DE10219248A1

DE10219248A1 - Micromechanical component used as a sensor or actuator comprises a substrate having an insulation region, a trench structure arranged in the insulation region, closure regions having sensor devices, and non-closed second regions

Info

Publication number: DE10219248A1
Application number: DE2002119248
Authority: DE
Inventors: Frank Fischer; Lars Metzger; Frieder Sundermeier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-13

Abstract

Micromechanical component comprises substrate (1) with insulation region (4) on front side of substrate, trench structure (2', 3') arranged in insulation region, closure regions (6, 8, 14) provided on insulation region for closing first regions of trench structure and having sensor devices (10, 12a, 12b), and non-closed second regions of trench structure which thermally insulate parts of sensor devices from substrate. An Independent claim is also included for a process for the production of the micromechanical component.

Description

STATE OF THE ART

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement mit einer thermisch isolierten Sensoreinrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. The present invention relates to a micromechanical Component with a thermally insulated sensor device and a corresponding manufacturing process.

Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf einen in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik (Si-OMM) herstellbaren mikromechanischen Neigungssensor erläutert. Although on any micromechanical components and Structures, in particular sensors and actuators, applicable, the present invention and the underlying Problems related to one in the technology of the Silicon surface micromechanics (Si-OMM) producible Micromechanical tilt sensor explained.

Die DE 42 43 978 C1 beschreibt das Funktionsprinzip eines bekannten Neigungssensors, welcher auf dem Konvektionsprinzip beruht, und die US 6,182,509 B1 eine mikromechanische Realisierung davon. DE 42 43 978 C1 describes the functional principle of a known inclination sensor, which is based on the convection principle is based, and US 6,182,509 B1 a micromechanical Realization of it.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Funktionsprinzips des bekannten Neigungssensors. Fig. 5 is a schematic view for explaining the operation principle of the conventional tilt sensor.

Gemäß Fig. 5 bezeichnet Bezugszeichen SUB ein Substrat, in dem eine Kaverne K vorgesehen ist. Über die Kaverne gespannt ist ein Heizer H und beiderseits davon in gleichem Abstand eine jeweilige Temperaturerfassungseinrichtung S1 bzw. S2. Referring to FIG. 5, reference numeral SUB denotes a substrate is provided in which a cavity K. A heater H is stretched over the cavern and a respective temperature detection device S1 or S2 is located at the same distance on both sides thereof.

Als Heizer H wird eine Leiterbahn, z. B. aus Platin, auf einer dünnen Membran aufgebracht. Diese Leiterbahn ist durch die Kaverne K unterhalb des Heizers H thermisch gegen die Festkörperkomponenten seiner Umgebung entkoppelt. Die Kaverne K wird mit einer bekannten Rückseiten-Ätztechnik der Mikromechanik geätzt. Bei dieser Technologie werden filigrane, freitragende Leiterbahnen erzeugt, die sehr empfindlich gegenüber Erschütterungen und Stöße aus der Umgebung sind. As a heater H, a conductor track, for. B. made of platinum applied a thin membrane. This trace is through the cavern K below the heater H thermally against the Solid state components decoupled from its environment. The cavern K is made using a known backside etching technique Micromechanics etched. This technology uses delicate, self-supporting traces that are very sensitive against vibrations and impacts from the environment.

Bedingt durch die Thermik des umgebenden gasförmigen Mediums, z. B. der Umgebungsluft, resultiert ein aufsteigender Wärmefluß von dem Heizer H, der sogenannte freie Konvektionsfluß, wie er vergleichsweise auch bei einer Kerzenflammer beobachtet werden kann. Due to the thermals of the surrounding gaseous medium, z. B. the ambient air, an ascending results Heat flow from the heater H, the so-called free convection flow, like he compares with a candle flame can be observed.

Neben dem Heizer H läßt sich die daraus resultierende Temperaturverteilung mittels der Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 bestimmen. In addition to heater H, the resulting one can Temperature distribution using the temperature detection devices Determine S1, S2.

Fig. 6a, b sind Darstellungen der Temperaturverteilung in der Umgebung des Heizdrahtes des Neigungssensors nach Fig. 5 in Abhängigkeit von dessen räumlicher Neigung gegenüber der Horizontalen, und zwar Fig. 6a bei verschwindender Verkippung (α = 0) und Fig. 6b bei nicht-verschwindender Verkippung (α > 0°). Fig. 6a, b are diagrams showing the temperature distribution in the vicinity of the heating wire of the inclination sensor of Fig. 5 as a function of its spatial inclination to the horizontal, and specifically, FIG. 6a at zero tilt (α = 0) and Fig. 6b in non- disappearing tilt (α> 0 °).

Wie aus Fig. 6a ersichtlich, stellt sich im Fall verschwindender Neigung ein dreiecksförmiges Temperaturprofil ein, wobei die Temperatur ausgehend von der Temperatur T_H des Heizers H beiderseits symmetrisch auf die Umgebungstemperatur T_U abfällt. As can be seen from FIG. 6a, a triangular temperature profile is established in the case of disappearing inclination, the temperature falling symmetrically on both sides from the temperature T _{H of} the heater H to the ambient temperature T _U.

