DE102019201236B4 - Method for producing a MEMS structure and corresponding MEMS structure - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Struktur mit den Schritten:Bereitstellen eines Substrats (S) mit einer darauf aufgebrachten mikromechanischen Funktionsschichtanordnung (FS) mit einer oder mehreren Funktionsschichten, wobei die Funktionsschichtanordnung (FS) eine Kaverne (K) aufweist, die über eine Durchgangsöffnung (D; D'), welche einer geringere laterale Ausdehnung als die Funktionsschichtanordnung (FS) aufweist, zu einer Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) hin freigelegt ist; undAbscheiden einer Verschlussschicht (O, O') über der Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) und der Durchgangsöffnung (D; D') mittels eines HDP-Verfahrens derart, dass ein erster Bereich (O) der Verschlussschicht (O, O') auf der Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) aufwächst und ein zweiter Bereich (O') der Verschlussschicht (O, O') säulenförmig von innerhalb der Kaverne (K) unterhalb der Durchgangsöffnung (D; D') aufwächst;wobei sich aus dem zweiten Bereich (O') der Verschlussschicht (O, O') ein Verschlussbereich (VBO) in der Durchgangsöffnung (D; D') ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dassunterhalb der Durchgangsöffnung (D; D') eine Hilfsschicht (HS; HS') vorgesehen ist, die• freitragend lateral in der Funktionsschichtanordnung (FS) aufgehängt ist und/oder über ein Federelement (FE) lateral in der Funktionsschichtanordnung (FS) aufgehängt ist, und• von der Kaverne (K) umgeben ist und mit der Durchgangsöffnung (D; D') überlappt, wobei der zweite Bereich (O') auf der Hilfsschicht (HS) aufwächstA method for producing a MEMS structure with the following steps: Providing a substrate (S) with a micromechanical functional layer arrangement (FS) applied thereon with one or more functional layers, the functional layer arrangement (FS) having a cavity (K) which is opened via a through opening ( D; D '), which has a smaller lateral extent than the functional layer arrangement (FS), is exposed towards an outside of the functional layer arrangement (FS); anddeposition of a sealing layer (O, O ') over the outside of the functional layer arrangement (FS) and the through opening (D; D') by means of an HDP method in such a way that a first region (O) of the sealing layer (O, O ') is on the Outside of the functional layer arrangement (FS) grows and a second area (O ') of the sealing layer (O, O') grows in columnar form from within the cavern (K) below the through opening (D; D '); the second area (O ') the sealing layer (O, O') forms a sealing area (VBO) in the through opening (D; D '), characterized in that an auxiliary layer (HS; HS') is provided below the through opening (D; D ') which • is cantilevered laterally in the functional layer arrangement (FS) and / or is suspended laterally via a spring element (FE) in the functional layer arrangement (FS), and • is surrounded by the cavity (K) and with the through opening (D; D ') overlaps, with the second area (O ') on the Auxiliary layer (HS) grows up

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Struktur und eine entsprechende MEMS-Struktur.The invention relates to a method for producing a MEMS structure and a corresponding MEMS structure.

Stand der TechnikState of the art

Obwohl auch beliebige mikromechanische Bauelemente (MEMS) anwendbar sind, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von MEMS-Absolutdrucksensorvorrichtungen erläutert.Although any micromechanical components (MEMS) can also be used, the present invention and the problems on which it is based are explained using MEMS absolute pressure sensor devices.

Viele MEMS-Bauteile benötigen für ihren Betrieb eine in einer Kaverne eingeschlossene definierte Atmosphäre, insbesondere Vakuum oder zumindest einen Druck von deutlich unter 100 Torr. Als Beispiel hierfür können resonanzschwingende Systeme, wie z.B. Drehratensensorvorrichtungen, Oszillatoren, die als Zeitreferenz arbeiten, oder MEMS-Absolutdrucksensorvorrichtungen, genannt werden.For their operation, many MEMS components require a defined atmosphere enclosed in a cavern, in particular a vacuum or at least a pressure of well below 100 Torr. Systems that oscillate in resonance, such as rotation rate sensor devices, oscillators that work as a time reference, or MEMS absolute pressure sensor devices, can be cited as an example of this.

5a)-c) sind schematische Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur in Form einer Absolutdrucksensorvorrichtung und deren Funktionsweise. 5a) -c ) are schematic cross-sectional representations to explain an exemplary production method for a MEMS structure in the form of an absolute pressure sensor device and its mode of operation.

In 5a)-c) bezeichnet Bezugszeichen S ein Substrat, beispielsweise ein Silizium-Wafersubstrat. Auf dem Substrat S ist eine mikromechanische Funktionsschichtanordnung FS mit einer oder mehreren Funktionsschichten, wie z.B. Polysiliziumschichten, Oxidschichten, Nitridschichten, Metallschichten usw., aufgebracht, wobei die Funktionsschichtanordnung FS eine Kaverne K aufweist.In 5a) -c ) reference symbol S denotes a substrate, for example a silicon wafer substrate. A micromechanical functional layer arrangement is on the substrate S FS with one or more functional layers, such as polysilicon layers, oxide layers, nitride layers, metal layers, etc., applied, the functional layer arrangement FS a cavern K having.

Die Kaverne K ist von einer Membran M zur Absolutdruckerfassung überspannt, wobei die Membran M an ihrer Unterseite eine stempelförmige Elektrode ST aufweist. Über der Außenseite der Funktionsschichtanordnung FS abgeschieden ist eine Verschlussschicht V, welche Durchgangsöffnungen D, D'' verschließt, welche sich seitlich der Membran befinden und in die Kaverne K münden. Die laterale Ausdehnung der Durchgangsöffnungen D, D'' ist wesentlich geringer als die laterale Ausdehnung der darunterliegenden Kaverne K.The cavern K is spanned by a membrane M for measuring the absolute pressure, the membrane M having a stamp-shaped electrode ST on its underside. Over the outside of the functional layer arrangement FS A sealing layer V is deposited, which closes through openings D, D ″ which are located to the side of the membrane and into the cavity K flow out. The lateral extension of the through openings D, D ″ is significantly smaller than the lateral extension of the cavern below K .

5a) zeigt den Zustand unmittelbar nach Abscheiden der Verschlussschicht V, wobei in der Kaverne K ein vorbestimmter Referenzdruck P0 eingeschlossen ist. 5a) shows the state immediately after deposition of the sealing layer V, with in the cavern K a predetermined reference pressure P0 is included.

Im Anschluss daran wird mit Bezug auf 5b) die Verschlussschicht V teilweise entfernt, sodass lediglich noch Verschlussbereiche VS, VS'' stöpselförmig in den Durchgangsöffnungen D, D'' zurückbleiben.This is followed by reference to 5b) the closure layer V is partially removed, so that only closure areas VS, VS ″ remain in the shape of a plug in the through openings D, D ″.

