Titel

Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung.

Stand der Technik

In der DE 10 2006 055 147 Al ist eine Schallwandlerstruktur offenbart, welche mit einer Membran und mit einer Gegenelektrode derart ausgebildet ist, dass ein Abstand zwischen der Membran und der Gegenelektrode durch Auftreffen von Schallwellen auf der Membran veränderbar ist. An der Gegenelektrode sind Anschlagstrukturen ausgebildet, welche mit einer Siliziumoxidnitridschicht mit geringem Sauerstoffgehalt abgedeckt sind und ein Anhaften der Membran an der Gegenelektrode sowie einen Ladungstransfer zwischen der die Anschlagstrukturen kontaktierenden Membran und der Gegenelektrode verhindern sollen.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5.

Vorteile der Erfindung Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische Bauteile, bei welchen eine Stabilität der mindestens einen Anschlagstruktur ihrer ersten Elektrodenstruktur gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Trotz der verbesserten Stabilität der mindestens einen Anschlagstruktur ist ein Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der ersten Elektrodenstruktur und der zugeordneten zweiten Elektrodenstruktur des gleichen mikromechanischen Bauteils verlässlich verhindert. Die mittels der vorliegenden Erfindung geschaffenen mikromechanischen Bauteile weisen deshalb eine vorteilhafte lange Lebensdauer auf.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist der mindestens eine Isolierbereich vollständig aus dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material mit jeweils einer elektrischen Leitfähigkeit kleiner als 10' ⁸ S/cm und einem spezifischen Widerstand größer als 10 ⁸ Q-cm gebildet. Das Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur und der damit zusammenwirkenden zweiten Elektrodenstruktur des gleichen mikromechanischen Bauteils muss deshalb selbst im Überlastfall nicht/kaum befürchtet werden.

Beispielsweise kann der mindestens eine Isolierbereich zumindest teilweise aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid, Siliziumcarbid, undotiertem Silizium und/oder undotiertem Germanium, Germaniumoxid, Germaniumnitrid, Germaniumoxidnitrid, Germaniumcarbid, Aluminiumoxid und/oder ein weiteres Metalloxid als dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Somit können herkömmlicherweise bereits häufig in der Halbleitertechnologie verwendete Materialien als das mindestens eine elektrisch isolierende Material vorteilhaft eingesetzt werden. Dies erleichtert eine Hersteilbarkeit des mikromechanischen Bauteils und trägt zur Reduzierung seiner Herstellungskosten bei.

Insbesondere kann der mindestens eine Isolierbereich jeweils derart geformt sein, dass der jeweilige Isolierbereich eine Kernstruktur aus mindestens einem elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material zumindest teilweise umgibt. Durch die Wahl des Materials des mindestens einen Isolierbereichs kann der mindestens eine Isolierbereich außer seiner elektrisch isolierenden Funktion noch eine zusätzliche Funktion, wie beispielsweise als Ätzstoppschicht, erfüllen. Durch die Wahl des mindestens einen isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Materials der Kernstruktur kann die Kernstruktur noch eine zusätzliche Funktion, wie beispielsweise als Ätzstoppschicht und/oder Leiterbahnschicht, erfüllen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden die folgenden Teilschritte ausgeführt: Bilden der zweiten Elektrodenstruktur, Abscheiden zumindest einer Opfermaterialschicht auf einer später zu der ersten Elektrodenstruktur ausgerichteten Seite der zweiten Elektrodenstruktur, Abscheiden mindestens eines elektrisch leitfähigen Materials der späteren ersten Elektrodenstruktur auf der Opfermaterialschicht, Strukturieren mindestens einer Aussparung durch das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der späteren ersten Elektrodenstruktur, welche sich jeweils bis in die Opfermaterialschicht erstreckt, und Ausbilden der mindestens einen Anschlagstruktur und des mindestens einen Isolierbereichs an der ersten Elektrodenstruktur durch Abscheiden des mindestens einen elektrisch isolierenden Materials in der mindestens einen Aussparung, wodurch die mindestens eine Anschlagstruktur als je ein an der Elektrodenfläche hervorstehender Überstand des mindestens einen Isolierbereichs ausgebildet wird. Die hier beschriebenen Teilschritte sind mittels herkömmlicherweise bereits häufig in der Halbleitertechnologie verwendeter Prozesse ausführbar. Ein Ausführen der hier beschriebenen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ermöglicht somit die Produktion von mindestens einem mikromechanischen Bauteil zu vergleichsweise geringen Herstellungskosten. Außerdem sind die hier genannten Teilschritte leicht auf Waferlevel ausführbar.