Neigt man jedoch den Neigungssensor gemäß Fig. 5 um den Winkel α gegenüber der Horizontalen, so wird die Symmetrie gestört, und an den beiden Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 werden verschiedene Temperaturen gemessen. Die Temperaturdifferenz ΔT an den Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 kann elektrisch ausgewertet werden und daraus der Neigungswinkel bestimmt werden. Da ein solcher Neigungssensor auf freier Konvektion basiert und auf äußere Luftmassenströme sensitiv ist, sollte der Sensor luftdicht gegen die Umgebung abgeschlossen werden. Weiterhin sollte eine möglichst geringe Wärmeleitung zwischen dem Heizer H und den Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 auftreten. Auch sollten die Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 und der Heizer H gegenüber dem Substrat thermisch isoliert sein. However, if the inclination sensor according to FIG. 5 is inclined by the angle α relative to the horizontal, the symmetry is disturbed and different temperatures are measured on the two temperature detection devices S1, S2. The temperature difference ΔT at the temperature detection devices S1, S2 can be evaluated electrically and the angle of inclination can be determined therefrom. Since such a tilt sensor is based on free convection and is sensitive to external air mass flows, the sensor should be sealed airtight against the environment. Furthermore, the lowest possible heat conduction should occur between the heater H and the temperature detection devices S1, S2. The temperature detection devices S1, S2 and the heater H should also be thermally insulated from the substrate.

Ein weiterer solcher Neigungswinkelsensor ist bekannt aus H. Sandmaier, HSG-IMIT und W. Wimmer, VOGT electronic AG: Convection Based Micromachined Inclinometer using SOI Technology; MEMS 2001, 14 IEEE International Conference in Interlaken, Schweiz. Another such inclination angle sensor is known from H. Sandmaier, HSG-IMIT and W. Wimmer, VOGT electronic AG: Convection Based Micromachined Inclinometer using SOI Technology; MEMS 2001 , 14th IEEE International Conference in Interlaken, Switzerland.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende allgemeine Problematik besteht darin, durch einen einfachen Prozeß einen robusteren mikromechanischen Neigungswinkelsensor bereitzustellen. The general underlying the present invention The problem lies in a simple process more robust micromechanical inclination angle sensor provide.

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION

Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das entsprechende Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 weisen den Vorteil auf, daß eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Bauelements mit einem isolierten Vorderseitenbereich, auf dem eine Sensoreinrichtung mit verschiedenen voneinander und gegenüber dem Substrat thermisch entkoppelten Bereichen vorgesehen werden kann, möglich ist. The micromechanical component according to the invention with the Features of claim 1 or the corresponding Manufacturing method according to claim 8 have the advantage that a simple and inexpensive manufacture of a Component with an insulated front side area on which one Sensor device with different from each other and opposite areas thermally decoupled from the substrate can be, is possible.

Nur oberflächenmikromechanische Verfahrensschritte, d. h. nur Vorderseitenprozesse, sind zur Herstellung eines solchen Sensors notwendig. Dadurch entfallen die bekannten aufwendigen Rückseitenprozesse, wie z. B. das KOH-Ätzen mittels der Ätzdose zur Strukturierung einer Membran. Durch den Wegfall des KOH-Ätzschrittes von der Rückseite her ist auch eine Miniaturisierung des mikromechanischen Bauelements möglich. Ein weiterer Vorteil ist die Vermeidung von Kratzern bzw. Partikeln auf der Wafervorderseite, weil keine Rückseitenprozesse mehr notwendig sind. Only surface micromechanical process steps, i. H. just Front-end processes are used to create one Sensor necessary. This eliminates the well-known complex Back processes, such as B. the KOH etching by means of Etching box for structuring a membrane. By eliminating the KOH etching step from the back is also one Miniaturization of the micromechanical component possible. On Another advantage is the avoidance of scratches or particles on the front of the wafer because there are no more back processes are necessary.

Noch ein Vorteil besteht in der Ersetzung der zur Isolation bisher notwendigen Membran durch einen kompakteren Isolationsblock. Dadurch werden Membranbrüche beim Aufbringen der vorderseitigen Sensorstruktur, beispielsweise einer chemisch sensitiven Paste, vermieden. Schließlich sind nur wenige Schichterzeugungsschritte und Photolithographieschritte zur Erzeugung des erfindungsgemäßen vorderseitigen Isolationsblocks notwendig. Another advantage is the replacement of insulation previously required membrane due to a more compact Isolation block. This will cause membrane breaks when the front sensor structure, for example a chemical one sensitive paste, avoided. After all, there are only a few Layer generation steps and photolithography steps for Generation of the front side according to the invention Isolation blocks necessary.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung. There are advantageous ones in the subclaims Developments and improvements to the subject of Invention.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht das Substrat aus Silizium und der Isolationsbereich aus Siliziumdioxid. According to a preferred development, the substrate is made made of silicon and the insulation area made of silicon dioxide.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Verschließbereich eine erste Siliziumdioxidschicht und eine darüberliegende Siliziumnitridschicht auf. According to a further preferred development, the Sealing area a first silicon dioxide layer and a overlying silicon nitride layer.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Siliziumnitridschicht durch eine zweite Siliziumdioxidschicht eingeebnet. According to a further preferred development, the Silicon nitride layer through a second silicon dioxide layer leveled.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Sensoreinrichtung einen Neigungssensor mit einer Heizeinrichtung und mindestens zwei Temperaturerfassungseinrichtungen auf. According to a further preferred development, the Sensor device a tilt sensor with a heating device and at least two temperature detection devices.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine Verkappung zum Verkappen der Sensoreinrichtung vorgesehen. According to a further preferred development, a Capping provided for capping the sensor device.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Heizeinrichtung eine streifenförmige Gestalt auf, wobei beiderseits der Heizeinrichtung streifenförmige Gräben vorgesehen sind und wobei die mindestens zwei Temperaturerfassungseinrichtungen jenseits der Gräben angeordnet sind, d. h. auf der der Heizeinrichtung abgelegenen Seite. According to a further preferred development, the Heater on a strip shape, wherein strip-shaped trenches on both sides of the heating device are provided and the at least two Temperature detection devices are arranged beyond the trenches, d. H. on the side remote from the heater.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfaßt das Bilden des Isolationsbereichs ein vorzugsweise thermisches Aufoxidieren der Grabenstruktur. According to a further preferred development, this includes Form the insulation area preferably a thermal Oxidation of the trench structure.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die modifizierte Grabenstruktur vollständig thermisch aufoxidierte Stege auf. According to a further preferred development, the modified trench structure completely thermally oxidized Get on.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die modifizierte Grabenstruktur zumindest teilweise verschmälerte Gräben auf. According to a further preferred development, the modified trench structure at least partially narrowed Ditches.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfaßt das Vorsehen der nicht-verschlossenen zweiten Bereichen ein Durchätzen des Verschließbereichs. According to a further preferred development, this includes Provide the unlocked second areas Etching through the locking area.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Gräben nach dem Durchätzen des Verschließbereichs verbreitert. According to a further preferred development, the Trenches after the locking area has been etched through widened.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die modifizierte Grabenstruktur teilweise thermisch aufoxidierte Stege auf, von denen die Oxidschicht nach dem Durchätzen des Verschließbereichs selektiv entfernt wird, um verbreiterte Gräben zu erhalten. According to a further preferred development, the modified trench structure partially thermally oxidized Ridges, of which the oxide layer after etching through the Capping area is selectively removed to widened To maintain trenches.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die verbreiterten Gräben nochmals verbreitert, so dass die ersten Bereiche zumindest teilweise von Abschnitten des Isolationsbereichs getragen werden, welche die Oxidschicht auf den teilweise thermisch aufoxidierte Stegen gebildet haben. According to a further preferred development, the widened trenches widened again, so that the first Areas at least partially from sections of the Isolation area are worn, which the oxide layer on the have partially formed thermally oxidized webs.

