-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Mikroelektromechanische Systeme (microelectromechanical systems, MEMS) mit geschichteten Strukturen sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Solche Systeme werden beispielsweise als Sensoren oder Aktuatoren dazu eingesetzt, mechanische Bewegungen und elektrische Signale ineinander umzuwandeln. Ein technologisch besonders vielversprechender Ansatz besteht dabei in der Kombination von Siliziumschichten mit einer oder mehreren piezoelektrischen oder piezoresistiven Funktionsschichten, durch deren Zusammenwirken sich neue Möglichkeiten für die Gestaltung der elektromechanischen Eigenschaften der Bauteile eröffnen.
-
Mikromechanische Siliziumstrukturen werden üblicherweise durch ein Wechselspiel von einander abwechselnder Materialabscheidung und -abtragung erzeugt. Auf einem Substrat werden dazu beispielsweise durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung gezielt Schichten definierter Dicke erzeugt, in die in einem nachfolgenden Schritt Gräben geätzt werden. Durch eine Abfolge mehrerer Abscheidungs- und Ätzschritte wird so die gewünschte Mikrostruktur gebildet. Um die so erzeugte mikroelektromechanische Struktur gegenüber äußeren Einflüssen abzuschirmen, sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen durch epitaktische Abscheidung eine Silizium-Kappe auf die Struktur aufgebracht wird, so dass die Struktur in einer Kaverne gegen den Außenraum versiegelt wird.
-
Bei der Verwendung von zusätzlichen Funktionsschichten, wie beispielsweise Aluminiumnitrid ergibt sich bei dieser Form der Kappenbildung das technische Problem, dass das epitaktisch abgeschiedene Silizium zumindest teilweise auf der Aluminiumnitridschicht aufwächst und so beispielsweise eine unerwünschte elektrisch leitende Verbindung der durch die Aluminiumnitridschicht getrennten Nachbarschichten hergestellt wird. Grundsätzlich besteht bei der Verwendung von Aluminium in epitaktischen Herstellungsverfahren für Siliziumbauteile zusätzlich die Gefahr, dass Aluminium in unkontrollierter Weise auf den Flächen der Epitaxie-Anlage deponiert wird und zu Kontamination und Geräteschäden führt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mikroelektromechanische Struktur zur Verfügung zu stellen, bei dem ein aluminiumnitridhaltiges Funktionselement gegenüber dem Außenraum abgeschirmt wird.
-
Bei der mikroelektromechanischen Struktur gemäß dem Hauptanspruch wird die, das Funktionselement enthaltene Kaverne durch eine epitaktisch gebildete Schicht aus Silizium verschlossen. Durch eine solche Kappenschicht (Epi-Kappe) wird die Qualität und Zuverlässigkeit der mikromechanischen Struktur beträchtlich gesteigert. Durch die erfindungsgemäße mikroelektromechanische Struktur lässt sich vorteilhafterweise ein Schutz für mikromechanische Systeme, wie z.B. für Resonatoren, Drehratensensoren, Beschleunigungssensoren, Fingerprintsensoren, Energy Harvester, Aktuatoren, usw. bereitstellen.
-
Die epitaktische Siliziumschicht besteht vorzugsweise aus polykristallinem Silizium, wobei auch eine Kappe aus reinkristallinem oder aus einer Mischung von polykristallinem und reinkristallinem Silizium möglich ist. Vorzugsweise ist das Funktionselement über Verbindungen mit dem Rest der mikroelektromechanischen Struktur innerhalb der Kaverne aufgehängt.