Wie in 5c) illustriert, bewirkt ein auf der Membran lastender äußerer Druck P eine Verformung der Membran in Richtung des Substrats S. Dabei nähert sich die stempelförmige Elektrode ST dem Substrat S, und mittels einer (nicht dargestellten) Substratelektrode kann der Absolutdruck kapazitiv erfasst werden.As in 5c ), an external pressure P on the membrane causes a deformation of the membrane in the direction of the substrate S. The stamp-shaped electrode ST approaches the substrate S, and the absolute pressure can be capacitively detected by means of a substrate electrode (not shown).

Zur Herstellung der in 5a)-c) gezeigten MEMS-Struktur gibt es in der Mikromechanik viele verschiedene Möglichkeiten. Ein Standardverfahren besteht z.B. darin, auf dem Substrat S verschiedene mikromechanische Funktionsschichten und Opferschichten aufzubringen und zu strukturieren. Anschließend werden die Opferschichten durch einen Ätzprozess mithilfe der Durchgangsöffnungen D, D'' entfernt.To produce the in 5a) -c ) there are many different possibilities in micromechanics. A standard method consists, for example, in applying and structuring various micromechanical functional layers and sacrificial layers on the substrate S. The sacrificial layers are then removed by an etching process with the aid of the through openings D, D ″.

Es können aber auch zwei oder mehr Substrate mit Vertiefungen vorgesehen werden und mittels Bondverfahren miteinander verbunden werden.However, two or more substrates with depressions can also be provided and connected to one another by means of a bonding process.

Diese beiden grundsätzlichen Verfahren können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.These two basic methods can be combined with one another in any way.

Wichtig bei der Abscheidung der Verschlussschicht V ist, dass in der Kaverne ein geringer Druck P0 von typischerweise deutlich unter 1 Bar eingeschlossen wird.When depositing the sealing layer V, it is important that there is a low pressure in the cavity P0 of typically well below 1 bar is included.

Oft werden die Durchgangsöffnungen D, D'' auch als schmale Gräben ausgeführt, und sie haben die Zusatzfunktion, eine elektrisch leitfähige Schicht elektrisch abzutrennen. Mit Oxid- oder Nitrid- oder Oxidnitrid-Abscheidungen kann zusätzlich die elektrisch isolierende Eigenschaft ermöglicht werden.Often the through openings D, D ″ are also designed as narrow trenches, and they have the additional function of electrically separating an electrically conductive layer. With oxide or nitride or oxide nitride deposits, the electrically insulating property can also be made possible.

Insbesondere LPCVD- oder PECVD-Oxidabscheidungen oder -Nitridabscheidungen sind für den Verschlussprozess geeignet.In particular, LPCVD or PECVD oxide deposits or nitride deposits are suitable for the sealing process.

Es kann beispielsweise ein LPCVD-Verfahren mit TEOS verwendet werden. Bei Temperaturen von üblicherweise 700°C wird TEOS mit einem geringen Druck von typischerweise 300 Millitorr über die zu verschließende MEMS-Struktur geleitet. An der Oberfläche kommt es zu einer Zersetzungsreaktion des TEOS, und eine Oxidschicht wird aufgewachsen. Damit können Abscheidungen mit relativ hoher Konformität erreicht werden. Die Konformität beschreibt das Aufwachsverhältnis einer Schicht von vertikalen Flächen zu horizontalen Flächen bei der Abscheidung. Prinzipiell gibt es bei diesem Aufwachsverfahren keine Vorzugsrichtung, und man würde also theoretisch bei einem sehr niedrigen Arbeitsdruck und hohem Fluss eine Konformität von 1 erwarten. Da es aber in schmalen Gräben bzw. Durchgangsöffnungen bei Arbeitsdrücken, die noch vernünftige Schichtwachstumsraten erlauben, zu einer Verarmung des TEOS in den schmalen Gräben bzw. Durchgangsöffnungen kommt, kann keine vollständig konforme Abscheidung erreicht werden, sondern lediglich nahezu konforme Abscheidungen.For example, an LPCVD process with TEOS can be used. At temperatures of typically 700 ° C, TEOS is passed over the MEMS structure to be sealed with a low pressure of typically 300 millitorr. A decomposition reaction of the TEOS occurs on the surface and an oxide layer is grown. This enables deposits with a relatively high degree of conformity to be achieved. The conformity describes the growth ratio of a layer of vertical surfaces to horizontal surfaces during the deposition. In principle, there is no preferred direction with this growth process, and one would theoretically expect a conformity of 1 with a very low working pressure and high flow. Since, however, in narrow trenches or through openings at working pressures that still allow reasonable layer growth rates, the TEOS comes into the narrow trenches or through-openings, a completely conformal deposition cannot be achieved, but only almost conformal depositions.

Weiterhin kann auch bei geringeren Temperaturen von 250°C bis 350°C mit Plasmaunterstützung PECVD aus TEOS oder Silan einer Oxidschicht abgeschieden werden. Aufgrund der Plasmaunterstützung und einer damit verbundenen gerichteten Abscheidekomponente können mit diesem Verfahren prinzipiell nur geringe Konformitäten erreicht werden. Je höher die Plasmaleistung ist, umso höher ist die Abscheiderate, aber umso geringer ist die Konformität. Es ist also wichtig, ein gutes Gleichgewicht zwischen Konformität und Plasmaleistung zu finden. Die PECVD-Verfahren sind günstig, wenn bei geringer Temperatur einer Oxidschicht abgeschieden werden soll oder wenn bewusst geringere Konformitäten gewünscht sind.Furthermore, PECVD from TEOS or silane can be deposited with an oxide layer even at lower temperatures of 250 ° C to 350 ° C with plasma assistance. Due to the plasma support and a directed deposition component associated with it, in principle only low conformities can be achieved with this method. The higher the plasma power, the higher the separation rate, but the lower the conformity. So it's important to find a good balance between compliance and plasma performance. The PECVD processes are beneficial if an oxide layer is to be deposited at a low temperature or if lower conformities are deliberately desired.

Mit einer sehr hohen Konformität kann erreicht werden, dass mit einer relativ geringen Schichtdicke ein schmaler Zugang verschlossen wird. Bei geringer Konformität benötigt man eine sehr hohe Schichtdicke, um einen schmalen Graben bzw. eine schmale Zugangsöffnung zu verschließen.With a very high level of conformity, it can be achieved that a narrow access is closed with a relatively small layer thickness. In the case of poor conformity, a very high layer thickness is required to close a narrow trench or a narrow access opening.

6a)-c) sind schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des beispielhaften Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur, wobei Abscheidung der Verschlussschicht eine idealisierte Konformität von Eins aufweist. 6a) -c ) are schematic partial cross-sectional representations to explain the exemplary production method for a MEMS structure, with the deposition of the sealing layer having an idealized conformity of one.

