Mikrostrukturierter Sensor und Verfahren zu seiner Herstellung Microstructured sensor and method for its manufacture
Die Erfindung betrifft einen mikrostrukturierten Sensor und ein Verfah¬ ren zu seiner Herstellung.The invention relates to a microstructured sensor and a method for its production.
Derartige mikrostrukturierte Sensoren können insbesondere thermische Sensoren bzw. Temperatursensoren sein. Diese können z. B. Infrarotsenso- ren bzw. spektroskopische Gassensoren sein, bei denen auf einer Membran eine temperatursensitive Messstruktur, z.B. eine Thermopile-Struktur aus kon¬ taktierten Leiterbahnen, und eine diese bedeckende Absorberschicht zur Ab- sorbtion von Infrarot-Strahlung aufgebracht ist. Weiterhin kann ein derartiger Temperatursensor auch als Seitencrashsensor zur Messung einer Tempera- turerhöhung dienen, die bei adiabatischer Kompression eines eingeschlosse¬ nen Gasvolumens in einer Fahrzeugtür auftritt. Neben Temperatursensoren sind weiterhin auch z. B. Drucksensoren oder Massenfluss-Sensoren relevant, bei denen auf einer freitragenden Membran Mess-Strukturen ausgebildet sind.Such microstructured sensors may in particular be thermal sensors or temperature sensors. These can be z. For example, infrared sensors or spectroscopic gas sensors in which a temperature-sensitive measuring structure, e.g. a thermopile structure made of contact printed conductors, and an absorber layer covering this is applied for absorption of infrared radiation. Furthermore, such a temperature sensor can also serve as a side-crash sensor for measuring a temperature increase that occurs in the case of adiabatic compression of a trapped gas volume in a vehicle door. In addition to temperature sensors continue to z. As pressure sensors or mass flow sensors relevant in which are formed on a self-supporting membrane measuring structures.
Die Herstellung der Sensoren in Oberflächenmikromechanik erfolgt in der Regel durch einen Gasphasenätzprozess mittels eines Silizium selektiv ätzenden Gases, z.B. CIF3. Hierbei wird das Ätzgas durch eine auf dem Sub¬ strat ausgebildete perforierte Membranschicht geführt und eine Kaverne unter der Membran geätzt, um eine thermische Entkopplung der Membran gegen- über dem Bulk-Silizium des Substrates zu erreichen.Surface micromechanical sensors are typically fabricated by a gas phase etching process using a silicon selectively etching gas, e.g. ClF3. In this case, the etching gas is passed through a perforated membrane layer formed on the substrate and a cavity is etched under the membrane in order to achieve thermal decoupling of the membrane from the bulk silicon of the substrate.
Beim Ätzen der Kaverne bilden sich im Bodenbereich der Kaverne so¬ wie an deren Seitenflächen Ätzfronten aus, die im Wesentlichen durch die Kristallebenen festgelegt sind. Der Ätzprozess verläuft hierbei weitgehend isotrop. Da insbesondere bei großflächigen Membran mit Flächen > 0,5 mm2 zur vollständigen Unterätzung mehrere Ätzöffnungen erforderlich sind, laufen
verschiedene, von den einzelnen Ätzöffnungen ausgehende Ätzfronten zu¬ sammen. An den Schnittpunkten der Ätzfronten bilden sich entsprechend Spitzen aus, an denen ein bevorzugtes Reißen der dünnen Membranen mög¬ lich ist. Hierdurch wird die Stabilität und Belastbarkeit der Membran beein- trächtigt.During the etching of the cavern, etching fronts are formed in the bottom region of the cavern as well as on their side surfaces, which are defined essentially by the crystal planes. The etching process is largely isotropic. Since several etching openings are required in particular for large-surface membrane with surfaces> 0.5 mm 2 for complete undercut, run different, from the individual etching openings emanating etched fronts zu¬ together. At the intersections of the etched fronts corresponding peaks form, at which a preferred tearing of the thin membranes is possible. As a result, the stability and resilience of the membrane is impaired.
