DE102011081033B4 - Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur Download PDF

Info

Publication number
DE102011081033B4
DE102011081033B4 DE102011081033.1A DE102011081033A DE102011081033B4 DE 102011081033 B4 DE102011081033 B4 DE 102011081033B4 DE 102011081033 A DE102011081033 A DE 102011081033A DE 102011081033 B4 DE102011081033 B4 DE 102011081033B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
micromechanical
functional layer
sensor
sensor device
area
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
DE102011081033.1A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102011081033A1 (de
Inventor
Johannes Classen
Jochen Reinmuth
Sebastian Guenther
Pia Bustian-Todorov
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 DE102011081033.1A priority Critical patent/DE102011081033B4/de
Priority to CN201210291267.1A priority patent/CN102951601B/zh
Priority to US13/586,226 priority patent/US8956544B2/en
Publication of DE102011081033A1 publication Critical patent/DE102011081033A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102011081033B4 publication Critical patent/DE102011081033B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5783—Mountings or housings not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00182—Arrangements of deformable or non-deformable structures, e.g. membrane and cavity for use in a transducer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring 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
    • G01P15/0802—Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/025—Inertial sensors not provided for in B81B2201/0235 - B81B2201/0242
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring 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
    • G01P2015/0862—Measuring 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 particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0882—Measuring 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 particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system for providing damping of vibrations

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur mit den Schritten:Bilden eines Kanals (6) in einer ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) aus einem ersten Material;Verschließen des Kanals (6) mit einer Deckschicht (7) aus einem zweiten Material zum Bilden eines vergrabenen Kanals (6') mit einem ersten Ende (E1) und einem zweiten Ende (E2);Bilden einer zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (11) oberhalb der Deckschicht (7) aus einem dritten Material;Strukturieren einer mikromechanischen Sensorstruktur (S1, S2) und eines Randbereichs (R) in der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (11), wobei der Randbereich (R) die Sensorstruktur (S1, S2) umgibt und eine die Sensorstruktur (S1, S2) enthaltende Innenseite (RI) und eine von der Sensorstruktur (S1, S2) abgewandete Außenseite (RA) definiert und wobei das erste Ende (E1) auf der Außenseite (RA) und das zweite Ende (E2) auf der Innenseite (RI) liegt;Öffnen des vergrabenen Kanals (6') an dem ersten und zweiten Ende (E1, E2) in einem ersten Ätzschritt, wobei ein erstes Ätzmedium durch die strukturierte zweite mikromechanische Funktionsschicht (11) an das erste und zweite Ende (E1, E2) geleitet wird und die Deckschicht (7) selektiv zur ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) und zur zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (11) ätzt;Bilden einer Verkappung (12, 13) auf dem Randbereich (R), wodurch der geöffnete vergrabene Kanal (6') eine Fluidverbindung zwischen der Außenseite (RA) und der Innenseite (RI) bildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und eine mikromechanische Struktur.
  • Die US 4 790 192 A offenbart einen mikromechanischen Differenzdrucksensor mit einer ersten mikromechanischen Funktionsschicht aus einem ersten Material, welche einen vergrabenen Kanal mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, einer mikromechanischen Sensorstruktur, welche eine erste Sensoreinrichtung und eine zweite Sensoreinrichtung aufweist, mit einer Verkappung in einer zweiten mikromechanischen Funktionsschicht, welche oberhalb der ersten mikromechanischen Funktionsschicht angeordnet ist. Ein Randbereich ist in der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht vorgesehen, wobei der Randbereich die erste Sensoreinrichtung und die zweite Sensoreinrichtung umgibt und eine die erste Sensoreinrichtung enthaltende Innenseite und eine von der ersten Sensoreinrichtung abgewandete Außenseite definiert, wobei das erste Ende auf der Außenseite und das zweite Ende auf der Innenseite liegt. Die erste Sensoreinrichtung ist mit einem ersten Kavernenbereich, und die zweite Sensoreinrichtung ist mit einem zweiten Kavernenbereich gebildet sind, wobei die Verkappung derart gebildet ist, dass der zweite Kavernenbereich gegenüber der Außenseite und dem ersten Kavernenbereich verschlossen ist, wobei das zweite Ende in dem ersten Kavernenbereich gebildet ist.
