferschicht 143, die weitere funktionale Schicht 130, die erste Opferschicht 141, die erste funktionale Schicht 110, die zweite Opferschicht 142 und die zweite funktionale Schicht 120 auf. Demgemäß ist die erste planare Elektrode 10 in der weiteren funktionalen Schicht 130 auf der weiteren Opferschicht 143 elektrisch isoliert auf dem Substrat 100 angeordnet. Über der ersten Elektrode 10 ist die zweite planare Elektrode 20 beweglich angeordnet. Die zweite planare Elektrode 20 kann dabei durch Aufhängungen 60, die insbesondere Teil der ersten funktionalen Schicht 110 sein können, an den Rest der Schicht 110 beweglich und/oder flexibel gelagert sein.
Über der zweiten planaren Elektrode 20 ist in der zweiten funktionalen Schicht 120 die dritte planare Elektrode 30 gefertigt. Die dritte planare Elektrode 30 kann ferner durch die Schlitzöffnung 51 von dem Rest der Schicht 120 elektrisch und/oder mechanisch entkoppelt sein. Die dritte planare Elektrode 30 weist ferner eine weitere Aufhängung 62 auf, die zumindest teilweise auf der zweiten Opferschicht 142 aufliegt und so die Elektrode 30 trägt. Ferner können bei der Herstellung in einem Bereich der Aufhängung 62 Öffnungen in der zweiten Opferschicht 142, in der ersten funktionalen Schicht 110 und in der ersten Opferschicht 141 vorgesehen werden, die mit einem leitfähigen Material aufgefüllt werden, um eine elektrische Ankontaktierung an die dritte planare Elektrode 30 bereitzustellen. Als Füllmaterial kann insbesondere Silizium oder das Material der zweiten funktionalen Schicht 120 dienen. Eine Bereitstellung der zweiten funktionalen Schicht und eine Ankontaktierung der dritten Elektrode 30 kann daher in vorteilhafter Weise in einem Herstellungsschritt erfolgen. Die Ankontaktierung kann in einer in der weiteren funktionalen Schicht 130 strukturierten Zuleistung weitergeführt werden.
Sowohl die zweite funktionale Schicht 120 als auch die erste funktionale Schicht 110 können Ätzöffnungen 50, beispielsweise Teil einer Perforation, aufweisen, um insbesondere einem selektiven Ätzmedium den Zugang zu den Opferschichten, wie beispielsweise der ersten Opferschicht 141, der zweiten Opferschicht 141 und der weiteren Opferschicht 143 zu ermöglichen.
Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Zusatzmasse 70 auf der zweiten planaren Elektrode 20 angeordnet. Die Zusatzmasse 70 kann, wie hier gezeigt, säulenförmig sein, und insbesondere aus einem Teil der dritten Schicht 130 strukturiert sein. Ferner kann die Zusatzmasse 70 auch unter der zweiten planaren Elektrode 20 angeordnet sein. Des Weiteren kann auch sowohl eine Zusatzmasse auf der zweiten planaren Elektrode 20, als auch unter der Elektrode 20 vorgesehen sein. Hierfür wird eine weitere Schlitzöffnung 52 in der zweiten funktionalen Schicht 120 vorgesehen, um so die Zusatzmasse 70 auf der zweiten planaren Elektrode 20 beweglich zu befestigten. Eine Fixierung der Zusatzmasse 70 an der zweiten planaren Elektrode 20 kann durch Adhäsionskräfte und/oder weitere Strukturierungs- und/oder Herstellungsverfahren ermöglicht werden. Des Weiteren kann auch in der zweiten funktionalen Schicht 120 eine Öffnung im Bereich der Schlitzöffnung 52 vorgesehen werden, und die Zusatzmasse 70 durch Abscheidung eines Materials, beispielsweise Silizium, auf der zweiten planaren Elektrode 20 abgeschieden werden.