In 6a)-c) ist aus Gründen der Vereinfachung lediglich der Bereich A von 5a)-5c) gezeigt. 6a)-c) illustrieren, dass bei einer Abscheidung mit idealsierter Konformität von 1 eine Schichtdicke d1 der Verschlussschicht V1, die exakt der halben Breite B2 der Durchgangsöffnung D entspricht, benötigt wird. Man kann damit die Durchgangsöffnung D über die volle Höhe mit dem Verschlussbereich VB verschließen.In 6a) -c ) is only the range for the sake of simplicity A. of 5a) -5c ) shown. 6a) -c ) illustrate that with a deposition with an ideal conformity of 1, a layer thickness d1 of the sealing layer V1 that are exactly half the width B2 the passage opening D corresponds, is required. The through opening D can thus be closed over the full height with the closure area VB.

Nachteilig dabei ist, dass auch in der Kaverne K die volle Schichtdicke d1 und in einigen Bereichen die Dicke d2 abgeschieden wird. Damit kann es passieren, dass die Beweglichkeit der Membran M eingeschränkt bzw. gehemmt wird. Auch können andere Funktionselemente durch die in der Kaverne K abgeschiedene Verschlussschicht V1 in ihrer Funktionstüchtigkeit beeinträchtigt werden.The disadvantage here is that also in the cavern K the full layer thickness d1 and in some areas the thickness d2 is deposited. It can thus happen that the mobility of the membrane M is restricted or inhibited. Other functional elements can also be used in the cavern K deposited sealing layer V1 their functionality are impaired.

7a)-c) sind schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des beispielhaften Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur, wobei die Abscheidung der Verschlussschicht eine hohe Konformität von nahezu Eins aufweist. 7a) -c ) are schematic partial cross-sectional representations to explain the exemplary production method for a MEMS structure, the deposition of the sealing layer having a high conformity of almost one.

In 7a)-7c) ist in Analogie zu 6a)-c) der zeitliche Verlauf des Verschlusses der Durchgangsöffnung D im Bereich A bei einer Abscheidung der Verschlussschicht V2 hoher Konformität zu sehen, die etwa bei einer LPCVD-Abscheidung realisiert wird. Man benötigt eine Schichtdicke d1', die etwa der Breite d2 der Durchgangsöffnung D entspricht, um die Durchgangsöffnung D zu verschließen. Aufgrund der Verarmung des TEOS in der Durchgangsöffnung D liegt der Verschlussbereich VB' in dem Oxid der Verschlussschicht V2 oberhalb der Durchgangsöffnung D. Auch bei diesem Verschlussverfahren wird in der Kaverne K eine relativ dicke Verschlussschicht V2 abgeschieden, die eventuell die Funktion von Bauteilen in der Kaverne K negativ beeinflussen kann.In 7a) -7c ) is analogous to 6a) -c ) the temporal course of the closure of the passage opening D in the area A. when the sealing layer is deposited V2 high conformity, which is realized, for example, in an LPCVD deposition. A layer thickness d1 'is required which corresponds approximately to the width d2 of the through opening D in order to close the through opening D. Due to the depletion of the TEOS in the through opening D, the closure region VB 'lies in the oxide of the closure layer V2 above the through opening D. Also with this closure method, in the cavern K a relatively thick sealing layer V2 deposited, which may have the function of components in the cavern K can affect negatively.

8a)-c) sind schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des beispielhaften Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur, wobei Abscheidung der Verschlussschicht eine niedrige Konformität von wesentlich weniger als Eins aufweist. 8a) -c ) are schematic partial cross-sectional representations to explain the exemplary production method for a MEMS structure, with the deposition of the sealing layer having a low conformity of significantly less than one.

In 8a)-c) ist der zeitliche Verschluss eines schmalen Grabens bzw. einer Durchgangsöffnung D im Bereich A mit einer Abscheidung der Verschlussschicht V3 mit geringer Konformität zu sehen, die beispielsweise eine PECVD-Abscheidung liefert.In 8a) -c ) is the temporal closure of a narrow trench or a passage opening D in the area A. with a deposition of the sealing layer V3 to be seen with low conformity, which, for example, provides a PECVD deposition.

Man benötigt eine Schichtdicke d1", die deutlich größer als die Breite d2 der Durchgangsöffnung D ist, um die Durchgangsöffnung D mit dem Verschlussbereich VB'' zu verschließen. Aufgrund der geringen Konformität der Abscheidung liegt dieser Verschlussbereich VB'' im Oxid der Verschlussschicht V3 weit oberhalb der Durchgangsöffnung D. Nachteilig ist somit die benötigte Dicke d1" der Verschlussschicht V3, vorteilhaft aber, dass in der Kaverne K relativ wenig Oxid der Verschlussschicht V3 abgeschieden wird und damit die Funktion von Bauteilen in der Kaverne K nicht oder nur geringfügig beeinflusst wird.A layer thickness d1 ″ is required that is significantly greater than the width d2 of the through opening D in order to close the through opening D with the closure area VB ″. Due to the low conformity of the deposition, this closure area VB ″ lies in the oxide of the closure layer V3 far above the through opening D. The required thickness d1 ″ of the sealing layer is thus disadvantageous V3 , beneficial but that in the cavern K relatively little oxide of the sealing layer V3 is deposited and thus the function of components in the cavern K is not or only slightly influenced.

Insgesamt werden also bei den geschilderten Verfahren relativ große Schichtdicken der Verschlussschicht benötigt, was jedoch unerwünscht ist, da sie aufgrund ihres im Vergleich zum Silizium der Funktionsschichtanordnung FS abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine Verbiegung und Spannung in der MEMS-Struktur verursachen. Das LPCVD-Oxid und speziell das PECVD-Oxid haben eine geringere Dichte als thermisches Oxid und haben die Tendenz, bei höheren Temperaturen Risse zu bilden, was das Risiko bedingt, dass der Verschlussbereich undicht wird. Wenn der Verschlussbereich oberhalb der Durchgangsöffnung D liegt, ist die Verschlussbreite relativ gering.Overall, therefore, relatively large layer thicknesses of the sealing layer are required in the described methods, which, however, is undesirable because they form the functional layer arrangement in comparison with silicon FS Deviating thermal expansion coefficients cause bending and tension in the MEMS structure. The LPCVD oxide and especially the PECVD oxide have a lower density than thermal oxide and have a tendency to form cracks at higher temperatures, which creates the risk of the sealing area becoming leaky. If the closure area is above the through opening D, the closure width is relatively small.

