DE10023872C1 - Production of microstructures layers comprises applying a layer on a sacrificial layer, depositing crystals, producing perforations and removing the sacrificial layer - Google Patents
Production of microstructures layers comprises applying a layer on a sacrificial layer, depositing crystals, producing perforations and removing the sacrificial layerInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sehr kleine Löcher in dünnen Membranen mikromechanischer Bau elemente hergestellt werden können.The present invention relates to a method with which very small holes in thin membranes of micromechanical construction elements can be manufactured.
Die Herstellung mikromechanischer Bauelemente erfordert oft die Ausbildung von Elementen, die wie z. B. Drucksensormem branen teilweise frei angebracht sind. Die dafür verwendeten Schichten werden ganzflächig auf einer Opferschicht aufge bracht. Nach der Strukturierung der Schichten wird die Opfer schicht entfernt, so dass die herzustellende Struktur beid seitig freigelegt ist. Das Entfernen der Opferschicht ge schieht durch Ätzen, wozu auch in größerflächigen Anteilen, z. B. in einer Membran, kleine Ätzöffnungen in der struktu rierten Schicht angebracht werden. Im Allgemeinen ist die Dicke der Opferschicht sehr viel kleiner als die lateralen Abmessungen der herzustellenden Elemente. Daher ist in der Regel für das Freiätzen eine Anordnung aus einer Vielzahl von Ätzöffnungen erforderlich, damit das Ätzmittel alle zu ent fernenden Anteile der Opferschicht ausreichend schnell er reicht. Eine derartige Perforation der strukturierten Schicht ist aber für viele Anwendungen unerwünscht; so darf eine Mem bran eines Absolutdruckmessers keine Öffnungen aufweisen. Da her muss die strukturierte Schicht in diesen Fällen nach dem Freiätzen abgedichtet werden, indem die Ätzöffnungen Ver schlossen werden. Das geschieht durch Aufbringen einer Ver schlussschicht. Es existieren verschiedene Methoden, um dies zu bewerkstelligen, s. z. B. H. Elderstig und P. Wallgren: "Spin deposition of polymers over holes and cavities" in Sen sors and Actuators A46-47, 95-97 (1995). Die Löcher sind grundsätzlich um so leichter zu verschließen, je kleiner sie sind. In der DE 196 00 400 A1 ist ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil angegeben, bei dem kleine Ätzöffnungen in einer Membran mittels einer fließfähigen Glasschicht verschlossen werden.The manufacture of micromechanical components often requires the formation of elements such as. B. Branches pressure sensors are partially freely attached. The layers used for this are applied over the entire surface of a sacrificial layer. After structuring the layers, the sacrificial layer is removed so that the structure to be produced is exposed on both sides. The removal of the sacrificial layer is done by etching, including in larger areas, e.g. B. in a membrane, small etching openings in the struc tured layer. In general, the thickness of the sacrificial layer is much smaller than the lateral dimensions of the elements to be manufactured. An arrangement of a large number of etching openings is therefore generally required for the free etching, so that the etchant reaches all portions of the sacrificial layer to be removed sufficiently quickly. Such perforation of the structured layer is undesirable for many applications; a membrane of an absolute pressure gauge must not have any openings. In this case, the structured layer must be sealed after the free etching by closing the etching openings. This is done by applying a sealing layer. There are various methods for doing this, see BH Elderstig and P. Wallgren: "Spin deposition of polymers over holes and cavities" in Senors and Actuators A46-47, 95-97 ( 1995 ). In principle, the smaller the holes, the easier they are to close. DE 196 00 400 A1 specifies a manufacturing method for a micromechanical component in which small etching openings in a membrane are closed by means of a flowable glass layer.
Kann man Löcher mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm herstellen, können die Löcher mit einem Ofen-TEOS (Tetraethylorthosilicat) verschlossen werden. Bei größeren Lö chern ist dieses Verfahren nicht anwendbar, da das Ofen-TEOS wegen seiner hohen Oberflächendiffusivität in den zuvor frei geätzten Hohlraum unter der Membran eindringt und sich dort absetzt. Sehr kleine Löcher können außerdem mit Plasma- Prozessen (PECVD [plasma enhanced chemical vapor deposition] von Oxid und/oder Nitrid, z. B. SiO2/Si3N4 oder PVD [physical vapor deposition] von Metallen) verschlossen werden. Das bie tet den weiteren Vorteil, dass der Prozess in einem Ul trahochvakuum durchgeführt werden kann, so dass ein durch die so verschlossene Schicht begrenzter Hohlraum einen sehr nied rigen Innendruck aufweist, was für eine Reihe von Anwendungs bereichen erwünscht ist.If you can make holes with a diameter of less than 100 nm, the holes can be closed with an oven TEOS (tetraethyl orthosilicate). This method cannot be used for larger holes because the furnace TEOS, due to its high surface diffusivity, penetrates into the previously freely etched cavity under the membrane and settles there. Very small holes can also be closed with plasma processes (PECVD [plasma enhanced chemical vapor deposition] of oxide and / or nitride, for example SiO 2 / Si 3 N 4 or PVD [physical vapor deposition] of metals). This offers the further advantage that the process can be carried out under an ultra-high vacuum, so that a cavity delimited by the layer thus sealed has a very low internal pressure, which is desirable for a number of application areas.
