DE102010030345B4 - Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung und Sensoranordnung - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung (10) für einen Inertialsensor, mit einem Masseelement (12), einem Basisteil (14) und einem das Masseelement (12) und das Basisteil (14) verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm (16) mittels der folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Vorprodukts (18) aus einem mit einer elektrisch isolierenden Schicht (26) abgedeckten Halbleitersubstrats (20), das einen dotierten Bereich (22) und einen nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich (24) aufweist, wobei das Vorprodukt (18) zwei Regionen (28, 30) mit je einem von zwei voneinander beabstandeten Teilbereichen (36, 38) des dotierten Bereichs (22) aufweist,
- Erstellen von zwei Durchbrüchen (32, 34) durch die elektrisch isolierende Schicht (26), wobei der erste Durchbruch (32) im ersten Teilbereich (36) und der zweite Durchbruch (34) im zweiten Teilbereich (38) des dotierten Bereichs (22) angeordnet ist,
- Erstellen von einer den ersten Durchbruch (32) bis zum dotierten Bereich (22) durchgreifenden ersten Kontaktierung (40), einer den zweiten Durchbruch (34) bis zum dotierten Bereich (22) durchgreifenden zweiten Kontaktierung (42) und einer sich von der ersten Kontaktierung (40) zumindest bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs (38) erstreckenden Leiterbahn (44) auf der elektrisch isolierenden Schicht (26), und
- Trennen der beiden Regionen (28, 30) durch lokalen Materialabtrag bis auf den verbleibenden Arm (16) zwischen den beiden Regionen (28, 30), wobei der Arm (16) einen Steg (54) aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen (36, 38) im Bereich der Leiterbahn (44), die Leiterbahn (44) selbst und einen zwischen Leiterbahn (44) und Steg (54) liegenden verbleibenden Streifen (56) der elektrisch isolierenden Schicht (26) aufweist, wobei als Ergebnis die Sensoranordnung (10) mit dem Masseelement (12), dem Basisteil (14) und dem das Masseelement (12) und das Basisteil (14) verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm (16) entsteht.
- Bereitstellen eines Vorprodukts (18) aus einem mit einer elektrisch isolierenden Schicht (26) abgedeckten Halbleitersubstrats (20), das einen dotierten Bereich (22) und einen nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich (24) aufweist, wobei das Vorprodukt (18) zwei Regionen (28, 30) mit je einem von zwei voneinander beabstandeten Teilbereichen (36, 38) des dotierten Bereichs (22) aufweist,
- Erstellen von zwei Durchbrüchen (32, 34) durch die elektrisch isolierende Schicht (26), wobei der erste Durchbruch (32) im ersten Teilbereich (36) und der zweite Durchbruch (34) im zweiten Teilbereich (38) des dotierten Bereichs (22) angeordnet ist,
- Erstellen von einer den ersten Durchbruch (32) bis zum dotierten Bereich (22) durchgreifenden ersten Kontaktierung (40), einer den zweiten Durchbruch (34) bis zum dotierten Bereich (22) durchgreifenden zweiten Kontaktierung (42) und einer sich von der ersten Kontaktierung (40) zumindest bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs (38) erstreckenden Leiterbahn (44) auf der elektrisch isolierenden Schicht (26), und
- Trennen der beiden Regionen (28, 30) durch lokalen Materialabtrag bis auf den verbleibenden Arm (16) zwischen den beiden Regionen (28, 30), wobei der Arm (16) einen Steg (54) aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen (36, 38) im Bereich der Leiterbahn (44), die Leiterbahn (44) selbst und einen zwischen Leiterbahn (44) und Steg (54) liegenden verbleibenden Streifen (56) der elektrisch isolierenden Schicht (26) aufweist, wobei als Ergebnis die Sensoranordnung (10) mit dem Masseelement (12), dem Basisteil (14) und dem das Masseelement (12) und das Basisteil (14) verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm (16) entsteht.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung für einen Inertialsensor, mit einem Masseelement, einem Basisteil und einem das Masseelement und das Basisteil verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende piezoresistive Sensoranordnung und einen entsprechenden Inertialsensor.
- Stand der Technik
- Piezoresistive Sensoranordnungen - sogenannte Biegebalkenstrukturen - für Inertialsensoren wie piezoresistive Beschleunigungssensoren sind bekannt. Diese Biegebalkenstrukturen weisen ein Masseelement (eine sogenannte „seismische Masse“), ein Basisteil und einen das Masseelement und das Basisteil verbindenden piezoresistiven Arm (den Biegebalken) auf.
