DE102021212947A1 - Micromechanical device and method of manufacture - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Vorrichtung mit einem Substrat (100) mit einer Haupterstreckungsebene;
- mit einer unteren Polysiliziumschicht (310), welche über dem Substrat parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist und in der ein erstes elektrisch isoliertes Segment (315) ausgebildet ist;
- mit einer mittleren Polysiliziumschicht (320), welche über der unteren Polysiliziumschicht parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist;
- mit einer oberen Polysiliziumschicht (330), welche über der mittleren Polysiliziumschicht parallel zur Haupterstreckungsebene, angeordnet ist und in der ein zweites elektrisch isoliertes Segment (335) ausgebildet ist;
- mit einer mikromechanischen Funktionsschicht (400), welche über der oberen Polysiliziumschicht parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist;
- wobei in der mittleren Polysiliziumschicht eine elektrische Leiterbahn (325) gebildet ist, welche mit einem Teil der mikromechanischen Funktionsschicht elektrisch leitend verbunden ist,
- wobei das erste elektrisch isolierte Segment wenigstens bereichsweise unter der Leiterbahn und/oder das zweite elektrisch isolierte Segment wenigstens bereichsweise über der Leiterbahn angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung.
The invention relates to a micromechanical device with a substrate (100) with a main extension plane;
- With a lower polysilicon layer (310) which is arranged above the substrate parallel to the main extension plane and in which a first electrically isolated segment (315) is formed;
- having a middle polysilicon layer (320) which is arranged parallel to the main extension plane above the lower polysilicon layer;
- having an upper polysilicon layer (330) which is arranged parallel to the main plane of extension above the middle polysilicon layer and in which a second electrically isolated segment (335) is formed;
- With a micromechanical functional layer (400), which is arranged parallel to the main plane of extension above the upper polysilicon layer;
- wherein an electrical conductor track (325) is formed in the middle polysilicon layer, which is electrically conductively connected to a part of the micromechanical functional layer,
- wherein the first electrically insulated segment is arranged at least partially under the conductor track and/or the second electrically insulated segment is arranged at least partially above the conductor track.
The invention also relates to a method for producing a micromechanical device.
Description
Stand der TechnikState of the art
In
Charakteristisch für diese Klasse von Verfahren und die weitere Diskussion ist, dass die beweglichen Siliziumstrukturen 1 in einem ersten Schritt durch ein Ätzverfahren in eine dicke Funktionsschicht erzeugt werden, wobei Gräben 2 in der Siliziumschicht mit hohem Aspektverhältnis erzeugt werden. In einem zweiten Schritt wird eine Opferschicht 3 unter der dicken Siliziumschicht entfernt. So erhält man gegenüber der Unterlage frei bewegliche Siliziumstrukturen. Unter den beweglichen Strukturen kann eine dünne, erste, vergrabene Polysiliziumschicht 5 angeordnet werden. Die Polysiliziumschicht kann als Aufhängung 6 für die beweglichen oder festen Siliziumstrukturen verwendet werden oder als Elektrode 7 unter den beweglichen Strukturen oder auch als Leiterbahn (
Die beweglichen Strukturen werden meist mit einer Kappe 9 hermetisch geschützt. Ein Kappenwafer kann mit unterschiedlichen Bondverfahren auf einen Sensorwafer aufgebracht werden. In der Kappe wird meist eine Kaverne 10 vorgesehen (
Die elektrische Verbindung zwischen der hermetisch eingeschlossen MEMS-Struktur und dem Außenbereich wird durch Leiterbahnen 11 in der vergrabenen Schicht, die unter dem Bondrahmen, der aus der Funktionsschicht aufgebaut, laufen hergestellt.The electrical connection between the hermetically sealed MEMS structure and the outside area is established by
Um eine Beschleunigung zu messen oder eine Drehrate zu messen wird die Auslenkung einer seismischen Masse gemessen. Die seismischen Massen werden in der Funktionsschicht gebildet und über Federn aufgehängt. Die Auslenkung der seismischen Masse in der Substrat-Ebene erfolgt über Plattenkondensatoren, die in der Funktionsschicht gebildet werden, und Messung deren Kapazitätsänderung.
