Titel

Mikromechanisches Bauelement

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements.

Stand der Technik

Im Stand der Technik ist es bekannt, Verdrahtungsebenen in einem Schichtsystem durch elektrische Isolationsschichten voneinander zu trennen.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes mikromechanisches Bauelement bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einem mikromechanischen Bauelement, aufweisend:

- ein Substrat;

- wenigstens eine unmittelbar auf dem Substrat angeordnete erste Oxidschicht; und

- eine unmittelbar auf der wenigstens einen ersten Oxidschicht angeordnete Ätzstoppschicht; wobei auf einer Unterseite der Ätzstoppschicht eine Verdrahtungsebene angeordnet ist.

Auf diese Weise können unterhalb der Ätzstoppschicht z.B. elektrische Leiterbahnen geführt werden, die für eine elektrische Anbindung an elektrischen Bauteilen und/oder elektrischen Komponenten wie z.B. Elektroden in einem Kavernenbereich vorgesehen sind. Vorteilhaft können dadurch z.B. Anätzungen von elektrischen Isolationsschichten entlang von Leiterbahnen aus dem Kavernenbereich heraus vermieden werden bzw. kann dadurch beim erforderlichen Ätzen von Opferschichten aus Oxidmaterial in einem Kavernenbereich eine Anätzung von elektrischen Isolationsschichten aus Opferschichtmaterial entlang von Leiterbahnen unterhalb der Ätzstoppschicht vermieden werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements, aufweisend die Schritte:

- Bereitstellen eines Substrats;

- Bereitstellen wenigstens einer ersten Oxidschicht unmittelbar auf dem Substrat;

- Bereitstellen einer Verdrahtungsebene an der dem Substrat abgewandten Oberfläche der ersten Oxidschicht;

- Bereitstellen einer ebenen Oberfläche aus Bereichen der Verdrahtungsebene und Bereichen der ersten Oxidschicht und/oder einer weiteren Oxidschicht; und

- Bereitstellen einer Ätzstoppschicht auf der ebenen Oberfläche aus Bereichen der Verdrahtungsebene und Bereichen der ersten Oxidschicht und/oder einer weiteren Oxidschicht.