- Die
DE 10 2010 002 994 A1 beschreibt ein piezoresistives mikromechanisches Sensorbauelement, das ein Substrat, eine auslenkbar am Substrat aufgehängte seismische Masse und mindestens einen zwischen dem Substrat und der seismischen Masse vorgesehenen piezoresistiven Balken umfasst. - Aus der
US 2006/0156817 A1 - Derartige piezoresistiven Sensoranordnungen (Biegebalkenstrukturen) für Inertialsensoren, wie Drehratensensoren und Beschleunigungssensoren, können auf Grundlage eines gemeinsamen Halbleitersubstrats aufgebaut sein. Diese Sensoranordnungen mit Masseelement, Basisteil und das Masseelement und das Basisteil verbindendem Arm werden dabei jedoch zumeist auf Grundlage der SOI-Technologie (SOI: silicon on insulator) hergestellt und lassen sich nicht in den Herstellungsprozess einer integrierten Schaltung (IC) einer elektronischen Schaltungsanordnung eines solchen Sensors integrieren.
- Offenbarung der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass es relativ einfach durchführbar ist und in den Herstellungsprozess einer integrierten Schaltung der elektronischen Schaltungsanordnung eines solchen Sensors integrieren werden kann. Erfindungsgemäß sind folgende Herstellungsschritte vorgesehen: (a) Bereitstellen eines Vorprodukts aus einem mit einer elektrisch isolierenden Schicht abgedeckten Halbleitersubstrats, das einen dotierten Bereich und einen nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich aufweist, wobei das Vorprodukt zwei Regionen mit je einem von zwei voneinander beabstandete Teilbereich des dotierten Bereichs aufweist, (b) Erstellen von zwei Durchbrüchen durch die elektrisch isolierende Schicht, wobei der erste Durchbruch im ersten Teilbereich und der zweite Durchbruch im zweiten Teilbereich des dotierten Bereichs angeordnet ist, (c) Erstellen von einer den ersten Durchbruch bis zum dotierten Bereich durchgreifenden ersten Kontaktierung, einer den zweiten Durchbruch bis zum dotierten Bereich durchgreifenden zweiten Kontaktierung und einer sich von der ersten Kontaktierung zumindest bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs erstreckenden Leiterbahn auf der elektrisch isolierenden Schicht, und (d) Trennen der beiden Regionen durch lokalen Materialabtrag bis auf den verbleibenden Arm zwischen den beiden Regionen, wobei der Arm einen Steg aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen im Bereich der Leiterbahn, die Leiterbahn selbst und einen zwischen Leiterbahn und Steg liegenden verbleibenden Streifen der Schicht aufweist.
- Als Ergebnis dieses Herstellungsverfahrens entsteht eine piezoresistive Sensoranordnung für einen Inertialsensor, mit dem Masseelement, dem Basisteil und dem das Masseelement und das Basisteil verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm, wobei diese Komponenten der Sensoranordnung aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat hergestellt sind. Das Halbleitersubstrat weist einen dotierten Bereich auf, der sich als Steg vom Basisteil bis zum Masseelement erstreckt und mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, auf der sich die Leiterbahn ebenfalls vom Basisteil bis zum Masseelement erstreckt und wobei der dotierte Bereich und die Leiterbahn mittels einer ersten Kontaktierung durch einen ersten Durchbruch im Masseelement miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die Ausmaße der Sensoranordnung sind insbesondere kleiner als 100 µm. Ein Arm einer solchen Anordnung, bevorzugt jedoch mehrere Arme solcher Anordnungen sind innerhalb des Inertialsensors in einer Brückenschaltung (z.B. einer Wheatstone-Brücke) verschaltet.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Materialabtrag mittels mindestens eines Ätzprozesses erfolgt. Der lokale Materialabtrag des Trennschritts kann zum Beispiel durch Masken-Ätzverfahren realisiert werden. Beim Masken-Ätzverfahren werden insbesondere die Bereiche des sich ergebenden Arms, Masseelements und Basisteils mittels einer Maske abgeschattet. Das Ätzen ist bevorzugt ein Trockenätzen, insbesondere ein materialabtragendes, plasmaunterstütztes, gaschemisches Trockenätzen, das besonders in der Halbleitertechnik, Mikrostrukturtechnologie und in der Displaytechnik großtechnisch eingesetzt wird. Umgangssprachlich wird auch der Begriff „Plasmaätzen“ benutzt. Konkret ist damit ein „chemical dry etching“-Verfahren (CDE) gemeint. Als Ätzgas verwendet man entweder bevorzugt unverdünntes Fluor oder Fluor-Edelgas-Gemische. Ein sehr geläufiges Ätzgas ist Schwefelhexaflourid (SF6).