Oft ist es auch gewünscht, in den Bereichen ohne Oxidverschluss das Oxid zu entfernen, um beispielsweise einen spannungsfreien Bereich der Membran M zu realisieren. Dadurch aber, dass der Verschlussbereich oberhalb der Durchgangsöffnung liegt und das dort liegende Oxid nicht entfernt werden kann, entsteht auf der Oberfläche eine sehr hohe Topographie, was nachteilig für weitere Prozessschritte ist.It is often also desirable to remove the oxide in the areas without an oxide seal in order to achieve a stress-free area of the membrane M, for example. However, because the closure area lies above the through opening and the oxide lying there cannot be removed, a very high topography is created on the surface, which is disadvantageous for further process steps.

Schließlich bildet sich bei Konformitäten ungleich 1 am Verschlussbereich typischerweise eine tiefe Kerbe auf der Unterseite und eine etwas flachere Kerbe auf der Oberseite des Verschlussbereichs, was bewirkt, dass der Verschlussbereich bei Zug oder Verbiegung Sollbruchstellen aufweist, da hier eine Stressüberhöhung entsteht.Finally, with conformities not equal to 1, a deep notch on the underside and a somewhat shallower notch on the top of the closure area typically forms on the closure area, which means that the closure area has predetermined breaking points when it is pulled or bent, since an excessive stress is created here.

Die DE 10 2009 045 385 A1 und die DE 10 2010 000 895 A1 beschreiben Verfahren zum Verschließen eines Grabens eines mikromechanischen Bauelements unter Zuhilfenahme einer Gitterstruktur.The DE 10 2009 045 385 A1 and the DE 10 2010 000 895 A1 describe methods for closing a trench of a micromechanical component with the aid of a lattice structure.

Die EP 2 637 007 A1 beschreibt eine kapazitive MEMS-Absolutdrucksensorvorrichtung.The EP 2 637 007 A1 describes a capacitive MEMS absolute pressure sensor device.

Die US 6 261 957 B1 offenbart ein selbstplanarisierendes Grabenfüllungsverfahren unter Verwendung von HD-PCVD.The US 6 261 957 B1 discloses a self-planarizing trench filling process using HD-PCVD.

Aus der Schrift US 2014 / 0 175 571 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Struktur bekannt, bei dem Öffnungen in einer Membran mittels des Erzeugens eines Verschlusses verschlossen werden. Hierbei dringt ein Teil des Verschlussmaterials durch die Öffnungen in die unter der Membran befindliche Kaverne ein. Das eindringende Verschlussmaterial bildet auf dem den Boden der Kaverne bildenden Substrat einen Kegel der bis zur Öffnung reicht und den Verschluss bildet.From scripture US 2014/0 175 571 A1 a method for producing a MEMS structure is known in which openings in a membrane are closed by creating a closure. In this case, part of the sealing material penetrates through the openings into the cavern located under the membrane. The penetrating closure material forms a cone on the substrate forming the bottom of the cavity, which extends to the opening and forms the closure.

Eine weitere Möglichkeit, eine Öffnung in einer MEMS-Struktur zu verschließen, ist aus der DE 10 2016 217 001 A1 bekannt.Another way to close an opening in a MEMS structure is from the DE 10 2016 217 001 A1 known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Struktur nach Anspruch 1 und eine entsprechende MEMS-Struktur nach Anspruch 8.The invention provides a method of manufacturing a MEMS structure according to claim 1 and a corresponding MEMS structure according to claim 8.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the respective subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die Verschlussschicht mit einer Abscheidung aufzubringen, die eine sehr geringe Konformität aufweist, sodass am Rand kein Material der Verschlussschicht, beispielsweise Oxid, abgeschieden wird. Insbesondere wird eine HDP-Schichtabscheidung mit Sputteranteil vorgeschlagen. Unter einer HDP-Schicht versteht man dabei eine hochdichte Plasma-Schicht, die beispielsweise als eine Passivierungsschicht verwendet werden kann, wobei die HDP-Schicht durch ein chemisches Dampfabscheidungs-(CVD)Verfahren gebildet wird. Wenn seitlich in der Durchgangsöffnung kein Verschlussmaterial aufwächst, ist man in der Lage, die Durchgangsöffnung von der Unterseite herzu verschließen und bei Bedarf auch vollständig zu verfüllen.The idea on which the present invention is based is to apply the closure layer with a deposit that has very little conformity, so that no material of the closure layer, for example oxide, is deposited on the edge. In particular, an HDP layer deposition with a sputtering component is proposed. An HDP layer is understood to mean a high-density plasma layer which can be used, for example, as a passivation layer, the HDP layer being formed by a chemical vapor deposition (CVD) process. If no sealing material grows laterally in the through opening, it is possible to close the through opening from the underside and, if necessary, to fill it completely.

Einerseits können dadurch die oben beschriebenen Nachteile beim Stand der Technik vermieden werden, und andererseits ist ein HDP-Verschlussmaterial, beispielsweise HDP-Oxid, ein sehr dichtes Verschlussmaterial, das im Gegensatz zu einem PECVD- oder LPCVD-Verschlussmaterial nur eine sehr geringe Rissneigung aufweist.On the one hand, this avoids the disadvantages of the prior art described above, and on the other hand, an HDP sealing material, for example HDP oxide, is a very dense sealing material which, in contrast to a PECVD or LPCVD sealing material, has only a very low tendency to crack.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet aufgrund der sehr hohen Abscheideraten beim HDP-Prozess kostenmäßig große Vorteile. Der HDP-Abscheideprozess ist sowohl im Frontend als auch im Backend verfügbar und erlaubt damit eine sehr große Prozessflexibilität. Der durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichbare Verschlussbereich ist stabil und dicht. Eine Kombination mit weiteren Prozessschritten ist aufgrund der geringen Topographie leicht möglich.The method according to the invention offers great advantages in terms of costs due to the very high separation rates in the HDP process. The HDP separation process is available both in the front end and in the back end and thus allows a great deal of process flexibility. The closure area that can be achieved by the method according to the invention is stable and tight. A combination with further process steps is easily possible due to the low topography.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist unterhalb der Durchgangsöffnung eine Hilfsschicht vorgesehen, welche von der Kaverne umgeben ist und mit der Durchgangsöffnung überlappt, und wobei der zweite Bereich auf der Hilfsschicht aufwächst. Dies ermöglicht die beschleunigte Bildung von einem Verschlussbereich, welcher weniger Volumen der Verschlussschicht benötigt.In the embodiment according to the invention, an auxiliary layer is provided below the passage opening, which is surrounded by the cavity and overlaps with the passage opening, and wherein the second region grows on the auxiliary layer. This enables the accelerated formation of a sealing area which requires less volume of the sealing layer.

Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Hilfsschicht freitragend lateral in der Funktionsschichtanordnung aufgehängt und/oder über ein Federelement lateral in der Funktionsschichtanordnung aufgehängt. So lassen sich interne Spannungen ausgleichen.Furthermore, in the embodiment according to the invention, the auxiliary layer is suspended laterally in the functional layer arrangement in a self-supporting manner and / or laterally suspended in the functional layer arrangement via a spring element. In this way internal tensions can be compensated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Durchgangsöffnung einen ersten trichterförmigen Bereich, der an die Außenseite angrenzt, und einen zweiten kanalförmigen Bereich unterhalb des ersten trichterförmigen Bereich auf. So lässt sich die Bildung vom Verschlussbereich beschleunigen.According to a further preferred development, the through opening has a first funnel-shaped area which adjoins the outside, and a second channel-shaped area below the first funnel-shaped area. In this way, the formation of the occlusion area can be accelerated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird der erste Bereich der Verschlussschicht auf der Außenseite der Funktionsschichtanordnung zumindest teilweise entfernt. So lässt sich eine planare Topographie erzielen.According to a further preferred development, the first area of the closure layer is on the outside of the functional layer arrangement at least partially removed. A planar topography can be achieved in this way.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird auf der Außenseite unterhalb der Verschlussschicht eine Ätzstoppschicht auf der Funktionsschichtanordnung aufgebracht, wobei der erste Bereich der Verschlussschicht vollständig entfernt wird. So lässt sich der erste Bereich der Verschlussschicht effektiv entfernen, ohne die Funktionsschichtanordnung dabei zu beschädigen.According to a further preferred development, an etch stop layer is applied to the functional layer arrangement on the outside below the closure layer, the first region of the closure layer being completely removed. In this way, the first area of the closure layer can be effectively removed without damaging the functional layer arrangement.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Ätzstoppschicht nach Entfernen des ersten Bereichs entfernt und anschließend der zweite Bereich überätzt, so dass eine planare Außenseite der Funktionsschichtanordnung erhalten wird. Dies schafft eine besonders planare Topographie.According to a further preferred development, the etch stop layer is removed after the first area has been removed and the second area is then overetched so that a planar outside of the functional layer arrangement is obtained. This creates a particularly planar topography.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das HDP-Verfahren einen Rücksputteranteil aufweist und eine Konformität von 0,2 oder weniger auf. Dies sorgt für eine effektive schnelle Ausbildung des Verschlussbereichs.According to a further preferred development, the HDP method has a back-sputtering component and a conformity of 0.2 or less. This ensures an effective, rapid formation of the closure area.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Verschlusschicht eine Oxidschicht und/oder eine Nitridschicht und/oder eine Oxidnitridschicht auf. Derartige Schichten lassen sich besonders gut mittels des HDP-verfahrens abscheiden.According to a further preferred development, the sealing layer has an oxide layer and / or a nitride layer and / or an oxide nitride layer. Such layers can be deposited particularly well by means of the HDP process.

FigurenlisteFigure list

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.Further features and advantages of the present invention are explained below on the basis of embodiments with reference to the figures.

Es zeigen:

  • 1a)-g) schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2a)-g) schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3a)-i) schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4a)-c) schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5a)-c) schematische Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur in Form einer Absolutdrucksensorvorrichtung und deren Funktionsweise;
  • 6a)-c) schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des beispielhaften Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur, wobei die Abscheidung der Verschlussschicht eine idealisierte Konformität von Eins aufweist;
  • 7a)-c) schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des beispielhaften Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur, wobei die Abscheidung der Verschlussschicht eine hohe Konformität von nahezu Eins aufweist; und
  • 8a)-c) schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung des beispielhaften Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur, wobei die Abscheidung der Verschlussschicht eine niedrige Konformität von wesentlich weniger als Eins aufweist.
Show it:
  • 1a) -g ) schematic partial cross-sectional representations to explain a manufacturing method for a MEMS structure according to a first embodiment of the present invention;
  • 2a) -g ) schematic partial cross-sectional representations to explain a manufacturing method for a MEMS structure according to a second embodiment of the present invention;
  • 3a) -i ) schematic partial cross-sectional representations to explain a manufacturing method for a MEMS structure according to a third embodiment of the present invention;
  • 4a) -c ) schematic partial cross-sectional representations to explain a manufacturing method for a MEMS structure according to a fourth embodiment of the present invention;
  • 5a) -c ) Schematic cross-sectional representations to explain an exemplary production method for a MEMS structure in the form of an absolute pressure sensor device and its mode of operation;
  • 6a) -c ) schematic partial cross-sectional representations to explain the exemplary production method for a MEMS structure, the deposition of the sealing layer having an idealized conformity of one;
  • 7a) -c ) schematic partial cross-sectional representations to explain the exemplary production method for a MEMS structure, the deposition of the sealing layer having a high conformity of almost one; and
  • 8a) -c ) Schematic partial cross-sectional representations to explain the exemplary production method for a MEMS structure, the deposition of the closure layer having a low conformity of significantly less than one.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols denote identical or functionally identical elements.

1a)-g) sind schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1a) -g ) are schematic partial cross-sectional representations to explain a manufacturing method for a MEMS structure according to a first embodiment of the present invention.

Gemäß 1a)-g) wird ein Substrat S mit einer darauf aufgebrachten mikromechanischen Funktionsschichtanordnung FS, welche eine oder mehrere Funktionsschichten aufweist, bereitgestellt. Das Substrat S ist beispielsweise ein Silizium-Wafersubstrat, und die Funktionsschichtanordnung FS umfasst beispielsweise eine oder mehrere Funktionsschichten aus Polysilizium, Oxid, Nitrid, Metallen usw.. Die Funktionsschichtanordnung FS weist eine Kaverne K auf, die über eine Durchgangsöffnung D, welche eine geringere laterale Ausdehnung als die Funktionsschichtanordnung FS aufweist. Die Durchgangsöffnung ist gemäß 1a) zu einer Außenseite der Funktionsschichtanordnung FS hin freigelegt.According to 1a) -g ) becomes a substrate S. with a micromechanical functional layer arrangement applied to it FS , which has one or more functional layers, provided. The substrate S. is for example a silicon wafer substrate, and the functional layer arrangement FS comprises, for example, one or more functional layers made of polysilicon, oxide, nitride, metals, etc. The functional layer arrangement FS has a cavern K on, which has a through opening D, which has a smaller lateral extent than the functional layer arrangement FS having. The passage opening is according to 1a) to an outside of the functional layer arrangement FS exposed.

Die Kaverne K ist von einer Membran M zur Absolutdruckerfassung überspannt, wobei die Membran M an ihrer Unterseite eine stempelförmige Elektrode ST aufweist, wie bereits in Bezug auf 5a)-c) erläutert. 1a)-g) zeigen den Bereich A von 5a)-c).The cavern K is spanned by a membrane M for measuring the absolute pressure, the membrane M having a stamp-shaped electrode ST on its underside, as already described in relation to FIG 5a) -c ) explained. 1a) -g ) show the area A. of 5a) -c ).

