DE102007027434A1

DE102007027434A1 - Verfahren zur Herstellung von Justagestrukturen für eine strukturierte Schichtabscheidung auf einem Mikrosystemtechnikwafer mittels einer Beschichtungsmaske

Info

Publication number: DE102007027434A1
Application number: DE102007027434A
Authority: DE
Inventors: Roy Dr. Knechtel
Original assignee: X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Current assignee: X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-12-18
Also published as: WO2008152150A1; US20100282165A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Verfahrensweise zur Herstellung von Justagestrukturen auf einer Beschichtungsmaske und korrespondierend auf einem Mikrosystemtechnikwafer, die zur strukturierten Schichtabscheidung übereinander gebracht werden, so dass sich die Maske und der Wafer sehr genau zueinander ausrichten und durch Löcher in der Beschichtungsmaske hinduch sehr exakt definierte Bereiche auf dem Mikrosystemtechnikwafer durch Sputtern, CVD oder Verdampfungsprozesse beschichtet werden können.

Description

In den Waferprozessen der Mikrosystemtechnik ist es sehr häufig notwendig, dass im Verlauf oder am Ende der Fertigung komplexer mikroelektromechanischer Strukturen, die Halbleiterscheiben (Wafer), bzw. Chipstrukturen teilweise, d. h. strukturiert, mit Schichten versehen werden müssen. Dabei ist die klassische Mehrschichttechnologie, die auf dem ganzflächigen Abscheiden der Schicht und ihrer anschließenden fotochemischen Strukturierung beruht, nicht einsetzbar, da entweder bestimmte Teilbereiche der Wafer/Chips gar nicht erst beschichtet werden dürfen (z. B. können diese Schichten mikromechanische Strukturen unbrauchbar machen) und/oder eine fotochemische Strukturierung nicht möglich ist (Oberflächenprofil, nicht ätzbare Schichten) oder der Aufwand zu groß wird.
Lange bekannt sind Durchdampfmasken, welche Öffnungen für das abzuscheidende Material besitzen. Solche Masken, z. B. aus Metall sind insofern problematisch als bei sehr profilierten Oberflächen es zu Fehllagen kommt und die abzuscheidenden Strukturen dadurch nicht scharf begrenzt sind, wodurch Nachteile bezüglich der Qualität, der Ausbeute und der Packungsdichte entstehen. In gleicher Weise negativ wirkt sich die schlechte Justierbarkeit solcher Hartmasken bei Mikrostrukturen aus.
Ziel der Erfindung ist es, die Genauigkeit der Abscheidung strukturierter Schichten auf prozessierten Mikrosystemtechnikwafern zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung spezieller Justagestrukturen auf der Beschichtungsmaske und auf dem Mikrosystemtechnikwafer, die im Zusammenwirken eine genaue und stabile Lage der Beschichtungsmaske während des Beschichtungsprozesses bewirken.
Gelost wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der schematischen Zeichnung näher erläutert.
Es bedeuten
1 eine erfindungsgemäße Justagestruktur, die durch eine KOH-Ätzung jeweils einer 100-Siliziumscheibe erzeugt wurde, bestehend aus der Justagestruktur auf dem Mikrosystemtechnikwafer (1a: Draufsicht und 1b: Schnittdarstellung) und der dazu passenden Justagestruktur auf der Beschichtungsmaske (1c: Draufsicht und 1d: Schnittdarstellung),
2 einen Ausschnitt der zusammengefügten Justagekomponenten aus 1,
3 ein weiteres Beispiel von Justagestrukturen, die durch plasmachemisches Ätzen herzustellen sind (1a: Schnittdarstellung eines Justageloches, 1b: Schnittdarstellung euiens Justagestempels und 1c: Justagekomponenten zusammengefügt.
Die in 1 gezeigten Justagestrukturen beziehen sich auf eine 100-Siliziumscheibe, sowohl als Mikrosystemtechnikwafer als auch als Beschichtungsmaske. Um eine hohe Genauigkeit der Positionierung der Beschichtungsmaske und der Strukturabbildung (Durchdampflöcher) im Mikrometerbereich zu erreichen, müssen zur Herstellung Verfahren der Mikrosystemtechnik zum Einsatz kommen. Grundsätzlich müssen für die beschichtungsmaske zwingend unstrukturierte Wafer aus Silizium oder Glas als Ausgangsrohling zum Einsatz kommen, da nur diese mit den erwähnten Verfahren bearbeitbar sind und hinsichtlich Dicke, Dickentoleranz, Ebenheit und Oberflächengüte beste Voraussetzungen mitbringen. Zudem lassen sie sich in Ihrer Größe an die Prozessanwendung (derselbe Durchmesser wie der Systemwafer der beschichtet werden soll) anpassen. Prinzipiell sind alle Verfahren geeignet, mit denen sich sehr genau die durchgehenden Löcher und die mechanischen Justagestrukturen erzeugen lassen, wobei jedoch die korrespondierenden mechanischen Justagestrukturen des System- und des Beschichtungsmaskenwafers mit der gleichen Technologie hergestellt werden müssen, um eine genaue Ausrichtung zu erreichen. Die Durchdampflöcher hingegen können ggf. auch in mit einer anderen Technologie erzeugt werden. Von den Justagestrukturen müssen mindestens zwei auf jeder der Waferoberflächen vorhanden sein (Justeage in X- und Y-Richtung sowie Winkel) Mehr als zwei Strukturen erhöhen die Ausrichtbarkeit und Genauigkeit und verhindern ein mögliches Verrutschen nach dem Ausrichten.