Bevorzugte Weiterbildungen des mikromechanischen Bauelements sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass die weitere Verdrahtungsebene zu einer elektrischen Kontaktierung von elektrischen Bauteilen und/oder elektrischen Komponenten in einem Kavernenbereich genutzt wird. Eine vielfältige Nutzbarkeit der weiteren Verdrahtungsebene ist dadurch vorteilhaft unterstützt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Element der weiteren Verdrahtungsebene in einem lateralen Ätzkanal angeordnet ist. Vorteilhaft lässt sich auf diese Weise z.B. eine parasitäre Kapazität einer Leiterbahn der weiteren Verdrahtungsebene reduzieren. Mittels des lateralen Ätzkanals ist es z.B. vorteilhaft nicht erforderlich, in einer Membran eine Ätzkanal vorzusehen, um Opferschichtmaterial aus einen Kavernenbereich auszuräumen. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Element der weiteren Verdrahtungsebene unmittelbar auf einer Unterseite der Ätzstoppschicht oder beabstandet von der Ätzstoppschicht freitragend in einem lateralen Ätzkanal ausgebildet ist. Vorteilhaft werden dadurch verschiedene Realsierungen der weiteren Verdrahtungsebene bereitgestellt. Zum Beispiel wird eine Leiterbahn der weiteren Verdrahtungsebene nur durch elektrische Kontaktierungsstrukturen gehalten, wodurch eine parasitäre Streukapazität zwischen der Leiterbahn und einem darüber angeordneten Funktionsschichtsystem reduziert sein kann.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der weiteren Verdrahtungsebene in Kombination mit der Ätzstoppschicht eine Referenzkapazität ausgebildet ist. Vorteilhaft kann die dadurch bereitgestellte Referenzkapazität für Funktionalitäten des mikromechanischen Bauelements genutzt werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements ist dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Verdrahtungsebene in Kombination mit einer partiell entfernten Ätzstoppschicht eine Referenzkapazität bildet. Auf diese Weise wird eine weitere Alternative zur Bereitstellung einer Referenzkapazität mittels der weiteren Verdrahtungsebene bereitgestellt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass die weitere Verdrahtungsebene wenigstens partiell flächig innerhalb eines lateralen Ätzkanals ausgebildet ist. Mittels der flächig ausgebildeten weiteren Verdrahtungsebene ist vorteilhaft eine noch bessere Ausbildung einer definierten Referenzkapazität unterstützt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des mikromechanischen Bauelements zeichnen sich dadurch aus, dass die Referenzkapazität in einem Verankerungsbereich eines Kavernenbereichs und/oder außerhalb des Kavernenbereichs und/oder innerhalb des Kavernenbereichs angeordnet ist. Auf diese Weise ergeben sich für das mikromechanische Bauelement vielfältige schaltungstechnische Möglichkeiten zur Nutzung der mittels der weiteren Verdrahtungsebene ausgebildeten Referenzkapazität. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des mikromechanischen Bauelements zeichnen sich dadurch aus, dass sich die Verdrahtungsebene bis in einen Bereich unterhalb des Kavernenbereichs erstreckt. Auf diese Weise lässt sich aus einer Kombination der Gegenelektrode, der zusätzlichen Verdrahtungsebene und der Ätzstoppschicht vorteilhaft eine definiert hergestellte Referenzkapazität herstellen, wobei mittels der Verdrahtungsebene auch Leiterbahnen zum elektrischen Anschluss der Referenzkapazität realisierbar sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des mikromechanischen Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass eine Dicke der Ätzstoppschicht im Bereich der Referenzkapazitäten definiert ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Ätzstoppschicht je nach Bedarf lokal dünner oder dicker ausgebildet werden, wodurch vorteilhaft eine Größe der Referenzkapazität dimensioniert werden kann.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des mikromechanischen Bauelements zeichnen sich dadurch aus, dass das mikromechanische Bauelement ein kapazitiver Drucksensor und/oder ein Beschleunigungssensor und/oder ein Drehratensensor ist. Dadurch ergeben sich unter Verwendung der vorgeschlagenen weiteren Verdrahtungsebene unterhalb der Ätzstoppschicht mehrere vorteilhafte Ausgestaltungen/Verdrahtungsoptionen für das mikromechanische Bauelement.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass Vertiefungen in der Oberfläche der wenigstens einen ersten Oxidschicht unter Zuhilfenahme eines CMP-Prozess dazu benutzt werden z.B. Leiterbahnen der weiteren Verdrahtungsebene an der Oberseite der wenigstens einen ersten Oxidschicht auszubilden, welche zueinander elektrisch isoliert sind und welche zusammen mit der wenigstens einen ersten Oxidschicht eine ebene Oberfläche ausbilden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass die weitere Verdrahtungsebene unmittelbar auf der ersten Oxidschicht abgeschieden wird, danach strukturiert wird, darüber eine weitere Oxidschicht abgeschieden wird, wobei mit Hilfe eines Planarisierungsschritts oberflächlich die weitere Verdrahtungsebene freigelegt wird. Vorteilhaft ergeben sich dadurch für das Ausbilden der weiteren Verdrahtungsebene vorteilhaft keine Mehraufwendungen. Standardmäßige Prozessabläufe können dadurch zur Herstellung des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements vorteilhaft weitgehend unverändert verwendet werden.

Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente haben darin gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind insbesondere dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu ausgeführt. Der besseren Übersichtlichkeit halber kann vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet sind.

In den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements;

Fig. 2-4 Darstellungen für Verfahren zum Herstellen einerweiteren Verdrahtungsebene;

Fig. 5-10 Querschnittsansicht von weiteren Ausführungsformen des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements;

Fig. 11 ein Ersatzschaltbild einer Wheatstone'schen Brückenschaltung, die aus einer Verschaltung von Membranen realisiert werden kann;

Fig. 12-15 Querschnittsansicht von weiteren Ausführungsformen des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements; und

Fig. 16 einen prinzipiellen Ablauf zum Herstellen eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements.