Auslenkungen senkrecht zur Substrat-Ebene (out-of-plane) werden über eine Plattenkondensatoranordnung zwischen der beweglichen MEMS-Struktur und feststehenden Gegenelektroden, die mit der vergrabenen Polysiliziumschicht gebildet werden und am Substrat verankert sind, gemessen.In order to measure an acceleration or a yaw rate, the deflection of a seismic mass is measured. The seismic masses are formed in the functional layer and suspended by springs. The deflection of the seismic mass in the substrate level takes place via plate capacitors, which are formed in the functional layer, and the change in capacitance is measured.
Deflections perpendicular to the substrate plane (out-of-plane) are measured via a plate capacitor arrangement between the moveable MEMS structure and stationary counter-electrodes, which are formed with the buried polysilicon layer and are anchored to the substrate.
Der erste Abstand 12 zwischen der Gegenelektrode und dem Substrat wird meist groß gewählt. Zwischen dem Substrat und der Gegenelektrode bildet sich eine feste Kapazität aus, die die Auswertung der variablen Kapazität stört. Es ist technisch schwierig auf einer großen festen Grundkapazität kleine Änderungen zu messen. Die führt immer zu einem Rauschen des gemessenen Signals das meist mit dem Verhältnis zwischen Grundkapazität und Signaländerung ansteigt. Daher wird der Abstand zwischen Gegenelektrode und dem Substrat meist groß gewählt. Technisch sind große Abstände, die durch dicke Oxidschichten auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden werden, aber begrenzt. Die Oxidabscheidungen erfolgen bei hohen Temperaturen und der unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizient von Silizium und Oxid führt dazu, dass dickere Oxidschichten auf Silizium die Tendenz haben Risse auszubilden. Typischerweise können auf Silizium noch Oxiddicken bis zu 2,5 µm erzeugt werden.The
Um eine hohe Empfindlichkeit in der Detektion der out-of-plane-Bewegung zu erhalten, wird der zweite Abstand 13 zwischen der beweglichen Struktur und der Gegenelektrode meist sehr klein gewählt. Dabei wird der Abstand durch eine Oxidschicht, die im Laufe des Prozesses als Opferschicht dient, erzeugt. Technisch sind dabei nahezu keine Grenzen zu geringen Abständen also geringen Oxiddicken gesetzt. Oxidabscheidungen können beliebig dünn abgeschieden werden.In order to obtain a high level of sensitivity in the detection of the out-of-plane movement, the
Problematisch an dieser Anordnung ist, dass mit einem geringen Abstand zwischen der beweglichen Struktur und der Gegenelektrode auch ein geringer Abstand zwischen der Funktionsschicht im Bondrahmenbereich den dort geführten Leiterbahnen in der vergrabenen Polysiliziumschicht erzeugt wird. Weiter ist kritisch, dass in diesem Bereich ein Oxid mit einer hohen Dielektrizitätskonstante liegt. Damit entsteht weitere, nicht gewünschte, hohe zusätzliche Grundkapazität, die nicht durch eine einfache Erhöhung des Abstands reduziert werden kann, da sonst damit auch das Signal reduziert werden würde.The problem with this arrangement is that with a small distance between the movable structure and the counter-electrode, there is also a small distance between the functional layer in the bonding frame area and the conductor tracks routed there in the buried polysilicon layer. It is also critical that there is an oxide with a high dielectric constant in this region. This creates further, undesired, high additional basic capacitance, which cannot be reduced by simply increasing the distance, since otherwise the signal would also be reduced.
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Es werden eine mikromechanische Vorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung gesucht, die es erlaubt unter einem Bondrahmen eine elektrische Signalleitung durchzuführen, die eine geringe elektrische Kapazität hat und gleichzeitig in einem Bereich mit beweglichen MEMS-Strukturen geringe Abstände zwischen einer beweglichen Struktur und eine feststehende Gegenelektrode erlaubt, um große kapazitive Signaländerungen zu ermöglichen.A micromechanical device and a method for its production are sought that allow an electrical signal line to be routed under a bonding frame, which has a low electrical capacitance and at the same time small distances between a movable structure and a stationary counter-electrode in an area with movable MEMS structures allowed to allow large capacitive signal changes.