  • Die DE 198 26 317 A1 offenbart einen mikromechanischen Drucksensor, bei dem über einen mit einer Kaverne kommunizierenden Kanal eine vorbestimmte Gasatmosphäre in der Kaverne erzeugt wird und danach der Kanal verschlossen wird.
  • Die DE 10 2008 040 970 A1 offenbart eine mikromechanische Vorrichtung mit Kavernen mit unterschiedlichem atmosphärischen Innendruck.
  • Stand der Technik
  • Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von Beschleunigungs- und Drehratensensoren erläutert.
  • Die DE 195 37 814 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Sensoren, wie z.B. Beschleunigungs- und Drehratensensoren. Es werden bewegliche Siliziumstrukturen erzeugt, deren Bewegungen über die Bestimmung von Kapazitätsänderungen quantitativ erfasst werden. Die beweglichen Siliziumstrukturen werden in einem Ätzschritt erzeugt, wobei Gräben in der Siliziumschicht mit hohem Aspektverhältnis erzeugt werden. In einem zweiten Schritt wird eine Opferschicht, beispielsweise eine Oxidschicht, unter der mikromechanischen Funktionsschicht aus Silizium entfernt. In einem Folgeprozess werden die so gewonnenen beweglichen Siliziumstrukturen hermetisch verschlossen, beispielsweise durch einen Kappenwafer, der über einen Seal-Glaslotprozess aufgebracht wird. Je nach Anwendung wird innerhalb des durch den Kappenwafer verschlossenen Volumens eine Gasatmosphäre mit gewünschtem bzw. geeignetem Druck eingeschlossen.
  • Bei Drehratensensoren wird typischerweise ein sehr geringer Druck eingeschlossen, beispielsweise in der Größenordnung von 1 mbar. Hintergrund dafür ist es, dass bei diesen Drehratensensoren ein Teil der beweglichen Struktur resonant angetrieben wird. Bei sehr geringem Druck kann mit relativ geringen elektrischen Spannungen aufgrund der sehr geringen Dämpfung sehr einfach eine gewünschte Schwingung angeregt werden.
  • Bei Beschleunigungssensoren ist es dagegen üblicherweise nicht erwünscht, dass der Sensor ins Schwingen gerät, was bei Anliegen einer entsprechenden äußeren Beschleunigung möglich ist. Daher werden diese Beschleunigungssensoren bei höheren Drücken betrieben, beispielsweise bei 500 mbar. Zusätzlich werden die Oberflächen solcher Beschleunigungssensoren oft auch mit organischen Beschichtungen versehen, die ein Verkleben der beweglichen Strukturen verhindern.
  • Sollen sehr kleine und kostengünstige Kombinationen von Drehraten- und Beschleunigungssensoren hergestellt werden, so kann dies geschehen, indem man auf einem Chip sowohl einen Drehratensensor als auch einen Beschleunigungssensor integriert. Beide Sensoren werden gleichzeitig auf einem Substrat hergestellt. Über einen Kappenwafer, der pro Chip zwei getrennte Kavernen vorsieht, werden derartige Sensorkombinationen auf Substratniveau verkapselt.
  • Der unterschiedliche Druck, der in den Kavernen des Drehratensensors und des Beschleunigungssensors benötigt wird, kann z.B. durch Verwendung eines Getters erreicht werden. Dazu wird in der Kaverne des Drehratensensors lokal ein geeigneter Getter eingebaut. In beiden Kavernen wird zunächst ein hoher Druck eingeschlossen. Anschließend wird über einen Temperaturschritt der Getter aktiviert, woraufhin dieser dann das Kavernenvolumen des Drehratensensors auf niedrigen Druck pumpt bzw. gettert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur nach Anspruch 1 und eine mikromechanische Struktur nach Anspruch 6.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, einen vergrabenen Kanal unterhalb eines Randbereichs der Verkappung derart vorzusehen, dass er eine Fluidverbindung zwischen dem verkapselten Volumen und der Umgebung bildet.
