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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Bauelements.
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Aus dem Stand der Technik ist die Herstellung von mikroelektromechanischen Bauelementen (MEMS) bekannt. Mikroelektromechanische Bauelemente können beispielsweise als Inertialsensoren oder beispielsweise als Drucksensoren ausgebildet sein. Ein solches mikroelektromechanisches Bauelement kann eine Kaverne aufweisen, die eine mikroelektromechanische Struktur/Funktionsstruktur einschließt. Es sind ferner mikroelektromechanische Bauelemente mit auf einem Substrat benachbart angeordneten Sensoren bekannt. Diese können unterschiedliche Gasdrücke in den Kavernen erfordern. Eine Eigenart von Waferbondtechniken besteht darin, dass benachbarte Kavernen nach dem Waferbonden denselben Gasdruck in den Kavernen aufweisen.
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Aus diesem Grund ist es erforderlich, Lochstrukturen in einem mikroelektromechanischen Bauelement vorzusehen, mittels derer der Gasdruck in verschiedenen Kavernen unabhängig voneinander eingestellt werden kann. Solche Lochstrukturen werden nach dem Einstellen des Gasdrucks wieder verschlossen. Hierzu wird typischerweise ein Laseraufschmelzverfahren verwendet. Je größer eine Öffnungs-/Querschnittsfläche einer Lochstruktur ist, desto eher treten Verspannungen im Verschlussbereich auf. Die Verspannungen können Risse im Verschlussbereich bewirken, wodurch die Kaverne undicht werden kann.
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Aus der Herstellung von tiefen Lochstrukturen in einem Substrat, z.B. in einem Siliziumwafer, ist der sogenannte ARDE- Effekt (engl.: aspect ratio depending etching effect) bekannt. Demnach ist eine Ätzrate in Lochstrukturen mit einer größeren Öffnungs-/Querschnittsfläche größer als in Lochstrukturen mit einer kleineren Öffnungs-/Querschnittfläche. Daraus lässt sich ableiten, dass zum Herstellen von tiefen Lochstrukturen mit einer kleineren Öffnungs-/Querschnittsfläche signifikant höhere Ätzzeiten erforderlich sind als bei größeren Öffnungs-/Querschnittsflächen. Im Extremfall kann eine Lochstruktur mit besonders kleiner Öffnungs-/Querschnittsfläche eine maximale Tiefe aufweisen, da in diesem Fall die bei einem Trenchprozess typischerweise aufgebrachte Seitenwandpassivierung an einem Boden der Lochstruktur nicht mehr geöffnet werden kann, wodurch ein tieferes Ätzen verhindert wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Bauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Bauelements mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Bauelements weist folgende Verfahrensschritte auf. Es wird ein erstes Substrat mit einer Oberseite und einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite bereitgestellt. Es wird zumindest eine Lochstruktur mit einer ersten Querschnittsfläche an der Oberseite des ersten Substrats erzeugt. Es wird eine Deckschicht an der Oberseite des ersten Substrats angeordnet. Die Deckschicht wird derart angeordnet, dass eine Seitenwandung der zumindest einen Lochstruktur zumindest abschnittweise beschichtet wird, wodurch die zumindest eine Lochstruktur zumindest abschnittsweise eine gegenüber der ersten Querschnittsfläche kleinere zweite Querschnittsfläche aufweist. Ein mikroelektromechanisches und/oder mikroelektronisches Schichtsystem wird an der Oberseite des ersten Substrats und im Bereich der Lochstruktur angeordnet.
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Dem Verfahren liegt also der Gedanke zugrunde, zunächst zumindest eine Lochstruktur mit einer größeren Querschnittsfläche und entsprechend dem ARDE-Effekt mit einer hohen Ätzrate im ersten-Substrat zu erzeugen und anschließend die Querschnittsfläche der erzeugten zumindest einen Lochstruktur wenigstens abschnittsweise auf eine gewünschte Querschnittsfläche zu verkleinern. Durch dieses Verfahren kann vorteilhafterweise zumindest eine tiefe Lochstrukturen mit besonders kleiner Querschnittsfläche hergestellt werden, welche mit Hilfe von bekannten Standardätzverfahren so nicht herstellbar ist. Die zumindest eine Lochstruktur mit kleiner Öffnungs-/Querschnittsfläche kann vorteilhafterweise eine beliebige Tiefe aufweisen. Das Verfahren bietet dadurch ferner den Vorteil, auf kleinstem Raum zumindest eine Belüftungsstruktur für zumindest eine Kaverne des mikroelektromechanischen Bauelements vorsehen zu können.
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Die Deckschicht kann unmittelbar auf der Oberseite des ersten Substrats angeordnet werden. In einer anderen Ausführungsform wird vor dem Erzeugen der zumindest einen Lochstruktur eine untere dielektrische Schicht auf der Oberseite des ersten Substrats angeordnet. Die untere dielektrische Schicht wird bevorzugt unmittelbar auf der Oberseite des ersten Substrats angeordnet. Es können jedoch auch andere zusätzliche Schichten auf der Oberseite des ersten Substrats angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform wird vor dem Anordnen der Deckschicht im Bereich der Lochstruktur eine Vertiefung in der unteren dielektrischen Schicht vorgesehen. Die Vertiefung kann sich bis zur Oberseite des ersten Substrats erstrecken. Optional kann sich die Vertiefung in einer anderen Ausführungsform bis in das Substrat erstrecken. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Vertiefung, dass die Lochstruktur derart verschlossen werden kann, dass eine Position eines Verschlusses der Lochstruktur in Bezug auf die Oberseite des ersten Substrats variiert werden kann. Beispielsweise kann der Verschluss unterhalb der Oberseite des ersten Substrats oder oberhalb der Oberseite des ersten Substrats ausgebildet werden. Der Verschluss kann ferner entweder im Bereich der unteren dielektrischen Schicht oder oberhalb der dielektrischen Schicht ausgebildet werden. Die Vertiefung in der unteren dielektrischen Schicht kann dabei mit Hilfe eines Ätzprozesses erfolgen oder mit Hilfe eines LOCOS- (engl.: local oxidation of silicon) Prozesses erzeugt werden. Das Fortführen der Vertiefung im Substrat erfolgt in beiden Fällen mit Hilfe eines Plasmaätzprozesses. Die Vertiefung wird dabei bevorzugt konzentrisch zur Lochstruktur ausgerichtet vorgesehen.
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In einer Ausführungsform wird die Deckschicht derart angeordnet, dass die Deckschicht die zumindest eine Lochstruktur an der Oberseite des ersten Substrats verschließt, bevor die zumindest eine Lochstruktur vollständig mit einem Material der Deckschicht aufgefüllt ist. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Lochstruktur erzeugt werden, deren Querschnittsfläche zumindest abschnittsweise signifikant kleiner ist als die der ursprünglich eingebrachten Lochstruktur, mit einer Tiefe die annähernd der Tiefe der ursprünglichen Lochstruktur entspricht, die aber oberflächlich mediendicht verschlossen ist. Dies hat den Vorteil, dass im ersten Substrat zumindest eine vergrabene und beliebig tiefe Lochstruktur mit einer kleinen Querschnittsfläche erzeugt werden kann, die es erlaubt, auf der Oberseite des ersten Substrats weitere Standardhalbleiterschritte/-prozesse durchführen zu können. Nach dem Verschließen der zumindest einen Lochstruktur, können beispielsweise Standard MEMS- und/oder ASIC-Prozesse erfolgen bzw. angewandt werden.
