DE19839606C1

DE19839606C1 - Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19839606C1
Application number: DE19839606A
Authority: DE
Inventors: Robert Aigner; Klaus-Guenter Oppermann; Hergen Kapels
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: WO2000012427A1; US6556418B2; KR20010074906A; JP2002523252A; EP1113981A1; US20010021538A1

Abstract

Das mikromechanische Bauelement ist an einer Oberfläche eines Substrats angeordnet. Unter einem Hohlraum (H) ist eine Gegenelektrode eines Kondensators einer Zelle angeordnet, die beispielsweise ein erster Teil einer unteren leitenden Schicht ist. Über dem Hohlraum (H) ist eine beispielsweise kreisförmige Membran angeordnet, die als Elektrode des Kondensators wirkt. Die Membran ist homogen und weist eine im wesentlichen gleichförmige Dicke auf. Die Membran ist beispielsweise Teil einer oberen leitenden Schicht, die sich vorzugsweise auf einen zweiten Teil der unteren leitenden Schicht abstützt. An den Hohlraum (H) schließt sich seitlich ein Ätzkanal (A) an, über den zur Erzeugung des Hohllraums (H) eine Opferschicht entfernt wird. Der Ätzkanal (A) weist eine vertikale Abmessung auf, die gleich einer vertikalen Abmessung des Hohlraums (H) ist. Ein Verschluß (V) grenzt von oben an den Ätzkanal (A) an und ist außerhalb der Membran angeordnet. Das Bauelement ist als Drucksensor geeignet. Es kann mehrere Zellen aufweisen, wobei eine Zelle an sechs nächste benachbarte Zellen angrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Im Hinblick auf immer schnellere und kleinere Schaltungsan ordnungen wird angestrebt, eine elektronische Schaltung zu sammen mit einem mikromechanischen Bauelement, z. B. einem Sensor oder einem Aktuator, in einen einzigen Chip zu inte grieren.

In T. Scheiter et al. "Full integration of a pressure sensor system into a standard BiCMCOS-Process", Eurosensors XI, 11^th European Conference on Solid State Transducers, Warsaw, Po land (1997) 1595, wird ein Drucksensor beschrieben, der in einem Standard BiCMOS-Prozeß an einer Oberfläche eines Sili ziumsubstrats erzeugt wird. Zur Erzeugung des Drucksensors wird an der Oberfläche des Substrats ein dotiertes Gebiet er zeugt, das als erste Kondensatorelektrode eines Kondensators wirkt. Über dem dotierten Gebiet wird ein 600 nm dickes Fel doxid, das als Opferschicht dient, erzeugt. Über der Opfer schicht wird eine 400 nm dicke Schicht aus Polysilizium abge schieden. In der Schicht aus Polysilizium werden Öffnungen erzeugt. Anschließend wird durch diese Öffnungen ein Teil der Opferschicht durch Ätzen entfernt, wodurch unter der Schicht aus Polysilizium ein Hohlraum entsteht. Die Öffnungen werden durch eine weitere abgeschiedene Schicht verschlossen. Die weitere Schicht wird anschließend so strukturiert, daß Teile der Schicht aus Polysilizium, die über dem Hohlraum angeord net sind, freigelegt werden. Durch Teile der Schicht aus Po lysilizium und durch Teile der weiteren Schicht, die jeweils über dem Hohlraum angeordnet sind, wird eine Membran gebil det. Die Membran weist im Bereich der Öffnungen Verdickungen auf, an denen sie unflexibel ist. Die Teile der Schicht aus Polysilizium, die Teile der Membran sind, wirken als zweite Kondensatorelektrode des Kondensators. Durch Auslenkung der Membran aufgrund eines Drucks verändert sich der Abstand zwi schen der ersten Kondensatorelektrode und der zweiten Konden satorelektrode, wodurch sich die Kapazität des Kondensators ändert, die ein Maß für den Druck ist. Die Größe der Fläche der freigelegten Teile der Schicht aus Polysilizium, d. h. ein deformierbarer Bereich der Membran, bestimmt die Steifigkeit der Membran. Je höher der zu messende Druckbereich ist, umso kleiner sollte der deformierbare Bereich sein. Ein Nachteil dabei ist, daß eine durch die Auslenkung hervorgerufene me chanische Belastung sich im wesentlichen nur auf deformierba re Teile der Membran verteilt. Für Drücke, die größer als ca. 20 bar sind, ist ein solcher Drucksensor nicht geeignet, da die mechanische Belastung der deformierbaren Membranbereiche nahe der Bruchgrenze liegt. Darüber hinaus gewinnen Prozeß schwankungen, wie z. B. Lithographiefehler, aufgrund der Kleinheit der deformierbaren Bereiche unbeherrschbar großen Einfluß auf die Steifigkeit der Membran.

