Beschreibung

Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Membranstruktur mit feststehendem Gegenelement

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Membranstruktur mit feststehendem Gegenelement, ausgehend von einem Halbleitersubstrat, nämlich einem p-dotierten Si-Substrat.

Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von mikromechanischen Mikrofonen, wie sie beispielsweise bei Hörgeräten oder Mobiltelefonen zum Einsatz kommen. Auch für Applikationen mit akustischer Schnittstelle, wie z.B. Notebooks oder Kameras, werden immer öfter mikromechanische Mikrofone verwendet. Derartige Mikrofone umfassen eine membranartige Struktur, die durch den Schalldruck ausgelenkt wird. Die Membranauslenkungen werden meist kapazitiv mit Hilfe einer feststehenden Gegenelektrode erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt.

In der DE 10 2004 036 032 Al wird ein oberflächenmikromechanisches Verfahren zur Herstellung eines Membransensors beschrieben. Ausgangsmaterial für das bekannte Verfahren ist ein p-dotiertes Si- Substrat. Zunächst wird in einem gitterförmigen Oberflächenbereich dieses Substrats eine n-Dotierung erzeugt, bevor das Substratmaterial in einem Bereich unterhalb der n-dotierten Gitterstruktur porös geätzt wird. Auf der Substratoberfläche wird dann über der n-dotierten Gitterstruktur und dem porös geätzten Bereich eine geschlossenen Epitaxieschicht abgeschieden.

Gleichzeitig oder in einem nachfolgenden Temperschritt lagert sich das poröse Siliziummaterial so um, dass in dem ursprünglich porösen

Bereich unterhalb der n-dotierten Gitterstruktur eine Kaverne entsteht. Auf diese Weise wird eine Membran freigelegt, die aus dem die Kaverne überspannenden Bereich der n-dotierten Gitterstruktur mit der darauf abgeschiedenen Epitaxieschicht gebildet ist.

Offenbarung der Erfindung

Mit der hier in Rede stehenden Erfindung wird eine Modifikation des bekannten Verfahrens vorgeschlagen, das zudem zur Herstellung einer mikromechanischen Membranstruktur mit feststehendem Gegenelement weiterentwickelt ist.

Dementsprechend umfasst das erfindungsgemäße Verfahren, das von einem p-dotierten Si-Substrat ausgeht, die folgenden Pro ze s s schritte :

n-Dotierung mindestens eines zusammenhängenden gitterförmigen

Bereichs der Substratoberfläche; - porös ätzen eines Substratbereichs unterhalb der n-dotierten

Gitterstruktur; - Oxidation des porösen Siliziums;

Erzeugen mindestens einer Opferschicht über der n-dotierten

Gitterstruktur ; - Abscheidung und Strukturierung mindestens einer dicken

Epitaxieschicht;

Entfernen der Opferschicht zwischen der dicken Epitaxieschicht und der n-dotierten Gitterstruktur und Erzeugen einer Kaverne im

Si-Substrat unterhalb der n-dotierten Gitterstruktur durch Entfernen des oxidierten porösen Siliziums (oxPorSi);

so dass die freigelegte n-dotierte Gitterstruktur eine Membranstruktur bildet und in der strukturierten dicken Epitaxieschicht mindestens ein feststehendes Gegenelement ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass eine Prozessierung der Substratvorderseite ausreicht, um die angestrebte dreidimensionale, mehrschichtige Bauelementstruktur mit einer mikromechanischen Membran und einem feststehenden Gegenelement zu realisieren. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer geschickten Kombination von bewährten oberflächenmikromechanischen Prozessblöcken, die ursprünglich für andersartige Bauelementstrukturen entwickelt wurden. D.h., jeder einzelne Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich durch eine bekannte, gut handhabbare, gut kontrollierbare und deshalb insgesamt kostengünstige oberflächenmikromechanische Prozessfolge darstellen. Zudem sind alle diese Prozessschritte CMOS-kompatibel, so dass das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren auch einfach durch eine Prozessfolge zur monolithischen Integration einer Auswerteschaltung ergänzt werden kann. Schließlich sei noch erwähnt, dass die erfindungsgemäß gefertigten Bauelemente nicht nur in der Herstellung besonders kostengünstig sind sondern auch in der Montage, da die nicht prozessierte Rückseite dieser Bauelemente den Einsatz einer kostengünstigen Aufbau- und Verbindungstechnik zulässt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine besonders hohe Designfreiheit zur Optimierung der Bauelementstruktur für verschiedene Anwendungen. So kann die Empfindlichkeit der Membranstruktur durch unterschiedliche Auslegung der

