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WO2018041444A1 - Verfahren zum herstellen eines mikromechanischen sensors - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines mikromechanischen sensors Download PDF

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WO2018041444A1
WO2018041444A1 PCT/EP2017/066724 EP2017066724W WO2018041444A1 WO 2018041444 A1 WO2018041444 A1 WO 2018041444A1 EP 2017066724 W EP2017066724 W EP 2017066724W WO 2018041444 A1 WO2018041444 A1 WO 2018041444A1
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WO
WIPO (PCT)
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wafer
silicon layer
mems
membrane
layer
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/066724
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Classen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to US16/323,133 priority Critical patent/US11111137B2/en
Priority to CN201780053215.1A priority patent/CN109641741B/zh
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    • B81C2203/0785—Transfer and j oin technology, i.e. forming the electronic processing unit and the micromechanical structure on separate substrates and joining the substrates
    • B81C2203/0792—Forming interconnections between the electronic processing unit and the micromechanical structure

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a micromechanical sensor
  • Yaw rates are mass produced for a variety of automotive and consumer applications. Especially in the field of
  • Inertial sensors are increasingly using methods of so-called vertical integration, or hybrid integration or 3D integration.
  • at least one MEMS and one evaluation ASIC are increasingly using methods of so-called vertical integration, or hybrid integration or 3D integration.
  • Wafers via wafer bonding process are mechanically and electrically connected with one another, as described, for example, in US Pat. Nos. 7,250,353 B2, 7,422,570 B2, US Pat. No. 2,010,9102 A1, US Pat. No. 1,201,004,652 A1, US Pat. No. 2,201,002,247 A1, US Pat. No. 2012,0049,299 A1, DE 10 2007 048604 A1 is known.
  • Pressure sensor membrane is located. Because oxide is not a good material for the
  • Sensor membrane is (e.g., due to moisture uptake, mismatch of thermal expansion coefficients to silicon, internal stress, etc.), the oxide layer on the membrane underside must be removed if possible. This is preferably done by etching with HF in the gas phase (so-called gas phase etching).
  • the object is achieved according to a first aspect with a method for
  • Producing a micromechanical sensor comprising the steps:
  • Substrate in a membrane region a defined number of etch trenches is formed, wherein the membrane region in a first silicon layer, which is arranged in a defined spaced from the MEMS substrate, is formed;
  • Liquids, particles, etc. is protected. This will be advantageous
  • Manufacturing process by grinding (English, grinding) of the MEMS substrate is performed.
  • Micromechanical sensor are the subject of dependent claims.
  • An advantageous development of the method provides that the following steps are carried out during the formation of the membrane region:
  • a further advantageous development of the method provides that the following steps are carried out during the formation of the membrane region after step d):
  • the silicon layer need not be structured and refilled.
  • electrical short circuits can be advantageously avoided as far as possible.
  • a further advantageous development of the method provides that the following steps are carried out to form the membrane region after step d): e2) providing a pre-structured multi-layer wafer, preferably an SOI wafer;
  • a further advantageous alternative for forming the membrane region is provided.
  • a further advantageous embodiment of the method provides that at
  • etching trenches in the MEMS substrate defined laterally spaced additional etch trenches are formed, which are defined narrower than etch trenches for media access. This way can without
  • a further advantageous development of the method provides that the membrane region is formed as a pressure sensor membrane. In this way, a useful application for the membrane area is realized.
  • a further advantageous development of the method provides that the micromechanical sensor is designed as a micromechanical pressure sensor. In this way, a micromechanical pressure sensor can be provided.
  • micromechanical pressure sensor is designed as a sound pressure sensor for a microphone. This will be a useful use case for the
  • micromechanical pressure sensor provided.
  • micromechanical sensor element is to be claimed, which can be produced by a manufacturing method described in this document or a combination thereof.
  • Fig. 1 1 to 14 an alternative process flow for producing the
  • FIGS. 15 to 17 show measures for providing stress decoupling for the micromechanical pressure sensor; and 18 shows a basic sequence of a method for producing a micromechanical pressure sensor according to the invention.
  • a central idea of the present invention is the provision of a comparatively simple and cost-effective method for producing a backside port for a micromechanical sensor, in particular a micromechanical pressure sensor, preferably in a chip-scale package, particularly preferably as a component integrated vertically with an ASIC.
  • the proposed method advantageously does not require gas phase etching after wafer bonding.
  • the sensitive membrane area which may be susceptible to particulate or media carryover during cleaning steps, is hermetically protected from external disturbances until the end of the process flow.
  • the basic idea of the proposed method is compatible with various production methods for the pressure sensor membrane.
  • this also includes alternatively providing the functional layers by wafer bonding and back-grinding.
  • the low trenches or etching trenches created at the beginning of the proposed process can advantageously also be used to apply stress decoupling trenches.
  • stress decoupling trenches either a two-stage trench process or a single-stage trench process, in which ARDE effects (English, aspect ratio dependent etching) are exploited.
  • ARDE effects English, aspect ratio dependent etching
  • a transfer of mechanical stress of the printed circuit board to the mechanics can advantageously be prevented so that, as a result, an improved or less falsified sensor signal can be achieved.
  • the process flow is suitable for integrating a capacitive pressure sensor with an inertial sensor (acceleration and yaw rate sensor), for example to realize a 4D or 7D sensor element.
  • the deep trenches can additionally be created in separate sensor cavern areas for the inertial sensors, either as stress decoupling trenches or as ventilation channels for the inertial sensors.
  • the ventilation channels can be used to evacuate the sensor caverns after Waferbonden or filled with defined gas quantities and types and / or admit an anti-stiction coating. Ventilation channels for the inertial sensors may then be used e.g. be closed by a laser reseal process.
  • a process flow for producing a micromechanical sensor will be explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a MEMS substrate 1 with an oxide layer 2 arranged thereon, which is arranged on the MEMS substrate 1, for example, by a deposition method or by thermal oxidation.
  • the grid should be sufficiently fine, for example, holes of the grid at least in one direction about 0.5 ⁇ are large, so that they can be easily and very topographiearm closed in the subsequent Oxidabscheidepens with low layer thicknesses again.
  • FIG. 2 shows a result of a subsequent formation of etch trenches through the oxide grid, wherein the
  • Oxide grid acts as a mask for the trench process (e.g., DRIE process).
  • Deep etching trenches are preferably formed in the MEMS substrate 1, preferably with depths of approximately 50 ⁇ m to approximately 400 ⁇ m.