In G. Ehrler, "Piezoresistive Silizium- Elementardrucksensoren", Sensormagazin 1/92, 10, wird ein Drucksensor beschrieben, bei dem der Druck mit Hilfe des pie zoresistiven Effekts gemessen wird. An einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats werden vier Diffusionsgebiete erzeugt, die zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet werden. Über den Dif fusionsgebieten wird eine Passivierungsschicht angeordnet. In einer Rückseite des Substrats wird eine Öffnung erzeugt, die bis zu den Diffusionsgebieten reicht. Die Vertiefung bildet eine Druckkammer, die für Absolutdrucksensoren unter Vakuum steht und von unten verschlossen wird. Eine Schicht des Substrats, in der die Diffusionsgebiete angeordnet sind, und die über der Druckkammer angeordnet ist, wirkt als Membran des Drucksensors. Ein Druck, der auf die Passivierungsschicht wirkt, lenkt die Membran aus, wodurch Spannungen in der Mem bran erzeugt werden. Die Spannungen führen aufgrund des Pie zoeffekts zu Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht des Substrats und damit zu Änderungen der Größen der Widerstände der Diffusionsgebiete, die ein Maß für den Druck sind. Ein solcher Sensor ist als Hochdrucksensor geeignet. Insbesondere aufgrund der Bearbeitung des Siliziumsubstrats sowohl an einer Vorderseite als auch an der Rückseite ist der Prozeßaufwand zur Erzeugung eines solchen Sensors jedoch sehr hoch.

In H. Dudaicevc et al., "A fully integrated surface microma chined pressure sensor with low temperature dependence", Transducers '95 Eurosensors IX (1995) 616, wird ein Drucksen sor beschrieben, bei dem eine Zelle eine erste Elektrode ei nes Kondensators umfaßt, die als dotiertes Gebiet an einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats realisiert ist. Auf der Oberfläche wird eine isolierende Schicht aus Siliziumnitrid aufgebracht. Über der isolierenden Schicht wird eine Opfer schicht aus Oxid abgeschieden und so strukturiert, daß sie einen zu erzeugenden Hohlraum mit einem Durchmesser von ca. 100 µm füllt. Anschließend wird eine dünne Oxidschicht abge schieden und so strukturiert, daß sich seitlich an die Opfer schicht ein Ausläufer aus Oxid anschließt. Anschließend wird eine Schicht aus Polysilizium abgeschieden und so struktu riert, daß sie die Opferschicht und einen Teil des Ausläufers bedeckt. Durch Ätzen von Oxid selektiv zu Polysilizium und Siliziumnitrid werden die dünne Oxidschicht und die Opfer schicht entfernt, wobei der Ausläufer als Ätzkanal wirkt. Un ter der Schicht aus Polysilizium bildet sich der Hohlraum. Die Schicht aus Polysilizium stützt sich auf der Schicht aus Siliziumnitrid ab. Zum Abdichten des Hohlraums wird Oxid ab geschieden, das den Ätzkanal seitlich verschließt. Damit der Ätzkanal vollständig bedeckt wird, ist es wichtig, daß die dünne Oxidschicht nicht zu dick ist. Dies hat jedoch zur Fol ge, daß der Ätzprozeß langsam und möglicherweise unvollstän dig ist. Außerdem kann ein verwendetes Ätzmittel nur schwer ausgespült werden. Mehrere gleiche Zellen sind in einem x-y- Raster angeordnet und parallel zueinander verschaltet.

