WO2004026759A2 - Verfahren zum herstellen von isolationsstrukturen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von isolationsstrukturen Download PDF

Info

Publication number
WO2004026759A2
WO2004026759A2 PCT/DE2003/003049 DE0303049W WO2004026759A2 WO 2004026759 A2 WO2004026759 A2 WO 2004026759A2 DE 0303049 W DE0303049 W DE 0303049W WO 2004026759 A2 WO2004026759 A2 WO 2004026759A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
silicon
trenches
trench
substrate
converted
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/003049
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2004026759A3 (de
Inventor
Matthias Aikele
Albert Engelhardt
Marcus Frey
Bernhard Hartmann
Helmut Seidel
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic Gmbh
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 Conti Temic Microelectronic Gmbh filed Critical Conti Temic Microelectronic Gmbh
Priority to DE50304176T priority Critical patent/DE50304176D1/de
Priority to US10/527,789 priority patent/US7862731B2/en
Priority to JP2004536871A priority patent/JP2005537948A/ja
Priority to EP03756438A priority patent/EP1585702B1/de
Publication of WO2004026759A2 publication Critical patent/WO2004026759A2/de
Publication of WO2004026759A3 publication Critical patent/WO2004026759A3/de

Links

Classifications

    • 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
    • B81C1/00642—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for improving the physical properties of a device
    • B81C1/00698—Electrical characteristics, e.g. by doping materials
    • 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
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0323—Grooves
    • B81B2203/033—Trenches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0174—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate for making multi-layered devices, film deposition or growing
    • B81C2201/0176—Chemical vapour Deposition
    • B81C2201/0178—Oxidation

