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DE102004043356A1 - Sensorelement mit getrenchter Kaverne - Google Patents

Sensorelement mit getrenchter Kaverne Download PDF

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DE102004043356A1
DE102004043356A1 DE102004043356A DE102004043356A DE102004043356A1 DE 102004043356 A1 DE102004043356 A1 DE 102004043356A1 DE 102004043356 A DE102004043356 A DE 102004043356A DE 102004043356 A DE102004043356 A DE 102004043356A DE 102004043356 A1 DE102004043356 A1 DE 102004043356A1
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DE
Germany
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cavern
substrate
trench
phase
sensor element
Prior art date
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Ceased
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DE102004043356A
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English (en)
Inventor
Hubert Benzel
Stefan Finkbeiner
Matthias Illing
Frank Schaefer
Simon Armbruster
Gerhard Lammel
Christoph Schelling
Joerg Brasas
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to IT001637A priority patent/ITMI20051637A1/it
Priority to FR0552684A priority patent/FR2874908B1/fr
Priority to JP2005259437A priority patent/JP5221845B2/ja
Priority to US11/223,592 priority patent/US7354786B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
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    • 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
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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein mikromechanisches Sensorelement bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensorelements, welches beispielsweise in einem mikromechanischen Bauelement dazu geeignet ist, eine physikalische Größe zu erfassen. Dabei ist vorgesehen, dass das Sensorelement ein Substrat, ein Zugangsloch und eine vergrabene Kaverne aufweist, wobei wenigstens eines der Zugangslöcher und die Kaverne durch einen Trench- bzw. einen insbesondere isotropen Ätzprozess in dem Substrat erzeugt werden. Der Trenchätzprozess weist dabei unterschiedliche Trenchschritte auf, die in eine erste und eine zweite Phase unterteilt werden können. So wird in der ersten Phase wenigstens ein erster Trenchschritt durchgeführt, bei dem in einer vorgebbaren ersten Zeitdauer Material aus dem Substrat herausgeätzt und eine Vertiefung erzeugt wird. Bei diesem Trenchschritt entsteht an der Wand der Vertiefung eine typische Einbuchtung. Anschließend wird in dieser ersten Phase ein Passivierungsprozess durchgeführt, bei dem die durch den ersten Trenchschritt erzeugte Einbuchtung an den Wänden der Vertiefung mit einem Passivierungsmaterial bedeckt wird. Innerhalb der ersten Phase können der erste Trenchschritt und der erste Passivierungsprozess mehrmals hintereinander abwechselnd ausgeführt werden, so dass an den Wänden der so erzeugten Vertiefung eine typische Riffelung entsteht. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass in der zweiten Phase des ...

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensorelements bzw. ein insbesondere durch ein derartiges Verfahren hergestelltes mikromechanisches Sensorelement nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Zur Erfassung verschiedener physikalischer Größen (Druck, Temperatur, Luftmasse, Beschleunigung, Drehrate) werden insbesondere im Kraftfahrzeugbereich vielfach Bauelemente mit mikromechanischen Sensorelementen verwendet. Typischerweise werden dabei häufig Messelemente auf Membranen verwendet, die oberhalb einer Kaverne angeordnet sind. Zur Herstellung der Membran bzw. der Kaverne ist neben der sog. Oberflächenmikromechnik, bei der Schichtstapel aus Opfer- und Funktionsschichten abgeschieden, strukturiert und selektiv entfernt werden, auch die sog. Bulkmikromechanik bekannt, bei der Strukturen aus massivem Material herausgearbeitet werden. Neuere Methoden verknüpfen die Oberflächen- und die Bulkmikromechanik miteinander.
  • So wird beispielsweise in der WO 02/02458 bzw. DE 100 32 579 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem zur Herstellung eines Hohlraums unter einer Membran unterschiedlich poröse Bereiche in einem Substrat gebildet werden.
