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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Sensoren sind allgemein bekannt. Beispielsweise sind Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren bekannt, die ein Substrat und ein relativ zum Substrat bewegliches Detektionselement aufweisen. Bei den bekannten Sensoren wird das Detektionselement vergleichsweise stark durch mechanische Spannungen des Substrats beeinflusst. Eine Entkopplung des Detektionselement von den mechanischen Spannungen ist dabei nur unter vergleichsweise hohem Aufwand erreichbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor und ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors vorzuschlagen, wobei im Vergleich zum Stand der Technik eine verbesserte Entkopplung des Detektionselements von mechanischen Spannungen erreicht wird und darüber hinaus die Herstellung des Sensors vereinfacht wird.
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Der erfindungsgemäße Sensor und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Sensors gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die mikroelektromechanische Struktur (MEMS-Struktur) (entlang einer zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats senkrechten und zum Substrat hin orientierten Projektionsrichtung) unterhalb der Entkopplungsstruktur – insbesondere eine Stressentkopplungsplatte – angeordnet ist bzw. mit dieser überlappt und insbesondere nicht (unmittelbar) auf dem Substrat angeordnet ist. Das bedeutet beispielsweise, dass die MEMS-Struktur hauptsächlich (oder sogar ausschließlich) mittelbar über die Entkopplungsstruktur auf dem Substrat angeordnet bzw. auf dem Substrat verankert ist.
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Auf Grund einer vergleichsweise hohen Ähnlichkeit des Aufbaus des erfindungsgemäßen Sensors ist es in vorteilhafter Weise möglich, die bekannten MEMS-Anordnungen (der Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren) zu verwenden, sodass die Herstellung des Sensors trotz der verbesserten Entkopplung gegenüber mechanischen Spannungen vereinfacht wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „mechanische Spannung“ alle Arten von mechanischen Spannungen, d.h. mechanische Spannungen die mit oder ohne externe Einflüsse im Sensor wirken. Beispielsweise können dies thermisch induzierte mechanische Spannungen oder durch äußere Krafteinflüsse hervorgerufene mechanische Spannungen sein. Insbesondere ist die Entkopplungsstruktur derart konfiguriert, dass die mikroelektromechanische Struktur von mechanischen Spannungen des Substrats so weit entkoppelt wird, dass die mechanischen Spannungen des Substrats das Sensorsignal nicht oder nur in vernachlässigbarer Weise beeinflussen. Insbesondere wird diese Entkopplung hier auch als Stressentkopplung bezeichnet. Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäßen Sensor die Entkopplungsstruktur zur Entkopplung der mikroelektromechanischen Struktur von mechanischen Spannungen und/oder Schwingungen des Substrats konfiguriert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die Herstellung des Sensors ohne Layout-Einschränkungen – d.h. die Herstellungsschritte zur Herstellung bekannter MEMS-Strukturen können unverändert übernommen werden.
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Insbesondere ist der Sensor ein Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensor.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen,
- – dass nur die Entkopplungsstruktur federelastisch an dem Substrat angebunden ist, wobei die Entkopplungsstruktur insbesondere über eine Federstruktur an dem Substrat angebunden ist, oder
- – dass die mikroelektromechanische Struktur und die Entkopplungsstruktur jeweils federelastisch an dem Substrat angebunden sind.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Entkopplung der mikroelektromechanischen Struktur von mechanischen Spannungen zu erreichen, wobei der Sensor dennoch auf besonders einfache Weise hergestellt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mikroelektromechanische Struktur über eine dielektrische Isolationsschicht mit der Entkopplungsstruktur verbunden ist.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die mikroelektromechanische Struktur über eine elektrisch leitfähige Verbindung zu kontaktieren und die Entkopplungsstruktur beispielsweise zur kapazitiven Detektion einer Auslenkung der mikroelektromechanischen Struktur zu verwenden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die mikroelektromechanische Struktur über eine weitere Federstruktur auf dem Substrat verankert ist, wobei insbesondere die weitere Federstruktur derart konfiguriert ist, dass die mikroelektromechanische Struktur über die weitere Federstruktur elektrisch leitfähig kontaktierbar ist.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die weitere Federstruktur zur elektrischen Kontaktierung der mikroelektromechanischen Struktur zu verwenden. Insbesondere weist die weitere Federstruktur eine geringere Federsteifigkeit auf als die Federstruktur, welche die Entkopplungsstruktur auf dem Substrat verankert. Beispielsweise wird die Stressentkopplung hauptsächlich durch die Federstruktur (und nicht oder nur vernachlässigbar durch die weitere Federstruktur erreicht).
