DE102008040522A1

DE102008040522A1 - Method for manufacturing micromechanical structure, involves applying sacrificial layer on substrate, applying sacrificial layer on function layer, and applying another sacrificial layer on function layer

Info

Publication number: DE102008040522A1
Application number: DE200810040522
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth; Christian Rettig; Juergen Butz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2010-01-21
Also published as: IT1397072B1; ITMI20091243A1

Abstract

The method involves applying a sacrificial layer on a substrate (1), applying the sacrificial layer on a function layer (3), and applying another sacrificial layer on the function layer. A surface layer is applied on the latter sacrificial layer. The latter sacrificial layer is structured, where the surface layer and the function layer are corroded together. The function layer or the surface layer is made of silicon, where a poly-silicon activation layer is applied on the latter sacrificial layer, on which poly-silicon layer is separated. An independent claim is included for a micromechanical structure, which has a substrate and sacrificial layer.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a method for producing a micromechanical Structure according to the preamble of claim 1.

Solche Verfahren sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 195 37 814 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Sensoren, wie Beschleunigungs- und Drehratensensoren, bekannt, bei dem auf einem Substrat eine Leitschicht, eine zweite Isolationsschicht und eine Siliziumschicht aufgebracht wird, wobei die Leitschicht und die zweite Isolationsschicht vor dem Abscheiden der nachfolgenden Schicht strukturiert werden und wobei Gräben in die Siliziumschicht eingebracht werden, die von der Oberseite der Siliziumschicht bis zur zweiten Isolationsschicht reichen und wobei durch die Gräben hindurch ein Ätzmedium an die zweite Isolationsschicht herangebracht wird. Durch das Ätzverfahren durch die Gräben der Siliziumschicht hindurch werden in der Siliziumschicht bewegliche Siliziumstrukturen erzeugt, deren Bewegung über Bestimmung von Kapazitätsänderungen messbar sind. Zur hermetischen Versiegelung der beweglichen Siliziumstrukturen wird auf die Siliziumschicht eine Glaslotschicht zur Verbindung der Siliziumschicht mit einem Deckel aufgebracht. Nachteilig daran ist, dass die Herstellung des Deckels vergleichsweise aufwändig ist und zusätzlich auf dem Substrat eine vergleichsweise große Fläche für die Glaslotverbindung zwischen der Siliziumschicht und dem Deckel benötigt wird, welche nicht für bewegliche Siliziumstrukturen nutzbar ist.Such methods are well known. For example, from the document DE 195 37 814 A1 a method for the production of sensors, such as acceleration and rotation rate sensors, is known, in which a conductive layer, a second insulating layer and a silicon layer is applied to a substrate, wherein the conductive layer and the second insulating layer are patterned before depositing the subsequent layer and wherein trenches are introduced into the silicon layer, which extend from the top of the silicon layer to the second insulating layer and wherein an etching medium is brought to the second insulating layer through the trenches. Through the etching process through the trenches of the silicon layer, movable silicon structures are generated in the silicon layer, whose movement can be measured by determining changes in capacitance. For hermetic sealing of the movable silicon structures, a glass solder layer for connecting the silicon layer to a lid is applied to the silicon layer. The disadvantage of this is that the manufacture of the lid is comparatively complicated and in addition a comparatively large area is required on the substrate for the glass solder connection between the silicon layer and the lid, which is not usable for movable silicon structures.

Aus der Druckschrift DE 199 61 578 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors mit einer mikromechanischen Struktur auf Siliziumbasis, die in einem Sensorraum eines Grundwafers integriert ist, und einer den Grundwafer zumindest im Bereich des Sensorraums abdeckenden Abdeckung, wobei die Abdeckung aus einer für ein Ätzmedium und die Reaktionsprodukte durchlässigen Abscheideschicht und einer darüber liegenden hermetisch dichtenden Abdichtungsschicht besteht.From the publication DE 199 61 578 Furthermore, a method for producing a sensor with a silicon-based micromechanical structure, which is integrated in a sensor space of a base wafer, and a cover covering the base wafer at least in the region of the sensor space, wherein the cover of a for an etching medium and the reaction products permeable Abscheideschicht and an overlying hermetically sealed sealing layer.

Nachteilig an dieser Abdeckung des Sensorraums ist, dass keine Sensorstrukturen mit vergleichsweise breiten Gräben auf diese Weise abdeckbar, da die Gräben durch eine Oxidschicht unter der Abscheideschicht verschlossen werden müssen. Zusätzlich besteht ein vergleichsweise hohes Prozessrisiko, wenn die Siliziumstrukturen nicht zuverlässig geschlossen werden. In den dann entstehenden offenen Gräben und Kavernen können Hilfsmedien im weiteren Prozessfortgang nicht sicher entfernt werden und damit in weiteren Prozessschritt Kontaminationen verursachen. Dies gilt insbesondere, wenn auf dem Wafer eine CMOS-Schaltung integriert werden soll. Beim Abscheiden der transparenten Abscheideschicht besteht weiterhin das Risiko, dass es bei hohen Prozesstemperaturen zu Umlagerungen der bereits strukturierten Siliziumschicht kommt und damit die Sensoreigenschaften verschlechtert werden.adversely At this cover of the sensor space is that no sensor structures with relatively wide trenches coverable in this way, because the trenches through an oxide layer under the Abscheideschicht must be closed. In addition exists a comparatively high process risk if the silicon structures not closed reliably. In the then resulting open trenches and caverns can help media in the further course of the process can not be safely removed and thus cause contamination in a further process step. this applies especially when integrated on the wafer with a CMOS circuit shall be. Upon deposition of the transparent deposition layer There is still the risk that it will be at high process temperatures comes to rearrangements of the already structured silicon layer and thus the sensor properties are degraded.

Aus der Druckschrift DE 42 41 045 C1 ist ferner ein Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silizium bekannt, wobei Gräben in einer Siliziumschicht mit vergleichsweise hohem Aspektverhältnis hergestellt werden.From the publication DE 42 41 045 C1 Furthermore, a method for anisotropic etching of silicon is known, wherein trenches are produced in a silicon layer with a comparatively high aspect ratio.

Aus der Druckschrift DE 43 17 174 A1 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Verbundsystemen mit mindestens zwei Schichten bekannt, wobei die Herstellung einer Oxidschicht hervorgeht.From the publication DE 43 17 174 A1 Furthermore, a method for the production of composite systems with at least two layers is known, wherein the production of an oxide layer emerges.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und die erfindungsgemäße mikromechanische Struktur gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine zuverlässige und hermetische Abdichtung der Funktionsschicht mittels der Deckschicht in einem vergleichsweise kostengünstigen und gut beherrschbaren Herstellungsverfahren ermöglicht wird. Insbesondere wird eine Abdichtung der Funktionsschicht ermöglicht, welche unabhängig von der Strukturierung der Funktionsschicht ist, so dass im Gegensatz zum Stand der Technik auch Funktionsschichten mit beliebig breiten Kavernen in der Funktionsschicht durch die Deckschicht abdeckbar bzw. abdichtbar sind und somit die Designfreiheit bei der Ausbildung der Funktionsschicht in besonders vorteilhafter Weise gesteigert wird.The inventive method for producing a micromechanical structure and the inventive micromechanical structure according to the siblings Claims have over the prior art the advantage of having a reliable and hermetic seal the functional layer by means of the cover layer in a comparatively inexpensive and easy to control manufacturing process is possible. In particular, a seal of the Functional layer allows which independent from the structuring of the functional layer is, so that in contrast to State of the art also functional layers with arbitrarily wide caverns in the functional layer can be covered or sealed by the cover layer and thus the design freedom in the formation of the functional layer is increased in a particularly advantageous manner.

