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Title:
METHOD FOR PRODUCING A MICROMECHANICAL DEVICE AND A MICROMECHANICAL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/071941
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for producing a micromechanical device and to corresponding micromechanical device consisting of a substrate material (10), a membrane (20) and a hollow space (30) formed in the region of membrane (21) between said substrate and membrane. According to said invention holes (40) are embodied first and foremost in the membrane (20) during a first etching stage and afterwards, the hollow space is produced during a second etching stage.

Inventors:
METZGER LARS (DE)
FISCHER FRANK (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/003194
Publication Date:
August 26, 2004
Filing Date:
September 25, 2003
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
METZGER LARS (DE)
FISCHER FRANK (DE)
International Classes:
B81B3/00; (IPC1-7): B81B3/00
Foreign References:
US6359276B12002-03-19
DE19752208A11999-06-02
EP1130631A12001-09-05
EP1254717A12002-11-06
FR2817050A12002-05-24
Other References:
SARRO P M: "Silicon carbide as a new MEMS technology" SENSORS AND ACTUATORS A, ELSEVIER SEQUOIA S.A., LAUSANNE, CH, Bd. 82, Nr. 1-3, Mai 2000 (2000-05), Seiten 210-218, XP004198264 ISSN: 0924-4247
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit einem Substratmaterial (10) und mit einer Membran (20), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substratmaterial (10) und der Membran (20) in einem Membranbereich (21) ein Hohlraum (30) vorgesehen ist, wobei zur Herstellung des Hohlraums (30) zunächst Löcher (40) in der Membran (20) mittels eines ersten anisotropen Ätzschrittes hergestellt werden und wobei anschließend der Hohlraum (30) mittels eines zweiten isotropen Ätzschrittes hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Substratmaterials (10) als Opferschicht vorgesehen ist, wobei beim ersten Ätzschritt die Löcher (40) in den Bereich der Opferschicht eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren CMOSkompatibel ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Ätzschrittes ein Tiefenstrukturierungsverfahren, insbesondere ein DRIEVerfahren (deep reactive ion etchVerfahren) eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ätzschritt mittels eines XeF2, C1F3, BrF3oder SF6 Plasmas oder nasschemisch mittels TMAH oder KOH oder HNOs/HF durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (40) in der Membran (20) nach dem zweiten Ätzschritt, insbesondere mit einer Abdeckschicht (50) oder einem Deckel (52), verschlossen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Ätzschritt ein thermisch vom Substratmaterial (10) zu isolierendes Bauelement auf bzw. in der Membran (20) erzeugt wird.
8. Mikromechanische Vorrichtung mit einem Substratmaterial (10) und mit einer Membran (20), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (20) vom Substratmaterial (10) besonders gut thermisch isoliert vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Substratmaterial (10) ein SiliziumSubstrat oder ein SOISubstrat (Siliconon InsulatorSubstrat) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (31) des Hohlraums (30) im wesentlichen der Höhe (44) der Löcher (40) im Substratmaterial (10) entspricht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 811, dadurch gekennzeichnet, dass auf oder in der Membran (20) eines oder mehrere thermisch isolierte Bauelemente, insbesondere Thermoelemente oder Heizelemente, vorgesehen ist/sind.
Description:
Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung und Vorrichtung Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüchen. Aus dem Artikel von D. Moser und H. Baltes"A high sensitivity CMOS gas flow sensor on a thin dielectric membrane"und der Zeitschrift Sensors and Actuators A 37-38 (1993), S. 33-37, geht eine mikromechanische Vorrichtung hervor, bei der eine thermische Entkopplung zwischen Bauelementen und dem Trägermaterial (Substrat) realisiert ist, wobei die Vorrichtung in Bulkmikromechanik hergestellt ist. Hierfür ist ein aufwändiger Vorder-und Rückseitenprozess notwendig. Die zur thermischen Isolation benötigte Membran, auf der sich beispielsweise Temperaturfühler und Heizer befinden, wird über einen volumenmikromechanischen Prozess von der Rückseite her erzeugt. Die Strukturierung der Membran erfolgt durch einen nasschemischen Ätzprozess, bspw. mittels KOH. Dabei muss von der Rückseite her das gesamte Substrat im Bereich der Membran abgeätzt werden, was zu langen Prozesszeiten führt. Da die nasschemischen Ätzlösungen die funktionalen Schichten auf der Vorderseite angreifen, muss der Wafer in sogenannte Ätzdosen eingebaut werden, damit die Vorderseite während des Ätzprozesses geschützt ist. Das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren ist daher unter Einschluss des Rückseitenprozesses sehr aufwändig und mit hohen Kosten verbunden.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüchen haben demgegenüber den Vorteil, dass ein