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Substrat auf einer der Entkopplungsstruktur zugewandten Seite eine Kanalstruktur aufweist, wobei sich die Kanalstruktur insbesondere hauptsächlich entlang einer Haupterstreckungsebene des Substrats in einem Bereich zwischen dem Substrat und der Entkopplungsstruktur erstreckt.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, in besonders effizienter Weise eine Unterätzung der Entkopplungsstruktur bei der Freistellung der mikroelektromechanischen Struktur zu erreichen. Insbesondere ist die Kanalstruktur eine Ätzbeschleunigungsstruktur zur Ermöglichung einer Freistellung der Entkopplungsstruktur ohne Perforation der Entkopplungsstruktur.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Federstruktur derart konfiguriert ist, dass die Entkopplungsstruktur gegenüber mechanischen Spannungen des Substrats und/oder gegenüber von außen auf das Substrat aufgeprägte Schwingungen entkoppelt ist, wobei insbesondere die Entkopplungsstruktur eine höhere mechanische Steifigkeit aufweist als die Federstruktur.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, einen vergleichsweise einfach herzustellenden Sensor bereitzustellen, bei dem dennoch eine Entkopplung von mechanischen Spannungen und/oder Schwingungen des Substrats realisiert ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Federstruktur zur Dämpfung von Schwingungen des Substrats mittels Quetschfilmdämpfung konfiguriert ist.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Entkopplung in besonders effizienter Weise durch Quetschfilmdämpfung vorzunehmen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
- – dass die Entkopplungsschicht eine auf der Seite des Substrats aufgebrachte Siliziumschicht ist, oder
- – dass die Entkopplungsschicht ein mittels eines Bondverfahrens mit dem Substrat verbundenes weiteres Substrat ist.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, den Sensor durch Aufbringen einer Siliziumschicht herzustellen oder alternativ mittels eines Waferbondverfahrens herzustellen, wobei das Substrat eines ersten Wafers mit der Entkopplungsschicht (ein weiteres Substrat) eines zweiten Wafers mittels eines Waferbondverfahrens verbunden wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem siebten Herstellungsschritt die Entkopplungsstruktur und die mikroelektromechanische Struktur freigestellt werden, sodass die mikroelektromechanische Struktur und die Entkopplungsstruktur relativ zum Substrat beweglich sind.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, den Sensor auf besonders einfache und effiziente Weise fertigzustellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem zweiten Herstellungsschritt eine dielektrische Schicht auf der Seite des Substrats und/oder auf der Entkopplungsschicht aufgebracht wird, wobei insbesondere in einem dritten Herstellungsschritt eine sich durch die dielektrische Schicht hindurch erstreckende Ausnehmung für einen Kontaktbereich zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung des Substrats erzeugt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem fünften Herstellungsschritt eine weitere dielektrische Schicht auf der Entkopplungsschicht aufgebracht wird, wobei insbesondere in einem sechsten Herstellungsschritt eine sich durch die weitere dielektrische Schicht hindurch erstreckende weitere Ausnehmung für einen weiteren Kontaktbereich zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung der Entkopplungsstruktur erzeugt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht sich die Nummerierung der Herstellungsschritte auf eine logische Reihenfolge. Die Nummerierung der Herstellungsschritte kann erfindungsgemäß aber auch einer zeitlichen Abfolge der Herstellungsschritte entsprechen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1 bis 23 einen Sensor gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist ein Sensor 1, insbesondere ein Beschleunigungs- und/oder Drehratensensor, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Schnittbildansicht dargestellt, wobei hier hauptsächlich ein Grundaufbau des Sensors 1 beschrieben wird. Der Grundaufbau umfasst hier ein relativ zu einem Substrat 15 des Sensors 1 bewegliches mikroelektromechanisches Element (MEMS-Element) 1‘ und eine Ankerstruktur 9, an die das MEMS-Element 1‘ federelastisch gekoppelt ist. Eine Auslenkung bzw. Auslenkungsbewegung des beweglichen Elements 1‘ ist in Abhängigkeit von Kapazitätsänderungen durch den Sensor 1 detektierbar.