  • Soll eine Sensorkombination, beispielsweise ein Drehratensensor und ein Beschleunigungssensor, kostengünstig hergestellt werden, so ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, einen Kappensensor vorzusehen, der zwei Kavernenbereiche aufweist und zunächst den Kappenwafer derart anzubringen, dass die Kaverne des Beschleunigungssensors bei gewünschtem niedrigem Druck hermetisch verschlossen wird. Anschließend wird dann durch den erfindungsgemäßen vergrabenen Kanal eine gewünschte Atmosphäre in dem Kavernenbereich des Drehratensensors eingestellt, woraufhin der vergrabene Kanal verschlossen wird.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist kompatibel mit bekannten Herstellungsprozessen für Beschleunigungs- und Drehratensensoren bzw. anderen bekannten mikromechanischen Sensoren, welche eine Verkappung aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Herstellungstechnik ist kostengünstig, einfach und robust.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1a), b), c) bis 11a), b), c) schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Figurenteil a) jeweils einen Querschnitt entlang der Linie A-A', Figurenteil b) jeweils einen Teilquerschnitt entlang der Linie B-B' und Figurenteil c) jeweils eine Aufsicht zeigt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
  • Mit Bezug auf 1a) bis c) bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Silizium-Halbleitersubstrat, beispielsweise ein Siliziumwafer.
  • Auf dem Silizium-Halbleitersubstrat 1 wird zunächst eine Isolationsschicht 2, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, abgeschieden. Anschließend wird eine erste mikromechanische Funktionsschicht in Form einer Polysiliziumschicht 3 auf der Isolationsschicht 2 abgeschieden, dotiert und in Polysiliziumbereiche 3a, 3b, 3c, 3d entsprechend der zu bildenden mikromechanischen Sensoranordnung strukturiert.
  • Weiter mit Bezug auf 2a) bis 2c) wird auf der strukturierten ersten mikromechanischen Funktionsschicht 3 mit den Bereichen 3a, 3b, 3c, 3d eine weitere Isolationsschicht 4, beispielsweise ebenfalls eine Siliziumoxidschicht, abgeschieden, so dass die Bereiche 3a, 3b, 3c, 3d darunter vergraben sind. Diese Isolationsschicht 4 dient im weiteren Prozessverlauf als Maskierungsschicht.
  • Wie in 3a) bis 3c) gezeigt ist, wird anschließend über dem Bereich 3a bis zu dessen rechtem Rand eine längliche Öffnung 5 mit einer ersten Breite B1 über einen Längsbereich des später zu bildenden vergrabenen Kanals beispielsweise durch einen entsprechenden fotolithografischen Prozess gebildet. Vorteilhafterweise wird die Breite B1 der Öffnung 5 in der Größenordnung der Schichtdicke der ersten mikromechanischen Funktionsschicht 3 aus Polysilizium oder sogar etwas geringer gewählt.
  • Gemäß 4a) bis 4c) wird nach der Bildung der länglichen Öffnung 5 unter Verwendung der Isolationsschicht 4 als Maskierungsschicht der darunterliegende Bereich 3a der ersten mikromechanischen Funktionsschicht 3 beispielsweise mit einem SF6-Plasma geätzt. Der Ätzprozess kann vorteilhafterweise durch die gesamte erste mikromechanische Funktionsschicht 3 hindurch ausgeführt werden, muss es aber nicht unbedingt. Bei Auswahl eines geeigneten Ätzmediums stoppt der Ätzprozess automatisch auf der darunterliegenden Isolationsschicht 2.
  • Wie insbesondere aus 4b) ersichtlich, wird der durch den Ätzprozess gebildete Kanal 6 derart vorgesehen, dass er eine zweite Breite B2 aufweist, welche größer ist als die erste Breite B1 der darüberliegenden Öffnung 5. Dies bewirkt im späteren Prozessverlauf, dass die Öffnung 5 verschlossen werden kann, ohne dass der darunterliegende Kanal 6 vollständig bzw. ungewollt stark verfüllt wird.