Verfahren zur Herstellung von Membranen bereitgestellt wird, bei dem nur Vorderseitenprozesse benötigt werden. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung in Oberflächenmikromechanik (OMM) herstellbar.

Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindunsgemäßen Vorrichtung möglich, eine thermische Isolation bzw. eine thennische Entkopplung zwischen Bauelementen auf bzw. in der Membran und dem Trägermaterial, d. h. dem Substratmaterial, zu bewirken. Als Bauelemente kommen dabei insbesondere Temperaturfühler und/oder Heizelemente zur Anordnung in bzw. auf der Membran in Frage, jedoch ist erfindungsgemäß jegliches Bauelement möglich und denkbar, dessen Herstellung in den Herstellungsprozess der Vorrichtung integrierbar ist. Eine thermische Entkopplung wird insbesondere bei thermischen Sensoren, wie beispielsweise Thermoelementen, chemischen Sensoren und Luftmassensensoren benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass nur oberflächenmikromechanische Prozesse, d. h. nur Vorderseitenprozesse zur Herstellung der Vorrichtung notwendig sind. Dadurch enfallen die aufwändigen Rückseitenprozesse wie z. B. das KOH-Ätzen mittels einer Ätzdose zur Strukturierung der Membran. Partikel und Kratzer auf der Wafervorderseite werden durch den Wegfall der Rückseitenprozesse, bei denen der Wafer umgedreht und auf die Vorderseite abgelegt werden muss, minimiert bzw. vermieden. Zur Erzeugung der thermischen Entkopplung wird erfindungsgemäß eine oberflächenmikromechanische Opferschichttechnik eingesetzt, die sowohl eine hohe Selektivität gegenüber thermisch isolierenden Materialien wie Oxiden und Nitriden als auch gegenüber Metallen hat. Als Opferschicht wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere Silizium eingesetzt. Der Bereich der Opferschicht wird erfindungsgemäß insbesondere zunächst mittels eines ersten (anisotropen) Ätzschrittes, insbesondere ein DRIE-Ätzverfahren (Deep reactive ion etching) tiefenstrukturiert und anschließend in einem zweiten (isotropen) Ätzschrittes, insbesondere mittels eines XeF2-, C1F3-, BrF3-Verfahrens, lateral vollständig geätzt, so dass unterhalb der Membran ein Hohlraum entsteht. Hierdurch entsteht ein Membranbereich, d. h. derjenige Substratbereich, in dem die Membranschicht freitragend ist und somit den Hohlraum überspannt. Die Membranschicht umfasst erfindungsgemäß thermisch schlecht leitfähiges Material, beispielweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Durch den erfindungsgemäßen kombinierten Opferschicht-Ätzprozess ist es möglich, große Opferschichttiefen zu erzeugen. Die Kompatibilität der beim Opferschichtätzen eingesetzten Ätzmedien mit den in den gängigen und aus dem Stand der Technik bekannten Standard-CMOS-Prozessen eingesetzten Materialien ermöglicht

