DE10045340A1 - Halbleiteraufbau und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Halbleiteraufbau und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE10045340A1
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DE10045340A
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Katsumichi Ueyanagi
Mitsuo Sasaki
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    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0002—Arrangements for avoiding sticking of the flexible or moving parts
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Abstract

Beschrieben wird ein Halbleiter-Meßfühleraufbau, umfassend ein Substrat, eine verformbare Balkenanordnung über dem Substrat, und Vorsprünge an der Unterseite der Balkenanordnung, deren Spitzen in Richtung auf das Substrat weisen, wobei die Spitzen der Vorsprünge und das Substrat weit genug voneinander beabstandet sind, um der Balkenanordnung einen vorbestimmten Verformungsbereich zu geben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiteraufbau, wie er bei Meßfühlern (Sensoren) zur Messung dynamischer Größen verwendet wird. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Halbleiteraufbaus.
Anhand der Fig. 6 bis 8 sollen zunächst herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines Halb­ leiteraufbaus beschrieben werden.
Fig. 6 veranschaulicht ein erstes dieser Verfahren. Im Schritt (a) in Fig. 6 wird eine Isolierschicht 11 aus Borphosphorsilikatglas (BPSG) oder Phosphorsilikatglas (PSG) auf einem Si-Substrat 10 ausgebildet. Auf der Isolierschicht 11 wird eine Polysiliciumschicht 12 ausgebildet, aus der später eine bewegliche Elektrode und eine stationäre Elektrode hergestellt werden. Alternativ wird ein sogenanntes SOI-Wafer (SOI = Silicium auf Isolator) verwendet, das eine isolierende Oxidschicht 11 umfaßt, welche an einem Si-Substrat 10 befestigt ist und auf welcher eine aktive Si-Schicht 12 ausgebildet ist.
Gemäß Schritt (b) in Fig. 6 wird auf der Schicht 12 (Polysiliciumschicht oder aktive Si-Schicht) ein Resistfilm ausgebildet und mit einem bestimmten Muster versehen. Unter Verwendung dieses gemusterten Resistfilms wird die Schicht 12 dann geätzt, was zu einer Sensor- oder Meßfühler­ anordnung 13 führt.
Gemäß Schritt (c) in Fig. 6 wird dann die Opferschicht 11 (die BPSG-Isolierschicht, die PSG- Isolierschicht bzw. die isolierende Oxidschicht) mit gepufferter Flußsäure (BHF) oder dergleichen Ätzmittel 20 geätzt.
Dadurch wird ein Polysiliciumaufbau 30 mit der verformbaren Meßfühleranordnung 13 aus Si- Armen oder -Balken über dem mittleren Teil des Substrats 10 gebildet. Der Polysiliciumaufbau 30 ist von dem Si-Substrat 10 in dessen mittleren Teil beabstandet. Er wird von den Balken auf dem Si-Substrat 10 im Umfangsbereich dieses Substrats gehalten.
Gemäß Schritt (d) in Fig. 6 wird das Ätzmittel 20 mit einer Säuberungsflüssigkeit, etwa reinem Wasser oder Isopropylalkohol (IPA) ersetzt, und der die Meßfühleranordnung 13 einschließende Bereich wird mit der Reinigungsflüssigkeit gewaschen.
Gemäß Schritt (e) in Fig. 6 bewirkt die Oberflächenspannung 21 der Reinigungsflüssigkeit im Spalt zwischen der Meßfühleranordnung 13 und dem Si-Substrat 10, daß die Meßfühleranord­ nung 13, deren Steifigkeit gering ist, zum Substrat 10 hin gezogen wird.
Fig. 7 veranschaulicht ein zweites der herkömmlichen Verfahren. Im Schritt (a) in Fig. 7 wird eine Isolierschicht 11 aus BPSG oder PSG auf einem Si-Substrat 10 ausgebildet. Eine Polysilicium­ schicht 12, aus der später eine bewegliche Elektrode und eine stationäre Elektrode gemacht wird, wird auf der Isolierschicht 11 ausgebildet. Alternativ wird ein SOI-Wafer verwendet, das eine isolierende Oxidschicht 11 umfaßt, welche an einem Si-Substrat 10 befestigt ist und auf welcher eine aktive Si-Schicht 12 ausgebildet ist.
Gemäß Schritt (b) in Fig. 7 wird ein Resistfilm auf der Schicht 12 (Polysiliciumschicht oder aktive Si-Schicht) ausgebildet und mit einem bestimmten Muster versehen. Dann wird die Schicht 12 mit dem darauf befindlichen gemusterten Resistfilm geätzt, was zu einer Meßfühleranordnung 13 führt.
