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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements, bei dem ein Grabenätzprozess und ein Opferschichtätzprozess durchgeführt werden, um eine beweglich auf einem Substrat angeordnete Masse auszubilden. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein mikromechanisches Bauelement, welches eine beweglich auf einem Substrat angeordnete Masse aufweist.
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Stand der Technik
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Mikromechanische Bauelemente wie zum Beispiel im Automobilbereich eingesetzte Beschleunigungs- oder Drehratensensoren weisen üblicherweise eine bewegliche Masse auf, welche über Federstrukturen auslenkbar an einem Substrat aufgehängt ist. Die bewegliche Masse wird auch als Mikrostruktur bzw. MEMS-Struktur (Micro-Electro-Mechanical System) bezeichnet.
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Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements wird auf einem Substrat eine Schichtanordnung ausgebildet, welche eine relativ dünne vergrabene Polysiliziumschicht, eine Opferschicht, und eine weitere relativ dicke Polysiliziumschicht über der vergrabenen Polysiliziumschicht umfasst. Die vergrabene Polysiliziumschicht dient als Leiterbahnebene, und die weitere Polysiliziumschicht als Funktionsschicht. Zum Freistellen der Polysilizium-Funktionsschicht und damit Bereitstellen einer beweglichen Masse werden ein Grabenätzprozess und ein Opferschichtätzprozess durchgeführt.
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Aus der
DE 10 2007 060 878 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements bekannt, bei dem eine Schichtanordnung auf einem Substrat ausgebildet wird, welche drei übereinander angeordnete Polysiliziumschichten und dazwischen angeordnete Opferschichten umfasst. Dabei ist vorgesehen, die obere Polysiliziumschicht und die mittlere Polysiliziumschicht freizustellen, wodurch zwei übereinander angeordnete Funktionsschichten vorliegen. Die mittlere Funktionsschicht kann als Leiterbahnebene, oder als zusätzliche mechanisch freitragende bzw. auslenkbare Schicht eingesetzt werden. Es ist möglich, mechanisch freitragende Elemente aus den einzelnen Funktionsschichten oder aus beliebigen Kombinationen der beiden Funktionsschichten herzustellen.
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Die oben genannten Herstellungsverfahren können nicht dazu eingesetzt werden, um mikromechanische Elemente auszubilden, welche sowohl elektrisch getrennt bzw. voneinander isoliert, als auch mechanisch gekoppelt sind. Eine solche elektrisch isolierende Kopplung wäre jedoch für unterschiedliche mikromechanische Sensoren von Vorteil. Alternative Konzepte zur Herstellung von freitragenden und mechanisch gekoppelten, sowie elektrisch bzw. galvanisch getrennten Strukturen sind mit einem relativ hohen Aufwand verbunden.
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Die
DE 10 2009 027 873 A1 offenbart ein mikromechanisches System und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Systems. Ein erstes leitfähiges Element und ein zweites leitfähiges Element werden auf ein Substrat aufgebracht. Dabei sind das erste leitfähige Element und das zweite leitfähige Element elektrisch voneinander isoliert, mechanisch jedoch im Wesentlichen starr miteinander verbunden. Das erste leitfähige Element und das zweite leitfähige Element sind über mindestens ein Federelement mit dem Substrat verbunden und gegen das Substrat beweglich. In eine Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats überlappen das erste leitfähige Element und das zweite leitfähige Element einander wenigstens abschnittsweise. Weiterer Stand der Technik ist aus
DE 10 2011 006 412 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung zum Bereitstellen eines mikromechanischen Bauelements mit freitragenden und mechanisch gekoppelten, sowie gleichzeitig elektrisch isolierten Strukturen anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird ein Substrat mit einer Schichtanordnung bereitgestellt, welche eine auf dem Substrat ausgebildete erste isolierende Opferteilschicht, eine Zwischenschicht, eine auf der ersten Opferteilschicht und auf der Zwischenschicht ausgebildete zweite isolierende Opferteilschicht und eine Startschicht umfasst. Die Zwischenschicht und die Startschicht bilden eine einen Opferschichtabschnitt der Opferschicht teilweise umschließende Schutzstruktur. Weiter vorgesehen ist ein Ausbilden einer Ätzstoppschichtstruktur auf der Startschicht im Bereich des umschlossenen Opferschichtabschnitts, und ein Aufwachsen einer die Ätzstoppschichtstruktur vollständig umgebenden Funktionsschicht auf der Startschicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Durchführen eines Grabenätzprozesses, wobei Ätzzugangsöffnungen zu der Opferschicht und eine an die Ätzstoppschichtstruktur heranreichende und die Funktionsschicht in Teilabschnitte trennende Grabenstruktur ausgebildet werden. Hierbei wird durch die Ätzstoppschichtstruktur ein Ätzen der Startschicht im Bereich der Ätzstoppschichtstruktur verhindert. Weiter vorgesehen ist ein Durchführen eines Opferschichtätzprozesses zum Bereitstellen einer beweglichen Masse. Die Schutzstruktur verhindert hierbei ein vollständiges Entfernen des umschlossenen Opferschichtabschnitts. Bei dem Opferschichtätzprozess wird die Ätzstoppschichtstruktur entfernt, so dass ein Teilbereich der Startschicht freigelegt wird. Das Verfahren umfasst des Weiteren, die Startschicht in dem freigelegten Teilbereich zu durchtrennen.
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Bei dem Verfahren wird die Startschicht zusammen mit der Zwischenschicht dazu verwendet, um den von diesen Schichten teilweise umschlossenen Opferschichtabschnitt bei dem Opferschichtätzen vor einem vollständigen Entfernen zu schützen. Der Opferschichtabschnitt ist daher nur einem teilweisen bzw. begrenzten Ätzabtrag ausgesetzt. Die auf der Startschicht im Bereich des umschlossenen Opferschichtabschnitts angeordnete Ätzstoppschichtstruktur dient dazu, den hiervon bedeckten Teilbereich der Startschicht (und damit die aus Start- und Zwischenschicht gebildete Schutzstruktur) bei dem vor dem Opferschichtätzen durchgeführten Grabenätzprozess zu schützen. Durch den Grabenätzprozess, mit dessen Hilfe die laterale Form der (beweglichen) Masse vorgegeben werden kann, werden bei dem Opferschichtätzprozess verwendbare Ätzzugangsöffnungen und die Grabenstruktur ausgebildet. Die Grabenstruktur, welche (auch) im Bereich der Ätzstoppschichtstruktur und damit im Bereich des umschlossenen Opferschichtabschnitts erzeugt wird, unterteilt die auf der Startschicht aufgewachsene Funktionsschicht in getrennte Funktionsschichtabschnitte. Die Funktionsschichtabschnitte sind nach Durchführen des Opferschichtätzens, in dessen Verlauf die bewegliche Masse freigestellt und die Ätzstoppschichtstruktur entfernt wird, noch über die Startschicht bzw. den zuvor von der Ätzstoppschichtstruktur bedeckten und nunmehr freigelegten Teilbereich der Startschicht verbunden. Das Durchtrennen der Startschicht in diesem Teilbereich hat zur Folge, dass die Startschicht, vergleichbar zu der Funktionsschicht, in Form von getrennten Teilabschnitten vorliegt, und dadurch die (zuvor) über die Startschicht bestehende Verbindung der Funktionsschichtabschnitte unterbrochen ist.