  • Mit Bezug auf 5a) bis 5c) wird im nächsten Prozessschritt eine Deckschicht 7, beispielsweise eine weitere Siliziumoxidschicht, abgeschieden und der Kanal 6 damit verschlossen, also ein vergrabener Kanal 6' gebildet, welcher in Längsrichtung ein erstes Ende E1 und ein zweites Ende E2 aufweist. Wie bereits erwähnt, verschließt sich der vergrabene Kanal 6' auf der Höhe der Deckschicht 7, da die erste Breite B1 relativ gering ist. Der derartig hergestellte vergrabene Kanal 6' bildet die spätere Grundlage eines Belüftungskanals zur Fluidversorgung eines verkappten Volumens bzw. Teilvolumens.
  • Weiter mit Bezug auf 6a) bis 6c) werden im nächsten Prozessschritt Konatktöffnungen 9a, 9b, 9c, 9d in der Deckschicht 7 gebildet, die sich hinunter bis zur dünnen ersten mikromechanischen Funktionsschicht 1 fortsetzen, so dass diese später von darüberliegenden Funktionsschichten kontaktiert werden kann.
  • Wie in 7a) bis 7c) dargestellt, wird anschließend eine relativ dicke zweite mikromechanische Funktionsschicht 11 aus Polysilizium oberhalb der Deckschicht 7 mit den Kontaktbereichen 9 abgeschieden und dotiert.
  • Anschließend wird eine Metallschicht abgeschieden und strukturiert, wodurch Bondflächen 10 für die spätere elektrische Verbindung der Sensorstruktur S1, S2 nach außen hin hergestellt werden.
  • Danach wird die zweite mikromechanische Funktionsschicht 11 strukturiert. Insbesondere wird in der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht 11 eine erste Sensoreinrichtung S1 vorgesehen, welche in vorliegendem Beispiel einen Beschleunigungssensor bildet, sowie eine zweite Sensoreinrichtung S2, welche im vorliegenden Beispiel einen Drehratensensor bildet.
  • Des Weiteren wird ein Randbereich R um die Sensorstruktur mit den Sensoreinrichtungen S1, S2 vorgesehen, der die Sensorstruktur umgibt, sowie ein Mittelbereich MI, der die Sensorstruktur in die beiden Sensoren S1, S2 teilt, die beide später als Kontaktbereich für die Verkappung dienen.
  • Dieser Randbereich R definiert insbesondere eine die Sensorstruktur S1, S2 enthaltene Innenseite RI und eine von der Sensorstruktur S1, S2 abgewandte Außenseite RA, wobei das erste Ende des vergrabenen Kanals 6' auf der Außenseite RA und das zweite Ende E2 auf der Innenseite RI liegt.
  • Wie insbesondere aus 7a) ersichtlich, ist die Deckschicht 7 an beiden Enden E1, E2 freigelegt bzw. ist die zweite mikromechanische Funktionsschicht 11 darüber entfernt, so dass das erste und zweite Ende E1, E2 in einem späteren Ätzprozess von der Oberseite her erreichbar sind.
  • Wie in 8a) bis 8c) dargestellt, erfolgt anschließend ein Opferschicht-Ätzprozess, beispielsweise über Gasphasenätzen in HF, welcher die Isolationsschichten 2, 4 und die Deckschicht 7 teilweise entfernt. Durch diesen Ätzprozess werden insbesondere die Sensoreinrichtungen S1, S2 freigestellt, also an den gewünschten Stellen beweglich gemacht.
  • Auch der vergrabene zur Fluidzuführung dienende Kanal 6' wird in diesem Ätzprozess, bei dem das Ätzmedium durch die strukturierte zweite mikromechanische Funktionsschicht 11 an sein erstes und zweites Ende E1, E2 geleitet wird, geöffnet und auch in seinem vertikalen Durchmesser geweitet, wie insbesondere 8b) entnehmbar. Da der Ätzprozess selektiv zu Polysilizium nur Oxid ätzt, bleiben die gebildeten mikromechanischen Funktionsstrukturen der ersten und zweiten mikromechanischen Funktionsschicht 3, 11 unversehrt.
