DE102020214792A1 - micromechanical component - Google Patents
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Abstract
Mikromechanisches Bauelement (100), aufweisend:- ein Abdeckelement (10);- eine unterhalb des Abdeckelements (10) angeordnete Kaverne (20);- wenigstens einen außerhalb einer Verankerungsstruktur des Abdeckelements (10) angeordneten vertikalen Ätzkanal (11);- wenigstens einen von dem wenigsten einen vertikalen Ätzkanal (11) ausgehenden, unterhalb einer Ätzstoppschicht (3) und unterhalb der Kaverne (20) vorgesehenen und zwischen der Ätzstoppschicht (3) und dem Siliziumsubstrat (1) angeordneten lateralen Ätzkanal (12a... 12n); und- wenigstens ein zwischen dem wenigstens einen lateralen Ätzkanal (12a...12n) und der Kaverne (20) ausgebildeter Zugangsätzkanal (3a1...3an).Micromechanical component (100), having: - a cover element (10); - a cavity (20) arranged below the cover element (10); - at least one vertical etching channel (11) arranged outside an anchoring structure of the cover element (10); - at least one lateral etching channel (12a...12n) starting from the at least one vertical etching channel (11), provided below an etching stop layer (3) and below the cavern (20) and arranged between the etching stop layer (3) and the silicon substrate (1); and- at least one access etching channel (3a1...3an) formed between the at least one lateral etching channel (12a...12n) and the cavern (20).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements.The present invention relates to a micromechanical component. The present invention also relates to a method for producing a micromechanical component.
Stand der TechnikState of the art
Bei der Herstellung von oberflächenmikromechanischen Sensoren wie z.B. Inertialsensoren oder Drucksensoren besteht die Notwendigkeit, Opferschichten aus Kavernenbereichen mit Hilfe von Ätzzugängen entfernen zu müssen, um frei bewegliche Strukturen, wie z.B. bewegliche Massen oder Membranen herstellen zu können. In der Regel müssen diese Ätzzugänge nach der Entfernung wieder verschlossen werden, um einen definierten Kaverneninnendruck realisieren zu können.In the production of surface micromechanical sensors such as inertial sensors or pressure sensors, it is necessary to remove sacrificial layers from cavern areas using etching accesses in order to be able to produce freely movable structures such as movable masses or membranes. As a rule, these etching accesses must be closed again after removal in order to be able to achieve a defined internal cavern pressure.
Ätzzugänge von der Oberseite des Schichtsystems direkt in den Kavernenbereich können jedoch zu einer verringerten Membranstabilität, z.B. bei Drucksensoren, führen. Bei der Variante mit wenigstens einem Ätzzugang außerhalb des Kavernenbereichs muss dafür Sorge getragen werden, dass der laterale Ätzkanalquerschnitt ausreichend groß oder aber Ätzkanäle in ausreichend großer Anzahl vorhanden sind, um eine zügige, homogene und vollständige Entfernung von Opferschichten innerhalb des Funktionsschichtsystems gewährleisten zu können. Bei der Herstellung großer Ätzkanalquerschnitte innerhalb eines Funktionsschichtsystems besteht jedoch oftmals eine Limitierung aufgrund der vorhandenen und für die Realisierung des Sensorelements benötigten Schichtdicken und lateralen Schichtabmessungen.However, etching access from the top of the layer system directly into the cavern area can lead to reduced membrane stability, e.g. in pressure sensors. In the variant with at least one etching access outside the cavity area, care must be taken to ensure that the lateral etching channel cross-section is sufficiently large or that there are a sufficiently large number of etching channels to ensure rapid, homogeneous and complete removal of sacrificial layers within the functional layer system. However, when producing large etching channel cross sections within a functional layer system, there is often a limitation due to the existing layer thicknesses and lateral layer dimensions required for the realization of the sensor element.