Kern und Vorteile der Erfindungessence and advantages of the invention
Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Vorrichtung mit einem Substrat mit einer Haupterstreckungsebene, mit einer unteren Polysiliziumschicht, welche über dem Substrat parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist und in der ein erstes elektrisch isoliertes Segment ausgebildet ist, mit einer mittleren Polysiliziumschicht, welche über der unteren Polysiliziumschicht parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist, mit einer oberen Polysiliziumschicht, welche über der mittleren Polysiliziumschicht parallel zur Haupterstreckungsebene, angeordnet ist und in der ein zweites elektrisch isoliertes Segment (335) ausgebildet ist, mit einer mikromechanischen Funktionsschicht, welche über der oberen Polysiliziumschicht parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist, wobei in der mittleren Polysiliziumschicht eine elektrische Leiterbahn gebildet ist, welche mit einem Teil der mikromechanischen Funktionsschicht elektrisch leitend verbunden ist, wobei das erste elektrisch isolierte Segment wenigstens bereichsweise unter der Leiterbahn und/oder das zweite elektrisch isolierte Segment wenigstens bereichsweise über der Leiterbahn angeordnet ist.The invention relates to a micromechanical device having a substrate with a main extension plane, with a lower polysilicon layer, which is arranged above the substrate parallel to the main extension plane and in which a first electrically insulated segment is formed, with a middle polysilicon layer, which is arranged above the lower polysilicon layer parallel to the is arranged in the main extension plane, with an upper polysilicon layer, which is arranged over the middle polysilicon layer parallel to the main extension plane, and in which a second electrically insulated segment (335) is formed, with a micromechanical functional layer, which is arranged over the upper polysilicon layer parallel to the main extension plane, wherein an electrical conductor track is formed in the middle polysilicon layer, which is electrically conductively connected to a part of the micromechanical functional layer, the first electrically insulated segment being arranged at least in regions under the conductor track and/or the second electrically insulated segment being arranged at least in regions above the conductor track.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass zwischen dem Substrat und der unteren Polysiliziumschicht eine erste Oxidschicht mit einer ersten Oxiddicke angeordnet ist, zwischen der unteren Polysiliziumschicht und der mittleren Polysiliziumschicht eine zweite Oxidschicht mit einer zweiten Oxiddicke angeordnet ist und zwischen der mittleren Polysiliziumschicht und der oberen Polysiliziumschicht eine dritte Oxidschicht mit einer dritten Oxiddicke angeordnet ist.An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that a first oxide layer with a first oxide thickness is arranged between the substrate and the lower polysilicon layer, a second oxide layer with a second oxide thickness is arranged between the lower polysilicon layer and the middle polysilicon layer, and between the middle polysilicon layer and a third oxide layer having a third oxide thickness is arranged on the top polysilicon layer.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass zwischen der oberen Polysiliziumschicht und der mikromechanischen Funktionsschicht wenigstens bereichsweise eine vierte Oxidschicht mit einer vierten Oxiddicke angeordnet ist.An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that a fourth oxide layer with a fourth oxide thickness is arranged at least in regions between the upper polysilicon layer and the micromechanical functional layer.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Summe der ersten Oxiddicke und der zweiten Oxiddicke gleich ist der Summe der dritten Oxiddicke und der vierten Oxiddicke oder weniger als 30% Abweichung dazu aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass in der mikromechanischen Funktionsschicht ein Bondrahmen ausgebildet ist, welcher in einem Verbindungsbereich über der Leiterbahn angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist, dass in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene gesehen im Verbindungsbereich unter dem Bondrahmen das erste elektrisch isolierte Segment und/oder das zweite elektrische Segment die Leiterbahn überdecken und dabei mit nicht mehr als 30% Ihrer Fläche über die Leiterbahn hinausragen.
Vorteilhaft ist auch, dass die untere Polysiliziumschicht mittels Gräben strukturiert ist, wobei deren Grabenbreite geringer ist als die doppelte zweite Oxiddicke und/oder die obere Polysiliziumschicht mittels Gräben strukturiert ist, wobei deren Grabenbreite geringer ist als die doppelte vierte Oxiddicke.It is particularly advantageous that the sum of the first oxide thickness and the second oxide thickness is equal to the sum of the third oxide thickness and the fourth oxide thickness or has a deviation of less than 30% therefrom.
An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that a bonding frame is formed in the micromechanical functional layer, which is arranged in a connection area above the conductor track. It is particularly advantageous that the first electrically insulated segment and/or the second electrical segment cover the conductor track in a direction perpendicular to the main extension plane in the connection area under the bonding frame and do not protrude beyond the conductor track by more than 30% of their area.
