DE102020211554B3 - Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung mit den Schritten: Strukturieren einer Vielzahl von ersten Gräben (10) durch eine Substratoberfläche (12a) eines monokristallinen Substrats (12) aus mindestens einem Halbleitermaterial mittels eines anisotropen Ätzverfahrens, Abdecken der Seitenwände der Vielzahl von ersten Gräben (10) mit einer Passivierschicht (18), während Bodenbereiche der Vielzahl von ersten Gräben (10) von der Passivierschicht (18) freigehalten oder freigelegt werden, Ätzen mindestens einer ersten Kaverne (20, 22), an welcher die Vielzahl von ersten Gräben (10) mündet, in das monokristalline Substrat (12) mittels eines isotropen Ätzverfahrens, bei welchem ein Ätzmedium des isotropen Ätzverfahrens durch die Vielzahl von ersten Gräben (10) geleitet wird, und Abdecken der Vielzahl von ersten Gräben (10) durch epitaktisches Aufwachsen einer monokristallinen Verschlussschicht (24) auf der Substratoberfläche (12a) des monokristallinen Substrats (12) aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat (12) wobei mindestens eine Halbleiter- und/oder Metallschicht (36a bis 36c) und/oder mindestens eine Isolierschicht (50a bis 50d) als Schichtstapel (52) auf und/oder über der monokristallinen Verschlussschicht (24) gebildet wird, und wobei mindestens eine zweite Kaverne (38a) durch Entfernen zumindest eines Teilbereichs der mindestens einen Halbleiter- und/oder Metallschicht (36a bis 36c) und/oder der mindestens einen Isolierschicht (50a bis 50d) auf einer von der mindestens einen ersten Kaverne (20, 22) weg gerichteten Seite der monokristallinen Verschlussschicht (24) ausgebildet wird, und wobei ein an der mindestens einen zweiten Kaverne (38a) angrenzender Teilbereich einer äußersten Siliziumschicht (36c) des Schichtstapels (52) als verwölbbare Membran (53) ausgebildet wird, und mindestens ein Verbindungskanal (54) gebildet wird, mittels welchem die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats (12) ausgebildete erste Kaverne (20, 22) mit der mindestens einen in dem Schichtstapel eingebetteten zweiten Kaverne (38a) verbunden wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • In der DE 10 2004 043 356 A1 ist ein Verfahren zum Bilden einer getrenchten Kaverne offenbart. Zum Bilden der getrenchten Kaverne wird zuerst eine Vielzahl von Gräben durch eine Substratoberfläche eines Substrats, beispielsweise aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, mittels eines anisotropen Ätzprozesses strukturiert. Anschließend wird mittels eines isotropen Ätzprozesses die getrenchte Kaverne, an welche die Vielzahl von Gräben münden, in das Substrat geätzt, wozu das zum Ausführen des isotropen Ätzprozesses verwendete Ätzmedium durch die Vielzahl von Gräben geleitet wird.
  • Weitere Verfahren zum Bilden von getrenchten Kavernen sind in der US 2012/0018819 A1 und der US 2015/0175409 A1 beschrieben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten zum Ausbilden einer Kaverne/eines Hohlraums in beliebiger Tiefe eines monokristallinen Substrats aus mindestens einem Halbleitermaterial und zum Überspannen/Abdichten der mindestens einen Kaverne mit einer beliebig dicken monokristallinen Verschlussschicht aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass herkömmlicherweise häufig auftretende Einschnürungen einer Kavernenabdeckung bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung nicht auftreten. Ein mittels der vorliegenden Erfindung realisiertes mikromechanisches Bauteil kann deshalb vorteilhaft für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung, wie beispielsweise einen Drucksensor, eingesetzt werden.
  • Die Erfinfung kann außerdem zum Ausbilden mehrerer „Ebenen von Kavernen“ genutzt werden, wobei die mindestens eine erste Kaverne auf einer ersten Seite der monokristallinen Verschlussschicht und die mindestens eine zweite Kaverne auf einer von der mindestens einen ersten Kaverne weg gerichteten zweiten Seite der monokristallinen Verschlussschicht ausgebildet werden.
  • Zusätzlich ist mittels des mindestens einen Verbindungskanals eine „Vergrößerung eines Kavernenvolumens“ realisiert, welche, wie unten genauer erläutert wird, für einen Gasaustausch zwischen der mindestens einen ersten Kaverne und der mindestens einen zweiten Kaverne genutzt werden kann. Damit kann beispielsweise verhindert werden, dass Ausgasungseffekte zu einer Funktionsbeeinträchtigung einer mittels des hergestellten mikromechanischen Bauteils realisierten Sensor- oder Mikrofonvorrichtung führen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird für das monokristalline Substrat aus Silizium die monokristalline Verschlussschicht als eine monokristalline Siliziumschicht epitaktisch aufgewachsen. Damit ist das epitaktische Aufwachsen der jeweiligen monokristallinen Siliziumschicht leicht ausführbar.
  • Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem entsprechenden mikromechanischen Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung gewährleistet.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
    • 1A bis 1C schematische Darstellungen von Schichtfolgen zum Erläutern von Verfahrensschritten, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fallen;
    • 2 eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
    • 3 eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
    • 4a und 4b schematische Darstellungen eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
    • 5 eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
    • 6A und 6B schematische Darstellungen von Schichtfolgen zum Erläutern von Verfahrensschritten, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fallen;
    • 7 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils;
    • 8a und 8b schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils; und
    • 9 eine schematische Darstellung einer drittenAusführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1A bis 1C zeigen schematische Darstellungen von Verfahrensschritten, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fallen.
