DE102015222954A1 - Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und Sensorvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils sowie eine Sensorvorrichtung. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats mit einer Vorderseite und einer Rückseite; Aufbringen einer elektrischen Isolationsschicht auf die Vorderseite des Halbleitersubstrats; Aufbringen einer Präkursorschicht auf die elektrische Isolationsschicht; Strukturieren der Präkursorschicht derart, dass die Präkursorschicht zumindest bereichsweise auf der elektrischen Isolationsschicht ausgebildet wird; und zumindest bereichsweises Aufwachsen einer homogenen Kohlenstoffschicht in Bereichen der zumindest bereichsweise ausgebildeten Präkursorschicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils und eine Sensorvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Heutzutage wird zum Messen eines Magnetfeldes insbesondere eine Sensorvorrichtung eingesetzt, welche den Hall-Effekt nutzt. Eine wichtige Eigenschaft dieser Sensorvorrichtungen ist ihre Sensitivität und somit insbesondere die Fähigkeit, Magnetfeldvektoren zu bestimmen. Das heißt, Magnetfeldstärke und Richtung, sowie ihre Stabilität gegenüber Störfeldern, die beispielsweise ein zu messendes Magnetfeld überlagern können. Um eine Magnetfeldrichtung bestimmen zu können, sind die magnetsensitiven Bauteile so im Raum angeordnet, dass ein Bestimmen der x-, y- und z-Komponente des Magnetfeldvektors möglich ist. Insbesondere können die magnetsensitiven Bauteile orthogonal zueinander angeordnet sein. Hierzu werden drei separate magnetsensitive Bauteile entweder orthogonal zueinander angeordnet oder das Magnetfeld wird über magnetische Kollektorschichten gesammelt und dann entsprechend von dem magnetsensitiven Bauteil umgelenkt.
  • Wünschenswert wäre es somit, ein Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, die eine monolithische Integration von Magnetfeldsensoren ermöglicht, mit der die Magnetfeldvektorkomponenten in x-, y- und z-Richtung mit einer einfach herstellbaren Sensorvorrichtung erfasst werden können. Weiterhin könnte durch eine geeignete Auswahl eines geeigneten Materials für die Sensorvorrichtung der notwendige Stromverbrauch als auch das Signal-Rausch-Verhalten positiv beeinflusst, also insbesondere reduziert, werden.
  • Die WO 2014/114401 A1 beschreibt einen zusammengesetzten Hall-Sensor. Offenbarung der Erfindung Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils nach Anspruch 1 sowie eine Sensorvorrichtung nach Anspruch 10.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt darin, die materialspezifischen Eigenschaften, insbesondere ein selektives Wachsen von Graphen zu nutzen, um auf Graphen-basierte Hall-Sensoren auf insbesondere strukturierten Substraten herzustellen. Graphen kann insbesondere auf für Graphen vorbestimmte Oberflächen, Schichten bzw. Materialien selektiv aufgewachsen werden.
  • Graphen weist eine sehr hohe Ladungsträgerbeweglichkeit auf. Ferner weist Graphen einen deutlich geringeren Rausch-Level als beispielsweise Silizium auf. Graphen ist somit aufgrund seiner herausragenden materialspezifischen Eigenschaften besonders geeignet, um in mikromechanischen Bauteilen, insbesondere Sensorvorrichtungen, wie zum Beispiel Hall-Sensoren, Einsatz zu finden. Ferner lässt sich eine Ladungsträgerkonzentration in Graphen über ein Back-Gate oder über chemische Dotierung einfach kontrollieren.
  • Insbesondere kann durch ein Strukturieren des Halbleitersubstrates, auf welches das Graphen aufwachsen soll, auf einfache Art und Weise ein dreidimensionaler Hall-Sensor bereitgestellt werden. Unter „dreidimensionaler Hall-Sensor“ versteht man in diesem Zusammenhang ein mikromechanisches Bauteil, welcher durch monolithische Integration von drei Magnetfeldsensoren in der Lage ist, Magnetfelder in x-, y- und z-Richtung zu messen.
