DE102016107059A1

DE102016107059A1 - Integriertes Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102016107059A1
Application number: DE102016107059.9A
Authority: DE
Inventors: Thoralf Kautzsch; Alessia Scire; Maik Stegemann; Bernhard Winkler; Andre Röth; Mirko Vogt; Heiko Fröhlich; Steffen Bieselt
Original assignee: Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Current assignee: Infineon Technologies Dresden & Co Kg De GmbH
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2036-04-16
Also published as: US9896329B2; US20170015546A1; US10544037B2; US20180155188A1; DE102016107059B4

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein integriertes Halbleiterbauelement (200), umfassend ein Halbleitersubstrat (220); einen Hohlraum (230), der in das Halbleitersubstrat gebildet ist; einen Sensorabschnitt (202) des Halbleitersubstrats, der in dem Hohlraum an einer Seite des Hohlraums über einen Aufhängungsabschnitt (208) des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat und den Sensorabschnitt desselben verbindet, auslenkbar aufgehängt ist, wobei eine Erstreckung des Aufhängungsabschnitts entlang der Seite des Hohlraums kleiner ist als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums.

Description

Gebiet
Ausführungsbeispiele beziehen sich im Allgemeinen auf Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, und insbesondere auf integrierte Sensorbauelemente und zugehörige Herstellungsverfahren.
Hintergrund
Elektronische Sensoren messen im Allgemeinen eine physikalische Größe und wandeln die gemessene physikalische Größe in ein Signal um, das an ein elektronisches Instrument (z. B. einen integrierten Chipprozessor) bereitgestellt wird. In den letzten Jahren hat sich die Anzahl der Bereiche, die Sensoren verwenden, stark erweitert. Zum Beispiel finden sich Sensoren in verschiedenen Anwendungen, z. B. Einheiten zum Detektieren chemischer Wirkstoffe, in medizinischer Diagnoseausrüstung, industriellen Prozesssteuerungen, Verschmutzungsüberwachung, Autos etc.
Auf Halbleiter basierende, integrierte Sensoren, z. B. Beschleunigungs- oder Drucksensoren, sind zum Beispiel als Massenprodukte in der Automobil- und Konsumgüterelektronik verfügbar. Hier sind unter anderem mikroelektromechanische Systeme (MEMS; MEMS = Micro-Electro-Mechanical System) wünschenswert, die einen einfachen Schwellenschalter in eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC; ASIC = Application Specific Integrated Circuit) integrieren.
Bei der Umstellung auf neuere Halbleiterprozesstechnologien ist eine Herausforderung, ein MEMS zu integrieren, derart, dass die Komplexität von CMOS-Prozessen (komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter = CMOS = Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) nicht unnötig erhöht wird und dass bestehende CMOS-Integrationsschemata können mit minimalem Entwicklungsaufwand weitgehend beibehalten werden. Für Unter-130-nm-Prozesstechnologien spielt zum Beispiel die Topologie von Frontend-off-line-Strukturen eine wichtige Rolle. Sie sollten eine Gesamtdicke von wenigen hundert Nanometern nicht überschreiten, um einen potentiellen Borphosphorsilicatglas-Polierschritt (BPSG-Polierschritt; BPSG = Borophosphosilicate glass) nicht zu stören. Ferner ist eine Reduzierung auf möglicherweise wenige zusätzliche Schritte und die gemeinsame Verwendung bestehender Prozesse eine Voraussetzung für eine erfolgreiche Integration.
Eine andere Herausforderung ist die Interaktion zwischen Gehäuse und Sensor. Auf dem Gebiet kapazitiver Sensoren können die Kondensatorelemente Gegenstand einer erheblichen Belastung sein abhängig von dem Gehäusetyp. Häufig werden spezielle Gehäuse verwendet, die eine erhebliche Kostenkomponente zu dem Gesamtsystem beitragen.
Es ist daher wünschenswert, verbesserte mikroelektromechanische Sensorsysteme bereitzustellen, die die oben genannten Probleme berücksichtigen.
Zusammenfassung
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein integriertes Halbleiterbauelement. Das integrierte Halbleiterbauelement umfasst ein Halbleitersubstrat und einen Hohlraum, der in das Halbleitersubstrat gebildet ist. Ferner umfasst das integrierte Halbleiterbauelement einen Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats, wobei der Sensorabschnitt in dem Hohlraum an einer Seite des Hohlraums über einen Aufhängungsabschnitt des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat und den Sensorabschnitt desselben verbindet, auslenkbar aufgehängt ist. Eine Erstreckung des Aufhängungsabschnitts entlang der Seite des Hohlraums ist kleiner als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums.
Bei einigen Ausführungsbeispielen sind der Sensorabschnitt und der Aufhängungsabschnitt durchgängige Abschnitte des Halbleitersubstrats. Das heißt, der Sensorabschnitt, der Aufhängungsabschnitt und das Halbleitersubstrat sind monolithisch als ein Stück gebildet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats ausgebildet für eine Auslenkung außerhalb der Ebene relativ zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ansprechend auf eine Anregung außerhalb der Ebene, die auf das integrierte Halbleiterbauelement angewandt wird.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Aufhängungsabschnitt ein einzelner Streifen von Halbleitermaterial, der das Halbleitersubstrat und den Sensorabschnitt desselben integral oder monolithisch verbindet. Eine Erstreckung des Aufhängungsabschnitts entlang der Seite des Hohlraums kann somit kleiner sein als eine Erstreckung des Sensorabschnitts entlang der Seite des Hohlraums.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats eine Breite von mehr als 100 µm und eine Länge von mehr als 100 µm aufweisen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Aufhängungsabschnitt zumindest teilweise mit einer Belastungsschicht beschichtet, die ausgebildet ist zum Anwenden einer Versatz-Zug-oder -Druck-Belastung oder -Beanspruchung auf den Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats. Die Belastungsschicht kann ein Material mit einer unterschiedlichen Gitterkonstante und/oder einem unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als die/der des Halb-leitermaterials des Substrats (z. B. Silizium, Si). Ein beispielhaftes Material für die Belastungsschicht wäre Siliziumnitrid (Si₃N₄).
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist oder umfasst das integrierte Halbleiterbauelement einen Beschleunigungsmesser. Hier bildet der Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats eine Prüfmasse, die ausgebildet ist für eine Bewegung außerhalb der Ebene ansprechend auf eine Beschleunigung außerhalb der Ebene des integrierten Halbleiterbauelements.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das integrierte Halbleiterbauelement ferner eine Rahmenstruktur, die in das Halbleitersubstrat gebildet ist, derart, dass die Rahmenstruktur den Sensorabschnitt umgibt. Die Rahmenstruktur ist in dem Hohlraum lateral zwischen einem Rand des Sensorabschnitts und einem Rand des Hohlraums aufgehängt. Die Rahmenstruktur und der Sensorabschnitt sind durch einen ersten Abstand getrennt, die Rahmenstruktur und der Rand des Hohlraums sind durch einen zweiten Abstand getrennt.