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Das bewegliche MEMS-Element 1‘ wird aus einer (vergleichsweise dicken) epitaktisch (auf dem Substrat 15 des Sensors 1) abgeschiedenen Polysiliziumschicht 2 (Epi-Poly-Schicht) mittels eines Ätzverfahrens erzeugt. Die Polysiliziumschicht 2 weist – insbesondere in einem Bereich des beweglichen MEMS-Elements 1‘ mehrere Gräben 3 mit relativ hohem Aspektverhältnis auf. Ein hohes Aspektverhältnis bedeutet, dass eine laterale Erstreckung (parallel zu einer Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 15) eines Grabens 3 kleiner ist als eine Erstreckung des Grabens entlang einer Normalrichtung 103 (senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 15). Im Herstellungsverfahren wird das MEMS-Element 1‘ freigestellt, indem eine Opferschicht, insbesondere eine Oxidschicht, unter der (dicken) Polysiliziumschicht 2 im Bereich des MEMS-Elements 1‘ entfernt wird (in 1 durch Bezugszeichen 4 angedeutet). Das bewegliche MEMS-Element 1‘ weist insbesondere zusätzlich eine Perforationsstruktur auf, die derart konfiguriert ist, dass das MEMS-Element 1‘ im Opferschichtätzverfahren unterätzt und damit freigestellt wird.
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Das bewegliche MEMS-Element 1‘ ist hier federelastisch über ein Federelement 5 an der Ankerstruktur 9 verankert, wobei hier das Federelement 5 mehrere schmale und lange Federteilelemente aufweist. Auf diese Weise wird eine federnd aufgehängte (d.h. federelastisch mit der Ankerstruktur 9 gekoppelte) bewegliche Struktur 1‘ erzeugt, welche relativ zur Ankerstruktur 9 beweglich ist.
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Unter der Polysiliziumschicht 2 ist hier insbesondere eine (im Vergleich zur Polysiliziumschicht dünnere) weitere Polysiliziumschicht 6 angeordnet. Die weitere Polysiliziumschicht 6 weist hier beispielsweise einen Aufhängungsbereich 7 für die Verankerungsstruktur 9 und/oder eine Elektrodenstruktur 8 unter der beweglichen MEMS-Struktur 1‘ und/oder eine Leiterbahnstruktur auf.
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Die Ankerstruktur 9 des Grundaufbaus ist hier über einen Kontaktbereich 10 zwischen der Polysiliziumschicht 2 und der darunter liegenden weiteren Polysiliziumschicht 6 elektrisch leitfähig kontaktierbar (siehe Bezugszeichen 12). Die weitere Polysiliziumschicht 6 ist hier mit einer darunterliegenden Oxidschicht 11 (insbesondere einer elektrisch isolierenden Schicht) verbunden. Die Polysiliziumschicht 6 ist hier insbesondere derart breit (bezüglich einer Erstreckung parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 15) vorgesehen, dass eine darunterliegende Oxidschicht 11 im Opferschichtätzverfahren nicht vollständig entfernt wird.
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In 1 ist der Grundaufbau auf dem Substrat 15 verankert (beispielsweise ist die Ankerstruktur 9 in 1 als Teil einer bewegungsfest mit dem Substrat verbundenen Festlandstruktur des Sensors dargestellt). Erfindungsgemäß bevorzugt weist der Sensor 1 den Grundaufbau in der Anordnung gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform auf.
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In 2 ist ein Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Schnittbildansicht dargestellt. Die hier dargestellte Ausführungsform umfasst insbesondere den Grundaufbau gemäß 1, wobei der Sensor 1 hier zusätzlich eine Entkopplungsstruktur 14 aufweist. Das bedeutet, dass der Sensor 1 das Substrat 15, eine mikroelektromechanischen Struktur 13 (welche insbesondere im Wesentlichen der Ankerstruktur 9 und dem MEMS-Element 1‘ entspricht) und die Entkopplungsstruktur (14) umfasst, wobei die Entkopplungsstruktur 14 hier auf dem Substrat 15 verankert ist. Die mikroelektromechanische Struktur 13 ist hier auf der Entkopplungsstruktur 14 verankert, wobei die mikroelektromechanische Struktur 13 und die Entkopplungsstruktur 14 relativ zum Substrat 15 beweglich sind. Hier ist die Entkopplungsstruktur 14 (insbesondere entlang einer zur Normalrichtung 103 parallelen Projektionsrichtung) zwischen der mikroelektromechanischen Struktur 13 und dem Substrat 15 des Sensors 1 angeordnet.
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Anhand der folgenden Figuren wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Sensors beispielhaft beschrieben. Das Herstellungsverfahren betrifft insbesondere eine Herstellung einer stressentkoppelten MEMS-Struktur 13 mit Kappenwafer.