  • Somit liegt der vorliegenden Erfindung insbesondere die Idee zugrunde, vorstrukturierte Substrate derart zu präparieren, dass Graphen selektiv insbesondere auf Seitenwänden von trocken- oder nasschemisch erzeugten Ätzgräben aufgewachsen werden kann. Dies bietet die Möglichkeit, neben der lateralen x-Richtungsbestimmung eines planar bzw. auf einer Ebene angeordneten Hall-Sensors auch die senkrechte bzw. quer verlaufende y- und z-Komponente von Magnetfeldern über weitere monolithisch integrierte Hall-Sensoren auf entsprechenden Seitenwänden der Ätzgräben zu erfassen. Die Erfassung der x-Komponente kann entweder über zwei nicht symmetrische, separate Sensorbauteile erfolgen oder durch symmetrische Hall-Kreuze, in denen die Hall-Sensoranschlüsse abwechselnd kreuzend die Funktion Source und Messelektronenpaar vertauschen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die homogene Kohlenstoffschicht durch Graphen ausgebildet. Graphen ist aufgrund seiner materialspezifischen Eigenschaften, insbesondere der sehr hohen Ladungsträgerbeweglichkeit, zum Einsatz in dem mikromechanischen Bauteil, insbesondere einem Hall-Sensor, besonders geeignet. Ferner lässt sich die Ladungsträgerkonzentration in Graphen sehr gut über ein Back-Gate oder über chemische Dotierung kontrollieren. Des Weiteren weist Graphen einen geringeren Rauschlevel auf als beispielsweise Silizium. Alternativ zu Graphen können beispielsweise auch Indiumantimonid oder Silizium zum Einsatz kommen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Präkursorschicht durch Kupfer, Platin, Nickel und/oder Germanium ausgebildet. So lässt sich auf einfache Art und Weise beispielsweise Graphen insbesondere durch CVD-Verfahren selektiv selektiv aufwachsen. Bei der Verwendung der leitfähigen Präkursorschicht kann diese nach der Graphene Abscheidung selektiv entfernt werden, um eine parasitäre Leitfähigkeit durch die Präkursorschicht unterhalb der homogenen Kohlenstoffschicht bzw. Hall-Sensorschicht (Graphene) zu vermeiden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das zumindest bereichsweise Aufwachsen der homogenen Kohlenstoffschicht auf einer der Vorderseite abgewandten Seite der zumindest bereichsweise ausgebildeten Präkursorschicht. So lässt sich insbesondere die x-Komponente mittels des mikromechanischen Bauteils erfassen. Die Erfassung der x-Komponente kann entweder über zwei nicht symmetrische, separate Sensorelemente erfolgen oder durch symmetrische Hall-Kreuze, in denen die Hall-Sensoranschlüsse abwechselnd kreuzend die Funktion Source und Messelektronenpaar vertauschen. So lässt sich auf einfache Art und Weise ein zweidimensionaler Hall-Sensor herstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das zumindest bereichsweise Aufwachsen der homogenen Kohlenstoffschicht auf der elektrischen Isolationsschicht zwischen Bereichen der zumindest bereichsweise ausgebildeten Präkursorschicht. Mit anderen Worten lässt sich in Bereichen zwischen der strukturierten Präkursorschicht ein gerichtetes Aufwachsen der homogenen Kohlenstoffschicht auf der elektrischen Isolationsschicht realisieren, wobei zumindest bereichsweise die elektrische Isolationsschicht durch die homogene Kohlenstoffschicht bedeckt wird. Beispielsweise kann auf der elektrischen Isolationsschicht bzw. in den Bereichen zwischen der zumindest bereichsweise strukturierten Präkursorschicht eine Saatschicht umfassend insbesondere Nickel ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden in dem Halbleitersubstrat quer zu der Vorderseite verlaufende Ätzgräben ausgebildet. Die Ätzgräben umfassen insbesondere Seitenwände, die ebenfalls quer zu der Vorderseite des Halbleitersubstrats verlaufen. So lassen sich insbesondere auf einfache Weise Strukturen ausbilden, die quer oder senkrecht zu der Vorderseite des Substrats verlaufen, wobei durch entsprechendes Aufwachsen der homogenen Kohlenstoffschicht, beispielsweise Graphen, an den Seitenwänden der Ätzgräben beispielsweise die y- und z-Komponente des Magnetfeldes gemessen werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Halbleitersubstrat durch Silizium oder Germanium ausgebildet. Insbesondere können die Ätzgräben auf Silizium oder Germaniumbasis atomar glatte Seitenwände aufweisen, so dass insbesondere die homogene Kohlenstoffschicht, die elektrische Isolationsschicht und/oder die Präkursorschicht auf diesen homogen aufwachsen können.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die quer zu der Vorderseite verlaufenden Ätzgräben trocken- und/oder nasschemisch hergestellt. So lässt sich das Substrat kostengünstig und einfach strukturieren, wobei beispielsweise durch entsprechende Nachbehandlung die Ätzgräben atomar glatte Seitenwände aufweisen können.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden beim Ausbilden der quer zu der Vorderseite verlaufenden Ätzgräben atomar glatte Seitenwände in den Ätzgräben ausgebildet. So lässt sich insbesondere die homogene Kohlenstoffschicht homogen an den Seitenwänden aufwachsen.
