DE102010030345B4 - Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung und Sensoranordnung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung und Sensoranordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102010030345B4
DE102010030345B4 DE102010030345.3A DE102010030345A DE102010030345B4 DE 102010030345 B4 DE102010030345 B4 DE 102010030345B4 DE 102010030345 A DE102010030345 A DE 102010030345A DE 102010030345 B4 DE102010030345 B4 DE 102010030345B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
insulating layer
base part
doped region
electrically insulating
arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102010030345.3A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102010030345A1 (de
Inventor
Ando Feyh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102010030345.3A priority Critical patent/DE102010030345B4/de
Priority to CN201110167456.3A priority patent/CN102336391B/zh
Publication of DE102010030345A1 publication Critical patent/DE102010030345A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102010030345B4 publication Critical patent/DE102010030345B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/12Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance
    • G01P15/123Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance by piezo-resistive elements, e.g. semiconductor strain gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

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.

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 ist ein Beschleunigungssensor bekannt, der ein mit einem flexiblen Balken verbundenes Unterstützungselement umfasst. Den bekannten Arten von piezoresistiven Beschleunigungssensoren mit derartigen Sensoranordnungen ist gemein, dass das jeweilige Masseelement bei einer einwirkenden Beschleunigung mechanische Spannung (mechanischen Stress) in dem strukturiert dotierten und als sogenannter Biegebalken ausgebildeten Arm zwischen Masseelement und dem diese Anordnung innerhalb des Sensors haltende Basisteil hervorruft. Die dabei entstehende mechanische Spannung in den Strukturen des Arms wird über den piezoresistiven Effekt gemessen. Die Widerstände der piezoresistiven Strukturen des Arms werden üblicherweise in Vollbrückenschaltung elektrisch ausgewertet, sind also zum Beispiel in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung verschaltet. Die so ermittelte mechanische Spannung kann bei bekannter Masse des Masseelements zur Bestimmung der anliegenden Beschleunigung genutzt werden.
  • 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 der 1 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 Linie A - A der 2 bzw. 3,
    • 5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie B - B der 3 und
    • 6 eine Schnittdarstellung entlang der Linie C - C der 3.
  • Die 1 bis 3 zeigen den schrittweisen Aufbau einer piezoresistiven Sensoranordnung 10 für einen Inertialsensor jeweils in Draufsicht. Die in 3 fertiggestellte Sensoranordnung 10 weist ein Masseelement 12, ein Basisteil 14 und einen das Masseelement 12 und das Basisteil 14 verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm 16 auf. Die 4 bis 6 zeigen Schnittdarstellungen der in 3 gezeigten fertigen Anordnung 10 in drei verschiedenen Abschnitten dieser Anordnung 10.
  • Die 1 zeigt ein bereitgestelltes Vorprodukt (Halbzeug) 18 der Sensoranordnung 10 mit einem Halbleitersubstrat 20, das einen dotierten Bereich 22 und einen diesen dotierten Bereich 22 zumindest teilweise umgebenden nicht-dotierten Bereich 24 beziehungsweise einen andersartig dotierten Bereich, wobei dieser andersartig dotierte Bereich eine andersartige Dotierung aufweist als der dotierte Bereich. Das Halbleitersubstrat 20 ist bevorzugt als Siliziumsubstrat ausgebildet. Eine die Oberfläche des Halbleitersubstrats 20 abdeckende elektrisch isolierende Schicht 26 ist in den Draufsicht-Darstellungen der 1 bis 3 nicht dargestellt, jedoch insbesondere in der Schnittdarstellung der 4 erkennbar. Der dotierte Bereich 22 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel nicht bis zum Grund des Halbleitersubstrats 20, sondern wird im rückwärtigen Bereich vom nicht dotierten beziehungsweise andersartig dotierten Bereich 24 umgeben. Der dotierte Bereich 22 erstreckt sich von einer ersten Region 28 des Vorprodukts 18 (hier die im oberen Bildbereich dargestellte Region) bis zu einer zweiten Region 30 (hier die im unteren Bildbereich dargestellte Region).