Insbesondere kann zuerst das mindestens eine elektrisch isolierende Material der mindestens einen Anschlagstruktur und des mindestens einen Isolierbereichs in der mindestens einen Aussparung und auf zumindest einer Teilfläche der Gegenfläche der ersten Elektrodenstruktur abgeschieden werden und dann jeweils ein Restvolumen der mindestens einen Aussparung mit mindestens einem elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material mindestens einer Kernstruktur aufgefüllt werden, wobei zusätzlich das die zumindest eine Teilfläche der Gegenfläche abdeckende mindestens eine elektrisch isolierende Material der mindestens einen Anschlagstruktur und des mindestens einen Isolierbereichs mit dem mindestens einen zweiten elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material der mindestens einen Kernstruktur abgedeckt wird. Das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der mindestens einen Kernstruktur kann z.B. Silizium, dotiertes Silizium, Siliziumcarbid, dotiertes Siliziumcarbid, Germanium, dotiertes Germanium, ein Metall, ein Metallsilizid, ein Metallnitrid und/oder ein Metalloxid, wie z.B. Indiumzinnoxid (ITO), sein. In diesem Fall weist nicht nur die mindestens eine Anschlagstruktur eine vorteilhafte Stabilität auf, sondern die gesamte erste Elektrodenstruktur wird durch Ausbildung der mindestens einen Kernstruktur zusätzlich stabilisiert.

Alternativ kann auch die mindestens eine Aussparung zuerst vollständig mit dem mindestens einem elektrisch isolierenden Material der mindestens einen Anschlagstruktur und des mindestens einen Isolierbereichs aufgefüllt werden, welches zusätzlich auf zumindest einer Teilfläche der Gegenfläche der ersten Elektrodenstruktur abgeschieden wird, und dann kann mindestens ein elektrisch isolierendes und/oder elektrisch leitfähiges Material derart abgeschieden werden, dass das die zumindest eine Teilfläche der Gegenfläche abdeckende mindestens eine elektrisch isolierende Material der mindestens einen Anschlagstruktur und des mindestens einen Isolierbereichs mit dem mindestens einen zweiten elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material abgedeckt wird. Auch auf diese Weise ist eine zusätzliche Stabilisierung der ersten Elektrodenstruktur bewirkbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden die folgenden Teilschritte ausgeführt: Bilden der zweiten Elektrodenstruktur, Abscheiden zumindest einer Opfermaterialschicht auf einer später zu der ersten Elektrodenstruktur ausgerichteten Seite der zweiten Elektrodenstruktur, Strukturieren mindestens einer Vertiefung in die Opfermaterialschicht, Abscheiden mindestens eines elektrisch leitfähigen Materials der späteren ersten Elektrodenstruktur auf der Opfermaterialschicht, wodurch die mindestens eine Anschlagstruktur durch Auffüllen der mindestens einen Vertiefung mit dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der späteren ersten Elektrodenstruktur gebildet wird, Strukturieren mindestens eines Trenngrabens, welcher sich jeweils bis zu der Opfermaterialschicht erstreckt, derart durch das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der späteren ersten Elektrodenstruktur, dass mindestens ein mit der mindestens einen Anschlagstruktur bestücktes Teilvolumen aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der späteren ersten Elektrodenstruktur jeweils von dem mindestens einen Trenngraben vollständig umrahmt ist, und Ausbilden des mindestens einen Isolierbereichs an der ersten Elektrodenstruktur durch Abscheiden des mindestens einen elektrisch isolierenden Materials in dem mindestens einen Trenngraben. Auch die hier beschriebenen Teilschritte können mittels standardgemäßer Prozesse der Halbleitertechnologie ausgeführt werden. Eine Herstellung von mikromechanischen Bauteilen zu vergleichsweise geringen Kosten ist deshalb auch durch Ausführen der hier beschriebenen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens möglich. Auch die hier beschriebene Ausführungsform des Herstellungsverfahrens kann auf Waferlevel vorteilhaft ausgeführt werden.

Als vorteilhafte Weiterbildung kann zuerst das mindestens eine elektrisch isolierende Material des mindestens einen Isolierbereichs in dem mindestens einen Trenngraben und auf zumindest einer Teilfläche der Gegenfläche der ersten Elektrodenstruktur abgeschieden werden und dann jeweils ein Restvolumen des mindestens einen Trenngrabens mit mindestens einem elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material mindestens einer Kernstruktur aufgefüllt werden, wobei zusätzlich das die zumindest eine Teilfläche der Gegenfläche abdeckende mindestens elektrisch isolierende Material des mindestens einen Isolierbereichs mit dem mindestens einen elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material der mindestens einen Kernstruktur abgedeckt wird. Auch mittels der hier beschriebenen Weiterbildung ist eine zusätzliche Stabilisierung der ersten Elektrodenstruktur möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;

Fig. 3a bis 3c schematische Querschnitte zum Erläutern einer ersten Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil;

Fig. 4a bis 4c schematische Querschnitte zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens; und

Fig. 5a bis 5c schematische Querschnitte zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil weist eine erste Elektrodenstruktur 10 und eine zweite Elektrodenstruktur 12 auf. Die erste Elektrodenstruktur 10 und die zweite Elektrodenstruktur 12 sind derart zueinander angeordnet, dass eine Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 zu der zweiten Elektrodenstruktur 12 ausgerichtet ist. Insbesondere kann die zweite Elektrodenstruktur 12 in einer senkrecht zu der Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 ausgerichteten Richtung in Bezug zu der ersten Elektrodenstruktur 10 angeordnet sein. Man kann dies als eine parallele Anordnung der zweiten Elektrodenstruktur 12 zu der ersten Elektrodenstruktur 10 bezeichnen. Außerdem sind die erste Elektrodenstruktur 10 und/oder die zweite Elektrodenstruktur 12 derart verstellbar und/oder verwölbbar angeordnet/ausgebildet, dass ein Abstand zwischen der Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 und der zweiten Elektrodenstruktur 12 variierbar ist. Das Verstellen/Verwölben der ersten Elektrodenstruktur 10 und/oder der zweiten Elektrodenstruktur 12 derart, dass der Abstand zwischen der Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 und der zweiten Elektrodenstruktur 12 variiert ist/wird , kann beispielsweise mittels einer zwischen den beiden Elektrodenstruktur 10 und 12 angelegten Spannung und/oder aufgrund einer auf mindestens eine der Elektrodenstrukturen 10 und 12 einwirkenden externen Kraft, wie insbesondere einer Druckkraft oder einer Beschleunigungskraft, ausgelöst sein.