Membranaufhängung, d.h. der Art, wie die Membran mit dem Randbereich der Kaverne verbunden ist, beeinflusst werden. Zudem sind die mechanischen und akustischen Eigenschaften des Bauelements aufgrund der einkristallinen und unverspannten Si-Membran in Bezug auf die Empfindlichkeit besonders vorteilhaft.

Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Membranaufhängung einfach durch den Randbereich der n-dotierten Gitterstruktur gebildet, der kontinuierlich in den Randbereich der Kaverne übergeht. Zur Steigerung der Membranempfindlichkeit werden in einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Verfahrensvariante im Randbereich der n-dotierten Gitterstruktur n-dotierte Stege

ausgebildet, so dass lediglich diese Stege in den Randbereich der Kaverne übergehen und Federaufhängungen für die Gitterstruktur bilden .

Eine andere Möglichkeit der Membranaufhängung besteht darin, die n- dotierte Gitterstruktur über die dicke Epitaxieschicht an den Randbereich der Kaverne anzubinden. Dazu wird die Opferschicht im Bereich der n-dotierten Gitterstruktur geöffnet, so dass die dicke Epitaxieschicht in einem Kontaktbereich direkt auf der n-dotierten Gitterstruktur abgeschieden wird.

Soll die Auslenkung der Membranstruktur mit Hilfe des feststehenden Gegenelements kapazitiv erfasst werden, so muss dieses sowohl gegen das Substrat als auch gegen die n-dotierte Gitterstruktur elektrisch isoliert sein. Bei den drei voranstehend erwähnten Verfahrensvarianten kann dies einfach durch eine geeignete Strukturierung der Opferschicht und der dicken Epitaxieschicht erreicht werden.

In einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Membranaufhängung in einer ersten dünnen Epitaxieschicht unterhalb der dicken Epitaxieschicht realisiert. Dazu wird mindestens eine erste Opferschicht über der n-dotierten Gitterstruktur erzeugt und im späteren Membranbereich so strukturiert, dass eine darüber abgeschiedene erste dünnere

Epitaxieschicht in direktem Kontakt zur n-dotierten Gitterstruktur steht. Diese Epitaxieschicht wird dann so strukturiert, dass eine darüber erzeugte zweite Opferschicht bereichsweise direkt auf der ersten Opferschicht angeordnet ist. Erst danach wird die das feststehende Gegenelement bildende dicke Epitaxieschicht abgeschieden. Nach Entfernen der Opferschichten im Membranbereich bildet die erste Epitaxieschicht eine mechanische Aufhängung für die Membranstruktur. Durch entsprechende Strukturierung der ersten Epitaxieschicht lassen sich bei dieser Verfahrensvariante auch einfach Federaufhängungen für die Membranstruktur zur Steigerung der Empfindlichkeit realisieren.

Die voranstehende Verfahrensvariante eignet sich nicht nur zur Realisierung einer vorteilhaften mechanischen Aufhängung für die Membranstruktur sondern auch zur Realisierung von vergrabenen Leiterbahnen, beispielsweise zum elektrischen Anschluss der Membranstruktur. In diesem Fall ist es von Vorteil, die erste dünnere Epitaxieschicht stark zu dotieren. Eine vollständige elektrische Isolation der Membranstruktur gegen das Substrat kann hier einfach durch entsprechende Strukturierung der n-dotierten Gitterstruktur, der Opferschichten und der Epitaxieschichten erzielt werden.