Bisher werden die Ätzlöcher unter Verwendung einer Maske her gestellt, die lithographisch strukturiert ist. Wegen der zu geringen damit erreichbaren Auflösung lassen sich sehr kleine Löcher nur durch zusätzliche Hilfsmittel wie Abstandselemente herstellen. Bei den üblichen runden Löchern werden solche Ab standselemente (spacers) ringsum an der zylindrischen Loch wand angebracht, indem beispielsweise Polysilizium in das Loch abgeschieden wird. Hat das Loch zum Beispiel einen Durchmesser von 0,8 µm mit einer Fertigungstoleranz von ±0,05 µm und besitzt der Spacer eine Dicke von 0,3 µm ±0,03 µm, beträgt der verbleibende Innendurchmesser (lichte Weite) der Löcher 200 nm ± 110 nm. Kleinere Löcher sind nicht realisierbar, wenn der Umfang an produziertem Ausschuss auf ein vernünftiges Maß beschränkt werden soll.So far, the etching holes have been made using a mask which is structured lithographically. Because of the too The low resolution that can be achieved can be very small Holes only through additional aids such as spacers produce. With the usual round holes such Ab stand elements (spacers) all around the cylindrical hole attached wall, for example by polysilicon in the Hole is deposited. For example, if the hole has one Diameter of 0.8 µm with a manufacturing tolerance of ± 0.05 µm and the spacer has a thickness of 0.3 µm ± 0.03 µm, the remaining inside diameter (clear Width) of the holes 200 nm ± 110 nm. Smaller holes are not feasible if the amount of scrap produced on a reasonable level should be limited.
In der DE 42 22 584 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung ei ner Hyperfeinstruktur von Halbleiterbausteinen angegeben, bei dem eine einlagige poröse Schicht aus halbkugelförmigen Teil chen auf eine zu ätzende Schicht aufgebracht wird. Nach dem Auffüllen der Zwischenräume mit Material einer Maske werden die halbkugelförmigen Teilchen selektiv dazu entfernt, so dass das verbleibende Material eine sehr fein strukturierte Ätzmaske bildet, mittels der die in ätzende Schicht perforiert wird. DE 42 22 584 A1 describes a method for producing egg ner hyperfine structure of semiconductor devices specified, at which is a single-layer porous layer made of hemispherical part Chen is applied to a layer to be etched. After this Filling the gaps with mask material selectively removes the hemispherical particles, so that the remaining material is a very finely structured Etching mask forms by means of which the etching layer is perforated.
In der WO 94/25976 ist ein Herstellungsverfahren für Feldemis sionsspitzen in Diamant unter Verwendung von zufällig ver teilten Partikeln als Ätzmaske angegeben.WO 94/25976 describes a production method for field emis sion tips in diamond using random ver divided particles specified as an etching mask.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren an zugeben, mit dem ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand mi krostrukturierte Schichten in einem geringen Abstand zu einer Oberfläche eines Bauelementes hergestellt und bei Bedarf ver schlossen werden können.The object of the present invention is to provide a method admit with the mi crostructed layers at a short distance from one Surface of a component manufactured and ver if necessary can be closed.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den ab hängigen Ansprüchen. This task is accomplished with the method with the characteristics of Claim 1 solved. Refinements result from the pending claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden stochastisch ver teilte Kristallite aufgebracht, die die Positionen und die Größen der herzustellenden Löcher der Perforation definieren. Die durch die Kristallite gegebene Struktur der Oberflächen bedeckung wird übertragen in Öffnungen einer Maskenschicht, die die von den Kristalliten frei gelassenen Bereiche be deckt, so dass die stochastische Struktur in der Masken schicht invertiert wieder erscheint. Bei bevorzugten Ausfüh rungsformen geschieht das unter Verwendung geeigneter Hilfs schichten. Die Kristallite können durch die Einstellung der für die Abscheidung maßgeblichen Prozessparameter so spora disch verteilt abgeschieden werden, dass nicht zu viele Lö cher hergestellt werden, aber dennoch eine zum Beispiel für das Freiätzen von Strukturen ausreichend dichte Verteilung der Löcher erzielt wird. Die Kristallite können zum Beispiel als polykristallines Silizium mit Hilfe eines an sich bekann ten Abscheideverfahrens, wie zum Beispiel CVD (chemical vapor deposition) hergestellt werden. Der Abscheideprozess wird so kontrolliert, dass keine Polysiliziumschicht abgeschieden wird, sondern nur die Kristallite in der gewünschten Größe und Flächendichte. Ein solcher Abscheideprozess ähnelt einem Verfahren, mit dem Wachstumskeime (poly-seeds) für das epi taktische Aufwachsen von Siliziumschichten abgeschieden wer den.In the method according to the invention, ver are stochastically shared crystallites that applied the positions and the Define the sizes of the perforations to be made. The structure of the surfaces given by the crystallites cover is transferred into openings in a mask layer, the areas left free from the crystallites covers so that the stochastic structure in the masks layer appears inverted again. With preferred execution This is done using suitable aids layers. The crystallites can be adjusted by adjusting the process parameters relevant for the separation so spora be distributed in an evenly distributed manner, so that not too many be manufactured, but still one for example for the free etching of structures of sufficiently dense distribution the holes are made. For example, the crystallites known as polycrystalline silicon with the help of one th deposition process, such as CVD (chemical vapor deposition). The deposition process is like this checks that no polysilicon layer is deposited only the crystallites in the desired size and areal density. Such a deposition process is similar to one Process with which growth seeds (poly-seeds) for the epi tactical growth of silicon layers deposited who the.