  • Die hier für das Herstellungsverfahren des mikromechanischen Bauteils offenbarten Merkmale gelten auch für die Sensorvorrichtung und umgekehrt. Insbesondere kann durch das hier beschriebene Verfahren eine dreidimensionale monolithisch integrierte Sensorvorrichtung hergestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1A–H schematische Seitendarstellungen zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils und einer entsprechenden Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A, B eine Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar 2A in perspektivischer Draufsicht und 2B in schematischer Querschnittsansicht;
  • 3A–3D schematische Querschnittsansichten mit entsprechenden perspektivischen Draufsichten eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 4A–4F schematische Seitenansichten von trockenchemisch strukturierten Halbeitersubstraten auf Siliziumbasis zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen von Ätzgräben mit Seitenwänden gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
  • 1A–H sind schematische Seitendarstellungen zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils und einer entsprechenden Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1A bezeichnet Bezugszeichen 10 ein Halbleitersubstrat mit einer Vorderseite 11 und einer Rückseite 12. Auf der Vorderseite 11 des Halbleitersubstrats 10 ist eine Maskenschicht zum Strukturieren des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Maskenschicht L1 kann insbesondere durch Lithographie auf die Vorderseite 11 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein.
  • In der 1B bezeichnet Bezugszeichen 13 einen quer zu der Vorderseite 11 verlaufenden Ätzgraben 13. Der quer zu der Vorderseite 11 verlaufende Ätzgraben 13 umfasst insbesondere atomar glatte Seitenwände S1 (hierzu siehe später 4A–4F). Nach Ausbilden des Ätzgrabens 13 kann die Maskenschicht L1 beispielsweise durch Veraschen von der Vorderseite 11 des Halbleitersubstrats 10 entfernt werden.
  • Wie in der 1C gezeigt, wird nunmehr auf die strukturierte Vorderseite 11 des Halbleitersubstrats 10 eine elektrische Isolationsschicht 20 aufgebracht. Die elektrische Isolationsschicht 20 bedeckt die Vorderseite 11 des Halbleitersubstrats 10 insbesondere homogen.
  • Wie in der 1D gezeigt, wird auf die elektrische Isolationsschicht 20 eine Präkursorschicht 30 aufgebracht. Beispielsweise weist die Präkursorschicht 30 auf der Vorderseite 11 des Halbeitersubstrats 10 sowie an den Seitenwänden S1 des Ätzgrabens 13 eine homogene Schichtdicke auf.
  • Wie in 1E gezeigt, wird die Präkursorschicht 30 derart strukturiert, dass die Präkursorschicht 30 zumindest bereichsweise auf der elektrischen Isolationsschicht 20 ausgebildet wird. Insbesondere können sich Präkursorinseln ausbilden, die zum späteren Aufwachsen einer homogenen Kohlenstoffschicht 40, beispielsweise Graphen, vorbestimmt sein können. Insbesondere können Bereiche der strukturierten Präkursorschicht 30 an der Seitenwand S1 des Ätzgrabens 13 durch das Strukturieren der Präkursorschicht 30 ausgebildet werden.
  • Wie in 1F gezeigt, erfolgt in diesem Verfahrensschritt ein zumindest bereichsweises Aufwachsen der homogenen Kohlenstoffschicht 40 in Bereichen der zumindest bereichsweise ausgebildeten Präkursorschicht 30. Wie in der 1F gezeigt, erfolgt das zumindest bereichsweise Aufwachsen der homogenen Kohlenstoffschicht 40 auf einer der Vorderseite 11 abgewandten Seite der zumindest bereichsweise ausgebildeten Präkursorschicht 30.
  • Um eine Änderung der Leitungsträgerbeweglichkeit der homogenen Kohlenstoffschicht detektieren zu können, werden wie in der 1G gezeigt, Metallkontakte M1 an den entsprechenden Bereichen, in denen die homogene Kohlenstoffschicht aufgewachsen ist, angeordnet. Das Ausbilden der Metallkontakte kann insbesondere durch Aufbringen und Strukturieren einer Metallschicht erfolgen, wobei die zumindest bereichsweise ausgebildete Präkursorschicht 30 bzw. die homogene Kohlenstoffschicht 40 entsprechend geschützt werden muss. Die elektrische Kontaktierung M1 kann über die aus der MEMS- und Halbleitertechnologie bekannten Verfahren (Metallabscheidung über CVD, Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen, Pulsed Laser Deposition, lithographische Strukturierung und anschließende nass- oder trockenchemische Ätzung, Ionenstrahlätzung, Lift-off-Verfahren) erfolgen.