Aufgrund der weiter fortschreitenden Miniaturisierung verringern sich aber die für die Herstellung von Ätzkanälen zur Verfügung stehenden geometrischen Abmessungen in einem Funktionsschichtsystem. Um beim Opferschichtätzen Unterätzungen von z.B. Poly-Si Leiterbahnen zu vermeiden, werden diese und die weiteren Schichten des Funktionsschichtsystems idealerweise auf einer elektrisch isolierenden Schicht abgeschieden, welche zudem ätzresistent gegenüber dem Medium ist, mit welchem die Opferschicht(en) in den Ätzkanälen und/oder im Kavernenbereich entfernt werden. Unter dieser Ätzstoppschicht können sich weitere Schichten befinden, die den Unterbau des Sensorelements bilden.Due to the progressing miniaturization, however, the geometric dimensions available for the production of etching channels in a functional layer system are decreasing. In order to avoid undercutting of e.g. poly-Si conductor tracks when etching the sacrificial layer, these and the other layers of the functional layer system are ideally deposited on an electrically insulating layer, which is also etch-resistant to the medium with which the sacrificial layer(s) in the etching channels and/or be removed in the cavern area. Further layers can be located under this etch stop layer, which form the substructure of the sensor element.
Bei beiden beschriebenen Ätzzugangsvarianten müssen zur Herstellung der Funktionalität des Sensorelements elektrische Leiterbahnen aus dem Kavernenbereich herausgeführt werden. Hierzu muss eine den Kavernenbereich umlaufende laterale Ätzbegrenzung unterbrochen werden. Besteht die die elektrischen Leiterbahnen umgebende elektrische Isolationsschicht dabei auch aus dem Material der Opferschicht(en), z.B. SiO2, so kommt es auch entlang von Leiterbahnstrukturen zur Ätzung/Entfernung der elektrischen Isolationsschicht. Werden zur Entfernung von Opferschichten im Kavernenbereich lange Ätzzeiten benötigt, kann es so zu großflächigen Entfernungen von Opferschichtmaterial auch außerhalb des Kavernenbereichs kommen. Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung und der damit verbundenen kurzen Wege zwischen benachbarten Bauteilen/Sensoren, können dadurch ungewollte Anätzungen in benachbarten Bauteilen oder ungewollte Belüftungszugänge zur Kaverne entstehen.In both of the etching access variants described, electrical conductor tracks must be led out of the cavern area in order to produce the functionality of the sensor element. For this purpose, a lateral etching boundary surrounding the cavern area must be interrupted. If the electrical insulation layer surrounding the electrical conductor tracks also consists of the material of the sacrificial layer(s), e.g. SiO2, the electrical insulation layer is also etched/removed along conductor track structures. If long etching times are required to remove sacrificial layers in the cavern area, large-area removals of sacrificial layer material can also occur outside of the cavern area. Due to increasing miniaturization and the associated short distances between neighboring components/sensors, this can result in unwanted etching in neighboring components or unwanted ventilation access to the cavern.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein insbesondere die oben genannten Aspekte betreffendes, verbessertes mikromechanisches Bauelement bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an improved micromechanical component relating in particular to the aspects mentioned above.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem mikromechanischen Bauelement, aufweisend:
- - ein Abdeckelement;
- - eine unterhalb des Abdeckelements angeordnete Kaverne;
- - wenigstens einen außerhalb einer Verankerungsstruktur des Abdeckelements angeordneten vertikalen Ätzkanal;
- - wenigstens einen von dem wenigsten einen vertikalen Ätzkanal ausgehenden, unterhalb einer Ätzstoppschicht und unterhalb der Kaverne vorgesehenen und zwischen der Ätzstoppschicht und dem Siliziumsubstrat angeordneten lateralen Ätzkanal; und
- - wenigstens ein zwischen dem wenigstens einen lateralen Ätzkanal und der Kaverne ausgebildeter Zugangsätzkanal.
- - a covering element;
- - a cavity arranged below the cover element;
- - at least one vertical etching channel arranged outside of an anchoring structure of the covering element;
- at least one lateral etching channel starting from the at least one vertical etching channel, provided below an etching stop layer and below the cavern and arranged between the etching stop layer and the silicon substrate; and
- at least one access etching channel formed between the at least one lateral etching channel and the cavern.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements, aufweisend die Schritte:
- - Ausbilden einer Kaverne unterhalb eines Abdeckelements;
- - Ausbilden wenigstens eines außerhalb einer Verankerungsstruktur des Abdeckelements angeordneten vertikalen Ätzkanals; wobei das Ausbilden der Kaverne mittels wenigstens eines vom vertikalen Ätzkanal ausgehenden, unterhalb einer Ätzstoppschicht und unterhalb der Kaverne vorgesehenen und zwischen der Ätzstoppschicht und dem Siliziumsubstrat angeordneten lateralen Ätzkanals und wenigstens eines Zugangsätzkanals in die Kaverne durchgeführt wird.
