DE102007002273A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und Sensorelement - Google Patents

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung werden einfache Maßnahmen vorgeschlagen, die eine nachträgliche Rückseitenprozessierung von Bauteilen mit einer Membranstruktur in der Bauteiloberfläche ermöglichen, um Zugangsöffnungen zu der Kaverne unterhalb der Membran zu erzeugen. Nachdem eine erste Membranschicht (111) und eine Kaverne (12) unter der ersten Membranschicht (111), von der Bauteiloberfläche ausgehend, in einem Substratmaterial erzeugt worden sind, soll erfindungsgemäß über der ersten Membranschicht (111) zumindest im Bereich der mindestens einen zu erzeugenden Zugangsöffnung (13) eine Ätzstoppschicht (3) aufgebracht werden. Diese Zugangsöffnung (13) soll dann in einem Ätzschritt erzeugt werden, der von der Bauteilrückseite ausgehend und durch die Ätzstoppschicht (3) über der ersten Membranschicht (111) begrenzt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit mindestens einer in der Bauteiloberfläche ausgebildeten Membran, die eine Kaverne überspannt, und mit mindestens einer von der Bauteilrückseite ausgehenden Zugangsöffnung zu der Kaverne, wobei zumindest eine erste Membranschicht und die Kaverne von der Bauteiloberfläche ausgehend in einem monolithischen Halbleitersubstrat erzeugt werden und wobei die Zugangsöffnung von der Substratrückseite ausgehend in einem anisotropen Ätzschritt erzeugt wird.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein derartiges Bauteil, das als Sensorelement zur Relativdruckmessung eingesetzt wird.
  • Es ist bekannt, mikromechanische Sensorelemente mit Membranen zur Relativdruckmessung einzusetzen. Für diese Anwendung muss die Membran, die meist in der Bauteiloberfläche ausgebildet ist, beidseitig zugänglich sein. In der Praxis wird die Membran derartiger mikromechanischer Sensorelemente deshalb häufig von der Waferrückseite ausgehend freigelegt. Dazu werden volumenmikromechanische Verfahren eingesetzt, wie z. B. KOH-Ätzen. Dabei entstehen relativ große Ausnehmungen, die für die Größe des Sensorelements mitbestimmend sind.
  • In den deutschen Patentanmeldungen DE 100 32 579 A1 , DE 10 2004 036 035 A1 und DE 10 2004 036 032 A1 werden Verfahren beschrieben, die auch unter dem Begriff APSM (Advanced Porous Silicon Membrane)-Technologie bekannt sind. Mit diesen Verfahren können beispielsweise Sensorelemente zur Absolutdruckmessung mit sehr kleiner Chipfläche und sehr genauen Herstellungstoleranzen gefertigt werden. Diese Verfahren lassen sich relativ einfach realisieren und sind dementsprechend kostengünstig. Da die APSM-Technologie außerdem CMOS-kompatibel ist, lassen sich auch Schaltungselemente einer Auswerteschaltung und insbesondere Widerstände zur piezoresistiven Signalerfassung einfach auf dem Sensorelement integrieren.
  • Gemäß dem aus der DE 100 32 579 A1 bekannten Verfahren wird mit Hilfe eines Ätzmediums, das die maskierte Oberfläche eines monolithischen Siliziumsubstrats angreift, ein erster poröser Schichtbereich im Substrat erzeugt, der an die Substratoberfläche angrenzt. Die Ausdehnungsgeschwindigkeit der Poren lässt sich durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der Oberseite und der Unterseite des Substrats und durch geeignete Einstellung der elektrischen Feldstärke während des Ätzangriffs beeinflussen. Durch Erhöhen der elektrischen Feldstärke wird unterhalb des ersten Schichtbereichs ein zweiter poröser Schichtbereich erzeugt, dessen Porosität größer ist als die Porosität des ersten Schichtbereichs. In einem anschließenden Temperschritt ordnen sich die Poren im zweiten Schichtbereich so um, dass eine einzige große Pore, d. h. eine Kaverne, unterhalb des ersten Schichtbereichs entsteht. Zumindest die Poren auf der Oberseite des ersten Schichtbereichs werden durch die Temperung weitgehend verschlossen. Dadurch ist es möglich, auf diesem ersten Schichtbereich eine weitgehend monokristalline Siliziumschicht als Membranschicht abzuscheiden, in die dann einfach elektrische Schaltungselemente, wie z. B. Widerstände, zur Signalerfassung und -auswertung integriert werden können.