  • Weiter mit Bezug auf 9a) bis 9c) werden die mikromechanischen Sensoreinrichtungen S1, S2 der Sensorstruktur unter einem für die Sensoreinrichtung S2 geeigneten Druck und entsprechend geeigneter Gasatmosphäre mit einem Kappenwafer 13 über eine Sealglasschicht 12 verschlossen, wobei die Sealglasschicht 12 auf dem Randbereich R und dem Mittelbereich MI vorgesehen wird. Der Kappenwafer 13 weist insbesondere einen Trennbereich 13a auf, welcher auf einem sockelförmigen Mittelbereich MI der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht 11 aus Polysilizium über die Sealglasschicht 12 angekoppelt ist. Somit wird das Bilden der Verkappung mit dem Kappenwafer 13 derart durchgeführt, dass zwei Kavernenbereiche 14a, 14b gebildet werden, die voneinander hermetisch isoliert sind.
  • Der Kavernenbereich 14a des Beschleunigungssensors S1 ist gegenüber der Außenseite RA über den vergrabenen Kanal 6' geöffnet, wohingegen der Kavernenbereich 14b des Drehratensensors S2 gegenüber der Außenseite RA und gegenüber dem Kavernenbereich 14a des Beschleunigungssensors verschlossen ist. Nach dem Verkappungsprozess sind Druck und Gasatmosphäre des Drehratensensors S2 endgültig definiert, beispielsweise herrscht im Kavernenbereich 14b des Drehratensensors S2 ein zum verlustarmen Antrieb benötigter geringer Druck von 1 mbar.
  • Über einen entsprechenden Pump- und Belüftungszyklus kann nun der Beschleunigungssensor S1 über den vergrabenen Kanal 6' von der Außenseite RA her mit einer (nicht gezeigten) organischen Antihaftschicht versehen werden, oder andere Konditionierungsmechanismen können selektiv nur auf den Beschleunigungssensor S1 angewendet werden, welche seine störungsfreie Betriebssicherheit gewährleisten.
  • Schließlich mit Bezug auf 10a) bis 10c) wird anschließend eine geeignete Konditionierung des Kavernenbereichs 14a des Beschleunigungssensors hinsichtlich Druck und Gasatmosphäre vorgenommen, beispielsweise dort ein Druck von 500 mbar eingestellt, beispielsweise über Einbringen einer Lackschicht 15 bzw. einer BCB-Schicht. Derartige Materialien dringen weit in den ersten Kavernenbereich 14a über den vergrabenen Kanal 6' ein. Über ein ganzflächiges Rückätzen, beispielsweise in einem O2-Plasma, kann diese zunächst flächig über der gesamten Struktur liegende Lackschicht 15 bzw. BCB-Schicht an störenden Stellen der Vorrichtung wieder entfernt werden und an tieferliegenden erwünschten Stellen, wie z.B. am ersten Ende des vergrabenen Kanals 6' belassen werden, damit dieser endgültig verschlossen wird.
  • Wie aus 11 a) und 11c) entnehmbar, ist es ggf. wünschenswert, dass diese Lackschicht 15 oder BCB-Schicht im Bereich der Bondflächen 10 zur Isolation verbleibt.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern in vielfältiger Weise variierbar.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
  • Durch unterschiedliche Querschnitte und/oder Längen, beispielsweise eine Mäanderform, des zur Belüftung verwendeten vergrabenen Kanals bzw. durch die Anzahl derartiger vergrabener Kanäle kann die Geschwindigkeit des Befüllens mit Gas bzw. des Abpumpens des ersten Kavernenbereichs mit dem Beschleunigungssensor eingestellt werden.
  • Auch sind die Anwendungsgebiete breitgefächert und nicht auf Beschleunigungs- und Drehratensensoren beschränkt. So kann beispielsweise auch ein mikromechanischer Magnetfeldsensor oder ein beliebiger anderer Sensor, der einen niedrigen Druck benötigt, mit einem Sensor, der einen höheren Druck benötigt, wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor, kombiniert werden.
  • Es ist ebenfalls denkbar, zusätzliche Bereiche mit separater Kaverne innerhalb eines Chips herzustellen und durch die spezifische Geometrie der Gaskanäle und eine geeignete zeitliche Steuerung bis zum Verschließen der vergrabenen Kanäle unterschiedliche Gasatmosphären bzw. Drücke in mehr als zwei Kavernenbereichen, wie beim obigen Ausführungsbeispiel vorhanden, darzustellen, beispielsweise ein minimaler Innendruck für eine erste Sensoreinrichtung, einen mittleren Druck für eine zweite Sensoreinrichtung und einen relativ hohen Druck für eine dritte Sensoreinrichtung usw.
