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Stand der Technik
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Mikroelektromechanische Bauelemente (MEMS) finden in einer Vielzahl von Anwendungen und in unterschiedlichen industriellen Branchen Verwendung. Beispielsweise können mikroelektromechanische Bauelemente als Relais ausgebildet sein, d.h. als Schalter fungieren, wobei die Verwendung der Relais auf Basis von Halbleitertechnologien einen verhältnismäßig neuen Markt darstellt.
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Klassische Relais weisen eine Magnetspule auf, über die das Relais mit Energie versorgt und gesteuert wird. Die Dimensionen derartiger Relais sind relativ groß. Ferner ist der Energieverbrauch verhältnismäßig hoch. Neuere Relais, die als MEMS ausgebildet sind, werden kapazitiv angetrieben. Sie sind sehr viel kleiner und verbrauchen sehr viel weniger Energie. Um trotz kapazitiven Antriebs hinreichend große Kräfte zum Schalten zu generieren, muss ein Abstand zwischen einer beweglichen und einer feststehenden Elektrode eines MEMS-Relais einerseits sehr klein und andererseits präzise definiert sein.
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Derzeit marktübliche MEMS-Relais sind derart aufgebaut, dass auf einem Substrat eine erste feststehende Elektrode sowie eine erste Kontaktfläche vorgesehen werden. Über diesen wird eine üblicherweise als Kragarm ausgebildete bewegliche Elektrode angeordnet, wobei die bewegliche und die feststehende Elektrode durch einen kleinen Spalt beabstandet sind. Wird eine Spannung zwischen den beiden Elektroden angelegt, kommt es zu einer Out-of-Plane-Bewegung der beweglichen Elektrode, was in einem Kontakt zwischen dem Kragarm und der Kontaktfläche resultiert. Der kleine Spalt bzw. der geringe Abstand zwischen dem Kragarm und der feststehenden Elektrode können mit Opferschichtverfahren erzeugt werden, die geeignet sind, um kleine und präzise definierte Abstände zu realisieren. Nachteilig an derartigen Verfahren sind allerdings einerseits hohe Kosten und andererseits die starke Einschränkung der verwendbaren Materialien. Es stellt sich insofern die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements bereitzustellen, welches die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere eine kostengünstige Herstellung möglichst ohne Einschränkungen der Materielauswahl ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Bauelements, umfassend ein erstes Wafersubstrat und ein zweites Wafersubstrat, wobei das erste Wafersubstrat und das zweite Wafersubstrat mittels eines Bondverfahrens miteinander verbunden werden und wobei das erste Wafersubstrat eine mikromechanische Funktionsschicht aufweist und wobei eine Bondschicht realisiert wird, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
- -- in einem ersten Schritt wird auf der Funktionsschicht vollflächig eine Hardmaskschicht aufgebracht,
- -- in einem zweiten Schritt wird die Hardmaskschicht auf der Funktionsschicht lateral strukturiert,
- -- in einem dritten Schritt die lateral strukturierte Hardmaskschicht als Maske für eine Ätzung der Funktionsschicht verwendet und ferner die Bondschicht auf der Funktionsschicht aufgebracht wird, wobei zumindest teilweise die laterale Erstreckung der Bondschicht durch die Stukturierung der Hardmaskschicht definiert wird. Als Material für die Hardmaskschicht kann insbesondere eine Oxidschicht, beispielsweise Siliziumdioxid (SiO2), verwendet werden. Ferner kann die Bondschicht teilweise unmittelbar auf der Funktionsschicht und teilweise auf der Hardmaskschicht abgeschieden oder angeordnet werden, wobei eine vertikale Erstreckung bzw. eine Schichtdicke der Bondschicht entlang einer lateralen Richtung des ersten Wafersubstrats variabel sein kann. Insbesondere kann die Schichtdicke der Bondschicht konstant sein. Des Weiteren kann in dem dritten Schritt des Verfahrens die Ätzung der Funktionsschicht der Aufbringung der Bondschicht zeitlich vorgeschaltet sein. Denkbar ist auch, dass zunächst die Bondschicht auf der Funktionsschicht aufgebracht und anschließend die Funktionsschicht geätzt wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Ätzung der Funktionsschicht als letzter Schritt vor der Bondung des ersten Wafersubstrats mit dem zweiten Wafersubstrat. Zudem kann eine strukturierte Oxid-/Hardmaskschicht als gemeinsame Maske für die Strukturierung der Bondschicht und der Funktionsschicht dienen; damit ist es vorteilhaft möglich, dass ein teurer, hochauflösender Fotoschritt nur einmal ausgeführt wird (jedoch zweifach verwendet wird). Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt den Vorteil mit sich, dass MEMS-Relais besonders kostengünstig mit einfachen herkömmlichen Herstellungsverfahren gefertigt werden können, wobei das MEMS-Relais mit einer niedrigen Antriebsspannung, d.h. unter verhältnismäßig geringem Eiergieeinsatz betrieben werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Abstand zwischen dem ersten Wafersubstrat und dem zweiten Wafersubstrat durch eine vertikale Erstreckung, senkrecht zu einer Substratebene des ersten Wafersubstrats, der Hardmaskschicht und/oder der Bondschicht definiert wird, wobei insbesondere das zweite Wafersubstrat wenigstens eine Anschlagstruktur aufweist, wobei die wenigstens eine Anschlagstruktur bei der Durchführung des Bondverfahrens zwischen dem ersten und dem zweiten Wafersubstrat an der Hardmaskschicht und/oder an der Bondschicht anliegt oder angedrückt wird. Vorteilhafterweise weist das zweite Wafersubstrat mehrere, über eine Grundfläche des zweiten Wafersubstrats gleichmäßig verteilte, beabstandete oder angeordnete Anschlagstrukturen auf. Die Hardmask- bzw. Oxidschicht oder die Bondschicht können ebenfalls als Anschlagstrukturen während Bondung des ersten Wafersubstrats mit dem zweiten Wafersubstrat genutzt werden. Ferner können den Anschlagstrukturen korrespondierende Gegenstrukturen an dem ersten Wafersubstrat ausgebildet sein. Damit können definierte Abstände mit wenig Streuung zwischen den beiden Wafern eingestellt werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hardmaskschicht auf der Funktionsschicht vollständig oder im Wesentlichen vollständig eben, insbesondere ohne jedwede Topologie, aufgebracht wird, wobei insbesondere nach dem Aufbringen der Hardmaskschicht ein Planarisierungsschritt erfolgt, insbesondere mittels eines CMP-Prozesses, chemical mechanical polishing,
wobei die Hardmaskschicht insbesondere als Oxidschicht, insbesondere Siliziumoxidschicht, ausgebildet ist,
wobei insbesondere die während des dritten Schritts erfolgende Ätzung der Funktionsschicht als letzter oder im Wesentlichen letzter Schritt vor der Durchführung des Bondverfahrens zwischen erstem und zweitem Wafersubstrat erfolgt,
wobei insbesondere die während des dritten Schritts erfolgende Ätzung der Funktionsschicht zusammen mit einer Ätzung eines Teils der Bondschicht selektiv zur Hardmaskschicht erfolgt,
wobei insbesondere die während des dritten Schritts erfolgende Ätzung der Funktionsschicht dieselbe auch in Bereichen der aufzubringenden Bondschicht bis zu einem Teil ihrer vertikalen Erstreckung entfernt, so dass die aufzubringende Bondschicht zumindest teilweise in der Funktionsschicht versenkt wird. Denkbar ist, dass die Bondschicht um etwa ein Viertel oder um etwa eine Hälfte ihrer gesamten vertikalen Erstreckung in der Funktionsschicht versenkt wird. Zudem kann während einer zumindest teilweisen Ätzung der Bondschicht die Bondschicht mit einem Lack abgedeckt werden. Die Abdeckung der Bondschicht mit Lack kann mit einem ungenauen und mithin verhältnismäßig kostengünstigen Fotoschritt erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die während des dritten Schritts erfolgende Aufbringung der Bondschicht auf die Funktionsschicht ferner umfasst, dass das Material der Bondschicht bis auf die Hardmaskschicht abgetragen wird,
wobei insbesondere hierfür ein CMP-Prozess, chemical mechanical polishing, verwendet wird, wobei insbesondere die Hardmaskschicht als Stoppschicht dient, wobei insbesondere die Bondschicht in einem Teilbereich ihrer vertikalen Erstreckung, insbesondere im vertikal unteren Teilbereich, eine Bondhilfsschicht aufweist, wobei als Material der Bondhilfsschicht insbesondere Silizium verwendet wird und als Material der restlichen Bondschicht insbesondere Germanium verwendet wird. Der vertikal untere Teilbereich der Bondschicht kann insbesondere einen der Funktionsschicht zugewandten und mit ihr unmittelbar in Kontakt stehenden Bereich der Bondschicht bezeichnen. Ferner kann als Bondhilfsschicht insbesondere Polysilizium verwendet werden, wobei die Bondhilfsschicht als Zwischenschicht zwischen der Funktionsschicht einerseits und der Bondschicht des zweiten Wafersubstrats bzw. der miteinander nach der Bondung legierten Bondschichten der beiden Wafer andererseits fungieren.