  • Gemäß den aus der DE 10 2004 036 035 A1 und DE 10 2004 036 032 A1 bekannten Verfahren wird in einem Halbleiterträger ein erster Bereich mit einer ersten Dotierung erzeugt, der die Kaverne unter der zu erzeugenden Membran bilden soll. Über diesem ersten Bereich wird ein gitterförmiger Bereich mit einer zweiten Dotierung erzeugt, der als Stabilisierungselement für die zu erzeugenden Membran dient. In einer ersten Verfahrensvariante wird dann der erste Bereich durch die Gitteröffnungen des Stabilisierungselements hoch porös geätzt. Aufgrund der unterschiedlichen Dotierungen wird das Stabilisierungselement dabei praktisch nicht angegriffen. Danach wird der Halbleiterträger mit einer Epitaxieschicht versehen. Diese wächst im Wesentlichen auf der Gitterstruktur des Stabilisierungselements auf, wobei das Wachstum sowohl in vertikaler als auch in lateraler Richtung erfolgt, so dass sich die Gitteröffnungen schließen. Das hoch poröse Halbleitermaterial des ersten Bereichs lagert sich während dem Aufwachsvorgang oder während eines Temperschritts zu einer großen Pore bzw. einer Kaverne unter der idealerweise monokristallinen Epitaxieschicht um, die dann als Membranschicht fungiert. In einer zweiten Verfahrensvariante wird das Halbleitermaterial des ersten Bereichs noch vor dem Erzeugen der Epitaxieschicht vollständig herausgelöst.
  • Da die an die Kaverne angrenzenden Membranschichten hier oftmals prozessbedingt aus demselben Material bestehen wie das Substrat, nämlich aus monokristallinem Silizium, erweist sich eine nachträgliche Strukturierung der Substratrückseite, beispielsweise zum Erzeugen einer Zugangsöffnung zur Kaverne, als problematisch. In diesem Fall sind besondere Maßnahmen zum Schutz der Membranstruktur erforderlich.
  • Die US 2006/0260408 A1 beschäftigt sich mit dieser Problematik. Hier wird zunächst vorgeschlagen, den von der Substratrückseite ausgehenden Ätzangriff so zeitlich zu begrenzen, dass zwar eine Zugangsöffnung zur Kaverne erzeugt wird, die darüber liegende Membranstruktur aber möglichst nicht angegriffen wird. Eine derartige zeitliche Begrenzung des rückseitigen Ätzangriffs erweist sich in der Praxis als kritisch, da die Dicke der Membranstruktur und die Ausdehnung der Kaverne gering sind im Vergleich zur Substratdicke. Hinzu kommt, dass die Dicke der Membranstruktur im Bereich der Dickenschwankungen liegt, mit denen die üblicherweise als Substratmaterial verwendeten Wafer gefertigt werden. Insgesamt ist die zeitliche Begrenzung des rückseitigen Ätzangriffs deshalb zu sensibel für eine Massenproduktion.
  • Des Weiteren wird in der US 2006/0260408 A1 vorgeschlagen, auf der Innenwandung der Kaverne eine Oxidschicht als Ätzstoppschicht für den rückseitigen Ätzangriff zu erzeugen. Dazu wird zunächst eine Öffnung in der Membranschicht erzeugt, über die Sauerstoff für eine thermische Oxidation in die Kaverne geleitet wird. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig, nicht zuletzt weil die Membranschicht in der Regel wieder verschlossen wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden einfache Maßnahmen vorgeschlagen, die eine nachträgliche Rückseitenprozessierung von Bauteilen mit einer Membranstruktur in der Bauteiloberfläche ermöglichen, um Zugangsöffnungen zu der Kaverne unterhalb der Membran zu erzeugen.
