DE102004037304A1

DE102004037304A1 - Microstructured sensor and method for its manufacture

Info

Publication number: DE102004037304A1
Application number: DE200410037304
Authority: DE
Inventors: Thorsten Pannek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-07-31
Filing date: 2004-07-31
Publication date: 2006-02-16
Also published as: WO2006013119A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mikrostrukturierten Sensor, der mindestens aufweist: DOLLAR A ein Substrat (1), DOLLAR A eine in das Substrat geätzte Kaverne (6), DOLLAR A eine Membran (7), die oberhalb der Kaverne freitragend ausgebildet und in einer Membrankante (11) lateral angebunden ist und eine Sensorschicht (3) mit Sensorstrukturen aufweist, DOLLAR A wobei die Membrankante (11) von Ätzflächen (10) der Kaverne getrennt ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Membrankante von den unregelmäßigen Ätzflanken der Ätzflächen entkoppelt, so dass die Membranstabilität verbessert wird. DOLLAR A Hierzu kann die Membrankante (11) in einer lateralen Vertiefung (9) der Seitenwand (10) der Kaverne (6) ausgebildet und von einer Oberkante (10a) der Seitenwand getrennt sein. DOLLAR A Alternativ hierzu kann die Seitenwand der Kaverne durch eine sich vertikal erstreckende Ringschicht gebildet sein, DOLLAR A wobei die Ringschicht und eine untere Membranschicht der Membran Teile einer auf dem Substrat ausgebildeten Füllschicht sind und DOLLAR A die Membrankante in der Füllschicht im Übergang zwischen der Ringschicht und der unteren Mebranschicht ausgebildet ist.The invention relates to a microstructured sensor which has at least: DOLLAR A a substrate (1), DOLLAR A a cavity etched into the substrate (6), DOLLAR A a membrane (7) which is cantilevered above the cavern and in a membrane edge ( 11) is laterally connected and has a sensor layer (3) with sensor structures, DOLLAR A wherein the diaphragm edge (11) of etching surfaces (10) of the cavern is separated. DOLLAR A According to the invention, the membrane edge is decoupled from the irregular etching edges of the etching surfaces, so that the membrane stability is improved. DOLLAR A For this purpose, the diaphragm edge (11) in a lateral recess (9) of the side wall (10) of the cavern (6) formed and separated from an upper edge (10 a) of the side wall. DOLLAR A Alternatively, the sidewall of the cavern may be formed by a vertically extending annular layer, wherein the annular layer and a lower membrane layer of the membrane are parts of a filling layer formed on the substrate and DOLLAR A is the membrane edge in the filling layer in the transition between the annular layer and the lower membrane layer is formed.

Description

Die Erfindung betrifft einen mikrostrukturierten Sensor und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The The invention relates to a microstructured sensor and a method for its production.

Derartige mikrostrukturierte Sensoren können insbesondere thermische Sensoren bzw. Temperatursensoren sein. Diese können z. B. Infrarotsensoren bzw. spektroskopische Gassensoren sein, bei denen auf einer Membran eine temperatursensitive Messstruktur, z.B. eine Thermopile-Struktur aus kontaktierten Leiterbahnen, und eine diese bedeckende Absorberschicht zur Absorbtion von Infrarot-Strahlung aufgebracht ist. Weiterhin kann ein derartiger Temperatursensor auch als Seitencrashsensor zur Messung einer Temperaturerhöhung dienen, die bei adiabatischer Kompression eines eingeschlossenen Gasvolumens in einer Fahrzeugtür auftritt. Neben Temperatursensoren sind weiterhin auch z. B. Drucksensoren oder Massenfluss-Sensoren relevant, bei denen auf einer freitragenden Membran Mess-Strukturen ausgebildet sind.such microstructured sensors can in particular be thermal sensors or temperature sensors. These can z. As infrared sensors or spectroscopic gas sensors, in which on a membrane a temperature-sensitive measuring structure, e.g. a Thermopile structure made of contacted conductors, and one of these Covering absorber layer for absorption of infrared radiation is applied. Furthermore, such a temperature sensor also serve as a side crash sensor for measuring a temperature increase, those with adiabatic compression of an enclosed gas volume in a vehicle door occurs. In addition to temperature sensors continue to z. B. pressure sensors or mass flow sensors relevant to those on a cantilever Membrane measuring structures are formed.