In der Veröffentlichung von M. Habibi et al.: "A surface micromachined capacitive absolute pressure sensor array an a glass substrate" in Sensors and Actuators A 46-47, 125-128 (1995) ist ein kapazitiv messender Drucksensor beschrieben, bei dessen Herstellung auf ein Glassubstrat eine untere Kon densatorelektrode aus Chrom und eine Opferschicht aus Alumi nium aufgebracht und strukturiert werden. Eine dünnere zweite Opferschicht aus Aluminium wird aufgebracht, die zur Ausbil dung von Ätzkanälen vorgesehen ist. Als Druckmembran wird ei ne Schicht aus PECVD-SiO₂ mit einer darauf aufgebrachten obe ren Kondensatorelektrode aus Chrom hergestellt. Neben der Druckmembran hergestellte vertikale Öffnungen dienen als Ätzöffnungen zur Entfernung des Aluminiums, so daß ein Hohl raum ausgebildet wird, über dem die Druckmembran verformbar ist. Mit einer weiteren Schicht aus PECVD-SiO₂ werden die Öffnungen verschlossen und die Membran verstärkt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein mikromechani sches Bauelement anzugeben, das als Hochdrucksensor ausge staltet sein kann und mit im Vergleich zum Stand der Technik geringerem Prozeßaufwand herstellbar ist oder das mit höherer Prozeßsicherheit herstellbar ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen mikromechanischen Bauelements angegeben werden.

Das Problem wird durch ein mikromechanisches Bauelement ge löst, das mindestens eine Zelle umfaßt, die eine Membran auf weist, die als Elektrode eines Kondensators der Zelle wirkt und die mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke über einem Hohlraum der Zelle angeordnet ist. Unter dem Hohlraum ist ei ne Gegenelektrode des Kondensators angeordnet. Mindestens ein Ätzkanal schließt sich seitlich an den Hohlraum an. Der Ätz kanal weist eine vertikale Abmessung auf, die gleich einer vertikalen Abmessung des Hohlraums ist. Ein Verschluß grenzt von oben an den Ätzkanal an.

Das Problem wird ferner durch ein Verfahren zur Erzeugung ei nes mikromechanischen Bauelements gelöst, bei dem eine Opfer schicht über einer Gegenelektrode eines Kondensators einer Zelle des Bauelements erzeugt und so strukturiert wird, daß sie einen Bereich eines zu erzeugenden Hohlraums der Zelle und eines seitlich daran anschließenden Ätzkanals ausfüllt. Über der Opferschicht wird leitendes Material konform aufge bracht Über dem Ätzkanal wird eine Öffnung erzeugt, die bis auf die Opferschicht reicht. Die Opferschicht wird in einem Ätzschritt entfernt, wodurch der Hohlraum entsteht, und ein über dem Hohlraum angeordneter Teil des leitenden Materials auslenkbar wird, der als Membran der Zelle und Elektrode des Kondensators wirken kann. Der Ätzkanal wird im Bereich der Öffnung von oben durch einen Verschluß verschlossen.

Das Verfahren kann kompatibel mit CMOS-Prozeßtechnologie sein.

Dem mikromechanischen Bauelement liegt das kapazitive Meß prinzip zugrunde. Mindestens ein Teil des Hohlraums ist Teil eines als Luftspalt ausgestalteten Kondensatordielektrikums eines Kondensators, dessen Kapazität ein Maß für einen Druck auf die Membran ist. So läßt sich das mikromechanische Bau element z. B. als Drucksensor oder als Mikrofon verwenden.