Der erfindungsgemäße Sensor und das erfindungsgemäße Verfahren zu seiner Herstellung weisen demgegenüber mehrere Vorteile auf:In contrast, the sensor according to the invention and the method according to the invention for its production have several advantages:
Durch geeignete Maßnahmen sowohl im Aufbau als auch in der Pro¬ zessführung wird die Membrankante, in der die freitragende Membran lateral angebunden ist, von den unregelmäßigen Ätzflanken der Ätzflächen entkop¬ pelt, so dass die Membranstabilität verbessert ist.By means of suitable measures both in construction and in the process guidance, the membrane edge in which the self-supporting membrane is connected laterally is decoupled from the irregular etching flanks of the etching surfaces, so that the membrane stability is improved.
Die Entkopplung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Gemäß ei¬ ner ersten Ausführungsform der Erfindung wird durch zwischenzeitige Ausbil¬ dung einer Opferschicht auf dem Substrat und unterhalb der Membranschicht eine laterale Entkopplung der* Membrankante und der Oberkante der geätzten Seitenwand der Kaverne erreicht. Die z.B. aus SiO2 bestehende Opferschicht wird nach dem Prozessschritt des Kavernenätzens in einem zusätzlichen Pro¬ zessschritt durch Zuführen eines das Silizium des Substrates nicht ätzenden Ätzgases, z.B. HF, entfernt.The decoupling can be done in different ways. According to a first embodiment of the invention, by temporarily forming a sacrificial layer on the substrate and below the membrane layer, a lateral decoupling of the membrane edge and the upper edge of the etched side wall of the cavern is achieved. The e.g. SiO2 sacrificial layer is after the cavern etching process step in an additional process step by supplying an etching gas not etching the silicon of the substrate, e.g. HF, removed.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Seiten- wand der Kaverne durch eine vorher ausgebildete, sich vertikal in das Su b- strat erstreckende Ringschicht gebildet, so dass die Membrankante zwischen dieser Ringschicht und einer unteren Membranschicht ausgebildet wird. Die Ringschicht wird hierbei beim Ätzprozess von dem Ätzgas nicht angegriffen, so dass im Bereich der Membrankante keine Ätzfronten ausgebildet sind. Zur Ausbildung der Ringschicht wird zunächst ein ringförmiger Graben bzw. Ring¬ graben in dem Substrat ausgebildet, der nachfolgend mit einer diesen füllen¬ den Füllschicht gefüllt wird, wobei die Füllschicht weiterhin die Substratober-
fläche zwischen der Ringschicht bedeckt. Dieser Bereich der Füllschicht kann nachfolgend als untere Membranschicht verwendet oder entfernt werden, um andere Membranschichten auszubilden. Die Kaverne unterhalb der Membran kann vollständig von der Ringschicht erfasst sein oder diese unterätzen, in- dem der Ätzprozess später gestoppt wird. Die Ätzöffnungen bzw. Durchgänge in der Membran können durch nachfolgendes Aufbringen einer Abdeckschicht gefüllt werden, wenn dies bei dem betreffenden Sensor gewünscht ist. Erfin¬ dungsgemäß können grundsätzlich beliebige mikromechanische Sensoren mit einer Membran, z. B. Temperatursensoren, insbesondere Infrarot-Sensoren bzw. spektroskopische Gassensoren oder Seitencrashsensoren, weiterhin auch Drucksensoren oder Massenflusssensoren hergestellt werden.According to a further embodiment of the invention, the sidewall of the cavern is formed by a previously formed ring layer extending vertically into the substrate, so that the membrane edge is formed between this ring layer and a lower membrane layer. The ring layer is not attacked by the etching gas during the etching process, so that no etching fronts are formed in the region of the membrane edge. In order to form the annular layer, an annular trench or ring trench is first formed in the substrate, which is subsequently filled with a filling layer filling the same, wherein the filling layer furthermore keeps the substrate upper surface. surface covered between the ring layer. This region of the fill layer may subsequently be used as the lower membrane layer or removed to form other membrane layers. The cavern below the membrane can be completely covered by the ring layer or undercut it by stopping the etching process later. The etching openings or passages in the membrane can be filled by subsequent application of a cover layer, if this is desired in the relevant sensor. In accordance with the invention, basically any desired micromechanical sensors can be provided with a membrane, eg. As temperature sensors, in particular infrared sensors or spectroscopic gas sensors or side impact sensors, pressure sensors or mass flow sensors continue to be produced.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnun¬ gen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the accompanying Zeichnun¬ gene on some embodiments. Show it:
Fig. 1 bis 6 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren eines erfin¬ dungsgemäßen Sensors gemäß einer Ausführungsform:1 to 6 an inventive manufacturing method of a sensor according to the invention according to one embodiment:
Fig. 1 einen ersten Prozessschritt nach Aufbringen einer Opfer- schicht auf einem Substrat;1 shows a first process step after application of a sacrificial layer on a substrate;
Fig. 2 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Ausbildung der Membranschicht;FIG. 2 shows a subsequent process step after formation of the membrane layer; FIG.
