Die
Erfindung geht aus von einem Beschleunigungssensor nach der Gattung
des Hauptanspruchs. In der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 44 19 844 A1 ist
ein Beschleunigungssensor beschrieben, der aus drei Schichten aufgebaut
ist. Die erste Schicht dient als Tragplatte, auf der eine zweite,
isolierende Schicht aufgebracht ist. Auf der zweiten isolierenden
Schicht ist eine dritte Schicht aufgebracht, aus der das bewegliche
Element des Beschleunigungssensors herausstrukturiert ist. Elektrische
Zuleitungen sind auf der Oberseite der dritten Schicht angeordnet.
Der bewegliche Teil ist durch Isolationsgräben gegen andere Bereiche der
dritten Schicht isoliert. Der Beschleunigungssensor ist aus Silizium
herausstrukturiert.The invention relates to an acceleration sensor according to the preamble of the main claim. In the non-prepublished patent application DE 44 19 844 A1 an acceleration sensor is described, which is composed of three layers. The first layer serves as a support plate on which a second, insulating layer is applied. On the second insulating layer, a third layer is applied, from which the movable element of the acceleration sensor is structured. Electrical leads are arranged on top of the third layer. The movable part is insulated by isolation trenches against other areas of the third layer. The acceleration sensor is structured out of silicon.
Die
Schrift DE 4426590
A1 beschreibt einen kapazitiven Halbleiter-Beschleunigungssensor
mit zwei Schichten aus polykristallinem Silizium und einer dazwischen
angeordneten isolierenden Opferschicht. Der Beschleunigungssensor
weist eine viereckige seismische Masse auf, die senkrecht zur Substratebene
auslenkbar ist.The font DE 4426590 A1 describes a capacitive semiconductor acceleration sensor with two layers of polycrystalline silicon and a sacrificial insulating layer disposed therebetween. The acceleration sensor has a quadrangular seismic mass, which is deflectable perpendicular to the substrate plane.
Die
Schrift DE 4201 104
A1 beschreibt ein Verfahren zum Vereinzeln von als Differentialkondensatoren
ausgebildeten Beschleunigungssensoren. Die dabei gezeigten Beschleunigungssensoren
weisen einzelne Biegeschwinger (7) auf, die senkrecht zur
Substratebene auslenkbar sind. Die Biegeschwinger (7) sind
jeweils als eine quaderförmige Masse
(14) an zwei Biegefeder (15, 16) ausgestaltet. Die
Beschleunigungssensoren besitzen weiterhin im wesentlichen einen
Glas – Silizium – Glas Schichtaufbau.The font DE 4201 104 A1 describes a method for separating acceleration sensors designed as differential capacitors. The acceleration sensors shown here have individual bending oscillators ( 7 ), which are deflectable perpendicular to the substrate plane. The bending vibrators ( 7 ) are each as a cuboid mass ( 14 ) to two spiral springs ( 15 . 16 ) designed. The acceleration sensors furthermore essentially have a glass-silicon-glass layer structure.
Die
Schrift DE 4226430
A1 beschreibt einen kapazitiven Beschleunigungssensor mit
einer seismischen Masse in Kammstruktur. Der Sensor wird im LIGA
Verfahren hergestellt (lithographisch-galvanische Abformung). Die
Elektrode (seismische Masse) und die Gegenelektrode bestehen aus
Metall. Die Kontaktierung der Elektroden mittels Leiterbahnen, erfordert
eine zusätzliche
Verdrahtungsebene. Die 1–3 zeigen wie sich seismische
Masse und Leiterbahnen kreuzen.The font DE 4226430 A1 describes a capacitive acceleration sensor with a seismic mass in comb structure. The sensor is manufactured in the LIGA process (lithographic-galvanic impression). The electrode (seismic mass) and the counter electrode are made of metal. The contacting of the electrodes by means of conductor tracks requires an additional wiring level. The 1 - 3 show how seismic mass and interconnects intersect.
Vorteile der
ErfindungAdvantages of
invention
Der
erfindungsgemäße Beschleunigungssensor
mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruch 1 hat demgegenüber
den Vorteil, daß der
Beschleunigungssensor und die elektrischen Zuleitungen mit Hilfe
eines Dreischichtensystems aufgebaut werden.Of the
Acceleration sensor according to the invention
with the characteristics of the independent
Claim 1 has the opposite
the advantage that the
Acceleration sensor and the electrical leads with the help
of a three-layer system.
Dadurch
ist das Herstellungsverfahren besonders einfach und der Beschleunigungssensor
ist somit kostengünstig
herzustellen. Zur Herstellung des Beschleuigungssensors sind in
einem minimalen Verfahren nur zwei Maskenschritte notwendig. Das erfindungsgemäße Verfahren
mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 8 hat demgegenüber den
Vorteil, daß mit
Hilfe weniger Masken und somit weniger Verarbeitungsschritten ein
Beschleunigungssensor herstellbar ist. Das Verfahren ist einfach
und kostengünstig.Thereby
the manufacturing process is particularly simple and the acceleration sensor
is thus inexpensive
manufacture. For the preparation of the acceleration sensor are in
a minimal procedure requires only two mask steps. The inventive method
with the characteristics of the independent
Claim 8 has the other hand
Advantage that with
Help fewer masks and thus fewer processing steps
Acceleration sensor can be produced. The procedure is simple
and cost-effective.
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch
1 angegebenen Beschleunigungssensors und des im unabhängigen Anspruch
6 angegebenen Verfahrens zur Herstellung des Beschleunigungssensors
möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, den Beschleunigungssensor aus einem
Silicon-on-Isolator-Schichtsystem herauszustrukturieren. Auf diese Weise
werden die Vorteile des Silicon-on-Isolator (SOI)-Schichtsystems
für die
Herstellung des Beschleunigungssensors ausgenützt.By
in the subclaims
listed
activities
are advantageous developments and improvements of the independent claim
1 specified acceleration sensor and in the independent claim
6 specified method for producing the acceleration sensor
possible.
It is particularly advantageous for the acceleration sensor to consist of a
To structure a silicon-on-insulator layer system. In this way
will take advantage of the Silicon On Insulator (SOI) coating system
for the
Making use of the acceleration sensor exploited.
Eine
vorteilhafte Ausbildung des Beschleunigungssensors besteht darin,
als bewegliches Element eine Kammstruktur zu verwenden, die parallel zur
Oberfläche
der dritten Schicht auslenkbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine
Kraft zu detektieren, die parallel zur Oberfläche der dritten Schicht einwirkt.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Beschleunigungssensors besteht
darin, eine Kammstruktur zu verwenden, die ein bewegliches Element
mit ersten Platten und zwei feststehende Elemente mit zweiten Platten
aufweist. Die ersten und zweiten Platten sind so angeordnet, daß bei einer
Auslenkung des beweglichen Elementes ein Teil der ersten Platten
von den zweiten Platten entfernt wird und ein zweiter Teil der ersten
Platten näher
an die zweiten Platten herangebracht wird. Die ersten und zweiten
Platten bilden Kondensatoren und bei einer Auslenkung des beweglichen
Elementes ändert
sich der Abstand der Platten und somit die Kapazität der Kondensatoren. Auf
diese Weise werden zwei verschiedene Meßsignale erzeugt, die ausgewertet
werden und somit mit einer höheren
Genauigkeit die Auslenkung des beweglichen Elementes und damit die
einwirkende Kraft oder Beschleunigung errechnet wird.A
advantageous embodiment of the acceleration sensor is
as a movable element to use a comb structure parallel to the
surface
the third layer is deflectable. This way it is possible to have one
Force to act, which acts parallel to the surface of the third layer.
