6 01.02.2005 - 31.03.2007 01.02.2005 - 31.03.2007 Villingen, 17.07 ...

Abschlussbericht Forschungsvorhaben 14237 N
5 Wissenschaftlich-technische Ergebnisse
5.1 Entwicklung eines Technologiekonzepts
Abgeleitet von den im vorhergehenden Kapitel erläuterten Anforderungen wurde ein
Technologiekonzept für drei Messachsen entwickelt. Ausgangsbasis dafür stellt die
etablierte SOI-Technologie nach [7], [8] dar. Basierend auf diesem Technologiekonzept ist
seit 2006 bereits ein einaxialer Drehratensensor kommerziell verfügbar [9]. Durch die
Verwendung von einkristallinem Silizium können grundsätzlich stressfreie Sensorstrukturen
realisiert werden. Für die Realisierung von Strukturbewegungen aus der Substratebene
heraus ist lediglich ein Maskenschritt zusätzlich notwendig. Die Strukturanregung und
-detektion erfolgt mittels abgedünnter Fingerstrukturen. Das hier eingesetzte Verfahren
zeichnet sich durch eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Technologietoleranzen (z. B.
in Bezug auf die Abdünnung der Strukturbereiche) aus. Vergrabene Elektroden werden
nicht benötigt. Die Biegebalkenstrukturen für die Antriebsschwingung sind als
Torsionsfederelemente realisiert. Dies wiederum spiegelt sich in einer hohen
Prozessgenauigkeit insbesondere in den Resonanzfrequenzen wider. Die hermetisch dichte
Verkapselung im mBar-Bereich erfolgt auf Waferebene mittels eines Glaslot-
Bondverfahrens.
Prinzipiell könnte auf eine Metallisierung zur Kontaktierung der aktiven Elemente
verzichtet werden und somit alle beweglichen Strukturen, Leiterbahnen sowie Bondpads in
Silizium mittels einem Ätzschritt, beziehungsweise zwei Ätzschritten zur Realisierung der
abgesenkten Kammfingerstrukturen, umgesetzt werden. Dieser einfache
Technologieaufbau, der die Verkapselung jedes einzelnen Bondpads vorsieht, hat jedoch
den Nachteil dass, um es zu ermöglichen jedes einzelne Bondpad zu verkapseln, die
Abmessung der Bondpads sehr groß gewählt werden muss und somit die parasitären
Kapazitäten sehr hoch sind. Im Hinblick auf die Realisierung von mehrachsigen
Sensorchips, würde auf Basis dieser Technologie der Chip ausschließlich zur
Unterbringung der Bondpads unverhältnismäßig groß werden, was neben hohen
parasitären Kapazitäten auch höheren thermisch-mechanischen Stress durch die Aufbauund
Verbindungstechnik zur Folge hat. Weiterhin muss wegen der Vielzahl der zu
kontaktierenden Signale die Möglichkeit von Leiterbahnkreuzungen gegeben sein was die
Einführung der untenstehend in den wichtigsten Arbeitsschritten skizzierten
Isolationstechnologie (Trench-Refill ) unabdingbar macht.
Durch den Einsatz dieses Verfahrens kann die Chip-Fläche signifikant reduziert (~ Faktor
26), Leiterbahnkreuzungen realisiert und im Vergleich zum bisherigen Konzept die
parasitären Kapazitäten der Bondpads um eine Größenordnung reduziert werden.
Hahn-Schickard-Gesellschaft 7