  • Anwendungsbeispiele für Sensoren mit mehr als zwei unterschiedlichen Drücken können kombinierte Drehraten-, Beschleunigungs- und Magnetfeldsensoren sein oder auch ein Drehratensensor in Kombination mit einem mehrachsigen Beschleunigungssensor, bei dem die höhere Dämpfung etwa des z-Kanals durch einen im Vergleich zum x-/y-Sensor kleineren Druck ausgeglichen werden soll, um eine vergleichbare mechanische Bandbreite in der Übertragungscharakteristik zu realisieren.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur mit den Schritten: Bilden eines Kanals (6) in einer ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) aus einem ersten Material; Verschließen des Kanals (6) mit einer Deckschicht (7) aus einem zweiten Material zum Bilden eines vergrabenen Kanals (6') mit einem ersten Ende (E1) und einem zweiten Ende (E2); Bilden einer zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (11) oberhalb der Deckschicht (7) aus einem dritten Material; Strukturieren einer mikromechanischen Sensorstruktur (S1, S2) und eines Randbereichs (R) in der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (11), wobei der Randbereich (R) die Sensorstruktur (S1, S2) umgibt und eine die Sensorstruktur (S1, S2) enthaltende Innenseite (RI) und eine von der Sensorstruktur (S1, S2) abgewandete Außenseite (RA) definiert und wobei das erste Ende (E1) auf der Außenseite (RA) und das zweite Ende (E2) auf der Innenseite (RI) liegt; Öffnen des vergrabenen Kanals (6') an dem ersten und zweiten Ende (E1, E2) in einem ersten Ätzschritt, wobei ein erstes Ätzmedium durch die strukturierte zweite mikromechanische Funktionsschicht (11) an das erste und zweite Ende (E1, E2) geleitet wird und die Deckschicht (7) selektiv zur ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) und zur zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (11) ätzt; Bilden einer Verkappung (12, 13) auf dem Randbereich (R), wodurch der geöffnete vergrabene Kanal (6') eine Fluidverbindung zwischen der Außenseite (RA) und der Innenseite (RI) bildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: Bilden einer vorbestimmten Gasatmosphäre in dem Innenbereich (RI) mit der verkappten Sensorstruktur (S1, S2) über den geöffneten vergrabenen Kanal (6'); und Verschließen des ersten Endes (E1);
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verschließen des ersten Endes (E1) durch Abscheiden und teilweises Rückätzen einer Verschlussschicht (15) durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorstruktur (S1, S2) derart strukturiert wird, dass sie eine erste Sensoreinrichtung (S1) mit einem ersten Kavernenbereich (14a) und eine zweite Sensoreinrichtung (S2) mit einem zweiten Kavernenbereich (14b) aufweist, und das Bilden der Verkappung (12, 13) derart durchgeführt wird, dass der zweite Kavernenbereich (14a) gegenüber der Außenseite (RA) und dem ersten Kavernenbereich (14b) verschlossen wird, wodurch der geöffnete vergrabene Kanal (6') eine Fluidverbindung zwischen der Außenseite (RA) und dem ersten Kavernenbereich (14a) bildet.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Bilden des Kanals (6) eine Maskierungsschicht (4) aus dem zweiten Material auf der ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) abgeschieden wird und derart strukturiert wird, dass sie eine Öffnung (5) mit einer ersten Breite (B1) über einem Längsbereich des zu bildenden Kanal (6) aufweist, wobei in einem zweiten Ätzschritt ein zweites Ätzmedium durch die Öffnung (5) an die erste mikromechanische Funktionsschicht (3) geleitet wird und die erste mikromechanische Funktionsschicht (3) selektiv zur Maskierungsschicht (4) zum Bilden des Kanals (6) ätzt und wobei eine zweite Breite (B2) des Kanals (6) größer als die ersten Breite (B1) ist.