  • the upper part of Fig. 2 shows a detail enlargement, in which a section of a deep etching trench with a part of the oxide grating arranged thereon can be seen. Thereafter, a closure of the oxide grating by means of a deposition of
  • the thickness of the oxide deposition is typical at least twice larger than the hole width in the oxide grid.
  • this provides a "flat” or “smooth” surface, from which one can continue to process well defined.
  • Silicon layer 3 preferably by means of a low pressure CVD method (English, low pressure chemical vapor deposition) as polycrystalline silicon.
  • the oxide material is removed below the grid of the first silicon layer 3, as can be seen in FIG. 4 that the closure of the grid of the first silicon layer 3 is subsequently carried out by growing an additional silicon layer, for example via an LPCVD
  • FIG. 6 shows that the cap wafer 20, preferably an ASIC wafer with an ASIC substrate 21, has pre-applied electrical plated through holes or TSVs
  • the wafer bonding process is preferably a metallic bonding process, since not only a tightness of the sensor cavern around the membrane area is to be ensured via such a bonding process, but also the electrical chip-to-chip contacts between
  • MEMS wafer 10 and ASIC wafer 20 examples include Al-Ge, Au-Si, Cu-Sn, Al-Al, Cu-Cu, Au-Au.
  • FIG. 7 shows that thereafter the electrical through-connections 24 are exposed by a backward bending of the ASIC wafer 20 and a
  • a first alternative process flow which provides additional wafer bonding is described in more detail below.
  • the process begins as described above with reference to FIGS. 1 and 2. Thereafter, as indicated in FIG. 8, the oxide material of the oxide layer 2 in the future membrane region is removed.
  • a silicon functional wafer 30 is bonded to the MEMS substrate 1 via a fusion bonding method or a direct bonding method.
  • the silicon functional wafer 30 is thinned down to the target thickness of the membrane layer, for example by means of backscattering and chemical mechanical polishing (CMP), as can be seen in principle in FIG. Thereafter, as shown in Fig. 10 further recognizable from the
  • Silicon function wafer 30 emerged membrane region 3 a of the first silicon layer 3 laterally spaced from the membrane region structured, optionally also the oxide layer. 2
  • the membrane region 3a is in this case monocrystalline and therefore particularly well defined in its physical properties. Furthermore, the release of the membrane region on the underside, ie the side facing the deep etch trenches or deep trenches of the MEMS substrate 1, is simplified.
  • a substrate contact in the MEMS substrate 1 can not be applied here without further measures, which means that the MEMS substrate 1 is electrically floated.
  • Pressure sensor membranes are generally quite thin, for example ⁇ 10 ⁇ , often even less so that they have a high mechanical
  • Process flow are outlined below. The starting point here too is again the structure as described above in FIGS. 1 and 2.
  • a pre-structured multi-layer wafer preferably an SOI wafer with a second silicon layer 4, an oxide layer 2 and a first silicon layer 3 is provided, wherein in the thin first
  • Silicon layer 3 of the later membrane area is formed for a pressure sensor.
  • the prestructured SOI wafer is then connected to the patterned MEMS substrate 1 and the oxide layer 2 disposed thereon via a fusion or direct bonding process.
  • the SOI wafer is ground back from the back side to the target thickness of the second silicon layer 4. It can also be seen in FIG. 12 that thereafter the bonding interface 5 to the capping or ASIC wafer 20 is formed on the second silicon layer 4.
  • the oxide material in the trench trenches is opened, followed by metal deposition in the resulting trenches (e.g.
  • FIG. 13 shows that a second trenching of the second silicon layer 4 was carried out to define further MEMS structural elements.
  • access channels are also produced in the second silicon layer 4 for a subsequent gas phase etching step.
  • a useful extension of the proposed process flows is the creation of additional trench trenches that perform additional functions in addition to the media access for the pressure sensor.
  • FIG. 15 shows an arrangement in which further trenches or etching trenches are formed in the MEMS substrate 1 laterally spaced apart from the membrane region.
  • these further etching trenches are made narrower than those for the media access 6. Since the trench process progresses faster in wide trenches due to the ARDE effect than in narrow trenches, different depth etching trenches can be realized by suitable choice of the trench widths with the same etching duration.
  • the further etch trenches are provided as stress decoupling trenches.
  • Fig. 16 is a plan view taken along a section line C-D of Fig. 17, and Fig. 17 is a cross-sectional view taken along a section line A-B of Fig. 16 through the finished processed device.
  • a narrow, closed trench is formed in the MEMS substrate 1 around the membrane area with the etching trenches as stress decoupling trenches.
  • the stress isolation trenches may not be closed at least at one point, since at least one side of an electric
  • a multistage trench process can be carried out for the production of media access channels and stress decoupling trenches, in which only the deep trenches for the media access are initially made to a certain depth.
  • the stress decoupling trenches are applied at the same time and the low trenches for the
  • the presented process flows are all suitable for the simultaneous production of pressure sensors and inertial sensors.
  • 4D elements (3D acceleration and pressure)
  • TPMS sensors (1 -2 D
  • the pressure sensors can be advantageously provided as sound pressure sensors for microphones.
  • the proposed method can also be used to provide a suitable cavern internal pressure.
  • a buried media access for a pressure sensor is applied and, laterally spaced apart therefrom, at least one buried ventilation channel is additionally applied for a further sensor, for example an acceleration or yaw rate sensor.
  • a pressure sensor element in the region of the buried media access and a further sensor element in the region of the buried ventilation channel, for example an acceleration or yaw rate sensor.
  • the pressure sensor and the further sensor are in arranged separate caverns.
  • the caverns are by a
  • Bonding ridge which runs inside the chip, hermetically separated from each other.
  • a desired internal pressure for the other sensor possibly additionally an admission of anti-sticking material (ASC material) for an acceleration sensor and closing the ventilation duct for the other sensor at a defined gas pressure, for example, a high Internal pressure for an acceleration sensor and a low internal pressure is provided for a rotation rate sensor.
  • ASC material anti-sticking material
  • Closure is most preferably performed using a laser reseal method, such as e.g. from DE 10 2014 202 801 A1 is known.
  • the above-mentioned optional additional steps are not shown in figures.
  • the other sensors such as acceleration and rotation rate sensors with circumferential stress decoupling trenches according to FIG. 16 and FIG. 17, or to combine stress decoupling trenches and ventilation channels for the other sensors.
