DE19960094A1 - Verfahren zur mikromechanischen Herstellung eines Halbleiterelements, insbesondere Beschleunigungssensors - Google Patents

Verfahren zur mikromechanischen Herstellung eines Halbleiterelements, insbesondere Beschleunigungssensors

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikromechanischen Herstellung von über einen bestimmten Bereich über einem Substrat (11) freiliegenden schichtförmigen festen und beweglichen Elektroden (142, 143) eines Halbleiterelements, insbesondere eines kapazitiven Beschleunigungssensors, wobei durch einen Ätzschritt eine zwischen dem Substrat (11) und den festen und beweglichen Elektroden (142, 143) liegende Opferschicht entfernt wird, um die Elektroden (142, 143) gegenüber dem Substrat (11) freizulegen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d1) der im Bereich (A) der festen Elektroden (142) liegenden Opferschicht (91, 101) geringer ist als die Dicke (d2) der im Bereich (B) der beweglichen Elektroden (143) liegenden Opferschicht (91, 101) (Figur 3F).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikromecha­ nischen Herstellung von über einen bestimmten Bereich über einem Substrat freiliegenden schichtförmigen festen und beweglichen Elektroden eines Halbleiterelements, insbesondere eines kapazitiven Beschleunigungssensor, wobei durch einen Ätzschritt eine zwischen dem Substrat und den festen und beweglichen Elektroden liegende Opferschicht entfernt wird, um die Elektroden gegenüber dem Substrat freizulegen, sowie einen damit hergestellten Beschleunigungssensor.
Bei der Herstellung von Halbleiterelementen in Mikro­ mechaniktechnologie, wie z. B. Beschleunigungs- und Dreh­ ratensensoren, wird eine Opferschicht aus Siliciumdioxid selektiv zu den aus Silicium bestehenden funktionalen Bauelementkomponenten geätzt. Dieser reaktive Abtrag des Opferoxids findet in der Gasphase über einem azeotropen Gemisch aus H2O und HF statt (M. Offenberg, et. al. "Acceleration Sensor in Surface Micromachining for Airbag Applications with High Signal/Noise Ratio"; Sensors and Actuators, 1996, 35 und DE-43 17 274.1.
Bei ungenügendem Prozessfortschritt bleiben Oxidreste unterhalb der funktionalen Bauelementeschicht stehen, was bei Sensoren, z. B. Beschleunigungssensoren mit einseitig eingespannten festen Elektrodenfingern zu Störungen und ungenauem Ansprechverhalten führt. Diese Reste entstehen an technologisch unbegünstigten Stellen, die dadurch aus­ gezeichnet sind, dass die darüberliegende Funktions­ schicht nach dem Opferschichtätzen durch den intrin­ sischen Spannungsgradienten von der Ätzfront nach oben gewölbt wird und im Zustand bei Prozessende der Abstand zwischen Strukturschichtunterseite und der Opferschicht­ oberseite vergrößert ist. Dagegen liegen technologisch begünstigte Stellen derart, dass der Abstand zwischen der Oberfläche der Opferschicht und der Unterseite der Strukturschicht unter beidseitig verankerten Bauelement­ komponenten, wie beispielsweise der federnd aufgehängten seismischen Masse eines Beschleunigungssensors, durch den intrinsischen Spannungsgradienten verringert wird. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Ätzrate. Es entsteht somit eine starke Inhomogenität der Ätzrate innerhalb einer Sensorstruktur, die unter festen Elektroden zu Oxidresten führt und an anderer Stelle starke Unterätzung hinterlässt.
