DE102005004795B4

DE102005004795B4 - Konzept zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur

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Publication number: DE102005004795B4
Application number: DE102005004795A
Authority: DE
Inventors: Martin 81739 Franosch; Andreas Dr. 81735 Meckes; Klaus-Günter 83607 Oppermann
Original assignee: Avago Technologies Wireless IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: DE102005004795B9; US20060191868A1; DE102005004795A1

Abstract

Verfahren zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials (16) in einer Materialstruktur (12) zur Erzeugung eines Hohlraumes, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen der Materialstruktur (12), wobei die Materialstruktur (12) einen durch eine Öffnung (20) zugänglichen Behandlungsbereich (22a, 22b) mit dem Opfermaterial (16) aufweist; – In-Kontakt-Bringen des Opfermaterials (16) mit einem nass-chemischen Behandlungsmittel (24) durch die Öffnung (20) zur Entfernung des Opfermaterials (16) und dadurch Bilden des Hohlraums; – Erzeugen einer mechanischen Schwingung im Megaschallbereich in dem nass-chemischen Behandlungsmittel (24) und der Materialstruktur (12) während des In-Kontakt-Bringens des Opfermaterials (16) mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel (24); und – Verschließen der Öffnung (20) zum räumlichen Abschließen des Hohlraums.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konzept zur effektiven und exakten Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur mittels eines nass-chemischen Behandlungsmittels, und insbesondere auf ein effektives In-Kontakt-Bringen eines nass-chemischen Behandlungsmittels mit einem Opfermaterial durch eine relativ kleine Zugangsöffnung zu einer zu erzeugenden Hohlraumstruktur, um das Opfermaterial mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel in Lösung zu bringen und damit zu entfernen, um die gewünschte Hohlraumstruktur zu erzeugen.
Häufig werden elektronische Bauelemente, die einen Freiraum bezüglich der in einem Substrat implementierten Schaltungsstruktur benötigen, in einem Halbleitersubstrat mit einem daran angrenzenden Hohlraum gebildet. Bei diesen elektronischen Bauelementen kann es sich beispielsweise um BAW-Filter (BAW = Bulk Acoustic Wave = Volumenwelle), SAW-Filter (SAW = Surface Acoustic Wave = Oberflächenwelle), Sensoren oder Akturen handeln. Ebenso können mikroelektromechanische Systeme (MEMS), Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren, deren Funktionalität ebenfalls einen Freiraum bezüglich der Schaltungsstruktur erfordert, mit entsprechenden Hohlräumen implementiert werden.
Zur Herstellung von Hohlräumen in einem elektronischen Bauelement bzw. angrenzend an dasselbe werden häufig spezielle Ätz- und Entwicklungsverfahren eingesetzt, die im nachfolgenden allgemein als nass-chemische Behandlungsverfahren bezeichnet werden. So können Hohlräume nass-chemisch durch eine sogenannte Tauchentwicklung bzw. Tauchätzung erzeugt werden, wobei eine Materialstruktur, in der ein Hohlraum erzeugt werden soll, in ein nass-chemisches Behandlungsmittel (Lösungsmittel oder ein Ätzmittel) eingetaucht wird.
Eine weitere Möglichkeit, um Hohlräume für ein elektronisches Bauelement zu erzeugen, ist die sogenannte Puddle-Entwicklung, bei der ein nass-chemisches Behandlungsmittel auf eine Resistoberfläche aufgesprüht wird, bis das nasschemische Behandlungsmittel die Resistmaterialoberfläche vollständig bedeckt. In Abhängigkeit davon, welche Bereiche des Resistmaterials belichtet oder nicht belichtet worden sind, kann nun das nass-chemische Behandlungsmittel selektiv das Resistmaterial (Opfermaterial) entfernen.
Eine weitere, bekannte Vorgehensweise, Hohlräume in einer Materialstruktur zu erzeugen, besteht darin, die zu behandelnde Materialstruktur mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel zu besprühen, um eine Freientwicklung oder ein Freiätzen eines Hohlraums innerhalb der Materialstruktur zu erreichen.
Anhand der 2a–b wird nun beispielhaft eine im Stand der Technik bekannte Vorgehensweise zur Erzeugung einer Hohlraumstruktur dargestellt.