Beschreibung von Ausführungsformen Konventionell kann es bei einem SiO2-Opferschichtprozess zur Ätzung bzw. Anätzung von SiC>2 im Bereich bzw. entlang von elektrischen Leiterbahnen kommen, die aus dem Kavernenbereich herausgeführt werden. Da diese elektrisch isoliert, z.B. mit SiO2, innerhalb des Funktionsschichtsystems, z.B. in der ersten Poly-Si Schicht/Ebene, durch die laterale Ätzbegrenzungen des Kavernenbereichs, z.B. aus Poly-Si, geführt werden müssen, entstehen hier laterale Pfade entlang von Leiterbahnen, entlang derer beim Entfernen von Oxidopferschichten zudem ein Ätzangriff auf SiCh-lsolationsschich- ten erfolgen kann. Die Länge, entlang derer um Leiterbahnen herum SiO2-Schichten entfernt werden, ist dabei abhängig von der Ätzdauer des Opferschichtätzprozesses und der Lage der Ätzkanäle bzw. Ätzzugänge bezogen auf Leiterbahndurchführungen in lateralen Ätzbegrenzungen des Kavernenbereichs. Je näher sich Ätzzugänge und Leiterbahndurchführungen zueinander befinden und je länger der Opferschichtätzprozess dauert, desto länger können SiO2-Anätzungen entlang von elektrischen Leiterbahnen ausgebildet sein.

Prinzipiell könnten die Isolationsschichten und die lateralen Ätzbegrenzungen des Kavernenbereichs aus einem elektrisch isolierenden und einem z.B. gegenüber HF (Flusssäure) in flüssiger oder gasförmiger Form ätzresistenten Material (z.B. siliziumreiches Siliziumnitrid, SiRiN) bestehen. Dies würde aber nachteilig zusätzliche Kosten und eine komplexere Prozessierung des Funktionsschichtbereichs bedeuten.

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht insbesondere darin, bei einem mikromechanischen Bauelement (z.B. Inertialsensor, Drucksensor, Mikrofon, Drehratensensor, usw.) eine weitere elektrische Verdrahtungsebene z.B. aus dotiertem Poly-Si unmittelbar auf einer Unterseite bzw. unterhalb einer Passivier- bzw. Ätzstoppschicht vorzusehen, die bis in einen Kavernenbereich reichen kann und deren umgebende elektrische Isolation beim Entfernen von Opferschichten aus einem Kavernenbereich des Bauelements ätztechnisch nicht angegriffen bzw. entfernt werden kann.

Das Vorsehen einer weiteren elektrischen Verdrahtungsebene unter einer Passivierschicht, die ätzresistent gegenüber einem Medium ist, mit dem Opferschichten aus einem Kavernenbereich entfernt werden, hat demgegenüber den Vorteil, dass auch innerhalb des Kavernenbereichs elektrische Umverdrahtungen ausgebildet werden können, die eine komplexere elektrische Verdrahtung des Sensors erlauben, ohne dass die elektrische Isolation der weiteren Verdrahtungsebene unter der Passivierschicht bei dem Opferschichtätzprozess unerwünscht angegriffen oder gar vollständig entfernt wird. Design- und prozesstechnisch ist auf diese Weise weiterhin unterstützt, dass durch die weitere Verdrahtungsebene erzeugte parasitäre Kapazitäten zum Siliziumsubstrat klein gehalten oder sogar eliminiert werden können.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100. Man erkennt eine Ätzstoppschicht 3 (z.B. SiRiN), die das Funktionsschichtsystem von einem Unterbau trennt, der sich zwischen dem Funktionsschichtsystem und einem Siliziumsubstrat 1 befindet. Auf der Ätzstoppschicht 3 erfolgt der Aufbau des Funktionsschichtsystems beginnend mit einer ersten Funktionsschicht 4 (z.B. aus dotiertem Poly-Silizium (Poly-Si)), die als elektrische Anschluss- bzw. Verdrahtungsebene für Komponenten des nach oben hin ausgebildeten Funktionsschichtsystems dient.

Da die Ätzstoppschicht 3 ätzresistent z.B. gegenüber einem Ätzmedium (z.B. HF- Dampf) ist, kann durch Ausbilden einer weiteren Verdrahtungsebene 10 des Funktionsschichtsystems aus z.B. dotiertem Poly-Si unmittelbar auf einer Unterseite der Ätzstoppschicht 3 vermieden werden, dass es bei einem Entfernen z.B. einer zweiten Oxidschicht 5 aus z.B. SiÜ2 und/oder einer dritten Oxidschicht 7 aus z.B. SiÜ2 aus einem Kavernenbereich 9 zu Unterätzungen von Poly-Si Leiterbahnen in der ersten Funktionsschicht 4 kommt und diese ihre Haftung zum Untergrund verlieren und es zur Ätzung bzw. Anätzungen von elektrischen Isolationsschichten aus z.B. SiÜ2 im Bereich bzw. entlang von Poly-Si Leiterbahnen kommt, die aus dem Kavernenbereich 9 herausgeführt werden.