Somit kann in vorteilhafter Weise eine Auslenkung der zweiten planaren Elektrode 20 bei gegebener Beschleunigung und/oder Kraft vergrößert werden. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer erhöhten differenzialen Änderung der ersten Kapazität und zweiten Kapazität, was insbesondere im Sinne einer erhöhten Auslesegenauigkeit bzw. Auslösezuverlässigkeit genutzt werden kann.
Gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Substrat 100, die erste funktonale Schicht 110, die zweite funktionale Schicht 120 und die dritte funktionale Schicht 130 Silizium und/oder polykristallines Silizium aufweisen. Das polykristalline Silizium kann insbesondere epitaktisch als epitaktisches polykristallines Silizium aufgebracht werden. Die erste Opferschicht 141, die zweite Opferschicht 142 und die weitere Opferschicht 143 können ferner Siliziumdioxid aufweisen. Somit können die Teile der Opferschichten 141, 142, 143 selektiv durch gut etablierte und reproduzierbare selektive Ätzverfahren entfernt werden, wohingegen die Strukturen in den Siliziumschichten, wie beispielsweise der ersten, zweiten und weiteren funktionalen Schicht 110, 120, 130, erhalten bleiben. Die notwendige Strukturierung der ersten, zweiten und weiteren funktionalen Schicht 110, 120, 130, beispielsweise zur Realisierung der Elektroden 10, 20, 30, der Ätzöffnungen 50, der Schlitzöffnungen 51 und/oder der weiteren Schlitzöffnung 52, kann durch anisotrope Plasma- und/oder innenunterstützte Ätzverfahren erfolgen, wie beispielsweise reaktives Ionenätzen (RIE). Ferner können die erste funktionale Schicht 120 und/oder die zweite funktionale Schicht 120 dotierte Bereiche umfassen, um insbesondere durch einen Bereich erhöhter Leitfähigkeit eine zweite Elektrode 20 und/oder eine dritte Elektrode 30 bereitzustellen.
2B zeigt eine schematische Draufsicht auf die erste planare Elektrode 10 und die zweite planare Elektrode 20 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite planare Elektrode 20 ist zusammen mit der Aufhängung 60 und einer Basis 22 einteilig aus der ersten funktionalen Schicht 110 strukturiert bzw. herausgearbeitet. In einem Bereich unter der Basis 22 bindet ein Teil der ersten Opferschicht 141, der bei der Herstellung verblieben ist, mechanisch die zweite planare Elektrode mit der Aufhängung 60 an die darunter liegenden Schichten, und damit auch an das Substrat 100. Zuleitungen 11, 21 können in der weiteren funktionalen Schicht 130 und/oder ersten funktionalen Schicht 110 strukturiert sein, um eine Ankontaktierung der ersten und zweiten planaren Elektrode 10, 20 bereitzustellen. Insbesondere kann die erste Opferschicht 141 eine Öffnung 220 aufweisen, die durch Füllung mit einem leitfähigen Material, bei spielsweise dem Material der ersten funktionalen Schicht 110, eine Ankontaktierung der zweiten planaren Elektrode 20 über die weitere funktionale Schicht 130 ermöglicht. Auf der zweiten planaren Elektrode 20 ist ferner die Zusatzmasse 70 angeordnet.
2C zeigt eine schematische Draufsicht auf die zweite planare Elektrode 20 und die dritte planare Elektrode 30 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die dritte planare Elektrode 30 ist zusammen mit der Zusatzmasse 70 aus der zweiten funktionalen Schicht 120 strukturiert bzw. herausgearbeitet. Die Zusatzmasse 70 ist hierbei durch die weitere Schlitzöffnung 52 von der dritten Elektrode 30 beabstandet, während die dritte Elektrode 30 von dem Rest der zweiten funktionalen Schicht 120 durch die Schlitzöffnung 51 mechanisch und/oder elektrisch entkoppelt ist.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines mikromechanischen Systems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite planare Elektrode 20 ist demgemäß zwischen der ersten planaren Elektrode 10 und der dritten planaren Elektrode 30 beweglich angeordnet. Die bewegliche Anordnung kann durch einen Aufhängungsbereich 61 erfolgen, der einstückig bzw. zusammenhängend mit der zweiten planaren Elektrode 20 aus der ersten funktionalen Schicht 110 herausgearbeitet ist. In einem Bereich eines ersten Kondensatorspalts 81 wird die erste Opferschicht und in einem Bereich eines zweiten Kondensatorspalts 82 wird die zweite Opferschicht entfernt und die zweite planare Elektrode 20 damit freitragend aufgehängt.
