DE102009026629B4

DE102009026629B4 - Micromechanical system with a buried thin structured polysilicon layer and method for its production

Info

Publication number: DE102009026629B4
Application number: DE102009026629.1A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth; Christian Bierhoff
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: DE102009026629A1

Abstract

Mikromechanisches System mit mindestens einer zwischen einem Substrat (1) und einer mikromechanischen Funktionsschicht (7) vergrabenen dünnen strukturierten Polysiliziumschicht (5, 10), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Polysiliziumschichten (5, 10) wenigstens einen senkrecht zur Polysiliziumebene verlaufenden Stabilisierungssteg (2) aufweist, wobei der Stabilisierungssteg (2) eine definierte Anzahl größer Null von zueinander orthogonalen Abschnitten aufweist, wobei der Stabilisierungssteg (2) vollständig oberhalb des Substrats (1) angeordnet ist.Micromechanical system having at least one thin structured polysilicon layer (5, 10) buried between a substrate (1) and a micromechanical functional layer (7), characterized in that at least one of the polysilicon layers (5, 10) has at least one stabilizing web (2 ), wherein the stabilizing web (2) has a defined number greater than zero of mutually orthogonal sections, wherein the stabilizing web (2) is arranged completely above the substrate (1).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches System mit mindestens einer zwischen einem Substrat und einer mikromechanischen Funktionsschicht vergrabenen dünnen strukturierten Polysiliziumschicht.The invention relates to a micromechanical system having at least one thin structured polysilicon layer buried between a substrate and a micromechanical functional layer.

Solche mikromechanischen Systeme sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 195 37 814 A1 ein Sensor und ein Verfahren zur Herstellung von MEMS-Strukturen bekannt, bei dem – vergleiche den in 1 der vorliegenden Erfindung dargestellten Stand der Technik – eine dicke Silizium-Funktionsschicht über einer dünnen vergrabenen Polysiliziumschicht angeordnet wird. Die vergrabene Schicht dient als Leiterbahn oder als Flächenelektrode. Die Funktionsschicht wird über einen Trenchprozess und ein Opferschichtverfahren freigestellt. Die vergrabene, über dem Substrat angeordnete Schicht ist üblicherweise so dünn (< 1 μm) ausgelegt, dass sie aus Gründen der mechanischen Stabilität nicht als freitragende Schicht eingesetzt werden kann. Vielmehr wird die Breite der vergrabenen Polysiliziumschicht üblicherweise so ausgelegt, dass die Schicht im Opferoxidätzschritt nicht vollständig unterätzt wird, sondern dass, wie in 1 erkennbar, ein Rest der Opferschicht (Isolationsschicht) als Stütze stehen bleibt. Daher könne Leiterbahnen und Elektroden bisher nur mit einer relativ großen Mindestbreite hergestellt werden. Komplexe Verdrahtungen sind mit einer solchen Leiterbahngeometrie nicht möglich. Andererseits sind dickere und damit stabilere vergrabene Polysiliziumschichten aufgrund der damit verbundenen höheren Topographie nur schwierig in einem Gesamtprozess umsetzbar.Such micromechanical systems are well known. For example, from the document DE 195 37 814 A1 a sensor and a method for the production of MEMS structures, in which - compare the in 1 According to the present invention - a thick silicon functional layer is disposed over a thin buried polysilicon layer. The buried layer serves as a conductor track or as a surface electrode. The functional layer is released via a trench process and a sacrificial layer process. The buried layer arranged above the substrate is usually designed to be so thin (<1 μm) that it can not be used as a self-supporting layer for reasons of mechanical stability. Rather, the width of the buried polysilicon layer is usually designed so that the layer in the Opferoxidätzschritt not completely undercut, but that, as in 1 recognizable, a remainder of the sacrificial layer (insulation layer) stops as a support. Therefore, conductor tracks and electrodes could previously only be produced with a relatively large minimum width. Complex wirings are not possible with such a track geometry. On the other hand, thicker and thus more stable buried polysilicon layers are difficult to implement in an overall process due to the higher topography associated therewith.

DE 10 2007 051 823 A1 zeigt einen Sensor für eine physikalische Größe und ein Verfahren zur Fertigung des Sensors. Offenbart ist ein Verstärkungselement, das als ein Verstärkungsrippenabschnitt ausgebildet ist. DE 10 2007 051 823 A1 shows a sensor for a physical quantity and a method for manufacturing the sensor. Disclosed is a reinforcing member formed as a reinforcing rib portion.

DE 10 2007 027 127 A1 beschreibt einen Sensor für eine physikalische Grösse mit einem ersten Substrat, das ein erstes Element zum Erfassen einer physikalischen Grösse aufweist, ein zweites Substrat, das als ein zweites Element zum Erfassen einer physikalischen Grösse aufweist, wobei das zweite Substrat das erste Substrat kontaktiert, und einen Unterbringungsraum, der zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist. DE 10 2007 027 127 A1 describes a physical quantity sensor having a first substrate having a first physical quantity detecting element, a second substrate having as a second physical quantity detecting element a second substrate contacting the first substrate, and a second substrate An accommodation space disposed between the first and second substrates.

US 5 306 942 A zeigt eine Halbleitereinrichtung mit einer auf einem Referenzpotential gehaltenen Abschirmung. US 5,306,942 A shows a semiconductor device with a held at a reference potential shield.