Des Weiteren schützt die Ätzstoppschicht 3 den Unterbau mit der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 aus z.B. SiÜ2 im Kavernenbereich 9 vor einen Ätzangriff durch z.B. HF-Dampf. Auf diese Weise können Unterätzungen im Unterbau von Sensorkomponenten innerhalb des Kavernenbereichs 9 durch vorsehen einer Ätzstoppschicht 3 vorteilhaft vermieden werden.

Im Ergebnis ist dadurch das vorgeschlagene mikromechanische Bauelement 100 von Fig. 1 als ein kapazitiver Drucksensor ausgebildet. Mittels eines oder mehrerer Kontaktierungselemente K kann die Verdrahtungsebene 10 an den Funktionsschichtaufbau, z.B. an Elektroden im Kavernenbereich 9 elektrisch angeschlossen werden. Fig. 1 zeigt somit einen Kerngedanken der vorliegenden Erfindung, der insbesondere darin besteht, die weitere Verdrahtungsebene 10 unterhalb bzw. unmittelbar auf einer Unterseite der Passivier- bzw. Ätzstoppschicht 3 vorzusehen, wodurch eine Möglichkeit bereitgestellt wird, elektrische Verbindungen aus dem Kavernenbereich 9 über diese weitere Verdrahtungsebene 10 herauszuführen. Auf diese Weise können Leiterbahnen der weiteren Verdrahtungsebene 10 unter lateralen Ätzbegrenzungen des Kavernenbereichs 9 hindurchgeführt und Anätzungen entlang von Leiterbahnen aus dem Kavernenbereich 9 heraus vermieden werden. Für die Wahl der Opferschichtätzzeit und die Lage der Ätzzugänge ergeben sich somit keine zeitlichen und/oder konstruktiven Einschränkungen mehr.

Die Herstellung der vorgeschlagenen weiteren Verdrahtungsebene 10 kann mit an sich bekannten Verfahren der Halbleitertechnik durchgeführt werden, wie in den Figuren 2-4 angedeutet. Um nach der Bereitstellung der weiteren Verdrahtungsebene 10 eine plane Oberfläche zu erhalten, wird auf dem Substrat 1 zunächst die erste Oxidschicht 2 abgeschieden und mit Hilfe einer Maske die spätere Struktur der weiteren Verdrahtungsebene 10 durch Ätzen in die Oberfläche der ersten Oxidschicht 2 übertragen.

Anschließend erfolgt das vollflächige Abscheiden einer weiteren Poly-Si Schicht unmittelbar auf die strukturierte Oberfläche der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 und danach ein CMP (chemical mechanical polishing)-Prozess, mit dessen Hilfe das weitere Poly-Si derart von der Oberfläche der ersten Oxidschicht 2 entfernt wird, dass das weitere Poly-Si nur in Vertiefungen der ersten Oxidschicht zurückbleibt, wie in den Figuren 2a) - 2c) angedeutet. Auf diese Weise wird eine plane Oberfläche erzeugt, an der Leiterbahnen der weiteren Verdrahtungsebene 10 vorliegen, welche in der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 eingebettet sind bzw. durch die wenigstens eine erste Oxidschicht 2 elektrisch voneinander getrennt sind.

Alternativ ist es auch denkbar, zuerst die wenigstens eine erste Oxidschicht 2 abzuscheiden, unmittelbar darauf die weitere Verdrahtungsebene 10 anzuordnen, diese vollständig mit einer zusätzlichen Oxidschicht 2a zu überdecken und per CMP-Prozess die Oberfläche zu planarisieren. Beim Planarisieren wird die zusätzliche Oxidschicht 2a derart entfernt, dass die Strukturen der weiteren Verdrahtungsebene 10 oberflächlich freigelegt werden, wie es in den Figuren 3a) - 3c) angedeutet ist. Bei beiden Varianten ist die Dicke der ersten Oxidschicht 2 unterhalb der weiteren Verdrahtungsebene 10 kleiner als die Dicke der sie umgebenden Oxidschicht. Dies kann zur Folge haben, dass im Bereich der weiteren Verdrahtungsebene 10 größere parasitäre Kapazitäten C _p zum Substrat 1 hin entstehen als bei anderen, elektrisch leitfähigen Strukturen des restlichen Funktionsschichtsystems des mikromechanischen Bauelements 100.

