DE10065013A1

DE10065013A1 - Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10065013A1
Application number: DE10065013A
Authority: DE
Inventors: Frank Fischer; Lars Metzger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2000-12-23
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2020-12-24
Also published as: US20020096727A1; FR2818627B1; JP4603740B2; ITMI20012762A1; FR2818627A1; DE10065013B4; JP2002301695A; US6686638B2

Abstract

Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauelement, insbesondere einen Beschleunigungs- oder Drehratensensor, mit oberhalb eines Substrates (1) beweglich aufgehängten Funktionskomponenten, mit einem Substrat (1); einer oberhalb des Substrates (1) vorgesehenen ersten Isolationsschicht (6); einer oberhalb der ersten Isolationsschicht (6) vorgesehenen ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) mit Leiterbahnbereichen (4); einer oberhalb der Leiterbahnbereiche (4) und oberhalb der ersten Isolationsschicht (2) vorgesehenen zweiten Isolationsschicht (6); einer oberhalb der zweiten Isolationsschicht (2) vorgesehenen dritten Isolationsschicht (9); einer oberhalb der dritten Isolationsschicht (9) vorgesehenen zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13) mit ersten und zweiten Gräben (17, 18), wobei die ersten Gräben (17) bis zur dritten Isolationsschicht (9) oberhalb der Leiterbahnbereiche (4) und die zweiten Gräben (18) bis zu einem Hohlraum (26) unterhalb der beweglich aufgehängten Funktionskomponenten (25) in der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13) reichen. Die Erfindung schafft auch ein entsprechendes Herstellungsverfahren.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement, insbesondere einen Beschleunigungs- oder Dreh ratensensor, mit oberhalb eines Substrates beweglich aufge hängten Funktionskomponenten sowie ein entsprechendes Her stellungsverfahren.

Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwend bar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrun deliegende Problematik in bezug auf einen in der Technolo gie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbaren mi kromechanischen Beschleunigungssensor erläutert.

Beschleunigungssensoren, und insbesondere mikromechanische Beschleunigungssensoren in der Technologie der Oberflächen- bzw. Volumenmikromechanik, gewinnen immer größere Marktseg mente im Kraftfahrzeugausstattungsbereich und ersetzen in zunehmendem Maße die bisher üblichen piezoelektrischen Be schleunigungssensoren.

Die bekannten mikromechanischen Beschleunigungssensoren funktionieren üblicherweise derart, daß die federnd gela gerte seismische Masseneinrichtung, welche durch eine ex terne Beschleunigung in mindestens eine Richtung auslenkbar ist, bei Auslenkung eine Kapazitätsänderung an einer damit verbundenen Differentialkondensatoreinrichtung bewirkt, die ein Maß für die Beschleunigung ist.

In der DE 195 37 614 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von oberflächenmikromechanischen Sensoren beschrieben.

Dabei wird zunächst auf einem Siliziumsubstrat eine erste Isolationsschicht aus thermischem Oxid (ca. 2,5 µm dick) abgeschieden. Auf diese Isolationsschicht wird eine dünne (ca. 0,5 µm dicke) Polysiliziumschicht abgeschieden. Diese wird nachfolgend aus der Gasphase (POCl₃) dotiert und über einen fotolithografischen Prozess strukturiert. Diese zu vergrabene leitende Polysiliziumschicht ist so in einzelne gegeneinander isolierte Bereiche unterteilt, die als Lei terbahnen oder vertikal liegende Flächenelektroden dienen.

Über die bisher aufgebrachten Schichten wird eine zweite Isolationsschicht abgeschieden. Diese besteht aus Oxid, das aus der Gasphase erzeugt wird. In einem fotolithografischen Prozess erfolgt eine Strukturierung der oberen Isolations schicht. Dadurch werden Kontaktlöcher in die obere Isola tionsschicht eingebracht, durch die die darunterliegende leitende Polysiliziumschicht kontaktiert werden kann.