Bei einigen Ausführungsbeispielen, die auf Beschleunigungsmesser bezogen sind, ist der Sensorabschnitt eine Prüfmasse und umfasst eine erste Mehrzahl von Kammzinken, die in zumindest einen Rand der Prüfmasse gebildet sind. Die Rahmenstruktur umfasst eine zweite Mehrzahl von Kammzinken, die verschachtelt mit der ersten Mehrzahl von Kammzinken angeordnet ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen sind der Sensorabschnitt, die Rahmenstruktur und das Halbleitersubstrat integral oder monolithisch aus einem Stück Halbleitermaterial gebildet. Der Sensorabschnitt und die Rahmenstruktur sind in dem Hohlraum über einen gemeinsamen einzelnen Aufhängungsabschnitt des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat, die Rahmenstruktur und den Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats integral oder monolithisch verbindet, aufgehängt. Folglich können der Sensorabschnitt, die Rahmenstruktur, der Aufhängungsabschnitt und das Halbleitersubstrat monolithisch aus einem Stück Halbleitermaterial gebildet sein.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Sensorabschnitt an einem Ende des Sensorabschnitts, der in den Aufhängungsabschnitt übergeht, einen Graben, der sich im Wesentlichen parallel zu einem Rand des Sensorabschnitts, der dem Aufhängungsabschnitt des Halbleitersubstrats zugewandt ist, erstreckt. Eine Distanz zwischen dem Graben und dem Rand ist abhängig von der Größe und Masse des Sensorabschnitts. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann sie weniger als 10 µm sein.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats eine Membran, die ausgebildet ist für eine Oszillation außerhalb der Ebene ansprechend auf einen Druck außerhalb der Ebene, der auf das integrierte Halbleiterbauelement angewandt wird. Dies kann zum Beispiel für MEMS-Mikrofonanwendungen nützlich sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein integriertes Halbleiterbauelement bereit. Das integrierte Halbleiterbauelement umfasst ein Halbleitersubstrat, einen in das Halbleitersubstrat gebildeten Hohlraum, einen durchgängigen Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats, der in dem Hohlraum an einer einzelnen Seite des Hohlraums über einen durchgängigen einzelnen Aufhängungsstreifen des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat und den Sensorabschnitt desselben integral verbindet, aufgehängt ist, wobei eine Erstreckung des Aufhängungsstreifens entlang der Seite des Hohlraums kleiner ist als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums. Das integrierte Halbleiterbauelement umfasst ferner einen durchgängigen Rahmenabschnitt des Halbleitersubstrats, wobei der Rahmenabschnitt den Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats umgibt. Der Rahmenabschnitt ist in dem Hohlraum über den Aufhängungsstreifen lateral zwischen einem Rand des Sensorabschnitts und einem Rand des Hohlraums aufgehängt. Der Rahmenabschnitt und der Sensorabschnitt sind durch einen ersten Abstand getrennt, und der Rahmenabschnitt und der Rand des Hohlraums sind durch einen zweiten Abstand getrennt. Das Halbleitersubstrat, der Sensorabschnitt, der Aufhängungsstreifen, der Rahmenabschnitt können ein durchgängiges Stück bilden. Das heißt, sie können monolithisch gebildet sein.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung auch ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements bereit. Das Verfahren umfasst ein Bilden eines Hohlraums in einem Halbleitersubstrat, der sich unter einem Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats erstreckt, und ein Bilden eines Aufhängungsabschnitts des Halbleitersubstrats, der den Sensorabschnitt in dem Hohlraum auslenkbar aufhängt, an einer Seite des Hohlraums, derart, dass eine Erstreckung des Aufhängungsabschnitts entlang der Seite des Hohlraums kleiner ist als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Bilden des Hohlraums ein Verwenden einer Silicon-On-Nothing-, SON-, Bearbeitungssequenz (SON = Silicon-On-Nothing = Silizium-auf-Nichts). Die SON-Bearbeitungssequenz kann ein Bilden von einer oder mehrerer Grabenstrukturen in dem Halbleitersubstrat, ein Ausheilen der Grabenstrukturen in einer desoxidierenden Umgebung und ein Erhalten des Hohlraums unter dem Sensorabschnitt von den ausgeheilten Grabenstrukturen umfassen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Bilden des Aufhängungsabschnitts ein Bilden eines einzelnen Aufhängungsstreifens von Halbleitermaterial, der das Halbleitersubstrat und den Sensorabschnitt desselben integral (monolithisch) verbindet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Bilden einer Rahmenstruktur in dem Halbleitersubstrat, die den Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats umgibt, und ein Aufhängen der Rahmenstruktur in dem Hohlraum durch ein integrales (monolithisches) Verbinden des Halbleitersubstrats, des Sensorabschnitts und der Rahmenstruktur über den Aufhängungsabschnitt des Halbleitersubstrats.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Bilden des Aufhängungsabschnitts ein zumindest teilweises Beschichten des Aufhängungsabschnitts mit einer Belastungsschicht, um eine vorspannende Belastung oder Beanspruchung auf den flexibel aufgehängten Sensorabschnitt von Halbleitermaterial anzuwenden.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung auch ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements bereit. Das Verfahren umfasst ein Bilden eines Hohlraums in ein Halbleitersubstrat. Der Hohlraum umfasst einen Boden, eine Abdeckung und Seitenwände, die sich von dem Boden zu der Abdeckung erstrecken. Eine jeweilige Seitenwand umfasst einen gekrümmten Übergang von der Seitenwand zu der Abdeckung. Das Verfahren umfasst ferner ein Bilden eines Grabens, der sich zu dem gekrümmten Übergang der Seitenwände tangential erstreckt, um die Abdeckung des Hohlraums in einen Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats umzuwandeln, der in dem Hohlraum über einen verbleibenden Aufhängungsabschnitt des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat und den Sensorabschnitt verbindet, auslenkbar aufgehängt ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Hohlraum unter Verwendung einer Empty-Space-in-Silicon-Technik (ESS-Technik; ESS = Empty-Space-in-Silicon = Leerer-Raum-in-Silizium) gebildet werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Bilden des Grabens ein Erzeugen einer Antihaftstruktur von dem gekrümmten Übergang an dem Ende des Sensorabschnitts, der dem Graben zugewandt ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung können zum Implementieren von MEMS-Bauelementen, z. B. MEMS-Mikrofonen, -Drucksensoren oder -Beschleunigungsmessern, verwendet werden. Aufgrund der Aufhängung des Sensorabschnitts an nur einer Seite des Hohlraums kann der Sensorabschnitt des integrierten Halbleiterbauelements im Wesentlichen unabhängig von einer auf das Halbleitersubstrat angewandten Belastung und/oder einem Gehäuse und weiteren unerwünschten externen mechanischen Einflüssen hergestellt werden. Ferner werden aufgrund dessen, dass der Sensorabschnitt in dem Hohlraum aufgehängt ist, Frontend-off-Line-Strukturen mit geringer Dicke oder Höhe möglich.
Kurze Beschreibung der Figuren
Einige Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen
1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Kammantrieb-Beschleunigungsmessers außerhalb der Ebene zeigt;
2a, b unterschiedliche Ansichten eines integrierten Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellen;
3a, b unterschiedliche Ansichten eines integrierten Kammantrieb-Beschleunigungsmessers gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellen;
4 einen vorgespannten integrierten Kammantrieb-Beschleunigungsmesser gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ein grobes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
6 verschiedene Grundsätze zum Bilden von Silicon-On-Nothing-Hohlräumen (SON-Hohlräumen) zeigt; und
7 ein Beispiel einer Silicon-On-Nothing-Struktur zeigt;
8 Antihaft-Bumps (Antihaft-Höcker) an einem Siliziummikrofon zeigt;
9 einen beispielhaften Prozess zum Bilden von MEMS-Elementen mit Antihaftlinien darstellt; und
10 eine Draufsicht einer Antihaftstruktur zeigt, die in Kombination mit einem Kammantrieb erzeugt wird.
Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Während sich weitere Ausführungsbeispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eignen, werden dementsprechend einige Ausführungsbeispiele derselben in den Figuren beispielhaft gezeigt und hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die offenbarten bestimmten Formen zu begrenzen, sondern im Gegensatz die Ausführungsbeispiele alle in den Rahmen der Offenbarung fallenden Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken sollen. In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Elemente.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt” mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzten Ausdrücke sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „benachbart” gegenüber „direkt benachbart” usw.).
Die hier verwendete Terminologie bezweckt nur das Beschreiben bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht begrenzend für weitere Ausführungsbeispiele sein. Nach hiesigem Gebrauch sollen die Singularformen „ein, eine”, und „das, der, die” auch die Pluralformen umfassen, es sei denn im Zusammenhang wird deutlich etwas anderes angegeben. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „aufweisen” und/oder „aufweisend” bei hiesigem Gebrauch das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert besitzen alle hier benutzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem Ausführungsbeispiele gehören. Weiterhin versteht es sich, dass Begriffe, z. B. die in gewöhnlich benutzten Wörterbüchern Definierten, als eine Bedeutung besitzend ausgelegt werden sollten, die ihrer Bedeutung im Zusammenhang der entsprechenden Technik entspricht, sofern sie hier nicht ausdrücklich anderweitig definiert sind.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele, bezogen auf Beschleunigungssensoren (auch bezogen auf Beschleunigungsmesser) detaillierter beschrieben. Der Fachmann, der aus der vorliegenden Offenbarung einen Vorteil zieht, wird jedoch erkennen, dass die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung nicht auf Beschleunigungsmesser beschränkt sind, sondern auch auf andere Arten von Sensoren anwendbar sind, die mechanisch auslenkbare Sensorabschnitte verwenden, z. B. Drucksensoren oder Mikrofone.
Herkömmliche Beschleunigungsmesser werden zum Beispiel mit einer polykristallinen Silizium-Laminierung betrieben, die auf der Oberseite eines Siliziumsubstrats bereitgestellt ist. Hier werden Schichten mit Dicken von typischerweise 5 bis 10 µm als die Basis einer diskreten Sensorkomponente verwendet. Allerdings sind bei dieser Form des Strukturierens die Schichten in einen herkömmlichen CMOS-Prozess nicht integrierbar.