An advantageous embodiment of the acceleration sensor is
in using a comb structure that is a moving element
with first plates and two fixed elements with second plates
having. The first and second plates are arranged so that at a
Deflection of the movable element a part of the first plates
is removed from the second plates and a second part of the first
Plates closer
is brought to the second plates. The first and second
Plates form capacitors and at a displacement of the movable
Element changes
the distance of the plates and thus the capacitance of the capacitors. On
This way, two different measuring signals are generated, which are evaluated
and thus with a higher one
Accuracy the deflection of the moving element and thus the
acting force or acceleration is calculated.
Die
Leitfähigkeit
der Leiterbahnen wird in vorteilhafter Weise dadurch verbessert,
daß leitende Schichten
in Form von Bondpads und Zuleitungen auf die Leiterbahnen aufgebracht
werden.The
conductivity
the interconnects is advantageously improved by
that conductive layers
Applied in the form of bond pads and leads to the tracks
become.
Eine
bevorzugte Anwendung des Beschleunigungssensors besteht darin, den
Beschleunigungssensor auf einem Schwingsystem eines Drehratensensors
aufzubauen und somit einen Drehratensensor entsprechend dem unabhängigen Anspruch
10 auszubilden. Dadurch wird die Herstellung des Drehratensensors
vereinfacht, da das Schwingsystem und der Beschleunigungssensor
aus einem Dreischichtensystem herausstrukturiert werden. Eine vorteilhafte
Weiterbildung des Beschleunigungssensors, der auf einem Drehratensensor
aufgebaut ist, besteht darin, die Leiterbahnen bis in den Rahmen des
Drehratensensors zu führen,
in dem das Schwingsystem auslenkbar aufgehängt ist.A preferred application of the acceleration sensor is to build the acceleration sensor on a vibration system of a rotation rate sensor and thus a rotation rate sensor according to independent claim 10 train. As a result, the production of the rotation rate sensor is simplified because the vibration system and the acceleration sensor are structured out of a three-layer system. An advantageous development of the acceleration sensor, which is constructed on a rotation rate sensor, is to guide the conductor tracks into the frame of the yaw rate sensor, in which the oscillating system is deflectably suspended.
Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß zuerst die
Strukturierung der Leiterbahnen bzw. der Leiterbahnen und der Aufhängungen
erfolgt und daß anschließend das
bewegliche Element des Beschleunigungssensors, insbesondere eine
Kammstruktur aus der dritten Schicht herausstrukturiert wird. Dadurch wird
verhindert, daß auf
die Kammstruktur eine Abdeckschicht aufge bracht werden muß, die anschließend nur
schwer zu entfernen ist.A
advantageous development of the method according to the invention is
that first the
Structuring of the conductor tracks or the conductor tracks and the suspensions
takes place and that then the
movable element of the acceleration sensor, in particular a
Comb structure is structured out of the third layer. This will
prevents that from happening
the comb structure a cover layer must be brought up, then only
hard to remove.
Eine
Verbesserung des beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß auf der
ersten Schicht eine Passivierungsschicht aufgebracht wird. Zusätzlich ist
es von Vorteil, die Passivierungsschicht im Bereich des Schwingsystems
abzutragen und die erste Schicht bis auf eine vorgegebene Dicke
abzuätzen.A
Improvement of the method described is that on the
first layer, a passivation layer is applied. In addition is
it is advantageous, the passivation layer in the region of the vibration system
remove and the first layer to a predetermined thickness
etch.
Als
Tragplatte wird eine erste Schicht 1 verwendet, die aus
Silizium gebildet ist. Auf der ersten Schicht 1 ist eine zweite
Schicht 2, die aus Siliziumoxid gebildet ist, aufgebracht.
Die dritte Schicht besteht ebenfalls aus Silizium. In der Mitte
der dritten Schicht 3 ist eine auslenkbare Masse 7 herausstrukturiert,
die aus einem länglichen
Träger
besteht, der an beiden Längsseiten
jeweils drei Platten aufweist. Die Platten sind senkrecht zur Längsrichtung
des Trägers
angeordnet. Die auslenkbare Masse 7 ist an jedem Ende über jeweils
einen Biegesteg 17 mit einer Halterung 18 in Längsrichtung
des Trägers
auslenkbar verbunden. Die Halterungen 18 sind über die zweite
Schicht 2 mit der ersten Schicht 1 fest verbunden.
Unter der auslenkbaren Masse 7 und den Biegestegen 17 ist
die zweite Schicht 2 entfernt. Dies erfolgt bei SiO2 mittels Ätzverfahren. Diese Ausgestaltung
der auslenkbaren Masse entspricht der DE 44 19 844 A1 .As a support plate is a first layer 1 used, which is formed of silicon. On the first layer 1 is a second layer 2 made of silicon oxide applied. The third layer is also made of silicon. In the middle of the third layer 3 is a deflectable mass 7 structured out, which consists of an elongate carrier, which has three plates on both longitudinal sides. The plates are arranged perpendicular to the longitudinal direction of the carrier. The deflectable mass 7 is on each end via a bend 17 with a holder 18 connected in a deflectable manner in the longitudinal direction of the carrier. The brackets 18 are about the second layer 2 with the first layer 1 firmly connected. Under the deflectable mass 7 and the bends 17 is the second layer 2 away. This is done with SiO 2 by means of etching. This embodiment of the deflectable mass corresponds to DE 44 19 844 A1 ,
Parallel
zum Träger
der auslenkbaren Masse 7 ist jeweils ein länglicher
Haltebalken 19 aus der dritten Schicht 3 herausstrukturiert,
der drei Platten aufweist, die senkrecht in Richtung auf den Träger der auslenkbaren
Masse 7 ausgerichtet sind. Die Haltebalken 19 sind über die
zweite Schicht 2 fest mit der ersten Schicht 1 verbunden.
Die Platten eines Haltebalkens 19 sind jeweils auf der
rechten Seite der Platten der auslenkbaren Masse 7 angeordnet.
Die Platten des anderen Haltebalkens 19 sind jeweils auf
der linken Seite der Platten der auslenkbaren Masse 7 angeordnet.
Wird nun die auslenkbare Masse 7 ausgelenkt, so verkleinern
sich die Abstände
zwischen den Platten, die auf einer Seite der auslenkbaren Masse 7 angeordnet
sind, und den Platten eines Haltebalkens und zugleich vergrößern sich
die Abstände zwischen
Platten, die auf der anderen Seite der auslenkbaren Masse 7 angeordnet
sind, und den Platten des zweiten Haltebalkens. von den beiden Haltebalken 19 ist
jeweils eine Leiterbahn 4 zu einer gemeinsamen Kante des
Beschleunigungssensors herausgeführt.
Die Leiterbahnen 4 sind aus der dritten Schicht 3 herausstrukturiert
und über
die zweite Schicht 2 gegen die erste Schicht 1 elektrisch
isoliert. Die Leiterbahnen 4 sind über Ausnehmungen gegen andere
Bereiche der dritten Schicht 3 elektrisch isoliert. Ebenso
ist eine Leiterbahn 4 von der auslenkbaren Masse 7 zu
einer Kante des Beschleunigungssensors herausgeführt, die aus der dritten Schicht 3 herausstrukturiert
ist und über
die zweite Schicht 2 gegen die erste Schicht 1 elektrisch
isoliert ist und über
Ausnehmungen 10 gegen andere Bereich der dritten Schicht 3 ebenfalls
elektrisch isoliert ist. Durch Ausbildung der Ausnehmungen 10 und
Verwendung der zweiten Schicht 2 als Isolierschicht, ist
es möglich,
in der dritten Schicht 3 Leiterbahnen 4 auszubilden,
die zur Kontaktierung des Beschleunigungssensors verwendet werden.Parallel to the carrier of the deflectable mass 7 is in each case an elongated retaining bar 19 from the third layer 3 structured out, which has three plates which are perpendicular in the direction of the carrier of the deflectable mass 7 are aligned. The retaining bars 19 are about the second layer 2 stuck with the first layer 1 connected. The plates of a holding bar 19 are each on the right side of the plates of the deflectable mass 7 arranged. The plates of the other support beam 19 are each on the left side of the plates of the deflectable mass 7 arranged. Will now be the deflectable mass 7 deflected, so narrow the distances between the plates, on one side of the deflectable mass 7 are arranged, and the plates of a holding beam and at the same time increase the distances between plates, which on the other side of the deflectable mass 7 are arranged, and the plates of the second holding beam. from the two retaining bars 19 is in each case a conductor track 4 led out to a common edge of the acceleration sensor. The tracks 4 are from the third layer 3 structured out and over the second layer 2 against the first layer 1 electrically isolated. The tracks 4 are over recesses against other areas of the third layer 3 electrically isolated. Likewise is a trace 4 from the deflectable mass 7 led out to an edge of the acceleration sensor, that of the third layer 3 is structured and over the second layer 2 against the first layer 1 is electrically isolated and via recesses 10 against other area of the third layer 3 is also electrically isolated. By forming the recesses 10 and using the second layer 2 as an insulating layer, it is possible in the third layer 3 conductor tracks 4 form, which are used to contact the acceleration sensor.