  • Bei der Verwendung einer leitfähigen Präkursorschicht 30 kann diese nach der Graphene Abscheidung selektiv entfernt werden, um eine parasitäre Leitfähigkeit durch die Präkursorschicht 30 unterhalb der homogenen Kohlenstoffschicht 40 bzw. Hall-Sensorschicht (Graphene) zu vermeiden. Das Entfernen der Präkursorschicht 30 kann beispielsweise nach Ausbilden der elektrischen Kontaktierungen M1 erfolgen (siehe 1H).
  • Die hier beschriebene homogene Kohlenstoffschicht wird bevorzugt durch Graphen ausgebildet. Graphen ist aufgrund seiner materialspezifischen Eigenschaften, insbesondere der sehr hohen Ladungsträgerbeweglichkeit, zum Einsatz in dem mikromechanischen Bauteil, insbesondere einem Hall-Sensor, besonders geeignet. Ferner lässt sich die Ladungsträgerkonzentration in Graphen sehr gut über ein Back-Gate oder über chemische Dotierung kontrollieren. Des Weiteren weist Graphen einen geringeren Rauschlevel auf als beispielsweise Silizium.
  • 2A, B ist eine Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar 2A in perspektivischer Draufsicht und 2B in schematischer Querschnittsansicht.
  • Die in der 2A gezeigte perspektivische Draufsicht auf das mikromechanische Bauteil 100 zeigt einen dreidimensionalen Hall-Sensor. Die 2A basiert auf dem in 1G gezeigten mikromechanischen Bauteil mit dem Unterschied, dass ein zusätzlicher Bereich zum Messen einer weiteren Magnetfeldrichtung, beispielsweise y-Richtung, auf einer entsprechenden Seitenwand S1 des Ätzgrabens 13 ausgebildet ist. Wie aus den 2A und 2B ersichtlich, ist die z-Komponente des Hall-Sensors bzw. der Sensorvorrichtung 101 an der senkrecht bzw. quer zu der y-Komponente verlaufenden Seitenwand S1 des wiederum quer zu der Vorderseite 11 des Halbleitersubstrats 10 verlaufenden Ätzgrabens 13 ausgebildet.
  • 3A–3D sind schematische Querschnittsansichten mit entsprechenden perspektivischen Draufsichten eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauteils 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in der 3A gezeigt, wird ein Halbleitersubstrat mit einer Vorderseite 11 und einer Rückseite 12 bereitgestellt. An der Vorderseite 11 des Halbleitersubstrats 10 wird eine elektrische Isolationsschicht 20 aufgebracht.
  • Wie in der 3B gezeigt, wird eine Präkursorschicht 30 auf die elektrische Isolationsschicht 20 aufgebracht und strukturiert. Die Strukturierung erfolgt derart, dass die Präkursorschicht 30 zumindest bereichsweise auf der elektrischen Isolationsschicht 20 ausgebildet wird. Zwischen den zumindest zwei Bereichen der Präkursorschicht 30 kann auf der elektrischen Isolationsschicht 20 eine Nickel-Saatschicht ausgebildet sein. Insbesondere im Bereich der Nickel-Saatschicht wächst gerichtet eine homogene Kohlenstoffschicht 40 auf der elektrischen Isolationsschicht 20 zwischen den insbesondere zwei strukturierten Bereichen der Präkursorschicht 30 auf (siehe 3C). Wie in der 3D gezeigt verbindet die homogene Kohlenstoffschicht 40 die zumindest bereichsweise ausgebildete Präkursorschicht 30 bzw. bedeckt entsprechende Bereiche der elektrischen Isolationsschicht 20. Das in den 3A–3D gezeigte Verfahren kann prinzipiell auch an Trench-Seitenwänden angewendet werden. Alternativ kann im Falle eines Wachstums der homogenen Kohlenstoffschicht 40 auf unerwünschten Bereichen ein zusätzlicher Strukturierungsschritt Einsatz finden, um die entsprechenden Bereiche von der homogenen Kohlenstoffschicht 40 zu befreien. Eine für das gerichtete Wachsen der homogenen Kohlenstoffschicht 40 beispielsweise geeignete Prozessbedingung kann CH4 (Methan) bei einer Temperatur größer 800°C sein.
