EP3814270A1 - Mikromechanisches bauteil und verfahren zur herstellung - Google Patents

Mikromechanisches bauteil und verfahren zur herstellung

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Publication number
EP3814270A1
EP3814270A1 EP19779365.6A EP19779365A EP3814270A1 EP 3814270 A1 EP3814270 A1 EP 3814270A1 EP 19779365 A EP19779365 A EP 19779365A EP 3814270 A1 EP3814270 A1 EP 3814270A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gap
component
thickness
recess
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19779365.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Forke
Karla Hiller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Chemnitz
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Technische Universitaet Chemnitz
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Chemnitz, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Technische Universitaet Chemnitz
Publication of EP3814270A1 publication Critical patent/EP3814270A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00555—Achieving a desired geometry, i.e. controlling etch rates, anisotropy or selectivity
    • B81C1/00619—Forming high aspect ratio structures having deep steep walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0027—Structures for transforming mechanical energy, e.g. potential energy of a spring into translation, sound into translation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0228—Inertial sensors
    • B81B2201/0235—Accelerometers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03—Microengines and actuators
    • B81B2201/033—Comb drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0136—Comb structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0145—Flexible holders
    • B81B2203/0163—Spring holders

Definitions

  • the invention relates to a micromechanical component for a MEMS and a method for its production.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • movable spring-mass systems as sensors or actuators
  • silicon technology Typically, the production takes place in batch processes on wafers.
  • surface technologies or near-surface technologies currently predominate (e.g. poly-Si layer over a Si0 2 sacrificial layer, SOI technology, cavity SOI technology, SCREAM technology and the like. ä.).
  • SOI semiconductor-oxide-semiconitride
  • SCREAM cavity SOI technology
  • These technologies have in common that the micromechanical elements are structured from a silicon layer and a typical thickness between 10 pm and 75 pm by etching gaps by means of anisotropic dry etching.
  • the aspect ratio is an important criterion for the production of the structures.
  • a high aspect ratio (HAR) of the column of the capacitive structures enables a high sensitivity for sensors as well as a better force coupling for actuators.
  • a large structural height enables a high aspect ratio in relation to the springs on the one hand and thus a low cross-sensitivity (suppression of undesired movement modes) and on the other hand a large mass and thus low noise.
  • a large structural height enables a high aspect ratio in relation to the springs on the one hand and thus a low cross-sensitivity (suppression of undesired movement modes) and on the other hand a large mass and thus low noise.
  • a large structure height as well as a HAR are therefore sought.
  • the aspect ratio of the column that can be achieved by etching cannot be increased arbitrarily. It is limited by how quickly the etching medium can get into the narrow gaps and the reaction products can be removed from them.
  • the appearance of aspect ratio dependent etching (“ARDE”) is therefore known, ie narrow gaps reach a smaller etching depth than wider gaps at the same time.
  • the reaction and the resulting etching profile are influenced by many parameters, among others
  • the aspect ratios of the providers of foundry processes typically range from 10: 1 to 30: 1 and typical etching gap widths range from 2 to 3 pm. A further increase in the aspect ratio is only possible if the etching processes are clearly further developed possible.
  • the object of the invention is to at least partially circumvent the problems mentioned which result from the prior art and to propose a powerful component with a large aspect ratio and a fast and inexpensive method for producing such components.
  • a powerful component with a large aspect ratio should be able to be produced by etching and at the same time a high degree of flexibility in the structures to be produced with regard to the structure height, structure width and the gap width should be achieved.
  • the proposed component for a micromechanical system has an upper side and an underside opposite the upper side.
  • at least one first structural element is arranged, which is delimited by at least one first gap.
  • at least one second structural element is furthermore arranged, which is delimited by at least one second gap.
  • the first area is defined by a first recess in the underside of the component.
  • a first thickness of the component in the first region is reduced due to the recess compared to a second thickness of the component in the second region.
  • the at least one first gap extends in the first region from the top to the bottom and ends in the first recess.
  • a gap depth of the first gap is thus defined by the first thickness of the component in the first area.
  • the at least one second gap in the second region extends from the top to the bottom and ends outside the first recess.
  • a second gap depth of the second gap is defined by the second thickness of the construction part in the second region and is therefore greater than the first gap depth of the first gap.
  • a minimum second gap width of the at least one second gap is larger than a minimum first gap width of the at least one first gap.
  • An axis system that can be assigned to the component can be defined such that the first and second thicknesses extend in the z direction and lateral dimensions of the component as well as gap widths and structure widths of the first and second structures are in the x and / or extend y direction.
  • Such a component can be used, for example, to provide first electrodes in the first region through the first structural elements, the sensitivity and performance of which, according to the principle of a capacitor, is largely determined by a surface of the structural elements which can represent electrode elements and their distance from one another. In the idle state, the distance is given by the gap width. A change in the gap width is made possible by an oscillatory arrangement, which entails a detectable change in capacity.
  • the second column for decoupling mutually oscillatable sections of the component can be provided.
  • second structural elements that allow oscillation can be provided as springs.
  • the etched gaps in the area should be kept as narrow as possible, while at the same time the area of the electrode elements or first structure elements, which is caused by the product of the structure thickness and structure length (for example a gap length accordingly) should be maximized.
  • a high aspect ratio structure thickness to gap width
  • larger gap widths can in turn be desired in order to achieve a desired functionality of the spring elements or to enable deflections of a certain amplitude.
  • the thickness of the structure in the first area is reduced by the recess from the rear. At first glance, this seems disadvantageous, since the thickness of the structure reduces the capacitive area of the electrodes and thus the sensitivity.
  • a reduction in the capacitance sensitivity associated with the reduction in the structure thickness only influences it linearly, while an increase in the capacitance sensitivity is quadratic by reducing the gap width. This means that a reduction in the structure thickness can be compensated for or overcompensated by a reduction in the gap width. be so that the sensitivity of the structure is increased despite the reduced structure thickness.
  • the inventors therefore propose such a design of the thickness variations and gap widths as well as a corresponding micromechanical structuring, in which the ARDE effect is used in a targeted manner to reduce the structure thickness in the area of the capacitive detection elements and thus to achieve the smallest gap distances and an increase in the capacitive sensitivity , with other, wider gaps as in the proposed component in the second area to be introduced into the same component.
  • the at least one first gap which has a smaller gap width than the at least one second gap, also has a smaller gap depth than the at least one second gap, means that the time required for etching the at least one first gap is reduced .
  • the etching processes for the narrower and the wider gaps can be carried out or completed at the same time or approximately at the same time.
  • a maximum first aspect ratio of the at least one first gap can be defined by a ratio of the first gap depth to the minimum first gap width, and a maximum second aspect ratio of the second gap can accordingly be defined by a ratio of the second gap depth to the minimum second gap width.
  • the maximum first aspect ratio can be the same or substantially the same as the maximum second aspect ratio in possible versions of the construction.
  • a deviation is not more than 10%, preferably not more than 5%.
  • the at least one first structural element can be delimited by the at least one first gap on at least two opposite sides, at least in sections running parallel to one another.
  • the at least one second structural element can be delimited by the at least one second gap at least on two opposite sides which run parallel to one another at least in sections.
  • the at least one first or the at least one second structural element designed in this way can be designed at least in sections as a straight or curved plate.
  • first and second columns can, for example, extend in the x direction and be connected to one another by further, shorter first columns which run in the y direction.
  • Two adjacent first or second gaps running in the x direction are connected to one another, for example, with a first or second gap formed as a transverse gap and introduced into the gap in the y direction.
  • adjacent first or second columns, which extend in the x direction are connected to one another at alternating column ends in order to create a meandering structure.
  • the proposed component can comprise a frame and a mass arrangement that can vibrate relative to the frame.
  • the at least one second structural element can then comprise an elastic spring which connects the frame and the mass arrangement to one another in such a way that they are able to oscillate relative to one another while the spring is deformed.
  • the frame and the mass arrangement can also be completely separated from one another and each connected, for example, to a substrate. Then, for example, the frame can be firmly connected to the substrate and the mass can be connected to the substrate with so-called anchors. Through these different types of oscillation ability, the frame and the mass arrangement can be moved against one another, for example by accelerating the component.
  • the proposed component may include one or more anchor structures. These can be fixed relative to the frame or fixedly arranged bar.
  • the anchor structure or the anchor structures can be attachable to a substrate, the frame usually also being connectable to and attachable to the substrate, so that the frame and anchor structure are fixed against one another.
  • the anchor structures have the same thickness as the frame, at least in some areas, and extend into the first and / or the second area in which electrodes are desired.
  • Some electrode elements of the structural elements designed as electrodes can then be fastened to the anchor structure, while other electrode elements or the other electrode elements of the structural elements formed as electrodes, which are to be movable to those connected to the anchor structures, are connected to the mass arrangement.
  • the differently fastened electrode elements can vibrate against each other, so that the gap distances between them change. This can be achieved for the structural elements in the first region by the at least one first gap between the mass arrangement and the frame, or between the mass arrangement and the anchor structure.
  • a section of the component, which is located between the mass arrangement and the frame or anchor structure, can then be decoupled through the gap into two regions that can vibrate with respect to one another.
  • the at least one first structural element delimited by the at least one first gap can then comprise first electrode elements, at least one of which is connected to the frame or anchor structure and at least one further is connected to the mass arrangement.
  • These differently fastened electrode elements of the first electrodes can interlock and be movable relative to one another. With such an arrangement of the electrodes or their electrode elements, the above-mentioned change in the structural element spacing between the first electrodes can be achieved if the Frame and the mass arrangement are moved against each other.
  • anchor structures may be present, for example, or an anchor structure may extend into the first and second areas.
  • the second column then runs, analogous to the configuration described above in connection with the first columns, in the second region between the anchor structure and the mass arrangement and separates differently fastened, interlocking electrode elements of the second electrodes from one another.
  • the at least one second structural element can comprise the second electrodes alternatively or in addition to the springs. Furthermore, as an alternative or in addition to the springs and / or the second electrodes, the at least one second structural element can comprise damper elements which can be constructed like the second electrode elements and have, for example, larger gap distances than possible second electrodes.
  • the minimum structure width of the at least one first structure element can be less than a minimum structure width of the at least one second structure element.
  • a minimum gap width of the at least one first gap between the structural elements can be, for example, at least 0.1 pm, preferably at least 0.3 pm and / or at most 3 pm, preferably at most 1.5 pm.
  • a minimum gap width of at least one second gap between the structural elements can be, for example, at least 0.5 pm and / or at most 4 pm.
  • the first thickness can be at least 5 pm, for example. Furthermore, the first thickness can be, for example, at most 100 pm, preferably at most 60 pm. The first thickness can alternatively or additionally be at least 15%, preferably at least 25% of the second thickness, but at the same time, for example, at least 5 pm. The first thickness can also be at most 90%, preferably at most 80% of the second thickness. In an exemplary embodiment, the second thickness can therefore be 100 pm and the first thickness between 25 mih and 80 mih.
  • the maximum first aspect ratio of the at least one first gap and / or the maximum aspect ratio of the at least one second gap can each be, for example, 10: 1 or larger, preferably 20: 1 or larger, particularly preferably 25: 1 or larger.
  • the height of the structural elements extends in the z direction and usually results from the thickness of the component in the area in which the respective structural elements are located.
  • the height of one or more of the at least one first structural element and / or of the at least one second structural element can be reduced, starting from the top and / or starting from the bottom, compared to the thickness of the respective region in which it is located, so that the The height of a height-reduced first structural element does not correspond to the first height or thickness and / or the height of a height-reduced second structural element does not correspond to the second height or thickness.
  • a sensitivity of electrodes in the first or second area or a flexibility of springs can be influenced.
  • the proposed component can for example be made of silicon, such as monocrystalline silicon.
  • Lateral dimensions of the component which extend perpendicular to the thickness of the component, can be, for example, between 0.5 mm and 15 mm.
  • Lateral dimensions of the first recess can be, for example, between 100 pm and 2000 pm.
  • Lateral dimensions of the structural elements springs, plates, dampers, masses
  • a second recess can be present in the back of the component in the component.
  • the second region can then be defined by the second recess, the second thickness, which is consequently present in the region of the second recess, being less than a third thickness of a third region different from the first and the second region.
  • the third area is preferably from the frame and / or of the anchor structure or the anchor structures. That is to say that the frame and / or the anchor structures can have regions that have the third thickness, and thus have the greatest thickness compared to the first region and the second region. These areas are suitable, for example, for fixing the component on the above-mentioned substrate.
  • a micromechanical system or MEMS to which this application also relates, comprises the proposed component and the substrate for fastening the micromechanical component.
  • a component can be attached to a substrate designed as a base substrate, the frame and / or the anchor structure or anchor structures of the component being connected to the bottom substrate with the substrate to attach the micromechanical component.
  • the third region that is to say all the sections in which the component has the third thickness, is connected to the base substrate, for example. If no second recess is provided, then, for example, sections of the second region with the base substrate, which represent frames and / or anchor structures, can be connected to the base substrate.
  • the base substrate has a cavity in order to ensure mobility of the movable structures, such as mass arrangement or electrodes of the component, and to prevent these structures from coming into contact with the base substrate.
  • the top of the component can also be covered by a substrate designed as a cover substrate.
  • the lid substrate usually has a cavity in order to ensure the mobility of the movable structures such as mass arrangement or electrodes of the component and to prevent contact of these structures with the lid substrate. This is usually necessary, since there is usually no recess on the top of the component that could have this effect.
  • the substrate can be made of silicon, for example, preferably from single-crystal silicon and / or from a glass material or ceramic material. Is the substrate made of a glass material or ceramic rial manufactured, so these can be thermally adapted to silicon, for example, to avoid thermally generated stresses in the component.
  • the application also relates to a method for producing a micromechanical component.
  • the method is particularly suitable for the manufacture of the above-described micromechanical component.
  • the method comprises certain steps which do not necessarily have to be carried out in the order listed here, but in some cases can also be carried out in the reverse order or simultaneously.
  • a first recess is made in an underside of a blank, so that the blank has a first thickness, which extends in a z direction and is less than an in, in a first region defined by the first recess of the z-direction extending second thickness in a second region different from the first region.
  • a first gap is etched in the first region in order to produce at least one first structural element delimited by the at least one first gap.
  • a second gap is etched in the second region in order to produce at least one second structural element delimited by the at least one second gap.
  • the etching of the at least one first and the at least one second gap can in particular take place simultaneously.
  • the etching takes place along the z direction, so that the at least one first gap has a first gap depth defined by the first thickness, which is less than a second gap depth of the at least one second gap defined by the second thickness in the second region.
  • a minimal first gap width of the at least one first gap, orthogonal to the z direction is smaller than a minimum second gap width of the at least one second gap.
  • the at least one first gap which has a smaller gap width than the at least one second gap, also has a smaller gap depth than the at least one second gap, it is achieved that the at least a first gap time is reduced.
  • the at least one first gap and the at least one second gap can be etched simultaneously.
  • the etching of the at least one first gap and the at least one second gap can preferably take place simultaneously.
  • the aim can be to start the respective etching processes simultaneously and to end them simultaneously or approximately simultaneously.
  • the at least one first gap and the at least one second gap can be specified using a single mask (without additional adjustment tolerances) and etched in a single step.
  • the manufacturing time can be optimized by such a one-stage etching process.
  • the problem arises that wider gaps prematurely penetrate to the underside in comparison to narrower gaps, which can lead to damage to the gaps or to underlying material. This type of damage is avoided by the embodiment shown here and a one-stage etching process is made possible in particular even with varying gap widths.
  • the at least one first gap and the at least one second gap can be etched from a top side facing away from the bottom in the z direction towards the bottom. That is, the gaps are then etched from the usually smooth top to the bottom with the first recess, so that the first gaps end within the first recess.
  • a mask preferably a lacquer mask ke and / or a hard mask, who applied to the top of the blank.
  • the mask can be used to specify geometric dimensions in a plane perpendicular to the z direction, for the at least one first gap and the at least one second gap.
  • the first and second gap widths and the first and second structure widths are specified in the x and y directions.
  • the etching of the gaps can be carried out in a dry etching process, for example if the blank into which the gaps are etched consists of silicon or single-crystal silicon or comprises silicon or single-crystal silicon.
  • a step for making a second recess can be provided, which takes place, for example, before the step for making the first recess.
  • the second recess like the first recess, is introduced into the underside of the blank, preferably by etching.
  • the first recess is etched into the underside and then the first recess is etched within the second recess to further reduce the thickness there, so that the recesses are nested and the first region defined by the first recess is enclosed by the second area, which can be defined by the second recess. Outside the second recess, a third region can then also be defined, which has the greatest thickness of the three regions.
  • a protective layer for example an oxide layer
  • a protective layer can be applied at least in part to the underside of the blank in a step downstream of the introduction of the first recess or in a step downstream of the introduction of the first recess and the second recess. This then lines, for example, the first and the possible second recess. In particular, the areas in which the first and / or the second gaps end can be lined or covered with the protective layer.
  • a height of one or more of the first and / or the second structural elements ie one or more the first and / or second electrode elements and / or one or more of the springs are reduced starting from the top and / or starting from the bottom.
  • This can be done, for example, in an etching process using a mask, or in some cases using a multi-stage, for example two-stage mask with several mask layers.
  • a two-stage mask can comprise, for example, a hard mask layer and a lacquer mask layer.
  • the reduction in the height of one or more of the electrode elements starting from the underside can be carried out simultaneously with the introduction of the first cavity using a mask arranged on the underside of the blank or component.
  • the reduction of the height of one or more of the electrode elements from the top can be done using a two-stage mask.
  • the two-stage mask can comprise a hard mask layer and a lacquer mask layer arranged above it, for example.