Fig. 3 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Aufbringen einer3 shows a subsequent process step after applying a
Lackschicht und photolithographischer Strukturierung;Lacquer coating and photolithographic structuring;
Fig.4 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Unterätzung der4 shows a subsequent process step after undercut the
Membran;Membrane;
Fig. 5 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Entfernung der Opferschicht;
Fig. 6 einen durch Verschließen der Membran hergestellten erfin¬ dungsgemäßen Sensor gemäß dieser Ausführungsform;5 shows a subsequent process step after removal of the sacrificial layer; FIG. 6 shows a sensor according to the invention produced by closing the membrane according to this embodiment; FIG.
Fig. 7 bis 13 beschreiben ein Herstellungsverfahren für einen Sensor gemäß einer weiteren Ausführungsformen mit einem Ring¬ graben:FIGS. 7 to 13 describe a manufacturing method for a sensor according to a further embodiment with a ring trench:
Fig. 7 einen ersten Prozessschritt der Ausbildung einer ringförmi- gen Ätzgrube im Substrat;FIG. 7 shows a first process step of forming an annular etching pit in the substrate; FIG.
Fig. 8 einen nachfolgenden Prozessschritt des Aufbringens einer Füllschicht;8 shows a subsequent process step of applying a filling layer;
Fig. 9 einen nachfolgenden Prozessschritt gemäß einer Alternati¬ ve unter Entfernung der Füllschicht an der Oberfläche in¬ nerhalb des Ringgrabens;9 a subsequent process step according to an alternative with removal of the filling layer on the surface within the ring trench;
Fig. 10 einen auf Fig. 8 folgenden, alternativ zu Fig. 9 vorgesehe- nen Prozessschrift des Aufbringens von Sensorstrukturen auf der Füllschicht;FIG. 10 shows a process document, which is provided as an alternative to FIG. 9 and follows FIG. 8, of the application of sensor structures on the filling layer;
Fig. 11 einen auf Fig. 10 folgenden Prozessschritt der Perforation des Schichtsystems oberhalb des Substrates;FIG. 11 shows a process step following the perforation of the layer system above the substrate following FIG. 10; FIG.
Fig. 12 einen nachfolgenden Prozessschritt des Unterätzens der Membran innerhalb des Ringgrabens;FIG. 12 shows a subsequent process step of undercutting the membrane within the ring trench; FIG.
Fig. 13 einen optional auf Fig. 12 folgenden Zustand bei Fortfüh- rung des Ätzprozesses.
Auf einem Substrat 1 aus Silizium wird eine Opferschicht 2 aus z.B. SiO2 mittels z.B. CVD abgeschieden und (in Draufsicht) ringförmig struktu¬ riert. Die ringförmig strukturierte Opferschicht 2 weist hierbei vorteilhafterweise die Form und ungefähren Ausmaße der späteren Membran auf. Die Ätzflan- ken 2a bzw. Kanten der ringförmigen Opferschicht 2 sind vorzugsweise flach ausgestaltet, da sich die auszubildende Membran über diese Kanten erstre¬ cken wird. Die ringförmige Opferschicht 2 kann auch in einem LOCOS (Local Oxidation of Silicon) - Prozess erzeugt werden, der ein Vogelschnabelprofil erzeugt, das entsprechend sehr flachen Flanken aufweist. Die Dicke der Op- ferschicht 2 ist vorzugsweise dünn, z.B. im Bereich von 100 nm, sie kann je¬ doch auch bis mehrere μm dick aufgeführt sein, insbesondere bei Verwen¬ dung eines LOCOS-Verfahrens.FIG. 13 shows a state optionally following FIG. 12 on continuation of the etching process. On a substrate 1 made of silicon, a sacrificial layer 2 of, for example, SiO 2 is deposited by means of, for example, CVD and structurally structured (in plan view). The annularly structured sacrificial layer 2 in this case advantageously has the shape and approximate dimensions of the later membrane. The etching flanks 2a or edges of the annular sacrificial layer 2 are preferably made flat, since the membrane to be formed will extend over these edges. The annular sacrificial layer 2 may also be produced in a Local Oxidation of Silicon (LOCOS) process that produces a bird's beak profile correspondingly having very shallow flanks. The thickness of the sacrificial layer 2 is preferably thin, for example in the range of 100 nm, but may also be listed up to several μm thick, in particular when a LOCOS method is used.
