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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kommunizierenden
Hohlräumen
und eine nach diesem Verfahren hergestellte Vorrichtung.
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Nach
dem Erfolg der Mikroelektronik und der Mikromechanik setzt sich
seit einigen Jahren der Trend der Miniaturisierung auch bei Strukturen
zum Handling und zur Analyse kleinster Flüssigkeits- oder Gasmengen (Mikrofluidik)
durch, zunehmend auch mit kommerziellem Erfolg. Als Materialsysteme
kommen hauptsächlich
Silizium/Glas und Kunststoffe zum Einsatz. Die bisherigen „kommerziell
verträglichen" Verfahren zur Strukturierung
beider Materialsysteme erlauben es jedoch nur, eine Ebene zur Steuerung
von Flüssigkeiten
unabhängig
zu gestalten. Weitere Funktionalität oder das Deckeln der Kanäle lässt sich
nur durch Verbinden mehrerer getrennt strukturierter Ebenen erreichen.
Neben Kosten- und Materialaufwand bringt dies zusätzlich Ausbeuteverluste
mit sich. Preiswerte Verfahren zur Strukturierung des Halbleitersubstrates
ohne oder mit möglichst
geringen Einschränkungen
für die
weitere Prozessierung sind hier notwendig.
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Seit
kurzer Zeit werden Gasphasenätzverfahren
für Halbleitermaterialien
auch in der Mikrosystemtechnik auf ihre Einsatzmöglichkeiten überprüft und beispielsweise
bereits zum Opferschichtätzen oder
zur Membranherstellung eingesetzt. Diese Verfahren lassen sich jedoch
auch zur Realisierung kommunizierender Hohlräume, insbesondere mit beweglichen
Strukturen und fluidischen Strukturen einsetzen.
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Einzelprozessschritte
der Mikromechanik zur Erzeugung von Bauelementen für die Mikrofluidik sind
in einigen Veröffentlichungen
bereits beschrieben.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
103 34 240 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
eines mikromechanischen Bauteils für fluidische Anwendungen und
eine Mikropumpe mit einer Pumpmembran aus einer epitaktisch hergestellten
Polysiliziumschicht (Epipoly oder Doppel-Epipoly). Die Mikropumpe
besteht aus einer Schichtstruktur, die durch ein Verfahren mit von
der Oberseite und von der Unterseite einwirkenden Prozess-Schritten hergestellt
wird (Bulk-Mikromechanik).
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kommunizierenden
Hohlräumen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass alle Prozess-Schritte
im Wesentlichen von einer Seite auf das Siliziumsubstrat angewendet
werden, d.h. in Oberflächen-Mikromechanik ausgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, dass die Strukturierung des Siliziumsubstrats nur
von einer Waferseite erforderlich ist. Damit ist kein Waferdurchgang
nötig,
was Prozesskosten und Zeit spart. Außerdem weist der nur oberflächlich strukturierte Wafer
eine höhere
Stabilität
auf was die Handhabung desselben erleichtert.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
das Abdecken der erzeugten Hohlräume
durch anodisches Bonden einer Glasschicht darauf erfolgt. Vorteilhaft werden
so die Kanäle,
Hohlräume
oder sonstige, insbesondere fluidische Elemente abgedeckt. Die Glasschicht
ist vorteilhaft schon mit den notwendigen Zugangsöffnungen
zu den fluidischen Strukturen versehen.
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Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass nach dem Strukturieren der ersten und zweiten Funktionsschicht
und Bilden wenigstens eines zweiten Hohlraumes, der mit dem ersten
Hohlraum in Verbindung steht, wenigstens die erste Maske selektiv
zum Halbleiter geätzt
wird, um eine Verbindung des ersten Hohlraums mit dem zweiten Hohlraum
herzustellen. Vorteilhaft kann so eine Verbindung zwischen dem ersten
und dem zweiten Hohlraum geschaffen werden, die in Form und Ausdehnung über die
beim ursprünglichen
Strukturieren der ersten Maske geschaffenen Öffnungen hinausgeht.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
nach dem Bilden wenigstens eines ersten Hohlraums im Halbleitersubstrat
mittels Gasphasenätzen
des Halbleiters durch die Öffnung
eine weitere Schicht auf die erste Maske und auf zugängliche
Bereiche des Halbleitersubstrats aufgebracht wird. Anschließend wird die
weitere Schicht strukturiert, eine weitere Maske auf die weitere
Schicht und auf zugängliche
Bereiche der ersten Maske aufgebracht, und die weitere Maske strukturiert.