Die Empfindlichkeit der Membranstruktur kann auch durch einen mehrstufigen und daher für eine Druckbeaufschlagung „transparenteren" Aufbau des feststehenden Gegenelements gesteigert werden. Dazu wird die erste dünnere Epitaxieschicht so strukturiert, dass über dem späteren Membranbereich ein Epitaxiebereich verbleibt. Bei der Strukturierung der zweiten Opferschicht wird dann über diesem Epitaxiebereich mindestens eine Kontaktöffnung erzeugt, so dass die dicke Epitaxieschicht über die Kontaktöffnung mit der ersten Epitaxieschicht verbunden ist und zusammen mit der ersten dünneren Epitaxieschicht ein mehrstufiges feststehendes Gegenelement bildet.

Alle voranstehend erläuterten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens können zudem durch eine Strukturierung der

Substratrückseite mit Bulk-Prozessen ergänzt werden, um das Rückseitenvolumen zu vergrößern oder einen Rückseitenzugang zur Membranstruktur zu erzeugen.

Schließlich sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur sehr gut zur Herstellung eines mikromechanischen Mikrofons mit kapazitivem Wandlerprinzip eignet, sondern beispielsweise auch zur Herstellung eines kapazitiven Beschleunigungssensors zum Erfassen von senkrecht zur Substratoberfläche wirkenden Beschleunigungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem unabhängigen Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.

Fig. Ia - Ih veranschaulichen die einzelnen Verfahrensschritte einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand schematischer Schnittansichten (untere Bildhälfte) und entsprechender Draufsichten

(obere Bildhälfte) einer ersten Bauelementstruktur 100 während der Herstellung;

Fig. 2 zeigt eine Variante des in Fig. Ia dargestellten Verfahrensschritts zur Optimierung der

Membranaufhängung;

Fig. 3a, 3b zeigen eine Variante der in den Fig. le-h dargestellten Verfahrensschritte zur Realisierung einer Membranaufhängung über die dicke

Epitaxieschicht;

Fig. 4a - 4j veranschaulichen die einzelnen Verfahrensschritte einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand schematischer Schnittansichten

(untere Bildhälfte) und entsprechender Draufsichten (obere Bildhälfte) einer vierten Bauelementstruktur 400 während der Herstellung;

Fig. 5 zeigt eine Variante des in Fig. 4f dargestellten

Verfahrensschritts zur Optimierung der Membranaufhängung;

Fig. 6a - 6e veranschaulichen eine Variante der in den Figuren 4f und 4g dargestellten Verfahrensschritte zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Mikrofonbauelements 600; und

Fig. 7a - 7d veranschaulichen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Rückseitenprozessierung des Ausgangssubstrats.

Ausführungsformen der Erfindung

Anhand der Figuren Ia bis Ih wird nachfolgend eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, das hier beispielhaft zur Herstellung eines einfachen mikromechanischen Mikrofons mit kapazitivem Wandlerprinzip eingesetzt wird.

Das Verfahren geht von einem p-dotierten Si-Substrat 1 aus. In einem ersten Verfahrensschritt, der in Fig. Ia dargestellt ist, wird eine n-Dotierung 2 in einen zusammenhängenden gitterförmigen Bereich der Substratoberfläche eingebracht. Dies kann beispielsweise durch Implantation oder Diffusion erfolgen.

Anschließend soll das Si-Substrat 1 in einem Bereich 3 unterhalb der n-dotierten Gitterstruktur 2 porös geätzt werden. Dieser

Bereich 3 ist in Fig. Ic dargestellt. Davor wird zur lateralen Definition dieses Bereichs 3 eine Silizium-Nitrid Si3N4-Maske 4 auf der Substratoberfläche abgeschieden und entsprechend strukturiert, was in Fig. Ib dargestellt ist.