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Das Durchtrennen der Startschicht hat folglich eine galvanische bzw. elektrische Trennung der Funktionsschichtabschnitte zur Folge. Die Funktionsschichtabschnitte sind jedoch weiterhin über den isolierenden Opferschichtabschnitt mechanisch gekoppelt. Die gemäß dem Verfahren hergestellte bewegliche Masse umfasst daher die Zwischenschicht, die auf zugehörigen Teilabschnitten der Startschicht angeordneten Funktionsschichtabschnitte und den Opferschichtabschnitt, über welchen eine mechanische Kopplung der (auf den Startschichtabschnitten angeordneten) Funktionsschichtabschnitte vorliegt.
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Das Verfahren bietet die Möglichkeit, auf relativ einfache Weise ein mikromechanisches Bauelement mit einer freitragenden beweglichen Masse auszubilden, wobei zwischen einzelnen „Elementen“ bzw. Funktionsschichtabschnitten der Masse eine mechanische, aber isolierende Kopplung vorliegt. Das Verfahren kann ferner mit relativ wenig Aufwand in bekannte MEMS-Herstellungsabläufe „integriert“ werden. Die bekannten Prozessflüsse können hierzu dahingehend erweitert werden, dass gegebenenfalls der Einsatz einer Zusatzebene bzw. zusätzlichen Schicht in Form der zum Schützen der Startschicht beim Grabenätzen verwendeten Ätzstoppschichtstruktur, und das Durchführen eines zusätzlichen Schritts bzw. Ätzprozesses zum Durchtrennen der Startschicht und dadurch Bewirken der elektrischen Trennung vorgesehen werden.
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Das Erzeugen einer solchen elektrisch isolierenden, mechanischen Kopplung kann sich im Hinblick auf unterschiedliche mikromechanische Sensoren als vorteilhaft erweisen. In Betracht kommen zum Beispiel Beschleunigungssensoren, welche mit volldifferentiellen Auswerteschaltungen betrieben werden. Die Beschleunigungssensoren weisen hierbei eine beweglich aufgehängte Masse entsprechend dem oben beschriebenen Aufbau, d.h. mit elektrisch getrennten und mechanisch gekoppelten Elementen auf, welche unabhängig voneinander als Elektroden zur kapazitiven Erfassung einer Auslenkung der Masse eingesetzt werden. Derartige Schaltungskonzepte können dazu beitragen, um das Nutzsignal der Sensoren zu erhöhen und gleichzeitig elektrische Störsignale infolge von EMV-Einflüssen (Elektromagnetische Verträglichkeit) oder PSSR-Einflüssen (Power Supply Rejection Ratio, Netzstörunterdrückungsverhältnis) zu unterdrücken. Auch für Drehratensensoren kann eine solche isolierende Kopplung von Strukturelementen sinnvoll sein, beispielsweise um an einer beweglichen Masse vorgesehene Antriebs- und Detektionselemente galvanisch zu trennen und hierauf basierend eine vereinfachte Architektur einer zugehörigen Auswerteschaltung zu ermöglichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Bereitstellen des Substrats mit der Schichtanordnung ein Ausbilden einer ersten Opferteilschicht auf dem Substrat, ein Ausbilden der Zwischenschicht auf der ersten Opferteilschicht und ein Strukturieren der Zwischenschicht. Des Weiteren wird eine zweite Opferteilschicht auf der ersten Opferteilschicht und auf der Zwischenschicht ausgebildet. Die zweite Opferteilschicht wird ferner strukturiert, um den (für die mechanische Kopplung sorgenden) Opferschichtabschnitt bereitzustellen. Der Opferschichtabschnitt ist hierbei auf der Zwischenschicht angeordnet. Weiter vorgesehen ist ein Ausbilden der Startschicht auf der Zwischenschicht und auf der zweiten Opferteilschicht, wobei die den Opferschichtabschnitt umschließende Schutzstruktur gebildet wird. Hierdurch kann die Schichtanordnung mit dem von der Schutzstruktur umschlossenen Opferschichtabschnitt auf einfache und zuverlässige Weise erzeugt werden.
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Das vorstehend beschriebene Strukturieren der Zwischenschicht wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass die Zwischenschicht einen flächigen Schichtabschnitt umfasst. Auf diesem kann der Opferschichtabschnitt „positioniert“ werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die den Opferschichtabschnitt umschließende und aus der Zwischenschicht und der Startschicht gebildete Schutzstruktur lediglich über einen vorgegebenen Öffnungsbereich zugänglich. Hierdurch kann erzielt werden, dass der zu schützende und für die isolierende Kopplung sorgende Opferschichtabschnitt im Rahmen des Opferschichtätzens einem relativ geringen Ätzabtrag ausgesetzt ist. Ein bei dem Opferschichtätzprozess eingesetztes Ätzmedium kann hierbei nur über den Öffnungsbereich der Schutzstruktur ein Ätzen des umschlossenen Opferschichtabschnitts bewirken.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Opferschichtabschnitt eine streifenförmige Form auf. Eine solche längliche Form, welche auf einfache Weise erzeugt werden kann, kann das lediglich teilweise Entfernen des Opferschichtabschnitts im Rahmen des Opferschichtätzens weiter begünstigen. Auch kann die mechanische Kopplung hierdurch gegebenenfalls relativ stabil sein.