Da eine Opferschicht vorgesehen ist, durch deren Entfernung der Hohlraum erzeugt wird, kann das mikromechanische Bauele ment an einer Oberfläche eines Substrats angeordnet sein. Da her ist eine Prozessierung einer Rückseite des Substrats nicht erforderlich, weshalb der Prozeßaufwand im Vergleich zum Drucksensor gemäß G. Ehrler (s. o.) geringer ist. Im Ge gensatz zum Drucksensor gemäß dem oben zitierten Dokument von T. Scheiter et al. weist die Membran keine besonders dünnen Stellen auf, die durch Druck besonders leicht brechen könn ten. Die Membran weist auch keine Verdickungen auf, an deren Rändern der Druck lokale Lastspitzen erzeugen würde, die zum Bruch der Membran führen könnten. Da die Membran im wesentli chen gleichmäßig dick ist, verteilt sich der Druck gleichmä ßig auf die Membran, weshalb die Membran stabiler als die Membran gemäß T. Scheiter et al. ist. Beim Entfernen von Ätz mittel, das zum Ätzen der Opferschicht verwendet wird, wirken große Kapillarkräfte auf die Membran. Weist die Membran wie beim Drucksensor gemäß der oben zitierten Schrift von T. Scheiter et al. besonders dünne, d. h. weiche, Membranteile auf, so können diese an einem Boden des Hohlraums kleben bleiben. Ein weiterer Vorteil der gleichmäßig dicken Membran ist deshalb, daß die Membran auch während des Herstellungs verfahrens mechanisch sehr stabil ist.

Da der Verschluß von obenan den Ätzkanal angrenzt, ist die große vertikale Abmessung des Ätzkanals im Gegensatz zum Drucksensor gemäß H. Dudaicevs et al. (s. o.) kein Hindernis für die Abdichtung des Hohlraums. Der Ätzprozeß läuft schnel ler ab und ein Ätzmittel kann leichter ausgespült werden. Im Vergleich zum Drucksensor gemäß H. Dudaicevs et al. (s. o.) läßt sich das mikromechanische Bauelement mit höherer Prozeß sicherheit erzeugen.

Da ein Ätzkanal vorgesehen ist, der sich seitlich an die Op ferschicht anschließt, kann die Opferschicht entfernt werden, ohne in der Membran eine Öffnung erzeugen zu müssen. Daher kann die Membran homogen und mit im wesentlichen gleicher Dicke erzeugt werden. Der Verschluß liegt außerhalb der Mem bran.

Die Membran kann Teil einer oberen leitenden Schicht sein, die von oben und seitlich an den Hohlraum angrenzt. Dazu wird die Opferschicht ganzflächig aufgebracht und anschließend durch maskiertes Ätzen strukturiert. Die obere leitende Schicht wird anschließend abgeschieden, so daß sie die Opfer schicht bedeckt und seitlich umgibt. Bis auf einen Bereich, in dem der Ätzkanal an den Hohlraum angrenzt, wird der Hohl raum von der oberen leitenden Schicht umgeben.

Alternativ ist der Hohlraum seitlich von einem anderen Mate rial umgeben. Die Opferschicht kann beispielsweise in einer Vertiefung des anderen Materials erzeugt werden. Alternativ wird die Opferschicht durch maskiertes Ätzen strukturiert und anschließend das andere Material abgeschieden und planari siert. Die obere leitende Schicht wird darüber aufgebracht.

Die Gegenelektrode kann als dotiertes Gebiet im Substrat rea lisiert sein.

Um p-n-Übergänge und damit verbundene Sperrschichtkapazitäten und Spannungseinschränkungen zu vermeiden, ist es vorteil haft, wenn die Gegenelektrode ein erster Teil einer struktu rierten unteren leitenden Schicht ist, die auf einer ersten isolierenden Schicht angeordnet ist, die wiederum auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Die erste isolieren de Schicht weist zweckmäßigerweise eine Dicke auf, bei der eine Kapazität, die durch die Gegenelektrode und dem Substrat gebildet wird, klein gehalten wird.