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In einer Ausführungsform wird ein sich durch das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem erstreckender Zugangskanal zur Lochstruktur erzeugt. Vorteilhafterweise kann dadurch ein gasförmiges Medium über den nicht vollständig verfüllten Bereich der zumindest einen Lochstruktur und den zumindest einen Zugangskanal in den zumindest einen Kavernenbereich des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektrischen Bauelements eingebracht werden.
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In einer Ausführungsform wird das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem durch eine Schichtenfolge mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten und jeweils strukturierten Schichten gebildet. Die Schichten der Schichtenfolge werden derart strukturiert, dass durch sukzessives Anordnen der Schichten eine zusammenhängende Struktur gebildet wird, die beim Erzeugen des Zugangskanals entfernt wird, wodurch ein Zugang zu der Lochstruktur erzeugt wird. Vorteilhafterweise wird auf diese Weise ein Zugang bereitgestellt, über den ein definiertes Gas/Gasgemisch in eine Kaverne des mikroelektromechanischen Bauelements eingebracht werden kann und/oder über den ein definierter Druck in der Kaverne eingestellt werden kann.
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In einer Ausführungsform wird ein zweites Substrat über der Oberseite des ersten Substrats angeordnet und das erste Substrat wird mit dem zweiten Substrat verbunden, wobei eine zumindest eine in dem mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystem erzeugte Funktionsstruktur einschließende Kaverne zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ausgebildet wird.
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In einer Ausführungsform wird die Lochstruktur ausgehend von der Unterseite des ersten Substrats freigelegt. Beim Anordnen des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems wird zumindest ein über der Lochstruktur angeordneter Abschnitt des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems als ein Ätzstopp vorgesehen. Vorteilhafterweise kann der Ätzstopp es verhindern, dass beim Freilegen der Lochstruktur an der Unterseite des ersten Substrats das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem an der Oberseite des ersten Substrats im Bereich über der Lochstruktur in unerwünschten Bereichen oder gar vollständig entfernt wird. Dadurch kann beim Freilegen der Lochstruktur an der Unterseite des ersten Substrats ein Ätzangriff auf das mit dem ersten Substrat verbundenen zweite Substrat vermieden oder unterbunden werden. Das zweite Substrat kann beispielsweise als Kappenwafer ausgebildet sein. An einer dem ersten Substrat zugewandten Seite des zweiten Substrats kann weiter eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit, ASIC) vorgesehen sein. Diese kann durch den Ätzstopp vor einem Ätzangriff geschützt werden. Ein Freilegen der Lochstruktur an der Unterseite des ersten Substrats kann entfallen, wenn die Lochstruktur als Durchgangsloch durch das erste Substrat und optional auch durch das mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems ausgebildet ist. In diesem Fall kann auch das Vorsehen einer Ätzstoppschicht/-struktur innerhalb des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems entfallen.
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In einer Ausführungsform wird die Lochstruktur an der Unterseite des ersten Substrats mittels eines Laseraufschmelzverfahrens verschlossen, bei dem lokal aufgeschmolzenes Substratmaterial zum Verschluss der Lochstruktur dient. Bei dem beschriebenen Verfahren kann die Querschnittsfläche der Lochstruktur vorteilhafterweise derart klein ausgeführt werden, dass ein Verschluss der Lochstruktur durch laserbasiertes Aufschmelzen von Substratmaterial möglich ist und Verspannungen, wie sie beispielsweise bei großen Lochquerschnitten im Verschlussbereich auftreten können, reduziert/vermieden werden können. Dadurch können wirkungsvoll Risse im Verschlussbereich verhindert werden, wodurch die Kaverne zuverlässig gasdicht verschlossen ist/bleibt.
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Bei dem Laseraufschmelzverfahren entsteht im Verschlussbereich der Lochstruktur ein tropfenförmig ausgebildetes Gefüge, das an einer von der Lochstruktur abgewandten Seite zumindest eine Spitze aufweisen kann. Diese Spitze kann eine Bearbeitung/Handhabung des mikroelektromechanischen Bauelements erschweren, da sie an der Unterseite des ersten Substrats bzw. des mikroelektromechanischen Bauelements ausgebildet ist. In einer Ausführungsform umfasst das Freilegen der Lochstruktur zumindest ein Erzeugen einer Vertiefung an der Unterseite des ersten Substrats. Die Vertiefung wird derart erzeugt, dass die Lochstruktur innerhalb der Vertiefung zugänglich ist. Die Lochstruktur und die Vertiefung werden in einer Ausführungsform konzentrisch zueinander angeordnet. Vorteilhafterweise ist der Verschlussbereich durch das Erzeugen der Vertiefung derart in einem Bereich zwischen der Oberseite und der Unterseite des ersten Substrats angeordnet, dass der Verschlussbereich bzw. das tropfenförmig ausgebildete Gefüge des Verschlussbereichs nicht aus der Vertiefung herausragt, wodurch der Verschlussbereich nicht beschädigt werden kann und die Kaverne zuverlässig gasdicht verschlossen ist/bleibt.
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In einer Ausführungsform weist das erste Substrat eine vergrabene Schicht auf. Die Lochstruktur wird derart erzeugt, dass sie sich von der Oberseite des ersten Substrats bis zur vergrabenen Schicht erstreckt. Die vergrabene Schicht kann bei Verwendung eines Standardätzprozesses zur Herstellung der Lochstruktur beispielsweise als Ätzstoppschicht ausgebildet sein bzw. verwendet werden und z.B. Siliziumdioxid aufweisen.
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In einer Ausführungsform wird die Vertiefung derart erzeugt, dass sie sich bis zur vergrabenen Schicht erstreckt. Das Freilegen der Lochstruktur erfolgt in diesem Fall nach dem Entfernen der vergrabenen Schicht wenigstens im Bereich der Lochstruktur am Boden der Vertiefung an der Unterseite des ersten Substrats. Vorteilhafterweise kann auf diese Art und Weise eine Lochstruktur mit einer festgelegten Tiefe erzeugt werden. Die Tiefe der Lochstruktur wird dabei von einer Tiefe der vergrabenen Schicht vorgegeben.
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In einer Ausführungsform wird zumindest einer weitere Lochstruktur mit einer weiteren ersten Querschnittsfläche an der Oberseite des ersten Substrats erzeugt. Durch das Anordnen der Deckschicht auf der Oberseite des Substrats wird eine weitere Seitenwandung der weiteren Lochstruktur zumindest abschnittweise beschichtet wird, wodurch die weitere Lochstruktur eine gegenüber der weiteren ersten Querschnittsfläche kleinere weitere zweite Querschnittsfläche aufweist. Ein weiteres mikroelektromechanisches und/oder mikroelektronisches Schichtsystem wird mit einem sich durch das weitere mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem erstreckenden Zugangskanal zur weiteren Lochstruktur an der Oberseite des ersten Substrats und im Bereich der weiteren Lochstruktur angeordnet. Durch das Anordnen des zweiten Substrats über der Oberseite des ersten Substrats und das Verbinden des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat wird eine zumindest eine in dem weiteren mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystem erzeugte Struktur/Funktionsstruktur einschließende weitere Kaverne zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ausgebildet. Die weitere Lochstruktur ist an der Unterseite des ersten Substrats zugänglich oder wird freigelegt. Vorteilhafterweise können die Kaverne und die weitere Kaverne mit unterschiedlichen Medien, z.B. Gasen befüllt werden und/oder in den Kavernen verschiedenen Drücke vorgesehen werden. Dadurch können mikroelektromechanische Bauelemente realisiert werden, bei denen Sensorstrukturen, die z.B. unterschiedliche Atmosphären hinsichtlich einer Zusammensetzung und/oder eines Gasdrucks erfordern, auf dem ersten Substrat benachbart angeordnet werden.