Die Herstellung der Sensoren in Oberflächenmikromechanik erfolgt in der Regel durch einen Gasphasenätzprozess mittels eines Silizium selektiv ätzenden Gases, z.B. CIF3. Hierbei wird das Ätzgas durch eine auf dem Substrat ausgebildete perforierte Membranschicht geführt und eine Kaverne unter der Membran geätzt, um eine thermische Entkopplung der Membran gegenüber dem Bulk-Silizium des Substrates zu erreichen.The Production of the sensors in surface micromechanics takes place in usually by a gas phase etching process by means of a silicon selectively etching Gases, e.g. ClF3. Here, the etching gas is passed through one on the substrate trained perforated membrane layer out and a cavern below the membrane etched, to a thermal decoupling of the membrane with respect to the bulk silicon of the substrate to reach.

Beim Ätzen der Kaverne bilden sich im Bodenbereich der Kaverne sowie an deren Seitenflächen Ätzfronten aus, die im Wesentlichen durch die Kristallebenen festgelegt sind. Der Ätzprozess verläuft hierbei weitgehend isotrop. Da insbesondere bei großflächigen Membran mit Flächen > 0,5 mm² zur vollständigen Unterätzung mehrere Ätzöffnungen erforderlich sind, laufen verschiedene, von den einzelnen Ätzöffnungen ausgehende Ätzfronten zusammen. An den Schnittpunkten der Ätzfronten bilden sich entsprechend Spitzen aus, an denen ein bevorzugtes Reißen der dünnen Membranen möglich ist. Hierdurch wird die Stabilität und Belastbarkeit der Membran beeinträchtigt.When the cavern is etched, etching fronts are formed in the bottom region of the cavern and on its side surfaces, which are defined essentially by the crystal planes. The etching process is largely isotropic. Since a plurality of etching openings are required in particular for large-area membranes with areas> 0.5 mm ² for complete undercutting, various etching fronts emanating from the individual etching openings converge. At the intersections of the etching fronts corresponding peaks form, at which a preferred cracking of the thin membranes is possible. As a result, the stability and resilience of the membrane is impaired.

Der erfindungsgemäße Sensor und das erfindungsgemäße Verfahren zu seiner Herstellung weisen demgegenüber mehrere Vorteile auf:Of the inventive sensor and the method according to the invention in contrast to its production have several advantages:

Durch geeignete Maßnahmen sowohl im Aufbau als auch in der Prozessführung wird die Membrankante, in der die freitragende Membran lateral angebunden ist, von den unregelmäßigen Ätzflanken der Ätzflächen entkoppelt, so dass die Membranstabilität verbessert ist.By appropriate measures both in construction and in the process control, the membrane edge, in which the self-supporting membrane is tied laterally, of the decoupled irregular etching edges of the etching surfaces, so that the membrane stability is improved.

Die Entkopplung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird durch zwischenzeitige Ausbildung einer Opferschicht auf dem Substrat und unterhalb der Membranschicht eine laterale Entkopplung der Membrankante und der Oberkante der geätzten Seitenwand der Kaverne erreicht. Die z.B. aus SiO2 bestehende Opferschicht wird nach dem Prozessschritt des Kavernenätzens in einem zusätzlichen Prozessschritt durch Zuführen eines das Silizium des Substrates nicht ätzenden Ätzgases, z.B. HF, entfernt.The Decoupling can be done in different ways. According to one first embodiment The invention is characterized by the temporary formation of a sacrificial layer on the substrate and below the membrane layer a lateral Decoupling of the diaphragm edge and the upper edge of the etched side wall reaches the cavern. The e.g. SiO2 sacrificial layer is after the process step of Kavernenätzens in an additional Process step by feeding a etching gas not etching the silicon of the substrate, e.g. HF, removed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Seitenwand der Kaverne durch eine vorher ausgebildete, sich vertikal in das Substrat erstreckende Ringschicht gebildet, so dass die Membrankante zwischen dieser Ringschicht und einer unteren Membranschicht ausgebildet wird. Die Ringschicht wird hierbei beim Ätzprozess von dem Ätzgas nicht angegriffen, so dass im Bereich der Membrankante keine Ätzfronten ausgebildet sind. Zur Ausbildung der Ringschicht wird zunächst ein ringförmiger Graben bzw. Ringgraben in dem Substrat ausgebildet, der nachfolgend mit einer diesen füllenden Füllschicht gefüllt wird, wobei die Füllschicht weiterhin die Substratober fläche zwischen der Ringschicht bedeckt. Dieser Bereich der Füllschicht kann nachfolgend als untere Membranschicht verwendet oder entfernt werden, um andere Membranschichten auszubilden. Die Kaverne unterhalb der Membran kann vollständig von der Ringschicht erfasst sein oder diese unterätzen, indem der Ätzprozess später gestoppt wird. Die Ätzöffnungen bzw. Durchgänge in der Membran können durch nachfolgendes Aufbringen einer Abdeckschicht gefüllt werden, wenn dies bei dem betreffenden Sensor gewünscht ist. Erfindungsgemäß können grundsätzlich beliebige mikromechanische Sensoren mit einer Membran, z. B. Temperatursensoren, insbesondere Infrarot-Sensoren bzw. spektroskopische Gassensoren oder Seitencrashsensoren, weiterhin auch Drucksensoren oder Massenflusssensoren hergestellt werden.According to one another embodiment the invention, the side wall of the cavern by a before formed annular layer extending vertically into the substrate formed so that the membrane edge between this ring layer and a lower membrane layer is formed. The ring layer becomes during the etching process not from the etching gas attacked, so that in the region of the diaphragm edge no etching fronts are formed. To form the ring layer is first a annular Trench or ring trench formed in the substrate, the following with a filling layer filling it filled is, wherein the filling layer continue the substrate surface covered between the ring layer. This area of the filling layer may subsequently be used or removed as the lower membrane layer be used to form other membrane layers. The cavern below the membrane can completely be covered by the ring layer or undercut these by the etching process later is stopped. The etching holes or passages in the membrane can be filled by subsequent application of a cover layer, if this is desired for the sensor in question. In principle, any desired micromechanical sensors with a membrane, z. B. temperature sensors, in particular infrared sensors or spectroscopic gas sensors or side impact sensors, and also pressure sensors or mass flow sensors getting produced.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings on some embodiments explained. Show it:

1 bis 6 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Sensors gemäß einer Ausführungsform: 1 to 6 an inventive manufacturing method of a sensor according to the invention according to one embodiment:

1 einen ersten Prozessschritt nach Aufbringen einer Opferschicht auf einem Substrat; 1 a first process step after depositing a sacrificial layer on a substrate;

2 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Ausbildung der Membranschicht; 2 a subsequent process step after formation of the membrane layer;

3 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Aufbringen einer Lackschicht und photolithographischer Strukturierung; 3 a subsequent process step after applying a lacquer layer and photolithographic structuring;

4 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Unterätzung der Membran; 4 a subsequent process step after undercut the membrane;

5 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Entfernung der Opferschicht; 5 a subsequent process step after removal of the sacrificial layer;

6 einen durch Verschließen der Membran hergestellten erfindungsgemäßen Sensor gemäß dieser Ausführungsform; 6 a sensor according to the invention made by closing the membrane according to this embodiment;

7 bis 13 beschreiben ein Herstellungsverfahren für einen Sensor gemäß einer weiteren Ausführungsformen mit einem Ringgraben: 7 to 13 describe a manufacturing method for a sensor according to another embodiment with a ring trench:

7 einen ersten Prozessschritt der Ausbildung einer ringförmigen Ätzgrube im Substrat; 7 a first process step of forming an annular etch pit in the substrate;

8 einen nachfolgenden Prozessschritt des Aufbringens einer Füllschicht; 8th a subsequent process step of applying a filling layer;

9 einen nachfolgenden Prozessschritt gemäß einer Alternative unter Entfernung der Füllschicht an der Oberfläche innerhalb des Ringgrabens; 9 a subsequent process step according to an alternative with removal of the filling layer at the surface within the ring trench;

10 einen auf 8 folgenden, alternativ zu 9 vorgesehenen Prozessschrift des Aufbringens von Sensorstrukturen auf der Füllschicht; 10 one on 8th following, alternatively to 9 provided process document of the application of sensor structures on the filling layer;

11 einen auf 10 folgenden Prozessschritt der Perforation des Schichtsystems oberhalb des Substrates; 11 one on 10 following process step of the perforation of the layer system above the substrate;

12 einen nachfolgenden Prozessschritt des Unterätzens der Membran innerhalb des Ringgrabens; 12 a subsequent process step of undercutting the membrane within the trench;

13 einen optional auf 12 folgenden Zustand bei Fortführung des Ätzprozesses. 13 an optional on 12 following state in continuation of the etching process.

Auf einem Substrat 1 aus Silizium wird eine Opferschicht 2 aus z.B. SiO2 mittels z.B. CVD abgeschieden und (in Draufsicht) ringförmig strukturiert. Die ringförmig strukturierte Opferschicht 2 weist hierbei vorteilhafterweise die Form und ungefähren Ausmaße der späteren Membran auf. Die Ätzflanken 2a bzw. Kanten der ringförmigen Opferschicht 2 sind vorzugsweise flach ausgestaltet, da sich die auszubildende Membran über diese Kanten erstrecken wird. Die ringförmige Opferschicht 2 kann auch in einem LOCOS (Local Oxidation of Silicon) – Prozess erzeugt werden, der ein Vogelschnabelprofil erzeugt, das entsprechend sehr flachen Flanken aufweist. Die Dicke der Opferschicht 2 ist vorzugsweise dünn, z.B. im Bereich von 100 nm, sie kann jedoch auch bis mehrere μm dick aufgeführt sein, insbesondere bei Verwendung eines LOCOS-Verfahrens.On a substrate 1 silicon becomes a sacrificial layer 2 from eg SiO2 deposited by means of eg CVD and (in plan view) structured annular. The ring-shaped sacrificial layer 2 This advantageously has the shape and approximate dimensions of the later membrane. The etching edges 2a or edges of the annular sacrificial layer 2 are preferably made flat because the trainee membrane will extend over these edges. The annular sacrificial layer 2 can also be generated in a Local Oxidation of Silicon (LOCOS) process that produces a bird's beak profile corresponding to very flat flanks. The thickness of the sacrificial layer 2 is preferably thin, for example in the range of 100 nm, but it can also be listed up to several microns thick, especially when using a LOCOS process.