  • 4A–4F sind schematische Seitenansichten von trockenchemisch strukturierten Halbeitersubstraten auf Siliziumbasis zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen von Ätzgräben mit Seitenwänden gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie bereits oben beschrieben, liegt die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee darin, Hall-Sensoren insbesondere auf vertikal angeordneten Seitenwänden S1 von trocken- oder nasschemisch erzeugten Ätzgräben 13 herzustellen. Bevorzugtes Ausgangsmaterial für das Halbleitersubstrat 10 kann insbesondere kristallines Silizium oder Germanium sein. Diese Materialien haben den Vorteil, dass es insbesondere möglich ist, durch Nass- oder Trockenätzverfahren atomar glatte Seitenwände S1 im Ätzgraben 13 in dem Halbleitersubstrat 10 zu erzeugen. Die Ätzgräben 13 verlaufen hierbei insbesondere quer bzw. senkrecht zu der Vorderseite 11 des Halbleitersubstrats 10. Bei der trockenchemischen Strukturierung können Seitenwand-Rauheiten entweder durch thermische Nachbehandlung bei Temperaturen von 800–1350°C geglättet werden oder durch thermische Oxidation und anschließendes Ätzen in Flusssäure (sogenannte Opferoxidation) ausgeglichen werden. Alternativ ist eine Kombination der beiden genannten Trench-Nachbehandlungsarten möglich.
  • 4A zeigt eine schematische Seitenansicht eines nicht optimierten trockenchemisch strukturierten Halbleitersubstrats 10 auf Siliziumbasis. In der 4A sind deutlich ausgeprägte „Scallops“ bzw. eine signifikante Seitenwand-Rauheit ersichtlich. Diese können wie im Folgenden gezeigt unter Verwendung eines optimierten Ätzprozesses deutlich verringert werden.
  • In der 4B ist eine weitere schematische Seitenansicht des Halbleitersubstrats 10 aus der 4A nach einer Auslagerung in Inertgas-Atmosphäre bei 1050°C für 30 Minuten gezeigt. In der 4B ist deutlich erkennbar, dass die in der 4A gezeigten Scallops deutlich reduziert sind. Mit anderen Worten ist die Seitenwand-Rauheit reduziert.
  • In der 4C ist eine weitere schematische Seitenansicht des Halbleitersubstrats 10 aus der 4A nach einer Auslagerung in Inertgas-Atmosphäre bei 1250°C für 30 Minuten gezeigt. Auch hier ist eine deutlich verbesserte Seitenwand-Rauheit zu erkennen.
  • In der 4D ist eine weitere schematische Seitenansicht des Halbleitersubstrats 10 aus der 4A nach einer Auslagerung in Inertgas-Atmosphäre bei 1315°C für 30 Minuten gezeigt. Auch hier ist eine verbesserte Seitenwand-Rauheit zu erkennen und die in der 4A ausgeprägten „Scallops“ sind kaum ausgeprägt.
  • In der 4E ist eine weitere schematische Seitenansicht des Halbleitersubstrats 10 aus der 4A nach einer Feuchtoxidation (Oxiddicke 500 nm) mit anschließendem Ätzen des gewachsenen Oxids in Flusssäure gezeigt. Auch hier ist eine verbesserte Seitenwand-Rauheit ersichtlich.
  • In der 4F ist eine weitere schematische Seitenansicht eines mittels eines optimierten trockenchemisch strukturierten Substrats auf Siliziumbasis ohne die in den 4B–4E gezeigten Trench-Nachbehandlungen gezeigt. Die deutlich verringerte Seitenwand-Rauheit ist in 4F zu erkennen.
  • Alternativ können nasschemisch atomar glatte Seitenwände 13 durch ein Ätzen in Kaliumhydroxid erzeugt werden, wobei die Anisotropie des Ätzprozesses für verschiedene Kristallrichtungen ausgenutzt wird. Durch Wahl einer geeigneten Kristallorientierung des Ausgangsmaterials können gezielt [110] Oberflächen in nasschemisch erzeugten Ätzgräben auf den Seitenwänden erzeugt werden, die eine qualitativ hochwertige Graphen CVD-Synthese ermöglichen.