DRAWINGS

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are in the drawings shown and in the description below explained.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1a-h Herstellungsschritte zur Herstellung eines Neigungssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1a-h manufacturing steps for manufacturing an inclination sensor according to a first embodiment of the present invention;

Fig. 2a-e Herstellungsschritte zur Herstellung eines Neigungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; FIGS. 2a-e manufacturing steps for manufacturing an inclination sensor according to a second embodiment of the present invention;

Fig. 3a eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 1h mit einem ersten Temperaturfühlermuster; Figure 3a is a schematic plan view of an inclination sensor shown in Fig 1h with a first temperature sensor pattern..;

Fig. 3b eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 2e mit dem ersten Temperaturfühlermuster; Figure 3b is a schematic plan view of an inclination sensor shown in Fig 2e to the first temperature sensor pattern..;

Fig. 4a eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 1h mit einem zweiten Temperaturfühlermuster; Figure 4a is a schematic plan view of an inclination sensor shown in Fig 1h with a second temperature sensor pattern..;

Fig. 4b eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 2e mit dem zweiten Temperaturfühlermuster; Figure 4b is a schematic plan view of an inclination sensor shown in Fig 2e to the second temperature sensor pattern..;

Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Funktionsprinzips eines bekannten Neigungssensors; und Fig. Is a schematic view for explaining the operating principle of a known inclination sensor 5; and

Fig. 6a, b Darstellungen der Temperaturverteilung in der Umgebung des Heizdrahtes des Neigungssensors nach Fig. 5 in Abhängigkeit von dessen räumlicher Neigung gegenüber der Horizontalen, und zwar Fig. 6a bei verschwindender Verkippung (α = 0°) und Fig. 6b bei nicht-verschwindender Verkippung (α > 0°). Fig. 6a, b representations of temperature distribution in the vicinity of the heating wire of the inclination sensor of Fig. 5 as a function of its spatial inclination to the horizontal, and specifically, FIG. 6a at zero tilt (α = 0 °) and Fig. 6b in non- disappearing tilt (α> 0 °).

DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten. In the figures, the same reference symbols designate the same or functionally identical components.

Fig. 1a-h zeigen Herstellungsschritte zur Herstellung eines Neigungssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figs. 1a-h manufacturing steps for manufacturing an inclination sensor according to a first embodiment of the present invention.

In Fig. 1a bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Siliziumsubstrat in Form eines Siliziumwafers. Selbstverständlich muß das Substrat nicht unbedingt ein Siliziumwafer sein, sondern kann beispielsweise auch die oberste Schicht eines mehrlagigen Substrats sein, welches beispielsweise aus einem Wafer und einer Epitaxieschicht o. ä. besteht. In Fig. 1a, reference numeral 1 denotes a silicon substrate in the form of a silicon wafer. Of course, the substrate does not necessarily have to be a silicon wafer, but can also be, for example, the uppermost layer of a multilayer substrate, which consists, for example, of a wafer and an epitaxial layer or the like.

In das Substrat 1 werden mittels eines üblichen photolithographischen Prozesses und eines anisotropen Ätzschritts, beispielsweise durch reaktives Ionenätzen, Gräben 2 eingebracht, wobei zwischen den Gräben 2 Stege 3 aus dem Substratmaterial zurückbleiben. Eine typische Dicke des Substrats liegt zwischen 200 µm und 600 µm, und eine typische Tiefe der Gräben 2 liegt zwischen 20 µm und 200 µm. Trenches 2 are made in the substrate 1 by means of a conventional photolithographic process and an anisotropic etching step, for example by reactive ion etching, webs 3 remaining between the trenches 2 made of the substrate material. A typical thickness of the substrate is between 200 μm and 600 μm, and a typical depth of the trenches 2 is between 20 μm and 200 μm.