  • the gaps specified by the upper mask layer that is to say usually the resist mask layer, can be completely etched or even only pre-etched, that is, for example, pre-etched by a predetermined depth.
  • the upper mask layer can then be removed, so that the lower mask layer remains, which in comparison to the upper mask layer releases additional areas of the upper side of the component.
  • the gaps can be etched in a further step or sub-step, provided they have not been completely etched in the first sub-step, while the additionally released areas are etched by a certain amount, thereby achieving the desired reduction in the height of the structural elements from the top can be.
  • the proposed method can include a step in which the blank is connected to the substrate. It can, for example, be arranged on a floor substrate and thus fastened. It can be provided, for example, that the blank with the first and the possible second recess — if a protective layer is provided, after the protective layer has been applied to the underside of the blank — is fastened on the base substrate before the first and second gaps are introduced become. So the blank is held stable during the etching by the base substrate. It may also be the case that the blank with the first and the second recess has a greater thickness than the ultimately desired first, second and possible third thickness in order to be more stable , A thicker blank in this sense is easier to handle and attach to the floor substrate.
  • a reduction in thickness can be made starting from the top, so that the ultimately desired thicknesses are set in the first, second and possible third range.
  • the gaps can then be inserted. This is particularly advantageous if particularly small thicknesses are desired, for example a first thickness of 5 pm or a little more than 5 pm.
  • the blank arranged on the base substrate with the first and second columns or the component can then be covered by a cover substrate.
  • Contact regions of the blank provided by etching preferably a frame and / or an anchor structure, can be connected to the base and / or the cover substrate. This can be done, for example, by wafer bonding.
  • An insulation layer can be arranged at least in one of the contact areas of the micromechanical component with the base and / or the cover substrate.
  • the second region has no undesired contact with the substrate and remains freely movable.
  • the cavity can be advantageous, in particular in the case of the substrate designed as a lid substrate, in order to prevent the top side of the component from making contact with the lid substrate at undesired points and thus preventing it from vibrating.
  • first and the second recess can be tiled concentrically, for example.
  • the first and / or the second recess can be arranged centrally on the bottom, which is, for example, rectangular.
  • the first and second columns should now end in the areas defined by the first or, if appropriate, by the second recess, as described above. They should therefore be etched at the appropriate locations on the top.
  • An additional advantage of the method can lie in an allowable tolerance, which can be given with respect to the positioning of the recesses in relation to the construction part and / or a tolerance of the position of the mask, which specifies the position of the column, with respect to the recesses.
  • the area defined by the first recess can be larger in the x and / or the y direction by, for example, 10 pm to 200 pm than an area of the mask in which the first column is specified. So the mask does not have to be positioned exactly to the nm above the first recess in order to achieve the desired functionality. This can further simplify the manufacturing process, which helps to reduce costs or automate the manufacturing process.
  • the area of the mask which specifies the at least one second gap is typically selected such that the at least one second gap is arranged sufficiently far from the first columns to ensure that the at least one second gap in the second area is introduced.
  • FIG. 6 shows the component with a base substrate and a cover substrate in an embodiment with a protective layer
  • Fig. 8 shows the component with bottom substrate and lid substrate in an implementation with a cavity
  • Fig. 9 shows a further view of the component with the bottom substrate and cover substrate.
  • Figure 1 shows a plot in which over a electrode gap width x (electrode gap in pm) a normalized capacitance C (C normalized, dotted line) and a normalized capacitive sensitivity dC / dx, i.e. a change in capacitance with variation of the gap width x (dC / dx normalized, dashed line) are plotted.
  • the capacitance C results from the quotient of the area A of the electrodes over their distance, that is to say the electrode gap width x: C oc A / x.
  • the capacitance is inversely proportional to the electrode gap width x.
  • the capacitance dC / dx is therefore proportional to A / (c L 2). It is in turn standardized (by multiplication by x) for electrode gaps from 0.5 pm to 4 pm and accordingly shows an inverse proportionality to the electrode gap.
  • the capacitive sensitivity dC / dx therefore increases significantly more for small gap distances than the capacitance C itself.
  • the area A is only linear in both the capacitance and the capacitive sensitivity.
  • An improvement in the ratio of capacitive sensitivity to basic capacity is of particular interest for energy-saving systems.
  • the reduction in the basic capacitance causes a reduction in the current consumption for the subsequent capacitance-to-voltage converter circuit.
  • the ratio of capacitive sensitivity and basic capacitance improves significantly in the area of small distances, as shown in Fig. 1.
  • the influence of the electrode spacings x on the capacitive sensitivity can accordingly be significantly stronger than the influence of the electrode surfaces A.
  • FIG. 2 shows a micromechanical system (MEMS) in an oblique view and in a sectional view along the section line A-A drawn in the oblique view.
  • MEMS micromechanical system
  • a component 16 is arranged on a base substrate 15, wherein an oblique view shows an upper side of the component 16, into which a plurality of gaps 19, 20 are introduced, which extend from the upper side to a lower side opposite the upper side ,
  • the component 16 and the base substrate 15 on which it is arranged are made of single-crystal silicon.
  • the component 16 comprises a plurality of first structural elements 3 forming electrodes 3, which are arranged in a first region 21 of the component 16 and are delimited by at least one first gap 19. Furthermore, the component comprises a plurality of second structural elements 2, 7, some of which form electrodes or dampers 7, other springs 2, and which are arranged in a second region 22 of the component that is different from the first region 21.
  • the second structural elements 2, 7 are delimited by second columns 20.
  • the first region 21 is defined by a first recess 6 which is made in the underside of the component.
  • the component has a first thickness C.
  • This first thickness C of the component in the first region 21 is reduced compared to a second thickness B of the component in the second region 22.
  • the first column 19 extend in the first area 21 from the top to the bottom and end in the first recess 6.
  • the first gap depth of the first column 19, as well as the height of the first structural elements 3 located in the area, is thus by first thickness C defined.
  • the first column 19 comprises first columns of different widths: narrower first column 19a and wider first column 19b are arranged in the first region 21.
  • Lateral dimensions of the first recess 6 in the x direction and in the y direction are between 100 pm and 2000 pm.
  • the first thickness C in the z direction is between 5 pm and 60 pm.
  • the first thickness, which is reduced by the first recess 6 compared to the second thickness, is between 25% and 80% of the first thickness.
  • the second gaps 20 extend in the second region 22 from the top to the bottom and end outside the first recess 6. Their gap depth and the height of the second structural elements 2, 7 thus correspond to the second thickness B of the component in the second region 22. The second gap depth is therefore greater than the first gap depth.
  • a minimum second gap width of the second column is larger than a minimum first gap width of the first column.
  • the gap width of the narrower 19a of this first column 19 represents the minimum first gap width, which is smaller than the gap width of the second gap 20 with the smallest width.
  • the gap width of the wider first column 19b can be selected to be smaller, the same size or larger than the minimum second gap width. It may also be that individual gaps have a width that varies along their length, in which case the minimum value of this varying width can be defined as the minimum gap width.
  • a maximum first aspect ratio of the first column 19 is given by a ratio of the first gap depth to the minimum first gap width and a maximum second aspect ratio of the second column 20 is given by a ratio of the second gap depth to the minimum second gap width.
  • the maximum first aspect ratio and the maximum second aspect ratio are the same size in the embodiment shown.
  • the maximum aspect ratio of the first column and the maximum aspect ratio of the second column are each greater than 25: 1.
  • the first structural elements 3 and the second structural elements 2, 7 of the component are designed as plates and are delimited by the first columns 19 and second columns 20 on two opposite sides formed parallel to one another. At least some of the first 3 and second structure elements 7 designed as electrode elements are each delimited by a further first 19 or second gap 20, which runs orthogonally to the first 19 or second columns 20 delimiting the parallel sides, so that the respective structure elements 3, 7 are connected to the remaining component on a remaining fourth side.
  • the component in this case comprises a frame 1 and a mass arrangement 4 which can vibrate with respect to the frame 1.
  • the frame 1 and the mass arrangement 4 are connected to one another in a vibratory manner by the spring 2, that is to say they can oscillate relative to one another while the spring 2 is deformed.
  • Vibration ability is given in one, two or three spatial directions.
  • the first columns 19 delimit at least some of the first structural elements 3 such that three of their sides are exposed and a fourth is connected to the rest of the component. In the embodiment shown, this is realized in such a way that some of the first structural elements 3 with the mass arrangement 4 are connected and others to the frame 1 or an anchor structure 27 which is fixedly arranged or can be arranged relative to the frame.
  • the electrode elements of the electrodes which are separated from one another by the first columns or the first gap and are connected to different sections or components of the component, are arranged in an interlocking manner or interlocked with one another. They overlap in sections, so that the overlapping areas represent electrodes of a capacitor. If the mass arrangement 4 vibrates with respect to the frame 1 or the armature structure 27, the sections or components connected to the respective sections or components vibrate accordingly. Due to the vibration gap distances between adjacent electrode elements and / or the overlapping area of two adjacent electrode elements change, which entails a measurable change in the capacitance of the capacitor structure formed by the electrodes 3.
  • the first electrodes 3, the second electrode elements formed by second structural elements, second electrodes 7 can be separated from one another by the second gap 20 or the second column 20 running between them, some of the second elec lifting elements are connected to the mass arrangement 4 and others to the frame 1 or to an anchor structure 27 which is fixedly arranged or firmly anordenba relative to the frame 1.
  • the ver with the mass arrangement 4 connected second electrode elements can accordingly with respect to the connected to the frame 1 or the anchor structure 27 second elec trode elements, to which they are arranged interlocking, vibrations gene.
  • the component can also comprise a second structural element 7 designed as a damper element 7, the design of which is similar to the design of the second electrodes 7, but which differ in their function from them.
  • the first structural elements 3 have a structural width that extends between the two parallel first columns 19, with a minimal structural width of the first and second structural elements for Example is between 1 pm and 10 pm.
  • the minimum first gap width in the first area is between 0.3 pm and 1.5 pm and the minimum second gap width is larger than the minimum first gap width and is between 1.5 pm and 4 pm.
  • the component also comprises third areas 23 with a third thickness A.
  • the third thickness A is even greater than the second thickness B.
  • the second area 22 is defined by a second recess 5 in the back of the micromechanical component, through which the thickness is reduced compared to the third region A and thus the second region 22 is formed.
  • the first recess 6 is again made within the second region 22 in order to form the first region 21.
  • the third loading area 23 is the area in which the frame 1 and the anchor structure 27 or the anchor structures 27 mainly extend. Parts of the frame 1 are also formally in the second region 22, since they have the second thickness B.
  • the third area A is thus covered by the frame 1 and the anchor structures 27.
  • the third areas 23 are connected to the floor substrate 15 on the underside with the floor substrate.
  • the frame and / or the anchor structure 27 of the component are connected to the substrate at the top and / or the bottom.
  • An insulation layer 13 is located in the fastening regions between the component and the substrate 15.
  • component and substrate 15 are made of single-crystal silicon.
  • the component can for example also be made of an electrically insulating glass material or ceramic material, the glass material or the ceramic material should be thermally adapted to silicon.
  • the insulation layer 13 can be omitted.
  • the task of providing a component with high performance and the smallest possible (capacitive) gap spacing is achieved in the component shown in that areas 21, 22, 23 with different structural thicknesses are produced within the component.
  • the functional elements 2, 3, 7 in the MEMS are bounded by columns 19, 20 of different widths according to their functionality and are assigned to these areas 21, 22, 23 in such a way that the maximum aspect ratio that is possible in terms of etching technology can be used in the best possible way.
  • the capacitive sensitivity and the seismic mass as well as the transverse stiffness can be increased independently of one another.
  • the structure thickness in the first loading area 21, in which the electrodes 3 are located with the highest sensitivity is reduced.
  • the first gaps 19 designed as electrode gaps can be realized in this area with dimensions ⁇ 1 pm.
  • the structure thickness in the area of the mass elements 4 and the springs 2 can be made significantly larger.
  • structures with a large seismic mass which results in an increase in the signal-to-noise ratio (SNR), and / or with large transverse stiffnesses, as a result of which undesired movements can be suppressed, can be created.
  • FIG. 2 A possible embodiment of the invention is illustrated in FIG. 2 using the example of a one-dimensional MEMS structure, for example forming an acceleration sensor.
  • the technology presented is not limited to such systems.
  • Some further possible configurations are shown in the further FIGS. 3 to 9, whereby there is by no means a conclusive list.
  • the MEMS structures are preferably produced from a single-crystalline silicon substrate and consist of a peripheral frame with the third thickness A, a mass element 4 (seismic mass) and at least one suitable spring 2 or spring arrangement with the second thickness B.
  • the second structural elements 7 such as, for example, plate-shaped elements for electrostatic force coupling, for capacitive detection or for setting the damping, can be configured. This is shown in FIG. 2 by way of example on damping elements 7.
  • the second structural elements 7 in this second region 22 with the second thickness B are through the second Column 20 limited by a second minimum width.
  • first regions 21 with a further reduced first structural thickness C are produced, from which further first structural elements 3, such as additional spring arrangements, regions of inertial masses, plate-shaped elements for electrostatic force coupling, for capacitive detection or for setting the damping can be assigned.
  • detection electrodes 3 with the reduced first thickness C are shown by way of example.
  • the first column 19 delimiting them with a minimum first width is significantly smaller than the second column 20.
  • the respective maximum aspect ratio in both ranges which results from the ratio of the respective minimum gap width and the associated structural thickness present in the respective area, is thus chosen that it is approximately the same and corresponds to the aspect ratio that can be realized by etching.
  • the gap distances and associated structure thicknesses In an exemplary possible design of the gap distances and associated structure thicknesses, assuming a max. Aspect ratio of 25: 1, for example, the smallest gap widths of 2 pm in the second region 22 with a structure thickness of 50 pm, and the smallest gap widths of 1 pm in the first region 21 with a structure thickness of 25 pm.
  • the capacitive sensitivity is already doubled.
  • the implementation of this principle of approximation of the maximum aspect ratio by suitable assignment of gap widths and structure thicknesses is shown in FIG. 2 using the example of the additionally lowered first region 21, but it is not limited to only one gradation.
  • the MEMS structure described is fastened in the third regions 23 with the third thickness A on a lower substrate, which consists of an electrically insulating material or is coated with an electrically insulating material 13, such as SiO 2 .
  • Fastening areas 24 for a possible upper substrate are created on the upper side of the component in the third area 23.
  • the component or MEMS shown in FIG. 2 or one of the following figures is produced by etching, for example dry etching.
  • the second exception is first 5 brought into the underside of a blank, so that the blank receives a reduced thickness where the second recess 5 extends. Then the first recess 6 is introduced within the second recess 5 in order to reduce the thickness even further.
  • the three different thicknesses can be the thicknesses C, B, A, but it can also be three thicknesses, each of which is larger by a certain value than the thicknesses C, B, A, the thickness of the blank being in a later step starting from the top is reduced so that the thicknesses C, B, A adjust.
  • the first columns 19 are etched in the first region 21, and at the same time the second column 20 in the second region 22, in each case in the z direction, starting from the top. This preferably takes place after the blank or the component 16 has been arranged on the base substrate 15.
  • a mask is provided on the top of the blank, which specifies the position, course and width of all gaps.
  • the mask which is, for example, a resist mask or a hard mask, thus specifies the geometric dimensions of the first 19 and second 20 columns in the x-y plane, perpendicular to the z direction or etching direction.
  • the mask is designed and positioned on the upper side in such a way that the narrowest gaps are in the first area and wider gaps, which limit, for example, dampers 7 or springs 2, are in the second area 22.
  • the position becomes the recesses are taken into account.
  • Tolerances can be provided, for example by generously dimensioning the first 6 and / or the second recess 5, so that the mask is positioned, for example, in the x direction and / or the y direction, e.g. 5 to 10 pm can be done exactly. All gaps 19, 20 are then etched simultaneously in one step from the top in the z direction to the bottom until they have completely penetrated the blank and emerge from the bottom.
  • the blank or the component 16 is, as mentioned, usually before bringing the gaps 19, 20, arranged on the base substrate 15 and connected to it by wafer bonding.
  • the connection is in the third Area 23 with the third thickness A, that is to say between the frame 1 and the substrate 15 or between the anchor structures 27 and the base substrate 15.
  • FIGS. 3a-c are limited to the representation of the MEMS functional layer, that is to say the component without a substrate, in different versions.
  • the first recess 6 and the second recess 5 are present in all the embodiments shown there.
  • electrodes 3 with high sensitivity are provided in the first area and only springs 2 are provided in the second area. Between the electrodes 3 and the springs 2 there are the mass elements 4.
  • a larger section of the mass elements 4 extends in each case in the second area 22 and has the second thickness B, but a smaller section of the mass elements 4 protrudes in each case in the first Area 21 and has the first thickness C.
  • FIG. 3b dampers 7 are also arranged in the second area 22 in addition to the springs 2.
  • the oscillation behavior is therefore different from the example from FIG. 3a.
  • FIG. 3c shows an embodiment which is similar in structure to the embodiment from FIG. 3b, in which structural elements formed as springs 8 are present in the second region 22 with a height or thickness in the z direction that is reduced from the underside.
  • the thickness of the component was reduced from the rear in the second area 22, where the springs 2, 8 are provided.
  • This can be done in particular simultaneously with the introduction of the first recess 6 by etching with the aid of a corresponding mask arranged on the underside of the blank.
  • the first recess 6 and the depressions to reduce the height of the springs 8 can be etched simultaneously.
  • the springs 8 usually get the same height or thickness that is also present in the first region 21, as also shown in the figure.
  • FIGS. 4a-c show designs in which the height of some of the first and / or structural elements is reduced from the top by etching.