Auf der zu perforierenden Schicht wird vorzugsweise minde stens eine Hilfsschicht abgeschieden, auf der die Kristallite abgeschieden werden. Unter Verwendung der Kristallite als Maske wird die Struktur der durch die Kristallite gebildeten Oberflächenbedeckung in die Hilfsschicht übertragen, indem in den Bereichen, die von den Kristalliten frei geblieben sind, die Hilfsschicht entfernt wird. Die übrig bleibenden restli chen Anteile der Hilfsschicht dienen dazu, eine Maskenschicht auszubilden, die an den zuvor von den Kristalliten eingenom menen Stellen Öffnungen mit den kleinen Abmessungen der Kri stallite aufweist. Mit Hilfe dieser Maskenschicht wird die zu perforierende Schicht unter den Öffnungen in der Maskenschicht entfernt, so dass die Öffnungen der damit hergestell ten Perforation ebenfalls die sehr kleinen seitlichen Abmes sungen der Kristallite aufweisen. Die Öffnungen sind auf die se Weise so klein herstellbar, dass sie mit Ofen-TEOS oder mit einer Materialabscheidung aus einem Plasma, insbesondere im Ultrahochvakuum, verschlossen werden können.Minde is preferably on the layer to be perforated at least one auxiliary layer is deposited on which the crystallites be deposited. Using the crystallites as The structure of the mask is formed by the crystallites Transfer surface coverage into the auxiliary layer by in the areas that have remained free of the crystallites, the auxiliary layer is removed. The remaining restli Chen portions of the auxiliary layer serve to form a mask layer form, which at the previously ingested by the crystallites openings with the small dimensions of the cri stallite has. With the help of this mask layer it becomes perforating layer under the openings in the mask layer removed so that the openings of the manufactured perforation also the very small side dimensions solutions of the crystallites. The openings are on the so small that it can be made with oven TEOS or with a material deposition from a plasma, in particular in an ultra-high vacuum.
Es folgt eine genauere Beschreibung von bevorzugten Ausfüh rungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Fig. 1 bis 14.The following is a more detailed description of preferred exemplary embodiments of the method according to the invention with reference to FIGS . 1 to 14.
Die Fig. 1 bis 9 zeigen Zwischenprodukte einer Ausfüh rungsform des Verfahrens im Querschnitt. Figs. 1 to 9 show intermediates of one embodiment of the method in cross section.
Die Fig. 10 bis 14 zeigen Zwischenprodukte einer anderen Ausführungsform des Verfahrens im Querschnitt, die bei dieser Alternative statt der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Zwischenprodukte auftreten. Figs. 10 to 14 illustrate intermediates another embodiment of the method in cross-section that occur in this alternative, instead of the embodiment shown in Figs. 1 to 6 intermediates.
In Fig. 1 ist im Querschnitt ein Substrat 1 mit einer darauf aufgebrachten Opferschicht 2 (sacrificial layer) und einer darauf aufgebrachten zu perforierenden Schicht 3 dargestellt. Das Substrat kann ein Halbleiterkörper, eine Halbleiter schichtfolge oder dergleichen sein. Die Opferschicht ist da für vorgesehen, unter der zu perforierenden Schicht zumindest bereichsweise entfernt zu werden, damit diese Schicht dort zum Substrat hin freigelegt ist. Es sind auf der zu perforie renden Schicht 3 zwei Hilfsschichten 40, 50 aufgebracht, von denen die zuletzt aufgebrachte obere Hilfsschicht 50 ein Ma terial ist, das bezüglich des Materials der zuvor aufgebrach ten unteren Hilfsschicht 40 selektiv ätzbar ist. Die Ausfüh rung unter Verwendung zweier Hilfsschichten ist besonders vorteilhaft, wenn die zu perforierende Schicht 3 Silizium, speziell Polysilizium, ist und Kristallite aus Silizium auf gebracht werden.In Fig. 1 in cross-section a substrate 1 having thereon a sacrificial layer 2 (sacrificial layer) and applied to be perforated layer 3 shown thereon. The substrate can be a semiconductor body, a semiconductor layer sequence or the like. The sacrificial layer is there intended to be removed at least in regions under the layer to be perforated, so that this layer is exposed there towards the substrate. There are two auxiliary layers 40 , 50 applied to the layer 3 to be perforated, of which the last applied upper auxiliary layer 50 is a material which can be selectively etched with respect to the material of the previously applied lower auxiliary layer 40 . The execution using two auxiliary layers is particularly advantageous if the layer to be perforated 3 is silicon, especially polysilicon, and crystallites made of silicon are applied.
Die Kristallite 6, die hier vereinfacht als kleine Tetraeder oder Pyramiden eingezeichnet sind, werden auf die obere Hilfsschicht 50 abgeschieden. Die Prozessapparatur wird dabei so eingestellt und kontrolliert, dass die Kristallite 6 in etwa gleich groß sind und einen genügend großen Abstand ha ben, um die Größe und die Anzahl der herzustellenden Löcher innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu halten. Bevorzugte ty pische Werte liegen bei 50 nm für den Durchmesser der Kri stallite und 500 nm für den Abstand nächst benachbarter Kri stallite.The crystallites 6 , which are shown here in simplified form as small tetrahedra or pyramids, are deposited on the upper auxiliary layer 50 . The process apparatus is set and controlled in such a way that the crystallites 6 are approximately the same size and are at a sufficiently large distance to keep the size and the number of holes to be produced within the predetermined limits. Preferred typical values are 50 nm for the diameter of the crystallites and 500 nm for the distance between the closest crystallites.
Mit Hilfe der Kristallite 6 als Maske wird entsprechend der Darstellung von Fig. 2 die obere Hilfsschicht 50 struktu riert, wobei die untere Hilfsschicht 40 als Ätzstoppschicht dient. Die obere Hilfsschicht 50 kann ein Oxid sein, z. B. Siliziumoxid, und die untere Hilfsschicht 40 ein Nitrid, z. B. Siliziumnitrid. Die Oxidschicht wird vorzugsweise mit tels eines Trockenätzverfahrens selektiv bezüglich der Ni tridschicht entfernt.With the aid of the crystallites 6 as a mask, the upper auxiliary layer 50 is structured as shown in FIG. 2, the lower auxiliary layer 40 serving as an etching stop layer. The top auxiliary layer 50 may be an oxide, e.g. B. silicon oxide, and the lower auxiliary layer 40 is a nitride, for. B. silicon nitride. The oxide layer is preferably selectively removed with respect to the nitride layer by means of a dry etching process.
Danach werden die Kristallite 6 entfernt, so dass die in Fig. 3 im Querschnitt dargestellte Schichtstruktur übrig bleibt. Die restlichen Anteile 51 der teilweise entfernten oberen Hilfsschicht besitzen jetzt in guter Übereinstimmung die seitlichen Abmessungen und die Verteilung der Kristalli te.The crystallites 6 are then removed, so that the layer structure shown in cross section in FIG. 3 remains. The remaining portions 51 of the partially removed upper auxiliary layer now have the lateral dimensions and the distribution of the crystals in good agreement.
Die restlichen Anteile 51 der oberen Hilfsschicht dienen nun als Maske, um deren Struktur in die untere Hilfsschicht 40 zu übertragen. Im Fall einer strukturierten Oxidschicht auf ei ner ganzflächigen Nitridschicht geschieht das vorzugsweise mittels eines Trockenätzverfahrens. Nachdem die restlichen Anteile 51 der oberen Hilfsschicht entfernt worden sind, so dass nur noch die restlichen Anteile 41 der unteren Hilfs schicht auf der zu perforierenden Schicht 3 verbleiben, ist die Schichtstruktur gemäß Fig. 4 erreicht.The remaining portions 51 of the upper auxiliary layer now serve as a mask in order to transfer their structure into the lower auxiliary layer 40 . In the case of a structured oxide layer on a full-area nitride layer, this is preferably done by means of a dry etching process. After the remaining portions 51 of the upper auxiliary layer have been removed, so that only the remaining portions 41 of the lower auxiliary layer remain on the layer 3 to be perforated, the layer structure according to FIG. 4 is reached.