- Insbesondere erfolgt der Materialabtrag mittels einer Kombination aus einem anisotropen und einem isotropen Ätzprozess. Dies ist zum Beispiel die Kombination aus einem Trenchprozess und reinem SF6-Ätzen. Der Trench-Prozess ist dabei ein Prozess reaktiven lonenätzens.
- Unter „anisotropem Ätzen“ ist hier ein mikrotechnologisches Ätzverfahren zu verstehen, bei dem die Ätzung in die Tiefe deutlich schneller als lateral erfolgt.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Herstellen des Vorprodukts das Halbleitersubstrat auf seiner einen Seite zunächst bereichsweise dotiert und anschließend auf der Oberfläche dieser Seite mit der elektrisch isolierenden Schicht versehen wird. Eine derartige Herstellung ist mit Standard-Mitteln leicht realisierbar.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch isolierende Schicht eine dielektrische Schicht.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halbleitersubstrat ein opferschichtfreies Substrat ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Halbleitersubstrat ein Silizium-Substrat ist.
- Insbesondere ist vorgesehen, dass sich der Arm zwischen den beiden Teilbereichen im Wesentlichen linear erstreckt.
- In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Schritt des Trennens, also Schritt (d), in der ersten Region das Masseelement mit strukturiert wird.
- Die Erfindung betrifft weiterhin eine piezoresistive Sensoranordnung für einen Inertialsensor, insbesondere ein gemäß einem vorstehend genannten Verfahren hergestellte Sensoranordnung, mit einem Masseelement, einem Basisteil und einem das Masseelement und das Basisteil verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm, wobei die Sensoranordnung eine aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat hergestellte Sensoranordnung ist und das Halbleitersubstrat einen dotierten Bereich aufweist, der sich als Steg vom Basisteil bis zum Masseelement erstreckt und mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, auf der sich eine Leiterbahn ebenfalls vom Basisteil bis zum Masseelement erstreckt. Der dotierte Bereich und die Leiterbahn sind dabei mittels einer ersten Kontaktierung durch einen ersten Durchbruch im Masseelement miteinander elektrisch kontaktiert.
- Die Erfindung betrifft schließlich noch einen Inertialsensor mit mindestens einer vorgenannten piezoresistiven Sensoranordnung und einer als integrierte Schaltung ausgebildeten Schaltungsanordnung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat als Basis. Die Schaltungsanordnung umfasst bevorzugt eine Brückenschaltung, in der die piezoresistive(n) Struktur(en), also die Stege der Sensoranordnung(en), verschaltet sind. Der Basisteil der Sensoranordnung ist Teil der Basis.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Abbildungen einer Ausführungsvariante näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in einer Draufsicht ein bereitgestelltes Vorprodukt mit einem einen dotierten Bereich aufweisenden Halbleitersubstrat, -
2 das Vorprodukt der1 mit zwei bis zum dotierten Bereich durchgreifenden Kontaktierungen und einer von einer ersten der Kontaktierungen ausgehenden Leiterbahn, -
3 die piezoresistive Sensoranordnung nach dem Trennen von zwei Regionen des Vorprodukts bis auf einen verbleibenden Arm, -
4 eine Schnittdarstellung entlang der LinieA - A der2 bzw.3 , -
5 eine Schnittdarstellung entlang der LinieB - B der3 und -
6 eine Schnittdarstellung entlang der LinieC - C der3 . - Die
1 bis3 zeigen den schrittweisen Aufbau einer piezoresistiven Sensoranordnung10 für einen Inertialsensor jeweils in Draufsicht. Die in3 fertiggestellte Sensoranordnung10 weist ein Masseelement12 , ein Basisteil14 und einen das Masseelement12 und das Basisteil14 verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm16 auf. Die4 bis6 zeigen Schnittdarstellungen der in3 gezeigten fertigen Anordnung10 in drei verschiedenen Abschnitten dieser Anordnung10 . - Die