Im Schritt (c) in Fig. 7 wird die Opferschicht (BPSG-Isolierschicht, PSG-Isolierschicht oder isolierende Oxidschicht) mit einem Ätzmittel 20 soweit geätzt, daß die Meßfühleranordnung 13 nicht vollständig frei wird.
Im Schritt (d) in Fig. 7 werden die Meßfühleranordnung 13 und die unter ihr verbliebene Opfer­ schicht mit einem lichtempfindlichen Polymerfilm 40 bedeckt und dieser so gemustert, daß die Meßfühleranordnung 13 von dem gemusterten Polymerfilm gehalten werden kann.
Im Schritt (e) in Fig. 7 wird die verbliebene Opferschicht geätzt und die resultierende Meßfühler­ anordnung 13 getrocknet. Da die Meßfühleranordnung 13 von dem Polymerfilm 40 gehalten wird, verhindert dessen Steifigkeit jegliches Anhaften der Meßfühleranordnung 13 an dem Substrat 10.
Im Schritt (f) in Fig. 7 wird der Polymerfilm 40 durch Glühen (ashing) oder dergleichen Trocken­ prozeß entfernt.
Durch die Schritte (g) und (h) in Fig. 7 wird die Meßfühleranordnung 13 frei und verformbar gemacht.
Fig. 8 veranschaulicht ein drittes der bekannten Herstellungsverfahren, wie es in den Druckschrif­ ten JP 07-209105 A und JP 07-245414 A beschrieben wird.
Gemäß Darstellung in Fig. 8 wird in einem Schritt (a) eine Isolierschicht 11 aus BPSG oder PSG auf einem Si-Substrat 10 ausgebildet. Auf der Isolierschicht 11 wird eine Polysiliciumschicht 12 ausgebildet, aus der später eine bewegliche Elektrode und eine stationäre Elektrode gemacht werden. Alternativ wird ein SOI-Wafer verwendet, das eine isolierende Oxidschicht 11 umfaßt, welche an einem Si-Substrat 10 befestigt ist und auf welcher eine aktive Si-Schicht 12 ausgebil­ det ist.
Im Schritt (b) wird auf der Schicht 12 (Polysiliciumschicht oder aktive Si-Schicht) ein Resistfilm ausgebildet und mit einem bestimmten Muster versehen. Die Schicht 12 wird dann mit darauf befindlichem gemusterten Resistfilm geätzt, was zu der Meßfühleranordnung 13 führt.
Im Schritt (c) wird die Opferschicht 11 (die BPSG-Isolierschicht, die PSG-Isolierschicht oder die isolierende Oxidschicht) mit BHF oder einem ähnlichen Ätzmittel 20 geätzt.
Im Schritt (d) wird das Ätzmittel durch ein sublimierbares Material 50 wie Paradichlorbenzol und Naphthalin in flüssigem Zustand ersetzt. Das sublimierbare Material 50 wird im Spalt zwischen der Meßfühleranordnung 13 und dem Substrat 10 in den festen Zustand überführt.
Die Meßfühleranordnung 13 erhält ihre endgültige Form durch die Schritte (e) und (f) durch Sublimation des sublimierbaren Materials 50.
Die herkömmlichen Halbleiteraufbauten und die herkömmlichen Verfahren zu ihrer Herstellung sind mit den nachfolgend beschriebenen Problemen behaftet.
Wie in Verbindung mit den Schritten (d) und (e) von Fig. 6 beschrieben, tritt im Spalt zwischen der Polysiliciumstruktur 30 und dem Si-Substrat 10 eine Oberflächenspannung 21 der Reini­ gungsflüssigkeit auf. Die Meßfühleranordnung 13 mit geringer Steifigkeit wird durch diese Ober­ flächenspannung 21 zum Substrat 10 hingezogen, was zu einer Hafterscheinung führt.
Bei dem zweiten, unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschriebenen Verfahren ist es schwierig, den lichtempfindlichen Polymerfilm 40 präzise mit dem gewünschten Muster zu versehen, und es tritt eine Ungleichmäßigkeit von mehreren µm auf. Es ist außerdem schwierig, das lichtempfindliche Polymer gleichmäßig bis hinunter zu den Bodenflächen von Ätzgräben zu injizieren, die durch die Opferschicht hindurch geätzt wurden.
Weiterhin ist es schwierig, den Polymerfilm 70 durch Glühen oder dergleichen Trockenprozeß vollständig zu entfernen, was zu einem geringen Durchsatz bzw. einer geringen Fertigungseffek­ tivität bei der Herstellung führt. Die unvollständige Entfernung des Polymerfilms 40 wirkt sich kritisch auf den Verformungsbereich der Meßfühleranordnung 13 auf, und bewirkt einen Meßfühler mit geringer Zuverlässigkeit.
Das zweite herkömmliche Herstellungsverfahren erhöht die Herstellungskosten, da die Opfer­ schicht über zwei isolierte Schritte geätzt wird und ein Schritt des Glühens oder Verbrennens des Polymerfilms 40 hinzukommt.