Um die beim Zufügen der weiteren Verdrahtungsebene 10 erzeugten parasitären Kapazitäten C _p zum Substrat 1 minimieren zu können, kann die Herstellung der weiteren Verdrahtungsebene 10 wie folgt durchgeführt werden:

Vor der Herstellung bzw. Abscheidung der ersten Oxidschicht 2 werden in das Substrat 1 mit Hilfe einer Maskenebene Strukturen geätzt, die Strukturen in der weiteren Verdrahtungsebene 10 entsprechen. Unmittelbar auf die so vorbereitete Oberfläche des Substrats 1 wird anschließend die erste Oxidschicht 2 abgeschieden, in deren Oberfläche sich, korrespondierend zur Substratoberfläche, Vertiefungen 10a abbilden, wie in Fig. 4 angedeutet. Nach dem Abscheiden der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 können weiter Ausnehmungen 13a in der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 erzeugt werden, welche später mit Poly-Silizium der weiteren Verdrahtungsebene 10 aufgefüllt werden können und welche elektrische Kontaktierungsstrukturen 13 bilden mit deren Hilfe eine elektrische Kontaktierung des Substrats 1 ermöglicht wird.

Wird unmittelbar auf die wenigstens eine erste Oxidschicht 2 nunmehr eine weitere dotierte Poly-Si Schicht abgeschieden und per CMP-Prozess die Oberfläche derart planarisiert, dass die weitere dotierte Poly-Si Schicht auf der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 oberflächlich entfernt wird und Poly-Si nur in Vertiefungen der ersten Oxidschicht 2 erhalten bleibt, so lassen sich elektrisch leitende Siliziumbereiche herstellen, die zueinander durch die wenigstens eine erste Oxidschicht 2 elektrisch isoliert sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Dicke der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 unter den Strukturen (z.B. Leiterbahn) der weiteren Verdrahtungsebene 10 gleich oder sogar größer sein kann, als die Dicke der sie umgebenden wenigstens einen ersten Oxidschicht 2. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass parasitäre Kapazitäten C _p zwischen Strukturen der weiteren Verdrahtungsebene 10 und dem Substrat 1 vergleichbar oder sogar kleiner sein können als zwischen elektrisch leitfähigen Strukturen des Funktionsschichtsystems und dem Substrat 1, wie in Fig. 5 darstellt. Alternativ ist es auch denkbar, nach der Planarisierung der Oberfläche und unmittelbar vor der Abscheidung der Ätzstoppschicht 3 weitere Ausnehmungen 13a in der Oxid- schicht 2 oder alternativ in der Oxidschicht 2 und der Oxidschicht 2a zu erzeugen. Während der Abscheidung der Ätzstoppschicht 3 aus z.B. SiRiN werden die weiteren Ausnehmungen 13a mit Material der Ätzstoppschicht 3 aufgefüllt und können auf diese Weise zur Herstellung von elektrisch isolierenden, lateralen Ätzstoppbegrenzungen eingesetzt werden.

Wie in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigt, kann die Erzeugung der weiteren Verdrahtungsebene 10 zur Herstellung von lateralen Ätzstoppstrukturen für laterale Ätzkanäle 12a... 12n und/oder elektrischen Kontaktierungsstrukturen 13 für das Substrat 1 verwendet werden. Wird die weitere elektrische Verdrahtungsebene 10 nach einer der oben erläuterten Möglichkeiten hergestellt, so kann z.B. nach dem Erzeugen von Vertiefungen 1a im Substrat 1 ein weiterer Maskier- und Ätzschritt erfolgen, in welchem Strukturen aus der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 entfernt werden, die zur Herstellung von lateralen Ätzstopp- und/oder Kontaktierungsstrukturen benötigt werden.

Scheidet man danach eine Schicht aus Poly-Si ab, können die Strukturen 13 in der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 für die Realisierung von lateralen Ätzstoppstrukturen und/oder für die elektrische Kontaktierung des Substrats 1 verwendet werden können und die vertieft angelegten Strukturen der weiteren Verdrahtungsebene 10 in der ersten Oxidschicht 2 mit Silizium aufgefüllt werden. Wird danach ein Polierschritt durchgeführt und die Poly-Si Schicht oberflächlich auf der wenigstens einen zweiten Oxidschicht 2 entfernt, erhält man eine plane Oberfläche, an der die genannten Si-Strukturen frei zugänglich sind und durch Material der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 voneinander getrennt sind. Bei der Variante, bei der keine Vertiefungen für die weitere Verdrahtungsebene 10 in der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 erzeugt werden, werden nach der Herstellung der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 zuerst laterale Ätzstoppstrukturen 13a und/oder Strukturen zur elektrischen Kontaktierung des Substrats 1 in der wenigsten einen ersten Oxidschicht 2 erzeugt und diese mit dotiertem Poly-Si verfällt.