In 2a ist in einer Schnittansicht eine Materialstruktur 50 dargestellt, die als Ausgangspunkt zur Erzeugung einer Hohlraumstruktur mittels einer nass-chemischen Behandlung dienen kann. Diese Materialstruktur 50 weist ein Substrat 52 auf, auf dem beispielsweise eine elektromechanische Struktur 53 vorgesehen ist. Auf dem Substrat 52 sind ein Opfermaterial 54 und eine Abdeckungsanordnung 56 mit seitlichen Wandbereichen 56b und einem oberen Wandbereich 56a angeordnet, wobei in dem oberen Wandbereich 56a der Abdeckungsanordnung 56 mehrere Öffnungen 58 gebildet sind. Die Abdeckungsanordnung 56 definiert nun mit den Seitenwandbereichen 56b, dem oberen Wandbereich 56a und zusammen mit dem Substrat 52 zwei durch die Öffnungen 58 zugängliche Behandlungsbereiche 60a, 60b, die herstellungsbedingt mit dem zu entfernenden Opfermaterial 54 gefüllt sind.
Die in 2a dargestellte Materialstruktur 50 kann beispielsweise erhalten werden, indem auf das Substrat 52 eine Schicht aus einem Negativ-Resistmaterial (Negativ-Lack) aufgebracht wird, das daraufhin mittels unterschiedlicher Masken, und unterschiedlichen Belichtungswellenlängen selektiv (z. B. auch Wellenlängen-selektiv) belichtet wird, um die Materialstruktur 50 mit dem Opfermaterial 54 und der Abdeckungsstruktur 56 zu erhalten.
Dabei stellt das Opfermaterial 54 beispielsweise ein unbelichtetes Negativ-Resistmaterial dar, wobei die Abdeckungsanordnung 56 mit den Seitenwandbereichen 56b und dem oberen Wandbereich 56a beispielsweise belichtete Bereiche des Negativ-Resistmaterials darstellt.
Die in 2a dargestellte Anordnung kann aber auch entsprechend mittels eines Positiv-Resistmaterials (Positiv-Lack) erhalten werden, wobei dann die belichteten Bereiche das Opfermaterial 54 und die unbelichteten Bereiche die Abdeckungsanordnung 56 mit den Seitenwandbereichen 56b und dem oberen Wandbereich 56a bilden können.
Als Resistmaterial kann beispielsweise ein SU-8-Resistmaterial verwendet werden. Bezüglich der in 2a dargestellten Materialstruktur sollte ferner deutlich werden, dass auch mehrere auf dem Substratmaterial 52 aufgebrachte Resistmaterialschichten mit aufeinander folgenden Belichtungsvorgängen verwendet werden können, um die in 2a dargestellte Materialstruktur 50 mit den Opfermaterialbereichen 54 und der Abdeckungsanordnung 56 zu erhalten.
Gemäß üblichen nass-chemischen Behandlungsvorgängen wird nun die bereitgestellte Materialstruktur 50 und insbesondere das Opfermaterial 54 mit einem nass-chemischen Behandlungsmittel 62, wie z. B. einem Lösungsmittel oder einem wässrigen Entwickler (z. B. PGMEA, mit PGMEA = propylene glykol methyl ether acetate) in Kontakt gebracht, um das Opfermaterial 54 mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel 62 in Lösung zu bringen, d. h. das Opfermaterial 54 zu entfernen.
Bezüglich der in 2a dargestellten Materialstruktur 50 sollte beachtet werden, dass das zu entfernende Opfermaterial 54 in den Behandlungsbereichen 60a, 60b für das nasschemische Behandlungsmittel 62 nur durch die in dem oberen Wandbereich 56a angeordneten Öffnungen 58 der Abdeckungsanordnung 56 zugänglich ist, um das Opfermaterial 54 in Lösung zu bringen und die Behandlungsbereiche 60a, 60b als Hohlräume freizulegen. Dabei hängt die nass-chemische Behandlungsrate (Ätz- bzw. Entwicklungsrate) zur Freilegung der zu erzeugenden Hohlraumstrukturen maßgeblich von der Querschnittsfläche der Zugangsöffnungen 58 zu den Behandlungsbereichen 60a, 60b innerhalb der Materialstruktur 50 ab. Dies bedeutet, dass kleinere Zugangsöffnungen 58 eine geringere nass-chemische Behandlungsrate nach sich ziehen, wodurch sich die Zeitdauer der nass-chemischen Behandlung zur Freilegung der gewünschten Hohlraumstrukturen erhöht.
2b zeigt nun anhand einer perspektivischen Schnittdarstellung ein Beispiel einer durch herkömmliche nass-chemische Behandlungsvorgänge erzeugten Hohlraumstruktur, bei der aufgrund einer inhomogenen nass-chemischen Behandlungsrate das Opfermaterial 54 in den Hohlräumen 60a, 60b nur unvollständig durch die Öffnungen 58 entfernt wurde. Wie aus 2b ersichtlich ist, können bei nass-chemischen Behandlungsvorgängen gemäß dem Stand der Technik die gewünschten Hohlräume im Wesentlichen nicht rückstandsfrei durch kleine Zugangsöffnungen 58 erzeugt werden, da diese bekannten Vorgehensweisen nur eine sehr langsame und im Wesentlichen inhomogene nasschemische Behandlungsrate des zu entfernenden Opfermaterials 54 zulassen.
