DE102020214792A1 - micromechanical component - Google Patents

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Thomas Friedrich
Peter Schmollngruber
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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.
According to a first aspect, the object is achieved with a micromechanical component having:
  • - 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.
According to a second aspect, the object is achieved with a method for producing a micromechanical component, having the steps:
  • - 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.
In the figures shows:
  • 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.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein konventionelles mikromechanisches Bauelement 100 in Form eines Sensorelements mit einem Si-Substrat 1 (Siliziumsubstrat) und einer darauf angeordneten ersten Siliziumdioxidschicht 2. Auf der ersten Siliziumdioxidschicht 2 ist eine Ätzstoppschicht 3 angeordnet. Auf der Ätzstoppschicht 3 befindet sich eine erst Funktionsschicht 4. Auf der ersten Funktionsschicht 4 ist eine zweite Siliziumdioxidschicht 5 angeordnet, auf der eine zweite Funktionsschicht 6 angeordnet ist. Auf der zweiten Funktionsschicht 6 ist eine dritte Siliziumdioxidschicht 7 angeordnet, auf der eine dritte Funktionsschicht 8 angeordnet ist, aus der später das Abdeckelement 10, z.B. in Form einer Membran oder eines Kappenelements gebildet wird. Als Material für die Funktionsschichten 4, 6, 8 kann z.B. Polysilizium, bevorzugt ein mit einem Dotierstoff versehenes Polysilizium, verwendet werden. 1 1 shows a cross section through a conventional micromechanical component 100 in the form of a sensor element with an Si substrate 1 (silicon substrate) and a first silicon dioxide layer 2 arranged thereon. An etch stop layer 3 is arranged on the first silicon dioxide layer 2. FIG. A first functional layer 4 is located on the etch stop layer 3. A second silicon dioxide layer 5 is arranged on the first functional layer 4, on which a second functional layer 6 is arranged. A third silicon dioxide layer 7 is arranged on the second functional layer 6, on which a third functional layer 8 is arranged, from which the covering element 10, for example in the form of a membrane or a cap element, is later formed. The material used for the functional layers 4, 6, 8 can be polysilicon, for example, preferably a polysilicon provided with a dopant.

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 2 angedeutet, entsteht dabei bzw. dadurch die Kaverne 20 unter dem Abdeckelement 10. Anschließend wird der vertikale Ätzkanal 11 mit einem Verschlusselement 11a verschlossen. Problematisch kann dabei sein, dass beim Ausräumen des Kavernenbereichs 7a mittels eines Ätzmediums entlang von elektrischen Leiterbahnen 4a der ersten Funktionsschicht 4 welche aus dem Kavernenbereich 7a herausführen, unkontrollierte Ätzungen X entlang von Leiterbahnen 4a und innerhalb des Funktionsschichtsystems stattfinden können. Dies tritt besonders dann auf, wenn auch die elektrischen Leiterbahnen 4a der ersten Funktionsschicht 4 zum Zwecke einer elektrischen Isolation zumindest teilweise von Siliziumdioxid umgeben sind.At least one vertical etching channel 11 is guided through the cover element 10 and ends in a cavern area 7a (later cavern 20) on the third silicon dioxide layer 7. FIG. Silicon dioxide material is removed from the cavern region 7a via the at least one vertical etching channel 11 with the aid of a liquid or gaseous etching medium which, for example, has HF. As in 2 implied the cavern 20 under the cover element 10 is created in the process or as a result. The vertical etching channel 11 is then closed with a closure element 11a. The problem can be that when the cavity area 7a is cleared using an etching medium along electrical conductor tracks 4a of the first functional layer 4 which lead out of the cavity area 7a, uncontrolled etching X can take place along conductor tracks 4a and within the functional layer system. This occurs in particular when the electrical conductor tracks 4a of the first functional layer 4 are also at least partially surrounded by silicon dioxide for the purpose of electrical insulation.

Eine Verbesserung der genannten Situation kann darin bestehen, wie in 3 angedeutet, den wenigstens einen vertikalen Ätzkanal 11 seitlich beabstandet zu einer Verankerungsstruktur des Abdeckelements 10 in einem Bereich außerhalb der Kaverne 20 anzuordnen, wodurch das Abdeckelement 10 nicht mehr beeinträchtigt wird. Allerdings kann in diesem Fall weiterhin das Problem bestehen, dass in der ersten Funktionsschicht 4 ausgebildete elektrische Leiterbahnen 4a, welche sich im umgebenden Bereich des im Funktionsschichtsystem ausgebildeten lateralen Ätzkanal 12a befinden, unvorteilhaft angeätzt werden.An improvement of the above situation can be as in 3 indicated to arrange the at least one vertical etching channel 11 at a lateral distance from an anchoring structure of the cover element 10 in a region outside of the cavern 20, as a result of which the cover element 10 is no longer impaired. However, in this case the problem can still exist that electrical conductor tracks 4a formed in the first functional layer 4, which are located in the surrounding area of the lateral etching channel 12a formed in the functional layer system, are unfavorably etched.

