-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung geht aus von einem mikromechanischen Bauelement nach der
Gattung des Hauptanspruchs. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 48 908 A1 ist
ein Mikrosystem mit integrierter Schaltung und mikromechanischem
Bauteil bekannt. Hierbei wird ein Mikrosystem mit monolithisch integrierter
Schaltung offenbart, wobei als Opferschichtbereiche zwar das Wafermaterial
des Substratwafers vorgesehen ist, wobei jedoch die zu entfernenden
Opferschichtbereiche immer durch einen Trennoxidbereich bzw. eine
Trennoxidschicht vom nicht zu entfernenden Substratmaterial getrennt
werden müssen.
Hierdurch ergibt sich eine vergleichsweise teuere Herstellung eines
solchen bekannten Mikrosystems. Weiterhin ist das Herstellungsverfahren
vergleichsweise langwierig, so dass auch hierdurch Kostennachteile
durch zusätzliche
Herstellungsschritte resultieren. Weiterhin ist es auch bekannt,
die Opferschicht aus einem gegenüber
dem Material der Funktionsschicht – etwa epitaktisch gewachsenes
polykristallines Siliziummaterial – anderen Material, beispielsweise
Siliziumoxid, vorzusehen und die Opferschicht beispielsweise mittels Flusssäure aus
der Gasphase zu entfernen. Hierbei ist jedoch eine monolithische
Schaltungsintegration entweder nur sehr schwierig möglich oder
sogar unmöglich.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement
und das Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelementes
gemäß den nebengeordneten
Patentansprüchen
hat demgegenüber
den Vorteil, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden
oder zumindest reduziert werden und dass eine vergleichsweise kompakte
und kostengünstig
herstellbare mikromechanische Struktur mit monolithisch integrierter
Schaltung, insbesondere eine Auswerteschaltung, möglich ist.
Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, dass
das erfindungsgemäße Bauteil
kostengünstig
als Beschleunigungssensor verwendbar ist, wobei hier sowohl Sensoren für lineare
Beschleunigungen als auch für
Drehbeschleunigungen bzw. Drehraten in Frage kommen. Dadurch, dass
das Material des Substrats übergangslos
sowohl im Bereich der Opferschicht als auch im Bereich der Funktionsschicht
vorgesehen ist, ist es nicht erforderlich, Trennstrukturen wie beispielsweise
Trennoxide im Substratmaterial vorzusehen und zu strukturieren.
Der Ätzprozess
zur Entfernung der Opferschicht wird erfindungsgemäß beispielsweise
zumindest teilweise zeitgesteuert beendet, so dass keine Ätzstoppstruktur
im Substratmaterial zwingend vorhanden sein muss.
-
Erfindungsgemäß ist bevorzugt,
dass zwischen dem Schaltungsbereich und dem Sensorbereich eine Isolationsstruktur,
insbesondere eine mit einer Isolationsschicht verfüllte Grabenstruktur,
vorgesehen ist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass
ohne die Durchführung
einer in die Tiefe des Substrats gehende Vorstrukturierung des Substratwafers
eine gute elektrische Isolation des Sensorbereichs vom Schaltungsbereich
erzielt werden kann.
-
Ferner
ist erfindungsgemäß bevorzugt,
dass die Haupterstreckungsebene des Substrats parallel zu einer
100-Kristallfläche
angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass der die Opferschicht
entfernende Ätzschritt
eine besonders gute laterale Ätzung,
d.h. Unterätzung
der freizulegenden Strukturen, ohne eine zu große Ätzung in einer Richtung senkrecht
zur Haupterstreckungsebene des Substrats bewirkt.
-
Erfindungsgemäß ist weiterhin
bevorzugt, dass die Funktionsschicht zumindest teilweise als freitragende
mikromechanische Struktur vorgesehen ist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, beliebige
mikromechanische Strukturen, insbesondere Sensorstrukturen für Beschleunigungssensoren
oder dergleichen, mit monolithischer Integration einer Schaltung
herzustellen.