Aus dem Substrat 1 und der Opferschicht 2 wird gemäß Fig. 2 eine Sensorschicht 3 mit sensitiven Strukturen erzeugt. Sie kann insbesondere aus Si3N4 oder auch SiO2 ausgebildet sein; sie ist aus einem von dem Material der Opferschicht 2 unterschiedlichen Material gefertigtFrom the substrate 1 and the sacrificial layer 2, a sensor layer 3 with sensitive structures is produced as shown in FIG. It may be formed in particular of Si3N4 or SiO2; it is made of a material different from the material of the sacrificial layer 2
Die Sensorschicht 3 wird nachfolgend gemäß Fig. 3 sowohl in dem Be- reich auf der Opferschicht 2 als auch auf dem Substrat 1 photolithographisch strukturiert. Hierbei wird eine Lackschicht 4 aufgetragen und durch bekannte photolithographische Strukturierung Öffnungen 5 ausgebildet, die sich durch die Lackschicht 4 und die Sensorschicht 3 sowohl zu der Opferschicht 2 als auch zu dem Substrat 1 erstrecken.The sensor layer 3 is subsequently photolithographically patterned according to FIG. 3 both in the region on the sacrificial layer 2 and on the substrate 1. Here, a lacquer layer 4 is applied and openings 5 are formed by known photolithographic structuring, which extend through the lacquer layer 4 and the sensor layer 3 both to the sacrificial layer 2 and to the substrate 1.
Nachfolgend wird die Sensorschicht 3 standardmäßig mit einem Silizi¬ um selektiv ätzenden Ätzgas, z.B. CIF3 oder XeF2, unterätzt, indem das Ätz¬ gas durch die Öffnungen 5 zugeführt wird. Die aus SiO2 oder einem anderen gegen das Ätzgas resistenten Material, z.B. Si3N4, hergestellte Opferschicht 2 wird bei dem Si selektiv ätzenden Ätzprozess nicht angegriffen.
Im nächsten Schritt wird gemäß Fig. 5 die ringförmige Opferschicht 2 entfernt. Hierzu kann z.B. durch die Öffnungen 5 ein das Material der Opfer¬ schicht 2 ätzendes Ätzgas, z.B. HF, zugeführt, das das Material der Sensor¬ schicht 3 nicht wesentlich ätzt. Durch diese HF-Dampf-Ätzung wird anstelle der früheren Opferschicht 2 ein ringförmiger lateraler Einschnitt 9 über der Oberkante 10a der Seitenwände 10 der Kaverne 6 ausgebildet.Subsequently, the sensor layer 3 is undercut with a silicon etching medium, such as CIF 3 or XeF 2, by etching, by supplying the etching gas through the openings 5. The sacrificial layer 2 made of SiO.sub.2 or another material resistant to the etching gas, eg Si.sub.3N.sub.4, is not attacked in the case of the selectively etch-free etching process. In the next step, according to FIG. 5, the annular sacrificial layer 2 is removed. For this purpose, for example, an etching gas, eg HF, which etches the material of the sacrificial layer 2 through the openings 5, does not substantially etch the material of the sensor layer 3. By means of this HF vapor etching, instead of the earlier sacrificial layer 2, an annular lateral recess 9 is formed above the upper edge 10a of the side walls 10 of the cavity 6.
Es wird somit eine durch die Kaverne unterätzte freitragende Membran 7 ausgebildet, die an dem Substrat 1 in einer Membrankante 11 angebunden ist, die in lateraler Richtung außerhalb der Oberkante 10a der Seitenwand 10 liegt. Gemäß Fig. 5 grenzt die Seitenwand 10 somit nicht mehr direkt an die durch die Kaverne 6 freigelegte Membran 7.Thus, a self-supporting membrane 7 undercut by the cavern is formed, which is connected to the substrate 1 in a membrane edge 11, which lies in the lateral direction outside the upper edge 10a of the side wall 10. According to FIG. 5, the side wall 10 thus no longer directly adjoins the membrane 7 exposed by the cavity 6.
