DE102020210597A1

DE102020210597A1 - Method for manufacturing a microelectromechanical structure and microelectromechanical structure

Info

Publication number: DE102020210597A1
Application number: DE102020210597.9A
Authority: DE
Inventors: Jan-Timo LIEWALD; Burkhard Kuhlmann; Jochen Reinmuth; Thorsten BALSLINK; Christian Budak; Rainer Schillinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-02-24

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer mikroelektromechanischen Struktur mit den folgenden Schritten vorgeschlagen: Bilden einer Opferschicht (3), die bezüglich einer vertikalen Richtung oberhalb eines Substrats (4) angeordnet ist und sich in zwei lateralen Richtungen parallel zum Substrat (4) erstreckt; Abscheiden einer Funktionsschicht (2) auf der Opferschicht (3) und Ätzen mindestens eines Grabens (5), der sich über die gesamte Dicke der Funktionsschicht (2) erstreckt und eine Mehrzahl von schmalen und breiten Bereichen (17, 18) aufweist, wobei eine laterale Breite des Grabens (5) in den schmalen Bereichen (17) kleiner ist als in den breiten Bereichen (18); Abscheiden einer Isolationsschicht aus elektrisch isolierendem Material (6) auf der Funktionsschicht (2) derart, dass der Graben (5) zumindest teilweise mit dem elektrisch isolierenden Material (6) gefüllt wird; Strukturieren der Funktionsschicht (2), wobei durch Ätzen derart Ausnehmungen in der Funktionsschicht (2) gebildet werden, dass eine laterale Form einer beweglichen Masse (26) freigelegt wird, wobei das Ätzen derart erfolgt, dass die bewegliche Masse (26) durch den zumindest teilweise gefüllten Graben (5) in zwei Bereiche (34, 35) aufgeteilt wird, die elektrisch voneinander isoliert sind; Entfernen der Opferschicht (3) derart, dass die bewegliche Masse (26) freigestellt wird.Ferner wird eine mikroelektromechanische Struktur, insbesondere ein Drehratensensor vorgeschlagen.A method for producing a microelectromechanical structure is proposed, comprising the following steps: forming a sacrificial layer (3) which is arranged above a substrate (4) with respect to a vertical direction and extends in two lateral directions parallel to the substrate (4); Depositing a functional layer (2) on the sacrificial layer (3) and etching at least one trench (5) which extends over the entire thickness of the functional layer (2) and has a plurality of narrow and wide regions (17, 18), one lateral width of the trench (5) is smaller in the narrow areas (17) than in the wide areas (18); Depositing an insulation layer made of electrically insulating material (6) on the functional layer (2) in such a way that the trench (5) is at least partially filled with the electrically insulating material (6); Structuring of the functional layer (2), with recesses being formed in the functional layer (2) by etching in such a way that a lateral shape of a movable mass (26) is uncovered, with the etching being carried out in such a way that the movable mass (26) passes through the at least partially filled trench (5) is divided into two regions (34, 35) which are electrically isolated from each other; Removal of the sacrificial layer (3) in such a way that the movable mass (26) is exposed. A microelectromechanical structure, in particular a yaw rate sensor, is also proposed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mikroelektromechanischen Struktur und eine mikroelektromechanische Struktur.The invention relates to a method for producing a microelectromechanical structure and a microelectromechanical structure.

Das Grundkonzept eines Drehratensensors basiert üblicherweise darauf, dass eine bewegliche Masse durch - in einer typischen Ausführungsform elektrostatische - Kräfte in Schwingung versetzt wird (Antriebsschwingung). Die Antriebskräfte werden dabei durch das Anlegen einer Antriebsspannung zwischen der beweglichen Masse und einer substratfesten Gegenelektrode erzeugt. Je nach Ausführungsform des Drehratensensors werden hier auch statische Spannungen angelegt, um beispielsweise die Detektionsfrequenz über elektrostatische Mitkopplung vollresonant auf die Antriebsfrequenz zu schieben. Die Auslenkung der beweglichen Massen bezüglich der Antriebs- und Detektionsrichtung kann beispielsweise kapazitiv mit Hilfe eines hochfrequenten Spannungssignals gemessen werden, das zwischen der beweglichen Struktur und der Detektionselektrode anliegt. Nachteilig ist in diesem Fall, dass die bewegliche Masse auf genau einem elektrischen Potential liegt. Je nach Ausführungsform der Signalauswertung wäre es dagegen wünschenswert, unterschiedliche Potentiale auf der beweglichen Masse zu generieren, so dass z.B. die oben genannte elektrostatische Mitkopplung gegen ein separat einstellbares Potential arbeiten kann.The basic concept of a yaw rate sensor is usually based on the fact that a moving mass is caused to oscillate (drive oscillation) by forces—electrostatic in a typical embodiment. The drive forces are generated by applying a drive voltage between the movable mass and a counter-electrode fixed to the substrate. Depending on the embodiment of the yaw rate sensor, static voltages are also applied here in order, for example, to shift the detection frequency to the drive frequency in a fully resonant manner via electrostatic positive feedback. The deflection of the movable masses with respect to the drive and detection direction can be measured capacitively, for example, using a high-frequency voltage signal that is present between the movable structure and the detection electrode. In this case, it is disadvantageous that the moving mass is at precisely one electrical potential. On the other hand, depending on the embodiment of the signal evaluation, it would be desirable to generate different potentials on the movable mass, so that, for example, the above-mentioned electrostatic positive feedback can work against a separately adjustable potential.

Ein derartiger Drehratensensor wird üblicherweise durch ein mikroelektromechanisches System (MEMS) realisiert, das durch Abscheiden und Strukturieren mehrerer unterschiedlicher Schichten auf einem Substrat erzeugt wird. Aus dem Stand der Technik sind hierzu Verfahren zur Herstellung von MEMS-Strukturen bekannt, bei denen eine dicke Polysilizium-Funktionsschicht über einer dünnen vergrabenen Polysiliziumschicht angeordnet wird. Die vergrabene Schicht dient dabei als Leiterbahn. Die Funktionsschicht wird über einen Trenchprozess und ein Opferschichtverfahren freigestellt, so dass eine bewegliche Struktur entsteht, die relativ zum Substrat ausgelenkt werden kann. In derartigen Prozessen werden meist MEMS-Elemente hergestellt, bei denen in der einen oder anderen Weise eine oder mehrere bewegliche Massen an Federstrukturen am Substrat aufgehängt werden. Sowohl die Federn, als auch das Massenelement werden dabei aus der Funktionsschicht hergestellt. Sowohl Antriebstrukturen als auch Detektionsstrukturen werden als mechanisch und elektrisch getrennte Komponenten realisiert, die ebenfalls aus der Funktionsschicht oder in der Leiterbahnschicht hergestellt werden. In einem solchen Herstellungsprozess ist es nicht möglich, mechanisch verbundene aber elektrisch getrennte beweglichen Strukturen herzustellen.Such a yaw rate sensor is usually implemented by a microelectromechanical system (MEMS), which is produced by depositing and structuring a plurality of different layers on a substrate. For this purpose, methods for producing MEMS structures are known from the prior art, in which a thick polysilicon functional layer is arranged over a thin buried polysilicon layer. The buried layer serves as a conductor track. The functional layer is exposed using a trench process and a sacrificial layer process, resulting in a movable structure that can be deflected relative to the substrate. In such processes, MEMS elements are usually produced in which one or more movable masses are suspended on spring structures on the substrate in one way or another. Both the springs and the mass element are made from the functional layer. Both drive structures and detection structures are implemented as mechanically and electrically separate components, which are also produced from the functional layer or in the conductor track layer. In such a manufacturing process, it is not possible to produce mechanically connected but electrically separate movable structures.

Aus der DE 10 2009 027 873 A1 , der DE 10 2011 006 412 B4 und der DE 10 2013 222 664 A1 sind jeweils Ansätze bekannt mit denen eine bewegliche Struktur hergestellt werden kann, die aus mechanisch verbundene aber elektrisch getrennten Teilen besteht. Diese Ansätze arbeiten immer mit mindestens einer zweiten, freitragenden MEMS-Funktionsschicht. Zwischen der ersten und zweiten Funktionsschicht bleibt eine Isolationsschicht bestehen, die im Bereich unterhalb der mechanischen Verbindung durch geeignete Geometrie oder durch beschleunigtes Ätzen der Isolationsschicht im Opferschichtätzprozess entfernt wird. Alle diese Ansätze sind aufwändig, da zum einen immer mindestens eine zweite Funktionsebene erforderlich ist und zum anderen die mechanische Verbindung mit einen hohen Platzbedarf verbunden ist, weil die Isolationsschicht zwischen den beiden Funktionsschichten im Opferschichtätzverfahren nicht vollständig entfernt werden darf. Denkbar ist es hier auch, eine vertikale Trennung der Funktionsschicht vorzunehmen, wobei es hierbei jedoch aufwändig ist, eine geeignete Prozessführung zu entwickeln, die eine sichere Isolation zwischen zwei beweglichen Funktionsschichtelementen ermöglich. Weiterhin ist es schwierig, eine mechanisch robuste Verbindung über eine vertikale Trennung zu erzeugen und die Trennung zu realisieren, ohne nachteilige Effekte für den Gesamtprozess in Kauf nehmen zu müssen.From the DE 10 2009 027 873 A1 , the DE 10 2011 006 412 B4 and the DE 10 2013 222 664 A1 approaches are known with which a movable structure can be produced, which consists of mechanically connected but electrically separate parts. These approaches always work with at least one second, self-supporting MEMS functional layer. An insulation layer remains between the first and second functional layer, which is removed in the area below the mechanical connection by suitable geometry or by accelerated etching of the insulation layer in the sacrificial layer etching process. All of these approaches are complex, since on the one hand at least a second functional level is always required and on the other hand the mechanical connection is associated with a large space requirement because the insulating layer between the two functional layers must not be completely removed in the sacrificial layer etching process. It is also conceivable here to carry out a vertical separation of the functional layer, although in this case it is complex to develop a suitable process control which enables reliable insulation between two movable functional layer elements. Furthermore, it is difficult to create a mechanically robust connection via a vertical separation and to realize the separation without having to accept disadvantageous effects for the overall process.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes und kostengünstiges Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sich eine bewegliche Struktur realisieren lässt, die aus mechanisch verbundenen, jedoch elektrisch getrennten Komponenten besteht.Against this background, it is an object of the present invention to provide an efficient and cost-effective manufacturing method with which a movable structure can be realized that consists of mechanically connected but electrically separate components.

Der Kern der Erfindung besteht darin, die bewegliche Struktur in zwei Bereiche zu unterteilen, die mechanisch stabil miteinander verbunden sind, jedoch elektrisch voneinander getrennt sind, d.h. insbesondere mit unterschiedlichen Potentialen beaufschlagt werden können. Diese elektrische Trennung wird durch den in der Funktionsschicht gebildeten und zumindest teilweise mit elektrisch isolierendem Material gefüllten Graben erreicht. Das isolierende Material im Graben sorgt dabei für den mechanischen Zusammenhalt, ohne gleichzeitig eine leitende Verbindung herzustellen. Um den Graben in ausreichender Weise zu füllen und damit die erforderliche Stabilität der Verbindung zu erreichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Graben entlang seines Verlaufs schmalere und breitere Bereiche aufweist. Beim Abscheiden des Isolationsmaterials wird das Material bevorzugt in der Nähe der Oberkante des Grabens deponiert, so dass ein entsprechend schmaler Graben relativ schnell an seiner Oberkante zuwächst, ohne dass sich genügend Material im Inneren des Grabens abgelagert hat um eine ausreichend stabile Verbindung zu gewährleisten. Die erfindungsgemäßen breiten Bereiche des Grabens verschließen jedoch wesentlich langsamer, so dass auch in einen oben verschlossenen schmalen Bereich weiterhin Material durch die seitlichen Öffnungen zu den benachbarten breiten Bereichen Material einströmen kann. Nachdem der auf diese Weise gefüllte Graben fertiggestellt ist, wird die laterale Form der beweglichen Struktur durch Ätzen aus der Funktionsschicht herauspräpariert, wobei die dabei geätzten Gräben die lateralen Ränder der beweglichen Struktur definieren. Diese Ränder werden dabei so gebildet, dass der mit Isolationsmaterial gefüllte Graben an seinen beiden lateralen Enden am Rand der beweglichen Struktur mündet und die bewegliche Masse dadurch in zwei, elektrisch voneinander isolierte Bereiche zerteilt.The essence of the invention consists in dividing the movable structure into two areas which are connected to one another in a mechanically stable manner, but which are electrically separated from one another, ie in particular different potentials can be applied to them. This electrical isolation is achieved by the trench formed in the functional layer and at least partially filled with electrically insulating material. The insulating material in the trench ensures mechanical cohesion without creating a conductive connection at the same time. In order to fill the trench sufficiently and thus to achieve the required stability of the connection, it is provided according to the invention that the trench has narrower and wider areas along its course. When stripping the insulation materials, the material is preferably deposited near the top edge of the ditch, so that a correspondingly narrow ditch grows relatively quickly at its top edge, without sufficient material being deposited inside the ditch to ensure a sufficiently stable connection. However, the wide regions of the trench according to the invention close much more slowly, so that even in a narrow region closed at the top, material can continue to flow through the lateral openings to the adjacent wide regions. After the trench filled in this way has been completed, the lateral shape of the movable structure is prepared from the functional layer by etching, with the trenches etched in the process defining the lateral edges of the movable structure. These edges are formed in such a way that the trench filled with insulating material opens out at its two lateral ends at the edge of the movable structure, thereby dividing the movable mass into two regions that are electrically insulated from one another.