  • Aus der DE 100 30 352 A1 ist bekannt, eine Membran oberhalb einer Kaverne mit Stabilisierungselementen zu stützen. Die Erzeugung derartiger Stabilisierungselemente ist beispielsweise durch einen Trenchätzprozess möglich, wie es in den nicht vorveröffentlichten Schriften DE 102004036035 A1 und DE 10358859 A1 beschrieben wird.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung eines Hohlraums in einem Substrat wird in der DE 101 14 036 A1 gezeigt. In dem in dieser Schrift beschriebenen Verfahren wird zunächst eine Öffnung in dem Substrat erzeugt, woran sich eine Temperaturbehandlung des Substrats anschließt. Durch die Wahl der Temperatur und der Zeitdauer dieser Temperung bildet sich in der Tiefe des Substrats unter Schließung der Öffnung ein Hohlraum aus. Durch die Verwendung einer Vielzahl von nebeneinander liegender Öffnungen kann mit diesem Verfahren eine Membran mit darunter liegendem Hohlraum erzeugt werden.
  • In der EP 1 043 770 A1 wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Kavität beschrieben, bei dem zunächst mittels eines ersten Ätzschrittes wenigstens ein Graben in einem Substrat erzeugt wird. Nach einer Passivierung der Wände des Grabens wird im Rahmen eines zweiten anisotropen Ätzschrittes die Kavität gebildet. Eine Vergrößerung der Kavität kann in einem dritten, ebenfalls anisotropen Ätzschritt erfolgen, indem die Wände zwischen mehreren nebeneinander liegenden Gräben entfernt werden.
    •
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt ein mikromechanisches Sensorelement bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensorelements welches beispielsweise in einem mikromechanischen Bauelement dazu geeignet ist, eine physikalische Größe zu erfassen. Dabei ist vorgesehen, dass das Sensorelement ein Substrat, wenigstens ein Zugangsloch und eine vergrabene Kaverne aufweist, wobei wenigstens eines der Zugangslöcher und die Kaverne durch einen Trench- bzw. isotropen Ätzprozess in dem Substrat erzeugt werden. Der Trenchätzprozess weist dabei unterschiedliche Trenchschritte auf, die in eine erste und eine zweite Phase unterteilt werden können. So wird in der ersten Phase wenigstens ein erster Trenchschritt durchgeführt, bei dem in einer vorgebbaren ersten Zeitdauer Material aus dem Substrat herausgeätzt und eine Vertiefung erzeugt wird. Bei diesem Trenchschritt entsteht an der Wand der Vertiefung eine typische Einbuchtung. Anschließend wird in dieser ersten Phase ein Passivierungsprozess durchgeführt, bei dem die durch den ersten Trenchschritt erzeugte Einbuchtung an den Wänden der Vertiefung mit einem Passivierungsmaterial bedeckt werden. Innerhalb der ersten Phase können der erste Trenchschritt und der erste Passivierungsprozess mehrmals hintereinander abwechselnd ausgeführt werden, so dass an den Wänden der so erzeugten Vertiefung eine typische Riffelung entsteht. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass in der zweiten Phase des Trenchätzprozesses die Kaverne durch das mittels der Vertiefung erzeugte wenigstens eine Zugangsloch erzeugt wird, in dem ein zweiter Trenchschritt mit einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer durchgeführt wird, die im Vergleich zur ersten Zeitdauer deutlich länger ist.
  • Der Vorteil bei einem derartigen Herstellungsverfahren einer Kaverne liegt darin, dass kein zusätzlicher zweiter Ätzprozess, beispielsweise durch einen nasschemischen Ätzprozess, erfolgen muss. Somit kann auf einen zusätzlichen Verfahrensaufwand durch Wechseln der Prozessmaterialien verzichtet werden. Durch die Wahl der Wiederholungen der ersten Phase des Trenchätzprozesses kann die Dicke der Stege, die zwischen den Vertiefungen vom Sibstrat stehen bleiben und auf denen in einem weiteren Verfahrensschritt eine weitere Schicht aufgebracht werden kann, in weiten Grenzen gewählt werden. Ebenso ist die Höhe der Kaverne über die Wahl der zweiten Zeitdauer einstellbar. Darüber hinaus kann die Kaverne durch die Anwendung etablierter Prozesse (Trenchätzen) hergestellt werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verfahrensschritte in der ersten Phase mit dem ersten Trenchschritt und dem Passivierungsprozess wenigstens zweimal abwechselnd durchlaufen werden, bevor die zweite Phase mit dem zweiten Trenchschritt gestartet wurd. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der zweite Trenchschritt um ein Vielfaches länger Material aus dem Substrat herauslöst, als der erste Trenchschritt. Optional kann auf die Wände der Vertiefung bzw. des Zugangslochs und/oder auf die Wände der Kavere eine weitere Passivierungsschicht aufgebracht werden.