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hardmaskschicht in einem lateralen Teilbereich und in einem unteren Teilbereich ihrer vertikalen Erstreckung eine Kontaktschicht umfasst oder umschließt, wobei die Hardmaskschicht in diesem unteren Teilbereich ihrer vertikalen Erstreckung eine erste Hardmaskteilschicht aufweist und wobei die Hardmaskschicht oberhalb dieses unteren Teilbereichs ihrer vertikalen Erstreckung, insbesondere oberhalb der Kontaktschicht eine zweite Hardmaskteilschicht aufweist,
wobei insbesondere die Kontaktschicht als Metallschicht ausgebildet ist, wobei insbesondere nach dem Aufbringen der Kontaktschicht das Material der Kontaktschicht bis auf die erste Hardmaskteilschicht abgetragen wird, wobei insbesondere hierfür ein CMP-Prozess, chemical mechanical polishing, verwendet wird, wobei insbesondere die erste Hardmaskteilschicht als Stoppschicht dient,
wobei insbesondere zwischen der Kontaktschicht und der Funktionsschicht eine Isolationsschicht, insbesondere eine Oxidschicht, angeordnet ist. Bevorzugt sind die erste Hardmaskteilschicht und die zweite Hardmaskteilschicht aus einem gleichen Material. Ferner ist insbesondere die vertikale Erstreckung bzw. Schichtdicke der ersten Hardmaskteilschicht gleich der vertikalen Erstreckung bzw. Schichtdicke der zweiten Hardmaskteilschicht. Vorteilhafterweise wird die Kontaktschicht lateral von der unteren ersten Hardmaskteilschicht und oberhalb bzw. auf einer der Funktionsschicht abgewadnten Seite der Kontaktschicht von der oberen zweiten Hardmaskteilschicht begrenzt. Die Kontaktschicht wird auf diese Weise durch die zweite Hardmaskteilschicht vorteilhaft geschützt: Eine Legierungsbildung oder Verunreinigung der Kontaktschicht mit dem Material der Bondschicht kann in nachgeschalteten Verfahrensschritten durch die zweite Hardmaskteilschicht sehr gut vermieden werden. Durch die Abschreidung der zweiten Hardmaskteilschicht kann zudem eine Höhendifferenz zwischen der Bondschicht und der Kontaktschicht eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem vierten Schritt die Hardmaskschicht mittels eines zur Funktionsschicht und zur Bondschicht selektiven Ätzprozesses entfernt wird,
wobei insbesondere dieser Ätzprozess eine rein anisotrope Ätzung, insbesondere ein anisotropes Plasmaätzverfahren, ist oder wobei dieser Ätzprozess eine Opferschichtätzung ist. Die, insbesondere als Oxidschicht ausgebildete, Hardmaskschicht besteht aus einem anderen Material als die Funktionsschicht, was zu Spannungen in der Funktionsschicht führen kann. Insofern kann die Hardmaskschicht oder Reste der Hardmaskschicht entfernt werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als erstes Wafersubstrat ein Cavity-SOI-Wafer, cavity silicon-on-insulator, verwendet wird. Ein Vorteil dieser Technologie kann eine geringere parasitäre Kapazität sein, wodurch eine höhere Effizienz realisiert werden kann. Die Verwendung tieferer Kavitäten kann die parasitäre Kapazität weiter verringern.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das mikroelektromechanische Bauelement eine hochpräzise, insbesondere vertikale, Positionierung bzw. Beabstandung des ersten Wafersubstrats gegenüber dem zweiten Wafersubstrat erfordert, wobei das mikroelektromechanische Bauelement insbesondere ein Relais ist, und/oder
wobei das mikroelektromechanische Bauelement hochpräzise, insbesondere laterale, Strukturierungen innerhalb der Funktionsschicht umfasst und insbesondere als gebondeter MEMS-Stack mit invertiertem Bondinterface ausgebildet ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein mikromechanisches Bauelement, hergestellt gemäß einem der voranstehenden Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das mikromechanische Bauelement insbesondere ein Relais ist und/oder insbesondere als gebondeter MEMS-Stack ausgebildet ist. Für das mikromechanische Bauelement gelten die gleichen Vorteile und technischen Wirkungen, die bereits im Zuge der Beschreibung der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wurden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die abhängigen Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren. Alle Figuren sind schematisch.