Vorzugsweise stützt sich die obere leitende Schicht auf einen zweiten Teil der strukturierten unteren leitenden Schicht ab. Der zweite Teil der strukturierten unteren leitenden Schicht wirkt als Ätzstop bei der Strukturierung der Opferschicht. Der zweite Teil der strukturierten unteren leitenden Schicht ist von der Gegenelektrode getrennt, damit die Membran, die als die Elektrode wirkt, nicht mit der Gegenelektrode elek trisch verbunden ist. Die Gegenelektrode kann sich unter dem Ätzkanal ausbreiten, nimmt jedoch ansonsten eine kleinere Fläche, als der Hohlraum ein, d. h. ein horizontaler Quer schnitt der Gegenelektrode ist im Bereich der Zelle kleiner als ein horizontaler Querschnitt des Hohlraums. Damit die Ka pazität des Kondensators der Zelle möglichst groß ist, nimmt die Gegenelektrode möglichst viel Fläche ein, d. h. die von ihr eingenommene Fläche weist dieselbe Form wie die Fläche des Hohlraums auf und reicht bis fast zu Rändern des Hohl raums.

Es ist zweckmäßig, wenn die erste isolierende Schicht und die Opferschicht aus demselben Material, z. B. SiO₂, bestehen.

Bestehen die Opferschicht und die erste isolierende Schicht aus demselben Material, so ist es vorteilhaft, wenn die Op ferschicht im Bereich zwischen der Gegenelektrode und dem zweiten Teil der strukturierten unteren leitenden Schicht nicht direkt an die erste isolierende Struktur angrenzt, da diese sonst ebenfalls angegriffen wird. Es ist zweckmäßig, über der strukturierten ersten leitenden Schicht eine zweite isolierende Schicht zu erzeugen, die selektiv zur Opfer schicht und zur ersten isolierenden Schicht ätzbar ist und über der die Opferschicht erzeugt wird. Die zweite isolieren de Schicht wird analog zur Opferschicht strukturiert. Im Be reich zwischen der Gegenelektrode und dem zweiten Teil der strukturierten unteren leitenden Schicht grenzt die zweite isolierende Schicht direkt an die erste isolierende Schicht an und schützt diese beim Entfernen der Opferschicht.

Ein elektrischer Anschluß der Membran kann außerhalb der Zel le über den zweiten Teil der strukturierten unteren leitenden Schicht erfolgen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Membran einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Im Gegensatz zu eckigen Querschnitten wird der Druck auf die Membran gleichmäßiger verteilt, so daß die Membran stabiler ist.

Damit ein äußerer Druck auf eine große Fläche ausgeübt werden kann, ist es vorteilhaft, wenn das mikromechanische Bauele ment eine Anzahl gleicher Zellen umfaßt. Hohlräume der Zellen sind vorzugsweise über die Ätzkanäle miteinander verbunden, so daß Luftdrücke in den Hohlräumen im wesentlichen überein stimmen. Dies erleichtert auch die Diagnose von Membranschä den.

Je dichter die Verschlüsse beieinanderliegen, umso leichter läßt sich die Opferschicht entfernen. Folglich ist es vor teilhaft, wenn ein Durchmesser der Membranen klein ist und z. B. zwischen 10 µm und 30 µm beträgt. Dies hat auch eine be sonders hohe Stabilität der Membrane zur Folge. Da die Mem brane bei kleinem Durchmesser sich schwerer auslenken lassen, ist das mikromechanische Bauelement als Hochdrucksensor ge eignet.

Es ist vorteilhaft, die Zellen möglichst dicht beieinander anzuordnen, da so bei gleicher Fläche des mikromechanischen Bauelements die Empfindlichkeit des mikromechanischen Bauele ments erhöht wird. Weist die Membran einen kreisförmigen Querschnitt auf, so sind die Zellen vorzugsweise in einem hexagonalen Raster angeordnet. Jeweils drei der Zellen gren zen aneinander an, wobei ihre Mittelpunkte an Ecken eines gleichseitigen Dreiecks liegen. Eine Zelle grenzt folglich an sechs ringförmig um die Zelle angeordnete Zellen an. Die Zel le kann drei Ätzkanäle aufweisen, die gleiche Abstände von einander aufweisen. Jeweils drei Ätzkanäle von verschiedenen Zellen treffen in einem Bereich aufeinander, über dem der Verschluß angeordnet ist und der zwischen diesen Zellen liegt.

Statt aneinander anzugrenzen können die Zellen voneinander beabstandet sein.

Die Zelle kann auch eine von drei verschiedene Anzahl an Ätz kanälen aufweisen.

