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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement, insbesondere einen Beschleunigungs- oder Drehratensensor, mit oberhalb eines Substrates beweglich aufgehängten Funktionskomponenten sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
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Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf einen in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbaren mikromechanischen Beschleunigungssensor erläutert.
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Beschleunigungssensoren, und insbesondere mikromechanische Beschleunigungssensoren in der Technologie der Oberflächen- bzw. Volumenmikromechanik, gewinnen immer größere Marktsegmente im Kraftfahrzeugausstattungsbereich und ersetzen in zunehmendem Maße die bisher üblichen piezoelektrischen Beschleunigungssensoren.
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Die bekannten mikromechanischen Beschleunigungssensoren funktionieren üblicherweise derart, dass die federnd gelagerte seismische Masseneinrichtung, welche durch eine externe Beschleunigung in mindestens eine Richtung auslenkbar ist, bei Auslenkung eine Kapazitätsänderung an einer damit verbundenen Differentialkondensatoreinrichtung bewirkt, die ein Maß für die Beschleunigung ist.
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In der
DE 195 37 814 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von oberflächenmikromechanischen Sensoren beschrieben.
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Dabei wird zunächst auf einem Siliziumsubstrat eine erste Isolationsschicht aus thermischem Oxid (ca. 2,5 μm dick) abgeschieden. Auf diese Isolationsschicht wird eine dünne (ca. 0,5 μm dicke) Polysiliziumschicht abgeschieden. Diese wird nachfolgend aus der Gasphase (POCl3) dotiert und über einen fotolithografischen Prozess strukturiert. Diese zu vergrabene leitende Polysiliziumschicht ist so in einzelne gegeneinander isolierte Bereiche unterteilt, die als Leiterbahnen oder vertikal liegende Flächenelektroden dienen.
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Über die bisher aufgebrachten Schichten wird eine zweite Isolationsschicht abgeschieden. Diese besteht aus Oxid, das aus der Gasphase erzeugt wird. In einem fotolithografischen Prozess erfolgt eine Strukturierung der oberen Isolationsschicht. Dadurch werden Kontaktlöcher in die obere Isolationsschicht eingebracht, durch die die darunterliegende leitende Polysiliziumschicht kontaktiert werden kann.
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Anschließend wird eine dünne Polysiliziumschicht, die als Keim für eine nachfolgende Siliziumabscheidung dient, aufgebracht. In einem weiteren Prozessschritt erfolgt dann die Abscheidung, Planarisierung und Dotierung einer dicken polykristallinen Siliziumschicht. Diese Abscheidung erfolgt in einem Epitaxiereaktor. Auf die dicke Siliziumschicht wird dann eine strukturierte Metallschicht aufgebracht.
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In einem weiteren fotolithografischen Prozess erfolgt die Strukturierung der dicken Siliziumschicht. Dazu wird auf der Oberseite der Schicht eine Fotomaske aufgebracht, die auch einen Schutz der Metallschicht in der nachfolgenden Ätzung bewirkt. Durch Öffnungen der Fotolackmaske hindurch erfolgt anschließend eine Plasmaätzung der dicken Siliziumschicht nach dem in der
DE 42 410 45 offenbarten Verfahren, wobei in der dicken Siliziumschicht Gräben mit hohem Aspektverhältnis eingebracht werden. Die Gräben erstrecken sich von der Oberseite der dicken Siliziumschicht bis zur zweiten Isolationsschicht. Die Schicht wird so in einzelne Bereiche unterteilt, die gegeneinander isoliert sind, sofern sie nicht über die vergrabene Leitschicht miteinander verbunden sind.
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Durch die Gräben hindurch erfolgt dann die Entfernung der beiden Opferschichten im Bereich der frei beweglichen Strukturen des Sensors. Das Entfernen der Oxidschichten erfolgt durch ein Dampfätzverfahren mit flusssäurehaltigen Medien nach dem in der
DE 43 172 74 bzw.
DE 19 704 45 offenbarten Verfahren.