Die Gräben 2 können dabei je nach Anwendung eine beliebige Form aufweisen. Beispielsweise kann eine Struktur gewählt werden, bei dem die Stege 3 Säulen sind, die von dem Substrat 1 in diesem Bereich stehen bleiben. Andere Möglichkeiten sind beispielsweise Stege oder kreisbogenförmige Stege. Diese Prozeßschritte führen zum in Fig. 1a gezeigten Zustand. The trenches 2 can have any shape depending on the application. For example, a structure can be selected in which the webs 3 are columns that remain from the substrate 1 in this area. Other possibilities are, for example, webs or webs in the form of a circular arc. These process steps lead to the state shown in FIG. 1a.

Gemäß Fig. 1b wird die resultierende Struktur thermisch aufoxidiert, um eine isolierende Oxidschicht 4 zu bilden. Isolierend in diesem Zusammenhang bedeutet hier thermisch isolierend, je nach der vorgesehenen Anwendung des mikromechanischen Bauelements kann es in anderen Fällen auch elektrisch isolierend bedeuten. According to Fig. 1b, the resultant structure is thermally oxidized to form an insulating oxide layer 4. Insulating in this context means thermally insulating, depending on the intended application of the micromechanical component, it can also mean electrically insulating in other cases.

Die Breite der Stege 3 beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a ist derart gewählt, daß sie bei der thermischen Oxidation vollständig aufoxidiert werden und die modifizierten Stege 3' somit vollständig aus Siliziumdioxid bestehen. Ebenfalls die Gräben 2 werden zu modifizierten Gräben 2' mit geringerer Breite durch die thermische Oxidation umgewandelt. The width of the webs 3 in the first exemplary embodiment according to FIG. 1a is selected such that they are completely oxidized during the thermal oxidation and the modified webs 3 'thus consist entirely of silicon dioxide. The trenches 2 are also converted into modified trenches 2 'with a smaller width by the thermal oxidation.

Gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann die Grabenbreite derart gewählt werden, dass der Graben nach der Oxidation verschlossen ist. According to a modified embodiment, the Trench width should be chosen so that the trench after the Oxidation is closed.

Gemäß der Darstellung von Fig. 1c erfolgt in den nächsten Prozeßschritten eine Luftisolation der modifizierten Gräben 2' durch Vorsehen eines Verschließbereichs 6, 8, 9 in Form einer Schichtenfolge über der modifizierten Grabenstruktur 2', 3'. Der Verschließbereich wird durch Abscheiden einer ersten Oxidschicht 6 und anschließendes Abscheiden einer Nitridschicht 8 über der ersten Oxidschicht 6 sowie Abscheiden einer zweiten Oxidschicht 9 über der Siliziumnitridschicht 8 erzeugt. According to the illustration of FIG. 1c is carried out in the next process steps, an air insulation of the modified trenches 2 'by providing a Verschließbereichs 6, 8, 9 in the form of a layer sequence over the modified grave structure 2', 3 '. The sealing area is produced by depositing a first oxide layer 6 and then depositing a nitride layer 8 over the first oxide layer 6 and depositing a second oxide layer 9 over the silicon nitride layer 8 .

Hierbei werden bevorzugt CVD-Verfahren eingesetzt, bei denen die mittlere freie Weglänge derart groß ist, daß die reaktiven Spezies der Prozeßgase nicht in die OMM-Struktur mit hohem Aspektverhältnis eindringen können. Die mittlere freie Weglänge im Plasma sollte nur so klein sein, daß es zu einer ungerichteten Emission von Plasmaspezies kommt. Dadurch entstehen Abschattungen der CVD-Schicht bereits in geringen Tiefen der OMM-Gräben 2', und es kommt zum Verschluß der Gräben im oberen Bereich mit der ersten Oxidschicht 6. In this case, CVD methods are preferably used in which the mean free path is so large that the reactive species of the process gases cannot penetrate the OMM structure with a high aspect ratio. The mean free path length in the plasma should only be so small that there is an undirected emission of plasma species. This results in shadowing of the CVD layer even at shallow depths in the OMM trenches 2 ′, and the trenches are sealed in the upper region with the first oxide layer 6 .

In einem darauffolgenden Verfahrensschritt, welcher mit Bezug auf Fig. 1d erläutert wird, wird die zweite Oxidschicht 9 zurückpoliert, wobei die Siliziumnitridschicht 8 als Polierstopp dient, was zu einer planaren Oberfläche der Struktur führt. Ein Restoxid der zweiten Siliziumoxidschicht 9 bleibt lediglich in den Einsenkungen oberhalb der Gräben 2' zurück. In a subsequent process step, which is explained with reference to FIG. 1d, the second oxide layer 9 is polished back, the silicon nitride layer 8 serving as a polishing stop, which leads to a planar surface of the structure. A residual oxide of the second silicon oxide layer 9 remains only in the depressions above the trenches 2 '.

Gemäß Fig. 1e erfolgt dann das Abscheiden und Strukturieren einer Platinwiderstandsebene zur Bildung einer Heizeinrichtung 10 und zweier Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b. Bezugszeichen 13 in Fig. 1e bezeichnet einen Anschlußbereich für die Temperaturerfassungseinrichtung 12b. An dieser Stelle sollte bemerkt werden, daß mögliche ebene Strukturen der Heizeinrichtung 10 und der Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b weiter unten in Bezug auf Fig. 3a, b und 4a, b näher erläutert wird. According to FIG. 1e, a platinum resistance level is then deposited and structured to form a heating device 10 and two temperature detection devices 12 a, 12 b. Reference numeral 13 in Fig. 1e denotes a connection area for the temperature detection device 12 b. At this point it should be noted that possible flat structures of the heating device 10 and the temperature detection devices 12 a, 12 b are explained in more detail below with reference to FIGS . 3a, b and 4a, b.