es erfindungsgemäß, dass die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die Herstellung eines in CMOS-Technologie hergestellten integrierten Schaltkreises (IC) zusammen integriert, d. h. in einem (mehrere Schritte umfassenden) Herstellungsprozess durchführbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den nebengeordneten Ansprüchen aufgeführten Verfahrens und der Vorrichtung möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Löcher in der Membran nach dem zweiten Ätzschritt, insbesondere mit einer Abdeckschicht oder einem Deckel, verschlossen werden. Dadurch ist es möglich, dass die Strukturen beispielsweise bei einem nachfolgenden Sägeprozess geschützt werden. Als Verschlussschicht kommt hier erfindungsgemäß insbesondere eine Schicht aus PECVD-Oxid oder aus einem Spin-On-Glas oder auch aus einer Kombination aus verschiedenen Schichten in Frage. Weiterhin kommt als ein Verschluss der Löcher eine Kappe als Deckel in Frage. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass vor dem ersten Ätzschritt ein thermisch vom Substratmaterial zu isolierendes Bauelement auf bzw. in der Membran erzeugt wird. Dadurch ist es möglich, dass nach dem zweiten Ätzschritt keine weiteren, ein Bauelement erzeugenden Schritte mehr notwendig ist, und somit insbesondere keine Probleme dadurch entstehen, dass beispielsweise in der Membran nach den beiden Ätzschritten Löcher vorhanden sind, in die ggf. auf die Membran aufzubringendes Material eindringen könnte bzw. auch die Membran von ihrer Rückseite her angreifen oder beschädigen könnte. Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, dass die Membran vom Substratmaterial besonders gut isoliert vorgesehen ist. Dies wird erfindungsgemäß insbesondere durch ein vergleichsweise große Höhe des Hohlraums erreicht, der im Membranbereich über dem Substratmaterial vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich insbesondere durch verschiedene Wärmetransportmechanismen nur ein kleiner Wärmetransport von der Membran in das Substratmaterial und damit eine besonders gute thermische Isolierung. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass als Substratmaterial ein insbesondere einkristallin vorgesehenes Siliziumsubtrat oder ein SOI/EOI-Substrat (silicon-on-insulator/epipoly-on-insulator-Substrat) vorgesehen ist. Die Verwendung eines SOI/EOI-Substrats ist erfindungsgemäß besonders vorteilhaft dadurch einsetzbar, dass die Oxidschicht des SOI/EOI-Substrats während des Opferschichtätzens als vertikaler Ätzstopp dient, wodurch eine definierte Opferschichtdicke einstellbar ist. Bei einem SOI/EOI-Substrat wird von einem Schichtaufbau ausgegangen, bei dem auf einem

monokristallinen Silizium-Substrat eine Oxidschicht und nachfolgend eine Siliziumschicht aufgebracht wird.