Aus dem Substrat 1 und der Opferschicht 2 wird gemäß 2 eine Sensorschicht 3 mit sensitiven Strukturen erzeugt. Sie kann insbesondere aus Si3N4 oder auch SiO2 ausgebildet sein; sie ist aus einem von dem Material der Opferschicht 2 unterschiedlichen Material gefertigt.From the substrate 1 and the sacrificial layer 2 is according to 2 a sensor layer 3 generated with sensitive structures. It may be formed in particular of Si3N4 or SiO2; she is from one of the material of the sacrificial layer 2 made of different material.

Die Sensorschicht 3 wird nachfolgend gemäß 3 sowohl in dem Bereich auf der Opferschicht 2 als auch auf dem Substrat 1 photolithographisch strukturiert. Hierbei wird eine Lackschicht 4 aufgetragen und durch bekannte photolithographische Strukturierung Öffnungen 5 ausgebildet, die sich durch die Lackschicht 4 und die Sensorschicht 3 sowohl zu der Opferschicht 2 als auch zu dem Substrat 1 erstrecken.The sensor layer 3 will be described below 3 both in the area on the sacrificial layer 2 as well as on the substrate 1 structured by photolithography. This is a varnish layer 4 applied and by known photolithographic structuring openings 5 formed, extending through the paint layer 4 and the sensor layer 3 both to the sacrificial layer 2 as well as to the substrate 1 extend.

Nachfolgend wird die Sensorschicht 3 standardmäßig mit einem Silizium selektiv ätzenden Ätzgas, z.B. CIF3 oder XeF2, unterätzt, indem das Ätzgas durch die Öffnungen 5 zugeführt wird. Die aus SiO2 oder einem anderen gegen das Ätzgas resistenten Material, z.B. Si3N4, hergestellte Opferschicht 2 wird bei dem Si selektiv ätzenden Ätzprozess nicht angegriffen.The following is the sensor layer 3 By default, with a silicon selectively etching etching gas, such as CIF3 or XeF2, undercut by passing the etching gas through the openings 5 is supplied. The sacrificial layer made of SiO 2 or another material resistant to the etching gas, eg Si 3 N 4 2 is not attacked in the Si selectively etching etching process.

Im nächsten Schritt wird gemäß 5 die ringförmige Opferschicht 2 entfernt. Hierzu kann z.B. durch die Öffnungen 5 ein das Material der Opferschicht 2 ätzendes Ätzgas, z.B. HF, zugeführt, das das Material der Sensorschicht 3 nicht wesentlich ätzt. Durch diese HF-Dampf-Ätzung wird anstelle der früheren Opferschicht 2 ein ringförmiger lateraler Einschnitt 9 über der Oberkante 10a der Seitenwände 10 der Kaverne 6 ausgebildet.The next step is according to 5 the annular sacrificial layer 2 away. For this purpose, for example, through the openings 5 one the material of the sacrificial layer 2 Corrosive etching gas, such as HF, supplied, which is the material of the sensor layer 3 does not etch significantly. This RF vapor etch replaces the previous sacrificial layer 2 an annular lateral incision 9 over the top edge 10a the side walls 10 the cavern 6 educated.

Es wird somit eine durch die Kaverne unterätzte freitragende Membran 7 ausgebildet, die an dem Substrat 1 in einer Membrankante 11 angebunden ist, die in lateraler Richtung außerhalb der Oberkante 10a der Seitenwand 10 liegt. Gemäß 5 grenzt die Seitenwand 10 somit nicht mehr direkt an die durch die Kaverne 6 freigelegte Membran 7.Thus, it becomes a self-supporting membrane undercut by the cavern 7 formed on the substrate 1 in a membrane edge 11 Tailed, the lateral direction outside the top edge 10a the side wall 10 lies. According to 5 borders the side wall 10 thus no longer directly to the through the cavern 6 exposed membrane 7 ,

Die Seitenwände 10 sowie der Boden der Kaverne 6 bilden die Ätzfront beim Ätzen der Kaverne 6 in dem Substrat 1. Die Membrankante 11, die den Übergang von dem Substrat 1 zu der Membran 7 darstellt, liegt erfindungsgemäß in dem lateralen Einschnitt 9, der dementsprechend nicht Teil der Ätzfront ist.The side walls 10 as well as the bottom of the cavern 6 form the etching front during etching of the cavern 6 in the substrate 1 , The membrane edge 11 passing the transition from the substrate 1 to the membrane 7 represents is according to the invention in the lateral incision 9 which accordingly is not part of the etching front.

