DE10219248A1

DE10219248A1 - Mikromechanisches Bauelement mit thermisch isolierter Sensoreinrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10219248A1
Application number: DE2002119248
Authority: DE
Inventors: Frank Fischer; Lars Metzger; Frieder Sundermeier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauelement mit einem Substrat (1); einem in dem Substrat (1) vorgesehenen Isolationsbereich (4), welcher an die Vorderseite des Substrats (1) angrenzt; einer in dem Isolationsbereich (4) vorgesehenen Grabenstruktur (2', 20'); einem auf dem Isolationsbereich (4) vorgesehenen Verschließbereich (6, 8, 9, 14) zum Verschließen von ersten Bereichen der Grabenstruktur (2', 3'), auf denen eine Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a'', 12b', 12b'') vorgesehen ist, und nicht-verschlossenen zweiten Bereichen der Grabenstruktur, die Teile der Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a'', 12b', 12b'') gegeneinander und/oder gegenüber dem Substrat (1) thermisch isolieren. Die Erfindung schafft ebenfalls ein entsprechendes Herstellungsverfahren.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement mit einer thermisch isolierten Sensoreinrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf einen in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik (Si-OMM) herstellbaren mikromechanischen Neigungssensor erläutert.

Die DE 42 43 978 C1 beschreibt das Funktionsprinzip eines bekannten Neigungssensors, welcher auf dem Konvektionsprinzip beruht, und die US 6,182,509 B1 eine mikromechanische Realisierung davon.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Funktionsprinzips des bekannten Neigungssensors.

Gemäß Fig. 5 bezeichnet Bezugszeichen SUB ein Substrat, in dem eine Kaverne K vorgesehen ist. Über die Kaverne gespannt ist ein Heizer H und beiderseits davon in gleichem Abstand eine jeweilige Temperaturerfassungseinrichtung S1 bzw. S2.

Als Heizer H wird eine Leiterbahn, z. B. aus Platin, auf einer dünnen Membran aufgebracht. Diese Leiterbahn ist durch die Kaverne K unterhalb des Heizers H thermisch gegen die Festkörperkomponenten seiner Umgebung entkoppelt. Die Kaverne K wird mit einer bekannten Rückseiten-Ätztechnik der Mikromechanik geätzt. Bei dieser Technologie werden filigrane, freitragende Leiterbahnen erzeugt, die sehr empfindlich gegenüber Erschütterungen und Stöße aus der Umgebung sind.

Bedingt durch die Thermik des umgebenden gasförmigen Mediums, z. B. der Umgebungsluft, resultiert ein aufsteigender Wärmefluß von dem Heizer H, der sogenannte freie Konvektionsfluß, wie er vergleichsweise auch bei einer Kerzenflammer beobachtet werden kann.

Neben dem Heizer H läßt sich die daraus resultierende Temperaturverteilung mittels der Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 bestimmen.

Fig. 6a, b sind Darstellungen der Temperaturverteilung in der Umgebung des Heizdrahtes des Neigungssensors nach Fig. 5 in Abhängigkeit von dessen räumlicher Neigung gegenüber der Horizontalen, und zwar Fig. 6a bei verschwindender Verkippung (α = 0) und Fig. 6b bei nicht-verschwindender Verkippung (α > 0°).

Wie aus Fig. 6a ersichtlich, stellt sich im Fall verschwindender Neigung ein dreiecksförmiges Temperaturprofil ein, wobei die Temperatur ausgehend von der Temperatur T_H des Heizers H beiderseits symmetrisch auf die Umgebungstemperatur T_U abfällt.

Neigt man jedoch den Neigungssensor gemäß Fig. 5 um den Winkel α gegenüber der Horizontalen, so wird die Symmetrie gestört, und an den beiden Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 werden verschiedene Temperaturen gemessen. Die Temperaturdifferenz ΔT an den Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 kann elektrisch ausgewertet werden und daraus der Neigungswinkel bestimmt werden. Da ein solcher Neigungssensor auf freier Konvektion basiert und auf äußere Luftmassenströme sensitiv ist, sollte der Sensor luftdicht gegen die Umgebung abgeschlossen werden. Weiterhin sollte eine möglichst geringe Wärmeleitung zwischen dem Heizer H und den Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 auftreten. Auch sollten die Temperaturerfassungseinrichtungen S1, S2 und der Heizer H gegenüber dem Substrat thermisch isoliert sein.