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Vorzugsweise wird die Ätzstoppschichtstruktur, welche im Bereich des umschlossenen Opferschichtabschnitts auf der Startschicht vorgesehen ist, mit einer U-förmigen Form ausgebildet. In entsprechender Weise wird auch die Grabenstruktur im Bereich der Ätzstoppschichtstruktur vorzugsweise mit einer U-förmigen Form ausgebildet. Derartige U-Formen der Ätzstoppschichtstruktur und der Grabenstruktur sind insbesondere im Hinblick auf eine Ausgestaltung des (umschlossenen) Opferschichtabschnitts mit einer Streifenform geeignet, um die mechanische und elektrisch isolierende Kopplung zwischen den Funktionsschichtabschnitten mit einer hohen Zuverlässigkeit und Stabilität herzustellen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Ätzzugangsöffnungen in einem Bereich außerhalb des umschlossenen Opferschichtabschnitts ausgebildet. Hierdurch kann (ebenfalls) erzielt werden, dass bei dem Opferschichtätzen ein Ätzangriff des von der Schutzstruktur umschlossenen Opferschichtabschnitts lediglich eingeschränkt stattfinden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die auf dem Substrat angeordnete Schichtanordnung mehrere, von der Zwischenschicht und der Startschicht gebildete Schutzstrukturen auf, welche jeweils einen Opferschichtabschnitt umschließen. Auch bei einer solchen Ausgestaltung können die oben beschriebenen Prozesse in analoger Weise durchgeführt werden, d.h. vorliegend Ausbilden von Ätzstoppschichtstrukturen auf der Startschicht (jeweils) im Bereich der umschlossenen Opferschichtabschnitte, Aufwachsen einer die Ätzstoppschichtstrukturen umgebenden Funktionsschicht auf der Startschicht, Durchführen eines Grabenätzprozesses, wobei Ätzzugangsöffnungen und eine an die Ätzstoppschichtstrukturen heranreichende und die Funktionsschicht in Teilabschnitte trennende Grabenstruktur ausgebildet werden, Durchführen eines Opferschichtätzprozesses zum Bereitstellen einer beweglichen Masse, wobei die Schutzstrukturen ein vollständiges Entfernen der umschlossenen Opferschichtabschnitte verhindern, und wobei die Ätzstoppschichtstrukturen entfernt und dadurch zuvor bedeckte Teilbereiche der Startschicht freigelegt werden, und Durchtrennen der Startschicht in den freigelegten Teilbereichen. Auf diese Weise können mehrere mechanische Kopplungsstellen in Form von mehreren (nur wenig geätzten) Opferschichtabschnitten verwirklicht werden, über welche die durch die Grabenstruktur getrennten Funktionsschichtabschnitte mechanisch verbunden sind. Hierdurch lässt sich die Stabilität der mechanischen Kopplung (weiter) begünstigen.
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In dieser Hinsicht ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Grabenstruktur mit einer mäanderförmigen Form ausgebildet wird. Bei einer solchen Form der Grabenstruktur können die durch die Grabenstruktur getrennten Funktionsschichtabschnitte kammartig ineinandergreifen, und kann vorgesehen sein, dass die mechanischen Kopplungsstellen nebeneinander angeordnet sind. Ein solcher Aufbau kann sich weiter günstig auf die Stabilität der Kopplung auswirken.
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Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein mikromechanisches Bauelement vorgeschlagen, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist, welches ein Substrat und eine beweglich auf dem Substrat angeordnete Masse aufweist. Die bewegliche Masse weist eine Zwischenschicht, einen auf der Zwischenschicht angeordneten isolierenden Opferschichtabschnitt, eine Startschicht und eine auf der Startschicht aufgewachsene Funktionsschicht auf. Hierbei sind die Funktionsschicht und die Startschicht durch eine Grabenstruktur in voneinander getrennte Teilabschnitte unterteilt. Die getrennten Teilabschnitte der Funktions- und Startschicht sind auf dem Opferschichtabschnitt angeordnet.
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Bei dem mikromechanischen Bauelement sind die Teilabschnitte der Funktions- und Startschicht durch die Grabenstruktur voneinander, und dadurch elektrisch getrennt. Über den isolierenden, auf der Zwischenschicht angeordneten Opferschichtabschnitt, auf welchem diese Teilabschnitte angeordnet sind, sind die Teilabschnitte jedoch mechanisch gekoppelt. Eine solche Struktur kann auf relativ einfache Weise verwirklicht werden, insbesondere indem das oben beschriebenen Herstellungsverfahren oder eine der beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 bis 3 unterschiedliche Darstellungen eines Substrat mit einer auf dem Substrat angeordneten ersten Opferteilschicht;
- 4 bis 6 unterschiedliche Darstellungen des Substrats nach dem Ausbilden einer strukturierten Zwischenschicht;
- 7 bis 9 unterschiedliche Darstellungen des Substrats nach dem Ausbilden einer strukturierten zweiten Opferteilschicht;
- 10 bis 12 unterschiedliche Darstellungen des Substrats nach dem Ausbilden einer Startschicht;
- 13 bis 15 unterschiedliche Darstellungen des Substrats nach dem Ausbilden von Ätzstoppstrukturen;
- 16 bis 18 unterschiedliche Darstellungen des Substrats nach dem Ausbilden einer Funktionsschicht;
- 19 bis 21 unterschiedliche Darstellungen des Substrats nach dem Durchführen eines Grabenätzprozesses;
- 22 bis 24 unterschiedliche Darstellungen des Substrats nach dem Durchführen eines Opferschichtätzprozesses;
- 25 bis 27 unterschiedliche Darstellungen des Substrats nach dem Durchtrennen der Startschicht;
- 28 eine zu 26 korrespondierende schematische Aufsichtsdarstellung des Substrats, in welchem Verbindungsbereiche von Teilabschnitten der durchtrennten Startschicht mit Opferschichtabschnitten veranschaulicht sind; und
- 29 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements.
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Anhand der folgenden Figuren wird ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements 200 mit einer beweglichen bzw. auslenkbaren Masse beschrieben. Die bewegliche Masse, welche auch als seismische Masse bezeichnet werden kann, umfasst mechanisch gekoppelte, aber elektrisch voneinander isolierte Strukturelemente. Bei dem Herstellungsverfahren können in der Halbleiter- bzw. Mikrosystemtechnik übliche Verfahrensprozesse wie zum Beispiel CMOS-Prozesse (Complementary Metal Oxide Semiconductor) und MEMS-Prozesse durchgeführt werden sowie übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass neben den dargestellten und beschriebenen Verfahrensschritten und Prozessen weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden können, um die Herstellung des mikromechanischen Bauelements 200 zu vervollständigen.
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Zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens zeigen die 1 bis 28 ausschnittsweise seitliche Schnittdarstellungen und Aufsichtsdarstellungen eines Substrats in unterschiedlichen Verfahrensstadien. Zugehörige Schnittlinien sind hierbei mit „A-A“ und „B-B“ gekennzeichnet. Bei dem Verfahren durchgeführte Verfahrensschritte sind ferner in dem Ablaufdiagramm von 29 zusammengefasst, auf welches im Folgenden ebenfalls Bezug genommen wird.
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Zu Beginn des Verfahrens wird in einem Schritt 201 (vgl. 29) eine erste Opferteilschicht 110 auf einem bereitgestellten Substrat 100 ausgebildet. Schnittdarstellungen des derart beschichteten Substrats 100 sind in den 1 und 3, und eine zugehörige Aufsichtsdarstellung ist in 2 gezeigt. Bei dem Substrat 100 kann es sich zum Beispiel um ein Siliziumsubstrat bzw. um einen Siliziumwafer handeln. Die Opferteilschicht 110 weist ein isolierendes Material, insbesondere ein Oxidmaterial bzw. Siliziumoxid auf. Das Aufbringen der Opferteilschicht 110 auf dem Substrat 100 kann zum Beispiel mit Hilfe eines CVD-Prozesses (Chemical Vapor Deposition, chemische Gasphasenabscheidung) durchgeführt werden.
