DE10065013B4 - Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements, insbesondere eines Beschleunigungs- oder Drehratensensors, 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 teilweisen 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 Funktionsschicht (13) zum Bilden von ersten und zweiten Gräben (17, 18), wobei die ersten Gräben (17) mindestens bis zur dritten Isolationsschicht (9) oberhalb der Opferschichtbereiche (5) und die zweiten Gräben (18) mindestens bis zur dritten Isolationsschicht...

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauelement, insbesondere einen Beschleunigungs- oder Drehratensensor, mit oberhalb eines Substrates beweglich aufgehängten Funktionskomponenten.
  • Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf einen in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbaren mikromechanischen Beschleunigungssensor erläutert.
  • Beschleunigungssensoren, und insbesondere mikromechanische Beschleunigungssensoren in der Technologie der Oberflächen- bzw. Volumenmikromechanik, gewinnen immer größere Marktsegmente im Kraftfahrzeugausstattungsbereich und ersetzen in zunehmendem Maße die bisher üblichen piezoelektrischen Beschleunigungssensoren.
  • Die bekannten mikromechanischen Beschleunigungssensoren funktionieren üblicherweise derart, dass die federnd gelagerte seismische Masseneinrichtung, welche durch eine externe 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 37 814 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 Leiterbahnen 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 Isolationsschicht. Dadurch werden Kontaktlöcher in die obere Isolationsschicht eingebracht, durch die die darunterliegende leitende Polysiliziumschicht kontaktiert werden kann.
  • Anschließend wird eine dünne Polysiliziumschicht, die als Keim für eine nachfolgende Siliziumabscheidung dient, aufgebracht. In einem weiteren Prozessschritt erfolgt dann die Abscheidung, Planarisierung und Dotierung einer dicken polykristallinen 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 Siliziumschicht nach dem in der DE 42 41 045 C1 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, sofern 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 erfolgt durch ein Dampfätzverfahren mit flusssäurehaltigen Medien nach dem in der DE 43 17 274 A1 bzw. DE 42 41 045 C1 offenbarten Verfahren.
  • Die Opferschichtentfernung mittels des Flusssäuredampfätzverfahrens 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 Polysilizium-Leiterbahnen. Dadurch werden sehr breite Leiterbahnen 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 Sensorelemente kleben am Substrat fest. Aufgrund der begrenzten Oxiddicke (bedingt durch das Abscheideverfahren) der Isolationsschichten ist auch der Abstand zwischen der funktionalen Struktur und dem Substrat begrenzt.
  • Da das Flusssäuredampfätzverfahren nicht mit den Materialien der CMOS-Technologie kompatibel ist, kann keine Integration des Sensorelementes und der Auswerteschaltung erfolgen.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines mikromechanischen Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass sowohl die vergrabenen Leiterbahnen als auch die Opferschicht unter den frei beweglichen Strukturen aus derselben Schicht bestehen. Es werden also weniger Schichten und fotolithografische Prozesse benötigt.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Bauelementen, z. B. Beschleunigungssensoren, mit lateraler Empfindlichkeit bereitzustellen, bei dem die Opferschichtbereiche aus demselben Material wie die vergrabenen Leiterbahnbereiche, z. B. Polysilizium, bestehen. Bei diesem Verfahren wird eine definierte Ätzung der Polysilizium-Opferschichtbereiche erzielt, wodurch eine Unterätzung der vergrabenen Leiterbahnbereiche vermieden wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die einfache Herstellung 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 Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die erste mikromechanische Funktionsschicht und die zweite mikromechanische Funktionsschicht Polysiliziumschichten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die erste bis vierte Isolationsschicht Oxidschichten.
  • Beim Entfernen der Opferschicht können, wenn die erste mikromechanische Funktionsschicht aus Polysilizium besteht und die Isolationsschichten Oxidschichten sind, Ätzmedien die auf Fluorverbindungen basieren (z. B. XeF2, ClF3, BrF3 ....) verwendet werden. Die Ätzmedien haben eine sehr hohe Selektivität gegenüber Siliziumdioxid, Aluminium und Fotolack. Aufgrund dieser hohen Selektivität können die Polysilizium-Leiterbahnbereiche, die im Gegensatz zu den Polysilizium-Opferschichtbereichen nicht geätzt werden sollen, mit Siliziumdioxid ummantelt werden. Dadurch wird eine Ätzung bzw. Unterätzung der Polysilizium-Leiterbahnbereiche vermieden.