Zur Beschreibung der geometrischen Verhältnisse werden als Bezugssystem die Haupterstreckungsebene des Substrats und die darauf senkrecht stehende Richtung angenommen. Die Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene werden im Folgenden auch als laterale Richtungen bezeichnet, wobei hier insbesondere zwei unabhängige Richtungen unterschieden werden können (erste und zweite laterale Richtung), die beispielsweise senkrecht aufeinander stehen können. Unter der senkrechten oder vertikalen Richtung ist stets die Richtung senkrecht zum Substrat zu verstehen. Der Graben in der Funktionsschicht wird durch seine laterale Breite, seine Verlaufsrichtung und sein Profil senkrecht zur Verlaufsrichtung (d.h. durch die Neigung der Grabenwände) beschrieben. Sowohl die laterale Breite, als auch das Grabenprofil können dabei in Verlaufsrichtung, d.h. entlang des Grabens, variieren. Die Tiefe des Grabens erstreckt sich jedoch stets über die gesamte Dicke der Funktionsschicht. Der Graben kann über seine gesamte Länge in einer bestimmten lateralen Richtung verlaufen oder mehrere Teilabschnitte mit unterschiedlichen Verlaufsrichtungen aufweisen. Nach der Abscheidung des Isolationsmaterials kann der Graben vollständig oder nur teilweise mit Isolationsmaterial gefüllt sein oder in einigen Abschnitten vollständig, in anderen dagegen nur teilweise gefüllt sein. Der mit dem elektrisch isolierenden Material zumindest teilweise gefüllte Graben wird im Folgenden auch als Isolationsgraben bezeichnet. Die Funktionsschicht kann beispielsweise aus Polysilizium bestehen, während als Material für die Opferschicht beispielsweise Siliziumoxid verwendet werden kann. Die nachfolgenden Beschreibungen beziehen sich stets auf eine einzelne bewegliche Struktur, jedoch lassen sich mit dem Verfahren auch mikroelektromechanische Strukturen mit mehreren beweglichen Massen herstellen, indem die erfindungsgemäße Gestaltung der beweglichen Struktur analog auf eine Mehrzahl von beweglichen Strukturen übertragen wird. Ebenso kann die mindestens eine bewegliche Struktur mehr als einen Graben aufweisen und damit in mehr als zwei voneinander isolierte Bereiche zerteilt werden.To describe the geometric relationships, the main extension plane of the substrate and the direction perpendicular to it are assumed as the reference system. The directions parallel to the main extension plane are also referred to below as lateral directions, with two independent directions being able to be distinguished here in particular (first and second lateral direction), which can be perpendicular to one another, for example. The perpendicular or vertical direction is always to be understood as meaning the direction perpendicular to the substrate. The trench in the functional layer is described by its lateral width, its running direction and its profile perpendicular to the running direction (i.e. by the inclination of the trench walls). Both the lateral width and the trench profile can vary in the direction of progression, i.e. along the trench. However, the depth of the trench always extends over the entire thickness of the functional layer. The trench can run in a specific lateral direction over its entire length or have a plurality of subsections with different directions of extent. After the isolation material is deposited, the trench may be completely or only partially filled with isolation material, or it may be completely filled in some portions but only partially filled in others. The trench that is at least partially filled with the electrically insulating material is also referred to below as the isolation trench. The functional layer can consist of polysilicon, for example, while silicon oxide, for example, can be used as the material for the sacrificial layer. The following descriptions always relate to a single movable structure, but the method can also be used to produce microelectromechanical structures with a plurality of movable masses by analogously transferring the design of the movable structure according to the invention to a plurality of movable structures. Likewise, the at least one movable structure can have more than one trench and thus be divided into more than two regions isolated from one another.