-
Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelementes, wobei in
einem ersten Schritt eine integrierte Schaltung in einem Schaltungsbereich
zumindest teilprozessiert wird, dass in einem zweiten Schritt eine
Maskierungsschicht sowohl auf den Schaltungsbereich als auch auf
den Sensorbereich aufgebracht wird, dass in einem dritten Schritt
eine anisotrope Tiefenätzung
zur Strukturierung des Sensorbereichs durchgeführt wird und dass in einem
vierten Schritt eine trockene plasmalose zweite Ätzung zur Entfernung der Opferschicht
durchgeführt
wird. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, mit einer vergleichsweise
einfachen Prozessabfolge und mit minimalem Aufwand, insbesondere
ohne Herstellung von Trennoxiden innerhalb des Sensorbereichs, ein
leistungsfähiges Sensorbauelement
mit integrierter Schaltung zu realisieren. Besonders vorteilhaft
ist, dass die Sensorstrukturen innerhalb des Sensorbereichs aus
einkristallinem sogenanntem Bulksilizium, d.h. dem Substratmaterial
selbst, in Oberflächenmikromechanik
gefertigt werden kann. Die Verwendung der trockenen, plasmalosen
zweiten Ätzung
zur Entfernung der übergangslos
zu Funktionsschicht vorgesehenen Opferschicht weist dabei den Vorteil
auf, dass die Sensorstrukturen innerhalb des Sensorbereichs direkt
aus dem Bulksilizium durch Unterätzen
gelöst werden
können
und somit kein Schichtaufbau aus Opfer- und Funktionsschicht (mit
entsprechenden Schichtübergängen) notwendig
ist. Weiterhin ist die zweite Ätzung
ideal zur Integration des Herstellungsprozesses zur Herstellung
des Sensors in den Herstellungsprozess zur Erzeugung der Schaltung
integrierbar, wobei es hierbei erfindungsgemäß keine Rolle spielt, ob es
sich bei dem Schaltungsprozess um einen CMOS-Prozess (Complementary
metal Oxide semiconductor) oder um einen BCD-Prozess (Bipolar-CMOS-DMOS-Prozess) mit epitaktisch
gewachsener Schicht handelt. Es ist daher erfindungsgemäß bevorzugt,
die anisotrope Tiefenätzung
im wesentlichen vollständig
durch unstrukturiertes, insbesondere lediglich dotiertes, Material
des Substrats durchzuführen,
in dem beispielweise keine Trennoxidschichten oder dergleichen Strukturierungen
vorhanden sind.
-
Besonders
bevorzugt ist hierbei die Verwendung einer CIF3-Ätzung als zweite Ätzung, wobei
insbesondere die Ätzung
bei Substrattemperaturen von kleiner als oder gleich etwa –10 °C, bevorzugt
bei Substrattemperaturen von etwa –30 °C bis etwa –10 °C durchgeführt wird. Hierdurch tritt bei
diesem Ätzprozess
eine Anisotropie auf, die erfindungsgemäß vorteilhaft dafür verwendet
wird, in stärkerem
Maße lateral
als in die Tiefe zu ätzen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die über die zweite Ätzung freizulegenden
Strukturunterseiten sehr gut als nahezu ebene Flächen definiert werden können und
die charakteristischen unebenen Unterätzprofile von isotropen Ätzungen
zur Entfernung von Opferschichten vermieden werden.
-
Besonders
bevorzugt ist es, wenn zeitlich vor dem ersten Schritt oder zwischen
dem ersten und dem zweiten Schritt zwischen dem Sensorbereich und
dem Schaltungsbereich eine Isolationsstruktur, insbesondere eine
mit einer Isolationsschicht verfüllte
Grabenstruktur, in das Substrat eingebracht wird bzw. dass zeitlich
vor dem ersten Schritt das Substrat im Sensorbereich dotiert wird.