1 zeigt ein bereitgestelltes Vorprodukt (Halbzeug)18 der Sensoranordnung10 mit einem Halbleitersubstrat20 , das einen dotierten Bereich22 und einen diesen dotierten Bereich22 zumindest teilweise umgebenden nicht-dotierten Bereich24 beziehungsweise einen andersartig dotierten Bereich, wobei dieser andersartig dotierte Bereich eine andersartige Dotierung aufweist als der dotierte Bereich. Das Halbleitersubstrat20 ist bevorzugt als Siliziumsubstrat ausgebildet. Eine die Oberfläche des Halbleitersubstrats20 abdeckende elektrisch isolierende Schicht26 ist in den Draufsicht-Darstellungen der1 bis3 nicht dargestellt, jedoch insbesondere in der Schnittdarstellung der4 erkennbar. Der dotierte Bereich22 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel nicht bis zum Grund des Halbleitersubstrats20 , sondern wird im rückwärtigen Bereich vom nicht dotierten beziehungsweise andersartig dotierten Bereich24 umgeben. Der dotierte Bereich22 erstreckt sich von einer ersten Region28 des Vorprodukts18 (hier die im oberen Bildbereich dargestellte Region) bis zu einer zweiten Region30 (hier die im unteren Bildbereich dargestellte Region). - In einem folgenden Verfahrensschritt des Herstellungsverfahrens werden nun zwei Durchbrüche
32 ,34 durch die elektrisch isolierende Schicht26 erstellt, wobei der erste Durchbruch32 in einem ersten Teilbereich36 und der zweite Durchbruch32 in einem zweiten Teilbereich38 des dotierten Bereichs22 angeordnet ist. Die beiden Teilbereiche36 ,38 sind die einander gegenüberliegenden Endbereiche des dotierten Bereichs22 , wobei der erste Teilbereich36 innerhalb der ersten Region28 und der zweite Teilbereich38 innerhalb der zweiten Region30 des Vorprodukts18 angeordnet ist. Die Durchbrüche können zum Beispiel durch bekannte Ätzverfahren mittels Maske erstellt werden. - Anschließend wird eine den ersten Durchbruch
32 bis zum dotierten Bereich22 durchgreifende erste Kontaktierung40 erstellt, weiterhin wird eine den zweiten Durchbruch34 ebenfalls bis zum dotierten Bereich22 durchgreifende zweiten Kontaktierung42 erstellt und eine sich von der ersten Kontaktierung40 bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs38 und sich innerhalb der zweiten Region30 über dieses Gebiet hinaus erstreckende Leiterbahn44 auf der elektrisch isolierenden Schicht26 erstellt. Die Kontaktierungen40 ,42 und die Leiterbahn44 sind dabei aus Metall und vorzugsweise mittels Gasphasenabscheidung (CVD oder PVD, zum Beispiel Sputtern) erstellt. Ein erster Endabschnitt46 der Leiterbahn44 kontaktiert die erste Kontaktierung40 in der ersten Region28 , ein zweiter Endabschnitt48 dient - wie auch die zweite Kontaktierung42 - bei der fertiggestellten Sensoranordnung10 als Kontaktbereich50 ,52 zu deren elektrischem Anschluss. - Das Resultat der vorgenannten beiden Verfahrensschritte ist in
2 dargestellt. Diese Figur zeigt eine Draufsicht auf das quadratische Vorprodukt18 mit länglichem sich von der ersten zur zweiten Region28 ,30 erstreckenden rechteckigen dotierten Bereich22 , in dessen Endabschnitten jeweils einer der beiden Teilbereiche36 ,38 mit den Kontaktierungen40 ,42 angeordnet ist. Der Mittelabschnitt der Leiterbahn44 erstreckt sich zwischen den beiden Teilbereichen36 ,38 mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse des rechteckigen dotierten Bereichs22 auf kürzestem Wege zwischen erster und zweiter Region28 ,30 während die Endabschnitte46 ,48 jeweils senkrecht abgewinkelt dazu verlaufen. - In einem sich anschließenden Verfahrensschritt des Herstellungsverfahrens werden die beiden Regionen
28 ,30 durch Materialabtrag bis auf den verbleibenden Arm16 zwischen den beiden Regionen28 ,30 voneinander getrennt. Der Arm16 besteht aus einem Steg54 aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen36 ,38 im Bereich der Leiterbahn44 , aus der Leiterbahn44 selbst und einem zwischen Leiterbahn44 und Steg54 liegenden verbleibenden Streifen56 der isolierenden Schicht26 (in5 gezeigt). Der Materialabtrag von Material des Vorprodukts18 in einer Grenzregion zwischen den beiden Regionen28 ,30 erfolgt mittels einer Kombination aus einem anisotropen und einem isotropen Ätzprozess. - Bei dem hier verwendeten Silizium-Substrat wird also mittels Kombination aus anisotropem und isotropem Silizium-Ätzen (z.B. Trenchprozess und reines SF6-Ätzen) der Steg