Wie in 1b)-g) sequenziell dargestellt, erfolgt ein Abscheiden einer Verschlussschicht O, O' aus Oxid über der Außenseite der Funktionsschichtanordnung FS und der Durchgangsöffnung D mittels eine HDP-Verfahrens. Dabei wächst ein erster Bereich O der Verschlussschicht O, O' auf der Außenseite der Funktionsschichtanordnung FS auf, und ein zweiter Bereich O' der Verschlussschicht O, O' wächst säulenförmig innerhalb der Kaverne K unterhalb der Durchgangsöffnung D auf. Im Laufe der HDP-Abscheidung bildet sich ein Verschlussbereich VBO in der Durchgangsöffnung D von der Seite des Substrats S her aus.As in 1b) -g ) shown sequentially, a sealing layer is deposited O , O' made of oxide over the outside of the functional layer arrangement FS and the through opening D by means of an HDP method. A first area is growing O the sealing layer O , O' on the outside of the functional layer arrangement FS on, and a second area O' the sealing layer O , O' grows columnar within the cavern K below the through opening D. In the course of the HDP deposition, an occlusion area forms VBO in the through hole D from the substrate S side.

Die HDP-Abscheidung ist ein entartetes PECVD-Verfahren. Zur Abscheidung wird ein sehr geringer Gasdruck verwendet. Gleichzeitig wird eine hohe Plasmaleistung verwendet, wobei das Plasmapotenzial derart gesteuert wird, dass auf der MEMS-Struktur ein Rücksputtereffekt auftritt. Durch entsprechend gewählte Parameter wird erreicht, dass das Abscheidegas, im vorliegenden Beispiel TEOS, weitgehend ionisiert ist. Somit lässt sich eine hohe Abscheiderate bei sehr geringer Konformität erzielen. Durch den Rücksputteranteil im Plasma wird die Konformität auf Null reduziert. Auf den horizontalen Flächen ist die Aufwachsrate größer als die Rücksputterrate. An senkrechten Flächen, beispielsweise in der Durchgangsöffnung D, ist die Rücksputterrate größer als die Aufwachsrate. An schrägen Flächen stellt sich ein Gleichgewicht ein, wobei an den Kanten typische Abflachungen mit einer Neigung von etwa 45° entstehen. Ein Teil des Abscheidematerials, das an der Abflachung abgesputtert wird, wird unten am Fuß der Kanten wieder aufgetragen. Dieser Effekt trägt dazu bei, dass auch tiefere Gräben aufgefüllt werden können. Mit zunehmender Schichtabscheidung bildet sich ein Trichter, welcher die Abscheidung im Graben beschleunigt.HDP deposition is a degenerate PECVD process. A very low gas pressure is used for the separation. At the same time, a high plasma power is used, the plasma potential being controlled in such a way that a back-sputtering effect occurs on the MEMS structure. Correspondingly selected parameters ensure that the deposition gas, in the present example TEOS, is largely ionized. In this way, a high separation rate can be achieved with very little conformity. The back-sputtering proportion in the plasma reduces conformity to zero. On the horizontal surfaces, the growth rate is greater than the back sputter rate. On vertical surfaces, for example in the through opening D, the back sputtering rate is greater than the growth rate. An equilibrium is established on inclined surfaces, with typical flattened areas at the edges with an incline of around 45 °. Part of the separation material that is sputtered off at the flat is reapplied at the bottom of the edges. This effect helps to ensure that deeper trenches can also be filled. With increasing layer deposition, a funnel forms, which accelerates the deposition in the trench.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der HDP-Abscheidung ist die Konformität kleiner als 0,2. Bevorzugt wird eine Plasmaleistung von mehr als 2500 Watt/m2 verwendet. Der Prozessdruck liegt typischerweise unterhalb von 50 Millitorr.In a preferred embodiment of the HDP deposition, the conformity is less than 0.2. A plasma power of more than 2500 watt / m 2 is preferably used. The process pressure is typically below 50 millitorr.

Obwohl bei den oben geschilderten Ausführungsformen eine Oxidschicht als Verschlussschicht abgeschieden wurde, ist es auch möglich, eine Nitridschicht oder eine Oxidnitridschicht abzuscheiden Although an oxide layer was deposited as a sealing layer in the above-described embodiments, it is also possible to deposit a nitride layer or an oxide-nitride layer

2a)-g) sind schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2a) -g ) are schematic partial cross-sectional representations to explain a manufacturing method for a MEMS structure according to a second embodiment of the present invention.

2a)-g) zeigen den Bereich A von 5a)-c). 2a) -g ) show the area A. of 5a) -c ).

Wie in 2a)-g) dargestellt, ist bei der zweiten Ausführungsform unterhalb der Durchgangsöffnung D eine freitragende lateral in der Funktionsschichtanordnung FS aufgehängte Hilfsschicht HS vorgesehen, welche von der Kaverne K umgeben ist und mit der Durchgangsöffnung D überlappt. Dadurch kann erreicht werden, dass der zweite Bereich O' der Verschlussschicht O, O' auf der Hilfsschicht HS aufwächst. Somit ist zum Erstellen des Verschlussbereichs VBO ein geringerer Volumenanteil des zweiten Bereichs O' der Verschlussschicht O, O' erforderlich. Dieser lässt sich durch den Abstand a1 zwischen der Hilfsschicht HS und dem unteren Ende der Durchgangsöffnung D einstellen. Der Abstand a1 kann dabei geringer gewählt werden als andere Abstände a2 innerhalb der Kaverne K.As in 2a) -g ), in the second embodiment, below the through opening D, there is a self-supporting laterally in the functional layer arrangement FS suspended auxiliary layer HS provided by the cavern K is surrounded and overlaps with the through hole D. This makes it possible to achieve the second area O' the sealing layer O , O' on the auxiliary layer HS grows up. Thus it is necessary to create the closure area VBO a smaller volume fraction of the second area O' the sealing layer O , O' required. This can be determined by the distance a1 between the auxiliary layer HS and the lower end of the through hole D. The distance a1 can be selected to be smaller than other distances a2 within the cavern K .

Bei der zweiten Ausführungsform ist die Bildung des Verschlussbereichs VBO somit gegenüber der ersten Ausführungsform beschleunigt.In the second embodiment, the formation of the closure area is VBO thus accelerated compared to the first embodiment.

Die Hilfsschicht HS kann in einer der Funktionsschichten der Funktionsschichtanordnung FS integriert werden oder ist bei einigen MEMS-Prozessen bereits vorhanden.The auxiliary layer HS can in one of the functional layers of the functional layer arrangement FS integrated or is already present in some MEMS processes.