  • Nach der Erzeugung der Kaverne in dem Substrat kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Schicht auf das Substrat zur Bildung einer Membran aufgebracht wird. Dabei kann in einer besonderen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass diese Schicht als einkristalline Schicht, beispielsweise im Rahmen eines Epitaxieverfahrens aufgebracht wird. Diese Schicht kann zusätzlich dazu verwendet werden, das wenigstens eine Zugangsloch zu verschließen. Optional können die Wände der Vertiefung, des Zugangslochs bzw. der Kaverne vor der eigentlichen Schichtabscheidung von der Passivierungsschicht des Trenchprozesses befreit werden.
  • Vorteilhafterweise wird als Substratmaterial ein Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium verwendet. Durch die Verwendung eines Halbleitermaterials können zur Herstellung des Sensorelements gängige Verfahren der mikromechanischen Bearbeitung und Strukturierung verwendet werden.
  • Zur Durchführung des Trenchätzprozesses wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine Ätzmaske auf das Substrat aufgebracht. Dabei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Ätzmaske die spätere Verteilung der Zugangslöcher durch Löcher in der Ätzmaske auf der Substratoberfläche vorgibt. Die Verteilung der Löcher in der Ätzmaske kann in einer besonderen Ausgestaltung geometrisch bzw. symmetrisch sein, wobei auch zufällige Verteilungen denkbar sind. Bei der Verteilung der Löcher und somit bei der Erzeugung der Zugangslöcher muss jedoch berücksichtigt werden, dass durch die in der zweiten Phase entstehende Unterätzung während des isotropen Ätzprozesses die entstehenden Ausnehmungen unterhalb der Löcher/Zugangslöcher zu einer Kaverne zusammenwachsen sollen. Nur so kann eine vergrabene zusammenhängende Kaverne entstehen. Aus diesem Grund muss die zweite Zeitdauer von dem mittleren Abstand der Löcher in der Ätzmaske bzw. der Verteilung der Zugangslöcher abhängen.
  • In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird nach der Erzeugung der Kaverne das wenigstens ein Zugangsloch von der Vorderseite des Substrats verschlossen. Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt von der Rückseite des Substrats eine Zugangsöffnung bis zur Kaverne erzeugt. Somit kann beispielsweise ein Differenzdrucksensor erzeugt werden.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung können mehrere vergrabene Gitterebenen erzeugt werden, indem der Trenchprozess, bestehend aus der ersten und der zweiten Phase wiederholt wird. Dabei kann diese Wiederholung mehrmals stattfinden.
  • Vorteilhafterweise weist die mit Hilfe des Trenchätzprozess erzeugte Vertiefung ein hohes Aspektverhältnis auf. Weiterhin kann vor dem Aufbringen der vorzugsweise einkristallinen Schicht eine Oxidschicht auf die Kavernenwände aufgebracht werden, um ein Wachstum des Schichtmaterials in der Kaverne zu verhindern.