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 cavity area 7a. Since etching times can be long depending on the size of the cavern area 7a, insulation layers around conductor tracks 4a, which lead out of the cavern 20 and which are located in the vicinity or in the region of etching channels penetrating cavern walls, are exposed to an etching attack for a particularly long time.

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 4 mit einer Ausführungsform eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100 angedeutet ist. Ähnlich wie bei Ätzzugängen, die von der Oberfläche aus über wenigstens einen vertikalen Ätzzugang 11, wenigstens einen Zugangsätzkanal 3a1, 3b durch die Ätzstoppschicht 3 und wenigstens einen lateralen Ätzkanal 12a direkt in einen Kavernenbereich 7a geführt werden und beliebig angeordnet sein können, können ein oder auch mehrere Zugangsätzkanäle 3a... 3n im Unterbau derart positioniert werden, dass eine zügige, homogene und vollständige Entfernung von Opferschichten gewährleistet werden kann, ohne eine Perforation z.B. des Abdeckelements 10 vornehmen und dadurch mechanische Einschränkungen und/oder größere Designeinschränkungen im Funktionsschichtsystem in Kauf nehmen zu müssen.For improvement, at least one lateral etching channel 12a is proposed, which is provided in the substructure of a proposed component 100 produced, for example, surface micromechanically, which can end at any desired point below a cavern area 7a and along the course of which at least one access etching channel 3a1 starting from the lateral etching channel 12a through the Etch stop layer 3 is guided to or into the cavern area 7a, from there sacrificial layers can be removed within the cavern area 7a, as is shown in 4 with an embodiment of a proposed micromechanical component 100 is indicated. Similar to etching accesses, which are guided from the surface via at least one vertical etching access 11, at least one access etching channel 3a1, 3b through the etch stop layer 3 and at least one lateral etching channel 12a directly into a cavern area 7a and can be arranged arbitrarily, one or several access etching channels 3a ... 3n are positioned in the substructure in such a way that a rapid, homogeneous and complete removal of sacrificial layers can be guaranteed without making a perforation, for example of the cover element 10 and thereby accepting mechanical restrictions and/or major design restrictions in the functional layer system have to.

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 lateral etching channels 12a...12n in the substructure also offers the possibility of placing an etching channel network, e.g. under the cavern area 7a, which only requires a single vertical etching access 11 on the upper side of the functional layer system. By positioning the one or more access etching channels 3a1...3an more centrally below the cavern area 7a, the removal of sacrificial layers, starting from the cavern center, can result in insulation or sacrificial layer material being removed along conductor tracks 4a, 4b outside of the cavern area 7a can be avoided, or at least greatly minimized.

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 micromechanical component 100, the walls of the cavern area 7a and those of the etching channels 11, 12a . . . 12n are made of silicon, for example, due to the functional layer system. Here, Poly-Si layers within the functional layer system are used to implement both lateral etching limiting structures and electrical connections between Poly-Si levels within electrically insulating layers, e.g. made of SiO2. In principle, however, it is also possible to use electrically insulating materials for lateral etch protection boundaries if they have a high etch resistance to the etching medium used to remove the sacrificial layer(s), such as SiRiN when using HF vapor as the etching medium.

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 silicon dioxide layer 2, which is located between an etch stop layer 3 consisting of SiRiN and a silicon substrate 1, can be carried out as follows, for example:

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 silicon dioxide layer 2 is deposited or thermally grown on the substrate 1 and structured using standard methods in such a way that the first silicon dioxide layer 2 is removed down to the substrate 1 in a defined area. This can be done with the help of a plasma etching process or by wet chemical etching (eg in BOE). With the subsequent deposition of the etch stop layer 3, these structures can then be filled. If these structures are designed appropriately, they can form the walls of an etching channel and serve as lateral etching stop structures in a later etching process to remove SiO2 sacrificial layers in the cavern area.