Fig. Ic zeigt die Substratstruktur nach einer Anodisierung der offenliegenden Bereiche mittels Flusssäure (HF) und elektrischem Strom. Durch die Anodisierung wird der p-dotierte Si-Bereich 3, der nicht unter der Si3N4-Maske 4 liegt, porös geätzt. Im Unterschied dazu wird das n-dotierte Silizium der Gitterstruktur 2 während der Anodisierung nicht angegriffen.

Nach der Anodisierung wird die Si3N4-Maske 4 wieder entfernt. Anschließend erfolgt eine thermische Oxidation des porösen Siliziums im Bereich 3, wobei oxPorSi entsteht, was in Fig. Id dargestellt ist. Dabei wird zwar auch die n-dotierte Gitterstruktur 2 oberflächlich anoxidiert, sie bleibt aber im Kern einkristallin.

Im nächsten Verfahrensschritt wird eine Opferschicht 5 auf der Substratoberfläche erzeugt. Dabei handelt es sich typischerweise um ein Oxid, wie z.B. Tetra-Ethyl-Orthosilikat (TEOS) . Diese Opferschicht 5 wird strukturiert, wobei hier lediglich eine

Kontaktöffnung 6 im Randbereich der n-dotierten Gitterstruktur 2 erzeugt wird. Ansonsten überdeckt die Opferschicht 5 die n-dotierte Gitterstruktur 2 und den darunter liegenden oxPorSi-Bereich 3 vollständig, wie aus Fig. Ie ersichtlich.

Anschließend erfolgt die Abscheidung einer dicken Epitaxieschicht 7, die hier aus polykristallinem Silizium besteht. Fig. If verdeutlicht, dass diese Epitaxieschicht 7 im Bereich der Kontaktöffnung 6 in direktem Kontakt zur n-dotierten Gitterstruktur 2 steht. Die Kontaktierung der n-dotierten Gitterstruktur 2 erfolgt über Bondpads 8, die oberhalb dieses Kontaktbereichs angeordnet werden, während Bondpads zur Kontaktierung der späteren Backplane auf dem entsprechenden Bereich der Epitaxieschicht 7 angeordnet werden. Dazu wird auf der dicken Epitaxieschicht 7 eine Metallisierung abgeschieden und strukturiert. Die Metallisierung besteht typischerweise aus Aluminium, wie z.B. AlSi-Cu.

In den beiden nun folgenden Verfahrensschritten werden die funktionalen Strukturen des Bauelements 100, wie es in Fig. Ih dargestellt ist, freigelegt. Zunächst wird die dicke

Epitaxieschicht 7 strukturiert. Die Strukturierung erfolgt hier in einem Deep-RIE Trenchprozess, wobei der Trench auf der vergrabenen Opferschicht 5 stoppt, was durch Fig. Ig veranschaulicht wird.

In einem ätzschritt wird nun zunächst die Opferschicht 5 im Bereich über der n-dotierten Gitterstruktur 2 entfernt und anschließend auch das darunter liegende oxPorSi . Der ätzangriff erfolgt über die

Trenchöffnungen 9 in der dicken Epitaxieschicht 7. Um ein Verkleben der dünnen Strukturen zu vermeiden, wird hier vorteilhafterweise HF-Gasphasenätzen eingesetzt. Bei diesem ätzschritt entsteht eine Kaverne 10 im Si-Substrat 1, die von der nun freigelegten n- dotierten Gitterstruktur 2 überspannt wird. Diese dient als schalldruckempfindliche Membran 11. über der Membran 11 und in einem Abstand zu dieser befindet sich die strukturierte Epitaxieschicht 7, die als feststehendes Gegenelement 12 bzw. Backplane dient. Diese Bauelementstruktur 100 ist in Fig. Ih dargestellt. Zur Wandlung von Schall in ein elektrisches Signal werden die n-dotierte Membran 11 und die Backplane 12 kapazitiv gegeneinander ausgewertet.