- - Forming a cavern below a covering element;
- - forming at least one vertical etching channel arranged outside of an anchoring structure of the covering element; wherein the formation of the cavity by means of at least one lateral etching channel starting from the vertical etching channel, provided below an etching stop layer and below the cavity and arranged between the etching stop layer and the silicon substrate and at least an access etching channel is carried out in the cavern.
Vorteilhaft kann auf diese Art und Weise ein Kavernenbereich unterhalb des Abdeckelements durch einen einzigen vertikalen Ätzzugang, der sich in einen lateralen Ätzzugang erstreckt, von unten ausgeräumt werden. Vorteilhaft sind auf diese Weise das Abdeckelement und elektrische Leiterbahnen von dem lateralen Ätzkanal weitestgehend unbeeinflusst. Vorteilhaft kann ausgehend vom vertikalen Ätzkanal gegebenenfalls ein Geflecht von lateralen Ätzkanälen angelegt werden, wodurch auf einfache Weise Ätzzugänge von unten in den Kavernenbereich hinein ausgebildet werden können.In this way, a cavern area below the cover element can advantageously be cleared from below by a single vertical etching access, which extends into a lateral etching access. In this way, the covering element and electrical conductor tracks are advantageously largely unaffected by the lateral etching channel. Starting from the vertical etching channel, a network of lateral etching channels can advantageously be created, as a result of which etching accesses from below into the cavern area can be formed in a simple manner.
Vorteilhaft ist auf diese Weise unterstützt, dass an definierten Stellen unterhalb des Kavernenbereichs und unterhalb einer Ätzstoppschicht wenigstens ein lateraler Ätzkanal vorgesehen sein kann, von dem ausgehend wenigstens ein Zugangsätzkanal durch die Ätzstoppschicht zum ätztechnischen Ausräumen des Kavernenbereichs von unten bereitgestellt werden kann.This advantageously supports the fact that at least one lateral etching channel can be provided at defined points below the cavity area and below an etch stop layer, from which at least one access etching channel can be provided through the etch stop layer for etching the cavity area from below.
Dadurch kann gasförmiges Ätzmedium zum Ausräumen eines Kavernenbereichs auf effiziente Weise verteilt werden. Auf diese Weise kann der Kavernenbereich vorteilhaft in einer vergleichsweise kurzen Zeit von unten ausgeräumt werden und nicht nur von der Seite kommend, wie konventionell vorgesehen, prinzipbedingt, mit einer vergleichbar langen Ätzzeit.As a result, gaseous etching medium for clearing out a cavern area can be distributed in an efficient manner. In this way, the cavern area can advantageously be cleared out from below in a comparatively short time and not just coming from the side, as is conventionally provided, due to the principle, with a comparatively long etching time.
Vorteilhaft kann auf diese Art und Weise ein Ätzmedium innerhalb des Kavernenbereichs sehr effizient verteilt werden, wobei die Ätzfronten ausgehend von wenigstens einem Zugangsätzkanal durch die Ätzstoppschicht und wenigstens einem lateralen Ätzkanal zwischen Ätzstoppschicht und Substrat von unten in den Kavernenbereich hinein starten können. Im Ergebnis lässt sich auf diese Art und Weise ein großer Kavernenbereich schnell und effizient großflächig von unten ausräumen.In this way, an etching medium can advantageously be distributed very efficiently within the cavern area, with the etching fronts starting from at least one access etching channel through the etching stop layer and at least one lateral etching channel between etching stop layer and substrate being able to start from below into the cavern area. As a result, a large cavern area can be quickly and efficiently cleared from below over a large area.
Bevorzugte Weiterbildungen des mikromechanischen Bauelements sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the micromechanical component are the subject of dependent claims.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass der vertikale Ätzkanal spaltenförmig oder rohrförmig ausgebildet ist. Vorteilhaft ergeben sich dadurch unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen des vertikalen Ätzkanals.An advantageous development of the micromechanical component is characterized in that the vertical etching channel is designed in the form of a column or tube. This advantageously results in different geometric configurations of the vertical etching channel.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des mikromechanischen Bauelements zeichnen sich dadurch aus, dass in einer ersten Siliziumdioxidschicht wenigstens ein den wenigsten einen lateralen Ätzkanal lateral begrenzendes elektrisch leitfähiges Begrenzungselement und/oder ein elektrisch isolierendes Begrenzungselement ausgebildet ist.Further advantageous developments of the micromechanical component are characterized in that at least one electrically conductive delimiting element laterally delimiting at least one lateral etching channel and/or an electrically insulating delimiting element is formed in a first silicon dioxide layer.