  • Bei alternativen Materialien zur Graphensynthese ist darauf zu achten, eine elektrische Isolation der leitfähigen Graphenschicht vom Substrat zu erreichen. In diesem Fall ist es notwendig, entweder einen Weg zu finden, Graphen auf vorstrukturierten, isolierenden Saatschichten zu wachsen oder eventuell eine metallische Saatschicht (Kupfer, Platin oder Nickel) selektiv im Bereich des Sensors zu entfernen, wobei eine freistehende Graphenschicht übrig bleibt. Alternativ kann Graphen ausgehend von Nickelschichten aus dem Bereich der Nickelbeschichtung heraus in Richtung eines zweiten Kontakts gewachsen werden, wodurch es möglich ist, das Graphen frei von jeglichem Kontakt zu einer metallischen Saatschicht entlang einer isolierenden Oberfläche zu wachsen (siehe 3A bis 3D).
  • Zur Strukturierung von Graphen können zum Beispiel herkömmliche Lithographiemethoden mit entsprechenden Resistmaterialien und anschließendem Ätzen des unmaskierten Graphens in Sauerstoffplasma verwendet werden. Bei der selektiven Ätzung einer metallischen Saatschicht unterhalb der Graphenschicht ist ein geeignetes Ätzmittel zu wählen, welches das Metall ätzt, ohne das Graphen anzugreifen. Für Kupfer-Saatschichten ist dies beispielsweise mit kommerzieller Kupferätzlösung (Ammoniumperoxidsulfat) möglich.
  • Um die Kontaktierung der Graphenschichten zu vereinfachen, ist es insbesondere möglich, die Graphenschichten auf den ebenen Oberflächen (Waferoberfläche und Trenchboden) herauszuführen, was die strukturierte Kontaktierung mit einer Metallschicht deutlich vereinfacht. Dadurch hervorgerufene Signalbeiträge der x- und y-Komponente des Magnetfelds können dann insbesondere durch Abgleich der Signale aus den beiden planaren Sensoren herausgerechnet werden (siehe 2A und 2B).
  • Die elektrische Kontaktierung des Graphens kann über die aus der MEMS- und Halbleitertechnologie bekannten Verfahren (Metallabscheidung über CVD, Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen, Pulsed Laser Deposition, lithographische Strukturierung und anschließende nass- oder trockenchemische Ätzung, Ionenstrahlätzung, Lift-off-Verfahren) erfolgen.
  • Das hier beschriebene mikromechanische Bauteil kann insbesondere Anwendung in Geomagnetsensoren, Stromsensoren oder Lenkwinkelsensoren Einsatz finden.
  • 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 erläuternden Beispiele beschränkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2014/114401 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil (100) mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (10) mit einer Vorderseite (11) und einer Rückseite (12); B) Aufbringen einer elektrischen Isolationsschicht (20) auf die Vorderseite (11) des Halbleitersubstrats (10); C) Aufbringen einer Präkursorschicht (30) auf die elektrische Isolationsschicht (20); D) Strukturieren der Präkursorschicht (30) derart, dass die Präkursorschicht (30) zumindest bereichsweise auf der elektrischen Isolationsschicht (20) ausgebildet wird; und E) zumindest bereichsweises Aufwachsen einer homogenen Kohlenstoffschicht (40) in Bereichen der zumindest bereichsweise ausgebildete Präkursorschicht (30).
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die homogene Kohlenstoffschicht (40) durch Graphen ausgebildet wird.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Präkursorschicht (30) durch Kupfer, Platin, Nickel und/oder Germanium ausgebildet wird.
  4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das zumindest bereichsweise Aufwachsen der homogenen Kohlenstoffschicht (40) auf einer der Vorderseite (11) abgewandten Seite der zumindest bereichsweise ausgebildeten Präkursorschicht (30) erfolgt.
  5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das zumindest bereichsweise Aufwachsen der homogenen Kohlenstoffschicht (40) auf der elektrischen Isolationsschicht (20) zwischen Bereichen der zumindest bereichsweise ausgebildeten Präkursorschicht (30) erfolgt.
  6. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Halbleitersubstrat (10) quer zu der Vorderseite (11) verlaufende Ätzgräben (13) ausgebildet werden.
  7. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleitersubstrat (10) durch Silizium oder Germanium ausgebildet wird.
  8. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die quer zu der Vorderseite (11) verlaufenden Ätzgräben (13) trocken und/oder nasschemisch hergestellt werden.
  9. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ausbilden der quer zu der Vorderseite (11) verlaufenden Ätzgräben (13) atomar glatte Seitenwände (S1) in den Ätzgräben ausgebildet werden.
  10. Sensorvorrichtung (101), die durch ein Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wird.
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