Zumindest eine Teilstruktur 10b der ersten Elektrodenstruktur 10 ist vollständig aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material gebildet. Die Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 und eine von der Elektrodenfläche 10a weg gerichtete Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 sind Außenflächen der Teilstruktur 10b aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material. Das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der ersten Elektrodenstruktur 10/ihrer Teilstruktur 10b kann beispielsweise mindestens ein Halbleitermaterial und/oder mindestens ein Metall, insbesondere mindestens ein Metallsilizid und/oder mindestens ein Metallnitrid und/oder mindestens ein Metallcarbid und/oder mindestens ein Metalloxid, wie z.B. ITO, sein. Bevorzugter Weise ist das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der ersten Elektrodenstruktur 10/ihrer Teilstruktur 10b Silizium/Polysilizium, insbesondere dotiertes Silizium/Polysilizium. Auch die zweite Elektrodenstruktur 12 kann zumindest teilweise aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der ersten Elektrodenstruktur 10/ihrer Teilstruktur 10b und/oder aus mindestens einem weiteren elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Vorzugsweise ist auch die zweite Elektrodenstruktur 12 zumindest teilweise aus Silizium/Polysilizium, insbesondere dotiertem Silizium/Polysilizium.

An der ersten Elektrodenstruktur 10 ist mindestens eine an der Elektrodenfläche 10a in Richtung zu der zweiten Elektrodenstruktur 12 hervorstehende Anschlagstruktur/Noppenstruktur 14 derart ausgebildet, dass bei einem mechanischen Kontakt der mindestens einen Anschlagstruktur 14 mit der zweiten Elektrodenstruktur 12 ein Ladungstransfer zwischen der ersten Elektrodenstruktur 10 und der zweiten Elektrodenstruktur 12 (selbst bei einer zwischen den beiden Elektrodenstruktur 10 und 12 anliegenden Spannung ungleich Null) unterbunden ist. Dazu umfasst die erste Elektrodenstruktur 10 mindestens einen Isolierbereich 16 aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material, welcher sich jeweils zumindest von der Elektrodenfläche 10a bis zumindest zu der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 erstreckt, wobei die mindestens eine Anschlagstruktur 14 als je ein an der Elektrodenfläche 10a in Richtung zu der zweiten Elektrodenstruktur 12 hervorstehender Überstand 16a des mindestens einen Isolierbereich 16 ausgebildet ist. Die Ausbildung der mindestens einen Anschlagstruktur 14 als je ein Überstand 16a des mindestens einen sich von der jeweiligen Anschlagstruktur 14 bis zumindest zu der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 erstreckenden Isolierbereichs 16 bewirkt eine verbesserte „Verankerung“ der mindestens einen Anschlagstruktur 14 an der ersten Elektrodenstruktur 10/ihrer Teilstruktur 10b aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material. Bei dem in Fig. 1 schematisch wiedergegebenen mikromechanischen Bauteil ist somit eine Stabilität seiner mindestens einen Anschlagstruktur 14 deutlich verbessert. Weiter bewirkt die Ausbildung der mindestens einen Anschlagstruktur 14 als je ein Überstand 16a des mindestens einen sich von der jeweiligen Anschlagstruktur 14 bis zumindest zu der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 erstreckenden Isolierbereichs 16 einen topografiefreien / gleichmäßig dicken Bereich zwischen der ersten Elektrodenstruktur 10 und der zweiten Elektrodenstruktur 12 im Bereich der mindestens einen Anschlagstruktur 14 ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen CMP Schritts. Ein Flächenabstand Aioa-ioc zwischen der Elektrodenfläche 10a und der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 kann beliebig gewählt sein.

Unter der Teilstruktur 10b aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material kann insbesondere eine „Gerüststruktur“ verstanden werden, welche die mindestens eine Anschlagstruktur 14 aus dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material jeweils umrahmt. Eine maximale Ausdehnung der Teilstruktur 10b aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material senkrecht zu der Elektrodenfläche 10a ist vorzugsweise größer-gleich 75% der maximalen Ausdehnung der zweiten Elektrodenstruktur 12 senkrecht zu der Elektrodenfläche 10a, speziell größer-gleich der maximalen Ausdehnung der zweiten Elektrodenstruktur 12 senkrecht zu der Elektrodenfläche 10a. Dies gewährleistet eine gute Wechselwirkung zwischen der ersten Elektrodenstruktur 10 und der zweiten Elektrodenstruktur 12.