Das Verfahren gemäß Anspruch 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass durch den mit Isolationsmaterial gefüllten Graben eine Möglichkeit geschaffen wird, zwei freitragende Elemente über eine vertikale Trennung mechanisch zu koppeln und diese gleichzeitig gegeneinander elektrisch isoliert zu halten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden zudem eine kleinbauende Anordnung und eine mechanisch robuste Verbindung ermöglicht, ohne dass sich nachteilige Folgen oder erhöhte Kosten für den Herstellungsprozess ergeben.The method according to claim 1 has the advantage over the prior art that the trench filled with insulating material makes it possible to mechanically couple two self-supporting elements via a vertical separation and at the same time to keep them electrically insulated from one another. The method according to the invention also enables a compact arrangement and a mechanically robust connection without any disadvantageous consequences or increased costs for the production process.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst in einem Unterbau mit Substrat eine Opferschicht, vorzugsweise eine Oxidschicht, abgeschieden. Anschließend wird auf der Opferschicht eine Funktionsschicht erzeugt, wobei die Funktionsschicht vorzugsweise durch Abscheiden einer Polysiliziumschicht gebildet wird. In der Funktionsschicht wird durch anisotropes Ätzen (Trenching) ein Graben gebildet und anschließend eine Isolationsschicht abgeschieden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Schicht aus siliziumreichen Nitrid (silicon-rich nitride, SiRiN). Die Wände des Grabens, der dabei mit Isolationsmaterial aufgefüllt wird, sind vorzugsweise möglichst senkrecht oder sogar überhängend erzeugt, damit es im Trenchprozess der Funktionsschicht am Rand der Isolationsschicht nicht zu einer Abschattung kommt und dort Funktionsschichtmaterial zurückbleibt. Dieses Material würde zu einem Kurzschluss der, durch den Isolationsgraben gebildeten vertikalen Isolationsschicht führen. Der Graben sollte weiterhin möglichst schmal ausgeführt werden, um das Auffüllen des Grabens mit bekannten Abscheideverfahren, die in der Dicke begrenzt sind, zu ermöglichen. Schmale, senkrechte oder überhängende Gräben großer Tiefe können aber mit den bekannten Abscheideverfahren nicht vollständig verfüllt werden. Mit der erfindungsgemäßen Variation der Breite des Isolationsgrabens wird erreicht, dass sich zunächst im Laufe des Abscheideprozesses der Isolationsschicht die Gräben an den schmalen Stellen verschließen. An den breiten Stellen bleiben die Gräben dagegen weiter offen, so dass in den Gräben weiter Material abgeschieden wird. In den schmalen Bereichen wird über die seitliche Zuführung Isolationsmaterial abgeschieden, obwohl der Graben an dieser Stelle vertikal nach oben bereits geschlossen ist. Auf diese Weise kann der Graben an dieser Stelle aufgrund der geringeren Breite vollständig über die ganze Höhe zuwachsen, bevor der Graben an den breiten Stellen durch die Abscheidung des Isolationsmaterials verschlossen wird und in den Gräben keine weitere Abscheidung stattfinden kann. Vorteilhafterweise nimmt bei der erfindungsgemäßen Art der Verfüllung die Stabilität der Füllung mit der Länge des Isolationsgrabens zu und hängt nur noch untergeordnet von der Dicke der Isolationsschicht ab.In the method according to the invention, a sacrificial layer, preferably an oxide layer, is first deposited in a substructure with a substrate. A functional layer is then produced on the sacrificial layer, the functional layer preferably being formed by depositing a polysilicon layer. A trench is formed in the functional layer by anisotropic etching (trenching) and then an insulation layer is deposited. This is preferably a layer of silicon-rich nitride (SiRiN). The walls of the trench, which is filled with insulation material, are preferably produced as vertically as possible or even overhanging, so that during the trenching process of the functional layer there is no shading at the edge of the insulation layer and functional layer material remains there. This material would lead to a short circuit in the vertical insulation layer formed by the insulation trench. The trench should also be made as narrow as possible in order to allow the trench to be filled using known deposition methods that are limited in terms of thickness. However, narrow, vertical or overhanging trenches of great depth cannot be completely filled with the known deposition methods. With the inventive variation of the width of the insulation trench, the trenches initially close at the narrow points in the course of the deposition process of the insulation layer. In contrast, the trenches remain open at the wide points, so that material continues to be deposited in the trenches. Insulation material is deposited in the narrow areas via the side feed, although the trench is already closed vertically upwards at this point. This way he can Due to the smaller width, the ditch at this point grows completely over the entire height before the ditch is closed at the wide points by the deposition of the insulating material and no further deposition can take place in the ditch. With the type of filling according to the invention, the stability of the filling advantageously increases with the length of the isolation trench and is only subordinately dependent on the thickness of the isolation layer.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt weiterhin mehrere vorteilhafte Weiterbildungen zu, die Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche sind.The method according to the invention also permits a number of advantageous developments which are the subject matter of the respective dependent claims.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Breite der schmalen Bereiche um mindestens 5 % kleiner als eine mittlere Grabenbreite und die breiten Bereiche ist um mindestens 5 % größer sind als die mittlere Grabenbreite. Die mittlere Grabenbreite ist dabei der Mittelwert der lateralen Breite des Grabens, wobei dieser Mittelwert über die gesamte Länge des Grabens gebildet wird. Denkbar sind auch größere Variationen, bei denen der Graben beispielsweise mindestens 10 % kleiner als eine mittlere Grabenbreite und die breiten Bereiche um mindestens 10 % größer sind als die mittlere Grabenbreite sind. Weiterhin ist es möglich eine Variation der Grabenbreite zu verwenden, die größer ist als 15% der maximalen Grabenbreite, d.h. dass die Differenz zwischen minimaler und die maximaler Breite entlang des Grabens größer ist als 15% der maximalen Grabenbreite. Möglich ist es auch, eine minimale Grabenbreite zu nutzen, die größer ist als 10% der maximalen Grabenbreite oder eine maximale Grabenbreite zu nutzen die geringer ist als 25% der Dicke der Funktionsschicht.According to a preferred embodiment, the width of the narrow areas is at least 5% smaller than an average trench width and the wide areas are at least 5% larger than the average trench width. In this case, the mean trench width is the mean value of the lateral width of the trench, this mean value being formed over the entire length of the trench. Larger variations are also conceivable, in which the trench is, for example, at least 10% smaller than an average trench width and the wide areas are at least 10% larger than the average trench width. Furthermore, it is possible to use a variation of the trench width that is larger than 15% of the maximum trench width, i.e. that the difference between the minimum and the maximum width along the trench is larger than 15% of the maximum trench width. It is also possible to use a minimum trench width that is greater than 10% of the maximum trench width or a maximum trench width that is less than 25% of the thickness of the functional layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wechseln sich die schmalen und breiten Bereiche entlang des Grabens ab, wobei die schmalen und breiten Bereiche entlang des Grabens vorzugsweise jeweils eine Länge aufweisen, die kleiner ist als die Dicke der Funktionsschicht. Insbesondere ist es günstig, die Variation der Grabenbreite entlang des Grabens zyklisch zu wiederholen, so dass auf diese Weise möglichst oft Bereiche mit ausreichender Verfüllung geschaffen werden, d.h. Bereiche, in denen sich das Isolationsmaterial ununterbrochen über die Dicke der Funktionsschicht erstreckt. Weiterhin ist es günstig, dass der Abstand zwischen benachbarten schmalen und breiten Bereichen geringer ist als die Dicke der Funktionsschicht, also die Variation der Grabenbreite auf einer Länge vorzunehmen die geringer ist als die Dicke der Funktionsschicht.According to a preferred embodiment, the narrow and wide areas alternate along the trench, with the narrow and wide areas along the trench preferably each having a length that is less than the thickness of the functional layer. In particular, it is favorable to repeat the variation of the trench width cyclically along the trench, so that in this way areas with sufficient filling are created as often as possible, i.e. areas in which the insulation material extends uninterruptedly over the thickness of the functional layer. Furthermore, it is favorable that the distance between adjacent narrow and wide areas is less than the thickness of the functional layer, that is to say to vary the trench width over a length that is less than the thickness of the functional layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Isolationsschicht flächig bis unterhalb einer Oberkante der Funktionsschicht zurückgeätzt. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann bei dem erfindungsgemäßen Ansatz die Rückätzung flächig und ohne Ätzmaske erfolgen, was besonders kosteneffizient ist. Mit der Rückätzung unter die Oberfläche wird der schädliche Einfluss des Überstands der Isolationsschicht auf die Strukturierung der Funktionsschicht vollständig vermieden. Die leichte Vertiefung des Grabens kann zwar prinzipiell noch einen Einfluss auf die Strukturierung der Funktionsschicht haben, kann aber beispielsweise durch Abscheidung einer weiteren Opferschicht vermieden werden, bei der der Graben so verschlossen wird, dass eine nahezu glatte Oberfläche entsteht.According to a preferred embodiment, the insulating layer is etched back over an area below an upper edge of the functional layer. In contrast to the prior art, with the approach according to the invention, the etching back can be carried out over a large area and without an etching mask, which is particularly cost-efficient. With the etching back below the surface, the harmful influence of the overhang of the insulation layer on the structuring of the functional layer is completely avoided. Although the slight deepening of the trench can in principle still have an effect on the structuring of the functional layer, it can be avoided, for example, by depositing a further sacrificial layer, in which the trench is closed in such a way that an almost smooth surface is produced.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Isolationsschicht eine weitere Opferschicht, insbesondere eine Oxidschicht, abgeschieden. Auf diese Weise werden die Öffnungen des Grabens an der Oberfläche der Funktionsschicht verschlossen. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird grundsätzlich versucht eine Schicht die Hohlräume aufweist in den Bereichen der Hohlräume möglichst nicht zu ätzen oder rückzudünnen, da die Hohlräume dabei geöffnet werden können. In den darauffolgenden Herstellungsschritten können Medien wie Lack in die Hohlräume eindringen und nicht mehr sauber entfernt werden. Ohne Rückätzen besteht jedoch die Gefahr, dass die Schicht mit zunehmender Dicke zu Lackverwürfen der Lackmaskierungsschicht für den darauffolgenden Trenchprozess führt und dadurch unsauber definierte Funktionsstrukturen erzeugt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Isolationsschicht vorzugsweise vollständig bis mindestens auf die Höhe der Oberkante der Funktionsschicht zurückgeätzt und anschließend eine Oxidschicht abgeschieden, deren Dicke mindestens der halben mittleren Breite des Grabens entspricht. Mit diesem Verfahren wird in Kombination der Variation der Breite der Isolationsgräben vermieden, dass die Stabilität der Verbindung wesentlich geschwächt wird. Die Hohlräume in der Isolationsschicht werden beim Rückätzen zwar geöffnet, bei der nachfolgenden Abscheidung der Oxidschicht jedoch sofort wieder verschlossen, so dass sich daraus kein Kontaminationsrisiko oder andere Einschränkungen für den Herstellungsprozess ergeben. Das Oxid wird vorzugsweise erst im finalen Opferschichtätzprozess entfernt, nach die Struktur ohnehin nicht mehr mit kritischen Medien in Kontakt kommt.According to a preferred embodiment, a further sacrificial layer, in particular an oxide layer, is deposited on the insulation layer. In this way, the openings of the trench on the surface of the functional layer are sealed. In the case of methods known from the prior art, an attempt is made in principle not to etch or thin out a layer which has cavities in the regions of the cavities, since the cavities can be opened in the process. In the subsequent manufacturing steps, media such as paint can penetrate the cavities and can no longer be removed cleanly. Without back-etching, however, there is a risk that the increasing thickness of the layer will result in resist warping of the resist masking layer for the subsequent trenching process, and that imperfectly defined functional structures will be produced as a result. In the method according to the invention, the insulation layer is preferably etched back completely up to at least the height of the upper edge of the functional layer and then an oxide layer is deposited, the thickness of which corresponds to at least half the average width of the trench. With this method, in combination with the variation in the width of the isolation trenches, it is avoided that the stability of the connection is significantly weakened. Although the cavities in the insulating layer are opened during etching back, they are immediately closed again during the subsequent deposition of the oxide layer, so that there is no risk of contamination or other limitations for the manufacturing process. The oxide is preferably only removed in the final sacrificial layer etching process, after the structure no longer comes into contact with critical media anyway.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die weitere Opferschicht strukturiert und als Ätzmaske für die Strukturierung der Funktionsschicht verwendet, wobei vorzugsweise mindestens eine Kante der Isolationsschicht in lateraler Richtung über die Ätzmaske hinausragt. Dadurch, dass mindestens eine Kante der Isolationsschicht in lateraler Richtung über die Ätzmaske hinausragt, wird vorteilhafterweise erreicht, dass nach dem Ätzen am lateralen Rand der beweglichen Struktur keine Reste der Funktionsschicht übrig bleiben, die zu einem elektrisch leitenden Kontakt zwischen den, durch den Isolationsgraben getrennten Bereichen führen könnten. Bei dieser Variante des Verfahrens wird die Oxidschicht als Maske für den Trench-Prozess der Funktionsschicht genutzt. Mit der Abscheidung der weiteren Opferschicht wird der Graben so verschlossen, dass eine nahezu glatte Oberfläche entsteht und eine ideale Strukturierung der Funktionsschicht mit der weiteren Opferschicht als Ätzmaske möglich ist. Mit der Nutzung der Oxidschicht als Ätzmaske wird es zusätzlich möglich, weitere Schichten wie beispielsweise eine Aluminium-Schicht als Kontaktschicht auf der Oberfläche abzuscheiden, ohne dass diese zusätzliche Schicht zu Problemen bei der Strukturierung der Funktionsschicht führt. Dazu wird die Oxidschicht zuerst als Ätzmaske strukturiert. Danach erfolgt die Abscheidung und Strukturierung weitere Schichten und anschließend wird in einem Trenchprozess die hochgenau strukturierte Oxidschicht als Ätzmaske verwendet.According to a particularly preferred embodiment, the further sacrificial layer is patterned and used as an etching mask for patterning the functional layer, with at least one edge of the insulation layer preferably protruding in the lateral direction beyond the etching mask. The fact that at least one edge of the insulating layer protrudes in the lateral direction beyond the etching mask is advantageously achieved in that after etching at the lateral edge of the movable Structure no remnants of the functional layer remain, which could lead to an electrically conductive contact between the areas separated by the isolation trench. In this variant of the method, the oxide layer is used as a mask for the trench process of the functional layer. With the deposition of the further sacrificial layer, the trench is closed in such a way that an almost smooth surface is produced and ideal structuring of the functional layer with the further sacrificial layer as an etching mask is possible. With the use of the oxide layer as an etching mask, it is also possible to deposit further layers such as an aluminum layer as a contact layer on the surface without this additional layer leading to problems in the structuring of the functional layer. For this purpose, the oxide layer is first structured as an etching mask. This is followed by the deposition and structuring of further layers and then the highly precisely structured oxide layer is used as an etching mask in a trenching process.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die weitere Opferschicht nach der Strukturierung der Funktionsschicht durch Ätzen teilweise oder vollständig entfernt.According to a preferred embodiment, the further sacrificial layer is partially or completely removed by etching after the functional layer has been structured.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Graben mindestens einen ersten Teilabschnitt auf, der in einer ersten lateralen Richtung verläuft, wobei der Graben mindestens einen zweiten und dritten Teilabschnitt aufweist, die in einer zweiten lateralen Richtung verlaufen, wobei der zweite und dritte Teilabschnitt insbesondere auf einem lateralen Rand der beweglichen Masse endet. Beispielsweise kann die Stabilität der Potentialtrennung durch einen mäanderförmigen Verlauf des Isolationsgrabens verbessert werden. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn die Bruchfestigkeit der Isolationsschicht geringer ist als die Bruchfestigkeit der Funktionsschicht oder wenn die Haftkraft zwischen Funktionsschicht und Isolationsschicht gering ist. In Fällen, in denen es schwierig ist den Isolationsgraben sauber senkrecht oder überhängend herzustellen, ist es günstig, den Isolationsgraben in einem Teilbereich parallel zu einer Kante der Funktionsschicht verlaufen zu lassen. Weiter ist es günstig, eine Kante der weiteren Opferschicht (Trenchkante) in diesem Bereich auf dem Isolationsmaterial des Grabens vorzusehen, so dass ein Teil des Randes der beweglichen Struktur nach dem Ätzen durch Isolationsmaterial gebildet wird. Der breite Bereich, in dem der Isolationsgraben parallel zur Trenchkante läuft, erlaubt eine zuverlässige Isolation der beiden Funktionsschichtbereiche auch wenn der Isolationsgraben nicht über den gesamten Bereich senkrecht oder überhängend ausgebildet ist. In Fällen, bei denen ein besonders schmaler Isolationsgraben genutzt wird und die Justage-Genauigkeit zwischen dem Isolationsgraben und der Maske gering ist, ist es zusätzlich günstig, den Isolationsgraben möglichst senkrecht aus dem Bereich der Funktionsschicht heraus laufen zu lassen und an deren Ende Verjüngung vorzusehen. Damit kann erreicht werden, dass auch bei einer schlechten Justage zwischen der Kante der weiteren Opferschicht und dem Isolationsgrabenende gewährleistet ist, dass die Kante einerseits immer noch auf der Isolationsschicht liegt und andererseits immer noch eine geschlossen Oberfläche aus Isolationsmaterial in diesem Bereich unterlegt ist, wenn die Kante in die andere Richtung verläuft.According to a preferred embodiment, the trench has at least a first section that runs in a first lateral direction, the trench having at least a second and third section that run in a second lateral direction, the second and third section in particular on a lateral Edge of the moving mass ends. For example, the stability of the potential isolation can be improved by a meandering course of the isolation trench. This is favorable in particular when the breaking strength of the insulating layer is lower than the breaking strength of the functional layer or when the adhesive force between the functional layer and the insulating layer is low. In cases in which it is difficult to produce the isolation trench cleanly, perpendicularly or overhanging, it is favorable to allow the isolation trench to run parallel to an edge of the functional layer in a partial area. It is also favorable to provide an edge of the further sacrificial layer (trench edge) in this area on the insulating material of the trench, so that part of the edge of the movable structure is formed by insulating material after etching. The wide area in which the isolation trench runs parallel to the trench edge allows reliable isolation of the two functional layer areas even if the isolation trench is not formed vertically or overhanging over the entire area. In cases where a particularly narrow isolation trench is used and the adjustment accuracy between the isolation trench and the mask is low, it is also advantageous to let the isolation trench run out of the region of the functional layer as vertically as possible and to provide a narrowing at the end. It can thus be ensured that even with poor alignment between the edge of the additional sacrificial layer and the end of the isolation trench, it is ensured that the edge still lies on the isolation layer on the one hand and on the other hand that a closed surface of isolation material is still underlaid in this area when the edge runs in the other direction.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine mikroelektromechanische Struktur gemäß Anspruch 9. Die erfindungsgemäße Struktur kann insbesondere mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden und die in Bezug auf das Verfahren dargestellten Vorteile und Ausführungsformen übertragen sich direkt auf die erfindungsgemäße mikroelektromechanische Struktur. Insbesondere können die beiden Bereiche derart elektrisch leitend kontaktiert werden, dass die beiden Bereiche mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen belegbar sind.Another object of the invention is a microelectromechanical structure according to claim 9. The structure according to the invention can be produced in particular with an embodiment of the method according to the invention and the advantages and embodiments presented in relation to the method are directly transferred to the microelectromechanical structure according to the invention. In particular, the two areas can be electrically conductively contacted in such a way that the two areas can be assigned different electrical potentials.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung.Further advantageous embodiments result from the drawings and the associated description.