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9 ist eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern eines beispielhaften Herstellungsprozesses für einen Beschleunigungssensor.
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In 9 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Silizium-Halbleitersubstrat. Aufgebracht auf dem Silizium-Halbleitersubstrat 1 ist eine Isolationsschicht I1 aus Siliziumoxid. Oberhalb der Isolationsschicht I1 aus Siliziumoxid befinden sich Leiterbahnbereiche L1, L2, welche aus einer Leiterbahnschicht aus Polysilizium durch bekannte Ätzprozesse herausstrukturiert worden sind. Bezugszeichen 15 bezeichnet eine mikromechanische Funktionsschicht aus Polysilizium mit oberhalb des Substrats 1 beweglich aufgehängten Funktionskomponenten, welche einer Mehrzahl von Trenches bzw. Gräben T aufweist. Mit dem Leiterbahnbereich L1 im Kontaktbereich K10 elektrisch verbunden ist die mikromechanische Funktionsschicht 15 durch einen Kontaktstopfen 15a.
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Bei einem derartigen mikromechanischen Sensor werden beim Beweglichmachen der beweglich aufgehängten Funktionskomponenten durch Freistellen vom Untergrund, beispielsweise durch Entfernen einer Siliziumoxid-Opferschicht O mittels HF-Gasphasenätzen, die vergrabenen Leiterbahnbereiche L1, L2 freigelegt und unterätzt. Aus diesem Grund müssen die Leiterbahnbereiche L1, L2 so breit ausgelegt werden, dass trotz Unterätzungen U eine sichere Anbindung zum Substrat 1 auch nach dem Opferschichtätzen der Opferschicht O, von der Reste an den Flanken des Kontaktstopfens 15a gezeigt sind, stets gewährleistet ist.
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Durch die Notwendigkeit breiter Leiterbahnen steigen jedoch die parasitären Kapazitäten, was sich auf die Sensorperformance auswirken kann. Weiter kann der intrinsische Stress innerhalb der Leiterbahnbereiche L1, L2, die beispielsweise aus Polysilizium bestehen, dazu führen, dass sich die freigelegten Enden nach oben biegen und die Masse in ihrer Bewegungsfreiheit behindert oder ganz blockiert wird. Breite Leiterbahnen erfordern zudem eine relativ große Chipfläche, die für weitere Leiterbahnführungen nicht mehr zur Verfügung steht. Große Chipabmessungen können daher die Folge sein.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das entsprechende Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 weisen den Vorteil auf, dass die unter einer Opferschicht vergrabenen Leiterbahnen beim Opferschichtätzen vor einer Unterätzung geschützt sind.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, einen Ätzschutzbereich zum Schützen von unterhalb der Leiterbahnbereiche gelegenen Bereichen einer Isolationsschicht vorzusehen, um einer Unterätzung bei einer Opferschichtätzung zum Beweglichmachen der Funktionskomponenten entgegenzuwirken.
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Beispielsweise kann ein derartiger Ätzschutzbereich eine oberhalb der ersten Leiterbahnschicht vorgesehene Ätzschutzschicht aus Polysilizium aufweisen, die z. B. durch eine Siliziumoxidschicht elektrisch isoliert zu Polysilizium-Leiterbahnen aufgebracht wurde. Eine elektrische Verbindung durch eine derartige Ätzschutzschicht zur mikromechanischen Funktionsschicht oberhalb der Opferschicht kann mit Hilfe eines durch ein Kontaktloch geführten Kontaktstopfens erfolgen, dessen Ätzflanken durch ein selbstjustierendes Passivierungsverfahren zum Bilden eines Liners, vor einem Angriff bei der Opferschichtätzung geschützt sind.
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Durch die vorliegende Erfindung wird die Isolationsschicht unterhalb der ersten Leiterbahnebene nicht angegriffen. Somit können die Leiterbahnen schmaler ausgelegt werden, was einen geringeren Flächenbedarf und somit eine Kostenersparnis mit sich bringt.