Ein weiterer solcher Neigungswinkelsensor ist bekannt aus H. Sandmaier, HSG-IMIT und W. Wimmer, VOGT electronic AG: Convection Based Micromachined Inclinometer using SOI Technology; MEMS 2001, 14 IEEE International Conference in Interlaken, Schweiz.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende allgemeine Problematik besteht darin, durch einen einfachen Prozeß einen robusteren mikromechanischen Neigungswinkelsensor bereitzustellen.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. das entsprechende Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 weisen den Vorteil auf, daß eine einfache und kostengünstige Herstellung eines Bauelements mit einem isolierten Vorderseitenbereich, auf dem eine Sensoreinrichtung mit verschiedenen voneinander und gegenüber dem Substrat thermisch entkoppelten Bereichen vorgesehen werden kann, möglich ist.

Nur oberflächenmikromechanische Verfahrensschritte, d. h. nur Vorderseitenprozesse, sind zur Herstellung eines solchen Sensors notwendig. Dadurch entfallen die bekannten aufwendigen Rückseitenprozesse, wie z. B. das KOH-Ätzen mittels der Ätzdose zur Strukturierung einer Membran. Durch den Wegfall des KOH-Ätzschrittes von der Rückseite her ist auch eine Miniaturisierung des mikromechanischen Bauelements möglich. Ein weiterer Vorteil ist die Vermeidung von Kratzern bzw. Partikeln auf der Wafervorderseite, weil keine Rückseitenprozesse mehr notwendig sind.

Noch ein Vorteil besteht in der Ersetzung der zur Isolation bisher notwendigen Membran durch einen kompakteren Isolationsblock. Dadurch werden Membranbrüche beim Aufbringen der vorderseitigen Sensorstruktur, beispielsweise einer chemisch sensitiven Paste, vermieden. Schließlich sind nur wenige Schichterzeugungsschritte und Photolithographieschritte zur Erzeugung des erfindungsgemäßen vorderseitigen Isolationsblocks notwendig.

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

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht das Substrat aus Silizium und der Isolationsbereich aus Siliziumdioxid.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Verschließbereich eine erste Siliziumdioxidschicht und eine darüberliegende Siliziumnitridschicht auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Siliziumnitridschicht durch eine zweite Siliziumdioxidschicht eingeebnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Sensoreinrichtung einen Neigungssensor mit einer Heizeinrichtung und mindestens zwei Temperaturerfassungseinrichtungen auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine Verkappung zum Verkappen der Sensoreinrichtung vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Heizeinrichtung eine streifenförmige Gestalt auf, wobei beiderseits der Heizeinrichtung streifenförmige Gräben vorgesehen sind und wobei die mindestens zwei Temperaturerfassungseinrichtungen jenseits der Gräben angeordnet sind, d. h. auf der der Heizeinrichtung abgelegenen Seite.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfaßt das Bilden des Isolationsbereichs ein vorzugsweise thermisches Aufoxidieren der Grabenstruktur.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die modifizierte Grabenstruktur vollständig thermisch aufoxidierte Stege auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die modifizierte Grabenstruktur zumindest teilweise verschmälerte Gräben auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfaßt das Vorsehen der nicht-verschlossenen zweiten Bereichen ein Durchätzen des Verschließbereichs.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die Gräben nach dem Durchätzen des Verschließbereichs verbreitert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die modifizierte Grabenstruktur teilweise thermisch aufoxidierte Stege auf, von denen die Oxidschicht nach dem Durchätzen des Verschließbereichs selektiv entfernt wird, um verbreiterte Gräben zu erhalten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die verbreiterten Gräben nochmals verbreitert, so dass die ersten Bereiche zumindest teilweise von Abschnitten des Isolationsbereichs getragen werden, welche die Oxidschicht auf den teilweise thermisch aufoxidierte Stegen gebildet haben.

ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a-h Herstellungsschritte zur Herstellung eines Neigungssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a-e Herstellungsschritte zur Herstellung eines Neigungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 1h mit einem ersten Temperaturfühlermuster;
Fig. 3b eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 2e mit dem ersten Temperaturfühlermuster;
Fig. 4a eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 1h mit einem zweiten Temperaturfühlermuster;
Fig. 4b eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 2e mit dem zweiten Temperaturfühlermuster;
Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Funktionsprinzips eines bekannten Neigungssensors; und
Fig. 6a, b Darstellungen der Temperaturverteilung in der Umgebung des Heizdrahtes des Neigungssensors nach Fig. 5 in Abhängigkeit von dessen räumlicher Neigung gegenüber der Horizontalen, und zwar Fig. 6a bei verschwindender Verkippung (α = 0°) und Fig. 6b bei nicht-verschwindender Verkippung (α > 0°).

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
Fig. 1a-h zeigen Herstellungsschritte zur Herstellung eines Neigungssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1a bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Siliziumsubstrat in Form eines Siliziumwafers. Selbstverständlich muß das Substrat nicht unbedingt ein Siliziumwafer sein, sondern kann beispielsweise auch die oberste Schicht eines mehrlagigen Substrats sein, welches beispielsweise aus einem Wafer und einer Epitaxieschicht o. ä. besteht.
In das Substrat 1 werden mittels eines üblichen photolithographischen Prozesses und eines anisotropen Ätzschritts, beispielsweise durch reaktives Ionenätzen, Gräben 2 eingebracht, wobei zwischen den Gräben 2 Stege 3 aus dem Substratmaterial zurückbleiben. Eine typische Dicke des Substrats liegt zwischen 200 µm und 600 µm, und eine typische Tiefe der Gräben 2 liegt zwischen 20 µm und 200 µm.
Die Gräben 2 können dabei je nach Anwendung eine beliebige Form aufweisen. Beispielsweise kann eine Struktur gewählt werden, bei dem die Stege 3 Säulen sind, die von dem Substrat 1 in diesem Bereich stehen bleiben. Andere Möglichkeiten sind beispielsweise Stege oder kreisbogenförmige Stege. Diese Prozeßschritte führen zum in Fig. 1a gezeigten Zustand.
Gemäß Fig. 1b wird die resultierende Struktur thermisch aufoxidiert, um eine isolierende Oxidschicht 4 zu bilden. Isolierend in diesem Zusammenhang bedeutet hier thermisch isolierend, je nach der vorgesehenen Anwendung des mikromechanischen Bauelements kann es in anderen Fällen auch elektrisch isolierend bedeuten.
Die Breite der Stege 3 beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a ist derart gewählt, daß sie bei der thermischen Oxidation vollständig aufoxidiert werden und die modifizierten Stege 3' somit vollständig aus Siliziumdioxid bestehen. Ebenfalls die Gräben 2 werden zu modifizierten Gräben 2' mit geringerer Breite durch die thermische Oxidation umgewandelt.
Gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann die Grabenbreite derart gewählt werden, dass der Graben nach der Oxidation verschlossen ist.
Gemäß der Darstellung von Fig. 1c erfolgt in den nächsten Prozeßschritten eine Luftisolation der modifizierten Gräben 2' durch Vorsehen eines Verschließbereichs 6, 8, 9 in Form einer Schichtenfolge über der modifizierten Grabenstruktur 2', 3'. Der Verschließbereich wird durch Abscheiden einer ersten Oxidschicht 6 und anschließendes Abscheiden einer Nitridschicht 8 über der ersten Oxidschicht 6 sowie Abscheiden einer zweiten Oxidschicht 9 über der Siliziumnitridschicht 8 erzeugt.
Hierbei werden bevorzugt CVD-Verfahren eingesetzt, bei denen die mittlere freie Weglänge derart groß ist, daß die reaktiven Spezies der Prozeßgase nicht in die OMM-Struktur mit hohem Aspektverhältnis eindringen können. Die mittlere freie Weglänge im Plasma sollte nur so klein sein, daß es zu einer ungerichteten Emission von Plasmaspezies kommt. Dadurch entstehen Abschattungen der CVD-Schicht bereits in geringen Tiefen der OMM-Gräben 2', und es kommt zum Verschluß der Gräben im oberen Bereich mit der ersten Oxidschicht 6.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt, welcher mit Bezug auf Fig. 1d erläutert wird, wird die zweite Oxidschicht 9 zurückpoliert, wobei die Siliziumnitridschicht 8 als Polierstopp dient, was zu einer planaren Oberfläche der Struktur führt. Ein Restoxid der zweiten Siliziumoxidschicht 9 bleibt lediglich in den Einsenkungen oberhalb der Gräben 2' zurück.
