Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...
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3 Funktionsweise und meßtechnische<br />
Charakterisierung der modellierten<br />
Demonstratoren<br />
Um die <strong>in</strong> dieser Arbeit verwendeten und entwickelten <strong>Modellierung</strong>sverfahren zu validieren<br />
und zu verifizieren, wurden drei unterschiedliche mikromechanische Demonstratorsysteme<br />
untersucht, die <strong>in</strong>nerhalb von Kooperationen mit der Industrie auch meßtechnisch<br />
charakterisiert wurden. Es handelt sich dabei um e<strong>in</strong>en kapazitiv ausgelesenen mikromechanischen<br />
Drucksensor, e<strong>in</strong>e elektrostatisch angetriebene Mikromembranpumpe<br />
und schw<strong>in</strong>gende, gelochte Membranen und Platten als Teststrukturen, die für mikromechanische<br />
Beschleunigungssensoren und Mikrophone charakteristisch s<strong>in</strong>d. Im folgenden<br />
sollen Aufbau und Funktionsweise der Bauelemente vorgestellt, die spezifischen Probleme,<br />
die sich dadurch bei der <strong>Modellierung</strong> ergeben, <strong>auf</strong>gezeigt sowie, wenn von Belang,<br />
<strong>auf</strong> die meßtechnische Charakterisierung der Bauelemente e<strong>in</strong>gegangen werden.<br />
3.1 BiCMOS-<strong>in</strong>tegrierter mikromechanischer<br />
Drucksensor<br />
3.1.1 Aufbau und Funktionsweise<br />
p<br />
n-MOS p-MOS Sensor<br />
Abbildung 3.1: Integration e<strong>in</strong>es mikromechanischen<br />
Prozeßmoduls <strong>in</strong> e<strong>in</strong>en Standard-<br />
CMOS/BiCMOS-Prozeß (nach [100]).<br />
Zur Herstellung des untersuchten<br />
Drucksensors wurde die Technologie<br />
der Oberflächenmikromechanik<br />
[54] e<strong>in</strong>gesetzt. E<strong>in</strong>e<br />
Besonderheit stellt <strong>in</strong> diesem Fall<br />
die vollständige Integration dieser<br />
Technologie <strong>in</strong> e<strong>in</strong>en Standard-<br />
BiCMOS-Prozeß dar [17, 99, 100],<br />
d.h. sowohl Sensor wie auch Auswerteelektronik<br />
s<strong>in</strong>d vollständig<br />
mit Hilfe der Materialschichten aus dem Standardprozeß herstellbar (siehe Abb. 3.1).<br />
Das Prozeßmodul zur Freiätzung der beweglichen Strukturen, <strong>in</strong>tegriert zwischen<br />
” front-end“-Prozeß und Metallisierung, erfordert e<strong>in</strong>e zusätzliche photolithographische<br />
Maske und e<strong>in</strong>en Zusatzschritt, <strong>in</strong> dem die Opferschicht, <strong>in</strong> diesem Fall ca. 600 nm dickes