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Das Verfahren kann selbstjustierend gestaltet werden und ist somit kostengünstig umsetzbar. Die Ätzschutzschicht kann als eine Leiterbahnschicht vorgesehen werden und somit auch elektrische Aufgaben, wie z. B. Schirmung oder Signalleitung, übernehmen.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a–d schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2a, b schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3a, b schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4a, b schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5a–c schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7a, b schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8a, b schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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9 eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern eines beispielhaften Herstellungsprozesses für einen Beschleunigungssensor.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
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1a–d sind schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausgangspunkt gemäß 1a ist ein Silizium-Halbleitersubstrat, auf dem eine erste elektrische Isolationsschicht I1 aus z. B. Siliziumoxid aufgebracht wird. Auf der ersten Isolationsschicht I1 wird eine erste Leiterbahnschicht LB1 aus Polysilizium aufgebracht und in Leiterbahnbereiche L1, L2 strukturiert. Die Leiterbahnschicht LB1 aus Polysilizium ist möglicht hoch dotiert, um einen geringen elektrischen Widerstand zu realisieren, und die Strukturierung erfolgt mittels bekannter Verfahren, sodass sie zur elektrischen Verdrahtung dienen kann. Auf die erste Leiterbahnschicht LB1 aus Polysilizium wird eine zweite elektrische Isolationsschicht I2 aus z. B. Siliziumoxid abgeschieden. Auf der zweiten Isolationsschicht I2 wird eine Ätzschutzschicht S aus z. B. Polysilizium abgeschieden und darüber eine weitere Schicht aus Siliziumoxid als Opferschicht O.
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Weiterhin wird gemäß 1a in einem Bereich eines Kontaktlochs K der Schichtstapel I2, S, O mit Hilfe von Plasmaätzprozessen entfernt. Bei geeigneter Prozesswahl kann hierbei das Polysilizium der ersten Leiterbahnebene LB1 als Ätzstopp genutzt werden.
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Weiter mit Bezug auf 1b wird in einem nachfolgenden Schritt ganzflächig eine Passivierungslinerschicht LI aus beispielsweise LPCVD-Siliziumnitrid konform abgeschieden.
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Diese Passivierungslinerschicht LI wird gemäß 1c) in einem anisotropen Plasmaätzschritt von der Oberfläche der Opferschicht O und vom Boden des Kontaktlochs K wieder entfernt. Auf diese Weise erhält man eine selbststrukturierende elektrische Isolation nur an den Wänden des Kontaktlochs K, welche zudem später als Ätzschutzbereich dienen kann. Bei der Realisierung des Kontaktloches K ist es vorteilhaft, wenn die Ätzkanten senkrecht oder zumindest leicht negativ verlaufen, d. h., dass der Querschnitt des Kontaktlochs K mit zunehmendem Ätzfortschritt ebenfalls zunimmt. Somit lässt sich vermeiden, dass in dem anisotropen Plasmaätzschritt zur teilweisen Entfernung der Passivierung einer Schicht LI aus LPCVD-Siliziumnitrid die Seitenwandpassivierung mit entfernt wird.
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Schließlich erhält man den in 1c gezeigten Prozesszustand, in dem an den Wänden des Kontaktlochs K ein Passivierungsliner LI' als Rest der Passivierungslinerschicht LI vorgesehen ist.
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Weiter mit Bezug auf 1d wird oberhalb der Opferschicht O mit dem passivierten Kontaktloch K eine mikromechanische Funktionsschicht 15 aus Polysilizium in gewünschter Dicke abgeschieden und strukturiert. Beim Strukturieren entstehen entsprechend den beweglich aufgehängten Funktionsstrukturen durchgehende Gräben T, welche sich durch die gesamte mikromechanische Funktionsschicht 15 ziehen. In einem abschließenden Prozessschritt erfolgt dann in bekannter Weise ein selektives Ätzen der Opferschicht O durch die Gräben T mittels HF-Gasphasenätzen zum Beweglichmachen der Funktionskomponenten der mikromechanischen Funktionsschicht 15, wobei die Ätzschutzschicht S aus Polysilizium sämtliche unter ihr gelegenen Schichten vor einer Ätzung schützt, und insbesondere die unterhalb der Leiterbahnbereiche L1, L2 gelegene erste Isolationsschicht I1 vor einer Unterätzung schützt.