Gemäß Fig. 1e erfolgt dann das Abscheiden und Strukturieren einer Platinwiderstandsebene zur Bildung einer Heizeinrichtung 10 und zweier Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b. Bezugszeichen 13 in Fig. 1e bezeichnet einen Anschlußbereich für die Temperaturerfassungseinrichtung 12b. An dieser Stelle sollte bemerkt werden, daß mögliche ebene Strukturen der Heizeinrichtung 10 und der Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b weiter unten in Bezug auf Fig. 3a, b und 4a, b näher erläutert wird.
Alternativ zu der Verwendung von Platin zur Herstellung der Leiterbahn können im übrigen auch Silizium- bzw. Silizium- Germanium-Widerstände, Aluminium-Silizium-Schottky-Dioden oder auch Thermopilesensoren verwendet werden.
In einem weiteren Prozeßschritt, welcher in Fig. 1f illustriert ist, wird über der resultierenden Struktur eine Oxidschicht 14 aufgewachsen, welche als Schutzschicht dient. Auch der Oxidschicht 14 werden Aluminium-Leiterbahnen 16 durch ein übliches Verfahren (Abscheiden/Strukturieren) gebildet, welche an entsprechenden Orten Kontakte zur Platin-Widerstandsebene aufweisen, von denen hier ein Kontakt KO zum Anschlußbereich 13 gezeigt ist.
Mit Bezug auf Fig. 1g werden dann Isoliergräben zwischen der Heizeinrichtung 10 und den Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b sowie zwischen den Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, b und der Peripherie vorgesehen. Dies geschieht wiederum mittels eines reaktiven Ionen-Ätzschritts, bei dem die Schichten 4, 6, 14 mittels einer entsprechenden Maske (vgl. Fig. 2b/c) durchgeätzt werden.
Insbesondere liegt dieser Ätzschritt entsprechende, modifizierte Gräben 2' in der Oxidschicht 4 frei. Durch die so geschaffene Struktur läßt sich ein Wärmefluß von der Heizeinrichtung 10 zu den Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b beim späteren Betrieb des Neigungssensors vermeiden. Auch sind die Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b nunmehr thermisch von der Peripherie entkoppelt.
Schließlich wird gemäß Fig. 1h eine Verkappung 18 über der so geschaffenen Sensorstruktur vorgesehen.
Die weitere Prozessierung, insbesondere die Bildung der Anschlußpads, etc. erfolgt in bekannter Weise und wird hier nicht weiter erläutert.
Fig. 2a-e zeigen Herstellungsschritte zur Herstellung eines Neigungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 2a dargestellt, ist bei der zweiten Ausführungsform die Breite der ursprünglichen Stege 3 aus Silizium nicht konstant, sondern Variiert, wobei durch die Oxidation die breiteren Stege 3a-e nicht vollständig aufoxidiert werden, sondern nur mit der Oxidschicht 4 überzogen werden, wohingegen die schmaleren Stege vollständig zu modifizierten Stegen 3a'-e' aufoxidiert werden.
Gemäß Fig. 2b werden dann die bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Prozeßschritte durchgeführt, mittels denen ein Prozeßzustand erreicht wird, der demjenigen von Fig. 1f entspricht. Insbesondere unterscheidet sich dabei der Aufbau gemäß Fig. 2b von demjenigen nach Fig. 1f darin, daß die Heizeinrichtung eine größere Breite aufweist und diese über den Stegen 3c, 3d und dem aufoxidierten Bereich 3a' vorgesehen ist.
Des weiteren wird gemäß Fig. 2b eine Lackmaske derart über der resultierenden Struktur vorgesehen, daß sich Öffnungen 22a, 22b, 22c jeweils zwischen der Heizeinrichtung 10' und den beiden Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b befinden und zwischen den Heizeinrichtungen 12a, 12b und der Peripherie vorgesehen sind, hier angedeutet als Öffnung 22a.
Mit Bezug auf Fig. 2c wird in einem darauffolgenden Prozeßschritt zunächst analog zu Fig. 1g der Verschließbereich mit den Schichten 6, 8, 14 mittels der Photolackmaske 22 entfernt und im selben Prozeßschritt das in den Gräben gebildete Oxid 4 durch selektives Ätzen gegenüber dem nicht-oxidierten Silizium des Substrats 1 entfernt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß hierzu auch ein zweistufiger Ätzprozeß verwendet werden könnte, welcher aus einem anisotropen Ätzschritt, z. B. einem RIE-Ätzschritt (RIE = reaktives Ionen-Ätzen), zum Öffnen des Verschließbereichs und einem isotropen Ätzschritt zum selektiven Entfernen des Oxids aus den modifizierten Gräben 2' bestehen kann.
Hinsichtlich der Photolackmaske 22 sei angemerkt, daß die Lackstrukturen über den Platin-Widerständen der Heizeinrichtung 10' und der Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b derart erzeugt werden, daß ein ausreichender Überlap vorgesehen wird, welcher bewirkt, daß nur die Oxidschicht oberhalb der Silizium-Stege 3a, 3b 3c, 3d, 3e weggeätzt wird, wenn das Oxid beispielsweise naßchemisch mit einer gepufferten Oxid- Ätzmischung (BOE) geätzt wird.