Die stark inhomogene Ätzrate unter den festen, einseitig eingespannten Elektrodenfingern und der beweglichen Mittelmasse eines Beschleunigungssensors führt bei der Massenfertigung solcher Beschleunigungssensoren zu einem schwer definierbaren Abbruchkriterium des Ätzprozesses. Es kommt dazu, dass es an manchen Stellen im Bauelement, beispielsweise den elektrischen Zuleitungen, zu einer starken unerwünschten Unterätzung kommt, wohingegen im Bereich des Sensorkerns unter den festen Elektroden noch starke Oxidreste existieren, die die Funktionalität der Sensorstruktur beeinträchtigen.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Im Hinblick auf das Problem der mikroskopisch inhomogenen Ätzrate bei der Herstellung von Halbleiterelementen, bei denen durch Opferschichtätzung schichtförmige Elektroden­ bereiche freigelegt werden, wie beispielsweise bei den festen kammartigen Elektroden eines Beschleunigungs­ sensors soll ein erfindungsgemäßes Verfahren die mikro­ mechanische Herstellung solcher Bauelemente ermöglichen, bei denen die Ätzrate beim selektiven isotropen Ätzen von Siliciumdioxid in einer H2O/HF-Gasphase auf mikro­ skopischer Skala homogenisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Kern der Erfindung ist eine Reduzierung der Opferoxid­ schichtdicke unter den festen, einseitig eingespannten Elektrodenfingern. Dadurch wird an diesen Stellen die Ätzrate kinetisch bedingt deutlich erhöht und auf diese Weise an die Ätzrate unter der seismischen Masse angenähert. Die Reduzierung der Opferoxiddicke unter den festen Elektrodenfingern wird durch eine entsprechende Verdickung der über den Opferschichten aufgebauten Epitaxieschicht aus polykristallinem Silicium erzielt, aus denen die später freigeätzten Elektrodenfinger bestehen.
Durch die Anpassung der Ätzrate unter der seismischen Masse und den festen Elektrodenfingern wird die Gesamt­ dauer des Gasphasenätzprozesses (GPÄ) deutlich reduziert. Durch diese Maßnahme wird weiterhin eine verbesserte Homogenität des Oxidabtrages der Opferschicht oder der Opferschichten innerhalb eines Halbleiterelements, insbe­ sondere einer Beschleunigungssensorstruktur, über den gesamten Wafer gesehen, erreicht.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur mikromechanischen Herstellung von über einen bestimmten Bereich über einem Substrat freiliegen­ den schichtförmigen festen und beweglichen Elektroden eines Halbleiterelements, insbesondere eines kapazitiven Beschleunigungssensor, wobei durch einen Ätzschritt eine zwischen dem Substrat und den festen und beweglichen Elektroden liegende Opferschicht entfernt wird, um die Elektroden gegenüber dem Substrat freizulegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der im Bereich der festen Elektroden liegenden Opferschicht geringer ist, als die Dicke der im Bereich der beweglichen Elektroden liegenden Opferschicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nach der Opferschichtätzung die Dicke der festen Elektroden größer als die Dicke der beweglichen Elektroden. Durch die Verdickung der festen Elektrodenfinger einer solchen Sensorstruktur stellt sich folgender Effekt ein: bei gleichen Schichtdicken der funktionalen Struk­ turen würde die effektive, kapazitiv wirksame Elektroden­ fläche verkleinert, da ein fester Elektrodenfinger auf­ grund des Stressgradienten nach oben gebogen wird. Da sich gleichzeitig die beidseitig eingespannte seismische Masse nach unten wölbt, würde sich die Elektrodenfläche der sich gegenüberstehenden Elektroden effektiv ver­ kleinern.
Bei der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung größeren Dicke der festen Elektroden gegenüber der Dicke der beweglichen Elektroden steht dagegen die Mittelmasse selbst bei einem hohen Stressgradienten noch der Gegenelektrode gegenüber.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schichtaufbau besteht die unter einem Bereich der festen Elektroden liegende Opferschicht aus einer ersten Opferschicht, und die unter einem Bereich der beweglichen Elektroden liegende Opferschicht besteht aus der genannten ersten Opferschicht und einer unmittelbar darüberliegenden zweiten Opferschicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sind im einzelnen die nachstehenden, aufeinanderfolgenden Schritte vorgesehen:
  • a) über dem Substrat wird die erste Opferschicht ganzflächig so aufgebracht, dass sie die Bereiche der späteren festen und beweglichen Elektroden überdeckt;
  • b) über der ersten Opferschicht wird eine erste leitfähige Schicht so aufgebracht, dass sie nur den Bereich der späteren festen Elektroden überdeckt;
  • c) über der ersten Opferschicht und der ersten leit­ fähigen Schicht wird die zweite Opferschicht ganzflächig so aufgebracht, dass sie die Bereiche der späteren festen und beweglichen Elektroden überdeckt;
  • d) die zweite Opferschicht wird durch einen maskierten Ätzschritt über der ersten leitfähigen Schicht geöffnet, so dass die erste leitfähige Schicht freigelegt wird und die erste Opferschicht in der Tiefe nur geringfügig abgetragen wird;
  • e) über der zweiten Opferschicht und der in Schritt d) freigelegten leitfähigen Schicht wird ganzflächig eine verhältnismäßig dicke dotierte Epitaxieschicht bis zur Höhe der später zu bildenden festen und beweglichen Elektroden aufgebracht;
  • f) auf der Oberfläche der Epitaxieschicht wird eine die festen und beweglichen Elektroden strukturierende Maske aufgebracht, und unter Verwendung der Maske werden Gräben in die Epitaxieschicht bis in eine Tiefe geätzt, die im Bereich der festen Elektroden durch die Oberfläche der ersten Opferschicht und im Bereich der beweglichen Elektroden durch die Oberfläche der zweiten Opferschicht begrenzt ist, und
  • g) die erste und zweite Opferschicht werden isotrop geätzt, wobei annähernd gleiche Unterätzraten der Opferschicht unter den festen Elektroden und der Opferschichten unter den beweglichen Elektroden entstehen.