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Somit ermöglicht diese Ausführungsform deutlich verkleinerte Leiterbahnbereiche L1, L2 im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren, ohne zusätzliche Maskenebenen und ohne den Prozessaufwand stark zu erhöhen.
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2a, b sind schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2a entspricht dem Prozesszustand von 1b, und 2b entspricht dem Prozesszustand von 1d.
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Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2a, b wird beim Ätzen des Kontaktlochs K die Schutzschicht S aus Polysilizium gezielt unterätzt, wodurch sich beim Abscheiden der Passivierungslinerschicht LI1 aus LPCVD-Siliziumnitrid ein Verbreiterungsbereich Z1 ausbildet, der nach Entfernen der Opferschicht O am Liner LI1' erhalten bleibt. Zweck dieses Verbreiterungsbereich Z1 ist eine noch bessere Gewährleistung der elektrischen Isolation zum später zu bildenden Kontaktstopfen 15a der mikromechanischen Funktionsschicht 15.
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3a, b sind schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3a entspricht dem Prozesszustand von 1b, und 3b entspricht dem Prozesszustand von 1d.
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Bei der dritten Ausführungsform gemäß 3a, b wird die zweite Isolationsschicht I2 beim Kontaktlochätzen hinter die Ätzkante der Ätzschutzschicht S im Ätzprozess gezielt zurückgezogen. Ebenfalls bei dieser dritten Ausführungsform entsteht beim Abscheiden der Passivierungslinerschicht LI2 aus LPCVD-Siliziumnitrid ein Verbreiterungsbereich Z2 unterhalb der Ätzschutzschicht S, der nach Entfernen der Opferschicht O am Liner LI2' erhalten bleibt. Dieser Verbreiterungsbereich Z2 schützt insbesondere die zweite Isolationsschicht I2 beim Ätzen der Passivierungslinerschicht LI2 am Boden des Kontaktlochs K.
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In Zusammenhang mit der zweiten und dritten Ausführungsform sollte angemerkt werden, dass selbstverständlich in einer nicht dargestellten Ausführungsform auch beide Verbreiterungsbereiche Z1, Z2 zusammen vorgesehen werden können, was die Isolationssicherheit noch weiter steigert.
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Die Passivierung der Wände des Kontaktlochs K durch den Liner LI' bzw. LI1' bzw. LI2' und der restlichen Fläche mit Hilfe der Ätzschutzschicht S aus Polysilizium verhindert, dass es zu einer Ätzung bzw. Unterätzung der Isolationsschichten I1 bzw. I2 kommt, in welche die Leiterbahnbereiche L1, L2 isoliert eingebettet sind.
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Als weitere alternative Ausführungsform sollte erwähnt werden, dass der Passivierungsliner LI' bzw. LI1 bzw. LI2' an der Wand des Kontaktloches K auch aus Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid bestehen könnte und die Polysiliziumschichten LB1 und/oder S auch durch eine Germaniumschicht ersetzt werden könnten. Sämtliche leitfähigen Schichten einschließlich des Substrats 1 können selbstverständlich anwendungsentsprechend dotiert werden.
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Weiterhin ist es auch denkbar, dass die zweite Isolationsschicht I2 und die Ätzschutzschicht S über der ersten Leiterbahnschicht LB1 oder lediglich die Ätzschutzschicht S unter der Opferschicht O durch eine Hochtemperatur- und HF-gasphasenstabile Schicht, wie z. B. Siliziumkarbid, Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid ersetzt wird.
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Siliziumnitrid auf Siliziumoxid birgt aber das Phänomen der Ladungsspeicherung, weshalb ja diese Schichtenfolge auch gerne bei der Herstellung von Speichern eingesetzt wird. Je nach Anwendungsfall wäre daher zu prüfen, ob sich derartige Ladungsspeicherungsphänomene auf die gewünschte Sensorperformance auswirken.