  • FIG. 18 shows a basic sequence of the proposed method:
  • a MEMS wafer 10 having a MEMS substrate 1 is provided, wherein a defined number of etching trenches are formed in the MEMS substrate 1 in a membrane region, wherein the membrane region in FIG a first silicon layer 3, which is arranged at a defined distance from the MEMS substrate 1, is formed.
  • a cap wafer 20 is provided.
  • a step 220 a bonding of the MEMS wafer 10 with the
  • a media access 6 to the membrane area is formed by grinding the MEMS substrate 1. This can be done, for example, by exposing the etching channels 6.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors (100), aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines MEMS-Wafers (10) mit einem MEMS-Substrat (1), wobei im MEMS-Substrat (1) in einem Membranbereich (3a) eine definierte Anzahl von Ätzgräben ausgebildet wird, wobei der Membranbereich in einer ersten Siliziumschicht (3), die definiert beabstandet vom MEMS-Substrat (1) angeordnet ist, ausgebildet wird; Bereitstellen eines Kappenwafers (20); Bonden des MEMS-Wafers (10) mit dem Kappenwafer (20); und Ausbilden eines Medienzugangs (6) zum Membranbereich (3a) durch Aufschleifen des MEMS-Substrats (1).

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen
Sensors.
Stand der Technik Mikromechanische Inertialsensoren zur Messung von Beschleunigung und
Drehrate werden für verschiedene Applikationen im Automobil- und Consumer- Bereich in Massenfertigung hergestellt. Insbesondere im Bereich der
Inertialsensorik finden Verfahren der sogenannten vertikalen Integration, oder hybriden Integration oder 3D-lntegration zunehmend Verwendung. Bei diesen Herstellungsverfahren werden mindestens ein MEMS-und ein Auswerte-ASIC-
Wafer über Waferbond verfahren miteinander mechanisch und elektrisch verbunden, wie es zum Beispiel aus US 7 250 353 B2, US 7 442 570 B2, US 2010 0109102 A1 , US 201 1 0049652 A1 , US 201 1 0012247 A1 , US 2012 0049299 A1 , DE 10 2007 048604 A1 bekannt ist.
Besonders attraktiv sind diese vertikalen Integrationsverfahren in Kombination mit elektrischen Durchkontaktierungen in Form von through-silicon-vias (TSV) und Flip-Chip-Technologien, wodurch die externe elektrische Kontaktierung als „bare die"-Modul oder Chip-Scale-Package, also ohne Plastikumverpackung erfolgen kann, wie es z.B. aus US 2012 0235251 A1 bekannt ist.
Im Zuge der zunehmenden Funktionsintegration, also der Integration von mehreren Sensiergrößen in einem einzelnen Sensormodul wurden
Erweiterungen der Inertialsensortechnologie vorgeschlagen. Die genannte Funktionsintegration verspricht dabei vorteilhaft sowohl eine Kostenreduktion als auch einen reduzierten Platzbedarf auf der Applikationsleiterplatte. Diverse Erweiterungen zur Integration eines Drucksensors in den Inertialsensorprozess sind beispielsweise aus DE 10 2206 01 1 545 A1 , DE 10 2006 024 671 A1 , DE 10 2013 213 065 A1 , DE 10 2013 213 071 B3 bekannt. Eine der großen Herausforderungen für die Drucksensorik besteht in der
Herstellung eines Medienzugangs. Dabei ergeben sich bekanntermaßen erhebliche technische Schwierigkeiten.
Die meisten der oben genannten Schriften beinhalten für den Medienzugang einen sogenannten Backside Port, wie er beispielsweise aus DE 10 2014 200 512 A1 bekannt ist. Hierbei werden am Ende des Gesamtprozesses von der Rückseite des MEMS-Substratwafers ein oder mehrere Zugangslöcher unterhalb des Membranbereichs über einen Ätzprozess, bevorzugt einen Trenchprozess (deep reactive ion etching, DRIE) hergestellt. Der genannte Ätzprozess stoppt auf dem Oxid, das direkt auf dem Substratwafer und unterhalb der
Drucksensormembran liegt. Da Oxid kein gut geeignetes Material für die
Sensormembran ist (z.B. aufgrund von Feuchteaufnahme, Mismatch der thermischen Expansionskoeffizienten zu Silizium, interner Stress, usw.), muss die Oxidschicht auf die Membranunterseite nach Möglichkeit entfernt werden. Dies geschieht bevorzugt durch Ätzen mit HF in der Gasphase (sogenanntes Gasphasenätzen).
Ein Problem hierbei ist, dass nicht nur die Waferrückseite, sondern gleichzeitig auch die außenliegende Seite des gegengebondeten Wafers und der Waferrand geätzt werden. Handelt es sich bei dem gegengebondeten Wafer um einen ASIC mit Umverdrahtungs- und Passivierungsebenen, würde das Gasphasenätzen zu Schädigungen der ASIC-Rückseite führen. Ein Schutz der ASIC-Rückseite vor dem Gasphasenätzen ist mit einfachen Mitteln nicht erreichbar. DE 10 2013 213 071 B3 beschreibt als Alternative zum Backside Port einen
Prozess zur Herstellung eines Medienzugangs über einen sogenannten Side Port. In diesem Fall erfolgt der Medienzugang nicht direkt vertikal ober- oder unterhalb des Membranbereichs, sondern das Medium wird von der Seite über den Side Port in den Bereich unterhalb der Sensormembran geführt. Aus DE 10 2009 045 385 A1 ist es bekannt, dass es möglich ist, durch ein feines Oxidgitter oberhalb einer Siliziumschicht tiefe Trenches im Silizium anzulegen, und das Oxidgitter anschließend über weitere Oxidabscheidungen wieder nahezu topographiefrei zu verschließen, sodass nachfolgend problemlos halbleiter- übliche bzw. mikrosystemtechnische Prozessschritte, wie z.B. Schichtab- scheidungen und lithographische Verfahren zur Anwendung kommen können.