Alternativ zu der Verwendung von Platin zur Herstellung der Leiterbahn können im übrigen auch Silizium- bzw. Silizium- Germanium-Widerstände, Aluminium-Silizium-Schottky-Dioden oder auch Thermopilesensoren verwendet werden. As an alternative to using platinum to manufacture the Conductor can also silicon or silicon Germanium resistors, aluminum-silicon Schottky diodes or thermopile sensors can also be used.

In einem weiteren Prozeßschritt, welcher in Fig. 1f illustriert ist, wird über der resultierenden Struktur eine Oxidschicht 14 aufgewachsen, welche als Schutzschicht dient. Auch der Oxidschicht 14 werden Aluminium-Leiterbahnen 16 durch ein übliches Verfahren (Abscheiden/Strukturieren) gebildet, welche an entsprechenden Orten Kontakte zur Platin-Widerstandsebene aufweisen, von denen hier ein Kontakt KO zum Anschlußbereich 13 gezeigt ist. In a further process step, which is illustrated in FIG. 1f, an oxide layer 14 is grown over the resulting structure, which serves as a protective layer. Aluminum conductor tracks 16 are also formed in oxide layer 14 by a conventional method (deposition / structuring), which have contacts at appropriate locations to the platinum resistance level, of which a contact KO to connection area 13 is shown here.

Mit Bezug auf Fig. 1g werden dann Isoliergräben zwischen der Heizeinrichtung 10 und den Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b sowie zwischen den Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, b und der Peripherie vorgesehen. Dies geschieht wiederum mittels eines reaktiven Ionen-Ätzschritts, bei dem die Schichten 4, 6, 14 mittels einer entsprechenden Maske (vgl. Fig. 2b/c) durchgeätzt werden. With reference to FIG. 1g, isolation trenches are then provided between the heating device 10 and the temperature detection devices 12 a, 12 b and between the temperature detection devices 12 a, b and the periphery. This in turn takes place by means of a reactive ion etching step in which the layers 4 , 6 , 14 are etched through using a corresponding mask (cf. FIG. 2b / c).

Insbesondere liegt dieser Ätzschritt entsprechende, modifizierte Gräben 2' in der Oxidschicht 4 frei. Durch die so geschaffene Struktur läßt sich ein Wärmefluß von der Heizeinrichtung 10 zu den Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b beim späteren Betrieb des Neigungssensors vermeiden. Auch sind die Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b nunmehr thermisch von der Peripherie entkoppelt. In particular, this etching step exposes corresponding, modified trenches 2 ′ in the oxide layer 4 . The structure created in this way prevents heat flow from the heating device 10 to the temperature detection devices 12 a, 12 b during later operation of the inclination sensor. The temperature detection devices 12 a, 12 b are now thermally decoupled from the periphery.

Schließlich wird gemäß Fig. 1h eine Verkappung 18 über der so geschaffenen Sensorstruktur vorgesehen. Finally, according to FIG. 1h, a capping 18 is provided over the sensor structure created in this way.

Die weitere Prozessierung, insbesondere die Bildung der Anschlußpads, etc. erfolgt in bekannter Weise und wird hier nicht weiter erläutert. Further processing, especially the formation of the Connection pads, etc. is made in a known manner and is here not explained further.

Fig. 2a-e zeigen Herstellungsschritte zur Herstellung eines Neigungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. FIGS. 2a-e show manufacturing steps for the production of an inclination sensor according to a second embodiment of the present invention.

Wie in Fig. 2a dargestellt, ist bei der zweiten Ausführungsform die Breite der ursprünglichen Stege 3 aus Silizium nicht konstant, sondern Variiert, wobei durch die Oxidation die breiteren Stege 3a-e nicht vollständig aufoxidiert werden, sondern nur mit der Oxidschicht 4 überzogen werden, wohingegen die schmaleren Stege vollständig zu modifizierten Stegen 3a'-e' aufoxidiert werden. As shown in Fig. 2a, in the second embodiment is not constant but, the wider webs are not fully oxidised a-e 3 by the oxidation, but are only covered with the oxide layer 4, whereas the width of the original webs 3 of silicon, Varies the narrower webs are completely oxidized to modified webs 3a'-e '.

Gemäß Fig. 2b werden dann die bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Prozeßschritte durchgeführt, mittels denen ein Prozeßzustand erreicht wird, der demjenigen von Fig. 1f entspricht. Insbesondere unterscheidet sich dabei der Aufbau gemäß Fig. 2b von demjenigen nach Fig. 1f darin, daß die Heizeinrichtung eine größere Breite aufweist und diese über den Stegen 3c, 3d und dem aufoxidierten Bereich 3a' vorgesehen ist. According to FIG. 2b, the process steps already described in connection with the first embodiment are then carried out, by means of which a process state is achieved which corresponds to that of FIG. 1f. In particular, the structure according to FIG. 2b differs from that according to FIG. 1f in that the heating device has a greater width and this is provided over the webs 3 c, 3 d and the area 3 a 'which has been oxidized.

Des weiteren wird gemäß Fig. 2b eine Lackmaske derart über der resultierenden Struktur vorgesehen, daß sich Öffnungen 22a, 22b, 22c jeweils zwischen der Heizeinrichtung 10' und den beiden Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b befinden und zwischen den Heizeinrichtungen 12a, 12b und der Peripherie vorgesehen sind, hier angedeutet als Öffnung 22a. Further, FIG invention. 2b is provided a resist mask in such a way over the resulting structure, that openings 22 a, 22 b, 22 c respectively between the heater 10 'and the two temperature detectors 12 a, there are 12 b and between the heaters 12 a, 12 b and the periphery are provided, indicated here as opening 22 a.