Um das Funktionsprinzip von kapazitiven Beschleunigungsmessern darzustellen, zeigt 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Kammantrieb-Beschleunigungsmessers außerhalb der Ebene 100.
Der beispielhafte Kammantrieb-Beschleunigungsmesser 100 umfasst eine Prüfmasse oder seismische Masse 102, eine erste und zweite Verankerung 104 und 106, Aufhängungsstreifen oder -biegungen 108, einen Stator 110, eine Reihe von Rotorzinken oder Sensorfingern 112 und eine Reihe von Statorzinken 114. Der Kammantrieb 100 kann unter Verwendung herkömmlicher MEMS-Technologien gefertigt werden.
Die Prüfmasse 102 ist über einem Substrat 120 aufgehängt, das ein Halbleitersubstrat sein kann, sodass die Prüfmasse 102 frei ist, um sich um eine Rotationsachse (in x-Richtung) entlang der Biegungen 108 zu drehen. Die Prüfmasse 102 ist durch die Biegungen 108 von zwei durch die erste Verankerung 104 und die zweite Verankerung 106 gebildeten Aufhängungspunkten aufgehängt. Die erste Verankerung 104 und die zweite Verankerung 106 sind an das Substrat 120 unter Verwendung jeweiliger Trägerpfosten 124 und 126 gebondet. Die Biegungen 108 begrenzen eine Bewegung der Prüfmasse 102 im Wesentlichen in der x- und y-Achse, lässt aber dennoch eine Rotation in der z-Richtung (um die y-Achse herum) ansprechend auf eine Beschleunigung außerhalb der Ebene (außerhalb der x-y-Ebene) zu.
Die Mehrzahl von Rotorkammzinken 112 wird entlang eines ersten Endes der Prüfmasse 102 gebildet. Zusätzliche symmetrisch angeordnete Rotorkammzinken können auch entlang eines gegenüberliegenden zweiten Endes der Prüfmasse 102 gebildet sein (in 1 nicht gezeigt). Zur Veranschaulichung sind fünf Rotorkammzinken 112 dargestellt, aber in der Praxis würden viel mehr Rotorkammzinken 112 verwendet werden.
Der Stator 110 umfasst eine Reihe von Statorkammzinken 114 komplementär zu den Rotorkammzinken 112. Zusätzliche symmetrisch angeordnete Statorkammzinken können auch neben den Rotorkammzinken an dem gegenüberliegenden zweiten Ende der Prüfmasse 102 gebildet sein (in 1 nicht gezeigt). Zur Veranschaulichung sind nur vier Statorkammzinken 114 gezeigt. In der Praxis würden viele Statorkammzinken verwendet werden.
Bei dem dargestellten Beispiel ist der Stator 110 an das Substrat 120 unter Verwendung eines Trägerpfostens 128 gebondet, derart, dass die Statorkammzinken 114 in einer festen Position relativ zu den Rotorzinken 112 gehalten werden. Die Statorkammzinken 114 verschachteln mit den Rotorkammzinken 112 mit einem Abstand 116, der die Statorkammzinken 114 von den Rotorkammzinken 112 trennt. Der Abstand 116 stellt zumindest zwei Funktionen bereit. Erstens eliminiert der Abstand 116 einen Reibungskontakt zwischen benachbarten Stator- und Rotorkammzinken, sodass die Prüfmasse 102 frei ist, sich um ihre Rotationsachse ansprechend auf Beschleunigungen entlang der z-Achse zu drehen. Zweitens erlaubt es die Trennung zwischen benachbarten Stator- und Rotorkammzinken, die durch den Abstand 116 definiert ist, dass eine Kapazität existiert, wenn eine Potenzialdifferenz über die Statorkammzinken 114 und die Rotorkammzinken 112 hinweg angelegt wird.
Die Kapazität über den Abstand 116 hinweg ist eine Funktion des Überlappungsbereiches zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Rotor- und Statorzinken 112, 114. Da sich die Prüfmasse 102 ansprechend auf Beschleunigungen entlang der z-Achse drehen kann, kann der Überlappungsbereich in den Rotor- und Statorzinken 112, 114 variieren. Da der Überlappungsbereich variiert (in z-Richtung), variiert auch der Kapazitätswert über den Abstand 116 hinweg. Zum Beispiel kann eine Messung dieses kapazitiven Wertes in einer Rückkopplungsschleife verwendet werden, um den Spannungspegel zu bestimmen, der an die Rotor- und Statorzinken 112, 114 angelegt werden soll, um die Prüfmasse 104 in einer ungefähr festen Position zu behalten.
Bei dem herkömmlichen Beispiel von 1 sind die Prüfmasse (oder seismische Masse) 102, die erste und zweite Verankerung 104 und 106, die Biegungen 108, der Stator 110, die Rotorzinken 112 und die Statorzinken 114 alle aus einer zusätzlichen polykristallinen Silizium-(Polysilizium-)Schicht gebildet, die auf einer Oberseite des Siliziumsubstrats 120 bereitgestellt ist. Zum Beispiel kann die Polysiliziumschicht eine Dicke/Höhe von 12 µm oder mehr bei einigen Beispielen aufweisen. Wie vorher erklärt, spielt die Topologie von Frontend-off-Line-Strukturen eine wichtige Rolle für Unter-130-nm-Prozesstechnologien, die bis heute eingesetzt werden. Sie sollten eine Gesamtdicke von wenigen hundert Nanometern nicht überschreiten, um einen potentiellen Borphosphorsilicatglas-Polierschritt (BPSG-Schritt) nicht zu stören.
Wenn ferner eine mechanische Belastung auf das Substrat 120 angewandt wird, kann die Belastung ungünstiger Weise auf die Prüfmasse 120 und/oder den Stator 110, d. h. die Kondensatorelemente, übertragen werden. Eine solche mechanische Belastung kann sogar zu einem Reibungskontakt zwischen benachbarten Stator- und Rotorkammzinken führen, sodass sich die Prüfmasse 102 nicht frei drehen kann.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung, die nachfolgend erklärt sind, behandeln diese ungünstigen Aspekte von herkömmlichen MEMS-Beschleunigungsmessern.
2a stellt eine Querschnittsansicht eines integrierten halbleiterbasierten Sensorbauelements 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
Das integrierte Halbleiterbauelement 200 umfasst ein Halbleitersubstrat 220, z. B. einen Halbleiterwafer. Das Halbleitersubstrat 220 ist aus einem Halbleitermaterial, z. B. Silizium (Si) oder Germanium (Ge), hergestellt. Das Substrat 220 kann zumindest teilweise dotiert sein. Das Halbleitersubstrat 220 umfasst einen Hohlraum 230, der in das Halbleitersubstrat 220 gebildet ist. Das Halbleitersubstrat 220 umfasst auch einen Sensorabschnitt 202, der in das Halbleitersubstrat 220 gebildet ist, wobei der Sensorabschnitt 202 in dem Hohlraum 230 an einer Seite des Hohlraums über einen Aufhängungsabschnitt 208 des Halbleitersubstrats auslenkbar aufgehängt ist. Bei dem dargestellten Beispiel von 2a befindet sich der Aufhängungsabschnitt 208 auf der linken Seite des Hohlraums 230. Der Fachmann, der aus dieser Offenbarung einen Vorteil zieht, erkennt jedoch, dass der Aufhängungsabschnitt 208 sich auf jeglicher Seite des Hohlraums 230 befinden kann. Der Aufhängungsabschnitt 208 verbindet das Halbleitersubstrat 220 und den Sensorabschnitt 202 desselben. Eine Erstreckung l₂₀₈ des Aufhängungsabschnitts 208 entlang der (z. B. linken) Seite des Hohlraums 230 ist kleiner als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums. Dies ist in der Draufsicht von 2b besser zu sehen. Ebenso kann die Erstreckung l₂₀₈ des Aufhängungsabschnitts 208 entlang der Seite des Hohlraums (in y-Richtung) auch kleiner sein als eine Erstreckung des Sensorabschnitts 202 entlang der Seite des Hohlraums. Solche Abmessungen ermöglichen gleichzeitig Stabilität und Flexibilität des Aufhängungsabschnitts 208.
Bei dem dargestellten Beispiel erstreckt sich der Hohlraum 230 unter dem Sensorabschnitt 202 und weist einen Boden 232 auf, der durch das Bulk-Halbleitersubstrat 220 gebildet ist. Es ist jedoch zu beachten, dass der Boden 232 optional ist und bei anderen Ausführungsbeispielen weggelassen werden kann. In solchen Fällen ist der Hohlraum 230 vergleichbar mit einem Loch, das in dem Halbleitersubstrat 220 gebildet ist und von einer oberen Oberfläche zu einer Bodenoberfläche des Substrats 220 durch reicht. Zum Beispiel kann eine Amplitude der Auslenkung des Sensorabschnitts ohne den Boden 232 erhöht sein.