Darüberhinaus sind die technologischen Anforderungen an das Aufbringen der zweiten Oxidschicht im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich geringer, da keine Kavernen in der Funktionsschicht durch die zweite Oxidschicht zuverlässig geschlossen werden müssen, da das transparent machen der Deckschicht für das Ätzmittel und das Strukturieren der Funktionsschicht gemeinsam im siebten Verfahrensschritt durchgeführt werden. Ferner werden dadurch die Kontaminationsrisiken durch eine mögliche undichte Oxidschicht ausgeschlossen. Eine weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur ist, dass eine thermische Umlagerungen der Funktionsschicht bei der Abscheidung der Deckschicht ausgeschlossen ist, da die Funktionsschicht erst im siebten Herstellungsschritt vorzugsweise zeitlich nach dem Abscheiden der Deckschicht im vierten Herstellungsschritt strukturiert wird. Durch die Reduzierung der Kontaminationsrisiken, sowie der Risiken einer thermischen Umlagerung sind besonders vorteilhaft CMOS-Schaltungen in der mikromechanischen Struktur ohne Einschränkungen herstellbar. Die aufgeführten Vorteile werden dadurch erreicht, dass die zweite Opferschicht im sechsten Herstellungsschritt insbesondere zeitlich vor dem vierten Herstellungsschritt zum Aufbringen der Deckschicht auf die zweite Opferschicht strukturiert wird, so dass die zweite Opferschicht als Maske zur Strukturierung der Funktionsschicht im siebten Herstellungsschritt fungiert. Somit ist es möglich, die Kavernen in der Funktionsschicht erst nach dem Aufbringen der Deckschicht durch den Ätzvorgang im siebten Herstellungsschritt zu erzeugen, so dass beim Aufbringen der Deckschicht keine Kavernen in der Funktionsschicht durch die Deckschicht überbrückt werden müssen. Durch das Aufbringen der Maske auf die Deckschicht im fünften Herstellungsschritt werden im siebten Herstellungsschritt definierte Ätzzugänge in die Deckschicht geätzt, durch welche das Ätzmittel auch in die Funktionsschicht gelangt. Im siebten Verfahrensschritt wird somit besonders vorteilhaft gleichzeitig die Deckschicht für das Ätzmittel transparent gemacht und die Funktionsschicht strukturiert. Bevorzugt werden die Ätzzugänge parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats vergleichsweise schmal ausgebildet, so dass die Deckschicht in späteren Herstellungsschritten mittels einer Abdeckschicht bedeckbar und somit die Funktionsschicht hermetisch abdichtbar ist.In addition, the technological requirements for the application of the second oxide layer compared to the prior art are much lower, since no cavities in the functional layer must be reliably closed by the second oxide layer, since the transparent make the cover layer for the etchant and the structuring of the functional layer in common be carried out in the seventh process step. Furthermore, this eliminates the risk of contamination from a possible leaking oxide layer. A further advantage of the method according to the invention for producing a micromechanical structure is that a thermal rearrangement of the functional layer in the deposition of the cover layer is ruled out since the functional layer is preferably structured in the fourth production step only after the deposition of the cover layer in the seventh production step. By reducing the risk of contamination and the risks In a thermal rearrangement, CMOS circuits in the micromechanical structure can be produced particularly advantageously without any restrictions. The listed advantages are achieved by structuring the second sacrificial layer in the sixth production step, in particular temporally before the fourth production step for applying the cover layer to the second sacrificial layer, so that the second sacrificial layer acts as a mask for structuring the functional layer in the seventh production step. Thus, it is possible to generate the caverns in the functional layer only after the application of the cover layer by the etching process in the seventh manufacturing step, so that no cavities in the functional layer must be bridged by the cover layer during application of the cover layer. By applying the mask to the cover layer in the fifth production step, defined etching accesses are etched into the cover layer in the seventh production step, through which the etchant also enters the functional layer. In the seventh method step, the cover layer for the etchant is thus rendered particularly transparent at the same time and the functional layer is structured. Preferably, the etching accesses are formed comparatively narrow parallel to a main extension plane of the substrate, so that the cover layer can be covered in later production steps by means of a cover layer and thus the functional layer is hermetically sealable.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu entnehmen.advantageous Refinements and developments of the invention are the subclaims, and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der sechste Herstellungsschritt zeitlich vor dem fünften Herstellungsschritt durchgeführt wird und/oder dass in einem vierzehnten Herstellungsschritt die ersten und/oder die zweite Opferschicht geätzt wird, so dass besonders vorteilhaft zwischen der Funktionsschicht und der Deckschicht eine vergrabene Maskenschicht ausgebildet wird und somit die Funktionsschicht in dem nachfolgenden siebten Herstellungsschritt strukturierbar ist. Besonders vorteilhaft sind somit beliebig breite Kavernen und unterätzte Bereiche in der Funktionsschicht realisierbar.According to one preferred development is provided that the sixth manufacturing step in time performed before the fifth production step and / or that in a fourteenth manufacturing step the first and / or the second sacrificial layer is etched, so that particularly advantageous between the functional layer and the Cover layer is formed a buried mask layer and thus the functional layer in the subsequent seventh manufacturing step is structurable. Thus, any width are particularly advantageous Caverns and undercut areas in the functional layer realizable.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Funktionsschicht und/oder die Deckschicht Silizium umfasst, wobei der vierte Herstellungsschritt bevorzugt ein Aufbringen einer Polysiliziumstartschicht auf die zweite Opferschicht und ein epitaktisches Abscheiden einer Polysiliziumschicht auf der Polysiliziumstartschicht umfasst. Besonders vorteilhaft sind somit mikromechanische Halbleiterstrukturen mit Standardherstellungsverfahren in besonders einfacher und kostengünstig zu realisierender Weise herstellbar.According to one Another preferred embodiment provides that the functional layer and / or the cover layer comprises silicon, wherein the fourth fabrication step preferably, applying a polysilicon starter layer to the second sacrificial layer and epitaxial deposition of a polysilicon layer on the polysilicon seed layer. Especially advantageous are thus micromechanical semiconductor structures with standard production methods in a particularly simple and inexpensive to implement Way to produce.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Deckschicht in einem achten Herstellungsschritt zumindest teilweise dotiert und/oder insbesondere mittels eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens planarisiert wird. Besonders vorteilhaft führt die Planarisierung der Deckschicht zu einer Erhöhung der Auflösung bei möglichen nachfolgenden fotolithographischen Herstellungsschritten. Eine Dotierung der Deckschicht ermöglicht in späteren Herstellungsschritten eine elektrische Kontaktierung der Funktionsschicht mittels der Deckschicht, wobei auf der Deckschicht vorzugsweise Bondlands ausgebildet sind.According to one Another preferred embodiment provides that the cover layer at least partially doped in an eighth production step and / or in particular by means of a chemical-mechanical polishing process is planarized. Particularly advantageous is the planarization of Top coat to increase the resolution at possible subsequent photolithographic production steps. A doping the topcoat allows in later manufacturing steps an electrical contacting of the functional layer by means of Cover layer, wherein formed on the top layer preferably Bondlands are.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem neunten Herstellungsschritt eine erste Leitschicht innerhalb der ersten Opferschicht angeordnet wird und/oder dass im fünften Herstellungsschritt die Maske durch Aufbringen einer zweiten Leitschicht auf die Deckschicht hergestellt wird und/oder dass in einem zehnten Herstellungsschritt, insbesondere zeitlich vor dem fünften Herstellungsschritt, eine dritte Leitschicht auf die Deckschicht aufgebracht wird, wobei die erste, zweite und/oder dritte Leitschicht vorzugsweise ein Metall umfassen. Die erste, zweite und/oder dritte Leitschicht dient vorteilhaft zur späteren elektrischen Kontaktierung der mikromechanischen Struktur und insbesondere von Strukturen in der Funktionsschicht, wobei insbesondere die vergrabene erste Leitschicht in vorteilhafter Weise eine Kontaktierung der Funktionsschicht von der Substratseite aus ermöglicht. Durch die Realisierung der Maske mittels Aufbringen einer zweiten Leiterschicht ist ein weiterer lithographischer Herstellungsschritt zur Vorbereitung der Deckschichtstrukturierung einsparbar.According to one Another preferred development is provided that in one ninth manufacturing step, a first conductive layer within the first Is arranged sacrificial layer and / or that in the fifth manufacturing step the mask made by applying a second conductive layer on the cover layer is and / or that in a tenth manufacturing step, in particular time before the fifth production step, a third Conductive layer is applied to the topcoat, the first, second and / or third conductive layer preferably comprise a metal. The first, second and / or third conductive layer is advantageous for later electrical contacting of the micromechanical Structure and in particular of structures in the functional layer, wherein in particular the buried first conductive layer in an advantageous manner contacting the functional layer from the substrate side allows. By the realization of the mask by applying a second conductor layer is another lithographic production step to save the preparation of the top layer structuring.