  • Dies ermöglicht auch eine Leiterbahnführung unterhalb der frei beweglichen Strukturen. Da die vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereiche nicht mehr unterätzt werden, können sie schmäler gemacht werden. Mit der oben erwähnten Polysilizium-Opferschichttechnologie kann eine lateral und vertikal definierte und reproduzierbare Entfernung der Polysili zium-Opferschichtbereiche erreicht werden. Aufgrund der hohen Selektivität des Ätzmediums gegenüber Siliziumdioxid ist es möglich ein Mehrschichtsystem aus Polysiliziumleiterbahnen und Isolationsschichten zu realisieren, wobei auch Leitungskreuzungen möglich sind. Da bei der Opferschichtätzung große laterale Unterätzweiten erreicht werden, 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 Polysiliziumopferschicht 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 Sensorelement und Auswerteschaltung ermöglicht wird.
  • Durch die Wahl der Schichtfolge und der Schichtdicken können die Isolationsschichten über Trockenätzprozesse strukturiert werden, wodurch ein Nassätzprozess entfällt und verbesserte Prozesstoleranzen erreicht werden. Den Abstand zwischen der frei beweglichen Struktur und der Siliziumsubstratschicht kann man wahlweise über die Dicke der Polysiliziumschicht einstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Leiterbahnbereiche und Opferschichtbereiche durch lokale Implantation und anschließendes photolithograpisches Strukturieren 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 Funktionsschicht mit dem Substrat vorgesehen.
  • ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1–11 eine schematische Querschnittsdarstellung des Herstellungsprozesses für einen Beschleunigungssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
  • In 1 ist ein Siliziumsubstrat 1 gezeigt, auf dem eine erste Isolationsschicht 2 und darauf eine Polysiliziumschicht 3 aufgebracht sind. Für das Abscheiden der ersten Isolationsschicht 2 können die aus der Halbleitertechnik bekannten Abscheideprozesse zur Abscheidung von dielektrischen Schichten genutzt werden. Neben Siliziumdioxid können somit auch Siliziumnitrid, dielektrische Schichten mit geringerer Dielektrizitätszahl als Siliziumdioxid, verschiedene Gläser oder andere keramische Schichten abgeschieden werden. Für die weitere Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die erste dielektrische Schicht 2 aus Siliziumdioxid besteht, welches durch thermische Oxidation des Siliziumsubstrats 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-Opferschichtbereiche 5 hervor.
  • Da für die vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4 eine große Leitfähigkeit notwendig ist, wird die Polysiliziumschicht 3 ganzflächig aus der Gasphase (POCl3) heraus dotiert. Es sind auch alle anderen Prozesse zur Erzeugung einer ausreichend stark dotierten Polysiliziumschicht verwendbar. Ist eine Dotierung der Polysiliziumschicht 3 nur in den Polysilizium-Leiterbahnbereichen 4 erwünscht, so kann die hohe Leitfähigkeit in diesen Bereichen durch lokale Implantation erzeugt werden, wobei ein zusätzlicher fotolithografischer Prozess notwendig ist.
  • Durch einen fotolithografischen Prozess erfolgt dann eine Strukturierung der dotierten bzw. teilweise dotierten Polysiliziumschicht 3, wie dies in 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-Leiterbahnbereiche 4 bzw. als Polysilizium-Opferschichtbereiche 5 dienen.
  • Wie in 3 gezeigt, wird dann auf der Struktur nach 2 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 Isolationsschicht 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 ober halb 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 4 gezeigt ist, wird auf der Struktur nach 3 eine dritte Isolationsschicht 9 abgeschieden. Die Isolationsschicht 9 hat die Funktion, die später frei beweglich zu machenden Strukturen 25 (vgl. 11) an der Unterseite gegenüber dem bei der Opferschichtätzung eingesetzten Ätzmedium zu schützen bzw. zu passivieren. Die dritte Isolationsschicht 9 besteht vorzugsweise ebenfalls aus Siliziumdioxid, welches aus der Gasphase, beispielsweise durch Zersetzung von Silan, erzeugt wird. Die Isolationsschicht 9 ist nur in den Bereichen 7 notwendig, in denen die zweite Isolationsschicht 6 über den Polysilizium-Opferschichtbereichen 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 4 wird dann eine Polysiliziumstartschicht 10 abgeschieden, wie dies in 5 gezeigt ist. Die Polysiliziumstartschicht 10 bedeckt die Oberfläche der dritten Isolationsschicht 9 und dient als Keim für die nachfolgende Polysilizium-Abscheidung. Zur Abscheidung der Polysiliziumstartschicht 10 sind alle in der Halbleitertechnik gebräuchlichen Methoden zur Abscheidung von dünnen Polysiliziumschichten auf dielektrischen Schichten geeignet.