  • Allgemein soll vorgesehen sein, das erfindungsgemäße Sensorelement vorteilhaft zur Erfassung einer Druckgröße, einer Temperaturgröße, einer Luftmasse, einer Beschleunigung und/oder einer Drehrate zu verwenden. Dazu kann unter Umständen notwendig sein, die beispielsweise durch die vorzugsweise einkristalline Schicht erzeugte Membran zu strukturieren.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren (vergrabene) Kanäle im Halbleitersubstrat herzustellen. Dazu können beispielsweise Kavernen hergestellt werden, die mit einer entsprechenden Schicht verschlossen bzw. abgedeckt werden. Anschließend können an verschiedenen Enden der Kaverne Durchgangslöcher durch die Schicht und unter Umständen auch durch das Substrat oberhalb der Kaverne erzeugt werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
    •
  • Zeichnungen
  • In den 1a bis d ist ein schematischer Prozessfluss zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kaverne dargestellt. Die 2a und b beschreiben eine spezielle Beschichtung, die ein Einwachsen von Material in der Kaverne verhindern soll. Eine weitere Darstellung des Prozessflusses zeigen die 3a bis c aus der Aufsicht. In den 4a und b sind spezielle Ausgestaltungen der Lochgeometrie dargestellt, durch die der Ätzprozess Zugang zum Substrat erhält. Eine Ausgestaltung der Erfindung zur Erzeugung eines Differenzdrucksensors ist in den 5a und b dargestellt. Die Möglichkeit, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zweite Ebene unterhalb einer Membran zu erzeugen, zeigen die 6a und b.
  • Ausführungsbeispiel
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Herstellung eines Sensorelements mit einer Membran und einer Kaverne verdeutlicht, welches vorzugsweise bei einem Drucksensor verwendbar ist. Daneben soll das nachfolgend beschriebene Verfahren jedoch auch zur Herstellung von Sensorelementen von Luftmassensensoren, Temperatursensoren, Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren verwendbar sein. Darüber hinaus ist auch die Erzeugung von Kanälen denkbar, beispielsweise indem eine vergrabene Kaverne mit zwei Durchgangslöchern an unterschiedlichen Stellen der Kaverne erzeugt wird.
  • Zunächst wird auf einem Substrat 100, beispielsweise aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, eine geeignete (Ätz-)Maske 110, z.B. eine SiO2-Schicht, für den nachfolgenden Trenchätzprozess erstellt und strukturiert. Bei der Strukturierung der Maske 110 werden Löcher 145 beispielsweise in regelmäßigen Abständen erzeugt, wobei unterschiedliche Muster, z.B. rechteckig, diagonal, hexagonal, ringförmig oder streifenförmig, denkbar sind. Des Weiteren ist nicht nur die Anordnung der Löcher variabel, sondern auch die Form der einzelnen Löcher. So können die Löcher z.B. rund (siehe u.a. 3a) oder quadratisch (siehe 4b) gestaltet sein. Im nächsten Verfahrensschritt, der in 1b dargestellt ist, wird ein anisotroper Ätzprozess, das Trenchen, durchgeführt (das Trenchen insgesamt, d.h. der Ätzprozess, ist anisotrop gerichtet; der einzelne SF6-Zyklus is isotrop). Zunächst wird ein Zyklenwechsel zwischen Ätzen (z.B. mit SF6) und Passivieren (z.B. mit C4F8) gewählt, der für das Trenchen typisch ist. Dabei entstehen die üblichen Trench- bzw. Zugangslöcher 140 mit hohem Aspektverhältnis und den typischen, geriffelten Seitenwänden 130. Um den Materialabtrag in die Tiefe der Zugangslöcher 140 bei gleichbleibender lateraler Ausdehnung zu ermöglichen, wird auf den Seitenwänden 130 nach jedem Trenchschritt eine entsprechende Passivierungsschicht 120 auf die neu entstandene Riffelung aufgebracht. Abschließend wird ein deutlich längerer Trenchätzschritt durchgeführt, bei