It is also advantageous that the lower polysilicon layer is structured using trenches, the trench width of which is less than twice the second oxide thickness and/or the upper polysilicon layer is structured using trenches, the trench width of which is less than twice the fourth oxide thickness.
Vorteilhaft ist es, zwischen einem Substrat und einer Funktionsschicht drei vergrabene Polysiliziumschichten, die jeweils durch Oxidschichten voneinander getrennt sind, unter einem Bondrahmen vorzusehen.It is advantageous to provide three buried polysilicon layers, which are each separated from one another by oxide layers, under a bonding frame between a substrate and a functional layer.
Im Bondrahmen erfolgt die Signalführung bevorzugt durch die mittlere Schicht Polysiliziumschicht. Die untere Polysiliziumschicht und die obere Polysiliziumschicht werden im Bondrahmenbereich als elektrisch floatenden Flächen über und unter der mittleren Schicht vorgesehen. Im Kernbereich wird die Bewegung der seismischen Masse bevorzugt zwischen der beweglichen Funktionsschicht und der oberen Schicht vorgesehen.In the bonding frame, the signals are preferably routed through the middle layer, the polysilicon layer. The lower polysilicon layer and the upper polysilicon layer are provided in the bond frame area as electrically floating areas above and below the middle layer. In the core area, the movement of the seismic mass is preferably provided between the movable functional layer and the upper layer.
Die weiteren Polysiliziumschichten dienen als Pufferschichten. Damit kann in Summe eine höhere Oxiddicke erzeugt werden, ohne dass Risse entstehen. Wird eine Struktur in der Polyschicht elektrisch nicht angeschlossen, wenn sie also ein floatendes Potential hat, kann man die beiden Oxidschichten darunter und darüber als in Reihe geschaltete Kapazitäten betrachten. Diese Anordnung wirkt also als eine besonders dicke Oxidschicht, die technisch so ohne Zwischenschicht nicht herstellbar ist.The other polysilicon layers serve as buffer layers. In total, a higher oxide thickness can be produced without cracks occurring. If a structure in the poly layer is not electrically connected, i.e. if it has a floating potential, the two oxide layers above and below can be viewed as capacitances connected in series. This arrangement therefore acts as a particularly thick oxide layer, which cannot be produced technically without an intermediate layer.
Damit können insbesondere im Sensorkern kleine Gap-Abstände genutzt werden um empfindliche Sensoren zu ermöglichen, aber das führt nun nicht mehr zur Erhöhung der Grundkapazität, die im Wesentlichen durch die Leiterbahnführung unter dem Bondrahmen verursacht wurde. Das heißt man kann nun empfindliche und gleichzeitig rauscharme Sensoren herstellen.This means that small gap distances can be used, especially in the sensor core, to enable sensitive sensors, but this no longer leads to an increase in the basic capacitance, which was essentially caused by the conductor path routing under the bonding frame. That means you can now produce sensitive and at the same time low-noise sensors.
Auch der Abstand zum Substrat kann erhöht werden, da man zum Substrat hin über eine floatende Struktur in der unteren Schicht auch einen effektiven Abstand, der größer als 2,5 µm ist, erzeugen kann.The distance to the substrate can also be increased, since an effective distance of more than 2.5 μm can also be produced towards the substrate via a floating structure in the lower layer.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit den Schritten:
- (A) Bereitstellen eines Substrats und Abscheiden einer ersten Oxidschicht darauf;
- (B) Abscheiden und Strukturieren einer unteren Polysiliziumschicht;
- (C) Abscheiden einer zweiten Oxidschicht;
- (D) Abscheiden und Strukturieren einer mittleren Polysiliziumschicht;
- (E) Abscheiden und Strukturieren einer dritten Oxidschicht;
- (F) Abscheiden und Strukturieren einer oberen Polysiliziumschicht;
- (G) Abscheiden und Strukturieren einer vierten Oxidschicht;
- (H) Abscheiden und Strukturieren einer mikromechanischen Funktionsschicht;
- (I) Ätzen der vierten Oxidschicht als Opferschicht wenigstens unter Teilen der mikromechanischen Funktionsschicht;
- (A) providing a substrate and depositing a first oxide layer thereon;
- (B) depositing and patterning a bottom polysilicon layer;
- (C) depositing a second oxide layer;
- (D) depositing and patterning a middle polysilicon layer;
- (E) depositing and patterning a third oxide layer;
- (F) depositing and patterning a top polysilicon layer;
- (G) depositing and patterning a fourth oxide layer;
- (H) deposition and structuring of a micromechanical functional layer;
- (I) etching the fourth oxide layer as a sacrificial layer at least under parts of the micromechanical functional layer;
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im Schritt (H) in einem Verbindungsbereich ein Bondrahmen in die mikromechanische Funktionsschicht strukturiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im Schritt (B) im Verbindungsbereich ein erstes elektrisch isoliertes Segment in die untere Polysiliziumschicht strukturiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im Schritt (D) im Verbindungsbereich eine Leiterbahn in die mittlere Polysiliziumschicht strukturiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im Schritt (F) im Verbindungsbereich ein zweites elektrisch isoliertes Segment in die obere Polysiliziumschicht strukturiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass in einem Schritt (K) nach dem Schritt (I) eine Kappe auf den Bondrahmen montiert wird.An advantageous embodiment of the method provides that in step (H) a bonding frame is structured in the micromechanical functional layer in a connection area.