Wie aus 2a ersichtlich, entspricht eine Dicke oder Höhe h des beispielhaften integrierten Halbleiterbauelements 200 einer Dicke/Höhe des Bulk-Halbleitersubstrats 220. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Aufbau von 1 sind keine zusätzlichen Schichten auf der Oberseite des Bulk-Substrats 220 erforderlich. Gemäß Ausführungsbeispielen kann sich eine obere Oberfläche des Sensorabschnitts 202 sogar unter oder zumindest koplanar mit einer oberen Oberfläche des Bulk-Halbleitersubstrats 220 befinden. Ebenso kann sich eine obere Oberfläche des Aufhängungsabschnitts 208 unter oder koplanar mit der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 220 befinden. Bei dem dargestellten Beispiel sind die oberen Oberflächen des Halbleitersubstrats 220, der Aufhängungsabschnitt 208 desselben und der Sensorabschnitt 202 desselben koplanar. Dies kann geringe Höhen/Dicken von sich ergebenden Frontend-off-Line-Strukturen ermöglichen.
Vertikale Seitenwände des Hohlraums 230 und vertikale Seitenwände des Sensorabschnitts 202, die darin aufgehängt sind, sind durch einen Abstand 234 getrennt. Hier kann der Abstand 234 auch zumindest zwei Funktionen bereitstellen. Erstens kann der Abstand 234 den Reibungskontakt zwischen benachbarten Seitenwänden des Hohlraums 230 und des Sensorabschnitts 202 eliminieren, sodass der Sensorabschnitt 202 frei ist, um sich um seine Auslenkungsachse ansprechend auf Anregungen entlang der z-Achse zu bewegen. Zweitens erlaubt die Trennung zwischen benachbarten Seitenwänden des Hohlraums 230 und Seitenwänden des Sensorabschnitts 202, die durch den Abstand 234 definiert ist, dass eine Kapazität existiert, wenn eine Potenzialdifferenz über den Abstand 234 hinweg angelegt wird. Somit kann das integrierte Halbleiterbauelement 200 zum Beispiel für kapazitive Sensierungszwecke verwendet werden. Solche Sensoren umfassen unter anderem kapazitive MEMS-Mikrofone, kapazitive MEMS-Drucksensoren oder MEMS Beschleunigungsmesser.
Der Sensorabschnitt 202 des Halbleitersubstrats 220 ist in dem Hohlraum 230 aufgehängt, sodass der Sensorabschnitt 202 frei ist, um um eine Achse 240 herum (in y-Richtung) entlang des flexiblen Aufhängungsabschnitts 208 mechanisch ausgelenkt zu werden. Der Sensorabschnitt 202 wird unter Verwendung des Aufhängungsabschnitts 208, der von dem Substrat 220 hervorsteht, an im Wesentlichen einem Aufhängungspunkt an einer Seite des Hohlraums 230 aufgehängt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Aufhängungsabschnitt 208 als ein einzelner Streifen oder Stab von Halbleitermaterial implementiert sein, der das Halbleitersubstrat 220 und den Sensorabschnitt 202 desselben integral oder durchgängig oder monolithisch verbindet. Ferner kann der Aufhängungsabschnitt 208 bemessen sein, um eine Bewegung des Sensorabschnitts 202 in einer Richtung der x-und y-Achse im Wesentlichen zu begrenzen, aber dennoch eine Auslenkung in der z-Richtung (um die y-Achse herum) ansprechend auf eine Anregung außerhalb der Ebene (außerhalb der x-y-Ebene) zuzulassen. Anders ausgedrückt, der Sensorabschnitt 202 des Halbleitersubstrats 220 kann ausgebildet sein für eine Auslenkung außerhalb der Ebene (z. B. normal zu der Substratoberfläche) relativ zu dem Halbleitersubstrat 220 ansprechend auf eine Anregung außerhalb der Ebene, die auf das integrierte Halbleiterbauelement 200 angewandt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 2a, b sind der Sensorabschnitt 202 und der Aufhängungsabschnitt 208 beide durchgängige Abschnitte des Bulk-Halbleitersubstrats 220. Das bedeutet, dass der Sensorabschnitt 202, der Aufhängungsabschnitt 208 und das verbleibende Halbleitersubstrat 220 monolithisch integriert sind und ein durchgängiges Stück Halbleitermaterial bilden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Sensorabschnitt 202 des Halbleitersubstrats eine Breite w₂₀₂ von mehr als 100 µm und eine Länge l₂₀₂ von mehr als 100 µm aufweisen, was zu einem Oberflächenbereich von mehr als 100 µm × 100 µm führt, während die Länge l₂₀₈ und die Breite w₂₀₈ des Aufhängungsabschnitts 208 deutlich kleiner sein können. Zum Beispiel kann l_208//l₂₀₂ kleiner sein als 1/5 oder sogar kleiner als 1/10. Ebenso kann w_208//w₂₀₂ kleiner sein als 1/5 oder sogar kleiner als 1/10. Folglich ist ein Oberflächenbereich des Aufhängungsabschnitts 208 bei einigen Ausführungsbeispielen möglicherweise nicht mehr als 10 µm × 10 µm. Eine Dicke oder Höhe h₂₀₈ des Aufhängungsabschnitts 208 kann gleich oder kleiner sein als eine Dicke oder Höhe h₂₀₂ des Sensorabschnitts 202 oder des Halbleitersubstrats.
Bei einigen Ausführungsbeispielen bezogen auf Mikrofone und Drucksensoren kann der Sensorabschnitt 202 des Halbleitersubstrats 220 als eine Membran agieren, die ausgebildet ist für eine Oszillation außerhalb der Ebene, ansprechend auf einen Druck außerhalb der Ebene, der auf das integrierte Halbleiterbauelement angewandt wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen, die ausführlicher beschrieben werden, kann das integrierte Halbleiterbauelement 200 zum Beispiel ein Beschleunigungsmesser sein. In diesem Fall bildet der Sensorabschnitt 202 des Halbleitersubstrats eine seismische oder Prüfmasse, die ausgebildet ist für eine Bewegung außerhalb der Ebene ansprechend auf eine Beschleunigung außerhalb der Ebene des integrierten Halbleiterbauelements 200.
Bezugnehmend auf 3a ist eine perspektivische Ansicht eines Kammantrieb-Beschleunigungsmessers außerhalb der Ebene 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt.
Der beispielhafte Kammantrieb-Beschleunigungsmesser 100 umfasst eine beschleunigungsempfindliche Prüfmasse 302, die in einem Hohlraum 330 aufgehängt ist, der in einem Bulk-Halbleitersubstratkörper 320 gebildet ist. Der Kammantrieb-Beschleunigungsmesser 300 umfasst ferner einen dünnen Aufhängungsabschnitt (Aufhängungsstreifen/-stab) 308, einen starren Statorrahmen 310, eine Reihe von Rotorzinken oder Sensorfingern 312, die in die Prüfmasse 302 gebildet sind, und eine Reihe von Statorzinken 314, die in den Statorrahmen 310 gebildet sind. Wie nachstehend erklärt, kann der Kammantrieb 300 unter Verwendung von Silicon-On-Nothing-Prozessschritten (SON-Prozessschritten) gefertigt werden. Es ist zu beachten, dass die Prüfmasse 302, der Aufhängungsstreifen/-stab 308 und der Statorrahmen 310 alle von dem gleichen Bulk-Halbleitermaterial erhalten werden. Das heißt, der Bulk-Halbleitersubstratkörper 320, die Prüfmasse 302, der Aufhängungsstab 308 und der Statorrahmen 310 sind ein durchgängiges Stück Halbleitermaterial.