Die von den restlichen Anteilen 41 der unteren Hilfsschicht frei gelassenen Bereiche der Oberfläche der zu perforierenden Schicht 3 werden in eine Maskenschicht umgewandelt. In dem bevorzugt interessierenden Fall, dass die zu perforierende Schicht eine Siliziumschicht ist, insbesondere eine bei mi kromechanischen Bauelementen oft eingesetzte Polysilizium schicht, kann die Maskenschicht durch einen LOCOS-Prozess (local oxidation of silicon) hergestellt werden. Hierbei wird das Silizium an der Oberfläche oxidiert. Die restlichen An teile 41 der unteren Hilfsschicht, die hier aus Nitrid sind, dienen als Oxidbarrieren und verhindern das Oxidieren des Si liziums in diesen Bereichen der Oberfläche der zu perforie renden Schicht 3. Zwischen den Nitridflecken entstehen Antei le der Maskenschicht 31, wie das in Fig. 5 dargestellt ist.The areas of the surface of the layer 3 to be perforated which are left free from the remaining portions 41 of the lower auxiliary layer are converted into a mask layer. In the preferred case of interest that the layer to be perforated is a silicon layer, in particular a polysilicon layer often used in micro-mechanical components, the mask layer can be produced by a LOCOS process (local oxidation of silicon). Here, the silicon is oxidized on the surface. The remaining parts 41 of the lower auxiliary layer, which are made of nitride, serve as oxide barriers and prevent the oxidation of the silicon in these areas of the surface of the layer 3 to be perforated. Portions of the mask layer 31 arise between the nitride spots, as is shown in FIG. 5.
Fig. 6 zeigt die Schichtstruktur entsprechend der Fig. 5 nach dem Entfernen der restlichen Anteile 41 der unteren Hilfsschicht. Ist die untere Hilfsschicht Nitrid und die Mas kenschicht oxidiertes Silizium, kann das Nitrid selektiv zum Silizium und zum Siliziumoxid entfernt werden, so dass nur die restlichen Anteile 41 der unteren Hilfsschicht entfernt werden. FIG. 6 shows the layer structure corresponding to FIG. 5 after the removal of the remaining portions 41 of the lower auxiliary layer. If the lower auxiliary layer is nitride and the mask layer is oxidized silicon, the nitride can be removed selectively with respect to silicon and silicon oxide, so that only the remaining portions 41 of the lower auxiliary layer are removed.
Die hergestellte Maskenschicht 31 wird dann gemäß der Dar stellung in Fig. 7 verwendet, um das Material der zu perfo rierenden Schicht 3 unter den Löchern in der Maskenschicht zu entfernen. Dass geschieht vorzugsweise mit einem an sich be kannten Prozess der Grabenätzung. Damit werden die Ätzöffnun gen 7 in der nun perforierten Schicht 32 ausgebildet. Die Ätzöffnungen besitzen etwa den Durchmesser der Kristallite. Die erfindungsgemäß hergestellte Perforation der Schicht kann nun wie vorgesehen in weiteren Prozessschritten zur Herstel lung des vorgesehenen mikromechanischen Bauelementes einge setzt werden.The mask layer 31 produced is then used, as shown in FIG. 7, to remove the material of the layer 3 to be perforated under the holes in the mask layer. This is preferably done using a trench etching process known per se. The etching openings 7 are thus formed in the now perforated layer 32 . The etching openings have approximately the diameter of the crystallites. The perforation of the layer produced according to the invention can now be used as intended in further process steps for the production of the provided micromechanical component.
Die Fig. 8 zeigt die Schichtstruktur gemäß Fig. 7 nach dem Entfernen der Opferschicht, wobei in den Zeichnungen auf die in der Blickrichtung hinter der gezeichneten Schnittebene sichtbaren Konturen verzichtet wurde. Die Verteilung der Kri stallite und damit der Ätzöffnungen wurde so dicht gewählt, dass sich das in die Ätzöffnungen eingebrachte Ätzmittel zur Unterätzung der perforierten Schicht 32 nicht zu weit in der Schichtlage der Opferschicht 2 ausbreiten muss und die Ätzung ausreichend rasch erfolgt. FIG. 8 shows the layer structure according to FIG. 7 after the sacrificial layer has been removed, the contours visible in the viewing direction behind the cut plane being omitted in the drawings. The distribution of the crystals and thus the etching openings was chosen so densely that the etchant introduced into the etching openings does not have to spread too far in the layer position of the sacrificial layer 2 to undercut the perforated layer 32 and the etching takes place sufficiently quickly.
Die Fig. 9 zeigt die Schichtstruktur nach dem Aufbringen ei ner Verschlussschicht 8, mit der die Ätzöffnungen 7 ver schlossen werden und so die perforierte Schicht wieder abge dichtet wird. Da die erfindungsgemäß hergestellten Ätzöffnun gen einen ausreichend kleinen Durchmesser besitzen, kann die Verschlussschicht 8 relativ einfach aufgebracht werden, ohne dass zu befürchten ist, dass das Material der Verschluss schicht in unerwünschtem Ausmaß in den unter der perforierten Schicht durch das Entfernen der Opferschicht entstandenen Hohlraum gelangt. Die Verschlussschicht kann zum Beispiel ein Ofen-TEOS sein, BPSG (Borphosphorsilikatglas), ein mittels PECVD aufgebrachtes Oxid oder ein aufgestäubtes (sputter) Me tall. FIG. 9 shows the layer structure after the application of a sealing layer 8 with which the etching openings 7 are closed and the perforated layer is thus sealed again. Since the etching openings produced according to the invention have a sufficiently small diameter, the sealing layer 8 can be applied relatively easily without fear that the material of the sealing layer undesirably gets into the cavity created under the perforated layer by removing the sacrificial layer . The sealing layer can be, for example, an oven TEOS, BPSG (borophosphosilicate glass), an oxide applied by means of PECVD or a sputtered metal.
Für die erforderliche Invertierung der durch die Kristallite gegebenen Struktur der Oberflächenbedeckung ist es im Prinzip nur erforderlich, die Maskenschicht in den nicht von den Kri stalliten bedeckten Bereichen herzustellen. Dafür kann es er forderlich sein, Hilfsschichten zu verwenden. Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann eine Hilfsschicht genügen, die in den nicht von den Kristalliten bedeckten Bereichen entfernt wird, so dass dort eine Masken schicht hergestellt werden kann, die ihrerseits Öffnungen in den von den Kristalliten bedeckten Bereichen aufweist. Ein Ausführungsbeispiel, das nur eine Hilfsschicht verlangt, wird im Folgenden anhand der Fig. 10 bis 14 beschrieben.In principle, for the necessary inversion of the structure of the surface covering given by the crystallites, it is only necessary to produce the mask layer in the areas not covered by the crystallites. For this it may be necessary to use auxiliary layers. In contrast to the exemplary embodiment described above, an auxiliary layer which is removed in the regions not covered by the crystallites can suffice, so that a mask layer can be produced there which in turn has openings in the regions covered by the crystallites. An exemplary embodiment that only requires an auxiliary layer is described below with reference to FIGS. 10 to 14.
Die Fig. 10 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Schichtstruk tur mit dem Unterschied, dass nur eine Hilfsschicht 40, vor zugsweise ein Nitrid, auf der zu perforierenden Schicht 3 aufgebracht wurde. Diese Hilfsschicht 40 dient als Grundlage für das Aufbringen der Kristallite 6 ("Bekeimung"). FIG. 10 shows the layer structure shown in FIG. 1 with the difference that only an auxiliary layer 40 , preferably a nitride, was applied to the layer 3 to be perforated. This auxiliary layer 40 serves as the basis for the application of the crystallites 6 (“seeding”).
Gemäß der Darstellung in Fig. 11 werden die Kristallite 6 verwendet, um deren Struktur der Oberflächenbedeckung in die Hilfsschicht 40 so zu übertragen, dass von der Hilfsschicht nur die restlichen Anteile 4 unter den Kristalliten 6 übrig bleiben.As shown in Fig. 11, the crystallites 6 are used to transfer the structure of the surface coverage in the auxiliary layer 40 so that only the remaining portions 4 of the auxiliary layer remain under the crystallites 6.
Eine Schicht 90 aus dem für die Maskenschicht vorgesehenen Material, vorzugsweise einem Oxid, wird ganzflächig in einer Dicke abgeschieden, die vorzugsweise der Dicke der Hilfs schicht 40 entspricht oder größer als die Dicke der Hilfs schicht 40 ist (Fig. 12).A layer 90 made of the material provided for the mask layer, preferably an oxide, is deposited over the entire surface in a thickness which preferably corresponds to the thickness of the auxiliary layer 40 or is greater than the thickness of the auxiliary layer 40 ( FIG. 12).
Die Schicht 90 wird eingeebnet, was z. B. mittels CMP (chemi cal-mechanical polishing) geschieht. Man erhält damit die Struktur, die in der Fig. 13 dargestellt ist und bei der die eingeebnete Schicht 9 von den restlichen Anteilen 4 der Hilfsschicht unterbrochen ist. Diese Anteile 4 (vorzugsweise Nitrid) werden selektiv zu der Schicht 9 (vorzugsweise Oxid) entfernt, so dass gemäß Fig. 14 die Schicht 9 mit Öffnungen als Maskenschicht auf der Oberseite der zu perforierenden Schicht 3 übrig bleibt. Es schließt sich der bereits be schriebene Verfahrensschritt zur Herstellung der Perforation entsprechend der Fig. 7 und gegebenenfalls die weiteren Ver fahrensschritte entsprechend den Fig. 8 und 9 an.The layer 90 is leveled, which, for. B. happens by means of CMP (chemical cal mechanical polishing). This gives the structure which is shown in FIG. 13 and in which the leveled layer 9 is interrupted by the remaining portions 4 of the auxiliary layer. These portions 4 (preferably nitride) are removed selectively with respect to the layer 9 (preferably oxide), so that, according to FIG. 14, the layer 9 with openings remains as a mask layer on the upper side of the layer 3 to be perforated. This is followed by the process step already described for producing the perforation in accordance with FIG. 7 and, if appropriate, the further process steps in accordance with FIGS . 8 and 9.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass bei geeigneter Wahl der Materialien der zu perforierenden Schicht 3 und der Kristallite 6 auf die Hilfsschicht 40 auch verzichtet werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel entfallen daher die rest lichen Anteile 4 der Hilfsschicht in dem Verfahrensschritt, der in der Fig. 11 dargestellt ist. Eine Schicht 90 aus dem für die Maskenschicht vorgesehenen Material wird entsprechend Fig. 12, hier ebenfalls ohne die Anteile 4, auf die Kristal lite 6 und zwischen die Kristallite abgeschieden und an schließend eingeebnet. Die in Fig. 14 dargestellte Struktur erhält man nach dem Entfernen der Kristallite 6, so dass die eingeebnete Schicht 9 als Maskenschicht übrig bleibt. Ein Beispiel, bei dem in der beschriebenen Weise verfahren werden kann, ist die Perforation einer Siliziumdioxid-Membran mit tels Polysilizium-Kristalliten. Eine dafür geeignete Masken schicht kann beispielsweise aus Wolfram aufgebracht werden.At this point it should be pointed out that if the materials of the layer 3 to be perforated and the crystallites 6 are selected appropriately, the auxiliary layer 40 can also be dispensed with. In this exemplary embodiment, the remaining portions 4 of the auxiliary layer are therefore eliminated in the method step which is shown in FIG. 11. A layer 90 made of the material provided for the mask layer is deposited according to FIG. 12, here likewise without the portions 4 , onto the crystal lite 6 and between the crystallites and then leveled. The structure shown in FIG. 14 is obtained after the crystallites 6 have been removed , so that the leveled layer 9 remains as a mask layer. An example in which the procedure described can be used is the perforation of a silicon dioxide membrane using polysilicon crystallites. A suitable mask layer can be applied, for example, from tungsten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine nicht lithogra phisch hergestellte stochastische Mikromaskierung und deren Invertierung, vorzugsweise mittels eines LOCOS- oder CMP- Prozesses, verwendet, um feine Ätzlöcher in einer mikromecha nischen Strukturschicht, wie z. B. einer für einen Drucksen sor vorgesehenen Membranschicht, herzustellen. Die hiermit erzielbare geringe Größe der Ätzlöcher liegt deutlich unter der Größe von Ätzlöchern, die mittels der bisher verwendeten Fotolithographie hergestellt werden. Die erfindungsgemäß her gestellten Ätzlöcher können deshalb besonders leicht ver schlossen werden.In the method according to the invention, a non-lithographic stochastic micromasking and their Inversion, preferably using a LOCOS or CMP Process, used to make fine etch holes in a micromecha African structural layer, such as. B. one for printing sor provided membrane layer. The hereby achievable small size of the etching holes is significantly below the size of the etching holes used by the previously used Photolithography can be produced. According to the invention provided etching holes can therefore very easily ver be closed.
Claims (13)
in einem ersten Schritt eine zu perforierende Schicht (3) auf einer auf einem Substrat aufgebrachten Schicht (2) oder Schichtstruktur aufgebracht wird,
in einem zweiten Schritt auf der zu perforierenden Schicht (3) eine Mehrzahl einzelner Kristallite (6) abgeschieden wird und mindestens eine Maskenschicht (9, 31) hergestellt wird, die die von den Kristalliten frei gelassenen Bereiche bedeckt und für die Perforation vorgesehene Bereiche frei lässt, und
in einem dritten Schritt die Perforation hergestellt wird, indem in den von der Maskenschicht (9, 31) frei gelassenen Bereichen die zu perforierende Schicht (3) entfernt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem ersten Schritt die zu perforierende Schicht (3) auf eine Opferschicht (2) aufgebracht wird und
in einem vierten Schritt unter Verwendung der hergestellten Perforation als Ätzöffnungen (7) die Opferschicht (2) ent fernt wird.1. Method for producing microstructured layers with perforation, in particular of membranes in micromechanical components, in which
in a first step, a layer ( 3 ) to be perforated is applied to a layer ( 2 ) or layer structure applied to a substrate,
in a second step, a plurality of individual crystallites ( 6 ) is deposited on the layer ( 3 ) to be perforated and at least one mask layer ( 9 , 31 ) is produced, which covers the areas left free by the crystallites and leaves areas intended for perforation free , and
in a third step, the perforation is produced by removing the layer ( 3 ) to be perforated in the areas left free by the mask layer ( 9 , 31 ),
characterized in that
in the first step the layer ( 3 ) to be perforated is applied to a sacrificial layer ( 2 ) and
in a fourth step, using the perforation produced as etching openings ( 7 ), the sacrificial layer ( 2 ) is removed.