-
Die Geometrie der Aluminiumnitridschicht wird im Folgenden auch durch die Begriffe „lateral“ oder horizontal (d.h. parallel zur Haupterstreckungsebene der Schicht) bzw. vertikal (d.h. senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Schicht) beschrieben. Üblicherweise entspricht die Haupterstreckungsebene der Schicht auch der Haupterstreckungsebene des Substrats der mikrolektromechanischen Struktur, wobei jedoch andere Orientierungen denkbar sind.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Aluminiumnitridschicht mindestens eine freiliegende Fläche auf, wobei die freiliegende Fläche innerhalb der Kaverne freiliegt.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die mindestens eine freiliegende Fläche der Aluminiumnitridschicht eine Breite von maximal 2,5 um auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Breite kleiner als 2,5 µm. Unter der Breite ist im Folgenden die Abmessung der Fläche entlang der Richtung minimaler Ausdehnung zu verstehen. Bei einer mikroelektromechanischen Schichtstruktur werden solche freiliegenden Flächen üblicherweise durch Abtragen des die Aluminiumnitridschicht umgebenden Materials und/oder durch Abtragen von Teilen der Aluminiumnitridschicht selbst erzeugt. Typischerweise ergeben sich dabei relativ einfache geometrische Formen der freiliegenden Fläche, wie insbesondere Rechtecke, wobei jedoch auch komplexere Formen möglich sind. Wird beispielsweise eine von Silizium umgebene Aluminiumnitridschicht senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene eben geschnitten, ergibt sich als freiliegende Fläche ein Streifen mit einer Breite, die durch die Dicke der Aluminiumnitridschicht gegeben ist. Liegen mehrere Flächen der Alumniumnitridschicht frei, so ist vorzugsweise die Breite jeder einzelnen Fläche maximal 2,5 µm oder kleiner als 2,5 µm.
-
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass auf einer Fläche mit einer Breite von maximal 2,5 µm oder kleiner als 2,5 um das Aufwachsen von Silizium im folgenden Sinne unterdrückt ist: Um direkt auf der freiliegenden Aluminiumnitrid-Fläche aufzuwachsen, müssen die Silizium-Atome aus der Gasphase auf der Fläche abgeschieden oder reaktiv aus der Gasphase erzeugt werden. Man kann hierbei von zwei konkurrierenden Prozessen ausgehen. Zum einen die unerwünschte Silizium-Bildung auf dem Aluminiumnitrid („AlN“). Zum anderen die Silizium-Bildung auf Silizium, welche einen Transportprozess des sich bildenden Siliziums über die Oberfläche oder die Gasphase voraussetzt. Denkbar wäre aber auch der Transport des gasförmigen Ausgangsproduktes von der AIN-Oberfläche zum Silizium. Ob sich Silizium auf Aluminiumnitrid abscheidet, hängt damit von der Länge des Transportweges und damit von der Breite der AIN-Fläche ab. Bei einer Breite von 2,5 µm ist gewährleistet, dass das Silizium, bzw. das Silizium-bildende Gas zu den Rändern der freiliegenden Fläche transportiert wird oder nur dort wächst, so dass die Fläche tendenziell von den Rändern her zuwächst und das Überwachsen der freiliegenden Fläche deutlich langsamer vor sich geht als bei einer direkten Nukleation der Siliziumschicht auf der Aluminiumnitrid-Fläche. Eine Breite von 2,5 µm oder kleiner als 2,5 µm hat sich für die, für den Herstellungsprozess relevanten Temperaturbereiche als optimal herausgestellt. Ist die Diffusionslänge aufgrund besonderer Umstände besonders groß oder klein, ist alternativ auch denkbar, die Breite der freiliegenden Fläche entsprechend größer oder kleiner zu wählen. Vorzugsweise sollte die Breite der freiliegenden Fläche jedenfalls kleiner sein als die Diffusionslänge. Denkbar ist auch, die Breite maximal 10 %, 25 % oder 50 % der Diffusionslänge zu wählen. Auf diese Weise lässt sich durch die Abmessungen der freiliegenden Schicht das Überwachsen der freiliegenden Fläche der Aluminiumnitridschicht vorteilhafterweise verhindern. Dabei reicht es aus, das Überwachsen so lange zu verhindern, bis die Öffnungen, durch die neues Silizium zur Aluminiumnitridschicht strömen kann durch den epitaktischen Prozess verschlossen sind.