Insgesamt erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die einfache Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesonder von Sensorelementen, bei denen eine thermische Entkopplung zwischen Temperaturfühlern und/oder Heizelementen und dem Trägermaterial bzw. Substrat notwendig ist. Es sind erfindungsgemäß nur wenige Schichten und Fotolithografieschritte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig, so dass das Verfahren einfach und kostengünstig durchführbar ist.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erste Ausführungsform des Substratmaterials mit einem ersten Teil einer Membranschicht in Schnittdarstellung, Figur 2 die erste Ausführungsform des Substratmaterials mit dem ersten Teil der Membranschicht und einem in die Membranschicht integrierten Bauelement in Schnittdarstellung, Figur 3 die erste Ausführungsform des Substratmaterials mit Membranschicht und einem teilweise durchgeführten ersten Ätzschritt in Schnittdarstellung, Figur 4 die erste Ausführungsform des Substratmaterials mit Membranschicht und vollständig durchgeführtem ersten Ätzschritt in Schnittdarstellung, Figur 5 die erste Ausführungsform des Substratmaterials mit Membranschicht und durchgeführtem ersten und zweiten Ätzschritt in Schnittdarstellung, Figur 6 und 7 die erste Ausführungsform des Substratmaterials mit Membranschicht und vollständig durchgeführtem ersten und zweiten Ätzschritt und einer ersten und zweiten Ausführungsform eines Verschlusses von Löchern in der Membran in Schnittdarstellung, Figur 8 eine zweite Ausführungsform des Substratmaterials mit Membranschicht und vollständig durchgeführtem ersten Ätzschritt in Schnittdarstellung und Figur 9 die zweite Ausführungsform des Substratmaterials mit Membranschicht und durchgeführtem ersten und zweiten Ätzschritt in Schnittdarstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform des Substratmaterials 10 mit einem ersten Teil 21 einer Membranschicht in Schnittdarstellung dargestellt. Der erste Teil 21 der Membranschicht sollte unter Zugspannung stehen und eine gewisse thermische Leitfähigkeit aufweisen. Der erste Teil 21 der Membranschicht umfasst erfindungsgemäß insbesondere eine erste Teilmembranschicht 22, die insbesondere als Oxidschicht vorgesehen ist. Die erste Teilmembranschicht 22 ist erfindungsgemäß beispielsweise als thermische Oxidschicht oder als PECVD-Oxidschicht erzeugt worden. Der erste Teil 21 der Membranschicht umfasst erfindungsgemäß weiterhin insbesondere eine zweite Teilmembranschicht 24, die insbesondere als Nitridschicht vorgesehen ist. Die zweite Teilmembranschicht 24 ist erfindungsgemäß beispielsweise als PECVD-Nitridschicht oder als LPCVD-Nitridschicht erzeugt worden. Der erste Teil 21 der Membranschicht kann jedoch in nicht dargestellten weiteren Ausgestaltungen der Erfindung in Form eines Schichtsystems aus Oxidschichten/Nitridschichten vorgesehen sein. Die Schichtdicken der ersten und zweiten Teilmembranschichten 22,24 liegen erfindungsgemäß im Bereich von etwa 0, 5- 5 um. In der ersten Ausführungsform des Substratmaterials 10 umfasst dieses insbesonder ein Halbleitermaterial 12, bevorzugt monokristallines Siliziummaterial 12.

In Figur 2 ist die erste Ausführungsform des Substratmaterials 10 mit dem ersten Teil 21 der Membranschicht 20 und einem in die Membranschicht 20 integrierten, nicht eigens mit einem Bezugszeichen bezeichneten Bauelement in Schnittdarstellung dargestellt. Das Bauelement ist erfindungsgemäß beispielhaft als Thermoelement oder Temperaturfühler vorgesehen und beschrieben, kann jedoch jedes beliebige, in oder auf eine Membran integrierbare Bauelement sein. Das Thermoelement weist beispielsweise einen bekannten Platin-Widerstand bzw. ein bekanntes Si/Al-oder auch Si/Ge-Thermopile auf, das mit bekannten Methoden hergestellt ist. Zur Herstellung eines Thermopiles als Thermoelement wird zunächst eine strukturierte und insbesondere als poly-Silizium- Schicht vorgesehene Schicht auf der Membran 20 aufgebracht, die ein erstes Gebiet 201 und ggf. ein zweites Gebiet 202 umfasst. Das erste Gebiet 201 bildet einen ersten Widerstand, der im Folgenden ebenfalls mit dem Bezugszeichen 201 bezeichnet wird.

Das erste und zweite Gebiet 201,202 können dabei auch elektrisch vollkommen getrennt voneinander vorgesehen sein, jedoch aus derselben Schicht herausstrukturiert sein.