dem dieser isotrope (Trocken-)Ätzprozess zur Bildung einer Ausnehmung führt. Während dieses längeren Trenchätzschritts können sich die bis dahin voneinander isolierten Ausnehmungen von mehreren nebeneinander liegenden Zugangslöchern 140 unterhalb eines Gitters 160 zu einer Kaverne 150 verbinden. In einem weiteren Verfahrensschritt kann die Ätzmaske 110 und eventuell auch die Trench-Passivierschicht aus [C4F8]n entfernt werden (siehe 1c). In einem letzten Prozessschritt findet das Aufbringen einer Schicht 170 statt, die die Zugangslöcher 140 verschließt und/oder eine Membran über der Kaverne 155 erzeugt (siehe 1d). Dabei kann in einem besonderen Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass die Zugangslöcher 140 mittels eines Epitaxieverfahrens zunächst mit Silizium zu- bzw. überwachsen werden und anschließend im gleichen Schritt ganzflächig eine monokristalline Si-Membran gebildet wird. Die Dicke der Epitaxieschicht definiert dabei die Dicke der Membran. Besteht das (Halbleiter-)Substrat 100 aus Silizium, so findet durch die hohe Prozess-Temperatur (typischerweise über 1000°C) während dem Wasserstoff-Prebake (Reinigung der Oberfläche, z.B. von Oxid und/oder Organik vor dem eigentlichen Wachstum) und der Epitaxie eine Migration von Si-Atomen an freien Oberflächen statt. Dadurch verrunden die geriffelten Strukturen 130 und es entstehen abgerundete Gitterstege 165, wie in 1d zu erkennen ist.
  • Um ein eventuell vorhandenes Einwachsen von Si während der Epitaxie in die Zugangsöffnungen 140 und die vergrabene Kaverne 150 zu minimieren, können deren Wände, vorzugsweise nach dem vollständigen Ätzvorgang, in einem separaten Prozessschritt mit einer geeigneten Schicht 210, beispielsweise einem Oxid, „ausgekleidet" werden. Typischerweise erfolgt eine derartige Belegung mittels einer thermischen Oxidation, wie sie in 2a dargestellt ist. Bevor anschließend jedoch das Silizium epitaktisch aufgewachsen werden kann, muss die Schutzschicht 200, die auf der Oberfläche des Substrats 100 gebildet wurde, selektiv entfernt werden, z.B. durch physikalisches Ätzen (siehe 2b). Anschließend kann auf der Oberfläche 220 das Silizium einkristallin aufwachsen.
  • Eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrensverlauf aus der Aufsicht ist in den 3a bis c dargestellt. Wie bereits geschildert, wird zunächst auf einem Substrat eine strukturierte Ätzmaske 300 aufgebracht, die im zukünftigen Membranbereich 320 Öffnungen 310 aufweist. Mittels dieser Öffnungen 310 können zunächst Zugangsöffnungen 330 und in einem verlängerten Trenchätzschritt Ausnehmungen 340 unterhalb der Zugangsöffnungen 330 erzeugt werden. Nach Ablösung der Ätzmaske 300 ist aus der Aufsicht das Substrat 350 mit den Zugangslöchern 330 zu erkennen, die zu der vergrabenden Kaverne 360 führen.
  • Eine verbesserte Randeinspannung der Membran an das Substrat kann erreicht werden durch eine lokale Optimierung der Gittergeometrie am Membranrand, z.B. durch:
    • – Weglassen von Gitterlöchern am Membranrand, z.B. jedes zweite Loch 400 in der ersten Reihe (gezeigt in 4a für ein rechteckiges Gitter)
    • – kleinere Löcher am Membranrand, z.B. in der ersten Reihe
    • – breitere Gitterstege am Membranrand
  • Die entsprechenden Geometrien können in der zugehörigen Ätzmaske 110 bzw. 300 berücksichtigt werden.
  • Des Weiteren sind neben einfachen Gitterstrukturen auch Mischformen aus verschiedenen Geometrien denkbar. Als Beispiel ist in 4b ein rechteckiges Gitter 420 mit einem zweiten (ebenfalls rechteckigen) Übergitter 410 gezeigt. Die entsprechenden Geometrien können ebenfalls in der entsprechenden Ätzmaske 110/300 berücksichtigt werden.