Fig. 2 veranschaulicht eine Variante des voranstehend in Verbindung mit den Figuren Ia bis Ih beschriebenen Verfahrens, die sich lediglich im Layout des zusammenhängenden n-dotierten Bereichs 20 von der in Fig. Ia dargestellten n-dotierten Gitterstruktur 2 unterscheidet. Der zusammenhängende n-dotierte Bereich 20 setzt sich hier aus einer Gitterstruktur 21, einem Rahmen 22 für die Gitterstruktur 21 und vier stegartigen Federaufhängungen 23 zusammen, über die die quadratische Gitterstruktur 21 an allen vier Seiten mit dem Rahmen 22 verbunden ist. Der so präparierte Halbleiterträger 200 wird dann wie in Verbindung mit den Figuren Ib bis Ih beschrieben prozessiert. Dabei entsteht eine „freischwebende" n-dotierte gitterförmige Membran 21, die nur über die vier stegartigen Federaufhängungen 23 mit dem Rahmen 22 verbunden ist, der im Randbereich der Kaverne angeordnet ist. über das Design der Federaufhängungen 23, d.h. Geometrie und Dicke, lassen sich die mechanischen bzw. akustischen Eigenschaften der Membran 21 gezielt beeinflussen.

Die Figuren 3a, 3b beziehen sich auf eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Membranaufhängung in der dicken Epitaxieschicht 37 erzeugt wird. Diese Verfahrensvariante unterscheidet sich von der in Verbindung mit den Figuren Ia bis Ih beschriebenen Prozessführung zunächst nur in der Strukturierung der Opferschicht 35, die über der n-dotierten Gitterstruktur 32 erzeugt

worden ist. Während die Kontaktöffnung 6 in der Opferschicht 5 gemäß Fig. Ie im Randbereich der n-dotierten Gitterstruktur 2 angeordnet wurde, werden hier Kontaktöffnungen 36 über der freizulegenden Gitterstruktur 32 erzeugt, so dass die danach abgeschiedene dicke Epitaxieschicht 37 an mehreren Stellen über dem oxPorSi-Bereich 33 in direktem Kontakt zu der freizulegenden Gitterstruktur 32 steht, was besonders gut durch Fig. 3a veranschaulicht wird. Die dicke Epitaxieschicht 37 wurde hier so strukturiert, dass die als Trägerstrukturen 313 dienenden Bereiche der dicken Epitaxieschicht 37 durch Trenchgräben 39 gegen die Backplane 312 elektrisch isoliert sind.

Fig. 3b zeigt die resultierende Bauelementstruktur 300 nach dem Entfernen der Opferschicht 35 und des oxPorSi im Bereich 33. Die in der strukturierten Epitaxieschicht 37 ausgebildeten

Trägerstrukturen 313 sind direkt mit der Membran 311 verbunden und über die verbleibenden Bereiche der Opferschicht 35 gegen das Si- Substrat 31 elektrisch isoliert. Schließlich sei noch erwähnt, dass im hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Bondpads 381 und 382 auf der dicken Epitaxieschicht 37 erzeugt wurden. Das Bondpad 381, das auf einer der Trägerstrukturen 313 angeordnet ist, dient zum elektrischen Anschluss des Membran 311, während die Backplane 312 über das Bondpad 382 angeschlossen wird. Die Epitaxieschicht 37 wird hier also sowohl zur Realisierung der mechanischen Membranaufhängung als auch des elektrischen Anschlusses der Membran 311 verwendet.

Anhand der Figuren 4a bis 4j wird eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben zur Herstellung eines Mikrofons mit optimierter mechanischer Aufhängung und elektrischer Isolation bzw. Kontaktierung über epitaktisches PoIy-Si.