Offenbarung der Erfindung Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obengenannten
Nachteile beim Herstellen eines mikromechanischen Sensors zu reduzieren.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zum
Herstellen eines mikromechanischen Sensors, aufweisend die Schritte:
- Bereitstellen eines MEMS-Wafers mit einem MEMS-Substrat, wobei im MEMS-
Substrat in einem Membranbereich eine definierte Anzahl von Ätzgräben ausgebildet wird, wobei der Membranbereich in einer ersten Siliziumschicht, die definiert beabstandet vom MEMS-Substrat angeordnet ist, ausgebildet wird;
- Bereitstellen eines Kappenwafers;
Bonden des MEMS-Wafers mit dem Kappenwafer; und
- Ausbilden eines Medienzugangs zum Membranbereich durch Aufschleifen des MEMS-Substrats. Auf diese Weise wird ein Herstellungsverfahren für einen mikromechanischen
Sensor realisiert, bei dem ein empfindlicher Membranbereich möglichst lange vor Umwelteinflüssen bzw. Einflüssen von Prozessschritten (z.B. in Form von
Flüssigkeiten, Partikeln, usw.) geschützt ist. Dies wird vorteilhaft dadurch
erreicht, dass das Freilegen des Medienzugangs erst zum Ende des
Herstellungsprozesses durch Aufschleifen (engl, grinding) des MEMS-Substrats durchgeführt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens zum Herstellen eines
mikromechanischen Sensors sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass beim Ausbilden des Membranbereichs folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Aufbringen einer Oxidschicht auf das MEMS-Substrat;
b) Ausbilden von Durchgangsöffnungen in der Oxidschicht;
c) Ausbilden von Ätzgräben im Membranbereich des MEMS-Substrats durch die Durchgangsöffnungen der Oxidschicht hindurch;
d) Verschließen der Durchgangsöffnungen der Oxidschicht mit
Oxidmaterial;
e) Aufbringen einer ersten Siliziumschicht auf die Oxidschicht;
f) Ausbilden von Durchgangsöffnungen im Membranbereich der ersten Siliziumschicht;
g) Entfernen der Oxidschicht unterhalb der Durchgangsöffnungen im
Membranbereich der ersten Siliziumschicht; und
h) Im Wesentlichen topographiefreies Verschließen der Durchgangsöffnungen des Membranbereichs der ersten Siliziumschicht.
Auf diese Weise können zur Ausbildung des Membranbereichs an sich bekannte und bewährte Verfahren der Oberflächenmikromechanik verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass beim Ausbilden des Membranbereichs nach Schritt d) folgende Schritte durchgeführt werden:
e1 ) Entfernen des Oxidmaterials der Oxidschicht im Bereich des
Membranbereichs;
f1 ) Bonden eines Silizium-Funktionswafers mit dem MEMS-Wafer; und gl ) Rückschieifen des Silizium-Funktionswafers auf eine definierte Zieldicke des Membranbereichs.
Auf diese Weise wird vorteilhaft ein erster alternativer Prozessfluss zur
Herstellung des Membranbereichs bereitgestellt. Vorteilhaft muss in diesem Fall die Siliziumschicht nicht strukturiert und wieder verfüllt werden. Dadurch können elektrische Kurzschlüsse vorteilhaft weitestgehend vermieden werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zum Ausbilden des Membranbereichs nach Schritt d) folgende Schritte durchgeführt werden: e2) Bereitstellen eines vorstrukturierten mehrlagigen Wafers, vorzugsweise eines SOI-Wafers;
f2) Verbinden des vorstrukturierten mehrlagigen Wafers mit dem
MEMS-Wafer mittels eines Waferbondverfahrens; g2) Zurückschleifen des vorstrukturierten mehrlagigen Wafers auf
Zieldicke der zweiten Siliziumschicht;
h2) Ausbilden eines Bond-Interfaces auf der zweiten Siliziumschicht; i2) Ausbilden von Durchgangsöffnungen in der zweiten Siliziumschicht zur Definition von elektrischen Kontakten mit dem Membranbereich;
j2) Öffnen der Oxidschicht unterhalb der in Schritt i2) ausgebildeten
Durchgangsöffnungen der zweiten Siliziumschicht; k2) Abscheiden eines Metalls in die in den Schritten i2) und j2)
ausgebildeten Durchgangsöffnungen und Strukturieren des Metalls zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Membranbereich und der zweiten Siliziumschicht;
12) Durchführen eines zweiten Trenchens zur Ausbildung von
MEMS-Strukturelementen in der zweiten Siliziumschicht; und m2) Entfernen von Oxidmaterial unterhalb der in Schritt 12)
ausgebildeten MEMS-Strukturelemente.
Auf diese Weise wird eine weitere vorteilhafte Alternative zum Ausbilden des Membranbereichs bereitgestellt. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass beim
Ausbilden der Ätzgräben im MEMS-Substrat definiert seitlich beabstandet zusätzliche Ätzgräben ausgebildet werden, die definiert schmaler ausgebildet sind als Ätzgräben für den Medienzugang. Auf diese Weise kann ohne
Zusatzaufwand für den Membranbereich eine Stressentkopplung mittels
Entlastungsstegen realisiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der Membranbereich als eine Drucksensormembran ausgebildet wird. Auf diese Weise ist ein nützlicher Anwendungsfall für den Membranbereich realisiert. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der mikromechanische Sensor als mikromechanischer Drucksensor ausgebildet wird. Auf diese Weise kann ein mikromechanischer Drucksensor bereitgestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der mikromechanische Drucksensor als ein Schalldrucksensor für ein Mikrophon ausgebildet wird. Dadurch wird ein nützlicher Anwendungsfall für den
mikromechanischen Drucksensor bereitgestellt.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind insbesondere dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Der besseren Übersichtlichkeit halber kann vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Figuren sämtliche
Bezugszeichen eingezeichnet sind.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch ein mikromechanisches Sensorelement beansprucht werden soll, welches durch ein in dieser Schrift beschriebenes Herstellungsverfahren oder einer Kombination davon hergestellt werden kann.
In den Figuren zeigt:
Fig. 1 -7 einen Prozessfluss zum Erstellen eines Medienzugangs eines mikromechanischen Drucksensors;
Fig. 8 bis 10 einen alternativen Prozessfluss zum Herstellen des
Medienzugangs eines mikromechanischen Drucksensors;
Fig. 1 1 bis 14 einen alternativen Prozessfluss zum Herstellen des
Medienzugangs eines mikromechanischen Drucksensors;
Fig. 15 bis 17 Maßnahmen zur Bereitstellung einer Stressentkopplung für den mikromechanischen Drucksensor; und Fig. 18 einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Drucksensors.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Verfahrens zur Herstellung eines Backside Ports für einen mikromechanischen Sensor, insbesondere eines mikromechanischen Drucksensors, bevorzugt in einem Chip-Scale-Package, besonders bevorzugt als ein vertikal mit einem ASIC integriertes Bauelement. Das vorgeschlagene Verfahren benötigt vorteilhaft kein Gasphasenätzen nach dem Waferbonden. Ferner kann auch das Anlegen eines technisch
anspruchsvollen Side Ports vermieden werden.