  • Bei dem im Weiteren beschriebenen Herstellungsverfahren werden eine Vielzahl von Gräben 10 durch eine Substratoberfläche 12a eines monokristallinen Substrats 12 aus mindestens einem Halbleitermaterial strukturiert. Das Strukturieren der Vielzahl von Gräben 10 erfolgt mittels eines anisotropen Ätzverfahrens. Das monokristalline Substrat 12 kann beispielsweise ein monokristallines Siliziumsubstrat sein. Zum Strukturieren der Vielzahl von Gräben 10 kann in diesem Fall jedes aus dem Stand der Technik für ein monokristallines Siliziumsubstrat bekanntes anisotropes Ätzverfahren ausgeführt werden.
  • Vor dem Strukturieren der Gräben 10 kann eine Ätzmaske 14 auf der Substratoberfläche 12a des monokristallinen Substrats 12 gebildet werden, deren durchgehende Aussparungen 16 die Positionen, Formen und Ausdehnungen der später geätzten Gräben 10 festlegen. Die Ätzmaske 14 kann beispielsweise aus Siliziumdioxid sein, welches bei einem monokristallinen Substrat 12 aus Silizium insbesondere mittels einer thermischen Oxidation erzeugt sein kann. Zum Ausbilden der durchgehenden Aussparungen 16 in der Ätzmaske 14 können Standard-Halbleiterprozesse ausgeführt werden. Dann können die Gräben 10 mit mindestens einer Höhe h, welche jeweils mittels einer Dauer des isotropen Ätzverfahrens festlegbar ist, geätzt werden.
  • Die Seitenwände der Vielzahl von Gräben 10 werden nach deren Ausbildung mit einer Passivierschicht 18 abgedeckt, während Bodenbereiche der Vielzahl der Gräben 10 von der Passivierschicht 18 freigehalten oder freigelegt werden. Die Passivierschicht 18 kann beispielsweise eine Siliziumdioxidschicht sein, welche bei einem monokristallinen Substrat 12 aus Silizium insbesondere durch thermische Oxidation gebildet sein kann, wobei anschließend die Bodenbereiche der Gräben 10 mittels eines anisotropen Ätzprozesses, wie beispielsweise eines anisotropen Plasmaätzprozesses, von der Passivierschicht 18 freigelegt werden können. (Mittels einer ausreichenden Schichtdicke der Ätzmaske 14 aus Siliziumdioxid kann ein unerwünschtes Freilegen der Substratoberfläche 12a während des anisotropen Ätzprozesses verhindert werden.) Als Alternative zu einer Passivierschicht 18 aus Siliziumdioxid kann auch eine Polymerschicht als Passivierschicht 18 verwendet werden.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt wird mindestens eine Kaverne 20 und 22, an welche die Vielzahl von Gräben 10 münden, in das monokristalline Substrat 12 mittels eines isotropen Ätzverfahrens, bei welchem ein Ätzmedium des isotropen Ätzverfahrens durch die Vielzahl von Gräben 10 geleitet wird, geätzt. 1A zeigt ein Zwischenprodukt des Herstellungsverfahrens nach dem Ätzen der mindestens einen Kaverne 20 und 22.
  • Als das isotrope Ätzverfahren kann beispielsweise ein Plasmaätzprozess, wie speziell ein SF6-Plasmaätzprozess, oder ein Gasphasenätzprozess, insbesondere ein CIF3- Gasphasenätzprozess oder ein XeF2-Gasphasenätzprozess, ausgeführt werden. Alle hier genannten isotropen Ätzverfahren stellen sicher, dass bei einem monokristallinen Substrat 12 aus Silizium Material des monokristallinen Substrats 12 ausgehend von den freigehaltenen oder freigelegten Bodenbereichen der Gräben 10 isotrop entfernt wird. Durch einen ausreichend kleinen Abstand zwischen zwei benachbarten Gräben 10 kann sichergestellt werden, dass die von den jeweiligen Bodenbereichen der Gräben 10 ausgehenden Ätzfronten sich treffen.
  • Wenn das Ätzen der mindestens einen Kaverne 20 und 22 unter Verwendung der Ätzmaske 14 und/oder der Passivierschicht 18 erfolgt, werden die Ätzmaske 14 und/oder die Passivierschicht 18 nach dem Ätzen der mindestens einen Kaverne 20 und 22 entfernt. Sofern die Ätzmaske 14 und/oder die Passivierschicht 18 aus Siliziumdioxid sind, kann z.B. ein HF-Gasphasenätzen zum verlässlichen Entfernen der jeweiligen Schicht 14 oder 18 ausgeführt werden. An der Substratoberfläche 12a, an den Seitenwänden der Gräben 10 und evtl. auch an den Seitenwänden der mindestens einen Kaverne 20 und 22 liegen nun monokristalline Oberflächen aus dem mindestens einen Halbleitermaterial des monokristallinen Substrats 12 frei vor. Deshalb kann die Vielzahl von Gräben 10 durch epitaktisches Aufwachsen einer monokristallinen Verschlussschicht 24 aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat 12 auf der Substratoberfläche 12a des monokristallinen Substrats 12 abgedeckt werden. Insbesondere dann die Vielzahl von Gräben 10 durch epitaktisches Aufwachsen der monokristallinen Verschlussschicht 24 aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat 12 vollständig verfüllt/verschlossen werden. Zum Beispiel wird für das monokristalline Substrat 12 aus Silizium die monokristalline Verschlussschicht 24 als eine monokristalline Siliziumschicht epitaktisch aufgewachsen. Optionaler Weise kann nach dem epitaktischen Abscheiden der monokristallinen Verschlussschicht 24 noch eine Temperung ausgeführt werden, um unerwünschte Topografien/Spitzen in der mindestens einen Kaverne 20 und 22 zu glätten. Evtl. wird bis zum vollständigen Verschluss der Vielzahl von Gräben 10 auch an den Wänden der mindestens einen Kaverne 20 und 22 eine monokristalline Siliziumschicht epitaktisch aufgewachsen.