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. Etch stop layer 3 can then be deposited on this silicon layer, or the poly-Si layer is removed from first silicon dioxide layer 2, e.g. using a CMP method, so that poly-Si only remains in the exposed structures of first silicon dioxide layer 2. The superficial removal of the poly-Si layer on the oxide can then be necessary if the smallest possible parasitic capacitance is to be formed between the electrically active layers of the functional layer system of the component 100 and the substrate 1 .

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 silicon dioxide layer 2 with the aid of an electrically insulating material (e.g. SiRiN), filling the structures with electrically conductive poly-Si (polysilicon) has the advantage that the substrate 1 is also electrically connected or contacted in a targeted manner can be used to place it on a defined electrical potential. In order to increase the conductivity of the polysilicon structures through the first silicon dioxide layer 2, the poly-Si can also be doped in a targeted manner during the deposition or else in a subsequent step. Thus, with the help of a poly-Si filling, lateral etching delimitations as well as one or more electrical contacts of the substrate 1 can be realized.

4 zeigt skizziert einen Querschnitt durch ein derart hergestelltes mikromechanisches Bauelement 100, bei dem außerhalb eines Kavernenbereichs 7a wenigstens ein vertikaler Ätzkanal 11 in einem Funktionsschichtsystem vorgesehen wurde, der über einen Zugangsätzkanal 3b in der ersten Funktionsschicht 4 und der Ätzstoppschicht 3 mit einem lateralen Ätzkanal 12a... 12n im Unterbau des mikromechanischen Bauelements 100 verbunden ist, welcher wiederum über einen Zugangsätzkanal 3a1 in der ersten Funktionsschicht 4 und der Ätzstoppschicht 3 mit dem Kavernenbereich 7a verbunden ist. Der wenigsten eine vertikale Ätzkanal 11 kann dabei spaltenförmig oder rohrförmig ausgebildet sein. 4 shows a sketch of a cross section through a micromechanical component 100 produced in this way, in which at least one vertical etching channel 11 was provided in a functional layer system outside of a cavity region 7a, which is connected via an access etching channel 3b in the first functional layer 4 and the etching stop layer 3 to a lateral etching channel 12a.. 12n in the substructure of the micromechanical component 100, which in turn is connected to the cavity region 7a via an access etching channel 3a1 in the first functional layer 4 and the etching stop layer 3. The at least one vertical etching channel 11 can be designed in the form of a column or in the form of a tube.

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 vertical etching channel 11 within the functional layer system, the walls of which advantageously consist of silicon, for example, and the oxide material within lateral etching channel 12a...12n in the substructure of micromechanical component 100, access etching channels 3a1...3an, 3b can provide at least one Access to the cavern area 7a of the micromechanical component 100 can be created, via which the at least one sacrificial layer made of e.g. SiO2 in the cavern area 7a can be removed. Due to the position of the lateral etching channel 12a... 12n in the substructure of the sensor element 100, access etching channels 3a1...3an can be created at any defined positions within the cavity area 7a, via which the at least one sacrificial layer is removed from the cavity area 7a can be. In this way, when laying out the sensor design, no measures, or no measures that significantly limit the design, have to be taken into account for the realization of etching channels within the functional layer system.

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 etching channels 11, 3a1...3an, 3b, 12a...12n and in the cavern area 7a can be removed by means of an HF gas phase etching process or by means of a wet-chemical etching process (e.g. BOE) that includes HF.

Die 5-7 zeigen mehrere Möglichkeiten zur Ausbildung von Zugangsätzkanälen 3a1...3an und 3b aus dem Funktionsschichtbereich zum Unterbau durch die Ätzstoppschicht 3.the 5-7 show several possibilities for the formation of access etch channels 3a1...3an and 3b from the functional layer area to the substructure through the etch stop layer 3.

5 zeigt beispielsweise, wie ein Ätzzugang 3a1, 3b mit Hilfe einer Maskenebene durch die erste Funktionsschicht 4 und die Ätzstoppschicht 3 geätzt werden kann und anschließend die entstandenen Vertiefungen mit der zweiten Siliziumdioxidschicht 5 aufgefüllt werden können. 5 shows, for example, how an etch access 3a1, 3b can be etched through the first functional layer 4 and the etch stop layer 3 with the aid of a mask level, and the resulting depressions can then be filled with the second silicon dioxide layer 5.