Eine
weitere Verbesserung der Leitfähigkeit der
Leiterbahnen 4 wird dadurch erreicht, daß auf die Leiterbahnen 4 eine
leitende Schicht 24 aufgebracht wird. Als leitende Schicht
wird z.B. ein Metall wie Aluminium verwendet. Dadurch, daß bei Auslenkung
der auslenkbaren Masse 7 die Abstände von Platten der auslenkbaren
Masse 7 zu Platten eines Haltebalkens verkleinert und zu
Platten des anderen Haltebalkens vergrößert werden, werden zwei Meßsignale
erhalten. Die zwei Meßsignale
werden ausgewertet und aufgrund der Änderung der Kapazitäten zwischen den
Platten der auslenkbaren Masse 7 und den Platten der Haltebalken 19 wird
die Auslenkung der auslenkbaren Masse 7 und somit die einwirkende
Kraft errechnet. Die Leiterbahnen 4 werden zu Anschlußpunkten 20 geführt. An
den Anschlußpunkten 20 werden
die Meßsignale
des Beschleunigungssensors abgegriffen.A further improvement in the conductivity of the tracks 4 is achieved by the fact that on the tracks 4 a conductive layer 24 is applied. As a conductive layer, for example, a metal such as aluminum is used. Characterized in that at deflection of the deflectable mass 7 the distances of plates of the deflectable mass 7 reduced to plates of a holding bar and enlarged to plates of the other holding bar, two measuring signals are obtained. The two measurement signals are evaluated and due to the change in capacitance between the plates of the deflectable mass 7 and the plates of the retaining bars 19 becomes the deflection of the deflectable mass 7 and thus calculates the acting force. The tracks 4 become connection points 20 guided. At the connection points 20 the measuring signals of the acceleration sensor are tapped.
Aus
der DE 44 19 844 A1 ist
ein Beschleunigungssensor bekannt, bei dem jede bewegliche Platte
zwischen zwei feststehenden Platten angeordnet ist. Derartige Sensoren
lassen sich nur realisieren, wenn Leiterbahnüberkreuzungen möglich sind.
Derartige Leiterbahnüberkreuzungen
sind mit einem großen
Aufwand bei der Herstellung der Sensoren verbunden. Bei dem vorliegenden
Sensor werden keinerlei Leiterbahnüberkreuzungen benötigt, da
jeder beweglichen Platte, die an der auslenkbaren Masse 7 aufgehängt ist,
nur eine feststehende Platte zugeordnet ist. Die Isolation der einzelnen
Bereiche gegeneinander erfolgt ausschließlich durch das Einätzen von
Gräben
in der oberen Schicht 3. Die Isolation gegenüber der
unteren Schicht 1 ist durch die dielektrische Zwischenschicht 2 gewährleistet.
Derartige Sensoren lassen sich besonders einfach herstellen.From the DE 44 19 844 A1 For example, an acceleration sensor is known in which each movable plate is arranged between two fixed plates. Such sensors can only be realized if track crossovers are possible. Such interconnect crossovers are associated with a great deal of effort in the manufacture of the sensors. In the present sensor, no trace crossings are needed because of any movable plate attached to the deflectable mass 7 is suspended, only one fixed plate is assigned. The isolation of the individual areas against each other takes place exclusively through the etching of trenches in the upper layer 3 , The insulation against the lower layer 1 is through the dielectric interlayer 2 guaranteed. Such sensors are particularly easy to manufacture.
2 zeigt einen Drehratensensor,
der einen Rahmen 8 aufweist, in dem über Stege 9 eine Schwingmasse 5 schwingbar
angeordnet ist. Die Schwingmasse 5 wird über Antriebsmittel 21 zu
einer linearen Schwingung angeregt. Als Antriebsmittel werden z.B.
elektrische, magnetische oder piezoelektrische Antriebe verwendet.
Geeignete Antriebsmittel sind beispielsweise aus der EP 53 93 93 A1 bekannt. Auf
der Schwingmasse 5 ist ein Beschleunigungssensor 6 entsprechend
der 1 aufgebracht. Der
Beschleunigungssensor 6 ist in der Nachweisrichtung senkrecht
zur Schwingrichtung der Schwingmasse 5 angeordnet. Die
Leiterbahnen 4, die von den Haltebalken und der auslenkbaren
Masse 7 ausgehen, werden über die Stege 9 zum
Rahmen 8 geführt.
Der Sensor ist entsprechend dem Beschleunigungssensor aus einer
ersten, einer zweiten und einer dritten Schicht aufgebaut. Die Leiterbahnen 4 sind
aus der dritten Schicht 3 herausstrukturiert. Die Leiterbahnen 4 sind
im Rahmen 8 durch Ausnehmungen 10 von der dritten
Schicht 3 des Rahmens 8 elektrisch isoliert. Zudem
sind die Leiterbahnen 4 über die zweite Schicht 2 des
Rahmens 8 von der ersten Schicht 1 des Rahmens 8 elektrisch
isoliert. Die Darstellung des Beschleunigungssensors ist hier nur schematisch
dargestellt, da der Schichtaufbau bereits in 1 des Beschleunigungssensors ausführlich erläutert wurde. 2 shows a rotation rate sensor, a frame 8th has, in the over webs 9 a vibration mass 5 is arranged swingably. The vibration mass 5 is powered by drive 21 excited to a linear oscillation. As drive means, for example, electrical, magnetic or piezoelectric drives are used. Suitable drive means are for example from EP 53 93 93 A1 known. On the vibration mass 5 is an acceleration sensor 6 according to the 1 applied. The acceleration sensor 6 is in the detection direction perpendicular to the vibration direction of the vibration mass 5 arranged. The tracks 4 that of the retaining beams and the deflectable mass 7 Going out, over the footbridges 9 to the frame 8th guided. The sensor is constructed according to the acceleration sensor of a first, a second and a third layer. The tracks 4 are from the third layer 3 structured out. The tracks 4 are in the frame 8th through recesses 10 from the third layer 3 of the frame 8th electrically isolated. In addition, the tracks 4 over the second layer 2 of the frame 8th from the first layer 1 of the frame 8th electrically isolated. The representation of the acceleration sensor is shown here only schematically, since the layer structure already in 1 of the acceleration sensor has been explained in detail.
Die
Stege 9 sind sowohl aus der oberen Schicht 3,
wie auch aus der unteren Schicht 1 herausstrukturiert.