  • damper elements 10 which are lowered from the upper side as electrode elements 9 in the first region 21, which then have a fifth thickness or height E, and are lowered from the upper side in the second area. rich 22, which have a fourth height D, is shown.
  • the springs 2 have their full height in the embodiment shown, which speaks to the second thickness B.
  • dampers 11 are reduced on both sides in the second region, that is to say from the top and from the bottom. These dampers 11, which are reduced on both sides, then also have the fifth height E.
  • the springs in FIG. 4c are also reduced in height on both sides and have the fifth height E.
  • the gradation of the structural elements 9, 10, 11, 12 from the top also follows by etching, with a two-stage mask, for example a hard mask and a paint mask, being applied to the top. Then the etching of the gaps 19, 20 and the height reduction of the structural elements 9, 10, 11, 12 can take place in a two-stage etching process.
  • a two-stage mask for example a hard mask and a paint mask
  • stepped springs 8, 12 facilitated dimensioning of vertical forms of movement.
  • These can for example advantageously be electrostatically excited or capacitively detected with the aid of electrodes 9 stepped on one or both sides.
  • MEMS elements for multi-axis sensors or actuators can advantageously be combined and integrated in one substrate.
  • the reduction in the structure thickness in the region of the electrodes 3 with increased sensitivity is achieved with an additional in the technology described Etching step reached.
  • the thickness ratios are designed in such a way that the ARDE between structures with a larger gap width and the structures with the smallest gap distances is used in a targeted manner.
  • the gap lengths are also specifically adjusted; very long narrow gaps may be interrupted by the targeted introduction of widenings, for example by locally increasing the gap width.
  • the definition of the lateral structure dimensions of all functional elements takes place in one etching step, as a result of which the best possible structural fidelity is achieved.
  • a two-stage structuring process (preferably a two-stage etching process) can be used from the top of the blank.
  • a combination of two pre-structured mask layers can be used for this.
  • the upper mask layer is removed and the etching is continued, so that the desired height gradation is obtained.
  • This two-stage process can advantageously be combined here with the gradation process from the rear (introduction of the first recess 6 and the second recess 5).
  • FIG. 5 shows a schematic cross section of a component arranged on a base substrate 15 with a protective layer arranged on the underside.
  • Such a protective layer 14, for example an SiO 2 layer optimized in terms of its thickness, can optionally be arranged on the back of the blank after the etching of the first recess 6 and, if present, the second recess 5.
  • the protective layer 14 can prevent overetching in the area of very large gaps. It thus protects the underside of the blank from etching attack and also prevents unwanted movement of the structures during the etching.
  • This protective layer 14 can be removed selectively (FIG. 6) or completely (FIG. 7) after the etching of the structures.
  • 6 to 9 also show schematic cross sections of the differently designed MEMS according to this application, each with a base 15 and cover substrate 17.
  • the MEMS structure is hermetically sealed and a characteristic internal pressure is set.
  • FIG. 6 shows, as mentioned, the component 16 from FIG. 5 at a later stage, the cover substrate 17 being fastened to the component 16 and the protective layer at the lower end of the gaps 19, 20 being broken up in order to increase the mobility of the structural elements 2, 3 to manufacture.
  • the protective layer 14 has been completely removed.
  • the insulation layer 13 is arranged between the base substrate 15 and component 16 and between the cover substrate 17 and component 16 in the contact areas, which represent third areas 23 and have the third thickness (A).
  • the contact area is defined by the third area 23 and the third thickness A itself and is thus provided by the second recess 5. It is thus prevented by the second recess 5 that the Massenanord openings 4, the springs 2 or the electrodes 3 contact the bottom substrate
  • a depth of the recess 18 can be, for example, 2 to 50 pm.
  • FIG. 8 differs from the embodiments in FIGS. 6, 7 in that there is no second recess 5. Accordingly, only the first recess 6 on the underside of the component is corresponding
  • the effects of the ARDE described can be used in the manufacture of the construction part 16. Only the step for making the second recess 6 is omitted. Accordingly, there is no third area 23 with a third thickness C, but only the first area 21 and the second area 22.
  • the frame 1 and possible anchor structures 27 then have the second Thick B on and are in contact areas, which are therefore also located in the second area 22, with the bottom substrate 15 and / or the lid substrate 17 connected.
  • the base substrate 15 also has the cavity 18 and thus compensates for the lack of the second recess 5.
  • the cavity 18 in the base substrate can also be 2 to 50 ⁇ m deep.
  • the cover substrate 17 is designed as in the embodiments from FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 9 shows a schematic cross section of a larger section of the completely finished MEMS structure.
  • the component again has the first 6 and the second recess 5, so that the cavity 18 is dispensed with in the base substrate 15, whereas the cover substrate 17 has the cavity 18. Due to the design of the cavity 18, the fastening areas of the component 16 to the bottom substrate 15 are not identical to the fastening areas of the component to the lid substrate 17: While the bottom substrate 17 is connected to the frame 1 and the anchor structures 27, the lid substrate is only connected to the frame 1 connected.
  • the bottom substrate 15 has contact openings or contact holes 25 which enable access to the attached third regions 23, which here lie on the anchor structures 27.
  • the contact openings 25 can alternatively or additionally also be in the area of the frame 1.
  • contact openings can also be present in the cover substrate 17, which allow access to the fastening regions 24.
  • the fastening regions and the substrate surface of the base 15 and / or cover substrate 17, also in the region of the contact openings 25, are coated with the electrically insulating insulation layer 13, for example SiO 2.
  • the contact openings 25 and areas of the surface have an electrically conductive, for example metallic layer 26, as a result of which an electrical contact with the structures, for example electrodes 3, of the MEMS is produced and at the same time rewiring (connection of different MEMS areas separated in the interior) with each other and providing contact areas for external connections) is made possible.
  • the electrodes 3, 7 can be contacted and, during operation, the described changes in capacitance caused by vibrations of the capacitors formed by the electrodes 3, 7 can be detected or measured.
  • the method for producing the MEMS element shown in FIG. 9, for example, based on the expanded cavity SOI technology comprises, for example, the following process steps: i. Providing a floor substrate (15), possibly with an electrical insulation layer (13),
  • a mask layer preferably a paint mask or a hard mask, on the top of the blank to define all lateral dimensions of the micromechanical structure
  • the structure has at least two thinned areas with characteristic recesses (5), (6) to the substrate and resulting structure thicknesses (B, C) and assigned minimum gap distances (20, 19), the maximum aspect ratio gap width to structure thickness in is approximately the same in both areas.
  • the micromechanical system consists of single-crystal Si and / or
  • the substrate made of single-crystal Si or of a glass material or ceramic material thermally matched to the Si stands.
  • the maximum aspect ratio and the overlap lengths of the electrodes are selected so that the entire structure can be produced with only one anisotropic dry etching process, with an etching time for freeing up the structures being approximately the same in both structure thickness ranges.
  • the electrodes are designed to vary in both distance and area.
  • a mask layer preferably a paint mask or a hard mask, on the top of the blank to define all lateral dimensions of the micromechanical structure
  • a protective layer (14) is applied to the underside of the pre-structured blank and / or to the top of the blank, the thickness of which is selected so that a masking effect is achieved for a limited etching time and thus the surfaces are protected from the etching attack.
  • a two-stage mask preferably consisting of a hard mask and a lacquer mask, is used to define the lateral dimensions
  • first all gaps are pre-etched by a defined amount
  • the structuring of the micromechanical functional layer is continued, preferably by means of anisotropic dry etching, with a defined lowering of springs, electrodes and dampers from the top, and the structure thicknesses (D) and (E) being established in these areas,
  • Second electrode or damper (second structural element)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (16) für ein mikromechanisches System sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das Bauteil weist eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite auf und umfasst mindestens ein erstes Strukturelement, welches in einem ersten Bereich (21) des Bauteils (16) angeordnet ist und von mindestens einem ersten Spalt (19) begrenzt wird, sowie mindestens ein zweites Strukturelement, welches in einem vom ersten Bereich (21) verschiedenen zweiten Bereich (22) des Bauteils (16) angeordnet ist und von mindestens einem zweiten Spalt (20) begrenzt wird. Der erste Bereich (21) ist durch eine erste Ausnehmung (6) in der Unterseite des Bauteils (16) definiert, wobei eine erste Dicke (C) des Bauteils (16) im ersten Bereich (21) gegenüber einer zweiten Dicke (B) des Bauteils (16) im zweiten Bereich (22) reduziert ist. Eine minimale zweite Spaltbreite des mindestens einen zweiten Spalts (20) ist dabei größer ist als eine minimale erste Spaltbreite des mindestens einen ersten Spalts (19).

Description

Mikromechanisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für ein MEMS sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
MEMS (Mikroelektromechanische Systeme), beispielsweise bewegliche Feder- Masse-Systeme als Sensoren oder Aktoren, werden derzeit mit unterschiedli chen technologischen Ansätzen unter Verwendung von Silizium-Technologie hergestellt. Typischerweise erfolgt die Herstellung dabei in Batch-Prozessen auf Wafern. Bei der Herstellung von MEMS-Systemen mit elektrostatischem bzw. kapazitivem Wirkprinzip überwiegen gegenwärtig Oberflächentechnolo gien bzw. oberflächennahe Technologien (z.B. poly-Si-Schicht über einer Si02- Opferschicht, SOI-Technologie, cavity-SOI-Technologie, SCREAM-Technologie u. ä.). Diesen Technologien ist gemeinsam, dass die mikromechanischen Ele- mente aus einer Silizium-Schicht und einer typischen Dicke zwischen 10 pm und 75 pm durch Ätzen von Spalten mittels anisotropem Trockenätzen struk turiert werden. Für die Fertigung der Strukturen ist das Aspektverhältnis (Verhältnis aus Spalt tiefe zu Spaltbreite) ein wichtiges Kriterium. Ein hohes Aspektverhältnis (HAR) der Spalte der kapazitiven Strukturen ermöglicht eine hohe Empfindlichkeit für Sensoren sowie eine bessere Krafteinkopplung für Aktoren. Eine große Strukturhöhe ermöglicht einerseits ein hohes Aspektverhältnis in Bezug auf die Federn und somit eine geringe Querempfindlichkeit (Unterdrückung un erwünschter Bewegungsmoden) sowie andererseits eine große Masse und damit ein geringes Rauschen. Für hochempfindliche MEMS werden somit so wohl eine große Strukturhöhe als auch ein HAR angestrebt.
Das ätztechnisch erreichbare Aspektverhältnis der Spalte lässt sich jedoch nicht beliebig erhöhen. Es ist dadurch begrenzt, wie schnell das Ätzmedium in die schmalen Spalte gelangen kann und die Reaktionsprodukte aus diesen abtransportiert werden können. Bekannt ist daher das Erscheinungsbild des aspektverhältnisabhängigen Ätzens („ARDE", engl.: aspect ratio dependent etching), d.h. schmale Spalte erreichen in gleicher Zeit eine geringere Ätztiefe als breitere Spalte. Die Reaktion und das entstehende Ätzprofil werden von vielen Parametern beeinflusst, unter anderem auch von der Länge der Spalte. Typischerweise liegen Aspektverhältnisse der Anbieter von Foundry-Prozessen im Bereich 10:1 bis 30:1 und typische ätztechnisch realisierte Spaltbreiten im Bereich von 2 bis 3 pm. Eine weitere Erhöhung des Aspektverhältnisses ist nur bei deutlicher Weiterentwicklung der Ätzprozesse möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, die erwähnten Probleme, die sich aus dem Stand der Technik ergeben, zumindest teilweise zu umgehen und ein leistungsfähi ges Bauteil mit großem Aspektverhältnis sowie ein schnelles und kostengüns tiges Verfahren zur Herstellung solcher Bauteile vorzuschlagen. Dabei sollen beispielsweise schmale Spalte mit hohem Aspektverhältnis durch Ätzen her gestellt werden können und gleichzeitig eine hohe Flexibilität bei den herzu stellenden Strukturen in Bezug auf die Strukturhöhe, Strukturbreite sowie die Spaltbreite erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Unteran- Sprüchen sowie aus der Beschreibung oder den Figuren.
Das vorgeschlagene Bauteil für ein mikromechanisches System weist eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite auf. In einem ersten Bereich des Bauteils ist mindestens ein erstes Strukturelement ange ordnet, welches von mindestens einem ersten Spalt begrenzt wird. In einem zweiten Bereich des Bauteils, der von dem ersten Bereich verschieden ist, ist weiterhin mindestens ein zweites Strukturelement angeordnet, das von min destens einem zweiten Spalt begrenzt wird. Der erste Bereich ist dabei durch eine erste Ausnehmung in der Unterseite des Bauteils definiert. Eine erste Dicke des Bauteils in dem ersten Bereich ist aufgrund der Ausnehmung gegen über einer zweiten Dicke des Bauteils im zweiten Bereich reduziert. Der min destens eine erste Spalt erstreckt sich im ersten Bereich von der Oberseite zur Unterseite und endet in der ersten Ausnehmung. Eine Spalttiefe des ersten Spalts ist somit durch die erste Dicke des Bauteils im ersten Bereich definiert. Analog erstreckt sich der mindestens eine zweite Spalt im zweiten Bereich von der Oberseite zur Unterseite und endet außerhalb der ersten Ausnehmung. Eine zweite Spalttiefe des zweiten Spalts ist durch die zweite Dicke des Bau teils im zweiten Bereich definiert und ist somit größer ist als die erste Spalttie fe des ersten Spalts. Eine minimale zweite Spaltbreite des mindestens einen zweiten Spalts ist dabei größer als eine minimale erste Spaltbreite des min destens einen ersten Spalts.
Ein Achsensystem, welches dem Bauteil zugeordnet werden kann, kann so festgelegt werden, dass die erste und zweite Dicke sich in die z-Richtung er strecken und laterale Abmessungen des Bauteils sowie Spaltbreiten und Strukturbreiten der ersten und der zweiten Struktur sich in die x- und/oder y- Richtung erstrecken.
Durch ein solches Bauteil können zum Beispiel in dem ersten Bereich durch die ersten Strukturelemente erste Elektroden bereitgestellt werden, deren Empfindlichkeit und Leistungsfähigkeit gemäß dem Prinzip eines Kondensa tors maßgeblich durch eine Fläche der Strukturelemente, die Elektrodenele mente darstellen können, und ihren Abstand zueinander bestimmt ist. Im Ruhzustand ist der Abstand durch die Spaltbreite gegeben. Eine Veränderung der Spaltbreite wird durch eine schwingungsfähige Anordnung ermöglicht, was eine detektierbare Änderung der Kapazität mit sich bringt.
In dem zweiten Bereich können die zweiten Spalte zur Entkopplung gegenei nander schwingfähiger Abschnitte des Bauteils bereitgestellt werden. In dem zweiten Bereich können beispielsweise als Federn ausgebildete zweite Struk turelemente, die ein Schwingen ermöglichen, bereitgestellt werden.
Ist für die Elektroden im ersten Bereich eine hohe Empfindlichkeit gewünscht, so sollten die geätzten Spalte im dem Bereich möglichst schmal gehalten wer den, während gleichzeitig die Fläche der Elektrodenelemente bzw. ersten Strukturelemente, die durch das Produkt aus Strukturdicke und Strukturlänge (zum Beispiel einer Spaltlänge entsprechend) gegeben ist, maximiert werden sollte. Bei einer festen Spaltlänge wird also zum Beispiel für die Elektroden elemente im ersten Bereich ein hohes Aspektverhältnis (Strukturdicke zu Spaltbreite) angestrebt.
In dem zweiten Bereich können wiederum größere Spaltbreiten gewünscht sein, um eine gewünschte Funktionalität der Federelemente zu erreichen bzw. Auslenkungen bestimmter Amplitude zu ermöglichen.
Im Zusammenhang mit den unterschiedlichen gewünschten Spaltbreiten, ins besondere bei der weiteren Verringerung der Spaltbreite zur Erhöhung der kapazitiven Empfindlichkeit, kann der eingangs erwähnte Effekt des aspekt verhältnisabhängigen Ätzens (ARDE) ein Problem darstellen. Dieses Problem wird durch das vorgeschlagene Bauteil, wie nachstehend beschrieben wird, umgangen.
Bei dem vorgeschlagenen Bauteil ist die Dicke der Struktur im ersten Bereich durch die Ausnehmung von der Rückseite her reduziert. Die scheint auf den ersten Blick unvorteilhaft, da mit der Dicke der Struktur die kapazitive Fläche der Elektroden und somit die Empfindlichkeit reduziert wird. Es kann jedoch gezeigt werden, dass eine mit der Verringerung der Strukturdicke einherge hende Reduktion der kapazitiven Empfindlichkeit diese nur linear beeinflusst, während eine Steigerung der kapazitiven Empfindlichkeit durch Reduktion der Spaltbreite quadratisch verläuft. Das heißt, eine Reduktion der Strukturdicke kann durch eine Reduktion der Spaltbreite kompensiert bzw. überkompen- siert werden, so dass die Empfindlichkeit der Struktur trotz geringerer Struk turdicke erhöht wird.
Die Erfinder schlagen deshalb eine derartige Gestaltung der Dickenvariationen und Spaltbreiten sowie eine entsprechende mikromechanische Strukturierung vor, bei welcher der ARDE-Effekt gezielt ausgenutzt wird, um die Strukturdicke im Bereich der kapazitiven Detektionselemente zu reduzieren und damit kleinste Spaltabstände und eine Erhöhung der kapazitiven Empfindlichkeit zu erreichen, wobei in das gleiche Bauteil noch andere, breitere Spalte, wie beim vorgeschlagenen Bauteil im zweiten Bereich, eingebracht werden sollen.
Dadurch, dass der mindestens eine erste Spalt, der eine geringere Spaltbreite hat als der mindestens eine zweite Spalt, auch eine geringere Spalttiefe hat als der mindestens eine zweite Spalt, wird erreicht, dass die zum Ätzen des min destens einen ersten Spalts benötigte Zeit reduziert wird. Anders als bei Struk turen, in denen unterschiedlich tiefe Spalte in einem Rohling mit konstanter Dicke vorgesehen sind, kann hier erreicht werden, dass die Ätzprozesse für die schmaleren und die breiteren Spalte zeitgleich oder ungefähr zeitgleich durch geführt bzw. abgeschlossen werden können.
Bei dem vorgeschlagenen Bauteil kann ein maximales erstes Aspektverhältnis des mindestens einen ersten Spalts durch ein Verhältnis der ersten Spalttiefe der minimalen ersten Spaltbreite definiert werden und entsprechend ein ma ximales zweites Aspektverhältnis des zweiten Spalts durch ein Verhältnis der zweiten Spalttiefe zu der minimalen zweiten Spaltbreite definiert werden. Das maximale erste Aspektverhältnis kann in möglichen Ausführungen des Bau teils gleich oder im Wesentlichen gleich dem maximalen zweiten Aspektver hältnis sein. Dadurch kann dem Herstellungsverfahren eine gleiche oder unge fähr gleiche Ätzdauer für den mindestens einen ersten Spalt und den mindes tens einen zweiten Spalt erreicht werden.
Im Wesentlichen gleich kann hier beispielsweise bedeuten, dass eine Abwei chung nicht mehr als 10 %, vorzugsweise nicht mehr als 5 % beträgt.
Es können in möglichen Ausführungen auch mehr als zwei unterschiedlich dicke Bereiche vorhanden sein, in die Spalte eingebracht werden, zum Beispiel drei oder vier unterschiedlich dicke Bereiche mit Spalten. Diese Bereiche kön nen zusätzlich zu einem möglichen noch dickeren Befestigungs- oder Rahmen bereich, der meist keine Spalte aufweist, vorhanden sein. In dem Bereich mit der geringsten Dicke können dann beispielsweise die schmälsten minimalen Spaltbreiten für die dort lokalisierten Spalte vorliegen, im Bereich mit der zweitgeringsten Dicke die zweitschmalsten minimalen Spaltbreiten usw.
Das mindestens eine erste Strukturelement kann zumindest an zwei zumin dest abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden gegenüberliegenden Seiten von dem mindestens einen ersten Spalt begrenzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine zweite Strukturelement zumindest an zwei zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden gegen überliegenden Seiten von dem mindestens einen zweiten Spalt begrenzt wer den. In derartigen Ausführungen können das so ausgebildete mindestens eine erste bzw. das so ausgebildete mindestens eine zweite Strukturelement zu mindest abschnittsweise als gerade oder gekrümmte Platte ausgestaltet sein.
Einige der ersten und zweiten Spalte können sich beispielsweise in x-Richtung erstrecken und durch weitere, kürzere erste Spalte, die in die y-Richtung ver laufen miteinander verbunden sein. Zwei benachbarte in x-Richtung verlau fende erste oder zweite Spalte werden beispielsweise mit einem an den Spal tenden eingebrachten in y-Richtung verlaufenden als Querspalt ausgebildeten ersten bzw. zweiten Spalt miteinander verbunden. Beispielsweise werden be nachbarte erste oder zweite Spalte, die sich in die x-Richtung erstrecken, an alternierenden Spaltenden miteinander verbunden, um eine mäanderartige Struktur zu schaffen.
Das vorgeschlagene Bauteil kann einen Rahmen und eine gegenüber dem Rahmen schwingfähige Massenanordnung umfassen. Das mindestens eine zweite Strukturelement kann dann eine elastische Feder umfassen, die den Rahmen und die Massenanordnung so miteinander verbindet, dass sie unter Verformung der Feder relativ zueinander schwingfähig sind. Der Rahmen und die Massenanordnung können aber auch komplett voneinander getrennt wer den und jeweils beispielsweise mit einem Substrat verbunden werden. Dann kann beispielsweise der Rahmen fest mit dem Substrat verbunden sein und die Masse mit sogenannten Ankern mit dem Substrat verbunden sein. Durch diese verschiedenen Arten der Schwingfähigkeit können beispielsweise durch Beschleunigung des Bauteils der Rahmen und die Massenanordnung ge geneinander bewegt werden.
Das vorgeschlagene Bauteil kann eine oder mehrere Ankerstrukturen umfas sen. Diese können relativ zu dem Rahmen fest angeordnet oder fest anorden bar sein. Beispielsweise können die Ankerstruktur oder die Ankerstrukturen an einem Substrat befestigbar sein, wobei üblicherweise auch der Rahmen mit dem Substrat verbindbar und daran befestigbar ist, so dass Rahmen und Ankerstruktur gegeneinander fixiert sind. Dafür weisen die Ankerstrukturen zumindest bereichsweise die gleiche Dicke wie der Rahmen auf und erstre cken sich in den ersten und/oder den zweiten Bereich, in dem Elektroden ge wünscht sind.
An der Ankerstruktur können dann einige Elektrodenelemente der als Elekt roden ausgebildeten Strukturelemente befestigt sein, während andere Elekt rodenelemente oder die übrigen Elektrodenelemente der als Elektroden aus gebildeten Strukturelemente, die zu den mit den Ankerstrukturen verbunde nen beweglich sein sollen, mit den der Massenanordnung verbunden sind. So können die unterschiedlich befestigten Elektrodenelemente gegeneinander schwingen, so dass sich die Spaltabstände zwischen ihnen verändern. Dies kann für die Strukturelemente im ersten Bereich erreicht werden, indem der mindestens eine erste Spalt zwischen der Massenanordnung und dem Rah men, oder zwischen der Massenanordnung und der Ankerstruktur, verläuft.
Ein Abschnitt des Bauteils, der zwischen der Massenanordnung und dem Rah men bzw. Ankerstruktur liegt, kann dann durch den Spalt in zwei zueinander schwingfähige Bereiche entkoppelt werden. Das durch den mindestens einen ersten Spalt begrenzte mindestens eine erste Strukturelement kann dann ers te Elektrodenelemente umfassen, von denen mindestens eines mit dem Rah men oder Ankerstruktur verbunden ist und mindestens ein weiteres mit der Massenanordnung verbunden ist. Diese unterschiedlich befestigten Elektro denelemente der ersten Elektroden können ineinandergreifen und relativ zu einander bewegbar sein. Durch eine derartige Anordnung der Elektroden bzw. ihrer Elektrodenelemente kann die oben erwähnte Veränderung der Struktur elementabstände zwischen ersten Elektroden erreicht werden, wenn der Rahmen und die Massenanordnung gegeneinander bewegt werden.
Sind im zweiten Bereich ebenfalls oder alternativ Elektroden gewünscht, so können beispielsweise weitere Ankerstrukturen vorhanden sein oder eine An kerstruktur kann sich in den ersten und in den zweiten Bereich erstrecken. Die zweiten Spalte verlaufen dann, analog zu der oben im Zusammenhang mit den ersten Spalten beschrieben Ausgestaltung, im zweiten Bereich zwischen An kerstruktur und Massenanordnung und trennen unterschiedlich befestigte, ineinandergreifende Elektrodenelemente der zweiten Elektroden voneinan der.
Das mindestens eine zweite Strukturelement kann die zweiten Elektroden alternativ oder zusätzlich zu den Federn umfassen. Ferner kann das mindes tens eine zweite Strukturelement alternativ oder zusätzlich zu den Federn und/oder den zweiten Elektroden Dämpferelemente umfassen, die wie die zweiten Elektrodenelemente aufgebaut sein können und beispielsweise grö ßere Spaltabstände als mögliche zweite Elektroden aufweisen.
Die minimale Strukturbreite des mindestens einen ersten Strukturelements kann geringer sein als eine minimale Strukturbreite des mindestens einen zweiten Strukturelements.
Eine minimale Spaltbreite des mindestens einen ersten Spaltes zwischen den Strukturelementen kann zum Beispiel mindestens 0,1 pm, vorzugsweise min destens 0,3 pm und/oder höchstens 3 pm, vorzugsweise höchstens 1,5 pm betragen. Alternativ oder zusätzlich kann eine minimale Spaltbreite des min destens einen zweiten Spaltes zwischen den Strukturelementen beispielswei se mindestens 0,5 pm und/oder höchstens 4 pm betragen.
Die erste Dicke kann beispielsweise mindestens 5 pm betragen. Weiterhin kann die erste Dicke zum Beispiel höchstens 100 pm, bevorzugt höchstens 60 pm betragen. Die erste Dicke kann alternativ oder zusätzlich mindestens 15 %, vorzugsweise mindestens 25 % der zweiten Dicke betragen, jedoch gleichzeitig beispielsweise mindestens 5 pm. Die erste Dicke kann auch höchs tens 90 %, vorzugsweise höchstens 80 % der zweiten Dicke betragen. Die zweite Dicke kann in einer beispielhaften Ausführung also 100 pm betragen und die erste Dicke zwischen 25 mih und 80 mih.
Das maximale erste Aspektverhältnis des mindestens einen ersten Spalts und/oder das maximale Aspektverhältnis des mindestens einen zweiten Spalts können jeweils zum Beispiel 10:1 oder größer, vorzugsweise 20:1 oder größer, besonders bevorzugt 25:1 oder größer sein.
Eine Höhe der Strukturelemente erstreckt sich in die z-Richtung und ergibt sich meist aus der Dicke des Bauteils in dem Bereich, in dem die jeweiligen Strukturelemente sich befinden. Die Höhe eines oder mehrerer des mindes tens einen ersten Strukturelements und/oder des mindestens einen zweiten Strukturelements kann ausgehend von der Oberseite und/oder ausgehend von der Unterseite gegenüber der Dicke des jeweiligen Bereichs, in dem es sich befindet, reduziert sein, so dass die Höhe eines derart höhenreduzierten ersten Strukturelementes nicht der ersten Höhe oder Dicke entspricht und/oder die Höhe eines höhenreduzierten zweiten Strukturelementes nicht der zweiten Höhe oder Dicke entspricht. So kann beispielsweise eine Empfind lichkeit von Elektroden im ersten bzw. zweiten Bereich oder eine Flexibilität von Federn beeinflusst werden.
Das vorgeschlagene Bauteil kann zum Beispiel aus Silizium, etwa einkristalli nem Silizium, gefertigt sein.
Laterale Abmessungen des Bauteils, die sich senkrecht zur Dicke des Bauteils erstrecken, können beispielsweise zwischen 0,5 mm und 15 mm betragen. Laterale Abmessungen der ersten Ausnehmung können beispielsweise zwi schen 100 pm und 2000 pm betragen. Laterale Abmessungen der Struktur elemente (Federn, Platten, Dämpfer, Massen) können beispielsweise zwi schen 1 pm und 2000 pm betragen.
Neben der ersten Ausnehmung kann in dem Bauteil eine zweite Ausnehmung in der Rückseite des Bauteils vorhanden sein. Der zweite Bereich kann dann durch die zweite Ausnehmung definiert sein, wobei die zweite Dicke, die folg lich im Bereich der zweiten Ausnehmung vorliegt, geringer ist als eine dritte Dicke eines von dem ersten und dem zweiten Bereich verschiedenen dritten Bereichs. Der dritte Bereich wird vorzugsweise von dem Rahmen und/oder der Ankerstruktur oder den Ankerstrukturen umfasst. Das heißt, der Rahmen und/oder die Ankerstrukturen können Bereiche aufweisen, die die dritte Di cke, und somit verglichen mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, die größte Dicke haben. Diese Bereiche eignen sich zum Beispiel zur Fixierung des Bauteils auf dem oben erwähnten Substrat.
Ein Mikromechanisches System oder MEMS, auf welches sich diese Anmel dung ebenfalls bezieht, umfasst das vorgeschlagene Bauteil und das Substrat zur Befestigung des mikromechanischen Bauteils.
In einem solchen mikromechanischen System kann ein Bauteil auf einem als Bodensubstrat ausgebildeten Substrat befestigt werden, wobei zur Befesti gung des mikromechanischen Bauteils der Rahmen und/oder die Ankerstruk tur oder Ankerstrukturen des Bauteils an der Unterseite mit dem Bodensub strat verbunden sind. Ist eine zweite Ausnehmung vorhanden, wird beispiels weise der dritte Bereich, also alle Abschnitte, in denen das Bauteil die dritte Dicke aufweist, mit dem Bodensubstrat verbunden. Ist keine zweite Ausneh mung vorgesehen, so können beispielsweise Abschnitte des zweiten Bereichs mit dem Bodensubstrat, die Rahmen und/oder Ankerstrukturen darstellen, mit dem Bodensubstrat verbunden werden. In dem Fall kann es von Vorteil sein, wenn das Bodensubstrat eine Kavität aufweist, um eine Beweglichkeit der beweglichen Strukturen wie Massenanordnung bzw. Elektroden des Bau teils zu gewährleisten und einen Kontakt dieser Strukturen mit dem Boden substrat zu verhindern.
Das Bauteil kann weiterhin an der Oberseite von einem als Deckelsubstrat ausgebildeten Substrat abgedeckt werden. Das Deckelsubstrat weist meist eine Kavität auf, um die Beweglichkeit der beweglichen Strukturen wie Mas senanordnung bzw. Elektroden des Bauteils zu gewährleisten und einen Kon takt dieser Strukturen mit dem Deckelsubstrat zu verhindern. Dies ist übli cherweise erforderlich, da an der Oberseite des Bauteils meist keine Ausneh mung vorgesehen ist, die diesen Effekt haben könnte.
Bei dem System kann das Substrat zum Beispiel aus Silizium, vorzugsweise aus einkristallinem Silizium und/oder aus einem Glasmaterial oder Keramikmate rial gefertigt sein. Ist das Substrat aus einem Glasmaterial bzw. Keramikmate- rial gefertigt, so können diese thermisch an Silizium angepasst werden, um zum Beispiel thermische erzeugte Spannungen in dem Bauteil zu vermeiden.
Die Anmeldung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils. Das Verfahren ist dabei insbesondere zur Her stellung des oben beschriebenen mikromechanischen Bauteils geeignet.
Das Verfahren umfasst dabei bestimmte Schritte, die nicht zwangsläufig in der hier aufgeführten Reihenfolge ausgeführt werden müssen, sondern in man chen Fällen auch in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden können.
In einem Schritt des Verfahrens wird eine erste Ausnehmung in eine Untersei te eines Rohlings eingebracht, so dass der Rohling in einem durch die erste Ausnehmung definierten ersten Bereich eine sich in einer z-Richtung erstre ckende erste Dicke hat, die geringer ist als eine sich in der z-Richtung erstre ckende zweite Dicke in einem von dem ersten Bereich verschiedenen zweiten Bereich.
In dem ersten Bereich wird ein erster Spalt geätzt, um mindestens ein durch den mindestens einen ersten Spalt begrenztes erstes Strukturelement herzu stellen. In dem zweiten Bereich wird ein zweiter Spalt geätzt, um dort mindes tens ein durch den mindestens einen zweiten Spalt begrenztes zweites Struk turelement herzustellen. Das Ätzen des mindestens einen ersten und des min destens einen zweiten Spalts kann dabei insbesondere gleichzeitig erfolgen. Das Ätzen erfolgt jeweils entlang der z-Richtung, so dass der mindestens eine erste Spalt eine durch die erste Dicke definierte erste Spalttiefe aufweist, die geringer ist als eine durch die zweite Dicke in dem zweiten Bereich definierte zweite Spalttiefe des mindestens einen zweiten Spalts. Weiterhin ist eine mi nimale erste Spaltbreite des mindestens einen ersten Spalts, orthogonal zur z- Richtung, geringer als eine minimale zweite Spaltbreite des mindestens einen zweiten Spalts.
Dadurch, dass der mindestens eine erste Spalt, der eine geringere Spaltbreite hat als der mindestens eine zweite Spalt, auch eine geringere Spalttiefe hat als der mindestens eine zweite Spalt, wird erreicht, dass die zum Ätzen des min- destens einen ersten Spalts benötigte Zeit reduziert wird.
Der mindestens eine erste Spalt und der mindestens eine zweite Spalt können gleichzeitig geätzt werden.
Anders als bei Strukturen, in denen unterschiedlich breite und tiefe Spalte in einem Rohling mit konstanter Dicke vorgesehen sind, kann hier erreicht wer den, dass die Ätzprozesse für die schmaleren und die breiteren Spalte zeit gleich oder ungefähr zeitgleich abgeschlossen werden können. Der Grund hierfür liegt in dem aspektverhältnisabhängigen Ätzen, wodurch ein Ätzpro zess bei schmaleren Spalten im Vergleich zu breiteren Spalten langsamer von statten geht.
In dem hier vorgestellten Verfahren kann das Ätzen des mindestens einen ersten Spalts und des mindestens einen zweiten Spalts, wie erwähnt, vor zugsweise gleichzeitig erfolgen. Dabei kann angestrebt werden, die jeweiligen Ätzprozesse gleichzeitig zu beginnen und gleichzeitig oder ungefähr gleichzei tig zu beenden. Dafür können der mindestens eine erste Spalt und der min destens eine zweite Spalt durch eine einzige Maske (ohne zusätzliche Justage toleranzen) vorgegeben und in einem einzigen Schritt geätzt werden. Durch einen derartigen einstufigen Ätzprozess kann die Herstellungszeit optimiert werden. In Verfahren nach dem Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass breitere Spalte im Vergleich zu schmaleren Spalten verfrüht bis zur Un terseite durchdringen, was zu einer Beschädigung der Spalte oder von darun terliegendem Material führen kann. Durch die hier gezeigte Ausführung wird diese Art von Beschädigung vermieden und ein einstufiger Ätzprozess insbe sondere auch bei variierenden Spaltbreiten ermöglicht.