  • In einem folgenden Verfahrensschritt des Herstellungsverfahrens werden nun zwei Durchbrüche 32, 34 durch die elektrisch isolierende Schicht 26 erstellt, wobei der erste Durchbruch 32 in einem ersten Teilbereich 36 und der zweite Durchbruch 32 in einem zweiten Teilbereich 38 des dotierten Bereichs 22 angeordnet ist. Die beiden Teilbereiche 36, 38 sind die einander gegenüberliegenden Endbereiche des dotierten Bereichs 22, wobei der erste Teilbereich 36 innerhalb der ersten Region 28 und der zweite Teilbereich 38 innerhalb der zweiten Region 30 des Vorprodukts 18 angeordnet ist. Die Durchbrüche können zum Beispiel durch bekannte Ätzverfahren mittels Maske erstellt werden.
  • Anschließend wird eine den ersten Durchbruch 32 bis zum dotierten Bereich 22 durchgreifende erste Kontaktierung 40 erstellt, weiterhin wird eine den zweiten Durchbruch 34 ebenfalls bis zum dotierten Bereich 22 durchgreifende zweiten Kontaktierung 42 erstellt und eine sich von der ersten Kontaktierung 40 bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs 38 und sich innerhalb der zweiten Region 30 über dieses Gebiet hinaus erstreckende Leiterbahn 44 auf der elektrisch isolierenden Schicht 26 erstellt. Die Kontaktierungen 40, 42 und die Leiterbahn 44 sind dabei aus Metall und vorzugsweise mittels Gasphasenabscheidung (CVD oder PVD, zum Beispiel Sputtern) erstellt. Ein erster Endabschnitt 46 der Leiterbahn 44 kontaktiert die erste Kontaktierung 40 in der ersten Region 28, ein zweiter Endabschnitt 48 dient - wie auch die zweite Kontaktierung 42 - bei der fertiggestellten Sensoranordnung 10 als Kontaktbereich 50, 52 zu deren elektrischem Anschluss.
  • Das Resultat der vorgenannten beiden Verfahrensschritte ist in 2 dargestellt. Diese Figur zeigt eine Draufsicht auf das quadratische Vorprodukt 18 mit länglichem sich von der ersten zur zweiten Region 28, 30 erstreckenden rechteckigen dotierten Bereich 22, in dessen Endabschnitten jeweils einer der beiden Teilbereiche 36, 38 mit den Kontaktierungen 40, 42 angeordnet ist. Der Mittelabschnitt der Leiterbahn 44 erstreckt sich zwischen den beiden Teilbereichen 36, 38 mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse des rechteckigen dotierten Bereichs 22 auf kürzestem Wege zwischen erster und zweiter Region 28, 30 während die Endabschnitte 46, 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 Arm 16 zwischen den beiden Regionen 28, 30 voneinander getrennt. Der Arm 16 besteht aus einem Steg 54 aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen 36, 38 im Bereich der Leiterbahn 44, aus der Leiterbahn 44 selbst und einem zwischen Leiterbahn 44 und Steg 54 liegenden verbleibenden Streifen 56 der isolierenden Schicht 26 (in 5 gezeigt). Der Materialabtrag von Material des Vorprodukts 18 in einer Grenzregion zwischen den beiden Regionen 28, 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 Sensoranordnung 10 gehört) hoch dotiertem - Silizium des Substratmaterials realisiert.
  • 3 zeigt die fertige Anordnung 10 in Aufsicht. Am Arm 16 befindet sich die beweglich gelagerte seismische Masse (Masseelement 12). Auf der anderen Seite des Arms 16 ist dieser mechanisch fixiert an dem Basisteil 14 (das mit dem Substrat/der Basis einstückig verbunden ist). Die Dotierung des Stegs 54 ist flächig ausgeführt und in den Kontaktierungen 40, 42 von obenliegendem Metall kontaktiert. Die als dielektrische Schicht ausgebildete isolierende Schicht 26 ist - wie gesagt - der Übersichtlichkeit halber in den Aufsichten der 1 bis 3 nicht eingezeichnet.
  • Die elektrische Kontaktierung erfolgt an den Kontaktbereichen 50 und 52. Die dargestellten Perforationen dienen der Freistellung mittels des o.g. Silizium-Ätzprozesses.
  • Die 4 bis 6 zeigen drei Querschnitte durch die Sensoranordnung im Bereich des Basisteils 14 (Schnitt A - A), des Arms 16 (Schnitt B - B) und des Masseelements 12 (Schnitt C - C).
  • Die 4 zeigt dabei das Basisteil (also ein Teil der Basis) 14 mit dem dotierten Bereich 22 und dem nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich 24 des Halbleitersubstrats 20, der isolierenden Schicht 26 auf der Oberfläche mit dem Durchbruch 34. Dieser Durchbruch 34 wird von der Kontaktierung 42 durchgriffen, die den ersten Kontaktbereich 50 bildet. Auf gleicher Höhe befindet sich weiterhin der zweite Endabschnitt 48 der Leiterbahn 44 auf der isolierenden Schicht 26, der den zweiten Kontaktbereich 52 bildet.
  • Die 5 zeigt den Arm 16 mit dem aus dotiertem Halbleitermaterial bestehenden Steg 54, dem verbleibenden Streifen 56 der isolierenden Schicht 26 und der als „Rückleitung“ nutzbaren metallischen Leiterbahn 44. Darunter befindet sich die Basis 60.
  • 6 zeigt schließlich das Masseelement 12 und die beabstandet zum Masseelement 12 angeordnete Basis 60.
  • 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)