  • Erfindungsgemäß wird über der ersten Membranschicht zumindest im Bereich der zu erzeugenden Zugangsöffnung eine Ätzstoppschicht aufgebracht, durch die der anisotrope Ätzschritt zum Erzeugen der Zugangsöffnung begrenzt wird.
  • Der Ätzstoppschicht, die erfindungsgemäß nachträglich auf der ursprünglichen Membranstruktur angeordnet wird, kommen mindestens zwei Funktionen zu: Zunächst soll sie den von der Bauteilrückseite ausgehenden Ätzangriff begrenzen. Sie dient aber auch zur Aufrechterhaltung der Membranfunktion, da bei diesem Ätzangriff nicht nur das Substrat sondern auch die ursprüngliche Membranstruktur angegriffen wird. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Ätzstoppschicht für die nachträgliche Strukturierung der Bauteilrückseite nicht notwendigerweise innerhalb der ursprünglichen Membranstruktur ausgebildet sein muss. Ein geeigneter Ätzstopp kann auch nachträglich auf der Bauteiloberfläche angeordnet werden, wo er wesentlich einfacher und kostengünstiger realisiert werden kann. Im einfachsten Fall kann sogar eine bereits vorhandene oder zur Realisierung einer Auswerteschaltung notwendige Schicht als Ätzstoppschicht genutzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren geht davon aus, dass die Membranstruktur von der Bauteiloberfläche ausgehend im Substratmaterial erzeugt wird. Dies kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, die voranstehend beschriebene APSM-Technologie zum Erzeugen der Membranstruktur anzuwenden.
  • Demnach wird in einer Verfahrensvariante zunächst ein erster poröser Schichtbereich in einem Substrat erzeugt. Dann wird unter dem ersten porösen Schichtbereich ein zweiter poröser Schichtbereich im Substrat erzeugt, wobei die Porosität des zweiten Schichtbereichs größer ist als die Porosität des ersten Schichtbereichs. In einem nachfolgenden Temperschritt wird der zweite Schichtbereich in einen Hohlraum bzw. eine Kaverne umgewandelt. Bei diesem Temperschritt verschließen sich die Poren des ersten Schichtbereichs zumindest weitgehend, so dass dieser erste Schichtbereich eine erste Membranschicht über der Kaverne bildet.
  • In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein poröser Schichtbereich im Substrat erzeugt, über dem dann eine Epitaxieschicht aus dem Substratmaterial abgeschieden wird. In einem anschließenden Temperschritt wird der poröse Schichtbereich in eine Kaverne umgewandelt, so dass die Epitaxieschicht eine erste Membranschicht über der Kaverne bildet.
  • In einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante wird ein erster Schichtbereich mit einer ersten Dotierung in einem Halbleitersubstrat erzeugt. Über diesem ersten Schichtbereich wird ein vorzugsweise gitterförmiger Stabilisierungsbereich mit mindestens einer Öffnung erzeugt, wobei sich die Dotierung des Stabilisierungsbereichs von der des ersten Schichtbereichs unterscheidet. Der erste Schichtbereich wird dann porös geätzt, bevor über dem Stabilisierungsbereich eine Epitaxieschicht erzeugt wird. Durch eine Temperaturbehandlung wird der poröse erste Schichtbereich schließlich in eine Kaverne umgewandelt, so dass die Epitaxieschicht eine erste Membranschicht über der Kaverne bildet. Diese Verfahrensvariante kann dahingehend modifiziert werden, dass das Halbleitermaterial des ersten Schichtbereichs nicht nur porös geätzt wird, sondern bereits vor dem Erzeugen der Epitaxieschicht herausgelöst wird, so dass eine Kaverne unter dem Stabilisierungsbereich entsteht.