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In einem nachfolgenden Schritt 202 (vgl. 29), welcher anhand der 4 bis 6 veranschaulicht ist, wird eine Zwischenschicht 120 auf der ersten Opferteilschicht 110 ausgebildet. Auch wird die Zwischenschicht 120 einer Strukturierung unterzogen. Die Zwischenschicht 120 weist ein leitfähiges Material, insbesondere (dotiertes) Polysilizium auf. Das Abscheiden der Zwischenschicht 120 auf der Opferteilschicht 110 kann zum Beispiel im Rahmen eines CVD-Prozesses erfolgen. Zum Strukturieren kann beispielsweise ein Strukturierungs- bzw. Ätzprozess unter Verwendung einer Fotolackmaske durchgeführt werden. Da die Zwischenschicht 120 im Laufe des Herstellungsverfahrens vergraben wird und als Leiterbahnebene nutzbar ist, kann die Zwischenschicht 120 auch als „vergrabene Leiterbahn“ bezeichnet werden.
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Anhand der Aufsichtsdarstellung von 5 wird deutlich, dass die Zwischenschicht 120 nach der Strukturierung einen flächigen Schichtabschnitt umfasst, so dass die erste Opferteilschicht 110 in einem hieran angrenzenden flächigen Teilbereich (wieder) freiliegt. Neben dem flächigen Schichtabschnitt kann die Zwischenschicht 120 an anderer Stelle eine andere Struktur wie zum Beispiel eine an den flächigen Schichtabschnitt angrenzende schmale Leiterbahnstruktur umfassen (nicht dargestellt).
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Hieran anschließend wird in einem weiteren Schritt 203 (vgl. 29), welcher anhand der 7 bis 9 veranschaulicht ist, eine zweite isolierende Opferteilschicht 130 auf der ersten Opferteilschicht 110 und auf der Zwischenschicht 120 ausgebildet, sowie einer Strukturierung unterzogen. Die zweite Opferteilschicht 130, welche mit der ersten Opferteilschicht 110 eine gemeinsame Opferschichtstruktur bildet, weist das gleiche Material wie die erste Opferteilschicht 110, d.h. insbesondere ein Oxidmaterial bzw. Siliziumoxid, auf. Das Abscheiden kann beispielsweise durch einen CVD-Prozess, und das Strukturieren zum Beispiel mit Hilfe einer Fotolackmaske durchgeführt werden.
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Anhand der Aufsichtsdarstellung von 8 wird deutlich, dass die strukturierte zweite Opferteilschicht 130 eine kammartige Struktur mit einem flächigen Basisabschnitt 131 und mehreren streifen- bzw. fingerförmigen Abschnitten 132 umfasst. Über die streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132 wird die isolierende mechanische Kopplung zwischen Elementen der herzustellenden seismischen Masse ermöglicht, wie weiter unten noch näher beschrieben wird. Die streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132, welche eine rechteckige Kontur aufweisen, erstrecken sich von dem Basisabschnitt 131 und sind parallel nebeneinander und zueinander beabstandet angeordnet. In 8, aber auch in 9, sind zwei streifenförmige Opferschichtabschnitte 132 dargestellt, von denen einer nur teilweise veranschaulicht ist. Abgesehen von den zwei gezeigten Opferschichtabschnitten 132 kann auch eine größere Anzahl derartiger Abschnitte 132 vorgesehen sein.
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Die streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132 der zweiten Opferteilschicht 130 sind auf der Zwischenschicht 120 bzw. auf dem flächigen Abschnitt der Zwischenschicht 120 angeordnet. Der Basisabschnitt 131 der zweiten Opferteilschicht 130 kann zum Teil ebenfalls auf der Zwischenschicht 120 angeordnet sein, wie in 8 anhand der gestrichelt angedeuteten Randkontur der Zwischenschicht 120 veranschaulicht ist. Der Rand der Zwischenschicht 120 ist auch in nachfolgenden und sich auf die Aufsichtsdarstellung beziehenden Figuren angedeutet.
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Die sowohl auf der Zwischenschicht 120 als auch auf der ersten Opferteilschicht 110 angeordnete zweite Opferteilschicht 130 kann eine stufenförmige Querschnittsform im Bereich des Rands der Zwischenschicht 120 aufweisen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die zweite Opferteilschicht 130 in 7 jedoch ohne eine solche Stufenform, und daher mit einer ebenen Oberfläche dargestellt. Diese Darstellung ist auch in den folgenden, sich auf die Schnittlinie A-A beziehenden Figuren beibehalten.
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Wie des Weiteren in den 8 und 9 gezeigt ist, kann die zweite Opferteilschicht 130 seitlich der Anordnung der streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132 einen weiteren, sich von dem Abschnitt 131 erstreckenden und auf der Zwischenschicht 120 angeordneten Abschnitt 133 umfassen. Dieser Abschnitt 133 wird in einem späteren Verfahrensstadium wieder entfernt. Eine vergleichbare bzw. hierzu symmetrische Struktur mit einem zweiten derartigen Abschnitt 133 kann auch an einer hierzu entgegen gesetzten Seite der Anordnung der streifenförmigen Opferschichtabschnitte 133 vorgesehen sein (nicht dargestellt).
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Nach dem Ausbilden der zweiten Opferteilschicht 130 wird in einem weiteren Schritt 204 (vgl. 29) eine relativ dünne Startschicht 140 auf der Zwischenschicht 120 und auf der zweiten Opferteilschicht 130 ausgebildet, wodurch diese Schichten 120, 130, wie in den 10 bis 12 dargestellt, vollständig abgedeckt werden. Die Startschicht 140, mit deren Hilfe in einem späteren Verfahrensstadium ein epitaktisches Aufwachsen einer Funktionsschicht ermöglicht wird, weist ein leitfähiges Material, insbesondere (dotiertes) Polysilizium, auf. Das Aufbringen der Startschicht 140 kann beispielsweise im Rahmen eines CVD-Prozesses erfolgen.
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Aufgrund der kammartigen Form der zuvor ausgebildeten zweiten Opferteilschicht 130 weist die Startschicht 140 eine vergleichbare Struktur, und infolgedessen einen auf der Zwischenschicht 120 angeordneten kammartigen Bereich 143 und einen auf der zweiten Opferteilschicht 130 angeordneten kammartigen Bereich 144 auf. Diese Struktur ist in der Aufsichtsdarstellung von 11 (und auch in nachfolgenden Figuren) anhand von gestrichelten Linien angedeutet. Am Übergang zwischen den Bereichen 143, 144 weist die Startschicht 140 jeweils einen stufenförmigen Verlauf auf, wie auch in den Schnittdarstellungen der 10 und 12 gezeigt ist. Die zweite Opferteilschicht 130 ist daher am Rand stufenförmig von der Startschicht 140 umgeben.