Der mindestens eine erste Spalt und der mindestens eine zweite Spalt können von einer der Unterseite abgewandten Oberseite ausgehend in der z-Richtung zur Unterseite hin geätzt werden. Das heißt, die Spalte werden dann von der üblicherweise glatt ausgebildeten Oberseite hin zu der Unterseite mit der ers ten Ausnehmung geätzt, so dass die ersten Spalte innerhalb der ersten Aus nehmung enden.
In einem Schritt des Verfahrens kann eine Maske, vorzugsweise eine Lackmas- ke und/oder eine Hartmaske, auf die Oberseite des Rohlings aufgebracht wer den. Durch die Maske können geometrische Abmessungen in einer Ebene senkrecht zur z-Richtung, für den mindestens einen ersten Spalt und den min destens einen zweiten Spalt vorgegeben werden. Es werden also beispielwei se die ersten und zweiten Spaltbreiten und die ersten und zweiten Struktur breiten in der x- und der y-Richtung vorgegeben.
Das Ätzen der Spalte kann in einem Trockenätzprozess vorgenommen wer den, zum Beispiel wenn der Rohling, in den die Spalte geätzt werden, aus Sili zium oder einkristallinem Silizium besteht oder Silizium oder einkristallines Silizium umfasst.
In dem vorgeschlagenen Verfahren kann ein Schritt zum Einbringen einer zweiten Ausnehmung vorgesehen sein, der beispielsweise vor dem Schritt zum Einbringen der ersten Ausnehmung erfolgt. Die zweite Ausnehmung wird, wie die erste Ausnehmung, in die Unterseite des Rohlings eingebracht, vor zugsweise durch Ätzen. In manchen Ausführungen wird die erste Ausnehmung in die Unterseite geätzt und dann die erste Ausnehmung innerhalb der zwei ten Ausnehmung geätzt, um die Dicke dort noch weiter zu reduzieren, so dass die Ausnehmungen ineinander geschachtelt sind und der erste Bereich, der von der ersten Ausnehmung definiert wird, von dem zweiten Bereich, der durch die zweite Ausnehmung definiert werden kann, umschlossen wird. Au ßerhalb der zweiten Ausnehmung ist dann außerdem ein dritter Bereich defi nierbar, der von den drei Bereichen die größte Dicke aufweist.
Bei den vorgestellten Verfahren kann in einem dem Einbringen der ersten Ausnehmung nachgelagerten Schritt oder in einem dem Einbringen der ersten Ausnehmung und der zweiten Ausnehmung nachgelagerten Schritt eine Schutzschicht, beispielsweise als Oxidschicht ausgebildet, zumindest be reichsweise auf die Unterseite des Rohlings aufgebracht werden. Diese kleidet dann also zum Beispiel die erste und die mögliche zweite Ausnehmung aus. Insbesondere können mit der Schutzschicht die Bereiche ausgekleidet bzw. bedeckt werden, in denen die ersten und/oder die zweiten Spalte enden.
In möglichen Schritten des Verfahrens können eine Höhe eines oder mehrerer der ersten und/oder der zweiten Strukturelemente, also eines oder mehrerer der ersten und/oder zweiten Elektrodenelemente und/oder einer oder meh rerer der Federn ausgehend von der Oberseite und/oder ausgehend von der Unterseite reduziert werden. Dies kann beispielsweise in einem Ätzprozess unter Verwendung einer Maske, oder in manchen Fällen unter Verwendung einer mehrstufigen, beispielsweise zweistufigen Maske mit mehreren Mas kenschichten geschehen. Eine zweistufige Maske kann beispielsweise eine Hartmaskenschicht und eine Lackmaskenschicht umfassen.
Die Reduktion der Höhe eines oder mehrerer der Elektrodenelemente ausge hend von der Unterseite kann gleichzeitig mit dem Einbringen der ersten Kavi tät mit Hilfe einer an der Unterseite des Rohlings bzw. Bauteils angeordneten Maske erfolgen.
Die Reduktion der Höhe eines oder mehrerer der Elektrodenelemente ausge hend von der Oberseite kann unter Verwendung einer zweistufigen Maske erfolgen. Die zweistufige Maske kann eine Hartmaskenschicht und eine bei spielsweise darüber angeordnete Lackmaskenschicht umfassen. In einem ers ten Schritt oder Teilschritt können die von der oberen Maskenschicht, also üblicherweise der Lackmaskenschicht, vorgegebenen Spalte komplett geätzt werden oder auch nur vorgeätzt werden, also beispielsweise um eine vorge gebene Tiefe vorgeätzt werden. Dann kann die obere Maskenschicht entfernt werden, so dass die untere Maskenschicht verbleibt, welche im Vergleich zu der oberen Maskenschicht zusätzliche Bereiche der Oberseite des Bauteils freigibt. Dann können die Spalte in einem weiteren Schritt oder Teilschritt, sofern sie nicht im ersten Teilschritt komplett geätzt wurden, fertig geätzt werden, während die zusätzlich freigegebenen Bereiche um einen bestimm ten Betrag geätzt werden, wodurch die angestrebte Reduktion der Höhe der Strukturelemente von der Oberseite erreicht werden kann.
Das vorgeschlagene Verfahren kann einen Schritt umfassen, in dem der Roh ling mit dem Substrat verbunden wird. Er kann beispielsweise auf einem Bo densubstrat angeordnet und damit befestigt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Rohling mit der ersten und der möglichen zweiten Ausnehmung -- falls eine Schutzschicht vorgesehen ist, nach dem Aufbringen der Schutzschicht auf die Unterseite des Rohlings -- auf dem Bodensubstrat befestigt wird, bevor die ersten und zweiten Spalte eingebracht werden. So wird der Rohling während des Ätzens durch das Bodensubstrat stabil gehal ten. Es kann dabei auch sein, dass der Rohling mit der ersten und der zweiten Ausnehmung noch eine größere Dicke als die letztendlich angestrebte erste, zweite und mögliche dritte Dicke aufweist, um stabiler zu sein. Ein in diesem Sinne dickerer Rohling lässt sich leichter handhaben und auf dem Bodensub strat befestigen. Dann kann nach dem Befestigen des Rohlings auf dem Bo densubstrat eine Reduzierung der Dicke von der Oberseite ausgehend vorge nommen werden, so dass sich die letztendlich gewünschten Dicken im ersten, zweiten und möglichen dritten Bereich einstellen. Danach können die Spalte eingebracht werden. Das ist insbesondere von Vorteil, wenn besonders gerin ge Dicken gewünscht sind, zum Beispiel eine erste Dicke von 5 pm oder wenig mehr als 5 pm.
Der auf dem Bodensubstrat angeordnete Rohling mit den ersten und zweiten Spalten bzw. das Bauteil kann dann von einem Deckelsubstrat abgedeckt wer den. Durch Ätzen bereitgestellte Kontaktbereiche des Rohlings, vorzugsweise ein Rahmen und/oder eine Ankerstruktur, können mit dem Boden- und/oder dem Deckelsubstrat verbunden werden. Das kann beispielsweise durch Waferbonden erfolgen.
Zumindest in einem der Kontaktbereiche des mikromechanischen Bauteils mit dem Boden- und/oder dem Deckelsubstrat kann eine Isolationsschicht ange ordnet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, in das erste und/oder das zweite Substrat außerhalb der Kontaktbereiche auf einer dem mikrome chanischen Bauteil zugewandten Seite des Boden- und/oder des Deckelsub strats vor dem Befestigen eine Kavität einzubringen. So kann erreicht werden, dass beispielsweise der zweite Bereich keinen unerwünschten Kontakt zu dem Substrat hat und frei beweglich bleibt. Das kann bei dem als Bodensubstrat ausgebildeten Substrat insbesondere dann von Vorteil sein, wenn keine zwei te Ausnehmung an der mit dem Bodensubstrat verbundenen Unterseite des Bauteils vorhanden ist. Weiterhin kann die Kavität insbesondere bei dem als Deckelsubstrat ausgebildeten Substrat von Vorteil sein, um zu vermeiden, dass die Oberseite des Bauteils an ungewünschten Stellen Kontakt zu dem Deckelsubstrat hat und so am Schwingen gehindert wird.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren ist dabei zu erwähnen, dass die erste und die zweite Aussparung beispielsweise konzentrisch ineinandergeschach telt werden können. Die erste und/oder die zweite Aussparung können wei terhin zentral an der beispielsweise rechteckig ausgebildeten Unterseite an geordnet sein. Die ersten und zweiten Spalte sollten nun in den durch die ers te bzw. gegebenenfalls durch die zweite Ausnehmung definierten Bereichen enden, wie oben beschrieben. Sie sollten also an entsprechenden Stellen an der Oberseite geätzt werden.
Ein zusätzlicher Vorteil des Verfahrens kann in einer zulässigen Toleranz lie gen, die bezüglich der Positionierung der Aussparungen in Bezug auf das Bau teil und/oder einer Toleranz der Position der Maske, die die Position der Spal te vorgibt, bezüglich der Aussparungen gegeben sein kann. So kann der durch die erste Aussparung definierte Bereich beispielsweise in die x- und/oder die y-Richtung um beispielsweise 10 pm bis 200 pm größer sein, als ein Bereich der Maske, in dem die ersten Spalte vorgegeben werden. So muss die Maske nicht nm-genau zentral über der ersten Aussparung positioniert werden, um die angestrebte Funktionalität zu erreichen. Dadurch kann eine zusätzliche Vereinfachung des Fertigungsprozesses erreicht werden, die hilft, Kosten zu senken oder den Fertigungsprozess zu automatisieren. Der Bereich der Mas ke, der den mindestens einen zweiten Spalt vorgibt, ist dabei typischerweise so gewählt, dass der mindestens eine zweite Spalt ausreichend weit entfernt von den ersten Spalten angeordnet wird, um sicherzustellen, dass der mindes tens eine zweite Spalt in dem zweiten Bereich eingebracht wird. Durch ein Verschieben der Position der Maske in Bezug auf die Aussparungen kann sich zwar die Position von Stufen zwischen erstem und zweitem bzw. zweitem und dritten Bereich verändern, diese Positionsveränderung ist aber im Bereich der mittels üblicher Fotolithografie erreichbarer Justagegenauigkeit tolerierbar.
Es sei betont, dass Merkmale, die nur im Zusammenhang mit dem Bauteil be schrieben wurden, auch für das gezeigte Verfahren beansprucht werden kön nen und anders herum.
Beispielhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Einen Plot der normierten Kapazität sowie der normierten ka- pazitiven Empfindlichkeit von Elektroden, aufgetragen über der Breite eines Elektrodenspalts,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht eines vorgeschlagenen Bauteils,
Fig. 3a-c unterschiedliche Ausführungen des vorgeschlagenen Bauteils,
Fig. 4a-c unterschiedliche Ausführungen desvorgeschlagenen Bauteils mit zusätzlicher Vorderseitenbearbeitung,
Fig. 5 das Bauteil mit einem Bodensubstrat in einer Ausführung mit
Schutzschicht,
Fig. 6 das Bauteil mit Bodensubstrat und einem Deckelsubstrat in einer Ausführung mit Schutzschicht,
Fig. 7 das Bauteil mit Bodensubstrat und Deckelsubstrat in einer Aus führung ohne Schutzschicht,
Fig. 8 das Bauteil mit Bodensubstrat und Deckelsubstrat in einer Aus führung mit einer Kavität, und
Fig. 9 eine weitere Ansicht des Bauteils mit Bodensubstrat und De ckelsubstrat.
Figur 1 zeigt einen Plot, in dem über einer Elektrodenspaltbreite x (Elektro denspalt in pm) eine normierte Kapazität C (C normiert, gepunktete Linie) und eine normierte kapazitive Empfindlichkeit dC/dx, also eine Veränderung der Kapazität bei Variation der Spaltbreite x (dC/dx normiert, gestrichelte Linie) aufgetragen sind. Gemäß dem Prinzip eines Plattenkondensators ergibt sich die Kapazität C aus dem Quotienten aus Fläche A der Elektroden über ihrem Abstand, also der Elektrodenspaltbreite x: C oc A/x. Bei konstanter Elektroden fläche verhält sich die Kapazität also invers proportional zu der Elektroden spaltbreite x. In der Figur ist die Kapazität C für Elektrodenspalte von zwischen 0,5 pm bis 4 pm auf 1 normiert aufgetragen, das invers proportionale Verhal- ten wurde also (durch Multiplikation mit x) eliminiert. Bei Vergrößerung oder Verkleinerung der Fläche A wird die normierte Kapazität entsprechend gemäß C oc A/x proportional zu der Fläche verändert.
Die Kapazitive Empfindlichkeit dC/dx ist somit proportional zu A/(cL2). Sie ist wiederum normiert (durch Multiplikation mit x) für Elektrodenspalte von 0,5 pm bis 4 pm aufgetragen und zeigt entsprechend eine inverse Proportio nalität zum Elektrodenspalt. Die kapazitive Empfindlichkeit dC/dx steigt also für kleine Spaltabstände deutlich stärker an als die Kapazität C selbst. In so wohl die Kapazität als auch die kapazitive Empfindlichkeit geht die Fläche A lediglich linear ein. Eine Verbesserung des Verhältnisses von kapazitiver Emp findlichkeit zu Grundkapazität ist vor allem für energiesparende Systeme von hohem Interesse. Die Reduktion der Grundkapazität bewirkt eine Verringe rung der Stromaufnahme für die nachfolgende Kapazitäts-zu-Spannungs- Wandler-Schaltung. Das Verhältnis aus kapazitiver Empfindlichkeit und Grund kapazität verbessert sich im Bereich kleiner Abstände signifikant, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Der Einfluss der Elektrodenabstände x auf die kapazitive Emp findlichkeit kann entsprechend deutlich stärker sein als der Einfluss der Elekt rodenflächen A.
Figur 2 zeigt ein mikromechanisches System (MEMS) in einer Schrägansicht und in einer Schnittansicht entlang der in der Schrägansicht eingezeichneten Schnittlinie A-A.
Bei dem System ist ein Bauteil 16 auf einem Bodensubstrat 15 angeordnet, wobei in der Schrägansicht eine Oberseite des Bauteils 16 zu sehen ist, in die eine Vielzahl Spalte 19, 20 eingebracht sind, die sich von der Oberseite bis zu einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite erstrecken.
Das Bauteil 16 und das Bodensubstrat 15, auf dem es angeordnet ist, sind aus einkristallinem Silizium gefertigt.
Laterale Abmessungen des Bauteils, in die x-Richtung und in die z-Richtung, senkrecht zu einer sich in z-Richtung erstreckenden Dicke, betragen zwischen 0,5 mm und 15 mm. Das Bauteil 16 umfasst mehrere Elektroden 3 ausbildende erste Strukturele mente 3, welche in einem ersten Bereich 21 des Bauteils 16 angeordnet ist und von mindestens einem ersten Spalt 19 begrenzt werden. Weiterhin um fasst das Bauteil mehrere zweite Strukturelemente 2, 7, von denen manche Elektroden oder Dämpfer 7, andere Federn 2 bilden, und die in einem vom ersten Bereich 21 verschiedenen zweiten Bereich 22 des Bauteils angeordnet sind. Die zweiten Strukturelemente 2, 7 werden von zweiten Spalten 20 be grenzt.
Wie in der Schnittansicht A-A zu erkennen ist, ist der erste Bereich 21 durch eine erste Ausnehmung 6, die in die Unterseite des Bauteils eingebracht ist definiert. In dem ersten Bereich 21 weist das Bauteil eine erste Dicke C auf. Diese erste Dicke C des Bauteils im ersten Bereich 21 ist gegenüber einer zweiten Dicke B des Bauteils im zweiten Bereich 22 reduziert. Die ersten Spal te 19 erstrecken sich im ersten Bereich 21 von der Oberseite zur Unterseite und enden in der ersten Ausnehmung 6. Die erste Spalttiefe der ersten Spalte 19, wie auch die Höhe der in dem Bereich befindlichen ersten Strukturele mente 3, ist somit durch die erste Dicke C definiert. Die ersten Spalte 19 um fassen in dem gezeigten Beispiel unterschiedlich breite erste Spalte: Es sind schmalere erste Spalte 19a sowie breitere erste Spalte 19b in dem ersten Be reich 21 angeordnet. Laterale Abmessungen der ersten Ausnehmung 6 in die x-Richtung und in die y-Richtung betragen zwischen 100 pm und 2000 pm. Die erste Dicke C in z-Richtung beträgt zwischen 5 pm und 60 pm. Die erste Dicke, die durch die erste Ausnehmung 6 gegenüber der zweiten Dicke reduziert ist, beträgt dabei zwischen 25 % und 80 % von der ersten Dicke.
Die zweiten Spalte 20 erstrecken sich im zweiten Bereich 22 von der Oberseite zur Unterseite und enden außerhalb der ersten Ausnehmung 6. Ihre Spalttiefe und die Höhe der zweiten Strukturelemente 2, 7 entspricht also der zweiten Dicke B des Bauteils im zweiten Bereich 22. Die zweite Spalttiefe ist also grö ßer als die erste Spalttiefe.
Eine minimale zweite Spaltbreite der zweiten Spalte ist größer ist als eine mi nimale erste Spaltbreite der ersten Spalte. Im vorliegenden Fall gibt es im ers ten Bereich 21 unterschiedlich breite Spalte, die allesamt als erste Spalte defi niert werden können. Die Spaltbreite der schmaleren 19a dieser ersten Spalte 19 stellt die minimale erste Spaltbreite dar, welche geringer ist als die Spalt breite der zweiten Spalte 20 mit der geringsten Breite. Die Spaltbreite der breiteren ersten Spalte 19b kann kleiner, gleichgroß oder größer gewählt sein als die minimale zweite Spaltbreite. Es kann auch sein, dass einzelne Spalte eine entlang ihrer Länge variierende Breite haben, dann kann der Minimal wert dieser variierenden Breite als minimale Spaltbreite definiert sein.