  • Die erfindungsgemäßen Maßnahmen – nämlich die Verwendung einer nachträglich auf die Membranoberseite aufgebrachten Ätzstoppschicht zur Begrenzung des rücksseitigen Ätzangriffs, durch den ein Rückseitendruckzugang geschaffen wird – ermöglichen die Herstellung von Sensorelementen zur Relativdruckmessung in APSM-Technologie mit sämtlichen Vorteilen, die der Einsatz dieser Technologie mit sich bringt. So lassen sich in APSM-Technologie Sensorelemente mit beliebiger Membrangeometrie bei sehr geringer Chipgröße und sehr genauen Herstellungstoleranzen realisieren. Das Herstellungsverfahren ist zudem CMOS-kompatibel, d. h. es besteht die Möglichkeit der monolithischen Integration von Schaltungselementen einer Auswerteschaltung auf dem Sensorelement. Der Einsatz der APSM-Technologie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch im Hinblick auf die Herstellungskosten der Sensorelemente vorteilhaft, da ein kostengünstiges Ausgangsmaterial, nämlich ein Siliziumsubstrat, verwendet werden kann, das einfach mit Hilfe von üblichen, gut handhabbaren und kontrollierbaren Halbleiterverfahren prozessiert werden kann.
  • In einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Kaverne erzeugt, die durch einen Hohlraum gebildet wird, an den sich eine unter der ersten Membranschicht verlaufende Stichleitung anschließt. In diesem Fall dient der Membranbereich über dem Hohlraum der Messwerterfassung. Die Zugangsöffnung wird dann im Bereich der Stichleitung angeordnet, um die mechanischen Eigenschaften der Membran im Bereich über dem Hohlraum so wenig wie möglich zu beeinträchtigen.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Strukturierung der Bauteilrückseite durch Trenchen erfolgt. Dadurch lassen sich auch bei größerer Substratdicke gezielt Zugangsöffnungen mit einer relativ kleinen Querschnittsfläche erzeugen, was im Hinblick auf die zunehmende Miniaturisierung mikromechanischer Bauelemente vorteilhaft ist. Zugangsöffnungen mit geringer Querschnittsfläche sind aber auch im Hinblick auf die Funktion der Membranstruktur von Vorteil. Da das erfindungsgemäße Verfahren in Kauf nimmt, dass bei der Strukturierung der Bauteilrückseite auch die ursprüngliche Membranstruktur durchgeätzt wird, wird die Funktion der Membran nur solange nicht nennenswert beeinflusst, solange das Verhältnis der lateralen Membranausdehnung zum Querschnitt der Zugangsöffnung, d. h. zum Querschnitt des abgedünnten Membranbereichs, groß ist und sichergestellt ist, dass bei Vorliegen einer Druckdifferenz eine ausreichende lineare Durchbiegung der gesamten Membran vorliegt.
  • Da das Biegeverhalten der Membran wesentlich durch die mechanischen Eigenschaften der Membranschichten und insbesondere auch der Ätzstoppschicht bestimmt wird, werden in einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die mechanischen Eigenschaften der Ätzstoppschicht und ggf. weiterer Schichten im Membranbereich so gewählt, dass eine lokale Schwächung der Membran im Bereich über der Zugangsöffnung ausgeglichen wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erstes Bauteil, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt worden ist,
  • 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein zweites Bauteil, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt worden ist, und
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Sensorelement zur Relativdruckmessung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Bei dem in 1 dargestellten Bauteil 10 handelt es sich um ein mikromechanisches Bauteil, das durch Prozessierung eines Substrats 1, wie beispielsweise eines Siliziumwafers, hergestellt worden ist. In der Bauteiloberfläche ist eine Membran 11 ausgebildet, die eine Kaverne 12 im Substrat 1 überspannt. Die Kaverne 12 ist über eine Zugangsöffnung 13 an die Bauteilrückseite angeschlossen, so dass das Bauteil 10 zur Relativdruckerfassung eingesetzt werden kann.
  • Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Kaverne 12 von der Bauteiloberfläche ausgehend in APSM-Technologie erzeugt. Dabei hat sich über der Kaverne 12 eine erste Membranschicht 111 aus Substratmaterial gebildet.