US 6 167 787 B1 beschreibt einen mikromechanisch kapazitiven Beschleunigungssensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung. US Pat. No. 6,167,787 B1 describes a micromechanical capacitive acceleration sensor and a method for its production.

WO 03/036737 A2 zeigt Versteifungselemente für mikromechanische Strukturen, insbesondere z. B. für Mikrospiegel. Dabei werden freiliegende Kragträger mit vertikalen Rippen hergestellt, die aus einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht aus z. B Polysilizium bestehen. WO 03/036737 A2 shows stiffening elements for micromechanical structures, in particular z. For micromirrors. In this case, exposed cantilevers are made with vertical ribs, which consist of a first layer and a second layer of z. B polysilicon exist.

US 2007/0165896 A1 zeigt Versteifungselemente aus Polysilizium in einer Polysilizium-Membran-Oberfläche für ein Richtmikrophon. US 2007/0165896 A1 shows polysilicon stiffening elements in a polysilicon membrane surface for a directional microphone.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei dem erfindungsgemäßen, in Anspruch 1 gekennzeichneten mikromechanischen System ist, über die gattungsgemäßen Merkmale hinaus, vorgesehen, dass mindestens eine der Polysiliziumschichten wenigstens einen senkrecht zur Polysiliziumebene verlaufenden Stabilisierungssteg aufweist, wobei der Stabilisierungssteg eine definierte Anzahl größer Null von zueinander orthogonalen Abschnitten aufweist und wobei der Stabilisierungssteg vollständig oberhalb des Substrats angeordnet ist.In the case of the micromechanical system according to the invention, characterized by the generic features, at least one of the polysilicon layers has at least one stabilizing web extending perpendicularly to the polysilicon plane, the stabilizing web having a defined number greater than zero of mutually orthogonal sections and wherein Stabilization bar is disposed completely above the substrate.

Erfindungsgemäß ergeben sich demnach dünne vergrabene Polysiliziumschichten, die bei gleicher Schichtdicke signifikant stabiler gegen Durchbiegung sind. Es erweist sich als besonders günstig, den oder die Stege möglichst schmal herzustellen, da derartige Stege mit relativ geringer Topographie hergestellt werden können.Accordingly, according to the invention, thin buried polysilicon layers are obtained, which are significantly more stable against deflection at the same layer thickness. It proves to be particularly advantageous to make the webs as narrow as possible, since such webs can be produced with relatively low topography.

Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, stabile, freitragende und damit sehr schmale vergrabene Leiterbahnen herzustellen. Mit derartigen freitragenden vergrabenen Leiterbahnen wird eine sehr kompakte Verdrahtung möglich. Dadurch sind z. B. deutlich kleinere Beschleunigungs- und Drehratensensoren herstellbar. Gleichzeitig wird es möglich, größere stabilere freitragende Elektroden herzustellen, deren intrinsische Verbiegung (Stressgradient) deutlich reduziert wird. Damit können beispielsweise Mikrofone hergestellt werden, die eine sehr ebene Membran haben, die fast keine Durchbiegung hat und bei der auch die Streuung der Durchbiegung der Membran sehr gering ist. Es können Mikrofone mit verbesserter Empfindlichkeit hergestellt werden. Ebenso können mit diesen stabileren Elektroden Z-Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden.The invention opens up the possibility of producing stable, cantilevered and thus very narrow buried interconnects. With such self-supporting buried interconnects a very compact wiring is possible. As a result z. B. significantly smaller acceleration and rotation rate sensors produced. At the same time, it becomes possible to produce larger, more stable self-supporting electrodes whose intrinsic bending (stress gradient) is significantly reduced. This microphones can be made, for example, which have a very flat membrane, which has almost no deflection and in which the scattering of the deflection of the membrane is very low. Microphones with improved sensitivity can be produced. Also, with these more stable electrodes, Z acceleration sensors and yaw rate sensors having improved properties can be produced.

Der Begriff ,vergrabene Polysiliziumschicht' im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst Leiterbahnschichten, Flächenelektrodenschichten und Funktionsschichten aus Polysilizium.The term "buried polysilicon layer" in the sense of the present invention comprises conductor track layers, surface electrode layers and functional layers made of polysilicon.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stabilisierungsstege in Form von U-förmigen Doppelstegen ausgebildet sind, die jeweils zwei benachbarte Stabilisierungsstege umfassen, die durch einen in der Polysiliziumebene oder parallel dazu verlaufenden Querabschnitt verbunden sind. Durch diese Anordnung ist eine höhere Dichte an Stabilisierungsstegen erreichbar. According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the stabilizing webs are designed in the form of U-shaped double webs, each comprising two adjacent stabilizing webs, which are connected by a transverse in the polysilicon plane or parallel thereto. By this arrangement, a higher density of stabilizing webs can be achieved.