Auf diese Weise können elektrisch leitende „Si-Plugs“ ausgebildet werden, mittels derer sich vorteilhaft vielfältige Möglichkeiten zum elektrischen Kontaktieren diverser Elemente des mikromechanischen Bauelements ergeben. Auf diese Weise kann über den vertikalen Ätzkanal auch z.B. ein elektrischer Substratkontakt realisiert werden. Zudem kann das wenigstens eine Begrenzungselement bei der Herstellung des wenigsten einen lateralen Ätzkanals als laterale Ätzstoppstruktur vorgesehen sein. In der Variante mit dem nicht elektrisch leitfähigen Begrenzungselement können die beschriebenen Vorteile ebenfalls realisierbar werden. Bei beiden Varianten ist es wesentlich, dass die Begrenzungselemente ätzresistent sind bzw. eine geringe Ätzrate gegenüber dem Ätzmedium zur Entfernung der Opferschicht(en) im Kavernenbereich aufweisen.In this way, electrically conductive “Si plugs” can be formed, by means of which there are advantageously diverse possibilities for electrically contacting various elements of the micromechanical component. In this way, an electrical substrate contact, for example, can also be realized via the vertical etching channel. In addition, the at least one delimiting element can be provided as a lateral etching stop structure during the production of the at least one lateral etching channel. The advantages described can also be realized in the variant with the non-electrically conductive delimiting element. In both variants, it is essential that the delimiting elements are resistant to etching or have a low etching rate compared to the etching medium for removing the sacrificial layer(s) in the cavern area.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass der vertikale Ätzkanal mit dem Abdeckelement elektrisch leitend verbunden oder vom Abdeckelement elektrisch isoliert ausgebildet ist. Auf diese Weise können unterschiedliche Möglichkeiten zur elektrischen Kontaktierung des Abdeckelements realisiert werden.A further advantageous development of the micromechanical component is characterized in that the vertical etching channel is electrically conductively connected to the covering element or is designed to be electrically insulated from the covering element. In this way, different options for making electrical contact with the cover element can be implemented.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine laterale Ätzkanal in einer ersten Siliziumdioxidschicht durch wenigstens ein gegenüber einem Opferschichtätzmedium ätzresistentes elektrisch leitendes oder ein elektrisch isolierendes Begrenzungselement begrenzt ist. Auf diese Weise kann der vertikale Ätzkanal mit dem restlichen Schichtsystem elektrisch leitend verbunden werden oder davon isoliert werden.A further advantageous development of the micromechanical component is characterized in that the at least one lateral etching channel in a first silicon dioxide layer is delimited by at least one electrically conductive or electrically insulating delimiting element which is etch-resistant to a sacrificial layer etching medium. In this way, the vertical etching channel can be electrically conductively connected to the remaining layer system or insulated from it.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine laterale Ätzkanal wenigstens teilweise innerhalb des Substrats oder wenigstens teilweise oberhalb des Substrats ausgebildet ist. Dadurch lassen sich vorteilhaft noch größere Querschnitte für den wenigstens einen lateralen Ätzkanal ausbilden.A further advantageous development of the micromechanical component is characterized in that the at least one lateral etching channel is formed at least partially within the substrate or at least partially above the substrate. As a result, even larger cross sections can advantageously be formed for the at least one lateral etching channel.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des mikromechanischen Bauelements zeichnen sich dadurch aus, dass von dem wenigstens einen vertikalen Ätzkanal ausgehend und/oder von dem wenigstens einen lateralen Ätzkanal ausgehend mehrere laterale Ätzkanäle ausgebildet sind, wobei die mehreren lateralen Ätzkanäle netzwerkartig und/oder parallel ausgebildet sind. Vorteilhaft kann auf diese Art und Weise eine Dimensionierung einer Gesamtheit von lateralen Ätzkanals realisiert werden.Further advantageous developments of the micromechanical component are characterized in that a plurality of lateral etching channels are formed starting from the at least one vertical etching channel and/or starting from the at least one lateral etching channel, the plurality of lateral etching channels being formed in a network and/or in parallel. Beneficial can in this way a dimensioning of an entirety of lateral etching channels can be realized.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente haben darin gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind insbesondere dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu ausgeführt. Der besseren Übersichtlichkeit halber kann vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet sind.The invention is described in detail below with further features and advantages on the basis of several figures. Elements that are the same or have the same function have the same reference numbers therein. The figures are intended in particular to clarify the principles which are essential to the invention and are not necessarily drawn to scale. For the sake of better clarity, it can be provided that not all of the reference symbols are drawn in in all of the figures.