An advantageous embodiment of the method provides that in step (B) a first electrically insulated segment is structured in the lower polysilicon layer in the connection area.
An advantageous embodiment of the method provides that in step (D) a conductor track is patterned into the middle polysilicon layer in the connection area.
An advantageous embodiment of the method provides that in step (F) a second electrically insulated segment is patterned into the upper polysilicon layer in the connection area.
An advantageous embodiment of the method provides that in step (K) after step (I) a cap is mounted on the bonding frame.
Figurenlistecharacter list
-
1 zeigt schematisch eine mikromechanische Vorrichtung im Stand der Technik.1 12 schematically shows a prior art micromechanical device. -
2 zeigt schematisch eine verkappte mikromechanische Vorrichtung im Stand der Technik.2 12 schematically shows a prior art encapsulated micromechanical device. -
3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung.3 shows schematically a micromechanical device according to the invention. -
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung.4 shows a method according to the invention for producing a micromechanical device.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Auf einem Substrat 100 mit einer Haupterstreckungsebene ist in einer Schichtabfolge eine erste Oxidschicht 210 mit einer ersten Oxiddicke 211, eine untere Polysiliziumschicht 310, eine zweite Oxidschicht 220 mit einer zweiten Oxiddicke 221, eine mittlere Polysiliziumschicht 320, eine dritte Oxidschicht 230 mit einer dritten Oxiddicke 231, eine obere Polysiliziumschicht 330, eine vierte Oxidschicht 240 mit einer vierten Oxiddicke 241 und eine mikromechanische Funktionsschicht 400 angeordnet.
In der unteren Polysiliziumschicht 310, welche über dem Substrat parallel zur Haupterstreckungsebene angeordnet ist, ist ein erstes elektrisch isoliertes Segment 315 ausgebildet. In der mittleren Polysiliziumschicht 320 ist eine elektrische Leiterbahn 325 gebildet, welche mit einem Teil der mikromechanischen Funktionsschicht elektrisch leitend verbunden ist. In der oberen Polysiliziumschicht 330, welche über der mittleren Polysiliziumschicht parallel zur Haupterstreckungsebene, angeordnet ist, ist ein zweites elektrisch isoliertes Segment 335 ausgebildet. Durch Opferschichtätzen der vierten Oxidschicht und teils auch der dritten Oxidschicht werden Teile der mikromechanischen Funktionsschicht freigestellt und beweglich gemacht.
A
A first electrically insulated
In der mikromechanischen Funktionsschicht 400 ist ein Bondrahmen 410 ausgebildet, welcher in einem Verbindungsbereich 500 über der Leiterbahn 325 angeordnet ist. Die Leiterbahn 325 ist dabei zwischen dem ersten elektrisch isolierten Segment 315 und dem zweiten elektrisch isolierten Segment 335 angeordnet. Die elektrisch isolierten Segmente liegen also auf einem unbestimmten elektrischen Potential.