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Das Verfahren zum Herstellen des mikroelektromechanischen Bauelements wird im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
- 1 bis 16: ein Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Bauelements, wobei im Rahmen der Herstellung zeitlich aufeinanderfolgende Zustände des mikroelektromechanischen Bauelements jeweils in einer Querschnittsansicht gezeigt sind; und
- 17 ein weiteres mikroelektromechanisches Bauelement in einer Querschnittsansicht.
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1 zeigt schematisch die dem Verfahren zugrundeliegende Idee. Im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des mikroelektromechanischen Bauelements wurde ein erstes Substrat 1 bereitgestellt. Das erste Substrat 1 weist eine Oberseite 2 und eine der Oberseite 2 gegenüberliegende Unterseite 3 auf. Auf der Oberseite 2 kann weiter eine mikroelektromechanische und/oder eine mikroelektronische Anordnung vorgesehen sein, die in dem in 1 gezeigten Zustand noch nicht auf der Oberseite 2 angeordnet wurde. Das erste Substrat 1 weist beispielhaft Silizium auf, es kann jedoch auch ein anderes Material aufweisen oder unterschiedliche Materialien aufweisen. Das erste Substrat 1 ist beispielhaft als Silizium-Wafer ausgebildet. In diesem Fall ist das erste Substrat im Wesentlichen einkristallin ausgebildet. Das erste Substrat 1 kann jedoch alternativ auch polykristallin sein oder wenigstens gebietsweise polykristallines Silizium aufweisen.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wurde zumindest eine Lochstruktur 4 von der der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 sich in Richtung Unterseite 3 des ersten Substrats 1 erstreckend erzeugt. Die zumindest eine Lochstruktur 4 kann beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Fotolithographieprozesses und der Durchführung eines Trenchprozesses erzeugt werden. In dem Fotolithographieprozess wird zunächst eine Maskierungschicht auf der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 aufgebracht und strukturiert und das erste Substrat 1 in einem unmaskierten Bereich geätzt. Das Ätzen des ersten Substrats 1 kann beispielswiese mittels Plasmaätzen, mittels reaktivem lonenätzen oder mittels nasschemischem Ätzen erfolgen. Für tiefe Strukturen mit kleiner Querschnittsfläche sind Ätzverfahren zu bevorzugen, welche einen ausgeprägten anisotropen Ätzcharakter aufweisen. Das Ätzen der wenigstens einen Lochstruktur 4 kann so lange erfolgen, bis eine erste Tiefe 5 der wenigstens einen Lochstruktur 4 erreicht ist. Die eine erste Tiefe 5 der wenigstens einen Lochstruktur 4 kann mehrere 10 nm bis mehrere 100 µm aufweisen. Die erste Tiefe 5 ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Angaben sind leidglich als beispielhafte Wertangaben zu verstehen.
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Die Lochstruktur 4 ist lediglich beispielhaft als Sackloch ausgebildet. Die Lochstruktur 4 kann alternativ auch als Durchgangsloch ausgebildet sein. Die Lochstruktur 4 kann eine beliebige geometrische Form in einem Querschnitt senkrecht zur Oberseite 2 aufweisen. Die Lochstruktur 4 weist nach dem Ätzen eine erste Querschnittsfläche 6 auf. Die erste Querschnittsfläche 6 ist lediglich beispielhaft entlang einer senkrecht zur Oberseite 2 des ersten Substrats 1 verlaufenden Richtung gleichmäßig ausgebildet und konstant, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Die erste Querschnittsfläche 6 der Lochstruktur 4 kann alternativ beispielsweise sich zur Unterseite 3 oder zur Oberseite 2 des ersten Substrats 1 verjüngend ausgebildet sein. Ist die Lochstruktur 4 beispielsweise kreisförmig ausgebildet, so kann die erste Querschnittsfläche 6 beispielsweise einen Durchmesser von mehr als 10 µm aufweisen, was jedoch lediglich eine beispielhafte Wertangabe ist. Der Durchmesser kann auch kleiner als 10 µm sein.
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In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wurde eine Deckschicht 7 auf der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 angeordnet. Die Deckschicht 7 weist beispielhaft Silizium auf. Die Deckschicht 7 kann jedoch auch ein anderes Material aufweisen, beispielsweise Siliziumoxid oder verschiedene Materialien aufweisen. Beispielhaft wurde die Deckschicht 7 mittels einer epitaktischen Abscheidung ausgebildet, wodurch die Deckschicht 7 und das erste Substrat 1 auch im Verbund im Wesentlichen einkristallin ausgebildet sind. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Deckschicht 7 kann auch als eine polykristalline Schicht ausgebildet werden. Die Deckschicht 7 kann beispielsweise auch mittels CVD (chemical vapour deposition), LPCVD (low pressure chemical vapour deposition), APCVD (atmospheric pressure chemical vapour deposition, PECVD (plasma enhanced chemical vapour deposition), und/oder PVD (physical vapour deposition) auf der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 angeordnet bzw. abgeschieden werden.
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Die Deckschicht 7 wurde derart angeordnet, dass auch wenigstens eine Seitenwandung 8 der Lochstruktur 4 zumindest abschnittsweise beschichtet wurde. Wurde die Lochstruktur 4 beispielhaft als Sackloch ausgebildet, kann auch der Boden 9 der ausgebildeten Lochstruktur 4 zumindest bereichsweise mit der Deckschicht 7 beschichtet werden/sein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Es kann genügen, wenn lediglich die Seitenwandung 8 der Lochstruktur 4 zumindest abschnittsweise mit der Deckschicht beschichtet wird. Durch das Anordnen der Deckschicht 7 weist die Lochstruktur 4 eine gegenüber der ersten Querschnittsfläche 6 kleinere zweite Querschnittsfläche 10 auf. Beispielsweise kann die zweite Querschnittsfläche 10, im Fall eines kreisförmigen Querschnitts, einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als 10 µm. Der Durchmesser ist jedoch nicht auf die beispielhafte Wertangabe beschränkt. Eine weitere Tiefe 11 der Lochstruktur 4 nach dem Anordnen der Deckschicht 7 kann im Wesentlichen durch eine Differenz der Tiefe 5 und einer Schichtdicke der Deckschicht 7 am Boden der Lochstruktur 4 gegeben sein. Die Dicke der am Boden 9 der Lochstruktur 4 erzeugten Deckschicht 7 ist abhängig von der Tiefe 5 der Lochstruktur 4, deren ersten Querschnittsfläche 6, dem gewählten Depositionsverfahren und den gewählten Depositionsparametern beim Abscheiden bzw. Anordnen der Deckschicht 7.