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Weiterhin ist es denkbar, als Ersatz für die beiden Schichten I2, S bzw. als Ersatz für die Schicht S eine Siliziumnitridschicht zu verwenden, welche nicht stöchiometrisch aufgebaut ist, sondern einen höheren Siliziumanteil besitzt. Auf diese Art und Weise lässt sich beispielsweise die Ätzresistenz der nicht stöchiometrischen Siliziumnitridschicht gegenüber der HF-Gasphase erhöhen.
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4a, b sind schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4a entspricht dem Prozesszustand von 1b, und 4b entspricht dem Prozesszustand von 1d.
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Die in der vierten Ausführungsform gemäß 4a/b durchgeführte Prozessfolge weist insofern eine Modifizierung gegenüber der ersten bis dritten Ausführungsform auf, als dass die leitfähige Ätzschutzschicht S aus Polysilizium vor Aufbringen der Opferschicht O in voneinander isolierte Leiterbahnbereiche L3, L4, L5 strukturiert wird und somit eine zweite Leiterbahnschicht LB2 bildet, wobei die unterliegenden Bereich der ersten und zweiten Isolationsschicht I1, I2 vor einer Ätzung bzw. Unterätzung durch einen Kontaktstöpsel S12 bzw. durch Seitenpassivierungsbereiche SP geschützt werden.
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Gemäß 4a ist der Leiterbahnbereich L3 über den Polysilizium-Kontakstöpsel S12 im Kontaktbereich K12 mit dem Leiterbahnbereich L1 der ersten Leiterbahnschicht LB1 verbunden, der gleichzeitig als Ätzschutzbereich dient. Der Kontaktstöpsel S12 weist somit eine Doppelfunktion auf.
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Die Leiterbahnen L4 und L5 weisen seitliche Seitenwandpassivierungsbereiche SP auf, welche ebenfalls als Ätzschutzbereiche dienen, die eine Unterätzung der ersten Isolationsschicht I1 bzw. eine Ätzung der zweiten Isolationsschicht I2 verhindern. Diese Seitenwandpassivierungsbereiche SP lassen sich analog zum Liner LI' bzw. LI1' bzw. LI2' der oben beschriebenen vierten Ausführungsform vor Bildung der Opferschicht O bilden.
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Die von einander elektrisch isolierten Leiterbahnbereiche L3, L4, L5 können beispielsweise als Elektrodenflächen für einen differentiell kapazitiven Beschleunigungssensor mit Detektionsrichtung senkrecht zur Waferoberfläche (z-Sensor) dienen.
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Die Design- und Prozessmodifikationen der vierten Ausführungsform im Vergleich zur ersten bis dritten Ausführungsform sind relativ gering und bestehen im Wesentlichen darin, die elektrischen Kontaktstöpsel S12 vor dem Abscheiden der Opferschicht sowie die Leiterbahnbereiche L4, L5 umlaufende Gräben vor Abscheiden der Opferschicht zu ätzen und mit den Seitenwandpassivierungsbereichen SP zu versehen.
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Hierbei ist darauf zu achten, dass sich unterhalb der den späteren Seitenwandpassivierungsbereichen SP entsprechenden Isolationsgräben, also dort, wo später die Seitenwandpassivierungen SP vorgesehen werden, bzw. in den Kontaktlöchern für die Kontaktstöpsel S12 Silizium als Ätzstopp befindet.
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Wie bereits erwähnt, kann beim Ätzen der Polysilizium-Ätzschutzschicht S zum Bilden der Leiterbahnbereiche L3, L4, L5 und der darunter gelegenen zweiten Isolationsschicht I2 letztere gezielt hinter die Ätzkante der Ätzschutzschicht S aus Polysilizium zurückgezogen werden, um lokal eine größere Passivierungsdicke im nachfolgenden Passivierungsschritt, dem Abscheiden der Passivierungsschicht für die Seitenwandpassivierung SP aus LPCVD-Siliziumnitrid zu erreichen.