Bei relativ kleinen Zugangsöffnungen zu einem zu erzeugenden Hohlraum in einer Materialstruktur kann bei herkömmlichen nass-chemischen Behandlungsvorgängen bezüglich der Gesamtmenge der eingesetzten nass-chemischen Behandlungsmittel nur ein sehr geringer Anteil der Gesamtmenge des Behandlungsmittels mit dem zu entfernenden Opfermaterial innerhalb der Behandlungsbereiche (Hohlräume) in Kontakt gebracht werden, so dass häufig kein ausreichender Austausch des Ätzmittels innerhalb des zu erzeugenden Hohlraums vorhanden ist, wodurch das zu entfernende Opfermaterial nur relativ langsam und ungleichmäßig entfernt werden kann.
Aufgrund der sehr langen Behandlungsdauer eines Hohlraums bei kleinen Zugangsöffnungen 58 ergibt sich bei den bekannten nass-chemischen Behandlungsverfahren ein relativ hoher Medienverbrauch, da für das Freilegen von Hohlräumen durch eine kleine Durchgangsöffnung große Mengen des nass-chemischen Behandlungsmittels 62 eingesetzt werden müssen, um eine ausreichende Menge an nass-chemischen Behandlungsmitteln mit dem Opfermaterial innerhalb der Behandlungsbereiche 60a, 60b in Kontakt zu bringen.
Außerdem können aufgrund der im allgemeinen relativ kleinen Zugangsöffnungen zu dem zu erzeugenden Hohlraum häufig nur relativ ungenaue und grobe Strukturen bzw. Abmessungen des resultierenden Hohlraums erhalten werden, da sich das durch die relativ kleinen Zugangsöffnungen eindringende nasschemische Behandlungsmittel in der Materialstruktur nicht homogen verteilen kann, so dass häufig Reste des eigentlich zu entfernenden Opfermaterials in dem Hohlraum verbleiben.
Da über die kleinen Zugangsöffnungen in der Materialstruktur zu dem zu erzeugenden Hohlraum im Wesentlichen keine homogenen Ätzraten erhalten werden können, können gemäß dem Stand der Technik neben unzureichender Ätzung mit in den Hohlräumen verbleibenden Opfermaterialresten darüber hinaus aber gleichzeitig auch aufgrund der erforderlichen langen Behandlungsdauer an anderen Stellen an der Materialstruktur 50 häufig auch unerwünschte Überätzungen auftreten, bei denen Bereiche der Materialstruktur 50 durch die nass-chemischen Behandlungsmittel 62 angegriffen und unerwünschterweise entfernt werden.
Somit haben sich die im Stand der Technik bekannten nasschemischen Behandlungsvorgänge zur Freilegung von Hohlräumen in einer Materialstruktur häufig als unbrauchbar erwiesen, um komplexe und komplizierte Hohlraumstrukturen durch kleine Zugangsöffnungen exakt freizulegen.
Die DE 691 24 647 T2 offenbart einen verteilten Bragg-Reflektor auf einem Substrat. Eine Herstellung des Bragg-Reflektors umfasst ein epitaxiales Aufwachsen von Schichten mit einem größeren Brechungsindexwert, welche weitere Schichten umschließen. Das Material der weiteren Schichten wird durch Ätzen entfernt und durch ein eine organische Zusammensetzung enthaltendes Material ersetzt. Eine Ultraschallvibration führt zu einem effektiveren selektiven Entfernen.
Ausgehend von dem oben dargestellten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Konzept zur nass-chemischen Behandlung einer Materialstruktur zu schaffen, bei dem eine nass-chemische Entfernung eines Opfermaterials in der Materialstruktur, und insbesondere die Erzeugung eines Hohlraums für ein elektronisches Bauelement, sowohl effizienter als auch exakter durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei dem erfindungsgemäßen Konzept zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur während des In-Kontakt-Bringens des Opfermaterials, beispielsweise durch eine relativ kleine Zugangsöffnung in der Materialstruktur, mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel eine mechanische bzw. akustische Schwingungs- bzw. Vibrationsanregung oder Einkopplung mittels Schall, wie z. B. eine Ultraschall- oder Megaschallanregung, in dem nass-chemischen Behandlungsmittel oder in dem nass-chemischen Behandlungsmittel und der Materialstruktur erzeugt wird. Dabei führt die akustische Anregung in dem nass-chemischen Behandlungsmittel oder in dem nass-chemischen Behandlungsmittel und der Materi alstruktur dazu, dass bezüglich einer bestimmten Zeitdauer eine größere Anzahl von Partikeln des nass-chemischen Behandlungsmittels mit dem zu entfernenden Opfermaterial in der Materialstruktur in Kontakt und somit das zu entfernende Opfermaterial effizienter und schneller durch das nass-chemische Behandlungsmittel in Lösung gebracht werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise erhöht sich somit die nass-chemische Behandlungsrate, d. h. die Ätz- bzw. Entwicklungsrate, des zu entfernenden Opfermaterials, was insbesondere dazu führt, dass die Zeitdauer, die erforderlich ist, um das Opfermaterial in der Materialstruktur zu entfernen und den gewünschten Hohlraum zu bilden, deutlich gegenüber im Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen sinkt. Darüber hinaus ist durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise insbesondere auch eine erheblich homogenere nass-chemische Behandlungsrate des Opfermaterials erreichbar. Die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltene, effizientere nass-chemische Behandlungsrate und deren verbesserte Homogenität bewirkt ferner, dass die freigeätzten Hohlräume erheblich exaktere Strukturen aufweisen, bei denen im Wesentlichen keine Opfermaterialreste zurückbleiben und gleichzeitig eine unerwünschte Überätzung der behandelten Materialstrukturen verhindert werden kann.
Damit kann mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die Freilegung sehr komplexer und komplizierter Strukturen ermöglicht werden, insbesondere wenn diese nur durch relative kleine Zugangsöffnungen zugänglich sind. Gleichzeitig kann die Exaktheit der erhaltenen Strukturen (insbesondere Hohlraumstrukturen) mit einem gleichzeitig sehr geringen Medienverbrauch für nass-chemische Behandlungsmittel, wie Ätzmittel und Entwickler, erhalten werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a–b eine schematische Schnittansicht eines Mehrschichtenaufbaus, an dem das erfindungsgemäße Konzept zur Erzeugung eines Hohlraums gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt wird, und eine perspektivische Schnittdarstellung einer gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept tatsächlich erhaltenen Hohlraumstruktur; und
2a–b eine schematische Schnittansicht eines Mehrschichtenaufbaus, an dem eine bekante Vorgehensweise zur Erzeugung eines Hohlraums gemäß dem Stand der Technik dargestellt wird, und eine perspektivische Schnittdarstellung einer gemäß dem Stand der Technik tatsächlich erhaltenen Hohlraumstruktur.
Im Folgenden wird nun Bezug nehmend auf die 1a–b beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorgehensweise zur nasschemischen Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur erläutert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur wird zunächst eine Materialstruktur 12 bereitgestellt, wobei diese Materialstruktur 12 ein Substrat 14 aufweist, auf dem beispielsweise ein elektrische, elektronische, mechanische und/oder elektromechanische Struktur 15 vorgesehen ist. Auf dem Substrat 14 ist ferner ein Opfermaterial 16 und eine Abdeckungsanordnung 18 mit seitlichen Wandbereichen 18b und einem oberen Wandbereich 18a angeordnet, wobei in dem oberen Wandbereich 18a der Abdeckungsanordnung 18 eine oder mehrere Öffnungen 20 gebildet sind. Die Abdeckungsanordnung 18 definiert nun mit den Seitenwandbereichen 18b, dem oberen Wandbereich 18a und zusammen mit dem Substrat 14 eine oder mehrere durch die Öffnungen 20 zugängliche Behandlungsbereiche 22a, 22b, die (beispielsweise herstellungsbedingt) zumindest teilweise mit dem zu entfernenden Opfermaterial 16 gefüllt sind. Wie in 1a dargestellt ist, kann auch in der Öffnung 20 durch den oberen Wandbereich 18a (beispielsweise herstellungsbedingt) das Opfermaterial 16 vorhanden sein.
Bezüglich der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass ein oder mehrere Behandlungsbereiche 22a, 22b mit jeweils nur einer einzelnen oder auch mehreren Öffnungen 20 vorgesehen sein können.