Dies wird in den nachfolgenden 3 und 4 noch klarer erläutert. Die
auf dem Rand 8 angeordneten Leiterbahnen 4 gehen
unmittelbar in die Stege 9 über, so daß über die Stege 9 eine
elektrische Kontaktierung des auf der Schwingmasse 5 angeordneten
Beschleunigungssensors erreicht wird. Auf der Schwingmasse 5 sind
in dem Bereich, in dem die Stege 9 münden, ebenfalls Isolationsgräben 10 in
der oberen Schicht 3 vorgesehen, so daß auch hier eine elektrische
Isolation der Signale sichergestellt wird, die über die Stege 9 auf
oder von der Schwingmasse 5 geleitet werden.The bridges 9 are both from the upper layer 3 , as well as from the lower layer 1 structured out. This will be in the following 3 and 4 even clearer explained. The one on the edge 8th arranged conductor tracks 4 go straight to the footbridges 9 over, so that over the webs 9 an electrical contact of the on the oscillating mass 5 arranged acceleration sensor is achieved. On the vibration mass 5 are in the area where the footbridges 9 open, also isolation trenches 10 in the upper layer 3 provided so that an electrical isolation of the signals is ensured here, via the webs 9 on or off the oscillating mass 5 be directed.
Auf
diese Weise ist es möglich,
einen Drehratensensor auszubilden, ohne eine aufwendige elektrische
Kontaktierung des Beschleunigungssensors vornehmen zu müssen. Dadurch,
daß die
Leiterbahnen 4 bis in den Rahmen 8 elektrisch
isoliert herausgeführt
sind, kann eine einfache elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen 4 im
Rahmen 8 erfolgen. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß der
Drehratensensor in einem Verfahren mit dem Beschleunigungssensor
aus einem Dreischichtsystem, vorzugsweise einer Silicon-on-Isolator-Schicht,
herausstrukturiert wird.In this way it is possible to form a rotation rate sensor, without having to make a complex electrical contacting of the acceleration sensor. Due to the fact that the conductor tracks 4 to the frame 8th electrically isolated led out, a simple electrical contacting of the conductor tracks 4 as part of 8th respectively. Another advantage is that the rotation rate sensor is structured out in a method with the acceleration sensor of a three-layer system, preferably a silicon-on-insulator layer.
3 zeigt Schritte eines Verfahrens
zur Herstellung eines Beschleunigungssensors bzw. eines Drehratensensors.
In 3.1 ist ein Dreischichtsystem,
bestehend aus einer ersten Schicht 1, auf der eine zweite
Schicht 2 aufgebracht ist, dargestellt. Auf der zweiten
Schicht 2 ist eine dritte Schicht 3 angeordnet.
Die erste Schicht 1 besteht aus Sili zium, die zweite Schicht 2 besteht
aus Siliziumoxid und die dritte Schicht 3 besteht wiederum
aus Silizium. Es können
jedoch auch andere Dreischichtsysteme verwendet werden, die selektiv
abgetragen werden können
wie z.B. SiO2, Si3N4, Al2O3 Polyimid,
Teflon und Si-Karbid. Als Ausgangsmaterial wird z.B. ein Silicon-on-Isolator
(SOI)-Wafer verwendet, wobei die dritte Schicht 3 aus p++
oder n++ dotiertem Silizium besteht und eine Dicke von ca 15 μm aufweist.
Die zweite Schicht 2 besteht aus Siliziumoxid und weist eine
Dicke im μm-Bereich
auf. Die erste Schicht 1 wird von einem Siliziumwafer dargestellt.
Ebenso können
auch Epi-Poly-Wafer verwendet werden, deren Herstellung und Verwendung
für Sensoren
bereits in der DE 43
18 466 A1 beschrieben ist. Für die dritte Schicht 3 wird
eine stark p- oder n-dotierte Siliziumschicht verwendet, die auf
einer einige μm
dicken Siliziumoxidschicht als zweite Schicht 2 aufgebracht
ist. Die Epi-Polysiliziumschicht ist ungefähr 12 μm dick. 3 shows steps of a method for producing an acceleration sensor or a rotation rate sensor. In 3.1 is a three-layer system consisting of a first layer 1 on which a second layer 2 is applied, shown. On the second layer 2 is a third layer 3 arranged. The first shift 1 consists of silicon, the second layer 2 consists of silica and the third layer 3 again consists of silicon. However, other three-layer systems that can be selectively ablated, such as SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 polyimide, Teflon, and Si carbide, may also be used. As a starting material, for example, a silicon-on-insulator (SOI) wafer is used, wherein the third layer 3 consists of p ++ or n ++ doped silicon and has a thickness of about 15 microns. The second layer 2 consists of silicon oxide and has a thickness in the micron range. The first shift 1 is represented by a silicon wafer. Likewise, epi-poly wafers can be used, their manufacture and use for sensors already in the DE 43 18 466 A1 is described. For the third shift 3 For example, a heavily p-doped or n-doped silicon layer is used, which is deposited on a silicon oxide layer several μm thick as a second layer 2 is applied. The epi-polysilicon layer is about 12 μm thick.
Auf
den SOI-Wafer oder Epi-Poly-Wafer wird auf die Rückseite, d.h. auf der ersten
Schicht 1 eine erste Abdeckschicht 11 in Form
von Siliziumoxid und eine zweite Abdeckschicht 12 in Form
von Plasmanitrid aufgebracht. Anschließend wird auf die dritte Schicht 3 in
den Bereichen der Leiterbahnen Aluminium aufgedampft bzw. aufgesputtert.
Das aufgebrachte Aluminium wird mit Hilfe fotolithographischer Schritte
und Ätzverfahren
in der Form der Leiterbahnen 4 als leitende Schicht 24 strukturiert.On the SOI wafer or epi-poly wafer is placed on the back, ie on the first layer 1 a first cover layer 11 in the form of silicon oxide and a second covering layer 12 applied in the form of plasma nitride. Subsequently, the third layer 3 Aluminum vapor-deposited or sputtered on in the areas of the tracks. The deposited aluminum is formed by means of photolithographic steps and etching in the form of the tracks 4 as a conductive layer 24 structured.
Anschließend wird
auf die zweite Abdeckschicht 12 ein Fotolack aufgebracht,
der in einem vorgegebenen Bereich, in dem die Schwingmasse 5 aufgebaut
wird, entfernt wird. Daraufhin werden die zweite und erste Abdeckschicht 12, 11 im
Bereich der Schwingmasse abgeätzt.
Dies ist in 3.2 dargestellt.Subsequently, on the second cover layer 12 a photoresist applied in a predetermined area in which the oscillating mass 5 is built, is removed. Thereupon, the second and first cover layers become 12 . 11 etched off in the area of the oscillating mass. This is in 3.2 shown.
Daraufhin
wird auf die dritte Schicht 3 Fotolack 30 aufgebracht
und entsprechend einer Kammstruktur eines Beschleunigungssensors
strukturiert. Anschließend
wird in die dritte Schicht 3 die Kammstruktur des Beschleunigungssensors
eingeätzt.
Dabei wird ein anisotropes Siliziumätzverfahren verwendet, das
in der Patentschrift DE
42 41 045 A1 beschrieben ist. Auf diese Weise werden Kammstrukturen
erzeugt, die ein großes
Aspektverhältnis
aufweisen. Daraufhin wird die erste Schicht 1 mittels KOH-Ätzverfahren
auf eine Restdicke von ungefähr 100 μm abgeätzt. Dies
ist in 3.3 dargestellt.Thereupon, on the third layer 3 photoresist 30 applied and structured according to a comb structure of an acceleration sensor. Subsequently, in the third layer 3 etched the comb structure of the acceleration sensor. In this case, an anisotropic silicon etching method is used, which in the patent DE 42 41 045 A1 is described. In this way, comb structures are produced which have a high aspect ratio. Then the first layer 1 etched by KOH etching to a residual thickness of about 100 microns. This is in 3.3 shown.
Daraufhin
wird die zweite Schicht 2, die aus Siliziumoxid gebildet
ist und unter der Kammstruktur 13 des Beschleunigungssensors
als Opferoxid verwendet wird, geätzt.
Auf diese Weise wird eine Kammstruktur 13 erhalten, die
auslenkbar auf der zweiten Schicht 2 befestigt ist. Diese
Kammstrukturen repräsentieren
den Beschleunigungssensor nach der 1.
