Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Sensor mit mindestens einem beweglich gelagerten Messelement, welches mindestens einer ortsfest angeordneten Elektrode gegenüber steht, wobei die Elektrode in einer ersten Ebene angeordnet ist und von mindestens einer Leiterbahn kontaktiert wird, welche in einer zweiten Ebene angeordnet ist.

Solche vorbekannten mikromechanischen Sensoren dienen zur Erkennung von Bewegung, beispielsweise um Sicherheitseinrichtungen von Kraftfahrzeugen auszulösen. Hierzu ist ein beweglich gelagertes Messelement vorgesehen, welches federnd gelagert ist. Ein solches Messelement kann beispielsweise in einem Ätzverfahren aus einem Halbleitermaterial hergestellt werden. Die Bewegung eines solchen Messelementes kann kapazitiv erkannt werden. Hierzu sind leitfähig ausgebildete Elektroden vorgesehen, welche über Leiterbahnen mit Bondpads verbunden sind. Über die Bondpads können die Elektroden mit einer Messelektronik oder einem Anschlusskontakt eines Gehäuses verbunden werden. Um Chipfläche einzusparen, ist bekannt, die Leiterbahnen und die Elektroden auf unterschiedlichen Ebenen innerhalb des Sensors zu führen. Beide Ebenen sind in diesem Fall durch eine isolierende Schicht voneinander getrennt.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch die Tatsache, dass Leiterbahnen auf unterschiedlichen Ebenen kapazitiv miteinander koppeln können. Dadurch können die Signale in einer Leiterbahn das Signal in einer anderen Leiterbahn stören. Daher werden Kreuzungen oder Parallelführungen von Leiterbahnen auf unterschiedlichen Ebenen üblicherweise vermieden, wodurch sich die benötigte Chipfläche wieder vergrößert. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten mikromechanischen Sensor anzugeben, dessen elektrische Signale eine höhere Signalqualität aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen mikromechanischen Sensor mit mindestens einem beweglich gelagerten Messelement gelöst. Das Messelement steht dabei mindestens einer ortsfest angeordneten Elektrode gegenüber, wobei die Elektrode in einer ersten Ebene angeordnet und von mindestens einer Leiterbahn kontaktiert wird, welche in einer zweiten

Ebene angeordnet ist. Erfindungsgemäß befindet sich zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene eine dritte Ebene, welche ein elektrisch leitfähiges Material umfasst.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zwischen zwei Signalleitern eine leitfähige Zwischenebene anzubringen, welche bei Betrieb des mikromechanischen Sensors eine niederohmige Verbindung zu einem vorgebbaren Potential aufweist. Insbesondere weist die dritte leitfähige Ebene eine niederohmige Verbindung zu einem Massepotential auf. Dadurch wirkt das Material der dritten Ebene als Abschirmung, welche ein Übersprechen von Signalen übereinander angeordneter Leiterbahnen verhindert.

Die dritte Ebene enthält dazu ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ein Metall oder eine Legierung. Besonders bevorzugt enthält die dritte Ebene ein polykristallines Silizium. Dieses kann zusätzlich mit einem Dotierstoff versehen sein. Insbesondere umfasst der Dotierstoff Gallium, Bor, Aluminium, Stickstoff, Phosphor oder Arsen .

Zur Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen leitfähigen

Elementen der ersten, der zweiten und der dritten Ebene kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, zwischen den leitfähigen Elementen isolierende Schichten vorzusehen. Diese umfassen insbesondere ein Siliziumoxid, ein Siliziumnitrid oder ein Siliziumoxinitrid. Solche Oxidschichten können beispielsweise durch eine thermische Behandlung eines Siliziummaterials in einer reaktiven Atmosphäre erzeugt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Oxidschichten aus einer plasma- aktivierten Gasphase aus schichtbildenden Substanzen abgeschieden werden. In einer anderen Ausführungsform können die isolierenden Schichten auch in einem Sol-Gel-Prozess erzeugt werden .