Die mechanische Kontaktfläche der jeweiligen Anschlagstruktur 14 mit der zweiten Elektrodenstruktur 12 kann beliebig über eine entsprechende Designauslegung gewählt werden. Die mechanische Kontaktfläche lässt sich damit so auslegen, dass eine gute Kraftverteilung der von der zweiten Elektrodenstruktur 12 auf die Anschlagstruktur 14 ausgeübten Kraft gewährleistet ist. Auch dies trägt zur Verbesserung einer Stabilität der mindestens einen Anschlagstruktur 14 an der ersten Elektrodenstruktur 10/ihrer Teilstruktur 10b aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material bei.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Isolierbereich 16 vollständig aus dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material mit jeweils einer elektrischen Leitfähigkeit kleiner als 10' ⁸ S/cm bzw. einem spezifischen Widerstand größer als 10 ⁸ Q-cm gebildet. Beispielsweise kann der mindestens eine Isolierbereich 16 zumindest teilweise aus Siliziumnitrid, speziell siliziumreichen Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid, Siliziumcarbid, undotiertem Silizium, undotiertem Germanium, Germaniumoxid, Germaniumoxidnitrid, Germaniumnitrid Germaniumcarbid und/oder einem Metalloxid, wie insbesondere Aluminiumoxid, als dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Die hier genannten Materialien sind jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.

In dem Beispiel der Fig. 1 weist der mindestens eine Isolierbereich 16 jeweils eine Isolierschicht 18 aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material auf, welche jeweils eine Kernstruktur 20 aus mindestens einem elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material umgibt. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien für die Isolierschicht 18 und der umgebenen Kernstruktur 20 kann eine Herstellung des mikromechanischen Bauteils erleichtert werden, wie unten noch ausgeführt ist. Vorzugsweise ist die Isolierschicht 18 aus siliziumreichen Siliziumnitrid, während die Kernstruktur 20 aus Siliziumdioxid und/oder Silizium besteht. Außerdem ist in der Ausführungsform der Fig. 1 eine parallel zu der Elektrodenfläche 10a ausgerichtete Mindestbreite bi6 des mindestens einen Isolierbereichs 16 größer als eine doppelte Dicke der Isolierschicht 18.

Optionaler Weise ist die Isolierschicht 18 zusätzlich auf zumindest einer Teilfläche der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 abgeschieden, während die Kernstruktur 20 auch die die zumindest eine Teilfläche der Gegenfläche 10c abdeckende Isolierschicht 18 und evtl, noch mindestens eine von der Isolierschicht 18 freiliegende Restfläche der Gegenfläche 10c abdeckt. Durch die Abdeckung der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 zumindest teilflächig mittels der Isolierschicht 18 und dem Material der Kernstruktur 20 wird eine zusätzliche „Verankerung“ der Anschlagstruktur 14 an der ersten Elektrodenstruktur 10 bewirkt. Auch dies kann zur Verbesserung der Stabilität der zumindest einen Anschlagstruktur 14 an der ersten Elektrodenstruktur 10/ihrer Teilstruktur 10b aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material beitragen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.

Das in Fig. 2 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform darin, dass die Mindestbreite bi6 des mindestens einen Isolierbereichs 16 kleiner-gleich einer doppelten Schichtdickte der Isolierschicht 18 aus dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material ist. Deshalb ist der mindestens eine Isolierbereich 16 (vollständig) aus dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material der Isolierschicht 18 gebildet, wobei das mindestens eine elektrisch isolierende Material der Isolierschicht 18 zusätzlich auf zumindest einer Teilfläche der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 abgeschieden ist. Mittels eines nach der Abscheidung der Isolierschicht 18 durchgeführten (optionalen) CMP Schritts kann die Oberfläche der Isolierschicht 18 planarisiert und die gewünschte Schichtdicke der Isolierschicht 18 auf der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 eingestellt werden. Das die zumindest eine Teilfläche der Gegenfläche 10c abdeckende mindestens eine elektrisch isolierende Material der Isolierschicht 18 und evtl, noch mindestens eine von der Isolierschicht 18 freiliegende Restfläche der Gegenfläche 10c sind optionaler Weise noch mit mindestens einem elektrisch isolierenden und/oder einem elektrisch leitfähigem Material der Kernstruktur 20 abgedeckt. Auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist die mindestens eine Anschlagstruktur 14 somit auch an der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 „verankert“. Deshalb weist auch bei der Ausführungsform der Fig. 2 die mindestens eine Anschlagstruktur 14 eine gute Stabilität auf.

Bezüglich weiterer Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 2 und ihrer Vorteile wird auf die zuvor beschriebene Ausführungsform der Fig. 1 verwiesen.

Fig. 3a bis 3c zeigen schematische Querschnitte zum Erläutern einer ersten Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.