Die beschleunigungsempfindliche Prüfmasse 302 ist in dem Hohlraum 330 aufgehängt, sodass die Prüfmasse 302 frei ist, um um eine Achse herum (in y-Richtung) entlang der linken Seite des Hohlraums 330 zu schwingen. Die Prüfmasse 302 ist an dem Halbleitersubstratkörper 320 über den Aufhängungsstab 308 an genau einem Aufhängungspunkt aufgehängt, der sich dort befindet, wo der Aufhängungsstab 308 kontinuierlich in das Bulk-Halbleitersubstrat 320 übergeht. Der Aufhängungsstab 308 begrenzt im Wesentlichen eine Bewegung der Prüfmasse 302 in der x-und y-Richtung, lässt aber dennoch eine Auslenkung in der z-Richtung (um die y-Achse herum) ansprechend auf eine Beschleunigung außerhalb der Ebene (außerhalb der x-y-Ebene) zu. Die Auslenkung kann weiter verbessert werden durch einen optionalen Graben 303, der in die Prüfmasse 302 an einem Ende der Prüfmasse 302 gebildet ist, das kontinuierlich in den Aufhängungsstab 308 übergeht. Der Graben 303 kann zum Beispiel durch ein Anwenden einer herkömmlichen Tiefgrabenätzen-Bearbeitungstechnologie erhalten werden. Der Graben 303 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu einem Rand des Prüfmassenabschnitts 302, der dem Aufhängungsstababschnitt 308 des Halbleitersubstrats zugewandt ist. Eine Distanz d zwischen dem Graben 303 und dem Rand kann weniger als 20 µm oder weniger als 10 µm sein, und somit dünne Streifen/Stäbe 305 von Halbleitermaterial von weniger als 20 µm oder weniger als 10 µm Breite in der x-Richtung zwischen dem Abstand 316 und dem Graben 303 zurücklassen. Solche Stäbe 305 von Halbleitermaterial agieren als eine Torsionsfeder, die eine bessere Auslenkung in der z-Richtung erlaubt.
Der starre Statorrahmen 310 ist auch monolithisch in oder aus dem Halbleitersubstrat 320 gebildet und umgibt die auslenkbare Prüfmasse 302 von Halbleitermaterial. Über den Aufhängungsstab 308 wird der Statorrahmen 310 in dem Hohlraum 330 lateral zwischen einem Rand der Prüfmasse 302 und einem Rand des Hohlraums 330 aufgehängt. Der Statorrahmen 310 und der Prüfmassenabschnitt 302 sind durch einen ersten Abstand 316 getrennt. Der Statorrahmen 310 und der Rand/die Seitenwand des Hohlraums sind durch einen zweiten Abstand 334 getrennt.
Die Prüfmasse 302, der Statorrahmen 310 und das Halbleitersubstrat 320 sind aus einem Stück Halbleitermaterial integral oder monolithisch gebildet. Die Prüfmasse 302 und der Statorrahmen 310 sind in dem Hohlraum 330 über den Aufhängungsstab oder -streifen 308 aufgehängt, der ein gemeinsamer einzelner Aufhängungsabschnitt des Halbleitersubstrats 320 ist, der das Halbleitersubstrat 320, den Statorrahmen 310 und den Prüfmassenabschnitt 302 des Halbleitersubstrats integral oder durchgängig verbindet.
Um eine Kapazität zu erhöhen, umfasst die Prüfmasse 302 eine erste Elektrode mit einer Mehrzahl von Rotorkammzinken 312, die in zumindest einen Rand der Prüfmasse gebildet sind. Der starre Statorrahmen 310 umfasst eine zweite Elektrode mit einer Mehrzahl von Statorkammzinken 314, die verschachtelt mit der ersten Mehrzahl von Kammzinken 312 angeordnet ist. Die Mehrzahl von Rotorkammzinken 312 ist entlang eines ersten (rechten) Endes der Prüfmasse 102 gegenüberliegend zu dem Aufhängungsstab 308 gebildet. Zusätzliche Rotorkammzinken können auch entlang des unteren und/oder oberen Endes der Prüfmasse 302 gebildet sein (in 3a nicht gezeigt). Zur Veranschaulichung sind fünf Rotorkammzinken 312 dargestellt, aber in der Praxis würden viel mehr Rotorkammzinken 312 verwendet werden. Entsprechend können zusätzliche angeordnete Statorkammzinken auch neben den Rotorkammzinken an dem unteren und/oder oberen Ende der Prüfmasse 302 gebildet sein (in 3a nicht gezeigt). Zur Veranschaulichung sind nur vier Statorkammzinken 314 gezeigt. In der Praxis würden viele Statorkammzinken verwendet werden.
Bei dem dargestellten Beispiel ist der Statorrahmen 310 an dem Substrat 320 unter Verwendung des Aufhängungsstabs 308 befestigt, derart, dass die Statorkammzinken 314 in einer festen Position relativ zu den Rotorzinken 312 gehalten werden. Die Statorkammzinken 314 verschachteln mit den Rotorkammzinken 312 mit einem Abstand 316, der die Statorkammzinken 314 von den Rotorkammzinken 312 trennt. Der Abstand 316 stellt zumindest zwei Funktionen bereit. Erstens eliminiert der Abstand 316 einen Reibungskontakt zwischen benachbarten Stator- und Rotorkammzinken, sodass die Prüfmasse 302 frei ist, um sich um ihre Rotationsachse ansprechend auf Beschleunigungen entlang der z-Achse zu drehen. Zweitens erlaubt die Trennung zwischen benachbarten Stator- und Rotorkammzinken, die durch den Abstand 316 definiert ist, dass eine Kapazität existiert, wenn eine Potenzialdifferenz über die Statorkammzinken 314 und die Rotorkammzinken 312 hinweg angelegt wird. Die Elektrodenstrukturen können zum Beispiel mit einem etablierten Kohlenstoffopferschichtprozess erzeugt werden.
Die Kapazität über den Abstand 316 hinweg ist eine Funktion des Überlappungsbereiches zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Rotor- und Statorzinken 312, 314. Da die Prüfmasse 302 ansprechend auf Beschleunigungen entlang der x-Achse auslenken kann, kann der Überlappungsbereich in den Rotor- und Statorzinken 312, 314 variieren. Da der Überlappungsbereich variiert, variiert auch der Wert der Kapazität über den Abstand 316 hinweg. Zum Beispiel kann die Messung dieses kapazitiven Werts in einer Rückkopplungsschleife verwendet werden, um den Spannungspegel zu bestimmen, der an die Rotor- und Statorzinken 312, 314 angelegt werden soll, um die Prüfmasse 302 in einer ungefähr festen Position zu behalten.
Der zweite Abstand 334 zwischen dem Statorrahmen 310 und den Seitenwänden des Hohlraums 330 in Verbindung mit dem einzelnen Aufhängungsstab 308 entkoppelt den Statorrahmen 310 und die Prüfmasse 302 von dem verbleibenden Halbleitersubstrat 320, derart, dass eine auf das Halbleitersubstrat 320 angewandte mechanische Belastung von dem Statorrahmen 310 und der Prüfmasse 302 entkoppelt werden kann.
3b stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Kammantrieb-Beschleunigungsmessers außerhalb der Ebene 300 dar.
Hier umfasst der Kammantrieb-Beschleunigungsmesser 300 eine optionale Dichtungsschicht 340, die zumindest die auslenkbare Prüfmasse 302 abdeckt, die in dem Hohlraum 330 aufgehängt ist. Hier umfasst die Dichtungsschicht 340 einen Vorsprung oder eine Kammer 345, die/der es erlaubt, dass die Prüfmasse 302 in den und aus dem Hohlraum 330 schwingt. Die Dichtungsschicht 340 kann verschiedene Dichtungsmaterialien, z. B. thermoplastische, elastomerische oder metallische Materialien, umfassen. Hier sind Siliziumoxid-, Siliziumnitrid- oder Polysiliziumschichten ebenfalls geeignete Kandidaten.
Insbesondere die Abschnitte des Hohlraums 330, die sich lateral unterhalb des Prüfmasseabschnitts 302 des Bulk-Siliziums erstrecken, können unter Verwendung von Silicon-On-Nothing-(SON-)Prozesstechniken erhalten werden. Vertikale Abschnitte des Hohlraums 330, die sich vertikal zwischen dem Bulk-Substrat 320 und dem Prüfmasseabschnitt 302 erstrecken, können zum Beispiel unter Verwendung herkömmlicher Tiefgrabenätztechniken erhalten werden und können mit dem Bilden anderer ähnlicher Strukturen in dem Halbleiterbauelement 300, z. B. Gräben, Transistoren oder Kondensatoren, synergetisch kombiniert werden.
Bezugnehmend auf 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines vorgespannten Kammantrieb-Beschleunigungsmessers 400 dargestellt. Der Kürze halber wird eine detaillierte Beschreibung von gleichen oder ähnlichen Elemente, die zuvor beschrieben wurden, weggelassen.