Weitere Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens sind beispielsweise:
Auf ein Anlegen von technisch aufwendigen Side Ports kann verzichtet werden.
Ferner ist der empfindliche Membranbereich, der gegenüber Partikeln oder Medienverschleppung bei Reinigungsschritten anfällig sein kann, bis zum Ende des Prozessflusses gegenüber äußeren Störeinflüssen hermetisch geschützt.
Zudem ist die Grundidee des vorgeschlagenen Verfahrens kompatibel mit verschiedenen Herstellungsverfahren für die Drucksensormembran. Hierzu zählen neben rein oberflächenmikromechanischen Verfahren auch alternativ das Bereitstellen der Funktionsschichten durch Waferbonden und Rückschieifen.
Die zu Beginn des vorgeschlagenen Prozesses angelegten Tieftrenches bzw. Ätzgräben können vorteilhaft auch zum Anlegen von Stressentkopplungsgräben verwendet werden. Hierfür wird entweder ein zweistufiger Trenchprozess durchgeführt oder ein einstufiger Trenchprozess, bei dem ARDE-Effekte (engl, aspect ratio dependent etching) ausgenutzt werden. Mit Hilfe der Stressentkopplungsgräben kann vorteilhaft ein Übertragen von mechanischem Stress der Leiterplatte auf die Mechanik verhindert werden, so dass dadurch im Ergebnis ein verbessertes bzw. geringer verfälschtes Sensorsignal erreicht werden kann. Der Prozessfluss eignet sich zur Integration eines kapazitiven Drucksensors mit einem Inertialsensor (Beschleunigungs- und Drehratensensor), um beispielsweise ein 4D- oder ein 7D-Sensorelement zu realisieren.
Die Tieftrenches können zusätzlich in separaten Sensorkavernenbereichen für die Inertialsensoren angelegt werden, entweder als Stressentkopplungsgräben oder als Belüftungskanäle für die Inertialsensoren. Die Belüftungskanäle können genutzt werden, um nach dem Waferbonden die Sensorkavernen zu evakuieren oder mit definierten Gasmengen und -Sorten zu befüllen und/oder ein Anti- Stiction-Coating einzulassen. Belüftungskanäle für die Inertialsensoren können anschließend z.B. über ein Laserreseal-Verfahren verschlossen werden.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 1 bis 5 ein Prozessfluss zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einer prinzipiellen Schnittansicht ein MEMS-Substrat 1 mit einer darauf angeordneten Oxidschicht 2, die beispielsweise durch ein Abscheideverfahren oder durch thermische Oxidation auf dem MEMS-Substrat 1 angeordnet wird.
Nachfolgend wird in der Oxidschicht 2 ein feines Gitter angelegt. Dabei sollte das Gitter ausreichend fein ausgebildet werden, wobei zum Beispiel Löcher des Gitters zumindest in einer Richtung ca. 0,5 μηη groß sind, sodass sie im nachfolgenden Oxidabscheideprozess mit geringen Schichtdicken wieder leicht und sehr topographiearm verschlossen werden können.
Fig. 2 zeigt ein Ergebnis eines nachfolgend ausgeführten Ausbildens von Ätzgräben bzw. Tieftrenchens durch das Oxidgitter hindurch, wobei das
Oxidgitter als eine Maske für den Trenchprozess (z.B. DRIE-Prozess) fungiert. Vorzugsweise werden dabei im MEMS-Substrat 1 tiefe Ätzgräben ausgebildet, vorzugsweise mit Tiefen von ca. 50 μηη bis ca. 400 μηη. Das obere Teilbild von Fig. 2 zeigt eine Ausschnittvergrößerung, in der ein Ausschnitt eines tiefen Ätzgrabens mit einem darauf angeordneten Teil des Oxidgitters erkennbar ist. Danach erfolgt ein Verschließen des Oxidgitters mittels einer Abscheidung von
Oxidmaterial. Die Dicke der Oxidabscheidung ist dabei typischerweise mindestens zweimal größer als die Lochbreite im Oxidgitter. Vorteilhaft erfolgt dadurch ein weitgehend topographiefreies Verschließen des Oxidgitters.
Vorteilhaft liegt dadurch eine„ebene" bzw.„glatte" Oberfläche vor, von der aus man gut definiert weiter prozessieren kann.
Danach erfolgt eine Abscheidung und eine Dotierung einer dünnen ersten
Siliziumschicht 3, bevorzugt mittels eines Niederdruck-CVD-Verfahrens (engl, low pressure chemical vapour deposition) als polykristallines Silizium.
In Fig. 3 erkennt man, dass danach in der ersten Siliziumschicht 3 ein feines Gitter ausgebildet wird.
Danach wird unterhalb des Gitters der ersten Siliziumschicht 3 das Oxidmaterial entfernt, wie in Fig. 4 erkennbar. In Fig. 4 ist ferner erkennbar, dass danach der Verschluss des Gitters der ersten Siliziumschicht 3 durch ein Aufwachsen einer zusätzlichen Siliziumschicht durchgeführt wird, beispielsweise über ein LPCVD-
Verfahren oder über epitaktisches Wachstum.
Auf diese Weise wird ein Membranbereich 3a der ersten Siliziumschicht 3 an der Unterseite freigestellt. Dies ist zu diesem frühen Zeitpunkt sehr nützlich, da andernfalls die Freistellung des Membranbereichs von der Rückseite über
Gasphasenätzen nach dem Aufschleifen des Medienzugangs ganz am Ende des Prozessflusses erfolgen müsste. Wie bereits oben geschildert, ist dies allerdings nicht bzw. nur mit hohem Aufwand möglich. Danach erfolgt, wie in Fig. 5 erkennbar, eine Strukturierung der ersten Siliziumschicht 3 seitlich vom Membranbereich 3a. In Fig. 5 ist ferner erkennbar, dass danach ein Aufwachsen, Strukturieren und Freistellen einer zweiten Siliziumschicht 4 durchgeführt wird, sowie ein Abscheiden einer weiteren Schicht zur Realisierung eines Bondinterfaces 5 für ein nachfolgendes Waferbonden mit einem zweiten Wafer (nicht dargestellt).