  • In einem anschließenden Prozessschritt erfolgt eine fotolithografische Strukturierung der Polysiliziumstartschicht 10 und der darunterliegenden Isolationsschichten 2, 6, 9 bzw. 6, 9 durch eine Trockenätzung (Plasmaätzung).
  • In den Bereichen über den vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereichen 4 werden Kontaktlöcher 11 in die Polysiliziumstartschicht 10 und die zweite und dritte Isolationsschicht 6, 9 eingebracht, durch die die darunterliegenden Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4 kontaktiert werden können.
  • In den Bereichen, in denen ein Substratkontaktloch 12 erzeugt werden soll, erfolgt eine Strukturierung der Polysiliziumstartschicht 10 und der ersten, zweiten und dritten Isolationsschicht 2, 6, 9.
  • Wie in 6 gezeigt ist, erfolgt in einem weiteren Prozessschritt die Abscheidung einer dicken Siliziumschicht 13. Diese Abscheidung erfolgt in einem bekannten Epitaxiereaktor. Bei einem derartigen Epitaxiereaktor handelt es sich um eine Anlage zum Abscheiden von Siliziumschichten, die in der Halbleitertechnik zur Erzeugung von einkristallinen Siliziumschichten auf einem einkristallinen Siliziumsubstrat verwendet werden. Da beim vorliegenden Prozess die Abscheidung im Epitaxiereaktor nicht auf einem einkristallinen Siliziumsubstrat, sondern auf der polykristallinen Siliziumstartschicht 10 erfolgt, bildet sich keine einkristalline Siliziumschicht aus, sondern eine dicke polykristalline Siliziumschicht 13. Die Polysiliziumstartschicht 10 wird bei diesem Prozessschritt ein Teil der dicken polykristallinen Siliziumschicht 13.
  • Da die polykristalline Siliziumschicht 13 nach dem Abscheiden eine rauhe Oberfläche aufweist, wird diese anschließend planarisiert. Da über die dicke polykristalline Siliziumschicht 13 eine elektrische Verbindung zu den vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereichen 4 hergestellt wird, erfolgt eine Dotierung der dicken polykristallinen Siliziumschicht 13.
  • Auf der Oberseite der dicken polykristallinen Siliziumschicht 13 wird dann eine strukturierte Metallschicht 14 vorgesehen. Die Metallschicht 14 kann dazu beispielsweise ganzflächig aufgebracht und anschließend strukturiert werden.
  • Im nachfolgenden Prozessschritt erfolgt die Abscheidung einer Siliziumdioxidschicht 15 aus der Gasphase, beispielsweise durch Zersetzung von Silan, wie dies in 7 gezeigt 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 anschließenden fotolithografischen Prozess strukturiert. Diese Strukturierung der Siliziumdioxidschicht 15 erfolgt ebenfalls durch einen Trockenätzprozess (Plasmaätzung). Die Siliziumdioxidschicht 15 dient als Maske 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 Siliziumdioxidschicht 15 hindurch erfolgt dann beispielsweise eine Trockenätzung (Plasmaätzung) der dicken poly-kristallinen Siliziumschicht 13, wobei Gräben 17, 18 eingebracht werden.
  • Dieser Ätzprozess kommt beim Erreichen der dritten Isolationsschicht 9 nahezu vollständig zum Erliegen, da er eine sehr hohe Selektivität von Silizium gegenüber Siliziumdioxid aufweist. Dadurch erhält man freiliegende Bereiche 19, 20 am Boden der Gräben 17, 18. Mit dem anisotropen Ätzprozess können die Gräben 17, 18 mit 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 polykristalline Siliziumschicht 13 wird so in einzelne Bereiche unterteilt, die gegeneinander isoliert sind, sofern sie nicht über die vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4 miteinander verbunden sind.