In dem Beispiel gemäß 1 ist die gleiche exakte Ausrichtung der azimutalen Kristallorientierung der Kristallwafer Voraussetzung, die jeweils durch die an jedem Wafer angebrachte kristallographisch orientierte Anlegekante bewerkstelligt wird. Es versteht sich, dass aufeinander in Geometrie und Lage exakt angepasste Ätzmasken bei der Herstellung der Justagestrukturen angewendet werden. Zum Ätzen werden Hartmasken aus einer Oxid-Nitrid-Doppelschicht verwendet (Oxid auf dem Silizium, Nitrid als oberste Schicht) die fotochemisch strukturiert ist. Das Ätzen erfolgt zeitkontrolliert, somit lassen sich Lochtiefe und Stempelhöhe genau aufeinander anpassen. Die Ätzrate wird als genau bekannt vorausgesetzt. Mehrfachätzungen sind möglich. Durch die KOH-Ätzung von einkristallinem Silizium bilden sich kristallographisch bedingte Flächen aus. Die schrägen Flächen der Löcher und die schrägen Flächen der hervorstehenden Teile der Justagestrukturen haben so die gleichen Flankenwinkel von 54,74°. Die Flankenwinkel der äußere Ecken werden beim Ätzen mit Kompensationsstrukturen geschützt. Da sich an den Ecken schneller ätzende Kristallebenen befinden, müssen an diese in der Ätzmaske winkel- oder federartige Strukturen angebracht werden, die beim Ätzen unterätzt werden, aber dennoch die Ätzung der Ecke so stark verlangsamen, dass sich am Ende rechtwinklige oder nur leicht abgerundete Ecke ergibt. Die Stempel passen bei genauer Auslegung der Masken (rechnergestützte Masken und Ätzsimulation) exakt ineinander, da Loch und Stempel konisch sind sich so gut fügen lassen und sie haben eine gute Wirkung der Selbstjustage. Um Zwang (Anschlag) beim Fügen zu Vermeiden, darf der Justagestempel den Grund des Bodens nicht berühren. Die Masken können sehr oft wieder verwendet werden.
Die in 3 gezeigten Strukturen beziehen sich auch auf Siliziumwafer. Hier kommt plasmachemisches Siliziumätzen (Advanced Silicon Etching, BOSCH-Prozess) zur Anwendung. Mit diesem Ätzprozess lassen sich senkrechte und auch leicht konische Strukturen im Silizium erzeugen, die als Justagemarken dienen können. Letzteres erreicht man durch Prozessvariation. Die konischen Strukturen lassen sich besser fügen. Die kristallographische Orientierung spielt hier keine Rolle. Es sind keine Eckkompensationsstrukturen nötig. Es handelt sich um ein einfacheres Ätzmasken-Design. Runde oder vieleckige Strukturen sind möglich. Zum Ätzen ist eine Lackmaske ausreichend.
Die Justagestrukturen können auch mittels Sandstrahlen auf Glas-, Silizium- oder Verbundwafern aus beiden Materialien erzeugt werden. Dazu ist eine Hartmaske notwendig. Die Positioniergenauigkeit ist jedoch geringer als bei den Ätzvarianten. Schließlich ist auch ein Mikrobohren und ein Mikrofräsen möglich. Eine Hartmaske wird hierfür nicht benötigt. Die erzielbare Genauigkeit ist bei Anwendung eines CNC-Prozesses hoch.
Auch zur Realisierung der Durchdampflöcher lassen sich die vier oben beschriebenen Prozesse einsetzen, wobei wieder das KOH-Ätzen zu bevorzugen ist, da es sehr ökonomisch ist und die konischen Löcher z. B. für das bedampfen sehr günstig sind (Dampf wird in das Loch hinein geleitet). Doch auch mit den anderen Technologien lassen sich geeignete Durchdampflöcher realisieren. Prinzipiell lassen sich die Technologien für die Loch- und Justagestrukturen beliebig kombinieren. Technologisch ist nahe liegend und sinnvoll die gleichen Prozesse zu verwenden. Werden Maskenprozesse für die Strukturierung von Justagestruktur und Durchdampföffnungen eingesetzt, ist es vorteilhaft, wenn die Masken vor dem ersten Ätzen auf die beiden Seiten des Maskenwafer aufgebracht werden. Es ist aber auch denkbar, die Ätzungen sequentiell von einer Seite aus durchzuführen.