Somit resultiert dieser Ätzschritt in verbreiterten Gräben 20', welche eine thermische Entkopplung der Heizeinrichtung 10' und der Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b bewirken.
In einem darauffolgenden Prozeßschritt, welcher in Fig. 2d illustriert ist, werden dann nach dem Entfernen des Photolacks die in den modifizierten Gräben 20' zurückgebliebenen Silizium-Stege 3a, 3b, 3c, 3d, 3e mit XeF₂, ClF₃, BrF₃ oder plasmaaktiviertem SF₆ weggeätzt. Damit kann die Grabenbreite weiter vergrößert werden bzw. die Stegbreite weiter verkleinert werden, was schließlich in weiter modifizierten Gräben 20" resultiert, die aufgrund ihrer erhöhten Breite für einen noch geringeren vertikalen Wärmefluß sorgen.
Dies resultiert darin, dass die Bereiche, auf denen die Heizeinrichtung 10' bzw. die Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, b liegen, zumindest teilweise von Abschnitten des Isolationsbereichs 4 getragen werden, welche die Oxidschicht auf den teilweise thermisch aufoxidierte Stegen 3a-e gebildet haben.
Mit Bezug auf Fig. 2e wird schließlich analog zur ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1h eine Verkappung 18 vorgesehen, welche für eine Entkopplung der so geschaffenen Sensorstruktur gegenüber der Umgebung sorgt.
Nachstehend werden mögliche ebene Strukturen der Heizeinrichtung 10 bzw. 10' und der Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b weiter unten in Bezug auf Fig. 3a, b und 4a, b näher erläutert wird. Die betreffenden Darstellungen sind stark vereinfacht und zeigen nur die Grobstruktur ohne Kontaktbereiche, Verdrahtungen etc.
Fig. 3a zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 1h mit einem ersten Temperaturfühlermuster.
In der vereinfachten Draufsicht gemäß Fig. 3a ist die Heizeinrichtung 10 angedeutet, welche beiderseits durch die modifizierten Gräben 2' von den Temperaturerfassungseinrichtungen 12a, 12b thermisch entkoppelt ist. Die beiden Temperaturerfassungseinrichtungen haben bei dieser Ausführungsform eine u-förmige Gestalt.
Fig. 3b zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 2e mit dem ersten Temperaturfühlermuster.
Die vereinfachte Darstellung gemäß Fig. 3b entspricht der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2e, die sich insbesondere von der ersten Ausführungsform durch die breiteren, modifizierten Gräben 20" unterscheidet. Die Heizeinrichtungen 12a, 12b gemäß Fig. 3b weisen dieselbe u-förmige Gestalt auf wie diejenigen nach Fig. 3a.
Fig. 4a zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 1h mit einem zweiten Temperaturfühlermuster.
Bei der vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 4a, welche der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1h entspricht, weisen die Temperaturerfassungseinrichtungen 12a', 12b', 12a", 12b" eine mäanderförmige Gestalt auf.
Fig. 4b zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Neigungssensor gemäß Fig. 2e mit dem zweiten Temperaturfühlermuster.
Die vereinfachte Darstellung gemäß Fig. 4b entspricht wiederum der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2e, wobei auch hier die Temperaturerfassungseinrichtungen 12a', 12b', 12b', 12b" eine mäanderförmige Gestalt wie gemäß Fig. 4a aufweisen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
In den obigen Beispielen ist das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement in einfachen Formen zur Erläuterung seiner Grundprinzipien aufgeführt worden. Wesentlich kompliziertere Ausgestaltungen unter Verwendung derselben Grundprinzipien sind selbstverständlich denkbar.
Insbesondere eignet sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung für die Herstellung eines Neigungssensors, aber selbstverständlich sind auch andere thermisch arbeitende Sensoren möglich.
Obwohl bei den Beispielen eine aus drei Schichten bestehende Schichtenfolge den Verschließbereich bildet, kann der Verschließbereich selbstverständlich auch aus einer anderen Zahl von Schichten bestehen.
Es können schließlich auch beliebige mikromechanische Grundmaterialien verwendet werden, und nicht nur das exemplarisch angeführte Siliziumsubstrat. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Substrat
2, 2' Gräben
3, 3' Stege
4 thermische Oxidschicht
6 Oxidschicht
8 Nitridschicht
9 Oxidschicht
12a, 12b; 12a', 12b'; 12a", 12b" Temperaturerfassungseinrichtung
10, 10' Heizeinrichtung
KO Kontakt
13 Anschlußbereich
16 Umverdrahtung aus Al
14 Oxidschicht
3a-e, 3a'-c' Stege
20', 20" verbreiterte Gräben
K Kaverne
H Heizer
S1, S2 Temperaturerfassungseinrichtung
SUB Substrat