Hier ist der Aufhängungsstab 308 zumindest teilweise mit einer Belastungsschicht 409 beschichtet, die ausgebildet ist zum Aufwenden eines Spann- oder Druck-Belastungs- oder -Beanspruchungs-Versatzes auf die Prüfmasse 302. Die Belastungsschicht 409 kann ein Material mit einer unterschiedlichen (größeren oder kleineren) Gitterkonstante als die des Halbleitermaterials des Substrats (z. B. Silizium, Si) umfassen. Ein beispielhaftes Material für die Belastungsschicht wäre Silizium (Si₃N₄). Auf diese Weise kann der Beschleunigungsmesser 400 in einer spezifischen Richtung vorgespannt werden.
Wie durch 5 schematisch gezeigt, stellen Ausführungsbeispiele auch ein Verfahren 500 zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsbeispielen bereit.
Das Verfahren 500 umfasst ein Bilden 510 eines Hohlraums 230, 330 in einem Halbleitersubstrat 220, 320, der sich unter einem Sensorabschnitt 202, 302 des Halbleitersubstrats erstreckt. Ferner umfasst das Verfahren 500 ein Bilden 520 eines Aufhängungsabschnitts 208, 308 des Halbleitersubstrats an einer Seite des Hohlraums 230, 330, der den Sensorabschnitt 202, 302 in dem Hohlraum auslenkbar aufhängt, derart, dass eine Erstreckung des Aufhängungsabschnitts 208, 308 entlang der Seite des Hohlraums kleiner ist als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums.
Einige Ausführungsbeispiele verwenden eine sogenannte Silicon-On-Nothing-(SON-)Bearbeitungssequenz, um den Hohlraum 230, 330 oder zumindest Abschnitte desselben zu bilden und/oder um weitere grundlegende strukturelle Elemente des integrierten Halbleiterbauelements 200, 300, 400 bereitzustellen. Anders ausgedrückt, der Hohlraum 230, 330 zwischen dem Substrat 220, 320 und dem Sensorabschnitt 202, 302 kann durch ein Anwenden einer SON-Bearbeitungssequenz bereitgestellt sein, von dem ein Beispiel nachfolgend ausführlicher erklärt wird.
Ein praktisches Verfahren zum Erhalten von SON-Strukturen mit einer erwünschten Größe und Form kann die sogenannte Empty-Space-in-Silicon-(ESS-)Bildungstechnik verwenden. Es wurde gezeigt, dass eine SON-Struktur durch die anfängliche Form und Layout von Gräben präzise gesteuert werden kann. Die Größe des ESS ist durch die Größe des/der anfänglichen Graben/Gräben bestimmt. Die erwünschten Formen des ESS, z. B. kugelig, rohrförmig und plattenförmig, können durch ein Ändern der Anordnung der anfänglichen Gräben gefertigt werden. Einige Beispiele einer SON-Bearbeitung nutzen die durch eine Siliziumoberflächenwanderung verursachte, selbstorganisierte Rekristallisierung. Die auf das Siliziumsubstrat strukturierte, anfängliche Grabenform kann als der wichtigste Faktor angesehen werden, um eine SON-Struktur zu fertigen. Die Grabenstruktur wandelt sich, um die Oberflächenenergie zu minimieren, wenn sie in einer desoxidierenden Umgebung, z. B. Wasserstoff, ausgeheilt wird.
Eine Grabenumwandlung durch Oberflächenwanderung führt zu dem Empty-Space-in-Silicon (ESS). Die SON-Struktur kann aus einer SON-Lagenschicht über ESS durch dieses Mittel hergestellt werden. Typische Beispiele einer ESS-Bildung, deren Formen kugelig, rohrförmig und plattenförmig sind, sind schematisch in 6 dargestellt.
Ein isolierter tiefer Graben 601 kann in ein kugeliges ESS 602 umgewandelt werden, siehe 6a. Die Bildung des kugeligen ESS beginnt an den oberen und unteren Ecken des tiefen Grabens, weil der Krümmungsradius dieser Regionen der Kleinste ist. Dieses Ergebnis zeigt an, dass der Durchmesser des kugeligen ESS größer wird als der des anfänglichen Grabens. Somit werden eng in einer Reihe angeordnete Gräben 603 in das rohrförmige ESS 604 umgewandelt, aufgrund der Kombination des aufgewachsenen kugeligen ESS an dem Boden eines jeden Grabens, siehe 6b. Ein plattenförmiges ESS 606 kann auch durch ein Entwickeln dieser Technik gefertigt werden. Durch ein Anordnen der Gräben in einem Gitter 605 werden die kugeligen ESSs an dem Boden aller Gräben kombiniert, und sie werden zu einem großen, dünnen, plattenförmigen ESS 606 umgewandelt, siehe 6c. Insbesondere kann die Technik von 6c zum Beispiel zum Erhalten eines SON-Hohlraums unter dem Sensorabschnitt 202, 302 verwendet werden. Ein Beispiel einer plattenförmigen ESS- 706 Struktur, die in einem Halbleitersubstrat 720 eingebettet ist, ist in 7 dargestellt, wobei auch eine vergrößerte Ansicht der ESS- 706 Struktur dargestellt ist. Es ist zu sehen, dass die ESS- 706 Struktur gerundete Ränder oder Ecken 708 umfasst, die während des Ausheilprozesses gebildet werden.
Die ESS-Technik bietet eine Bandbreite an Chancen und Möglichkeiten, um neue Bauelemente für mikromechanische, optische und sensorbezogene Anwendungen zu entwerfen und zu fertigen. Betreffend Prozessfähigkeit und Robustheit bei Anwendung sind Parallelplattenkonfigurationen möglicherweise nicht immer günstig. Ein Verkleben oder Lamellenbruch kann auftreten insbesondere, wenn eine Auslenkung aufgrund von externen Kräften oder innerer Belastung zu einem Berühren von zwei benachbarten Oberflächen führt.
Solche Situationen können zum Beispiel bei Beschleunigungssensoren oder Siliziummikrofonen auftreten. Daher kann ein Strukturierungsprozess verwendet werden, um Bump-Strukturen (Höcker-Strukturen) zu bilden, die derart gebildet werden können, dass ein minimaler Kontaktbereich ein Ablösen beim Agieren von Rückstellkräften sicherstellt. Ein Beispiel bezogen auf ein MEMS-Mikrofon 800 ist in 8 gezeigt.
Das MEMS-Mikrofon 800 umfasst eine Membran 802 und eine Rückplatte 804. Wie aus dem vergrößerten Abschnitt auf der rechten Seite von 8 ersichtlich ist, umfasst die Rückplatte 804 zusätzlich zu Perforationslöchern 806 Antihaft- oder Stopp-Bumps 806, die der Membran 802 zugewandt sind, um ein Verkleben im Einsatz zu verhindern.
Einige Beispiele der vorliegenden Offenbarung schlagen vor, gerundete oder gekrümmte Regionen eines Silicon-On-Nothing-Hohlraums zu verwenden, um in situ bearbeitete Antihaftlinien oder -Bumps zu bilden. Ein beispielhaftes Halbleiterbauelement 900 ist in 9 gezeigt.