Definitions

  • the invention relates to methods for producing insulation structures for micromechanical sensors in single-crystal surface technology.
  • a method is known from the publication US Pat. No. 5,930,595 "Isolation process for surface micromachined sensors and actuators" in which silicon structures defined by deep trench trenches are etched and also exposed on their underside towards the substrate by a "release etch” step. Subsequent filling of these trenches with a dielectric insulating material, such as silicon dioxide, leads to firm anchoring through a three-sided, one-sided open clasping of the silicon structure with the filled trench trenches.
  • a dielectric insulating material such as silicon dioxide
  • the filled dielectric material in the trench has a growth gap in the center line. As a rule, additional voids are created in the interior of the joint. These effects lead to mechanical instabilities and reliability problems.
  • the anchoring and insulation structure requires a separate, relatively complex etching step to expose the underside of the structure to the substrate, the so-called release-etch step. This step is used in later generation the actual mechanical structure is required again, so it occurs twice in the process sequence.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to anchor the etched structures mechanically in a space-saving and reliable manner on the substrate and at the same time to electrically isolate them.
  • the main idea of the invention is to convert thin-walled silicon into an electrically non-conductive material instead of filling up trenches. This can be accomplished, for example, with the aid of thermal oxidation of narrow silicon webs previously exposed by trench trench. In the minimum configuration, two trench trenches (holes) per bar must be etched with the desired structure depth. The silicon web in between must be narrow enough to be completely thermally oxidized.
  • the silicon is completely converted into silicon dioxide and the volume is approximately doubled.
  • a continuous insulating oxide structure can be generated over longer distances.
  • the oxidation process can also be carried out in several stages, in that after a first oxidation step, the silicon dioxide formed is first removed again by an etching step and then oxidized a second time. This shortens process times because the growth of the oxide is a root function of time, i.e. with increasing oxide thicknesses there is a strong slowdown.
  • the invention enables significant improvements in the production of micromechanical sensors in a surface technology based on single-crystal silicon. Inertial sensors for acceleration and rotation rate can be manufactured in this technology. In particular, the invention serves the cost-effective manufacture of acceleration sensors for airbag use in motor vehicles.
  • Figure 1 shows a view from above of a section of the substrate after the manufacture of a pair of trench trenches.
  • Figure 2 shows the arrangement of Figure 1 along the section line 2-2 in
  • Figure 3 shows the arrangement of Figure 1 after the start of the process step of the oxidation of silicon in the trench region.
  • Figure 4 shows the arrangement of Figure 3 along the section line 4-4 in
  • Figure 5 shows the arrangement of Figure 1 after the complete oxidation of the
  • Figure 6 shows the arrangement of Figure 5 along the section line 6-6 in
  • FIG. 7 shows the connection of a functional structure to the insulation structure.
  • Figure 8 shows the arrangement of Figure 7 along the section line 8-8 in
  • FIG. 9 shows the electrical contacting of an individual structure by means of a conductor track leading over the insulation structure.
  • Figure 10 shows the space-saving arrangement of a differential
  • Capacitor structure through alternating contacting of the capacitive fingers.
  • etching mask is defined using photolithographic processes. This is done, for example, by a layer of silicon dioxide applied to the surface of the substrate wafer, which was appropriately structured with the aid of a photoresist layer or the photoresist layer itself.
  • FIG. 1 shows a top view of a section of the substrate after the production of a pair of trench trenches.
  • FIG. 2 shows the arrangement of FIG. 1 along the section line 2-2 in cross section.
  • FIG. 3 shows the arrangement of FIG. 1 after the start of the process step of oxidizing the silicon in the trench region 14;
  • Figure 4 shows the arrangement of Figure 3 along the section line 4-4 in cross section.
  • Thermal oxidation takes place in process conditions with typically approx. 1 100 - 1 200 ° C in humid ambient conditions (H 2 0).