Bevorzugt liegt die Dicke der ersten Opferschicht im Bereich von 0,5-5 µm und die Dicke der zweiten Opfer­ schicht im Bereich von 0,5-3 µm.
Weiterhin beträgt die Dicke der festen Elektroden von 1,5-20 µm und die festen und beweglichen Elektroden­ streifen oder -finger eines erfindungsgemäß hergestellten Beschleunigungssensors haben eine Breite im Bereich von 1-5 µm.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens kann sowohl die Dicke der seis­ mischen Masse als auch der festen Elektrodenfinger im Bereich des Sensorkerns im gleichen Maß vergrößert werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Opfer­ schichtdicke im Bereich der Aufhängungen nicht erniedrigt wird. Hierbei wird die Funktionsschicht über eine Brücke an die Leiterbahn unter der festen Elektrode ange­ schlossen. Diese mechanische Verbindung wird beim Gas­ phasenätzen dadurch nicht destabilisiert, dass die Opfer­ schicht unter den beweglichen Elektrodenstrukturen dicker als im Bereich unter den festen Elektrodenstrukturen ist.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Beschleunigungssensor weist ausgehend von einer federnd aufgehängten, als Mittelbalken ausgeführten beweglichen Masse, mehrere bewegliche Elektroden abwechselnd mit diesen Elektroden jeweils gegenüberliegenden festen, beidseitig oder einseitig eingespannten Elektroden auf. Die einseitig eingespannten Elektroden haben an ihrem vom Mittelbalken der beweglichen Masse abgewendeten Ende einen leitenden sie verbindenden Elektrodenstreifen, der senkrecht zur Richtung der Zinken der kammförmigen Elektroden verläuft.
Dadurch dass erfindungsgemäß die Ätzrate unter den festen Elektroden und der beweglichen Mittelmasse ausgeglichen ist, können Beschleunigungssensoren oder Drehratesensoren in Massenfertigung bei erheblich verbesserter Ausbeute und mit höherer Zuverlässigkeit hergestellt werden.
Die obigen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehenden, auf die bei­ liegende Zeichnung bezugnehmenden Beschreibung deutlich.
Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine schematische ebene Draufsicht auf einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Beschleunigungssensor.
Fig. 2 zeigt graphisch einen prinzipiellen Verlauf der Ätzrate bei der Opferschichtätzung in Abhängigkeit von der Dicke der Opferschicht (Spaltdicke).
Die Fig. 3A-3H zeigen schematisch den Schichtaufbau in der Reihenfolge der Verfahrensschritte der Erfindung bei einem ersten Ausführungsbeispiel und zwar im Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 1, und
Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Beschleunigungssensor gemäß Fig. 1 entlang der Schnitt­ linie 3-3 eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein mit einem erfindungsgemäßen Herstel­ lungsverfahren herstellbarer kapazitiver Beschleunigungs­ sensor in Form einer schematischen ebenen Draufsicht gezeigt. Der in Fig. 1 gezeigte kapazitive Beschleuni­ gungsmesser hat eine bewegliche zentrale Masse und davon ausgehende bewegliche Elektroden 143. Abwechselnd mit den beweglichen Elektroden 143 sind feste Elektroden 142 vorgesehen, die durch eine Leiterbahn verbunden sind. Die Elektroden werden bevorzugt aus dotiertem polykristal­ linem Silicium oder auch Germanium mit einer Dicke zwischen 1,5 und 20 µm hergestellt. Die Leiterbahnen bestehen aus dotiertem polykristallinem Silicium in einer Dicke zwischen 0,3 µm und 1 µm. Die bewegliche Masse kann in Y-Richtung, d. h. in der in der Zeichenebene liegenden vertikalen Richtung, schwingen, wobei eine U-Feder den Schwingungsruhepunkt und eine Auslenkungsbegrenzung die maximale Auslenkung festlegt.