Ein maximales erstes Aspektverhältnis der ersten Spalte 19 ist durch ein Ver hältnis der ersten Spalttiefe zur minimalen ersten Spaltbreite gegeben und ein maximales zweites Aspektverhältnis der zweiten Spalte 20 durch ein Verhält nis der zweiten Spalttiefe zur minimalen zweiten Spaltbreite. Das maximale erste Aspektverhältnis und das maximale zweite Aspektverhältnis sind in der gezeigten Ausführung gleich groß. Das maximale Aspektverhältnis der ersten Spalte und das maximale Aspektverhältnis der zweiten Spalte sind jeweils größer als 25:1.
Die ersten Strukturelemente 3 und die zweiten Strukturelemente 2, 7 des Bauteils sind als Platten ausgebildet und werden an zwei parallel zueinander ausgebildeten gegenüberliegenden Seiten von den ersten Spalten 19 bzw. zweiten Spalten 20 begrenzt. Zumindest einige der als Elektrodenelemente ausgebildeten ersten 3 und zweiten Strukturelemente 7 werden jeweils von einem weiteren ersten 19 bzw. zweiten Spalt 20 begrenzt, der orthogonal zu den die parallelen Seiten begrenzenden ersten 19 bzw. zweiten Spalten 20 verläuft, sodass die jeweiligen Strukturelemente 3, 7 an einer verbleibenden vierten Seite mit dem übrigen Bauteil verbunden sind.
Das Bauteil umfasst dabei einen Rahmen 1 und eine gegenüber dem Rahmen 1 schwingfähige Massenanordnung 4. Durch die Feder 2 sind der Rahmen 1 und die Massenanordnung 4 schwingfähig miteinander verbunden, können also unter Verformung der Feder 2 relativ zueinander schwingen. Die
Schwingfähigkeit ist dabei in eine, zwei oder drei Raumrichtungen gegeben.
Wie erwähnt, begrenzen die ersten Spalte 19 zumindest einige der ersten Strukturelemente 3 derart, dass drei ihrer Seiten freiliegen und eine vierte mit dem restlichen Bauteil verbunden ist. Das ist in der gezeigten Ausführung so realisiert, dass einige der ersten Strukturelemente 3 mit der Massenanord- nung 4 verbunden sind und andere mit dem Rahmen 1 oder einer relativ zu dem Rahmen fest angeordneten oder fest anordenbaren Ankerstruktur 27.
Die von den ersten Spalten bzw. dem ersten Spalt voneinander getrennten mit unterschiedlichen Abschnitten oder Komponenten des Bauteils verbunde nen Elektrodenelemente der Elektroden sind ineinandergreifend bzw. mitei nander verzahnt angeordnet. Sie überlappen sich also abschnittsweise, so dass die überlappenden Bereiche Elektroden eines Kondensators darstellen. Wenn die Massenanordnung 4 gegenüber dem Rahmen 1 oder der Anker struktur 27 schwingt, schwingen entsprechend die mit den jeweiligen Ab schnitten bzw. Komponenten verbundenen Elektrodenelemente mit. Durch die Schwingung verändern sich Spaltabstände zwischen benachbarten Elekt rodenelemente und/oder die überlappende Fläche zweier benachbarter Elekt rodenelemente, was eine messbare Veränderung der Kapazität der durch die Elektroden 3 gebildeten Kondensatorstruktur mit sich bringt.
Wie die von den ersten Strukturelementen gebildeten ersten Elektrodenele mente erster Elektroden 3 können die von zweiten Strukturelementen gebil deten zweiten Elektrodenelemente zweiter Elektroden 7 durch den zwischen ihnen verlaufenden zweiten Spalt 20 oder die zwischen ihnen verlaufenden zweiten Spalte 20 voneinander getrennt sein, wobei einige der zweiten Elekt rodenelemente mit der Massenanordnung 4 und andere mit dem Rahmen 1 oder einer relativ zu dem Rahmen 1 fest angeordneten oder fest anordenba ren Ankerstruktur 27 verbunden sind. Die mit der Massenanordnung 4 ver bundenen zweiten Elektrodenelemente können dementsprechend gegenüber den mit dem Rahmen 1 oder der Ankerstruktur 27 verbundenen zweiten Elek trodenelementen, zu denen sie ineinandergreifend angeordnet sind, schwin gen.
Das Bauteil kann auch als Dämpferelement 7 ausgebildete zweite Struktur elemente 7 umfassen, deren Ausgestaltung der Ausgestaltung der zweiten Elektroden 7 ähnelt, die sich jedoch in ihrer Funktion von ihnen unterschei den.
Die ersten Strukturelemente 3 weisen eine Strukturbreite auf, die sich zwi schen den beiden parallel verlaufenden ersten Spalten 19 erstreckt, wobei eine minimale Strukturbreite der ersten und zweiten Strukturelemente zum Beispiel zwischen 1 pm und 10 pm beträgt. Die minimale erste Spaltbreite im ersten Bereich beträgt dabei zwischen 0,3 pm und 1,5 pm und die minimale zweite Spaltbreite ist größer als die minimale erste Spaltbreite und beträgt zwischen 1,5 pm und 4 pm.
Das Bauteil umfasst neben dem ersten Bereich 21 mit der ersten Dicke C und dem zweiten Bereich 22 mit der zweiten Dicke B auch dritte Bereiche 23 mit einer dritten Dicke A. Die dritte Dicke A ist dabei noch größer als die zweite Dicke B. Der zweite Bereich 22 ist durch eine zweite Ausnehmung 5 in der Rückseite des mikromechanischen Bauteils definiert, durch welche die Dicke gegenüber dem dritten Bereich A reduziert und so der zweite Bereich 22 ge formt wird. Die erste Ausnehmung 6 wird wiederum innerhalb des zweiten Bereichs 22 eingebracht um den ersten Bereich 21 zu formen. Der dritte Be reich 23 ist der Bereich, in dem sich der Rahmen 1 und die Ankerstruktur 27 oder die Ankerstrukturen 27 hauptsächlich erstrecken. Teile des Rahmens 1 liegen dabei formal auch im zweiten Bereich 22, da sie die zweite Dicke B aufweisen. Der dritte Bereich A wird von dem Rahmen 1 und den Ankerstruk turen 27 somit umfasst.
Zur Befestigung des Bauteils auf dem Bodensubstrat sind die dritten Bereiche 23 mit dem Bodensubstrat 15 an der Unterseite mit dem Bodensubstrat ver bunden. Der Rahmen und/oder die Ankerstruktur 27 des Bauteils sind an der Oberseite und/oder der Unterseite mit dem Substrat verbunden. Zwischen dem Bauteil und dem Substrat 15 befindet sich in den Befestigungsbereichen eine Isolationsschicht 13.
Wie erwähnt, sind Bauteil und Substrat 15 aus einkristallinem Silizium. Das Bauteil kann beispielsweise auch aus einem elektrisch isolierenden Glasmate rial oder Keramikmaterial gefertigt sein, wobei das Glasmaterial bzw. das Keramikmaterial thermisch an Silizium angepasst sein sollten. In diesem Fall kann die Isolationsschicht 13 entfallen.
Die Aufgabenstellung, ein Bauteil mit hoher Leistungsfähigkeit und möglichst kleinen (kapazitiven) Spaltabständen bereitzustellen, wird bei dem gezeigten Bauteil dadurch gelöst, dass innerhalb des Bauteils Bereiche 21, 22, 23 mit unterschiedlichen Strukturdicken erzeugt werden. Die Funktionselemente 2, 3, 7 im MEMS werden entsprechend ihrer Funktionalität von unterschiedlich breiten Spalten 19, 20 begrenzt und sind diesen Bereichen 21, 22, 23 so zuge ordnet, dass das ätztechnisch mögliche maximale Aspektverhältnis jeweils bestmöglich genutzt werden kann. Dadurch können unabhängig voneinander die kapazitive Empfindlichkeit und die seismische Masse sowie die Quersteif- igkeit erhöht werden. Unter Beibehaltung des maximal möglichen ätztech nisch realisierbaren Aspektverhältnisses wird die Strukturdicke im ersten Be reich 21, in dem sich die Elektroden 3 mit der höchsten Sensitivität befinden, abgesenkt. Hierdurch können die als Elektrodenspalte ausgebildeten ersten Spalte 19 in diesem Bereich mit Abmessungen < 1 pm realisiert werden.
Im gleichen Prozess kann die Strukturdicke im Bereich der Massenelemente 4 und der Federn 2 wesentlich größer gestaltet werden. Dadurch können Struk turen mit großer seismischer Masse, was eine Erhöhung des signal-to-noise- ratio (SNR) mit sich bringt, und/oder mit großen Quersteifigkeiten, wodurch ungewünschte Bewegungen unterdrückt werden können, geschaffen werden. Diese beiden Aspekte sind vor allem für die Gestaltung hochpräziser mikro mechanischer Inertialsensoren notwendig und vorteilhaft, das Grundprinzip kann jedoch auf weitere Sensor- und Aktorfunktionen übertragen werden.
Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 am Beispiel einer eindimensionalen MEMS-Struktur, beispielsweise einen Beschleunigungssen sor bildend, erläutert. Die vorgestellte Technologie ist jedoch nicht auf solche Systeme beschränkt. Einige weitere mögliche Ausgestaltungen werden in den weiteren Figuren 3 bis 9 gezeigt, wobei darin keinesfalls eine abschließende Auflistung besteht.
Die MEMS-Strukturen werden vorzugsweise aus einem einkristallinen Silizium substrat erzeugt und bestehen aus einem umlaufenden Rahmen mit der drit ten Dicke A, einem Masseelement 4 (seismische Masse) und mindestens einer geeigneten Feder 2 bzw. Federanordnung mit der zweiten Dicke B. Mit dieser zweiten Dicke B können die zweiten Strukturelemente 7, wie z.B. plattenför mige Elemente zur elektrostatischen Krafteinkopplung, zur kapazitiven Detek tion bzw. zur Einstellung der Dämpfung ausgestaltet sein. In Fig. 2 ist das bei spielhaft gezeigt an Dämpfungselementen 7. Die zweiten Strukturelemente 7 in diesem zweiten Bereich 22 mit der zweiten Dicke B sind durch die zweiten Spalte 20 mit einer zweiten minimalen Breite begrenzt. Weiterhin werden erste Bereiche 21 mit weiter reduzierter erster Strukturdicke C erzeugt, de nen weitere, erste Strukturelemente 3, wie zusätzliche Federanordnungen, Bereiche von Inertialmassen, plattenförmige Elemente zur elektrostatischen Krafteinkopplung, zur kapazitiven Detektion bzw. zur Einstellung der Dämp fung zugeordnet werden können. In Fig. 2 sind hierzu beispielhaft Detektions elektroden 3 mit der reduzierten ersten Dicke C gezeigt. Die sie begrenzenden ersten Spalte 19 mit einer minimalen ersten Breite sind signifikant kleiner als die zweiten Spalte 20. Das jeweilige maximale Aspektverhältnis in beiden Be reichen, welches sich aus dem Verhältnis der jeweiligen minimalen Spaltbreite und der zugehörigen im jeweiligen Bereich vorliegenden Strukturdicke ergibt, wird so gewählt, dass es in etwa gleich ist und mit dem ätztechnisch realisier baren Aspektverhältnis übereinstimmt.
In einer beispielhaften möglichen Auslegung der Spaltabstände und zugehöri gen Strukturdicken werden bei Annahme eines max. Aspektverhältnisses von 25:1 zum Beispiel kleinste Spaltbreiten von 2 pm im zweiten Bereich 22 mit einer Strukturdicke von 50 pm, und kleinste Spaltbreiten von 1 pm im ersten Bereich 21 mit einer Strukturdicke von 25 pm realisiert. Damit wird in diesem Beispiel bereits eine Verdoppelung der kapazitiven Empfindlichkeit erreicht. Die Ausführung dieses Prinzips der Angleichung des maximalen Aspektverhält nisses durch geeignete Zuordnung von Spaltbreiten und Strukturdicken ist in Fig. 2 am Beispiel des zusätzlich abgesenkten ersten Bereiches 21 gezeigt, es ist jedoch nicht auf nur eine Abstufung begrenzt.
Die beschriebene MEMS-Struktur ist in den dritten Bereichen 23 mit der drit ten Dicke A auf einem unteren Substrat befestigt, welches aus einem elekt risch isolierenden Material besteht oder mit einem elektrisch isolierendem Material 13, wie beispielsweise Si02, beschichtet ist. Befestigungsbereiche 24 zu einem möglichen oberen Substrat (siehe Figuren 6 bis 9) entstehen an der Oberseite des Bauteils in dem dritten Bereich 23.
Die Herstellung des in der Figur 2 oder einer der folgenden Figuren gezeigten Bauteils bzw. MEMS erfolgt durch Ätzen, beispielsweise Trockenätzen.
Im Fall des in der Figur 2 gezeigten Bauteils wird zuerst die zweite Ausneh- mung 5 in die Unterseite eines Rohlings eingebracht, so dass der Rohling dort, wo die zweite Ausnehmung 5 sich erstreckt eine reduzierte Dicke erhält. Dann wird innerhalb der zweiten Ausnehmung 5 die erste Ausnehmung 6 einge bracht, um die Dicke noch weiter zu reduzieren. Das heißt, dass nach Einbrin gen beider Ausnehmungen 5, 6 die drei disjunkten Bereiche 21, 22, 23 mit voneinander verschiedenen Dicken vorliegen. Die drei verschiedenen Dicken können die Dicken C, B, A sein, es können aber auch drei Dicken sein, die je weils um einen bestimmten Wert größer sind als die Dicken C, B, A, wobei in einem späteren Schritt die Dicke des Rohlings von der Oberseite ausgehend reduziert wird, damit sich die Dicken C, B, A einstellen.
Die ersten Spalte 19 werden im ersten Bereich 21, und gleichzeitig die zweiten Spalte 20 im zweiten Bereich 22, jeweils in die z-Richtung, von der Oberseite ausgehend, geätzt. Das geschieht vorzugsweise nachdem der Rohling bzw. das Bauteil 16 auf dem Bodensubstrat 15 angeordnet wurde. Für das Ätzen wird eine Maske an der Oberseite des Rohlings bereitgestellt, die Position, Verlauf und Breite aller Spalte vorgibt. Die Maske, bei der es sich beispielsweise um eine Lackmaske oder eine Hartmaske handelt, gibt also die geometrischen Abmessungen der ersten 19 und zweiten 20 Spalte in der x-y-Ebene, senk recht zur z-Richtung bzw. Ätzrichtung vor.
Die Maske wird so ausgebildet und auf der Oberseite derart positioniert, dass die schmälsten Spalte im ersten Bereich liegen und breitere Spalte, die bei spielsweise Dämpfer 7 oder Federn 2 begrenzen, im zweiten Bereich 22 lie gen. Bei der Positionierung der Maske wird also die Position der Ausnehmun gen berücksichtigt. Dabei können Toleranzen vorgesehen sein, beispielsweise indem die erste 6 und/oder die zweite Ausnehmung 5 großzügig bemessen werden, so dass die Positionierung der Maske beispielsweise in die x-Richtung und/oder die y-Richtung auf z.B. 5 bis 10 pm genau erfolgen kann. Alle Spalte 19, 20 werden dann gleichzeitig in einem Schritt von der Oberseite ausgehend in der z-Richtung zur Unterseite hin geätzt, bis sie den Rohling vollständig durchdrungen haben und an der Unterseite hervortreten.
Der Rohling bzw. das Bauteil 16 wird wie erwähnt, üblicherweise vor dem Ein bringen der Spalte 19, 20, auf dem Bodensubstrat 15 angeordnet und durch Waferbonden mit ihm verbunden. Die Verbindung wird dabei in dem dritten Bereich 23 mit der dritten Dicke A, also zwischen dem Rahmen 1 und dem Substrat 15 bzw. zwischen den Ankerstrukturen 27 und dem Bodensubstrat 15 hergestellt.
Figuren 3a-c beschränken sich auf die Darstellung der MEMS-Funktions- schicht, also des Bauteils ohne Substrat, in unterschiedlichen Ausführungen.
In allen dort gezeigten Ausführungen sind die erste Ausnehmung 6 und die zweite Ausnehmung 5 vorhanden.
In der Figur 3a sind dabei im ersten Bereich Elektroden 3 mit hoher Sensitivi- tät und im zweiten Bereich lediglich Federn 2 vorgesehen. Zwischen den Elekt roden 3 und den Federn 2 befinden sich die Massenelemente 4. Ein größerer Abschnitt der Massenelemente 4 erstreckt sich dabei jeweils im zweiten Be reich 22 und hat die zweite Dicke B, ein kleinerer Abschnitt der Massenele mente 4 ragt aber jeweils in den ersten Bereich 21 und hat die erste Dicke C.