  • 1B zeigt ein Zwischenprodukt des Herstellungsverfahrens nach dem epitaktischen Aufwachsen der monokristallinen Verschlussschicht 24 aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat 12, wodurch die Gräben 10 an der Substratoberfläche 12a mit der aufgewachsenen Verschlussschicht 24 verschlossen werden. Sofern gewünscht, können die Gräben 10 an der Substratoberfläche 12a mit der aufgewachsenen Verschlussschicht 24 vollständig verfüllt werden. Nach dem Verschließen der Gräben 10 kann kein weiteres Material mehr an den Wänden der mindestens einen Kaverne 20 und 22 epitaktisch aufwachsen. Die mindestens eine Kaverne 20 und 22 kann deshalb als ein Hohlraum bezeichnet werden, welcher allseitig von dem mindestens einen Halbleitermaterial des monokristallinen Substrats 12 in monokristalliner Form umgeben ist.
  • 1Ca und 1Cb zeigen das mikromechanische Bauteil nach einem (optionalen) Strukturieren einer Zugangsöffnung 26 durch die monokristalline Verschlussschicht 24, wobei 1Ca einen Querschnitt durch die monokristalline Verschlussschicht 24 und 1Cb eine Draufsicht auf die monokristalline Verschlussschicht zeigen. Alternativ kann die Zugangsöffnung 26 jedoch auch durch eine von der Substratoberfläche 12a weg gerichtete Rückseite 12b des monokristallinen Substrats 12 strukturiert werden.
  • Nach dem Strukturieren der Zugangsöffnung 26 kann z.B. eine erste Kaverne 22, an welcher die Zugangsöffnung 26 mündet, für eine zweite Kaverne 20, an welcher die erste Kaverne 22 mündet, als Zugangskanal 22 genutzt werden. Die zweite Kaverne 20 kann beispielsweise als Sensorkaverne 20 des mikromechanischen Bauteils genutzt werden. Die Position der Mündung des mindestens einen Zugangskanals 22 in die mindestens eine zweite Kaverne 20 kann so gewählt werden, dass eine stressbedingte Beeinflussung der Funktion und/oder der mechanischen Stabilität eines später als Membran 24m genutzten Bereichs der monokristallinen Verschlussschicht 24 minimiert/ausgeschlossen werden kann. Über die Zugangsöffnung 26 und den Zugangskanal 22 kann ein definierter Innendruck in der Sensorkaverne 20 eingestellt und/oder mindestens ein Gas in die Sensorkaverne 20 eingebracht werden. Nach dem Einstellen des gewünschten Innendrucks und/oder dem Einbringen des mindestens einen Gases in die Sensorkaverne 20 kann die Zugangsöffnung 26 mediendicht verschlossen werden. Dies kann beispielsweise mithilfe eines Laser-Reseal-Verfahrens durch Aufschmelzen des mindestens einen Halbleitermaterials des monokristallinen Substrats 12 und/oder der Verschlussschicht 24 im Bereich der Zugangsöffnung 26 erfolgen.
  • Beispielhaft wird das in 1Ca und 1Cb dargestellte mikromechanische Bauteil als Drucksensor eingesetzt, wozu ein die Sensorkaverne 20 abdeckender Teilbereich 24m der monokristallinen Verschlussschicht 24 als drucksensitive Membran 24m genutzt wird. In einem weiteren optionalen Verfahrensschritt kann noch mindestens ein (nicht dargestellter) piezoresistiver Widerstand in den als drucksensitive Membran 24m genutzten Teilbereich 24m der monokristallinen Verschlussschicht 24 eingebracht werden. Das mikromechanische Bauteil der 1Ca und 1Cb kann somit insbesondere ein piezoresistiver Drucksensor sein.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
  • Das in 2 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil ist mittels der anhand der 1A und 1B erläuterten Verfahrensschritte hergestellt. Es umfasst deshalb ein monokristallines Substrat 12 aus mindestens einem Halbleitermaterial, wobei eine Vielzahl von Gräben 10 durch eine Substratoberfläche 12a des monokristallinen Substrats 12 strukturiert sind, welche an mindestens einer in das monokristalline Substrat 12 geätzten Kaverne 20a und 20b münden, wobei eine auf der Substratoberfläche 12a des monokristallinen Substrats 12 epitaktisch aufgewachsene monokristalline Verschlussschicht 24 aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat 12 die Vielzahl von Gräben 10 abdeckt. Insbesondere kann die Vielzahl von Gräben 10 durch die epitaktisch aufgewachsene monokristalline Verschlussschicht 24 vollständig verfüllt/verschlossen sein. Wie in 2 erkennbar ist, können auch mehrere Kavernen 20a und 20b, welche nicht ineinander münden, mittels der oben erläuterten Verfahrensschritte in dem monokristallinen Substrat 12 ausgebildet sein/werden. Zwischen zwei benachbarten, jedoch nicht ineinander mündenden Kavernen 20a und 20b kann jeweils ein Trennbereich 28 aus dem mindestens einen Halbleitermaterial des monokristallinen Substrats 12 vorliegen.
  • Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 2 wird auf die Beschreibung der 1A bis 1C verwiesen.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
  • Bei dem mikromechanischen Bauteil der 3 sind eine erste Kaverne 20c und eine zweite Kaverne 20d in unterschiedlichen Höhenlagen mittels der anhand der 1A und 1B erläuterten Verfahrensschritte innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildet. Dazu sind erste Gräben 10c, welche an der ersten Kaverne 20c münden, mit einer ersten Höhe hc ausgebildet, welche ungleich einer zweiten Höhe hd von an der Kaverne 20d mündenden zweiten Gräben 10d ist. Wahlweise können auf diese Weise die Kavernen 20c und 20d so zueinander angeordnet werden, dass sie ineinander münden oder voneinander getrennt vorliegen.
  • Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 3 wird auf die Beschreibung der 1A bis 1C und der 2 verwiesen.
  • 4a und 4b zeigen schematische Darstellungen eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
  • Wie anhand der 4a, welche einen Querschnitt durch die monokristalline Verschlussschicht 24 zeigt, erkennbar ist, kann man mittels der im Zusammenhang mit den 1A und 1B erläuterten Verfahrensschritte auch eine erste Kaverne 20e und eine zweite Kaverne 20f innerhalb des monokristallinen Substrats 12 derart ausbilden, dass eine senkrecht zu der Substratoberfläche 12a des monokristallinen Substrats 12 ausgerichtete erste Ausdehnung ae der ersten Kaverne 20e ungleich einer senkrecht zu der Substratoberfläche 12a ausgerichteten zweiten Ausdehnung af der zweiten Kaverne 20f ist. Eine erste Zugangsöffnung 26e und eine zweite Zugangsöffnung 26f sind jeweils so durch die Rückseite 12b des monokristallinen Substrats 12 strukturiert, dass beispielsweise eine gasförmiges oder flüssiges Medium durch die erste Zugangsöffnung 26e und einen ersten Zugangskanal 22a in eine die Kaverne 20e, von dort über einen zweiten Zugangskanal 22b in die zweite Kaverne 20f und von dort über einen dritten Zugangskanal 22c und die zweite Zugangsöffnung 26f wieder heraus geleitet werden kann. Das Leiten des gasförmigen oder flüssigen Mediums kann auch in umgekehrter Richtung erfolgen.
  • Beispielhaft ist das mikromechanische Bauteil der 4a und 4b als ein mikromechanischer Staudrucksensor realisiert, wobei ein die Sensorkaverne 20e abdeckender erster Teilbereich 24e der monokristallinen Verschlussschicht 24 als erste drucksensitive Membran 24e und ein die Sensorkaverne 20f abdeckender zweiter Teilbereich 24f der monokristallinen Verschlussschicht 24 als zweite drucksensitive Membran 24f genutzt werden (siehe Draufsicht auf die monokristalline Verschlussschicht 24 in 4b). Während mittels der ersten drucksensitiven Membran 24e ein erster Druck p1 des gasförmigen oder flüssigen Mediums gemessen wird, wird mittels der zweiten drucksensitiven Membran 24f ein zweiter Druck p2 des gasförmigen oder flüssigen Mediums ermittelt. Bedingt dadurch, dass eine senkrecht zu der Substratoberfläche 12a des monokristallinen Substrats 12 ausgerichtete erste Ausdehnung ae der ersten Kaverne 20e ungleich einer senkrecht zu der Substratoberfläche 12a ausgerichteten zweiten Ausdehnung af der zweiten Kaverne 20f ausgebildet ist, kommt es beim Durchleiten eines gasförmigen oder flüssigen Mediums durch die erste Zugangsöffnung 26e und die zweite Zugangsöffnung 26f zur Ausbildung des ersten Drucks p1 und einer ersten Fließgeschwindigkeit v1 des gasförmigen oder flüssigen Mediums im Bereich der ersten drucksensitiven Membran 24e und der Ausbildung des zweiten Drucks p2 und einer zweiten Fließgeschwindigkeit v2 des gasförmigen oder flüssigen Mediums im Bereich der zweiten drucksensitiven Membran 24f. Der gemessene Druckunterschied zwischen dem ersten Druck p1 und dem zweiten Druck p2 kann unter Zuhilfenahme der bekannten bernoullischen Gleichung dazu verwendet, werden die Fließgeschwindigkeiten v1 und v2 und/oder den Volumenstrom des durchgeleiteten gasförmigen oder flüssigen Mediums zu bestimmen.
  • Zur Bestimmung des ersten Drucks p1 und des zweiten Drucks p2 kann mindestens ein (nicht dargestellter) piezoresistiver Widerstand sowohl in den als erste drucksensitive Membran 24e genutzten ersten Teilbereich 24e der monokristallinen Verschlussschicht 24 als auch in den als zweite drucksensitive Membran 24f genutzten zweiten Teilbereich 24f der monokristallinen Verschlussschicht 24 integriert sein. Auf diese Weise ist ein piezoelektrischer Staudrucksensor realisiert. Unter Zuhilfenahme eines weiteren (nicht dargestellten) Schichtaufbaus können der erste Druck p1 und der zweite Druck p2 auch kapazitiv bestimmt werden.
  • Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 4a und 4b wird auf die Beschreibung der 1A bis 1C und der 2 verwiesen.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
  • Wie in 5 schematisch wiedergegeben ist, kann optionaler Weise noch eine mikromechanische und/oder mikroelektrische Schaltung 30 auf der Rückseite 12b des monokristallinen Substrats 12 ausgebildet sein/werden. Außerdem kann das mikromechanische Bauteil mittels einer die monokristalline Verschlussschicht 24 kontaktierenden Bondverbindung 32, wie beispielsweise einer eutektischen Bondverbindung, Sealglasverbindung, Klebeverbindung oder einer Lötverbindung an einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) 34 oder einer Gehäusefläche befestigt sein/werden. Einer Einkopplung von Stress in das monokristalline Substrat 12 kann dadurch verlässlich entgegengewirkt werden. Die Leiterplatte 34 kann beispielsweise eine Keramikleiterplatte sein.
  • Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 5 wird auf die Beschreibung der 1A bis 1C und der 2 verwiesen.
  • 6A und 6B zeigen schematische Darstellungen von Schichtfolgen zum Erläutern von Verfahrensschritten, welche nicht unter die vorliegende Erfindung fallen.
  • Bei dem mittels der 6A und 6B schematisch wiedergegebenen Herstellungsverfahren werden nach einem Ausführen der im Zusammenhang mit den 1A und 1B erläuterten Verfahrensschritte die gleichen Verfahrensschritte auf/bei der epitaktisch aufgewachsenen monokristallinen Verschlussschicht 24 nochmals angewandt. 6A zeigt ein Zwischenprodukt des Herstellungsverfahrens nach einem Ausbilden mindestens einer weiteren Kaverne 38 in einer die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildeten Kaverne 20 überdeckenden/verschließenden monokristallinen Verschlussschicht 24. Nach einem weiteren Ausführen der im Zusammenhang mit den 1A und 1B erläuterten Verfahrensschritte auf/bei der epitaktisch aufgewachsenen monokristallinen Verschlussschicht 24 kann optional mindestens eine Halbleiter- und/oder Metallschicht und/oder mindestens eine Isolierschicht auf und/oder über der monokristallinen Verschlussschicht 48 gebildet/abgeschieden werden.
  • Beispielhaft wird bei der hier beschriebenen Ausführungsform eine monokristalline Verschlussschicht 24 mit einer Dicke hergestellt, die die Herstellung einer weiteren Kaverne 38 in der Verschlussschicht 24 ermöglicht. Alternativ kann auf der Verschlussschicht 24 eine weitere monokristalline Schicht aufgewachsen werden, um eine ausreichend dicke monokristalline Schicht zu erzeugen. Die eine weitere monokristalline Schicht kann aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat 12 und/oder mindestens einen anderen Halbleitermaterial (als die mindestens eine Halbleiterschicht) auf der monokristallinen Verschlussschicht 24 gebildet/abgeschieden werden. Auch die weitere monokristalline Schicht kann z.B. aus Silizium sein. Bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren werden außerdem zum Bilden der mindestens einen weiteren Kaverne 38 zuerst eine Vielzahl von Gräben 40 durch eine Oberfläche 24a der monokristallinen Verschlussschicht 24 strukturiert. Das Strukturieren der Vielzahl von Gräben 40 erfolgt mittels eines weiteren anisotropen Ätzverfahrens, vorzugsweise unter Verwendung einer Ätzmaske 42 mit darin ausgebildeten durchgehenden Aussparungen 44. Zum Strukturieren der Vielzahl von Gräben 40 kann bei einer monokristallinen Verschlussschicht 24 aus Silizium jedes aus dem Stand der Technik für dieses Material bekannte anisotrope Ätzverfahren ausgeführt werden. Die Ätzmaske 42 kann beispielsweise aus Siliziumdioxid sein, welches bei einer monokristallinen Verschlussschicht 24 aus Silizium insbesondere mittels einer thermischen Oxidation erzeugt sein kann. Seitenwände der Vielzahl von Gräben 40 werden dann mit einer weiteren Passivierschicht 46 abgedeckt, während Bodenbereiche der Vielzahl von Gräben 40 von der weiteren Passivierschicht 46 freigehalten oder freigelegt werden. Die Passivierschicht 46 kann beispielsweise eine Siliziumdioxidschicht, bei einer monokristallinen Verschlussschicht 24 aus Silizium insbesondere eine durch thermische Oxidation gebildete Siliziumdioxidschicht, oder eine Polymerschicht sein.
  • Anschließend wird die mindestens eine weitere Kaverne 38 mittels eines weiteren isotropen Ätzverfahrens, bei welchem ein Ätzmedium des weiteren isotropen Ätzverfahrens durch die Vielzahl von Gräben 40 geleitet wird, in die monokristalline Verschlussschicht 24 geätzt. Als das weitere isotrope Ätzverfahren kann beispielsweise ein Plasmaätzprozess, wie speziell ein SF6-Plasmaätzprozess, oder ein Gasphasenätzprozess, insbesondere ein CIF3-Gasphasenätzprozess oder ein XeF2-Gasphasenätzprozess, ausgeführt werden.
  • Wenn das Ätzen der mindestens einen weiteren Kaverne 38 unter Verwendung der Ätzmaske 42 und/oder der Passivierschicht 46 erfolgt, werden die Ätzmaske 42 und/oder die Passivierschicht 46 nach dem Ätzen der mindestens einen weiteren Kaverne 38 entfernt. Sofern die Ätzmaske 42 und/oder die Passivierschicht 46 aus Siliziumdioxid sind, kann z.B. ein HF-Gasphasenätzen zum verlässlichen Entfernen der jeweiligen Schichten 42 oder 46 ausgeführt werden.