Vorteilhaft kann so die weitere Schicht in unterschiedlichste denkbare
Funktionselemente strukturiert werden, die zwischen der ersten und
der weiteren Maske angeordnet werden und somit im Herstellungsprozess
zunächst
vor Ätzangriffen
geschützt
eingebettet werden können.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht dabei vor, dass in die weitere Schicht ein bewegliches Element hineinstrukturiert
wird, und nach dem Strukturieren der ersten und zweiten Funktionsschicht
auch die weitere Maske 160 selektiv zum Halbleitersubstrat und
zu den Funktionsschichten geätzt
wird, wobei das bewegliche Element derart freigelegt wird, dass es
beweglich wird. Vorteilhaft kann ein solches bewegliches Element
zur Verbindung des ersten Hohlraums mit dem zweiten Hohlraum geschaffen
werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn das bewegliche Element
in der Form eines Ventils zur Verbindung des ersten Hohlraums mit
dem zweiten Hohlraum hergestellt wird. Hierdurch kann vorteilhaft ein
Transport von Medien von einem zum anderen Hohlraum gesteuert werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
auf die weitere Maske eine Verschluss-Schicht aufgebracht wird,
welche wenigstens einen Zugang über
die Öffnung
zum ersten Hohlraum verschließt.
Vorteilhaft kann auf eine solche Verschluss-Schicht einfacher die
erste Funktionsschicht aufgebracht werden.
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Vorteilhaft
ist aber auch, durch die erste Maske und gegebenenfalls die zweite
Maske sowie die Verschluss-Schicht hindurch Lüftungslöcher vorzusehen, die einen
Druckausgleich von der Umgebung zum ersten Hohlraum während der
Herstellungsprozesse ermöglichen.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind eine mögliche
kompakte Realisierung von Fluidikstrukturen durch eine Platz sparende vertikale
Anordnung. In der Folge bedeutet dies einen geringeren Platzbedarf
auf der Waferfläche
für diese
Strukturen und damit je Wafer eine höhere Anzahl realisierbarer
Strukturen. Weiterhin eröffnet
sich die Möglichkeit
neuartige Fluidikelemente zu realisieren, die in Einzel- oder Teilprozessen
nicht umsetzbar sind: z.B. bewegliche Elemente wie Ventile und Pumpen.
Realisierbar ist auch die Möglichkeit,
mechanische Anschläge
für bewegliche
Teile vorzusehen. In dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist keine
oder weniger Waferverbindungstechnik nötig, als in Verfahren im Stand
der Technik, was wiederum eine höhere
Anzahl von herstellbaren Strukturen je Wafer bedeutet. Mit dem Verfahren
können
bei gleicher Ausrüstung
eine Vielzahl unterschiedlicher Strukturen hergestellt werden. Die
Vorstrukturierung der Halbleitersubstrate erfolgt größtenteils
in preiswerten Batchprozessen, was Kostenvorteile birgt. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
ist IC-kompatibel.
Hierdurch ist eine Integration mit Elektronikprozessen möglich.
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Vorteilhaft
erfolgt die Strukturierung eines Halbleiterwafers, insbesondere
bevorzugt Silizium, durch Ätzen
mit geeigneten Gasen. Als geeignete Gase werden Medien wie z.B.
XeF2 oder ClF3 verstanden,
die das Substrat- bzw. Ätzkanalmaterial, beispielsweise
Silizium, ohne Plasmaanregung ätzen.
Dabei weisen die Gase eine hohe Selektivität gegenüber dielektrischen Schichten,
wie Oxid, Nitrid, etc. auf welche deshalb als Ätzstopschichten eingesetzt
werden können.
Durch vorheriges Bedecken der glatten Halbleiter-Oberfläche mit entsprechenden vorstrukturierten Ätzstopschichten
verbleibt vorteilhaft auch nach dem Ätzen der Zuleitungen und des Substrats
eine wieder verschließbare
weiterprozessierbare Oberfläche
mit großen,
beispielsweise für den
Transport von Flüssigkeiten
geeigneten Hohlräumen.
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Vorteilhaft
zur Herstellung fluidischer Strukturen ist das Aufbringen einer
oder mehrerer Epitaxieschichten, die ihrerseits z.B. durch Ätzen (Trenchen)
strukturiert werden können.
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Vorteilhaft
ist auch das Einbetten von Funktionsschichten, die nicht geätzt werden,
in die Ätzstopschichten.