In der 3 ist jedoch
die eigentliche Struktur des Beschleunigungssensors nur angedeutet,
um die Übersichtlichkeit
der Darstellung zu erleichtern. Für die weitere Bearbeitung wird
die zweite Schicht 2 unterhalb der Kammstrukturen 13 entfernt. Es
werden so bewegliche Strukturen geschaffen, die für den Beschleunigungssensor
geeignet sind. Aufgrund der großen
lateralen Abmessungen wird jedoch die zweite Schicht 2 nicht
unterhalb von anderen Bereichen der oberen Schicht 3 entfernt.
In einem weiteren Schritt wird dann die Fotolackschicht 30 entfernt
und eine neue Fotolackschicht 30 aufgebracht und strukturiert.
Die Struktur in dieser neuen Fotolackschicht wird dazu genutzt,
Gräben
einzuätzen, die
sowohl durch die obere Schicht 3, die zweite Schicht 2 und
die erste Schicht 1 hindurchreichen. Diese eingeätzten Gräben können somit
genutzt werden, um Stege 9 und eine Schwingmasse 5 aus
dem mehrschichtigen Substrat herauszuätzen. Dies wird in der 3.4 dargestellt. Durch die
eingebrachten Gräben 10 werden
die Abmessungen der Schwingmasse 5 definiert. Auf der Schwingmasse 5 sind
die Kammstrukturen 13 des Beschleunigungssensors aufgebracht.
Weiterhin ist ein Steg 9 gezeigt, dessen geometrischen
Abmessungen ebenfalls durch die Gräben 10 definiert sind.
Das Einätzen
der Gräben 10 erfolgt
in einem mehrstufigen Prozeß.
Zunächst wird
beispielsweise in einem Fluorplasma die obere Schicht 3 strukturiert.
In einem weiteren Ätzschritt, beispielsweise
in einem chlorhaltigen Plasma wird die zweite Schicht 2 strukturiert.
In einem weiteren Ätzschritt
erfolgt, beispielsweise wiederum in einem Fluorplasma, die Struktuierung
der ersten Schicht 1. Anschließend wird die Fotolacksicht,
die als Ätzmaske
für diesen
Prozeß dient,
wieder entfernt.Then the second layer becomes 2 which is formed of silicon oxide and under the comb structure 13 of the acceleration sensor is used as sacrificial oxide, etched. In this way, a comb structure 13 get that deflectable on the second layer 2 is attached. These comb structures represent the acceleration sensor after the 1 , In the 3 However, the actual structure of the acceleration sensor is only hinted at to facilitate the clarity of the presentation. For further processing, the second layer 2 below the comb structures 13 away. There are thus created movable structures that are suitable for the acceleration sensor. Due to the large lateral dimensions, however, the second layer 2 not below other areas of the upper layer 3 away. In a further step then the photoresist layer 30 removed and a new photoresist layer 30 applied and structured. The structure in this new photoresist layer is used to etch trenches through both the top layer 3 , the second layer 2 and the first layer 1 through rich. These etched trenches can thus be used to bars 9 and a vibration mass 5 etch out of the multilayer substrate. This is in the 3.4 shown. Through the introduced trenches 10 become the dimensions of the vibration mass 5 Are defined. On the vibration mass 5 are the comb structures 13 applied to the acceleration sensor. Furthermore, there is a jetty 9 Its geometric dimensions are also shown by the trenches 10 are defined. The engraving of the trenches 10 takes place in a multi-stage process. First, for example, in a fluorine plasma, the upper layer 3 structured. In a further etching step, for example in a chlorine-containing plasma, the second layer becomes 2 structured. In a further etching step takes place, for example, again in a fluorine plasma, the structuring of the first layer 1 , Subsequently, the photoresist view, which serves as an etching mask for this process, removed again.
In
der 3.4 wird eine vereinfachte
Darstellung gezeigt, die keinen Querschnitt durch einen realen Drehratensensor
darstellt. Da jedoch alle Elemente eines Drehratensensors nach der 2 gezeigt werden, wie Stege 9,
ein Schwingelement 5, Kammstrukturen für einen Beschleunigungssensor 13,
ist offensichtlich, daß sich
mit der dargestellten Abfolge von Prozeßschritten Drehratensensoren nach
der 2 herstellen lassen.
Im Randbereich sind Leiterbahnen 4 dargestellt, die nur
aus der oberen Siliziumschicht 3 herausstrukturiert sind.
Diese können
beispielsweise im gleichen Prozeßschritt wie die Kammstrukturen 13 hergestellt
werden. Es muß dann
jedoch durch große
laterale Abmessungen der Leiterbahnen 4 sichergestellt
werden, daß keine
Unterätzung
der unterhalb der Leiterbahnen 4 gelegenen zweiten Schicht 2 erfolgt.
Alternativ ist es auch möglich,
nach der Erzeugung der Kammstrukturen 13 eine weitere Fotolackschicht
aufzubringen und zu strukturieren, die dann ausschließlich für die Erzeugung
der Leiterbahnstrukturen 4 genutzt wird. Dies vergrößert jedoch
den Aufwand zur Herstellung der Sensoren. Die zur 3.3 beschriebene Rückseitenätzung der Schicht 1 dient
dazu, im Bereich des Schwingers 5 bzw. der Stiege 9 eine
Abdünung
der unteren Siliziumschicht 1 zu erreichen. Durch diese Maßnahme wird
die Ätzzeit,
die zur vollständigen Durchätzung der
Gräben 10 durch
die Schicht 1 benötigt
wird, verringert.In the 3.4 a simplified representation is shown, which does not represent a cross section through a real rate of rotation sensor. However, since all elements of a rotation rate sensor after the 2 be shown as webs 9 , a vibrating element 5 , Comb structures for an acceleration sensor 13 , it is obvious that with the illustrated sequence of process steps yaw rate sensors according to the 2 let produce. In the edge area are tracks 4 shown only from the top silicon layer 3 are structured out. These can, for example, in the same process step as the comb structures 13 getting produced. However, it must then by large lateral dimensions of the tracks 4 ensure that no undercutting the below the tracks 4 located second layer 2 he follows. Alternatively, it is also possible after creating the comb structures 13 to apply and structure a further photoresist layer, which then exclusively for the production of the conductor track structures 4 is being used. However, this increases the effort to manufacture the sensors. The to 3.3 described backside etching of the layer 1 serves to be in the range of the vibrator 5 or the stairs 9 a thinning of the lower silicon layer 1 to reach. By this measure, the etching time, the complete Durchätzung of the trenches 10 through the layer 1 is needed, reduced.
3.5 zeigt einen Querschnitt
A-A durch den Rahmen 8 im Bereich der Anschlüsse 20.
Dabei ist deutlich die elektrische Isolation der Anschlüsse 20 über die
Ausnehmungen 10 von der dritten Schicht 3 des
Rahmens 8 zu erkennen. 3.5 shows a cross section AA through the frame 8th in the area of the connections 20 , It is clear the electrical insulation of the connections 20 about the recesses 10 from the third layer 3 of the frame 8th to recognize.