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich die Dicke der Aluminiumnitridschicht zu einem Rand des Funktionselements hin. Unter dem Rand des Funktionselements ist in diesem Zusammenhang eine oder mehrere Oberflächen des Funktionselements zu verstehen, die innerhalb der Kaverne freiliegen. Eine oder mehrere dieser freiliegenden Oberflächen schneiden dabei die Aluminiumnitridschicht und weisen daher eine oder mehrere freiliegende Flächen der Aluminiumnitridschicht auf. Für die Unterdrückung des Aufwachsens von Silizium auf der freiliegenden Fläche der Aluminiumnitridschicht ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Breite der freiliegenden Fläche 2,5 µm oder weniger beträgt. Im einfachsten Fall kann dies dadurch erreicht werden, dass die Aluminiumnitridschicht selbst eine maximale Dicke von 2,5 µm oder weniger aufweist. Sollte es für die Funktion des Bauteils vorteilhaft oder notwendig sein, die Dicke größer zu wählen, lässt sich die Breite der freiliegenden Fläche dennoch gegenüber der Dicke verringern, indem die Aluminiumnitridschicht so gestaltet wird, dass sich ihre Dicke zum Rand des Funktionselements hin derart verjüngt dass der verjüngte Teil am Rand eine freiliegende Fläche mit einer Breite von 2,5 µm oder weniger aufweist. Vorzugsweise wird eine sich so verjüngende Aluminiumnitridschicht bei der Herstellung der mikroelektromechanischen Struktur dadurch erzeugt, dass zunächst eine Aluminiumnitridschicht konstanter Dicke abgeschieden wird und diese Schicht in einem nachfolgenden Schritt in gezielter Weise so abgetragen wird, dass sich die Dicke in den Bereichen, die später den Rand des Funktionselements bilden entsprechend verringert. Eine solches gezieltes Abtragen lässt sich beispielsweise mit lonenstrahltrimmen (Ion Beam Trimming, IBT) realisieren. Diese Methode wird beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen dazu eingesetzt durch präzise lokale Bearbeitung der Schichtoberfläche eine hochgradig homogene Schichtdicke zu erreichen. Durch eine gezielt gesteuerte stärkere oder geringere lokale Abtragung lassen sich so auch Oberflächentopographien herstellen, bei denen die Dicke in einer hochpräzise einstellbaren Weise über die laterale Ausdehnung der Schicht hinweg variiert.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schicht aus Aluminiumnitrid an einem Rand des Funktionselements eine Isolierschicht auf. Um das Überwachsen der Aluminiumnitridschicht und damit einen Kurzschluss der an die Aluminiumnitridschicht anliegenden Schichten zu verhindern, kann die Aluminiumnitridschicht am Rand des Funktionselements mit einer Isolierschicht versehen sein, auf der das Silizium nur schlecht oder gar nicht aufwächst. Die Isolierschicht deckt dabei die vormals freiliegende Fläche der Aluminumnitridschicht ab und weist selbst eine oder mehrere Flächen auf, die in der Kaverne freiliegen. Ist das Aufwachsen von Silizium auf der freiliegenden Fläche vollständig unterdrückt oder stark verlangsamt, wandern die auf der freiliegenden Fläche der Isolierschicht deponierten Silizium-Atome zu den anliegenden Schichten, so dass die Fläche allenfalls von den Rändern her zuwächst und das Überwachsen der freiliegenden Fläche gegenüber einem direkten Aufwachsen einer Siliziumschicht auf der Isolierschicht stark verlangsamt ist. Die Isolierschicht kann dabei die, in der Kaverne freiliegende Fläche der Aluminiumnitridschicht und/oder zumindest Teil der angrenzenden Sichten bedecken. Die freiliegende Fläche der Aluminiumnitridschicht kann sich in Form eines geschlossenen Streifens über einen Umfang des Funktionselements erstrecken. In diesem Fall ist die Isolierschicht vorzugsweise als Band oder Ring ausgebildet, das den Umfang des Funktionselements vollständig umläuft und die Aluminiumnitridschicht abdeckt.