Dies ermöglicht
weitere Freiheiten bei der Chipgestaltung wie beispielsweise das
Vorsehen beweglicher Elemente.
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Vorteilhaft
ist auch das Aufbringen einer oder mehrerer Epitaxieschichten, die
z.B. durch DRIE-Trocken-Ätzen
unabhängig
von den vergrabenen Hohlräumen
strukturiert werden können.
So können
auch mehr, kompliziertere und umfangreichere kommunizierende Hohlräume geschaffen
werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine mikromechanische Vorrichtung mit
kommunizierenden Hohlräumen.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Oberflächen-Mikromechanik aufgebaut, wodurch
sie kostengünstig
darstellbar ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor,
dass an der Vorrichtung bewegliche Elemente angeordnet sind. Vorteilhaft
ist insbesondere, dass die beweglichen Elemente an der Verbindung
der kommunizierenden Hohlräume
angeordnet sind. Vorteilhaft lässt
sich so beispielsweise ein Ventil schaffen. Hierdurch wird vorteilhaft
ermöglicht,
Medien richtungsgebunden von einem ersten Hohlraum zu einem zweiten
Hohlraum zu transportieren oder umgekehrt.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht dabei vor, dass die Vorrichtung als mikromechanische Pumpe aufgebaut
ist. Vorteilhaft ist dazu wenigstens ein Hohlraum als Pumpkammer
ausgebildet. Vorteilhaft ist dazu außerdem eine mikromechanische
Funktionsschicht, insbesondere eine erste Funktionsschicht als Pumpmembran
ausgestaltet. Diese Pumpmembran kann vorteilhaft durch ein Stellglied, insbesondere
einen piezoelektrischen Aktuator betätigbar sein.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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ZEICHNUNG
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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1 zeigt die Herstellung von kommunizierenden
Hohlräumen
mit einer beweglichen Struktur in der Form eines Ventils als erstes
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 zeigt
eine Mikropumpe wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.
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3 stellt
das erfindungsgemäße Verfahren
schematisch dar.
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BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Anhand
der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen soll die Erfindung
detailliert dargestellt werden.
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1 zeigt die Herstellung von kommunizierenden
Hohlräumen
mit einer beweglichen Struktur in der Form eines Ventils als erstes
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die einzelnen Herstellungsschritte sind an einem Halbleiterwafer
in durchsichtiger Draufsicht (rechte Abbildungen) und in Schnittdarstellung
AA' (linke Abbildungen)
eines Teils des Wafers gezeigt. In der sogenannten Schnittdarstellung
könne auch
Elemente dargestellt sein, welche sich nicht in der Schnittebene
befinden. Es handelt sich bei den hier gezeigten Figuren prinzipiell
um abstrahierende Darstellungen, in der verschiedene Merkmale gemeinsam
dargestellt sind, derart dass der Wirkzusammenhang am Besten verdeutlicht
wird.
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1A zeigt
einen Halbleiterwafer 100 auf den mit Standardprozessen
eine Ätzstoppschicht 110,
die so genannte erste Maske 110 aufgebracht und strukturiert
wird. Bei der Ätzstoppschicht 110 kann
es sich um ein Oxid handeln. Die beim Strukturieren offen gelegten
Bereiche des Halbleiterwafers 100 beinhalten hierbei vom Ätzen nicht
betroffene Flächen
zur Verankerung etwaiger beweglicher Elemente, nämlich die Verankerungen 130.
Die beim Strukturieren offen gelegten Bereiche beinhalten weiterhin
kleine Öffnungen, über die
ein Ätzmedium,
beispielsweise ein Ätzgas
den Halbleiterwafer 100 ätzen kann, nämlich die Ätzlöcher oder Öffnungen 120. Durch
geschicktes Anordnen der Öffnungen
können Hohlräume wie
zum Beispiel Kanäle
in den Halbleiterwafer 100 eingebracht werden. Bei der
Anordnung der Öffnungen
muss die geplante Ätztiefe,
das Isotropieverhalten des Ätzmediums
und die gewünschten Boden-
und Wandrauhigkeiten, sowie gegebenenfalls die Geometrie von zu
schaffenden beweglichen Elementen berücksichtigt werden. Vorzugsweise
besteht der Halbleiterwafer 100 aus Silizium, SiGe oder weist
eine Schicht geeigneter Dicke aus einem derartigen Material auf.