Auch diese Verfahrensvariante geht von einem p-dotierten Si- Substrat 41 aus. In einem ersten Verfahrensschritt wird eine n- Dotierung in die Substratoberfläche eingebracht, die einen quadratischen gitterförmigen Bereich 421 und einen davon abgesetzten Rahmen 422 umfasst, was in Fig. 4a dargestellt ist.

Fig. 4b zeigt, dass anschließend eine Silizium-Nitrid Si3N4-Maske 44 auf der Substratoberfläche abgeschieden wird. Diese Maske 44 definiert die lateralen Abmessungen eines Bereichs 43, in dem das Si-Substrat 41 unterhalb der n-dotierten Bereichs 421, 422 porös geätzt wird, was in Fig. 4c dargestellt ist. Danach wird die Si3N4- Maske 44 wieder entfernt. Das poröse Silizium im Bereich 43 wird dann durch thermische Oxidation in oxPorSi umgewandelt, was in Fig. 4d dargestellt ist.

Im nächsten Verfahrensschritt wird eine erste Opferschicht 451 auf der Substratoberfläche erzeugt. Dabei handelt es sich typischerweise um ein Oxid, wie z.B. Tetra-Ethyl-Orthosilikat (TEOS) . Diese Opferschicht 451 wird strukturiert, wobei hier lediglich vier Kontaktöffnungen 46 über dem quadratischen gitterförmigen Bereich 421 erzeugt werden, wie aus Fig. 4e ersichtlich .

Anschließend erfolgt die Abscheidung und Strukturierung einer ersten dünnen Epitaxieschicht 471 zur Realisierung einer mechanischen Membranaufhängung und vergrabener Leiterbahnen. Dementsprechend besteht die Epitaxieschicht 471 hier aus stark dotiertem, polykristallinen Silizium. Nach der Strukturierung verbleiben lediglich vier Bereiche dieser ersten Epitaxieschicht 471, was durch Fig. 4f verdeutlicht wird. Jeder dieser Bereiche der Epitaxieschicht 471 erstreckt sich vom Bereich des n-dotierten Rahmens 422 bis über eine Kontaktöffnung 46, wo die Epitaxieschicht 471 in direktem Kontakt zum n-dotierten gitterförmigen Bereich 421 steht.

über der so strukturierten ersten Epitaxieschicht 471 wird eine zweite Opferschicht 452 abgeschieden und strukturiert, was in Fig. 4g dargestellt ist. Bei der Strukturierung wird eine öffnung 453 über einem Epitaxieschichtbereich 471 erzeugt.

Fig. 4h zeigt, dass dann eine zweite dicke Epitaxieschicht 472 abgeschieden wird. Diese steht im Bereich der öffnung 453 in

direktem Kontakt zum angrenzenden Epitaxieschichtbereich 471 und über die entsprechende Kontaktöffnung 46 zum n-dotierten gitterförmigen Bereich 421. Auf der dicken Epitaxieschicht 472 wird zur Erzeugung von Bondpads 48 eine Metallisierung abgeschieden und strukturiert.

Erst danach wird die dicke Epitaxieschicht 472 strukturiert, was durch Fig. 4i veranschaulicht wird. Dabei handelt es sich um den ersten Schritt zum Freilegen der funktionalen Strukturen des Bauelements 400.

In einem ätzschritt werden nun zunächst die Opferschichten 451 und 452 im Bereich über der n-dotierten Gitterstruktur 421 entfernt und anschließend auch das darunter liegende oxPorSi. Der ätzangriff erfolgt über die Trenchöffnungen 49 in der dicken Epitaxieschicht