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im fünften Herstellungsschritt die Maske derart strukturiert wird, dass die Struktur der Maske zumindest teilweise der Struktur der zweiten Opferschicht entspricht, so dass die Deckschicht als im Wesentlichen strukturgleiches und symmetrisches Übergitter zur Funktionsschicht ausgebildet ist und somit besonders vorteilhaft ein vergleichsweise kritisches Ätzverhalten an Kanten der Funktionsschicht nicht durch die darüberlegenden Strukturen in der Deckschicht beeinflusst wird.According to one Another preferred embodiment provides that in the fifth Manufacturing step, the mask is structured such that the structure the mask at least partially the structure of the second sacrificial layer corresponds, so that the cover layer as substantially structurally identical and formed symmetrical superlattice to the functional layer is and thus particularly advantageous a comparatively critical etching behavior at edges of the functional layer not by the overlying ones Structures in the cover layer is affected.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im siebten und/oder vierzehnten Herstellungsschritt vollständig unterätzte Bereiche der Deckschicht, Gräben in der Deckschicht, welche senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats zumindest teilweise eine Querschnittsänderung aufweisen, und/oder bewegliche Elemente in der Funktionsschicht erzeugt werden. Besonders vorteilhaft werden somit mikromechanische Sensorstrukturen beispielsweise für Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren in der Funktionsschicht ausgebildet. Die Deckschicht ist im Bereich der beweglichen Elemente in der Funktionsschicht vollständig unterätzt, damit die im sechstens Herstellungsschritt strukturierte zweite Opferschicht als Maskenschicht für die Funktionsschicht fungiert und die beweglichen Elemente keine mechanische Anbindung an die Deckschicht aufweisen. Die Gräben weisen insbesondere ein vergleichsweise hohes Aspektverhältnis auf. Durch die Wahl geeigneter Ätzparameter wird eine Verbeiterung des Querschnitts der Gräben in die Tiefe, d. h. in Richtung des Substrats, erreicht. Insbesondere werden das Ätzprofil beim Ätzen der Deckschicht, die Dicke der Deckschicht und die Geometrie der Gräben derart gewählt, dass im Bereich der beweglichen Strukturen eine Vereinigung benachbarter Ätzflanken vor der zweiten Opferschicht, d. h. insbesondere vom Substrat aus gesehen oberhalb der zweiten Opferschicht, realisiert wird. Bevorzugt werden die Ätzparameter mit der Tiefe der Gräben variiert, so dass zunächst eine möglich senkrechte Ätzflanke erzeugt, wobei vergleichsweise schmale und später gut verschließbare Gräben entstehen, und anschließend sich der Querschnitt der Gräben verbreitert. Abschließend und insbesondere kurz vor Erreichen der zweiten Opferschicht wird wieder eine möglichst senkrechte Ätzflanke erzeugt, um die beweglichen Strukturen in der Funktionsschicht möglichst senkrecht zu ätzen und somit vergleichsweise gute Sensoreigenschaften zu erreichen. Das anschließende Freiätzen der beweglichen Strukturen umfasst insbesondere ein Gasphaseätzverfahren.According to a further preferred development, it is provided that in the seventh and / or fourteenth production step completely under-etched areas of the cover layer, trenches in the cover layer, which at least partially have a cross-sectional change perpendicular to a main extension plane of the substrate, and / or movable elements are produced in the functional layer , Micromechs are thus particularly advantageous formed chanic sensor structures, for example, for acceleration sensors and / or rotation rate sensors in the functional layer. The cover layer is completely undercut in the region of the movable elements in the functional layer, so that the second sacrificial layer structured in the sixth production step functions as a mask layer for the functional layer and the movable elements have no mechanical connection to the cover layer. The trenches in particular have a comparatively high aspect ratio. By choosing suitable etching parameters, a working of the cross section of the trenches in the depth, ie in the direction of the substrate is achieved. In particular, the etching profile during the etching of the cover layer, the thickness of the cover layer and the geometry of the trenches are selected such that in the region of the movable structures, a combination of adjacent etching edges in front of the second sacrificial layer, ie, seen in particular from the substrate above the second sacrificial layer, is realized. Preferably, the etching parameters are varied with the depth of the trenches, so that initially generates a possible vertical etching edge, wherein comparatively narrow and later good closable trenches arise, and then widens the cross section of the trenches. Finally, and in particular shortly before reaching the second sacrificial layer, an as far as possible etched edge is generated again in order to etch the movable structures in the functional layer as vertically as possible and thus to achieve comparatively good sensor properties. The subsequent free etching of the movable structures comprises in particular a gas phase etching process.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im siebten Herstellungsschritt Stützbereiche zum Abstützen der Deckschicht auf der Funktionsschicht und/oder Anschlagsbereiche zur Begrenzung einer Bewegung eines beweglichen Elements in Richtung der Deckschicht erzeugt werden. Besonders vorteilhaft wird durch den Stützbereich oder einer Vielzahl von Stützbereichen die Überbrückung von beliebig großen Bereichen in der Funktionsschicht durch die Deckschicht ermöglicht. Die Gefahr einer mechanischen Beschädigung der Deckschicht im Bereich der Überbrückung und/oder einer mechanischen Beschädigung der beweglichen Elemente durch zu große Auslenkungen aus einer Ruhelage sind durch die Stütz- und/oder Anschlagsbereich besonders vorteilhaft in erheblicher Weise reduzierbar.According to one Another preferred development is provided that in the seventh Manufacturing step supporting areas for supporting the cover layer on the functional layer and / or stop areas for limiting movement of a movable element in the direction the cover layer are generated. Is particularly advantageous the support area or a plurality of support areas the bridging of any size Regions in the functional layer through the cover layer allows. The risk of mechanical damage to the cover layer in the field of bridging and / or mechanical Damage to the movable elements due to excessive Distractions from a rest position are by the support and / or Stopping area particularly advantageous in a considerable manner reducible.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem elften Herstellungsschritt eine Abdeckschicht auf die Deckschicht aufgebracht wird, wobei die Abdeckschicht bevorzugt zum hermetischen Verschluss der Gräben vorgesehen ist und wobei besonders bevorzugt ein definierter Innendruck im Bereich der beweglichen Elemente eingestellt wird. Besonders vorteilhaft wird auch die Funktionsschicht und die beweglichen Elemente durch den hermetischen Verschluss der Gräben mittels der Abdeckschicht hermetisch abgeschlossen. Besonders vorteilhaft wird ein Verfahren zur Abscheidung der Abdeckschicht auf der Deckschicht verwendet, welches die Beimengung von Inertgasen während der Abscheidung erlaubt, so dass der Innendruck gezielt einstellbar ist. Vorzugsweise umfasst die Abdeckschicht eine Schichtfolge unterschiedlicher Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien. Ein Teil des abgeschiedenen Materials wird immer auch auf den freibeweglichen Strukturen kommen. Damit ist es denkbar, in einer ersten Teilabscheidung einer ersten Teilschicht ein Material zu verwenden, das Volumen bzw. Schichteigenschaften hat, die für die beweglichen Elemente günstiger oder zumindest nicht stark störend sind und in einer zweiten Teilabscheidung zur Versieglung der Deckschicht eine zweite Teilschicht mit einem Material abgeschieden wird, welches für die beweglichen Elemente vergleichsweise günstige Oberflächeneigenschaften aufweist, so dass mögliche schlechtere Volumeneigenschaften aufgrund der reduzierten Dicke der zweiten Teilschicht vorteilhafter Weise reduzierbar sind. Dieser vorteilhafte Effekt wird besonders bevorzugt durch verschiedene Querschnitte der Gräben verstärkt, wobei vergleichsweise schmale Gräben durch die erste Teilschicht und breitere Gräben durch die zweite Teilschicht abgedeckt werden. Die Beschichtung der beweglichen Elemente ist ganz besonders bevorzugt durch ein entsprechenden Verhältnis von schmaleren zu breiteren Gräben eingestellt werden. Insbesondere ist eine Beschichtung der Abdeckschicht mit weiteren Teilschichten zur Streßreduzierung und/oder zur Verlängerung der Lebensdauer vorgesehen. Die Abdeckschicht bzw. die Teilschichten werden optional durch weitere fotolithographische Herstellungsschritte an den Bondlands zur Erzeugung elektrischer Kontakte geöffnet.According to one Another preferred development is provided that in one eleventh manufacturing step, a cover layer applied to the cover layer is preferred, wherein the cover layer preferably for hermetic closure the trenches is provided and being particularly preferred a defined internal pressure in the range of the movable elements set becomes. Particularly advantageous is the functional layer and the moving elements through the hermetic closure of the trenches hermetically sealed by means of the cover layer. Especially advantageous is a method for depositing the cover layer on the cover layer used, which is the addition of inert gases during the deposition allowed, so that the internal pressure selectively adjustable is. Preferably, the cover layer comprises a layer sequence of different Partial layers of different materials. Part of the secluded Materials will always come on the freely moving structures. In order to it is conceivable in a first partial deposition of a first partial layer to use a material that has volume or layer properties which is cheaper for the moving elements or at least are not very disturbing and in a second Partial deposition for sealing the cover layer, a second sub-layer is deposited with a material suitable for the mobile Has comparatively favorable surface properties, so that possible worse volume properties due the reduced thickness of the second sub-layer advantageously are reducible. This advantageous effect is particularly preferred reinforced by different cross sections of the trenches, wherein comparatively narrow trenches through the first part-layer and wider trenches covered by the second sublayer become. The coating of the moving elements is very special preferably by a corresponding ratio of narrower be set to wider trenches. In particular a coating of the covering layer with further partial layers for stress reduction and / or to extend the life provided. The Covering layer or the partial layers are optionally further Photolithographic manufacturing steps at Bondlands for production electrical contacts open.