In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Material der dritten Ebene während der Herstellung des mikromechanischen Sensors als Ätzstoppschicht verwendet werden. Eine solche Ätzstoppschicht wird von einer Ätzchemikalie nicht angegriffen und verhindert somit die Beschädigung darunterliegender Strukturen bei der Erzeugung von Strukturen oberhalb der Ätzstoppschicht. Nach der Fertigstellung des mikromechanischen Sensors dient die Ätzstoppschicht dann im Betrieb als Abschirmung, um das Übersprechen zwischen Leiterbahnen zu verhindern.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungs- beispiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt

Figur 1 einen Ausschnitt einer Struktur eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen mikromechanischen Sensors.

Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einiger Strukturen eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensors. Dargestellt ist eine erste Leiterbahn 1 und eine zweite Leiterbahn 2. Beide Leiterbahnen befinden sich in einer zweiten Ebene. Die zweite Ebene kann beispielsweise auf der Oberfläche eines nicht dargestellten Halbleitersubstrates angeordnet sein.

Das Halbleitersubstrat besteht beispielsweise aus einem Siliziummaterial. Das Substrat kann dabei eine Dotierung oder eine Strukturierung aufweisen, um vorgebbare Funktionen auszuführen. Sofern das Substrat leitfähig ist, kann sich zwischen der Substratoberfläche und den Leiterbahnen 1 und 2 eine Isolationsschicht befinden, beispielsweise ein Siliziumoxid. Eine solche Isolationsschicht kann beispielsweise eine Dicke von etwa 1 μm bis etwa 3 μm aufweisen.

Die Leiterbahnen 1 und 2 können beispielsweise aus einem polykristalinen Siliziummaterial bestehen, welches einen Dotierstoff aufweist. Die Leiterbahnen 1 und 2 können dabei eine Dicke von etwa 200 nm bis etwa 1000 nm aufweisen. Die Leiterbahnen 1 und 2 können durch vollflächiges Abscheiden des Siliziummaterials und nachfolgendes Strukturieren und Ätzen ausgebildet werden.

Oberhalb der zweiten Ebene mit den Leiterbahnen 1 und 2 befindet sich eine erste Ebene, welche eine Elektrode 3 umfasst. Die Elektrode 3 kann ebenfalls aus einem leitfähigen Material hergestellt sein, beispielsweise einem Metall, einer Legierung oder einem polykristalinen Silizium. Bevorzugt enthält die erste Ebene neben der Elektrode 3 auch das nicht dargestellte, bewegliche Messelement. Daher weist die erste Ebene und die Elektrode 3 eine Dicke auf, welche durch die Größe des beweglich gelagerten Messelementes vorgegeben ist. Insbesondere beträgt die Dicke etwa 5 μm bis etwa 50 μm.

Die ortsfest angeordnete Elektrode 3 kann zusätzlich Fingerelektroden 5 aufweisen, welche in korrespondierend ausgeformte Fingerelektroden des beweglich gelagerten Mess- elementes eingreifen. Auf diese Weise wird die Messgenauigkeit des mikromechanischen Sensors erhöht.

Zur elektrischen Kontaktierung der Elektrode 3 steht die Leiterbahn 1 zur Verfügung. Da die Leiterbahn 1 auf der zweiten Ebene angeordnet ist, die Elektrode 3 jedoch auf der ersten Ebene, wird der elektrische Kontakt über einen senkrechten Schaft 4 hergestellt.

Die Elektrode 3 kann beispielsweise zur kapazitiven Abstandsmessung zwischen dem beweglich gelagerten Messelement und der ortsfest angeordneten Elektrode 3 herangezogen werden. Auf diese Weise kann mittels des beweglich gelagerten Messelementes ein Beschleunigungssensor realisiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann über die Leiterbahn 1 und den Schaft 4 an die Elektrode 3 eine Wechselspannung angelegt werden. Eine solche Wechselspannung bewirkt ein Wechselfeld, in welchem das beweglich gelagerte Messelement schwingt. Wenn ein solches schwingendes Messelement einer Drehung ausgesetzt wird, so bewirkt die auf das Messelement einwirkende Corioliskraft eine Auslenkung des Messelementes, sodass ein Drehratensensor realisiert werden kann .