Auf eine Darstellung von näheren Details der Prozessführung wird hier verzichtet, da es sich dabei um bekannte Standardverfahren der Oberflächen- mikromechanik handelt. Zur Verdeutlichung des nachfolgenden Vorbereitens des MEMS-Wafers 10 zum Waferbonden ist die gesamte Anordnung in Fig. 5 um 180
Grad verdreht dargestellt. Ein Kappenwafer 20 und der MEMS-Wafer 10 werden nachfolgend zum Zwecke eines passgenauen Waferbondens gegeneinander justiert. In Fig. 6 ist erkennbar, dass der Kappenwafer 20, vorzugsweise ein ASIC-Wafer mit einem ASIC-Substrat 21 , vorangelegten elektrischen Durchkontaktierungen bzw. TSVs
24, Transistorschaltungen 23 und Schaltstrukturen 22 mit dem MEMS-Wafer 10 gebondet wird. Beim Waferbondverfahren handelt es sich vorzugsweise um ein metallisches Bondverfahren, da über ein derartiges Bondverfahren nicht nur eine Dichtheit der Sensorkaverne um den Membranbereich herum sichergestellt werden soll, sondern auch die elektrischen Chip-to-Chip-Kontakte zwischen
MEMS-Wafer 10 und ASIC-Wafer 20. Beispiele für geeignete metallische Bondverfahren sind Al-Ge, Au-Si, Cu-Sn, AI-AI, Cu-Cu, Au-Au.
In Fig. 7 ist erkennbar, dass danach ein Freilegen der elektrischen Durch- kontaktierungen 24 durch ein Rückschieifen des ASIC-Wafers 20 sowie ein
Aufbringen und Strukturieren von Passivierungen 25, Kontaktieren der elektrischen Durchkontaktierungen 24 über wenigstens eine Verdrahtungsebene (redistribution layer, RDL) durchgeführt wird. Dies erfolgt gegebenenfalls unter Verwendung von under bump metallization (UBM) sowie von Lötbällen 26 zur externen elektrischen Kontaktierung des Bauelements auf einer Applikationsleiterplatte (nicht dargestellt).
Erst am Ende des Prozessflusses wird, wie in Fig. 7 erkennbar, ein Medienzugang 6 zum Membranbereich 3a der ersten Siliziumschicht 3 durch einen Schleif prozess auf der Rückseite des MEMS-Wafers 10 geschaffen.
Anschließend folgen noch einige Standardprozessschritte, wie z.B. Laser Marking und Vereinzeln der Bauelemente durch einen Sägeprozess. Im beschriebenen Prozessfluss der Figuren 1 bis 7 wurden somit sämtliche
MEMS-Strukturen durch oberflächenmikromechanische Verfahren definiert.
Alternative Verfahren zur Herstellung der MEMS-Funktionsschichten
(Membranschicht und zweite Silizium-Schicht 4) sind jedoch ebenso möglich, ohne den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung, d.h. Voranlegen eines vergrabenen Medienzugangs mit nachträglichem Aufschleifen des Medienzugangs 6 abzuändern.
Ein erster alternativer Prozessfluss, der ein zusätzliches Waferbonden vorsieht, wird im Folgenden näher beschrieben.
Der Prozess beginnt wie oben anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben. Danach wird, wie in Fig. 8 angedeutet, das Oxidmaterial der Oxidschicht 2 im zukünftigen Membranbereich entfernt.
Danach wird, wie in Fig. 9 erkennbar, ein Siliziumfunktionswafer 30 über ein Fusionsbondverfahren oder ein Direktbondverfahren mit dem MEMS-Substrat 1 gebondet.
Danach wird der Siliziumfunktionswafer 30 auf die Zieldicke der Membranschicht abgedünnt, beispielsweise mittels Rückschieifen und chemisch-mechanischem Polieren (engl, chemical mechanical polishing, CMP), wie in Fig. 10 prinzipiell erkennbar. Danach wird, wie in Fig. 10 ferner erkennbar, der aus dem
Siliziumfunktionswafer 30 hervorgegangene Membranbereich 3a der ersten Siliziumschicht 3 seitlich beabstandet vom Membranbereich strukturiert, optional zusätzlich auch die Oxidschicht 2.
Der nachfolgende Prozess des Fertigstellens des Bauelements kann jetzt analog zu den in den Figuren 5 bis 7 erläuterten Prozessschritten durchgeführt werden.
Vorteile dieses ersten alternativen Prozessflusses gegenüber dem vorgehend beschriebenen Prozessfluss sind beispielsweise:
Der Membranbereich 3a ist in diesem Fall einkristallin und daher in seinen physikalischen Eigenschaften besonders gut definiert. Ferner ist die Freistellung des Membranbereichs an der Unterseite, also der den tiefen Ätzgräben bzw. Tieftrenches des MEMS-Substrats 1 zugewandten Seite, vereinfacht.
Es kann hier allerdings nicht ohne weitere Maßnahmen ein Substratkontakt im MEMS-Substrat 1 angelegt werden, was im Ergebnis bedeutet, dass das MEMS- Substrat 1 elektrisch floaten wird. Drucksensormembranen sind im Allgemeinen recht dünn, beispielsweise < 10 μηη, oftmals noch deutlich weniger, damit sie eine hohe mechanische
Empfindlichkeit aufweisen. Beim Rückschieifen des dicken Siliziumsubstrat- wafers 30 resultieren naturgemäß recht hohe Prozesstoleranzen in der Dicke der Membranschicht.
Ein weiterer alternativer Prozessfluss, bei dem oberflächenmikromechanische Verfahren von noch geringerer Bedeutung als im zweiten alternativen
Prozessfluss sind, wird im Folgenden skizziert. Ausgangspunkt ist auch hier wiederum die Struktur, wie sie oben bei den Figuren 1 und 2 beschrieben ist.
In Fig. 1 1 ist angedeutet, dass ein vorstrukturierter mehrlagiger Wafer, bevorzugt ein SOI-Wafer mit einer zweiten Siliziumschicht 4, einer Oxidschicht 2 und einer ersten Siliziumschicht 3 bereitgestellt wird, wobei in der dünnen ersten
Siliziumschicht 3 der spätere Membranbereich für einen Drucksensor ausgebildet wird.
Der vorstrukturierte SOI-Wafer wird anschließend mit dem strukturierten MEMS- Substrat 1 und der darauf angeordneten Oxidschicht 2 über ein Fusions- oder Direktbondverfahren verbunden.