54 aus - bereits im IC-Prozess zum Erstellen einer Schaltungsanordnung des Inertialsensors (zu dem auch die Sensoranordnung10 gehört) hoch dotiertem - Silizium des Substratmaterials realisiert. -
3 zeigt die fertige Anordnung10 in Aufsicht. Am Arm16 befindet sich die beweglich gelagerte seismische Masse (Masseelement12 ). Auf der anderen Seite des Arms16 ist dieser mechanisch fixiert an dem Basisteil14 (das mit dem Substrat/der Basis einstückig verbunden ist). Die Dotierung des Stegs54 ist flächig ausgeführt und in den Kontaktierungen40 ,42 von obenliegendem Metall kontaktiert. Die als dielektrische Schicht ausgebildete isolierende Schicht26 ist - wie gesagt - der Übersichtlichkeit halber in den Aufsichten der1 bis3 nicht eingezeichnet. - Die elektrische Kontaktierung erfolgt an den Kontaktbereichen
50 und52 . Die dargestellten Perforationen dienen der Freistellung mittels des o.g. Silizium-Ätzprozesses. - Die
4 bis6 zeigen drei Querschnitte durch die Sensoranordnung im Bereich des Basisteils14 (SchnittA - A ), des Arms16 (SchnittB - B ) und des Masseelements12 (SchnittC - C ). - Die
4 zeigt dabei das Basisteil (also ein Teil der Basis)14 mit dem dotierten Bereich22 und dem nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich24 des Halbleitersubstrats20 , der isolierenden Schicht26 auf der Oberfläche mit dem Durchbruch34 . Dieser Durchbruch34 wird von der Kontaktierung42 durchgriffen, die den ersten Kontaktbereich50 bildet. Auf gleicher Höhe befindet sich weiterhin der zweite Endabschnitt48 der Leiterbahn44 auf der isolierenden Schicht26 , der den zweiten Kontaktbereich52 bildet. - Die
5 zeigt den Arm16 mit dem aus dotiertem Halbleitermaterial bestehenden Steg54 , dem verbleibenden Streifen56 der isolierenden Schicht26 und der als „Rückleitung“ nutzbaren metallischen Leiterbahn44 . Darunter befindet sich die Basis60 . -
6 zeigt schließlich das Masseelement12 und die beabstandet zum Masseelement12 angeordnete Basis60 . - Somit können mittels des vorgestellten Herstellungsverfahrens extrem kleinbauende Inertialsensoren auf Basis eines piezoresistiven Wandlerprinzips hergestellt werden.
- Die Sensorgröße bzw. die Achse der Sensoranordnung kann dabei kleiner als 100 µm Kantenlänge gewählt werden. Der Herstellungsprozess kann weiterhin vollständig in den Halbleiterprozess zur Herstellung der Sensorelektronik integriert werden.
Claims (10)
- Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung (10) für einen Inertialsensor, mit einem Masseelement (12), einem Basisteil (14) und einem das Masseelement (12) und das Basisteil (14) verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm (16) mittels der folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Vorprodukts (18) aus einem mit einer elektrisch isolierenden Schicht (26) abgedeckten Halbleitersubstrats (20), das einen dotierten Bereich (22) und einen nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich (24) aufweist, wobei das Vorprodukt (18) zwei Regionen (28, 30) mit je einem von zwei voneinander beabstandeten Teilbereichen (36, 38) des dotierten Bereichs (22) aufweist, - Erstellen von zwei Durchbrüchen (32, 34) durch die elektrisch isolierende Schicht (26), wobei der erste Durchbruch (32) im ersten Teilbereich (36) und der zweite Durchbruch (34) im zweiten Teilbereich (38) des dotierten Bereichs (22) angeordnet ist, - Erstellen von einer den ersten Durchbruch (32) bis zum dotierten Bereich (22) durchgreifenden ersten Kontaktierung (40), einer den zweiten Durchbruch (34) bis zum dotierten Bereich (22) durchgreifenden zweiten Kontaktierung (42) und einer sich von der ersten Kontaktierung (40) zumindest bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs (38) erstreckenden Leiterbahn (44) auf der elektrisch isolierenden Schicht (26), und - Trennen der beiden Regionen (28, 30) durch lokalen Materialabtrag bis auf den verbleibenden Arm (16) zwischen den beiden Regionen (28, 30), wobei der Arm (16) einen Steg (54) aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen (36, 38) im Bereich der Leiterbahn (44), die Leiterbahn (44) selbst und einen zwischen Leiterbahn (44) und Steg (54) liegenden verbleibenden Streifen (56) der elektrisch isolierenden Schicht (26) aufweist, wobei als Ergebnis die Sensoranordnung (10) mit dem Masseelement (12), dem Basisteil (14) und dem das Masseelement (12) und das Basisteil (14) verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm (16) entsteht.