In den Figuren zeigt:
-
1-3 Querschnittsansichten eines konventionellen mikromechanischen Bauelements; -
4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; -
5-7 alternative Varianten zur Bereitstellung von Ätzkanälen des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; -
8 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; -
9 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; -
10-14 Querschnittsansichten durch laterale Ätzkanäle eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; -
15-18 Querschnittsansichten durch laterale Ätzkanäle eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; -
19-23 Querschnittsansichten durch laterale Ätzkanäle eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; -
24-28 Querschnittsansichten durch laterale Ätzkanäle eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; -
29-31 Draufsichten auf Ausführungsformen des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; und -
32 einen prinzipiellen Ablauf zum Herstellen eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements.
-
1-3 Cross-sectional views of a conventional micromechanical component; -
4 a cross-sectional view of an embodiment of a proposed micromechanical component; -
5-7 alternative variants for providing etching channels of the proposed micromechanical component; -
8th a cross-sectional view of an embodiment of a proposed micromechanical component; -
9 a cross-sectional view of a further embodiment of a proposed micromechanical component; -
10-14 Cross-sectional views through lateral etching channels of a proposed micromechanical component; -
15-18 Cross-sectional views through lateral etching channels of a proposed micromechanical component; -
19-23 Cross-sectional views through lateral etching channels of a proposed micromechanical component; -
24-28 Cross-sectional views through lateral etching channels of a proposed micromechanical component; -
29-31 Top views of embodiments of the proposed micromechanical component; and -
32 a basic process for producing a proposed micromechanical component.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of Embodiments
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht insbesondere darin, Ätzkanalstrukturen zu realisieren, die unabhängig sind von Schichten und Schichtdicken, die zur Herstellung eines Funktionsschichtsystems eines Sensorelements dienen, und die es z.B. ermöglichen, nur geringe Anätzungen von SiO2-Schichten entlang von Leiterbahnstrukturen außerhalb eines Kavernenbereichs umzusetzen.A core idea of the invention consists in particular in realizing etching channel structures that are independent of layers and layer thicknesses that are used to produce a functional layer system of a sensor element, and that make it possible, for example, to implement only small etchings of SiO2 layers along conductor track structures outside of a cavern area.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, Ätzkanäle nicht in Schichten innerhalb eines Funktionsschichtsystems vorzusehen, die für die Realisierung der mechanischen und elektrischen Funktion eines Sensorelements benötigt werden, sondern in deren Unterbau. Als „Unterbau“ wird in diesem Zusammenhang ein Schichtsystem verstanden, das sich zwischen einer Ätzstoppschicht (z.B. siliziumreiches Siliziumnitrid, SiRiN) und dem Siliziumsubstrat befindet.For this purpose, provision is made for etching channels not to be provided in layers within a functional layer system that are required for the realization of the mechanical and electrical function of a sensor element, but rather in their substructure. In this context, a “substructure” is understood to mean a layer system that is located between an etch stop layer (e.g. silicon-rich silicon nitride, SiRiN) and the silicon substrate.
Im Stand der Technik sind im Wesentlichen zwei Arten von Ätzzugängen bekannt. Bekannt ist z.B. ein Ätzzugang innerhalb eines Kavernenbereichs, welcher von der Oberseite des Schichtsystems her direkt in den Kavernenbereich mündet. Weiterhin bekannt ist ein Ätzzugang, der von der Oberseite des Schichtsystems, jedoch von außerhalb des Kavernenbereichs über einen lateralen Ätzkanal innerhalb des Schichtsystems in den Kavernenbereich mündet. Bei dieser Variante wird der laterale Ätzkanal üblicherweise orthogonal innerhalb des Funktionsschichtsystem durch eine Kavernenwand geführt.Essentially two types of etching accesses are known in the prior art. For example, an etching access within a cavern area is known, which opens directly into the cavern area from the upper side of the layer system. Also known is an etching access which opens into the cavity region from the top side of the layer system, but from outside the cavity region, via a lateral etching channel within the layer system. In this variant, the lateral etching channel is usually routed orthogonally within the functional layer system through a cavern wall.