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem zwölften Herstellungsschritt auf der Deckschicht eine weitere zweite Opferschicht und in einem dreizehnten Herstellungsschritt auf der weiteren zweiten Opferschicht eine weitere Deckschicht aufgebracht wird, wobei die weitere Deckschicht vorzugsweise im siebten Herstellungsschritt zusammen mit der Deckschicht und der Funktionsschicht geätzt wird. Besonders vorteilhaft ist somit die Herstellung von Z-Beschleunigungssensoren möglich, welche parallel einer Z-Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene sensitiv sind. Im Bereich der beweglichen Elemente sind in der Deckschicht Elektrode zur Detektion einer Bewegung der beweglichen Elemente parallel zur Z-Richtung ausgebildet, wobei in diesem Fall die weitere Deckschicht zum Tragen der Abdeckschicht zur hermetischen Abdichtung der mikromechanische Struktur bzw. der Funktionsschicht fungiert. Die beweglichen Elemente fungieren sowohl als seismische Masse, als auch als Elektroden. Die Deckschicht und/oder die weiteren Deckschichten sind vorzugsweise als Elektroden- und/oder Verdrahtungsebenen ausgebildet.According to a further preferred embodiment, it is provided that in a twelfth production step on the cover layer, a further second sacrificial layer and in a thirteenth manufacturing step on the further second sacrificial layer another cover layer is applied, wherein the further cover layer preferably in the seventh manufacturing step together with the cover layer and the Functional layer is etched. Thus, the production of Z acceleration sensors which are sensitive parallel to a Z direction perpendicular to the main extension plane is possible in a particularly advantageous manner. In the region of the movable elements, electrodes for detecting a movement of the movable elements parallel to the Z direction are formed in the cover layer, in which case the further cover layer for supporting the cover layer for hermetic sealing of the micromechanical structure or the functional layer fun yaws. The moving elements act as seismic mass as well as electrodes. The cover layer and / or the further cover layers are preferably designed as electrode and / or wiring planes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem Schaltungsbereich der mikromechanischen Struktur im zweiten und vierten Herstellungsschritt epitaktisches Silizium aufgewachsen wird, wobei in fünfzehnten Herstellungsschritten CMOS-Schaltungsstrukturen im Schaltungsbereich erzeugt werden, wobei in einem sechzehnten Herstellungsschritt die CMOS-Schaltungsstrukturen mit der ersten, zweiten und/oder dritten Leitschicht elektrisch leitfähig verbunden werden. Besonders vorteilhaft wird somit die gemeinsame Realisierung eines mikromechanischen Funktionsbereichs, vorzugsweise mit der Funktionsschicht, den Elektroden und/oder den beweglichen Elementen, und einer mikroelektronischen Auswerteschaltung zur Auswertung und/oder Ansteuerung des mikromechanischen Funktionsbereichs auf nur einem einzigen Substrat ermöglicht.According to one Another preferred development is provided that in one Circuit area of the micromechanical structure in the second and grown fourth epitaxial silicon manufacturing step wherein, in fifteenth manufacturing steps, CMOS circuit structures be generated in the circuit area, wherein in a sixteenth Manufacturing step, the CMOS circuit structures with the first, second and / or third conductive layer electrically conductive get connected. Thus, the common realization is particularly advantageous a micromechanical functional area, preferably with the Functional layer, the electrodes and / or the movable elements, and a microelectronic evaluation circuit for evaluation and / or Control of the micromechanical functional area on only one single substrate allows.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem siebzehnten Herstellungsschritt auf die Deckschicht, die weitere Deckschicht und/oder auf die Abdeckschicht eine Verkappungsschicht insbesondere mittels eines Bondverfahrens aufgebracht wird. Besonders vorteilhaft wird somit die Deckschicht nicht zum Tragen der Abdeckschicht verwendet, sondern ist als weitere mikromechanische Funktionsschicht nutzbar, wie beispielsweise als Elektroden- und/oder Verdrahtungsebene bei der Realisierung des Z-Beschleunigungssensors. Eine Versiegelung der mikromechanischen Strukturen erfolgt in diesem Falle mittels der Verkappungsschicht, welche beispielsweise durch ein eutektisches Bondverfahren, Kalt-Verstemmung und/oder ein Direktbondverfahren auf der Deckschicht angeordnet wird.According to one Another preferred development is provided that in one seventeenth manufacturing step on the topcoat, the further topcoat and / or on the cover layer, a capping layer in particular is applied by means of a bonding process. Especially advantageous Thus, the top layer is not used to support the cover layer, but can be used as a further micromechanical functional layer, as for example as an electrode and / or wiring level the realization of the Z acceleration sensor. A seal the micromechanical structures takes place in this case by means of the capping layer, which, for example, by a eutectic Bonding method, cold caulking and / or direct bonding method is arranged on the cover layer.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine mikromechanische Struktur, wobei die mikromechanische Struktur ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete erste Opferschicht, eine auf der ersten Opferschicht angeordnet Funktionsschicht, eine auf der Funktionsschicht angeordnete zweite Opferschicht und eine auf der zweiten Opferschicht angeordnete Deckschicht aufweist, wobei die Funktionsschicht bewegliche Elemente aufweist. Besonders vorteilhaft ermöglicht dieser Aufbau, wie oben bereits detailiert ausgeführt, die Realisierung von beweglichen Elementen und beliebig ausgebildeten bzw. dimensionierten Kavernen in der Funktionsschicht, wobei gleichzeitig eine zuverlässige Abdeckung der Funktionsschicht mit den beweglichen Elementen durch die Deckschicht realisiert wird. Besonders vorteilhaft werden somit Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensor mit vergleichsweise guten Sensoreigenschaften ermöglicht, welche im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich einfacher und damit kostengünstiger herstellbar sind.One Another object of the present invention is a micromechanical Structure, wherein the micromechanical structure is a substrate, a arranged on the substrate first sacrificial layer, one on the first Sacrificial layer arranged functional layer, one on the functional layer arranged second sacrificial layer and one on the second sacrificial layer arranged covering layer, wherein the functional layer movable Has elements. Particularly advantageous allows this Construction, as already detailed above, the realization of movable elements and arbitrarily designed or dimensioned Caverns in the functional layer, while maintaining a reliable Covering the functional layer with the moving elements the cover layer is realized. Thus, particularly advantageous Acceleration sensors and / or yaw rate sensor with comparatively good sensor properties possible, which in comparison to the prior art much easier and thus cheaper can be produced.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Deckschicht Gräben aufweist, welche durch eine vorzugsweise auf der Deckschicht angeordnete Abdeckschicht hermetisch verschlossen sind und/oder dass eine erste Leitschicht in der ersten Opferschicht und/oder eine zweite und/oder dritte Leitschicht auf der Deckschicht angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ermöglicht die Abdeckschicht eine hermetische Abdichtung der mikromechanischen Struktur bzw. der Funktionsschicht trotz variabel dimensionierter Kavernen in der Funktionsschicht.According to one preferred development is provided that the top layer trenches which is arranged by a preferably on the cover layer Cover are hermetically sealed and / or that a first Conductive layer in the first sacrificial layer and / or a second and / or third Conductive layer is disposed on the cover layer. Especially advantageous allows the cover layer a hermetic seal the micromechanical structure or the functional layer despite variable dimensioned caverns in the functional layer.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mikromechanische Struktur eine CMOS-Schaltungsstruktur aufweist, welche insbesondere zumindest teilweise elektrisch leitfähig mit der ersten, der zweiten und/oder der dritten Leitschicht verbunden ist und/oder dass die mikromechanische Struktur einen mikromechanischen Sensor und insbesondere einen Beschleunigungs- und/oder Drehratensensor umfasst. Besonders vorteilhaft wird somit die Realisierung sowohl eines mikromechanischen Funktionsbereichs, als auch einer mikroelektronischen Auswerteschaltung zur Auswertung und/oder Ansteuerung des mikromechanischen Funktionsbereichs auf nur einem einzigen Substrat ermöglicht.According to one Another preferred embodiment provides that the micromechanical structure a CMOS circuit structure, which in particular at least partially electrically conductive with the first, the second and / or the third conductive layer is connected and / or that the micromechanical structure of a micromechanical sensor and in particular an acceleration and / or rotation rate sensor. Especially Thus, the realization of both a micromechanical is advantageous Functional area, as well as a microelectronic evaluation circuit for evaluation and / or control of the micromechanical functional area on only a single substrate allows.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description explained in more detail.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigenIt demonstrate