Per CMP-Verfahren kann jetzt das Poly-Si auf der Oberfläche der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 entfernt werden, um anschließend auf der so erhaltenen planen Oberfläche, wie bereits zuvor beschrieben, die weitere Verdrahtungsebene 10 herstel- len zu können. Optional kann aber auch das Poly-Si auf der Oberfläche der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 verbleiben und dazu benutzt werden, die Strukturen für die weitere Verdrahtungsebene 10 zu realisieren. Danach werden die Strukturen der weiteren Verdrahtungsebne 10 mit einer zusätzlichen Oxidschicht 2a überdeckt und per CMP-Verfahren oberflächlich wieder freigelegt.

Bei allen beschriebenen Varianten würde jetzt die Abscheidung und Strukturierung der elektrischen Isolations- und Ätzstoppschicht 3 aus z.B. SiRiN durchgeführt werden. Hierbei werden Kontaktlochstrukturen durch die elektrische Isolations- und Ätzstoppschicht 3 gebildet, die für die spätere Kontaktierung der weiteren Verdrahtungsebene 10 und/oder der Kontaktierungsstrukturen 13 durch die wenigstens eine erste Oxidschicht 2 zum Substrat 1 benötigt werden, wie in den Figuren 2d), 3d) angedeutet.

In der Ätzstoppschicht 3 können zudem Öffnungen ausgebildet werden, die zum gezielten Durchleiten eines Ätzmediums von der Oberseite des Funktionsschichtsystems in einen lateralen Ätzkanal 12a... 12n und von da aus in den Kavernenbereich 9 dienen.

Dabei ist es auch möglich, innerhalb eines von einem vertikalen Ätzkanal 11 ausgehenden lateralen Ätzkanals 12a... 12n eine oder mehrere Leiterbahnen der weiteren Verdrahtungsebene 10 zu integrieren. Durch das Entfernen der wenigstens einen ersten Oxidschicht 2 zwischen den Leiterbahnen und dem Substrat 1 können parasitäre Kapazitäten C _p reduziert und separat vorzuhaltende Bereiche für das Herausführen von Leiterbahnen aus dem Kavernenbereich 9 eingespart werden, wie in Fig. 6 dargestellt.

Um parasitäre Kapazitäten C _p zwischen der weiteren Verdrahtungsebene 10 und der ersten Funktionsschicht 4 des Funktionsschichtsystems aus z.B. dotiertem Poly-Si reduzieren zu können, kann nach der Durchführung des CMP-Schritts zur Herstellung der weiteren Verdrahtungsebene 10 und vor der Abscheidung der Ätzstoppschicht 3 eine zusätzliche vierte Oxidschicht 14 (z.B. SiÜ2) eingefügt werden. Mit Hilfe dieser zusätzlichen vierten Oxidschicht 14 kann der Abstand zwischen der weiteren Verdrahtungsebene 10 und der ersten Funktionsschicht 4 des Funktionsschichtsystems vergrößert und parasitäre Kapazitäten C _p reduziert werden. Werden derart vergrabene Leiterbahnen der weiteren Verdrahtungsebene 10 in laterale Ätzkanäle 12a... 12n im Unterbau des Sensorelements integriert, so entstehen nach dem Entfernen der Oxidschichten 2, 14 in den lateralen Ätzkanälen 12a... 12n in der Verdrahtungsebene 10 freigestellte bzw. freitragende Leiterbahnstrukturen der weiteren Verdrahtungsebene 10, die vorteilhaft noch geringere parasitäre Kapazitäten C _p zwischen der weiteren Verdrahtungsebene 10 und dem Funktionsschichtsystem aufweisen können, wie in Fig. 7 angedeutet.