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2 zeigt eine optionale Variante des Verfahrens, bei der die Deckschicht 7 derart angeordnet wird, dass die Deckschicht 7 die Lochstruktur 4 an der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 verschließt, bevor die Lochstruktur 4 vollständig befüllt ist, wodurch ein oberer Verschlussbereich 36 über der Lochstruktur 4 ausgebildet wird. Dadurch wird eine vergrabene Lochstruktur 4 erzeugt. In Abhängigkeit von der gewählten Geometrie der Lochstruktur 4, des gewählten Depositionsprozesses und/oder den gewählten Depositionsparametern bei der Abscheidung der Deckschicht 7, wie beispielsweise einem Druck in einer Depositionskammer, einer Temperatur der Oberfläche 2 des ersten Substrats 1, dem verwendeten Prozessgas, dem verwendeten Prozessgasgemisch, dem Verwendeten Prozessgasfluss, den verwendeten Prozessgasflüssen, den Plasmabedingungen (source power, platen power) und/oder einem verwendeten sogenannten Precursor, der das die Deckschicht 7 aufweisende Material aufweist, kann erreicht werden, dass an der Oberfläche 2 des ersten Substrats 1 die Lochstruktur 4 verschlossen wird, bevor die zuvor erzeugte Lochstruktur 4 vollständig befüllt ist. Die Lochstruktur 4 muss jedoch nicht zwingenderweise verschlossen werden. Die Abscheidung der Deckschicht 7 kann auch derart abgebrochen werden, dass ein vollständiges Verschließen verhindert wird.
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Nach dem Erzeugen der vergraben Lochstruktur 4 an der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 und dem Anordnen der Deckschicht 7 an der Oberseite 2 des Substrats 1, wodurch sich die Querschnittsfläche 6, 10 der Lochstruktur verringert, kann nach optionalem Verschluss der Lochstruktur 4 an der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 ebenfalls optional eine Planarisierung einer Oberfläche 12 der Deckschicht 7 erfolgen, um Unebenheiten 13 an der Oberfläche 12 zu entfernen.
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Dies kann beispielsweise mittels chemisch-mechanischem Polieren (CMP) erfolgen.
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Wie eine derart in das erste Substrat 1 eingebrachte, vergrabene Lochstruktur 4 vorteilhaft verwendet werden kann, soll an nachfolgendem Beispiel erläutert werden. Beim Herstellen des mikroelektromechanischen Bauelements erfolgt das Anordnen eines mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems an, auf und/oder im Bereich der Oberseite 2 des ersten Substrats 1. Das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronischen Schichtsystem kann beispielsweise zur Herstellung von Strukturen/Funktionsstrukturen eines Inertialsensors und/oder eines Drucksensors und/oder einer mikroelektronischen Schaltung verwendet werde.
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Das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem wird dabei zumindest im Bereich über der Lochstruktur 4 angeordnet/vorgesehen. Typischerweise kann das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem durch eine Schichtenfolge mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten und jeweils strukturierten Schichten gebildet werden. Im Folgenden wird das Herstellen eines beispielhaften mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems mit einer beispielhaften Schichtenfolge erläutert. Das mikroelektromechanische Bauelement kann jedoch auch anders ausgebildete mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsysteme aufweisen, insbesondere kann die Schichtenfolge des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems eine andere Anzahl von Schichten aufweisen, als im Folgenden beschrieben wird. Auch eine Strukturierung der Schichten der Schichtenfolge kann jeweils anders erfolgen als in den nachfolgenden beispielhaften Erläuterungen.
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3 zeigt schematisch einen der 2 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen des mikroelektromechanischen Bauelements. Auf die Deckschicht 7 wurde eine erste dielektrische Schicht 14 des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems angeordnet. Die erste dielektrische Schicht 14 kann beispielsweise ein Oxid, beispielsweise ein Siliziumdioxid, oder ein Nitrid, beispielsweise ein Siliziumnitrid oder ein anderes dielektrisches Material aufweisen. Die erste dielektrische Schicht 14 wurde derart strukturiert, dass ein Material der ersten dielektrischen Schicht 14 zumindest in einem Bereich über der vergrabenen/verschlossenen Lochstruktur 4 vollständig entfernt wurde, wodurch eine Aussparung in der ersten dielektrischen Schicht 14 verbleibt.
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In deinem nachfolgenden Verfahrensschritt wurde eine erste halbleitende Schicht 15 des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems auf die Deckschicht 7 und derart in der Aussparung der ersten dielektrischen Schicht 14 angeordnet, dass die Aussparung vollständig verfüllt ist. Überschüssiges Material, das durch eine Abscheidung der ersten halbleitenden Schicht 15 gegebenenfalls an einer Oberfläche der ersten dielektrischen Schicht 14 angeordnet ist, kann optional mittels eines CMP-Schrittes entfernt werden. Alternativ kann auch auf die Durchführung des CMP-Schrittes zumindest teilweise verzichtet werden und die auf der ersten dielektrischen Schicht 14 abgeschiedene erste halbleitende Schicht 15 als Funktionsschicht in dem weiteren Schichtaufbau verwendet werden.
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Die erste halbleitende Schicht 15 weist beispielhaft polykristallines Silizium auf. Die erste halbleitende Schicht 15 kann jedoch auch ein anderes halbleitendes Material aufweisen. Die erste halbleitende Schicht 15 muss auch nicht zwingenderweise polykristallin sein. Sie kann stattdessen auch mittels eines epitaktischen Abscheideverfahrens an der Oberseite12 der Deckschicht 7 angeordnet werden und monokristallin ausgebildet sein. Hierzu muss auch die Deckschicht 7 bereits epitaktisch abgeschieden und monokristallin aufgewachsen sein.
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Dier erste halbleitende Schicht 15 bildet eine pfropfenförmige Struktur in der ersten dielektrischen Schicht 14 und ist derart gestaltet, dass in einem späteren Verfahrensschritt durch die erste halbleitende Schicht 15 hindurch, bis in die vergrabene Lochstruktur 4 hinein, ein Zugangskanal derart geätzt werden kann, dass ein Freilegen der den Pfropfen umgebenden ersten dielektrischen-Schicht 14 vermieden wird, was in 4 gezeigt ist. 4 zeigt einen der 3 zeitlich nachfolgenden Zustand, bei dem eine zweite halbleitende Schicht 16 auf der ersten dielektrischen Schicht 14 und auf der ersten halbleitenden Schicht 15 angeordnet wurde. Das Anordnen der zweiten halbleitenden Schicht 16 kann gegebenenfalls entfallen, wenn auf den CMP-Schritt nach dem Anordnen der ersten halbleitenden Schicht 15 verzichtet wurde oder dieser nur teilweise ausgeführt wurde und eine Restdicke der ersten halbleitenden Schicht 15 auf der ersten dielektrischen Schicht 14 nach dem CMP-Schritt verbleibt.
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Die zweite halbleitende Schicht 16 weist beispielhaft ebenfalls polykristallines Silizium auf, sie kann jedoch ein anderes halbleitendes Material aufweisen, das nicht zwingend polykristallin sein muss. Außerdem wurde die zweite halbleitende Schicht 16 in einem Bereich über der ersten halbleitenden Schicht 15, die erste halbleitende Schicht 15 in einem Bereich über der Lochstruktur 4 und die Deckschicht 7 im Bereich über der Lochstruktur 4 entfernt, was beispielsweise mittels eines anisotropen Plasmaätzschritts erfolgen kann. Dadurch wurde die zuvor durch das Abscheiden der Deckschicht verschlossene Lochstruktur 4 wieder geöffnet bzw. freigelegt.