6 deutet eine weitere Möglichkeit an, wobei mit Hilfe zweier Maskenebenen zuerst die Ätzstoppschicht 3 und anschließend die erste Funktionsschicht 4 derart strukturiert wird, dass im Bereich von Zugangsätzkanalstrukturen 3a1, 3b die Kanalstrukturen durch die Ätzstoppschicht 3 innerhalb des Öffnungsbereichs der Kanalstrukturen durch die erste Funktionsschicht 4 ausgebildet werden und anschließend die entstandenen Vertiefungen/Kanalstrukturen mit Siliziumoxidmaterial der zweiten Siliziumdioxidschicht 5 aufgefüllt werden. 6 indicates a further possibility, with the aid of two mask levels first the etch stop layer 3 and then the first functional layer 4 being structured in such a way that in the area of access etch channel structures 3a1, 3b the channel structures are formed through the etch stop layer 3 within the opening area of the channel structures through the first functional layer 4 and then the resulting depressions/channel structures are filled with silicon oxide material of the second silicon dioxide layer 5 .

7 zeigt eine weitere Variante, bei der zunächst die Ätzstoppschicht 3 strukturiert wird, danach die erste Funktionsschicht 4 abgeschieden und derart strukturiert wird, dass sich Kanalstrukturen durch die erste Funktionsschicht 4 innerhalb des Öffnungsbereichs von Zugangsätzkanalstrukturen 3a1, 3b durch die Ätzstoppschicht 3 befinden und anschließend die dabei entstandenen Vertiefungen/Ätzzugangskanalstrukturen 3a1, 3b mit Siliziumdioxidmaterial der zweiten Siliziumdioxidschicht 5 verfüllt werden. 7 shows a further variant in which the etch stop layer 3 is structured first, then the first functional layer 4 is deposited and structured in such a way that channel structures through the first functional layer 4 are located within the opening area of access etch channel structures 3a1, 3b through the etch stop layer 3 and then the resulting depressions / etching access channel structures 3a1, 3b are filled with silicon dioxide material of the second silicon dioxide layer 5.

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 8 angedeutet.By using the electrically insulating etch stop layer 3, it can be achieved that the vertical etching channel 11 is formed electrically insulated from the substructure of the functional layer system by the functional layer system, as shown in FIG 8th implied.

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 9 angedeutet. Auf diese Weise kann über den vertikalen Ätzkanal 11 durch das Funktionsschichtsystem zugleich auch das Substrat 1 elektrisch kontaktiert werden. Werden zur lateralen Ätzbegrenzung von Ätzkanälen in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 elektrisch isolierende Schichten, wie z.B. SiRiN verwendet, muss dagegen ein Substratkontakt mit Hilfe weiterer Prozessschritte hergestellt werden, was zusätzliche Kosten verursachen kann.This can be used to be able to electrically contact at least one electrical conductor track 4a of the functional layer system via the at least one vertical etch channel 11 with its conductive walls made of poly-Si and/or by providing one or more corresponding contacts through the etch stop layer 3 one or more to be able to contact electrically conductive delimiting elements 13a ... 13n in the form of Si structures in the first silicon dioxide layer 2, via which the substrate 1 can also be electrically contacted, as in 9 implied. In this way, the substrate 1 can also be electrically contacted at the same time via the vertical etching channel 11 through the functional layer system. On the other hand, if electrically insulating layers such as SiRiN are used for the lateral etching delimitation of etching channels in the first silicon dioxide layer 2, a substrate contact must be produced with the aid of further process steps, which can cause additional costs.

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 10 angedeutet und anschließend durch Abscheiden einer SiO2-Schicht überdeckt werden, wie in 11 erkennbar.As an alternative to the described production of electrically conductive limiting elements 13a ... 13n in the first silicon dioxide layer 2, the procedure can also be such that the Si structures, which are used, for example, for lateral etching limitation at least one lateral etching channel 12a ... 12n and/or for electrical Contacting of the substrate 1 in the first silicon dioxide layer 2 in the substructure of the sensor element 100 are intended to serve, are first structured out of the substrate 1 with the aid of a mask level, as in 10 indicated and then covered by depositing a SiO2 layer, as in 11 recognizable.