Die Seitenwände 10 sowie der Boden der Kaverne 6 bilden die Ätzfront beim Ätzen der Kaverne 6 in dem Substrat 1. Die Membrankante 11 , die den Übergang von dem Substrat 1 zu der Membran 7 darstellt, liegt erfindungs- gemäß in dem lateralen Einschnitt 9, der dementsprechend nicht Teil der Ätz- front ist.The side walls 10 and the bottom of the cavity 6 form the etching front during the etching of the cavity 6 in the substrate 1. The diaphragm edge 11, which represents the transition from the substrate 1 to the diaphragm 7, lies in the lateral recess 9 according to the invention Accordingly, it is not part of the etch front.
Gemäß Fig. 6 kann nachfolgend die Lackschicht 4 entfernt und eine dieAccording to FIG. 6, the lacquer layer 4 can subsequently be removed and a die
Öffnungen 5 verschließende Abdeckschicht 12 aufgebracht werden, wenn ein Sensor 14 mit geschlossenen Öffnungen ausgebildet werden soll.Openings 5 closing cover layer 12 are applied when a sensor 14 is to be formed with closed openings.
Während bei der ersten Ausführungsform der Fig. 1 bis 6 in dem obe- ren Wandbereich der Kaverne ein ringförmiger lateraler Einschnitt bzw. eine lateral zurückgezogene Membrankante ausgebildet ist, um eine Rissbildung von der Ätzfront her in die Membran zu vermeiden, so wird dies bei der in den Fig. 7 bis 13 gezeigten Ausführungsform durch Ausbildung einer sich vertikal von der Oberseite nach unten erstreckenden Ringwand bzw. ringförmigen Wandschicht in der Kaverne erreicht. Gemäß Fig. 7 wird in dem Substrat 1 zunächst die laterale Einfassung der späteren Ätzgrube definiert, indem um deren Bereich herum ringförmig Silizium aus dem Substrat 1 entfernt wird.
Somit wird in dem Substrat 1 ein Ringgraben 20 ausgebildet, der vorzugswei¬ se sehr schmal ist mit einer Ringdicke von z.B. 0,1 bis 10 μm, um ihn später wieder vollständig ausfüllen zu können. Die Tiefe des Ringgrabens 20 wird durch die spätere Tiefe der Kaverne bestimmt.Whereas in the first embodiment of FIGS. 1 to 6, an annular lateral incision or a laterally retracted membrane edge is formed in the upper wall region of the cavern in order to prevent cracking from the etching front into the membrane, this becomes apparent in the prior art 7 to 13 achieved by formation of a vertically extending from the top down ring wall or annular wall layer in the cavern. According to FIG. 7, the lateral enclosure of the later etching pit is first defined in the substrate 1 by removing silicon from the substrate 1 annularly around its area. Thus, an annular trench 20 is formed in the substrate 1, which is preferably very narrow with a ring thickness of, for example, 0.1 to 10 .mu.m in order to be able to completely fill it again later. The depth of the ring trench 20 is determined by the future depth of the cavern.
Der Ringgraben 20 wird gemäß Fig. 8 nachfolgend mit einem Material aufgefüllt, das gegen das später verwendete Ätzmedium zur Ätzung der Ka¬ verne resistent ist, z.B. SiO2 oder Si3N4. Hierbei kommt vorzugsweise ein CVD-Verfahren mit guter Kantenbedeckung zum Einsatz, um ein Verstöpseln des Grabens zu verhindern, bevor dieser vollständig aufgefüllt ist. Gemäß Fig. 8 wird somit eine Füllschicht 22 aufgetragen, die innerhalb des Ringgrabens 20 eine Ringschicht 22a, innerhalb des Ringgrabens 20 auf der Oberfläche 1a des Substrates 1 eine lateral innere Oberflächenschicht 22b und lateral au¬ ßerhalb des Ringgrabens 20 eine lateral äußere Oberflächenschicht 22c auf- weist.According to FIG. 8, the ring trench 20 is subsequently filled with a material which is resistant to the etch medium used later for etching the grains, e.g. SiO2 or Si3N4. In this case, preferably a CVD method with good edge coverage is used to prevent plugging of the trench before it is completely filled. According to FIG. 8, a filling layer 22 is thus applied which has a ring layer 22a within the ring trench 20, a laterally inner surface layer 22b within the ring trench 20 on the surface 1a of the substrate 1, and a laterally outer surface layer 22c laterally outside the ring trench 20 - points.