Anschließend an das Aufbringen des ersten Widerstands 201 erfolgt die Abscheidung und Strukturierung einer Zwischenoxidschicht 203 und eines zweiten Widerstands 204, der erfindungsgemäß insbesondere aus Aluminium-Material oder Germanium-Material

besteht. Durch den nicht näher mit einem Bezugszeichen bezeichneten Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Widerstand 201,204 entsteht ein Thermoelement aus erstem und zweitem Widerstand 201,204. Über dem Thermoelement wird eine Deckoxidschicht 205 abgeschieden und strukturiert. Um die Anschlüsse des Thermoelements zu kontaktieren, werden Bondpads 206 oder allgemein Kontaktierungsflächen 206 erzeugt, die beispielsweise aus Aluminium-Material bestehen. Hierdurch ergibt sich die Membran 20 aus dem ersten Teil 21 der Membranschicht und dem"Aufbau"des Bauelements-im Ausführungsbeispiel als Thermoelement-auf dem ersten Teil 21 der Membranschicht.

Die Membran 20 könnte jedoch in einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform der Erfindung auch derart aufgebaut sein, dass beispielsweise das Bauelement unterhalb der ersten und zweiten Teilmembranschichten 22,24 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist jedenfalls"unterhalb"der Membranschicht 20 das Substratmaterial 10 angeordnet. Dies ist in allen folgenden Figuren prinzipiell gleich vorgesehen und wird daher nicht wiederholt beschrieben. Auch bleibt der grundsätzliche Aufbau des Bauelements, beispielsweise als Thermoelement, in den weiteren Figuren prinzipiell erhalten, weshalb er nicht wiederholt beschrieben wird.

In Figur 3 ist die erste Ausführungsform des Substratmaterials 10 mit der Membranschicht 20 und einem teilweise durchgeführten ersten Ätzschritt in Schnittdarstellung dargestellt. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hohlraums wird an bestimmten, in Figur 3 mit Pfeilen und den Bezugszeichen 28,29 versehenen Perforationsstellen vertikale Ausnehmungen, d. h. Löcher, in die Membranschicht 20 bzw. in die Membran 20 eingebracht. Hierzu ist es erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, mittels einer in Figur 3 lediglich mittels gestrichelt gezeichneter Linien Fotolackmaske 26 die Perforationsstellen 28,29 dadurch zu definieren, dass die Fotolackmaske 26 die gesamte Membranschicht 20 außer an den Perforationsstellen 28,29 bedeckt.

Anschließend ist es möglich, mittels eines nasschemischen oder trockenchemischen ersten Ätzschrittes Löcher 40 in die Membranschicht 20 einzubringen, d. h. die Löcher 40 durch die Deckoxidschicht 205, die Zwischenoxidschicht 203 sowie die erste und zweite Teilmembranschicht 22,24 zu treiben. Hierzu ist der Ätzprozess für den ersten Ätzschritt insbesondere anisotrop vorgesehen. Die Perforationsstellen 28,29 und entsprechend auch die Löcher 40 befinden sich an Stellen der Membranschicht 20, an denen keine Teile der auf oder in der Membranschicht 20 befindlichen Bauelemente durch die Erzeugung der Löcher 40 beschädigt werden können. In vertikaler Richtung, d. h. in Richtung der Einbringung der Löcher 40 in die flächenhaft ausgedehnte Membranschicht 20, befindet

sich daher"unterhalb"einer Perforationsstelle 28,29 lediglich ein als Opferschicht vorgesehener Bereich des Substrats 10. Für die mit dem Bezugszeichen 28 bezeichneten Perforationsstellen ist dies klar ersichtlich, weil sich die entsprechenden Löcher 40 nicht mit dem (in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 201 bzw. 204 bezeichneten) ersten oder zweiten Widerstand des Thermoelements schneiden. Für die mit dem Bezugszeichen 29 bezeichneten Perforationsstellen ist dies durch die mittels punktierter Linien dargestellten Seitenwände der entsprechenden Löcher 40 dargestellt. Dies soll verdeutlichen, dass sich die Löcher 40 für die mit dem Bezugszeichen 29 versehenen Perforationsstellen nicht in der dargestellten Schnittebene (in der sich der erste und zweite Widerstand des Thermoelements befindet), sondern in einer anderen Schnittebene befindet, in der das Bauelement nicht durch die Löcher 40 beeinträchtigt wird.