Bei dem dritten herkömmlichen Verfahren wird das sublimierbare Material 50 nicht vollständig entfernt, sondern verbleibt vielmehr als Fremdstoff auf der sauberen Meßfühleroberfläche. Dieser verbliebene Fremdstoff beeinträchtigt die Zuverlässigkeit des Meßfühlers.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen sehr zuverlässigen Halbleiteraufbau zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines zuverlässigen Halbleiteraufbaus zu schaffen, das es ohne Einsatz irgendwelcher spezieller Schritte ermöglicht, das Problem des Anhaftens zu vermeiden, den Durchsatz zu erhöhen und die Herstellungskosten zu senken.
Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiteraufbau gemäß Patentanspruch 1 bzw. 3 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 4 bzw. 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit einem Halbleiteraufbau und einem Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben, bei denen ein Dreischicht-SOI-Wafer mit einem Si-Substrat als erster Schicht und einem mit diesem verbundenen Zweischicht-Wafer verwendet wird. Das Zweischicht-Wafer enthält eine Si-Schicht als dritte Schicht und eine Isolierschicht als zweite Schicht, die durch thermische Oxidation der dritten Schicht gebildet ist.
Bei der Bearbeitung der Si-Schicht des SOI-Wafers zur Bildung einer Halbleiter-Meßfühleranord­ nung zur Messung dynamischer Größen wie Druck, Beschleunigung und Winkelbeschleunigung sind die Abstände zwischen Gräben, die zur Festlegung der Form des Meßfühlers geätzt werden, die Abstände zwischen Durchgangslöchern, die zur Entfernung der Isolierschicht unter der Meßfühlerariordnung geätzt werden, und der Abstand zwischen den Gräben und den Durch­ gangslöchern nicht auf jeweilige bestimmte Werte festgelegt. Die Dauer zum Ätzen der Gräben und der Durchgangslöcher wird so gesteuert, daß die Abstände in einem bestimmten Bereich größer als in den anderen Bereichen sind.
Durch Steuerung der Ätzzeit verbleiben einige Abschnitte der Isolierschicht unter der Sensor­ anordnung als Konvexitäten oder Vorsprünge in dem genannten bestimmten Bereich, wo die Abstände größer sind. Die Vorsprünge erstrecken sich von der Unterseite der Si-Schicht nach unten in Richtung auf das Si-Substrat. Die Spitzen dieser Vorsprünge und die Oberseite des Si- Substrats sind weit genug voneinander beabstandet, um der Meßfühleranordnung einen bestimm­ ten Verformungsbereich zu bieten. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Dreischicht- SOI-Wafer beschrieben wird, ist sie selbstverständlich auf andere Schichtstrukturen anwendbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgen anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Beschleunigungssensor gemäß dem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung,
Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht und eine vergrößerte Querschnittsansicht des Meßfühler­ abschnitts des Beschleunigungssensors von Fig. 2,
Fig. 4 eine Schaltungsanordnung der Dehnungsmeßstreifen, die in Fig. 3 gezeigt sind,
Fig. 5 Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 6, 7 und 8 Darstellungen zur Erläuterung eines ersten, eines zweiten bzw. eines dritten herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus.
Anhand der Fig. 1 bis 4 wird zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrie­ ben.
Meßfühleraufbau
Zunächst wird ein Aufbau zur Messung von Beschleunigung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Beschleunigungssensor gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung. Fig. 3 zeigt bei (a) eine vergrößerte Draufsicht und bei (b) eine vergrößerte Querschnittsansicht des Meßfühlerabschnitts des Beschleunigungssensors von Fig. 2.
Ein Chip 90, auf dem der Beschleunigungssensor ausgebildet ist, enthält ein Si-Substrat 100, eine SiO2-Schicht als Isolierschicht 102 auf dem Substrat 100 und eine Si-Schicht 101 auf der Isolierschicht 102 als Grundbestandteile. Die Isolierschicht 102 dient der elektrischen Isolation der Si-Schicht 101 von dem Substrat 100 und stellt eine Opferschicht dar.
Eine Meßfühleranordnung 103, eine digitale Regelschaltung 104, ein analoger Verstärker 105 und Anschlüsse 106 für Eingabe und Ausgabe sowie Anschlüsse 107 für die digitale Regelung sind auf der Si-Schicht 101 ausgebildet.
Der Abschnitt der Isolierschicht 102 unter der Meßfühleranordnung 103 im mittleren Teil des Chips 90 ist zur Bildung einer Balkenstruktur, die eine freie Beweglichkeit der Meßfühleranord­ nung 103 ermöglicht, entfernt.