Hierdurch kann beispielsweise die Sensorstruktur elektrisch isoliert
von dem Schaltungsbereich angeordnet werden und es können die
einzelnen Bereich der Sensorstruktur elektrisch leitfähig vorgesehen
werden.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 bis 13 zeigen
jeweils eine schematische Schnittdarstellung von Vorläuferstrukturen eines
erfindungsgemäßen Bauelementes.
-
14 zeigt
schematisch in Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Bauelement
hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.
-
Ausführungsform(en)
der Erfindung
-
In
den 1 bis 13 ist jeweils eine schematische
Schnittdarstellung von Vorläuferstrukturen eines
erfindungsgemäßen Bauelements 10 dargestellt,
wobei das Bauelement 10 in 14 schematisch
in Schnittdarstellung dargestellt ist.
-
In 1 ist
eine erste Vorläuferstruktur
abgebildet. Ein Substrat 20, welches insbesondere als ein
Siliziumsubstrat 20 vorgesehen ist, beispielsweise monokristallines
Siliziummaterial, weist einen Schaltungsbereich 21 und
einen Sensorbereich 22 auf. Die Haupterstreckungsebene
des Substrats 20 ist mit dem Bezugszeichen 20' bezeichnet.
-
Im
Schaltungsbereich 21 sind verschiedenen Strukturen, wie
zum Beispiel Dotierungsgebiete oder auch Abscheidungen, die eine
Schaltungsstruktur (beispielsweise einen Transistor oder dergleichen) andeuten
sollen; diese Strukturen sind zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet
und mit einer gestrichelten Linie umfahren dargestellt (jedoch in
den weiteren Figuren der Einfachheit halber nicht nochmals aufgeführt). Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es im wesentlichen gleichgültig, ob
es sich bei dem Herstellungsverfahren zur Schaffung der Schaltung
um einen CMOS-Prozess (complementary metal Oxide semiconductor)
oder um einen DMOS-Prozess (double diffused metal Oxide semiconductor)
oder um einen Bipolar-Prozess oder um einen sogenannten BCD-Prozess
(bipolar-CMOS-DMOS) handelt. Entscheidend ist, dass das zur Verfügung stehende
Temperaturbudget für die
Herstellung der Strukturen des Sensorbereichs 22 nach der
Fertigstellung von wesentlichen Schritten des Schaltungsprozesses
vergleichsweise klein ist, was die Möglichkeiten der Strukturierung
im Sensorbereich einschränkt.
Im Folgenden wird die Erfindung am Beispiel einer CMOS-Schaltungsstruktur bzw.
einer sogenannten HCMOS-Schaltungsstruktur (high voltage CMOS) dargestellt.
-
Die
Strukturierung des Sensorbereichs 22 erfolgt gegen Ende
der Prozessierung des Schaltungsbereichs 21 (sogenannte
Back-End-Integration der Sensorstrukturierung). Bei der Strukturierung
des Sensorbereichs 22 (vgl. 13 und 14)
ergibt sich eine Aufteilung des Substrats 20 in eine Opferschicht 48 und
eine Funktionsschicht 49. Erfindungsgemäß ist es jedoch vor der Durchführung der
Herstellungsschritte für
den Schaltungsbereich 21 notwendig, dass der gegenüber dem
Schaltungsbereich 21 lateral versetzte Sensorbereich 22 ausreichend hoch
dotiert ist, um die in der Regel gewünschte Leitfähigkeit
der Sensorstrukturen innerhalb des Sensorbereichs 22 zu
gewährleisten.