Figurenlistecharacter list

1 shows a scheme for the potential assignment of a sensor according to the prior art.
2 shows a scheme for the potential assignment of an embodiment of the sensor according to the invention.
3 shows a method from the prior art for producing an insulation structure in a functional layer.
4 until 7 to show different steps of the method according to the invention.
8th and 9 show different stages in the filling of the ditches.
9 shows schematically a further embodiment of the microelectromechanical structure according to the invention with shielding structures.
10 shows a possible course of the insulation trench according to the invention.
11 shows a further possible course of the isolation trench according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 zeigt schematisch einen Drehratensensor mit mechanisch und galvanisch gekoppelter Mechanik. Die Schwingmasse 26 ist dabei durch eine Federanordnung 28 derart beweglich gelagert, dass sie in einer Antriebsrichtung zu Schwingungen angeregt werden kann. Die sich aufgrund der Corioliskräfte ergebenden Auslenkungen in eine dazu senkrechte Detektionsrichtung werden durch eine weitere Federanordnung 27 ermöglicht. Die Auslenkungen in Antriebs- und Detektionsrichtung werden jeweils durch die an entsprechenden Gegenelektroden gemessenen Potentiale bestimmt und die zugehörigen Signale 32, 33 werden einer Auswertungseinheit zugeführt. Die Antriebskräfte für die Schwingmasse 26 werden in diesem Beispiel durch das Anlegen der veränderlichen Antriebsspannung 29 erzeugt. Je nach Ausführungsform des Drehratensensors werden auch statische Spannungen 30 angelegt, um beispielsweise die Detektionsfrequenz über elektrostatische Mitkopplung vollresonant auf die Antriebsfrequenz zu schieben. Die Auslenkung der beweglichen Massen 26 in Antrieb und Detektion wird beispielsweise kapazitiv mit Hilfe eines hochfrequenten Messpulses 31 auf der Masse 26 gemessen.the 1 shows a yaw rate sensor with mechanically and galvanically coupled mechanics. The oscillating mass 26 is movably mounted by a spring arrangement 28 in such a way that it can be excited to oscillate in a drive direction. The deflections resulting from the Coriolis forces in a detection direction perpendicular thereto are made possible by a further spring arrangement 27 . The deflections in the drive and detection directions are each determined by the potentials measured at the corresponding counter-electrodes, and the associated signals 32, 33 are fed to an evaluation unit. In this example, the drive forces for the oscillating mass 26 are generated by applying the variable drive voltage 29 . Depending on the embodiment of the yaw rate sensor, static voltages 30 are also applied in order, for example, to shift the detection frequency to the drive frequency in a fully resonant manner via electrostatic positive feedback. The deflection of the movable masses 26 in the drive and detection is measured, for example, capacitively with the aid of a high-frequency measuring pulse 31 on the mass 26 .

Nachteilig ist in diesem Fall, dass die mechanisch über die Federn 27 und 28 angebundene Masse 26 auf genau einem elektrischen Potential liegt. Hier wäre es bedeutend günstiger, wenn die elektrostatischen Kräfte gegen ein frei definierbares Potential wirken würden, und die Sensierung bezogen auf ein zweites, frei definierbares (z.B. gepulstes Potential) erfolgen könnte..The disadvantage in this case is that the mass 26, which is mechanically connected via the springs 27 and 28, is at precisely one electrical potential. It would be significantly better here if the electrostatic forces acted against a freely definable potential and the sensing could be based on a second, freely definable (e.g. pulsed) potential.

In der 2 ist das dem erfindungsgemäßen Sensor zugrunde liegende Schema dargestellt. Die Masse 26 ist dabei durch eine Trennstruktur 36 in zwei mechanisch verbundene, jedoch galvanisch getrennte Bereiche 34, 35 aufgeteilt. Idealerweise wirken die eingeprägten Spannungen 29, 30 für Antrieb und Mitkopplung gegen ein statisches Potential und der eingeprägte Messpuls 31 wirkt nur an den Detektionselektroden des Antriebs und der Coriolisdetektion, wobei die mechanische Anbindung der Masse dabei unverändert bleibt. Der erste Bereich 34 und die Feder 28 liegen in dem dargestellten Beispiel auf einem gemeinsamen Potential, während der zweite Bereich 35 und die Feder 27 auf einem davon verschiedenen Potential liegen. Hier ist beispielhaft der Fall eines Einmassenschwingers gezeigt. Das erfindungsgemäße Konzept ist jedoch analog auch auf Mehrmassenschwinger anwendbar.In the 2 the scheme on which the sensor according to the invention is based is shown. The mass 26 is divided by a separating structure 36 into two mechanically connected but electrically isolated areas 34, 35. Ideally, the impressed voltages 29, 30 for drive and positive feedback act against a static potential and the impressed measuring pulse 31 acts only on the detection electrodes of the drive and the Coriolis detection, with the mechanical connection of the mass remaining unchanged. In the example shown, the first area 34 and the spring 28 are at a common potential, while the second area 35 and the spring 27 are at a different potential. The case of a single-mass oscillator is shown here as an example. However, the concept according to the invention can also be applied analogously to multi-mass oscillators.

In der 3 ist ein Verfahren zur Herstellung einer beweglichen Masse skizziert, bei dem die Masse mit einer zusätzlichen Isolationsstruktur versehen wird. Oben ist dazu eine Aufsicht 22 auf die Struktur abgebildet, darunter ist ein Schnitt durch die Ebene A und rechts ein Schnitt durch die Ebene B dargestellt. Die Struktur weist eine dicke Polysilizium-Funktionsschicht 2 auf, die über einer dünnen vergrabenen Polysiliziumschicht 1 angeordnet ist, die als Leiterbahn für die mikroelektromechanische Struktur dient. Die Funktionsschicht 2 wird über einen Trenchprozess und ein Opferschichtverfahren 3 freigestellt, so dass sich eine Struktur ergibt, die gegenüber dem Substrat 4 beweglich gelagert ist. Zusätzlich wird die Funktionsschicht 2 mit einem Graben versehen, der in einem nachfolgenden Schritt mit Isolationsmaterial aufgefüllt wird. Schmale, senkrechte oder überhängende Gräben großer Tiefe können aber mit den bekannten Abscheideverfahren nicht vollständig verfüllt werden. An der Oberkante wird stets mehr Material abgeschieden, so dass sich im Graben immer ein Hohlraum 11 ausbildet, der erst an der Oberfläche verschlossen wird. Nach dem Stand der Technik kann daher nur eine Verbindung geschaffen werden, die im unteren Bereich 12 in Randbereich 13 und im oberen Bereich 14 eine Verbindung mit Isolationsmaterial aufweist. Diese Verbindung ist mechanisch nicht sehr robust. Die Robustheit kann mit einer dickeren Schichtabscheidung gerade im oberen Bereich der Verbindung erhöht werden. Nachteilig dabei ist aber, dass die Schicht dort mit zunehmender Dicke zu Lackverwürfen der Lackmaskierungsschicht für den darauffolgenden Trenchprozess führt und damit unsauber definierte Funktionsstrukturen erzeugt werden.In the 3 a method for the production of a movable mass is outlined, in which the mass is provided with an additional insulation structure. For this purpose, a view 22 of the structure is shown at the top, a section through plane A is shown below and a section through plane B is shown on the right. The structure comprises a thick polysilicon functional layer 2 overlying a thin buried polysilicon layer 1 which serves as a conductive path for the microelectromechanical structure. The functional layer 2 is exposed via a trench process and a sacrificial layer process 3, resulting in a structure that is movably mounted with respect to the substrate 4. In addition, the functional layer 2 is provided with a trench that is filled with insulation material in a subsequent step. However, narrow, vertical or overhanging trenches of great depth cannot be completely filled with the known deposition methods. More and more material is deposited at the upper edge, so that a cavity 11 is always formed in the trench, which cavity is only closed at the surface. According to the prior art, therefore, only a connection can be created which has a connection with insulating material in the lower area 12 in the edge area 13 and in the upper area 14 . This connection is mechanically not very robust. The robustness can be increased with a thicker layer deposition especially in the upper area of the connection. The disadvantage here, however, is that the layer there, with increasing thickness, leads to resist warping of the resist masking layer for the subsequent trenching process, and imprecisely defined functional structures are thus produced.