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Nach dem Abscheiden der Passivierungsschicht für die Seitenwandpassivierung SP aus LPCVD-Siliziumnitrid wird diese ganzflächig, in einem anisotropen Plasmaätzschritt entfernt. Auf diese Weise bleibt nur an den zuvor eingebrachten Ätzflanken und den Hinterschneidungen eine Passivierung entsprechend der Seitenwandpassivierungen SP zurück. Die Flankenpassivierung der Leiterbahnen L3, L4 wird somit durch dieses Prozessierungsverfahren quasi selbstjustierend aufgebracht. Nach der Flankenpassivierung erfolgen die Abscheidung und Strukturierung der Opferschicht O sowie die Abscheidung und Strukturierung der mikromechanischen Funktionsschicht 15 und schließlich das Opferschichtätzen.
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Durch das Vorziehen der Seitenwandpassivierung muss die Opferschicht O im Bereich der Kontaktlöcher K' für den Kontaktstöpsel 15a mit Hilfe einer separaten Lithographie entfernt werden. Weiterhin ist es denkbar, zuerst die Flanken der Isolationsgräben und nach Abscheiden und Strukturieren der Opferschicht O die Kontaktlöcher K' zu passivieren. Diese Variante hätte den Vorteil kleinerer Kontaktlöcher K' und Kontaktlochstrukturen realisieren zu können.
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5a–c sind schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5a entspricht dem Prozesszustand von 1b, und 5b entspricht dem Prozesszustand von 1d. 5c ist eine Draufsicht auf 5a.
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Bei der fünften Ausführungsform gemäß 5a–c ist im Unterschied zur vierten Ausführungsform der Kontaktstöpsel S12', der im Kontaktbereich K12' die Leiterbahnschichten LB1 und LB2 verbindet, unter den dritten Leiterbahnbereich L3 gezogen und daneben zusätzlich eine Seitenwandpassivierung SP des dritten Leiterbahnbereichs L3 vorgesehen.
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6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 entspricht dem Prozesszustand von 1d.
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Bei der sechsten Ausführungsform gemäß 6 bildet die Ätzschutzschicht S ebenfalls eine zweite Leiterbahnebene LB2, welche durch Kontaktstöpsel S12' mit einer Mehrzahl von Leiterbahnbereichen L der ersten Leiterbahnebene LB1 verbunden ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel dienen die Bereiche SH der zweiten Leiterbahnschicht LB2 zur elektrischen Schirmung der darunter liegenden Leiterbahnen L.
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7a, b sind schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7a entspricht dem Prozesszustand von 1b, und 7b entspricht dem Prozesszustand von 1d.
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Alle zuvor beschriebenen Ausführungsformen arbeiten mit zwei Polysiliziumebenen LB1 und S. Durch eine durchgehende Ätzschutzschicht S bzw. eine strukturierte Ätzschutzschicht S in Verbindung mit einer Seitenwandpassivierung ist es möglich, Polysilizium-Leiterbahnbereiche der ersten Leiterbahnschicht vor einer Unterätzung zu schützen, aber auch elektrische Durchführungen unter beispielsweise Bondrahmenstrukturen zu realisieren. Trotz der zuvor genannten Vorteile ist es auch denkbar, einen Unterätzschutz von Leiterbahnen ohne zweite Polysiliziumebene zu realisieren.
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Bei der siebten Ausführungsform gemäß 7a, b entfallen die zweite Isolationsschicht I2 und die zweite Polysiliziumebene S, und die Leiterbahnbereiche L1', L2' der ersten Leiterbahnebene LB1' aus Polysilizium sind allein durch Seitenwandpassivierungen SP' aus LPCVD-Nitrid, hergestellt analog zu den vorhergehenden Ausführungsformen, geschützt, sodass eine Unterätzung der Leiterbahnbereiche L1', L2' vermieden werden kann.