Bei einem Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens werden eine erste Elektrodenstruktur 10 und eine zweite Elektrodenstruktur 12 derart zueinander angeordnet, dass eine Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 parallel zu der zweiten Elektrodenstruktur 12 und der zweiten Elektrodenstruktur 12 gegenüber liegt. In dem Beispiel der Fig. 3a bis 3c wird dazu zuerst die zweite Elektrodenstruktur 12 gebildet. Insbesondere wird die zweite Elektrodenstruktur 12 auf einem (nicht dargestellten) Substrat und/oder auf mindestens einer das Substrat abdeckenden (nicht skizzierten) Zwischenschicht angeordnet. Die zweite Elektrodenstruktur 12 kann aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. mindestens einem Halbleitermaterial, mindestens einem Metall, mindestens einem Metallsilizid, mindestens einem Metallnitrid, mindestens einem Metallcarbid und/oder mindestens ein Metalloxid, wie z.B. ITO, hergestellt werden. Vorzugsweise wird die zweite Elektrodenstruktur 12 aus (dotiertem) Polysilizium gebildet, beispielsweise indem die zweite Elektrodenstruktur 12 aus einer (zuvor oder danach dotierten) Polysiliziumschicht herausstrukturiert wird. Anschließend wird zumindest eine Opfermaterialschicht 30 auf einer später zu der ersten Elektrodenstruktur 10 ausgerichteten Seite der zweiten Elektrodenstruktur 12 abgeschieden. Die Opfermaterialschicht 30 kann beispielsweise aus Siliziumdioxid sein.

Danach wird mindestens ein elektrisch leitfähiges Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 auf der Opfermaterialschicht 30 abgeschieden. Als das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 können beispielsweise mindestens ein Halbleitermaterial, mindestens einem Metall, mindestens einem Metallsilizid, mindestens einem Metallnitrid, mindestens ein Metallcarbid und/oder mindestens ein Metalloxid, wie z.B. ITO, abgeschieden werden. Bevorzugter Weise wird die erste Elektrodenstruktur 10 aus (dotiertem) Polysilizium gebildet, beispielsweise indem die erste Elektrodenstruktur 10 auf der Opfermaterialschicht 30 aus einer (zuvor oder danach dotierten) abgeschieden Polysiliziumschicht herausstrukturiert wird.

Bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren wird mindestens eine an der Elektrodenfläche 10a in Richtung zu der zweiten Elektrodenstruktur 12 hervorstehende Anschlagstruktur 14 an der ersten Elektrodenstruktur 10 derart ausgebildet, dass bei einem mechanischen Kontakt der mindestens einen Anschlagstruktur 14 mit der zweiten Elektrodenstruktur 12 ein Ladungstransfer zwischen der ersten Elektrodenstruktur 10 und der zweiten Elektrodenstruktur 12 unterbunden ist. Deshalb wird nur eine Teilstruktur 10b der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 vollständig aus ihrem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material gebildet, indem mittels mindestens einer Aussparung 32 durch das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 die Teilstruktur 10b der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material herausstrukturiert wird. Auf diese Weise werden die Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 und eine von der Elektrodenfläche 10a weg gerichtete Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 als Außenflächen der Teilstruktur 10b und aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Die Herstellung der mindestens einen Anschlagstruktur 14 erfolgt durch Strukturieren mindestens einer Aussparung 32 mittels eines Ätzprozesses, welcher ausgehend von der der Elektrodenfläche 10a weg gerichtete Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 hin zur Opfermaterialschicht 30 erfolgt. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, werden mittels der mindestens einen Aussparung 32 sowohl eine Position als auch eine Form der mindestens einen späteren Anschlagstruktur 14 festgelegt. Die mindestens eine Aussparung 32 wird dabei so ausgebildet, dass sie sich jeweils bis in die Opfermaterialschicht 30 erstreckt. Eine Strukturiertiefe/Ätztiefe der mindestens einen Aussparung 32 in die Opfermaterialschicht 30 legt jeweils eine spätere Höhe h der mindestens einen Anschlagstruktur 14 fest. Fig. 3a zeigt einen schematischen Querschnitt nach dem Strukturieren der mindestens einen Aussparung 32 durch das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 bis in die Opfermaterialschicht 30.

Fig. 3b zeigt ein Ausbilden mindestens eines Isolierbereichs 16 aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material an der ersten Elektrodenstruktur 10 zum Ausbilden der mindestens einen Anschlagstruktur 14. Das Ausbilden des mindestens einen Isolierbereichs 16 an der ersten Elektrodenstruktur 10 erfolgt durch Abscheiden des mindestens einen elektrisch isolierenden Materials in der mindestens einen Aussparung 32. Als das mindestens eine elektrisch isolierende Material können z.B. Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid, Siliziumcarbid, undotiertes Silizium und/oder undotiertes Germanium, Germaniumoxid, Germaniumnitrid, Germaniumoxidnitrid, Germaniumcarbid, Aluminiumoxid und/oder ein weiteres Metalloxid abgeschieden werden. Durch ein vollständiges Auffüllen der zumindest einen Aussparung 32 mit dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material kann sichergestellt werden, dass sich der mindestens eine Isolierbereich 16 jeweils zumindest von der Elektrodenfläche 10a bis zumindest zu der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 erstreckt. Außerdem wird auf diese Weise die mindestens eine Anschlagstruktur 14 als je ein in Richtung zu der zweiten Elektrodenstruktur 12 an der Elektrodenfläche 10 hervorstehender Überstand 16a des mindestens einen Isolierbereich 16 ausgebildet. Wie in Fig. 3b erkennbar ist, legt eine parallel zu der Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 ausgerichtete Mindestbreite der mindestens einen Aussparung 32 jeweils eine parallel zu der Elektrodenfläche 10a ausgerichtete Mindestbreite bi6 des mindestens einen Isolierbereichs 16 fest. In der Ausführungsform der Fig. 3a bis 3c ist die Mindestbreite bi6 der mindestens einen Anschlagstruktur 14 größer als eine doppelte Dicke der Isolierschicht 18. Es bietet sich deshalb an, zuerst eine Isolierschicht 18 aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material in der mindestens einen Aussparung 32 und auf zumindest einer Teilfläche der Gegenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 abzuscheiden, wobei eine senkrecht zu der Elektrodenfläche 10a ausgerichtete Schichtdicke dis der Isolierschicht 18 kleiner als die Mindestbreite bis ist.