  • the process of oxidation can also be carried out in several stages, in that after a first oxidation step, the silicon dioxide 14 formed is removed again by an etching step. It is then oxidized a second time. The silicon dioxide Si0 2 is removed wet or dry.
  • the multi-stage oxidation shortens the process times, since the growth of the oxide is a root function of the time, ie with increasing oxide thicknesses the oxidation slows down considerably.
  • FIG. 5 shows the arrangement of FIG. 1 after the complete oxidation of the silicon between the trench trenches 1 2.
  • FIG. 6 shows the arrangement of FIG. 5 along the section line 6-6 in cross section.
  • the desired mechanical functional structure 15 is produced.
  • an etching mask for the trench arrangement 1 6 is first produced by photolithographic processes, which etching mask finally determines the shape of the functional structure 1 5.
  • the trench structure 16 is then etched out in a process step of dry etching with a high aspect ratio and finally the side walls of the trench arrangement are passivated with regard to the following etching step. Following the passivation of the side walls, the etching mask at the bottom of the trench arrangement is selectively opened again.
  • the functional structure is under-etched in such a way that it is ultimately only connected to the insulation structure with the substrate.
  • FIG. 7 shows the arrangement according to the release etch, in particular the connection of the functional structure to the insulation structure.
  • Figure 8 shows the arrangement of Figure 7 along the section line 8-8 in cross section.
  • FIG. 9 shows the electrical contacting of an individual functional structure 1 5 by means of a conductor track 1 8 leading over the insulation structure 20.
  • the metallic conductor tracks 1 8 including contact holes 1 9 are made using methods customary in IC technology, optionally also in 2-layer Technology, manufactured.
  • the conductor tracks 18 are preferably defined and structured before the functional structures 15 are masked.
  • FIG. 1 0 shows an acceleration sensor with a differential capacitor structure as a special exemplary embodiment.
  • Both the anchoring of the two springs, with which the movable structure is suspended from the substrate, and the alternately contacted capacitive fingers are mechanically connected to the substrate by means of a corresponding insulation structure, which was produced by the method according to the invention.
  • the hanging edge of the capacitive fingers is completely insulated over a large width.
  • a continuous arrangement of trench trenches 1 2 with silicon webs in between were created. In this way, a continuous, insulating oxide structure 14 can be produced over comparatively long distances.
  • the invention enables significant improvements in the production of micromechanical sensors in a surface technology based on single-crystal silicon. Inertial sensors for acceleration and rotation rate can be manufactured in this technology. In particular, the invention serves the cost-effective manufacture of acceleration sensors for airbag use in motor vehicles.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Isolationsstrukturen für mikromechanischen Sensoren in einkristalliner Oberflächentechnologie. Bei bekannten Verfahren werden durch tiefe Trenchgräben definierte Siliziumstrukturen geätzt und durch einen 'Release-Etch' Schritt auch auf ihrer Unterseite zum Substrat hin freigelegt. Anschliessendens Auffüllen dieser Gräben mit einem dielektrisch isolierenden Material, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, führt zu einer festen Verankerung durch eine dreiseitige, einseitig offene Umklammerung der Siliziumstruktur mit aufgefüllten Trenchgräben. Der wesentliche Gedanke der Erfindung ist, anstelle des Auffüllens von Gräben die Umwandlung von dünnwandigem Silizium in ein elektrisch nichtleitendes Material vorzunehmen. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe einer thermischen Oxidation von schmalen, zuvor durch Trenchgräben freigelegten Siliziumstegen bewerkstelligt werden. In der Minimalkonfiguration müssen dazu zwei Trenchgräben (Löcher) pro Steg mit der gewünschten Strukturtiefe geätzt werden. Der dazwischenliegende Siliziumsteg muss schmal genug sein, um vollständig thermisch durchoxidiert werden zu können.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen von isolationsstru turen
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Isolationsstrukturen für mikromechanischen Sensoren in einkristalliner Oberflächentechnologie.
Bei mikromechanischen Sensoren in einkristalliner Oberflächentechnologie besteht die Anforderung freigeätzte Strukturen, wie zum Beispiel Federelemente oder Teile eines Plattenkondensators, einerseits am Substrat mechanisch zu verankern und gleichzeitig elektrisch davon zu isolieren.