Wie in der Draufsicht von Fig. 3(a) gezeigt, enthält die Meßfühleranordnung 103 vier Balkenab­ schnitte 111a, 111b, 111c und 111d sowie Gewichtsabschnitte 110a und 110b. Auf dem Balkenabschnitt 111a ist ein Dehnungsmeßstreifen 113b ausgebildet. Auf den Balkenabschnitten 111a, 111b, 111c und 111d ist jeweils ein Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 113a, 113b, 113c bzw. 113d ausgebildet. Durchgangslöcher 108 zum Ätzen der Opferschicht sind in den Ge­ wichtsabschnitten 110a und 110b ausgebildet. Die Gewichtsabschnitte 110a und 110b sind durch die Balkenabschnitte 111b und 111d miteinander verbunden. Die Meßfühleranordnung 103 wird von Balkenabschnitten 115a, 115b, 115c und 115d an ihren Ecken von dem Teil des Chips 90 getragen, der die Meßfühleranordnung 103 umgibt.
Fig. 4 zeigt eine aus den Dehnungsmeßstreifen 113a bis 113d gebildete Schaltungsanordnung in Form einer Wheatstoneschen Brücke. die Ausgangsspannung der Wheatstoneschen Brücke wird mittels des analogen Verstärkers 105 verstärkt. Die Meßfühlercharakteristiken, die Empfindlich­ keit und die Temperaturabhängigkeit werden durch die digitale Regelschaltung 104 eingestellt.
Wenn der Beschleunigungssensor mit dem oben beschriebenen Aufbau in Richtung des Pfeiles Z in der Querschnittsansicht von Fig. 3(b) beschleunigt wird, treten Druckspannungen in den Dehnungsmeßstreifen 113b und 113d und Zugspannungen in den Dehnungsmeßstreifen 113a und 113c auf. Die Druckspannungen verringern die Widerstandswerte der Dehnungsmeßstreifen 113b und 113d, während die Zugspannungen die Widerstandswerte der entsprechenden Dehnungsmeßstreifen 113a und 113c erhöhen. Die Whatstone'sche Brückenschaltung gibt entsprechend diesen Widerstandsveränderungen ein der Beschleunigung entsprechendes Meßfühlerausgangssignal ab.
Herstellungsverfahren
Es soll nun das Verfahren zur Herstellung des Beschleunigungssensors beschrieben werden.
Zunächst wird ein Überblick über das Verfahren zur Herstellung des Halbleiteraufbaus gemäß der Erfindung gegeben.
Das Verfahren zur Herstellung eines SOI-Aufbaus mit einem Substrat als erster Schicht, einem Isolator als zweiter Schicht auf der ersten Schicht und einer aktiven Si-Schicht als dritter Schicht, auf der funktionale Elemente verdrahtet sind, auf der zweiten Schicht, enthält die folgenden Schritte:
  • 1. Ausbilden von allgemeinen IC-Elementen wie einer Diffusionsverdrahtung, einer Al- Verdrahtung, Al-Anschlußflächen sowie eines Passivierungsfilms auf der Si-Schicht,
  • 2. Entfernen des Passivierungsfilms auf dem Teil der Si-Schicht, der zur Bildung einer Meßfühleranordnung bearbeitet werden soll, und Ätzen von Gräben,
  • 3. Musterung eines Schutz-Resistfilms, der die Al-Verdrahtung, die Al-Anschlußflächen und den Passivierungsfilm schützt, bevor die Si-Schicht und die Isolierschicht geätzt werden,
  • 4. Bringen der Si-Schicht in die Grundform einer Meßfühleranordnung,
  • 5. Trennen der Abschnitte der Si-Schicht, bei denen der Ätzabstand größer ist als in den anderen Abschnitten, von dem Substrat, wobei einige Teile der Isolierschicht als Vorsprünge unter den Abschnitten der Si-Schicht beim Entfernen der Isolierschicht mit BHF oder eines anderen derartigen Ätzmittels stehenbleiben, um eine Meßfühleranordnung zu bilden, und
  • 6. Entfernen des Schutz-Resistfilms.
Das Herstellungsverfahren wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrie­ ben.
In einem ersten Schritt (a) wird ein SOI-Wafer mit einem Si-Substrat 100 als erster Schicht, einer SiO2 Isolierschicht 102 als zweiter Schicht und einer dünnen Si-Schicht 101 als dritter Schicht hergestellt.
In der Si-Schicht 101 werden die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 113a bis 113d, die digitale Regelschaltung 104, der analoge Verstärker 105, die Anschlüsse 106 für Eingabe und Ausgabe sowie die anderen Verdrahtungen und dergleichen unbedingt erforderliche Elemente ausgebildet.
Im Schritt (b) wird ein Resistfilm gemustert und eine vorläufige Meßfühleranordnung 103a in der Grundform einer Meßfühleranordnung 103 durch Naßätzen unter Verwendung einer flüssigen Mischung mit HF und HNO3- oder durch Trockenätzung unter Verwendung einer Gasmischung mit SF6 und O2 ausgebildet.