Anhand
der 3.6 wird eine Herstellungsvariante
zur Herstellung eines Beschleunigungssensors erläutert. Dabei entfallen alle
Strukturierungsschritte der Schicht 1. Ausgehend von dem
Aufbau nach 3.2 wird,
wie bereits zur 3.3 beschrieben,
eine Fotolackschicht 30 auf der Oberfläche aufgebracht und durch eine
Fotomaske strukturiert. Es erfolgt dann ein Ätzschritt, beispielsweise durch
einen Fluorplasmaätzprozeß, mit dem
Gräben 10 in
die obere Siliziumschicht 3 eingebracht werden. Diese Gräben reichen
bis zur zweiten Schicht 2. In einem nachfolgenden Ätzschritt
wird die aus Siliziumoxid bestehende zweite Schicht 2 geätzt. Dies
kann beispielsweise in einer wässrigen
Flußsäurelösung oder in
einem flußsäurehaltigen
Gas erfolgen. Durch diesen Ätzschritt
wird die zweite Schicht unterhalb der feinen eingeätzten Grabenstrukturen
für die
Kammstrukturen 13 vollständig entfernt. Die Strukturen
für die
Leiterbahnen 4, die eine vergleichsweise große laterale
Ausdehnung aufweisen, bleiben jedoch durch die Schicht 2 mechanisch
fest mit der ersten Schicht 1 verbunden. Da bei diesem Ätzschritt
die Fotomaske 30 auf der Oberfläche verbleiben kann, sind beispielsweise
auch die Metallisierungsstrukturen 24 vor dem Angriff des Ätzmediums
geschützt,
so daß diese
auch aus Aluminium bestehen können. Dieser
Prozeß zur
Herstellung von Beschleunigungssensoren zeichnet sich vor allem
durch die wenigen verwendeten Prozeßschritt aus. Es können so
sehr kostengünstig
Beschleunigungssensoren hergestellt werden.Based on 3.6 a manufacturing variant for producing an acceleration sensor will be explained. This eliminates all structuring steps of the layer 1 , Based on the structure after 3.2 will, as already for 3.3 described, a photoresist layer 30 applied on the surface and structured by a photomask. It Then, an etching step, for example by a Fluorplasmaätzprozeß, with the trenches 10 in the upper silicon layer 3 be introduced. These trenches extend to the second layer 2 , In a subsequent etching step, the second layer consisting of silicon oxide becomes 2 etched. This can be done, for example, in an aqueous hydrofluoric acid solution or in a hydrofluoric acid-containing gas. This etching step makes the second layer below the fine etched trench structures for the comb structures 13 completely removed. The structures for the tracks 4 However, which have a comparatively large lateral extent, but remain through the layer 2 mechanically strong with the first layer 1 connected. Because in this etching step, the photomask 30 can remain on the surface, for example, the metallization structures 24 Protected from the attack of the etching medium, so that they can also be made of aluminum. This process for the production of acceleration sensors is characterized mainly by the few process step used. It can be made very cost acceleration sensors.
4 zeigt ein weiteres Verfahren
zur Herstellung eines Beschleunigungssensors bzw. eines Drehratensensors.
Dabei wird ein Dreischichtsystem verwendet, das aus einer ersten
Schicht 1, einer zweiten Schicht 2 und einer dritten
Schicht 3 besteht. Die erste Schicht 1 besteht
aus Silizium, die zweite Schicht 2 aus Siliziumoxid und
die dritte Schicht 3 aus stark p- oder n-dotiertem Silizium.
Das beschriebene Dreischichtsystem stellt eine Silizium auf Isolator-Struktur
dar. Auf die dritte Schicht 3 werden vorzugsweise in den
Bereichen der Leiterbahnen 4 Metalleiterbahnen 24 aufgebracht.
Dies erfolgt durch Sputtern bzw. Aufdampfen und abschließendem Strukturieren.
Anschließend
wird auf die Metalleiterbahnen 24 und die dritte Schicht 3 eine
dritte Abdeckschicht 14 aus Siliziumoxid aufgebracht. Auf
die erste Schicht 1 wird eine erste Abdeckschicht 11 und
eine zweite Abdeckschicht 12 aufgebracht. Die erste Abdeckschicht 11 besteht
aus Siliziumoxid und die zweite Abdeckschicht 12 besteht
aus Plasmanitrid. Anschließend
wird die dritte Abdeckschicht 14 entsprechend der Kammstruktur 13 des
Beschleunigungssensors, der Form der Leiterbahnen 4 und
der Stege 9 strukturiert. Auf die strukturierte dritte
Abdeckschicht 14 wird eine vierte Abdeckschicht 16 in
Form eines Fotolackes aufgebracht. Die vierte Abdeckschicht 16 wird
in der Form der Stege 9 entfernt. Dies ist in 4.3 dargestellt. Daraufhin
wird die erste Schicht 1 innerhalb des Rahmens 8 auf
eine vorgegebene Dicke von 100 μm
abgeätzt
und mit einer Passivierungsschicht 17 abgedeckt. Dies ist
in 4.4 dargestellt.
Anschließend
werden in einem Ätzprozeß Gräben eingebracht.
Da für
diese Gräben die
strukturierte vierte Abdeckschicht 16 als Ätzmaske
dient, wird zunächst
nur die geometrische Form der Stege 9 eingeätzt. Diese
Gräben
werden solange eingeätzt,
bis die Schicht 3 und 2 vollständig durchdrungen sind und
ein Teil der Schicht 1 ebenfalls durchgeätzt ist.
Die Einätzung
wird solange in die Schicht 1 eingetrieben, bis die verbleibende
Restdicke in etwa der Dicke der Schicht 3 entspricht. Dies ist
in der 4.5 dargestellt.
Anschließend
wird die vierte Abdeckschicht 16 entfernt und der Ätzprozeß wird fortgesetzt.
Diesmal wirkt die strukturierte dritte Abdeckschicht 14 als Ätzmaske,
die die Strukturen für
die Stege 9, Kammstrukturen 13 und Leiterbahnen 4 enthält. Dabei
wird ein Ätzprozeß verwendet, der
nur die Siliziummaterialien der Schichten 3 und 1 ätzt, jedoch
nicht die Schicht 2 oder 17. Die Ätzung wird
dann solange fortgesetzt, bis die Gräben für die Stege 9, die
Passivierungsschicht 17 und die Gräben für die Kammstrukturen 13 bzw.
die Leiterbahnen 4, die zweite Schicht 2 erreichen.
Anschließend
wird die zweite Schicht 2 unter der Kammstruktur 13 abgeätzt. Dabei
werden gleichzeitig aus der zweiten Schicht 2 die Stege 9 herausgeätzt. Die
Stege 9 sind jedoch so breit ausgebildet, daß die Stege 9 fest über eine
zweite Schicht 2 mit der ersten Schicht 1 verbunden
sind. Anschließend
wird die Passivierungsschicht 23 abgeätzt. Auf diese Weise wird ein
Drehratensensor entsprechend der 2 erhalten.
Dies ist schematisch in 4.7 dargestellt.
Soll nach dem beschriebenen Verfahren ein Beschleunigungssensor
hergestellt werden, so entfällt
die Herausstrukturierung der Stege 9 und die gesamte Bearbeitung
der ersten Schicht 1. Ansonsten wird entsprechend den beschriebenen
Verfahren der 4 vorgegangen. 4 shows a further method for producing an acceleration sensor or a rotation rate sensor. In this case, a three-layer system is used which consists of a first layer 1 , a second layer 2 and a third layer 3 consists. The first shift 1 consists of silicon, the second layer 2 made of silicon oxide and the third layer 3 made of heavily p- or n-doped silicon. The three-layer system described represents a silicon on insulator structure. On the third layer 3 are preferably in the areas of the tracks 4 Metal traces 24 applied. This is done by sputtering or vapor deposition and final structuring. Subsequently, on the metal tracks 24 and the third layer 3 a third cover layer 14 made of silicon oxide. On the first shift 1 becomes a first cover layer 11 and a second cover layer 12 applied. The first covering layer 11 consists of silicon oxide and the second cover layer 12 consists of plasma nitride. Subsequently, the third cover layer 14 according to the comb structure 13 the acceleration sensor, the shape of the tracks 4 and the bridges 9 structured. On the structured third cover layer 14 becomes a fourth cover layer 16 applied in the form of a photoresist. The fourth cover layer 16 is in the form of the webs 9 away. This is in 4.3 shown. Then the first layer 1 within the frame 8th etched to a predetermined thickness of 100 microns and with a passivation layer 17 covered. This is in 4.4 shown. Subsequently, trenches are introduced in an etching process. As for these trenches the structured fourth cover layer 16 serves as an etching mask, initially only the geometric shape of the webs 9 etched. These trenches are etched as long as the layer 3 and 2 are completely imbued with and part of the layer 1 also etched through. The etching is in the layer as long 1 driven until the remaining thickness is about the thickness of the layer 3 equivalent. This is in the 4.5 shown. Subsequently, the fourth cover layer 16 removed and the etching process is continued. This time, the structured third cover layer acts 14 as an etching mask showing the structures for the webs 9 , Comb structures 13 and tracks 4 contains. In this case, an etching process is used, which only the silicon materials of the layers 3 and 1 etched, but not the layer 2 or 17 , The etching is then continued until the trenches for the webs 9 , the passivation layer 17 and the trenches for the comb structures 13 or the conductor tracks 4 , the second layer 2 to reach. Subsequently, the second layer 2 under the comb structure 13 etched. At the same time, the second layer becomes the same 2 the footbridges 9 etched out. The bridges 9 However, they are so wide that the webs 9 firmly over a second layer 2 with the first layer 1 are connected. Subsequently, the passivation layer 23 etched. In this way, a rotation rate sensor according to the 2 receive. This is schematically in 4.7 shown. If an acceleration sensor is to be produced according to the described method, then the structuring out of the webs is omitted 9 and the entire processing of the first layer 1 , Otherwise, according to the described method of 4 proceed.