  • 6B zeigt das mikromechanische Bauteil nach einem epitaktischen Aufwachsen einer weiteren monokristallinen Verschlussschicht 48 auf der Oberfläche 24a der monokristallinen Verschlussschicht 24 aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie die monokristalline Verschlussschicht 24, wodurch die Vielzahl von Gräben 40 abgedeckt wird. Sofern die monokristalline Verschlussschicht 24 aus Silizium ist, wird eine monokristalline Siliziumschicht als die weitere monokristalline Verschlussschicht 48 epitaktisch aufgewachsen. Optionaler Weise kann nach dem epitaktischen Abscheiden der weiteren monokristallinen Verschlussschicht 48 noch eine Temperung ausgeführt werden, um unerwünschte Topografien/Spitzen in der mindestens einen weiteren Kaverne 38 zu glätten. Die zu den Figuren 6a und 6b führenden Verfahrens-/Herstellschritte können zur Erzeugung weiterer Kavernen beliebig oft durchgeführt werden.
  • Bezüglich weiterer Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens der 6A und 6B wird auf die Beschreibung der 1A bis 1C verwiesen.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils.
  • Das in 7 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil weist als Weiterbildung zu den zuvor erläuterten Ausführungsformen noch mindestens eine Halbleiter- und/oder Metallschicht 36a bis 36c und/oder mindestens eine Isolierschicht 50a bis 50d als Schichtstapel 52 auf einer von der mindestens einen innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildeten Kaverne 20 weg gerichteten Seite seiner monokristallinen Verschlussschicht 24 auf. Außerdem umgeben die mindestens eine Halbleiter- und/oder Metallschicht 36a bis 36c und/oder die mindestens eine Isolierschicht 50a bis 50d mindestens eine weitere Kaverne 38a. Lediglich beispielhaft weist der Schichtstapel 52 als die mindestens eine Halbleiter- und/oder Metallschicht 36a bis 36c eine erste Siliziumschicht 36a, eine zweite Siliziumschicht 36b und eine von der monokristallinen Verschlussschicht 24 weg gerichtete dritte Siliziumschicht 36c als äußerste Siliziumschicht 36c des Schichtstapels 52 auf, wobei ein an der Kaverne 38a angrenzender Teilbereich der dritten Siliziumschicht 36c als verwölbbare Membran 53 ausgebildet werden kann. Als die mindestens eine Isolierschicht 50a bis 50d umfasst der Schichtstapel 52 beispielhaft eine die monokristalline Verschlussschicht 24 zumindest teilweise abdeckende erste Siliziumdioxidschicht 50a, eine zwischen der ersten Siliziumdioxidschicht 50a und der ersten Siliziumschicht 36a angeordnete siliziumreiche Siliziumnitridschicht 50b, eine zwischen der ersten Siliziumschicht 36a und der zweiten Siliziumschicht 36b angeordnete zweite Siliziumdioxidschicht 50c und eine zwischen der zweiten Siliziumschicht 36b und der dritten Siliziumschicht 36d angeordnete dritte Siliziumdioxidschicht 50d. Die hier genannten Schichten 36a bis 36c und 50a bis 50d sind jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
  • Das in 7 dargestellte mikromechanische Bauteil kann mittels der im Zusammenhang mit den 1A, 1B, 6A und 6B erläuterten Verfahrensschritte hergestellt werden. Dabei wird auch mindestens ein Verbindungskanal 54 gebildet, mittels welchem die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildete Kaverne 20 mit der mindestens einen in dem Schichtstapel 52 eingebetteten Kaverne 38a verbunden wird.
  • Somit ist die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildete Kaverne 20 über den mindestens einen Verbindungskanal 54 mit der in dem Schichtstapel 52 eingebetteten Kaverne 38a verbunden. Durch den mindestens einen gezielt eingebrachten Verbindungskanal 54 ist ein Gasaustausch zwischen der mindestens einen in dem Schichtstapel 52 eingebetteten Kaverne 38a und der mindestens einen innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildeten Kaverne 20 möglich. Ausgasende Stoffe, wie beispielsweise Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff (z.B. ausgegast aus TEOS, Tetraethylorthosilicat), Dotierstoffe und sich bildende kohlenstoffhaltige Gase, wie insbesondere Methan oder Ethan, können sich somit über den mindestens einen Verbindungskanal 54 miteinander verbundener Kavernen 20 und 38a in einem größeren Volumen verteilen. Man kann den Zusammenschluss der Kavernen 20 und 38a über den mindestens einen Verbindungskanal 54 auch als eine „Volumenvergrößerung“ der Kaverne 38a umschreiben. Eine gleiche Menge an ausgasenden Stoffen führt in einem entsprechend größeren Kavernenvolumen zu einer geringeren Änderung des Innendrucks. Ausgasungseffekte innerhalb der Kaverne 38a, wie sie insbesondere bei höheren Temperaturen auftreten, haben deshalb kaum einen Einfluss auf mittels der verwölbbaren Membran 53 ausgeführte Druckmessungen.