Durch das oben beschriebene Ätzen werden durch die vorläufige Meßfühleranordnung 103a vertikale Ätzgräben 130 ausgebildet. Die Ätzgräben 130 sind tief genug, um die Isolierschicht 102 zu erreichen.
Im Schritt (c) wird die Opferschicht, d. h. der Abschnitt der Isolierschicht 102, der unter der vorläufigen Meßfühleranordnung 103a verblieben ist, mit HF oder dergleichen Ätzmittel 200 durch die Ätzgräben 130 hindurchgeätzt und entfernt.
Bei der Entfernung der Isolierschicht 102 wird die verformbare Meßfühleranordnung 103 von dem Si-Substrat 100 getrennt.
Die Dauer zum Ätzen der Opferschicht wird so eingestellt, daß von der Isolierschicht 102 ein ausreichender Anteil zurückbleibt, um einerseits der Meßfühleranordnung 103 einen bestimmten Verformungsbereich zu geben und andererseits Vorsprünge 120, die sich in Richtung auf das Si- Substrat 100 erstrecken, an der Unterseite der Meßfühleranordnung 13 gebildet werden.
Die Vorsprünge 120 sind die Abschnitte der Isolierschicht 102, die bewußt nach dem Ätzen der Opferschicht zurückgeblieben sind, die Fläche der Spitzenabschnitte der Vorsprünge ist viel kleiner oder schmäler als die Fläche der Unterseite der bekannten Meßfühleranordnung. Die Spitzen der Vorsprünge zeigen zur Oberseite des Si-Substrats 100.
Beim Schritt (d) wird das Ätzmittel 200 entfernt und die Meßfühleranordnung 103 mit reinem Wasser oder IPA gewaschen.
Die Oberflächenspannung 300 (Anziehungskraft in der durch die Pfeile F angedeuteten Richtung) von IPA oder dergleichen Waschflüssigkeit, die beim Waschschritt auftritt, ist gering, da die Fläche, mit der sich die Vorsprünge 120 und das Si-Substrat 100 einander gegenüberliegen, klein ist. Da die verursachte Oberflächenspannung 300 klein ist, wird die Meßfühleranordnung 103 getrocknet, während sie infolge ihrer Steifigkeit schwebt.
Im Schritt (e) wird die Meßfühleranordnung 103 getrocknet, ohne daß irgendeine Hafterschei­ nung auftritt, da die Beziehung (Gewicht der Meßfühleranordnung 103 + Federkraft der Meßfühleranordnung 103) < (Oberflächenspannung 300) erfüllt ist. Die Hafterscheinung wird vermieden, ohne daß Fremdkörper im Zwischenraum zurückbleiben, nachdem die Opferschicht entfernt ist, oder auf den Oberflächen der Meßfühleranordnung 103.
Die Kontaktfläche zwischen der Unterseite der Meßfühleranordnung und dem Si-Substrat 100 wird dadurch verringert und die Hafterscheinung dadurch vermieden, daß einige Abschnitte der Isolierschicht 102 als Vorsprünge 120 zur Verringerung der Anziehungskraft zurückbleiben, die von der Oberflächenspannung 300 hervorgerufen wird und die Meßfühleranordnung 103 in Richtung auf das Si-Substrat 100 zieht.
Zweites Ausführungsbeispiel
Anhand von Fig. 5 soll nun ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden. In Fig. 5 werden die gleichen Bezugszahlen wie in den Fig. 1 bis 4 für gleiche Elemente verwendet.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden Vorsprünge 120 durch Ätzen einer SiO2-Isolier­ schicht 102 unter einer Meßfühleranordnung 103 unter Berücksichtigung dessen ausgebildet, wie sich die Meßaufgabe auf die Meßfühleranordnung 103 auswirkt.
Genauer gesagt wird der Abstand zwischen den geätzten Abschnitten der Si-Schicht (nachfol­ gend als "Ätzabstand der Meßfühleranordnung 103" oder auch einfach als "Ätzabstand" bezeichnet) in dem Abschnitt der Meßfühleranordnung 103 größer eingestellt, in dem die größte Verformung der Meßfühleranordnung 103 auftritt, bzw. in den Abschnitten der Meßfühleranord­ nung 103, wo die Verformungen relativ größer sind als in den anderen Abschnitten der Meßfüh­ leranordnung 103.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird das zweite Ausführungsbeispiel ähnlich dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel anhand eines Beschleunigungssensors beschrieben.
In einem ersten Schritt (a) wird ein SOI-Wafer mit einem Si-Substrat 100 als erster Schicht, einer SiO2 Isolierschicht 102 als zweiter Schicht und einer dünnen Si-Schicht 101 als dritter Schicht hergestellt.