Bei mikromechanischen Systemen, die mindestens zwei in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Polysiliziumschichten umfassen, ist es vorteilhaft, die Stabilisierungsstege der beiden Polysiliziumschichten jeweils als stegförmige Verbindung zwischen den beiden Polysiliziumschichten auszubilden. Dadurch kann eine weitere deutliche Versteifung erreicht werden. Anstelle von Stegen können in dieser Anordnung auch Stempel, das heißt sehr kurze senkrechte Verbindungsstücke verwendet werden. Gemäß einer vorteilhaften, zu einer besonders hohen Stabilität führenden Weiterbildung diese Ausführungsform sind die stegförmigen Verbindungen zwischen den beiden in unterschiedlichen Ebenen angeordneten Polysiliziumschichten jeweils durch zwei senkrecht zu den Polysiliziumebenen aufeinander aufbauend angeordnete U-förmige Doppelstege gebildet. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft noch dahingehend weitergebildet werden, dass die durch die Querabschnitte beabstandeten Stabilisierungsstege der U-förmigen Doppelstege so aufeinander aufbauen, dass jeweils eine geschlossene Versteifungsstruktur der beiden Polysiliziumschichten mit eingeschlossenem Isolierschichtmaterial gebildet ist.In micromechanical systems which comprise at least two polysilicon layers arranged in different planes, it is advantageous to form the stabilizing webs of the two polysilicon layers in each case as a web-shaped connection between the two polysilicon layers. As a result, a further significant stiffening can be achieved. Instead of webs also stamps, that is very short vertical connectors can be used in this arrangement. According to an advantageous, leading to a particularly high stability development of this embodiment, the web-shaped connections between the two arranged in different levels polysilicon layers are each formed by two perpendicular to the polysilicon levels successively arranged U-shaped double webs. This embodiment can be further developed to the effect that the stabilizing webs of the U-shaped double webs, which are spaced apart by the transverse sections, build on one another such that in each case a closed stiffening structure of the two polysilicon layers with enclosed insulating layer material is formed.

Grundsätzlich können die Stabilisierungsstege in frei wählbarer Verteilung an der Polysiliziumschicht angeordnet sein. Vorteilhafterweise erfolgt die Anordnung jedoch im Lichte der späteren verwendungsbezogenen Strukturierung der Polysiliziumschicht. Vorteilhaft ist die mindestens eine vergrabene Polysiliziumschicht in elektrisch voneinander isolierte Bereiche strukturiert, wobei die Stabilisierungssiege, Doppelstege oder Versteifungsstrukturen über mindestens einen der Bereiche flächenmäßig homogen verteilt sind. Es können jedoch auch Strukturen hergestellt werden, die durch eine geeignete Anordnung der Stabilisierungsstege nur eine lokale Versteifung erfahren, indem die Stabilisierungsstege, Doppelstege oder Versteifungsstrukturen über mindestens einen der elektrisch isolierten Bereiche flächenmäßig und/oder hinsichtlich der räumlichen Ausrichtung inhomogen verteilt sind.In principle, the stabilizing webs can be arranged in a freely selectable distribution on the polysilicon layer. Advantageously, however, the arrangement is made in the light of the later use-related structuring of the polysilicon layer. Advantageously, the at least one buried polysilicon layer is structured in regions which are electrically insulated from one another, wherein the stabilization gains, double webs or stiffening structures are homogeneously distributed over at least one of the regions in terms of area. However, it is also possible to produce structures which experience only local stiffening by means of a suitable arrangement of the stabilizing webs in that the stabilizing webs, double webs or stiffening structures are inhomogeneously distributed over at least one of the electrically insulated areas in terms of area and / or spatial orientation.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements der genannten Art, umfassend das Bereitstellen eines Substrats und das Anordnen einer Isolationsschicht auf dem Substrat oder auf einer ersten Polysiliziumschicht, das Anlegen von Gräben in der Isolationsschicht, die Abscheidung einer ersten oder zweiten Polysiliziumschicht auf der Isolationsschicht, sowie die Strukturierung der abgeschiedenen Polysiliziumschicht, die Abscheidung und Strukturierung einer weiteren Isolationsschicht, die Abscheidung und Strukturierung einer mikromechanischen Funktionsschicht, sowie schließlich das Entfernen der durch die Isolationsschichten gebildeten Opferschicht durch Ätzen.Another object of the present invention is a method for producing a micromechanical device of the type mentioned, comprising providing a substrate and placing an insulating layer on the substrate or on a first polysilicon layer, the application of trenches in the insulating layer, the deposition of a first or second polysilicon layer on the insulating layer, as well as the structuring of the deposited polysilicon layer, the deposition and structuring of a further insulating layer, the deposition and structuring of a micromechanical functional layer, and finally the removal of the sacrificial layer formed by the insulating layers by etching.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des genannten Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass die Breite der Gräben so schmal gewählt wird, dass die Gräben bei der anschließenden Polysiliziumabscheidung ganz oder nahezu aufgefüllt werden, so dass jeweils ein einzelner Stabilisierungssteg entsteht. Gemäß einer dazu alternativen Weiterbildung der genannten Herstellungsverfahren ist vorgesehen, dass die Breite der Gräben so breit gewählt wird, dass die Struktur der einzelnen Gräben bei der anschließenden Polysiliziumabscheidung abgebildet wird, so dass jeweils ein Doppelsteg entsteht.According to a preferred development of said production method, it is provided that the width of the trenches is selected so narrow that the trenches are completely or almost filled up in the subsequent polysilicon deposition, so that in each case a single stabilizing web is formed. According to an alternative development of said production method, it is provided that the width of the trenches is selected to be so wide that the structure of the individual trenches is imaged in the subsequent polysilicon deposition, so that in each case a double web is formed.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawing. Show it:

1 eine schematische Seitenansicht einer Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik, 1 a schematic side view of a sensor arrangement according to the prior art,

2 bis 5 in gleicher Darstellung verschiedene Herstellungsstadien einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 to 5 in the same representation different stages of production of a first embodiment of the present invention,

6 und 7 eine Variante der in den 2 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform, 6 and 7 a variant of the in the 2 to 5 illustrated first embodiment,

8 bis 12 verschiedene Herstellungsstadien einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 8th to 12 various stages of manufacture of a second embodiment of the present invention,

13 und 14 eine Variante der in 8 bis 12 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung, 13 and 14 a variant of in 8th to 12 illustrated second embodiment of the invention,

15 bis 18 jeweils eine perspektivische Darstellung einer Variante der in den 2 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung. 15 to 18 each a perspective view of a variant of the in the 2 to 5 illustrated first embodiment of the invention.

2 bis 5 zeigt beispielhaft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches System mit einer (einzigen) vergrabenen, im System als freitragende Leiterbahn dienenden Polysiliziumschicht 5 mit Stabilisierungsstegen 2. In einem in 2 dargestellten ersten Herstellungsschritt erfolgt die Abscheidung einer ersten Isolationsschicht 3 (Opferschicht) und anschließend das Anlegen von Gräben 4 oder Löchern in der ersten Isolationsschicht 3. Die Gräben 4 haben – im Hinblick auf die gewünschte elektrische Isolation der entstehenden Leiterbahnen – keine Verbindung zum Substrat 1 und sind hinreichend schmal, so dass sie bei der anschließenden Abscheidung der Polysiliziumschicht 5 vollständig gefüllt werden. 2 to 5 shows by way of example a production method for a micromechanical system with a (single) buried, serving in the system as a self-supporting conductor track polysilicon layer 5 with stabilizing bars 2 , In an in 2 the first production step shown, the deposition of a first insulating layer 3 (Sacrificial layer) and then the creation of trenches 4 or holes in the first insulation layer 3 , The trenches 4 have - in view of the desired electrical insulation of the resulting printed conductors - no connection to the substrate 1 and are sufficiently narrow so that they are used in the subsequent deposition of the polysilicon layer 5 be completely filled.

Im nächsten Herstellungsschritt, vergleiche 3, erfolgt die Abscheidung der Polysiliziumschicht 5, wobei sich in den Gräben 4 Stabilisierungsstege 2 bilden, die nicht auf dem Substrat 1 aufsitzen. Nach Strukturierung der Polysiliziumschicht 5 in elektrisch voneinander getrennte Bereiche entsteht eine vergrabene Leiterbahn 5, die zwar (seitlich) an einer Verankerung (hier nicht dargestellt, vergleiche aber die weiter unten beschriebenen Ausführungsformen gemäß den 15 bis 18) aufgehängt, ansonsten aber freitragend ausgeführt ist. Die dazu erforderliche Stabilität erhält die vergrabene Leiterbahn 5 durch die Stabilisierungsstege 2, die die dünne Polysiliziumschicht 5 ähnlich versteifen, wie es bei einer Polysiliziumschicht 5 der Fall wäre, die eine der Länge des Steges 2 entsprechende Dicke aufweist.In the next manufacturing step, compare 3 , the deposition of the polysilicon layer takes place 5 , being in the trenches 4 stabilizing webs 2 do not form on the substrate 1 seated. After structuring the polysilicon layer 5 in electrically separate areas creates a buried trace 5 Although (not shown here (laterally) on an anchorage, but compare the embodiments described below according to the 15 to 18 ) suspended, but otherwise carried out self-supporting. The required stability receives the buried interconnect 5 through the stabilizing webs 2 containing the thin polysilicon layer 5 similar stiffen, as is the case with a polysilicon layer 5 the case would be one of the length of the jetty 2 corresponding thickness.

Im folgenden Herstellungsschritt, vergleiche 4, erfolgt die Abscheidung der zweiten Isolationsschicht 6 und eine Strukturierung (beispielsweise nicht dargestellte Kontaktlöcher zur elektrischen Verbindung der Funktionsschicht 7 mit der vergrabenen Leiterbahn 5). Weiterhin erfolgt in an sich bekannter Weise die Abscheidung der Funktionsschicht 7 und deren Strukturierung, vergleiche 4. In einem weiteren Herstellungsschritt, vergleiche 5, erfolgt schließlich die Opferschichtätzung, bei der die erste und zweite Isolationsschicht 3 und 6 entfernt werden, um mikromechanische Elemente der Funktionsschicht 7 in erwünschter Weise freizulegen.In the following manufacturing step, compare 4 , the deposition of the second insulating layer takes place 6 and structuring (for example contact holes, not shown, for the electrical connection of the functional layer 7 with the buried track 5 ). Furthermore, the deposition of the functional layer takes place in a manner known per se 7 and their structuring, cf. 4 , In a further manufacturing step, compare 5 Finally, the sacrificial layer etching takes place, in which the first and second insulation layer 3 and 6 be removed to micromechanical elements of the functional layer 7 to expose in a desirable manner.