  • Das erfindungsgemäße Sensorelement mit der Membran und der Kaverne 155 kann beispielsweise für einen Absolut-Drucksensor verwendet werden, wobei vorgesehen sein kann, dass auf der Membran piezoresistive Widerstände aufgebracht werden. Dazu kann eine Schaltung neben oder auch auf der Membran integriert werden. Für die Herstellung eines Differenzdrucksensors ist eine separate Verbindungsöffnung zur vergrabenen Kaverne 510 notwendig. So lässt sich durch einen weiteren Ätzprozess, bspw. einen Trenchätzprozess, von der Rückseite des Substrats 100 ein entsprechender Zugang 500 schaffen, wobei der Trenchätzprozess automatisch auf dem bereits vorhandenen Oxid 210 an der Kavernenunterseite stoppt (siehe 5a). Wie in 5b gezeigt wird, kann durch einen abschließenden Ätzschritt, z.B. in HF-Dampf, die Oxidschicht 210 selektiv zum Substratmaterial, z.B. Silizium, entfernt werden, wodurch der Zugang endgültig freigestellt wird.
  • Für andere mikromechanische Anwendungen ist auch möglich, die Membran zu strukturieren, um beispielsweise Schwingerstrukturen für Beschleunigungssensoren herzustellen.
  • Als weitere Variante des beschriebenen Verfahrens kann der abschließende isotrope Ätzschritt zur Verbindung der einzelnen Ausnehmungen 150 in der Ätzmaske 110 auch mit alternativen isotropen Ätzmedien durchgeführt werden, z.B. mit Gasen wie XeF2 oder ClF3, oder nasschemisch, z.B. mit einer Mischung aus HNO3 und HF.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 6a bzw. 6b dargestellt, mit der ein vergrabenes Gitter 610 hergestellt werden kann, indem das erfindungsgemäße Verfahren iterativ angewendet wird. Dabei wird nach der Erzeugung der Zugangslöcher 140 und der Kaverne 150 der Trenchätzprozess, der die Zugangslöcher 140 gebildet hat, weitergeführt. Als Resultat dieser Weiterführung des Trenchätzprozesses werden unterhalb der Zugangslöcher 140 tiefere Durchgangslöcher 640 gebildet. Wird der letzte Trenchätzprozess wiederum zeitlich länger als bei der Bildung der Durchgangslöcher durchgeführt, so bilden sich ebenfalls Ausnehmungen, die zu einer tiefer gelegenen Kaverne 650 zusammenwachsen. Grundsätzlich sind mit diesem iterativen Vorgehen weitere vergrabene Ebenen möglich. Insgesamt kann so ein zusammenhängender Bereich 655 mit mehreren einzelnen Kavernen 150 bzw. 650 erzeugt werden.
  • Allgemein kann die zweite Zeitdauer, durch die die Ausnehmungen und auch die spätere Kaverne entstehen, in Abhängigkeit von der Verteilung bzw. dem mittleren Abstand der Zugangslöcher 140 auf der Oberfläche abhängen. Eine entsprechende Abhängigkeit kann selbstverständlich auch für die Löcher 145 in der Ätzmaske, die die Position der Zugangslöcher bestimmen, gefunden werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der dargestellte Trenchprozess (1a bis 1d) auch zur Herstellung von Interdigitalstrukturen verwendet werden, z.B. für einen Beschleunigungssensor. Der sonst übliche Herstellungsprozess aus Opferoxid-Abscheidung, Epipoly-Abscheidung, Trenchen und HF-Dampfätzen wird so ersetzt durch einen einzigen Trenchvorgang.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensorelements, welches wenigstens ein Substrat (100, 350), ein Zugangsloch (140, 330) und eine vergrabene Kaverne (155, 360, 510, 650, 655) aufweist, wobei das wenigstens eine Zugangsloch und die Kaverne durch einen Trench- bzw., insbesondere isotropen, Ätzprozess in dem Substrat erzeugt wird, wobei der Trenchätzprozess – unterschiedliche Trenchschritte und – eine erste Phase und eine zweite Phase aufweist, wobei in der ersten Phase abwechselnd – ein erster Trenchschritt während einer vorgegebenen ersten Zeitdauer und – ein erster Passivierungsprozess durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaverne in der zweiten Phase des Trenchätzprozesses durch das wenigstens eine Zugangsloch erzeugt wird, wobei – in der zweiten Phase ein zweiter Trenchschritt während einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer erfolgt, und – die zweite Zeitdauer länger als die erste Zeitdauer ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase des Trenchätzprozesses wenigstens zwei mal durchlaufen wird, bevor die zweite Phase des Trenchätzprozesses durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trenchschritt – durch einen isotropen Gasphasenätzschritt erfolgt und/oder – um ein Vielfaches länger dauert als der erste Trenchschritt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erzeugung der Kaverne auf dem Substrat eine vorzugsweise einkristalline Schicht (170) aufgebracht wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass – die Schicht – mittels eines Epitaxieverfahrens aufgebracht wird und/oder – das wenigstens eine Zugangsloch verschließt, und/oder – auf die Wände des Zugangslochs und/oder der Kaverne vor der vorzugsweise einkristallinen Schicht (170) eine weitere Passivierungsschicht (120, 210) aufgebracht wird, und/oder – die Wände des Zugangslochs zuvor von der Passivierungsschicht befreit werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Trenchätzprozesses eine Ätzmaske (110, 300) auf das Substrat aufgebracht wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Ätzmaske die Verteilung der Zugangslöcher auf der Substratoberfläche durch Löcher in der Ätzmaske vorgibt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder G, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Zugangslöcher auf der Substratoberfläche angeordnet sind, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die zweite Zeitdauer in Abhängigkeit von der Verteilung der Zugangslöcher auf der Substratoberfläche und/oder die Verteilung der Löcher in der Ätzmaske vorgebbar ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zugangsloch von der Vorderseite des Substrats nach der Erzeugung der Kaverne (510) verschlossen wird und in einem weiteren Verfahrensschritt von der Rückseite des Substrats eine Zugangsöffnung (500) zur Kaverne (510) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Phase des Trenchprozesses erneut eine erste und eine zweite Phase eines weiteren Trenchprozesses durchgeführt wird.
  10. Mikromechanisches Sensorelement, insbesondere nach einem der in den Ansprüchen 1 bis 9 beschriebenen Herstellungsverfahren, welches – ein Substrat (100, 350), – eine vergrabene Kaverne (155, 360, 510, 650, 655) und – eine oberhalb der Kaverne befindliche Membran (170) aufweist, wobei – die Kaverne mittels eines, insbesondere isotropen, Ätzprozesses erzeugt wurde und – sich oberhalb der Kaverne wenigstens ein Zugangsloch (140, 330) mit einem hohen Aspektverhältnis und geriffelten Seitenwänden (130) befindet.
  11. Mikromechanisches Sensorelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaverne mehrere nebeneinander liegende und miteinander verbundene Ausnehmungen (150) aufweist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass – jede Ausnehmung ein Zugangsloch aufweist und/oder – wenigstens ein Zugangsloch verschlossen ist.
  12. Mikromechanisches Sensorelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Seitenwände des wenigstens einen Zugangsloches mit einem Passivierungsmaterial (120) bedeckt sind, und/oder – das Sensorelement eine Druckgröße, eine Luftmasse, eine Temperatur, eine Beschleunigung und/oder eine Drehrate erfasst, und/oder – die Kavernenwände eine Schutz- oder Passivierungsschicht (210), insbesondere eine Oxidschicht, aufweisen, und/oder – das Sensorelement wenigstens zwei wenigstens teilweise übereinander liegende Kavernen (150, 650) aufweist, und/oder – das Sensorelement eine insbesondere epitaktisch gewachsene Membran aufweist.
  13. Mikromechanisches Sensorelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sensorelements eine Druck, eine Temperatur, eine Beschleunigung oder eine Drehrate erfassbar ist.
DE102004043356A 2004-09-08 2004-09-08 Sensorelement mit getrenchter Kaverne Ceased DE102004043356A1 (de)

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