9a zeigt ein Halbleitersubstrat 920, das einen SON-Hohlraum 930 umfasst, der in das Halbleitersubstrat 920 gebildet ist, z. B. durch ein Verwenden einer ESS-Bildungstechnik. Der SON-Hohlraum 930 ist durch Seitenwände 932, einen Bodenabschnitt 934 und einen Abdeckungsabschnitt 936 des Halbleitersubstrats begrenzt. Aufgrund der ESS-Bildungstechnik weisen die Seitenwände 932 gekrümmte Übergänge 938 in Richtung des Bodenabschnitts 934 und des Abdeckungsabschnitts 936 auf. Anders ausgedrückt, Eckregionen zwischen den Seitenwänden 932 und dem Abdeckungsabschnitt 936 oder dem Bodenabschnitt 934 sind nicht rechteckig sondern im Wesentlichen gekrümmt oder gebogen. Ein Krümmungsradius r der gekrümmten Seitenwände 932 kann in dem Bereich von h/2 sein, wobei h eine Höhe des Hohlraums 930 bezeichnet. Ein auslenkbarer Sensorabschnitt 902 kann von dem Abdeckungsabschnitt 936 erhalten werden durch ein Trennen des Abdeckungsabschnitts 936 von dem Halbleitersubstrat 920, mit der Ausnahme, dass ein Aufhängungsabschnitt 908 des Halbleitersubstrats zurückgelassen wird, der das Halbleitersubstrat und den verbleibenden Sensorabschnitt 902 integral verbindet. Zum Beispiel kann diese Trennung oder Erzeugung des Sensorabschnitts 902 erfolgen durch ein Bilden eines sich vertikal erstreckenden Grabens, der den Sensorabschnitt 902 umgibt, mit Ausnahme des Aufhängungsabschnitts 908. Bei einigen Beispielen kann der vertikale Graben 940 als eine Tangente zu den gekrümmten Seitenwänden 932 gebildet werden. Somit kann der Graben 940 für die Trennung von MEMS-Elementen von dem umgebenden Substrat 920 an dem Rand des gerundeten Abschnitts des SON-Hohlraums 930 positioniert sein. Auf diese Weise verbleibt ein Abschnitt der gekrümmten Eckregionen 938 mit dem auslenkbaren Sensorabschnitt 902 (ehemaliger Abdeckungsabschnitt) als Antihaft- oder Stopp-Bumps 906 an dem Ende des Sensorabschnitts 902, das dem Graben oder Abstand 940 zugewandt ist. Bei dem dargestellten Beispiel weist das Ende des Sensorabschnitts 902, das dem Graben 940 zugewandt ist, einen trompetenähnlichen Querschnitt auf. Das heißt, eine Dicke des Endes des Sensorabschnitts 902, das dem Graben oder Abstand 940 zugewandt ist, ist größer als eine Dicke des verbleibenden auslenkbaren Sensorabschnitts 902. Zum Beispiel kann ein Verhältnis zwischen der Dicke des Endes des Sensorabschnitts 902 und der Dicke des verbleibenden Sensorabschnitts 902 in dem Bereich von 1,01 bis 1,2 sein. Somit kann eine Antihaftstruktur 906 an dem Ende des Sensorabschnitts 902, der dem Graben oder Abstand 940 zugewandt ist, unter Verwendung einer geeigneten Trennung von Silicon-On-Nothing-Strukturen erzeugt werden. Zum Beispiel kann dies erfolgen durch ein Ätzen eines Trenngrabens 940 in der Region des gekrümmten Randes des SON-Hohlraums 930. 9c stellt ferner ein Bereitstellen einer Opferschicht 950 und einer Dichtungsschicht 960 oben auf dem Halbleitersubstrat 920 bereit. Die Opferschicht 950 ist in 9d entfernt.
Einige Beispiele können auch eine Grabenform verwenden, die eine ineinandergreifende, kammantriebsähnliche Struktur erzeugt. Auf diese Weise kann die Kontaktregion gemäß den mechanischen Anforderungen (z. B. Federkonstante etc.) definiert werden. Ferner kann die Region als eine kapazitive Ablesestruktur (Kammantrieb) verwendet werden. Eine Draufsicht eines solchen Beispiels mit Stäben 905 von Halbleitermaterial, die als eine Torsionsfeder agieren, ist in 10 gezeigt.
Somit ist ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements 900 bereitgestellt, wobei ein Hohlraum 930 in das Halbleitersubstrat 920 gebildet wird, z. B. unter Verwendung einer Empty-Space-in-Silicon-Technik (ESS-Technik). Der Hohlraum 930 umfasst einen Boden 934, eine Abdeckung 936 und Seitenwände 932. Eine jeweilige Seitenwand 932 erstreckt sich von dem Boden 934 zu der Abdeckung 936 und umfasst (z. B. aufgrund eines Ausheilens) einen gekrümmten Übergang (gekrümmte oder gebogene Ecke) 938 von der Seitenwand 932 zu dem Boden 934 und/oder zu der Abdeckung 936. Ein Graben 940 kann gebildet werden, der sich tangential zu dem gekrümmten Übergang 938 der Seitenwände 932 erstreckt, um die Abdeckung 936 des Hohlraums 930 in einen Sensorabschnitt 902 umzuwandeln, der in dem Hohlraum 930 über einen verbleibenden Aufhängungsabschnitt 908 des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat 920 und den Sensorabschnitt 902 verbindet, auslenkbar aufgehängt wird. Dabei verursacht das tangentiale Bilden des Grabens 940, dass ein Abschnitt des gekrümmten Übergangs 938 Teil des auslenkbaren Sensorabschnitts 902 wird. Somit bildet der getrennte Abschnitt des gekrümmten oder gerundeten Übergangs 938 eine Antihaftstruktur 906 an dem Ende des Sensorabschnitts 902, das dem Graben 940 zugewandt ist.
Zusammenfassend schlagen einige Ausführungsbeispiele ein Integrieren einer Beschleunigungssensorstruktur zum Messen in der z-Richtung (normal zu der Substratoberfläche) in das Substrat vor. Zu diesem Zweck kann eine Silicon-On-Nothing-Technologie verwendet werden. Eine vorgeschlagene Variante verwendet eine Kammstruktur, die an einem Rahmen für ein kapazitives Abgreifen aufgehängt ist. Sowohl das beschleunigungsempfindliche Element 302 als auch der Rahmen/Elektrode 310 zum Signalabgreifen sind hier von einem gemeinsamen Punkt aufgehängt, der eine Größe von weniger als 10 µm × 10 µm aufweisen kann. Somit sind seismische Elemente (oder Membranen) mit einer Erstreckung von 100 µm × 100 µm oder mehr möglich, ohne eine erhöhte Interaktion mit einem Gehäuse zu erzeugen. Die Geometrie der Aufhängung ermöglicht einen weitgehend freien Entwurf der Federelemente und der seismischen Masse. Ein Vorteil der vorgeschlagenen Struktur ist einerseits die einfache Integration in einen CMOS-Prozess. Andererseits stellt sie eine sehr gute Entkopplung eines externen Belastungseingangs bereit und erlaubt somit die Verwendung von kostengünstigen Gehäuseoptionen.
Der Befestigungs- oder Aufhängungspunkt der Elektrode auf der mechanisch starren Rahmenstruktur, die Torsionsfeder und die gesamte Rahmenstruktur können mit einem einzigen Lithographie- und Ätzprozess definiert werden. Die Trägerstruktur für die Gegenelektrode auf der seismischen Masse (oder Membran) kann sehr unterschiedliche Formen annehmen. Bei einem Ausführungsbeispiel können der Rahmen und die seismische Masse (oder Membran) durch eine Oxidschicht dielektrisch isoliert sein. Elektrische Verbindungen können auch auf dem Aufhängungsabschnitt hergestellt werden.
Einige Ausführungsbeispiele verwenden eine Kombination einer SON-Struktur (seismische Masse) mit einer Gegenelektrode, die an einer punktähnlichen aufgehängten Trägerstruktur befestigt ist. Auf diese Weise kann das Sensorelement im Wesentlichen unabhängig von einer Belastung, die auf das Gehäuse angewandt wird, und von weiteren unerwünschten mechanischen Einflüssen sein. Ferner eröffnen Ausführungsbeispiele die Möglichkeit für eine monolithische Integration des Sensors mit einer ASIC.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Es versteht sich daher, dass der Fachmann verschiedene Anordnungen ableiten kann, die, obwohl sie nicht ausdrücklich hier beschrieben oder dargestellt sind, die Grundsätze der Offenbarung verkörpern und in ihrem Sinn und Rahmen enthalten sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen, und sollen als ohne Begrenzung solcher besonders aufgeführten Beispiele und Bedingungen dienend aufgefasst werden. Weiterhin sollen alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Offenbarung wie auch besondere Beispiele derselben deren Entsprechungen umfassen.
Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Ausführungsbeispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Ausführungsbeispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
Es ist weiterhin zu beachten, dass in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung mit Mitteln zum Durchführen jedes der jeweiligen Schritte dieser Verfahren implementiert sein können.
Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung vielfacher, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden sollte. Durch die Offenbarung von vielfachen Schritten oder Funktionen werden diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Weiterhin kann in einigen Ausführungsbeispielen ein einzelner Schritt mehrere Teilschritte einschließen oder in diese aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.

Claims

Ein integriertes Halbleiterbauelement (200; 300; 400), umfassend: ein Halbleitersubstrat (220; 320); einen Hohlraum (230; 330), der in dem Halbleitersubstrat gebildet ist; einen Sensorabschnitt (202; 302) des Halbleitersubstrats, der in dem Hohlraum an einer Seite des Hohlraums über einen Aufhängungsabschnitt (208; 308) des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat und den Sensorabschnitt desselben verbindet, auslenkbar aufgehängt ist, wobei eine Erstreckung des Aufhängungsabschnitts entlang der Seite des Hohlraums kleiner ist als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums.
Das integrierte Halbleiterbauelement (200; 300; 400) gemäß Anspruch 1, wobei der Sensorabschnitt (202; 302) des Halbleitersubstrats ausgebildet ist für eine Auslenkung außerhalb der Ebene relativ zu dem Halbleitersubstrat (220; 320) ansprechend auf eine Anregung außerhalb der Ebene, die auf das integrierte Halbleiterbauelement angewandt wird.