  • Die Zugangsöffnung 13 wurde nachträglich im Rahmen einer Rückseitenstrukturierung erzeugt. Dazu wurde zunächst eine Maskierschicht 2 auf die Rückseite des Substrats 1 aufgebracht. Durch Strukturierung der Maskierschicht 2 wurden dann die Lage, die Form und die Größe, genauer die Querschnittsfläche, der Zugangsöffnung 13 definiert. Als Maskierschicht 2 kann beispielsweise eine geeignete Fotolackschicht oder auch eine sogenannte „Hardmask", z. B. aus Si-Oxid, verwendet werden. Außerdem wurde im hier dargestellten Ausführungsbeispiel die gesamte Bauteiloberfläche mit einer Ätzstoppschicht 3 versehen. Dabei kann es sich um eine speziell für diesen Zweck optimierte Schicht handeln, deren Erzeugung in den bestehenden Herstellungsprozess integriert wird, oder auch um eine Schicht, die für die Herstellung einer Auswerteschaltung benötigt wird, wie z. B. eine Feldoxidschicht. Die Zugangsöffnung 13 wurde dann in einem von der maskierten Bauteilrückseite ausgehenden, anisotropen Ätzangriff erzeugt. Dementsprechend ist die Querschnittsfläche der Zugangsöffnung 13 über der gesamten Tiefe der Zugangsöffnung 13 im wesentlichen gleich groß. Da der Ätzangriff durch die Ätzstoppschicht 3 auf der Bauteiloberfläche begrenzt wurde, erstreckt sich die Zugangsöffnung 13 durch das gesamte Substrat 1 und auch durch die Membranschicht 111 bis zur Ätzstoppschicht 3. Handelt es sich bei dem Substrat 1 um ein Siliziumsubstrat, so kann die Zugangsöffnung in vorteilhafter Weise in einem Trenchprozess unter Verwendung von SF6 erzeugt werden.
  • Der Schichtaufbau der Membran 11 des Bauteils 10 umfasst also neben der Membranschicht 111 auch die Ätzstoppschicht 3. Um die erfassten Druckschwankungen zuverlässig auswerten zu können, sollte der anliegende Differenzdruck eine möglichst lineare Durchbiegung der Membran 11 bewirken. Solange das Verhältnis von lateraler Membranausdehnung zum Querschnitt der Zugangsöffnung 13 und damit des abgedünnten Bereichs der Membran 11 groß ist, wird die Sensorfunktion des Bauteils 10 durch den abgedünnten Bereich der Membran 11 nur unwesentlich beeinträchtigt. Bei abnehmender Membrangröße nimmt jedoch der Einfluss eines abgedünnten Bereichs auf die mechanischen Eigenschaften der Membran zu.
  • In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung, die schematisch in 2 dargestellt ist, werden deshalb die mechanischen Eigenschaften der Ätzstoppschicht 3 und ggf. weiterer Schichten 4 im Membranbereich so gewählt, dass die Ätzstoppschicht 3 und ggf. die weiteren Schichten 4 ein Abdünnen der die Kaverne 12 begrenzenden Membranschicht 111 beim Erzeugen von Zugangsöffnungen 13 ausgleichen.
  • Da das in 2 dargestellte Bauteil 20 sowohl in seiner Funktion als auch in seinem Aufbau im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Bauteil 10 entspricht, sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zum Bauteil 10 detailliert erörtert.
  • Die Kaverne 12 des Bauteils 20 und eine diese Kaverne 12 überspannende erste Membranschicht 111 wurden, wie im Fall des Bauteils 10, in einem APSM-Verfahren von der Substratoberfläche ausgehend im Substrat 1 erzeugt. Die Rückseite des fertig prozessierten APSM-Substrats 1 wurde dann, wie in Verbindung mit 1 beschrieben, zum Erzeugen von zwei Zugangsöffnungen 13 maskiert. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Variante wurde im Fall der 2 die Membranschicht 111 lediglich in den Bereichen über den zu erzeugenden Zugangsöffnungen 13 mit einer Ätzstoppschicht 3 versehen. In diesen Membranbereichen wird beim Ätzen der Zugangsöffnungen 13 auch das Material der ersten Membranschicht 111 entfernt. Um hier die mechanische Steifigkeit der übrigen Membran 11 zu erreichen, wurde über den Ätzstoppschichtbereichen 3 eine weitere Schicht 4 erzeugt. Dabei kann es sich beispielsweise um Zwischendielektrika einer Metallisierung einer Auswerteschaltung handeln. Schließlich wurde die gesamte Bauteiloberfläche noch mit einer Passivierung 5 versehen.