Während, wie zuvor erläutert, parasitäre Kapazitäten zwischen Leiterbahnen der weiteren Verdrahtungsebene 10 und dem Substrat 1 und/oder elektrisch leitfähigen Schichten/Leiterbahnen des Funktionsschichtsystems angepasst bzw. minimiert werden können, kann die weitere Verdrahtungsebene 10 auch benutzt werden, um z.B. gezielt Referenzkapazitäten C _r herzustellen. So kann beispielsweise ausgehend von der in Fig. 5 dargestellten Anordnung zwischen der flächig ausgebildeten weiteren Verdrahtungsebene 10 und einem elektrisch leitfähigen Bereich des Funktionsschichtsystems (dies kann z.B. die erste Funktionsschicht 4, die zweite Funktionsschicht e oder die dritte Funktionsschicht 8 sein) eine Referenzkapazität C _r erzeugt werden, bei der z.B. die Ätzstoppschicht 3 als Dielektrikum fungieren kann, wie in Fig. 8 angedeutet.

Fig. 9 zeigt eine weitere Variante des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100, bei der sich zwischen den Elektroden der Referenzkapazität C _r großteils kein Dielektrikum befindet. Dies kann erreicht werden, indem beim Entfernen des Opferschichtmaterials der dritten Oxidschicht 7 (z.B. SiO2) aus dem Kavernenbereich 9 auch Opferschichtmaterial zwischen den Elektroden der Referenzkapazität C _r entfernt wird. Die Ätzstoppschicht 3 kann hierbei dazu benutzt werden, einen lateralen Ätzstopp bei den Referenzkapazitäten C _r zu realisieren.

In einer weiteren Variante ist auch denkbar, eine oder mehrere Referenzkapazitäten CM . .. Cm auch unterhalb des Gegenelektrodenbereichs auszubilden, wobei die Gegenelektrode in diesem Fall sowohl als Elektrode für die Nutzkapazität als auch als Elektrode für eine Referenzkondensatorstruktur dienen kann. Auf diese Weise können die Referenzkapazitäten C _r i... C _m unterhalb der Gegenelektrode vorgesehen sein, wie in der Querschnittsansicht von Fig. 10 angedeutet. Man erkennt, dass eine an der der dritten Funktionsschicht 8 in Form der Membran angekoppelte bewegliche Elektrode mit einer auf der Ätzstoppschicht 3 angeordneten ersten Funktionsschicht 4 in Form einer feststehenden Gegenelektrode zusammenwirkt und dadurch eine variable Nutzkapazität Cv bildet. Die Referenzkapazität C _r wird aus der Gegenelektrode der ersten Funktionsschicht 4, der Ätzstoppschicht 3 und der weiteren Verdrahtungsebene 10 gebildet.

Fig. 10 zeigt eine weitere Variante des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100, bei dem mittels der unterhalb der Ätzstoppschicht 3 ausgebildeten weiteren Verdrahtungsebene 10 die Möglichkeit besteht, die feststehende bzw. fixe Gegenelektrode der variablen Nutzkapazität Cvi...C _vn für die Bereitstellung mindestens einer unterhalb der Gegenelektrode der ersten Funktionsschicht 4 ausgebildeten Referenzkapazität Cri...Cm zu nutzen.

In Fig. 10 erkennt man, dass die Ätzstoppschicht 3 als eine dielektrische Schicht zwischen der Gegenelektrodenstruktur und der Elektrode(n), welche mit Hilfe der weiteren Verdrahtungsebene 10 bzw. weiteren Poly-Si Schicht unterhalb der Ätzstoppschicht 3 erzeugt wurde, ausgebildet ist. Durch eine definierte Reduzierung der Schichtdicke der Ätzstoppschicht 3 im Bereich der mindestens einen Referenzelektrodenstruktur ist es möglich, bei gleicher Referenzelektrodenfläche, die Referenzkapazität zu erhöhen (Fig. 12) oder bei gleichbleibender Referenzkapazitätsgröße die Referenzelektrodenfläche zu verkleinern.

Fig.10 zeigt im Ergebnis somit, dass sich die weitere Verdrahtungsebene 10 in den Kavernenbereich hinein erstreckt, wodurch die Referenzkapazität C _r im Wesentlichen vollständig unterhalb des Kavernenbereichs 9 ausgebildet ist.

Ferner kann durch Vorsehen einer dickeren Ätzstoppschicht 3 und/oder einer weiteren dielektrischen Schicht, z.B. in Form einer vierten Oxidschicht 14 zwischen der Elektrodenfläche in der weiteren Verdrahtungsebene 10 und der Ätzstoppschicht 3 eine kleinere Referenzkapazität C _r erzeugt werden, wie es in Fig. 13 prinzipiell angedeutet ist.