Auf dem Bondrahmen ist mittels Bondmaterial 510 eine Kappe 600 befestigt, welche eine Kaverne 650 einschließt. In der Kaverne 650 sind die Strukturen der mikromechanischen Funktionsschicht geschützt.A
A
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Segmentierung der isolierenden Bereiche in der oberen und der unteren Polysiliziumschicht derart an die jeweilige Leiterbahn im Bondrahmenbereich anzupassen, dass die isolierten Segmente die Leiterbahn im Bondrahmenbereich um nicht mehr als ein Flächenanteil von 30% überragen.In an advantageous embodiment of the invention, the segmentation of the insulating areas in the upper and lower polysilicon layer is to be adapted to the respective conductor track in the bonding frame area in such a way that the isolated segments do not protrude beyond the conductor track in the bonding frame area by more than 30%.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Summe der ersten und zweiten Oxiddicken 211, 221 zwischen Substrat und unterer Polysiliziumschicht und unterer Polysiliziumschicht und mittlerer Polysiliziumschicht ungefähr gleich oder mit weniger als 30% Abweichung zur Summe der dritten und vierten Oxiddicken 231, 241 zwischen mittlerer Polysiliziumschicht und oberer Polysiliziumschicht und zwischen oberer Polyschicht und Funktionsschicht zu wählen.In an advantageous embodiment of the invention, the sum of the first and second oxide thicknesses 211, 221 between the substrate and the lower polysilicon layer and the lower polysilicon layer and the middle polysilicon layer are approximately the same or deviate by less than 30% from the sum of the third and fourth oxide thicknesses 231, 241 between the middle polysilicon layer and upper polysilicon layer and to choose between upper poly layer and functional layer.
Weiter wird vorgeschlagen in einer besonders günstigen Variante die Gräben zwischen den Strukturen in der unteren und der oberen Polysiliziumschicht im Bondrahmenbereich jeweils schmaler als die doppelte Oxiddicke auf der jeweiligen Schicht auszuführen. Damit wird erreicht, dass der jeweilige Graben nach der Oxidabscheidung vollständig mit Oxid gefüllt ist und an der Oberfläche keine zusätzliche Topographie nach der Oxidabscheidung entsteht.Furthermore, in a particularly favorable variant, it is proposed that the trenches between the structures in the lower and the upper polysilicon layer in the bonding frame area be made narrower than twice the oxide thickness on the respective layer. This ensures that the respective trench is completely filled with oxide after the oxide deposition and no additional topography is formed on the surface after the oxide deposition.
Der erfinderische Gedanke ist nicht beschränkt auf zwei weitere Polysiliziumschichten. Um noch geringe Grundkapazitäten zu erreichen können auch weitere Polysiliziumschichten eingeführt werden.The inventive idea is not limited to two additional polysilicon layers. In order to achieve even lower basic capacitances, additional polysilicon layers can also be introduced.
- (A) Bereitstellen eines Substrats und Abscheiden einer ersten Oxidschicht darauf;
- (B) Abscheiden und Strukturieren einer unteren Polysiliziumschicht;
- (C) Abscheiden einer zweiten Oxidschicht;
- (D) Abscheiden und Strukturieren einer mittleren Polysiliziumschicht;
- (E) Abscheiden und Strukturieren einer dritten Oxidschicht;
- (F) Abscheiden und Strukturieren einer oberen Polysiliziumschicht;
- (G) Abscheiden und Strukturieren einer vierten Oxidschicht;
- (H) Abscheiden und Strukturieren einer mikromechanischen Funktionsschicht;
- (I) Ätzen der vierten Oxidschicht als Opferschicht wenigstens unter Teilen der mikromechanischen Funktionsschicht;
- (A) providing a substrate and depositing a first oxide layer thereon;
- (B) depositing and patterning a bottom polysilicon layer;
- (C) depositing a second oxide layer;
- (D) depositing and patterning a middle polysilicon layer;
- (E) depositing and patterning a third oxide layer;
- (F) depositing and patterning a top polysilicon layer;
- (G) depositing and patterning a fourth oxide layer;
- (H) deposition and structuring of a micromechanical functional layer;
- (I) etching the fourth oxide layer as a sacrificial layer at least under parts of the micromechanical functional layer;
Das Verfahren wird in einer vorteilhaften Variante wie folgt ausgeführt:
- 1. Auf einem Substrat wird eine erste Oxidschicht abgeschieden.