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5 zeigt schematisch einen der 3 zeitlich nachfolgenden Zustand und stellt eine Alternative Herstellungsweise zu 4 dar. Hierbei ist jedoch die Lochstruktur 4 nicht gemäß 2 durch Anordnen der Deckschicht 7 verschlossen worden. Die Deckschicht 7 wurde in dieser Ausführungsform lediglich zur Verringerung der Querschnittsfläche 6, 10 zumindest an der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 abgeschieden.
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Bei der in 5 gezeigten Variante wurde die Lochstruktur 4 durch Abscheiden der ersten dielektrischen Schicht 14 oberflächlich verschlossen. Umlaufend um den oberen Verschlussbereich 36 wurde nachfolgend in der ersten dielektrischen Schicht 14 durch Strukturieren zumindest eine Aussparung erzeugt, welche durch die Abscheidung der ersten halbleitenden Schicht 15 aufgefüllt wurde. Die zumindest eine Aussparung in der ersten dielektrischen Schicht 14 wurde dabei derart ausgebildet, dass sie einen Abschnitt der ersten dielektrischen Schicht 14, der den oberflächlichen Zugang zur Lochstruktur 4 verschließt, lateral umgibt und einen von der restlichen ersten dielektrischen Schicht 14 getrennten Bereich erzeugt. Durch das Auffüllen der zumindest einen Aussparung in der ersten dielektrischen Schicht 14 mit der ersten halbleitenden Schicht 15 wird eine laterale Ätzstoppstruktur erzeugt, welche es ermöglicht, in einem späteren Verfahrensschritt lediglich innerhalb des von der Aussparung lateral begrenzten Bereichs der ersten dielektrischen Schicht 14 das Material der ersten dielektrischen-Schicht 14 zu entfernen d.h. lediglich im oberen Verschlussbereich 36.
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Anschließend kann die erste halbleitende Schicht 14 z.B. mit Hilfe eines CMP-Schrittes derart planarisiert werden, dass sie bezogen auf die Oberseite 2 des ersten Substrats 1 mit der ersten dielektrischen Schicht 14 bündig abschließt und auf der ersten dielektrischen Schicht 14 kein Material der ersten halbleitenden Schicht 15 verbleit. Die zweite halbleitende Schicht 16 wurde auf der ersten dielektrischen Schicht 14 und auf der zweiten dielektrischen Schicht 15 angeordnet und innerhalb des von der Aussparung lateral begrenzten Bereich der ersten dielektrischen Schicht 14 und über der Lochstruktur 4 zumindest lokal durch Strukturieren entfernt. Dadurch wird die erste dielektrische Schicht 14 im Bereich oberhalb der Lochstruktur 4 zumindest teilweise wieder freigelegt und kann im freigelegten Bereich in einem späteren Verfahrensschritt entfernt werden, wodurch die Lochstruktur 4 freigelegt wird. Alternativ kann auch in diesem Fall das Auffüllen der Aussparung bzw. das Anordnen der ersten halbleitenden Schicht 15 ohne nachträglichen CMP-Schritt erfolgen und dafür die Abscheidung der zweiten halbleitenden Schicht 16 eingespart werden. Alternativ kann der CMP-Schritt auch derart ausgeführt werden, dass eine Restdicke der ersten halbleitenden Schicht 15 auf der ersten dielektrischen Schicht 14 verbleibt und die verbleibende erste halbleitenden Schicht 15 eine plane Oberfläche aufweist. Auch in dieser Variante kann optional auf die Abscheidung der zweiten halbleitenden Schicht 16 verzichtet werden.
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6 zeigt eine Alternative zum Anordnen der ersten dielektrischen Schicht 14 auf der Deckschicht 7. In diesem Fall wird die erste dielektrische Schicht 14 durch eine lokale thermische Oxidation der Deckschicht 7 ausgebildet (local oxidation of silicon, LOCOS-Prozess). Hierzu kann ein Bereich der Deckschicht 7 oberhalb der Lochstruktur 4 zunächst maskiert werden, beispielsweise mit einer Siliziumnitrid-Schicht. Im Anschluss daran erfolgt eine thermische Oxidation der Deckschicht 7 in nicht maskierten Bereichen. Nach dem Entfernen der Maskierungsschicht kann die zweite halbleitende Schicht 16 auf der durch die oberflächliche Oxidation der Deckschicht 7 entstandene erste dielektrischen Schicht 14 und auf dem zuvor maskierten Bereich der Deckschicht 7 oberhalb der verschlossenen Lochstruktur 4 angeordnet und im Bereich oberhalb der Lochstruktur 4 entfernt bzw. strukturiert werden, wodurch die Lochstruktur 4 freigelegt wird.
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Bei einer alternativen Ausführungsvariante wird zuerst eine untere dielektrische Schicht 35 auf/an der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 erzeugt und derart strukturiert, dass im Bereich der Lochstruktur 4 eine Vertiefung 34 in der unteren dielektrischen Schicht 35 entsteht, die sich bis zur Oberseite 2 des ersten Substrats 1 erstrecken kann und optional im ersten Substrat 1 weiter fortgeführt werden kann. In Bereichen, in denen die untere dielektrische Schicht 35 und optional ein Teil des ersten Substrats 1 entfernt wurden, wird analog zu den Ausführungen zu 1 anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt zumindest eine Lochstruktur 4 von der der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 in Richtung Unterseite 3 des ersten Substrats 1 erzeugt. Durch das Anordnen der Deckschicht 7 weist auch hier die Lochstruktur 4 eine gegenüber der ersten Querschnittsfläche 6 kleinere zweite Querschnittsfläche 10 auf.
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Das Anordnen der Deckschicht 7 kann dabei zum teilweisen oder vollständigen Verschluss der Lochstruktur 4 führen. Bevorzug erfolgt der Verschluss an der Oberseite 2 des ersten Substrats 1, welche innerhalb eines Bereichs in dem die erste dielektrische Schicht 14 entfernt wurde, versenkt ausgeführt sein kann. 7 bis 9 zeigen schematisch unterschiedlich tief versenkte obere Verschlussbereiche 36 in jeweils einer Querschnittsansicht. In 7 ist der obere Verschlussbereich 36 in Bezug auf die Oberseite 2 des ersten Substrats 1 oberhalb der unteren dielektrischen Schicht 35 angeordnet. Hierzu kann eine Vertiefung 34 in der unteren dielektrischen Schicht 35 erzeugt werden, deren Querschnittsfläche im Wesentlichen der ersten Querschnittsfläche 6 der Lochstruktur 4 entspricht und welche konzentrisch zur Lochstruktur angeordnet ist. Die Vertiefung 34 in der unteren dielektrischen Schicht 35 erstreckt sich hier bis zur Oberseite 2 des ersten Substrats 1.
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In 8 ist der obere Verschlussbereich 36 in Bezug auf die Oberseite 2 des ersten Substrats 1 in einer Ebene der unteren dielektrischen Schicht 35 angeordnet, d.h. im Bereich der Vertiefung 34 in der unteren dielektrischen Schicht 35. Die Vertiefung 34 in der unteren dielektrischen Schicht 35 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel bis zur Oberseite 2 des ersten Substrats 1 und ist bevorzugt konzentrisch zur Lochstruktur 4 ausgerichtet. In 9 ist der obere Verschlussbereich 36 in Bezug auf die Oberseite 2 des ersten Substrats 1 unterhalb der unteren dielektrischen Schicht 35 bzw. unterhalb der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 angeordnet. Die Vertiefung 34 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel durch die untere dielektrischen Schicht 35 bis unterhalb der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 in das erste Substrat 1 hinein. Auch in diesem Beispiel sind die Vertiefung 34 und die Lochstruktur 4 bevorzugt konzentrisch zueinander ausgerichtet. In 8 und in 9 wurden jeweils Vertiefungen 34 in der unteren dielektrischen Schicht 35 erzeugt, deren Querschnittsfläche größer ist als die erste Querschnittsfläche 6 der Lochstruktur 4.