Diese Dotierung des Sensorbereichs 22 wird erfindungsgemäß bevorzugt vor
dem Schaltungsprozess bzw. ASIC-Prozess (zur Strukturierung des
Schaltungsbereichs 21) vorgenommen. Da das Ätzverhalten
bei der Verwendung von CIF3 als Ätzgas (zur
Entfernung der Opferschicht 48) nur wenig von der Dotierung
des Halbleitermaterials abhängt,
ist nahezu jede Dotierung des Sensorbereichs 22 mit Elektronendonatoren
(n-Dotierung) oder Elektronenakzeptoren (p-Dotierung) grundsätzlich erfindungsgemäß möglich. Besonders
vorteilhaft wird als Material der Funktionsschicht 49 p-dotiertes oder
p++-dotiertes Material verwendet, da diese Dotierung den Ätzangriff
durch das CIF3 Ätzgas etwas verlangsamt, bis
hin zu einer Reduzierung um etwa einen Faktor 2.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es vorgesehen, dass keinerlei vergrabene Strukturen zur
Realisierung der Unterscheidung zwischen Opferschicht 48 und
Funktionsschicht 49 vorgesehen bzw. notwendig sind, sondern
dass das Material des Substrats 20 (wie in 1 sichtbar
ist) übergangslos sowohl
im Bereich der Opferschicht 48 als auch im Bereich der
Funktionsschicht 49 vorgesehen ist. In 1 ist
der Herstellungsprozess des Schaltungsbereichs 21 am Beispiel
eines HCMOS-Schaltungsprozesses bis vor eine sogenannte erste Metallebene fortgeschritten
dargestellt. Wesentlich ist, dass die kontaminations- und fertigungskritischen
Prozessschritte des Schaltungsprozesses abgeschlossen sind. Eine
erste Passivierungsschicht 31 ist beispielhaft als sogenannte
BPSG-Schicht (Bor-Phosphor-Silikatglas-Schicht)
vorgesehen, wobei es sich jedoch alternativ auch um eine Passivierungsschicht aus
einem anderen Material handeln kann.
-
In 2 ist
eine zweite Vorläuferstruktur
in Schnittdarstellung schematisch dargestellt. Auf die erste Passivierungsschicht 31 ist
eine zweite Passivierungsschicht 32, insbesondere aus PECVD-Nitrid-Material,
als sogenannte Pufferschicht abgeschieden. Anschließend wird
die erste und zweite Passivierungsschicht 31, 32 mittels
einer Lackmaske geöffnet
und ein Grabenätzschritt (Trench-Ätz-Schritt)
zur Bildung eines Isolierungsgrabens 33' bzw. einer Isolierungsstruktur 33' gebildet. Der
Isolierungsgraben 33' wird
mit einer dritten Passivierungsschicht 33 aufgefüllt.
-
In 3 ist
in Schnittdarstellung eine dritte Vorläuferstruktur schematisch dargestellt,
bei der die dritte Passivierungsschicht 33 mittels bevorzugt
eines Planarisierungsätzschrittes
bis zur zweiten Passivierungsschicht 32 entfernt ist und
wobei anschließend
auch die zweite Passivierungsschicht 32 entfernt ist. Hiermit
realisiert die dritte Vorläuferstruktur hinsichtlich
des Schaltungsbereichs 21 wiederum den Ausgangszustand
gemäß der ersten
Vorläuferstruktur,
wobei lediglich die Isolationsgräben
eingefügt
sind. Die Isolationsstruktur 33' dient der isolierten Aufhängung der
einzelnen Sensorelektroden voneinander. Hierzu sind erfindungsgemäß die Isolationsgräben 33' zeitlich vor
dem Schaltungsprozess (nicht dargestellt) oder an einer geeigneten
Stelle des Schaltungsprozesses in das Substrat 20 einzubringen.
-
In 4 ist
in Schnittdarstellung eine vierte Vorläuferstruktur schematisch dargestellt,
bei der eine im Schaltungsprozess vorgesehene erste Metallschicht 34 durch
eine entsprechende Strukturierung zur Bildung einer Kontaktierung
zwischen dem Schaltungsbereich 21 und dem Sensorbereich 22 genutzt
wird und somit die Kontaktierung des Sensorbereichs 22 in
den Schaltungsprozess integriert wird. Da die Sensorstrukturen nach
deren Freilegung (vgl. 13) an den Isolationsgräben 33' mechanisch
befestigt und stabil am sogenannten "Festland" (insbesondere in Form eines den Sensorbereich 22 vollständig umgebenden
Schaltungsbereich 21) aufgehängt sind sowie gleichzeitig
noch der Kontakt der Sensorstrukturen bzw. Sensorelektroden über die Isolationsgräben 33' hinweg gewährleistet
sein muss, sollten die Isolationsgräben 33' mit möglichst wenig Topographie (d.h.