4 illustriert die ersten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Darstellungsform ist dabei analog zu 3, mit der Aufsicht oben, darunter dem Schnitt durch die Ebene A und rechts dem Schnitt durch die Ebene B. Hier wird zunächst eine Opferschicht 3, beispielsweise aus Siliziumoxid, auf dem Substrat 4 abgeschieden. Auf die Opferschicht 3 wird in einem weiteren Schritt die Funktionsschicht 2, beispielsweise aus Polysilizium, abgeschieden und durch Trench-Ätzen mit einem Graben 5 versehen, der sich über die gesamte Dicke der Funktionsschicht 2 erstreckt. Der Graben 5 weist dabei eine Mehrzahl von schmalen Bereichen 17 und breiten Bereichen 18 auf, die ein besonders effizientes Auffüllen des Grabens 5 beim nachfolgenden Abscheiden des Isolationsmaterials 6 bewirken. 4 illustrates the first steps of the method according to the invention. The form of representation is analogous to 3 , with the top view, underneath the section through plane A and on the right the section through plane B. First, a sacrificial layer 3 , for example made of silicon oxide, is deposited on the substrate 4 . In a further step, the functional layer 2 , for example made of polysilicon, is deposited on the sacrificial layer 3 and is provided with a trench 5 by trench etching, which trench extends over the entire thickness of the functional layer 2 . In this case, the trench 5 has a plurality of narrow regions 17 and wide regions 18 which bring about a particularly efficient filling of the trench 5 during the subsequent deposition of the insulation material 6 .

In der 5 ist die Struktur nach dem Abscheiden eines Isolationsmaterials dargestellt, bei dem der Graben 5 teilweise mit Isolationsmaterial 6 gefüllt wird. In den schmalen Bereichen 17 ist der Graben 5 an der Oberfläche der Funktionsschicht 2 vollständig mit Isolationsmaterial 6 verschlossen, während er in den breiten Bereichen 18 weiterhin Öffnungen an der Oberfläche aufweist. Nach dem Abscheiden wurde die Isolationsschicht flächig bis unterhalb der Oberkante 8 der Funktionsschicht 2 zurückgeätzt.In the 5 1 shows the structure after the deposition of an insulating material, in which the trench 5 is partially filled with insulating material 6. In the narrow areas 17, the trench 5 on the surface of the functional layer 2 is completely sealed with insulation material 6, while in the wide areas 18 it still has openings on the surface. After deposition, the insulation layer was flat until etched back below the upper edge 8 of the functional layer 2 .

In der 6 ist die Struktur nach dem Abscheiden einer weiteren Opferschicht 9 abgebildet. Die Opferschicht 9 wird nach dem Abscheiden durch Ätzen in Teilbereichen vollständig entfernt, so dass die verbleibenden Teilbereiche eine Maske 10 auf der Oberfläche ergeben, die für den anschließenden Trenchprozess verwendet werden kann, in dem die laterale Form der beweglichen Struktur 26 freigelegt wird.In the 6 the structure is shown after a further sacrificial layer 9 has been deposited. After the deposition, the sacrificial layer 9 is completely removed by etching in partial areas, so that the remaining partial areas result in a mask 10 on the surface, which can be used for the subsequent trenching process, in which the lateral shape of the movable structure 26 is exposed.

In der 7 ist die Struktur nach dem Trenchprozess dargestellt. Die Maske 10 wurde so gewählt, dass der mit Isolationsmaterial 6 gefüllte Graben 5 nach dem Trench-Ätzen an einem ersten Ende auf einem Rand 24 der beweglichen Masse 26 mündet und an dem entgegengesetzten, zweiten Ende auf einem gegenüberliegenden Rand 25 mündet. Auf diese Weise wird die bewegliche Struktur 26 in zwei Bereiche 34, 35 aufgeteilt, die elektrisch voneinander isoliert sind. Die Opferschicht 9 wurde nach dem Ätzen vollständig von der Oberfläche 23 der Funktionsschicht 2 entfernt.In the 7 shows the structure after the trenching process. The mask 10 was chosen in such a way that the trench 5 filled with insulating material 6 opens at a first end on an edge 24 of the movable mass 26 after the trench etching and at the opposite, second end on an opposite edge 25 . In this way, the movable structure 26 is divided into two areas 34, 35 which are electrically isolated from each other. The sacrificial layer 9 was completely removed from the surface 23 of the functional layer 2 after the etching.

In der 8 ist das Profil des es im Graben 5 abgelagerten Isolationsmaterials 6 während des Abscheidungsprozesses (bei 60 % SiRiN-Abscheidung) illustriert. Die Schnitte b, c, d und e entsprechen Schnittebenen senkrecht zum Grabenverlauf und geben der Verfüllung an verschiedenen Stellen b, c, d und e entlang des Grabens 5 wieder. Links ist ein Schnitt a auf mittlerer Höhe des Grabens 5 abgebildet. In den breiten Bereichen 18 (Schnitt b) des Grabens 5 hat sich Material 6 am Boden und an den Wänden angelagert, während in der Mitte ein Freiraum bleibt und insbesondere die Öffnung nach oben ist weiterhin frei bleibt. Beim Übergang zum benachbarten schmalen Bereich 17 wird der Freiraum in der Mitte zunächst enger (Schnitt c) und verschwindet schließlich vollständig (Schnitt d). In den schmalen Bereichen 17 (Schnitt e) ist der Zugang von oben vollständig zugewachsen und im Innern verbleibt dadurch ein Hohlraum.In the 8th 1 illustrates the profile of the insulating material 6 deposited in the trench 5 during the deposition process (at 60% SiRiN deposition). Sections b, c, d and e correspond to section planes perpendicular to the course of the ditch and reflect the backfilling at various points b, c, d and e along the ditch 5 . A section a at the middle level of the ditch 5 is shown on the left. In the wide areas 18 (section b) of the trench 5, material 6 has accumulated on the floor and on the walls, while a free space remains in the middle and in particular the opening at the top remains free. At the transition to the adjacent narrow area 17, the free space in the middle first becomes narrower (section c) and finally disappears completely (section d). In the narrow areas 17 (section e), the access from above is completely overgrown, leaving a cavity inside.

In der 9 ist der Zustand des Grabens 5 am Ende des Abscheidungsprozesses (bei 100 % SiRiN-Abscheidung) illustriert. Der Graben 5 ist an allen Stellen (siehe die Schnitte b, c, d und e) entlang seines Verlaufs an der Oberkante zugewachsen. Das gesamte danach abgeschiedene Material erreicht das Innere des Grabens 5 nicht mehr, sondern wächst stattdessen ausschließlich als Schicht auf der Oberfläche der Funktionsschicht 2 auf. In den breiten Bereichen 18 (Schnitt b) bleibt dabei ein relativ großer Hohlraum. In den schmalen Bereichen (Schnitt e) bleibt der in 7 gezeigte Hohlraum unverändert bestehen, da hier keine weitere Materialablagerung stattgefunden hat. Der Freiraum im Zwischenbereich zwischen dem breiten und schmalen Grabenbereichen 17, 18, der im Schnitt c aus 7 noch offen war, ist hier nun vollständig geschlossen, da trotz der verschlossenen Öffnung nach oben weiterhin Material aus den breiten Bereichen in diesen Bereich gelangen konnte.In the 9 the state of the trench 5 at the end of the deposition process (with 100% SiRiN deposition) is illustrated. The ditch 5 has overgrown at all points (see sections b, c, d and e) along its course at the upper edge. All of the material subsequently deposited no longer reaches the interior of the trench 5 but instead grows exclusively as a layer on the surface of the functional layer 2 . A relatively large cavity remains in the wide areas 18 (section b). In the narrow areas (cut e) the in 7 shown cavity remain unchanged, since no further material deposition has taken place here. The free space in the intermediate area between the wide and narrow trench areas 17, 18, which is cut from c 7 was still open is now completely closed here, since despite the closed opening at the top, material from the wide areas could still get into this area.