Gemäß dieser Ausführungsform, wird eine Zusatzmasse 71 zusammen mit der zweiten funktionalen Schicht 120 bereitgestellt, sodass die Zusatzmasse 71 und die zweite funktionale Schicht 120 dasselbe Material aufweisen, beispielsweise Silizium. Hierfür wird, bevor die zweite funktionale Schicht 120 auf der zweiten Opferschicht 142 abgeschieden wird, die zweite Opferschicht 142 in einem Bereich einer Grundfläche 710 der Zusatzmasse 71 entfernt. In diesem Bereich ist somit die erste funktionale Schicht 110 zugänglich, die ebenfalls Silizium aufweisen kann. Lassen sich die Materialien der ersten funktionalen Schicht 110 und zweiten funktionalen Schicht 120 verbinden, beispielsweise im Falle identischer Materialen, so wird die Zusatzmasse 71 mit der ersten funktionalen Schicht 110 fest während der Abscheidung verbunden. Danach kann eine Bereitstellung der Schlitzöffnung 52 erfolgen, um die Zusatzmasse 71 von dem Rest der zweiten funktionalen Schicht 120 abzutrennen und der Zusatzmasse 71 zusammen mit der zweiten planaren Elektrode 20 einen mechanischen Freiheitsgrad zu verleihen. Eine Höhendifferenz 711 zwischen der Oberfläche der Zusatzmasse 711 und der Oberfläche der zweiten funktionalen Schicht 120 kann aus diesem Herstellungsverfahren resultieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0773443 B1 [0002]

Claims

Mikromechanisches System (1, 2), umfassend – ein Substrat (100), – eine erste planare Elektrode (10), – eine zweite planare Elektrode (20), wobei die zweite planare Elektrode (20) beabstandet über der ersten planaren Elektrode (10) beweglich angeordnet ist, und – eine dritte planare Elektrode (30), wobei die dritte planare Elektrode (30) beabstandet über der zweiten planaren Elektrode (20) angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 1, wobei das System eine erste funktionale Schicht (110) und eine zweite funktionale Schicht (120) aufweist, wobei die zweite planare Elektrode (20), eine Aufhängung (60) und eine Basis (22) einstückig in der ersten funktionalen Schicht (110) strukturiert sind, und wobei die dritte planare Elektrode (30) in der zweiten funktionalen Schicht (120) strukturiert ist.
System gemäß Anspruch 2, wobei eine erste Opferschicht (141) zwischen dem Substrat (100) und der ersten funktionalen Schicht (110) angeordnet ist und eine zweite Opferschicht (142) zwischen der ersten funktionalen Schicht (110) und der zweiten funktionalen Schicht (120) angeordnet ist, wobei in einem Bereich der zweiten planaren Elektrode (20) die erste Opferschicht (141) einen ersten Kondensatorspalt (81) und die zweite Opferschicht (142) einen zweiten Kondensatorspalt (82) aufweist und wobei die Basis (22) vermittels der ersten Opferschicht (141) an das Substrat (100) gebunden ist.
System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die zweite funktionale Schicht (120) eine Schlitzöffnung (51) aufweist und wobei Schlitzöffnung (51) die dritte planare Elektrode (30) zumindest teilweise umgibt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Zusatzmasse (70) an der zweiten planaren Elektrode (20) angeordnet ist.
System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Zusatzmasse (70) auf der zweiten planaren Elektrode (20) angeordnet ist, wobei die Zusatzmasse (70) ein Material der zweiten funktionalen Schicht (120) aufweist, das mit dem Material der ersten funktionalen Schicht (110) verbunden ist.