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 12 angedeutet. Mit Hilfe eng beieinander positionierter elektrisch leitfähiger Begrenzungselemente 13a...13n und einer nicht konformen SiO2-Abscheidung kann hier erreicht werden, dass der Raum zwischen den elektrisch leitfähigen Begrenzungselementen 13a... 13n nicht vollständig mit SiO2 aufgefüllt wird. Man erhält so nicht vollständig verfüllte laterale Ätzkanäle 12a...12n bzw. ein nicht vollständig verfülltes laterales Ätzkanalsystem in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 des Unterbaus, durch das sich deutlich schneller ein Ätzmedium, wie z.B. HF-Dampf, durch die lateralen Ätzkanäle 12a... 12n zu den Zugangsätzkanälen 3a1...3an im Kavernenbereich 7a ausbreiten kann.If a CMP process is then carried out to planarize the wafer surface, the raised electrical delimiting elements 13a... 13n can be uncovered again and an SiO2 layer can be left between them, as in 12 implied. With the help of electrically conductive delimiting elements 13a . In this way, lateral etching channels 12a...12n that are not completely filled or a lateral etching channel system that is not completely filled are obtained in the first silicon dioxide layer 2 of the substructure, through which an etching medium, such as HF vapor, can flow through the lateral etching channels 12a... 12n to the access etching channels 3a1...3an in the cavern area 7a.

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 cavern area 7a even when using longer, lateral etching channels 12a . . . 12n. Furthermore, with this method, the poly-Si deposition step for filling the exposed structures in the first silicon dioxide layer 2 and also a possibly subsequent doping step can be saved.

13 zeigt den in 12 beschriebenen Unterbau mit einem Teil des nachfolgend abgeschiedenen Funktionsschichtsystems. 14 zeigt die lateralen Ätzkanäle 12a-12c durch das Funktionsschichtsystem nach der Ätzung der Oxidopferschichten im Kavernenbereich 7a. Bei dieser Variante kann der wenigstens eine vertikale Ätzkanal 11 innerhalb des Funktionsschichtsystems derart ausgeführt werden, dass eine Aufspaltung des vertikalen Ätzkanals 11 in mehrere Ätzkanalstrukturen erfolgt, welche in die lateralen Ätzkanäle 12a-12c einmünden. 13 shows the in 12 described substructure with part of the subsequently deposited functional layer system. 14 shows the lateral etching channels 12a-12c through the functional layer system after the etching of the oxide sacrificial layers in the cavern area 7a. In this variant, the at least one vertical etch channel 11 within the functional layer system can be implemented in such a way that the vertical etch channel 11 is split into a plurality of etch channel structures, which open into the lateral etch channels 12a-12c.

Wie also in den 10-14 erkennbar ist, können bei entsprechender Auslegung des vertikalen Ätzkanals 11 im Funktionsschichtsystem auch mehrere laterale Ätzkanalstrukturen 12a... 12n in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 mit nur einem vertikalen Ätzkanal 11 im Funktionsschichtsystem verbunden werden. Dies kann vorteilhaft dazu genutzt werden, den effektiven Querschnitt eines lateralen Ätzkanals 12a... 12n zu vergrößern. Ferner können auf diese Weise, ausgehend vom dem wenigstens einen vertikalen Ätzkanal 11 durch das Funktionsschichtsystem, mehrere laterale Ätzkanäle 12a...12n, die sich z.B. in unterschiedliche Richtungen (d.h. netzwerkartig) erstrecken, mit dem vertikalen Ätzzugang 11 verbunden werden. Die Aufspaltung des wenigstens einen vertikalen Ätzkanals 11 muss hierzu nicht zwingend im Funktionsschichtsystem erfolgen. Vielmehr kann der wenigstens eine vertikal Ätzkanal 11 auch in wenigstens einem lateralen Ätzkanal 12a... 12n einmünden und von dort aus die Verteilung auf mehrere laterale Ätzkanäle 12a... 12n erfolgen.So how in the 10-14 can be seen, with a corresponding design of the vertical etch channel 11 in the functional layer system, several lateral etch channel structures 12a . . . 12n in the first silicon dioxide layer 2 can be connected to only one vertical etch channel 11 in the functional layer system. This can advantageously be used to enlarge the effective cross section of a lateral etching channel 12a...12n. Furthermore, starting from the at least one vertical etching channel 11 through the functional layer system, several lateral etching channels 12a . . . For this purpose, the splitting of the at least one vertical etching channel 11 does not necessarily have to take place in the functional layer system. Rather, the at least one vertical etching channel 11 can also open into at least one lateral etching channel 12a . . . 12n and from there the distribution to a plurality of lateral etching channels 12a .