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Bei einer solchen Ausgestaltung bildet die Startschicht 140 zusammen mit der Zwischenschicht 120 für jeden der streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132 der zweiten Opferteilschicht 130 eine den betreffenden Opferschichtabschnitt 132 umschließende Struktur 190. Die die Opferschichtabschnitte 132 umschließenden Strukturen 190 dienen dazu, bei einem später durchgeführten Opferschichtätzen ein vollständiges Entfernen der Opferschichtabschnitte 132 zu verhindern, und werden daher im Folgenden als Schutzstrukturen 190 bezeichnet. Hierbei weisen die Schutzstrukturen 190, bedingt durch die Form der zweiten Opferteilschicht 132, jeweils einen Öffnungsbereich 191 am Übergang zwischen dem Basisabschnitt 131 und den streifenförmigen Opferschichtabschnitten 132 auf (vgl. 10 und 11). Entsprechend der streifenförmigen Kontur der umschlossenen Opferschichtabschnitte 132 besitzen die Schutzstrukturen 190 ebenfalls eine streifenförmige Form bzw. die Form eines Rechtecks oder Quaders, wobei ein Öffnungsbereich 191 (lediglich) an einer Randseite einer solchen Schutzstruktur 190 vorliegt.
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Nach dem Ausbilden der Startschicht 140 wird in einem weiteren Schritt 205 (vgl. 29), welcher anhand der 13 bis 15 veranschaulicht ist, eine Anzahl an Ätzstoppschichtstrukturen 150 auf der Startschicht 140 ausgebildet. Die Ätzstoppschichtstrukturen 150 sind auf dem auf der zweiten Opferteilschicht 130 vorliegenden Bereich 144 der Startschicht 140, und dabei im Bereich der Schutzstrukturen 190 bzw. im Bereich (oberhalb) der umschlossenen Opferschichtabschnitte 132 angeordnet.
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Die Ätzstoppschichtstrukturen 150, welche jeweils einen Teilbereich der Startschicht 140 bedecken, dienen dazu, die Startschicht 140 (und damit die Schutzstrukturen 190) in den bedeckten Teilbereichen vor einem Ätzangriff in einem später durchgeführten Grabenätzprozess zu schützen. Die Ätzstoppschichtstrukturen 150 weisen in der Aufsicht eine U-förmige Form auf (vgl. 14). Diese Form ist auf die streifenförmige (rechteckige) Kontur der umschlossenen Opferschichtabschnitte 132 bzw. auf die entsprechende Form der Schutzstrukturen 190 abgestimmt, so dass die Außenabmessungen der Ätzstoppschichtstrukturen 150 im Wesentlichen den Außenabmessungen eines umschlossenen Opferschichtabschnitts 132 bzw. einer Schutzstruktur 190 entsprechen. Die Ätzstoppschichtstrukturen 150 können hierbei gegenüber den im Bereich der Opferschichtabschnitte 132 vorliegenden „Stufen“ der Startschicht 140 (etwas) nach innen versetzt angeordnet sein, wie in den 13 bis 15 dargestellt ist. Zum Ausbilden der Ätzstoppschichtstrukturen 150 wird eine Schicht aus einem isolierenden Material, insbesondere das gleiche Material wie das der Opferteilschichten 110, 130, d.h. insbesondere ein Oxidmaterial, beispielsweise durch Durchführen eines CVD-Prozesses auf der Startschicht 140 abgeschieden und nachfolgend eine Strukturierung beispielsweise mit Hilfe einer Fotolackmaske durchgeführt.
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Nachfolgend wird in einem weiteren Schritt 206 (vgl. 29), welcher anhand der 16 bis 18 veranschaulicht ist, eine relativ dicke Funktionsschicht 160 durch Durchführen eines Epitaxieprozesses auf der Startschicht 140 aufgewachsen. Die Funktionsschicht 160, welche auch als „epitaktisch verstärkte“ Schicht bezeichnet werden kann, weist das gleiche Material wie die Startschicht 140, d.h. vorliegend insbesondere Polysilizium, auf. Auch die Funktionsschicht 160 wird leitfähig ausgebildet, was durch eine entsprechende Dotierung verwirklicht werden kann.
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Die zuvor ausgebildeten Ätzstoppschichtstrukturen 150 sind von der Funktionsschicht 160 im Wesentlichen vollständig umgeben. In der Aufsichtsdarstellung von 17 (und auch in nachfolgenden Figuren) sind die Ätzstoppschichtstrukturen 150 anhand von gestrichelten Linien angedeutet. Wie in den 16 und 18 dargestellt ist, können oberhalb der von der Funktionsschicht 160 eingeschlossenen Ätzstoppschichtstrukturen 150 kleinere Hohlräume vorliegen. Oberhalb hiervon und insbesondere im Bereich der Oberfläche der Funktionsschicht 160 ist die Funktionsschicht 160 jedoch wieder zusammengewachsen, so dass die Funktionsschicht 160 in diesem Bereich eine planare Oberfläche aufweist.
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In einem anschließenden Schritt 207 (vgl. 29), welcher anhand der 19 bis 21 veranschaulicht ist, wird ein Grabenätzprozess zum Strukturieren der Funktionsschicht 160, der Startschicht 140 und der Zwischenschicht 120 durchgeführt. Hierdurch kann die laterale Form einer diese Schichten umfassenden seismischen Masse, sowie von zur Aufhängung der seismischen Masse an dem Substrat 100 vorgesehenen Aufhängungs- bzw. Federstrukturen festgelegt werden (nicht dargestellt). Des Weiteren werden eine Grabenstruktur 170 und Ätzzugangsöffnungen 172 ausgebildet.
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Das Grabenätzen („Trenchen“) kann mit Hilfe eines anisotropen Ätzprozesses, insbesondere eines reaktiven lonentiefenätzprozesses (DRIE, Deep Reactive Ion Etching) wie dem sogenannten Bosch-Prozess durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird auf der Funktionsschicht 160 eine entsprechende Ätzmaske, beispielsweise eine Fotolackmaske, ausgebildet (nicht dargestellt). Das Grabenätzen wird derart durchgeführt, dass die Funktionsschicht 160, die Startschicht 140 und die Zwischenschicht 120, welche (sämtlich) insbesondere aus Polysilizium aufgebaut sein können, selektiv gegenüber den anderen und insbesondere Oxid aufweisenden Schichten, d.h. den Ätzstoppschichtstrukturen 150 und den Opferteilschichten 110, 130, geätzt werden. Anders ausgedrückt, kann der Grabenätzprozess an diesen Schichten 110, 130, 150 gestoppt werden.