  • Bei dem in 3 dargestellten Sensorelement 30 handelt es sich um einen piezoresistiven Relativdrucksensor mit integrierter Auswerteschaltung, dessen mikromechanische Struktur erfindungsgemäß erzeugt wurde. Auch hier wurde die Kaverne 32 in einem APSM-Verfahren im Siliziumsubstrat 1 des Sensorelements 30 erzeugt. Die dabei entstehende erste Membranschicht 311 wurde durch eine n-Epitaxieschicht auf dem Siliziumsubstrat 1 verstärkt. Auf die erste Membranschicht 311, d. h. auf die n-Epitaxieschicht wurde eine Kontaktebene 3 für Schaltungselemente der Auswerteschaltung aufgebracht. Diese Kontaktebene 3 fungierte im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens außerdem als Ätzstoppschicht 3 beim Ätzen des Rückseitendruckzugangs 33. Dementsprechend erstreckt sich der Rückseitendruckzugang 33 hier nicht nur durch das Substrat 1 bis in die Kaverne 32. Auch die erste Membranschicht 311 weist eine Ätzoffnung 331 im Bereich des Rückseitendruckzugangs 33 auf, die sich durch die n-Epitaxieschicht bis zur Kontaktebene bzw. Ätzstoppschicht 3 erstreckt. Die Auswerteschaltung des Sensorelements 30 umfasst Schaltungselemente, die in Form von dotierten Bereichen in der n-Epitaxieschicht und dem Substrat 1 realisiert sind. Diese Schaltungselemente sind in 3 nicht im einzelnen bezeichnet. Des Weiteren umfasst die Auswerteschaltung metallische Leiterbahnen bzw. Leitungsschichten 6, die durch ein Zwischendielektrikum 4 gegeneinander isoliert sind. Durch geeignete Anordnung und Strukturierung derartiger Schichten im Membranbereich kann die mechanische Steifigkeit der Membran 31 einfach lokal beeinflusst werden. Dies kann zum Ausgleich von Schwachstellen in der Membran 31 genutzt werden, die beim Erzeugen eines Rückseitendruckzugangs entstehen.
  • Abschließend sei noch angemerkt, dass das in 3 dargestellte Sensorelement 30 auch als Rückseitendrucksensor für den Einsatz in aggressiven Medien verwendet werden kann. In diesem Fall muss durch eine geeignete Aufbau- und Verbindungstechnik ein entsprechendes Referenzvakuum auf der Substratvorderseite eingeschlossen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10032579 A1 [0004, 0005]
    • - DE 102004036035 A1 [0004, 0006]
    • - DE 102004036032 A1 [0004, 0006]
    • - US 2006/0260408 A1 [0008, 0009]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10; 20) mit mindestens einer in der Bauteiloberfläche ausgebildeten Membran (11), die eine Kaverne (12) überspannt, und mit mindestens einer von der Bauteilrückseite ausgehenden Zugangsöffnung (13) zu der Kaverne (12), – wobei zumindest eine erste Membranschicht (111) und die Kaverne (12) von der Bauteiloberfläche ausgehend in einem monolithischen Halbleitersubstrat erzeugt werden und – wobei die Zugangsöffnung (13) von der Substratrückseite ausgehend in einem anisotropen Ätzschritt erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass über der ersten Membranschicht (111) zumindest im Bereich der zu erzeugenden Zugangsöffnung (13) mindestens eine Ätzstoppschicht (3) aufgebracht wird, durch die der anisotrope Ätzschritt zum Erzeugen der Zugangsöffnung (13) begrenzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Halbleitersubstrat (1) ein erster poröser Schichtbereich erzeugt wird, dass unter dem ersten porösen Schichtbereich ein zweiter poröser Schichtbereich erzeugt wird, wobei die Porosität des zweiten Schichtbereichs größer ist als die Porosität des ersten Schichtbereichs, und dass der zweite Schichtbereich in einem Temperschritt in eine Kaverne (12) umgewandelt