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Isolierschicht Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid und/oder siliziumreiches Nitrid auf. Bei Siliziumnitrid (Si3N4) liegen Stickstoff und Silizium in einem stöchiometrischen Verhältnis von 1,33 vor, während es sich bei siliziumreichem Nitrid (silicon-rich nitride) um Verbindungen handelt, in denen das Verhältnis von Stickstoff zu Silizium unterhalb von 1,2 liegt. Es hat sich herausgestellt, dass sich durch den Einsatz dieser Materialien das Aufwachsen des Siliziums auf der Isolierschicht wirksam verhindern lässt. Vorzugsweise besteht die Isolierschicht vollständig aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder siliziumreiches Nitrid, wobei jedoch auch denkbar ist, dass die Isoliersicht Bereiche aus einem der drei Materialien und weitere Bereiche aus einem anderen der drei Materialen aufweist. Vorzugsweise liegt die Isolierschicht als amorphes Siliziumoxid und/oder amorphes Siliziumnitrid und/oder amorphes siliziumreiches Nitrid vor.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Aluminiumnitridschicht mit Scandium dotiert. Die Zugabe von Scandium führt zu einer Verbesserung der piezoelektrischen Eigenschaften (insbesondere zu einer Erhöhung des piezoelektrischen Koeffizienten) des Aluminiumnitrids und damit zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der mikroelektromechanischen Struktur.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Funktionselement eine erste Siliziumschicht und eine zweite Siliziumschicht auf, wobei die Aluminiumnitridschicht zwischen der ersten und zweiten Siliziumschicht angeordnet ist. Bei einer solche Silizium-Aluminiumnitrid-Silizium-Sandwichstruktur können die beiden Siliziumschichten beispielsweise als Elektroden eingesetzt werden, mit deren Hilfe eine äußere Spannung an der Aluminiumnitridschicht angelegt wird oder auch eine piezoelektrisch erzeugte Spannung abgegriffen wird. Dabei kann der laterale Rand der Aluminiumnitridschicht beispielsweise eine in der Kaverne freiliegende Fläche in Form eines rechteckigen Streifens zwischen den freiliegenden Flächen der beiden Siliziumschichten bilden oder auch durch eine Isolierschicht bedeckt sein, die das Aufwachsen von Silizium bei der epitaktischen Abscheidung verhindert.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Funktionselement mindestens eine weitere Schicht auf, wobei die mindestens eine weitere Schicht ein Metall und/oder eine metallische Verbindung und/oder eine Kombination aus Silizium und einem Metall und/oder eine Kombination aus Silizium und einer metallischen Verbindung aufweist. Vorzugsweise weist die mindestens eine weitere Schicht ein oder mehrere hochleitfähige Materialien, wie Metalle, Metallsilizide oder Metallnitride auf. Die mindestens eine weitere Schicht kann vollständig aus einem solchen hochleitfähigen Material bestehen, aus einer Kombination mehrerer hochleitfähiger Materialien bestehen oder aus einer Kombination von einem oder mehreren hochleitfähigen Materialien und Silizium bestehen. Besonders bevorzugt weist die mindestens eine weitere Schicht Molybdän und/oder Wolfram und/oder Wolframsilizid auf. Die mindestens eine weitere Schicht kann ober- oder unterhalb (bezogen auf die Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Aluminiumnitridschicht) der Aluminiumnitridschicht angeordnet sein und insbesondere unmittelbar an die Aluminiumnitridschicht angrenzen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine weitere Schicht unterhalb der Aluminiumnitridschicht angeordnet und bildet insbesondere beim Herstellungsprozess ein Substrat, beispielsweise aus Molybdän oder Platin, für die auf ihr aufwachsende Alumiumnitridschicht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine weitere Schicht vollständig in eine Siliziumschicht eingebettet, so dass das hochleitfähige Material vollständig von Silizium umgeben ist. Beispielsweise kann die mindestens eine weitere Schicht aus Wolframsilizid oder einem anderen hochleitfähigen Material bestehen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Funktionselement mindestens zwei weitere Schichten