In der Si-Schicht 101 werden die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 113a bis 113d, die digitale Regelschaltung 104, der analoge Verstärker 105, die Anschlüsse 106 für Eingabe und Ausgabe sowie die anderen Verdrahtungen und dergleichen unbedingt erforderliche Elemente ausgebildet.
Im Schritt (b) wird ein Resistfilm gemustert und eine vorläufige Meßfühleranordnung 103a in der Grundform einer Meßfühleranordnung 103 durch Naßätzen unter Verwendung einer flüssigen Mischung mit HF und HNO3- oder durch Trockenätzung unter Verwendung einer Gasmischung mit SF6 und O2 ausgebildet.
Durch das oben beschriebene Ätzen werden durch die vorläufige Meßfühleranordnung 103a vertikale Ätzgräben 130 ausgebildet. Die Ätzgräben 130 sind tief genug, um die Isolierschicht 102 zu erreichen.
In den Abschnitten der Meßfühleranordnung 103, die nicht von einer Empfindlichkeitsverringe­ rung beeinflußt sind und sich stärker verformen als die anderen Abschnitte der Meßfühleranord­ nung 103, wird der Abstand zwischen den Ätzgräben 130 (einschließlich der Durchgangslöcher und dar Gräben zum Ätzen) um 1 bis 2 µm größer als in den anderen Abschnitten der Meßfühler­ anordnung 103 eingestellt.
Der Abstand X1 zwischen den Ätzgräben 130 im mittleren Bereich der Meßfühleranordnung 103 ist größer als der Abstand X2 zwischen den Ätzgräben 130 im Umfangsbereich der Meßfühler­ anordnung 103.
Im Schritt (c) wird die Opferschicht, d. h. der Abschnitt der Isolierschicht 102, der unter der vorläufigen Meßfühleranordnung 103a verblieben ist, mit HF oder dergleichen Ätzmittel 200 durch die Ätzgräben 130 hindurchgeätzt und entfernt. Bei der Entfernung der Isolierschicht 102 wird die verformbare Meßfühleranordnung 103 von dem Si-Substrat 100 getrennt.
Die Dauer zum Ätzen der Opferschicht wird so eingestellt, daß von der Isolierschicht 102 ein ausreichender Anteil zurückbleibt, um einerseits der Meßfühleranordnung 103 einen bestimmten Verformungsbereich zu geben und andererseits Vorsprünge 120, die sich in Richtung auf das Si- Substrat 100 erstrecken, an der Unterseite der Meßfühleranordnung 13 gebildet werden. Die Vorsprünge 120 sind die Abschnitte der Isolierschicht 102, die bewußt nach dem Ätzen der Opferschicht zurückgeblieben sind, die Fläche der Spitzenabschnitte der Vorsprünge ist viel kleiner oder schmäler als die Fläche der Unterseite der bekannten Meßfühleranordnung. Die Spitzen der Vorsprünge zeigen zur Oberseite des Si-Substrats 100.
Da die Dauer zum Ätzen der Opferschicht unabhängig von den Abschnitten der Meßfühleranord­ nung konstant ist, wird die schmälere Isolierschicht in dem Bereich, wo der Abstand zwischen den Ätzgräben X2 beträgt, schneller geätzt als die Isolierschicht 102 in dem Bereich, wo dieser Abstand X1 beträgt. Als Folge davon werden Vorsprünge 120 an der Unterseite der Meßfühler­ anordnung 103 in dessen mittleren Bereich ausgebildet. Durch Einstellen der Ätzdauer auf eine Zeit, bei der keine Isolierschicht 102 in dem Bereich verbleibt, wo der Abstand der Ätzgräben X2 beträgt, bleiben die Vorsprünge 120 nur im mittleren Bereich der Meßfühleranordnung 103 übrig.
Beim Schritt (d) wird das Ätzmittel 200 entfernt und die Meßfühleranordnung 103 mit reinem Wasser oder IPA gewaschen.
Die Oberflächenspannung 300 (Anziehungskraft in der durch die Pfeile F angedeuteten Richtung) von IPA oder dergleichen Waschflüssigkeit, die beim Waschschritt auftritt, ist gering, da die Fläche, mit der sich die Vorsprünge 120 und das Si-Substrat 100 einander gegenüberliegen, klein ist. Da die verursachte Oberflächenspannung 300 klein ist, wird die Meßfühleranordnung 103 getrocknet, während sie infolge ihrer Steifigkeit schwebt.
Im Schritt (e) wird die Meßfühleranordnung 103 getrocknet, ohne daß irgendeine Hafterschei­ nung auftritt, da die Beziehung (Gewicht der Meßfühleranordnung 103 + Federkraft der Meßfühleranordnung 103) < (Oberflächenspannung 300) erfüllt ist.
Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer verformbaren, von einem Substrat beabstandeten Meßfühleranordnung gemäß der Erfindung, werden an der Unterseite der Meßfühleranordnung Vorsprünge mit kleiner Spitzen- oder Stirnfläche gebildet. Die Vorsprünge ermöglichen den Erhalt einer verformbaren Meßfühleranordnung, die die Kontaktfläche zwischen der Meßfühleranordnung und dem Substrat verringert, die Anziehungskraft verringert, die von der Oberflächenspannung des Ätzmittels oder der Waschflüssigkeit herrührt und die Meßfühleranord­ nung zum Substrat hinzieht, und verhindert, daß das Haftphänomen auftritt.
Da das Haftphänomen, bei dem es sich um das gravierendste Problem beim Ätzen der Opfer­ schicht handelt, mit Sicherheit vermieden werden kann, wird ein zuverlässiger Halbleiter- Meßfühler für dynamische Größen mit hohem Durchsatz und niedrigen Herstellungskosten hergestellt.
Dadurch, daß man den Abstand zwischen den Gräben zum Ätzen in dem Abschnitt der Meßfüh­ leranordnung, in dem die größte Verformung auftritt, oder in den Abschnitten, wo eine größere Verformung als in den anderen Abschnitten der Meßfühleranordnung auftritt, größer macht, wird das Haftphänomen wirksam in dem Bereich vermieden, wo es andernfalls auftreten würde, und die Bearbeitbarkeit zur Herstellung der Halbleiter-Meßfühleranordnung wird verbessert.

Claims (6)

1. Halbleiteraufbau, umfassend:
ein Substrat (100), und
eine verformbare Balkenanordnung (103) über dem Substrat (100),
wobei an der Unterseite der Balkenanordnung (103) Vorsprünge (120) ausgebildet sind, deren Spitzen in Richtung auf das Substrat (100) weisen, und die Spitzen der Vorsprünge (120) und das Substrat (100) weit genug voneinander beabstandet sind, um der Balkenanordnung (103) einen vorbestimmten Verformungsbereich zu geben.
2. Halbleiteraufbau nach Anspruch 1, bei der die Vorsprünge (120) unterhalb des Ab­ schnitts der Balkenanordnung (103) ausgebildet sind, innerhalb dessen die größte Verformung auftritt, oder unterhalb der Abschnitte der verformbaren Balkenanordnung, deren Verformung relativ groß ist.
3. Halbleiteraufbau, umfassend:
ein Dreischicht-Laminat mit einer ersten Schicht in Form eines Siliciumsubstrats (100),
einer zweiten Schicht in Form einer Isolierschicht (102) auf der ersten Schicht, und einer dritten Schicht in Form einer Siliciumschicht (101) auf der zweiten Schicht, und
eine verformbare Balkenanordnung (103) in der Siliciumschicht (101), umfassend Vor­ richtungselemente, die auf der dritten Schicht verdrahtet sind, Gewichtsabschnitte (110a, 110b) mit einer Mehrzahl von die Siliciumschicht durchsetzenden Durchgangslöchern (108), und Balkenabschnitte (111a bis 111d), die die Gewichtsabschnitte tragen, wobei die Balkenabschnit­ te Meßfühlerelemente (113a bis 113d) enthalten, die auf der Siliciumschicht verdrahtet sind, um Versetzungen zu erfassen, und Vorsprünge (120), die auf den Unterseiten der Gewichtsab­ schnitte nach Wegätzen der Isolierschicht (102) durch die Durchgangslöcher der Siliciumschicht hindurch übriggeblieben sind und deren Spitzen in Richtung auf das Siliciumsubstrat (100) weisen.