Durch das Abdeckelement 10 ist wenigstens ein vertikaler Ätzkanal 11 geführt, der in einen Kavernenbereich 7a (spätere Kaverne 20) auf der dritten Siliziumdioxidschicht 7 endet. Über den wenigsten einen vertikalen Ätzkanal 11 wird mit Hilfe eines flüssigen oder gasförmigen Ätzmediums, welches z.B. HF aufweist, Siliziumdioxidmaterial aus dem Kavernenbereich 7a entfernt. Wie in
Eine Verbesserung der genannten Situation kann darin bestehen, wie in
Im Stand der Technik enden Ätzkanäle von außerhalb des Kavernenbereichs an Kavernenwänden und können von da aus die Opferschicht(en) im Kavernenbereich 7a entfernen. Da es hierbei abhängig von der Größe des Kavernenbereichs 7a zu langen Ätzzeiten kommen kann, sind Isolationsschichten um Leiterbahnen 4a, welche aus der Kaverne 20 herausführen und welche sich in der Nähe bzw. im Bereich von Kavernenwände durchdringenden Ätzkanälen befinden, besonders lange einem Ätzangriff ausgesetzt.In the prior art, etching channels from outside the cavity area end at the cavity walls and from there can remove the sacrificial layer(s) in the
Zur Verbesserung wird wenigstens ein lateraler Ätzkanal 12a vorgeschlagen, der im Unterbau eines vorgeschlagenen z.B. oberflächenmikromechanisch hergestellten Bauelements 100 vorgesehen wird, der an jedem beliebigen Punkt unterhalb eines Kavernenbereichs 7a enden kann und entlang dessen Verlauf wenigstens ein Zugangsätzkanal 3a1 ausgehend von dem lateralen Ätzkanal 12a durch die Ätzstoppschicht 3 an bzw. in den Kavernenbereich 7a geführt wird von da aus Opferschichten innerhalb des Kavernenbereichs 7a entfernen können, wie es in
Gegenüber herkömmlichen mikromechanischen Bauelementen bietet das vorgeschlagene Ausbilden von einem oder mehreren lateralen Ätzkanälen 12a...12n im Unterbau weiterhin die Möglichkeit, ein Ätzkanalgeflecht z.B. unter dem Kavernenbereich 7a zu platzieren, das nur einen einzigen vertikalen Ätzzugang 11 an der Oberseite des Funktionsschichtsystems erfordert. Durch eine eher zentrale Positionierung des einen oder der mehreren Zugangsätzkanäle 3a1...3an unterhalb des Kavernenbereichs 7a kann erreicht werden, dass durch das Entfernen von Opferschichten, ausgehend vom Kavernenzentrum, ein Entfernen von Isolations- bzw. Opferschichtmaterial entlang von Leiterbahnen 4a, 4b außerhalb des Kavernenbereichs 7a vermieden, zumindest aber stark minimiert werden kann.Compared to conventional micromechanical components, the proposed formation of one or more
In den gezeigten Varianten des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100 bestehen die Wände des Kavernenbereichs 7a und jene der Ätzkanäle 11, 12a... 12n durch das Funktionsschichtsystem beispielhaft aus Silizium. Hier werden Poly-Si Schichten innerhalb des Funktionsschichtsystems dazu benutzt, sowohl laterale Ätzbegrenzungsstrukturen als auch elektrische Verbindungen zwischen Poly-Si Ebenen innerhalb elektrisch isolierenden Schichten, aus z.B. SiO2, zu realisieren. Prinzipiell ist es aber auch möglich, elektrisch isolierende Materialien für laterale Ätzschutzbegrenzungen zu verwenden, wenn diese eine hohe Ätzresistenz gegenüber dem Ätzmedium zur Entfernung der Opferschicht(en) besitzen, wie z.B. SiRiN bei der Verwendung von HF-Dampf als Ätzmedium.In the variants shown of the proposed
Die Herstellung von Ätzkanälen in einem Funktionsschichtsystemunterbau bestehend aus einer ersten Siliziumdioxidschicht 2, welche sich zwischen einer Ätzstoppschicht 3 bestehend aus SiRiN und einem Siliziumsubstrat 1 befindet, kann beispielhaft wie folgt durchgeführt werden: The production of etch channels in a functional layer system substructure consisting of a first