Alternativ zu dem beschriebenen Vorgehen in den 10-14 kann eine Vergrößerung eines lateralen Ätzkanalquerschnitts auch dadurch erreicht werden, dass zuerst im Bereich eines lateralen Ätzkanals 12a...12n Trenchgräben in das Substrat 1 geätzt werden und diese mit Hilfe der ersten Siliziumdioxidschicht 2 derart verschlossen werden, dass in ihnen ein Hohlraum 2a...2n ausgebildet wird, wie in den 15 und 16 angedeutet.As an alternative to the procedure described in the 10-14 An enlargement of a lateral etching channel cross section can also be achieved by first etching trenches in the substrate 1 in the area of a lateral etching channel 12a...12n and sealing them with the aid of the first silicon dioxide layer 2 in such a way that a cavity 2a... .2n is formed, as in the 15 and 16 implied.

Mit Hilfe der bereits im Zusammenhang mit 4 beschriebenen Herstellschritte können nun die lateralen Ätzbegrenzungen in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 erzeugt werden und der weitere Funktionsschichtaufbau realisiert werden. Bei der Entfernung der Oxidopferschichten im Kavernenbereich 7a kann sich das Ätzmedium entlang der Hohlräume 2a...2n in den Trenchgräben schnell auch in langen, lateralen Ätzkanälen 12a...12n verteilen und dadurch vorteilhaft eine gegenüber vollständig verfüllten Trenchgräben deutliche Reduzierung der Oxidopferschichtätzzeit erreicht werden.Using the already associated with 4 described manufacturing steps can now the lateral etch stops in the first silicon dioxid layer 2 are generated and the further functional layer structure can be realized. During the removal of the sacrificial oxide layers in the cavern area 7a, the etching medium can be distributed quickly along the cavities 2a...2n in the trenches, even in long, lateral etching channels 12a...12n, thereby advantageously achieving a significant reduction in the sacrificial oxide layer etching time compared to completely filled trenches .

Spielt die Ausbildung von parasitären Kapazitäten zwischen dem Funktionsschichtsystem und dem Substrat 1 keine Rolle, so kann, bezugnehmend auf die 15-18 auf das Schichtsystem des Unterbaus und somit auf die in den gezeigten Beispielen erwähnte erste Siliziumdioxidschicht 2, auch verzichtet werden.Plays the formation of parasitic capacitances between the functional layer system and the substrate 1 does not matter, so, referring to the 15-18 the layer system of the substructure and thus the first silicon dioxide layer 2 mentioned in the examples shown can also be dispensed with.

Wie in den 19-23 gezeigt, kann hierzu die abgeschiedene erste Siliziumdioxidschicht 2, z.B. mit Hilfe eines CMP-Prozesses (engl. chemical mechanical polishing), derart entfernt werden, dass die in den lateralen Trenchkanälen 12a...12n erzeugten Hohlräume mit Material der ersten Siliziumdioxidschicht 2 verschlossen bleiben, während auf dem restlichen Substrat 1 die erste Siliziumdioxidschicht 2 vollständig entfernt wird. Nach dem partiellen Entfernen der ersten Siliziumdioxidschicht 2 erfolgt anschließend der bereits beschriebene Herstellprozess zur Realisierung des Funktionsschichtsystems mit optionaler elektrischer Kontaktierung des Substrats 1.As in the 19-23 shown, the deposited first silicon dioxide layer 2 can be removed, for example using a CMP process (chemical mechanical polishing), in such a way that the cavities created in the lateral trench channels 12a...12n remain sealed with material from the first silicon dioxide layer 2 , while on the remaining substrate 1, the first silicon dioxide layer 2 is completely removed. After the partial removal of the first silicon dioxide layer 2, the manufacturing process already described for realizing the functional layer system with optional electrical contacting of the substrate 1 then takes place.

Eine weitere Variante zur Herstellung der lateralen Ätzkanäle 12a... 12n ist in den 24-28 dargestellt. Dabei wird zuerst eine erste Siliziumdioxidschicht 2 auf dem Substrat 1 erzeugt und dieses derart strukturiert, dass durch die dabei erzeugten Öffnungen Silizium aus dem Substrat 1 entfernt werden kann, wie in den 24 und 25 angedeutet. Nach dem Ätzen des Substrats 1 werden die Öffnungen in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 mit Hilfe einer zweiten Siliziumdioxidschicht 5 derart verschlossen, dass Hohlräume 1a...1n im Substrat 1 ausgebildet werden, wie in 26 erkennbar.Another variant for the production of the lateral etching channels 12a ... 12n is in the 24-28 shown. In this case, a first silicon dioxide layer 2 is first produced on the substrate 1 and this is structured in such a way that silicon can be removed from the substrate 1 through the openings produced, as in FIGS 24 and 25 implied. After the substrate 1 has been etched, the openings in the first silicon dioxide layer 2 are closed with the aid of a second silicon dioxide layer 5 in such a way that cavities 1a...1n are formed in the substrate 1, as shown in FIG 26 recognizable.