Optional ist es auch denkbar, dass das in diesem Fall verwendete Dielektrikum der Referenzkapazität C _r aus anderen elektrisch isolierenden Schichten des Funktionsschichtsystems gebildet ist.

In Fig. 11 ist die Möglichkeit des platzsparenden Vorsehens ein Referenzkapazität C _r unterhalb des Kavernenbereichs 9 nochmals in vereinfachter Weise dargestellt. Weiter wird in Fig. 11 gezeigt, wie durch elektrische Verschaltung zweier nebeneinander platzierter Membransensoren M1 , M2 z.B. zweier Drucksensoren mit im Kavernenbereich 9 vorgesehenen Referenzkapazitäten C _ri , Cr2 eine auf einfache Weise mit geringem Verdrahtungsaufwand herstellbare Wheatstone'schen Halbbrückenverschaltung erzeugt werden kann.

Der prinzipielle Herstellprozess zur Umsetzung von Referenzkapazitäten C _r unter einer Gegenelektrodenstruktur sieht im Prinzip wie folgt aus:

Zunächst werden in einer SiO2-Schicht Substratkontakt- und Leiterbahnstrukturen erzeugt, diese mit Poly-Si aufgefüllt bzw. verfüllt und z.B. mit Hilfe eines CMP-Schrittes optional elektrisch voneinander separiert. Man erhält auf diese Weise ein plane Waferoberfläche, auf welche die weiteren Schichten des mikromechanischen Bauelements 100 abgeschieden werden können. Als nächstes folgt die Abscheidung und Strukturierung der Isolations- bzw. Ätzstoppschicht 3, gefolgt von der Abscheidung und Strukturierung der ersten Funktionsschicht 4 zur Herstellung der Gegenelektrodenstruktur.

Im Anschluss daran wird die erste Opferoxidschicht abgeschieden und strukturiert, die bewegliche Elektrode durch Abscheidung und Strukturierung einer Poly-Si Schicht erzeugt, eine weitere, zweite Opferoxidschicht abgeschieden und strukturiert und final die Membranschicht durch Abscheidung und Strukturierung einer Poly-Si Schicht hergestellt.

Alternativ zu dem zuvor Erläuterten können Referenzkapazitäten C _r auch gezielt in lateralen Ätzkanalstrukturen 12a... 12n vorgesehen werden, wie es in Fig. 14 angedeutet ist. Ausgehend von der in Fig. 7 dargestellten Anordnung können hierbei auch freitragende Elektrodenflächen realisiert werden, wenn zwischen der Elektrodenfläche in der weiteren Verdrahtungsebene 10 und der Ätzstoppschicht 3 auch die zusätzliche vierte Oxidschicht 14 entfernt wird, wie in Fig. 15 angedeutet.

Prinzipiell lassen sich auf diese Art und Weise auch mehrere Referenzkapazitäten CM . .. Cm an beliebigen Stellen außerhalb und/oder innerhalb des Kavernenbereichs 9 und/oder im Bereich der Membraneinspannung bzw. Verankerungsbereich der Membran realisieren. Das mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellte vorgeschlagene mikromechanische Bauelement 100 kann z.B. wie vorgehend erläutert, ein kapazitiver Drucksensor sein. Denkbar sind auch andere, nicht in Figuren dargestellte Realisierungsformen des vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100, wie z.B. Mikrofon, piezoresistiver Drucksensor, Beschleunigungssensor, Drehratensensor, usw.

Fig. 16 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen eines vorgeschlagenen mikromechanischen Bauelements 100.

In einem Schritt 200 erfolgt ein Bereitstellen eines Substrats 1.

In einem Schritt 210 erfolgt ein Bereitstellen einer ersten Oxidschicht 2 auf dem Substrat 1 .

In einem Schritt 220 erfolgt ein Bereitstellen einer Verdrahtungsebene an der dem Substrat abgewandten Oberfläche der ersten Oxidschicht 2.

In einem Schritt 230 erfolgt ein Bereitstellen einer ebenen Oberfläche aus Bereichen der Verdrahtungsebene und Bereichen der ersten Oxidschicht und/oder einer weiteren Oxidschicht.

In einem Schritt 240 erfolgt ein Bereitstellen einer Ätzstoppschicht auf der ebenen Oberfläche aus Bereichen der Verdrahtungsebene und Bereichen der ersten Oxidschicht und/oder einer weiteren Oxidschicht.