Bei der vorstehend, im Zusammenhang mit den 2 bis 5, beschriebenen günstigen Ausführungsform wird – wie erwähnt – die Breite der Gräben 4 oder Löcher, die im ersten Schritt angelegt werden, gerade so schmal gewählt, dass die Gräben 4 beziehungsweise die Löcher 4 bei der anschließenden Polysiliziumabscheidung ganz oder nahezu aufgefüllt werden. Das heißt, die Breite wird kleiner oder gleich der doppelten Polysiliziumschichtdicke gewählt. Damit kann die mit den Gräben oder den Löcher 4 einhergehende Topographie ausgeglichen werden.In the above, in connection with the 2 to 5 As described, the width of the trenches is as described above 4 or holes that are created in the first step, just chosen so narrow that the trenches 4 or the holes 4 be completely or almost filled in the subsequent polysilicon deposition. That is, the width is chosen to be less than or equal to twice the polysilicon layer thickness. This can be done with the trenches or the holes 4 accompanying topography.

6 zeigt eine weitere günstige Ausführungsform, wobei der dargestellte Herstellungsschritt dem in 3 dargestellten entspricht. Anders als in 3 füllt die Polysiliziumschicht 5 hier in 6 bei der Abscheidung auf die mit Gräben 4 versehene erste Isolationsschicht 3 die Gräben 4 jedoch nicht vollständig auf, sondern die Polysiliziumschicht 5 bildet die Grabentopographie ab, so dass die dargestellten U-förmigen Doppelstege 9 entstehen, die jeweils zwei benachbarte, durch den parallel zur Polysiliziumebene verlaufenden Querabschnitt 14 verbundene, Stabilisierungsstege 2 aufweisen. 7 zeigt den weiteren, 4 entsprechenden Herstellungsschritt zu dieser Ausführungsform, bei dem die U-förmigen Doppelstege 9 mit einer zweiten Oxidschicht 6 bedeckt werden und anschließend die Abscheidung und Strukturierung einer mikromechanischen Funktionsschicht 7 erfolgt. Anschließend an 7 erfolgt, ähnlich wie bei 5 beschrieben, eine bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 und 7 nicht dargestellte Opferschichtätzung. 6 shows a further advantageous embodiment, wherein the illustrated manufacturing step, the in 3 represented corresponds. Unlike in 3 fills the polysilicon layer 5 here in 6 when depositing on those with trenches 4 provided first insulation layer 3 the trenches 4 but not completely on, but the polysilicon layer 5 depicts the tomb topography, so that the U-shaped double bars shown 9 arise, each two adjacent, passing through the parallel to the polysilicon level transverse section 14 connected, stabilizing webs 2 exhibit. 7 shows the other, 4 corresponding manufacturing step to this embodiment, in which the U-shaped double webs 9 with a second oxide layer 6 are covered and then the deposition and structuring of a micromechanical functional layer 7 he follows. Afterwards 7 takes place, similar to 5 described in the embodiment according to 6 and 7 not shown sacrificial layer etching.

Bei dem in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird demnach – anders als bei der zuvor in 2 bis 5 dargestellten Ausführungsform – die Stegbreite der Gräben oder der Löcher 4 bewusst größer als die doppelte Polysiliziumschichtdicke gewählt, aber gleich oder geringer als die Summe der doppelten Polysiliziumschichtdicke und der doppelten Opferoxiddicke der zweiten Isolationsschicht 6. Damit ergibt sich der Vorteil, dass nach der zweiten Opferoxidabscheidung 6 die Topographie durch die Gräben oder Löcher 4 verschwindet und gleichzeitig in jeder Grabenstruktur oder Lochstruktur ein doppelter Stabilisierungssteg (Doppelsteg) 9 entsteht. Mit diesem Verfahren ist also eine höhere Dichte an Stabilisierungsstegen 2 erreichbar. Diese Variante ist besonders dann sehr günstig einzusetzen, wenn eine im Vergleich zur Polysiliziumdicke größere Opferoxiddicke verwendet wird.In the in the 6 and 7 illustrated embodiment is therefore - unlike the previously in 2 to 5 illustrated embodiment - the web width of the trenches or holes 4 deliberately greater than twice the polysilicon layer thickness but equal to or less than the sum of the double polysilicon layer thickness and the double sacrificial oxide thickness of the second insulating layer 6 , This results in the advantage that after the second sacrificial oxide 6 the topography through the trenches or holes 4 disappears and at the same time in each trench structure or hole structure a double stabilization bar (double bar) 9 arises. With this method is therefore a higher density of stabilizing webs 2 reachable. This variant can be used very favorably, especially when a larger sacrificial oxide thickness than the polysilicon thickness is used.