Aus der Druckschrift US 5,930,595 "Isolation process for surface micromachined sensors and actuators" ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch tiefe Trenchgraben definierte Siliziumstrukturen geätzt und durch einen "Release-Etch" Schritt auch auf ihrer Unterseite zum Substrat hin freigelegt werden. Anschließendes Auffüllen dieser Gräben mit einem dielektrisch isolierenden Material, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, führt zu einer festen Verankerung durch eine dreiseitige, einseitig offene Umklammerung der Siliziumstruktur mit den aufgefüllten Trenchgraben.
Dieses Verfahren weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Das aufgefüllte dielektrische Material im Trenchgraben weist in der Mittellinie eine Wachstumsfuge auf. Im Regelfall entstehen zusätzlich Hohlräume (Voids) im Innenbereich der Fuge. Diese Effekte führen zu mechanischen Instabilitäten und Zuverlässigkeitsproblemen.
Außerdem benötigt die Verankerungs- und Isolationsstruktur einen eigenen, relativ aufwendigen Ätzschritt zur Freilegung der Strukturunterseite zum Substrat hin, den sogenannten Release-Etch Schritt. Dieser Schritt wird bei der späteren Erzeugung der eigentlichen mechanischen Struktur nochmals benötigt, kommt also in der Prozessfolge doppelt vor.
Aus der US 6,239,473 B1 ist eine Isolationsstruktur für mikromechanische Anordnungen und ein Verfahren zur Herstellung derselben bekannt, bei dem zunächst ein tiefer Graben mit hohem Aspektverhältnis in ein Siliziumsubstrat geätzt und anschließend mit einem thermischen oder abgeschiedenen Siliziumoxid wieder aufgefüllt wird. Danach wird der so aufgefüllte Graben zusammen mit der Funktionsstruktur vollständig unterätzt, so dass die Funktionsstruktur im freigeätzten Teil eine vertikale, elektrische Isolierung gegen das Substrat aufweist. Auch hier ist ein großer Nachteil, dass beim Auffüllen des Grabens mit Siliziumdioxid in dessen Mitte eine Wachstumsfuge sowie Hohlräume entstehen, die zur Instabilität der Anordnung in nicht unerheblichen Maß beitragen.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die freigeätzten Strukturen in platzsparender und zuverlässiger Weise am Substrat mechanisch zu verankern und gleichzeitig elektrisch davon zu isolieren.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ausgestaltung der Erfindung erfolgt gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung ist es anstelle des Auffüllens von Gräben die Umwandlung von dünnwandigem Silizium in ein elektrisch nichtleitendes Material vorzunehmen. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe einer thermischen Oxidation von schmalen, zuvor durch Trenchgraben freigelegten Siliziumstegen bewerkstelligt werden. In der Minimalkonfiguration müssen dazu zwei Trenchgr ben (Löcher) pro Steg mit der gewünschten Strukturtiefe geätzt werden. Der dazwischenliegende Siliziumsteg muss schmal genug sein, um vollständig thermisch durchoxidiert werden zu können.
Bei dieser Oxidation wandelt sich das Silizium vollständig in Siliziumdioxid um und erfährt dabei in etwa eine Verdoppelung des Volumens. Bei einer kontinuierlichen Anordnung von Trenchgraben und Zwischenräumen mit geeigneten Abständen kann eine durchgehende isolierende Oxidstruktur über längere Wegstrecken erzeugt werden.
Bei größeren Stegbreiten kann der Prozess der Oxidation auch mehrstufig ausgeführt werden, indem nach einem ersten Oxidationsschritt, das entstandene Siliziumdioxid erst durch einen Ätzschritt wieder entfernt wird und anschließend ein zweites Mal oxidiert wird. Dies verkürzt die Prozesszeiten, da das Wachstum des Oxides eine Wurzelfunktion der Zeit ist, d.h. bei größer werdenden Oxiddicken findet eine starke Verlangsamung statt.
Auf oben beschriebene Weise wird der Platzbedarf für die Isolationsstruktur sehr klein, so dass differentiell ausgelesene kapazitive Sensoren unmittelbar realisiert werden können. Ferner entstehen bei diesem Verfahren weder Wachstumsfugen noch Hohlräume (Voids), so dass die mechanische Verankerung der Funktionsstruktur in hoher und langzeitstabiler Qualität gewährleistet werden kann. Ein zeitlich aufwendiger Release-Etch Schritt ist nicht mehr notwendig, da die nachfolgende mechanische Struktur direkt am "Oxidpfeiler" verankert werden kann.
Die Erfindung ermöglicht wesentliche Verbesserungen in der Herstellung von mikromechanischen Sensoren in einer Oberflächentechnologie auf der Basis von einkristallinem Silizium. In dieser Technologie können vor allem Inertialsensoren für Beschleunigung und Drehrate hergestellt werden. Insbesondere dient die Erfindung der kostengünstigen Herstellung von Beschleunigungssensoren für die Airbag- Anwendung in Kraftfahrzeugen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Kurze Beschreibung der Figuren:
Figur 1 zeigt in einer Ansicht von oben einen Ausschnitt auf das Substrat nach der Herstellung eines Paars von Trenchgraben.