Gemäß 6 kann nachfolgend die Lackschicht 4 entfernt und eine die Öffnungen 5 verschließende Abdeckschicht 12 aufgebracht werden, wenn ein Sensor 14 mit geschlossenen Öffnungen ausgebildet werden soll.According to 6 can subsequently the lacquer layer 4 removed and one the openings 5 closing cover layer 12 be applied when a sensor 14 to be formed with closed openings.

Während bei der ersten Ausführungsform der 1 bis 6 in dem oberen Wandbereich der Kaverne ein ringförmiger lateraler Einschnitt bzw. eine lateral zurückgezogene Membrankante ausgebildet ist, um eine Rissbildung von der Ätzfront her in die Membran zu vermeiden, so wird dies bei der in den 7 bis 13 gezeigten Ausführungsform durch Ausbildung einer sich vertikal von der Oberseite nach unten erstreckenden Ringwand bzw. ringförmigen Wandschicht in der Kaverne erreicht. Gemäß 7 wird in dem Substrat 1 zunächst die laterale Einfassung der späteren Ätzgrube definiert, indem um deren Bereich herum ringförmig Silizium aus dem Substrat 1 entfernt wird.While in the first embodiment of the 1 to 6 In the upper wall region of the cavern, an annular lateral incision or a laterally retracted membrane edge is formed in order to prevent cracking from the etching front into the membrane 7 to 13 embodiment achieved by forming a vertically from the top downwardly extending annular wall or annular wall layer in the cavern. According to 7 is in the substrate 1 initially defines the lateral enclosure of the later etch pit by annularly withdrawing silicon from the substrate around its area 1 Will get removed.

Somit wird in dem Substrat 1 ein Ringgraben 20 ausgebildet, der vorzugsweise sehr schmal ist mit einer Ringdicke von z.B. 0,1 bis 10 μm, um ihn später wieder vollständig ausfüllen zu können. Die Tiefe des Ringgrabens 20 wird durch die spätere Tiefe der Kaverne bestimmt.Thus, in the substrate 1 a ring ditch 20 formed, which is preferably very narrow with a ring thickness of, for example, 0.1 to 10 microns in order to fill it again later completely. The depth of the ring trench 20 is determined by the later depth of the cavern.

Der Ringgraben 20 wird gemäß 8 nachfolgend mit einem Material aufgefüllt, das gegen das später verwendete Ätzmedium zur Ätzung der Kaverne resistent ist, z.B. SiO2 oder Si3N4. Hierbei kommt vorzugsweise ein CVD-Verfahren mit guter Kantenbedeckung zum Einsatz, um ein Verstöpseln des Grabens zu verhindern, bevor dieser vollständig aufgefüllt ist. Gemäß 8 wird somit eine Füllschicht 22 aufgetragen, die innerhalb des Ringgrabens 20 eine Ringschicht 22a, innerhalb des Ringgrabens 20 auf der Oberfläche 1a des Substrates 1 eine lateral innere Oberflächenschicht 22b und lateral außerhalb des Ringgrabens 20 eine lateral äußere Oberflächenschicht 22c aufweist.The ring ditch 20 is according to 8th subsequently filled with a material which is resistant to the etch medium used later for etching the cavern, eg SiO 2 or Si 3 N 4. In this case, preferably a CVD method with good edge coverage is used to prevent plugging of the trench before it is completely filled. According to 8th thus becomes a filling layer 22 applied inside the ring trench 20 a ring layer 22a , inside the ring trench 20 on the surface 1a of the substrate 1 a laterally inner surface layer 22b and laterally outside the ring trench 20 a laterally outer surface layer 22c having.