Der in Figur 1 dargestellte Sensor umfasst eine zweite Leiterbahn 2. Diese kann beispielsweise eine zweite, nicht dargestellte Elektrode kontaktieren. Insbesondere kann es sich um eine zweite Elektrode handeln, welche die Auslenkung des Messelementes in einer zweiten Raumrichtung erfasst oder um eine weitere Elektrode, welche die Auslenkung eines zweiten Messelementes auf demselben Halbleitersubstrat erfasst. Die Leiterbahn 2 kreuzt dabei die Elektrode 3 mit den daran angeordneten Fingerelektroden 5. Insbesondere wenn die Elektrode 3 mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird, um das Messelement in Schwingungen zu versetzen, strahlt die Elektrode 3 ein vergleichsweise starkes elektromagnetisches Wechselfeld ab. Dieses Wechselfeld würde gemäß dem Stand der Technik in die Leiterbahn 2 einkoppeln.

Um die kapazitive Kopplung zwischen der Elektrode 3 und der Leiterbahn 2 zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine leitfähige Schicht 6 in einer dritten Ebene vorzusehen. Die dritte Ebene liegt dabei zwischen der ersten Ebene mit der Elektrode 3 und er zweiten Ebene mit den

Leiterbahnen 1 und 2. Auch die leitfähige Schicht 6 in der dritten Ebene kann beispielsweise ein Metall, eine Legierung oder ein polykristalines Silizium umfassen. Bevorzugt umfasst die leitfähige Schicht 6 ein Material, welches in einem Ätzprozess bei der Strukturierung der Elektrode 3 und der Fingerelektroden 5 nicht von der zum Ätzen verwendeten Verbindung angegriffen wird. Auf diese Weise kann die leitfähige Schicht 6 während der Herstellung der Elektrode 3 und der Fingerelektroden 5 dem Schutz der Leiterbahn 2 dienen.

Im Betrieb des mikromechanischen Sensors wird die leitfähige Schicht 6 niederohmig mit einem vorgebbaren Potential verbunden, insbesondere einem Massepotential. Auf diese Weise bildet sich unter der leitfähigen Schicht 6 ein faradayscher Käfig aus, welcher die von der Elektrode 3 abgestrahlten Signale von der Leiterbahn 2 fernhält. In gleicher Weise bildet sich oberhalb der leitfähigen Schicht 6 ein faradayscher Käfig aus, welcher von der Leiterbahn 2 ausgehende Störstrahlung von der Elektrode 3 fernhält. Auf diese Weise wird das Signal-/Rauschverhältnis der Signale sowohl der Elektrode 3 als auch der Leiterbahn 2 wunschgemäß erhöht .

In gleicher Weise wie oben für Leiterbahnen beschrieben kann mit der erfindungsgemäßen Abschirmung 6 auch die Kraftwirkung unterdrückt werden, welche von einer Leiterbahn auf das bewegliche Messelement ausgeübt wird.

Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der Leiterbahn 2, der leitfähigen Schicht 6 und der Elektrode 3 befindet sich sowohl im Zwischenraum 7 zwischen der Leiterbahn 2 und der elektrisch leitfähigen Schicht 6 als auch im Zwischenraum 8 zwischen der Schicht 6 und der

Elektrode 3 ein isolierendes Material. Ein isolierendes Material im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei insbesondere auch ein Dielektrikum sein. Bevorzugt, aber nicht zwingend, umfasst das Dielektrikum ein Siliziumoxid. Das Siliziumoxid kann dabei beispielsweise durch thermisches Oxidieren einer Siliziumschicht hergestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Siliziumoxid in einem Sol-Gel-Prozess hergestellt werden. Als Precursor eignet sich dabei insbesondere Tetraethoxysilan . In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Dielektrikum aus einer plasmaaktivierten Gasphase abgeschieden werden. Insbesondere eignet sich hierzu ein CVD- oder ein PVD- Prozess .

Dem Fachmann ist selbstverständlich geläufig, dass die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, vielmehr können bei der Umsetzung der Erfindung Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, ohne die Erfindung an sich wesentlich zu verändern. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen.