DE10002363B4

DE10002363B4 - Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur

Info

Publication number: DE10002363B4
Application number: DE2000102363
Authority: DE
Inventors: Dieter Maier-Schneider; Reinhard Wittmann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: DE10002363A1

Abstract

verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur mit den folgenden Verfahrensschritten:
– Aufbringen einer Opferschicht (2) auf einen Grundkörper (1),
– Ausbilden einer Deckschicht (3) oberhalb der Opferschicht (2),
– Ausbilden einer Versteifungsschicht (5) oberhalb der Deckschicht (3) als Maskierungsschicht zum Entfernen der Opferschicht (2),
– zumindest teilweises Entfernen der Opferschicht (2) mithilfe der Versteifungsschicht (5) als Maskierungsschicht und
– Entfernen der Versteifungsschicht (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur.

Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Struktur ist aus der DE 195 36 228 A1 bekannt. Das bekannte Verfahren dient zur Herstellung eines mikroelektronischen, integrierten Sensors. Zu diesem Zweck wird nacheinander auf ein Substrat eine erste Opferschicht, eine erste Polysiliziumschicht zur Ausbildung eines Schwingarms, eine zweite Opferschicht und eine zweite Polysiliziumschicht zur Ausbildung eines Deckels aufgebracht. In den aufgebrachten Schichten werden durch anisotropes Ätzen Löcher ausgebildet, die mit Lack ausgefüllt werden. Dadurch entstehen Lackstützen, die beim nassen, isotropen Freiätzen der Opferschicht die erste und zweite Polysiliziumschicht stützen. Dadurch wird das sogenannte Stikking vermieden. Mit diesem Fachbegriff wird das unerwünschte Haften eines mikromechanischen Teils an einer benachbarten Oberfläche bezeichnet. Ursache dafür können unter anderem Kapillarkräfte oder Adhäsionskräfte sein.

Zur Lösung des Sticking-Problems sind verschiedene Verfahren entwickelt worden. In dem Artikel "Supercritical Carbon Dioxyde Drying and Cleaning: Application to MEMS Technology" von Jafri, Moritz, Busta und Walsh in mst news, international newsletter on Microsystems and MEMS, No. 2, 1999 werden als mögliche Lösung das Einfrieren und Sublimieren der beim Ätzen verwendeten Spüllösung oder das Trocknen mit Hilfe von CO₂ im kritischen Bereich vorgeschlagen.

Die bekannten Verfahren sind insofern nachteilig, als entweder Stützkonstruktionen verwendet werden müssen, die sich abschließend nur schwierig entfernen lassen, oder in der Mikro systemtechnik unübliche Prozeßschritte neu eingeführt werden müssen.

DE 43 17 274 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur, bei dem eine Vielzahl von Versteifungselementen am Rand einer Membran angeordnet werden. Auch in US 5,629,918 sind solche Versteifungselemente offenbart.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein noch einfacheres und zuverlässigeres Verfahren zur Herstellung mikromechanischer Strukturen zu schaffen, das mit üblichen Prozeßschritten durchgeführt werden kann und das ein unerwünschtes Haften eines mikromechanischen Teils an einer benachbarten Oberfläche noch zuverlässiger verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur mit den folgenden Verfahrensschritten gelöst:

– Aufbringen einer Opferschicht auf einen Grundkörper,
– Ausbilden einer Deckschicht oberhalb der Opferschicht,
– Ausbilden einer Versteifungsschicht oberhalb der Deckschicht als Maskierungsschicht zum Entfernen der Opferschicht,
– zumindest teilweises Entfernen der Opferschicht mithilfe der Versteifungsschicht als Maskierungsschicht und
– Entfernen der Versteifungsschicht.

Denn durch die Versteifungsschicht wird die Deckschicht verstärkt, so daß auch bei einer ungünstigen Dimensionierung des freitragenden Bereichs der Deckschicht die Rückstellkräfte größer sind als die unter Umständen beim Entfernen der Opferschicht auftretende Anziehungskräfte. Daher kann es nicht zum Sticking kommen. Da die Versteifungsschicht außen auf die Deckschicht aufgebracht wird, besteht auch nicht die Gefahr, daß nach dem Abschluß der Herstellung Reste einer Stützkonstruktion zwischen Grundkörper und Deckschicht verbleiben, die die Bewegung der Deckschicht behindern. Das Verfahren gemäß der Erfindung erfordert schließlich nur Verfahrensschritte, die auch bei der Fertigung hochintegrierter Schaltungen verwendet werden oder zumindest bekannt sind. Es kann daher ohne weiteres in einen derartigen Fertigungsablauf integriert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dient die Deckschicht gleichzeitig als Maskierungsschicht zum Entfernen der Opferschicht.

Wenn die Versteifungsschicht als Maskierungsschicht eingesetzt wird, mit der auch das Entfernen der Opferschicht bewerkstelligt wird, sind für das Verfahren gemäß der Erfindung keine zusätzlichen Prozeßschritte nötig, um das Sticking zu vermeiden. Das Verfahren kann daher in der üblichen Halbleiter-Herstellung eingesetzt werden. Da weder zusätzliche Prozeßschritte noch Prozeßanlagen vorgesehen werden müssen, ist das Verfahren ohne Mehraufwendungen durchführbar.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in der Deckschicht Zutrittslöcher zum Freiätzen der Opferschicht ausgebildet werden und dass die Versteifungsschicht so strukturiert wird, daß die Zutrittslöcher der Deckschicht frei bleiben.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Versteifungsschicht aus Fotolack gebildet wird. Der Fotolack kann insbesondere durch Bestrahlen mit UV-Strahlung oder durch eine Wärmebehandlung gehärtet werden.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass für die Versteifungsschicht Siliziumoxid, Siliziumnitrid, eine Lackschicht oder eine Polymerschicht verwendet wird.

Die Opferschicht wird vorzugsweise naßchemisch entfernt. Die Versteifungsschicht wird vorzugsweise auf trockenchemischem Wege entfernt.

Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Schichtaufbau mit ausgebildeter Versteifungsschicht vor dem Entfernen der Opferschicht;
2 den Schichtaufbau aus 1 nach dem teilweisen Entfernen der Opferschicht; und
3 den Schichtaufbau aus den 1 und 2 nach Entfernen der Versteifungsschicht.
Zur Herstellung des in 1 dargestellten Schichtaufbaus wurde zunächst auf ein Substrat 1 eine Opferschicht 2 aufgebracht. Bei dem Substrat 1 handelt es sich im vorliegenden Fall um ein gewöhnliches Siliziumsubstrat, während die Opferschicht 2 von einem Siliziumoxid gebildet ist. Das Substrat 1 kann jedoch auch selbst eine Schichtstruktur aufweisen. Auf die Opferschicht wird eine Deckschicht 3 aus Polysilizium aufgebracht, in der Zutrittslöcher 4 ausgebildet sind. Zur Versteifung der Deckschicht 3 wird anschließend eine Versteifungsschicht 5 aus einem Fotolack auf die Deckschicht 3 aufgebracht und so strukturiert, daß die Zutrittslöcher 4 der Deckschicht 3 frei bleiben. Die Versteifungsschicht dient zum einen als Maskierungsschicht beim Freiätzen der Opferschicht 2 und verhindert zum anderen, daß die Deckschicht 3 durch Kapillar- oder Adhäsionskräfte mit dem Substrat 1 verklebt.
Nachdem die Opferschicht 2 zumindest teilweise naß und isotrop freigeätzt worden ist, wird die Versteifungsschicht 5 auf trockenchemischem Wege entfernt. Das Ergebnis ist in 3 dargestellt. Es ergibt sich eine freitragende Deckschicht 3.
Von besonderem Vorteil ist, daß im Raum zwischen dem Substrat 1 und der Deckschicht 3 nicht wie beim Stand der Technik Überreste von Stützkonstruktionen für die Deckschicht 3 verbleiben können. Danach besteht nicht die Gefahr, daß die Beweglichkeit der Deckschicht 3 beeinträchtigt und somit die Ausbeute bei der Herstellung des Schichtaufbaus verringert wird. Denn der Bereich unterhalb der Deckschicht 3 kann neben der mechanischen auch häufig eine elektrische Funktion haben. Um beide Funktionen zuverlässig und reproduzierbar erfüllen zu können, muß dieser Bereich zuverlässig freigeräumt werden, was mit dem hier beschriebenen Verfahren möglich ist.
Für die Versteifungsschicht 5 können neben Fotolack auch Materialien wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder eine Polymerschicht verwendet werden. Die Verwendung eines Fotolacks ist jedoch insofern von Vorteil, als die Fotoschicht gleichzeitig als Maskierungsschicht für das nasse Freiätzen der Opferschicht verwendet werden kann. In diesem Fall sind keine zusätzlichen Prozeßschritte notwendig.
Der als Versteifungsschicht 5 verwendete Fotolack kann durch Bestrahlen mit UV-Licht oder eine Wärmebehandlung zusätzlich gehärtet werden, um die Steifigkeit der Versteifungsschicht 5 zu erhöhen und so die Deckschicht 3 besser gegen Sticking abzusichern.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich somit insbesondere zur Herstellung freitragender Strukturen für mikromechanische Sensoren aller Art. Im allgemeinen erfordern Ausführungsbeispiele der Erfindung weder zusätzliche Prozeßanlagen noch zusätzliche Prozeßschritte und können daher ohne weiteres in die üblichen Verfahren zur Halbleiterherstellung integriert werden.

Claims

verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur mit den folgenden Verfahrensschritten: – Aufbringen einer Opferschicht (2) auf einen Grundkörper (1), – Ausbilden einer Deckschicht (3) oberhalb der Opferschicht (2), – Ausbilden einer Versteifungsschicht (5) oberhalb der Deckschicht (3) als Maskierungsschicht zum Entfernen der Opferschicht (2), – zumindest teilweises Entfernen der Opferschicht (2) mithilfe der Versteifungsschicht (5) als Maskierungsschicht und – Entfernen der Versteifungsschicht (5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Deckschicht (3) Zutrittslöcher (4) zum Freiätzen der Opferschicht (2) ausgebildet werden und daß die Versteifungsschicht (5) so strukturiert wird, daß die Zutrittslöcher (4) der Deckschicht (3) frei bleiben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsschicht (5) aus Fotolack gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotolack durch Bestrahlen mit UV-Strahlung oder durch eine Wärmebehandlung gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Versteifungsschicht (5) Siliziumoxid, Siliziumnitrid, eine Lackschicht oder eine Polymerschicht verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Opferschicht (2) naßchemisch entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsschicht (5) auf trockenchemischem Wege entfernt wird.