In Figur 4 ist die erste Ausführungsform des Substratmaterials 10 mit Membranschicht 20 und vollständig durchgeführtem ersten Ätzschritt in Schnittdarstellung dargestellt.

Gegenüber der Figur 3 ergibt sich lediglich der Unterschied, dass der erste Ätzschritt vollständig durchgeführt wurde, d. h. die Löcher 40 sind bis in eine gewisse Höhe 44 (bzw."Tiefe") in das Substratmaterial 10 ausgehend von den in die Membranschicht 20 an den Perforationsstellen 28,29 eingebrachten Löcher 40 (vgl. Beschreibung zu Figur 3) eingebracht. Hierzu wird wie für den in Figur 3 dargestellten ersten Teil des ersten Ätzschrittes ein anisotroper Ätzprozess zur Tiefenstrukturierung, insbesondere eine DRIE-Ätzprozess, verwendet. Die Höhe 44 ist in Figur 4 mittels eines Doppelpfeils unterhalb der ersten und zweiten Teilmembranschichten 22,24 in das Substratmaterial 10 hinein dargestellt. Die Höhe 44 der Löcher 40 liegt unterhalb der Membranschicht 20 im Bereich von 2 um bis 200 pm. Durch die Tiefenstrukturierung wird im wesentlichen die Tiefe (bzw. Höhe) des Opferschichtätzprozesses vorgegeben. Die Löcher 40, die im Folgenden auch als Perforationslöcher 40 bezeichnet werden, können einen Durchmesser zwischen 0, 5um und 500um haben. Für Anwendungen, bei denen die Membran möglichst wenige Löcher 40 aufweisen soll (z. B. Infrarot-Detektoren oder Massenflusssensoren), sind die Löcher 40 bevorzugt kleiner als 10, um. Anwendungen, die eine möglichst stark strukturierte Membran erfordern (z. B. Wärmeleitfähigkeitssensoren für H2-Erkennung, Sensoren basierend auf freiem Konvektionsfluss für Neigungsmessung), weisen bevorzugt Löcher 40 größer als 100 tm auf.

In Figur 5 ist die erste Ausführungsform des Substratmaterials 10 mit Membranschicht 20 und durchgeführtem ersten und zweiten Ätzschritt in Schnittdarstellung dargestellt.

Ausgehend von dem in Figur 4 dargestellten Herstellungsstadium der erfindungsgemäßen

Vorrichtung wird mittels eines isotropen Halbleiter-Ätzprozess als zweitem Ätzschritt die durch die Löcher 40 vorgegebene und im Bereich der Membranschicht 20 nicht sichtbare Grabenstruktur im Bereich der Opferschicht, d. h. unterhalb der Membran 20 lateral geätzt. Dies ist in Figur 5 mittels vierer, waagerecht verlaufender und nicht mit einem Bezugszeichen bezeichneter Doppelpfeile dargestellt. Der Zugang des Ätzmediums für den zweiten Ätzschritt ist in Figur 5 mittels mit dem Bezugszeichen 42 bezeichneten Pfeilen durch die Löcher 40 hindurch dargestellt. Der Ätzprozess kann beispielsweise mittels eines XeF2-, C1F3-oder BrF3-Verfahrens durchgeführt werden. Dadurch entsteht im Membranbereich 21 zwischen der Membranschicht 20 und dem nicht geätzten Teil des Substratmaterials 10 ein Hohlraum 30 und es wird durch den Membranbereich 21 die freitragende und die Bauelemente tragende bzw. umfassende Membran 20 über dem Hohlraum 30 definiert. Der Hohlraum 30 oder auch Kaverne 30 weist eine Höhe 31 auf, die erfindungsgemäß im wesentlichen der in Figur 4 dargestellten Höhe 44 der Tiefenstrukturierung der Löcher 40 unterhalb des Membranbereichs 20 entspricht. Die auf bzw. in der Membran 20 befindlichen Thermoelemente oder allgemeiner Bauelemente sind durch die Kaverne 30 gegenüber dem Substratmaterial 10 thermisch entkoppelt bzw. isoliert.