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag mittels mindestens eines Ätzprozesses, insbesondere mittels einer Kombination aus einem anisotropen und einem isotropen Ätzprozess erfolgt. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen des Vorprodukts (18) das Halbleitersubstrat (20) auf seiner einen Seite zunächst bereichsweise dotiert und anschließend auf der Oberfläche dieser Seite mit der elektrisch isolierenden Schicht (26) versehen wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (26) eine dielektrische Schicht ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (20) ein opferschichtfreies Substrat ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (20) ein Siliziumsubstrat ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Arm (16) zwischen den beiden Teilbereichen (36, 38) im Wesentlichen linear erstreckt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Trennschritt in der ersten Region (28) das Masseelement (12) mit strukturiert wird.
- Piezoresistive Sensoranordnung (10) für einen Inertialsensor, insbesondere eine gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellte Sensoranordnung (10), mit einem Masseelement (12), einem Basisteil (14) und einem das Masseelement (12) und das Basisteil (14) verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm (16) als aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (20) hergestellte Komponenten der Sensoranordnung (10), wobei das Halbleitersubstrat (20) einen dotierten Bereich (22) aufweist, der sich als Steg (54) vom Basisteil (14) bis zum Masseelement (12) erstreckt und mit einer elektrisch isolierenden Schicht (26) versehen ist, auf der sich eine Leiterbahn (44) ebenfalls vom Basisteil (14) bis zum Masseelement (12) erstreckt und wobei der dotierte Bereich (22) und die Leiterbahn (44) mittels einer ersten Kontaktierung (40) durch einen ersten Durchbruch (32) durch die elektrisch isolierende Schicht (26) im Masseelement (12) miteinander elektrisch kontaktiert sind, wobei der Arm (16) den Steg (54), die Leiterbahn (44) und einen zwischen Leiterbahn (44) und Steg (54) liegenden verbleibenden Streifen (56) der elektrisch isolierenden Schicht (26) aufweist.
- Inertialsensor mit mindestens einer piezoresistiven Sensoranordnung (10) nach
Anspruch 9 und einer als integrierte Schaltung ausgebildeten Schaltungsanordnung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (20) als Basis.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060156817A1 (en) | 2005-01-20 | 2006-07-20 | Takayuki Kai | Acceleration sensor with redundant contact holes |
DE102010002994A1 (de) | 2010-03-18 | 2011-09-22 | Robert Bosch Gmbh | Piezoresistives mikromechanisches Sensorbauelement und entsprechendes Messverfahren |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3700910B2 (ja) * | 1997-10-16 | 2005-09-28 | セイコーインスツル株式会社 | 半導体歪センサ及びその製造方法ならびに走査プローブ顕微鏡 |
US6389899B1 (en) * | 1998-06-09 | 2002-05-21 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | In-plane micromachined accelerometer and bridge circuit having same |
CN1312482C (zh) * | 2003-07-09 | 2007-04-25 | 友达光电股份有限公司 | 半导体加速感测器 |
CN101005097A (zh) * | 2006-01-17 | 2007-07-25 | 台达电子工业股份有限公司 | 半导体压阻式传感器及其操作方法 |
CN101692099B (zh) * | 2009-10-16 | 2011-11-16 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 具有片上零偏补偿的压阻式双轴微加速度计及制作方法 |
-
2010
- 2010-06-22 DE DE102010030345.3A patent/DE102010030345B4/de active Active
-
2011
- 2011-06-21 CN CN201110167456.3A patent/CN102336391B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060156817A1 (en) | 2005-01-20 | 2006-07-20 | Takayuki Kai | Acceleration sensor with redundant contact holes |
DE102010002994A1 (de) | 2010-03-18 | 2011-09-22 | Robert Bosch Gmbh | Piezoresistives mikromechanisches Sensorbauelement und entsprechendes Messverfahren |
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