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In diesem Beispiel wird die Opferschicht O direkt auf die seitlich geschützten Leiterbahnbereiche L1', L2' der ersten Leiterbahnschicht LB1' aus Polysilizium aufgebracht. Das Kontaktloch K zur Anbindung des Kontaktstöpsels 15a der mikromechanischen Funktionsschicht 15 wird somit direkt in der Opferschicht O gebildet.
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Hierbei erfolgt die Strukturierung der Polysilizium-Leiterbahnbereiche L1', L2' also derart, dass auch die erste Isolationsschicht I1 neben und teilweise unterhalb der Leiterbahnbereiche L1', L2' bis auf das Siliziumsubstrat 1 mit entfernt wird.
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Nachteilig ist hier, dass bei elektrischen Durchführungen unter beispielsweise Bondrahmenstrukturen aus Silizium die Leiterbahnen mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen werden müssen, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Besteht diese Isolation aus dem gleichen Material wie die Opferschicht O, z. B. aus Siliziumoxid, so kommt es bei Entfernen der Opferschicht zu einer Unterätzung der Bondrahmenstruktur. Bei einer breiten Bondrahmenstruktur wäre dies ein akzeptabler Zustand. Je schmaler die Bondrahmenstruktur jedoch ausgelegt wird, beispielsweise um Chipfläche zu gewinnen, desto kritischer wird dieses Unterätzverhalten.
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7b zeigt diesen Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen, wobei bei einem seitlichen Bondrahmen 80 aus Polysilizium der Funktionsschicht 15, der auf der Opferschicht O aufgesetzt ist und unter dem der Leiterbahnbereich L2' verläuft, eine gewisse Unterätzung U' nach dem Opferschichtätzen designbedingt auftritt.
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8a, b sind schematische Querschnittsdarstellungen zum Erläutern des Herstellungsprozesses für einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8a entspricht dem Prozesszustand von 1b, und 8b entspricht dem Prozesszustand von 1d.
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Gemäß der achten Ausführungsform, die in 8a, b dargestellt ist, kann die bei der siebten Ausführungsform auftretende Unterätzung U' des Bondrahmens 80 dadurch vermieden werden kann, dass nach dem Bilden des Kontaktlochs K ein Passivierungsliner LI3' aus LPCVD-Nitrid analog zu den obigen Ausführungsformen gebildet wird, wobei dort, wo die Unterätzung des Bondrahmens 80 verhindert werden soll, ebenfalls kontourumlaufend ein Ätzgraben KB gebildet wird, welches mit dem Passivierungsliner LI3' aufgefüllt wird.
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Wird dieser Ätzgraben KB in geeigneter Breite ausgeführt, so kann er bei der Abscheidung der LPCVD-Siliziumnitrid-Linerschicht zur Seitenwandpassivierung des Kontaktlochs K' vollständig verfüllt werden, während im Bereich des Kontaktlochs K' keine Verfüllung stattfindet.
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Durch einen anisotropen Plasmaätzschritt wird dann die LPCVD-Siliziumnitrid-Linerschicht wieder ganzoberflächig zurückgeätzt. Dies führt dazu, dass in dem Kontaktloch K' der ein Passivierungsliner LI3' zurückbleibt, während bei dem vollständig gefüllten Ätzgraben KB im Bereich des Bondrahmens 80 lediglich die Schichtdicke reduziert wird.
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Auf diese Weise ist es also realisierbar, auch ohne zweite Polysiliziumebene eine Unterätzung von Leiterbahnen und Bondrahmenstrukturen zu vermeiden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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Insbesondere ist die angegebene Auswahl der Schichtmaterialien nur beispielhaft und beliebig variierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf Beschleunigungs- und Drehratensensoren beschränkt.
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Bei allen Varianten wurde die Seitenwandpassivierung als selbstjustierend beschrieben. Denkbar ist es auch, die Schicht für die Seitenwandpassivierung gezielt zu strukturieren, um auf den jeweiligen Polysiliziumebenen zusätzliche Isolationsbereiche zu schaffen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19537814 A1 [0005]
- DE 4241045 [0009]
- DE 4317274 [0010]
- DE 1970445 [0010]