1 eine schematische Seitenansicht einer mikromechanische Sensorstruktur gemäß dem Stand der Technik, 1 1 a schematic side view of a micromechanical sensor structure according to the prior art,

2 eine schematische Seitenansicht einer ersten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 1 is a schematic side view of a first precursor structure for producing a micromechanical structure according to a first embodiment of the present invention,

3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3 FIG. 2 shows a schematic side view of a second precursor structure for producing a micromechanical structure according to the first embodiment of the present invention, FIG.

4 eine schematische Seitenansicht einer dritten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4 FIG. 2 shows a schematic side view of a third precursor structure for producing a micromechanical structure according to the first embodiment of the present invention, FIG.

5 eine schematische Seitenansicht einer vierten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 5 FIG. 2 a schematic side view of a fourth precursor structure for producing a micromechanical structure according to the first embodiment of the present invention, FIG.

6 eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 6 1 is a schematic side view of a micromechanical structure according to the first embodiment of the present invention,

7 eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 7 1 is a schematic side view of a micromechanical structure according to a second embodiment of the present invention,

8 eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 8th 1 is a schematic side view of a micromechanical structure according to a third embodiment of the present invention,

9 eine schematische Seitenansicht einer fünften Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 9 FIG. 2 shows a schematic side view of a fifth precursor structure for producing a micromechanical structure according to a fourth embodiment of the present invention, FIG.

10 eine schematische Seitenansicht einer sechstens Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 10 FIG. 2 shows a schematic side view of a sixth precursor structure for producing a micromechanical structure according to the fourth embodiment of the present invention, FIG.

11 eine schematische Seitenansicht einer siebten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 11 FIG. 2 a schematic side view of a seventh precursor structure for producing a micromechanical structure according to the fourth embodiment of the present invention, FIG.

12 eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 12 1 is a schematic side view of a micromechanical structure according to the fourth embodiment of the present invention,

13 eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 13 1 is a schematic side view of a micromechanical structure according to a fifth embodiment of the present invention,

14 eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 14 a schematic side view of a micromechanical structure according to a sixth embodiment of the present invention and

15 eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 a schematic side view of a micromechanical structure according to a seventh embodiment of the present invention.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungembodiments of the present invention

In den Figuren sind mit Bezugszeichen versehende gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannte bzw. erwähnt.In the figures are provided with reference numerals same parts always provided with the same reference numerals and are therefore in the Usually only named or mentioned once.

In 1 ist eine schematische Seitenansicht eine mikromechanische Sensorstruktur gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei die Sensorstruktur ein Substrat 101, eine erste Opferschicht 102 und eine auf der ersten Opferschicht 102 angeordnet Funktionsschicht 103 mit beweglichen Strukturen aufweist. Elektrisch kontaktiert wird die Sensorstruktur mittels einer vergrabenen Leiterbahnen 106 und einer auf der Funktionsschicht angeordneten Leiterschicht 108. Die beweglichen Strukturen der Funktionsschicht 103 werden mittels eines Kappenwafers 116 gegenüber einer Außenatmosphäre der Sensorstruktur hermetisch abgedichtet, wobei der Kappenwafer 116 mittels Glaslotverbindungen 117 mit der Funktionsschicht 103 verbunden ist.In 1 is a schematic side view of a micromechanical sensor structure according to the prior art, wherein the sensor structure is a substrate 101 , a first sacrificial layer 102 and one on the first sacrificial layer 102 arranged functional layer 103 having movable structures. The sensor structure is electrically contacted by means of a buried conductor tracks 106 and a conductor layer disposed on the functional layer 108 , The moving structures of the functional layer 103 be by means of a cap wafer 116 hermetically sealed to an outside atmosphere of the sensor structure, wherein the cap wafer 116 by means of glass solder joints 117 with the functional layer 103 connected is.

In 2 ist eine schematische Seitenansicht einer ersten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anhand der ersten Vorläuferstruktur ein erster, zweiter und neunter Herstellungsschritt zur Herstellung der mikromechanischen Struktur veranschaulicht sind, wobei im ersten Herstellungsschritt ein Substrat 1 in Form eines Grundwafers bereitgestellt wird und auf dem Substrat 1 eine erste Opferschicht 2 abgeschieden und strukturiert wird, wobei im neunten Verfahrensschritt in der ersten Opferschicht 2 eine erste Leitschicht 2 insbesondere zur späteren elektrischen Kontaktierung einer Funktionsschicht 3 angeordnet wird. Anschließend wird im Rahmen des dritten Herstellungsschritts auf der ersten Opferschicht 2 die Funktionsschicht 3 in Form einer Siliziumschicht vorzugsweise durch ein Epitaxieverfahren auf der ersten Opferschicht 2 abgeschieden.In 2 is a schematic side view of a first precursor structure for producing a micromechanical structure according to a first embodiment of the present invention, wherein the first precursor structure, a first, second and ninth manufacturing step for producing the micromechanical structure are illustrated, wherein in the first manufacturing step, a substrate 1 is provided in the form of a base wafer and on the substrate 1 a first sacrificial layer 2 is deposited and structured, wherein in the ninth step in the first sacrificial layer 2 a first conductive layer 2 in particular for later electrical contacting of a functional layer 3 is arranged. Subsequently, during the third production step, the first sacrificial layer is applied 2 the functional layer 3 in the form of a silicon layer, preferably by an epitaxial process on the first sacrificial layer 2 deposited.

In 3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anhand der zweiten Vorläuferstruktur ein dritter und sechster Herstellungsschritt veranschaulicht wird, wobei im dritten Herstellungsschritt auf der ersten Vorläuferstruktur bzw. auf der Funktionsschicht 3 der ersten Vorläuferstruktur eine zweite Opferschicht 4 angeordnet wird, welche in einem nachfolgenden sechsten Herstellungsschritt insbesondere in einem lithographischen Verfahren strukturiert wird, so dass die strukturierte zweite Opferschicht 4 als eine Maskenschicht für die darunterliegende Funktionsschicht 3 in späteren Ätzverfahren fungiert. Die zweite Opferschicht 4 umfasst vorzugsweise eine Oxidschicht. In späteren Herstellungsschritten fungiert die zweite Opferschicht 4 als vergrabene Maskenschicht, als Opferschicht in späteren Ätzvorgängen und/oder als Isolationsschicht zur elektrischen Isolation der Funktionsschicht 3 von einer auf der zweiten Opferschicht 4 angeordneten Deckschicht 5. Die erste und/oder zweite Opferschicht 2, 4 umfassen insbesondere Oxidschichten, Siliziumnitrid, verschiedene Gläser und/oder keramische Schichten.In 3 a schematic side view of a second precursor structure for producing a micromechanical structure according to the first embodiment of the present invention is shown, wherein the second precursor structure, a third and sixth manufacturing step is illustrated, wherein in the third manufacturing step on the first precursor structure and on the functional layer 3 the first precursor structure a second sacrificial layer 4 is arranged, which is patterned in a subsequent sixth manufacturing step, in particular in a lithographic process, so that the structured second sacrificial layer 4 as a mask layer for the underlying functional layer 3 in later etching processes. The second sacrificial layer 4 preferably comprises an oxide layer. In later manufacturing steps, the second sacrificial layer acts 4 as a buried mask layer, as a sacrificial layer in later etching processes and / or as an insulation layer for electrical insulation of the functional layer 3 from one on the second sacrificial layer 4 arranged cover layer 5 , The first and / or second sacrificial layer 2 . 4 In particular, oxide layers, silicon nitride, various glasses and / or ceramic layers.

In 4 ist eine schematische Seitenansicht einer dritten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anhand der dritten Vorläuferstruktur ein vierter, achter und zehnter Herstellungsschritt veranschaulicht wird, wobei im vierten Herstellungsschritt auf der zweiten Vorläuferstruktur bzw. auf der zweiten Opferschicht 4 der zweiten Vorläuferstruktur die Deckschicht 5 angeordnet wird. Die Deckschicht 5, welche insbesondere eine Polysiliziumschicht umfasst, wird auf der zweiten Opferschicht 4 abgeschieden. Vorzugsweise wird im vierten Herstellungsschritt zunächst eine vergleichsweise dünne Polysiliziumstartschicht auf der zweiten Opferschicht 4 abgeschieden, auf die in einem Epi-Reaktor eine vergleichsweise dicke Polysiliziumschicht abgeschieden wird. Die Deckschicht 5 wird in einem nachfolgenden achten Herstellungsschritt wahlweise dotiert und/oder über ein CMP-Verfahren planarisiert. Im zehnten Herstellungsschritt wird auf der Deckschicht 5 eine dritte Leitschicht 8, welche insbesondere ein Metall umfasst, zur späteren Kontaktierung der Deckschicht 5 und/oder der Funktionsschicht 3 angeordnet.In 4 is a schematic side view of a third precursor structure for producing a FIG. 2 shows a micromechanical structure according to the first embodiment of the present invention, a fourth, eighth and tenth production step being illustrated on the basis of the third precursor structure, in the fourth production step on the second precursor structure or on the second sacrificial layer 4 the second precursor structure the top layer 5 is arranged. The cover layer 5 , which in particular comprises a polysilicon layer, is deposited on the second sacrificial layer 4 deposited. Preferably, in the fourth production step, first a comparatively thin polysilicon starter layer is deposited on the second sacrificial layer 4 deposited on which a relatively thick polysilicon layer is deposited in an epi-reactor. The cover layer 5 is optionally doped in a subsequent eighth manufacturing step and / or planarized by a CMP process. In the tenth manufacturing step is on the topcoat 5 a third conductive layer 8th , which in particular comprises a metal, for subsequent contacting of the cover layer 5 and / or the functional layer 3 arranged.

In 5 ist eine schematische Seitenansicht einer vierten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anhand der vierten Vorläuferstruktur ein fünfter und siebter Herstellungsschritt veranschaulicht wird, wobei im fünften Herstellungsschritt auf der dritten Vorläuferstruktur bzw. auf der Deckschicht 5 der dritten Vorläuferstruktur eine insbesondere fotographische Maske 7 aufgebracht und strukturiert wird. Die Maske 7 umfasst insbesondere eine zweite Leitschicht, welche ein Metall zur späteren elektrischen Kontaktierung der Funktionsschicht 3 umfasst. In dem nachfolgenden achten Verfahrensschritt werden die Deckschicht 5 und die Funktionsschicht 3 geätzt, wobei die Maske 7 als Maskenschicht für die Deckschicht 5 und die zweite Opferschicht 4 als Maskenschicht für die Funktionsschicht 3 fungiert, so dass in der Deckschicht 5 vergleichsweise schmale Gräben 5'' und vollständig unterätzte Bereiche 5''' erzeugt werden. Die Gräben 5'' weisen jeweils insbesondere eine Querschnittsänderung 9 senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 1 auf, wobei der Querschnitt 9 an einer dem Substrat 1 abgewandten Seite der Deckschicht 5 vergleichsweise schmal ist und zu einer dem Substrat 1 zugewandten anderen Seite der Deckschicht 5 breiter wird. Vorzugsweise vereinigen sich die Ätzflanken zweier benachbarter Gräben 5'' miteinander, so dass die vollständig unterätzten Bereiche 5''' entstehen. In der Funktionsschicht 3 entstehen durch die strukturierte zweite Opferschicht 4 Kavernen.In 5 is a schematic side view of a fourth precursor structure for producing a micromechanical structure according to the first embodiment of the present invention, wherein the fourth precursor structure, a fifth and seventh manufacturing step is illustrated, wherein in the fifth manufacturing step on the third precursor structure or on the cover layer 5 the third precursor structure a particular photographic mask 7 applied and structured. The mask 7 comprises in particular a second conductive layer, which is a metal for subsequent electrical contacting of the functional layer 3 includes. In the following eighth process step, the cover layer 5 and the functional layer 3 etched, with the mask 7 as a mask layer for the cover layer 5 and the second sacrificial layer 4 as a mask layer for the functional layer 3 acts, leaving in the topcoat 5 comparatively narrow trenches 5 '' and completely undercut areas 5 ''' be generated. The trenches 5 '' each have in particular a cross-sectional change 9 perpendicular to a main extension plane 100 of the substrate 1 on, with the cross section 9 at a the substrate 1 opposite side of the cover layer 5 is comparatively narrow and to a substrate 1 facing the other side of the cover layer 5 widening. Preferably, the etch edges of two adjacent trenches unite 5 '' with each other, leaving the completely under-etched areas 5 ''' arise. In the functional layer 3 arise through the structured second sacrificial layer 4 Caverns.

In 6 ist eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die mikromechanische Struktur aus der vierten Vorläuferstruktur mittels eines vierzehnten und elften Herstellungsschrittes hergestellt wird, wobei im vierzehnten Herstellungsschritt die vierte Vorläuferstruktur bzw. die erste und zweite Opferschicht 2, 4 der vierten Vorläuferstruktur geätzt wird, so dass in der Funktionsschicht 3 bewegliche Elemente 20 erzeugt werden, welche relativ zum Substrat 1 und/oder zur Deckschicht 5 beweglich ausgebildet sind, und wobei im darauffolgenden elften Herstellungsschritt eine Abdeckschicht 10 auf der Deckschicht 5, der Maske 7 und/oder der dritten Leitschicht 8 angeordnet wird, wobei vorzugsweise ein definierter Innendruck im Bereich der beweglichen Elemente 20 eingestellt wird. Anschließend wird die Abdeckschicht 10 insbesondere in Bereich der dritten Leitschicht 8 in einem lithographischen Verfahren geöffnet, um Bondlands herzustellen.In 6 is a schematic side view of a micromechanical structure according to the first embodiment of the present invention, wherein the micromechanical structure of the fourth precursor structure by means of a fourteenth and eleventh manufacturing step is prepared, wherein in the fourteenth manufacturing step, the fourth precursor structure and the first and second sacrificial layer 2 . 4 the fourth precursor structure is etched so that in the functional layer 3 movable elements 20 which are relative to the substrate 1 and / or to the cover layer 5 are formed movable, and wherein in the subsequent eleventh manufacturing step, a cover layer 10 on the topcoat 5 , the mask 7 and / or the third conductive layer 8th is arranged, wherein preferably a defined internal pressure in the region of the movable elements 20 is set. Subsequently, the cover layer 10 especially in the area of the third conductive layer 8th opened in a lithographic process to produce Bondlands.

In 7 ist eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen identisch der ersten Ausführungsform dargestellt in 6 ist, wobei die mechanische Struktur einen Stützbereich 11 aufweist, welcher ein Abstützen der Deckschicht 5 auf der Funktionsschicht 3 und der Funktionsschicht 3 auf dem Substrat 1 ermöglicht. Dazu weist die Deckschicht 3 im Bereich des Stützbereichs 11 eine nicht-unterätzte Stützstruktur auf, welche sich unmittelbar auf einem nicht-unterätzten Bereich der Funktionsschicht 3 abstützt, so dass insbesondere senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 auf die Deckschicht 3 oder die Abdeckschicht 10 wirkende Kräfte durch den Stützbereich 11 aufgenommen werden.In 7 is a schematic side view of a micromechanical structure according to a second embodiment of the present invention, wherein the second embodiment substantially identical to the first embodiment shown in FIG 6 is, wherein the mechanical structure is a support area 11 which supports the cover layer 5 on the functional layer 3 and the functional layer 3 on the substrate 1 allows. This is indicated by the cover layer 3 in the area of the support area 11 a non-undercut support structure located immediately on a non-undercut portion of the functional layer 3 supported, so that in particular perpendicular to the main extension plane 100 on the topcoat 3 or the cover layer 10 acting forces through the support area 11 be recorded.

