DE102018222377A1

DE102018222377A1 - Verfahren zum Ätzen einer Opferschicht für die Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102018222377A1
Application number: DE102018222377.7A
Authority: DE
Inventors: Jochen Reinmuth; Heribert Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer Opferschicht für die Herstellung einer mikromechanischen Struktur mit den Schritten:(A) Bereitstellen eines Substrats (10) mit einer Opferschicht (20) und einer darauf befindlichen Startschicht (60) aus Polysilizium;(B) Anlegen von Ätzkanälen (110) durch Strukturieren der Startschicht (60) mittels Ätzen wenigstens bis zur Opferschicht (20);(C) Bilden einer epitaktischen Polysiliziumschicht (70) mit Ätzkanälen (110) durch Abscheidung von Silizium mittels Epitaxie auf der Startschicht (60); und(D) Zuführen eines Ätzmediums durch die Ätzkanäle (110) und Ätzen der Opferschicht (20).Die Erfindung betrifft auch eine mikromechanische Vorrichtung.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer Opferschicht für die Herstellung einer mikromechanischen Struktur.
Um eine Opferschicht unter großflächige Strukturen ohne zusätzlich Perforierungen in angrenzenden Schichten schnell ätzen zu können, werden beim derzeitigen Stand der Technik Ätzkanäle in die Opferschicht eingebracht und diese mit Opferschichtmaterial derart verfüllt, dass Ätzkanäle entstehen ( 1d). Der Verfüllprozess wird dabei so gewählt, dass eine ungleichmäßige Beschichtung erfolgt, bei der die Verfüllschicht an der Oberseite der Ätzkanäle schneller aufwächst als am Grund der Ätzkanäle (siehe 1c). Durch die so entstandenen Kanäle kann sich ein Ätzgas schnell weitläufig in einer Opferschicht ausbreiten und diese ätzen. Die benötigte Ätzzeit zum Entfernen der Opferschicht ist hierdurch nahezu unabhängig von der zu unterätzenden Fläche. Würde man eine identisch große Opferschichtfläche ohne Ätzkanäle entfernen wollen, würde das ein Vielfaches der Ätzzeit benötigen.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Schichtdicke der Opferschicht mindesten der halben Breite der Ätzkanäle entsprechen muss. Die kleinste Opferschichtdicke ist also begrenzt.
Weiter ist nachteilig, dass mit diesem Verfahren eine Topographie in der folgenden Schicht entsteht, insbesondere Spitzen, und diese in den Opferschichtbereich hineinragen. Bei einer Bewegung der Schicht können dieser Spitzen abbrechen und zu Partikeln führen. Zudem reduzieren die Spitzen lokal die Bewegungsfreiheit. Weiter kann es an den Spitzen zu ungewünschten elektrischen Durchbrüchen kommen.
Da beim Stand der Technik die Ätzkanäle in die Opferschicht eingebracht und verschlossen werden müssen, benötigt die hier angewandte Methode eine größere Opferschichtdicke, um Kanäle mit größerem Durchmesser realisieren zu können. D.h., es gibt beim Stand der Technik eine minimale Opferschichtdicke bis zu der diese Methode einsetzbar ist. Sollen jedoch zwischen zwei, z.B. großflächigen Siliziumflächen, eine möglichst dünne Opferschicht entfernt werden, so ist das beschrieben Verfahren nach dem Stand der Technik nicht mehr einsetzbar.
Weiter wird im Stand der Technik oft gewünscht, dass eine erste Struktur in einer ersten mikromechanischen Schicht mit einem Abstand zu einem einfachen Substrat oder einem Substrat mit feststehenden Elektroden oder einem anderen Unterbau angeordnet wird, und dass diese Struktur durch eine zweite, großflächige geschlossene Struktur in einer zweiten Schicht, die zur ersten Struktur wiederum einen Abstand aufweist, überdeckt wird. Dazu wird in Stand der Technik auf einem Substrat eine erste Opferschicht abgeschieden. Dann wird die erste mikromechanische Schicht abgeschieden und strukturiert. Es werden dabei Perforationslöcher in der Schicht vorgesehen. Dann wird eine zweite Opferschicht abgeschieden. Dann wird eine zweite Schicht abgeschieden und strukturiert. Es werden dabei Perforationslöcher in der Schicht vorgesehen, die günstiger weise über den Perforationslöchern in der ersten Schicht angeordnet werden. Dann werden beide Opferschichten durch die Perforationslöcher in den beiden Ebenen entfernt. Anschließend wird mit einer Schichtabscheidung die Perforationslöcher in der zweiten Schicht verschlossen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass beim Verschluss der Perforationslöcher der zweiten Schicht nicht nur Material im Perforationsloch abgeschieden wird, sondern auch durch die Perforationslöcher hindurch Material in die darunterliegenden Ebenen abgeschieden wird. Möchte man zwischen dem Unterbau und der ersten Struktur einen besonders kleinen Abstand einstellen, so ist das nicht möglich, da die Abscheidung diesen Abstand verschließen würde und die Struktur in der ersten Schicht nicht mehr beweglich wäre.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zu schaffen, mit dem zwischen zwei oder mehr Siliziumschichten, von denen mindesten zwei großflächig angelegt sind, eine oder mehrere Opferschichten, beispielsweise aus Siliziumoxid, unabhängig von der Opferschichtdicke, schnell entfernt werden können.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer Opferschicht für die Herstellung einer mikromechanischen Struktur mit den Schritten:

(A) Bereitstellen eines Substrats mit einer Opferschicht und einer darauf befindlichen Startschicht aus Polysilizium;
(B) Anlegen von Ätzkanälen durch Strukturieren der Startschicht mittels Ätzen wenigstens bis zur Opferschicht;
(C) Bilden einer epitaktischen Polysiliziumschicht mit Ätzkanälen durch Abscheidung von Silizium mittels Epitaxie auf der Startschicht; und
(D) Zuführen eines Ätzmediums durch die Ätzkanäle und Ätzen der Opferschicht.

Kern der Erfindung ist es Ätzkanäle nicht in der Opferschicht, sondern oberhalb der Opferschicht anzuordnen, in denen dann ein Ätzgas schnell in einer großen Fläche verteilt werden kann. Das vorgeschlagen Verfahren erlaubt es geschlossene Schichten über der Opferschicht herzustellen, in denen Ätzkanäle oberhalb der Opferschicht eingebracht werden können. Die Dicke der darunterliegenden Opferschicht kann dann beliebig dünn gewählt werden. Die Größe der Ätzkanäle ist in diesem Verfahren nun unabhängig von der Opferschichtdicke. Weiter entsteht bei diesem Verfahren keine Topographie, die in den Opferschichtbereich hineinragt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass im Schritt B bis in die Opferschicht geätzt wird. Vorteilhaft kann so der mögliche Querschnitt des Ätzkanals vergrößert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nach dem Schritt C und vor dem Schritt D das Silizium getempert wird. Vorteilhaft kann so mechanischer Stress im Bereich der Verschluss-Spitzen des Ätzkanals verringert oder vermieden werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nach dem Schritt C und vor dem Schritt D Perforationslöcher in die auf der ersten Opferschicht abgeschiedenen Siliziumschicht hineingeätzt werden. Dadurch kann auf Siliziumschicht eine weitere Opferschicht und eine weitere Schicht, die beispielsweise als Schutz- oder Deckschicht dient abgeschieden werden. In den Bereichen in denen in der ersten Siliziumschicht Ätzkanäle und Perforationslöcher vorgesehen sind, müssen in der Deckschicht keine Perforationslöcher für die Opferschichtätzung vorgesehen werden. Die Opferschichtätzung der ersten Opferschicht erfolgt über die Zuführung des Ätzmediums über die Ätzkanäle. Die Opferschichtätzung der zweiten Opferschicht erfolgt über die Zuführung des Ätzmediums über die Ätzkanäle und dann über die Perforationslöcher. Damit kann auf die Perforation in der Deckschicht in kritischen Teilbereichen verzichtet werden. Dies ermöglicht kleinere Abstände zwischen Substrat und erster Siliziumschicht, da die Schichtabscheidung zum Verschluss der Perforationslöcher in der Deckschicht durch ein lokales Verfahren ersetzt werden kann oder örtlich soweit von den beweglichen Strukturen getrennt werden kann, dass ein Verschließen der kleinen Abstände durch die Abscheidung vermieden wird.
Im Weiteren wird immer von einem Substrat gesprochen, es kann sich dabei um ein einfaches Substrat wie beispielsweise ein Siliziumsubstrat, oder auch um ein mehrschichtiges Substrat oder ein Substrat mit einem beliebigen Aufbau handeln. Meist handelt es sich um ein Siliziumsubstrat auf dem eine Isolationsschicht und eine strukturierte und dotierte Polysiliziumschicht aufgebracht ist, die als Elektrode und als Leiterbahn und als Aufhängung für mikromechanische Strukturen dient.
Die Erfindung betrifft auch eine mikromechanische Vorrichtung mit einem Siliziumsubstrat und mit einer darüber liegenden mikromechanischen Funktionsschicht. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die mikromechanische Funktionsschicht in Teilbereichen zum Substrat beanstandet ist und in den Teilbereichen auf der dem Siliziumsubstrat zugewandten Seite Hohlräume aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung sieht vor, dass der Abstand zwischen Substrat und mikromechanischen Funktionsschicht geringer als 3 µm ist. Vorteilhaft ist auch, dass eine Breite der Hohlräume geringer ist als die Dicke der mikromechanischen Funktionsschicht. Vorteilhaft ist auch, dass eine Länge der Hohlräume größer ist als die doppelte Dicke der mikromechanischen Funktionsschicht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen mikromechanischen Vorrichtung beinhaltet, dass Durchgangslöcher (Perforationen) in der mikromechanischen Funktionsschicht vorgesehen sind und dass mindestens eine weitere Funktionsschicht als Deckschicht oberhalb der mikromechanischen Funktionsschicht vorgesehen ist, die in einem Teilbereich die mikromechanischen Funktionsschicht vorständig überdeckt und mindestens in einem Unterteilbereich zur mikromechanischen Funktionsschicht einen Abstand aufweist. Vorteilhaft werden sind durch die Hohlräume Ätzkanäle gebildet, durch welche die mikromechanische Funktionsschicht leicht freigelegt wurde oder auch die Anzahl der Perforationslöcher gering gehalten werden konnte.
Figurenliste

Die 1 a bis d zeigen schematisch die Herstellung von Hohlräumen in einer Opferschicht im Stand der Technik.
2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zum Ätzen einer Opferschicht für die Herstellung einer mikromechanischen Struktur.
Die 3 und 4 zeigen schematisch eine mikromechanische Struktur nach den Herstellungsschritten B und C gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 5 und 6 zeigen schematisch eine mikromechanische Struktur nach den Herstellungsschritten B und C gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 7 a und b zeigen schematisch eine mikromechanische Struktur vor und nach dem Tempern gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 8 a und b zeigen schematisch eine mikromechanische Struktur während des Herstellungsschritts D des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 9 a bis c zeigen schematisch einen z-Beschleunigungssensor im Stand der Technik.
Die 10 a und b zeigen in einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in Gestalt eines z Beschleunigungssensors vor und nach der Opferschichtätzung
Die 11 a, b und c zeigen in einem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in Gestalt eines z Beschleunigungssensors in drei Herstellungsschritten.
12 a und b zeigen in einem dritten Ausführungsbeispiel schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in Gestalt eines z Beschleunigungssensors in zwei Herstellungsschritten.

Beschreibung der Figuren
Die 1 a bis d zeigen schematisch die Herstellung von Hohlräumen in einer Opferschicht im Stand der Technik. 1 a zeigt eine erste Siliziumoxidschicht 20 mit einer Ausnehmung 25 und einer Beschichtung mit einer zweiten Siliziumoxidschicht 30 bei konformer Abscheidung, K=1. 1 b zeigt eine ähnliche Struktur, jedoch mit einer Beschichtung mit der zweiten Siliziumoxidschicht 30 bei nicht ideal konformer Abscheidung, K=0,5. Die Schichtdicke der Beschichtung ist in der Ausnehmung 25 und insbesondere an deren Seitenwänden geringer. 1 c zeigt eine ähnliche Struktur, jedoch mit einer ungleichmäßigen Beschichtung mit der zweiten Siliziumoxidschicht 30. Insbesondere sind die Seitenwände der Ausnehmung 25 nach oben hin dicker beschichtet als in einem unteren Bereich, also nahe dem Boden der Ausnehmung. Hierdurch verengt sich die Ausnehmung im oberen Bereich. 1 d zeigt eine Struktur mit einem Hohlraum, welche auf die Struktur in 1 c zurückzuführen ist. Die Struktur weist ein Siliziumsubstrat 10, die erste Oxidschicht aus Siliziumoxid 20, die zweite Oxidschicht aus Siliziumoxid 30 und eine Siliziumdeckschicht 40 auf. Der Hohlraum 35 ist durch die gewählte Geometrie der Ausnehmung 25 und die Dicke der ungleichmäßigen Beschichtung mit der zweiten Oxidschicht 30 gebildet. Die Ausnehmung wurde dazu im oberen Bereich mittels der Beschichtung so verengt, dass sie schließlich geschlossen wurde und so den Hohlraum bildet. Die äußere Oberfläche der zweiten Oxidschicht ist dabei über der Ausnehmung nicht eben, sondern weist eine Topographie 50 auf. Auf der zweiten Oxidschicht 30 ist eine Siliziumdeckschicht 40 angeordnet.
2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zum Ätzen einer Opferschicht für die Herstellung einer mikromechanischen Struktur. Das Verfahren enthält die Schritte:

(A) Bereitstellen eines Substrats (10) mit einer Opferschicht (20) und einer darauf befindlichen Startschicht (60) aus Polysilizium;
(B) Anlegen von Ätzkanälen (110) durch Strukturieren der Startschicht (60) mittels Ätzen wenigstens bis zur Opferschicht (20);
(C) Bilden einer epitaktischen Polysiliziumschicht (70) mit Ätzkanälen (110) durch Abscheidung von Silizium mittels Epitaxie auf der Startschicht (60); und
(D) Zuführen eines Ätzmediums durch die Ätzkanäle (110) und Ätzen der Opferschicht (20).

Die 3 und 4 zeigen schematisch eine mikromechanische Struktur nach den Herstellungsschritten B und C gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 zeigt ein Siliziumsubstrat 10 mit einer darauf angeordneten ersten Oxidschicht 20, welche eine Opferschicht darstellt, und mit einer Polysiliziumschicht 60 als Startschicht. In die Polysiliziumschicht 60 sind Ausnehmungen 65 hineinstrukturiert, die bis zur ersten Siliziumoxidschicht 20 hinunterreichen. Die Ausnehmungen weisen beispielsweise eine Breite a auf. 4 zeigt die aus 3 bekannte mikromechanische Struktur nach dem Aufbringen einer Schicht aus epitaktischem Polysilizium 70. Über den Ausnehmungen 65 entstehen dabei Hohlräume 75, welche von dem epitaktischen Polysilizium 70 bedeckt sind. Die Hohlräume 75 haben abhängig von der jeweiligen Breite eine lichte Höhe 78 über der Siliziumoxidschicht 20. Die Hohlräume 75 können als Ätzkanäle zum Ätzen des Opferoxids 20 dienen. Um Ätzkanäle auf einer dünnen Opferschicht aus Siliziumoxid umsetzen zu können, wird auf eine Besonderheit bei der epitaktischen Siliziumabscheidung zurückgegriffen. Wird bei der epitaktischen Siliziumabscheidung ein bestimmtes Gasgemisch benutzt, kann erreicht werden, dass Silizium nur auf einer Startschicht aus Polysilizium aufwächst, nicht aber auf Siliziumoxid. Strukturiert man eine Startschicht aus Polysilizium nun derart, dass im Bereich der zu erzeugenden Ätzkanäle das Siliziumoxid frei gelegt wird (3), so wächst bei einer nachfolgenden epitaktischen Siliziumabscheidung nur Silizium auf der Startschicht aus Polysilizium auf. Da hierbei auch Silizium an den Stirnseiten der Strukturen in der Startschicht aufwächst, wachsen im Abscheideprozess von gegenüberliegenden Strukturkanten Siliziumflanken aufeinander zu. Nach einer gewissen Zeit treffen sich diese Flanken und zwischen diesen und der Siliziumoxidschicht wird ein Hohlraum eingeschlossen, welcher später als Ätzkanal dient (4). Wann es zu einem Verschluss kommt, also wann und wo zwei Siliziumflanken aufeinandertreffen, kann durch den Abstand a (3) zwischen zwei benachbarten Strukturen (Stirnseiten) in der Startschicht aus Polysilizium definiert werden. Hiermit lässt sich auch definieren und steuern, welchen Querschnitt die erzeugten Ätzkanäle haben können.
Die 5 und 6 zeigen schematisch eine mikromechanische Struktur nach den Herstellungsschritten B und C gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser alternativen Prozessvariante kann bei der Strukturierung der Startschicht aus Polysilizium zusätzlich zum Herstellungsschritt B auch noch eine definierte Überätzung in die Siliziumoxidopferschicht 20 erfolgen (5). Dabei werden zusätzlich zu den Ausnehmungen 65 in der Startschicht darunterliegend Ausnehmungen 25 im Oxid geschaffen. Hierdurch können gegenüber der zuvor beschriebenen Variante bei gleichen Strukturabständen größere Ätzkanalquerschnitte erzielt werden ( 6).
Die 7 a und b zeigen schematisch eine mikromechanische Struktur vor und nach dem Tempern gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser weiteren Prozessvariante kann noch nach dem Verschluss der Ätzkanäle zusätzlich ein Tempern, z.B. in einer Wasserstoffatmosphäre, erfolgen. Hierbei werden die spitz zulaufenden, „zeitartigen“ Ätzkanalquerschnitte gemäß 7 a in gewölbte oder „igluartige“ Kanalquerschnitte gemäß 7 b überführt. Eine Verrundung von Verschluss-Spitzen 79 in Ätzkanälen hat den Vorteil, dass Stresszentren im Bereich der Verschluss-Spitzen abgebaut oder vermieden werden können und so eine mögliche Rissneigung im Bereich der Spitzen minimiert werden kann.
Die 8 a und b zeigen schematisch eine mikromechanische Struktur während des Herstellungsschritts D des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 8a und 8b ist schematisch dargestellt wie erfindungsgemäß durch hergestellte Ätzkanäle 110, ausgehend von einer zentralen Einspeisung 100, fächerförmig Ätzgas 200 in eine große Fläche verteilen können. Über die Anzahl, die Lage und Anordnung, die Form und die Länge der Ätzkanäle lassen sich so große Siliziumoxidbereiche schnell und definiert entfernen, wobei es keine Begrenzung hinsichtlich der Dicke der zu ätzenden Siliziumoxidschicht 20 gibt. Die Erfindung kann prinzipiell überall dort Anwendung finden, wo Opferschichten aus großflächigen Flächen entfernt werden müssen. Da die Ätzkanäle in der Schicht oberhalb der Opferschicht ausgebildet werden, sollte die Unterseite dieser Schicht unkritisch hinsichtlich deren Funktion sein, das heißt Unebenheiten in der Unterseite sollten zu keiner Funktionsbeeinträchtigung führen.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn besonders dünnen Opferschichten flächig entfernt werden sollen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Lösung dienen, wenn Designs umgesetzt werden sollen, bei denen beispielsweise aus Robustheitsgründen weniger Ätzkanäle in der mikromechanischen Funktionsschicht, nämlich der epitaktischen Polysiliziumschicht 70, angelegt werden sollen.
Weiter ist denkbar dieses Verfahren für die Herstellung von Drehratensensoren zu verwenden, bei denen ein besonders kleiner Abstand zwischen den Detektionselektroden erreicht werden soll.
Weiter ist denkbar dieses Verfahren für die Herstellung von Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren einzusetzen, bei den ein kleiner Abstand zwischen den Elektrodenpaaren genutzt werden soll, und bewusst lokal eine hohe Dämpfung in Out-of-Plane Richtung erzeugt werden soll. Dies ist möglich, weil mit dieser Technik lokal auf eine Perforation verzichtet werden kann.
Die 9 a bis c zeigen schematisch einen z-Beschleunigungssensor im Stand der Technik. 9a zeigt eine Vorläuferstruktur eines Beschleunigungssensors mit einem Mehrschichtsubstrat 15, bestehend aus einem Siliziumsubstrat 10, einer Oxidschicht 12 und einer strukturierten, dotierten Siliziumschicht 14. Darüber ist eine erste Oxidschicht 20 und eine epitaktische Polysiliziumschicht 70 (sogenanntes „epipoly“) angeordnet. Die epitaktische Polysiliziumschicht 70 ist üblicherweise auf einer dünnen Startschicht aus, beispielsweise mittels LPCVD abgeschiedenem, Polysilizium aufgewachsen (hier nicht dargestellt). In die Polysiliziumschicht 70 sind mikromechanische Strukturen und Perforationslöcher 170 hineinstrukturiert, die bis zur Opferschicht, der ersten Oxidschicht 20 reichen. 9b zeigt die Vorläuferstruktur nach einem Opferschichtätzen. Dabei wurde die erste Oxidschicht 20 entfernt. Das Ätzmittel wurde dazu auch über die Perforationslöcher 170 zugeführt. Die epitaktische Polysiliziumschicht 70 bildet hier eine mikromechanische Funktionsschicht mit freigestellten Strukturen, welche beispielsweise die seismische Masse eines z-Beschleunigungssensors bilden. Die seismische Masse ist um die dargestellte Drehachse beweglich, sodass sie in z-Richtung, also senkrecht zur Hauptebene des Substrats, ausgelenkt werden kann. 9c zeigt beispielhaft und schematisch die Funktionsweise des z-Beschleunigungssensors. Infolge der Schwerkraft F_G oder einer äußeren Beschleunigung wird die seismische Masse um die Drehachse verkippt und bewegt sich mit ihrem Masseschwerpunkt in z-Richtung.
Die 10 a und b zeigen in einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in Gestalt eines z Beschleunigungssensors vor und nach der Opferschichtätzung. 10a zeigt eine Vorläuferstruktur des z-Beschleunigungssensors vor dem Opferschichtätzen. Dargestellt ist ein Mehrschichtsubstrat 15 wie in 9a, mit einer darüber liegenden ersten Oxidschicht 20 und einer epitaktischen Polysiliziumschicht 70. Die epitaktische Polysiliziumschicht 70 ist eine mikromechanische Funktionsschicht. Sie ist auf eine strukturierte Polysiliziumschicht aufgewachsen (hier nicht dargestellt) und bildet dabei Hohlräume 75 aus, wie vorstehend in den 3 bis 6 beschrieben. In die mikromechanische Funktionsschicht ist eine seismische Masse hineinstrukturiert. 10 b zeigt die Vorläuferstruktur des z-Beschleunigungssensors nach dem Opferschichtätzen. Durch Ausnehmungen in der mikromechanischen Funktionsschicht 70, insbesondere neben der seismischen Masse, findet das Ätzmedium Zugang zur Opferschicht, hier der ersten Siliziumoxidschicht 20, darunter. Durch die Hohlräume 75 in Form von Ätzkanälen 110 findet das Ätzmedium besonders leicht Zugang zu allen Bereichen der Opferschicht 20 unter der seismischen Masse. Perforationen können daher weitgehend entfallen. In der Folge lässt sich eine bessere Dämpfung der seismischen Masse bei Auslenkung derselben erzielen.
Die 11 a, b und c zeigen in einem zweiten Ausführungsbeispiel schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in Gestalt eines z-Beschleunigungssensors in drei Herstellungsschritten. 11 a zeigt eine Vorläuferstruktur des z-Beschleunigungssensors vor dem Opferschichtätzen. Dargestellt ist ein Mehrschichtsubstrat 15 wie in 9a, mit einer darüber liegenden ersten Oxidschicht 20 und einer epitaktischen Polysiliziumschicht 70. Die epitaktische Polysiliziumschicht 70 ist eine mikromechanische Funktionsschicht. Sie ist auf eine strukturierte Polysiliziumschicht aufgewachsen und bildet dabei Hohlräume aus, wie vorstehend in den 3 bis 6 beschrieben (hier nicht dargestellt). Sie weist Perforationslöcher 170 auf und ist mit einer weiteren Opferschicht 320, beispielsweise einer weiteren Oxidschicht, bedeckt. Darüber ist eine weitere Siliziumschicht 370 als weitere mikromechanische Funktionsschicht nämlich als Deckschicht angeordnet. Die Deckschicht weist weitere Perforationslöcher 375 auf. 11 b zeigt die Vorläuferstruktur des z-Beschleunigungssensors nach dem Opferschichtätzen. Durch die weiteren Perforationslöcher 375 findet das Ätzmedium Zugang zur weiteren Opferschicht 320. Nach dem Freilegen der Perforationslöcher 170 findet das Ätzmedium weiter Zugang zur Opferschicht unter der mikromechanischen Funktionsschicht 70, hier der ersten Siliziumoxidschicht 20. Durch die (hier nicht dargestellten) Hohlräume in Form von Ätzkanälen findet das Ätzmedium besonders leicht Zugang zu der Opferschicht 20, und die Opferschicht 20 kann deshalb sehr dünn gewählt werden. Die Opferschichten 320, 20 werden entfernt und so mikromechanische Strukturen aus der mikromechanischen Funktionsschicht 70 gebildet freigestellt. Die mikromechanischen Strukturen befinden sich jetzt in einer Kaverne 350 unter der Deckschicht 370. 11 c zeigt die fertiggestellte erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in Gestalt eines z-Beschleunigungssensors. Die Deckschicht 370, insbesondere die weiteren Perforationslöcher 375 werden dazu durch Abscheiden einer Verschlussschicht 400 verschlossen. Schmale Spalten oder Löcher in der gesamten der Beschichtung mit der Verschlussmaterial ausgesetzten Struktur werden dabei ebenfalls verschlossen (siehe Pfeil).
12 a und b zeigen in einem dritten Ausführungsbeispiel schematisch eine erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in Gestalt eines z Beschleunigungssensors in zwei Herstellungsschritten. 12 a zeigt eine Vorläuferstruktur des z-Beschleunigungssensors nach dem Opferschichtätzen. Dargestellt ist ein Mehrschichtsubstrat 15, bestehend aus einem Siliziumsubstrat 10, einer Oxidschicht 12 und einer strukturierten, dotierten Siliziumschicht 14. Darüber, in Teilbereichen mit einem Abstand von dem Substrat, ist eine mikromechanische Funktionsschicht 70 angeordnet. Die mikromechanische Funktionsschicht 70 weist an ihrer Unterseite, dem Substrat zugewandt, Ausnehmungen oder Hohlräume 75 auf, welche zu Ätzkanälen 110 angeordnet sind. Die Ätzkanäle 110 sind mit Perforationslöchern 170 durch die Funktionsschicht verbunden. Die Funktionsschicht weist eine freigestellte, insbesondere bewegliche mikromechanische Struktur, hier in Form der seismischen Masse eines z-Beschleunigungssensors auf, welche sich in einer Kaverne 350 befindet. Die Kaverne 350 ist mit einer Deckschicht 370 überdeckt. Durch die Deckschicht 370 führt eine zentrale Einspeisung 100 für das Ätzgas. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel in den 11 sind weitere Perforationslöcher durch die Deckschicht nicht vorgesehen. Die zentrale Einspeisung 100 ist mit einem Perforationsloch 170 und, wie in den 8a, b beschrieben, mit Ätzkanälen 110 verbunden. Mit Hilfe dieser Anordnung von Perforationslöchern und Ätzkanälen konnten die Opferschichten (nicht gezeigt) entfernt werden. 10c zeigt die erfindungsgemäße mikromechanische Vorrichtung in Gestalt eines z-Beschleunigungssensors nach dem Verschließen. Über der Deckschicht 370 ist eine Verschlussschicht 400 angeordnet, welche die zentrale Einspeisung 100 und das damit verbundene Perforationsloch 170 verschließt.
Bezugszeichenliste

10: Siliziumsubstrat
15: Mehrschichtsubstrat
20: erste Siliziumoxidschicht
25: Ausnehmung im Oxid
30: zweite Siliziumoxidschicht
35: Hohlraum im Oxid
40: Siliziumdeckschicht
50: Topographie
60: Startschicht aus Polysilizium
65: Ausnehmung in der Startschicht aus Polysilizium
70: epitaktische Polysiliziumschicht
75: Hohlraum im epitaktischen Silizium
78: Ausdehnung des Hohlraums im epitaktischen Silizium
79: Verschluss-Spitze
100: zentrale Einspeisung
110: Ätzkanal
170: Perforationslöcher
200: Ätzgas
320: weitere Opferschicht
350: Kaverne
370: weitere Siliziumschicht
375: weitere Perforationslöcher
400: Verschlussschicht

Claims

Verfahren zum Ätzen einer Opferschicht für die Herstellung einer mikromechanischen Struktur mit den Schritten: (A) Bereitstellen eines Substrats (10) mit einer Opferschicht (20) und einer darauf befindlichen Startschicht (60) aus Polysilizium; (B) Anlegen von Ätzkanälen (110) durch Strukturieren der Startschicht (60) mittels Ätzen wenigstens bis zur Opferschicht (20); (C) Bilden einer epitaktischen Polysiliziumschicht (70) mit Ätzkanälen (110) durch Abscheidung von Silizium mittels Epitaxie auf der Startschicht (60); und (D) Zuführen eines Ätzmediums durch die Ätzkanäle (110) und Ätzen der Opferschicht (20).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt B bis in die Opferschicht (20) geätzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt C und vor dem Schritt D das Silizium der Polysiliziumschicht (70) getempert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (C) und vor dem Schritt (D) auf der epitaktischen Polysiliziumschicht eine weitere Opferschicht (320) und eine weitere Siliziumschicht (370) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (C) zunächst in die epitaktische Polysiliziumschicht (70) Perforationslöcher (170) hineingeätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforationslöcher (170) mit den Ätzkanälen (110) verbunden sind oder nur einen geringen Abstand, insbesondere einen Abstand der geringer ist als 10 µm, aufweisen.
Mikromechanische Vorrichtung mit einem Siliziumsubstrat (10, 15) und mit einer darüber liegenden mikromechanischen Funktionsschicht (70), dadurch gekennzeichnet, dass die mikromechanische Funktionsschicht (70) in Teilbereichen zum Substrat (10, 15) beanstandet ist und in den Teilbereichen auf der dem Siliziumsubstrat (10, 15) zugewandten Seite Hohlräume (75) aufweist.
Mikromechanische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Substrat (10, 15) und mikromechanischen Funktionsschicht (70) geringer als 3 µm ist.
Mikromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Hohlräume (75) geringer ist als die Dicke der mikromechanischen Funktionsschicht (70).
Mikromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge der Hohlräume (75) größer ist als die doppelte Dicke der mikromechanischen Funktionsschicht (70).
Mikromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, dass die mikromechanische Funktionsschicht (70) Perforationslöcher (170) aufweist und dass mindestens eine weitere Funktionsschicht (370) als Deckschicht oberhalb der mikromechanischen Funktionsschicht vorgesehen ist, die in einem Teilbereich die mikromechanischen Funktionsschicht vorständig überdeckt und mindestens in einem Unterteilbereich zur mikromechanischen Funktionsschicht (70) einen Abstand aufweist.