Figur 2 zeigt die Anordnung der Figur 1 entlang der Schnittlinie 2-2 im
Querschnitt. Figur 3 zeigt die Anordnung der Figur 1 nach dem Beginn des Prozessschritt der Oxidation des Siliziums im Trenchgrabenbereich.
Figur 4 zeigt die Anordnung der Figur 3 entlang der Schnittlinie 4-4 im
Querschnitt.
Figur 5 zeigt die Anordnung der Figur 1 nach der vollständigen Oxidation des
Siliziums zwischen den Trenchgraben.
Figur 6 zeigt die Anordnung der Figur 5 entlang der Schnittlinie 6-6 im
Querschnitt.
Figur 7 zeigt die Anbindung einer Funktionsstruktur an die Isolationsstruktur.
Figur 8 zeigt die Anordnung der Figur 7 entlang der Schnittlinie 8-8 im
Querschnitt.
Figur 9 zeigt die elektrische Kontaktierung einer Einzelstruktur durch eine über die Isolationsstruktur führende Leiterbahn.
Figur 10 zeigt die platzsparende Anordnung einer differentiellen
Kondensatorstruktur durch alternierende Kontaktierung der kapazitiven Finger.
Ausgehend von einer Siliziumscheibe als Substratmaterial 1 werden zur Herstellung der Isolationsstrukturen für die Funktionsstrukturen 1 5 Trenchgraben 1 2 geätzt. Dabei sind mindestens zwei von ihnen so voneinander beabstandet angeordnet, dass ein Steg 1 3 aus Substratmaterial einer gewissen Breite dazwischen stehen bleibt. Der Siliziumsteg 13 muss schmal genug sein, um bei dem später folgenden Prozessschritt der thermischen Oxidation vollständig oxidiert zu werden. Idealerweise liegt die Breite des Steges in einem Bereich von kleiner 2μm. Zunächst wird mit Hilfe von photolithographischen Verfahren eine Ätzmaske definiert. Hierzu dient beispielsweise eine auf die Oberfläche der Substratscheibe aufgebrachte Schicht aus Siliziumdioxid, die mit Hilfe eine Photolackschicht entsprechend strukturiert wurde oder die Photolackschicht selbst. Dann werden mittels Trockenätzen die Trenchgraben 1 2 mit hohem Aspektverhältnis herausgeätzt. Die typische Tiefe der Trenchgraben 1 2 beträgt ca. 10 bis 30 μm. Wenn erforderlich wird zum Abschluss die Ätzmaske wieder entfernt. Die Figur 1 zeigt in einer Ansicht von oben einen Ausschnitt auf das Substrat nach der Herstellung eines Paars von Trenchgraben. Die Figur 2 zeigt die Anordnung der Figur 1 entlang der Schnittlinie 2- 2 im Querschnitt.
Nun folgt die Umwandlung der Zwischenstege 13 in Siliziumdioxid 14 durch thermische Oxidation. Die Figur 3 zeigt die Anordnung der Figur 1 nach dem Beginn des Prozessschritt der Oxidation des Siliziums im Trenchgrabenbereich 14; die Figur 4 zeigt die Anordnung der Figur 3 entlang der Schnittlinie 4-4 im Querschnitt. Die thermische Oxidation erfolgt bei Prozessbedingungen mit typisch ca. 1 100 - 1 200 °C bei feuchten Umgebungsbedingungen (H20).
Bei größeren Breiten der Stege 13 kann der Prozess der Oxidation auch mehrstufig ausgeführt werden, indem nach einem ersten Oxidationsschritt, das entstandene Siliziumdioxid 14 durch einen Ätzschritt wieder entfernt wird. Anschließend wird ein zweites Mal oxidiert. Das Siliziumdioxid Si02 wird nass oder trocken entfernt. Die mehrstufige Oxidation verkürzt die Prozesszeiten, da das Wachstum des Oxides eine Wurzelfunktion der Zeit ist, d.h. bei größer werdenden Oxiddicken findet eine starke Verlangsamung der Oxidation statt. Die Figur 5 zeigt die Anordnung der Figur 1 nach der vollständigen Oxidation des Siliziums zwischen den Trenchgraben 1 2. Die Figur 6 zeigt die Anordnung der Figur 5 entlang der Schnittlinie 6-6 im Querschnitt.
Es folgt die Herstellung der gewünschten mechanischen Funktionsstruktur 15. Hierzu wird durch photolithographische Verfahren zunächst eine Ätzmaske für die Grabenanordnung 1 6 hergestellt, die schließlich die Gestalt der Funktionsstruktur 1 5 bestimmt. Dann wird die Graben Struktur 1 6 in einem Prozessschritt des Trockenätzens mit hohem Aspektverhältnis herausgeätzt und schließlich die Seitenwände der Grabenanordnung hinsichtlich des folgenden Ätzschrittes passiviert. Im Anschluss an die Passivierung der Seitenwände wird die Ätzmaske am Boden der Grabenanordnung selektiv wieder geöffnet. In dem sich anschließenden anisotropen Ätzschritt, dem sogenannten Release Etch, wird die Funktionsstruktur derart unterätzt, dass sie schließlich nur noch mit der Isolationsstruktur mit dem Substrat verbunden ist. Die Figur 7 zeigt Anordnung nach dem Release Etch, insbesondere die Anbindung der Funktionsstruktur an die Isolationsstruktur. Die Figur 8 zeigt die Anordnung der Figur 7 entlang der Schnittlinie 8-8 im Querschnitt. Die Figur 9 zeigt die elektrische Kontaktierung einer einzelnen Funktionsstruktur 1 5 durch eine über die Isolationsstruktur 20 führende Leiterbahn 1 8. Die metallischen Leiterbahnen 1 8 inklusive Kontaktlöcher 1 9 werden anhand von in der IC- Technologie üblichen Verfahren, gegebenenfalls auch in 2-Lagen-Technik, hergestellt. Die Definition und Strukturierung der Leiterbahnen 1 8 erfolgt vorzugsweise noch vor dem Maskieren der Funktionsstrukturen 1 5.