der zweite Schritt ausgeführt wird, indem eine Schicht (90) aus einem für die Maskenschicht vorgesehenen Material auf die Kristallite (6) und zwischen die Kristallite abgeschieden wird,
diese Schicht (90) eingeebnet wird und
die Kristallite (6) entfernt werden, so dass die eingeebnete Schicht (9) als Maskenschicht übrig bleibt.2. The method according to claim 1, wherein
the second step is carried out by depositing a layer ( 90 ) made of a material provided for the mask layer onto the crystallites ( 6 ) and between the crystallites,
this layer ( 90 ) is leveled and
the crystallites ( 6 ) are removed so that the leveled layer ( 9 ) remains as a mask layer.
der zweite Schritt ausgeführt wird, indem
in einem ersten weiteren Schritt auf der zu perforierenden Schicht (3) mindestens eine Hilfsschicht (40, 50) und darauf die Mehrzahl der einzelnen Kristallite (6) abgeschieden werden,
in einem zweiten weiteren Schritt unter Verwendung der Kristallite (6) als Maske die Hilfsschicht (40, 50) teilweise entfernt wird,
in einem dritten weiteren Schritt unter Verwendung restlicher Anteile (4, 41) der Hilfsschicht (40, 50) die Maskenschicht (9, 31) hergestellt wird und
in einem vierten weiteren Schritt die restlichen Anteile (4, 41) der Hilfsschicht entfernt werden.3. The method according to claim 1, wherein
the second step is carried out by
in a first further step, at least one auxiliary layer ( 40 , 50 ) and then the majority of the individual crystallites ( 6 ) are deposited on the layer ( 3 ) to be perforated,
in a second further step, using the crystallites ( 6 ) as a mask, the auxiliary layer ( 40 , 50 ) is partially removed,
in a third further step using remaining portions ( 4 , 41 ) of the auxiliary layer ( 40 , 50 ) the mask layer ( 9 , 31 ) is produced and
in a fourth further step, the remaining portions ( 4 , 41 ) of the auxiliary layer are removed.
in dem ersten weiteren Schritt mindestens zwei Hilfsschichten (40, 50) aufgebracht werden, von denen die zuletzt aufge brachte Hilfsschicht (50) ein Material ist, das bezüglich des Materials der zuvor aufgebrachten Hilfsschicht (40) selektiv ätzbar ist,
in dem zweiten weiteren Schritt die zuletzt aufgebrachte Hilfsschicht (50) selektiv bezüglich der zuvor aufgebrachten Hilfsschicht (40) teilweise entfernt wird und
der dritte weitere Schritt ausgeführt wird,
indem die Kristallite (6) entfernt werden, und
zwischen den restlichen Anteilen (51) der teilweise entfernten Hilfsschicht (50) die zu perforierende Schicht (3) frei gelegt und mit der Maskenschicht (31) versehen wird.7. The method according to claim 3, wherein
in the first further step, at least two auxiliary layers ( 40 , 50 ) are applied, of which the last applied auxiliary layer ( 50 ) is a material which can be selectively etched with respect to the material of the previously applied auxiliary layer ( 40 ),
in the second further step, the last applied auxiliary layer ( 50 ) is selectively partially removed with respect to the previously applied auxiliary layer ( 40 ) and
the third further step is carried out
by removing the crystallites ( 6 ) and
between the remaining portions ( 51 ) of the partially removed auxiliary layer ( 50 ) the layer ( 3 ) to be perforated is exposed and provided with the mask layer ( 31 ).
in dem ersten Schritt die zu perforierende Schicht (3) aus Silizium aufgebracht wird und
in dem dritten weiteren Schritt die freigelegten Anteile der zu perforierenden Schicht zu der Maskenschicht (31) oxidiert werden.9. The method according to claim 7 or 8, in which
in the first step the layer ( 3 ) of silicon to be perforated is applied and
in the third further step, the exposed portions of the layer to be perforated are oxidized to the mask layer ( 31 ).
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|---|---|---|---|
| DE2000123872 DE10023872C1 (en) | 2000-05-16 | 2000-05-16 | Production of microstructures layers comprises applying a layer on a sacrificial layer, depositing crystals, producing perforations and removing the sacrificial layer |
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| DE (1) | DE10023872C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2000-05-16 DE DE2000123872 patent/DE10023872C1/en not_active Expired - Fee Related
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