In den 8 bis 12 ist beispielhaft ein Herstellungsverfahren für zwei vergrabene Polysiliziumschichten angegeben, die mit Hilfe von Stabilisierungsstegen eine freitragende Leiterbahn oder Elektrode bilden. Im ersten Herstellungsschritt, vergleiche 8, erfolgen die Abscheidung der ersten Opferschicht 3 und – optional (nicht dargestellt) – das Anlegen von Gräben oder Löcher in der Isolationsschicht 3, um die noch abzuscheidende erste Polysiliziumschicht 5 gegebenenfalls auch durch zusätzliche, sich in Richtung zum Substrat 1 hin erstreckende Stabilisierungsstege versteifen zu können. Weiter erfolgt die Abscheidung der ersten vergrabenen Polysiliziumschicht 5 und deren Strukturierung. Im nächsten Schritt, vergleiche 9, erfolgt die Abscheidung der zweiten Isolationsschicht 6 und das Anlegen von bis zur ersten Polysiliziumschicht reichenden Gräben 8 oder Löchern in dieser Opferschicht 6. Im nächsten Herstellungsschritt, vergleiche 10, erfolgt die Abscheidung der zweiten vergrabenen Polysiliziumschicht 10, wobei gleichzeitig die Stege 2 entstehen, die sich bis zur ersten Polysiliziumschicht 5 erstrecken und somit eine stegförmige Verbindung zwischen den beiden Polysiliziumebenen herstellen, die aufgrund ihrer Doppel-T-Träger-Struktur besondere Stabilität aufweist. Praktisch gesehen, werden die beiden dünnen Polysiliziumschichten 5 und 10 zu einer einzigen Polysiliziumschicht zusammengefügt, die dann eine größere Dicke und Stabilität aufweist als die beiden einzelnen Schichten 5 und 10 zusammen. Im nächsten Schritt, vergleiche 11, erfolgt das Abscheiden der dritten Opferschicht 11 und deren Strukturierung, sowie die Abscheidung der Funktionsschicht 7 und deren Strukturierung. In einem weiteren Schritt erfolgt die Opferschichtätzung der Isolationsschichten 3, 6 und 11, um auf diese Weise die mikromechanischen Elemente 7 freizulegen, vergleiche 12.In the 8th to 12 is exemplified a manufacturing method for two buried polysilicon layers, which form a self-supporting conductor or electrode by means of stabilizing webs. In the first production step, compare 8th , the deposition of the first sacrificial layer occur 3 and optionally (not shown) - the formation of trenches or holes in the insulating layer 3 to the still to be deposited first polysilicon layer 5 optionally also by additional, towards the substrate 1 stiffening extending stabilization webs. Next, the deposition of the first buried polysilicon layer takes place 5 and their structuring. In the next step, compare 9 , the deposition of the second insulating layer takes place 6 and the application of trenches reaching to the first polysilicon layer 8th or holes in this sacrificial layer 6 , In the next manufacturing step, compare 10 , the deposition of the second buried polysilicon layer takes place 10 , where at the same time the webs 2 arise, extending to the first polysilicon layer 5 extend and thus produce a web-like connection between the two polysilicon levels, which has particular stability due to their double-T-support structure. In practical terms, the two thin polysilicon layers 5 and 10 assembled into a single polysilicon layer, which then has a greater thickness and stability has as the two individual layers 5 and 10 together. In the next step, compare 11 , the deposition of the third sacrificial layer takes place 11 and their structuring, as well as the deposition of the functional layer 7 and their structuring. In a further step, the sacrificial layer etching of the insulation layers takes place 3 . 6 and 11 In this way, the micromechanical elements 7 to expose, compare 12 ,

Ähnlich wie bei dem weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur einer vergrabenen Polysiliziumschicht, kann es sich auch bei zwei vergrabenen Polysiliziumschichten als günstig erweisen, entweder die Breite der Stege oder Löcher 8 geringer oder gleich der doppelten Dicke der anschießenden Polysiliziumabscheidung zu wählen, oder die Breite der Stege oder der Löcher 8 größer als die doppelte Dicke der anschießenden Polysiliziumabscheidung zu wählen und gleichzeitig kleiner oder gleich der Summe der doppelten Dicke der anschießenden Polysiliziumabscheidung und der anschließenden Opferoxidabscheidung zu wählen. Es können also Stabilisierungsstege 2 oder Doppelstege 9 erzeugt werden.Similar to the above-described embodiment of the invention with only one buried polysilicon layer, it may prove favorable for two buried polysilicon layers, either the width of the ridges or holes 8th less than or equal to twice the thickness of the adjacent polysilicon deposit, or the width of the lands or holes 8th greater than twice the thickness of the adjacent polysilicon deposit and, at the same time, to be less than or equal to the sum of twice the thickness of the adjacent polysilicon deposit and the subsequent sacrificial oxide deposit. So it can stabilization bars 2 or double bridges 9 be generated.

Um eine große Steghöhe zu erreichen, kann es sich als günstig erweisen, die zweite Polysiliziumschicht 10 dicker als die erste Polysiliziumschicht 5 zu wählen, wie in 12 erkennbar.To achieve a large ridge height, it may prove convenient to use the second polysilicon layer 10 thicker than the first polysilicon layer 5 to choose as in 12 recognizable.