System gemäß Anspruch 6, wobei die zweite funktionale Schicht (120) eine weitere Schlitzöffnung (52) aufweist und wobei die weitere Schlitzöffnung (52) die Zusatzmasse (70) von der zweiten funktionalen Schicht (120) trennt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat (100) einen leitfähigen Bereich (101) aufweist und der leitfähige Bereich (101) die erste planare Elektrode (10) umfasst.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei auf dem Substrat (100) eine weitere Opferschicht (143) und eine weitere funktionale Schicht (130) angeordnet sind, und wobei die erste planare Elektrode (10) in der weiteren funktionalen Schicht (130) strukturiert ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite planare Elektrode (20) mit einer Federstruktur (60) beweglich aufgehängt ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite planare Elektrode (20) und die dritte planare Elektrode (30) eine Ätzöffnung (50) aufweisen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das mikromechanische System (1, 2, 3) Teil eines mikromechanischen Beschleunigungssensors ist.
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems, umfassend: – Bereitstellen eines Substrats (100) mit einer ersten planaren Elektrode (10); – Bereitstellen einer ersten Opferschicht (141) und einer ersten funktionalen Schicht (110); – Strukturieren einer zweiten planaren Elektrode (20) und einer Aufhängung (60) in der ersten funktionalen Schicht (110); – Bereitstellen einer zweiten Opferschicht (142); – Bereitstellen einer zweiten funktionalen Schicht (120); – Strukturieren einer dritten planaren Elektrode (30) in der zweiten funktionalen Schicht (120); – Selektives Entfernen der ersten Opferschicht (141) in einem Bereich eines ersten Kondensatorspalts (81) und der zweiten Opferschicht (142) in einem Bereich eines zweiten Kondensatorspalts (82).
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Bereitstellen der ersten planaren Elektrode (10) – ein Bereitstellen einer weiteren Opferschicht (143) auf dem Substrat (100); – ein Bereitstellen einer weiteren funktionalen Schicht (130) und – ein Strukturieren der ersten planaren Elektrode (10) in der weiteren funktionalen Schicht (130) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei in der ersten funktionalen Schicht (110) und in der zweiten funktionalen Schicht (120) Ätzöffnungen (50) bereitgestellt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei in der zweiten funktionalen Schicht (120) eine Schlitzöffnung (51) bereitgestellt und wobei die Schlitzöffnung (51) die dritte planare Elektrode (30) von einem Rest der zweiten funktionalen Schicht (120) trennt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei vor dem Bereitstellen der zweiten funktionalen Schicht (120) in einem Bereich einer weiteren Aufhängung (62) in der zweiten Opferschicht (142), in der ersten funktionalen Schicht (110) und in der ersten Opferschicht (141) eine Öffnung bereitgestellt wird, und die Öffnung mit dem Material der zweiten funktionalen Schicht (120) gefüllt wird, um eine Ankontaktierung an die dritte planare Elektrode (30) bereitzustellen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei vor dem Bereitstellen der zweiten funktionalen Schicht (120) in der zweiten Opferschicht (142) eine Öffnung in einem Bereich einer Grundfläche (710) bereitgestellt wird, wobei die erste funktionale Schicht (110) in dem Bereich der Öffnung zugänglich wird und wobei während des Breitstellens der zweiten funktionalen Schicht (120) ein Material der zweiten funktionalen Schicht (120) mit einem Material der ersten funktionalen Schicht (110) verbunden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei nach dem Bereitstellen der zweiten funktionalen Schicht (120) in der zweiten funktionalen Schicht (120) eine weitere Schlitzöffnung (52) bereitgestellt wird, die einen Teil der zweiten funktionalen Schicht (120) abgrenzt um eine Zusatzmasse (71) in einem Breich der Grundfläche (710) auf der ersten funktionalen Schicht (110) zu bilden.