  1. 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.
  2. 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.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (26) eine dielektrische Schicht ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (20) ein opferschichtfreies Substrat ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (20) ein Siliziumsubstrat ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Arm (16) zwischen den beiden Teilbereichen (36, 38) im Wesentlichen linear erstreckt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Trennschritt in der ersten Region (28) das Masseelement (12) mit strukturiert wird.
  9. 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.
  10. Inertialsensor mit mindestens einer piezoresistiven Sensoranordnung (10) nach Anspruch 9 und einer als integrierte Schaltung ausgebildeten Schaltungsanordnung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (20) als Basis.
DE102010030345.3A 2010-06-22 2010-06-22 Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung und Sensoranordnung Active DE102010030345B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010030345.3A DE102010030345B4 (de) 2010-06-22 2010-06-22 Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung und Sensoranordnung
CN201110167456.3A CN102336391B (zh) 2010-06-22 2011-06-21 用于制造压阻的传感器装置的方法以及传感器装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010030345.3A DE102010030345B4 (de) 2010-06-22 2010-06-22 Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung und Sensoranordnung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102010030345A1 DE102010030345A1 (de) 2011-12-22
DE102010030345B4 true DE102010030345B4 (de) 2019-05-09

Family

ID=45091314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010030345.3A Active DE102010030345B4 (de) 2010-06-22 2010-06-22 Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung und Sensoranordnung

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN102336391B (de)
DE (1) DE102010030345B4 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Also Published As

Publication number Publication date
CN102336391A (zh) 2012-02-01
DE102010030345A1 (de) 2011-12-22
CN102336391B (zh) 2015-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4341271B4 (de) Beschleunigungssensor aus kristallinem Material und Verfahren zur Herstellung dieses Beschleunigungssensors
DE102009029095B4 (de) Mikromechanisches Bauelement
DE4000903C1 (de)
DE4400127C2 (de) Kapazitiver Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19930779B4 (de) Mikromechanisches Bauelement
DE3335772C2 (de) Meßwandler und Verfahren zum Herstellen eines Meßwandlers, der auf Piezo-Widerstandsbasis arbeitet
DE102010039293B4 (de) Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
DE10325020B4 (de) Verfahren zum Versiegeln eines Halbleiterbauelements und damit hergestellte Vorrichtung
DE102005059905A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und Herstellungsverfahren
DE69806010T2 (de) Mikromechanischer Beschleunigungsschalter
DE102011006422A1 (de) Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
DE102011011160B4 (de) Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
DE102010061782B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements
DE4003473C2 (de)
EP0950190B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Halbleiteranordnung
DE102005031379A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors zur Erfassung einer physikalischen Größe
DE102017219929A1 (de) Mikromechanischer z-Inertialsensor
DE10196677B4 (de) Elektrodenstruktur und Verfahren zum Herstellen eines Dünnschicht-Strukturkörpers
DE10231729B4 (de) Bauelement mit einer oberflächenmikromechanischen Struktur
DE102010030345B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung und Sensoranordnung
DE102010029708B4 (de) Mikromechanisches System
DE10029012C2 (de) Mikrostruktur und Verfahren zu deren Herstellung
DE102010062056B4 (de) Mikromechanisches Bauteil
DE102009028037A1 (de) Bauelement mit einer elektrischen Durchkontaktierung, Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes und Bauelementsystem
DE102011081014B4 (de) Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R084 Declaration of willingness to licence