Danach wird, wie in Fig. 12 erkennbar, der SOI-Wafer von der Rückseite auf Zieldicke der zweiten Siliziumschicht 4 zurückgeschliffen. In Fig. 12 ist ferner erkennbar, dass danach auf der zweiten Siliziumschicht 4 das Bondinterface 5 zum Kappen- bzw. ASIC-Wafer 20 ausgebildet wird.
Danach erfolgt ein erstes Trenchen der zweiten Siliziumschicht 4 zur Definition von elektrischen Kontakten zur Membranebene.
Danach wird das Oxidmaterial in den Trenchgräben geöffnet, anschließend erfolgt in den daraus resultierenden Gräben eine Metallabscheidung (z.B.
Wolfram) und eine Strukturierung des Metalls 7 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Membranschicht und der zweiten Siliziumschicht 4.
Fig. 13 zeigt, dass zur Definition weiterer MEMS-Strukturelemente ein zweites Trenchen der zweiten Siliziumschicht 4 durchgeführt wurde. Hierbei werden insbesondere auch Zugangskanäle in der zweiten Siliziumschicht 4 für einen nachfolgenden Gasphasenätzschritt hergestellt.
Aus Fig. 14 ist erkennbar, dass der Membranbereich 3a der ersten Siliziumschicht 3 an der Oberseite über einen mit gasförmigem HF durchgeführten Gasphasenätzprozess freigestellt wurde. Der Zustand der Struktur ähnelt nun stark jener von Fig. 5, sodass der weitere Prozessfluss analog zu den
Prozessschritten der Figuren 5 bis 7 erfolgen kann.
Eine nützliche Erweiterung der vorgeschlagenen Prozessflüsse besteht im Anlegen zusätzlicher Trenchgräben, die neben dem Medienzugang für den Drucksensor weitere Funktionen erfüllen.
Fig. 15 zeigt eine Anordnung, bei der seitlich beabstandet vom Membranbereich weitere Trenches bzw. Ätzgräben im MEMS-Substrat 1 ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind diese weiteren Ätzgräben schmaler ausgeführt als jene für den Medienzugang 6. Da der Trenchprozess in breiten Gräben aufgrund des ARDE-Effekts schneller voranschreitet als in schmalen Gräben, können durch geeignete Wahl der Grabenbreiten bei gleicher Ätzdauer unterschiedlich tiefe Ätzgräben realisiert werden. In diesem Fall sind die weiteren Ätzgräben als Stressentkopplungsgräben vorgesehen.
In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 16 eine Draufsicht längs einer Schnittlinie C-D von Fig. 17 und Fig. 17 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie A-B der Fig. 16 durch das fertig prozessierte Bauelement. Wie in Fig. 16 zu erkennen ist, ist im MEMS-Substrat 1 umlaufend um den Membranbereich mit den Ätzgräben ein schmaler geschlossener Graben als Stressentkopplungsgräben ausgebildet.
Alternativ kann der Stressentkopplungsgräben auch an mindestens einer Stelle nicht geschlossen sein, da von mindestens einer Seite eine elektrische
Kontaktierung des Membranbereichs erfolgen muss (nicht dargestellt). Die Zuführung der elektrischen Leitung erfolgt in diesem Fall über einen Federsteg, der eine recht hohe Nachgiebigkeit aufweist, um eine möglichst gute
Stressentkopplung sicherzustellen. Hier sind auch andere Stegformen, zum Beispiel als Mehrfachmäander denkbar, oder es ist möglich, an verschiedenen Membranseiten (zum Beispiel oben und unten) jeweils einen Federsteg anzuordnen. Die Grundidee der Stressentkopplungsgräben ist aus DE 10 2014 210 945 A1 bekannt. Beim finalen Rückschieifen des MEMS-Substrats 1 des MEMS-Wafers 10 werden die Kanäle für den Medienzugang 6 aufgeschliffen, während die weniger tiefen Gräben für die Stressentkopplung nicht aufgeschliffen werden. Das entsprechende Resultat ist in Fig. 17 erkennbar. Anstelle der ARDE-Effekte und der damit verbundenen Limitierung betreffend die zulässigen Grabenbreiten kann zur Herstellung von Medienzugangskanälen und Stressentkopplungsgräben auch ein mehrstufiger Trenchprozess durchgeführt werden, bei dem zunächst nur die Tieftrenches für den Medienzugang bis zu einer gewissen Tiefe erfolgen. In einem weiteren Trenchschritt werden gleich- zeitig die Stressentkopplungsgräben angelegt und die Tieftrenches für den
Medienzugang auf Zielwert geätzt.
Die vorgestellten Prozessflüsse sind sämtlich zur gleichzeitigen Herstellung von Drucksensoren und Inertialsensoren geeignet. Damit können beispielsweise 4D- Elemente (3D-Beschleunigung und Druck), TPMS-Sensoren (1 -2 D
Beschleunigung und Druck), 7D-Elemente (3D-Beschleunigung und 3D-Drehrate und Druck) hergestellt werden. Die Drucksensoren können dabei vorteilhaft als Schalldrucksensoren für Mikrophone vorgesehen sein. Vorteilhaft kann das vorgeschlagene Verfahren auch zum Bereitstellen eines geeigneten Kaverneninnendrucks verwendet werden. Zu diesem Zweck ist zusätzlich vorgesehen, dass ein vergrabener Medienzugang für einen Drucksensor angelegt wird und, davon seitlich beabstandet, zusätzlich wenigstens ein vergrabener Belüftungskanal für einen weiteren Sensor angelegt wird, zum Beispiel ein Beschleunigungs- oder Drehratensensor.
Danach erfolgt ein Anordnen eines Drucksensorelements im Bereich des vergrabenen Medienzugangs und eines weiteren Sensorelements im Bereich des vergrabenen Lüftungskanals, zum Beispiel eines Beschleunigungs- oder Drehratensensors. Der Drucksensor und der weitere Sensor werden dabei in getrennten Kavernen angeordnet. Die Kavernen sind dabei durch einen
Bondsteg, der im Innern des Chips verläuft, voneinander hermetisch getrennt.
Danach erfolgt ein Aufschleifen des Medienzugangs für den Drucksensor und gleichzeitig des Belüftungskanals für den weiteren Sensor.
Danach erfolgt ein Evakuieren bzw. Einstellen eines gewünschten Innendrucks für den weiteren Sensor, eventuell zusätzlich ein Einlassen von Anti-Haftmaterial (ASC-Material) für einen Beschleunigungssensor und ein Verschließen des Belüftungskanals für den weiteren Sensor bei einem definierten Gasdruck, wobei zum Beispiel ein hoher Innendruck für einen Beschleunigungssensor und ein niedriger Innendruck für einen Drehratensensor vorgesehen ist. Das Verschließen erfolgt besonders bevorzugt mithilfe eines Laserreseal-Verfahrens, wie es z.B. aus DE 10 2014 202 801 A1 bekannt ist. Die oben genannten optionalen zusätzlichen Schritte sind in Figuren nicht dargestellt.
Vorteilhaft ist es auch möglich, die weiteren Sensoren, wie Beschleunigungs- und Drehratensensoren mit umlaufenden Stressentkopplungsgräben gemäß Fig. 16 und Fig. 17 auszustatten, bzw. Stressentkopplungsgräben und Belüftungskanäle für die weiteren Sensoren zu kombinieren.
Fig. 18 zeigt einen prinzipiellen Ablauf des vorgeschlagenen Verfahrens: In einem Schritt 200 wird ein MEMS-Wafer 10 mit einem MEMS-Substrat 1 bereitgestellt, wobei im MEMS-Substrat 1 in einem Membranbereich eine definierte Anzahl von Ätzgräben ausgebildet wird, wobei der Membranbereich in einer ersten Siliziumschicht 3, die definiert beabstandet vom MEMS-Substrat 1 angeordnet ist, ausgebildet wird.
In einem Schritt 210 wird ein Kappenwafer 20 bereitgestellt.
In einem Schritt 220 wird ein Bonden des MEMS-Wafers 10 mit dem
Kappenwafer 20 durchgeführt. Schließlich wird in einem Schritt 230 ein Medienzugang 6 zum Membranbereich durch Aufschleifen des MEMS-Substrats 1 ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch freilegen der Ätzkanäle 6 erfolgen. Obwohl die Erfindung vorgehend anhand von konkreten Anwendungsbeispielen beschrieben worden ist, kann der Fachmann vorgehend auch nicht oder nur teilweise offenbarte Ausführungsformen realisieren, ohne vom Kern der
Erfindung abzuweichen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Sensors (100),
aufweisend die Schritte:
- Bereitstellen eines MEMS-Wafers (10) mit einem MEMS-Substrat (1 ), wobei im MEMS-Substrat (1 ) in einem Membranbereich (3a) eine definierte Anzahl von
Ätzgräben ausgebildet wird, wobei der Membranbereich in einer ersten Siliziumschicht (3), die definiert beabstandet vom MEMS-Substrat (1 ) angeordnet ist, ausgebildet wird;
Bereitstellen eines Kappenwafers (20);
- Bonden des MEMS-Wafers (10) mit dem Kappenwafer (20); und
- Ausbilden eines Medienzugangs (6) zum Membranbereich (3a) durch Aufschleifen des MEMS-Substrats (1 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei beim Ausbilden des Membranbereichs
(3a) folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Aufbringen einer Oxidschicht (2) auf das MEMS-Substrat (1 );
b) Ausbilden von Durchgangsöffnungen in der Oxidschicht (2);
c) Ausbilden von Ätzgräben im Membranbereich des MEMS-Substrats
(1 ) durch die Durchgangsöffnungen der Oxidschicht (2) hindurch;
d) Verschließen der Durchgangsöffnungen der Oxidschicht (2) mit
Oxidmaterial;
e) Aufbringen einer ersten Siliziumschicht (3) auf die Oxidschicht (2);
f) Ausbilden von Durchgangsöffnungen im Membranbereich der ersten
Siliziumschicht (3);
g) Entfernen der Oxidschicht (2) unterhalb der Durchgangsöffnungen im
Membranbereich der ersten Siliziumschicht (3); und
h) Im Wesentlichen topographiefreies Verschließen der Durchgangsöffnungen des Membranbereichs der ersten Siliziumschicht (3).
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei beim Ausbilden des Membranbereichs
(3a) nach Schritt d) folgende Schritte durchgeführt werden: e1 ) Entfernen des Oxidmaterials der Oxidschicht (2) im Bereich des
Membranbereichs;
f1 ) Bonden eines Silizium-Funktionswafers (30) mit dem MEMS-Wafer (10); und
gl ) Rückschieifen des Silizium-Funktionswafers (30) auf eine definierte
Zieldicke des Membranbereichs.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei zum Ausbilden des Membranbereichs nach Schritt d) folgende Schritte durchgeführt werden:
e2) Bereitstellen eines vorstrukturierten mehrlagigen Wafers,
vorzugsweise eines SOI-Wafers;
f2) Verbinden des vorstrukturierten mehrlagigen Wafers mit dem MEMS-Wafer (10) mittels eines Waferbondverfahrens; g2) Zurückschleifen des vorstrukturierten mehrlagigen Wafers auf Zieldicke der zweiten Siliziumschicht
(4);
h2) Ausbilden eines Bond-Interfaces
(5) auf der zweiten
Siliziumschicht (4);
i2) Ausbilden von Durchgangsöffnungen in der zweiten Siliziumschicht (4) zur Definition von elektrischen Kontakten mit dem Membranbereich;
j2) Öffnen der Oxidschicht (2) unterhalb der in Schritt i2) ausgebildeten Durchgangsöffnungen der zweiten Siliziumschicht (4); k2) Abscheiden eines Metalls in die in den Schritten i2) und j2)
ausgebildeten Durchgangsöffnungen und Strukturieren des Metalls zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Membranbereich und der zweiten Siliziumschicht (4);
12) Durchführen eines zweiten Trenchens zur Ausbildung von
MEMS-Strukturelementen in der zweiten Siliziumschicht (4); und m2) Entfernen von Oxidmaterial unterhalb der in Schritt 12)
ausgebildeten MEMS-Strukturelemente.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ausbilden der Ätzgräben im MEMS-Substrat (1 ) definiert seitlich beabstandet zusätzliche Ätzgräben ausgebildet werden, die definiert schmaler
ausgebildet sind als Ätzgräben für den Medienzugang (6).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Membranbereich (3a) der ersten Siliziumschicht (3) als eine
Drucksensormembran ausgebildet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mikromechanische Sensor (100) als mikromechanischer Drucksensor ausgebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der mikromechanische Drucksensor als ein Schalldrucksensor für ein Mikrophon ausgebildet wird.
9. Mikromechanisches Sensorelement, hergestellt nach einem der
Ansprüche 1 bis 8.
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