Nach dem Einbringen/Abscheiden der Isolierschicht 18 in die mindestens einen Aussparung 32 wird jeweils ein von der Isolierschicht 18 nicht eingenommenes Restvolumen der mindestens einen Aussparung 32 mit mindestens einem elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material einer Kernstruktur 20 aufgefüllt, wobei zusätzlich das die zumindest eine Teilfläche der Gegenfläche 10c abdeckende mindestens eine elektrisch isolierende Material der Isolierschicht 18 und evtl, noch mindestens eine von der Isolierschicht 18 freiliegende Restfläche der Gegenfläche 10c mit dem mindestens einen elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material der Kernstruktur 20 abgedeckt wird. Optionaler Weise kann das mindestens eine elektrisch isolierende und/oder elektrisch leitfähige Material der Kernstruktur 20 anschließend noch mittels eines chemisch-mechanischen Polierschritts planarisiert werden. Das Ergebnis ist in Fig. 3b dargestellt.

Fig. 3c zeigt das fertige mikromechanische Bauteil nach einem zumindest Teilentfernen der Opfermaterialschicht 30. Besteht die Opfermaterialschicht 30 aus Siliziumoxid, kann die Opfermaterialschicht 30 beispielsweise mittels eines Ätzprozesses, wie insbesondere mittels eines Fluorwasserstoffsäure^ F)-haltigen nasschemischen oder gasförmigen Ätzprozesses zumindest teilweise entfernt werden. Um ein unerwünschtes Mitätzen der mindestens einen Anschlagstruktur 14 zu unterbinden, kann ein gegenüber dem zum zumindest Teilentfernen der Opfermaterialschicht 30 genutzten Ätzmedium ätzresistentes Material als das mindestens eine elektrisch isolierende Material der Isolierschicht 18 verwendet werden. Die Isolierschicht 18 kann beispielsweise aus siliziumreichen Siliziumnitrid sein, welches gegenüber einem fluorwasserstoffsäure-haltigen nasschemischen oder gasförmigen Ätzprozess eine hohe Ätzresistenz aufweist. Für die Kernstruktur 20 wird Siliziumdioxid und/oder Silizium als das mindestens eine elektrisch isolierende und/oder elektrisch leitfähige Material bevorzugt.

Es wird hier auch darauf hingewiesen, dass bei einem Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens die erste Elektrodenstruktur 10 und/oder die zweite Elektrodenstruktur 12 derart verstellbar und/oder verwölbbar angeordnet/ausgebildet werden, dass (zumindest nach dem Teilentfernen der Opfermaterialschicht 30) ein Abstand zwischen der Elektrodenfläche 10a der ersten Elektrodenstruktur 10 und der zweiten Elektrodenstruktur 12 variierbar ist. Da jedoch Prozesse zum verstellbaren Anordnen mindestens einer der Elektrodenstrukturen 10 und 12 und zur verwölbbaren Ausbildung mindestens einer der Elektrodenstrukturen 10 und 12 aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht genauer darauf eingegangen.

Fig. 4a bis 4c zeigen schematische Querschnitte zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.

Fig. 4a zeigt einen schematischen Querschnitt nach dem Strukturieren der mindestens einen Aussparung 32 durch einen Schichtaufbau aus der zweiten Elektrodenstruktur 12, der Opfermaterialschicht 30 und dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10. Die zum Produzieren des in Fig. 4a gezeigten Zwischenprodukts ausgeführten Verfahrensschritte sind bereits oben in Bezug auf die Fig. 3a erläutert.

Bei dem mittels der Fig. 4a bis 4c schematisch dargestellten Herstellungsverfahren wird der mindestens eine Isolierbereich 16 mit einer Mindestbreite bi6 kleiner-gleich einer doppelten Schichtdickte dis der Isolierschicht 18 aus dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material gebildet. Deshalb wird die mindestens eine Aussparung 32 zuerst vollständig mit dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material der Isolierschicht 18 aufgefüllt, welches zusätzlich auf zumindest einer Teilfläche der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 abgeschieden wird. Dann wird mindestens ein elektrisch isolierendes und/oder elektrisch leitfähiges Material der Kernstruktur 20 derart abgeschieden, dass das die zumindest eine Teilfläche der Gegenfläche 10c abdeckende mindestens eine elektrisch isolierende Material und evtl, auch mindestens eine von der Isolierschicht 18 freiliegende Restfläche der Gegenfläche 10c mit dem elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material der Kernstruktur 20 abgedeckt wird.