In 8 ist eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen identisch der ersten Ausführungsform dargestellt in 6 ist, wobei die mechanische Struktur einen Anschlagsbereich 12 aufweist, welcher in der Deckschicht 5 ausgebildet ist und eine einem beweglichen Element 20 zugewandte Anschlagsfläche im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene 100 aufweist. Der Anschlagsbereich 12 begrenzt einen Ausschlag des beweglichen Elements 20 in Richtung der Anschlagsfläche, d. h. senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 in Richtung der Deckschicht 5.In 8th is a schematic side view of a micromechanical structure according to a third embodiment of the present invention, wherein the third embodiment substantially identical to the first embodiment shown in 6 is, wherein the mechanical structure is a stop area 12 which is in the cover layer 5 is formed and a movable element 20 facing stop surface substantially parallel to the main extension plane 100 having. The stop area 12 limits a deflection of the movable element 20 in the direction of the stop surface, ie perpendicular to the main extension plane 100 towards the top layer 5 ,

In 9 ist eine schematische Seitenansicht einer fünften Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die fünfte Vorläuferstruktur einen Schaltungsbereich 13 und einen parallel zur Haupterstreckungsebene 100 neben dem Schaltungsbereich 13 angeordneten mikromechanischen Funktionsbereich aufweist, wobei der mikromechanische Funktionsbereich im Wesentlichen identisch der dritten Vorläuferstruktur illustriert in 4 ist. Der Schaltungsbereich 13 wird genauso wie der mikromechanische Funktionsbereich ebenfalls durch den ersten, zweiten, dritten, vierten, sechsten, achten, neunten und zehnten Herstellungsschritt hergestellt wird, wobei im Schaltungsbereich 13 keine erste und zweite Opferschicht 2, 4 und keine erste und dritte Leitschicht 6, 8 angeordnet ist. Die erste und zweite Opferschicht 2, 4 und die erste und dritte Leitschicht 6, 8 wurden entweder im Schaltungsbereich 13 nach dem Aufbringen wieder entfernt oder gar nicht erst aufgebracht. Der Schaltungsbereich 13 weist hingegen lediglich im zweiten und/oder im vierten Herstellungsschritt aufgewachsenes epitaktisches Silizium 14 auf.In 9 is a schematic side view of a fifth precursor structure for producing a micromechanical structure according to a fourth embodiment of the present invention, wherein the fifth precursor structure, a circuit area 13 and one parallel to the main extension plane 100 next to the circuit area 13 arranged micromechanical functional area wherein the micromechanical functional area substantially identically illustrates the third precursor structure in FIG 4 is. The circuit area 13 Like the micromechanical functional area, it is likewise produced by the first, second, third, fourth, sixth, eighth, ninth and tenth production steps, wherein in the circuit area 13 no first and second sacrificial layer 2 . 4 and no first and third conductive layers 6 . 8th is arranged. The first and second sacrificial layers 2 . 4 and the first and third conductive layers 6 . 8th were either in the circuit area 13 removed after application again or not even applied. The circuit area 13 on the other hand, has only epitaxial silicon grown in the second and / or fourth production step 14 on.

In 10 ist eine schematische Seitenansicht einer sechstens Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anhand der sechsten Vorläuferstruktur ein fünfzehnter Herstellungsschritt zur Erzeugung von CMOS-Schaltungsstrukturen 15 in dem epitaktischen Silizium 14 des Schaltungsbereichs 13 der fünften Vorläuferstruktur illustriert wird.In 10 is a schematic side view of a sixth precursor structure for producing a micromechanical structure according to the fourth embodiment of the present invention is shown, wherein based on the sixth precursor structure, a fifteenth manufacturing step for the production of CMOS circuit structures 15 in the epitaxial silicon 14 of the circuit area 13 of the fifth precursor structure is illustrated.

In 11 ist eine schematische Seitenansicht einer siebten Vorläuferstruktur zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei anhand der sechsten Vorläuferstruktur der fünfte, siebte, elfte und vierzehnte Herstellungsschritt illustriert werden. Der fünfte, siebte, elfte und vierzehnte Herstellungsschritt erzeugen im mikromechanischen Funktionsbereich eine mikromechanische Sensorstruktur gemäß der ersten Ausführungsform illustriert in 6, wobei zusätzlich im elften Herstellungsschritt der Schaltungsbereich 13 mit der Abdeckschicht 10 abgedeckt wird. In einem nachfolgenden Schritt wird die Abdeckschicht 10 in Kontaktbereichen des Schaltungsbereichs 13 und des mikromechanischen Funktionsbereichs mittels eines lithographischen Verfahrens geöffnet.In 11 1 is a schematic side view of a seventh precursor structure for fabricating a micromechanical structure according to the fourth embodiment of the present invention, illustrating the fifth, seventh, eleventh and fourteenth fabrication steps from the sixth precursor structure. The fifth, seventh, eleventh and fourteenth production steps produce in the micromechanical functional area a micromechanical sensor structure according to the first embodiment illustrated in FIG 6 In addition, in the eleventh manufacturing step, the circuit area 13 with the cover layer 10 is covered. In a subsequent step, the cover layer 10 in contact areas of the circuit area 13 and the micromechanical functional area opened by a lithographic process.

In 12 ist eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die mikromechanische Struktur mittels eines zehnten und sechzehnten Herstellungsschrittes aus der siebten Vorläuferstruktur hergestellt ist, wobei im sechzehnten Herstellungsschritt der mikromechanische Funktionsbereich elektrisch leitfähig mit dem Schaltungsbereich 13 verbunden wird, indem im zehnten Herstellungsschritt auf den mikromechanischen Funktionsbereich und den Schaltungsberiech 13 eine dritte Leitschicht 8 aufgebracht wird, welche vorzugsweise in den Kontaktbereichen die CMOS-Schaltungsstrukturen und/oder die Deckschicht kontaktiert.In 12 is a schematic side view of a micromechanical structure according to the fourth embodiment of the present invention is shown, wherein the micromechanical structure is made by means of a tenth and sixteenth manufacturing step of the seventh precursor structure, wherein in the sixteenth manufacturing step, the micromechanical functional area electrically conductive with the circuit area 13 is connected by the tenth manufacturing step on the micromechanical functional area and the Schaltungsberiech 13 a third conductive layer 8th is applied, which preferably contacts the CMOS circuit structures and / or the cover layer in the contact areas.

In 13 ist eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die fünfte Ausführungsform im Wesentlichen der ersten Ausführungsform ähnelt, wobei in einem zwölften Herstellungsschritt auf der Deckschicht 5 eine weitere zweite Opferschicht 4' angeordnet wird, vorzugsweise in einem lithographischen Verfahren strukturiert wird und/oder vorzugsweise im vierzehnten Verfahrensschritt zusammen mit der ersten und zweiten Opferschicht 2, 4 geätzt wird und in einem dreizehnten Verfahrensschritt auf der weiteren zweiten Opferschicht 4' eine weitere Deckschicht 5' vorzugsweise in einem Epitaxieverfahren aufgebracht wird, welche gemeinsam mit der Deckschicht 5 und der Funktionsschicht 3 im siebten Verfahrensschritt geätzt wird, so dass im elften Verfahrensschritt die Abdeckschicht 10 auf der weiteren Deckschicht 5' an Stelle der Deckschicht 5 aufgebracht wird, wobei die weitere Deckschicht 5 insbesondere baugleich zur oben beschriebenen Deckschicht 5 ist. Die neue Deckschicht 5 zwischen der weiteren Deckschicht 5' und der Funktionsschicht 3 umfasst insbesondere eine Elektroden- und/oder Verdrahtungsebene, so dass die mikromechanische Struktur gemäß der fünften Ausführungsform vorzugsweise einen z-sensitiven Beschleunigungssensor umfasst und eine Auslenkung der beweglichen Elemente 20 in z-Richtung, d. h. senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100, von Elektroden in dieser neuen Deckschicht 5 detektiert wird.In 13 is a schematic side view of a micromechanical structure according to a fifth embodiment of the present invention, wherein the fifth embodiment is substantially similar to the first embodiment, wherein in a twelfth manufacturing step on the cover layer 5 another second sacrificial layer 4 ' is arranged, preferably in a lithographic process is structured and / or preferably in the fourteenth process step together with the first and second sacrificial layer 2 . 4 is etched and in a thirteenth process step on the further second sacrificial layer 4 ' another cover layer 5 ' is preferably applied in an epitaxial process, which together with the cover layer 5 and the functional layer 3 is etched in the seventh process step, so that in the eleventh process step, the cover layer 10 on the further cover layer 5 ' in place of the topcoat 5 is applied, wherein the further cover layer 5 in particular identical to the cover layer described above 5 is. The new top layer 5 between the further cover layer 5 ' and the functional layer 3 in particular comprises an electrode and / or wiring plane, so that the micromechanical structure according to the fifth embodiment preferably comprises a z-sensitive acceleration sensor and a deflection of the movable elements 20 in the z-direction, ie perpendicular to the main extension plane 100 , of electrodes in this new topcoat 5 is detected.

