Charakterisierung und Modellierung freistehender Silizium Membranen auf SOI-Basis für Drucksensor-Anwendungen

Inhalt:
Freistehende Silizium-Membranen bilden die Grundlage für viele MEMS-Anwendungen, z.B. für Drucksensoren, CMUT’s oder Mikroheizer. Kristallines Silizium ist aufgrund seiner sehr guten mechanischen und piezoresistiven Eigenschaften insbesondere für MEMS-Anwendungen gut geeignet. SOI-Wafer eignen sich zudem besonders gut für die Herstellung freitragender Membranen, da sich Kavitäten im Handle-Substrat des SOI-Wafers durch Tiefenätzen z.B. mit dem Bosch-Prozess mit einem selektiven Ätzstopp auf dem vergrabenen Oxid erzeugen lassen. Von großer Bedeutung für die praktische Anwendbarkeit ist die Freiheit von mechanischen Spannungen des Schichtstapels, da die eingefrorene mechanische Spannung zu Verwerfungen der Membran und zu deutlichen Nichtlinearitäten führen kann. Die Kontrolle solcher mechanischen Spannungen ist daher von großer Wichtigkeit. Im Rahmen eines Drucksensor-Entwicklungsprojektes wurden durch Trockenätzen (DRIE: deep reactive ion etching) freistehende Silizium-Membranen unterschiedlicher Geometrie mit gebondeten SOI-Wafern (BSOI) bzw. mit Dünnfilm-SOI-Wafern mit einer zusätzlich epitaktisch aufgewachsenen Schicht erzeugt. Die erzeugten Membranen wurden mit Hilfe von Interferenz-Mikroskopie charakterisiert und die gemessene Auslenkung wurde mit theoretischen Rechnungen verglichen.