Durch die mit dieser Erfindung vorgeschlagene struktu­ relle Maßnahme wird erreicht, dass die Unterätzrate der Opferschicht bzw. der Opferschichten unter den festen Elektroden 142 und unter den an der beweglichen Masse sitzenden beweglichen Elektroden 143 angeglichen wird. Dadurch wird das Ätzverhalten homogenisiert und die Prozesszeit kann deutlich verkürzt werden. Ein Vorteil dieser Maßnahme ist auch, dass die Ätzrate nur im Bereich des Sensorkernes erhöht wird, nicht jedoch in Bereichen der elektrischen Zuleitung.
Bevor nun anhand der Fig. 3A-3H auf die Halbleiter­ schichtstruktur und die einzelnen Verfahrensschritte ein­ gegangen wird, wird nachstehend die der Erfindung zugrundeliegende Problematik bei der Herstellung eines solchen Beschleunigungssensors, wie er in Fig. 1 darge­ stellt ist, detailliert beschrieben.
Die Abtragrate beim selektiven isotropen Ätzen von SiO2 in einer HF-H2O-Gasphase wird bei dicken Oxiden (lateraler Angriff bei der Unterätzung von Struktur­ schichten) wie auch beim Angriff nicht strukturierter Oxidflächen (vertikaler Angriff auf freie Oxidflächen) durch die Konzentration der Reaktionspartner HF, H2O bestimmt. Der reaktive Angriff in der Gasphase kann vereinfacht mit folgenden Reaktionsgleichungen beschrieben werden:
SiO2 + 4HF + 2H2O → SiF4 ↑ + 4H2O ↑ (1)
SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O ↑ (2)
H2SiF6 → SiF4 ↑ + 2HF ↑ (3)
Bei der Reaktion mit SiO2 wird HF verbraucht. Das bei der Reaktion beteiligte Wasser initiiert den Ätzangriff von SiO2 durch HF gemäß Gleichung (1). Es liegt nach der Reaktion jedoch wiederum unverändert vor und kann erneut eine Reaktion gemäß Gleichung (1) eingehen.
Nahezu unabhängig von der mittleren Konzentration der Reaktionspartner in der Gasphase kann die Ätzrate durch Steuerung des kinetischen An- und Abtransports der Reaktanden an der Oberfläche beeinflusst werden. Eine Abhängigkeit von den kinetischen Bedingungen kann beim Ätzen von dünnen Oxiden beobachtet werden, die beispiels­ weise als Opferschicht unter Strukturschichten eingesetzt werden. Es zeigt sich, dass die laterale Ätzrate (Unter­ ätzrate) abhängig von der Dicke der Opferschicht ist. So ist die Unterätzrate bei einem 1,6 µm dünnen SiO2 ca. 1,5 mal höher als bei einem 4 µm dicken Oxid (siehe Fig. 2).
Dieser Effekt kann damit begründet werden, dass das bei der Ätzreaktion von SiO2 beteiligte H2O nur langsam aus dem von der Ätzfront freigelegten dünnen Spalt zwischen Substrat und Funktionsschicht austreten kann. Dadurch wird die rasche Reaktion gemäß Gleichung (1) bevorzugt ablaufen, wodurch sich eine starke Erhöhung der Ätzrate einstellt. Bei einem dicken Oxid wird der Abtransport von H2O nur wenig durch die Spaltgeometrie behindert, was zu einer geringeren Ätzrate beiträgt als im Fall eines dünnen Oxids.
Fig. 2 zeigt einen prinzipiellen Verlauf der Ätzrate mit der Opferoxiddicke.