Claims

1. Mikromechanisches Bauelement mit:
einem Substrat (1);
einem in dem Substrat (1) vorgesehenen Isolationsbereich (4), welcher an die Vorderseite des Substrats (1) angrenzt;
einer in dem Isolationsbereich (4) vorgesehenen Grabenstruktur (2', 3'; 2', 20");
einem auf dem Isolationsbereich (4) vorgesehenen Verschließbereich (6, 8, 9, 14) zum Verschließen von ersten Bereichen der Grabenstruktur (2', 3'), auf denen eine Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a", 12b', 12b") vorgesehen ist; und
nicht-verschlossenen zweiten Bereichen der Grabenstruktur, die Teile der Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a", 12b', 12b") gegeneinander und/oder gegenüber dem Substrat (1) thermisch isolieren.

2. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus Silizium und der Isolationsbereich (4) aus Siliziumdioxid besteht.

3. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließbereich (6, 8, 9, 14) eine erste Siliziumdioxidschicht (6) und eine darüberliegende Siliziumnitridschicht (8) aufweist.

4. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumnitridschicht (8) durch eine zweite Siliziumdioxidschicht (9) eingeebnet ist.

5. Mikromechanisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a", 12b', 12b") einen Neigungssensor mit einer Heizeinrichtung (10; 10') und mindestens zwei Temperaturerfassungseinrichtungen (12a, 12b; 12a', 12b'; 12a', 12a", 12b', 12b") aufweist.

6. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verkappung (18) zum Verkappen der Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a", 12b', 12b") vorgesehen ist.

7. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (10; 10') eine streifenförmige Gestalt aufweist, beiderseits der Heizeinrichtung streifenförmige Gräben (2', 20") vorgesehen sind und die mindestens zwei Temperaturerfassungseinrichtungen (12a, 12b; 12a', 12b'; 12a', 12a", 12b', 12b") jenseits der Gräben (2', 20') angeordnet sind.

8. Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements mit den Schritten:
Bereitstellen eines Substrats (1);
Vorsehen einer Grabenstruktur (2, 3; 3a-d) auf einer Hauptfläche des Substrats (1), welche Gräben (2) und eine entsprechende Anzahl dazwischenliegender Stege (3; 3a-d) aufweist;
Bilden eines Isolationsbereichs (4) auf der resultierenden Struktur welcher an die Hauptfläche des Substrats (1) angrenzt und eine modifizierte Grabenstruktur (2', 3'; 20", 3a-e, 3a'-c') schafft;
Vorsehen eines Verschließbereichs (6, 8, 9, 14) auf dem Isolationsbereich (4) zum Verschließen von ersten Bereichen der modifizierten Grabenstruktur (2', 3'; 2', 3a'-c');
Vorsehen einer Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a", 12b', 12b") auf den ersten Bereichen; und
Vorsehen von nicht-verschlossenen zweiten Bereichen der modifizierten Grabenstruktur (2', 3'; 2', 3a-e, 3a'-c'), die Teile der Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a", 12b', 12b") gegeneinander und/oder gegenüber dem Substrat (1) thermisch isolieren.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden des Isolationsbereichs (4) ein vorzugsweise thermisches Aufoxidieren der Grabenstruktur (2, 3) umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierte Grabenstruktur (2', 3') vollständig thermisch aufoxidierte Stege (3') aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierte Grabenstruktur (2', 3'; 2', 3a-e, 3a'-c') zumindest teilweise verschmälerte Gräben (2') aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsehen des Verschließbereichs (6, 8, 9, 14) das Abscheiden einer ersten Siliziumdioxidschicht (6) und einer darüberliegende Siliziumnitridschicht (8) über der modifizierten Grabenstruktur (2', 3'; 2', 3a'-c') aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumnitridschicht (8) durch Abscheiden und anschließendes Rückpolieren einer zweiten Siliziumdioxidschicht (9) eingeebnet wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsehen der nichtverschlossenen zweiten Bereichen ein Durchätzen des Verschließbereichs (6, 8, 9, 14) umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben (2') nach dem Durchätzen des Verschließbereichs (6, 8, 9, 14) verbreitert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierte Grabenstruktur (2', 3'; 2', 3a-e, 3a'-c') teilweise thermisch aufoxidierte Stege (3a-e) aufweist, von denen die Oxidschicht (4) nach dem Durchätzen des Verschließbereichs (6, 8, 9, 14) teilweise entfernt wird, um verbreiterte Gräben (20') zu erhalten.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die verbreiterten Gräben (20') nochmals verbreitert werden, so dass die ersten Bereiche zumindest teilweise von Abschnitten des Isolationsbereichs (4) getragen werden, welche die Oxidschicht auf den teilweise thermisch aufoxidierte Stegen (3a-e) gebildet haben.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus Silizium und der Isolationsbereich (4) aus Siliziumdioxid besteht.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a", 12b', 12b") einen Neigungssensor mit einer Heizeinrichtung (10; 10') und mindestens zwei Temperaturerfassungseinrichtungen (12a, 12b; 12a', 12b'; 12a', 12a", 12b', 12b") aufweist.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verkappung (18) zum Verkappen der Sensoreinrichtung (10, 12a, 12b; 10', 12a, 12b; 12a', 12a", 12b', 12b") vorgesehen wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (10; 10') eine streifenförmige Gestalt aufweist, beiderseits der Heizeinrichtung streifenförmige Gräben (2', 20") vorgesehen sind und die mindestens zwei Temperaturerfassungseinrichtungen (12a, 12b; 12a', 12b'; 12a', 12a", 12b', 12b', 12b") jenseits der Gräben (2', 20') angeordnet sind.