4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus mit einem Substrat (100) und einer verformbaren Balkenanordnung (103) über dem Substrat, umfassend die Schritte:
Herstellen eines Laminats aus dem Substrat (100), einer Isolierschicht (102) auf dem Substrat und einer aktiven Schicht (101) auf der Isolierschicht,
Verdrahten funktioneller Elemente auf der aktiven Schicht,
Einbringen von Ätzgräben (130) durch die aktive Schicht bis hinunter zur Isolierschicht,
Wegätzen der Isolierschicht mit einem Ätzmittel, das in die Ätzgräben eingespritzt wird, um die verformbare Balkenanordnung (103) auszubilden, und
Einstellen der Dauer des Wegätzens derart, daß Vorsprünge (120) gebildet werden, die sich von der verformbaren Balkenanordnung erstrecken und deren Spitzen zum Substrat hinwei­ sen, und daß die Spitzen der Vorsprünge von dem Substrat weit genug beabstandet sind, damit die verformbare Balkenanordnung einen vorbestimmten Verformungsbereich aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Vorsprünge (120) unterhalb des Abschnitts der verformbaren Balkenanordnung (103) ausgebildet werden, innerhalb dessen die größte Verformung auftritt, oder unterhalb der Abschnitte der verformbaren Balkenanordnung, deren Verformung relativ groß ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus, umfassend die Schritte:
Herstellen eines Laminats aus einer ersten Schicht in Form eines Siliciumsubstrats (100), einer zweiten Schicht in Form einer Isolierschicht (102) und einer dritten Schicht in Form
einer aktiven Siliciumschicht (101),
Verdrahten funktioneller Vorrichtungen auf der Siliciumschicht (101),
Ausbilden von Ätzgräben (130) durch die Siliciumschicht bis hinunter zur Isolierschicht (102),
Wegätzen der Isolierschicht durch die Ätzgräben (130) hindurch, um eine verformbare Balkenanordnung (103) auszubilden, die Gewichtsabschnitte (110a, 110b) und diese tragende Balkenabschnitte (111a-111d) aufweist, wobei die Balkenabschnitte Meßfühlerelemente (113a- 113d) zur Erfassung von Versatz enthalten, und
Einstellen der Dauer des Wegätzens derart, daß Vorsprünge (120) gebildet werden, die von den Gewichtsabschnitten abstehen und deren Spitzen in Richtung auf das Siliciumsubstrat weisen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004015237B4 (de) * 2003-03-28 2014-11-20 Denso Corporation Sensor mit Vorsprung und Verfahren zu dessen Herstellung

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10055421A1 (de) * 2000-11-09 2002-05-29 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Erzeugung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur
US6828171B2 (en) * 2002-01-16 2004-12-07 Xerox Corporation Systems and methods for thermal isolation of a silicon structure
JP4581485B2 (ja) * 2003-08-01 2010-11-17 ヤマハ株式会社 加速度センサおよびその製造方法
FR2881273B1 (fr) * 2005-01-21 2007-05-04 St Microelectronics Sa Procede de formation d'un substrat semi-conducteur de circuit integre
JP2007216368A (ja) * 2006-02-20 2007-08-30 Sony Corp 電気機械素子、電子回路装置、およびこれらの製造方法
WO2008001252A2 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 Nxp B.V. Method for manufacturing mems devices with moveable structure
JP4997502B2 (ja) * 2006-09-20 2012-08-08 国立大学法人東北大学 半導体素子の製造方法
US7712370B2 (en) * 2006-12-22 2010-05-11 Asm Japan K.K. Method of detecting occurrence of sticking of substrate
US20080164546A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-10 Infineon Technologies Sensonor As Design of MEMS Packaging
DE102007046498B4 (de) * 2007-09-18 2011-08-25 Austriamicrosystems Ag Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Bauelementes
CN101462691B (zh) * 2007-12-19 2011-08-24 清华大学 刻蚀牺牲层形成间隙的方法
FR2925888A1 (fr) * 2007-12-27 2009-07-03 Commissariat Energie Atomique Dispositif a structure pre-liberee
JP5950858B2 (ja) * 2013-03-28 2016-07-13 三菱電機株式会社 マイクロデバイスの製造方法
TWI605440B (zh) * 2015-11-27 2017-11-11 Po Yuan Huang Replaceable light-emitting wafer system
CN108178121B (zh) * 2018-02-07 2024-05-03 北京先通康桥医药科技有限公司 触诊探头及其制造方法
CN115662847B (zh) * 2022-11-16 2023-03-14 山东科技大学 基于x波段的串联接触式射频mems开关及其制作方法
CN116931376B (zh) * 2023-09-15 2023-12-08 江苏中科智芯集成科技有限公司 晶圆扇出型封装方法和结构

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58180927A (ja) 1982-04-16 1983-10-22 Toshiba Corp 半導体感圧素子の保護装置
CH670914A5 (de) 1986-09-10 1989-07-14 Landis & Gyr Ag
US5314572A (en) 1990-08-17 1994-05-24 Analog Devices, Inc. Method for fabricating microstructures
JP3120260B2 (ja) 1992-12-26 2000-12-25 日本碍子株式会社 圧電／電歪膜型素子
JP3612723B2 (ja) 1994-01-18 2005-01-19 株式会社デンソー 半導体力学量センサの製造方法
JP3395325B2 (ja) 1994-03-07 2003-04-14 株式会社デンソー 半導体加速度センサの製造方法
DE4423396C2 (de) * 1994-07-04 2001-10-25 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Oberflächenstruktur
EP0805985B1 (de) * 1995-01-24 2001-07-18 Infineon Technologies AG Mikromechanisches bauelement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004015237B4 (de) * 2003-03-28 2014-11-20 Denso Corporation Sensor mit Vorsprung und Verfahren zu dessen Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
GB0023248D0 (en) 2000-11-01
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JP2001102597A (ja) 2001-04-13

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