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Wie
in 1B gezeigt, wird anschließend eine weitere Schicht 135 abgeschieden
und strukturiert, die in einem späteren Schritt mit den Ätzgasen wie
XeF2, ClF3 geätzt werden
kann. Diese weitere Schicht 135 kann beispielsweise aus
polykristallinem Silizium bestehen. Die geschaffenen Strukturen
beinhalten hierbei sowohl Ätzzuleitungen 122 zu
den Öffnungen 120 als
auch weitere bewegliche Elemente 140 oder auch unbewegliche
Elemente (nicht dargestellt), die später nicht geätzt werden
sollen. Die nicht zu ätzenden
Strukturen müssen
hierbei überall
von den zu ätzenden
Strukturen isoliert sein. Als abgeschiedenes Material wird vorzugsweise
Silizium, SiGe, oder ähnliches
verwendet. Die Schichtdicke beträgt
weniger als 20 μm,
vorzugsweise zwischen 50 nm und 2 μm.
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Die
weitere Schicht 135 wird danach, wie in 1C gezeigt,
mit einer zweiten Ätzstoppschicht 160,
der so genannten weiteren Maske 160 bedeckt. Die vorgesehenen
beweglichen Elemente 140 und unbeweglichen Elemente werden
ebenfalls abgedeckt. In die zweite Ätzstoppschicht 160 werden
an geeigneter Stelle Zugangsöffnungen 124 eingebracht,
um dem Ätzmedium
Zugang zu den zu ätzenden
Bereichen, wie z.B. den Ätzzuleitungen 122 und damit
auch den Öffnungen 120 zu
geben. Das Gesamtschichtsystem der beiden Ätzstopschichten 110 und 160 wird
so ausgelegt, dass die thermischen Eigenschaften und/oder Spannungsverhältnisse
optimiert werden. Die zweite Ätzstoppschicht 160 kann beispielsweise
aus einem PECVD-Oxid oder Nitrid bestehen.
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1D zeigt
einen folgenden Prozess-Schritt des Gasphasenätzens. Das Gasphasenätzen erfolgt
vorzugsweise mit ClF3. Dabei werden die Ätzzuleitungen 122 freigeätzt und
es entstehen erste Hohlräume 170,
beispielsweise in Form von Kanälen
unter den Ätzzugängen 122 im
Halbleiterwafer 100, Die Form und Lage der Hohlräume 170 ist
durch die Anordnung der der Öffnungen 120 bestimmt. Über den
ersten Hohlräumen 170 bleibt
eine Membran bestehen, welche die erste und zweite Ätzstoppschicht 110 und 160,
die beweglichen Elemente 140 und etwaige feste Elemente
umfasst. Wichtig ist hierbei, die Verankerungen 130 nicht
zu unterätzen.
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Die
Schnittdarstellung in 1D ist im Hinblick auf die horizontale
Ausdehnung des Hohlraums 170 nur symbolisch zu verstehen
für eine
Realisierung mit zwei Ätzlöchern 124.
Wie den Darstellungen in Draufsicht zu entnehmen ist, können weit
mehr Ätzlöcher vorgesehen,
und der Hohlraum 170 horizontal entsprechend weiträumiger ausgedehnt
sein. Der Rand der horizontalen Ausdehnung des Hohlraums 170 ist
in der Draufsicht in 1D mit einer gestrichelten Linie
markiert.
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In
einer alternativen Ausführung,
die hier nicht ausführlich
dargestellt ist, ist es auch denkbar, das Gasphasenätzen nach
dem Aufbringen der ersten Maske 110 durchzuführen, und
somit auf die Schaffung beweglicher Elemente 140 oder fester
Elemente zu verzichten.
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1E zeigt
das Verschließen
dieser Membran. Zum Verschließen
der Membran wird eine dritte Ätzstoppschicht 180,
die so genannte Verschluss-Schicht 180 abgeschieden. Die
drei Ätzstopschichten 110, 160, 180 können im
späteren
Prozessverlauf gemeinsam bearbeitet werden. Die dritte Ätzstoppschicht 180 wächst dabei
nicht nur auf der zweiten Ätzstoppschicht 160 auf,
sondern auch in die Zugangsöffnungen 124 und
unter die zweite Ätzstoppschicht 160 in
die geöffneten Ätzzuleitungen 122.
Wenn die abgeschiedene Schichtdicke der dritten Ätzstoppschicht 180 größer ist
als die Höhe
der Ätzzuleitungen 122,
ist ein Zugang zum ersten Hohlraum 170 verschlossen. Vorteilhaft
wirkt sich aus, dass nur eine geringe Schichtdicke nötig ist,
um diesen Verschluss zu erreichen. Die dritte Ätzstoppschicht 180 kann
ebenfalls aus einem PECVD-Oxid bestehen.