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Wird die Dicke der Deckschicht 7 größer als die Dicke der unteren dielektrischen Schicht 35 ausgeführt, kann durch Anwenden eines CMP-Schrittes erreicht werden, dass die Deckschicht 7 auf der unteren dielektrischen Schicht 35 vollständig entfernt wird und eine Oberfläche der unteren dielektrischen Schicht 35 und eine Oberfläche der die Lochstruktur 4 oberflächlich verschließende Deckschicht 7 eine plane Fläche/Ebene bilden. Alternativ kann die Deckschicht 7 auch nur so weit planarisiert werden, dass eine topografiefreie Oberfläche vorliegt und eine Restdicke der Deckschicht 7 auf der unteren dielektrischen Schicht 35 verbleibt.
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10 zeigt beispielhaft einen Zustand nach einem CMP-Schritt, bei dem die Deckschicht 7 planarisiert wurde. Dieser Zustand wurde beispielhaft ausgehend von der 9 erzeugt. Ein CMP-Schritt kann jedoch auch ausgehend von den Zuständen der 7 und 8 erfolgen.
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Das Ausbilden von Bereichen unmittelbar auf dem ersten Substrat 1, in denen keine untere dielektrische Schicht 35 vorhanden ist, kann analog zu den Beschreibungen zu 6 auch durch Anwenden eines LOCOS-Prozesses erfolgen.
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11 zeigt schematisch einen der 4 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen des mikroelektromechanischen Bauelements. Alternativ kann der Zustand der 11 jedoch auch ausgehend von den Zuständen der 5 bis 10 erreicht werden, wobei jeweils ausgehend von den 7 bis 10 jeweils das Anordnen der ersten dielektrischen Schicht 14 auf der Deckschicht 7 als nächster Verfahrensschritt erfolgt. 11 zeigt einen Zustand, in dem das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem 17 fertiggestellt wurde.
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Das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem 17 umfasst neben der ersten dielektrischen Schicht 14, der ersten halbleitenden Schicht 15 und der zweiten halbleitenden Schicht 16 außerdem eine zweite dielektrische Schicht 18, eine dritte halbleitende Schicht 19, eine dritte dielektrische Schicht 20 und eine vierte halbleitende Schicht 21 auf. Die Anzahl der Schichten 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21 des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems 17 der 11 und ihre Reihenfolge ist lediglich beispielhaft. Die dielektrischen Schichten 14, 18, 20 weisen beispielhaft ein Siliziumdioxid und/oder ein Siliziumnitrid und/oder ein anderes dielektrisches Material auf und/oder können eine Kombination der aufgeführten Materialien aufweisen. Die halbleitenden Schichten 15, 16, 19, 21 weisen Silizium beispielhaft polykristallines Silizium auf. Die halbleitenden Schichten 15, 16, 19, 21 können jedoch auch ein anderes halbleitendes Material aufweisen, das polykristallin, einkristallin oder amorph sein kann.
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Die zweite dielektrische Schicht 18 wurde auf der zweiten halbleitenden Schicht 16 angeordnet und zumindest abschnittsweise strukturiert, wobei ein Material der zweiten dielektrischen Schicht 18 lokal zumindest teilweise entfernt wurde. Auf der zweiten dielektrischen Schicht 18 wurde die dritte halbleitende Schicht 19 angeordnet. Dadurch, dass die zweite dielektrische Schicht 18 strukturiert wurde, sind die zweite halbleitende Schicht 16 und die dritte halbleitende Schicht 19 in den strukturierten Bereichen der zweiten dielektrischen Schicht 18, in denen die zweite dielektrische Schicht 18 vollständig entfernt wurde, mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Die dritte halbleitende Schicht 19 wurde zumindest abschnittsweise strukturiert, wobei ein Material der dritten halbleitenden Schicht 19 lokal zumindest teilweise entfernt wurde.
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Auf der dritten halbleitenden Schicht 19 wurde die dritte dielektrische Schicht 20 angeordnet. Dadurch, dass die dritte halbleitende Schicht 19 strukturiert wurde, sind die zweite dielektrische Schicht 18 und die dritte dielektrische Schicht 20 in den strukturierten Bereichen der dritten halbleitenden Schicht 19, in denen die dritte halbleitende Schicht 19 vollständig entfernt wurde, mechanisch miteinander verbunden. Die dritte dielektrische Schicht 20 wurde zumindest abschnittsweise strukturiert, wobei ein Material der dritten dielektrischen Schicht 20 lokal zumindest teilweise entfernt wurde.
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Auf der dritten dielektrischen Schicht 20 wurde die vierte halbleitende Schicht 21 angeordnet. Dadurch, dass die dritte dielektrische Schicht 10 strukturiert wurde, sind die dritte halbleitende Schicht 19 und die vierte halbleitende Schicht 21 in den strukturierten Bereichen der dritten dielektrischen Schicht 10, in denen die dritte dielektrische Schicht 20 vollständig entfernt wurde, mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Die vierte halbleitende Schicht 21 wurde zumindest abschnittsweise strukturiert, wobei ein Material der vierten halbleitenden Schicht 21 lokal zumindest teilweise entfernt wurde. Durch vollständiges Entfernen der vierten halbleitenden Schicht wurde zumindest ein die vierte halbleitende Schicht 21 vollständig durchdringender Ätzzugang 22 ausgebildet.
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Nach dem Anordnen einer jeden halbleitenden Schicht 15, 16, 19, 21 kann jeweils optional ein CMP-Schritt und/oder eine Dotierschritt zur Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit erfolgen. In der beispielhaften Ausführungsform des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems 17 der 11 können durch Strukturierung erzeugte Elemente der dritten halbleitenden Schicht 19 beispielsweise Elektrodenflächen für Inertialsensoren bilden.
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Der Zugang zur Lochstruktur 4 kann bei einem Herstellungsverfahren ausgehend von 4 oder 6 durch die zweite dielektrische Schicht 18 verschlossen werden oder ausgehend von 5 durch die erste dielektrische Schicht 14 verschlossen werden. Ausgehend von dem Ätzzugang 22 kann nun durch zumindest partielles Entfernen der dielektrischen Schicht 14 und/oder der dielektrischen Schicht 18 und/oder der dielektrischen Schicht 20 ein sich durch das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem 17 erstreckender „z-förmiger“ Zugangskanal 23 zur Lochstruktur 4 erzeugt werden. Alternativ kann auch ein „I-förmiger“ Zugangskanal 23 erzeugt werden, in dem ein Ätzzugang 22 im Bereich senkrecht über der Lochstruktur 4 durch die vierte halbleitende Schicht 21 vorgesehen wird. Befindet sich zwischen dem Ätzzugang 22 und der Lochstruktur 4 ein zusammenhängender Bereich gebildet aus dem Material der dielektrischen Schicht 14 und/oder der dielektrischen Schicht 18 und/oder der dielektrischen Schicht 20, kann durch zumindest partielles Entfernen der dielektrischen Schicht 14 und/oder der dielektrischen Schicht 18 und/oder der dielektrischen Schicht 20 ein linienförmiger Zugangskanal 23 zur Lochstruktur 4 erzeugt werden. Anders geformte Zugangskanäle 23 können ebenfalls ausgebildet werden. Die Geometrie des Zugangskanals 23 ist nicht beschränkt.