  • Ausgasungseffekte führen bei herkömmlichen Drucksensoren häufig zu einer Erhöhung eines Innendrucks in einem Hohlraum des jeweiligen Drucksensors und damit zu einer Drift von Sensorsignalen des jeweiligen Drucksensors. Demgegenüber ist bei dem mikromechanischen Bauteil der 7 die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildete Kaverne 20 als „vergrabener Hohlraum“ zur „Vergrößerung des Kavernenvolumens“ der mindestens einen in dem Schichtstapel 52 eingebetteten Kaverne 38a nutzbar. Hierdurch ist eine „Volumenvergrößerung“ der mindestens einen in dem Schichtstapel 52 eingebetteten Kaverne 38a erreicht, welche Auswirkungen von Ausgangseffekten abschwächt. Entsprechend führen die ausgasenden Stoffe kaum zu einer Beeinträchtigung einer Sensorfunktion und/oder einer Sensorsignalstabilität bei einem Ausführen von Druckmessungen mittels der die Kaverne 38a begrenzenden verwölbbaren Membran 53.
  • Als vorteilhafte Weiterbildung können die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildete Kaverne 20 und der mindestens eine Verbindungskanal 54 auch dazu genutzt werden, ein Ätzgas von außerhalb des mikromechanischen Bauteils in das Volumen der mindestens einen späteren Kaverne 38a des Schichtstapels 52 zu leiten, um die mindestens eine in dem Schichtstapel 52 eingebettete Kaverne 38a freizulegen. Zum Freilegen der mindestens einen in dem Schichtstapel 52 eingebetteten Kaverne 38a kann z.B. ein Opferoxidschichtätzen, wie insbesondere ein HF-Gasphasenätzen, ausgeführt werden. Außerdem tragen die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildete Kaverne 20 und der mindestens eine Verbindungskanal 54 auch zur Stressentkopplung des mikromechanischen Bauteils bei.
  • Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 7 wird auf die Beschreibung der 1A bis 1C, der 2 und der 6A und 6B verwiesen.
  • 8a und 8b zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils.
  • Auch bei dem in den 8a und 8b schematisch dargestellten mikromechanischen Bauteil ist über den mindestens einen Verbindungskanal 54 ein Gasaustausch zwischen der mindestens einen in dem Schichtstapel 52 eingebetteten Kaverne 38a und der mindestens einen innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildeten Kaverne 20b möglich, so dass ausgasende Stoffe kaum einen Einfluss auf einen Innendruck in der für Druckmessungen verwendeten Kaverne 38a haben. Eine an der Kaverne 20b mündende Zugangsöffnung 26 kann mittels eines Verschlusses 55 mediendicht abgedichtet sein.
  • Außerdem ist ein mit der für Druckmessungen verwendeten Kaverne 38a bestückter Sensierbereich 56 mittels eines den Sensierbereich 56 zumindest teilweise umlaufender Trenchgrabens 58 und mittels einer auf einer von der verwölbbaren Membran 53 der Kaverne 38a weg gerichteten Seite ausgebildeten Kaverne 20a, welche innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildet ist und an welcher der Trenchgraben 58 mündet, von einem Restbereich des mikromechanischen Bauteils getrennt/isoliert. Mittels des Trenchgrabens 58 und der innerhalb des monokristallinen Substrats 12 ausgebildeten Kaverne 20a ist damit eine stressarme Aufhängung des Sensierbereichs 56 realisiert.
  • Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 8a und 8b wird auf die Beschreibung der 1A bis 1C, der 2, der 6A und 6B und der 7 verwiesen.
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils.
  • Das in 9 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil ist eine Kombination der Ausführungsformen der 6B und der 7. Dazu umfasst das mikromechanische Bauteil eine monokristalline Verschlussschicht 24 mit einer Dicke, die die Herstellung mindestens einer Kaverne 38 innerhalb der monokristallinen Verschlussschicht 24 ermöglicht. Eine Vielzahl von durch die Oberfläche 24a der monokristallinen Verschlussschicht 24 strukturierten zweiten Gräben 40, welche an mindestens einer in der monokristallinen Verschlussschicht 24 eingebetteten Kaverne 38 münden, sind mit einer auf der Oberfläche 24a der monokristalline Verschlussschicht 24 epitaktisch aufgewachsenen weiteren monokristallinen Verschlussschicht 48 aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie die monokristalline Schicht 36 abgedeckt, insbesondere vollständig verfüllt/verschlossen. Zusätzlich ist der oben schon beschriebene Schichtstapel 52 mit mindestens einer in dem Schichtstapel 52 ausgebildeten Kaverne 20 auf der weiteren monokristallinen Verschlussschicht 48 gebildet.
  • Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 9 wird auf die Beschreibung der 1A bis 1C, der 2, der 6A und 6B, der 7 und der 8a und 8b verwiesen.
  • Die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile und die mittels der oben erläuterten Herstellungsverfahren gewonnenen Produkte können als (Teile von) Drucksensoren, wie piezoresistiven Drucksensoren oder kapazitiven Drucksensoren, Temperatursensoren, Mikrospiegeln, mikromechanischen Ventilen, mikromechanischen Pumpen und/oder Inertialsensoren eingesetzt werden.
  • Als Weiterbildung können bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen noch lokale Stützstrukturen (z.B. aus Silizium) in den Kavernen 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 22, 38 und 38a zur Erhöhung der Stabilität der Verschlussschicht 24 oder 48, bzw. der mit ihr hergestellten Membranstrukturen, ausgebildet sein. Die Ausdehnungen, Positionen und Formen der lokalen Stützstrukturen können mit einer großen Designfreiheit gewählt werden. Alternativ können bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen die Kavernen 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 22, 38 und 38a und der Sensierbereich 56 mittels eines zumindest teilweise umlaufendem Trenchgraben 58 als stressoptimierter-entkoppelter Sensierbereichs 56 weitergebildet sein.