wird, während die Poren des ersten Schichtbereichs zumindest weitgehend geschlossen werden, so dass dieser erste Schichtbereich eine erste Membranschicht (111) über der Kaverne (12) bildet. erzeugt wird, dass über dem porösen Schichtbereich eine Epitaxieschicht aus dem Substratmaterial abgeschieden wird und dass der poröse Schichtbereich in einem Temperschritt in eine Kaverne (32) umgewandelt wird, so dass die Epitaxieschicht eine erste Membranschicht (311) über der Kaverne (32) bildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Halbleitersubstrat ein erster Schichtbereich mit einer ersten Dotierung erzeugt wird, dass über diesem ersten Schichtbereich ein vorzugsweise gitterförmiger Stabilisierungsbereich mit mindestens einer Öffnung erzeugt wird, wobei sich die Dotierung des Stabilisierungsbereichs von der des ersten Schichtbereichs unterscheidet, dass der erste Schichtbereich porös geätzt wird, dass über dem Stabilisierungsbereich eine Epitaxieschicht erzeugt wird, und dass der poröse erste Schichtbereich durch eine Temperaturbehandlung in eine Kaverne umgewandelt wird, so dass die Epitaxieschicht eine erste Membranschicht über der Kaverne bildet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Halbleitersubstrat ein erster Schichtbereich mit einer ersten Dotierung erzeugt wird, dass über diesem ersten Schichtbereich ein vorzugsweise gitterförmiger Stabilisierungsbereich mit mindestens einer Öffnung erzeugt wird, wobei sich die Dotierung des Stabilisierungsbereichs von der des ersten Schichtbereichs unterscheidet, dass das Halbleitermaterial des ersten Schichtbereichs herausgelöst wird, so dass eine Kaverne unter dem Stabilisierungsbereich entsteht, und dass über dem Stabilisierungsbereich eine Epitaxieschicht erzeugt wird, die eine erste Membranschicht über der Kaverne bildet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsöffnung (13) durch Trenchen erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Eigenschaften der Ätzstoppschicht (3) und ggf. weiterer Schichten (4) im Membranbereich so gewählt werden, dass die Ätzstoppschicht (3) und ggf. die weiteren Schichten (4) eine mechanische Schwächung der Membran (11) beim Erzeugen der Zugangsöffnung ausgleichen.
  7. Sensorelement (30) zur Relativdruckmessung mit mindestens einer in der Bauteiloberfläche ausgebildeten Membran (31), die einen Schichtaufbau aufweist und eine Kaverne (32) überspannt, und mit mindestens einer von der Bauteilrückseite ausgehenden Zugangsöffnung (33) zu der Kaverne (32), wobei die Kaverne (32) in einem monolithischen Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist und zumindest die die Kaverne (32) begrenzende erste Membranschicht (311) aus dem Substratmaterial gebildet ist, insbesondere hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau der Membran (31) zumindest im Bereich über der Zugangsöffnung (33) eine Ätzstoppschicht (3) umfasst und dass die erste Membranschicht (311) im Bereich über der Zugangsöffnung (33) eine Ätzöffnung (331) aufweist, die von der Ätzstoppschicht (3) überdeckt wird.
  8. Sensorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaverne durch einen Hohlraum gebildet wird, an den sich mindestens eine unter der ersten Membranschicht verlaufende Stichleitung anschließt und dass mindestens eine Zugangsöffnung im Bereich der Stichleitung angeordnet ist.
  9. Sensorelement (30) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzstoppschicht (3) Bestandteil einer integrierten Schaltung ist.
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