  6. Mikromechanische Struktur mit: einer ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) aus einem ersten Material, welche einen vergrabenen Kanal (6') mit einem ersten Ende (E1) und einem zweiten Ende (E2) aufweist; einer mikromechanischen Sensorstruktur (S1, S2), welche eine erste Sensoreinrichtung (S1) und eine zweite Sensoreinrichtung (S2) aufweist, mit einer Verkappung (12, 13) in einer zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (11), welche oberhalb der ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) angeordnet ist; einem Randbereich (R) in der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (11), wobei der Randbereich (R) die erste Sensoreinrichtung (S1) und die zweite Sensoreinrichtung (S2) umgibt und eine die erste Sensoreinrichtung (S1) und die zweite Sensoreinrichtung (S2) enthaltende Innenseite (RI) und eine von der ersten Sensoreinrichtung (S1) und von der zweiten Sensoreinrichtung (S2) abgewandete Außenseite (RA) definiert; wobei das erste Ende (E1) auf der Außenseite (RA) und das zweite Ende (E2) auf der Innenseite (RI) liegt; wobei die erste Sensoreinrichtung (S1) mit einem ersten Kavernenbereich (14a) und die zweite Sensoreinrichtung (S2) mit einem zweiten Kavernenbereich (14b) gebildet sind, wobei die Verkappung (12, 13) derart gebildet ist, dass der zweite Kavernenbereich (14b) gegenüber der Außenseite (RA) und dem ersten Kavernenbereich (14b) verschlossen ist, wobei das zweite Ende (E2) in dem ersten Kavernenbereich (14a) gebildet ist; wobei das erste Ende (E1) verschlossen ist und eine vorbestimmte erste Gasatmosphäre in dem Innenbereich (RI) mit der verkappten ersten Sensorstruktur (S1) gebildet ist; und wobei eine vorbestimmte zweite Gasatmosphäre in dem zweiten Kavernenbereich (14b) gebildet ist, welche sich von der ersten vorbestimmten ersten Gasatmosphäre unterscheidet.
  7. Mikromechanische Struktur nach Anspruch 6, wobei die erste Sensoreinrichtung (S1) einen Beschleunigungssensor und die zweite Sensoreinrichtung (S2) einen Drehratensensor aufweist.
DE102011081033.1A 2011-08-16 2011-08-16 Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur Active DE102011081033B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011081033.1A DE102011081033B4 (de) 2011-08-16 2011-08-16 Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur
CN201210291267.1A CN102951601B (zh) 2011-08-16 2012-08-15 用于制造微机械结构的方法和微机械结构
US13/586,226 US8956544B2 (en) 2011-08-16 2012-08-15 Method for manufacturing a micromechanical structure, and micromechanical structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011081033.1A DE102011081033B4 (de) 2011-08-16 2011-08-16 Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011081033A1 DE102011081033A1 (de) 2013-02-21
DE102011081033B4 true DE102011081033B4 (de) 2022-02-17

Family

ID=47625088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011081033.1A Active DE102011081033B4 (de) 2011-08-16 2011-08-16 Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8956544B2 (de)
CN (1) CN102951601B (de)
DE (1) DE102011081033B4 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013212118A1 (de) * 2013-06-25 2015-01-22 Robert Bosch Gmbh Sensorsystem mit zwei Inertialsensoren
CN103744130B (zh) * 2014-01-03 2016-03-02 南京信息工程大学 具有三层基板的微机械传感器
DE102015207639B4 (de) * 2015-04-27 2022-10-06 Robert Bosch Gmbh Seismisches Erfassungselement für einen mikromechanischen Sensor
DE102016208925A1 (de) * 2016-05-24 2017-11-30 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Sensor und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors
DE102018222804B4 (de) * 2018-12-21 2022-03-24 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4790192A (en) 1987-09-24 1988-12-13 Rosemount Inc. Silicon side by side coplanar pressure sensors
DE19537814A1 (de) 1995-10-11 1997-04-17 Bosch Gmbh Robert Sensor und Verfahren zur Herstellung eines Sensors
DE19826317A1 (de) 1997-06-11 1998-12-17 Denso Corp Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, Halbleiterdrucksensor und sein Herstellungsverfahren
DE102008040970A1 (de) 2008-08-04 2010-02-11 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit Kavernen mit unterschiedlichem atmosphärischen Innendruck

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004027501A1 (de) * 2004-06-04 2005-12-22 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement mit mehreren Kavernen und Herstellungsverfahren