Die in 1a in einer Schnittansicht dargestellte Materialstruktur 12 kann beispielsweise entsprechend der eingangs dargestellten Vorgehensweise mit Negativ- oder Positiv-Resistmaterialien (Lacken) erhalten werden, die mittels unterschiedlicher Masken und unterschiedlichen Belichtungswellenlängen selektiv (z. B. auch Wellenlängen-selektiv) belichtet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun die bereitgestellte Materialstruktur 12 und insbesondere das Opfermaterial 16 mit einem nass-chemischen Behandlungsmittel 24, wie z. B. einem Lösungsmittel oder einem wässrigen Entwickler (wie z. B. PGMEA; PGMEA = propylene glykol methyl ether acetate) in Kontakt gebracht, um das Opfermaterial 16 mit dem nasschemischen Behandlungsmittel 24 in Lösung zu bringen und somit das Opfermaterial 16 zu entfernen. Durch die in dem oberen Wandbereich 18a angeordnete Öffnung bzw. Öffnungen 20 der Abdeckungsanordnung 18 wird nun ferner mittels des nasschemischen Behandlungsmittels 24 das zu entfernende Opfermaterial 16 in den Behandlungsbereichen 22a, 22b in Lösung gebracht, um im Wesentlichen die durch die Öffnungen 20 zugänglichen Behandlungsbereiche 22a, 22b als Hohlräume freizulegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Materialstruktur 12 beispielsweise mittels einer sogenannten Tauchbehandlung (Tauchentwicklung bzw. Tauchätzung), mittels einer sogenannten Puddle-Behandlung (Puddle-Entwicklung bzw. Puddle-Ätzung) oder mittels einer Sprühbehandlung (Sprühentwicklung bzw. Sprühätzung) mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel in Kontakt gebracht werden, um das zu entfernende Opfermaterial 16 mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel in Lösung zu bringen. Es sollte aber bezüglich der vorliegenden Erfindung beachtet werden, dass im Wesentlichen alle bekannten nasschemischen Behandlungsvorgänge (Entwicklungs- bzw. Ätzvorgänge) zum Durchführen des erfindungsgemäßen Konzepts zur nasschemischen Entfernung des Opfermaterials 16 in der Materialstruktur 12 eingesetzt werden können, wobei dazu im Wesentlichen auch alle dazu geeigneten und bekannten nass-chemischen Behandlungsmittel, d. h. Lösungsmittel, wässrigen Entwickler oder nass-chemischen Ätzmittel, eingesetzt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun der bereitgestellten Materialstruktur 12 eine Anordnung 26 zur Erzeugung mechanischer bzw. akustischer Schwingungen zugeordnet, wobei diese Anordnung erfindungsgemäß eine akustische Quelle 26 oder optional eine Mehrzahl von akustischen Quellen 26 aufweisen kann.
Die akustische Quelle 26 ist nun so bezüglich der zu behandelnden Materialstruktur 12 angeordnet, dass die mechanische bzw. akustische Schwingung 26a möglichst effizient in die Materialstruktur 12 eingekoppelt werden kann. Wie nun in 1a dargestellt ist, kann beispielsweise bei einer Tauchbehandlung der Materialstruktur 12 die akustische Quelle 26 seitlich bezüglich der zu behandelnden Materialstruktur 12 (des Wafers mit der Materialstruktur 12) angeordnet sein, wobei bei einer Puddle-Behandlung oder einer Sprühbehandlung der Materialstruktur 12 die akustische Quelle 26 beispielsweise parallel zu der Materialstruktur 12 (zu einem Wafer) angeordnet sein kann. Bezüglich der vorliegenden Erfindung sollte deutlich werden, dass die räumliche Zuordnung zwischen der zu behandelnden Materialstruktur 12 und der akustischen Quelle 26 (bzw. Quellen 26) lediglich dahin gehend auszulegen ist, dass die mechanische bzw. akustische Schwingung 26a möglichst wirksam in das auf die Materialstruktur 12 einwirkende nass-chemische Behandlungsmittel 24 eingekoppelt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mittels der akustischen Quelle(n) 26, die beispielsweise als eine Ultraschall- oder eine Megaschall-Quelle ausgeführt ist, während des In-Kontakt-Bringens des Opfermaterials mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel eine mechanische bzw. akustische Schwingung 26a in dem nass-chemischen Behandlungsmittel 24 oder in dem nass-chemischen Behandlungsmittel und der Materialstruktur 12 erzeugt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine stärkere Relativbewegung zwischen der Materialstruktur 12 mit dem zu entfernenden Opfermaterial 16 und den Partikeln des nasschemischen Behandlungsmittels 24 durch das Einkoppeln der mechanischen bzw. akustischen Schwingung in dem nass-chemischen Behandlungsmittel oder in dem nass-chemischen Behandlungsmittel und der Materialstruktur 12 erreicht. Dadurch kann erfindungsgemäß das Material bzw. die Materialien der Opferschicht 16 äußerst effizient mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel 24 in Lösung gebracht werden. Die akustische Quelle 24 kann dabei beispielsweise eine mechanische bzw. akustische Schwingung (bzw. Schwingungen) in einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 10 MHz und vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 20 kHz und 5 MHz bereitstellen.
Da gegenwärtig vor allem akustische Quellen für einen Einsatz im Ultraschallbereich, der beispielsweise in einem Frequenzbereich von 20 kHz bis 50 kHz und vorzugsweise in einem Frequenzbereich um 40 kHz liegt, und für einen Einsatz im Megaschallbereich (megasonic), der beispielsweise in einem Frequenzbereich von etwa 500 kHz bis 5 MHz und vorzugsweise in einem Frequenzbereich um 920 kHz liegt, handelsüblich erhältlich sind, können solche akustische Quellen (z. B. Ultraschallwandler oder Megaschallwandler) bevorzugt, d. h. ohne einen größeren Aufwand, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur nass-chemischen Entfernung des Opfermaterials in der Materialstruktur 12 eingesetzt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass akustische Quellen mit im Wesentlichen beliebigen Schwingungsfrequenzen in dem oben angegebenen Frequenzbereich erfindungsgemäß eingesetzt werden können, um die vorteilhaften Wirkungen bei der Freilegung von Hohlräumen zu erhalten.
Bezüglich der vorliegenden Erfindung sollte ferner beachtet werden, dass bei nass-chemischen Behandlungsvorgängen (z. B. Tauchentwicklungen bzw. Tauchätzungen) beispielsweise eine Einkopplung der mechanischen Schwingung in das nass-chemische Behandlungsmittel oder in das nass-chemische Behandlungsmittel und die Materialstruktur 12 während des In-Kontakt-Bringens des Opfermaterials 16 mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel vorgenommen werden kann, wobei vorzugsweise in die Flüssigkeit, d. h. das nass-chemische Behandlungsmittel, eingekoppelt wird. Auch bei einer Sprüh- oder Puddle-Entwicklung wird normalerweise in den Flüssigkeitsfilm über dem Wafer bzw. über der zu behandelnden Materialstruktur 12 eingekoppelt. Optional kann auch in den Hohlraumdeckel der Materialstruktur eine Schwingung eingekoppelt werden. Dadurch werden höhere Teilchengeschwindigkeiten und Druckschwankungen, z. B. in Form von Stosswellen, in der Flüssigkeit erzeugt, die bis zu Explosionen an der Grenzfläche zum Festkörper (Kavitation) führen können.
1b zeigt nun eine perspektivische Schnittansicht der Materialstruktur 12, nachdem das erfindungsgemäße Verfahren zur nass-chemischen Behandlung des Opfermaterials 16 in der Materialstruktur 12 durchgeführt wurde. Wie aus 1b deutlich ersichtlich ist, kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere das Opfermaterial 16 durch die Öffnungen 20 vollständig und damit rückstandsfrei aus den Behandlungsbereichen 22a, 22b entfernt werden, um den gewünschten Hohlraum 22 innerhalb der Abdeckungsanordnung 18 zu erhalten.
Bezüglich der Darstellungen in den 1a–b sollte beachtet werden, dass lediglich ein einzelner oder auch mehrere Behandlungsbereiche 22a, 22b mit jeweils nur einer einzelnen oder auch mehreren Öffnungen 20 vorgesehen sein können, wobei die einzelne Öffnung bzw. die mehreren Öffnungen 20 nachfolgend zu der nass-chemischen Entfernung des Opfermaterials 16 in der Materialstruktur 12 optional verschlossen werden können, um einen abgeschlossenen Hohlraum innerhalb der Abdeckungsanordnung 18 zu bilden. Das Verschließen des Hohlraums 22 kann beispielsweise durch Aufbringen eines weiteren Resistmaterials bzw. einer weiteren Resistschicht (z. B. Negativ-Resistmaterial), einer Belichtung und anschließenden Entwicklung durchgeführt werden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass unter dem Begriff „Hohlraum” bzw. „Hohlraumstruktur” somit im Wesentlichen ein freigelegter, aber größtenteils umschlossener Bereich zu verstehen ist, der beispielsweise durch Verschließen der einen Zugangsöffnung oder der mehreren Zugangsöffnungen räumlich abgeschlossen werden kann.
Wie aus den obigen Ausführungen deutlich wird, kann das erfindungsgemäße Konzept zur nass-chemischen Entfernung des Opfermaterials 16 in der Materialstruktur 12 beispielsweise sehr vorteilhaft zur Erzeugung sogenannter WLP-Anordnungen (WLP = wafer level package) eingesetzt werden, bei denen auf einem Halbleiterwafer eine große Anzahl von Abdeckungsanordnungen 18 vorgesehen sind. Diese Abdeckungsanordnungen können durch Bereitstellen eines Hohlraums bei WLP-Anordnungen insbesondere eine Schutzfunktion für die innerhalb bzw. an dem Substrat 14, z. B. einem Halbleiterwafer, angeordnete elektrische, elektronische, mechanische oder elektromechanische Struktur 15 vorsehen.
Im Vorhergehenden wurde das erfindungsgemäße Konzept zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur im Wesentlichen bezüglich des Entwickelns eines Opfermaterials 16 dargestellt, das in Form eines belichteten oder unbelichteten Photoresistmaterials vorliegt. Das erfindungsgemäße Konzept kann aber gleichermaßen auf nasschemische Ätzvorgänge über kleine Zugangsöffnungen mit dem Ziel des Herstellens eines Hohlraums angewendet werden.
Es sollte jedoch bezüglich des erfindungsgemäßen Konzepts deutlich werden, dass dieses Konzept im wesentlichen auf alle unter den Begriff nass-chemische Behandlungsvorgänge fallenden Vorgehensweisen zur Entfernung von (beliebigen) Opfermaterialien mittels nass-chemischer Behandlungsmittel vorteilhaft angewendet werden kann, insbesondere auch bei der Halbleiterherstellung auf Waferebene, wie z. B. bei Beckenentwicklungen als auch Einscheibenentwicklungen.
So ist das erfindungsgemäße Konzept zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur insbesondere auch bei einer Freiätzung von Hohlräumen bei der Herstellung eines WLP-Gehäuses mit einem SU-8-Resistmaterial und einer Kupferopferschicht (vgl. deutsche Patentanmeldung DE 103 16 776 A1 der gleichen Anmelderin wie die vorliegende Erfindung) einsetzbar. Dort wird der durch einen perforierten Deckel bzw. eine perforierten Abdeckungsanordnung aus einem SU-8-Resistmaterial die darunter liegende Opferschicht aus Kupfer mit einem wässrigen Ätzmedium herausgeätzt, wobei durch das erfindungsgemäße Erzeugen einer mechanischen Schwingung in der Materialstruktur oder dem nass-chemischen Behandlungsmittel während des In-Kontakt-Bringens des Opfermaterials mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel die Freilegungsätzung des Hohlraum beträchtlich beschleunigt werden kann.
Wie nun insbesondere aus der perspektivischen Schnittdarstellung von 1b ersichtlich ist, kann im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik (vgl. 2b) mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur die gewünschten Hohlräume äußerst exakt und effizient erhalten werden, da das Material der zu entfernenden Opferschicht in einer erheblich kürzeren Zeitdauer, äußerst homogen und rückstandsfrei aus dem Behandlungsbereich entfernt werden kann.
Bezüglich der Gegenüberstellung der resultierenden Hohlraumbereiche 60a, 60b von 2b, die durch bekannten Herstellungsverfahren erhalten wurden, und den erfindungsgemäß erhaltenen Hohlraumstrukturen 22a, 22b von 1b, die gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials in einer Materialstruktur erhalten wurden, sollte beachtet werden, dass beide in den 1b und 2b dargestellten Materialstrukturen den gleichen nasschemischen Prozessen und für die gleiche Zeitdauer dem nasschemischen Behandlungsmittel ausgesetzt wurden.
Die vorliegende Erfindung schafft somit eine verbesserte Vorgehensweise zum beschleunigten, nass-chemischen Entfernen von Opferschichten jeglicher Art, wie z. B. Polymermaterialien, Oxidmaterialien, Nitridmaterialien, Metalle, Halbleiter, Metalllegierungen usw., insbesondere auch durch relativ kleine Zugangsöffnungen zu einem durch diese kleinen Zugangsöffnungen zugänglichen Behandlungsbereich, mit dem Ziel, möglichst exakt einen freigelegten Hohlraum zu erzeugen.
Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass gemäß der vorliegenden Erfindung nun zusätzlich zu der nass-chemischen Behandlung einer Materialstruktur eine akustische Anregung in dem nass-chemischen Behandlungsmittel und/oder an diese nasschemisch zu behandelnde Materialstruktur und auf das die Materialstruktur enthaltende Substrat (z. B. einen Halbleiterwafer) induziert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich beispielsweise um Ultraschall (ultrasonic) oder auch um Megaschall (megasonic) handeln, wobei die akustische Anregung, in die Materialstruktur und/oder in das nass-chemische Behandlungsmittel selbst eingekoppelt werden kann. Dies führt nun erfindungsgemäß dazu, dass das Material bzw. die Materialien der Opferschicht erheblich schneller als im Stand der Technik mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel in Lösung gebracht werden können. Dadurch kann gemäß der vorliegenden Erfindung die zu entfernende Opferschicht äußerst exakt und effizient aus den Behandlungsbereichen (z. B. Hohlräumen) entfernt werden.
Bezugszeichenliste

12: Materialstruktur
14: Substrat
15: Schaltungsstruktur
16: Opfermaterial
18: Abdeckungsanordnung
18a: Seitenwandbereich
18b: Oberer Wandbereich
20: Öffnung
22a, b: Behandlungsbereiche
24: nass-chemisches Behandlungsmittel
26: Mechanische Schwingungsquelle

Claims

Verfahren zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials (16) in einer Materialstruktur (12) zur Erzeugung eines Hohlraumes, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen der Materialstruktur (12), wobei die Materialstruktur (12) einen durch eine Öffnung (20) zugänglichen Behandlungsbereich (22a, 22b) mit dem Opfermaterial (16) aufweist; – In-Kontakt-Bringen des Opfermaterials (16) mit einem nass-chemischen Behandlungsmittel (24) durch die Öffnung (20) zur Entfernung des Opfermaterials (16) und dadurch Bilden des Hohlraums; – Erzeugen einer mechanischen Schwingung im Megaschallbereich in dem nass-chemischen Behandlungsmittel (24) und der Materialstruktur (12) während des In-Kontakt-Bringens des Opfermaterials (16) mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel (24); und – Verschließen der Öffnung (20) zum räumlichen Abschließen des Hohlraums.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem durch den Schritt des In-Kontakt-Bringens das Opfermaterial (16) mit dem nasschemischen Behandlungsmittel (24) in Lösung gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Materialstruktur (12) einen Substratbereich (14), eine Abdeckungsanordnung (18) mit Seitenwandbereichen (18a) und einen oberen Wandbereich (18b) aufweist, wobei der Behandlungsbereich (22) durch die Abdeckungsanordnung (18) und das Substrat (14) umgeben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mechanische Schwingung eine Frequenz in einem Bereich zwischen 500 kHz und 5 MHz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die mechanische Schwingung vorzugsweise eine Frequenz zwischen 800 kHz und 1,2 MHz aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Opfermaterial (16) ein Material aus der folgenden Gruppe aufweist, wobei die Gruppe ein Halbleitermaterial, ein Kunststoffmaterial, ein Polymermaterial, ein Metall, eine Metalllegierung, ein Resistmaterial, vorzugsweise ein SU-8-Resistmaterial, ein Oxidmaterial, ein Nitridmaterial und/oder Kombinationen derselben aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Materialstruktur (12) an einem Halbleiterwafer (14) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei eine Mehrzahl von Materialstrukturen (12) an dem Halbleiterwafer (14) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei der Schritt des In-Kontakt-Bringens des Opfermaterials (16) mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel einen der folgenden Unterschritte aufweist: Verteilen des nass-chemischen Behandlungsmittels (24) auf der Materialstruktur (12); oder Aufsprühen des nass-chemischen Behandlungsmittels (24) auf die Materialstruktur (12); oder Eintauchen der Materialstruktur (12) in das nass-chemische Behandlungsmittel (24).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das nasschemische Behandlungsmittel (24) ein Lösungsmittel, einen wässrigen Entwickler oder ein nass-chemisches Ätzmittel aufweist.
Vorrichtung zur nass-chemischen Entfernung eines Opfermaterials (16) in einer Materialstruktur (12), wobei die Materialstruktur (12) einen durch eine Öffnung (20) zugänglichen Behandlungsbereich (22) mit dem Opfermaterial (15) aufweist, mit folgenden Merkmalen: – einer Einrichtung zum In-Kontakt-Bringen, die ausgebildet ist, um das nass-chemische Behandlungsmittel (24) durch die Öffnung (20) mit dem Opfermaterial (16) in Kontakt zu bringen, um das Opfermaterial (16) zu entfernen und dadurch einen Hohlraum zu bilden, der durch Verschließen der Öffnung (20) räumlich abschließbar ist; – eine Megaschall-Quelle zum Erzeugen einer mechanischen Schwingung im Megaschallbereich; und – einer Einkopplungseinrichtung (26), die ausgebildet ist, um eine mittels der Megaschall-Quelle erzeugte mechanische Schwingung im Megaschallbereich in das nass-chemische Behandlungsmittel (24) und in die Materialstruktur (12) einzukoppeln, während das Opfermaterial (16) mit dem nass-chemischen Behandlungsmittel in Kontakt ist.