Auf dem Substrat 1 wird zumindest eine erste Siliziumdioxidschicht 2 abgeschieden oder thermisch aufgewachsen und mit Standardverfahren derart strukturiert, dass in definierten Bereich die erste Siliziumdioxidschicht 2 bis auf das Substrat 1 entfernt wird. Dies kann mit Hilfe eines Plasma-Ätzprozesses oder durch eine nasschemische Ätzung (z.B. in BOE), erfolgen. Mit der nachfolgenden Abscheidung der Ätzstoppschicht 3 können diese Strukturen anschließend verfüllt werden. Bei entsprechender Designauslegung dieser Strukturen können diese die Wandungen eines Ätzkanals bilden und bei einem späteren durchzuführenden Ätzprozess, zur Entfernung von SiO2-Opferschichten im Kavernenbereich, als laterale Ätzstoppstrukturen dienen.At least one first
Weiterhin ist es auch denkbar, diese Strukturen mit Silizium aufzufüllen, z.B. mit Hilfe einer LPCVD-Abscheidung. Auf diese Siliziumschicht kann anschließend das Abscheiden der Ätzstoppschicht 3 erfolgen oder aber die Poly-Si-Schicht wird, z.B. per CMPverfahren, auf der ersten Siliziumdioxidschicht 2 entfernt, so dass nur in den freigelegten Strukturen der ersten Siliziumdioxidschicht 2 Poly-Si verbleibt. Das oberflächliche Entfernen der Poly-Si Schicht auf dem Oxid kann dann notwendig sein, wenn zwischen den elektrisch aktiven Schichten des Funktionsschichtsystems des Bauelements 100 und dem Substrat 1 eine möglichst kleine parasitäre Kapazität ausgebildet sein soll.Furthermore, it is also conceivable to fill these structures with silicon, e.g. with the help of LPCVD deposition.
Gegenüber dem Verfüllen der freigelegten Strukturen in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 mit Hilfe eines elektrisch isolierenden Materials (z.B. SiRiN) hat das Verfüllen der Strukturen mit elektrisch leitfähigem Poly-Si (Polysilizium) den Vorteil, dass hierbei auch das Substrat 1 gezielt elektrisch angeschlossen bzw. kontaktiert werden kann, um es auf ein definiertes elektrisches Potential zu legen. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit der Polysiliziumstrukturen durch die erste Siliziumdioxidschicht 2 kann zudem das Poly-Si während der Abscheidung, oder aber auch in einem nachfolgenden Schritt, gezielt dotiert werden. Somit lassen sich mit Hilfe einer Poly-Si Verfüllung laterale Ätzbegrenzungen als auch eine oder mehrere elektrische Kontaktierungen des Substrats 1 realisieren.Compared to filling the exposed structures in the first
Durch Entfernen von Oxidmaterial im vertikalen Ätzkanal 11 innerhalb des Funktionsschichtsystems, dessen Wände vorteilhaft beispielsweise aus Silizium bestehen und des Oxidmaterials innerhalb des lateralen Ätzkanals 12a...12n im Unterbau des mikromechanischen Bauelements 100 kann über die Zugangsätzkanäle 3a1...3an, 3b wenigstens ein Zugang zum Kavernenbereich 7a des mikromechanischen Bauelements 100 geschaffen werden, über den die wenigstens eine Opferschicht aus z.B. SiO2 im Kavernenbereich 7a entfernt werden kann. Durch die Lage des lateralen Ätzkanals 12a... 12n im Unterbau des Sensorelements 100 können auf diese Art und Weise an beliebig definierten Positionen innerhalb des Kavernenbereichs 7a Zugangsätzkanäle 3a1...3an geschaffen werden, über die die wenigstens eine Opferschicht aus dem Kavernenbereich 7a entfernt werden kann. Auf diese Weise müssen bei der Auslegung des Sensordesigns keine bzw. keine das Design signifikant begrenzende Maßnahmen zur Realisierung von Ätzkanälen innerhalb des Funktionsschichtsystems berücksichtigt werden.By removing oxide material in
Das Entfernen der Siliziumdioxide in den Ätzkanälen 11, 3a1...3an, 3b, 12a...12n und im Kavernenbereich 7a kann mittels eines HF-Gasphasenätzprozesses oder mittels eines nasschemischen, HF aufweisenden, Ätzprozesses (z.B. BOE), erfolgen.The silicon dioxides in the
Die
Durch den Einsatz der elektrisch isolierenden Ätzstoppschicht 3 kann erreicht werden, dass der vertikale Ätzkanal 11 durch das Funktionsschichtsystem elektrisch isoliert zum Unterbau des Funktionsschichtsystems ausgebildet wird, wie in