  • Es wird hier nochmals darauf hingewiesen, dass die Kavernen 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 22, 38 und 38a an beliebigen Positionen der jeweiligen Ausführungsform und mit einer Vielzahl verschiedener Formen ausgebildet sein können. Ebenso wird nochmals daran erinnert, dass die Kavernen 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 22, 38 und 38a und ihre Zugangskanäle 22, 22a, 22b und 22c außer zur Volumenerweiterung auch als Zuführung für ein Opferschichtätzmedium genutzt werden können.

Claims (3)

  1. Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung mit den Schritten: Strukturieren einer Vielzahl von ersten Gräben (10) durch eine Substratoberfläche (12a) eines monokristallinen Substrats (12) aus mindestens einem Halbleitermaterial mittels eines anisotropen Ätzverfahrens; Abdecken der Seitenwände der Vielzahl von ersten Gräben (10) mit einer Passivierschicht (18), während Bodenbereiche der Vielzahl von ersten Gräben (10) von der Passivierschicht (18) freigehalten oder freigelegt werden; Ätzen mindestens einer ersten Kaverne (20, 22), an welcher die Vielzahl von ersten Gräben (10) mündet, in das monokristalline Substrat (12) mittels eines isotropen Ätzverfahrens, bei welchem ein Ätzmedium des isotropen Ätzverfahrens durch die Vielzahl von ersten Gräben (10) geleitet wird; und Abdecken der Vielzahl von ersten Gräben (10) durch epitaktisches Aufwachsen einer monokristallinen Verschlussschicht (24) auf der Substratoberfläche (12a) des monokristallinen Substrats (12) aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat (12); wobei mindestens eine Halbleiter- und/oder Metallschicht (36a bis 36c) und/oder mindestens eine Isolierschicht (50a bis 50d) als Schichtstapel (52) auf und/oder über der monokristallinen Verschlussschicht (24) gebildet wird, und wobei mindestens eine zweite Kaverne (38a) durch Entfernen zumindest eines Teilbereichs der mindestens einen Halbleiter- und/oder Metallschicht (36a bis 36c) und/oder der mindestens einen Isolierschicht (50a bis 50d) auf einer von der mindestens einen ersten Kaverne (20, 22) weg gerichteten Seite der monokristallinen Verschlussschicht (24) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der mindestens einen zweiten Kaverne (38a) angrenzender Teilbereich einer äußersten Siliziumschicht (36c) des Schichtstapels (52) als verwölbbare Membran (53) ausgebildet wird, und mindestens ein Verbindungskanal (54) gebildet wird, mittels welchem die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats (12) ausgebildete erste Kaverne (20, 22) mit der mindestens einen in dem Schichtstapel eingebetteten zweiten Kaverne (38a) verbunden wird.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei auf das monokristalline Substrat (12) aus Silizium die monokristalline Verschlussschicht (24) als eine monokristalline Siliziumschicht epitaktisch aufgewachsen wird.
  3. Mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung mit: einem monokristallinen Substrat (12) aus mindestens einem Halbleitermaterial, wobei eine Vielzahl von ersten Gräben (10) durch eine Substratoberfläche (12a) des monokristallinen Substrats (12) strukturiert sind, welche an mindestens einer in das monokristalline Substrat (12) geätzten ersten Kaverne (20, 22) münden; und einer auf der Substratoberfläche (12a) des monokristallinen Substrats (12) epitaktisch aufgewachsenen monokristallinen Verschlussschicht (24) aus dem mindestens einen gleichen Halbleitermaterial wie das monokristalline Substrat (12), welche die Vielzahl von ersten Gräben (10) abdeckt; wobei das mikromechanische Bauteil mindestens eine Halbleiter- und/oder Metallschicht (36a bis 36c) und/oder mindestens eine Isolierschicht (50a bis 50d) als Schichtstapel (52) auf einer von der mindestens einen ersten Kaverne (20, 22) weg gerichteten Seite der monokristallinen Verschlussschicht (24) aufweist, und wobei die mindestens eine Halbleiter- und/oder Metallschicht (36a bis 36c) und/oder die mindestens eine Isolierschicht (50a bis 50d) mindestens eine zweite Kaverne (38a) umgeben, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der mindestens einen zweiten Kaverne (38a) angrenzender Teilbereich einer äußersten Siliziumschicht (36c) des Schichtstapels (52) als verwölbbare Membran (53) ausgebildet ist, und mindestens ein Verbindungskanal (54) gebildet ist, mittels welchem die mindestens eine innerhalb des monokristallinen Substrats (12) ausgebildete erste Kaverne (20, 22) mit der mindestens einen in dem Schichtstapel eingebetteten zweiten Kaverne (38a) verbunden ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004043356A1 (de) 2004-09-08 2006-03-09 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit getrenchter Kaverne
US20120018819A1 (en) 2010-07-26 2012-01-26 Stmicroelectronics S.R.L. Process for manufacturing a micromechanical structure having a buried area provided with a filter
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004043356A1 (de) 2004-09-08 2006-03-09 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit getrenchter Kaverne
US20120018819A1 (en) 2010-07-26 2012-01-26 Stmicroelectronics S.R.L. Process for manufacturing a micromechanical structure having a buried area provided with a filter
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