möglichst
geringer vertikaler Variation) gefüllt sein. Hierzu können die
Isolationsgräben 33' beispielsweise
mit plasmalos abgeschiedenem TEOS-Ozon Oxid (d.h. ein Siliziumoxidmaterial)
als dritter Passivierungsschicht 33 gefüllt werden. Um die Topographie
zu reduzieren, sollte die Oxidschicht (d.h. die dritte Passivierungsschicht 33) mittels
Belacken und Planarisierungsätzen
eingeebnet werden. Hierzu dient insbesondere die Pufferschicht 32,
die als Ätzstopp
wirkt und anschließend selektiv
zur darunterliegenden Schicht (erste Passivierungsschicht 31)
entfernt werden kann.
-
In 5 ist
in Schnittdarstellung eine fünfte Vorläuferstruktur
schematisch dargestellt, bei der zunächst eine vierte und anschließend eine
fünfte
Passivierungsschicht 35, 35' (insbesondere als Siliziumoxid,
besonders bevorzugt als sogenanntes TEOS-Oxid) auf dem Schaltungsbereich 21 als
Dielektrikum (als Teil des Schaltungsprozesses) abgeschieden wird.
Im Sensorbereich 22 bildet die vierte bzw. fünfte Passivierungsschicht 35, 35' mit Strukturierungen 41 (Ausnehmungen)
eine sogenannte harte Maske (hardmask) 42, die definiert,
an welchen Stellen innerhalb des Sensorbereichs 22 Zugänge zur
Unterätzung
der Funktionsschicht 49 geschaffen werden.
-
In 6 ist
in Schnittdarstellung schematisch eine sechste Vorläuferstruktur
dargestellt, bei der eine zweite Metallschicht 36 (ggf.
mit einer sogenannten Viastruktur (Durchgang bzw. Kontaktierungsverbindung) 36' zur ersten
Metallschicht 34) abgeschieden wird, die Teil des Schaltungsprozesses ist.
Im Sensorbereich 22 dient diese zweite Metallschicht 36 als
Schutz für
die harte Maske (hardmask) 42 bei einem nachfolgenden Ätzschritt
(vgl. 8).
-
In 7 ist
in Schnittdarstellung schematisch eine siebte Vorläuferstruktur
dargestellt, bei der eine sechste und anschließend eine siebte Passivierungsschicht 37, 37' im Schaltungsbereich 21 als
Dielektrikum (als Teil des Schaltungsprozesses) abgeschieden wird.
Weiterhin wird eine dritte Metallschicht 38 (ggf. mit einer
nicht dargestellten Viastruktur zur zweiten Metallschicht 36)
und eine achte Passivierungsschicht 39 abgeschieden. Die
bei der siebten Vorläuferstruktur
(7) abgeschiedenen Schichten werden bei einer achten
Vorläuferstruktur (8)
anschließend
im Sensorbereich 22 zurückgeätzt, wobei
die zweite Metallschicht 36 als Ätzstoppschicht dient. Bei einer
neunten Vorläuferstruktur
(9) wird auch diese zweite Metallschicht 36 im
Sensorbereich 22 weggeätzt,
so dass die harte Maske (hardmask) 42 freigelegt ist bzw.
die von ihr freigegebenen Stellen (Strukturierung 41) für einen Ätzangriff
offen stehen. Für
die Hardmask 42 wird erfindungsgemäß insbesondere eine dielektrische Schicht
aus dem Prozess zur Herstellung der Schaltung, beispielsweise die
dargestellte TEOS-Oxidschicht zwischen der ersten Metallschicht 34 und
der zweiten Metallschicht 36 beim HCMOS-Prozess. Wir diese
harte Maske (hardmask) 42 mit einer Ätzstoppschicht (wie beispielsweise
die zweite Metallschicht 36) versehen, so kann die Hardmask 42 nach
der Fertigstellung der Schaltung selektiv freigelegt werden.