Anschließend wird eine dünne Polysiliziumschicht, die als Keim für eine nachfolgende Siliziumabscheidung dient, auf gebracht. In einem weiteren Prozessschritt erfolgt dann die Abscheidung, Planarisierung und Dotierung einer dicken po lykristallinen Siliziumschicht. Diese Abscheidung erfolgt in einem Epitaxiereaktor. Auf die dicke Siliziumschicht wird dann eine strukturierte Metallschicht aufgebracht.

In einem weiteren fotolithografischen Prozess erfolgt die Strukturierung der dicken Siliziumschicht. Dazu wird auf der Oberseite der Schicht eine Fotomaske aufgebracht, die auch einen Schutz der Metallschicht in der nachfolgenden Ätzung bewirkt. Durch Öffnungen der Fotolackmaske hindurch erfolgt anschließend eine Plasmaätzung der dicken Silizium schicht nach dem in der DE 42 41 045 offenbarten Verfahren, wobei in der dicken Siliziumschicht Gräben mit hohem Aspektverhältnis eingebracht werden. Die Gräben erstrecken sich von der Oberseite der dicken Siliziumschicht bis zur zweiten Isolationsschicht. Die Schicht wird so in einzelne Bereiche unterteilt, die gegeneinander isoliert sind, so fern sie nicht über die vergrabene Leitschicht miteinander verbunden sind.

Durch die Gräben hindurch erfolgt dann die Entfernung der beiden Opferschichten im Bereich der frei beweglichen Strukturen des Sensors. Das Entfernen der Oxidschichten er folgt durch ein Dampfätzverfahren mit flusssäurehaltigen Medien nach dem in der DE 43 17 274 bzw. DE 19 70 445 of fenbarten Verfahren.

Die Opferschichtentfernung mittels des Flusssäuredampfätz verfahrens hat jedoch einige gravierende Nachteile. Mit diesem Ätzverfahren ist eine definierte Unterätzung nur schwer möglich, d. h. das Oxid wird nicht nur unter den funktionalen bzw. den frei beweglichen Sensorstrukturen entfernt, sondern auch über und unter den vergrabenen Poly silizium-Leiterbahnen. Dadurch werden sehr breite Leiter bahnen benötigt, da man die laterale Unterätzung vorhalten muss. Aufgrund der Unterätzung können keine Leiterbahnen unterhalb der funktionalen Struktur geführt werden. Ein weiterer Nachteil ist die Korrosion der Metallschicht durch die dampfförmige Flusssäure.

Ist der Wasseranteil in der Gasphase zu hoch, kann es zu Sticking-Problemen kommen, d. h. die frei beweglichen Sen sorelemente kleben am Substrat fest. Aufgrund der begrenz ten Oxiddicke (bedingt durch das Abscheideverfahren) der Isolationsschichten ist auch der Abstand zwischen der funk tionalen Struktur und dem Substrat begrenzt.

Da das Flusssäuredampfätzverfahren nicht mit den Materia lien der CMOS-Technologie kompatibel ist, kann keine Inte gration des Sensorelementes und der Auswerteschaltung er folgen.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das entsprechende Herstel lungsverfahren nach Anspruch 7 weisen den Vorteil auf, daß sowohl die vergrabenen Leiterbahnen als auch die Opfer schicht unter den frei beweglichen Strukturen aus derselben Schicht bestehen. Es werden also weniger Schichten und fo tolithografische Prozesse benötigt.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be steht darin, einen Schichtaufbau und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Bauelemen ten, z. B. Beschleunigungssensoren, mit lateraler Empfind lichkeit bereitzustellen, bei dem die Opferschichtbereiche aus demselben Material wie die vergrabenen Leiterbahnberei che, z. B. Polysilizium, bestehen. Bei diesem Verfahren wird eine definierte Ätzung der Polysilizium-Opferschichtberei che erzielt, wodurch eine Unterätzung der vergrabenen Lei terbahnbereiche vermieden wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die einfache Her stellung eines Sensorelements, wobei nur Verfahrensschritte verwendet werden, die aus der Halbleitertechnik gut bekannt sind. Weiterhin sind beim erfindungsgemäßen Verfahren nur wenig Schichten und Fotolithografieschritte erforderlich.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die erste mikro mechanische Funktionsschicht und die zweite mikromechani sche Funktionsschicht Polysiliziumschichten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die er ste bis vierte Isolationsschicht Oxidschichten.

