DE102018209503A1 - Method of making a MEMS pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Drucksensors, umfassend die Schritte- Bereitstellen einer in einer Trägerschicht eingeschlossenen Kaverne,- Bereitstellen einer ersten Elektrodenstruktur mit einer leitenden Schicht oberhalb der eingeschlossenen Kaverne,- Bereitstellen zumindest einer Isolierschicht oberhalb der ersten Elektrodenschicht,- Bereitstellen einer Opferschicht oberhalb von erster Elektrodenschicht und eingeschlossener Kaverne,- Bereitstellen einer zweiten Elektrodenstruktur mit zumindest einer leitenden Schicht oberhalb der Opferschicht,- Herstellen von zumindest einem Zugang durch die zweite Elektrodenstruktur zu der Opferschicht und- Entfernen der Opferschicht mittels des zumindest einen Zugangs.The invention relates to a method for producing a MEMS pressure sensor, comprising the steps of providing a cavern enclosed in a carrier layer, providing a first electrode structure with a conductive layer above the enclosed cavern, providing at least one insulating layer above the first electrode layer, providing a sacrificial layer above the first electrode layer and cavern enclosed, providing a second electrode structure with at least one conductive layer above the sacrificial layer, producing at least one access by the second electrode structure to the sacrificial layer and removing the sacrificial layer by means of the at least one access.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Drucksensors.The invention relates to a method for producing a MEMS pressure sensor.
Die Erfindung betrifft weiter einen MEMS-Drucksensor.The invention further relates to a MEMS pressure sensor.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt geworden, mikromechanische Drucksensoren oder kurz MEMS-Sensoren mit piezoresistivem Messprinzip herzustellen. Als druckempfindliche Membran dient entweder eine Silizium- oder eine Stahl-Schicht. Die piezoresistiven Strukturen werden dabei auf beziehungsweise in die Oberfläche der Membran eingebracht. Weiter ist es bekannt geworden, anhand eines APSM-Prozesses einen vergrabenen Hohlraum in einem Siliziumwafer zu fertigen und damit in einem Waferstück einen Absolutdrucksensor zu realisieren, bei dem der vergrabene Hohlraum unter Vakuum als Referenzdruck dient. Die Piezowiderstände sind allerdings aufwändig abzugleichen, um Temperatureinflüsse zu korrigieren und benötigen vergleichsweise viel Strom im Betrieb.It has become known to produce micromechanical pressure sensors or MEMS sensors with piezoresistive measuring principle. The pressure-sensitive membrane is either a silicon or a steel layer. The piezoresistive structures are placed on or in the surface of the membrane. Furthermore, it has become known to manufacture a buried cavity in a silicon wafer by means of an APSM process and thus to realize an absolute pressure sensor in a wafer piece in which the buried cavity serves as the reference pressure under vacuum. However, the piezoresistors are expensive to adjust to correct temperature effects and require comparatively much power during operation.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Drucksensors bereit, umfassend die Schritte
- - Bereitstellen einer in einer Trägerschicht eingeschlossenen Kaverne,
- - Bereitstellen einer ersten Elektrodenstruktur mit einer leitenden Schicht oberhalb der eingeschlossenen Kaverne,
- - Bereitstellen zumindest einer Isolierschicht oberhalb der ersten Elektrodenschicht,
- - Bereitstellen einer Opferschicht oberhalb von erster Elektrodenschicht und eingeschlossener Kaverne,
- - Bereitstellen einer zweiten Elektrodenstruktur mit zumindest einer leitenden Schicht oberhalb der Opferschicht,
- - Herstellen von zumindest einem Zugang durch die zweite Elektrodenstruktur zu der Opferschicht und
- - Entfernen der Opferschicht mittels des zumindest einen Zugangs.