472. Bei diesem ätzschritt entsteht eine Kaverne 410 im Si-Substrat 41, über die dann auch das Opferschichtmaterial zwischen der n- dotierten Gitterstruktur 421 und der ersten dünnen Epitaxieschicht 471 herausgeätzt wird. Die so freigelegte n-dotierte Gitterstruktur 421 ist über die Epitaxieschichtbereiche 471 mit dem Randbereich der Kaverne 410 verbunden, so dass sie die Kaverne 410 überspannt und als schalldruckempfindliche Membran 411 dient. über der Membran 411 und in einem Abstand zu dieser befindet sich die strukturierte dicke Epitaxieschicht 472, die als feststehendes Gegenelement 412 bzw. Backplane dient. Diese Bauelementstruktur 400 ist in Fig. 4j dargestellt. Zur Wandlung von Schall in ein elektrisches Signal werden die n-dotierte Membran 411 und die Backplane 412 kapazitiv gegeneinander ausgewertet.

Durch die in Verbindung mit den Fig. 4a bis 4j beschriebene

Prozessführung ergibt sich eine vollständige elektrische Isolation der frei schwebenden n-dotierten Membran 411 vom Substrat 41. Dies bedeutet geringere parasitäre Kapazitäten und geringere Leckströme. Auch hier können die mechanischen und akustischen Eigenschaften der Membran 411 über das Design, d.h. die Geometrie und Dicke, der Aufhängungen 471 eingestellt werden.

Fig. 5 veranschaulicht eine Variante des voranstehend in Verbindung mit den Figuren 4a bis 4j beschriebenen Verfahrens, die sich lediglich im Layout der ersten Epitaxieschicht 571 von der in Fig. 4f dargestellten strukturierten ersten Epitaxieschicht 471 unterscheidet. Die einzelnen nach der Strukturierung verbleibenden Epitaxieschichtbereiche 571 sind hier als Federaufhängungen ausgelegt, über die die n-dotierte quadratische Gitterstruktur 521 an allen vier Seiten mit dem n-dotierten Rahmen 522 verbunden ist. Der so präparierte Halbleiterträger 500 wird dann wie in Verbindung mit den Figuren 4g bis 4j beschrieben weiter prozessiert.

Anhand der Figuren 6a bis 6e wird eine Variante des in den Figuren 4 bzw. 5 dargestellten Verfahrens erläutert. Zur Herstellung eines Mikrofons mit verbesserter Empfindlichkeit wird hier nicht nur die mechanische Membranaufhängung durch Strukturierung einer ersten dünnen Epitaxieschicht 671 optimiert, sondern auch eine mehrstufige Backplane 612 erzeugt, die für den akustischen Schall „transparent" ist.

Wie im Fall der Verfahrensvariante gemäß den Figuren 4, wird über der n-Dotierung 621/622 in der Oberfläche des Substrats 61 und über dem oxPorSi-Bereich 63 eine erste Opferschicht 651 gebildet und strukturiert, wobei vier Kontaktöffnungen 66 über der quadratischen n-dotierten Gitterstruktur 621 erzeugt werden, die in einem n- dotierten Rahmen 622 ausgebildet ist. Anschließend wird eine erste dünne Epitaxieschicht 671 abgeschieden und strukturiert. Danach verbleiben zum einen vier als Federaufhängungen ausgelegte Bereiche dieser ersten Epitaxieschicht 671, die sich jeweils vom Randbereich der zu erzeugenden Kaverne bis über eine Kontaktöffnung 66 erstrecken, wo die Epitaxieschicht 671 in direktem Kontakt zur n- dotierten Gitterstruktur 621 steht. Zum anderen wird bei der Strukturierung der ersten Epitaxieschicht 671 eine Art Raster über dem Membranbereich erzeugt. Die Geometrie der verbleibenden Epitaxieschichtbereiche 671 wird besonders gut durch die Draufsicht der Fig. 6a veranschaulicht.

über der so strukturierten ersten Epitaxieschicht 671 wird eine zweite Opferschicht 652 abgeschieden und strukturiert, was in Fig. 6b dargestellt ist. Bei der Strukturierung der zweiten Opferschicht 652 wird zum einen eine öffnung 653 über einem Epitaxieschichtbereich 671 erzeugt, der in elektrischem Kontakt zur n-dotierten Gitterstruktur 621 steht, und zum anderen eine Grabenstruktur 654, die zumindest teilweise dem Raster in der strukturierten Epitaxieschicht 671 über dem Membranbereich entspricht .