Beim Entfernen der Opferschicht können, wenn die erste mi kromechanische Funktionsschicht aus Polysilizium besteht und die Isolationsschichten Oxidschichten sind, Ätzmedien die auf Fluorverbindungen basieren (z. B. XeF₂, ClF₃, BrF_{3
.} . . .) verwendet werden. Die Ätzmedien haben eine sehr hohe Selektivität gegenüber Siliziumdioxid, Aluminium und Foto lack. Aufgrund dieser hohen Selektivität können die Polysi lizium-Leiterbahnbereiche, die im Gegensatz zu den Polysi lizium-Opferschichtbereichen nicht geätzt werden sollen, mit Siliziumdioxid ummantelt werden. Dadurch wird eine Ät zung bzw. Unterätzung der Polysilizium-Leiterbahnbereiche vermieden.

Dies ermöglicht auch eine Leiterbahnführung unterhalb der frei beweglichen Strukturen. Da die vergrabenen Polysilizi um-Leiterbahnbereiche nicht mehr unterätzt werden, können sie schmäler gemacht werden. Mit der oben erwähnten Polysi lizium-Opferschichttechnologie kann eine lateral und verti kal definierte und reproduzierbare Entfernung der Polysilizium-Opferschichtbereiche erreicht werden. Aufgrund der ho hen Selektivität des Ätzmediums gegenüber Siliziumdioxid ist es möglich ein Mehrschichtsystem aus Polysiliziumlei terbahnen und Isolationsschichten zu realisieren, wobei auch Leitungskreuzungen möglich sind. Da bei der Opfer schichtätzung große laterale Unterätzweiten erreicht wer den, kann die Anzahl der Ätzlöcher in der seismischen Masse verkleinert oder ganz weggelassen werden. Dadurch erreicht man eine Erhöhung der seismischen Masse.

Da der Ätzprozess zum Entfernen der Polysiliziumopfer schicht in der Gasphase stattfindet, treten keine Probleme bezüglich Korrosion und Sticking auf. Die Silizium- Opferschichttechnologie ist kompatibel zu Materialien der CMOS-Technologie, wodurch eine Integration von Sensorele ment und Auswerteschaltung ermöglicht wird.

Durch die Wahl der Schichtfolge und der Schichtdicken kön nen die Isolationsschichten über Trockenätzprozesse struk turiert werden, wodurch ein Nassätzprozess entfällt und verbesserte Prozesstoleranzen erreicht werden. Den Abstand zwischen der frei beweglichen Struktur und der Siliziumsub stratschicht kann man wahlweise über die Dicke der Polysi liziumschicht einstellen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Leiterbahnbereiche und Opferschichtbereiche durch lokale Implantation und anschließendes photolithograpisches Struk turieren vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind in der zweiten und dritten Isolationsschicht Kontaktlöcher zum Verbinden der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht mit den Leiterbahnbereichen vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind in der ersten, zweiten und dritten Isolationsschicht Kontaktlöcher zum Verbinden der zweiten mikromechanischen Funktions schicht mit dem Substrat vorgesehen.

ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert.

Es zeigen:

Fig. 1-11 eine schematische Querschnittsdarstellung des Herstellungsprozesses für einen Beschleunigungs sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.

Fig. 1-11 eine schematische Querschnittsdarstellung des Herstellungsprozesses für einen Beschleunigungssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Siliziumsubstrat 1 gezeigt, auf dem eine erste Isolationsschicht 2 und darauf eine Polysilizium schicht 3 aufgebracht sind. Für das Abscheiden der ersten Isolationsschicht 2 können die aus der Halbleitertechnik bekannten Abscheideprozesse zur Abscheidung von dielektri schen Schichten genutzt werden. Neben Siliziumdioxid können somit auch Siliziumnitrid, dielektrische Schichten mit ge ringerer Dielektrizitätszahl als Siliziumdioxid, verschie dene Gläser oder andere keramische Schichten abgeschieden werden. Für die weitere Beschreibung wird davon ausgegan gen, dass die erste dielektrische Schicht 2 aus Siliziumdi oxid besteht, welches durch thermische Oxidation des Sili ziumsubstrats 1 gebildet wird und eine Dicke zwischen 10 nm und 2,5 µm besitzt.

Die Polysiliziumschicht 3 hat eine Dicke zwischen 0.5 µm und 5 µm. Aus der Polysiliziumschicht 3 gehen nach deren späterer Strukturierung sowohl vergrabene Polysilizium- Leiterbahnbereiche 4 als auch Polysilizium-Opferschichtbe reiche 5 hervor.

Da für die vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4 eine große Leitfähigkeit notwendig ist, wird die Polysili ziumschicht 3 ganzflächig aus der Gasphase (POCl₃) heraus dotiert. Es sind auch alle anderen Prozesse zur Erzeugung einer ausreichend stark dotierten Polysiliziumschicht ver wendbar. Ist eine Dotierung der Polysiliziumschicht 3 nur in den Polysilizium-Zeiterbahnbereichen 4 erwünscht, so kann die hohe Leitfähigkeit in diesen Bereichen durch loka le Implantation erzeugt werden, wobei ein zusätzlicher fo tolithografischer Prozess notwendig ist.

Durch einen fotolithografischen Prozess erfolgt dann eine Strukturierung der dotierten bzw. teilweise dotierten Poly siliziumschicht 3, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Strukturierung der Polysiliziumschicht 3 erfolgt durch eine Trockenätzung (Plasmaätzung). Die Polysiliziumschicht 3 wird so in einzelne gegeneinander isolierte Bereiche 4, 5 unterteilt, die als vergrabene Polysilizium-Leiterbahnbe reiche 4 bzw. als Polysilizium-Opferschichtbereiche 5 die nen.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird dann auf der Struktur nach Fig. 2 wird dann eine zweite Isolationsschicht 6 abgeschieden und strukturiert. Diese zweite Isolationsschicht 6 besteht bei dem hiesigen Beispiel ebenfalls aus Siliziumdioxid, welches aus der Gasphase, beispielsweise durch Zersetzung von Silan, erzeugt wird. Die Dicke der zweiten Isolations schicht 6 sollte größer oder gleich der Dicke der ersten Isolationsschicht 2 sein.

In einem weiteren fotolithografischen Prozess erfolgt eine Strukturierung der zweiten Isolationsschicht 6. Dabei wird das Oxid der zweiten Isolationsschicht 6 im Bereich 7 oberhalb der Polysilizium-Opferschichtbereiche 5 und im Bereich 8 des Substratkontaktes entfernt. Die Strukturierung der zweiten Isolationsschicht 6 erfolgt ebenfalls durch eine Trockenätzung (Plasmaätzung).

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird auf der Struktur nach Fig. 3 eine dritte Isolationsschicht 9 abgeschieden. Die Isola tionsschicht 9 hat die Funktion, die später frei beweglich zu machenden Strukturen 25 (vgl. Fig. 11) an der Unterseite gegenüber dem bei der Opferschichtätzung eingesetzten Ätz medium zu schützen bzw. zu passivieren. Die dritte Isola tionsschicht 9 besteht vorzugsweise ebenfalls aus Silizium dioxid, welches aus der Gasphase, beispielsweise durch Zer setzung von Silan, erzeugt wird. Die Isolationsschicht 9 ist nur in den Bereichen 7 notwendig, in denen die zweite Isolationsschicht 6 über den Polysilizium-Opferschichtbe reichen 5 entfernt ist.

Somit kann die dritte Isolationsschicht 9 auch durch eine lokale thermische Oxidation lediglich im Bereich 7 erzeugt werden. Die Schichtdicke der dritten Isolationsschicht 9 liegt zweckmäßigerweise zwischen 5 nm und 500 nm.

Auf der Oberfläche der Struktur nach Fig. 4 wird dann eine Polysiliziumstartschicht 10 abgeschieden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Die Polysiliziumstartschicht 10 bedeckt die Oberfläche der dritter. Isolationsschicht 9 und dient als Keim für die nachfolgende Polisilizium-Abscheidung. Zur Ab scheidung der Polysiliziumstartschicht 10 sind alle in der Halbleitertechnik gebräuchlichen Methoden zur Abscheidung von dünnen Polysiliziumschichten auf dielektrischen Schich ten geeignet.

In einem anschließenden Prozessschritt erfolgt eine foto lithografische Strukturierung der Polysiliziumstartschicht 10 und den darunterliegenden Isolationsschichten 2, 6, 9 bzw. 6, 9 durch eine Trockenätzung (Plasmaätzung).

In den Bereichen über den vergrabenen Polysilizium-Leiter bahnbereichen 4 werden Kontaktlöcher 11 in die Polysili ziumstartschicht 10 und die zweite und dritte Isolations schicht 6, 9 eingebracht, durch die die darunterliegenden Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4 kontaktiert werden kön nen.

In den Bereichen, in denen ein Substratkontaktloch 12 er zeugt werden soll, erfolgt eine Strukturierung der Polysi liziumstartschicht 10 und der ersten, zweiten und dritten Isolationsschicht 2, 6, 9.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, erfolgt in einem weiteren Pro zessschritt die Abscheidung einer dicken Siliziumschicht 13. Diese Abscheidung erfolgt in einem bekannten Epitaxie reaktor. Bei einem derartigen Epitaxiereaktor handelt es sich um eine Anlage zum Abscheiden von Siliziumschichten, die in der Halbleitertechnik zur Erzeugung von einkristal linen Siliziumschichten auf einem einkristallinen Silizium substrat verwendet werden. Da beim vorliegenden Prozess die Abscheidung im Epitaxiereaktor nicht auf einem einkristal linen Siliziumsubstrat, sondern auf der polykristallinen Siliziumstartschicht 10 erfolgt, bildet sich keine ein kristalline Siliziumschicht aus, sondern eine dicke poly kristalline Siliziumschicht 13. Die Polysiliziumstart schicht 10 wird bei diesem Prozessschritt ein Teil der dic ken polykristalliner. Siliziumschicht 13.

Da die polykristalline Siliziumschicht 13 nach dem Abschei den eine rauhe Oberfläche aufweist, wird diese anschließend planarisiert. Da über die dicke polykristalline Silizium schicht 13 eine elektrische Verbindung zu den vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereichen 4 hergestellt wird, er folgt eine Dotierung der dicken polykristallinen Silizium schicht 13.

Auf der Oberseite der dicken polykristallinen Silizium schicht 13 wird dann eine strukturierte Metallschicht 14 vorgesehen. Die Metallschicht 14 kann dazu beispielsweise ganzflächig aufgebracht und anschließend strukturiert wer den.

Im nachfolgenden Prozessschritt erfolgt die Abscheidung ei ner Siliziumdioxidschicht 15 aus der Gasphase, beispiels weise durch Zersetzung von Silan, wie dies in Fig. 7 ge zeigt ist. Die Siliziumdioxidschicht 15 weist dabei eine Dicke zwischen 0.5 µm bis 5.0 µm auf. Die Schichtdicke der Siliziumdioxidschicht 15 sollte größer als die Schichtdicke der Isolationsschicht 9 sein. Die Siliziumdioxidschicht 15 wird über einen anschließemden fotolithografischen Prozess strukturiert. Diese Strukturierung der Siliziumdioxid schicht 15 erfolgt ebenfalls durch einen Trockenätzprozess (Plasmaätzung). Die Siliziumdioxidschicht 15 dient als Mas ke für den anschließenden Ätzprozess zur Strukturierung der dicken polykristallinen Siliziumschicht 13. Sie dient auch als Schutz der Metallschicht 14 während der nachfolgenden Ätzung. Durch Öffnungen 16 der als Maske dienenden Silizi umdioxidschicht 15 hindurch erfolgt dann beispielsweise ei ne Trockenätzung (Plasmaätzung) der dicken polykristal linen Siliziumschicht 13, wobei Gräben 17, 18 eingebracht werden.

Dieser Ätzprozess kommt beim Erreichen der dritten Isolati onsschicht 9 nahezu vollständig zum Erliegen, da er eine sehr hohe Selektivität von Silizium gegenüber Siliziumdi oxid aufweist. Dadurch erhält man freiliegende Bereiche 19, 20 am Boden der Gräben 17, 18. Mit dem anisotropen Ätzpro zess können die Gräben 17, 18 mir hohem Aspektverhältnis, d. h. großer Tiefe und geringer lateraler Abmessung erzeugt werden. Die Gräben 17, 18 erstrecken sich von der Oberseite der dicken polykristallinen Siliziumschicht 13 bis zur dritten Isolationsschicht 9. Die polykristallinen Silizium schicht 13 wird so in einzelne Bereiche unterteilt, die ge geneinander isoliert sind, sofern sie nicht über die ver grabenen Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4 miteinander ver bunden sind.

Durch die Gräben 17, die sich über den Polysilizium- Opferschichtbereichen 5 befinden, wird die funktionale Struktur bzw. werden nach der Entfernung der darunterlie genden Polysilizium-Opferschichtbereiche 5 die freibeweg lichen Strukturen 25 (vgl. Fig. 11) erzeugt. Durch die Grä ben 18 werden die Anschlussbereiche definiert bzw. iso liert.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird nun eine vierte Isolations schicht 21, die die Seitenwände der Gräben 22 gegenüber dem bei der Opferschichtätzung eingesetzten Ätzmedium schützt bzw. passiviert, abgeschieden. Diese vierte Isolations schicht 21, die als Seitenwandpassivierung dient, besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid, welches aus der Gasphase, beispielsweise durch Zersetzung von Silan, erzeugt wird. Da die Isolationsschicht 21 nur an den Seitenwänden 22 der Gräben 17, 18 notwendig ist, kann diese auch durch eine lo kale thermische Oxidation oder durch ein im Sauerstoffplas ma gebildetes Oxid erzeugt werden. Die Schichtdicke der Isolationsschicht 21 liegt vorzugsweise zwischen 5 nm und 500 nm.

Damit das Ätzmedium zum Entfernen der Polysilizium-Opfer schichtbereiche 5 durch die Gräben 17 an die Polysilizium opferschicht 5 herangeführt werden kann, werden die dritte und vierte Isolationsschicht 9, 21 am Boden der Gräben 19, 20 entfernt. Dadurch erhält man Gräben 17 mit freiliegenden Bereichen 23 der Polysilizium-Opferschichtbereiche 5.

Fig. 9 zeigt das Ergebnis nach dem Entfernen der dritten und vierten Isolationsschicht 9, 21 am Boden der Gräben 19, 20. Das Entfernen der Isolationsschichten 9, 21 kann bei spielsweise durch einen vertikal gerichteten Plasmaätzpro zess erfolgen. Bei diesem Ätzschritt wird die vierte Isola tionsschicht 21 nicht nur am Boden der Gräben 17, 18 ent fernt, sondern auch an der Oberfläche 24 der Struktur gemäß Fig. 8. Die vierte Isolationsschicht 21 bleibt also nur an den Seitenwänden 22 der Gräben 17, 18 stehen.

Die Siliziumdioxidschicht 15 wird bei diesem Ätzprozess ebenfalls teilweise abgetragen. Auf Grund dessen muss diese Siliziumdioxidschicht 15 eine größere Schichtdicke als die dritte Isolationsschicht 9 aufweisen. Da zwischen den Grä ben 18 und den vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereichen 4 die zweite Isolationsschicht 6 liegt, erhält man nach dem Entfernen der dritten und vierten Isolationsschicht 9, 21 am Boden der Gräben 18 keine freiliegenden Bereiche zu den vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereichen 4. Dadurch bleiben die vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4 vollständig von der Isolationsschicht 9 umschlossen.

Nach dem Öffnen der dritten und vierten Isolationsschicht 9, 21 am Boden der Gräben 17, 18 wird gemäß Fig. 10 eine isotrope Ätzung zum Entfernen der Polysilizium-Opfer schichtbereiche 5 durchgeführt. Durch die Gräben 17 hin durch wird ein Ätzmedium, wie beispielsweise Xenondifluo rid, Chlortrifluorid oder Bromtrifluorid an die Polysili ziumopferschichtbereiche 5 herangeführt. Diese Ätzmedien haben eine sehr hohe Selektivität gegenüber Nicht-Silizium wie beispielsweise Siliziumdioxid.

Durch das Entfernen der Polysilizium-Opferschichtbereiche 5 wird ein Hohlraum 26 mit vordefinierten lateralen und ver tikalen Abmessungen, über dem sich die frei beweglichen Strukturen 25 des so hergestellten Sensors befinden, er zeugt. Die freibeweglichen Strukturen 25, die vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4, sowie die anderen Berei che der dicken Polysiliziumschicht 13 werden durch die Ätz medien nicht geätzt, da sie ringsum mit Oxid geschützt sind.

Fig. 11 zeigt den Schichtaufbau nach dem Entfernen der vierten Isolationsschicht 21 an den Seitenwänden der Gräben 17, 18, der zweiten Isolationsschicht 9 an der Unterseite der freibeweglichen Strukturen 25, sowie der Siliziumdi oxidschicht 15 durch ein Dampfätzverfahren mit fluss säurehaltigen Medien. Die erste Isolationsschicht 2 unter halb der frei beweglichen Strukturen 25 kann, falls er wünscht, ebenfalls vollständig entfernt werden.

Fig. 11 zeigt somit einen exemplarischen Querschnitt durch ein Sensorelement. Aus der dicken Polysiliziumschicht 13 sind nun verschiedene Funktionsbereiche herausstrukturiert. Unterhalb der Metallschicht 14 ist ein Anschlussbereich 27, 28 herausstrukturiert, der vollständig von Gräben 18 umge ben ist. Diese Anschlussbereiche 27, 28 sind somit durch die Gräben 18 vollständig gegen den Rest der dicken Polysiliziumschicht 13 isoliert. Der Anschlussbereich 27 steht in unmittelbarem Kontakt zum vergrabener. Polysilizium- Leiterbahnbereich 4, wodurch ein Kontakt zu anderen Berei chen der dicken Polysiliziumschicht 13 hergestellt werden kann, nämlich hier zum übernächten Nachbarbereich auf der rechten Seite. Der Anschlussbereich 28 steht in unmittel barem Kontakt zum Siliziumsubstrat 1, wodurch ein Substrat kontakt realisiert ist. Über dem Hohlraum 26 befinden sich die frei beweglichen Strukturen 25, beispielsweise Teile von Interdigitalkondensatoren.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevor zugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie dar auf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifi zierbar.

Insbesondere ist die angegebene Auswahl der Schichtmateria lien nur beispielhaft und beliebig variierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf Beschleunigungs- und Drehratensensoren beschränkt.

Claims

1. Mikromechanisches Bauelement, insbesondere Beschleuni gungs- oder Drehratensensor, mit oberhalb eines Substrates (1) beweglich aufgehängten Funktionskomponenten, mit:
einem Substrat (1);
einer oberhalb des Substrats (1) vorgesehene ersten Isola tionsschicht (2);
einer oberhalb der ersten Isolationsschicht (2) vorgesehe nen ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) mit Lei terbahnbereichen (4);
einer oberhalb der Leiterbahnbereiche (4) und oberhalb der ersten Isolationsschicht (2) vorgesehenen zweiten Isolati onsschicht (6);
einer oberhalb der zweiten Isolationsschicht (6) vorgesehe nen dritten Isolationsschicht (9);
einer oberhalb der dritten Isolationsschicht (9) vorgesehe nen zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13) mit er sten und zweiten Gräben (17, 18), wobei die ersten Gräben (17) mindestens bis zu der dritten Isolationsschicht (9) neben den Leiterbahnbereichen und neben den beweglich auf gehängten Funktionskomponenten (25) in der zweiten mikrome chanischen Funktionsschicht (13) und die zweiten Gräben (18) mindestens bis zur dritten Isolationsschicht (9) ober halb der Leiterbahnbereiche (4) reichen.

2. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste mikromechanische Funktions schicht (3) und die zweite mikromechanische Funktions schicht (13) Polysiliziumschichten sind.

3. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bis dritte Isolati onsschicht (2, 6, 9) Oxidschichten sind.

4. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der zweiten mikro mechanischen Funktionsschicht (13) nicht-bewegliche An schlußbereiche (27, 28) vorgesehen sind, die elektrisch mit den beweglich aufgehängten Funktionskomponenten (25) ver bunden sind.

5. Mikromechanisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten und dritten Isolationsschicht (6, 9) Kontaktlöcher (11) zum Verbinden der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13) mit den Leiterbahnbereichen (4) vorgesehen sind.

6. Mikromechanisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten, zweiten und dritten Isolationsschicht (2, 6, 9) Kontaktlöcher (12) zum Verbinden der zweiten mikromechanischen Funktions schicht (13) mit dem Substrat (1) vorgesehen sind.

7. Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bau elements, insbesondere eines Beschleunigungs- oder Drehra tensensors, mit oberhalb eines Substrates (1) beweglich aufgehängten Funktionskomponenten (25) mit den Schritten:
Bereitstellen des Substrats (1);
Vorsehen einer ersten Isolationsschicht (2) oberhalb des Substrats (1);
Vorsehen einer ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) oberhalb der ersten Isolationsschicht (2);
Strukturieren der ersten mikromechanischen Funktionsschicht (3) in Leiterbahnbereiche (4) und Opferschichtbereiche (5);
Vorsehen einer zweiten Isolationsschicht (6) oberhalb der resultierenden Struktur;
Strukturieren der zweiten Isolationsschicht (6) zum teil weisen Freilegen der Oberfläche der Opferschichtbereiche (5);
Vorsehen einer dritten Isolationsschicht (9) oberhalb der resultierenden Struktur;
Vorsehen einer zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13) oberhalb der resultierenden Struktur;
Strukturieren der zweiten mikromechanischen Funktions schicht (13) zum Bilden von ersten und zweiten Gräben (17, 18), wobei die ersten Gräben (17) mindestens bis zur drit ten Isolationsschicht. (9) oberhalb der Opferschichtbereiche (5) und die zweiten Gräben (18) mindestens bis zur dritten Isolationsschicht (9) oberhalb der Leiterbahnbereiche (4) reichen;
Vorsehen einer vierten Isolationsschicht (21) oberhalb der resultierenden Struktur;
Entfernen der dritten und vierten Isolationsschicht (9, 21) zumindest von den Böden der ersten Gräben (17);
selektives Ätzen der Opferschichtbereiche (5) durch die er sten Gräben (17) zum Bilden der beweglich aufgehängten Funktionskomponenten (25) in der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste mikromechanische Funktionsschicht (3) und die zweite mikromechanische Funktionsschicht (13) Polysilizium schichten sind.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß die erste bis vierte Isolationsschicht (2, 6, 9, 21) Oxidschichten sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnbereiche (4) und Opfer schichtbereiche (5) durch lokale Implantation und anschlie ßendes photolithograpisches Strukturieren vorgesehen wer den.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten und dritten Isolations schicht (6, 9) Kontaktlöcher (11) zum Verbinden der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13) mit den Leiterbahn bereichen (4) vorgesehen werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten, zweiten und dritten Iso lationsschicht (2, 6, 9) Kontaktlöcher (12) zum Verbinden der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13) mit dem Substrat (1) vorgesehen werden.