Dieser Effekt macht sich beim Ätzen von mikromechanischen Strukturen, wie beispielsweise bei der Herstellung eines in Fig. 1 gezeigten Beschleunigungssensors bemerkbar und kann zu einer starken Inhomogenität der Unterätzrate innerhalb eines Sensorelementes führen.
Dieser Effekt hat sich auch bei elektronenmikroskopisch aufgenommenen Schliffproben von Beschleunigungssensoren gezeigt. Hier zeigt es sich typischerweise, dass unter der mittleren beweglichen Masse das Opferoxid beim Gas­ phasenätzen vollständig entfernt wurde. Dagegen zeigten sich bei freistehenden einseitig aufgehängten Elektroden noch große Reste nicht geätzten Oxids. Diese Oxidreste treten ausschließlich unter den Enden der festen Elek­ troden auf.
Unter Berücksichtigung der Abhängigkeit der Unterätzrate vom kinetisch bedingten Abtransport vom Wasser kann die mikroskopische Inhomogenität der Ätzrate unter der Struktur eines Beschleunigungssensors verstanden werden.
In einem realen Bauelement führt außerdem der Stress­ gradient in der Strukturschicht bei einer einseitig ein­ gespannten streifenförmigen Elektrode (Balken) zu einer Verbiegung nach oben, da das eine Ende frei ist. Hierdurch wächst der Abstand zwischen dem Elektroden­ streifen und der Oxidfläche vor allem im Endbereich der Elektrodenfinger deutlich an, wodurch das bei der Reak­ tion beteiligte Wasser schneller austreten kann. Dadurch wird die Ätzrate stark erniedrigt, und es kann nach dem Prozessabbruch zu Oxidresten, insbesondere im Bereich der gebogenen festen Elektrodenkämme kommen.
Bei einem beidseitig eingespannten Balken wird der Abstand nach unten durch den Stressgradienten verringert, da sich der Balken mit seinem mittleren freien Abschnitt nach unten biegt; diesem Fall entspricht die an den beiden U-Federn angebundene bewegliche zentrale Masse. Hier können die Reaktionsprodukte nur langsam entweichen, wodurch sich die Ätzrate erhöht und die Wahrscheinlich­ keit, dass Oxidreste nach dem Prozessabbruch verbleiben, gering ist.
Im Hinblick auf das oben erläuterte Problem der mikros­ kopisch inhomogenen Ätzrate wird eine Schichtstruktur vorgeschlagen, durch die die Unterätzraten im Bereich der einseitig eingespannten festen Elektroden und der beid­ seitig fixierten beweglichen seismischen Masse ange­ glichen werden können. Durch diese strukturelle Maßnahme wird die Ätzrate unter den festen Elektroden beschleunigt, wodurch sich eine Erniedrigung der gesamten Prozessdauer beim Gasphasenätzen um einen Faktor von 1,5 ergeben kann. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme ist, dass die Unterätzung im Bereich ungeschützter Leiterbahnen im Vergleich zur Sensorstruktur reduziert wird.
Im Folgenden werden die erfindungsgemäße Schichtstruktur und die erfindungsgemäß ausgeführten Verfahrensschritte anhand der Fig. 3A-3H näher erläutert, die einen Quer­ schnitt durch einen in Fig. 1 gezeigten Beschleunigungs­ sensor im Bereich des Sensorkerns längs der Schnittlinie 3-3 darstellt.
Zunächst zeigt Fig. 3A, dass auf einem Substrat 11, beispielsweise Silicium, eine erste Opferschicht 91, die bevorzugt aus SiO2 oder Phosphorsilikatglas besteht in einer Dicke d1, und eine erste leitfähige Schicht 92 auf der ersten Opferschicht 92 aufgebracht werden. Die leitfähige Schicht 92 wird durch bekannte Verfahren zu schmalen Streifen strukturiert. Diese Schicht kann in anderen Bereichen des Sensorelements als Leiterbahn dienen. Die Dicke d1 der ersten Opferschicht 91 kann zwischen 0,5 µm und 5 µm betragen. Die Leiterbahn 92 kann zwischen 0,3 µm und 1 µm dick sein.
In dem in Fig. 3B gezeigten nächsten Schritt wird eine zweite Opferschicht 101 abgeschieden. Diese kann aus SiO2 bestehen, das mit einem CVD-Verfahren hergestellt wird. Ihre Dicke sollte im Bereich zwischen 0,5 µm und 3 µm liegen.