Im Bereich dieser Grabenstruktur 654 wächst die nachfolgend abgeschiedene zweite dicke Epitaxieschicht 672 direkt auf der ersten dünnen Epitaxieschicht 671 auf, was in Fig. 6c dargestellt ist.

Fig. 6d zeigt die Bauelementstruktur 600 nach der Strukturierung der zweiten dicken Epitaxieschicht 672, und Fig. 6e zeigt die Bauelementstruktur 600 nach dem Entfernen der Opferschichten 651 und 652 im Membranbereich. Dabei ist eine mehrstufige Backplane 612 entstanden, die durch den Rasterbereich der ersten Epitaxieschicht 671 in Verbindung mit den darüber liegenden Bereichen der zweiten dicken Epitaxieschicht 672 gebildet wird. Die Membran 611, die durch die n-dotierte Gitterstruktur 621 gebildet wird, wurde durch Entfernen des darunter liegenden oxPorSi 63 freigelegt.

In Verbindung mit den Figuren 7a bis 7d wird eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, die mit allen vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten kombinierbar ist und die Realisierung eines Rückseitenzugangs vorsieht. Dieser dient entweder zur Vergrößerung des Rückvolumens der Membran oder auch der Schalleinleitung. Die Figuren 7a bis 7d zeigen nur die für die Realisierung des Rückseitenzugangs erforderlichen Verfahrensschritte .

Fig. 7a zeigt den Zustand eines erfindungsgemäß prozessierten

Halbleiterträgers 700 vor dem Beginn der Rückseitenprozessierung. Diese Figur entspricht Fig. 4h.

Fig. 7b veranschaulicht die mehrstufige Strukturierung der Substratrückseite, die beispielsweise durch Trenchen erfolgen kann. In einem ersten Schritt wird dabei ein Trench 701 bis kurz vor den oxPorSi Bereich 43 durchgeführt. In einem zweiten Schritt wird dann der Boden dieses Trench strukturiert. Dazu kann ein fotolithographisches Verfahren, beispielsweise unter Verwendung einer Sprühbelackung, eingesetzt werden. Anschließend kann der zweite Trench durchgeführt werden, der dann bis in den oxPorSi Bereich 43 hineinführt und das oxidierte PorSi als Stoppschicht nutzt. Dabei entsteht eine Substratstruktur 701 unterhalb der zu erzeugenden Membran und eine Zugangsöffnung 702. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Rückseitenprozessierung damit abgeschlossen.

Die Fig. 7c und 7d entsprechen den Figuren 4i und 4 j . Sie veranschaulichen die abschließenden Prozessschritte, die wieder auf der Substratvorderseite stattfinden. Zunächst wird gemäß Fig. 7c die zweite dicke Epitaxieschicht 472 strukturiert, um dann gemäß Fig. 7d die Opferschichten 451 und 452 zusammen mit dem oxPorSi im Membranbereich und darunter zu entfernen. Die unterhalb der dabei entstehenden Kaverne 410 verbleibende Substratstruktur 701 bildet eine zweite rückseitige Backplane für die Membran 411. Bei Kontaktierung der zweiten Backplane kann auf diese Weise auch eine differentielle und damit besonders empfindliche Auswertung erfolgen .

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren auch sehr gut zur Herstellung anderer mikromechanischer Sensoren eignet. Das Verfahren bietet mindestens zwei unabhängig voneinander elektrisch wie auch mechanisch strukturierbare Schichten, nämlich die einkristalline n-dotierte Schicht und mindestens eine Epitaxieschicht. Die Kopplung dieser beiden Schichten kann frei wählbar an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Dabei sind sowohl elektrische als auch mechanische Brücken einfach realisierbar.