Mit Bezug auf Fig. 2c wird in einem darauffolgenden Prozeßschritt zunächst analog zu Fig. 1g der Verschließbereich mit den Schichten 6, 8, 14 mittels der Photolackmaske 22 entfernt und im selben Prozeßschritt das in den Gräben gebildete Oxid 4 durch selektives Ätzen gegenüber dem nicht-oxidierten Silizium des Substrats 1 entfernt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß hierzu auch ein zweistufiger Ätzprozeß verwendet werden könnte, welcher aus einem anisotropen Ätzschritt, z. B. einem RIE-Ätzschritt (RIE = reaktives Ionen-Ätzen), zum Öffnen des Verschließbereichs und einem isotropen Ätzschritt zum selektiven Entfernen des Oxids aus den modifizierten Gräben 2' bestehen kann. With reference to FIG. 2c, in a subsequent process step the sealing area with the layers 6 , 8 , 14 is first removed by means of the photoresist mask 22 analogously to FIG. 1g, and in the same process step the oxide 4 formed in the trenches is selected by selective etching with respect to the non- oxidized silicon of the substrate 1 removed. In this context, it should be mentioned that a two-stage etching process could also be used, which consists of an anisotropic etching step, e.g. B. an RIE etching step (RIE = reactive ion etching) to open the sealing area and an isotropic etching step to selectively remove the oxide from the modified trenches 2 '.

Hinsichtlich der Photolackmaske 22 sei angemerkt, daß die Lackstrukturen über den Platin-Widerständen der Heizeinrichtung 10' und der Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b derart erzeugt werden, daß ein ausreichender Überlap vorgesehen wird, welcher bewirkt, daß nur die Oxidschicht oberhalb der Silizium-Stege 3a, 3b 3c, 3d, 3e weggeätzt wird, wenn das Oxid beispielsweise naßchemisch mit einer gepufferten Oxid- Ätzmischung (BOE) geätzt wird. With regard to the photoresist mask 22 , it should be noted that the resist structures over the platinum resistors of the heating device 10 'and the temperature detection devices 12 a, 12 b are produced in such a way that a sufficient overlap is provided which has the effect that only the oxide layer above the silicon webs 3a, 3b 3c, 3d, 3e is etched away if the oxide is etched, for example, with a buffered oxide etching mixture (BOE) using wet chemistry.

Somit resultiert dieser Ätzschritt in verbreiterten Gräben 20', welche eine thermische Entkopplung der Heizeinrichtung 10' und der Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b bewirken. This etching step thus results in widened trenches 20 ′, which bring about a thermal decoupling of the heating device 10 ′ and the temperature detection devices 12 a, 12 b.

In einem darauffolgenden Prozeßschritt, welcher in Fig. 2d illustriert ist, werden dann nach dem Entfernen des Photolacks die in den modifizierten Gräben 20' zurückgebliebenen Silizium-Stege 3a, 3b, 3c, 3d, 3e mit XeF₂, ClF₃, BrF₃ oder plasmaaktiviertem SF₆ weggeätzt. Damit kann die Grabenbreite weiter vergrößert werden bzw. die Stegbreite weiter verkleinert werden, was schließlich in weiter modifizierten Gräben 20" resultiert, die aufgrund ihrer erhöhten Breite für einen noch geringeren vertikalen Wärmefluß sorgen. In a subsequent process step, which is illustrated in FIG. 2d, the silicon bars 3 a, 3 b, 3 c, 3 d, 3 e with XeF ₂ , ClF which are left in the modified trenches 20 'are then removed after the photoresist ₃ , BrF ₃ or plasma-activated SF ₆ etched away. This allows the trench width to be increased further or the web width to be further reduced, which ultimately results in further modified trenches 20 ″ which, because of their increased width, ensure an even lower vertical heat flow.

Dies resultiert darin, dass die Bereiche, auf denen die Heizeinrichtung 10' bzw. die Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, b liegen, zumindest teilweise von Abschnitten des Isolationsbereichs 4 getragen werden, welche die Oxidschicht auf den teilweise thermisch aufoxidierte Stegen 3a-e gebildet haben. This results in that the areas on which the heating device 10 'or the temperature detection devices 12 a, b lie are at least partially carried by sections of the insulation area 4 which have formed the oxide layer on the partially thermally oxidized webs 3 a-e.

Mit Bezug auf Fig. 2e wird schließlich analog zur ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1h eine Verkappung 18 vorgesehen, welche für eine Entkopplung der so geschaffenen Sensorstruktur gegenüber der Umgebung sorgt. With reference to FIG. 2e, a capping 18 is finally provided analogously to the first embodiment according to FIG. 1h, which ensures that the sensor structure thus created is decoupled from the surroundings.

Nachstehend werden mögliche ebene Strukturen der Heizeinrichtung 10 bzw. 10' und der Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b weiter unten in Bezug auf Fig. 3a, b und 4a, b näher erläutert wird. Die betreffenden Darstellungen sind stark vereinfacht und zeigen nur die Grobstruktur ohne Kontaktbereiche, Verdrahtungen etc. Possible flat structures of the heating device 10 or 10 ′ and the temperature detection devices 12 a, 12 b are explained in more detail below with reference to FIGS . 3a, b and 4a, b. The relevant representations are greatly simplified and only show the rough structure without contact areas, wiring, etc.

Fig. 3a zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 1h mit einem ersten Temperaturfühlermuster. Fig. 3a shows a schematic plan view of an inclination sensor shown in Fig. 1h with a first temperature sensor pattern.

In der vereinfachten Draufsicht gemäß Fig. 3a ist die Heizeinrichtung 10 angedeutet, welche beiderseits durch die modifizierten Gräben 2' von den Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b thermisch entkoppelt ist. Die beiden Temperaturerfassungseinrichtungen haben bei dieser Ausführungsform eine u-förmige Gestalt. In the simplified plan view of FIG. 3 is indicated the heating device 10, which is on both sides by the modified trenches 2 'of the temperature sensing devices 12 a, 12 b thermally decoupled. The two temperature detection devices have a U-shaped shape in this embodiment.

Fig. 3b zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 2e mit dem ersten Temperaturfühlermuster. FIG. 3b shows a schematic plan view of an inclination sensor shown in Fig. 2e with the first temperature sensor pattern.

Die vereinfachte Darstellung gemäß Fig. 3b entspricht der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2e, die sich insbesondere von der ersten Ausführungsform durch die breiteren, modifizierten Gräben 20" unterscheidet. Die Heizeinrichtungen 12a, 12b gemäß Fig. 3b weisen dieselbe u-förmige Gestalt auf wie diejenigen nach Fig. 3a. The simplified representation of FIG. 3b corresponds to the second embodiment of Fig. 2e, which differs particularly from the first embodiment by the wider, modified trenches 20 '. The heaters 12 a, 12 b in Fig. 3b have the same U-shape on like those of Fig. 3a.

Fig. 4a zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 1h mit einem zweiten Temperaturfühlermuster. FIG. 4a shows a schematic plan view of an inclination sensor according to FIG. 1h with a second temperature sensor pattern.

Bei der vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 4a, welche der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1h entspricht, weisen die Temperaturerfassungseinrichtungen 12a', 12b', 12a", 12b" eine mäanderförmige Gestalt auf. In the simplified representation according to FIG. 4a, which corresponds to the first embodiment according to FIG. 1h, the temperature detection devices 12 a ', 12 b', 12 a ", 12 b" have a meandering shape.

Fig. 4b zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 2e mit dem zweiten Temperaturfühlermuster. FIG. 4b shows a schematic top view of an inclination sensor according to FIG. 2e with the second temperature sensor pattern.

Die vereinfachte Darstellung gemäß Fig. 4b entspricht wiederum der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2e, wobei auch hier die Temperaturerfassungseinrichtungen 12a', 12b', 12b', 12b" eine mäanderförmige Gestalt wie gemäß Fig. 4a aufweisen. The simplified representation according to FIG. 4b again corresponds to the second embodiment according to FIG. 2e, the temperature detection devices 12 a ′, 12 b ′, 12 b ′, 12 b ″ here also having a meandering shape as in FIG. 4 a.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Although the present invention has been described above using a preferred embodiment has been described, it is not limited to this, but in a variety of ways modifiable.

In den obigen Beispielen ist das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement in einfachen Formen zur Erläuterung seiner Grundprinzipien aufgeführt worden. Wesentlich kompliziertere Ausgestaltungen unter Verwendung derselben Grundprinzipien sind selbstverständlich denkbar. In the above examples this is the invention micromechanical component in simple forms to explain its Basic principles have been listed. Much more complicated Refinements using the same basic principles are of course conceivable.

Insbesondere eignet sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung für die Herstellung eines Neigungssensors, aber selbstverständlich sind auch andere thermisch arbeitende Sensoren möglich. The subject of the present is particularly suitable Invention for the manufacture of a tilt sensor, however other thermally working are of course also Sensors possible.

Obwohl bei den Beispielen eine aus drei Schichten bestehende Schichtenfolge den Verschließbereich bildet, kann der Verschließbereich selbstverständlich auch aus einer anderen Zahl von Schichten bestehen. Although in the examples one consists of three layers The sequence of layers forms the sealing area Locking area of course also from a different number consist of layers.

Es können schließlich auch beliebige mikromechanische Grundmaterialien verwendet werden, und nicht nur das exemplarisch angeführte Siliziumsubstrat. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Substrat
2, 2' Gräben
3, 3' Stege
4 thermische Oxidschicht
6 Oxidschicht
8 Nitridschicht
9 Oxidschicht
12a, 12b; 12a', 12b'; 12a", 12b" Temperaturerfassungseinrichtung
10, 10' Heizeinrichtung
KO Kontakt
13 Anschlußbereich
16 Umverdrahtung aus Al
14 Oxidschicht
3a-e, 3a'-c' Stege
20', 20" verbreiterte Gräben
K Kaverne
H Heizer
S1, S2 Temperaturerfassungseinrichtung
SUB Substrat
Finally, any micromechanical base materials can be used, and not just the silicon substrate mentioned as an example. REFERENCE SIGN LIST 1 substrate
2 , 2 'trenches
3 , 3 'webs
4 thermal oxide layer
6 oxide layer
8 nitride layer
9 oxide layer
12 a, 12 b; 12 a ', 12 b'; 12 a ", 12 b" temperature detection device
10 , 10 'heating device
KO contact
13 connection area
16 Al rewiring
14 oxide layer
3a-e, 3a'-c 'webs
20 ', 20 "widened trenches
K cavern
H heater
S1, S2 temperature detection device
SUB substrate

Claims

1. Micromechanical component with:
a substrate ( 1 );
an insulation region ( 4 ) provided in the substrate ( 1 ) which adjoins the front side of the substrate ( 1 );
a trench structure ( 2 ', 3 '; 2 ', 20 ") provided in the insulation region ( 4 );
a sealing area ( 6 , 8 , 9 , 14 ) provided on the insulation area ( 4 ) for sealing first areas of the trench structure ( 2 ', 3 ') on which a sensor device ( 10 , 12 a, 12 b; 10 ', 12 a, 12 b; 12 a ', 12 a ", 12 b', 12 b") is provided; and
unlocked second areas of the trench structure, the parts of the sensor device ( 10 , 12 a, 12 b; 10 ', 12 a, 12 b; 12 a', 12 a ", 12 b ', 12 b") against each other and / or thermally insulate from the substrate ( 1 ).

2. Micromechanical component according to claim 1, characterized in that the substrate ( 1 ) consists of silicon and the insulation region ( 4 ) consists of silicon dioxide.

3. Micromechanical component according to claim 2, characterized in that the closing area ( 6 , 8 , 9 , 14 ) has a first silicon dioxide layer ( 6 ) and an overlying silicon nitride layer ( 8 ).

4. Micromechanical component according to claim 3, characterized in that the silicon nitride layer ( 8 ) is leveled by a second silicon dioxide layer ( 9 ).

5. Micromechanical component according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 10 , 12 a, 12 b; 10 ', 12 a, 12 b; 12 a', 12 a ", 12 b ', 12 b") has an inclination sensor with a heating device ( 10 ; 10 ') and at least two temperature detection devices ( 12 a, 12 b; 12 a', 12 b '; 12 a', 12 a ", 12 b ', 12 b").

6. Micromechanical component according to claim 5, characterized in that a capping ( 18 ) for capping the sensor device ( 10 , 12 a, 12 b; 10 ', 12 a, 12 b; 12 a', 12 a ", 12 b ' , 12 b ") is provided.

7. Micromechanical component according to claim 5 or 6, characterized in that the heating device ( 10 ; 10 ') has a strip-shaped shape, strip-shaped trenches ( 2 ', 20 ") are provided on both sides of the heating device and the at least two temperature detection devices ( 12 a, 12 b; 12 a ', 12 b'; 12 a ', 12 a ", 12 b', 12 b") are arranged beyond the trenches ( 2 ', 20 ').

8. Method for producing a micromechanical component with the steps:
Providing a substrate ( 1 );
Providing a trench structure ( 2 , 3 ; 3 a-d) on a main surface of the substrate ( 1 ), which has trenches ( 2 ) and a corresponding number of webs ( 3 ; 3 a-d) in between;
Forming an isolation region ( 4 ) on the resulting structure which adjoins the main surface of the substrate ( 1 ) and creates a modified trench structure ( 2 ', 3 '; 20 ", 3 a-e, 3 a'-c ');
Providing a closing area ( 6 , 8 , 9 , 14 ) on the insulation area ( 4 ) for closing first areas of the modified trench structure ( 2 ', 3 '; 2 ', 3 a'-c');
Providing a sensor device ( 10 , 12 a, 12 b; 10 ', 12 a, 12 b; 12 a', 12 a ", 12 b ', 12 b") on the first areas; and
Providing non-closed second areas of the modified trench structure ( 2 ', 3 '; 2 ', 3 a-e, 3 a'-c'), the parts of the sensor device ( 10 , 12 a, 12 b; 10 ', 12 a, 12 b; 12 a ', 12 a ", 12 b', 12 b") from one another and / or from the substrate ( 1 ).

9. The method according to claim 8, characterized in that the formation of the isolation region ( 4 ) comprises a preferably thermal oxidation of the trench structure ( 2 , 3 ).

10. The method according to claim 9, characterized in that the modified trench structure ( 2 ', 3 ') has completely thermally oxidized webs ( 3 ').

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the modified trench structure ( 2 ', 3 '; 2 ', 3 a-e, 3 a'-c') has at least partially narrowed trenches ( 2 ').

12. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the provision of the closure region ( 6 , 8 , 9 , 14 ) the deposition of a first silicon dioxide layer ( 6 ) and an overlying silicon nitride layer ( 8 ) over the modified trench structure ( 2 ', 3rd '; 2 ', 3 a'-c ').

13. The method according to claim 12, characterized in that the silicon nitride layer ( 8 ) is leveled by deposition and subsequent polishing back a second silicon dioxide layer ( 9 ).

14. The method according to any one of the preceding claims 8 to 13, characterized in that the provision of the non-sealed second areas comprises etching through the sealing area ( 6 , 8 , 9 , 14 ).

15. The method according to claim 14, characterized in that the trenches ( 2 ') are widened after etching through the sealing area ( 6 , 8 , 9 , 14 ).

16. The method according to claim 14, characterized in that the modified trench structure ( 2 ', 3 '; 2 ', 3 a-e, 3 a'-c') has partially thermally oxidized webs ( 3 a-e), of which the oxide layer ( 4th ) is partially removed after etching through the sealing area ( 6 , 8 , 9 , 14 ) in order to obtain widened trenches ( 20 ').

17. The method according to claim 16, characterized in that the widened trenches ( 20 ') are widened again, so that the first regions are at least partially carried by sections of the insulation region ( 4 ) which cover the oxide layer on the partially thermally oxidized webs ( 3rd ae) have formed.

18. The method according to any one of the preceding claims 8 to 17, characterized in that the substrate ( 1 ) consists of silicon and the insulation region ( 4 ) consists of silicon dioxide.

19. The method according to any one of the preceding claims 8 to 18, characterized in that the sensor device ( 10 , 12 a, 12 b; 10 ', 12 a, 12 b; 12 a', 12 a ", 12 b ', 12 b ") has an inclination sensor with a heating device ( 10 ; 10 ') and at least two temperature detection devices ( 12 a, 12 b; 12 a', 12 b '; 12 a', 12 a", 12 b ', 12 b ").

20. The method according to any one of the preceding claims 8 to 19, characterized in that a capping ( 18 ) for capping the sensor device ( 10 , 12 a, 12 b; 10 ', 12 a, 12 b; 12 a', 12 a " , 12 b ', 12 b ") is provided.

21. The method according to any one of claims 19 or 20, characterized in that the heating device ( 10 ; 10 ') has a strip-like shape, strip-shaped trenches ( 2 ', 20 ") are provided on both sides of the heating device and the at least two temperature detection devices ( 12 a , 12 b; 12 a ', 12 b'; 12 a ', 12 a ", 12 b', 12 b ', 12 b") are arranged beyond the trenches ( 2 ', 20 ').