  • Durch die Gräben 17, die sich über den Polysilizium-Opferschichtbereichen 5 befinden, wird die funktionale Struktur bzw. werden nach der Entfernung der darunterliegenden Polysilizium-Opferschichtbereiche 5 die freibeweglichen Strukturen 25 (vgl. 11) erzeugt. Durch die Gräben 18 werden die Anschlussbereiche definiert bzw. isoliert.
  • Wie in 8 gezeigt ist, wird nun eine vierte Isolationsschicht 21, die die Seitenwände der Gräben 22 gegenüber dem bei der Opferschichtätzung eingesetzten Ätzmedium schützt bzw. passiviert, abgeschieden. Diese vierte Isolationsschicht 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 lokale thermische Oxidation oder durch ein im Sauerstoffplasma gebildetes Oxid erzeugt werden. Die Schichtdicke der Isolationsschicht 21 liegt vorzugsweise zwischen 5 nm und 500 nm.
  • Damit das Ätzmedium zum Entfernen der Polysilizium-Opferschichtbereiche 5 durch die Gräben 17 an die Polysiliziumopferschicht 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.
  • 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 beispielsweise durch einen vertikal gerichteten Plasmaätzprozess erfolgen. Bei diesem Ätzschritt wird die vierte Isolationsschicht 21 nicht nur am Boden der Gräben 17, 18 entfernt, sondern auch an der Oberfläche 24 der Struktur gemäß 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 Gräben 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 10 eine isotrope Ätzung zum Entfernen der Polysilizium-Opferschichtbereiche 5 durchgeführt. Durch die Gräben 17 hindurch wird ein Ätzmedium, wie beispielsweise Xenondifluorid, Chlortrifluorid oder Bromtrifluorid an die Polysiliziumopferschichtbereiche 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 vertikalen Abmessungen, über dem sich die frei beweglichen Strukturen 25 des so hergestellten Sensors befinden, erzeugt. Die freibeweglichen Strukturen 25, die vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereiche 4, sowie die anderen Bereiche der dicken Polysiliziumschicht 13 werden durch die Ätzmedien nicht geätzt, da sie ringsum mit Oxid geschützt sind.
  • 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 Siliziumdioxidschicht 15 durch ein Dampfätzverfahren mit flusssäurehaltigen Medien. Die erste Isolationsschicht 2 unterhalb der frei beweglichen Strukturen 25 kann, falls erwünscht, ebenfalls vollständig entfernt werden.
  • 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 umgeben ist. Diese Anschlussbereiche 27, 28 sind somit durch die Gräben 18 vollständig gegen den Rest der dicken Polysi liziumschicht 13 isoliert. Der Anschlussbereich 27 steht in unmittelbarem Kontakt zum vergrabenen Polysilizium-Leiterbahnbereich 4, wodurch ein Kontakt zu anderen Bereichen der dicken Polysiliziumschicht 13 hergestellt werden kann, nämlich hier zum übernächsten Nachbarbereich auf der rechten Seite. Der Anschlussbereich 28 steht in unmittelbarem Kontakt zum Siliziumsubstrat 1, wodurch ein Substratkontakt realisiert ist. Über dem Hohlraum 26 befinden sich die frei beweglichen Strukturen 25, beispielsweise Teile von Interdigitalkondensatoren.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Insbesondere ist die angegebene Auswahl der Schichtmaterialien nur beispielhaft und beliebig variierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf Beschleunigungs- und Drehratensensoren beschränkt.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements, insbesondere eines Beschleunigungs- oder Drehratensensors, 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 teilweisen 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 Funktionsschicht (13) zum Bilden von ersten und zweiten Gräben (17, 18), wobei die ersten Gräben (17) mindestens bis zur dritten 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 ersten Gräben (17) zum Bilden der beweglich aufgehängten Funktionskomponenten (25) in der zweiten mikromechanischen Funktionsschicht (13).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mikromechanische Funktionsschicht (3) und die zweite mikromechanische Funktionsschicht (13) Polysiliziumschichten sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste bis vierte Isolationsschicht (2, 6, 9, 21) Oxidschichten sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnbereiche (4) und Opferschichtbereiche (5) durch lokale Implantation und anschliessendes photolithographisches Strukturieren vorgesehen werden.
  5. Verfahren 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 werden.
  6. Verfahren 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 Funktionsschicht (13) mit dem Substrat (1) vorgesehen werden.
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