US7159459B2 (en) * 2005-01-06 2007-01-09 Freescale Semiconductor, Inc. Multiple microelectromechanical (MEM) devices formed on a single substrate and sealed at different pressures and method therefor
DE102006011545B4 (de) * 2006-03-14 2016-03-17 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Kombi-Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
HUP0600488A2 (en) * 2006-06-13 2008-05-28 Mta Mueszaki Fiz Es Anyagtudom Method for producing micromechanical elements can be integrated into cmos technology, carrying monolith si and monolith sio produced by porous si micromanufacturing process
TWI380456B (en) * 2008-04-30 2012-12-21 Pixart Imaging Inc Micro-electro-mechanical device and method for making same
WO2010110828A1 (en) * 2009-01-27 2010-09-30 Arizona Board Of Regents, For And On Behalf Of Arizona State University Embedded mems sensors and related methods
DE102009027898B4 (de) * 2009-07-21 2019-09-05 Robert Bosch Gmbh Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauelement
DE102009029180B4 (de) * 2009-09-03 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Mikrosystem
WO2012002514A1 (ja) * 2010-07-01 2012-01-05 ローム株式会社 半導体装置およびその製造方法
US8481400B2 (en) * 2010-09-17 2013-07-09 Infineon Technologies Ag Semiconductor manufacturing and semiconductor device with semiconductor structure
US20120274647A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Piezoelectric resonators and fabrication processes
US20130032385A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Metal thin shield on electrical device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4790192A (en) 1987-09-24 1988-12-13 Rosemount Inc. Silicon side by side coplanar pressure sensors
DE19537814A1 (de) 1995-10-11 1997-04-17 Bosch Gmbh Robert Sensor und Verfahren zur Herstellung eines Sensors
DE19826317A1 (de) 1997-06-11 1998-12-17 Denso Corp Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, Halbleiterdrucksensor und sein Herstellungsverfahren
DE102008040970A1 (de) 2008-08-04 2010-02-11 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit Kavernen mit unterschiedlichem atmosphärischen Innendruck

Also Published As

Publication number Publication date
CN102951601A (zh) 2013-03-06
CN102951601B (zh) 2017-03-01
DE102011081033A1 (de) 2013-02-21
US20130042681A1 (en) 2013-02-21
US8956544B2 (en) 2015-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1274648B1 (de) Mikromechanisches bauelement und entsprechendes herstellungsverfahren
DE102014202801B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements
DE102008040970A1 (de) Mikromechanische Vorrichtung mit Kavernen mit unterschiedlichem atmosphärischen Innendruck
EP2170763B1 (de) Verfahren zur herstellung von leiterbahnbrücken und bauteil mit leitfähiger schicht
DE102011081033B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur
DE10054484A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
WO2005118463A1 (de) Mikromechanisches bauelement mit mehreren kammern und herstellungsverfahren
DE102012219605A1 (de) Mikromechanisches Bauelement
DE102013209266A1 (de) Bauelement mit einem Hohlraum
DE102011080978A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur
DE102013222583A1 (de) Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102010029709B4 (de) Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements
DE102012213313B4 (de) Mikromechanische Struktur
WO2018069028A1 (de) Mikromechanischer sensor mit stressentkopplungsstruktur
DE102009027898B4 (de) Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauelement
DE102010029760B4 (de) Bauelement mit einer Durchkontaktierung und Verfahren zu seiner Herstellung
EP2150488B1 (de) Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauelements mit auffüllschicht und maskenschicht
DE102005062553A1 (de) Mikromechanisches Bauelement mit Kappe
WO2017121744A1 (de) Mikromechanisches bauelement
WO2001087765A2 (de) Mikromechanisches bauelement und entsprechendes herstellungsverfahren
DE102018222715B4 (de) Sensoreinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung
DE102009027321A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Durchkontaktierung in einem Substrat sowie Substrat mit einer elektrischen Durchkontaktierung
DE102012200655B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Anordnung und mikromechanische Anordnung
DE102007025880A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements mit einer Dünnschichtkappe
DE102013206328A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur

Legal Events

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