-
In
10 ist
in Schnittdarstellung schematisch eine zehnte Vorläuferstruktur
dargestellt. Bei der zehnten Vorläuferstruktur sind mittels einer
anisotropen Tiefenätzung
43 Grabenstrukturen
in das Substrat
20 des Sensorbereichs
22 eingebracht.
Bei der anisotropen Tiefenätzung
wird bevorzugt ein sogenannter DRIE-Prozess (Deep reactive ion etching) verwendet.
Hierbei ist es erfindungsgemäß bevorzugt,
einen sogenannten RIE-lag (hierunter versteht man den Effekt, dass
schmale Gräben
(mit hohem Aspektverhältnis)
wegen der Verarmung des Ätzmediums
langsamer geätzt
werden als breite Gräben) zu
verhindern. Zu den genauen Bedingungen hinsichtlich der Durchführung eines
solchen sogenannten Trenchätzprozesses
werden hiermit die Dokumente
GB
2341348 A und
US 6303512 als
Referenz eingeführt.
Es ist unter Verwendung des in
DE
42 41 045 bzw.
US 5,501,893 bzw.
EP 0 625 285 offenbarten,
sogenannten "Bosch-Prozesses" (dank der unabhängig gesteuerten Ätz- und
Passivierschritte) beim vertikalen Siliziumtiefenätzen möglich, eine
nahezu vollständige
RIE-lag-Kompensation
zu erzielen, indem sowohl die Ätz-
als auch die Passivierschritt-Lag-Effekte
durch die individuell und unabhängig
voneinander gewählten
Einzelschritt-Prozessdrücke
und die Wafertemperatur so eingestellt werden können, dass sie sich netto kompensieren.
-
Die
Herstellung von Sensorstrukturen im Sensorbereich 22 ohne
vergrabene Strukturen bzw. ohne vergrabene Schichten (d.h. mit einem
Substratmaterial 20, das übergangslos zwischen der Opferschicht 48 und
der Funktionsschicht 49 vorgesehen ist) ist dann möglich, wenn
nach dem Trenchprozess, d.h. der Tiefenätzung 43, eine wietere
Passivierungsschicht 44 abscheidet, die sich konform über die
gesamten getrenchten (d.h. mit Gräben versehenen) Strukturen
im Sensorbereich 22 legt. Dies ist in 11 mittels
einer elften Vorläuferstruktur
in Schnittdarstellung schematisch dargestellt. In 12 ist
mittels einer zwölften
Vorläuferstruktur
in Schnittdarstellung schematisch dargestellt, dass diese weitere
Passivierungsschicht 44 mittels einer weiteren anisotropen Ätzung 45 am
Boden 45' der
Grabenstrukturen zurückgeätzt werden
kann, wodurch an dieser Stelle der Zugang zur Opferschicht 48 für die zweite Ätzung frei
wird. Wenn eine ausreichend dicke harte Maske 42 (hardmask)
verwendet wird, die während
des Trenchätzprozesses
(Tiefenätzung 43)
nicht vollständig
entfernt wird, sind die Strukturen nach dem weiteren anisotropen Ätzschritt
noch oben (durch die verbleibende hardmask) und an den Seitenwänden (durch
die weitere Passivierungsschicht 44; bevorzugt insbesondere
ein Oxidmaterial wie beispielsweise Siliziumoxid oder auch ein Teflonmaterial bzw.
ein teflonartiges Material) während
eines nachfolgenden zweiten Ätzschritts 47 bzw.
einer zweiten Ätzung 47 geschützt bzw.
passiviert und nur die Böden 45' der Grabenstrukturen
geöffnet.