In den 10 und 11 ist ein mäanderförmiger Verlauf des Isolationsgrabens 5 abgebildet. Der Isolationsgraben 5 weist hier mehrere Teilabschnitte auf, die jeweils in unterschiedliche laterale Richtungen verlaufen. Auf diese Weise lässt sich eine mechanisch sehr robuste Kopplung erreichen, da die Stabilität der Potentialtrennung durch die mäanderförmige Anordnung des Isolationsgrabens 5 stark verbessert wird. Dies ist besondere dann günstig, wenn die Bruchfestigkeit der Isolationsschicht geringer ist als die Bruchfestigkeit der Funktionsschicht 2 oder wenn die Haftkraft zwischen Funktionsschicht 2 und Isolationsschicht gering ist.In the 10 and 11 a meandering course of the isolation trench 5 is shown. The isolation trench 5 here has a plurality of subsections, each of which runs in different lateral directions. In this way, a mechanically very robust coupling can be achieved since the stability of the electrical isolation is greatly improved by the meandering arrangement of the isolation trench 5 . This is particularly favorable when the breaking strength of the insulating layer is lower than the breaking strength of the functional layer 2 or when the adhesive force between the functional layer 2 and the insulating layer is low.

Für Fälle in denen den es schwierig ist, den Isolationsgraben 5 sauber senkrecht oder überhängend herzustellen, ist es günstig den Isolationsgraben 5 in einem Teilabschnitt parallel zur Funktionsschichtkante 19 anzuordnen. Weiter ist es günstig im Prozessverlauf die Oxidkante 20 in diesem Bereich auf der Isolationsschicht vorzusehen. Die breite Bereich, in dem der Isolationsgraben 5 parallel zur Trenchkante läuft, erlaubt eine zuverlässige Isolation der beiden Funktionsschichtbereiche, auch wenn der Isolationsgraben 5 nicht über den gesamten Bereich senkrecht oder überhängend ausgebildet ist.For cases in which it is difficult to produce the isolation trench 5 cleanly in a vertical or overhanging manner, it is favorable to arrange the isolation trench 5 in a partial section parallel to the edge 19 of the functional layer. Furthermore, it is favorable to provide the oxide edge 20 in this area on the insulation layer during the course of the process. The wide area in which the isolation trench 5 runs parallel to the trench edge allows a reliable isolation of the two functional layer areas, even if the isolation trench 5 is not formed vertically or overhanging over the entire area.

In Fällen, bei denen ein besonders schmaler Isolationsgraben 5 genutzt wird und die Justage-Genauigkeit zwischen dem Isolationsgraben 5 und der Oxidschicht 9 gering ist, ist es günstig, wie in 11 gezeigt, den Isolationsgraben 5 möglichst senkrecht aus dem Bereich der Funktionsschicht 2 herauslaufen zu lassen und an seinem Ende eine Verjüngung 21 vorzusehen. Damit kann auch bei einer schlechten Justage zwischen Oxidkante und dem Isolationsgrabenende erreicht werden, dass die Kante der Oxidschicht 9 einerseits immer noch auf der SiRiN-Schicht liegt und andererseits immer noch eine geschlossen SiRiN-Oberfläche in diesem Bereich unterlegt ist, wenn die Kante in die andere Richtung verläuft.In cases where a particularly narrow isolation trench 5 is used and the alignment accuracy between the isolation trench 5 and the oxide layer 9 is low, it is favorable, as in 11 shown to let the isolation trench 5 run out of the region of the functional layer 2 as perpendicularly as possible and to provide a narrowing 21 at its end. This means that even if the alignment between the oxide edge and the end of the isolation trench is poor, the edge of the oxide layer 9 can still lie on the SiRiN layer on the one hand and a closed SiRiN surface on the other hand is still underlaid in this area when the edge goes into the runs in the other direction.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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DE 102013222664 A1 [0004]

Claims

Method of manufacturing a microelectromechanical structure, comprising the following steps: forming a sacrificial layer (3), the sacrificial layer (3) being located above a substrate (4) with respect to a vertical direction and extending in two lateral directions parallel to the substrate (4); Depositing a functional layer (2) on the sacrificial layer (3) and etching at least one trench (5) which extends over the entire thickness of the functional layer (2), the trench (5) having a plurality of narrow and wide regions (17, 18) and a lateral width of the trench (5) is smaller in the narrow areas (17) than in the wide areas (18); Depositing an insulation layer made of electrically insulating material (6), in particular made of silicon-rich nitride, on the functional layer (2) in such a way that the trench (5) is at least partially filled with the electrically insulating material (6); Structuring of the functional layer (2), with recesses being formed in the functional layer (2) by etching in such a way that a lateral shape of a movable mass (26) is uncovered, with the etching being carried out in such a way that the movable mass (26) passes through the at least partially filled trench (5) is divided into at least two regions (34, 35) which are electrically isolated from each other; Removing the sacrificial layer (3) in such a way that the moving mass (26) is exposed.

procedure after claim 1 , wherein the width of the narrow areas (17) is at least 5% smaller than an average trench width and the wide areas (18) are at least 5% larger than the average trench width.

procedure after claim 1 or 2 , wherein the narrow and wide areas (17, 18) alternate along the trench (5), the narrow and wide areas (17, 18) along the trench (5) preferably each having a length that is less than the thickness the functional layer (2).

Method according to one of the preceding claims, in which the insulating layer is etched back over an area below an upper edge (8) of the functional layer (2).

Method according to one of the preceding claims, a further sacrificial layer (9) being deposited on the insulating layer.

procedure after claim 5 , wherein the further sacrificial layer (9) is structured and is used as an etching mask (10) for structuring the functional layer (2), at least one edge of the insulating layer (2) preferably protruding in the lateral direction beyond the etching mask (20).

Method according to one of the preceding claims, in which the further sacrificial layer (9) is partially or completely removed by etching after the functional layer (2) has been structured.

Method according to one of the preceding claims, wherein the trench (5) has at least a first section which runs in a first lateral direction, the trench having at least a second and third section which runs in a second lateral direction, the second and third section ends in particular on a lateral edge (24, 25) of the movable mass (26).

Microelectromechanical structure, in particular a yaw rate sensor, with a movable mass (26) which is arranged above a substrate (4) with respect to a vertical direction and extends in two lateral directions parallel to the substrate (4), the movable mass (26) having at least one Trench (5) which extends over the entire vertical thickness of the movable mass (26), the trench (5) having a plurality of narrow and wide regions (17, 18) and a lateral width of the trench (5) in is smaller in the narrow areas (17) than in the wide areas (18), the trench (5) being at least partially filled with the electrically insulating material (6) and the movable mass (26) being divided into at least two areas (34, 35 ) divided, wherein the two areas (34, 35) are electrically isolated from each other.

Microelectromechanical structure claim 9 , wherein the two areas (34, 35) are electrically conductively contacted in such a way that the two areas (34, 35) can be assigned different electrical potentials.