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Die im Rahmen des Grabenätzens erzeugte Grabenstruktur 170 ist wie in der Aufsichtsdarstellung von 20 gezeigt mäanderförmig ausgebildet, und unterteilt die Funktionsschicht 160 in voneinander getrennte, kammartige Teilabschnitte 161, 162 („Epi-Blöcke“). Die Teilabschnitte 161, 162 weisen hierbei ineinandergreifende, rechteckförmige Strukturelemente auf. Die mäanderförmige Grabenstruktur 170 erstreckt sich im Bereich der oberhalb der streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132 vorgesehenen Ätzstoppschichtstrukturen 150, und weist daher an jeder U-förmigen Ätzstoppschichtstruktur 150 einen hierauf abgestimmten, U-förmig verlaufenden Grabenabschnitt auf. An diesen Stellen reicht die Grabenstruktur 170 an die Ätzstoppschichtstrukturen 150 heran, wodurch diese (teilweise) freigelegt werden. Außerhalb der Ätzstoppschichtstrukturen 150 bzw. angrenzend an die U-förmigen Grabenabschnitte weist die Grabenstruktur 170 geradlinig bzw. „auf einer Linie“ verlaufende Grabenabschnitte auf, welche sich wie in 20 gezeigt oberhalb des (gestrichelt angedeuteten) Rands der Zwischenschicht 120 erstrecken können. An diesen Stellen ist die zweite Opferteilschicht 130 freigelegt.
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Bei dem Grabenätzen bzw. Erzeugen der Grabenstruktur 170 dienen die Ätzstoppschichtstrukturen 150 dazu, den hiervon jeweils bedeckten Teilbereich der Startschicht 140, und damit die aus der Startschicht 140 und der Zwischenschicht 120 gebildeten Schutzstrukturen 190 zu schützen („Trenchstopp“). Damit dies mit einer hohen Zuverlässigkeit erfolgen kann, ist ferner vorgesehen, die Grabenstruktur 170 (zumindest) im Bereich der Ätzstoppschichtstrukturen 150 mit einer Grabenbreite auszubilden, welche kleiner als eine Breite der Ätzstoppschichtstrukturen 150 ist. Dies hat zur Folge hat, dass die Ätzstoppschichtstrukturen 150 nur teilweise (d.h. bis auf einen Randbereich) freigelegt werden. Auf diese Weise kann ein „Vorbeiätzen“ an den Ätzstoppschichtstrukturen 150 und damit ein Ätzen der Startschicht 140 in diesen Bereichen mit einer hohen Zuverlässigkeit vermieden werden. Außerhalb der Ätzstoppschichtstrukturen 150, d.h. im Bereich der sich geradlinig erstreckenden Grabenabschnitte, wird neben der Funktionsschicht 160 zusätzlich auch die Startschicht 140 entfernt, so dass wie oben beschrieben die zweite Opferteilschicht 130 an diesen Stellen der Grabenstruktur 170 freigelegt wird.
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Im Rahmen des Grabenätzens werden darüber hinaus die Funktionsschicht 160, die Startschicht 140 und (zum Teil) die Zwischenschicht 120 durchdringende, und dadurch an die Opferteilschichten 110, 130 heranreichende Ätzzugangsöffnungen 172 ausgebildet (vgl. 20). Diese befinden sich in einem Bereich außerhalb der umschlossenen streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132, um die später im Bereich der Opferschichtabschnitte 132 als „Pufferschicht“ wirkende Startschicht 140 und damit die Schutzstrukturen 190 nicht zu beeinträchtigen. Durch die Ätzzugangsöffnungen 172 werden im Bereich des Funktionsschichtabschnitts 161 die erste bzw. untere Opferteilschicht 110, und im Bereich des anderen Funktionsschichtabschnitts 162 die zweite bzw. obere Opferteilschicht 130 freigelegt.
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Hieran anschließend wird in einem weiteren Schritt 208 (vgl. 29), welcher anhand der 22 bis 24 veranschaulicht ist, ein Opferschichtätzprozess durchgeführt, wodurch die seismische Masse freigestellt werden kann. Hierzu wird ein isotroper Ätzprozess unter Verwendung eines entsprechenden Ätzmediums durchgeführt, wobei das Ätzmedium über die Ätzzugangsöffnungen 172 (und auch die Grabenstruktur 170) zu den Opferteilschichten 110, 130 gelangen kann. Ein Beispiel ist ein Gasphasenätzprozess mit Flusssäuredampf als Ätzmedium. Das Ätzmedium ist dabei derart gewählt, dass die insbesondere aus einem Oxidmaterial aufgebauten Opferteilschichten 110, 130, und auch die aus dem gleichen Material aufgebauten Ätzstoppschichtstrukturen 150 selektiv gegenüber der Funktionsschicht 160, der Startschicht 140 und der Zwischenschicht 120 geätzt werden können.
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Wie in den 22 und 24 dargestellt ist, werden die Opferteilschichten 110, 130 in dem in den Figuren veranschaulichten Teilausschnitt bis auf die von den Schutzstrukturen 190 umschlossenen Opferschichtabschnitte 132 vollständig entfernt. Ein vollständiges Entfernen kann daher auch auf den bzw. die Abschnitte 133 der Opferteilschicht 130 zutreffen (vgl. 21 und 24). Im Rahmen des Opferschichtätzens wird die auf dem Substrat 100 angeordnete und die Schichten 120, 140, 160 umfassende seismische Masse über die Ätzzugangsöffnungen 172 homogen unterätzt, und ist daher beweglich. Eine Aufhängung der Masse an dem Substrat 100 kann an anderer Stelle über die oben erwähnten Aufhängungs- bzw. Federstrukturen verwirklicht sein (nicht dargestellt).
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Bei dem Opferschichtätzen werden die streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132 durch die umschließenden, aus Startschicht 140 und Zwischenschicht 120 gebildeten Schutzstrukturen 190 vor einem vollständigen Entfernen geschützt. Die Opferschichtabschnitte 132 sind daher, wie anhand von 22 deutlich wird, nur einem relativ geringen Ätzabtrag ausgesetzt. Hierbei sind die Schutzstrukturen 190 lediglich über die an einer Seite der Schutzstrukturen 190 angeordneten Öffnungsbereiche 191 zugänglich, wodurch das verwendete Ätzmedium (Flusssäuredampf) nur einen begrenzten Ätzabtrag der umschlossenen Opferschichtabschnitte 132 bewirken kann. Der relativ geringe Ätzabtrag wird ferner durch die länglichen, streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132 begünstigt, welche ausgehend von den Öffnungsbereichen 191 nur in einer Richtung bzw. Längsrichtung geätzt werden können.
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Im Rahmen des Opferschichtätzprozesses werden auch die Ätzstoppschichtstrukturen 150 entfernt, so dass die zuvor von den Ätzstoppschichtstrukturen 150 bedeckten Teilbereiche der Startschicht 140 freigelegt werden. In der in 23 gezeigten Aufsichtsdarstellung ist daher im Bereich der U-förmigen Grabenabschnitte der Grabenstruktur 170 (anstelle der Ätzstoppschichtstrukturen 150) die Startschicht 140 zu sehen. In den hieran angrenzenden geradlinigen Grabenabschnitten ist die Zwischenschicht 120 bzw. deren Rand zu sehen.