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Weiter ist es auch möglich über der Lochstruktur 4 in dem mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystem 17 eine zusammenhängende Struktur gebildet aus dem Material der halbleitenden Schicht 7 und/oder der halbleitenden Schicht 15 und/oder der halbleitenden Schicht 19 und/oder der halbleitenden Schicht 21 vorzusehen, welche zumindest partiell über der Lochstruktur 4 entfernt werden kann, um einen Zugangskanal 23 durch das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem 17 und optional durch die erste halbleitende Schicht 7 bis zur Lochstruktur 4 ausbilden zu können.
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Durch das Vorsehen weiterer Ätzzugänge 22 wird es ermöglicht, z.B. bewegliche Inertialsensorstrukturen bestehend aus dem Material der vierten halbleitenden Schicht 21 und/oder bestehend aus dem Material der dritten halbleitenden Schicht 19 und/oder der zweiten halbleitenden Schicht 16, mit Hilfe eines Opferschichtätzprozesses (z.B. eines HF-Gasphasenätzprozess) freizulegen, indem auch Bereiche in der ersten und/oder zweiten und/oder dritten dielektrischen Schicht 14, 18, 20 und in der zweiten und/oder dritten halbleitenden Schicht 16, 19 erzeugt werden, die frei von einem dielektrischen Material sind und, die einen freien Zugang zu der vergrabene Lochstruktur 4 im ersten Substrat 1 ermöglichen. Durch geeignetes Umsetzen von lateralen Ätzstoppstrukturen können beliebige Strukturen des Zugangskanals 23 erzeugt werden.
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11 zeigt, dass die Schichten 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21 der Schichtenfolge der mikroelektromechanischen Anordnung 17 derart strukturiert wurden, dass durch das sukzessive Anordnen der Schichten 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21 eine zusammenhängende Struktur 24 gebildet wurde, die beim Erzeugen des Zugangskanals 23 entfernt wird, wodurch die Lochstruktur 4 beim Erzeugen des Zugangskanals 23 geöffnet wird. Die zusammenhängende Struktur 24 wird durch unterschiedliche Abschnitte der dielektrischen Schichten 14, 18, 20 gebildet. Die zusammenhängende Struktur 24 ist über den Ätzzugang 22 zugänglich und mündet in der Lochstruktur 4 bzw. in der Deckschicht 7 im Bereich über der Lochstruktur 4. 12 zeigt einen der 11 zeitlich nachfolgenden Zustand, wobei die zusammenhängende Struktur 24 entfernt wurde, wodurch der Zugangskanal 23 gebildet wurde.
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13 zeigt einen der 12 zeitlich nachfolgenden Zustand beim Herstellen des mikroelektromechanischen Bauelements. Es wurde ein zweites Substrat 25 über der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 angeordnet. Das erste Substrat 1 wurde außerdem mit dem zweiten Substrat 25 verbunden. Dabei wurde eine zumindest eine in dem mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystem 17 erzeugte Struktur/Funktionsstruktur einschließende Kaverne 26 zwischen dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 25 ausgebildet. Die Kaverne 26 ist vom der Lochstruktur 4 aus über den Zugangskanal 23 und den Ätzzugang 22, zugänglich.
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Das zweite Substrat 25 kann beispielsweise Silizium oder ein anderes Material aufweisen. Das zweite Substrat 25 weist ist in der beispielhaften Ausführungsform eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) auf, die zum elektrischen Ansteuern/Auswerten von in/mit dem mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystem 17 erzeugter Strukturen/Funktionsstrukturen ausgebildet ist. Das zweite Substrat 25 kann optional lediglich als Kappenwafer ohne anwendungsspezifische integrierte Schaltungskomponenten (ASIC-Komponenten) ausgebildet sein. In diesem Fall kann die anwendungsspezifische integrierte Schaltung auch auf/in dem erste Substrat 1 integriert sein.
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Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 25 können beispielsweise mittels einer Waferbondtechnik miteinander verbunden werden, beispielsweise mittels direktem Bonden, anodischem Bonden, eutektischem Bonden oder Sealglasbonden. Dabei kann optional ein Bondrahmen 27 zwischen dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 25 angeordnet sein, wie dies in 13 beispielhaft gezeigt ist.
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Gemäß 13 wurde die Lochstruktur 4 an der Unterseite 3 des ersten Substrats 1 freigelegt. Dies kann beispielsweise mittels eines Schleifprozesses und einem nachfolgenden Plasmaätzschritt erfolgen, bei dem das erste Substrat 1 im Bereich unterhalb der Lochstruktur 4 zunächst auf eine definierte Dicke rückgedünnt wird und die Lochstruktur 4 mittels z.B. einer Fotolackmaske und eines Plasmaätzprozesses freigelegt wird. Das Freilegen der Lochstruktur 4 kann also zumindest ein Erzeugen einer weiteren Vertiefung 28 an der Unterseite des ersten Substrats 1 umfassen, derart, dass die Lochstruktur 4 innerhalb der weiteren Vertiefung 28 zugänglich ist bzw. freigelegt wurde. Bevorzugt befindet sich die freigelegte Lochstruktur 4 im Zentrum der weiteren Vertiefung 28. Das Freilegen der Lochstruktur 4 an der Unterseite des ersten Substrats 1 kann jedoch auch entfallen, wenn die Lochstruktur 4 von Anfang an als Durchgangsöffnung durch das erste Substrat 1 und optional auch durch das mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystem 17 ausgebildet ist und nicht als Sackloch. Vor der Erzeugung der Durchgangsöffnung kann zudem zuvor das erste Substrat 1 mittels eines Schleif- und Polierprozesses gedünnt werden.
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Beispielhaft zeigt 13 ferner, dass beim Anordnen des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems 17 zumindest ein über der Lochstruktur 4 angeordneter Abschnitt des mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystems 17 als ein Ätzstopp 29 vorgesehen wurde. Der Ätzstopp 29 wird beispielhaft durch einen Abschnitt der dritten dielektrischen Schicht 20 gebildet, der über der Lochstruktur 4 angeordnet ist. Dadurch kann beim Freilegen der Lochstruktur 4 mit Hilfe eines Plasmaätzprozesses von der Unterseite 3 des ersten Substrats 2 her verhindert werden, dass beim Freilegen der Lochstruktur 4 ein Ätzangriff auf die vierte halbleitende Schicht 21 und auf das zweite Substrat 25 erfolgt. Weist das zweite Substrat 25 einen AISC auf, kann dieser so vor Beschädigungen durch den Plasmaätzprozess geschützt werden. Der Ätzstopp 29 ist in der beispielhaften Ausführungsform als vertikaler Ätzstopp ausgebildet und schützt die vierte halbleitende Schicht 21 beim Freilegen der Lochstruktur 4 vor einem Ätzangriff.