Je nach Wahl des Ätzprozesses (isotrop, anisotrop, Kombination aus beiden), können dadurch einzelne laterale Kanalstrukturen 12a... 12n (wie in 24 angedeutet) und/oder laterale Kanalstrukturen mit einem großen Kanalquerschnitt (wie in 25 angedeutet) erzeugt werden. Werden die Öffnungen in der ersten Siliziumdioxidschicht 2 klein bzw. schmal ausgeführt, können diese schnell verschlossen werden. Dadurch entstehen an der Oberseite der Verschlussschicht, in diesem Fall der zweiten Siliziumdioxidschicht 5 nur geringe Topografieunterschiede, die einen zusätzlichen CMP-Schritt für die Herstellung einer planen Oberfläche unnötig machen.Depending on the choice of etching process (isotropic, anisotropic, combination of both), individual lateral channel structures 12a... 12n (as in 24 indicated) and/or lateral canal structures with a large canal cross-section (as in 25 indicated) are generated. If the openings in the first silicon dioxide layer 2 are small or narrow, they can be closed quickly. As a result, only slight topographical differences arise on the upper side of the sealing layer, in this case the second silicon dioxide layer 5, which makes an additional CMP step for the production of a planar surface unnecessary.

Gegenüber der im Zusammenhang mit den 10-14 erläuterten Variante hat diese Variante den Vorteil, dass unter der ersten Siliziumdioxidschicht 2 die Kanalstrukturen im Substrat 1 eine nahezu beliebige Form haben dürfen und nicht derart gestaltet sein müssen, dass sie schnell verschließbar sind, um Hohlräume erzeugen zu können.Compared to the related to the 10-14 explained variant, this variant has the advantage that under the first silicon dioxide layer 2, the channel structures in the substrate 1 can have almost any shape and do not have to be designed in such a way that they can be closed quickly in order to be able to create cavities.

Werden, wie vorgehend erläutert, beschriebene Kanalstrukturen zudem unterhalb von im Unterbau verlaufenden, lateralen Kanalstrukturen vorgesehen (wie in 27 angedeutet), so kann über diese schnell lateral ein z.B. gasförmiges Ätzmedium (z.B. HF-Dampf), in der Fläche verteilt werden und helfen, auch Siliziumdioxidschichten im Unterbau innerhalb der lateralen Kanalstrukturen 12a... 12n zu entfernen, wie in 28 erkennbar. Dadurch kann vorteilhaft zusätzlich eine weitere Kanalquerschnittsvergrößerung bereitgestellt werden.If, as explained above, the channel structures described are also provided below lateral channel structures running in the substructure (as in 27 indicated), a e.g 28 recognizable. As a result, a further increase in the cross-section of the channel can advantageously also be provided.

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 etch stop layer 3, which is etch-resistant to the etching medium used to remove sacrificial layers, and the lateral etch stop boundaries 13a...13n in the substructure serve to guide etching channels for removing sacrificial layers to any desired location within a cavern area.

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 micromechanical component 100 produced using the proposed method can be a capacitive pressure sensor, for example. However, other forms of implementation are also conceivable, such as a microphone, piezoresistive pressure sensor, etc.

Die 29-31 zeigen Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100. Man erkennt, dass ausgehend von einem vertikalen Ätzkanal 11 mehrere laterale Ätzkanäle 12a... 12n ausgebildet sein können in deren Bereich bzw. Verlauf an definierten Positionen Zugangsätzkanäle 3a1...3an durch die Ätzstoppschicht 3 in den Kavernenbereich 7a bereitgestellt werden können, durch welche von unten eine Opferschichtätzung innerhalb des Kavernenbereichs 7a erfolgen kann.the 29-31 12 show plan views of various embodiments of the proposed micromechanical component 100. It can be seen that, starting from a vertical etch channel 11, a plurality of lateral etch channels 12a...12n can be formed in their area or course at defined positions access etch channels 3a1...3an through the etch stop layer 3 can be provided in the cavern area 7a, through which a sacrificial layer etching can take place within the cavern area 7a from below.

32 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100. 32 shows a basic sequence of a method for producing a proposed micromechanical component 100.