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In einem ersten Herstellungsschritt wird auf einer Seite des Substrats 15, (welches vorzugsweise aus einkristallinem Silizium besteht) über eine Lackmaske eine Kanalstruktur 19 (d.h. schmale Gräben, die in einem nachfolgenden Herstellungsschritt, insbesondere bei der Freistellung, als Ätzkanäle fungieren) erzeugt (d.h. in das Substrat hinein „getrencht“). Die Kanalstruktur wird insbesondere auf der Seite des Substrats 15 in dem Bereich erzeugt, in welchem die Entkopplungsstruktur 14 (Stressentkopplungsplatte) und insbesondere vertikale Ätzzugänge angeordnet wird. Bevorzugt weisen die Gräben der Kanalstruktur 19 ein hohes Aspektverhältnis (d.h. ein Verhältnis von Breite – parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 15 – zu Höhe – parallel zur Normalrichtung 103 – größer als 2) auf.
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In 3 ist eine Kanalstruktur 19 dargestellt, wobei hier die Gräben jeweils einen vergleichsweise schmalen (insbesondere rohrförmigen) Eingangsbereich im Bereich der Oberfläche des Substrats 15 und einen über den Eingangsbereich verbundenen Innenbereich aufweisen. Der Innenbereich eines Grabens der Kanalstruktur 19 weist insbesondere eine größere Breite (parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats) auf als der Eingangsbereich (bevorzugt sind die Gräben im Wesentlichen kelchförmig). In vorteilhafter Weise werden die Gräben der Kanalstruktur 19 mittels eines zyklischen Trenchprozess, der mit einem vergleichsweise lang andauernden isotropen Ätzschritt endet, einfach und effizient hergestellt. Bevorzugt weisen Gräben eine Öffnungsbreite (d.h. die Breite des Eingangsbereichs) kleiner als 30 pm, besonders bevorzugt kleiner als 20 pm, ganz besonders bevorzugt kleiner als 10 pm auf.
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In einem zweiten Herstellungsschritt werden (insbesondere mittels thermischer Oxidation oder Oxidabscheidung – beispielsweise einer Tetraethylorthosilicat (TEOS)- oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), insbesondere Silan-CVD-Abscheidung) die Gräben der Kanalstruktur 19 durch eine derart verschlossen, dass unter der Oxidschicht in einem Großteil des Grabens ein Hohlraum eingeschlossen wird.
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In 4 ist die Kanalstruktur 19 mit einer die Kanalstruktur 19 verschließenden dielektrischen Schicht 22 dargestellt. In einem dritten Herstellungsschritt wird eine sich durch die dielektrische Schicht 22 hindurch erstreckende Ausnehmung für einen Kontaktbereich 22‘ zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung des Substrats 15 erzeugt (geätzt).
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In 5 ist ein alternativer zweiter und dritter Herstellungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Bevorzugt werden in der Entkopplungsstruktur 14 (Stressentkopplungsplatte) Perforationslöcher zur Reduzierung der maximalen Unterätzweite erzeugt und/oder Gräben der Kanalstruktur 19 (Ätzkanäle) mit vergleichsweise großem Durchmesser erzeugt. In einem alternativen zweiten Herstellungsschritt wird eine erste Teilschicht der dielektrischen Schicht 22 (Oxidschicht) auf dem Substrat 15 abgeschieden. Anschließend werden Ätzzugänge 22‘‘ in die erste Teilschicht der dielektrischen Schicht 22 hinein geätzt (5, linke Seite). Anschließend wird mit einem (isotropen) Siliziumätzschritt (zum Beispiel mit SF6-Plasma) der Ätzkanal 19‘ in das Substrat 15 geätzt. Die erste Teilschicht wird dabei deutlich unterätzt (5, mittig). In einem alternativen dritten Herstellungsschritt wird eine weitere Teilschicht der dielektrischen Schicht 22 abgeschieden, sodass die Ätzzugänge 22‘‘ in der ersten Teilschicht verschlossen sind. Ein Ätzkanal 19‘ mit vergleichsweise großem Durchmesser wird so im Substrat 15 angelegt (5, rechte Seite).
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In 6 ist ein vierter Herstellungsschritt illustriert. In dem vierten Herstellungsschritt wird eine (vergleichsweise dicke) Entkopplungsschicht 23 (Polysiliziumschicht) abgeschieden. die Entkopplungsschicht 23 wird bevorzugt in einem Trenchprozess derart getrencht, dass Federstrukturgräben 31 für eine Federstruktur 16 mit einem hohen Aspektverhältnis (Verhältnis von Breite zu Höhe größer als 5) erzeugt werden.