Fig. 3C zeigt, dass die zweite Opferschicht 101 mit einem maskierten Ätzschritt, bevorzugt durch reaktives Ionenätzen (RIE), geöffnet wird, um die Leiterbahn 92 freizulegen. Die dadurch entstandene Öffnung 111 kann dabei gleich groß, kleiner oder etwas größer als die Ausdehnung der Leiterbahn 92 sein. Beim Öffnen der zweiten Opferschicht 101 sollte darauf geachtet werden, dass nicht mehr als 0,5 µm von der ersten Opferschicht in die Tiefe abgetragen wird.
Fig. 3D zeigt die Abscheidung einer dünnen, dotierten Nukleationsschicht 121 aus Silicium, die bei niedrigen Temperaturen abgeschieden wird, um die Abscheidung einer dicken Si-Schicht (Fig. 3E) zu erleichtern.
Fig. 3E zeigt, dass auf der gemäß Fig. 3D abge­ schiedenen Nukleationsschicht 121 eine dicke dotierte Epitaxieschicht 131 aus Silicium bei hohen Temperaturen abgeschieden wird. Dieser polykristalline Siliciumfilm 131 wird anschließend durch einen chemisch-mechanischen Polierschritt plan gemacht, so dass sich eine glatte Oberfläche der Schicht 131 ergibt. Auf dieser Oberfläche wird eine Maskierung 132, 133 strukturiert, die aus Fotolack, Oxid oder Metall bestehen kann. Hier ist zu erwähnen, dass diese Maskierung 132, 133 der Struktur jeweils der festen Elektroden 142 und der beweglichen Elektroden 143 (gemäß Fig. 3F) entspricht. Gleichermaßen entspricht die Dimension der gemäß Fig. 3C vorgenommenen Öffnung 111 in der zweiten Opferschicht 101 einem Bereich A der festen Elektroden 142, während der auf beiden Seiten der Öffnung 111 stehengebliebene Abschnitt der zweiten Opferschicht 101 jeweils einen Bereich B der beweglichen Elektroden 143 definiert.
Gemäß Fig. 3F werden nun in einem anisotropen Ätzschritt tiefe Gräben 141 in die in Fig. 3E aufgebaute Struktur­ schicht 131 geätzt. Der Ätzangriff stoppt im Bereich A der festen Elektroden 142 selektiv auf der ersten Opfer­ schicht 91 und im Bereich B der beweglichen Elektroden 143 auf der zweiten Opferschicht 101. Hierdurch liegt unter den für die beweglichen Elektroden vorgesehenen Strukturschichtabschnitten (B) ein dickes Opferoxid (Dicke d2), das aus den Opferschichten 91 und 101 besteht, wohingegen innerhalb des Bereichs A unter den zur Ausbildung der festen Elektroden 142 vorgesehenen Strukturschichten nur das dünnere Oxid 91 (Dicke d1 < d2) liegt.
Anschließend werden die Opferschichten 91, 101 isotrop geätzt. Dabei führt die kinetisch bedingte Ätzraten­ erhöhung unter den festen Elektroden 142 zu einer raschen Unterätzung, die über der Unterätzrate im Bereich der beweglichen Elektroden 143 liegt. In den Fig. 3G und 3H sind die sich bei diesem Ausführungsbeispiel ergebende geringere Dicke d4 der beweglichen Elektroden 143 und die größere Dicke d3 der festen Elektroden 142 eingezeichnet.
In Fig. 3H ist schließlich gezeigt, dass die auf zwei Seiten eingespannte bewegliche Elektrode 143 aufgrund des Stressgradienten der Strukturschicht um einen Weg Δz nach unten gedrückt wird, wodurch sich hier eine erhöhte Ätzrate einstellt, die vergleichbar ist mit der Ätzrate unter den festen Elektroden 142.