Fig. 4c zeigt das fertige mikromechanische Bauteil nach einem zumindest Teilentfernen der Opfermaterialschicht 30. Um einen Ätzangriff auf die Anschlagstruktur 14 beim zumindest Teilentfernen der Opfermaterialschicht 30 vermeiden zu können, werden siliziumreiches Siliziumnitrid als das mindestens eine elektrisch isolierende Material der Isolierschicht 18 und Siliziumdioxid und/oder Silizium als das mindestens eine elektrisch isolierende und/oder elektrisch leitfähige Material der Kernstruktur 20 bevorzugt.

Der mindestens eine Isolierbereich 16 kann auch vollständig mit der Isolierschicht 18 verfüllt sein und eine Breite bi6 besitzen, welche größer eine doppelte Dicke der Isolierschicht 18 ist, wenn die Schichtdickte dis der Isolierschicht 18 aus dem mindestens einen elektrisch isolierenden Material größer ist als die Summe aus Höhe h der mindestens einen Anschlagstruktur 14 plus dem Flächenabstand Aioa-ioc zwischen der Elektrodenfläche 10a und der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10. Ein nach der Abscheidung der Isolierschicht 18 durchgeführter (optionaler) CMP Schritt kann dazu benutzt werden, die Oberfläche der abgeschiedenen Isolierschicht 18 zu planarisieren und die gewünschte Schichtdicke der Isolierschicht 18 auf der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 einzustellen.

Bezüglich weiterer Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens der Fig. 4a bis 4c wird auf die Beschreibung der Ausführungsform der Fig. 3a bis 3c verwiesen.

Fig. 5a bis 5c zeigen schematische Querschnitte zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens. Auch bei dem mittels der Fig. 5a bis 5c schematisch wiedergegebenen Herstellungsverfahren wird zuerst die zweite Elektrodenstruktur 12 gebildet. Anschließend wird zumindest die Opfermaterialschicht 30 auf der später zu der ersten Elektrodenstruktur 10 ausgerichteten Seite der zweiten Elektrodenstruktur 12 abgeschieden. Danach wird, wie in Fig. 5a schematisch wiedergegeben ist, mindestens eine Vertiefung 40 in die Opfermaterialschicht 30 strukturiert, wobei eine maximale Tiefe der mindestens einen Vertiefung 40 kleiner als eine minimale Schichtdicke der Opfermaterialschicht 30 ist. Auch bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren legen die Position und die Form der mindestens einen Vertiefung 40 die jeweilige spätere Position und die jeweilige spätere Form der mindestens einen Anschlagstruktur 14 fest. Ebenso legt die maximale Tiefe der mindestens einen Vertiefung 40 jeweils eine spätere Höhe h der mindestens einen Anschlagstruktur 14 fest.

Wie in Fig. 5b erkennbar ist, wird anschließend mindestens ein elektrisch leitfähiges Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 auf der Opfermaterialschicht 30 abgeschieden, wodurch die mindestens eine Anschlagstruktur 14 durch Auffüllen der mindestens einen Vertiefung 40 aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 gebildet wird. Allerdings wird auch bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren dafür gesorgt, dass selbst bei einem mechanischen Kontakt der mindestens einen Anschlagstruktur 14 mit der zweiten Elektrodenstruktur 12 ein Ladungstransfer zwischen der ersten Elektrodenstruktur 10 und der zweiten Elektrodenstruktur 12 unterbunden ist.

Deshalb wird in einem anschließenden Verfahrensschritt mindestens ein Trenngraben 42, welcher sich jeweils bis zu der Opfermaterialschicht 30 erstreckt, derart durch das mindestens eine elektrisch leitfähige Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 strukturiert, das mindestens ein mit der mindestens einen Anschlagstruktur 14 bestücktes Teilvolumen 44 aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der späteren ersten Elektrodenstruktur 10 jeweils von dem mindestens einen Trenngraben 42 umrahmt ist. Das Strukturieren des mindestens einen Trenngrabens 42 kann mittels eines Ätzprozesses erfolgen, welcher ausgehend von der der Elektrodenfläche 10a weg gerichteten Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 hin zur Opfermaterialschicht 30 erfolgt.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird der mindestens eine Isolierbereich 16 an der ersten Elektrodenstruktur 10 durch Abscheiden des mindestens einen elektrisch isolierenden Materials in dem mindestens einen Trenngraben 42 ausgebildet. Durch vollständiges Auffüllen des mindestens einen Trenngrabens 42 kann sichergestellt werden, dass der mindestens eine Isolierbereich 16, welcher sich jeweils zumindest von der Elektrodenfläche 10a bis zumindest zu der Gegenfläche 10c erstreckt, so ausgebildet wird, dass die mindestens eine Anschlagstruktur 14 jeweils von dem mindestens einen Isolierbereich 16 (vollständig) umrahmt ist. Auch zum Ausführen des mittels der Fig. 5a bis 5c schematisch wiedergegebenen Herstellungsverfahrens können z.B. Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxidnitrid, Siliziumcarbid, undotiertes Silizium und/oder undotiertes Germanium, Germaniumoxid, Germaniumnitrid, Germaniumoxidnitrid, Germaniumcarbid, Aluminiumoxid und/oder ein weiteres Metalloxid als das mindestens eine elektrisch isolierende Material verwendet werden.