Daher wird die weitere Passivierungsschicht 44 im Folgenden auch
als Seitenwandpassivierung 44 bezeichnet. Dort startet
die zweite Ätzung 47 in
vertikaler und lateraler Richtung, welche die Opferschicht 48 entfernt und
die Sensorstrukturen freilegt, was in 13 dargestellt
ist.
-
In 13 ist
in Schnittdarstellung schematisch eine dreizehnte Vorläuferstruktur
dargestellt, bei der die zweite Ätzung 47 durchgeführt ist
und ausgehend von den ehemaligen Böden 45' der Grabenstrukturen eine Ätzung in
lateraler Richtung 47' und
in vertikaler Richtung 47'' zur Entfernung
der Opferschicht 48 durchgeführt ist. Wird als zweite Ätzung (sogenannte
Release-Ätzung)
CIF3 als Ätzgas verwendet, so kann für die Seitenwandpassivierung 44 jedes
ausreichend konform abgeschiedene Siliziumoxid verwendet werden.
CIF3 ätzt
Silizium in alle Richtungen mit hoher Selektivität zu Siliziumoxid, Teflon und
teflonartigen Schichten und anderen Dielektrika, wobei unter geeignet
gewählten
Prozessbedingungen (beispielsweise bei einer Wafertemperatur von
kleiner als oder gleich etwa –10 °C) eine ausgeprägte Kristallrichtungsanisotropie,
d.h ein Abhängigkeit
der Ätzgeschwindigkeit,
insbesondere der Unterätzgeschwindigkeit
von der jeweiligen Richtung im Silizium-Einkristall gegeben ist.
Daher sind solche Prozessbedingungen erfindungsgemäß in besonderer
Weise geeignet, um kontrolliert und mit hoher Reproduzierbarkeit
die Strukturen im Sensorbereich 22 freizulegen und gleichzeitig
nahezu ebene Strukturunterseiten zu erhalten, wenn diese beispielsweise parallel
zu 100-Kristallflächen
(d.h. die Haupterstreckungsebene des Substrats 20 ist parallel
zu einer solchen 100-Kristallfläche)
verlaufen. Damit werden erfindungsgemäß die unter mechanischen Gesichtspunkten
schädlichen
typischen Unterätzprofile
einer echten anisotropen Unterätzung
weitgehend vermieden, was zu besseren mechanischen Eigenschaften des
resultierenden Sensorbauelements führt. CIF3 ätzt als Ätzgas solche
Flächen,
die parallel zu einer 100-Kristallrichtung verlaufen, erheblich
langsamer als solche Flächen,
die parallel zu einer 110-Kristallrichtung verlaufen. Erfindungsgemäß wird die
Haupterstreckungsrichtung 20' des
Substrats 20 so gewählt,
dass diese parallel zur 100-Kristallrichtung angeordnet ist. In
diesem Fall werden die Strukturunterseiten als langsamer ätzende Flächen eben
oder vergleichsweise eben ausgebildet im Gegensatz zur Ätzung in
lateraler Richtung (d.h. im Gegensatz zur Unterätzung), die bevorzugt und besonders
schnell entlang der 110-Kristallflächen voranschreitet.
-
Nach
dem Freilegen der mikromechanischen Struktur im Sensorbereich 22 muss
noch die Passivierung der harten Maske (hardmask) 42 und
die Seitenwandpassivierung 44 entfernt werden, um das fertige
Sensorbauelement bzw. das fertige mikromechanische Bauelement 10 zu
erhalten, das in 14 schematisch in Schnittdarstellung
dargestellt. Diese Entfernung der Seitenwandpassivierung sollte – um ein
Festkleben der Strukturen aneinander zu verhindern mit einem Ätzschritt
in gasförmiger
Flusssäure erfolgen.
Die Ätzung
in der aggressiven HF-Dampfumgebung
muss allerdings kurz genug sein, um die Schaltung im Schaltungsbereich 21 nicht
zu beschädigen.
Bei einer Seitenwandpassivierung von beispielsweise einigen hundert
Nanometer sollte dies noch gewährleistet
sein.