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Nach dem Durchführen des Opferschichtätzprozesses sind die durch die Grabenstruktur 170 voneinander getrennten Teilabschnitte 161, 162 der Funktionsschicht 160 noch über die Startschicht 140 bzw. die nunmehr freigelegten Teilbereiche der Startschicht 140 verbunden. Hierdurch liegt (weiterhin) eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Funktionsschichtabschnitten 161, 162 vor.
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In einem nachfolgenden Schritt 209 (vgl. 29), welcher anhand der 25 bis 27 veranschaulicht ist, wird daher ein weiterer Ätzprozess durchgeführt, um die Startschicht 140 im Bereich der freigelegten Teilbereiche zu entfernen und dadurch zu durchtrennen. Hierdurch wird erzielt, dass die Startschicht 140, vergleichbar zu der Funktionsschicht 160, in Form von zwei getrennten Teilabschnitten 141, 142 vorliegt, auf welchen jeweils die zugehörigen Teilabschnitte 161, 162 der Funktionsschicht 160 angeordnet sind. Das Durchtrennen der Startschicht 140 hat somit zur Folge, dass die (zuvor) über die Startschicht 140 bestehende Verbindung zwischen den Funktionsschichtabschnitten 161, 162 unterbrochen wird. Hiermit verbunden ist eine galvanische bzw. elektrische Trennung der Teilabschnitte 141, 142 der Startschicht 140, und damit der zugehörigen Funktionsschichtabschnitte 161, 162, welche jedoch weiterhin mechanisch über die Opferschichtabschnitte 132 verbunden sind.
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Das Durchtrennen der Startschicht 140 kann beispielsweise mit Hilfe eines Rückätz- bzw. eines weiteren Grabenätzprozesses, oder alternativ mit Hilfe eines Sputterätzprozesses durchgeführt werden. Aufgrund der geringen Dicke der Startschicht 140 kann ein solcher Prozess relativ kurz ausgeführt werden. Das Durchtrennen der Startschicht 140 führt, wie in den Schnittdarstellungen der 25 und 27 gezeigt ist, zur Erzeugung von Ätzöffnungen 171, welche als „Erweiterung“ der Grabenstruktur 170 aufgefasst werden können. Dabei kann auch ein geringer Ätzangriff der unter der Startschicht 140 befindlichen Opferteilschicht 130 bzw. der zugehörigen Opferschichtabschnitte 132 erfolgen, wie ebenfalls in den 25 und 27 angedeutet ist.
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In der Aufsichtsdarstellung von 26 ist im Bereich der U-förmigen Grabenabschnitte der Grabenstruktur 170 (anstelle der entfernten Startschicht 140) die Opferteilschicht 130 bzw. jeweils ein Teilbereich der zugehörigen Opferschichtabschnitte 132 zu sehen. Da die Opferschichtabschnitte 132 bei dem zuvor durchgeführten Opferschichtätzen wie oben beschrieben zu einem (geringen) Teil geätzt werden, ist in 26 im Vergleich zu 23 ein größerer Teil der Zwischenschicht 120 über die Grabenstruktur 170 zu sehen (vgl. auch 28).
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Nach dem Durchtrennen der Startschicht 140 können gegebenenfalls weitere Prozesse zum Fertigstellen des mikromechanischen Bauelements 200 durchgeführt werden, um beispielsweise weitere Strukturen und/oder Schichten auf dem Substrat 100 auszubilden. Hierauf wird nicht näher eingegangen. In Betracht kommt ferner das Durchführen eines Vereinzelungsprozesses, um das Bauelement 200 zu separieren.
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Die seismische Masse des Bauelements 200 umfasst die Zwischenschicht 120, die auf der Zwischenschicht 120 angeordneten isolierenden Opferschichtabschnitte 132, die Teilabschnitte 141, 142 der Startschicht 140 und die hierauf angeordneten zughörigen Teilabschnitte 161, 162 der Funktionsschicht 160. Dabei sind die Teilabschnitte 141, 161 der Startschicht 140 und der Funktionsschicht 160 durch die um die Ätzöffnungen 171 „erweiterte“ Grabenstruktur 170 elektrisch von den anderen Teilabschnitten 142, 162 der Startschicht 140 und der Funktionsschicht 160 getrennt. Der Teilabschnitt 141 der Startschicht 140 ist sowohl auf der Zwischenschicht 120, als auch auf den isolierenden Opferschichtabschnitten 132 angeordnet. Der andere Teilabschnitt 142 der Startschicht 140 ist hingegen lediglich auf den Opferschichtabschnitten 132 angeordnet. Hierdurch sind die elektrisch voneinander isolierten Teilabschnitte 141, 142 der Startschicht 140, und damit die zugehörigen Funktionsschichtabschnitte 161, 162, mechanisch miteinander gekoppelt.
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Zur besseren Verdeutlichung dieses Zusammenhangs zeigt 28 eine zu 26 korrespondierende schematische Aufsichtsdarstellung des Bauelements 200 (ohne Ätzzugangsöffnungen 172), in welcher die Lage der von den Teilabschnitten 141, 142, 161, 162 der Start- und Funktionsschicht 140, 160 (zum Teil verdeckten) Opferschichtabschnitte 132 veranschaulicht ist. In dieser Darstellung sind ferner Verbindungsbereiche 147, 148 hervorgehoben, in welchen die unterschiedlichen Teilabschnitte 141, 142 der Startschicht 140 direkt auf den Opferschichtabschnitten 132 angeordnet und daher mit diesen verbunden sind. Der Teilabschnitt 141 der Startschicht 140 ist hierbei über U-förmige Verbindungsbereiche 147 mit den Opferschichtabschnitten 132 verbunden, welche umfangsseitig bzw. am Rand der Opferschichtabschnitte 132 vorliegen. Der andere Teilabschnitt 142 der Startschicht 140 ist hingegen über rechteckförmige Verbindungsbereiche 148 mit den Opferschichtabschnitten 132 verbunden, wobei die rechteckförmigen Verbindungsbereiche 148 innerhalb der U-förmigen Verbindungsbereiche 147 angeordnet sind. Diese Formen der Verbindungsbereiche 147, 148 sind bedingt durch die Streifen- bzw. Rechteckform der Opferschichtabschnitte 132 und durch die Mäanderform bzw. die U-förmigen Grabenabschnitte der „erweiterten“ Grabenstruktur 170.