3a)-i) sind schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3a) -i ) are schematic partial cross-sectional representations to explain a manufacturing method for a MEMS structure according to a third embodiment of the present invention.

3a)-i) zeigen den Bereich A von 5a)-c). 3a) -i ) show the area A. of 5a) -c ).

Wie in 3a)-i) dargestellt, ist die Hilfsschicht HS bei der dritten Ausführungsform über ein Federelement FE lateral in der Funktionsschichtanordnung FS aufgehängt. Ein derartiges Federelement ermöglicht die Aufnahme von Spannungen der Verschlussschicht O, O'. Durch die freitragende Begrenzung in der horizontalen Richtung kann ein Teil dieser Spannungen in der Hilfsschicht HS in Richtung des Federelements FE relaxieren, wodurch ein sehr robuster Verschlussbereich VBO gewährleistbar ist.As in 3a) -i ) is the auxiliary layer HS in the third embodiment via a spring element FE laterally in the functional layer arrangement FS hung up. Such a spring element enables stresses in the closure layer to be absorbed O , O' . Due to the self-supporting limitation in the horizontal direction, some of these stresses can be in the auxiliary layer HS relax in the direction of the spring element FE, creating a very robust closure area VBO can be guaranteed.

Bei der dritten Ausführungsform wird vor der HDP-Abscheidung eine Ätzstoppschicht ES auf der Außenseite der Funktionsschichtanordnung FS abgeschieden und erst im Anschluss daran die HDP-Abscheidung durchgeführt.In the third embodiment, an etch stop layer is used before the HDP deposition IT on the outside of the functional layer arrangement FS deposited and only then carried out the HDP deposition.

Dies ermöglicht mit Bezug auf 3g)-i), das nicht benötigte Oxid des ersten Bereichs O der Verschlussschicht O, O' aus Bereichen der Außenseite zu entfernen, wo es nicht benötigt wird. Dies kann mittels eines CMP-Schrittes erreicht werden, der auf der Ätzstoppschicht ES stoppt. Wird die Ätzstoppschicht ES, wie in 1i) dargestellt, danach entfernt und das Oxid des zweiten Bereichs O' leicht rückgeätzt, lässt sich eine besonders planare Außenseite der Funktionsschichtanordnung FS erstellen, die sich besonders gut für eine Weiterverarbeitung eignet.This enables with reference to 3g) -i ), the unneeded oxide of the first area O the sealing layer O , O' to be removed from areas of the outside where it is not needed. This can be achieved by means of a CMP step on the etch stop layer IT stops. Becomes the etch stop layer IT , as in 1i ), then removed and the oxide of the second area O' A particularly planar outer side of the functional layer arrangement can be etched back slightly FS create that is particularly suitable for further processing.

4a)-c) sind schematische ausschnittsweise Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine MEMS-Struktur gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4a) -c ) are schematic partial cross-sectional representations to explain a manufacturing method for a MEMS structure according to a fourth embodiment of the present invention.

4a)-c) zeigen den Bereich A von 5a)-c). 4a) -c ) show the area A. of 5a) -c ).

Bei der vierten Ausführungsform gemäß 4a)-c) weist die Durchgangsöffnung D' einen ersten trichterförmigen Bereich TB auf, der an die Außenseite der Funktionsschichtanordnung FS angrenzt. An den ersten trichterförmigen Bereich TB schließt sich ein zweiter kanalförmiger Bereich KB an. Der erste trichterförmige Bereich TB kann durch einen langen ersten isotropen Ätzschritt erzeugt werden. Durch den ersten trichterförmigen Bereich TB wird erreicht, dass das Verfüllen mit Oxid durch die HDP-Abscheidung schon in einer sehr frühen Phase der Schichtabscheidung beschleunigt ist. Der zweite kanalförmige Bereich KB lässt sich oberflächennah durch den Verschlussbereich VBO verschließen.In the fourth embodiment according to 4a) -c ) the through opening D 'has a first funnel-shaped area TB on, on the outside of the functional layer arrangement FS adjoins. At the first funnel-shaped area TB a second channel-shaped area closes KB at. The first funnel-shaped area TB can be produced by a long first isotropic etching step. Through the first funnel-shaped area TB What is achieved is that the filling with oxide is accelerated by the HDP deposition in a very early phase of the layer deposition. The second channel-shaped area KB can be close to the surface through the closure area VBO close.

Optional kann oberhalb des Verschlussbereichs im Anschluss an den in 4c) dargestellten Prozesszustand noch eine Abdeckschicht SC, z.B. eine Nitridschicht, abgeschieden und derart strukturiert werden, dass sie den Verschlussbereich VBO überdeckt und somit zusätzlich abdichtet.Optionally, above the closure area following the in 4c ) a cover layer SC, for example a nitride layer, is deposited and structured in such a way that it forms the closure area VBO covered and thus additionally sealed.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.Although the present invention has been described on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted thereto. In particular, the materials and topologies mentioned are only exemplary and are not restricted to the examples explained.

Obwohl bei den obigen Ausführungsformen ein Verschlussbereich zum Bilden einer definierten Atmosphäre innerhalb einer Absolutdrucksensorvorrichtung gebildet wurde, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, sondern prinzipiell für beliebige Verschlussbereiche an beliebigen MEMS-Strukturen verwendbar.Although in the above embodiments a closure area for forming a defined atmosphere within an absolute pressure sensor device was formed, the present invention is not restricted to this, but can be used in principle for any closure areas on any MEMS structures.