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Die
Membran wird in diesem Ausführungsbeispiel
seitlich durch einen Graben 190 begrenzt, der durch alle
drei Ätzstoppschichten 110, 160 und 180 hindurch
bis zum Halbleiterwafer 100 eingebracht wird.
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Um
gegebenenfalls einen Druckausgleich bei weiteren Prozessschritten
zu ermöglichen,
bis die Membran durch weitere Schichten stabil genug ist, können in
der Membran zusätzlich
Lüftungslöcher vorgesehen
werden, die sich nicht beim Aufbringen der dritten Ätzstoppschicht 180,
sondern erst in einem späteren
Prozess-Schritt schließen.
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In
einer alternativen Ausführung,
die hier nicht ausführlich
dargestellt ist, ist es auch denkbar, auf den Verschluss der Membran
mittels der Verschluss-Schicht 180 zu verzichten.
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1F zeigt
das Aufbringen einer, im Stand der Technik als „Doppel-Epipoly" beschriebenen Schichtfolge.
Dazu wird auf die dritte Ätzstoppschicht 180 eine
erste polykristalline Startschicht 200 aufgebracht. Dabei
werden auch die Gräben 190 aufgefüllt und
die Zugangsöffnungen 124 zu
den Ätzzuleitungen 122 verschlossen.
Auf die erste polykristalline Startschicht 200 wird eine
erste polykristalline Epitaxieschicht 210 aufgebracht.
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Die
Schichten 200 und 210 bilden zusammen eine erste
Funktionsschicht 10. Auf die erste polykristalline Epitaxieschicht 210 wird
eine vierte Ätzstoppschicht 220,
die so genannte Funktionsmaske 220 aufgebracht und strukturiert.
Die vierte Ätzstoppschicht 220 besteht
vorzugsweise aus SiO2. Anschließend wird
auf die vierte Ätzstoppschicht 220 und
die davon nicht bedeckten Bereiche der ersten polykristallinen Epitaxieschicht 210 eine
zweite polykristalline Startschicht 230 aufgebracht. Auf
die zweite polykristalline Startschicht 230 wird eine zweite
polykristalline Epitaxieschicht 240 aufgebracht. Die Schichten 230 und 240 bilden
zusammen eine zweite Funktionsschicht 20. Vorzugsweise
bestehen die polykristallinen Epitaxieschichten aus Silizium.
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Wie
in 1G gezeigt, werden anschließend die beiden Funktionsschichten 10 und 20 mittels
geeigneten Verfahren, z.B. mittels DRIE Trockenätzen in einem gemeinsamen Verfahrensschritt strukturiert.
Dabei stoppt das Ätzen
der zweiten Funktionsschicht 20 auf der vierten Ätzstoppschicht 220 und
wird nur dort in die erste Funktionsschicht 10 fortgeführt, wo
die vierte Ätzstoppschicht 220 entfernt wurde.
Im Ergebnis wird in der zweiten Funktionsschicht 20 ein
zweiter Hohlraum 250 mit einem Zugang 255 durch
die erste Funktionsschicht 10 hindurch zum ersten Hohlraum 170 erzeugt.
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1H zeigt
das Entfernen der Ätzstoppschichten.
Durch Entfernen der Ätzstopschichten, z.B.
durch HF-Gasphasenätzen
oder Nassätzen
und CO2 superkritischem Trocknen zur Vermeidung
von Klebeeffekten mikromechanischer Strukturen, können in
diesem Schritt die beweglichen Elemente 140 freigestellt
werden, oder auch die Verbindung zwischen den Hohlräumen 170 im
Substrat und 250 sowie Zugang 255 in den Funktionsschichten 10 und 20 hergestellt
werden, auch dort wo keine beweglichen Elemente vorgesehen sind.
Das Entfernen der Ätzstoppschichten
wird an den vormaligen Gräben 190 durch
die erste polykristalline Startschicht 200 begrenzt. Die
erste Funktionsschicht wird somit nicht weiter unterätzt. In
der Draufsicht ist die horizontale Anordnung der Zugänge 255 und
des zweiten Hohlraums 250 gezeigt.
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11 zeigt das Abdecken der Strukturen. Durch
abschließendes
Deckeln der Strukturen, vorzugsweise mittels anodischem Bonden eines
Glaswafers 260 auf die zweite Funktionsschicht 20,
können
die oberen Hohlräume 250 verschlossen
und der Chip somit fertig gestellt werden.