In den Figuren 6 und 7 ist die erste Ausführungsform des Substratmaterials 10 mit Membranschicht 20 und vollständig durchgeführtem ersten und zweiten Ätzschritt und einer ersten und zweiten Ausführungsform eines Verschlusses der Löcher 40 in der Membran 20 in Schnittdarstellung dargestellt. In Figur 6 wird dabei die erste Ausführungsform eines Verschlusses der Löcher 40 mittels einer Verschlussschicht 50 dargestellt. In Figur 7 wird die zweite Ausführungsform eines Verschlusses der Löcher 40 mittels einer Kappe 52 dargestellt. Dadurch werden die Bauelemente oder anderen Strukturen, insbesondere auf oder in der Membran 20, beispielsweise während des sich anschließenden Sägeprozesses zum Vereinzeln mehrerer gemeinsam auf einem Substratwafer hergestellter erfindungsgemäßer Vorrichtungen geschützt. Die Verschlussschicht 50 ist insbesondere als PECVD-Oxid oder als Spin-On-Glas ausgebildet.

In den Figuren 8 und 9 ist eine zweite Ausführungsform des Substratmaterials 10 mit Membranschicht 20 in Schnittdarstellung dargestellt. In Figur 8 ist der erste Ätzschritt vollständig durchgeführt dargestellt. In Figur 9 ist der erste und zweite Ätzschritt vollständig durchgeführt dargestellt. Bei der zweiten Ausführungsform des

Substratmaterials 10 wird ein Trägermaterial mit einer Abfolge unterschiedlicher Schichten im Substratmaterial 10 verwendet, beispielsweise mit einer Silizium- Siliziumoxid-Silizium-Schichtfolge. Dabei ist beispielsweis auf einem monokristallinen Teil 17 des Substratmaterials 10 eine (Silizium) Oxid-Schicht 16 und nachfolgend eine Siliziumschicht 15 aufgebracht. Die Siliziumschicht 15 kann dabei sowohl als monokristalline Siliziumschicht 15 oder als"epitaktisch aufgebrachte"polykristalline Siliziumschicht 15 (sogenannte EpiPoly-Siliziumschicht 15) vorgesehen sein.

Entsprechend wird vom Substratmaterial 10 im ersten Fall als von einem SOI-Material und im zweiten Fall als von einem EOI-Material gesprochen. Das Herstellungsverfahren ist jedoch in seinen Schritten auch bei der zweiten Ausführungsform des Substratmaterials 10 dem im Zusammenhang mit den Figuren 1-7 Beschriebenen analog.

Ein Unterschied liegt jediglich darin, dass die Oxidschicht 16 des Substratmaterials 10 beim Abschluss des ersten Ätzschrittes für einen Ätzstopp sorgt. Damit können die Löcher 40 mittels des Tiefenstrukturierungsverfahrens des ersten Ätzschrittes nicht tiefer als bis zur Oxidschicht 16 in das Substratmaterial 10, d. h. vollständig durch die als Opferschicht verwendete Siliziumschicht 15, eingebracht werden. Hierdurch ist eine Endpunkterkennung des ersten Ätzschrittes möglich. Die Tiefenstrukturierung der Löcher 40 über die Membranschicht 20 hinaus erstreckt sich dabei über die mit dem Bezugszeichen 44 bezeichneten Höhe (bzw. Tiefe), die der Schichtdicke der Siliziumschicht 15 entspricht. Weiterhin entspricht die Höhe 31 der Kaverne 30 der Dicke der Siliziumschicht 15 des Substratmaterials.