Das integrierte Halbleiterbauelement (200; 300; 400) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensorabschnitt (202; 302) und der Aufhängungsabschnitt (208; 308) durchgängige Abschnitte des Halbleitersubstrats (220; 320) sind.
Das integrierte Halbleiterbauelement (200; 300; 400) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Aufhängungsabschnitt (208; 308) ein einzelner Stab von Halbleitermaterial ist, der das Halbleitersubstrat (220; 320) und den Sensorabschnitt (202; 302) desselben integral verbindet.
Das integrierte Halbleiterbauelement (200; 300; 400) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Aufhängungsabschnitt (208; 308) zumindest teilweise mit einer Belastungsschicht (409) beschichtet ist, die ausgebildet ist zum Anwenden einer Versatzzugbelastung oder -beanspruchung auf den Sensorabschnitt (202; 302) des Halbleitersubstrats.
Das integrierte Halbleiterbauelement (200; 300; 400) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das integrierte Halbleiterbauelement ein Beschleunigungsmesser ist und wobei der Sensorabschnitt (202; 302) des Halbleitersubstrats eine Prüfmasse bildet, die ausgebildet ist für eine Bewegung außerhalb der Ebene ansprechend auf eine Beschleunigung außerhalb der Ebene des integrierten Halbleiterbauelements.
Das integrierte Halbleiterbauelement (300; 400) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Rahmenstruktur (310), die in das Halbleitersubstrat (320) gebildet ist, wobei die Rahmenstruktur den Sensorabschnitt (302) umgibt, wobei die Rahmenstruktur (310) in dem Hohlraum (330) lateral zwischen einem Rand des Sensorabschnitts (302) und einem Rand des Hohlraums (330) aufgehängt ist, wobei die Rahmenstruktur (310) und der Sensorabschnitt (302) durch einen ersten Abstand (316) getrennt sind, und wobei die Rahmenstruktur (310) und der Rand des Hohlraums (330) durch einen zweiten Abstand (334) getrennt sind.
Das integrierte Halbleiterbauelement (300; 400) gemäß Anspruch 7, wobei der Sensorabschnitt (302) eine Prüfmasse ist und eine erste Mehrzahl von Kammzinken (312) umfasst, die in zumindest einen Rand der Prüfmasse gebildet sind, und wobei die Rahmenstruktur (310) eine zweite Mehrzahl von Kammzinken (314) umfasst, die verschachtelt mit der ersten Mehrzahl von Kammzinken angeordnet sind.
Das integrierte Halbleiterbauelement (200; 300; 400) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Sensorabschnitt (302), die Rahmenstruktur (310) und das Halbleitersubstrat (320) integral gebildet sind, und wobei der Sensorabschnitt (302) und die Rahmenstruktur (310) in dem Hohlraum (330) über einen gemeinsamen einzelnen Aufhängungsabschnitt (308) des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat (320), die Rahmenstruktur (310) und den Sensorabschnitt (302) des Halbleitersubstrats integral verbindet, aufgehängt sind.
Das integrierte Halbleiterbauelement (300; 400) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensorabschnitt (302) an einem Ende des Sensorabschnitts, das in den Aufhängungsabschnitt übergeht, einen Graben (303) umfasst, der sich im Wesentlichen parallel zu einem Rand des Sensorabschnitts erstreckt, der dem Aufhängungsabschnitt des Halbleitersubstrats zugewandt ist.
Das integrierte Halbleiterbauelement (200; 300; 400) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensorabschnitt (202; 302) des Halbleitersubstrats (220; 320) eine Membran ist, die ausgebildet ist für eine Oszillation außerhalb der Ebene ansprechend auf einen Druck außerhalb der Ebene, der auf das integrierte Halbleiterbauelement angewandt wird.
Ein integriertes Halbleiterbauelement (300; 400), umfassend ein Halbleitersubstrat (320); einen Hohlraum (330), der in dem Halbleitersubstrat gebildet ist; einen durchgängigen Sensorabschnitt (302) des Halbleitersubstrats, der in dem Hohlraum an einer einzelnen Seite des Hohlraums über einen durchgängigen einzelnen Aufhängungsstab (308) des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat und den Sensorabschnitt desselben einstückig verbindet, auslenkbar aufgehängt ist, wobei eine Erstreckung des Aufhängungsstab entlang der Seite des Hohlraums kleiner ist als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums; und ein durchgängiger Rahmenabschnitt (310) des Halbleitersubstrats, wobei der Rahmenabschnitt den Sensorabschnitt des Halbleitersubstrats umgibt, wobei der Rahmenabschnitt in dem Hohlraum über den Aufhängungsstab lateral zwischen einem Rand des Sensorabschnitts und einem Rand des Hohlraums, aufgehängt ist, wobei der Rahmenabschnitt und der Sensorabschnitt durch einen ersten Abstand (316) getrennt sind, und wobei der Rahmenabschnitt und der Rand des Hohlraums durch einen zweiten Abstand (334) getrennt sind.
Ein Verfahren (500) zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements (200; 300; 400), umfassend Bilden (510) eines Hohlraums (230; 330) in einem Halbleitersubstrat (220; 320), der sich unter einem Sensorabschnitt (202; 302) des Halbleitersubstrats erstreckt; und Bilden (520) eines Aufhängungsabschnitts (208; 308) des Halbleitersubstrats an einer Seite des Hohlraums, der den Sensorabschnitt in dem Hohlraum auslenkbar aufhängt, derart, dass eine Erstreckung des Aufhängungsabschnitts entlang der Seite des Hohlraums kleiner ist als eine Erstreckung der Seite des Hohlraums.
Das Verfahren (500) gemäß Anspruch 13, wobei das Bilden (510) des Hohlraums (230; 330) ein Verwenden einer Silicon-On-Nothing-, SON-, Bearbeitungssequenz umfasst.
Das Verfahren (500) gemäß Anspruch 14, wobei die SON-Bearbeitungssequenz umfasst Bilden einer oder mehrerer Grabenstrukturen (601; 602; 603) in dem Halbleitersubstrat (220; 320); Ausheilen der Grabenstrukturen (601; 602; 603) in einer desoxidierenden Umgebung; und Erhalten des Hohlraums (230; 330) unter dem Sensorabschnitt von den ausgeheilten Grabenstrukturen.
Das Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Bilden (520) des Aufhängungsabschnitts (208; 308) ein Bilden eines einzelnen Stabs von Halbleitermaterial umfasst, der das Halbleitersubstrat (220; 320) und den Sensorabschnitt (202; 302) desselben integral verbindet.
Das Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, ferner umfassend Bilden einer Rahmenstruktur (310) in dem Halbleitersubstrat (320), die den Sensorabschnitt (302) des Halbleitersubstrats umgibt, und Aufhängen der Rahmenstruktur (310) in dem Hohlraum (330) durch ein integrales Verbinden des Halbleitersubstrats (320), des Sensorabschnitts (302) und der Rahmenstruktur (310) über den Aufhängungsabschnitt (308) des Halbleitersubstrats.
Das Verfahren (500) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Bilden (520) des Aufhängungsabschnitts ein zumindest teilweises Beschichten des Aufhängungsabschnitts (308) mit einer Belastungsschicht (409) umfasst, um eine vorspannende Belastung oder Beanspruchung auf den flexibel aufgehängten Sensorabschnitt von Halbleitermaterial anzuwenden.
Ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements (900), umfassend Bilden eines Hohlraums (930) in einem Halbleitersubstrat (920), wobei der Hohlraum (930) einen Boden (934), eine Abdeckung (936) und Seitenwände (932), die sich von dem Boden (934) zu der Abdeckung (936) erstrecken, umfasst, wobei eine jeweilige Seitenwand (932) einen gekrümmten Übergang (938) von der Seitenwand (932) zu der Abdeckung (936) umfasst; Bilden eines Grabens (940) der sich tangential von dem gekrümmten Übergang (938) der Seitenwände (932) erstreckt, um die Abdeckung (936) des Hohlraums (930) in einen Sensorabschnitt (902) des Halbleitersubstrats umzuwandeln, der in dem Hohlraum (930) über einen verbleibenden Aufhängungsabschnitt (908) des Halbleitersubstrats, der das Halbleitersubstrat (920) und den Sensorabschnitt (902) verbindet, auslenkbar aufgehängt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der Hohlraum (930) unter Verwendung einer Empty-Space-in-Silicon-, ESS-, Technik gebildet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Bilden des Grabens (940) ein Erzeugen einer Antihaftstruktur (906) von dem gekrümmten Übergang (938) an dem Ende des Sensorabschnitts (902), der dem Graben (940) zugewandt ist, umfasst.