Zur weiteren Ausbildung kann die lateral innere Oberflächensicht 22b in die Ausbildung der Membran mit einbezogen oder entfernt werden. 9 zeigt zunächst die Alternative, bei der die lateral innere Oberflächenschicht 22b innerhalb der Ringschicht 22a durch entsprechende Strukturierung, z.B. mittels Ätzens mit HF, entfernt wird. Somit können nachfolgend Sensorschichten auf der Substratoberfläche 1a aufgebracht werden. Alternativ hierzu werden gemäß 10 zur Ausbildung der Sensorstrukturen eine Sensorschicht 24 oder auch mehrere Sensorschichten 24 direkt auf der lateral inneren Oberflächenschicht 22b aufgebracht.For further training, the laterally inner surface view 22b involved in the formation of the membrane or removed. 9 first shows the alternative, in which the laterally inner surface layer 22b within the ring layer 22a is removed by appropriate structuring, for example by means of etching with HF. Thus, subsequent sensor layers on the substrate surface 1a be applied. Alternatively, according to 10 to form the sensor structures, a sensor layer 24 or several sensor layers 24 directly on the laterally inner surface layer 22b applied.

Nachfolgend werden die Schicht 24, 22b in dem Bereich, in dem später die Ätzgrube entstehen soll, gemäß 11 perforiert unter Ausbildung von zu dem Substrat 1 verlaufenden Öffnungen 25.Below are the layer 24 . 22b in the area where the etch pit is to be built later, according to 11 perforated to form to the substrate 1 extending openings 25 ,

Nachfolgend wird die aus der Oberflächensicht 22b und der Sensorschicht 24 gebildete Membran 26 unterätzt, indem durch die Öffnungen 25 das Ätzgas, z.B. CIF3 oder XeF2, zugeführt wird. Die Unterätzung kann in unterschiedlichen Umfang erfolgen. Gemäß der in 12 gezeigten Ausführungsform wird eine Kaverne 29 innerhalb der Ringschicht 22a geätzt, so dass die Ringschicht 22a die Kaverne 29 vollständig einschließt bzw. deren Seitenwandung bildet. Bei dieser Ausführungsform des Sensors 32 liegt somit der Boden 28 der Kaverne 29 oberhalb oder auf gleicher Höhe wie das untere Ende der Ringschicht 22a.Below is the from the surface view 22b and the sensor layer 24 formed membrane 26 undercut by passing through the openings 25 the etching gas, eg CIF3 or XeF2, is supplied. The undercut can be made to varying degrees. According to the in 12 embodiment shown is a cavern 29 within the ring layer 22a etched, leaving the ring layer 22a the cavern 29 completely encloses or its side wall forms. In this embodiment of the sensor 32 is thus the ground 28 the cavern 29 above or at the same height as the lower end of the ring layer 22a ,

Alternativ hierzu kann der Ätzprozess über die Ätzung der Kaverne 29 hinaus fortgeführt werden, so dass gemäß 13 die Kaverne 30 sich über die Tiefe der Ringschicht 22a hinaus erstreckt und die Ringschicht 22a unterätzt wird. Im weiteren Verlauf der Ätzung arbeitet sich die Kaverne 30 aufgrund ihrer weitgehenden Isotropie in gleicher Weise nach unten wie auch wieder Richtung Oberfläche des Substrates 1 weiter. Die Ätzung wird daher spätestens kurz vor Erreichen der Substratoberfläche gestoppt. Damit ergibt sich eine maximale Ätztiefe der Kaverne 30 von etwa dem Doppelten der Tiefe des Ringgrabens 20 bzw. der Ringschicht 22a. Bei der Variante des Sensors 33 der 13 entstehen somit freistehende Säulen der Ringschicht 22a, die in Abhängigkeit von der Ätztiefe mehr oder weniger stark an das umgebende Bulk-Silizium des Substrates 1 angebunden sind.Alternatively, the etching process via the etching of the cavern 29 be continued so that according to 13 the cavern 30 over the depth of the ring layer 22a extends out and the ring layer 22a is undercut. In the course of the etching, the cavern works 30 due to their extensive isotropy in the same way down as well as again towards the surface of the substrate 1 further. The etching is therefore stopped at the latest shortly before reaching the substrate surface. This results in a maximum etch depth of the cavern 30 about twice the depth of the ring trench 20 or the ring layer 22a , At the variant of the sensor 33 of the 13 thus arise freestanding columns of the ring layer 22a , which depending on the etching depth more or less strongly to the surrounding bulk silicon of the substrate 1 are connected.

Die Membrankante 27 wird bei den Ausführungsformen der 9 und 10 somit zwischen der Ringschicht 22a und der unteren Membranschicht 22b oder – falls die untere Membranschicht 22b gemäß 9 entfernt wird – zwischen der der Ringschicht 22a und einer nachfolgend aufgetragenen Membranschicht ausgebildet. Nachfolgend kann auf die in 12 und 13 gezeigten Bauelemente wiederum eine Abdeckschicht aufgetragen werden, oder die Membran 26 mit den Öffnungen 25 belassen werden.The membrane edge 27 is in the embodiments of the 9 and 10 thus between the ring layer 22a and the lower membrane layer 22b or - if the lower membrane layer 22b according to 9 is removed - between the ring layer 22a and a subsequently applied membrane layer. Below can be found on the in 12 and 13 shown components are in turn applied a cover layer, or the membrane 26 with the openings 25 be left.

Bei allen gezeigten Ausführungsformen kann zur Ausbildung eines Infrarotsensors bzw. spektroskopischen Gassensors vor dem Ätzen der Kaverne z.B. eine Thermopile-Struktur aus miteinander kontaktierten Leiterbahnen aus unterschiedlichen Materialien mit verschiedenen Seeback-Koeffizienten aufgebracht und nachfolgend eine Absorberschicht aus z.B. einem Metalloxid zur Absorbtion von Infrarotstrahlung aufgebracht werden. Zur Ausbildung eines Temperatursensors kann weiterhin auch eine Bolometer-Struktur mit einem der Strahlung ausgesetzten Strukturelement ausgebildet werden, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von seiner Temperatur und somit der absorbierten Strahlung ändert. Zur Ausbildung eines Drucksensors können eine Abdecksicht und z.B. ein piezoresistiver Widerstand aufgebracht und kontaktiert werden.at all shown embodiments can for the formation of an infrared sensor or spectroscopic Gas sensor before etching the cavern e.g. a thermopile structure made of each other Tracks made of different materials with different Seeback coefficients applied and subsequently an absorber layer from e.g. applied to a metal oxide for the absorption of infrared radiation become. To form a temperature sensor can continue to a bolometer structure with a structural element exposed to the radiation be formed, whose resistance is dependent changes from its temperature and thus the absorbed radiation. For training a pressure sensor can a cover and e.g. applied a piezoresistive resistance and be contacted.

Bei beiden Ausführungsformen der 12 und 13 werden nun die Ränder der Ätzgrube bzw. Kaverne 29, 30 nicht mehr durch die isotrope CIF3-Ätzung mit ihrer Spitzenbildung bestimmt, sondern durch die Geometrie der Ringschicht 22a bzw. des vorher ausgebildeten Ringgrabens 20. Somit lassen sich Membrangeometrien in weitgehend beliebiger und sehr genauer Ausführung auch mit isotropen Ätzprozessen herstellen.In both embodiments of the 12 and 13 Now the edges of the etching pit or cavern 29 . 30 no longer determined by the isotropic CIF3 etching with its peak formation, but by the geometry of the ring layer 22a or the previously formed ring trench 20 , Thus, membrane geometries can be produced in largely arbitrary and very accurate design even with isotropic etching processes.

Claims

A microstructured sensor comprising at least: a substrate ( 1 ), one in the substrate ( 1 ) etched cavern ( 6 . 29 . 30 ), a membrane ( 7 . 26 ) above the cavern ( 6 . 29 . 30 ) cantilevered and in a membrane edge ( 11 . 27 ) is laterally connected and a sensor layer ( 3 . 24 ) having sensor structures, wherein the membrane edge ( 11 . 27 ) of etching surfaces ( 10 . 28 . 31 ) of the cavern ( 6 . 29 . 30 ) is disconnected.

Microstructured sensor according to claim 1, characterized in that the side wall ( 10 ) of the cavern ( 6 ) is formed as an etching surface, and the membrane edge ( 11 ) in a lateral depression ( 9 ) of the side wall ( 10 ) and from a top edge ( 10a ) of the side wall ( 10 ) is disconnected.

Microstructured sensor according to claim 2, characterized in that the membrane edge ( 11 ) on the substrate top ( 1a ) and laterally outside the upper edge ( 10a ) of the side wall ( 10 ) is arranged.

Microstructured sensor according to claim 1, characterized in that the side wall of the cavern ( 29 . 30 ) by a vertically extending annular layer ( 22a ) is formed, and the membrane edge ( 27 ) between the ring layer ( 22a ) and a lower membrane layer ( 22b ) is trained.

Microstructured sensor according to claim 4, characterized in that the ring layer ( 22a ) and a lower membrane layer ( 22b ) of the membrane ( 26 ) Parts of one on the substrate ( 1 ) formed filling layer ( 22 ), and the diaphragm edge ( 27 ) in the filling layer ( 22 ) is trained.

Microstructured sensor according to claim 4 or 5, characterized in that the filling layer ( 22 ) laterally of the lower membrane layer ( 22b ) to the outside as the substrate ( 1 ) covering surface layer extends.

Microstructured sensor according to one of claims 4 to 6, characterized in that the filling layer ( 22 ) is made of a material which is sensitive to a silicon etching gas (CIF3), eg SiO2 or Si3N4.

Microstructured sensor according to one of claims 4 to 7, characterized in that the ring layer ( 22a ) the cavern ( 29 ) and an etching surface ( 28 ) trained ground ( 28 ) of the cavern ( 29 ) above or at the same level of the lower end of the annular layer ( 22a ) is arranged.