Fig. 4 zeigt im Querschnitt die Struktur eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem feste und bewegliche Elektroden gleicher Dicke erzielbar sind. Dabei kann sowohl die Dicke der seismischen Masse als auch der festen Elektrodenfinger im Bereich des Sensor­ kerns mit der erfindungsgemäßen Prozessfolge entsprechend den Fig. 3A-3H vergrößert werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Dicke der Opferschicht im Bereich von Aufhängungen nicht erniedrigt wird. Gemäß Fig. 4 wird die Funktionschicht 181 über eine Brücke an die Leiter­ bahn 183 angeschlossen. Diese mechanische Anbindung wird beim Gasphasenätzen dadurch nicht destabilisiert, dass die Opferschicht 184 dicker als im Bereich 185 unter den Strukturen 182 ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur mikromechanischen Herstellung von über einen bestimmten Bereich über einem Substrat (11) freiliegenden schichtförmigen festen und beweglichen Elektroden (141, 143) eines Halbleiterelements, insbe­ sondere eines kapazitiven Beschleunigungssensor, wobei durch einen Ätzschritt eine zwischen dem Substrat (11) und den festen und beweglichen Elektroden (142, 143) liegende Opferschicht entfernt wird, um die Elektroden (142, 143) gegenüber dem Substrat (11) freizulegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d1) der im Bereich (A) der festen Elektroden (142) liegenden Opfer­ schicht (91, 101) geringer ist, als die Dicke (d2) der im Bereich (B) der beweglichen Elektroden (143) liegenden Opferschicht (91, 101).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Opferschichtätzung die Dicke (d3) der festen Elektroden (142) größer ist als die Dicke (d4) der beweglichen Elektroden (143).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die unter dem Bereich (A) der festen Elektroden (142) liegende Opferschicht aus einer ersten Opferschicht (191) und die unter dem Bereich (B) der beweglichen Elektroden (143) liegende Opferschicht aus der ersten Opferschicht (91) und einer darüber liegenden zweiten Opferschicht (101) bestehen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte aufein­ anderfolgend ausgeführt werden:
  • a) über dem Substrat (11) wird die erste Opferschicht (91) ganzflächig so aufgebracht, dass sie die Bereiche (A und B) der späteren festen und beweglichen Elektroden (142, 143) überdeckt;
  • b) über der ersten Opferschicht (91) wird eine erste leitfähige Schicht (92) so aufgebracht, dass sie nur den Bereich (A) der späteren festen Elektroden (142) über­ deckt;
  • c) über der ersten Opferschicht (91) und der ersten leitfähigen Schicht (92) wird die zweite Opferschicht (101) ganzflächig so aufgebracht, dass sie die Bereiche (A und B) der späteren festen und beweglichen Elektroden (142, 143) überdeckt;
  • d) die zweite Opferschicht (101) wird durch einen maskierten Ätzschritt über der ersten leitfähigen Schicht (42) geöffnet, so dass die erste leitfähige Schicht (92) freigelegt wird und die erste Opferschicht in der Tiefe nur geringfügig abgetragen wird;
  • e) über der zweiten Opferschicht (101) und der in Schritt d) freigelegten leitfähigen Schicht (92) wird ganzflächig eine verhältnismäßig dicke dotierte Epitaxieschicht (131) bis zur Höhe der später zu bildenden festen und beweglichen Elektroden (142, 143) aufgebracht;
  • f) auf der Oberfläche der Epitaxieschicht (131) wird eine die festen und beweglichen Elektroden (142, 143) strukturierende Maske (132, 133) aufgebracht, und unter Verwendung der Maske (132, 133) werden Gräben (141) in die Epitaxieschicht (131) bis in eine Tiefe geätzt, die im Bereich (A) der festen Elektroden (142) durch die Oberfläche der ersten Opferschicht (91) und im Bereich (B) der beweglichen Elektroden (143) durch die Oberfläche der zweiten Opferschicht (101) begrenzt ist, und
  • g) die erste und zweite Opferschicht (91, 101) werden isotrop geätzt, wobei annähernd gleiche Unterätzraten der Opferschicht (91) unter den festen Elektroden (142) und der Opferschichten (91, 101) unter den beweglichen Elek­ troden (143) entstehen.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d1) der ersten Opferschicht (91) im Bereich von 0,5-5 µm und die Dicke der zweiten Opferschicht (101) im Bereich von 0,5-3 µm liegen.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d3) der festen Elektroden (142) im Bereich von 1,5-20 µm liegt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die festen und beweglichen Elektroden streifenförmig vorgesehen sind und die Elektrodenstreifen eine Breite im Bereich von 1 µm bis 5 µm haben.
8. Beschleunigungssensor, hergestellt mit einem Ver­ fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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