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In 7 ist eine Entkopplungsstruktur 14 (Stressentkopplungsplatte) eines Sensors 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bevorzugt weist die Federstruktur 16 sich vollständig durch die Entkopplungsschicht 23 hindurch erstreckende Ätzzugänge (Federstrukturgräben 31) auf. Um große Bereiche unter der Stressentkopplungsplatte freistellen zu können, werden die Kanalstruktur 19 derart anzuordnen (d.h. insbesondere den Eingangsbereich 29 der Gräben der Kanalstruktur 19, siehe 18), dass die Federstrukturgräben 31 zumindest teilweise über den Gräben der Kanalstruktur 19 angeordnet sind. Bevorzugt umfasst die Federstruktur 16 eine mehrfach gefaltete Anordnung. Hierdurch werden zwischen einzelnen Federschenkeln der Federstruktur vergleichsweise kleine Abstände realisiert. In besonders vorteilhafter Weise wird dadurch eine effiziente Dämpfung des Systems aufgrund eines vergleichsweise geringen Abstands zwischen den Federschenkeln erreicht werden (Quetschfilmdämpfung).
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In 8 ist ein fünfter und sechster Herstellungsschritt illustriert. In dem fünften Herstellungsschritt werden (über eine thermische Oxidation oder bevorzugt über eine Oxidabscheidung – zum Beispiel mit einer TEOS- oder Silan-CVD-Abscheidung) die Federstrukturgräben 31 (welche der Stressentkopplungsplatte 14 zugeordnet sind) durch eine weitere dielektrische Schicht 24 verschlossen, wobei insbesondere in Teilbereichen der Federstrukturgräben 31 ein Hohlraum mit länglicher vertikaler Erstreckung eingeschlossen wird. In dem sechsten Herstellungsschritt wird in die weitere dielektrische Schicht 24 ein weiterer Kontaktbereich 24‘ zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung der Stressentkopplungsplatte 14 erzeugt.
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Durch den ersten bis sechsten Herstellungsschritt wird der in 8 dargestellte Unterbau hergestellt. Zur Fertigstellung des Sensors 1 wird auf diesem Unterbau beispielsweise der Grundaufbau angeordnet.
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Bevorzugt sind der dritte und sechste Herstellungsschritt optional.
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9 zeigt eine Ausführungsform eines Unterbaus des Sensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei hier eine vergrabene Leiterbahnstruktur 18 (Polysiliziumleiterbahn) auf der weiteren dielektrischen Schicht 24 angeordnet ist. Bevorzugt umfasst die Leiterbahnstruktur 18 eine weitere Federstruktur 21, die derart konfiguriert ist, dass elektrische Sensorsignale über die (gegenüber der Federstruktur 16 sehr weiche) weitere Federstruktur 21 (der „vergrabenen“ Polysiliziumleiterbahn 18) vom MEMS-Element 1‘ zum Chip-Rand (siehe Bezugszeichen 26 in 18) geführt werden. In den Bereichen in denen eine mechanische Verbindung zwischen der Stressentkopplungsplatte 14 und der MEMS-Struktur 13‘ vorgesehen sind, ist die Leiterbahnstruktur 18 bevorzugt derart (parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Substrats 15) lateral erstreckt, dass der unterätzte Oxidbereich nicht unter der Ankerstruktur 9 angeordnet ist. Weiterhin weist die die Leiterbahnstruktur 18 insbesondere eine Schichtdicke auf, die dünner als eine Schichtdicke der Entkopplungsschicht ist (d.h. mindesten um einen Faktor 2,5 dünner). In einer solchen Anordnung bewirken unterschiedliche intrinsische mechanische Spannungen und/oder unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten zwischen Oxidmaterial und Siliziummaterial, dass in vorteilhafter Weise die vergleichsweise dünne Polysiliziumschicht in ihren Außenbereichen verbogen wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Verbiegung der Stressentkopplungsplatte 14 und/oder der MEMS-Struktur 13 vermieden werden. Besonders bevorzugt weist eine darauf abgeschiedene Funktionsschicht 33 (aus der die MEMS-Struktur 13 gebildet wird, siehe 12), zusätzlich eine Perforationsstruktur auf, die derart im Bereich der MEMS-Struktur ausgebildet ist, dass kein Oxid zwischen der Funktionsschicht 33 und der relativ dünnen Polysiliziumschicht 18 verbleibt. 