Microstructured sensor according to one of claims 4 to 7, characterized in that the cavern ( 30 ) to below the ring layer ( 22a ) and partially undercuts them.

Microstructured sensor according to one of the preceding claims, characterized in that on the upper side of the membrane ( 7 . 26 ) a cover layer ( 12 ) is formed, which the openings ( 5 . 25 ) in the membrane.

Microstructured sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that it can be used as a pressure sensor with one in or on the membrane ( 7 . 26 ) formed pressure or voltage-sensitive measuring device, such as a piezoresistive element is formed.

Microstructured sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that it is designed as a temperature sensor, infrared sensor, spectroscopic gas sensor or side crash sensor and on the membrane ( 7 . 26 ) a thermopile structure or bolometer structure is formed.

Method for producing a microstructured sensor ( 14 . 32 . 33 ), comprising at least the following steps: forming a membrane layer ( 3 . 22b . 24 ) with sensor structures on a substrate ( 1 ), Formation of openings ( 5 . 25 ) in the membrane layer ( 3 . 22b . 24 ), and supplying etching gas (CIF3) through the openings (FIG. 5 . 25 ) and etching a cavern ( 6 . 29 . 30 ) in the substrate ( 1 ) to form a self-supporting membrane ( 7 . 26 ), with a membrane edge ( 11 . 27 ), in which the membrane ( 7 . 26 ) is laterally connected, from the etching surfaces ( 10 . 28 . 31 ) of the cavern ( 6 . 29 . 30 ) in the substrate ( 1 ) is formed separately.

A method according to claim 13, characterized in that at least the following steps are provided: depositing and structuring an annular sacrificial layer ( 2 ) on the substrate ( 1 ), Forming the membrane layer ( 3 ) with sensor structures on the substrate ( 1 ) and the sacrificial layer ( 2 ), Structuring of openings ( 5 ) in the membrane layer ( 3 ) leading to the sacrificial layer ( 2 ) and to the substrate ( 1 ), Supplying etching gas (CIF3, XeF2) through the openings ( 5 ) and etching a cavern ( 6 ) in the substrate ( 1 ) to form a self-supporting membrane ( 7 ) below the membrane layer ( 3 ) such that a top edge ( 10a ) formed as Ätzfläche side wall ( 10 ) at the bottom of the sacrificial layer ( 2 ), and removing the sacrificial layer ( 2 ) by selective etching, wherein the membrane edge ( 11 ) from the top edge ( 10a ) of the side wall ( 10 ) is laterally spaced.

A method according to claim 14, characterized in that the sacrificial layer is formed of SiO 2 and for etching the sacrificial layer ( 2 ) a SiO 2 selectively etching, silicon non-corrosive etching gas (HF) is used.

A method according to claim 14 or 15, characterized in that during the photolithographic structuring of the membrane layer ( 3 ) on the membrane layer ( 3 ) applied lacquer layer ( 4 ) during the selective etching of the sacrificial layer ( 2 ) on the membrane layer ( 3 ) remains.

A method according to claim 13, characterized in that the method comprises at least the following steps: formation of a ring trench ( 20 ) in the substrate ( 1 ), Applying a filling layer ( 22 ) on the substrate top ( 1a ) and in the ring trench ( 20 ) such that the ring trench ( 20 ) with a ring layer ( 22a ) is filled in one piece into a lower membrane layer ( 22b ), which on the substrate surface ( 1a ) within the ring layer ( 22a ), subsequent application of at least one sensor layer ( 24 ), Structuring of openings ( 25 ) by at least the sensor layer ( 24 ) to the substrate ( 1 ), Supply of etching gas through the openings ( 25 ) and etching a cage ( 29 . 30 ) which at least partially within the ring layer ( 22a ), with formation of the membrane ( 26 ), where the membrane edge ( 27 ) between the ring layer ( 22a ) and the lower membrane layer ( 22b ) is arranged.

Method according to claim 17, characterized in that the at least one sensor layer ( 24 ) on the lower membrane layer ( 22b ) is applied and subsequently the openings ( 25 ) through the sensor layer ( 24 ) and the lower membrane layer ( 22b ) be formed.

A method according to claim 17, characterized in that the lower membrane layer ( 22b ) before applying the sensor layer ( 24 ) in the area within the ring layer ( 22a ) Will get removed.

Method according to one of claims 17 to 19, characterized in that the etching process of the etching of the cavern ( 29 ), while the cavern ( 29 ) completely from the ring layer ( 22a ) is surrounded.

Method according to one of claims 17 to 19, characterized in that the ring layer ( 22a ) from the cavern ( 30 ) is partially undercut.