der vorgenannten Art auf. Insbesondere kann dabei die erste dieser beiden Schichten unterhalb der Aluminiumnitridschicht angeordnet sein, während die zweite Schicht oberhalb der Aluminiumnitridschicht angeordnet ist. Beispielsweise können eine oder beide Siliziumschichten einer Silizium-Aluminiumnitrid-Silizium-Sandwichstruktur einen Kern aus einer hochleitfähigen Schicht enthalten oder eine oder mehrere hochleitfähige Schichten können zwischen einer Siliziumschicht und der Aluminiumnitridschicht angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich die Leitfähigkeit der Siliziumschicht vorteilhafterweise erhöhen oder das elektromechanische Verhalten des Funktionselements gezielt modifizieren.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Funktionselement ein elektromechanischer Resonator. Vorzugsweise weist der Resonator eine Silizium-Aluminiumnitrid-Silizium-Sandwichstruktur auf, bei der eine piezoresistive Funktionsschicht aus Aluminiumnitrid zwischen zwei horizontal angeordneten Silizium-Elektroden angeordnet ist. Durch die epitaktisch aufgebrachte Kappenschicht wird die Kaverne gegen den Außenraum verschlossen und das Funktionselement dadurch hermetisch von der Umgebung isoliert. Der Resonator ist vorzugsweise über Aufhängungen mit dem Rest der mikroelektromechanischen Struktur verbunden und gegenüber diesem schwingungsfähig gelagert. Durch die Einbettung in die verschlossene Kaverne kann die Robustheit und Zuverlässigkeit der mikroelektromechanischen Struktur beträchtlich gesteigert werden. Mögliche Anwendungen für eine solche Resonator-Struktur sind der Einsatz als hochpräziser Taktgeber in Uhren oder hoch-getakteten elektronischen Kommunikationsgeräten wie WiFi, Can/Lin, Bluetooth oder NLC. Das Funktionselement kann neben Aluminiumnitrid und Silizium weitere Materialien enthalten, insbesondere eine oder mehrere weitere Schichten aus einem der oben beschriebenen hochleitfähigen Materialien aufweisen. Denkbar ist auch, dass die Elektroden statt aus Silizium aus einem anderen Material, wie beispielsweise Wolfram, Titan, Titannitrid oder Aluminium bestehen.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen mikromechanischen Struktur. Dabei wird eine Kaverne mit einem, eine Aluminiumnitridschicht aufweisenden Funktionselement durch epitaktisches Aufwachsen einer Kappenschicht verschlossen. Vorzugsweise erfolgt die Bildung der Kappenschicht in zwei Schritten, wobei im ersten Schritt ein erster Teil der Kappenschicht auf einer, das Funktionselement abdeckende Opferschicht aufwächst. Nachdem Öffnungen in den ersten Teil der Kappenschicht geätzt wurden wird die Opferschicht durch einen weiteren Ätzprozess zumindest teilweise entfernt und das, das Funktionselement umgebende Material abgetragen, so dass eine, das Funktionselement enthaltende Kaverne entsteht. In einem zweiten Schritt wird weiteres Silizium auf den ersten Teil der Kappenschicht aufgewachsen, bis die Öffnungen der Kappenschicht verschlossen sind.
-
Weiterhin kann das Verfahren eine geeignete Vorbehandlung des Wafers, wie beispielswiese eine Reinigung mit Fluorwasserstoffsäure (HF) und gegebenenfalls eine weiter optimierte Gestaltung der mikromechanischen Struktur beinhalten. So können beispielsweise die Zugänge am Verschlusspunkt besonders lang und schmal aufgeführt werden, um dem epitaktisch abgeschiedenen Silizium den Zugang zur Aluminiumnitridschicht zu erschweren. Die Menge an eindringendem Silizium ist im Wesentlichen durch die Querschnittsfläche der Öffnungen bestimmt. Da jedoch eine schmale, lange Öffnung bei gleichem Querschnitt schneller durch das abgeschiedene Silizium zuwächst, lässt sich über die geometrische Form des Öffnungsquerschnitts das Eindringen von Silizium weiter reduzieren.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt zur Illustration des der Erfindung zugrunde liegenden technischen Problems eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Struktur während des Aufwachsens einer epitaktischen Kappenschicht.
- 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Struktur während des Aufwachsens einer epitaktischen Kappenschicht.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In 1 ist eine mikroelektromechanische Struktur 1 in einer schematischen Schnittdarstellung abgebildet, anhand derer im Folgenden das der Erfindung zugrunde liegende Problem skizziert wird. Der funktionale Kern der mikroelektromechanischen Struktur 1 ist das Funktionselement 3, im vorliegenden Fall ein Resonator 3' mit einer Sandwichstruktur, die von einer ersten (unteren) Siliziumschicht 10 und einer zweiten (oberen) Siliziumschicht 9 gebildet wird, zwischen denen eine Aluminiumnitridschicht 4 angeordnet ist. Die Siliziumschichten 10, 9 fungieren dabei als Elektroden, mit deren Hilfe eine Spannung an der funktionale Aluminiumnitridschicht 4 angelegt oder abgegriffen werden kann. Der Resonator 3' ist in einer Kaverne 2 angeordnet, wobei er mit dem Rest der mikroelektromechanischen Struktur 1 über (nicht dargestellte) Aufhängungen schwingungsfähig verbunden ist. Die Kaverne wird von im Wesentlichen vertikal verlaufenden Ausnehmungen 12 gebildet, die das Funktionselement 3 in lateraler Richtung umgeben und von zwei im Wesentlichen horizontal verlaufenden Ausnehmungen 11, die das Funktionselement 3 von oben und unten umgeben. Die Begriffe „vertikal“ und „horizontal“ beziehen sich auf die in der schematischen Schnittdarstellung sichtbaren Richtungen, wobei beide Ausnehmungen 11, 12 selbstverständlich auch senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Ausdehnungen aufweisen.
-
Die Herstellung des in der Kaverne 2 freigestellten Funktionselements 3 erfolgt in mehreren Schritten durch gezieltes Auftragen und Abtragen vom Material mittels Epitaxie und Ätzprozessen. Die horizontal verlaufende Ausnehmungen 11 werden dabei üblicherweise durch Aufbringen von Opferschichten, beispielsweise aus Siliziumoxid erzeugt, die in einem nachfolgenden Schritt zumindest teilweise durch Ätzen wieder entfernt werden, so dass sich die horizontal verlaufenden Ausnehmungen 11 bilden. In der Abbildung sind die, nach dem Ätzen verbleibenden Reste 11' zweier Opferschichten zu sehen, von denen die untere unmittelbar auf dem Trägerwafer aufgebracht ist und die obere nach der zweiten Siliziumschicht 9 abgeschieden wurde. Auf die untere Opferschicht werden nacheinander eine erste Siliziumschicht 10, 10', eine funktionale Schicht 4, 4' aus Aluminiumnitrid (mit einer Dicke von 1 µm) und eine obere Siliziumschicht 9, 9' aufgebracht. In einem nachfolgenden Schritt werden, beispielsweise durch reaktives lonentiefätzen, Gräben 12 geätzt, die die laterale Form des Funktionselements 3 definieren und die beiden Siliziumschichten 10, 9 und die Aluminiumnitridschicht 4 des Funktionselements 3 von den außerhalb des Funktionselements 3 liegenden Schichtteilen 10', 9' und 4' abtrennen. Die Gräben werden anschließend mit Opfermaterial gefüllt und das so gebildete Mehrschichtsystem mit einer epitaktisch aufgewachsenen Siliziumschicht 5 (mit einer Dicke von 18 µm) versehen. In die Siliziumschicht 5 werden anschließend Öffnungen 16 geätzt, über die beispielsweise gasförmige Fluorwasserstoffsäure eindringen kann und das, das Funktionselement 3 umgebende Opfermaterial durch Ätzen abträgt. Durch das Entfernen des Opfermaterials wird die Kaverne 2 gebildet und das Funktionselement 3 in der Kaverne freigestellt. Dabei wird insbesondere eine Fläche 6 der Aluminiumnitridschicht 4 des Funktionselements 3 innerhalb der Kaverne freigelegt, die bei dem dargestellten Beispiel als geschlossener Streifen 6 den lateralen Umfang des Funktionselements 3 umläuft.
-
Um eine geschlossene Kappe zu bilden, durch die der Resonator 3' in einer geschlossenen Kaverne 2 gegen äußere Einflüsse abgeschirmt wird, ist es notwendig, die Öffnungen 16 in einem letzten Schritt durch weiteres Material zu verschließen. Wird jedoch durch epitaktische Abscheidung Silizium auf die Oberfläche 17 der Struktur 1 aufgebracht, ergibt sich das Problem, dass das Silizium durch die Öffnungen 16 bis zur Aluminiumnitridschicht 4 vordringt (angedeutete durch den Pfeil 13), sich dort ablagert und durch Überwachsen der freiliegenden Aluminiumnitrid-Fläche einen Kurzschluss zwischen der oberen und unteren Elektrode 9, 10 hervorruft. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, dass die Breite 7 der freiliegenden Fläche 6 kleiner als 2,5 µm ist. Im vorliegenden Fall entspricht die Breite 7 der Dicke von 1 µm der Aluminiumnitridschicht 4. Durch diese Abmessung ist gewährleistet, dass das direkte Aufwachsen von Silizium auf der freiliegenden Fläche 6 stark unterdrückt ist. Das auf der Fläche 6 adsorbierte Silizium aus der Gasphase diffundiert aufgrund der gewählten Breite zu den angrenzenden Flächen der Siliziumschichten 10, 9, ohne vorher eine Siliziumschicht auf der Aluminiumnitrid-Fläche 6 zu nukleieren. Die freiliegende Fläche 6 wächst dadurch wesentlich langsamer von den Rändern her zu. Das vollständige Zuwachsen wird dadurch lange genug verhindert, so dass die Öffnungen 16 durch das auf die Oberfläche 17 abgeschiedene Silizium schließlich verschlossen werden und der weitere Zustrom von Silizium zur Aluminiumnitridschicht 4 unterbunden ist.
-
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Struktur 1 dargestellt. Die mikroelektromechanische Struktur weist auch hier einen, in einer Kaverne 2 angeordnetes Funktionselement 3 (beispielsweise einen Resonator 3') auf, das aus zwei Siliziumschichten 10, 9 besteht, die durch eine Aluminiumnitridschicht 4 getrennt sind. Wie auch in 1 dargestellt, besteht das technische Problem bei der Bildung einer, die Kaverne 2 verschließenden Kappenschicht darin, dass das auf der Oberfläche 17 deponierte Silizium, wie durch den Pfeil 13 angedeutet, durch die Öffnungen 16 bis zum Funktionselement vordringt und dort aufwachsen kann. Um zu verhindern, dass der, die obere und untere Siliziumschicht 9, 10 trennende Bereich 18 am Rand 19 des Funktionselements 3 mit Silizium überwachsen und so ein Kurzschluss zwischen den Schichten 9, 10 hervorgerufen wird, ist die Aluminiumnitridschicht 4 bei dieser Ausführungsform am Rand 19 des Funktionselements mit einer Isolierschicht 8, beispielsweise aus Siliziumoxid versehen. Auf der, in der Kaverne 2 freiliegenden Fläche 18 der Isolierschicht 8 ist das direkte Aufwachsen von Silizium hinreichend stark unterdrückt, so dass das auf der Isolierschicht 8 deponierte Silizium zu den angrenzenden Siliziumschichten 9, 10 diffundiert und der Bereich 18 nur langsam von den Rändern her zuwächst, so dass die Öffnungen 16 zuwachsen, bevor es zu einem Kurzschluss zwischen den Schichten 9, 10 kommt.