Die Gegenelektroden der Zellen können über in den Ätzkanälen verlaufende leitende Stege zusammenhängen und gemeinsam mit den Stegen den ersten Teil der strukturierten ersten leiten den Schicht bilden. Der erste Teil der strukturierten unteren Schicht wirkt in diesem Fall als gemeinsame Gegenelektrode der Zellen.

Der Druckbereich des Drucksensors kann über die Wahl der Dic ke der Membran und der Größe des horizontalen Querschnitts der Membran bestimmt werden. Für einen Druckbereich zwischen 40 bar und 200 bar beträgt der Radius der Membran vorzugswei se zwischen 13 µm und 7 µm.

Je dünner die Opferschicht ist, umso größer ist die Änderung der Kapazität bei Änderung des Drucks. Die Dicke der Opfer schicht beträgt vorzugsweise zwischen 200 nm und 500 nm.

Der Verschluß wird beispielsweise durch Abscheidung und Ver fließen von BPSG (Borphosphorsilikatglas) erzeugt.

Es können auch mehrere Schichten verschiedener Materialien abgeschieden werden, um den Verschluß oder die obere leitende Schicht zu erzeugten.

Die untere leitende Schicht kann gleichzeitig mit oberen Kon densatorelektroden von Kondensatoren der Peripherie des mi kromechanischen Bauelements oder von Kondensatoren in anderen Teilen des Substrats erzeugt werden.

Die erste isolierende Schicht und die Opferschicht enthalten beispielsweise SiO₂. Die Verwendung anderer isolierender Ma terialien liegen jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Die zweite isolierende Schicht enthält beispielsweise Silizi umnitrid. Die Verwendung anderer isolierender Materialien liegen jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Die obere und die untere leitende Schicht enthalten beispielsweise do tiertes Polysilizium oder ein anderes leitendes Material, das z. B. Metall enthält. Das SiO₂ kann thermisch aufgewachsen oder abgeschieden werden. Es ist vorteilhaft, über der Mem bran eine Coating-Schicht aus Siliziumnitrid oder Titannitrid aufzubringen, die die Membran vor Umwelteinflüssen schützt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat, in der eine strukturierte untere leitende Schicht dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Substrat, in der ein Hohlraum und Verschlüsse dargestellt sind.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Substrat, nachdem ein Drucksensor erzeugt wurde.

Fig. 4 zeigt einen zum Querschnitt aus Fig. 3 senkrechten Querschnitt durch das Substrat, nachdem der Drucksen sor erzeugt wurde.

Auf einer Oberfläche eines Substrats 1 aus Silizium wird durch Abscheiden von SiO₂ in einer Dicke von ca. 600 nm eine erste isolierende Schicht I1 erzeugt (s. Fig. 3).

Zur Erzeugung einer leitenden Schicht L wird anschließend Po lysilizium in einer Dicke von ca. 200 nm abgeschieden und im plantiert.

Durch Plasmaätzen wird die leitende Schicht L strukturiert. Dabei entsteht ein erster Teil der leitenden Schicht L, der kreisförmige Gegenelektroden 2 von Kondensatoren und Stege 3 umfaßt. Die Gegenelektroden 2 weisen einen Durchmesser von ca. 10 µm auf und besitzen jeweils sechs unmittelbar benach barte Gegenelektroden 2. An jede Gegenelektrode 2 grenzen drei der Stege 3 an, die gleiche Abstände voneinander aufwei sen (s. Fig. 1). Jeweils drei der Stege 3 treffen aufeinan der.

Außerhalb des ersten Teils der leitenden Schicht L sind zwei te Teile 4 der leitenden Schicht L angeordnet, die von dem ersten Teil der leitenden Schicht L getrennt sind (s. Fig. 1).

Zur Erzeugung einer zweiten isolierenden Schicht I2 wird Si liziumnitrid in einer Dicke von ca. 30 nm abgeschieden. Über der zweiten isolierenden Schicht I2 wird zur Erzeugung einer Opferschicht SiO₂ in einer Dicke von ca. 300 nm abgeschieden (s. Fig. 3).