In einem Schritt 200 erfolgt ein Ausbilden einer Kaverne 20 unterhalb eines Abdeckelements 10.In a step 200, a cavity 20 is formed below a cover element 10.

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 step 210, at least one vertical etching channel 11 arranged outside of an anchoring structure of the covering element 10 is formed, the cavity 20 being formed by means of at least one of the vertical Etching channel 11 outgoing, provided below an etch stop layer 3 and below the cavern 20 and arranged between the etch stop layer 3 and the silicon substrate 1 lateral etching channel 12a ... 12n and at least one access etching channel 3a1 ... 3an in the cavern 20 is performed.

Claims (10)

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), comprising: - a cover element (10); - A cavity (20) arranged below the cover element (10); - at least one vertical etching channel (11) arranged outside of an anchoring structure of the covering 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 cavity (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). Mikromechanisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine vertikale Ätzkanal (11) spaltenförmig oder rohrförmig ausgebildet ist.Micromechanical component (100) after claim 1 , characterized in that the at least one vertical etching channel (11) is column-shaped or tubular. Mikromechanisches Bauelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Siliziumdioxidschicht (2) wenigstens ein den wenigsten einen lateralen Ätzkanal (12a...12n) lateral begrenzendes elektrisch leitfähiges Begrenzungselement (13a... 13n) und/oder ein elektrisch isolierendes Begrenzungselement (13a... 13n) ausgebildet ist.Micromechanical component (100) after claim 1 or 2 , characterized in that in a first silicon dioxide layer (2) there is at least one electrically conductive delimiting element (13a... 13n) laterally delimiting the at least one lateral etching channel (12a...12n) and/or an electrically insulating delimiting element (13a... 13n) is formed. Mikromechanisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine vertikale Ätzkanal (11) mit dem Abdeckelement (10) elektrisch leitend verbunden oder vom Abdeckelement (10) elektrisch isoliert ausgebildet ist.Micromechanical component (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vertical etching channel (11) is electrically conductively connected to the covering element (10) or is electrically insulated from the covering element (10). Mikromechanisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine vertikale Ätzkanal (11) mit dem wenigstens einem elektrisch leitfähigen Begrenzungselement (13a... 13n) elektrisch leitend verbunden oder von dem wenigstens einem elektrisch leitfähigen Begrenzungselement (13a... 13n) elektrisch isoliert ausgebildet ist.Micromechanical component (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vertical etching channel (11) is electrically conductively connected to the at least one electrically conductive delimiting element (13a... 13n) or is separated from the at least one electrically conductive delimiting element (13a ... 13n) is designed to be electrically insulated. Mikromechanisches Bauelement (100) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine laterale Ätzkanal (12a... 12n) in einer ersten Siliziumdioxidschicht (2) durch wenigstens ein elektrisch leitendes und/oder elektrisch isolierendes Begrenzungselement (13a... 13n) begrenzt ist.Micromechanical component (100) after claim 4 or 5 , characterized in that the at least one lateral etching channel (12a... 12n) is delimited in a first silicon dioxide layer (2) by at least one electrically conductive and/or electrically insulating delimiting element (13a... 13n). Mikromechanisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine laterale Ätzkanal (12a...12n) wenigstens teilweise innerhalb des Substrats (1) oder wenigstens teilweise oberhalb des Substrats (1) ausgebildet ist.Micromechanical component (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one lateral etching channel (12a...12n) is formed at least partially within the substrate (1) or at least partially above the substrate (1). Mikromechanisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem wenigstens einen vertikalen Ätzkanal (11) ausgehend mehrere Ätzkanäle (12a... 12n) ausgebildet sind.Micromechanical component (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of etching channels (12a...12n) are formed starting from the at least one vertical etching channel (11). Mikromechanisches Bauelement (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren lateralen Ätzkanäle (12a... 12n) netzwerkartig und/oder parallel ausgebildet sind.Micromechanical component (100) after claim 8 , characterized in that the plurality of lateral etching channels (12a... 12n) are formed like a network and/or in parallel. Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements (100), aufweisend die Schritte: - Ausbilden einer Kaverne (20) unterhalb eines Abdeckelements (10); - 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.Method for producing a micromechanical component (100), having the steps: - Forming a cavern (20) below a cover element (10); - forming at least one vertical etching channel (11) arranged outside of an anchoring structure of the covering element (10); wherein the formation of the cavern (20) by means of at least one lateral etching channel ( 12a... 12n) and at least one access etching channel (3a1...3an) into the cavern (20).
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