Die Figur 1 0 zeigt als spezielles Ausführungsbeispiel einen Beschleunigungssensor mit einer differentiellen Kondensatorstruktur. Sowohl die Verankerung der beiden Federn, mit denen die bewegliche Struktur am Substrat aufgehängt ist, als auch die alternierend kontaktierten kapazitiven Finger sind mit einer entsprechenden Isolationsstruktur, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde, mit dem Substrat mechanisch verbunden. Die Aufhängekante der kapazitiven Finger ist über eine große Breite durchgehend isoliert. Hierzu wurden im ersten Schritt des beschriebenen Verfahrens eine kontinuierliche Anordnung von Trenchgraben 1 2 mit dazwischenliegenden Siliziumstegen angelegt. So kann eine durchgehende, isolierende Oxidstruktur 14 über vergleichsweise lange Wegstrecken erzeugt werden.
Nachfolgend ist der Ablauf des Verfahren nochmals kurz zusammengefasst:
Herstellung der Trenchgraben (Fig. 1 ,2):
• dazu lithografische Definition einer Ätzmaske (Fotolack oder Si02),
• Trockenätzen der Gräben mit hohem Aspektverhältnis, typische Tiefe ca. 10- 30 μm,
• evt. entfernen der Ätzmaske (insbesondere von Fotolack).
Umwandlung der Zwischenstege in Si02 durch thermische Oxidation (Fig. 3-6):
• typische Prozessbedingungen ca. 1 1 00 - 1 200 °C bei Feuchtoxidation (H20),
• eventuell Si02 nass oder trocken entfernen und Oxidation wiederholen.
Herstellung der gewünschten mechanischen Funktionsstruktur sowie der elektrischen Kontaktierung:
• Metallische Leiterbahnen inkl. Kontaktlöcher nach in der IC-Technologie üblichen Verfahren, auch 2-Lagen-Technik (Fig. 9,10) • Trockenätzen der Funktionsstruktur: Lithografie, Ätzen der Grabenstruktur, Seitenwandpassivierung, selektives Öffnen der Ätzmaske am Boden der Grabenstruktur, Release-Ätzschritt (frei ätzen) (Fig. 7,8)
Die Erfindung ermöglicht wesentliche Verbesserungen in der Herstellung von mikromechanischen Sensoren in einer Oberflächentechnologie auf der Basis von einkristallinem Silizium. In dieser Technologie können vor allem Inertialsensoren für Beschleunigung und Drehrate hergestellt werden. Insbesondere dient die Erfindung der kostengünstigen Herstellung von Beschleunigungssensoren für die Airbag- Anwendung in Kraftfahrzeugen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen von Isolationsstrukturen mit folgenden Verfahrensschritten:
• Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (1 1 ),
• Herstellen von mindestens zwei, voneinander beabstandeten Trenchgraben (1 2) im Halbleitersubstrat (1 1 ) mit mindestens einem zwischen den Trenchgraben (1 2) liegenden Steg (13),
• Umwandeln des Substratmaterials im Bereich der Trenchgr ben (1 2) in ein elektrisch isolierendes Material (14) bis der dazwischenliegende Steg bzw. die dazwischenliegenden Stege (1 3) vollständig umgewandelt sind,
• Herstellen einer Funktionsstruktur (1 5) im Substratmaterial, die ausschließlich über das an den Trenchgraben gebildeten umgewandelten Substratmaterial mit dem Substrat mechanisch verbunden ist.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , gekennzeichnet durch die Verwendung von Silizium als Halbleitersubstrat.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandeln des Substratmaterials durch thermische Oxidation erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine kontinuierliche Anordnung von Trenchgraben (1 2) und dazwischenliegenden Stege (13) eine durchgehende isolierende Oxidstruktur (14) über längere Wegstrecken erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei größeren Breiten der Stege (13) der Verfahrensschritt der Umwandlung mehrstufig ausgeführt wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem ersten Verfahrensschritt der Umwandlung, das so entstandene umgewandelte Material entfernt wird und anschließend in ein zweiten Verfahrensschritt der Umwandlung das verbliebene Material umgewandelt wird.
PCT/DE2003/003049 2002-09-13 2003-09-12 Verfahren zum herstellen von isolationsstrukturen WO2004026759A2 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE50304176T DE50304176D1 (de) 2002-09-13 2003-09-12 Verfahren zum Herstellen von isolationsstrukturen
US10/527,789 US7862731B2 (en) 2002-09-13 2003-09-12 Method for producing insulation structures
JP2004536871A JP2005537948A (ja) 2002-09-13 2003-09-12 絶縁構造を製造する方法
EP03756438A EP1585702B1 (de) 2002-09-13 2003-09-12 Verfahren zum Herstellen von isolationsstrukturen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10242661A DE10242661A1 (de) 2002-09-13 2002-09-13 Verfahren zum Herstellen von Isolationsstrukturen
DE10242661.9 2002-09-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2004026759A2 true WO2004026759A2 (de) 2004-04-01
WO2004026759A3 WO2004026759A3 (de) 2004-12-23