- 2. Es wird eine untere Polysiliziumschicht abgeschieden und strukturiert. Bevorzugt werden im Bondrahmenbereich isolierte Bereiche erzeugt, die derart an die jeweilige Leiterbahn im Bondrahmenbereich angepasst sind, dass die isolierten Bereiche im Bondrahmenbereich die Leiterbahn um nicht mehr als ein Flächenanteil von 30% überragen.
- 3. Eine zweite Oxidschicht wird abgeschieden.
- 4. Eine mittlere Polysiliziumschicht wird abgeschieden und strukturiert. Im Bondrahmenbereich werden Leiterbahnen erzeugt.
- 5. Eine dritte Oxidschicht wird abgeschieden und strukturiert.
- 6. Es wird eine obere Polysiliziumschicht abgeschieden und strukturiert. Bevorzugt werden im Bondrahmenbereich isolierte Bereiche erzeugt, die derart an die jeweilige Leiterbahn im Bondrahmenbereich angepasst sind, dass die isolierten Bereiche im Bondrahmenbereich die Leiterbahn um nicht mehr als ein Flächenanteil von 30% überragen.
- 7. Eine vierte Oxidschicht wird abgeschieden und strukturiert.
- 8. Eine Funktionsschicht wird abgeschieden und strukturiert.
- 9. Eine Oxid-Opferschichtätzung erfolgt.
- 10. Eine Kappe wird auf den Bondrahmen gebondet.
- 1. A first oxide layer is deposited on a substrate.
- 2. A bottom polysilicon layer is deposited and patterned. Insulated areas are preferably produced in the bonding frame area, which are adapted to the respective conductor track in the bonding frame area in such a way that the isolated areas in the bonding frame area protrude beyond the conductor track by no more than a surface proportion of 30%.
- 3. A second oxide layer is deposited.
- 4. A middle polysilicon layer is deposited and patterned. Conductor tracks are created in the bonding frame area.
- 5. A third oxide layer is deposited and patterned.
- 6. A top polysilicon layer is deposited and patterned. Insulated areas are preferably produced in the bonding frame area, which are adapted to the respective conductor track in the bonding frame area in such a way that the isolated areas in the bonding frame area protrude beyond the conductor track by no more than a surface proportion of 30%.
- 7. A fourth oxide layer is deposited and patterned.
- 8. A functional layer is deposited and structured.
- 9. An oxide sacrificial layer etch is done.
- 10. A cap is bonded to the bond frame.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- bewegliche Siliziumstrukturenmovable silicon structures
- 22
- Grabendig
- 33
- Opferschichtsacrificial layer
- 55
- Polysiliziumschichtpolysilicon layer
- 66
- Aufhängungsuspension
- 77
- Elektrodeelectrode
- 99
- Kappecap
- 1010
- Kavernecavern
- 1111
- Leiterbahntrace
- 1212
- erster Abstand zwischen Elektrode und Substratfirst distance between electrode and substrate
- 1313
- zweiter Abstand zwischen beweglicher Struktur und Elektrode second distance between movable structure and electrode
- 100100
- Substratsubstrate
- 210210
- erste Oxidschichtfirst oxide layer
- 211211
- erste Oxiddickefirst oxide thickness
- 220220
- zweite Oxidschichtsecond oxide layer
- 221221
- zweite Oxiddickesecond oxide thickness
- 230230
- dritte Oxidschichtthird oxide layer
- 231231
- dritte Oxiddickethird oxide thickness
- 240240
- vierte Oxidschichtfourth oxide layer
- 241241
- vierte Oxiddickefourth oxide thickness
- 310310
- untere Polysiliziumschichtlower polysilicon layer
- 315315
- erstes elektrisch isoliertes Segmentfirst electrically isolated segment
- 320320
- mittlere Polysiliziumschichtmiddle polysilicon layer
- 325325
- Leiterbahntrace
- 330330
- obere Polysiliziumschichttop polysilicon layer
- 335335
- zweites elektrisch isoliertes Segmentsecond electrically isolated segment
- 400400
- mikromechanische Funktionsschichtmicromechanical functional layer
- 410410
- Bondrahmenbond frame
- 500500
- Verbindungsbereichconnection area
- 510510
- Bondmaterialbonding material
- 550550
- Bondpadbond pad
- 600600
- Kappecap
- 650650
- Kavernecavern
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 19537814 A [0001]DE 19537814 A [0001]
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2021
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Patent Citations (5)
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