10 zeigt noch eine weitere dielektrische Schicht 25, die (entlang einer zur Normalrichtung 103 parallelen Projektionsrichtung) auf der Leiterbahnstruktur 18 abgeschieden ist. In 11 sind noch weitere Ausnehmungen 25‘ in der dielektrischen Schicht 25 dargestellt. 12 bis 13 illustrieren den siebten Herstellungsschritt, wobei die Funktionsschicht 33 abgeschieden wird. Hierbei werden insbesondere weiterhin Kontaktstrukturen 26 erzeugt und zunächst die MEMS-Struktur 13 und anschließend die Entkopplungsstruktur 14 freigestellt (siehe Bezugszeichen 27, 28 in 15). In einem in 16 illustrierten achten Herstellungsschritt wird eine Kappenstruktur 34 eines Kappenwafers bereitgestellt, welche in einem Waferbondprozess auf der Funktionsschicht 33 angeordnet wird, wobei insbesondere Verbindungsstellen 32 der Kappenwaferstruktur 34 mit korrespondierenden (mit der Funktionsschicht 33 verbundenen) Verbindungsstrukturen 26‘ zu einer Waferverbindung 35 verbunden werden. 18 zeigt einen fertiggestellten Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 19 bis 23 ist ein alternatives Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 19 ist ein erster Herstellungsschritt illustriert, wobei ein Substrat 15 bereitgestellt wird, welches vorzugweise ein (Silizium-)Substrat 15 eines ersten (Silizium-)Wafers ist. Anschließend wird insbesondere eine Kanalstruktur 19 in das Substrat 15 geätzt. In einem vierten Herstellungsschritt wird über ein Direktbondverfahren eine Entkopplungsschicht 23 (hier ein weiteres Substrat 23 eines zweiten (Silizium-)Wafers) mit dem Substrat 15 des ersten Wafers verbunden (gebondet). Insbesondere wird zwischen den beiden Substraten 15, 23 vor dem Bondverfahren eine Isolationsschicht 22 (Oxidschicht) auf dem Substrat 15 und/oder weiteren Substrat 23 abgeschieden. 20 zeigt, dass die Bondverbindung auf der Seite der Kanalstruktur 19 des Substrats 15 des ersten Wafers angeordnet wird. In 21 zeigt, dass das weitere Substrat 23 des zweiten Wafers auf eine Zieldicke der Entkopplungsstruktur 14 (Stressentkopplungsplatte) geschliffen ist. 22 illustriert eine aus der Entkopplungsstruktur 14 des weiteren Substrats 23 – vorzugsweise mit einem Trenchprozess mit hohem Aspektverhältnis (d.h. einem Aspektverhältnis von Breite zu Höhe größer als 5) erzeugte Federstruktur 16. Insbesondere werden anschließend über eine thermische Oxidation oder bevorzugt über eine Oxidabscheidung zum Beispiel mit einer TEOS- oder Silan-CVD-Abscheidung die Gräben der Federstruktur 16 und/oder Perforationen der Stressentkopplungsplatte 14 verschlossen, wobei insbesondere in Teilbereichen ein Hohlraum mit länglicher Erstreckung entlang einer zur Normalrichtung 103 parallelen Projektionsrichtung eingeschlossen wird. Insbesondere wird in die Oxidschicht ein Kontaktbereich zur elektrisch leitfähigen Kontaktierung der Stressentkopplungsplatte 14 geätzt. Hierdurch wird ein alternativer Unterbau für den erfindungsgemäßen Sensor 1 bereitgestellt. In 23 ist ein fertiggestellter Sensor 1 mit dem alternativen Unterbau dargestellt.
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Der Sensor 1 gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist insbesondere sowohl in der Funktionsschicht 33 der MEMS-Struktur 13 Aufhängungsfedern (beispielsweise die weiteren Federstrukturen 21 oder andere Federn) als auch in der Entkopplungsschicht 23 der Entkopplungsstruktur 14 Aufhängungsfedern (beispielsweise die Federstruktur 16) auf. Insbesondere ist ein Schwerpunkt einer Einheit aus Stressentkopplungsplatte 14 mit darauf verankerter MEMS-Struktur 13 derart angeordnet, dass beim Anliegen einer horizontalen Beschleunigung die Einheit lediglich linear beschleunigt wird (und es somit zu keiner Kippbewegung der Einheit kommt). Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass die Stressentkopplungsplatte 14 auch zur Schwingungsentkopplung konfiguriert ist.