Family

ID=31895977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/003049 WO2004026759A2 (de) 2002-09-13 2003-09-12 Verfahren zum herstellen von isolationsstrukturen

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7862731B2 (de)
EP (1) EP1585702B1 (de)
JP (1) JP2005537948A (de)
AT (1) ATE332283T1 (de)
DE (2) DE10242661A1 (de)
WO (1) WO2004026759A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8596121B2 (en) 2007-01-19 2013-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Structural member having a plurality of conductive regions

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101190121B1 (ko) 2007-01-19 2012-10-11 캐논 가부시끼가이샤 복수의 도전성의 영역을 갖는 구조체
JP5473253B2 (ja) * 2008-06-02 2014-04-16 キヤノン株式会社 複数の導電性領域を有する構造体、及びその製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5041898A (en) * 1987-09-08 1991-08-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Interconnection layer formed on embedded dielectric and method for manufacturing the same
US5747377A (en) * 1996-09-06 1998-05-05 Powerchip Semiconductor Corp. Process for forming shallow trench isolation
US6342427B1 (en) * 1999-12-02 2002-01-29 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for forming micro cavity

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5354695A (en) * 1992-04-08 1994-10-11 Leedy Glenn J Membrane dielectric isolation IC fabrication
US5179499A (en) * 1992-04-14 1993-01-12 Cornell Research Foundation, Inc. Multi-dimensional precision micro-actuator
US5426070A (en) * 1993-05-26 1995-06-20 Cornell Research Foundation, Inc. Microstructures and high temperature isolation process for fabrication thereof
US5536988A (en) * 1993-06-01 1996-07-16 Cornell Research Foundation, Inc. Compound stage MEM actuator suspended for multidimensional motion
US5628917A (en) * 1995-02-03 1997-05-13 Cornell Research Foundation, Inc. Masking process for fabricating ultra-high aspect ratio, wafer-free micro-opto-electromechanical structures
US5963789A (en) * 1996-07-08 1999-10-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for silicon island formation
SG68630A1 (en) * 1996-10-18 1999-11-16 Eg & G Int Isolation process for surface micromachined sensors and actuators
WO1999036941A2 (en) 1998-01-15 1999-07-22 Cornell Research Foundation, Inc. Trench isolation for micromechanical devices
EP1043769A1 (de) * 1999-04-07 2000-10-11 STMicroelectronics S.r.l. Herstellungsverfahren für eine Halbleiterscheibe mit durch isolierendes Material getrennten monokristallinen Gebieten, insbesondere zur Herstellung integrierter Leistungsbauelemente, und dadurch hergestellte Scheibe
EP1049155A1 (de) * 1999-04-29 2000-11-02 STMicroelectronics S.r.l. Herstellungsverfahren für eine SOI Scheibe mit vergrabenen Oxidbereichen ohne Spitzen
US6307247B1 (en) * 1999-07-12 2001-10-23 Robert Bruce Davies Monolithic low dielectric constant platform for passive components and method
KR100348177B1 (ko) * 2000-01-13 2002-08-09 조동일 단결정 실리콘의 마이크로머시닝 기법에서의 깊은 트렌치절연막을 이용한 절연 방법
DE10029012C2 (de) * 2000-06-13 2002-06-06 Amtec Gmbh Mikrostruktur und Verfahren zu deren Herstellung
KR100414570B1 (ko) * 2000-07-03 2004-01-07 조동일 삼중막을 이용한 단결정 실리콘 미세 구조물의 절연 방법
US6573154B1 (en) * 2000-10-26 2003-06-03 Institute Of Microelectronics High aspect ratio trench isolation process for surface micromachined sensors and actuators
US6767614B1 (en) * 2000-12-19 2004-07-27 Wolfgang M. J. Hofmann Multiple-level actuators and clamping devices
US6461888B1 (en) * 2001-06-14 2002-10-08 Institute Of Microelectronics Lateral polysilicon beam process
US7045466B2 (en) * 2002-06-27 2006-05-16 Cornell Research Foundation, Inc. Three dimensional high aspect ratio micromachining
US7932182B2 (en) * 2005-08-19 2011-04-26 Honeywell International Inc. Creating novel structures using deep trenching of oriented silicon substrates
JP2007071805A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Denso Corp 力学量センサの製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5041898A (en) * 1987-09-08 1991-08-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Interconnection layer formed on embedded dielectric and method for manufacturing the same
US5747377A (en) * 1996-09-06 1998-05-05 Powerchip Semiconductor Corp. Process for forming shallow trench isolation
US6342427B1 (en) * 1999-12-02 2002-01-29 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for forming micro cavity