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Der Aufbau der seismischen Masse mit mehreren, nebeneinander angeordneten „Kopplungsstellen“ in Form der mehreren Opferschichtabschnitte 132 ermöglicht eine relativ hohe Stabilität der isolierenden mechanischen Kopplung zwischen den auf den Startschichtabschnitten 141, 142 angeordneten Funktionsschichtabschnitten 161, 162. Die (auch nach dem Opferschichtätzen vorliegende) längliche bzw. streifenförmige Form der Opferschichtabschnitte 132 kann sich weiter günstig auf die Stabilität der Kopplung auswirken, da auf diese Weise auch die Verbindungsbereiche 147, 148 an den Opferschichtabschnitten 132 eine längliche Form besitzen können. Aufgrund der elektrischen Trennung der Teilabschnitte 141, 142, 161, 162 der Start- und Funktionsschicht 140, 160 ist es möglich, unterschiedliche elektrische Potentiale an die Funktionsschichtabschnitte 161, 162 anzulegen. Eine solche Ausgestaltung kann für unterschiedliche Ausführungen des mikromechanischen Bauelements 200 vorteilhaft sein.
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Das Bauelement 200 kann zum Beispiel ein Beschleunigungssensor sein, bei welchem eine infolge einer Beschleunigung hervorgerufene Auslenkung der seismischen Masse auf kapazitive Weise erfasst wird. Aufgrund der elektrisch isolierenden, mechanischen Kopplung der auf den Startschichtabschnitten 141, 142 angeordneten Funktionsschichtabschnitte 161, 162 kann ein volldifferentielles Auswertekonzept zum Einsatz kommen. Hierbei werden die die gleiche Auslenkung vollziehenden Funktionsschichtabschnitte 161, 162 (sowie gegebenenfalls die Zwischenschicht 120, welche über den Startschichtabschnitt 141 elektrisch mit dem Funktionsschichtabschnitt 161 verbunden ist) als voneinander unabhängige Elektroden genutzt. Hierdurch ist es möglich, das Sensor-Nutzsignal zu erhöhen und gleichzeitig elektrische Störungen, welche von EMV- oder PSSR-Einflüssen herrühren können, zu unterdrücken.
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Bei einer alternativen, in Betracht kommenden Ausgestaltung des Bauelements 200 als Drehratensensor, bei welchem die seismische Masse über entsprechende Antriebsstrukturen auf elektrostatische Weise in Schwingung versetzt und die Auslenkung der seismischen Masse auf kapazitive Weise über entsprechende Detektionsstrukturen erfasst werden kann, kann sich die isolierende Kopplung ebenfalls als vorteilhaft erweisen. Insbesondere ist es möglich, an der seismischen Masse vorgesehene Antriebs- und Detektionselemente galvanisch zu trennen, und hierauf basierend eine vereinfachte Architektur einer zugehörigen Auswerteschaltung zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Funktionsschichtabschnitt 161 mit Antriebselementen, und der Funktionsschichtabschnitt 162 mit Detektionselementen (oder umgekehrt) ausgebildet sein.
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Ein weiterer Vorteil des anhand der Figuren erläuterten Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren relativ einfach in bekannte MEMS-Prozessflüsse eingebracht werden kann. Hierzu kann in Betracht kommen, gegebenenfalls eine Zusatzebene bzw. zusätzliche Schicht in Form der zum Schützen der Startschicht 140 beim Grabenätzen verwendeten Ätzstoppschichtstrukturen 150 vorzusehen, und einen zusätzlichen Ätzprozess zum Durchtrennen der Startschicht 140 und dadurch Hervorrufen der elektrischen Trennung der Funktionsschichtabschnitte 161, 162 durchzuführen.
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Der anhand der Figuren erläuterte Prozessablauf sowie das beschriebene und gezeigte Bauelement 200 stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Hiervon abweichend sind jedoch auch andere Ausführungsformen denkbar.
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Beispielsweise ist es möglich, dass anstelle der separaten und im Bereich der Schutzstrukturen 190 positionierten Ätzstoppschichtstrukturen 150 eine zusammenhängende, ebenfalls mäanderförmige Ätzstoppschichtstruktur erzeugt wird. Die mäanderförmige Grabenstruktur 170 kann hierbei in analoger Weise derart erzeugt werden, dass die mäanderförmige Ätzstoppschichtstruktur lediglich teilweise (d.h. bis auf einen Randbereich) freigelegt wird. Im Rahmen des Opferschichtätzens kann die mäanderförmige Ätzstoppschichtstruktur (wieder) entfernt werden.
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Des Weiteren kann in Betracht kommen, eine mechanische Kopplung zwischen Funktionsschichtabschnitten lediglich über einen einzelnen Opferschichtabschnitt 132 zu verwirklichen. Dabei können die oben anhand der Figuren beschriebenen Prozesse in analoger Weise durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine 8 entsprechende strukturierte zweite Opferteilschicht 130 erzeugt werden, welche anstelle der mehreren streifenförmigen Opferschichtabschnitte 132 lediglich einen einzelnen, sich von dem Basisabschnitt 131 erstreckenden Opferschichtabschnitt 132 aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung kann lediglich eine einzelne U-förmige Ätzstoppschichtstruktur 150 im Bereich des (auch hier von einer Schutzstruktur 190 umschlossenen) Opferschichtabschnitts 132 ausgebildet werden. Eine durch Grabenätzen erzeugte Grabenstruktur 170 kann des Weiteren lediglich einen einzelnen, U-förmig auskragenden Grabenabschnitt und hieran angrenzend geradlinig bzw. auf einer Linie verlaufende Grabenabschnitte aufweisen. Über die Grabenstruktur 170 getrennte Funktionsschichtabschnitte 161, 162 sind hierbei folglich nach dem Opferschichtätzen nur an einer Stelle über die im Bereich der Grabenstruktur 170 freiliegende Startschicht 140 verbunden, welche ebenfalls durchtrennt werden kann.
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Eine weitere mögliche Abwandlung besteht darin, anstelle des gezeigten Substrats 100 ein anderweitig aufgebautes Substrat bzw. Trägersubstrat einzusetzen, welches bereits mit weiteren Schichtstrukturen versehen sein kann, bevor die oben beschriebene Prozessfolge durchgeführt wird. Beispielsweise kann in Betracht kommen, dass das bereitgestellte Substrat zwei zusätzliche, übereinander angeordnete leitfähige Polysiliziumschichten umfasst, welche durch eine weitere Opferschicht bzw. Opferteilschicht voneinander getrennt sind. Hierbei kann die nachfolgend aufgebrachte, in den Figuren gezeigte Zwischenschicht 120 auch als „Zwischenpolysiliziumschicht“ bezeichnet werden. Bei Verwendung eines solchen Substrats kann das Opferschichtätzen zur Folge haben, dass neben der oben beschriebenen seismischen Masse eine darunter angeordnete (zusätzliche) Polysiliziumschicht ebenfalls freigestellt wird, und daher als zusätzliche freitragende bzw. bewegliche Masse eingesetzt werden kann.
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Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass anstelle der beschriebenen und gezeigten Formen und Geometrien auch andere Formen für einzelne Strukturen und Schichten möglich sind. Auch können gegebenenfalls anstelle der angegebenen Materialien andere Materialien zum Einsatz kommen.