In der Figur 3b sind im zweiten Bereich 22 neben den Federn 2 noch Dämpfer 7 angeordnet. Das Schwingverhalten ist somit anders als beim Beispiel aus der Figur 3a. In der Figur 3c ist eine Ausführung gezeigt, die in ihrem Aufbau der Ausführung aus Figur 3b ähnlich ist, bei der im zweiten Bereich 22 als Federn 8 ausgebildete Strukturelemente mit einer von der Unterseite her reduzierten Höhe bzw. Dicke in z-Richtung vorliegen. Die Dicke des Bauteils wurde hierzu im zweiten Bereich 22, dort, wo die Federn 2, 8 vorgesehen sind, von der Rückseite her reduziert. Das kann insbesondere gleichzeitigt mit dem Einbrin gen der ersten Ausnehmung 6 durch Ätzen mit Hilfe einer entsprechenden an der Unterseite des Rohlings angeordnete Maske geschehen. Dann können die erste Ausnehmung 6 und die Vertiefungen zur Reduzierung der Höhe der Fe dern 8 gleichzeitig geätzt werden. Dadurch erhalten die Federn 8 üblicherwei se die gleiche Höhe bzw. Dicke, die auch im ersten Bereich 21 vorliegt, wie auch in der Figur gezeigt.
Figuren 4a-c zeigen Ausführungen, bei denen jeweils die Höhe einiger der ers ten und/oder Strukturelemente von der Oberseite her durch Ätzen reduziert ist. In der Figur 4a sind von der Oberseite her abgesenkte als Elektrodenele mente 9 im ersten Bereich 21, die dann eine fünfte Dicke oder Höhe E haben, und von der Oberseite her abgesenkte Dämpferelemente 10 im zweiten Be- reich 22, die eine vierte Höhe D haben, gezeigt. Die Federn 2 haben in der gezeigten Ausführungsform ihre volle Höhe, die der zweiten Dicke B ent spricht.
In der Figur 4b sind im Gegensatz zu Figur 4a Dämpfer 11 im zweiten Bereich beidseitig, also von der Oberseite her und von der Unterseite her reduziert. Diese beidseitig reduzierten Dämpfer 11 haben dann auch die fünfte Höhe E.
In der Figur 4c sind im Gegensatz zu den Figuren 4a und b auch die Federn beidseitig höhenreduziert und haben die fünfte Höhe E.
Die Abstufung der Strukturelemente 9, 10, 11, 12 von der Oberseite her er folgt ebenfalls durch Ätzen, wobei auf der Oberseite eine zweistufige Maske, zum Beispiel eine Hartmaske und eine Lackmaske umfassend, aufgebracht wird. Dann können das Ätzen der Spalte 19, 20 und die Höhenreduktion der Strukturelemente 9, 10, 11, 12 in einem zweistufigen Ätzprozess erfolgen.
Zusammenfassend lassen sich also durch die zusätzliche Höhenreduktion bei spielsweise die folgenden Strukturelemente erzeugen (vgl. Figuren 3c, Figuren 4a-c):
von unten abgestufte Feder 8
von oben abgestufte Elektrodenelemente höchster Sensitivität 9 von oben abgestufte Dämpferelemente oder Elektrodenelemente 10 beidseitig abgestufte Dämpferelemente oder Elektrodenelemente 11 beidseitig abgestufte Feder 12.
Diese Strukturelemente 8, 9, 19, 11, 12 lassen sich somit optimal an ihre je weilige Funktion anpassen. So ermöglichen z.B. einseitig oder beidseitig abge stufte Federn 8, 12 eine erleichterte Dimensionierung von vertikalen Bewe gungsformen. Diese können beispielsweise vorteilhaft mit Hilfe von einseitig oder beidseitig abgestuften Elektroden 9 elektrostatisch angeregt oder kapazi tiv detektiert werden. Dadurch können MEMS-Elemente für mehrachsige Sen soren bzw. Aktoren vorteilhaft in einem Substrat kombiniert und integriert werden.
Die Absenkung der Strukturdicke im Bereich der Elektroden 3 mit erhöhter Sensitivität wird in der beschriebenen Technologie mit einem zusätzlichen Ätzschritt erreicht. Die Dickenverhältnisse werden dabei so gestaltet, dass das ARDE zwischen Strukturen mit größerer Spaltbreite und den Strukturen mit den kleinsten Spaltabständen gezielt ausgenutzt wird. Dabei werden auch die Spaltlängen gezielt angepasst; sehr lange schmale Spalte werden ggf. durch gezieltes Einbringen von Aufweitungen unterbrochen, indem die Spaltbreite also z.B. lokal erhöht wird. Somit erfolgt die Definition der lateralen Struktur abmessungen aller Funktionselemente in einem Ätzschritt, wodurch eine bestmögliche Strukturtreue erreicht wird.
Um die in Fig. 4a-c dargestellte zusätzliche Absenkung einiger Funktionsele mente (z.B. Federn, feststehende oder bewegliche kapazitive Elektroden) zu erreichen, kann ein zweistufiger Strukturierungsprozess (vorzugsweise ein zweistufiger Ätzprozess) von der Oberseite des Rohlings eingesetzt werden. Dazu kann eine Kombination aus zwei vorstrukturierten Maskenschichten ge nutzt werden. Nach einem Vorätzschritt mit definierter Tiefe wird die obere Maskenschicht entfernt und die Ätzung fortgesetzt, so dass sich die ge wünschte Höhenabstufung einstellt. Dieses zweistufige Verfahren kann hier vorteilhaft mit dem Abstufungsprozess von der Rückseite (Einbringen der ers ten Ausnehmung 6 und der zweiten Ausnehmung 5) kombiniert werden.
Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt eines auf einem Bodensubstrat 15 angeordneten Bauteils mit einer an der Unterseite angeordneten Schutz schicht.
Optional kann eine solche Schutzschicht 14, beispielsweise eine in ihrer Dicke optimierte Si02-Schicht, auf der Rückseite des Rohlings, nach dem Ätzen der ersten Ausnehmung 6 und, soweit vorhanden, der zweiten Ausnehmung 5, angeordnet werden. Die Schutzschicht 14 kann eine Überätzung im Bereich sehr großer Spalte verhindern. Sie schützt so die Unterseite des Rohlings vor Ätzangriff und verhindert außerdem eine unerwünschte Bewegung der Struk turen während des Ätzens. Diese Schutzschicht 14 kann nach dem Ätzen der Strukturen selektiv (Fig. 6) oder komplett (Fig. 7) wieder entfernt werden.
Fig. 6 bis 9 zeigen weiterhin schematische Querschnitte vom unterschiedlich ausgestalteten MEMS gemäß dieser Anmeldung, jeweils mit Boden- 15 und Deckelsubstrat 17. Durch das Bodensubstrat 15 und das Deckelsubstrat 17 wird die MEMS- Struktur hermetisch verschlossen und ein charakteristischer Innendruck ein gestellt.
Figur 6 zeigt dabei, wie erwähnt, das Bauteil 16 aus Figur 5 in einem späteren Stadium, wobei das Deckelsubstrat 17 auf dem Bauteil 16 befestigt wurde und die Schutzschicht am unteren Ende der Spalte 19, 20 aufgebrochen wurde, um die Beweglichkeit der Strukturelemente 2, 3 herzustellen. In der Ausgestal tung aus Figur 7 wurde die Schutzschicht 14 hingegen komplett entfernt.
In den Figuren 6 und 7 ist zwischen Bodensubstrat 15 und Bauteil 16 sowie zwischen Deckelsubstrat 17 und Bauteil 16 jeweils in den Kontaktbereichen, die dritte Bereiche 23 darstellen und die dritte Dicke (A) haben, die Isolations schicht 13 angeordnet.
Zum Bodensubstrat 15 hin wird dabei in den Ausführungen aus Figuren 6 und 7 der Kontaktbereich durch den dritten Bereich 23 und die dritte Dicke A selbst definiert und somit durch die zweite Ausnehmung 5 bereitgestellt. Es wird also durch die zweite Ausnehmung 5 verhindert, dass die Massenanord nungen 4, die Federn 2 oder die Elektroden 3 Kontakt zu dem Bodensubstrat
15 haben und dadurch in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt werden. Gegen über dem Deckelsubstrat 17 wird eine derartige Einschränkung der Beweg lichkeit durch eine Ausnehmung 18, die in das Deckelsubstrat 17 selbst einge bracht ist, verhindert. Eine Tiefe der Ausnehmung 18 kann beispielsweise 2 bis 50 pm betragen.
Die in Figur 8 gezeigte Ausführung unterscheidet sich dabei von den Ausfüh rungen der Figuren 6, 7 durch das Fehlen der zweiten Ausnehmung 5. Dem entsprechend ist nur die erste Ausnehmung 6 an der Unterseite des Bauteils
16 vorhanden. Auch in dieser Ausführung können bei der Herstellung des Bau teils 16 die beschriebenen Effekte des ARDE ausgenutzt werden können. Es entfällt lediglich der Schritt zum Einbringen der zweiten Ausnehmung 6. Dem entsprechend gibt es keinen dritten Bereich 23 mit einer dritten Dicke C, son dern nur den ersten Bereich 21 und den zweiten Bereich 22. Der Rahmen 1 und mögliche Ankerstrukturen 27 weisen dann die zweite Dicke B auf und werden in Kontaktbereichen, die sich demnach ebenfalls im zweiten Bereich 22 befinden, mit dem Bodensubstrat 15 und/oder dem Deckelsubstrat 17 ver bunden. Um die Beweglichkeit gegenüber dem Bodensubstrat 15 zu wahren, weist das Bodensubstrat 15 auch die Kavität 18 auf und kompensiert so das Fehlen der zweiten Ausnehmung 5. Die Kavität 18 im Bodensubstrat kann auch 2 bis 50 pm tief sein. Das Deckelsubstrat 17 ist so beschaffen wie in den Ausführungen aus den Figuren 6 und 7.
Fig. 9 zeigt einen schematischen Querschnitt eines größeren Abschnitts der komplett fertiggestellten MEMS-Struktur.
Das Bauteil weist wieder die erste 6 und die zweite Ausnehmung 5 auf, so dass bei dem Bodensubstrat 15 auf die Kavität 18 verzichtet wird, wogegen das Deckelsubstrat 17 die Kavität 18 aufweist. Aufgrund der Ausgestaltung der Kavität 18 sind die Befestigungsbereiche des Bauteils 16 zum Bodensubstrat 15 nicht mit den Befestigungsbereichen des Bauteils zum Deckelsubstrat 17 identisch: Während das Bodensubstrat 17 mit dem Rahmen 1 und den Anker strukturen 27 verbunden ist, ist das Deckelsubstrat nur mit dem Rahmen 1 verbunden.
Das Bodensubstrat 15 weist Kontaktöffnungen oder Kontaktlöcher 25 auf, welche den Zugang zu den befestigten dritten Bereichen 23, die hier an den Ankerstrukturen 27 liegen, ermöglicht. Die Kontaktöffnungen 25 können in anderen Ausgestaltungen aber alternativ oder zusätzlich auch im Bereich des Rahmens 1 liegen. Es können alternativ oder zusätzlich auch Kontaktöffnun gen in dem Deckelsubstrat 17 vorhanden sein, die Zugang zu den Befesti gungsbereichen 24 ermöglichen. Im Fall der Verwendung eines elektrisch lei tenden oder halbleitenden Substratmaterials sind die Befestigungsbereiche sowie die Substratoberfläche des Boden- 15 und/oder Deckelsubstrats 17, auch im Bereich der Kontaktöffnungen 25, mit der elektrisch isolierenden Iso lationsschicht 13, beispielsweise Si02, beschichtet. Die Kontaktöffnungen 25 sowie Bereiche der Oberfläche weisen dagegen eine elektrisch leitende, zum Beispiel metallische Schicht 26 auf, wodurch ein elektrischer Kontakt zu den Strukturen, beispielsweise Elektroden 3, des MEMS hergestellt wird und gleichzeitig eine Umverdrahtung (Verbindung verschiedener im Inneren sepa rierter MEMS-Bereiche miteinander und Bereitstellung von Kontaktflächen für äußere Anschlüsse) ermöglicht wird. So können die Elektroden 3, 7 kontaktiert und im Betrieb die beschriebenen durch Schwingen hervorgerufenen Kapazi tätsänderungen der von den Elektroden 3, 7 gebildeten Kondensatoren detek- tiert bzw. gemessen werden.
Das Verfahren zur Herstellung des beispielsweise in der Figur 9 gezeigten MEMS-Elements auf der Basis der erweiterten Cavity-SOI-Technologie umfasst zum Beispiel die folgenden Prozessschritte: i. Bereitstellen eines Bodensubstrates (15), ggf. mit einer elektrischen Isolationsschicht (13),
ii. Bereitstellen eines Rohlings mit einer Dicke, die größer ist als die dritte Dicke (A),
iii. Einbringen einer zweiten Ausnehmung (5) in die Unterseite des Roh lings, vorzugsweise durch Ätzen,
iv. Einbringen mindestens einer ersten Ausnehmung (6) in eine Unterseite des Rohlings, welche sich innerhalb der zweiten Ausnehmung (5) be findet, vorzugsweise durch Ätzen,
v. Montage des Rohlings auf das Bodensubstrat (15), in den Befesti
gungsbereichen (23), vorzugsweise durch Waferbonden,
vi. Abdünnen des Rohlings von der Oberseite ausgehend, so dass sich in mindestens einem ersten Bereich (21) die erste Dicke (C), in dem zwei ten Bereich (22) die zweite Dicke (B) und in dem dritten Bereich oder Befestigungsbereich (23) die dritte Dicke (A) einstellt,
vii. Aufbringen und Strukturieren einer Maskenschicht, vorzugsweise einer Lackmaske oder einer Hartmaske, auf die Oberseite des Rohlings zur Definition aller lateralen Abmessungen der mikromechanischen Struk tur,
viii. Strukturieren der mikromechanischen Funktionsschicht mit Hilfe die ser Maskenschicht von der Oberseite ausgehend in vertikaler Richtung, vorzugsweise durch senkrechtes anisotropes Trockenätzen, wodurch die Erzeugung der vertikalen Spalte (19, 20) und die Freistellung der gesamten Struktur in einem Schritt erfolgt,
ix. Entfernen der Maskenschicht,
x. Verkapseln des Bauteils (16) mit einem weiteren Substrat als Deckel substrat (17), welches mindestens eine Kavität (18) und ggf. eine elekt- rische Isolationsschicht (13) aufweist, vorzugsweise durch
Waferbonden,
xi. Erzeugung von den ggf. elektrisch isolierten Kontaktöffnungen (25) im Bodensubstrat (15) und/oder im Deckelsubstrat (17) Substrat zu den Strukturelementen (2, 3) des Bauteils (16) und Anbringen elektrisch leitfähiger (metallischer) Verbindungen (26).
Die Anmeldung bezieht sich weiterhin auf die folgenden zum Verständnis der Erfindung hilfreichen Aspekte:
1. Mikromechanisches System mit einer schwingungsfähigen Feder- Masse-Anordnung,
• ein Bodensubstrat und/oder ein Deckelsubstrat zur Befestigung ei ner mikromechanischen Struktur und von Elektroden- und Dämp feranordnungen umfassend,
• mindestens ein Massenelement (4) und eine Federkombination (2, 8, 12) umfassend, welche eine Bewegungsfreiheit in mindestens einer, ggf. bis zu drei Raumrichtung ermöglicht,
• plattenförmige Elementen mit geradem oder gekrümmten
Geometrien umfassend, angekoppelt an die bewegliche Masse und/oder an feststehende und elektrisch isolierte Bereiche und dadurch Elektrodenanordnungen zur elektrostatischen Anre gung/Krafteinkopplung bzw. kapazitiven Detektion bzw. zur fluid- ischen Dämpfung (3, 7, 9, 10, 11) bildend, wobei
• die Struktur mindestens zwei abgedünnte Bereiche mit charakte ristischen Ausnehmungen (5), (6) zum Substrat und daraus resul tierenden Strukturdicken (B, C) sowie zugeordnet minimalen Spalt abständen (20, 19) aufweist, wobei das maximale Aspektverhältnis Spaltbreite zu Strukturdicke in beiden Bereichen annähernd gleich ist.
2. Mikromechanisches System nach Aspekt 1, wobei
• das mikromechanische System aus einkristallinem Si besteht und/oder
• das Substrat aus einkristallinem Si oder aus einem an das Si thermisch angepassten Glasmaterial oder Keramikmaterial be- steht.
3. Mikromechanisches System nach Aspekt 1 oder 2, wobei
• die typischen Strukturhöhen (B) im Bereich 20...100 pm und das typische maximale Aspektverhältnis > 20 gewählt werden und
• minimale Spaltabstände (19) im Bereich 1 pm und kleiner er reicht werden.
4. Mikromechanisches System nach einem der Aspekte 1 bis 3, wobei
• das maximale Aspektverhältnis sowie die Überlappunglängen der Elektroden so gewählt werden, dass die gesamte Struktur mit nur einem anisotropen Trockenätzprozess hergestellt wer den kann, wobei eine Ätzzeit zum Freistellen der Strukturen in beiden Strukturdickenbereichen annähernd gleich ist.
5. Mikromechanisches System nach einem der Aspekte 1 bis 4, wobei
• Die Elektroden sowohl abstandsvariiert als auch flächenvariiert ausgelegt werden.
6. Mikromechanisches System nach einem der Aspekte 1 bis 5, wobei
• Federn, Elektroden und Dämpfer in beiden Strukturdickenbe reichen weitere Abstufungen aufweisen können, so dass sich die Strukturdicken (D, E) ergeben, um vertikale Bewegungen erzeugen und detektieren zu können.
7. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems nach ei nem der Aspekte 1 bis 5, zumindest die folgenden Schritte umfassend:
• Bereitstellen eines Substrates (15), vorzugsweise mit einer elektri schen Isolationsschicht (13),
• Bereitstellen eines Rohlings für das Bauteil (16),
• Einbringen einer ersten Ausnehmung (5) in die Unterseite des Roh lings, vorzugsweise durch Ätzen,
• Einbringen mindestens einer zweiten Ausnehmung (6) in eine Un terseite des Rohlings, welche sich innerhalb der ersten Ausneh mung (5) befindet, vorzugsweise durch Ätzen, • Montage des Rohlings auf das Substrat (15), in den Befestigungsbe reichen (23), vorzugsweise durch Waferbonden,
• Abdünnen des Rohlings von der Oberseite, so dass sich im Befesti gungsbereich eine Randdicke (A), in einem ersten Bereich (22) eine erste Strukturdicke (B) und in einem zweiten Bereich (21), welcher im Inneren des Bereiches (22) liegt, eine zweite Strukturdicke (C) einstellt,
• Aufbringen und Strukturieren einer Maskenschicht, vorzugsweise einer Lackmaske oder einer Hartmaske, auf die Oberseite des Roh lings zur Definition aller lateralen Abmessungen der mikromecha nischen Struktur,
• Strukturieren der mikromechanischen Funktionsschicht mit Hilfe dieser Maskenschicht von der Oberseite ausgehend in vertikaler Richtung, vorzugsweise durch senkrechtes anisotropes Trockenät zen, wodurch die Erzeugung der vertikalen Spalte (19, 20) und die Freistellung der gesamten Struktur in einem Schritt erfolgt,
• Entfernen der Maskenschicht,
• Verkapseln der mikromechanischen Struktur mit einem weiteren Substrat (17), welches mindestens eine weitere Ausnehmung (18) und ggf. eine elektrische Isolationsschicht (13) aufweist, vorzugs weise durch Waferbonden,
• Erzeugung von ggf. elektrisch isolierten Zugangsöffnungen im unte ren (15) oder oberen (17) Substrat zu den funktionalen Bereichen der Sensorstruktur und Anbringen metallischer Verbindungen. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems nach ei nem der Aspekte 1 bis 5 oder Verfahren nach Aspekt 7, wobei
• eine Schutzschicht (14) auf die Unterseite des vorstrukturieren Rohlings und/oder auf die Oberseite des Rohlings aufgebracht wird, deren Dicke so gewählt ist, dass für eine begrenzte Ätzzeit ei ne maskierende Wirkung und damit ein Schutz der Oberflächen vor dem Ätzangriff erfolgt. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems nach ei nem der Aspekte 1 bis 5 oder Verfahren nach Aspekt 7 oder 8, wobei • Keine zweite Ausnehmung (5) in die Unterseite des Rohlings, son- dern eine Ausnehmung (18) in die Oberseite des Bodensubstrates (15) eingebracht wird. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Systems nach ei nem der Aspekte 1 bis 6 oder Verfahren nach einem der Aspekte 7 oder 8, wobei
• Zur Definition der lateralen Abmessungen eine zweistufige Maske, vorzugsweise bestehend aus einer Hartmaske und einer Lackmas ke, benutzt wird,
• In einem ersten Strukturierungsschritt der mikromechanischen Funktionsschicht in vertikaler Richtung zunächst alle Spalte um ei nen definierten Betrag vorgeätzt werden,
• Danach zunächst nur die obere Maskenschicht entfernt wird,
• Die Strukturierung der mikromechanischen Funktionsschicht, vor zugsweise durch anisotropes Trockenätzen, fortgesetzt wird, wobei eine definierte Absenkung von Federn Elektroden und Dämpfern von der Oberseite entsteht und sich in diesen Bereichen die Struk turdicken (D) und (E) einstellen,
• Anschließend die Hartmaske entfernt wird.
Bezugszeichenliste
(1) Rahmen
(2) Feder (Zweites Strukturelement)
(3) Erste Elektrode (Erstes Strukturelement)
(4) Massenanordnung
(5) zweite Ausnehmung
(6) erste Ausnehmung
(7) Zweite Elektrode oder Dämpfer (Zweites Strukturelement)
(8) abgestufte Feder
(9) abgestuftes Elektrodenelemente
(10) abgestuftes Elektrodenelemente oder Dämpferelement
(11) beidseitig abgestuftes Eleketrodenelement oder Dämpferelement
(12) beidseitig abgestufte Feder
(13) Isolationsschicht
(14) Schutzschicht
(15) Bodensubstrat
(16) Bauteil
(17) Deckelsubstrat
(18) Kavität im Deckel- oder Bodensubstrat
(19) Erster Spalt
(20) Zweiter Spalt
(21) Erster Bereich
(22) Zweiter Bereich
(23) Dritter Bereich
(24) Befestigungsbereich zum oberen Substrat
(25) Kontaktöffnungen des Substrats
(26) Elektrisch leitfähige Schicht
(27) Ankerstruktur
(A) Dritte Dicke/Höhe/Spalttiefe
(B) Zweite Dicke/Höhe/Spalttiefe
(C) Erste Dicke/Höhe/Spalttiefe
(D) Vierte Dicke/Höhe
(E) Fünfte Dicke/Höhe

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil (16) für ein mikromechanisches System, eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite aufweisend, umfas send
mindestens ein erstes Strukturelement, welches in einem ers ten Bereich (21) des Bauteils (16) angeordnet ist und von mindestens einem ersten Spalt (19) begrenzt wird;
mindestens ein zweites Strukturelement, welches in einem vom ersten Bereich (21) verschiedenen zweiten Bereich (22) des Bauteils (16) angeordnet ist und von mindestens einem zweiten Spalt (20) be grenzt wird; wobei der erste Bereich (21) durch eine erste Ausnehmung (6) in der Unterseite des Bauteils (16) definiert ist und eine erste Dicke (C) des Bauteils (16) im ersten Bereich (21) gegenüber einer zweiten Dicke (B) des Bauteils (16) im zweiten Bereich (22) reduziert ist;
wobei der mindestens eine erste Spalt (19) sich im ersten Be reich (21) von der Oberseite zur Unterseite erstreckt und in der ersten Ausnehmung (6) endet und eine durch die erste Dicke (C) des Bauteils (16) im ersten Bereich definierte erste Spalttiefe aufweist;
wobei der mindestens eine zweite Spalt (20) sich im zweiten Bereich (22) von der Oberseite zur Unterseite erstreckt und außerhalb der ersten Ausnehmung (6) endet und eine durch die zweite Dicke (B) des Bauteils (16) im zweiten Bereich (22) definierte zweite Spalttiefe aufweist, die größer ist als die erste Spalttiefe des ersten Spalts (19); und
wobei eine minimale zweite Spaltbreite des mindestens einen zweiten Spalts (20) größer ist als eine minimale erste Spaltbreite des mindestens einen ersten Spalts (19).
2. Bauteil (16) gemäß Anspruch 1,
wobei ein maximales erstes Aspektverhältnis des mindestens einen ersten Spalts (19) durch ein Verhältnis der ersten Spalttiefe zur minimalen ersten Spaltbreite gegeben ist;
wobei ein maximales zweites Aspektverhältnis des mindestens einen zweiten Spalts (20) durch ein Verhältnis der zweiten Spalttiefe zur minimalen zweiten Spaltbreite gegeben ist; und
wobei das maximale erste Aspektverhältnis gleich oder im We sentlichen gleich dem maximalen zweiten Aspektverhältnis ist.
3. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine erste Strukturelement zumindest an zwei zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden gegenüberliegenden Seiten von dem mindestens einen ersten Spalt (19) begrenzt wird und/oder das mindestens eine zweite Strukturelement zumindest an zwei zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden ge genüberliegenden Seiten von dem mindestens einen zweiten Spalt (20) begrenzt wird, so dass das mindestens eine erste bzw. das mindestens eine zweite Strukturelement als gerade oder gekrümmte Platte ausge bildet ist.
4. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Bereich (21) unterschiedlich breite erste Spalte (19a, 19b) angeordnet sind.
5. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, einen
Rahmen (1) und eine gegenüber dem Rahmen (1) schwingfähige Mas senanordnung (4) umfassend, wobei das mindestens eine zweite Strukturelement eine elastische Feder (2) umfasst, die den Rahmen (1) und die Massenanordnung (4) so miteinander verbindet, dass sie unter Verformung der Feder (2) relativ zueinander schwingen können.
6. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, einen
Rahmen (1) und eine gegenüber dem Rahmen (1) schwingfähige Mas senanordnung (4) umfassend, wobei der mindestens eine erste Spalt (19) zwischen der Massenanordnung (4) und dem Rahmen (1) derart verläuft oder zwischen der Massenanordnung (4) und einer relativ zu dem Rahmen (1) fest angeordneten oder fest anordenbaren Anker struktur (27) derart verläuft, dass das durch den mindestens einen ers- ten Spalt (19) begrenzte mindestens eine erste Strukturelement erste Elektroden (3) umfasst, die mit der Ankerstruktur (27) oder dem Rah men (1) verbundene Elektrodenelemente umfassen und die mit der Massenanordnung (4) verbundene Elektrodenelemente umfassen, wobei die mit der Ankerstruktur (27) oder dem Rahmen (1) verbunde nen Elektrodenelemente und die mit der Massenanordnung (4) ver bundenen Elektrodenelemente ineinandergreifen und relativ zueinan der bewegbar sind.
7. Bauteil (16) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der mindestens eine zweite Spalt (20) zwischen der Massenanordnung (4) und dem Rahmen (1) derart verläuft oder zwischen der Massenanordnung (4) und einer relativ zu dem Rahmen (1) fest angeordneten oder fest anordenbaren Ankerstruktur (27) derart verläuft, dass das durch den mindestens ei nen zweiten Spalt (20) begrenzte mindestens eine zweite Strukturele ment zweite Elektroden (7) oder Dämpfer umfasst, die mit dem Rah men (1) oder der Ankerstruktur (27) verbundene Elektrodenelemente umfassen und die mit der Massenanordnung (4) verbundene Elektro denelemente umfassen, wobei die mit der Ankerstruktur (27) oder dem Rahmen (1) verbundenen Elektrodenelemente und die mit der Massenanordnung (4) verbundenen Elektrodenelemente ineinander greifen und relativ zueinander bewegbar sind.
8. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die minimale erste Spaltbreite des mindestens einen ersten Spalts mindes tens 0,1 pm, vorzugsweise mindestens 0,3 pm, und/oder höchstens
3 pm, vorzugsweise höchstens 1,5 pm, beträgt und/oder die minimale zweite Spaltbreite des mindestens einen zweiten Spalts mindestens 1,5 pm und/oder höchstens 4 pm beträgt.
9. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Dicke (C) mindestens 5 pm und/oder höchstens 100 pm, vor zugsweise höchstens 60 pm beträgt; und/oder wobei die erste Dicke (C) mindestens 15 %, bevorzugt mindestens 25 % und/oder höchstens 90 %, bevorzugt höchstens 80 % der zweiten Dicke (B) entspricht.
10. Bauteil (16) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei das maximale erste Aspektverhältnis des mindestens einen ersten Spalts (19) und das maximale zweite Aspektverhältnis des mindestens einen zweiten Spalts (20) jeweils 10:1 oder größer, vorzugsweise 20:1 oder größer, besonders bevorzugt 25:1 oder größer sind.
11. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Höhe eines oder mehrerer des mindestens einen ersten Strukturele ments und/oder eines oder mehrerer des mindestens einen zweiten Strukturelements an der Oberseite und/oder an der Unterseite gegen über der Dicke des jeweiligen Bereichs (21, 22), in dem das Struktur element angeordnet ist, reduziert ist.
12. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (16) aus Silizium, vorzugsweise aus einkristallinem Silizium ge fertigt ist oder wobei das Bauteil (16) Silizium, vorzugsweise einkristallines Silizium umfasst.
13. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine laterale Abmessungen des Bauteils, senkrecht zur Dickenrichtung des Bauteils, zwischen 0,5 mm und 15 mm betragen und/oder wobei late rale Abmessungen der ersten Ausnehmung (6) zwischen 100 pm und 2000 pm betragen.
14. Bauteil (16) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich (22) durch eine zweite Ausnehmung (5) in der Rückseite des Bauteils (16) definiert ist und die zweite Dicke (B) geringer ist als eine dritte Dicke (A) eines von dem ersten (21) und dem zweiten Be reich (22) verschiedenen dritten Bereichs (23), wobei der Rahmen (1) und/oder eine Ankerstruktur (27) sich zumindest teilweise in dem drit ten Bereich (23) erstrecken.
15. Mikromechanisches System, ein Bauteil (16) gemäß einem der Ansprü che 4 bis 13 und ein Substrat zur Befestigung des Bauteils (16) umfas send, wobei der Rahmen (1) und/oder eine Ankerstruktur (27) des Bauteils (16) an der Oberseite und/oder der Unterseite mit dem Sub strat (15, 17) verbunden sind.
16. Mikromechanisches System gemäß Anspruch 15, wobei das Substrat aus Silizium, vorzugsweise aus einkristallinem Silizium und/oder aus einem Glasmaterial oder Keramikmaterial gefertigt ist, wobei das Glasmaterial bzw. das Keramikmaterial thermisch an Silizium ange passt ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (16) für ein mikromechani sches System, zumindest die folgenden Schritte umfassend:
Einbringen einer ersten Ausnehmung (6) in eine Unterseite ei nes Rohlings, so dass der Rohling in einem durch die erste Ausneh mung (6) definierten ersten Bereich (21) eine sich in einer z-Richtung erstreckende erste Dicke (C) hat, die geringer ist als eine sich in der z- Richtung erstreckende zweite Dicke (B) in einem von dem ersten Be reich (21) verschiedenen zweiten Bereich (22),
Ätzen von mindestens einem ersten Spalt (19) in dem ersten Bereich (21) zum Herstellen mindestens eines durch den mindestens einen ersten Spalt (21) begrenzten ersten Strukturelements ; und
Ätzen von mindestens einem zweiten Spalt (20) in dem zweiten Bereich (22) zum Herstellen mindestens eines durch den mindestens einen zweiten Spalt (20) begrenzten zweiten Strukturelements;
wobei das Ätzen jeweils entlang der z-Richtung erfolgt und der art vorgenommen wird, dass der mindestens eine erste Spalt (19) eine durch die erste Dicke (C) definierte erste Spalttiefe aufweist, die gerin ger ist als eine durch die zweite Dicke (B) in dem zweiten Bereich (22) definierte zweite Spalttiefe des mindestens einen zweiten Spalts (20), und dass eine minimale erste Spaltbreite des mindestens einen ersten Spalts (19) geringer ist als eine minimale zweite Spaltbreite des min destens einen zweiten Spalts (20).
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der mindestens eine erste Spalt (19) und der mindestens eine zweite Spalt (20) von einer der Untersei te abgewandten Oberseite des Rohlings ausgehend in der z-Richtung zur Unterseite hin geätzt werden.
19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, weiterhin einen Schritt umfas send, in dem eine Maske, vorzugsweise eine Lackmaske und/oder eine Hartmaske, auf die Oberseite des Rohlings aufgebracht wird und durch die Maske geometrische Abmessungen in einer Ebene senkrecht zur z- Richtung für den mindestens einen ersten Spalt (19) und den mindes tens einen zweiten Spalt (20) vorgegeben werden.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der mindes tens eine erste Spalt (19) und der mindestens eine zweite Spalt (20) gleichzeitig geätzt werden.
21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Rohling aus Silizium besteht oder Silizium umfasst, vorzugsweise einkristallines Silizium, und/oder wobei das Ätzen in einem Trockenätzprozess vorge nommen wird.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei der zweite Bereich (22) durch eine zweite Ausnehmung (5) definiert wird, wobei die zweite Ausnehmung (5) vorzugsweise in einem dem Einbringen der ersten Ausnehmung (6) vorgelagerten Schritt in die Unterseite des Rohlings eingebracht wird, wobei die erste Ausnehmung (6) innerhalb der zweiten Ausnehmung (5) in den Rohling eingebracht wird.
23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei in einem dem Einbringen der ersten Ausnehmung (6) in den Rohling nachgelagerten Schritt oder in einem dem Einbringen der ersten Ausnehmung (6) und dem Einbringen der zweiten Ausnehmung (5) in den Rohling nachgela gerten Schritt eine Schutzschicht (14), vorzugsweise eine Oxidschicht, zumindest bereichsweise auf die Unterseite des Rohlings aufgebracht wird.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, einen Schritt umfas send, in dem eine Höhe eines oder mehrerer des mindestens einen ersten Strukturelements gegenüber der ersten Dicke ausgehend von der Oberseite und/oder ausgehend von der Unterseite reduziert wird, und /oder in dem eine Höhe eines oder mehrerer des mindestens ei nen zweiten Strukturelements gegenüber der zweiten Dicke ausge hend von der Oberseite und/oder ausgehend von der Unterseite redu ziert wird, und zwar jeweils vorzugsweise in einem Ätzprozess unter Verwendung einer zweistufigen Maske, eine Hartmaske und eine Lackmaske umfassend.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei der Rohling auf einem Bodensubstrat (15) angeordnet und daran befestigt wird und die ersten (19) und zweiten Spalte (20) danach in den auf dem Bo densubstrat (15) befestigten Rohling eingebracht werden.
26. Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei der Rohling mit den eingebrach- ten Spalten (19, 20) von einem Deckelsubstrat (17) abgedeckt wird und Kontaktbereiche des Rohlings, vorzugsweise ein Rahmen (1) und/oder eine Ankerstruktur (27), mit dem Bodensubstrat (15) und/oder dem Deckelsubstrat (17) verbunden werden, vorzugsweise durch
Waferbonden.
27. Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei in zumindest einem der Kon taktbereiche des mikromechanischen Bauteils mit dem Bodensubstrat (15) und/oder dem Deckelsubstrat (17) eine Isolationsschicht ange ordnet (13) wird und/oder wobei in das Bodensubstrat (15) und/oder das Deckelsubstrat (17) außerhalb der Kontaktbereiche auf einer dem Bauteil (16) zugewandten Seite des Bodensubstrats (15) oder des De ckelsubstrats (17) vor dem Befestigen eine Kavität eingebracht wird.
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