In
der 5 wird ein weiteres
Herstellungsverfahren für
einen Drehratensensor beschrieben. Dieses Verfahren geht aus von
einem Siliziumsubstrat 1, auf dem eine ätzbare Schicht 2,
beispielsweise Siliziumoxid aufgebracht wird. Fakultativ kann auf
der Schicht 2 noch eine Polysiliziumstartschicht 40 aufgebracht
werden. Es erfolgt dann eine Strukturierung dieser zweiten Schicht 2 und
der ggf. darauf aufgebrachten Polysiliziumstartschicht 40.
Durch Abscheiden wird dann eine weitere Siliziumschicht 3 erzeugt. Diese
weitere Siliziumschicht 30 kann, wie in der DE 43 18 466 A1 beschrieben
wird, in einem Epitaxiereaktor abgeschieden werden. In den Bereichen,
in denen die Schicht 3 unmittelbar unmittelbar auf dem
Siliziumsubstrat 1 zu liegen kommt, wächst die Siliziumschicht 3 als
einkristalline Siliziumschicht auf. In den anderen Bereichen wirkt
die Polysiliziumstartschicht 40 als Startschicht für das Aufwachsen
einer polykristallinen Siliziumschicht. Der so geschaffene Schichtaufbau
wird in der 5.2 gezeigt.
Durch Aufbringen von Ätzmaskierungen
und Ätzschritten werden
dann Grabenstrukturen in die obere Siliziumschicht 3 und
die Polysiliziumstartschicht eingebracht, die bis zur zweiten Schicht 2 reichen.
Diese bilden dann wieder Kammstrukturen 13 für einen
Beschleunigungssensor. Weiterhin wird ausgehend von der Rückseite
einer Ausnehmung eingeätzt,
um die Dicke der ersten Siliziumschicht 1 zu verringern.
Die so gebildete Struktur ist in der 5.3 dargestellt.
In der 5.4 wird dann
gezeigt, wie Grabenstrukturen 10 eingebracht werden, die
durch die obere Schicht 3, die Polysiliziumschicht 40,
die zweite Schicht 2 und die erste Schicht 1 reichen.
Es wird so ein Schwinger 5 und ein Steg 9 gebildet.
Für diesen Ätzprozeß wird ein Ätzprozeß verwendet, der
im wesentlichen nur Silizium ätzt.
Es wird somit die obere Schicht 3 und die untere Schicht 1 geätzt. Da
die Maskierung für
diese Grabenstrukturen 10 so gewählt ist, daß sie über den bereits erfolgten Strukturen
der zweiten Schicht 2 liegen, kann mit einem derartigen Ätzprozeß das gesamte
Substrat durchgeätzt
werden. Dabei werden jedoch nur die Abmessungen der oberen Schicht 3 von
der Ätzmaske
kontrolliert. Die geometrischen Abmessungen in der unteren Schicht 1 werden
von den bereits in der Schicht 2 eingebrachten Strukturen
bestimmt. Dies liegt daran, daß die
strukturierte Schicht 2 als Ätzmaske für die Ätzung der untenliegenden Schicht 1 dient.
Dies kann auch dazu genutzt werden, Justierfehler der Ätzmaske
relativ zu den Strukturen in der Schicht 2 zu kompensieren.
Dazu werden die geometrischen Abmessungen der Ätzmaske für die Gräben 10 etwas größer gewählt als
die Strukturen in der Schicht 2. Wesentlich ist bei diesem
Prozeß,
daß die
Genauigkeit der Strukturierung der ersten Schicht 1 im
wesentlichen von der Genauigkeit der Strukturierung der Schicht 2,
wie dies in 5.1 gezeigt
wird, abhängt.
Die in 5.1 gezeigte
Strukturierung der Schicht 2 kann mit besonders hoher Präzision erfolgen,
so daß auch
die geometrischen Abmessungen des Schwingelements 5 bzw.
des Stegs 9, soweit es die erste Schicht 1 angeht,
sehr präzise
ist. Da die Dicke der oberen Schicht 3 in Größenordnung
von 10 μm
und der unteren Schicht 1 in der Größenordnung von 50 μm liegt,
werden die wesentlichen geometrischen Abmessungen des Schwingers 5 und
der Stege 9 somit mit besonders großer Präzision erzeugt. Weiterhin ist
vorteilhaft, daß durch
die Vorstrukturierung der Schicht 2 das Ätzverfahren
der Gräben 10 in
einem einzigen Prozeßschritt
durchgeführt
werden kann. Auch dadurch wird die Herstellung der Strukturen vereinfacht.In the 5 Another method of producing a rotation rate sensor is described. This method is based on a silicon substrate 1 on which an etchable layer 2 For example, silicon oxide is applied. Optional can on the layer 2 another polysilicon starter layer 40 be applied. There is then a structuring of this second layer 2 and the polysilicon seed layer optionally applied thereon 40 , By deposition, then another silicon layer 3 generated. This further silicon layer 30 can, as in the DE 43 18 466 A1 be deposited in an epitaxial reactor. In the areas where the layer 3 immediately immediately on the silicon substrate 1 comes to rest, the silicon layer grows 3 as a single-crystal silicon layer. In the other areas, the polysilicon starter layer acts 40 as a starting layer for the growth of a polycrystalline silicon layer. The thus created layer structure is in the 5.2 shown. By applying Ätzmaskierungen and etching steps then trench structures in the upper silicon layer 3 and the polysilicon starting layer, which is up to the second layer 2 pass. These then form comb structures again 13 for an acceleration sensor. Furthermore, starting from the back of a recess is etched to the Thickness of the first silicon layer 1 to reduce. The structure thus formed is in the 5.3 shown. In the 5.4 is then shown as trench structures 10 be introduced through the top layer 3 , the polysilicon layer 40 , the second layer 2 and the first layer 1 pass. It will be such a vibrator 5 and a jetty 9 educated. For this etching process, an etching process is used, which etches substantially only silicon. It is thus the upper layer 3 and the lower layer 1 etched. Because the masking for these trench structures 10 is chosen so that it over the already completed structures of the second layer 2 can be etched through the entire substrate with such an etching process. However, only the dimensions of the upper layer are 3 controlled by the etching mask. The geometric dimensions in the lower layer 1 be of those already in the shift 2 introduced structures determined. This is because the structured layer 2 as an etching mask for the etching of the underlying layer 1 serves. This can also be used to mismatch the etching mask relative to the structures in the layer 2 to compensate. This will be the geometric dimensions of the etching mask for the trenches 10 chosen slightly larger than the structures in the layer 2 , It is essential in this process that the accuracy of the structuring of the first layer 1 essentially on the accuracy of structuring the layer 2 like this in 5.1 is shown depends. In the 5.1 Structuring of the layer shown 2 can be done with very high precision, so that the geometric dimensions of the vibrating element 5 or the bridge 9 as far as the first layer 1 is very precise. Because the thickness of the upper layer 3 in the order of 10 microns and the lower layer 1 is in the order of 50 microns, the essential geometric dimensions of the vibrator 5 and the bridges 9 thus produced with particularly great precision. Furthermore, it is advantageous that by the pre-structuring of the layer 2 the etching process of the trenches 10 can be performed in a single process step. This also simplifies the manufacture of the structures.