Dies kann dazu benutzt werden, über den wenigstens einen vertikalen Ätzkanal 11 mit seinen leitfähigen Wänden aus Poly-Si wenigstens eine elektrische Leiterbahn 4a des Funktionsschichtsystems elektrisch kontaktieren zu können und/oder durch vorsehen von einem oder mehreren entsprechenden Kontakten durch die Ätzstoppschicht 3 eine oder mehrere elektrisch leitfähige Begrenzungselemente 13a... 13n in Form von Si-Strukturen in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 kontaktieren zu können, über die auch das Substrat 1 elektrisch kontaktierbar ist, wie in
Alternativ zur beschriebenen Herstellung von elektrisch leitfähigen Begrenzungselementen 13a... 13n in der ersten Siliziumdioxidschicht 2, kann auch so vorgegangen werden, dass die Si-Strukturen, die z.B. zur lateralen Ätzbegrenzung wenigstens eines lateralen Ätzkanals 12a... 12n und/oder zur elektrischen Kontaktierung des Substrats 1 in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 im Unterbau des Sensorelements 100 dienen sollen, zuerst mit Hilfe einer Maskenebene aus dem Substrat 1 herausstrukturiert werden, wie in
Wird anschließend ein CMP-Prozess zur Planarisierung der Waferoberfläche durchgeführt, können die erhabenen elektrischen Begrenzungselemente 13a... 13n wieder freigelegt und zwischen diesen eine SiO2-Schicht belassen werden, wie in
Im Ergebnis ist es auf diese Weise möglich, auch beim Einsatz längerer, lateraler Ätzkanäle 12a... 12n einen schnellen Ätzangriff auf Opferoxidschichten im Kavernenbereich 7a zu realisieren. Weiterhin kann bei diesem Verfahren der Poly-Si Abscheideschritt zum Verfüllen der freigelegten Strukturen in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 und auch ein möglicherweise nachgelagerter Dotierschritt eingespart werden.As a result, it is possible in this way to implement a rapid etching attack on sacrificial oxide layers in the
Wie also in den
Alternativ zu dem beschriebenen Vorgehen in den
Mit Hilfe der bereits im Zusammenhang mit
Spielt die Ausbildung von parasitären Kapazitäten zwischen dem Funktionsschichtsystem und dem Substrat 1 keine Rolle, so kann, bezugnehmend auf die
Wie in den
Eine weitere Variante zur Herstellung der lateralen Ätzkanäle 12a... 12n ist in den
Je nach Wahl des Ätzprozesses (isotrop, anisotrop, Kombination aus beiden), können dadurch einzelne laterale Kanalstrukturen 12a... 12n (wie in
Gegenüber der im Zusammenhang mit den
Werden, wie vorgehend erläutert, beschriebene Kanalstrukturen zudem unterhalb von im Unterbau verlaufenden, lateralen Kanalstrukturen vorgesehen (wie in
Bei allen gezeigten Varianten dient die elektrisch isolierende und gegenüber dem Ätzmedium zur Entfernung von Opferschichten ätzresistente Ätzstoppschicht 3 als auch die lateralen Ätzstoppbegrenzungen 13a... 13n im Unterbau dazu, Ätzkanäle zum Entfernen von Opferschichten an beliebige Stellen innerhalb eines Kavernenbereichs führen zu können.In all variants shown, the electrically insulating
Das mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellte vorgeschlagene mikromechanische Bauelement 100 kann z.B. ein kapazitiver Drucksensor sein. Denkbar sind aber auch andere Realisierungsformen, wie z.B. Mikrofon, piezoresistiver Drucksensor, usw.The proposed
Die
In einem Schritt 200 erfolgt ein Ausbilden einer Kaverne 20 unterhalb eines Abdeckelements 10.In a
In einem Schritt 210 erfolgt ein Ausbilden wenigstens eines außerhalb einer Verankerungsstruktur des Abdeckelements 10 angeordneten vertikalen Ätzkanals 11, wobei das Ausbilden der Kaverne 20 mittels wenigstens eines vom vertikalen Ätzkanal 11 ausgehenden, unterhalb einer Ätzstoppschicht 3 und unterhalb der Kaverne 20 vorgesehenen und zwischen der Ätzstoppschicht 3 und dem Siliziumsubstrat 1 angeordneten lateralen Ätzkanals 12a... 12n und wenigstens eines Zugangsätzkanals 3a1...3an in die Kaverne 20 durchgeführt wird.In a
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