Durch Trockenätzen werden die Opferschicht und die zweite isolierende Schicht I2 strukturiert. Die Strukturierung er folgt analog zur Strukturierung der leitenden Schicht L, mit dem Unterschied, daß Abmessungen so gewählt werden, daß ein Teil der Opferschicht entsteht, der formgleich zum ersten Teil der leitenden Struktur L, aber größer ist und den ersten Teil der leitenden Schicht L überdeckt. Der Teil der Opfer schicht weist demnach ebenfalls kreisförmige Gebiete und Ste ge auf. Ein Radius der kreisförmigen Gebiete des Teils der Opferschicht beträgt ca. 8 µm (s. Fig. 2). Durch die Struk turierung der Opferschicht und der zweiten isolierenden Schicht I2 werden die zweiten Teile 4 der unteren leitenden Schicht L freigelegt.

Anschließend wird eine obere leitende Schicht F aus Polysili zium in einer Dicke von ca. 1 µm abgeschieden und implan tiert, bis die Dotierstoffkonzentration ca. 10¹⁸ cm^-3 be trägt.

In Bereichen, in denen die Stege des Teils der Opferschicht aufeinandertreffen, werden Öffnungen in der Schicht F durch maskiertes Ätzen erzeugt, bis die Opferschicht freigelegt wird.

Mit Hilfe von z. B. gepufferter Flußsäure als Ätzmittel wird der Teil der Opferschicht entfernt. Dabei wirken die Stege des Teils der Opferschicht als Ätzkanäle A. In den kreisför migen Gebieten des Teils der Opferschicht entstehen Hohlräume H (siehe Fig. 2, 3 und 4). Die zweite isolierende Schicht I2 schützt die erste isolierende Schicht I1 bei der Entfer nung der Opferschicht an Stellen, an denen die Opferschicht nicht an die untere leitende Schicht L angrenzt (s. Fig. 3). Die obere leitende Schicht F stützt sich auf die zweiten Tei le 4 der unteren leitenden Schicht L ab.

Durch Abscheiden und Verfließen von BPSG in einer Dicke von ca. 800 nm werden die Hohlräume H und die Ätzkanäle A abge dichtet. In den Öffnungen entstehen Verschlüsse V, die von oben an die Ätzkanäle A angrenzen (s. Fig. 2 und 4). An schließend wird eine ca. 40 nm dicke Coating-Schicht (nicht dargestellt) abgeschieden.

Über den Hohlräumen H angeordnete Teile der oberen leitenden Schicht F wirken als kreisförmige Membrane eines Drucksen sors. Die Membrane wirken als Elektroden der Kondensatoren.

Es sind viele Variationen des Ausführungsbeispieles denkbar, die ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegen. So können Ab messungen der Gebiete, Schichten, Stege und Verschlüsse an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden.

Das Polysilizium kann statt durch Implantation auch insitu oder durch Diffusion aus einer Dotierstoffquelle dotiert wer den.

Statt einer Coating-Schicht kann eine Passivierungsschicht abgeschieden werden, die z. B. 1 µm dick ist.

Claims

1. Mikromechanisches Bauelement,

1. mit mindestens einer Zelle,
2. bei dem die Zelle eine Membran aufweist, die als eine Elek trode eines Kondensators der Zelle wirkt und die homogen und mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke über einem Hohlraum (H) der Zelle angeordnet ist,
3. bei dem unter dem Hohlraum (H) eine Gegenelektrode (2) des Kondensators angeordnet ist,
4. bei dem sich mindestens ein Ätzkanal (A) seitlich an den Hohlraum (H) anschließt,
5. bei der der Ätzkanal (A) eine vertikale Abmessung aufweist, die gleich einer vertikalen Abmessung des Hohlraums (H) ist,
6. bei dem ein Verschluß (V) von oben an den Ätzkanal (A) an grenzt und außerhalb der Membran angeordnet ist.

2. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 1,

1. bei dem die Membran Teil einer oberen leitenden Schicht (F) ist,
2. bei dem die obere leitende Schicht (F) von oben und seit lich an den Hohlraum (H) angrenzt.

3. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 2,

1. bei dem eine erste isolierende Schicht (I1) auf einer Ober fläche eines Substrats (1) angeordnet ist,
2. bei dem eine strukturierte untere leitende Schicht (L) auf der ersten isolierenden Schicht (I1) angeordnet ist,
3. bei dem ein erster Teil der strukturierten unteren leiten den Schicht (L) die Gegenelektrode (2) ist,
4. bei dem die obere leitende Schicht (F) sich auf einen zwei ten Teil (4) der strukturierten unteren leitenden Schicht (L) abstützt, der vom ersten Teil der strukturierten unte ren leitenden Schicht (L) isoliert ist.

4. Mikromechanisches Bauelement nach Anspruch 3,

1. bei dem eine zweite isolierende Schicht (I2) auf der struk turierten unteren leitenden Schicht (L) angeordnet ist,
2. bei dem der Hohlraum (H) von unten durch die zweite isolie rende Schicht (I2) begrenzt wird.

5. Mikromechanisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

1. bei dem die Membran einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist,
2. bei dem die Zelle mindestens drei Ätzkanäle (A) aufweist, die gleiche Abstände voneinander aufweisen,
3. mit mehreren gleichen Zellen,
4. bei dem jeweils drei der Zellen untereinander angrenzen, und ihre Mittelpunkte an Ecken eines gleichseitigen Drei ecks liegen,
5. bei dem jeweils drei Ätzkanäle (A) von verschiedenen Zellen in einem Bereich aufeinandertreffen, über dem der Verschluß (V) angeordnet ist und der zwischen diesen Zellen liegt.

6. Mikromechanisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

1. bei dem die Gegenelektroden (2) der Zellen über in den Ätz kanälen (A) verlaufende leitende Stege (3) zusammenhängen und gemeinsam mit den Stegen (3) den ersten Teil der struk turierten unteren leitenden Schicht (L) bilden.

7. Verwendung des mikromechanischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Durchmesser der Membran weniger als 30 µm beträgt, als Hochdrucksensor zum Messen von Drücken über 40 bar.

8. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauele ments,

1. bei dem auf einem Substrat (1) eine erste isolierende Schicht (I1) erzeugt wird,
2. bei dem über der ersten isolierenden Schicht (I1) eine un tere leitende Schicht (L) abgeschieden und strukturiert wird, wodurch ein erster Teil (2, 3) der unteren leitenden Schicht (L) und ein davon getrennter zweiter Teil (4) der unteren leitenden Schicht (L) erzeugt werden,
3. bei dem über der unteren leitenden Schicht (L) eine zweite isolierende Schicht (I2) erzeugt wird,
4. bei dem über der zweiten isolierenden Schicht (I2) eine Op ferschicht erzeugt wird, die selektiv zur zweiten isolie renden Schicht (I2) ätzbar ist,
5. bei dem die zweite isolierende Schicht (I2) und die Opfer schicht analog zueinander und derart strukturiert werden, daß die zweite isolierende Schicht (I2) den ersten Teil der unteren leitenden Schicht (L) vollständig bedeckt und der zweite Teil (4) der unteren leitenden Schicht (L) als Ätz stop wirkt und daß die Opferschicht einen Bereich eines zu erzeugenden Hohlraums (H) und eines seitlich daran an schließenden Ätzkanals (A) ausfüllt,
6. bei dem über der Opferschicht eine obere leitende Schicht (F) konform aufgebracht wird, so daß sie teilweise seitlich an die Opferschicht angrenzt,
7. bei dem über dem Ätzkanal (A) eine Öffnung in die obere leitende Schicht (F) erzeugt wird, die bis auf die Opfer schicht reicht,
8. bei dem die Opferschicht durch Ätzen entfernt wird, wodurch der Hohlraum (H) entsteht und ein über dem Hohlraum (H) an geordneter Teil der oberen leitenden Schicht (F) auslenkbar wird, und
9. bei dem der Ätzkanal (A) im Bereich der Öffnung von oben durch einen Verschluß (V) verschlossen wird.