Zur weiteren Ausbildung kann die lateral innere Oberflächensicht 22b in die Ausbildung der Membran mit einbezogen oder entfernt werden. Fig. 9 zeigt zunächst die Alternative, bei der die lateral innere Oberflächenschicht 22b innerhalb der Ringschicht 22a durch entsprechende Strukturierung, z.B. mittels Ätzens mit HF, entfernt wird. Somit können nachfolgend Sensorschich¬ ten auf der Substratoberfläche 1a aufgebracht werden. Alternativ hierzu wer¬ den gemäß Fig. 10 zur Ausbildung der Sensorstrukturen eine Sensorschicht 24 oder auch mehrere Sensorschichten 24 direkt auf der lateral inneren Ober- flächenschicht 22b aufgebracht.For further formation, the laterally inner surface view 22b may be included or removed in the formation of the membrane. Fig. 9 first shows the alternative in which the laterally inner surface layer 22b within the ring layer 22a is formed by appropriate structuring, e.g. by etching with HF, is removed. Thus, sensor layers can subsequently be applied to the substrate surface 1a. Alternatively, according to FIG. 10, one sensor layer 24 or even a plurality of sensor layers 24 are applied directly to the laterally inner surface layer 22b to form the sensor structures.
Nachfolgend werden die Schicht 24, 22 b in dem Bereich, in dem spä¬ ter die Ätzgrube entstehen soll, gemäß Fig. 11 perforiert unter Ausbildung von zu dem Substrat 1 verlaufenden Öffnungen 25.Subsequently, the layer 24, 22 b in the region in which the etching pit is to be created later, is perforated as shown in FIG. 11 with the formation of openings 25 extending to the substrate 1.
Nachfolgend wird die aus der Oberflächensicht 22b und der Sensor¬ schicht 24 gebildete Membran 26 unterätzt, indem durch die Öffnungen 25
das Ätzgas, z.B. CIF3 oder XeF2, zugeführt wird. Die Unterätzung kann in unterschiedlichen Umfang erfolgen. Gemäß der in Fig. 12 gezeigten Ausfüh¬ rungsform wird eine Kaverne 29 innerhalb der Ringschicht 22a geätzt, so dass die Ringschicht 22a die Kaverne 29 vollständig einschließt bzw. deren Sei- tenwandung bildet. Bei dieser Ausführungsform des Sensors 32 liegt somit der Boden 28 der Kaverne 29 oberhalb oder auf gleicher Höhe wie das untere Ende der Ringschicht 22a.Subsequently, the membrane 26 formed from the surface view 22b and the sensor layer 24 is undercut by passing through the openings 25 the etching gas, eg CIF3 or XeF2, is supplied. The undercut can be made to varying degrees. According to the embodiment shown in FIG. 12, a cavity 29 is etched within the ring layer 22a, so that the ring layer 22a completely encloses the cavity 29 or forms its sidewall. In this embodiment of the sensor 32 thus the bottom 28 of the cavity 29 is above or at the same height as the lower end of the ring layer 22a.
Alternativ hierzu kann der Ätzprozess über die Ätzung der Kaverne 29 hinaus fortgeführt werden, so dass gemäß Fig. 13 die Kaverne 30 sich über die Tiefe der Ringschicht 22a hinaus erstreckt und die Ringschicht 22 a unter¬ ätzt wird. Im weiteren Verlauf der Ätzung arbeitet sich die Kaverne 30 auf¬ grund ihrer weitgehenden Isotropie in gleicher Weise nach unten wie auch wieder Richtung Oberfläche des Substrates 1 weiter. Die Ätzung wird daher spätestens kurz vor Erreichen der Substratoberfläche gestoppt. Damit ergibt sich eine maximale Ätztiefe der Kaverne 30 von etwa dem Doppelten der Tie¬ fe des Ringgrabens 20 bzw. der Ringschicht 22a. Bei der Variante des Sen¬ sors 33 der Fig. 13 entstehen somit freistehende Säulen der Ringschicht 22a, die in Abhängigkeit von der Ätztiefe mehr oder weniger stark an das umge- bende Bulk-Silizium des Substrates 1 angebunden sind.As an alternative to this, the etching process can be continued beyond the etching of the cavity 29 so that, as shown in FIG. 13, the cavity 30 extends beyond the depth of the ring layer 22a and the ring layer 22a is undercut. In the course of the etching, the cavity 30 works on the basis of its extensive isotropy in the same way down as well as again toward the surface of the substrate 1 on. The etching is therefore stopped at the latest shortly before reaching the substrate surface. This results in a maximum etching depth of the cavity 30 of approximately twice the depth of the ring trench 20 or the ring layer 22a. In the variant of the sensor 33 of FIG. 13, freestanding columns of the ring layer 22a thus arise which, depending on the etching depth, are more or less strongly connected to the surrounding bulk silicon of the substrate 1.