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Struktur mit den Schritten: Bereitstellen eines Substrats (S) mit einer darauf aufgebrachten mikromechanischen Funktionsschichtanordnung (FS) mit einer oder mehreren Funktionsschichten, wobei die Funktionsschichtanordnung (FS) eine Kaverne (K) aufweist, die über eine Durchgangsöffnung (D; D'), welche einer geringere laterale Ausdehnung als die Funktionsschichtanordnung (FS) aufweist, zu einer Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) hin freigelegt ist; und Abscheiden einer Verschlussschicht (O, O') über der Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) und der Durchgangsöffnung (D; D') mittels eines HDP-Verfahrens derart, dass ein erster Bereich (O) der Verschlussschicht (O, O') auf der Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) aufwächst und ein zweiter Bereich (O') der Verschlussschicht (O, O') säulenförmig von innerhalb der Kaverne (K) unterhalb der Durchgangsöffnung (D; D') aufwächst; wobei sich aus dem zweiten Bereich (O') der Verschlussschicht (O, O') ein Verschlussbereich (VBO) in der Durchgangsöffnung (D; D') ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Durchgangsöffnung (D; D') eine Hilfsschicht (HS; HS') vorgesehen ist, die • freitragend lateral in der Funktionsschichtanordnung (FS) aufgehängt ist und/oder über ein Federelement (FE) lateral in der Funktionsschichtanordnung (FS) aufgehängt ist, und • von der Kaverne (K) umgeben ist und mit der Durchgangsöffnung (D; D') überlappt, wobei der zweite Bereich (O') auf der Hilfsschicht (HS) aufwächstA method for producing a MEMS structure with the following steps: Providing a substrate (S) with a micromechanical functional layer arrangement (FS) applied thereon with one or more functional layers, the functional layer arrangement (FS) having a cavity (K) which is opened via a through opening ( D; D '), which has a smaller lateral extent than the functional layer arrangement (FS), is exposed towards an outside of the functional layer arrangement (FS); and depositing a sealing layer (O, O ') over the outside of the functional layer arrangement (FS) and the through opening (D; D') by means of an HDP method in such a way that a first region (O) of the sealing layer (O, O ') the outside of the functional layer arrangement (FS) grows and a second region (O ') of the sealing layer (O, O') grows in columnar form from within the cavern (K) below the through opening (D; D '); the second area (O ') of the sealing layer (O, O') forming a sealing area (VBO) in the through opening (D; D '), characterized in that an auxiliary layer (D; D') is below the through opening (D; D '). HS; HS ') is provided, which • is suspended laterally in the functional layer arrangement (FS) in a self-supporting manner and / or is suspended laterally in the functional layer arrangement (FS) via a spring element (FE), and • is surrounded by the cavity (K) and overlaps with the through opening (D; D '), the second region (O') growing on the auxiliary layer (HS) Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Durchgangsöffnung (D') einen ersten trichterförmigen Bereich (TB), der an die Außenseite angrenzt, und einen zweiten kanalförmigen Bereich (KB) unterhalb des ersten trichterförmigen Bereich (TB) aufweist.Procedure according to Claim 1 , wherein the through opening (D ') has a first funnel-shaped area (TB) which adjoins the outside, and a second channel-shaped area (KB) below the first funnel-shaped area (TB). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich (O) der Verschlussschicht (O, O') auf der Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) zumindest teilweise entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the first region (O) of the sealing layer (O, O ') on the outside of the functional layer arrangement (FS) is at least partially removed. Verfahren nach Anspruch 3, wobei auf der Außenseite unterhalb der Verschlussschicht (O, O') eine Ätzstoppschicht (ES) auf der Funktionsschichtanordnung (FS) aufgebracht wird und der erste Bereich (O) der Verschlussschicht (O, O') vollständig entfernt wird.Procedure according to Claim 3 , an etch stop layer (ES) being applied to the functional layer arrangement (FS) on the outside below the sealing layer (O, O ') and the first area (O) of the sealing layer (O, O') being completely removed. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Ätzstoppschicht (ES) nach Entfernen des ersten Bereichs (O) entfernt wird und anschließend der zweite Bereich (O') überätzt wird, so dass eine planare Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) erhalten wird.Procedure according to Claim 3 wherein the etch stop layer (ES) is removed after removing the first area (O) and then the second area (O ') is overetched, so that a planar outer side of the functional layer arrangement (FS) is obtained. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das HDP-Verfahren einen Rücksputteranteil aufweist und eine Konformität von 0,2 oder weniger aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the HDP method has a back-sputtering component and has a conformity of 0.2 or less. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschlussschicht (O, O') eine Oxidschicht und/oder eine Nitridschicht und/oder eine Oxidnitridschicht aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the sealing layer (O, O ') has an oxide layer and / or a nitride layer and / or an oxide-nitride layer. MEMS-Struktur mit: einem Substrat (S) mit einer darauf aufgebrachten mikromechanischen Funktionsschichtanordnung (FS) mit einer oder mehreren Funktionsschichten, wobei die Funktionsschichtanordnung (FS) eine Kaverne (K) aufweist, die sich über eine Durchgangsöffnung (D; D'), welche eine geringere laterale Ausdehnung als die Funktionsschichtanordnung (FS) aufweist, zu einer Außenseite der Funktionsschichtanordnung (FS) hin erstreckt; und einer Verschlussschicht (O, O'), die einen Bereich (O') aufweist, der säulenförmig innerhalb der Kaverne (K) unterhalb der Durchgangsöffnung (D; D') ausgebildet ist und einen Verschlussbereich (VBO) in der Durchgangsöffnung (D; D') ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Durchgangsöffnung (D; D') eine Hilfsschicht (HS) vorgesehen ist, die • freitragend lateral in der Funktionsschichtanordnung (FS) aufgehängt ist und/oder über ein Federelement (FE) lateral in der Funktionsschichtanordnung (FS) aufgehängt ist, und • von der Kaverne (K) umgeben ist und mit der Durchgangsöffnung (D; D') überlappt, wobei der Bereich (O') auf der Hilfsschicht (HS) ausgebildet ist.MEMS structure comprising: a substrate (S) with a micromechanical functional layer arrangement (FS) applied thereon with one or more functional layers, the functional layer arrangement (FS) having a cavity (K) which extends over a through opening (D; D '), which has a smaller lateral extent than the functional layer arrangement (FS), extends towards an outside of the functional layer arrangement (FS); and a closure layer (O, O ') which has an area (O') which is formed in a columnar manner within the cavity (K) below the through opening (D; D ') and a closure area (VBO) in the through opening (D; D '), characterized in that underneath the through opening (D; D') an auxiliary layer (HS) is provided which is • suspended laterally in the functional layer arrangement (FS) in a self-supporting manner and / or laterally in the via a spring element (FE) Functional layer arrangement (FS) is suspended, and • is surrounded by the cavity (K) and overlaps with the through opening (D; D '), the area (O') being formed on the auxiliary layer (HS). MEMS-Struktur nach Anspruch 8 wobei die Durchgangsöffnung (D') einen ersten trichterförmigen Bereich (TB), der an die Außenseite angrenzt, und einen zweiten kanalförmigen Bereich (KB) unterhalb des ersten trichterförmigen Bereich (TB) aufweist.MEMS structure according to Claim 8 wherein the through opening (D ') has a first funnel-shaped area (TB) which adjoins the outside, and a second channel-shaped area (KB) below the first funnel-shaped area (TB). MEMS-Struktur nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die MEMS-Struktur eine Absolutdrucksensorvorrichtung umfasst und die Durchgangsöffnung (D; D') an eine Membrane (M) zur Absolutdruckerfassung angrenzt und wobei sich die Kaverne (K) unter die Membrane erstreckt.MEMS structure according to one of the Claims 8 or 9 wherein the MEMS structure comprises an absolute pressure sensor device and the through opening (D; D ') adjoins a membrane (M) for absolute pressure detection and wherein the cavity (K) extends under the membrane.
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