1: Oberfläche
2: geätzte Flanke (kristallographische Fläche)
3: tief geätzter Bereich
4: Ort der Kompensationsstrukturen
5: Justage-Loch
6: Justage-Stempel
7: Mikrosystemtechnikwafer
8: Beschichtungsmaske aus Si

Claims

Verfahren zur Herstellung selbstjustierender Justagestrukturen für eine strukturierte Schichtabscheidung auf einem Mikrosystemtechnikwafer unter Verwendung einer Beschichtungsmaske, wobei die Beschichtung durch Öffnungen in einer auf den Wafer aufgesetzten mehrfach verwendbaren Beschichtungsmaske erfolgt, welche die nicht zu beschichtenden Bereiche des Wafers abdeckt und die genaue Lagejustierung über die Justagestrukturen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Justagestrukturen auf der Beschichtungsmaske als aus der Oberfläche herausragende und auf dem Mikrosystemtechnikwafer als gegenüber der Oberfläche eingesenkte Strukturen oder umgekehrt, exakt passend zueinander erzeugt werden, so dass die Strukturen während der Beschichtung ineinander greifen und nach der Beschichtung wieder zu trennen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtungsmaske und der Mikrosystemtechnikwafe aus 100-orientierten Siliziumscheiben bestehen und die Justagestrukturen durch eine KOH-Ätzung erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtungsmaske und der Mikrosystemtechnikwafe aus Siliziumscheiben bestehen und die Justagestrukturen durch plasmachemisches Siliziumätzen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtungsmaske aus Glas besteht und die Justagestrukturen durch plasmachemisches Ätzen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtungsmaske aus Glas besteht und die Justagestrukturen durch Mikrofräsen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtungsmaske aus Glas besteht und die Justagestrukturen durch Mikrobohren erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtungsmaske aus Glas besteht und die Justagestrukturen durch Sandstrahlen und Anwendung von Hartmasken erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtungsmaske aus einer Verbundscheibe zusammengesetzt aus Glas und Silizium besteht und die Justagestrukturen durch eines der in den Ansprüchen 4 bis 7 genannten Verfahren erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Beschichtungsmaske aus einer Verbundscheibe zusammengesetzt aus Glas und Silizium besteht und die Justagestrukturen durch Kombination eines der in den Ansprüchen 2 bis 7 genannten Verfahren erzeugt werden.