In 14 ist eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die sechste Ausführungsform identisch der fünften Ausführungsform ist, wobei das Substrat 1, die erste Opferschicht 2 und die Funktionsschicht 3 durch einen SOI-Wafer gebildet werden, wobei die Oxidschicht des SOI-Wafers als erste Opferschicht 2 und der einkristalline Bereich des SOI-Wafers als Funktionsschicht 3 mit den beweglichen Elementen 20 fungiert. Die Deckschicht 5 auf der zweiten Opferschicht 3 fungiert vorzugsweise als Verdrahtungsebene, während die weitere zweite Deckschicht 5' zur Abstützung und Bildung der hermetischen Abdichtung der beweglichen Elemente 20 mittels der Abdeckschicht 10 dient.In 14 is a schematic side view of a micromechanical structure according to a sixth embodiment of the present invention, wherein the sixth embodiment is identical to the fifth embodiment, wherein the substrate 1 , the first sacrificial layer 2 and the functional layer 3 are formed by an SOI wafer, wherein the oxide layer of the SOI wafer as the first sacrificial layer 2 and the monocrystalline region of the SOI wafer as a functional layer 3 with the moving elements 20 acts. The cover layer 5 on the second sacrificial layer 3 preferably acts as a wiring level, while the further second cover layer 5 ' for supporting and forming the hermetic seal of the moving elements 20 by means of the cover layer 10 serves.

In 15 ist eine schematische Seitenansicht einer mikromechanischen Struktur gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die siebte Ausführungsform im Wesentlichen der ersten Ausführungsform dargestellt in 6 ist, wobei die Deckschicht 5 nicht in einem elften Herstellungsschritt mit der Abdeckschicht 10 bedeckt wurde, sondern alternativ dazu in einem siebzehnten Herstellungsschritt eine Verkappungsschicht 16 auf der Deckschicht 3 mittels einer Bondverbindung aufgebracht wird, so dass die Deckschicht 3 als weitere Funktionsschicht und nicht als Teil einer Verkappungsschicht fungiert. Die Deckschicht 3 weist dazu vorzugsweise andere Eigenschaften und Parameter, wie beispielsweise Dotierung, Dicke und/oder Stressgradient, als die Funktionsschicht 3 auf.In 15 is a schematic side view of a micromechanical structure according to a seventh embodiment of the present invention, wherein the seventh embodiment substantially the first embodiment shown in 6 is, with the topcoat 5 not in an eleventh manufacturing step with the cover layer 10 but, alternatively, in a seventeenth manufacturing step, a capping layer 16 on the topcoat 3 is applied by means of a bond, so that the cover layer 3 when another functional layer and does not function as part of a capping layer. The cover layer 3 preferably has other properties and parameters, such as doping, thickness and / or stress gradient, than the functional layer 3 on.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19537814 A1 [0002]
- DE 19961578 [0003]
- DE 4241045 C1 [0005]
- DE 4317174 A1 [0006]

Claims

Method for producing a micromechanical structure, wherein in a first production step on a substrate ( 1 ) a first sacrificial layer ( 2 ) is applied, wherein in a second production step on the first sacrificial layer ( 2 ) a functional layer ( 3 ) is applied, wherein in a third manufacturing step on the functional layer ( 3 ) a second sacrificial layer ( 4 ), wherein in a fourth production step the second sacrificial layer ( 4 ) a cover layer ( 5 ) is applied and wherein in a fifth manufacturing step on the cover layer ( 5 ) a mask ( 7 ) is applied and in particular structured, characterized in that in a sixth production step the second sacrificial layer ( 4 ) is structured and in a seventh manufacturing step, the top layer ( 5 ) and the functional layer ( 7 ) are etched together.

Method according to claim 1, characterized in that the sixth production step is carried out prior to the fifth production step and / or that in a fourteenth production step the first and / or the second sacrificial layer ( 2 . 4 ) is etched.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional layer ( 3 ) and / or the cover layer ( 5 ) Silicon, wherein the fourth production step preferably comprises applying a polysilicon starter layer to the second sacrificial layer ( 4 ) and epitaxially depositing a polysilicon layer on the polysilicon seed layer.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer ( 5 ) is at least partially doped in an eighth production step and / or in particular is planarized by means of a chemical-mechanical polishing process.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a ninth production step a first conductive layer ( 6 ) within the first sacrificial layer ( 2 ) and / or that in the fifth production step the mask ( 7 ) by applying a second conductive layer to the cover layer ( 5 ) and / or that in a tenth production step, in particular before the fifth production step, a third conductive layer ( 8th ) on the top layer ( 5 ), wherein the first, second and / or third conductive layer ( 6 . 8th ) preferably comprise a metal.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the fifth production step the mask ( 7 ) is structured such that the structure of the mask ( 7 ) at least partially the structure of the second sacrificial layer ( 4 ) corresponds.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the seventh and / or fourteenth production step completely undercut areas ( 5 ''' ) of the top layer ( 5 ), Trenches ( 5 '' ) in the top layer ( 5 ), which are perpendicular to a main plane ( 100 ) of the substrate ( 1 ) at least partially a cross-sectional change ( 9 ), and / or movable elements ( 20 ) in the functional layer ( 3 ) be generated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the seventh production step support areas ( 11 ) for supporting the cover layer ( 5 ) on the functional layer ( 3 ) and / or attack areas ( 12 ) for limiting movement of a movable element ( 20 ) in the direction of the cover layer ( 5 ) be generated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in an eleventh production step, a covering layer ( 10 ) on the top layer ( 5 ) is applied, wherein the cover layer ( 10 ) preferably for the hermetic closure of the trenches ( 5 '' ) is provided and wherein particularly preferably a defined internal pressure in the region of the movable elements ( 20 ) is set.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a twelfth production step on the cover layer ( 5 ) another second sacrificial layer ( 4 ' ) and in a thirteenth production step on the further second sacrificial layer ( 4 ' ) another cover layer ( 5 ' ), wherein the further outer layer ( 5 ' ) preferably in the seventh production step together with the cover layer ( 5 ) and the functional layer ( 3 ) is etched.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a circuit area ( 13 ) of the micromechanical structure in the second and fourth production step epitaxial silicon ( 14 ), wherein in fifteenth manufacturing steps CMOS circuit structures ( 15 ) in the circuit area ( 13 ), wherein in a sixteenth fabrication step the CMOS circuit structures ( 15 ) with the first, second and / or third conductive layer ( 6 . 8th ) are electrically conductively connected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a seventeenth production step the top layer ( 5 ), the further top layer ( 5 ' ) and / or on the cover layer ( 10 ) a capping layer ( 16 ) into special is applied by means of a bonding process.

Micromechanical structure produced by a method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the micromechanical structure is a substrate ( 1 ), one on the substrate ( 1 ) arranged first sacrificial layer ( 2 ), one on the first sacrificial layer ( 2 arranged functional layer ( 3 ), one on the functional layer ( 3 ) arranged second sacrificial layer ( 4 ) and one on the second sacrificial layer ( 4 ) ( 5 ), wherein the functional layer ( 3 ) movable elements ( 20 ) having.

Micromechanical structure according to claim 13, characterized in that the cover layer ( 5 ) Trenches ( 5 '' ), which by a preferably on the cover layer ( 5 ) arranged cover layer ( 10 ) are hermetically sealed and / or that a first conductive layer ( 6 ) in the first sacrificial layer ( 2 ) and / or a second and / or third conductive layer ( 8th ) on the topcoat ( 5 ) is arranged.

Micromechanical structure according to one of Claims 13 or 14, characterized in that the micromechanical structure has a CMOS circuit structure ( 15 ), which in particular is at least partially electrically conductive with the first, the second and / or the third conductive layer ( 6 . 8th ) and / or that the micromechanical structure comprises a micromechanical sensor and in particular an acceleration and / or yaw rate sensor.