Die Membrankante 27 wird bei den Ausführungsformen der Fig. 9 und 10 somit zwischen der Ringschicht 22a und der unteren Membranschicht 22b oder - falls die untere Membranschicht 22b gemäß Fig. 9 entfernt wird - zwi- sehen der der Ringschicht 22a und einer nachfolgend aufgetragenen Memb¬ ranschicht ausgebildet. Nachfolgend kann auf die in Fig. 12 und 13 gezeigten Bauelemente wiederum eine Abdeckschicht aufgetragen werden, oder die Membran 26 mit den Öffnungen 25 belassen werden.In the embodiments of FIGS. 9 and 10, the diaphragm edge 27 is thus between the ring layer 22a and the lower membrane layer 22b or, if the lower membrane layer 22b according to FIG. 9 is removed, between the ring layer 22a and a subsequently applied membrane formed ranband. Subsequently, a cover layer can again be applied to the components shown in FIGS. 12 and 13, or the membrane 26 can be left with the openings 25.
Bei allen gezeigten Ausführungsformen kann zur Ausbildung eines Inf¬ rarotsensors bzw. spektroskopischen Gassensors vor dem Ätzen der Kaverne z.B. eine Thermopile-Struktur aus miteinander kontaktierten Leiterbahnen aus
unterschiedlichen Materialien mit verschiedenen Seeback-Koeffizienten auf¬ gebracht und nachfolgend eine Absorberschicht aus z.B. einem Metalloxid zur Absorbtion von Infrarotstrahlung aufgebracht werden. Zur Ausbildung eines Temperatursensors kann weiterhin auch eine Bolometer-Struktur mit einem der Strahlung ausgesetzten Strukturelement ausgebildet werden, dessen Wi¬ derstand sich in Abhängigkeit von seiner Temperatur und somit der absorbier¬ ten Strahlung ändert. Zur Ausbildung eines Drucksensors können eine Ab¬ decksicht und z.B. ein piezoresistiver Widerstand aufgebracht und kontaktiert werden.In all embodiments shown, to form an infrared sensor or spectroscopic gas sensor prior to the etching of the cavern, for example, a thermopile structure can be made up of conductor tracks which are contacted with one another different materials with different Seeback coefficients auf¬ brought and subsequently applied an absorber layer of, for example, a metal oxide for the absorption of infrared radiation. To form a temperature sensor, furthermore, a bolometer structure with a structural element exposed to the radiation can be formed, the resistance of which changes as a function of its temperature and thus of the absorbed radiation. To form a pressure sensor, a cover cover and, for example, a piezoresistive resistor can be applied and contacted.
Bei beiden Ausführungsformen der Fig. 12 und 13 werden nun die Ränder der Ätzgrube bzw. Kaverne 29, 30 nicht mehr durch die isotrope CIF3- Ätzung mit ihrer Spitzenbildung bestimmt, sondern durch die Geometrie der Ringschicht 22a bzw. des vorher ausgebildeten Ringgrabens 20. Somit lassen sich Membrangeometrien in weitgehend beliebiger und sehr genauer Ausfüh¬ rung auch mit isotropen Ätzprozessen herstellen.
In both embodiments of FIGS. 12 and 13, the edges of the etching pit or cavern 29, 30 are no longer determined by the isotropic CIF3 etching with their peak formation, but by the geometry of the ring layer 22a or the previously formed ring trench 20. Thus Membrane geometries can be produced in largely arbitrary and very precise embodiments, even with isotropic etching processes.