- Providing a cavern enclosed in a carrier layer,
- Providing a first electrode structure with a conductive layer above the enclosed cavern,
- Providing at least one insulating layer above the first electrode layer,
- Providing a sacrificial layer above the first electrode layer and enclosed cavern,
- Providing a second electrode structure with at least one conductive layer above the sacrificial layer,
- - Producing at least one access through the second electrode structure to the sacrificial layer and
- - Remove the sacrificial layer by means of at least one access.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung einen MEMS-Drucksensor, hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-11 bereit.In a further embodiment, the invention provides a MEMS pressure sensor made by a method according to any one of claims 1-11.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass statt dem Einbringen von später aufwändig abzugleichenden Piezo-Widerständen nun eine Messelektrode und darüber eine freitragende mechanisch stabile Gegenelektrode aufgebracht wird. Damit entfallen aufwändige Abgleichvorgänge. Ein weiterer Vorteil eines kapazitiven Sensors ist der verglichen mit Piezowiderständen niedrigere Energieverbrauch.One of the advantages achieved with this is that, instead of introducing piezoelectric resistors which are later to be matched with great difficulty, a measuring electrode and, moreover, a self-supporting, mechanically stable counterelectrode are now applied. This eliminates costly adjustment operations. Another advantage of a capacitive sensor is the lower energy consumption compared to piezoresistors.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.Further features, advantages and further embodiments of the invention are described below or will become apparent.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt das Bereitstellen der Kaverne in der Trägerschicht durch Herstellen der Kaverne in der Trägerschicht mittels eines APSM-Prozesses. Ein APSM Prozess ermöglicht eine robuste, baulich kleine Kaverne als Referenzvakuum, das auch durch einen selbst limitierenden Anschlag sehr überdruckresistent ist. Die Abkürzung „APSM“ steht hierfür für Advanced Porous Silicon Membrane.According to an advantageous development, the cavern is provided in the carrier layer by producing the cavern in the carrier layer by means of an APSM process. An APSM process enables a robust, structurally small cavern as a reference vacuum, which is also very resistant to overpressure due to a self-limiting stop. The abbreviation "APSM" stands for Advanced Porous Silicon Membrane.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vor und nach dem Bereitstellen der ersten Elektrodenstruktur eine Isolierschicht aufgebracht. Dies ermöglicht eine zuverlässige Isolation der ersten Elektrodenschicht.According to a further advantageous development, an insulating layer is applied before and after the provision of the first electrode structure. This allows reliable isolation of the first electrode layer.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Isolierschicht in einer Dicke zwischen 25 und 150 nm, vorzugsweise zwischen 50 und 100 nm, insbesondere zwischen 60 und 80 nm aufgebracht. Vorteil hiervon ist, dass eine relativ dünne Isolator- oder Isolierschicht aufgebracht wird, die die Elektrode vor Umwelteinflüssen schützt und gleichzeitig die elektrische Funktion des kapazitiven Messprinzips nicht beeinflusst.According to a further advantageous development, the insulating layer is applied in a thickness between 25 and 150 nm, preferably between 50 and 100 nm, in particular between 60 and 80 nm. The advantage of this is that a relatively thin insulator or insulating layer is applied, which protects the electrode from environmental influences and at the same time does not affect the electrical function of the capacitive measuring principle.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden mehrere Zugänge zu der Opferschicht in der zweiten Elektrodenstruktur nach dem Aufbringen hergestellt. Vorteil hiervon ist, dass die Entfernung der Opferschicht erleichtert wird.According to a further advantageous development, several accesses to the sacrificial layer in the second electrode structure are produced after the application. The advantage of this is that the removal of the sacrificial layer is facilitated.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die zweite Elektrodenstruktur mehrlagig mit zumindest zwei separaten leitenden Schichten, getrennt durch eine Isolierschicht, hergestellt. Dies ermöglicht eine separate Strukturierung in unterschiedlichen Ebenen der zweiten Elektrodenstruktur. So kann beispielsweise die erste Elektrodenschicht, welche insbesondere dünner als die zweite Elektrodenstruktur ausgebildet ist auf die elektrischen Eigenschaften wie Grundkapazität und Linearität optimiert werden, während die zweite Elektrodenstruktur auf die mechanischen Eigenschaften (Stabilität) optimiert werden kann. According to a further advantageous development, the second electrode structure is produced in multiple layers with at least two separate conductive layers separated by an insulating layer. This allows separate structuring in different planes of the second electrode structure. For example, the first electrode layer, which is in particular thinner than the second electrode structure, can be optimized for the electrical properties such as basic capacitance and linearity, while the second electrode structure can be optimized for the mechanical properties (stability).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird zusätzlich in der zweiten Elektrodenstruktur zumindest eine der leitenden Schichten als Trägerschicht ausgebildet, insbesondere wobei die als Trägerschicht ausgebildete leitende Schicht eine um mindestens den Faktor
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Opferschicht, insbesondere hergestellt aus Germanium, mittels eines reaktiven Ätzverfahrens, insbesondere mittels XeF2, entfernt. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass eine hohe Ätzrate und gegebenenfalls auf Grund der hohen Festigkeit der Gegenelektrode in Form der zweiten Elektrodenstruktur große Unterätzweiten realisierbar sind.According to a further advantageous development, the sacrificial layer, in particular made of germanium, is removed by means of a reactive etching process, in particular by means of XeF 2 . One of the advantages achieved with this is that a high etch rate and, if appropriate, owing to the high strength of the counterelectrode in the form of the second electrode structure, large undercutting widths can be realized.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der zumindest eine Zugang zur Opferschicht von oben im Randbereich der Trägerschicht oberhalb der Kaverne hergestellt. Vorteil hiervon ist, dass ein späteres Vergelen erleichtert wird. Darüber hinaus können mechanisch feste Strukturen zumindest in Teilbereichen erhalten werden.According to a further advantageous development, the at least one access to the sacrificial layer is produced from above in the edge region of the carrier layer above the cavern. Advantage of this is that a later Vergelen is facilitated. In addition, mechanically strong structures can be obtained, at least in some areas.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die zweite Elektrodenstruktur einlagig aus polykristallinem Silizium hergestellt, vorzugsweise in einer Dicke zwischen 1 µm bis 10 µm, insbesondere zwischen 2 µm und 6 µm. Vorteil hiervon ist eine einfache Strukturierung der zweiten Elektrodenstruktur bei geringem Materialeinsatz.According to a further advantageous development, the second electrode structure is produced in one layer from polycrystalline silicon, preferably in a thickness of between 1 .mu.m and 10 .mu.m, in particular between 2 .mu.m and 6 .mu.m. The advantage of this is a simple structuring of the second electrode structure with a low use of material.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die zweite Elektrodenstruktur gitterförmig strukturiert mit zumindest zwei unterschiedlichen Abständen, insbesondere wobei der breitere Abstand eine Größe zwischen 5 µm und 10 µm aufweist. Vorteil hiervon ist, dass die mechanische Stabilität in flexibler Weise anpassbar ist.According to a further advantageous development, the second electrode structure is structured in grid form with at least two different distances, in particular wherein the wider distance has a size between 5 μm and 10 μm. The advantage of this is that the mechanical stability can be flexibly adapted.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the subclaims, from the drawings, and from associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.Preferred embodiments and embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components or elements.
Figurenlistelist of figures
Dabei zeigen
-
1-9 Teile von Schritten eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
10 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
11 Teile von Schritten eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
12 Teile von Schritten eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
1-9 Parts of steps of a method according to an embodiment of the present invention; -
10 Steps of a method according to an embodiment of the present invention; -
11 Parts of steps of a method according to an embodiment of the present invention; and -
12 Parts of steps of a method according to an embodiment of the present invention;
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die
In
In
Nun wird, wie in
Weiter werden nun, wie in
Um größtmögliche Freiheit bei der Optimierung der Eigenschaften zu erhalten, ist ein zweilagiger Aufbau der Gegenelektrodenschicht
Als nächstes werden, wie in
Wie in
Alternativ zur zweilagigen Herstellung der Gegenelektrode aus den beiden Schichten
Abschließend wird die Opferschichtätzung gemäß
Aufgrund der hohen Ätzrate von XeF2, der Freiheit sehr viele Zugänge
Ein Vorteil der aufwändigeren, zweilagigen Gegenelektrode
Weiterhin kann die für einen kapazitiven Drucksensor hilfreiche Referenzmembran, welche druckunempfindlich ist, auf einem unterstützten Stück eines Chips untergebracht werden.Furthermore, the reference membrane, which is pressure-insensitive for a capacitive pressure sensor, can be accommodated on a supported piece of a chip.
In
Hierbei erfolgen einem ersten Schritt
Hierbei erfolgt in einem zweiten Schritt
Hierbei erfolgt in einem dritten Schritt
Hierbei erfolgt in einem vierten Schritt
Hierbei erfolgt in einem fünften Schritt
Hierbei erfolgt in einem sechsten Schritt
Hierbei erfolgt in einem siebten Schritt
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen zumindest einen der folgenden Vorteile auf:
- • Vermeidung später aufwändig abzugleichender Piezo-Widerstände
- • Bereitstellung einer stabilen freitragenden Gegenelektrode
- • Insgesamt niedrigerer Energieverbrauch
- • Avoidance of later complicated piezo resistors
- • Provision of a stable self-supporting counterelectrode
- • Overall lower energy consumption
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018209503.5A DE102018209503A1 (en) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Method of making a MEMS pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018209503.5A DE102018209503A1 (en) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Method of making a MEMS pressure sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102018209503A1 true DE102018209503A1 (en) | 2019-05-29 |
Family
ID=66442124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018209503.5A Ceased DE102018209503A1 (en) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | Method of making a MEMS pressure sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102018209503A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10201054A1 (en) * | 2001-01-19 | 2003-01-09 | Sensirion Ag Zuerich | Pressure sensor comprises a semiconductor substrate having an opening which extends from a lower side of the substrate to a capacitive measuring arrangement, and a closing plate anodically connected to the substrate |
DE102007019639A1 (en) * | 2007-04-26 | 2008-10-30 | Robert Bosch Gmbh | Micromechanical component and corresponding manufacturing method |
-
2018
- 2018-06-14 DE DE102018209503.5A patent/DE102018209503A1/en not_active Ceased
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