Die
in der Beschreibung zu den 5.3 und 5.4 beschriebenen Ätzungen erfolgt entweder durch die
Verwendung mehrerer Fotolackmasken, wie dies zu 3 bereits beschrieben wurde, oder durch
die Verwendung mehrerer übereinander
angeordneter Maskierungen, wie dies zu 4 bereits beschrieben wurde.The in the description of the 5.3 and 5.4 described etches either by the use of multiple photoresist masks, as is the case 3 has already been described, or by the use of a plurality of superposed masks, as this 4 already described.
Zur 5.1 wurde ausgeführt, daß die ebenfalls
abgeschiedene Polysiliziumstartschicht 40 ebenfalls strukturiert
wird. In diesem Fall weist die obere Siliziumschicht 3 einkristalline
Siliziumbereiche auf. Alternativ ist es auch möglich, die Polysiliziumstartschicht 40 erst
aufzubringen, nachdem die Strukturierung der zweiten Schicht 2 bereits
erfolgt ist. In diesem Fall wächst
die obere Siliziumschicht 3 vollständig als polykristalline Siliziumschicht
auf.to 5.1 it was stated that the likewise deposited polysilicon starter layer 40 is also structured. In this case, the upper silicon layer points 3 single crystalline silicon areas. Alternatively, it is also possible to use the polysilicon starter layer 40 first apply after structuring the second layer 2 already done. In this case, the upper silicon layer grows 3 completely as a polycrystalline silicon layer.
Ausgehend
von im 5.4 gezeigten
Bearbeitungsstand erfolgt dann noch eine Ätzung der zweiten Schicht 2,
um die Kammstrukturen 13 zu unterätzen.Starting from the 5.4 shown processing state then takes place an etching of the second layer 2 to the comb structures 13 to underestimate.
In
der 6 wird ein weiteres
Herstellungsverfahren für
einen Drehratensensor gezeigt. Dieses geht aus von einem Substrat,
wie es in der 5.2 gezeigt
wird. Es wird dann eine Ätzmaskierung 41 aufgebracht,
die beispielsweise aus Siliziumoxid bestehen kann. Es sind jedoch
auch andere Ätzmasken,
beispielsweise aus Fotolack, vorstellbar. Die Ätzmaske 41 weist Strukturen 42 auf,
die vollständig bis
zur Siliziumschicht 3 reichen. Weiterhin sind Gräben 43 vorgesehen,
die nicht vollständig
bis zur Schicht 3 reichen. Die Strukturen 42 sind
vorgesehen an den Stellen, an denen eine komplette Ätzung durch
das Substrat hindurch bis auf die Rückseite erfolgen soll. Die
Strukturen 43 sind dort vorgesehen, wo nur eine Ätzung der
oberen Siliziumschicht 3 erfolgen soll. Durch Ätzung des
Substrats nach der 6.1 wird
dann der Drehratensensor, wie er in der 5.4 dargestellt ist, geschaffen. Die 6.2 stellt einen Zwischenschritt
dieses Ätzverfahrens
dar. Es wird ein Ätzverfahren
verwendet, welches auch einen Abtrag der Maskierschicht 41 verursacht.
Alternativ ist es auch möglich,
Zwischenätzschritte
zu verwenden, in denen ein Abtrag der Maskierschicht 41 erfolgt.
Dadurch, daß bestimmte
Bereiche der Siliziumoberfläche
von Anfang an freiliegen, werden diese Bereiche schneller geätzt, als
die Bereiche, die erst im Verlauf des Ätzprozesses freigelegt werden.
Dies wird in der 6.2 dargestellt.
Die Gräben 10,
die den Strukturen 42 der Ätzmaskierung entsprechen, sind
in diesem Zwischenschritt der Ätzung
bereits vollständig
durch die obere Siliziumschicht 3 hindurch und ein Stück weit
in die erste Siliziumschicht 1 eingetrieben. Die Kammstrukturen 13,
die den Strukturen 43 in der Ätzmaskierung 41 entsprechen, sind
jedoch nur ein kleines Stück
weit in die obere Siliziumschicht 3 eingetrieben. Bei einer
Fortsetzung des Ätzprozesses
entsteht dann die Struktur, wie sie in der 5.4 gezeigt wird.In the 6 a further manufacturing method for a rotation rate sensor is shown. This is based on a substrate, as in the 5.2 will be shown. It then becomes an etch mask 41 applied, which may for example consist of silicon oxide. However, other etching masks, for example of photoresist, are conceivable. The etching mask 41 has structures 42 on, all the way to the silicon layer 3 pass. Furthermore, there are ditches 43 provided that is not complete until the shift 3 pass. The structures 42 are provided at the locations where a complete etching through the substrate to be made to the back. The structures 43 are provided where only one etching of the upper silicon layer 3 should be done. By etching the substrate after the 6.1 then the rotation rate sensor, as in the 5.4 is created created. The 6.2 represents an intermediate step of this etching process. An etching process is used which also involves removal of the masking layer 41 caused. Alternatively, it is also possible to use intermediate etching steps in which a removal of the masking layer 41 he follows. By exposing certain areas of the silicon surface from the beginning, these areas are etched faster than the areas exposed in the course of the etching process. This is in the 6.2 shown. The trenches 10 that the structures 42 correspond to the Ätzmaskierung are already completely in this intermediate step of the etching through the upper silicon layer 3 through and a little way into the first silicon layer 1 driven. The comb structures 13 that the structures 43 in the etching masking 41 but are only a small distance into the upper silicon layer 3 driven. In a continuation of the etching process then creates the structure, as in the 5.4 will be shown.
Die
Herstellung der Ätzmaskierschicht 41 kann
beispielsweise durch ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung
einer Ätzmaskierschicht
aus Siliziumoxid erfolgen. Dazu wird zunächst ganzflächig eine Siliziumschicht abgeschieden.
Durch Bearbeitung mit einer ersten Fotolackmaske werden dann die
Strukturen 43 eingeätzt.
Danach wird eine zweite Fotolackmaske aufgebracht und die Strukturen 42 werden
eingeätzt.
Nach dem Entfernen der Fotolackmasken steht dann die in 6.1 gezeigte zweistufige Ätzschicht
zur Verfügung.The preparation of the etching masking layer 41 can be done, for example, by a two-step process for producing a Ätzmaskierschicht of silicon oxide. For this purpose, a silicon layer is first deposited over the entire surface. By processing with a first photoresist mask then the structures 43 etched. Thereafter, a second photoresist mask is applied and the structures 42 are etched. After removing the photoresist masks then stands in 6.1 shown two-stage etching layer available.
Vorteilhaft
ist an diesem Verfahren, daß nach der
Erzeugung der Ätzmaske 41 keine
weiteren Fotolackprozesse auf der Oberseite erforderlich sind. Da
derartige Fotolackprozesse immer mit einer gewissen Gefährdung bereits
eingebrachte Strukturen verbunden sind, wird so die Prozeßsicherheit
verbessert.An advantage of this method is that after the generation of the etching mask 41 no further photoresist processes are required on the top. Since such photoresist processes are always associated with a certain risk already introduced structures, so the process reliability is improved.