Optionaler Weise kann auch bei dem Herstellungsverfahren der Fig. 5a bis 5c zuerst das mindestens eine elektrisch isolierende Material der Isolierschicht 18 in dem mindestens einen Trenngraben 42 und auf zumindest einer Teilfläche der Gegenfläche 10c der ersten Elektrodenstruktur 10 abgeschieden werden. Anschließend kann jeweils ein Restvolumen des mindestens einen Trenngrabens 42 mit dem mindestens einen elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material der Kernstruktur 20 aufgefüllt werden, wobei zusätzlich noch das die zumindest eine Teilfläche der Gegenfläche 10c abdeckende mindestens eine elektrisch isolierende Material und evtl, auch mindestens eine von der Isolierschicht 18 freiliegende Restfläche der Gegenfläche 10c mit dem mindestens einen elektrisch isolierenden und/oder elektrisch leitfähigen Material der Kernstruktur 20 abgedeckt wird. (In einer alternativen Ausführungsform kann der Isolierbereich 16 jedoch auch vollständig/ausschließlich mit der Isolierschicht 18 verfallt sein.) Fig. 5c zeigt das fertige mikromechanische Bauteil nach einem zumindest Teilentfernen der Opfermaterialschicht 30. Um einen Ätzangriff auf die Anschlagstruktur 14 beim zumindest Teilentfernen der Opfermaterialschicht 30 vermeiden zu können, werden siliziumreiches Siliziumnitrid als das mindestens eine elektrisch isolierende Material der Isolierschicht 18 und Siliziumdioxid und/oder Silizium als das mindestens eine elektrisch isolierende und/oder elektrisch leitfähige Material der Kernstruktur 20 auch für das Herstellungsverfahren der Fig. 5a bis 5c bevorzugt.

Bezüglich weiterer Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens der Fig. 5a bis 5c wird auf die Beschreibung der Ausführungsform der Fig. 3a bis 3c verwiesen.

Aufgrund der Herstellung des mikromechanischen Bauteils der Fig. 5c mit dem mindestens einen die mindestens eine Anschlagstruktur 14 jeweils umrahmenden Isolierbereich 16, welcher die jeweilige Anschlagstruktur 14 elektrisch von einem Rest der ersten Elektrodenstruktur 10/ihrer Teilstruktur 10b isoliert, kann die mindestens eine Anschlagstruktur 14 aus mindestens einem Material mit einer vergleichsweise hohen elektrischen Leitfähigkeit hergestellt werden. Da die mindestens eine Anschlagstruktur 14 jeweils von dem mindestens einen Isolierbereich 16 umrahmt ist, ist auch ein federnder Anschlag der zweiten Elektrodenstruktur 10 an der mindestens einen Anschlagstruktur 14 realisierbar. Ein Design des mindestens einen Trenngraben 42 und die Materialeigenschaften des mindestens einen elektrisch isolierenden Material können so gewählt werden, dass eine gewünschte Federung des Anschlags der zweiten Elektrodenstruktur 12 an der mindestens einen Anschlagstruktur 14 gewährleistet ist.

Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile und die mittels der oben erläuterten Herstellungsverfahren hergestellten mikromechanischen Bauteile können für eine Sensor- oder Mikrofonvorrichtung verwendet werden. Unter einer derartigen Sensorvorrichtung können beispielsweise ein Inertialsensor oder ein kapazitiver Drucksensor verstanden werden. Wahlweise ist bei allen oben beschriebenen mikromechanischen Bauteilen und den mittels der oben erläuterten Herstellungsverfahren hergestellten mikromechanischen Bauteilen die erste Elektrodenstruktur 10 oder die zweite Elektrodenstruktur 12 als eine verstellbare oder verformbare Elektrodenstruktur, wie insbesondere als eine verwölbbare Membran ausbildbar, während die andere der beiden Elektrodenstruktur 10 und 12 als eine „ortsfeste Gegenelektrode“ oder ebenfalls als eine verstellbare oder verformbare Elektrodenstruktur realisierbar ist.

Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die mindestens eine Anschlagstruktur 14 und die mechanische Kontaktfläche nicht an/in einem tatsächlich als Elektrode genutzten Bereich der ersten Elektrodenstruktur 10 und/oder der zweiten Elektrodenstruktur 12 ausgebildet sein müssen. Vielmehr können die mindestens eine Anschlagstruktur 14 und/oder die mechanische

Kontaktfläche auch elektrisch isoliert von dem tatsächlich als Elektrode genutzten Bereich der ersten Elektrodenstruktur 10 und/oder der zweiten Elektrodenstruktur 12 angeordnet sein. Entsprechend können die mindestens eine Anschlagstruktur 14 und/oder die mechanische Kontaktfläche ebenso außerhalb des tatsächlich als Elektrode genutzten Bereichs der ersten Elektrodenstruktur 10 und/oder der zweiten Elektrodenstruktur 12 ausgebildet sein.