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14 zeigt eine alternative Möglichkeit, die Lochstruktur 4 herzustellen und freizulegen. In diesem Fall weist das erste Substrat 1 eine vergrabene Schicht 30 auf, welche als Ätzstoppschicht bei der Herstellung der Lochstruktur 4 und bei der Herstellung der weiteren Vertiefung 28 an der Unterseite des ersten Substrats 1 dienen kann. Die vergrabene Schicht 30 weist beispielhaft ein Siliziumoxid auf, sie kann jedoch ein anderes Oxid, ein Nitrid oder ein anderes dielektrisches Material aufweisen. In diesem Fall kann das erste Substrat 1 auch als SOI-Substrat (silicon on insulator substrate) bezeichnet werden. Die Lochstruktur 4 wurde bei dieser Variante in Anlehnung an 12 derart erzeugt, dass sie sich von der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 bis zur vergrabenen Schicht 30 erstreckt. Die weitere Vertiefung 28 an der Unterseite 3 des ersten Substrats 1 bei dieser Variante wurde derart erzeugt, indem der Plasmaätzprozess zur Herstellung der weiteren Vertiefung 28 auf/an der vergrabenen Schicht 30 stoppt. Somit kann die vergrabene Schicht 30 sowohl bei der Herstellung der Lochstruktur 4 als auch bei der Herstellung der weiteren Vertiefung 28 als Ätzstoppschicht genutzt/eingesetzt werden
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15 zeigt einen der 14 zeitlich nachfolgenden Zustand. Um diesen Zustand zu erreichen wurde am Boden der weiteren Vertiefung 28 zuerst die vergrabene Schicht 30 entfernt und in einem nachfolgenden Plasmaätzprozess am Boden der Vertiefung noch so viel Material des ersten Substrats 1 entfernt bis die Lochstruktur 1 freigelegt wurde.
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16 zeigt einen der 13 oder der 15 zeitlich nachfolgenden Zustand und das fertige mikroelektromechanische Bauelement 31.
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Bei diesem mikroelektromechanischen Bauelement 31 kann über die freigelegte Lochstruktur 4, d.h. von der Unterseite 3 des ersten Substrats 1 her, und über den Zugangskanal 23 in der Kaverne 26 ein erforderlicher oder erwünschter Kaverneninnendruck eingestellt werden und optional ein beliebiges Medium z.B. ein Gas oder Gasgemisch in der Kaverne 26 vorgesehen werden, wobei ein Verschluss des Zugangs der Lochstruktur 4 an der Unterseite 3 des ersten Substrats 1 mittels eines Laseraufschmelzverfahrens erfolgt. Bei dem Laseraufschmelzverfahren wird lokal Material des ersten Substrats aufgeschmolzen, welches zum Verschluss der Lochstruktur 4 am Boden der weiteren Vertiefung 28 an der Unterseite 3 des ersten Substrats 1 verwendet wird.
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Durch das Verwenden eines Laseraufschmelzverfahrens entsteht in einem unteren Verschlussbereich 32 der Lochstruktur 4 beispielhaft eine tropfenförmige Struktur mit einer von der Lochstruktur 4 abgewandten Spitze. Über die Wahl der Tiefe der weiteren Vertiefung 28 kann erreicht werden, dass der Verschlussbereich und die Spitze der tropfenförmigen Struktur beabstandet zur Unterseite 3 des ersten Substrats 1 ausgeführt ist. Dadurch, dass der untere Verschlussbereich 32 und/oder die tropfenförmige Struktur vollständig innerhalb der weiteren Vertiefung 28 angeordnet ist, kann eine mechanische Beschädigung durch eine Handhabung des mikroelektromechanischen Bauelements 31 verhindert werden.
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Durch das Laseraufschmelzverfahren wird die Lochstruktur 4 und dadurch auch die Kaverne 26 zuverlässig gasdicht verschlossen. Die Tatsache, dass die Lochstruktur 4 eine besonders kleine zweite Querschnittsfläche 10 aufweisen kann ermöglicht es, Spannungen im unteren Verschlussbereich 32 zu reduzieren. Dadurch können Risse im unteren Verschlussbereich 32 reduziert oder verhindert werden, wodurch ein besonders zuverlässiger Verschluss des Zugangs zur Lochstruktur 4 entsteht.
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17 zeigt schematisch ein weiteres mikroelektromechanisches Bauelement 33 in einer Querschnittsansicht. Das weitere mikroelektromechanische Bauelement 33 weist Ähnlichkeiten zum mikroelektromechanischen Bauelement 31 gemäß 16 auf. Ähnliche und identische Elemente sind aus diesem Grund mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Beim weiteren mikroelektromechanischen Bauelement 33 wurde zumindest eine weitere Lochstruktur 4 mit einer weiteren ersten Querschnittsfläche 6 an der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 erzeugt. Durch das Anordnen der Deckschicht 7 auf der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 wurde eine weitere Seitenwandung 8 der weiteren Lochstruktur 4 zumindest abschnittweise beschichtet, wodurch die weitere Lochstruktur 4 eine gegenüber der weiteren ersten Querschnittsfläche 6 kleinere weitere zweite Querschnittsfläche 10 aufweist. Es können auch separate Deckschichten 7 zum Verringern der Querschnittsfläche 6, 10 der Lochstrukturen 4 auf der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 angeordnet werden.
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Ein weiteres mikroelektromechanisches und/oder mikroelektronisches Schichtsystem 17 mit einem sich durch das weitere mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem 17 erstreckenden Zugangskanal 23 zur weiteren Lochstruktur 4 wurde an der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 und im Bereich der weiteren Lochstruktur 4 angeordnet. Durch das Anordnen des zweiten Substrats 25 über der Oberseite 2 des ersten Substrats 1 und das Verbinden des ersten Substrats 1 mit dem zweiten Substrat 25 wurde eine zumindest eine in dem weiteren mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsystem 17 erzeugte Struktur/Funktionsstruktur einschließende weitere Kaverne 26 zwischen dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 25 ausgebildet. Die weitere Lochstruktur 4 wurde an der Unterseite 3 des ersten Substrats 1 freigelegt. Alternativ kann die weitere Lochstruktur 4 auch als Durchgangsloch ausgebildet werden, wodurch das Freilegen entfallen kann.
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Lediglich beispielhaft zeigt 17, dass die mikroelektromechanischen und/oder mikroelektronischen Schichtsysteme 17 identisch ausgebildet sind, was jedoch nicht erforderlich ist. Das mikroelektromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem 17 kann beispielsweise derart ausgebildet sein um eine Struktur/Funktionsstruktur eines Inertialsensors zu bilden, während das weitere mikromechanische und/oder mikroelektronische Schichtsystem 17 derart ausgebildet ist um eine Struktur/Funktionsstruktur eines Drucksensors zu bilden. In diesem Fall ist es beispielsweise zweckmäßig die Kavernen 26 mit unterschiedlichen Gasen/Gasgemischen zu befüllen und mit unterschiedlichen Kaverneninnendrücken zu beaufschlagen und die Lochstrukturen 4 jeweils mittels eines Laseraufschmelzverfahrens zu verschließen.
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Anders ausgedrückt weist das weitere mikroelektromechanische Bauelement 33 der 17 zwei mikroelektromechanische Bauelemente 31 gemäß 16 auf, wobei sich die mikroelektromechanischen Bauelemente 31 ein gemeinsames erstes Substrat 1 und ein gemeinsames zweites Substrat 25 teilen. Das weitere mikroelektromechanische Bauelement 33 kann jedoch auch eine beliebige Mehrzahl mikroelektromechanischer Bauelement 31 gemäß 16 aufweisen, die sich ein gemeinsames erstes und zweites Substrat 1, 25 teilen.