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2 zeigt
eine Mikropumpe wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.
Die Mikropumpe kann wie vorher beschrieben in Oberflächen-Mikromechanik
realisiert werden. Sie besteht aus den oben beschriebenen Schichten,
nämlich
einem Halbleitersubstrat
100, einer ersten Funktionsschicht
10,
einer zweiten Funktionsschicht
20 und einer weiteren Schicht
260 in
Form eines Glaswafers. Das Funktionsprinzip ist ähnlich dem der in der deutschen
Patentanmeldung
DE
103 34 240 A1 beschriebenen Mikropumpe. Die hier dargestellte
mikromechanische Pumpe (Mikropumpe) umfasst als Funktionselemente
einen Flüssigkeitseinlass
300 mit
einem Einlassventil
320, einen Flüssigkeitsauslass
310 mit
einem Auslassventil
330 und eine Pumpkammer
350,
deren Volumen durch eine mittels eines Stempels
335 betätigbare
Kammermembran
325 veränderbar
ist. Der Flüssigkeitseinlass
300 ist
durch eine entsprechend vorgesehene Öffnung in der weiteren Schicht
260 sowie
einen zweiten Hohlraum
250 gegeben. Durch den Zugang
255 hindurch
gelangt eine Flüssigkeit
zum Einlassventil
320. Die Pumpkammer
350 ist
in einem ersten Hohlraum
170 realisiert. Über einen
zweiten Zugang
255 einen weiteren zweiten Hohlraum
250 und
einen dritten Zugang
255 und das Auslassventil
330 steht
die Pumpkammer
350 mit dem Flüssigkeitsauslass
310 in
Verbindung. Durch Betätigen
eines Stellgliedes
340, beispielsweise eines Piezostellers
wird mittels des Stempels
335 die Kammermembran
325 betätigt und
in der Folge die Pumpkammer
350 zusammengedrückt. Dadurch wird
ein Überdruck
einer Flüssigkeit
in der Pumpkammer
350 erzeugt. Der Überdruck bewirkt das Schließen des
Einlassventils
320 und das Öffnen des Auslassventils
330.
Die Flüssigkeit
in der Pumpkammer
350 wird teilweise aus dem weit geöffneten
Auslassventil
330 herausgedrückt. Bei einer gegensinnigen Betätigung oder
einem selbsttätigen
Rückstellen
des Stellgliedes nach Ausschalten wird ein entsprechender Unterdruck
in der Pumpkammer
350 erzeugt, der das Auslassventil
330 schließt und durch
das nun geöffnete
Einlassventil
320 Flüssigkeit
ansaugt. Das selbsttätige
Rückstellen
des Stellgliedes nach Ausschalten geschieht durch Zurückfedern
der Kammermembran
325 infolge von Federkräften aus
der Struktur, beispielsweise durch die Silizium-Federkräfte.
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3 stellt
das erfindungsgemäße Verfahren
schematisch dar.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kommunizierenden
Hohlräumen
wenigstens mit den Verfahrensschritten:
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Schritt
A: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats 100,
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Schritt
B: Aufbringen und Strukturieren einer ersten Maske 110 mit
wenigstens einer Öffnung 120 zum
Halbleitersubstrat 100,
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Schritt
C: Bilden wenigstens eines ersten Hohlraums 170 im Halbleitersubstrat 100 mittels Gasphasenätzen des
Halbleiters durch die Öffnung 120,
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Schritt
D: Aufbringen einer ersten Funktionsschicht 10,
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Schritt
E: Aufbringen und Strukturieren einer Funktionsmaske 220,
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Schritt
F: Aufbringen einer zweiten Funktionsschicht 20,
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Schritt
G: Strukturieren der ersten Funktionsschicht 10 mittels Ätzen bis
zur Funktionsmaske 220, sowie Strukturieren der zweiten
Funktionsschicht 20 mittels Ätzen durch die Funktionsmaske 220 und
dadurch Bilden wenigstens eines zweiten Hohlraumes 250,
der mit dem ersten Hohlraum 170 in Verbindung steht,
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Schritt
H: Abdecken des zweiten Hohlraums 250 durch Aufbringen
einer weiteren Schicht 260.
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Dabei
werden alle Prozess-Schritte im Wesentlichen von einer Seite auf
das Halbleitersubstrat 100 angewendet, d.h. das Verfahren
wird in Oberflächen-Mikromechanik
ausgeführt.