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUNBO ZHANG ET AL: "Fabrication of thick silicon dioxide layers using DRIE, oxidation and trench refill" IEEE, 2002, Seiten 160-163, XP010577620 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8596121B2 (en) 2007-01-19 2013-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Structural member having a plurality of conductive regions

Also Published As

Publication number Publication date
DE50304176D1 (de) 2006-08-17
JP2005537948A (ja) 2005-12-15
WO2004026759A3 (de) 2004-12-23
US20060121735A1 (en) 2006-06-08
ATE332283T1 (de) 2006-07-15
DE10242661A1 (de) 2004-03-25
EP1585702A2 (de) 2005-10-19
EP1585702B1 (de) 2006-07-05
US7862731B2 (en) 2011-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10065013B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements
EP1274648B1 (de) Mikromechanisches bauelement und entsprechendes herstellungsverfahren
DE19632060A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Drehratensensors
DE10063991B4 (de) Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Bauelementen
EP1966578B1 (de) Mikromechanischer kapazitiver druckwandler und herstellungsverfahren
DE102011080978B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur
EP1963227A1 (de) Mikromechanisches bauelement und herstellungsverfahren
DE10130379A1 (de) Mikromechanischer Massenflusssensor und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2020011559A1 (de) Mikromechanische drucksensorvorrichtung und entsprechendes herstellungsverfahren
DE19817311B4 (de) Herstellungsverfahren für mikromechanisches Bauelement
DE19530736B4 (de) Beschleunigungssensor und Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungssensors
WO1998029748A1 (de) Mikromechanische halbleiteranordnung und verfahren zur herstellung einer mikromechanischen halbleiteranordnung
DE102005031379A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensors zur Erfassung einer physikalischen Größe
EP1585702B1 (de) Verfahren zum Herstellen von isolationsstrukturen
EP1360143B1 (de) Verfahren zum erzeugen von oberflächenmikromechanikstrukturen und sensor
EP1296886B1 (de) Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches bauelement
EP1289876B1 (de) Mikrostruktur und verfahren zu deren herstellung
WO2006063885A1 (de) Verfahren zum bilden eines grabens in einer mikrostruktur
DE102022210972A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Schichtstruktur mit hohem Aspektverhältnis und mikromechanische Schichtstruktur
DE102009047628B4 (de) Bauelement mit einer mikromechanischen Struktur und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102015218536A1 (de) Sensorflächenreduktion bei mehrschichtigen Inertialsensoren durch Dichtungsring zum Schutz vor Unterätzung der Verdrahtung beim Gasphasenätzen
WO2023041250A1 (de) Mikromechanisches bauelement
DE102019205176A1 (de) Mikromechanische Struktur und Herstellungsverfahren
DE19701843C1 (de) Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Strukturen
DE19812583B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004536871

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003756438

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2006121735

Country of ref document: US

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10527789

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003756438

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10527789

Country of ref document: US

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2003756438

Country of ref document: EP