Eine besonders hohe Stabilität der aus den beiden vergrabenen Polysiliziumschichten 5 und 10 gebildeten Elemente wird erreicht, wenn in beiden Polysiliziumebenen U-förmige Doppelstege 9 angelegt werden, die aufeinander aufbauen oder nahe beieinander liegen. Die mechanisch wirksame Steghöhe ergibt sich dabei als die Summe der aufeinander gestellten Stabilisierungsstege 2 der jeweils einander zugewandten U-förmigen Doppelstege 9, vergleiche 13 und 14.A particularly high stability of the two buried polysilicon layers 5 and 10 formed elements is achieved when in both polysilicon levels U-shaped double webs 9 be created, which build on each other or are close to each other. The mechanically effective web height results as the sum of stacked stabilizing webs 2 each facing U-shaped double webs 9 , compare 13 and 14 ,

Bei der in den 13 und 14 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen zwei Polysiliziumschichten 5 und 10 auch die Opferschicht beziehungsweise das Isolationsschichtmaterial 12 in der aus zwei Doppelstegen 9 gebildeten jeweiligen Versteifungsstruktur 13 eingeschlossen. Die eingeschlossene Opferschicht 12 trägt zusätzlich zur Stabilisierung der Stege 2 beziehungsweise Versteifungsstrukturen 13 bei.In the in the 13 and 14 illustrated embodiment of the invention is between two polysilicon layers 5 and 10 also the sacrificial layer or the insulation layer material 12 in the two double bridges 9 formed respective stiffening structure 13 locked in. The enclosed sacrificial layer 12 additionally contributes to the stabilization of the bars 2 or stiffening structures 13 at.

Um eine weitere Stabilität zu erreichen, können die beschriebenen Herstellungsschritte von zwei auch auf mehr Polysiliziumebenen übertragen werden.In order to achieve further stability, the described production steps of two can also be transferred to more polysilicon levels.

In 15 sind in einer perspektivischen Darstellung die freien, durch die Stabilisierungsstege 2 stabilisierten Leiterbahnen 5 unterhalb der dicken zweiten Opferoxidschicht 6 zu sehen. Im hinteren Bereich der 15 hat die Schicht 6 keine Ätzlöcher 15, dort wird die erste Isolationsschicht 3 daher nicht geätzt. Vielmehr sind dort die Stabilisierungsstege 2 fixiert. Die Stabilisierungsstege 2 können aber auch auf dem Substrat 1 oder an der Epi-Oxidschicht 6 fixiert werden. Im dargestellten Beispiel erstrecken sich die T-förmigen, jeweils aus einer Leiterbahn 5 und dem stützenden Stabilisierungssteg 2 gebildeten Strukturen schienenförmig in die dritte Dimension. In anderen Ausführungsformen kann eine nicht schienen-, sondern stempelförmige Ausbildung dieser im Querschnitt T-förmigen Strukturen 5 und 2 gegeben sein. Auch eine einzelne Struktur 5 und 2 ist möglich.In 15 are in a perspective view of the free, through the stabilizing webs 2 stabilized tracks 5 below the thick second sacrificial oxide layer 6 to see. In the back of the 15 has the layer 6 no etching holes 15 , there will be the first insulation layer 3 therefore not etched. Rather, there are the stabilizing bars 2 fixed. The stabilizing bars 2 but also on the substrate 1 or at the epi-oxide layer 6 be fixed. In the example shown, the T-shaped, each extending from a conductor track 5 and the supporting stabilizer bar 2 formed structures rail-shaped in the third dimension. In other embodiments, a non-rail but stamp-shaped formation of these T-shaped structures in cross-section 5 and 2 be given. Also a single structure 5 and 2 is possible.

Soll eine homogene Versteifung mindestens über einen Teil eines einzelnen Bereiches der Polysiliziumschicht 5 oder 10 erreicht werden, sind als quadratische (Gitter) oder hexagonale Versteifungsstrukturen ausgebildete Stabilisierungsstege 2 günstig. In 18 ist eine frei aufgespannte Polysilizium-Fläche 5 mit in Gitterstruktur ausgebildeten Stabilisierungsstegen 2 zu sehen. Diese Polysilizium-Fläche 5 kann beispielsweise als Elektrodenfläche oder als Membran eines kapazitiven Drucksensors oder eines Mikrofons verwendet werden. Eine Überdeckung durch eine Isolationsschicht ist nicht dargestellt, aber möglich. Die Polysiliziumschicht 5 ist seitlich auf dem Isolationsoxid 3 angebunden. Die Stabilisierungsstege 2 sind, wie erkennbar, in diesem Ausführungsbeispiel nur in der Mitte des einzelnen flächigen Bereichs 5 angeordnet. Durch die Inhomogenität kann, je nach Anordnung, eine unterschiedliche Steifigkeit erreicht werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel resultiert eine Polysilizium-Fläche 5, die hinsichtlich der Durchbiegung am Rand weich und im mittleren, homogen stabilisierten, Teilbereich gleichmäßig hart ausgebildet ist. Damit wird beispielsweise eine Membran geschaffen, die am Rand beweglich ist und durch die große, in der Mitte versteifte, Fläche ein höheres kapazitives Signal liefert. 16 und 17 zeigen die dem in 18 dargestellten Zustand vorausgehenden Herstellungsstadien diese Ausführungsform. 16 zeigt eine gitterförmige Struktur von Gräben 4, die in der ersten Isolationsschicht 3 im Hinblick auf die später in Gitterstruktur zu erzeugenden Stabilisierungsstege 2 angelegt wurde. 17 zeigt die erfolgte Abscheidung der ersten vergrabenen Polysiliziumschicht 5 auf die wie beschrieben strukturierte erste Isolationsschicht 3.If a homogeneous stiffening at least over a portion of a single region of the polysilicon layer 5 or 10 are achieved, are stabilizing webs designed as square (lattice) or hexagonal stiffening structures 2 Cheap. In 18 is a free spanned polysilicon area 5 with stabilizing webs formed in a grid structure 2 to see. This polysilicon surface 5 For example, it can be used as an electrode surface or as a membrane of a capacitive pressure sensor or a microphone. An overlap by an insulating layer is not shown, but possible. The polysilicon layer 5 is on the side of the insulation oxide 3 tethered. The stabilizing bars 2 are, as can be seen, in this embodiment only in the middle of the single area area 5 arranged. The inhomogeneity can, depending on the arrangement, a different rigidity can be achieved. In the illustrated embodiment results in a polysilicon surface 5 , which is soft in terms of bending at the edge and uniformly hard in the middle, homogeneously stabilized, partial region. Thus, for example, a membrane is created, which is movable at the edge and provides a larger capacitive signal through the large, stiffened in the center surface. 16 and 17 show the in 18 illustrated state prior manufacturing stages this embodiment. 16 shows a grid-like structure of trenches 4 that in the first insulation layer 3 with regard to the later to be produced in lattice structure stabilizing webs 2 was created. 17 shows the deposition of the first buried polysilicon layer 5 on the structured as described first insulation layer 3 ,

Die Versteifungsstrukturen beziehungsweise Stege 2 können nicht nur flächenmäßig inhomogen verteilt werden. Über eine inhomogene Ausrichtung, beispielsweise Ausrichtung der Steg 2 nur in eine Richtung, könne auch Strukturen mit unterschiedlicher Steifigkeit in die verschiedenen Raumrichtungen erzeugt werden.The stiffening structures or webs 2 can not only be distributed in space inhomogeneous. Over an inhomogeneous alignment, for example alignment of the web 2 Only in one direction, structures with different stiffness in the different spatial directions can be generated.

Claims

Micromechanical system with at least one between a substrate ( 1 ) and a micromechanical functional layer ( 7 ) buried thin structured polysilicon layer ( 5 . 10 ), characterized in that at least one of the polysilicon layers ( 5 . 10 ) at least one perpendicular to the polysilicon plane extending stabilization bar ( 2 ), wherein the stabilizing web ( 2 ) has a defined number greater than zero of mutually orthogonal sections, wherein the stabilization bar ( 2 ) completely above the substrate ( 1 ) is arranged.

System according to claim 1, characterized in that the stabilizing webs ( 2 ) in the form of U-shaped double webs ( 9 ) are formed, each having two adjacent stabilizing webs ( 2 ) passing through a transverse section (in the polysilicon plane or parallel thereto) ( 14 ) are connected.

System according to Claim 1, characterized in that at least two polysilicon layers ( 5 . 10 ) are provided, wherein the stabilizing webs ( 2 ) of the two polysilicon layers ( 5 . 10 ) each as a web-shaped connection between the two polysilicon layers ( 5 . 10 ) are formed.

System according to claims 2 and 3, characterized in that the bar-shaped connections between the two polysilicon layers arranged in different planes ( 5 . 10 ) in each case by two perpendicular to the polysilicon levels arranged successively U-shaped double webs ( 9 ) are formed.

System according to claim 4, characterized in that the cross sections ( 14 ) spaced stabilizing webs ( 2 ) of the U-shaped double webs ( 9 ) build on each other so that in each case a closed stiffening structure ( 13 ) of the two polysilicon layers ( 5 . 10 ) is formed with enclosed insulating layer material.

System according to one of claims 3 to 5, characterized in that the functional layer near buried polysilicon layer ( 10 ) has a greater thickness than the substrate-near buried polysilicon layer ( 5 ) having.

System according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one buried polysilicon layer ( 5 . 10 ) is structured in electrically isolated areas, and that the stabilizing webs ( 2 ), Double bridges ( 9 ) or stiffening structures ( 13 ) are spatially distributed homogeneously over at least one of the areas.

System according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one buried polysilicon layer ( 5 . 10 ) is structured in electrically isolated areas, and that the stabilizing webs ( 2 ), Double bridges ( 9 ) or stiffening structures ( 13 ) are inhomogeneously distributed over at least one of the areas in terms of area and / or spatial orientation.

Method for producing a micromechanical device according to one of Claims 1 to 8, comprising: providing a substrate ( 1 ) and arranging an insulation layer ( 3 . 6 ) on the substrate ( 1 ) or on a first polysilicon layer ( 5 ), - creation of trenches ( 4 . 8th ) in the insulation layer ( 3 . 6 ), - deposition of a first or second polysilicon layer ( 5 . 10 ) on the insulation layer ( 3 . 6 ), and structuring of the deposited polysilicon layer ( 5 . 10 ), - deposition and structuring of a further insulation layer ( 6 . 11 ), - deposition and structuring of a micromechanical functional layer ( 7 ), - Removal through the insulation layers ( 3 . 6 . 11 ) formed by etching.

Method according to claim 9, characterized in that the width of the trenches ( 4 . 8th ) is chosen so narrow that the trenches ( 4 . 8th ) are completely or almost filled in the subsequent polysilicon deposition, so that in each case a single stabilization bar ( 2 ) arises.

Method according to claim 9, characterized in that the width of the trenches ( 4 . 8th ) is chosen so broad that the structure of the individual trenches ( 4 . 8th ) is imaged in the subsequent polysilicon deposition, so that in each case a double bridge ( 9 ) arises.