- 1 zeigt ein Beispiel eines mikroelektromechanischen Bauelements gemäß dem Stand der Technik.
- 2 zeigt ein weiteres Beispiel eines mikroelektromechanischen Bauelements gemäß dem Stand der Technik.
- 3 zeigt ein als Cavity-Silicon-On-Insulator (Cavity-SOI) ausgebildetes erstes Wafersubstrat nach Durchführung eines ersten Schritts eines erfindungsgemäßen Verfahrens - vollflächige Aufbringung einer ersten Hardmaskteilschicht auf einer Funktionsschicht - zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Bauelements.
- 4 zeigt das erste Wafersubstrat aus 3 nach Durchführung eines zweiten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens - laterale Strukturierung der ersten Hardmaskteilschicht.
- 5 zeigt das erste Wafersubstrat aus 4 nach Abscheidung einer metallischen Kontaktschicht.
- 6 zeigt das erste Wafersubstrat aus 5 nach Strukturierung der Kontaktschicht durch einen CMP-Schritt (chemical mechanical polishing).
- 7 zeigt das erste Wafersubstrat aus 6 nach Aufbringung und Planarisierung einer zweiten Hardmaskteilschicht.
- 8 zeigt das erste Wafersubstrat aus 7 nach lateraler Strukturierung der beiden Hardmaskteilschichten mit Ätzstopp auf der Funktionschicht.
- 9 zeigt das erste Wafersubstrat aus 8 nach Abscheidung eines ersten Bondmaterials.
- 10 zeigt das erste Wafersubstrat aus 9 nach Planarisieren des abgeschiedenen ersten Bondmaterials.
- 11 zeigt das erste Wafersubstrat aus 10 nach stellenweiser Abscheidung einer Lackschicht.
- 12 zeigt das erste Wafersubstrat aus 11 nach selektiver Ätzung des ersten Bondmaterials sowie der Funktionsschicht.
- 13 zeigt das erste Wafersubstrat aus 12 nach Entfernung der Lackschicht.
- 14 zeigt das erste Wafersubstrat aus 13 nach Entfernung der beiden Hardmaskteilschichten.
- 15 zeigt das erste Wafersubstrat aus 14 unmittelbar vor einer Bondung mit einem zweiten Wafersubstrat.
- 16 zeigt das erste Wafersubstrat und das zweite Wafersubstrat aus 15 nach der Bondung.
- 17 zeigt ein weiteres erstes Wafersubstrat ohne Kavitäten nach Durchführung eines ersten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens - vollflächige Aufbringung einer weiteren Hardmaskschicht auf einer weiteren Funktionsschicht - zur Herstellung eines weiteren mikroelektromechanischen Bauelements.
- 18 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 17 nach Durchführung des zweiten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens - laterale Strukturierung der weiteren Hardmaskschicht.
- 19 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 18 nach Abscheidung eines ersten Bondhilfsmaterials zur Realisierung einer Bondhilfsschicht.
- 20 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 19 nach teilweiser Entfernung und Planarisierung des Bondhilfsmaterials.
- 21 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 20 nach Aufbringung eines weiteren ersten Bondmaterials.
- 22 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 21 nach Abscheidung einer Lackschicht auf dem weiteren ersten Bondmaterial.
- 23 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 22 nach Ätzung des weiteren ersten Bondmaterials und teilweiser Strukturierung der weiteren Funktionsschicht.
- 24 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 23 nach Entfernung der Lackschicht.
- 25 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 24 nach Entfernung der weiteren Hardmaskschicht.
- 26 zeigt das weitere erste Wafersubstrat aus 25 unmittelbar vor einer Bondung mit einem weiteren zweiten Wafersubstrat.
- 27 zeigt das erste Wafersubstrat und das zweite Wafersubstrat aus 26 nach ihrer Bondung.
- 28 zeigt ein drittes, bereits strukturiertes erstes Wafersubstrat unmittelbar vor Bondung mit einem drittten, bereits strukturierten zweiten Wafersubstrat, wobei ein drittes erstes Bondmaterial in eine dritte Funktionsschicht versenkt wurde.
- 29 zeigt das dritte erste Wafersubtrat und das dritte zweite Wafersubstrat auf 28 nach ihrer Bondung.
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1 zeigt schematisch ein mikroelektromechanisches Bauelement gemäß dem Stand der Technik, wobei das dargestellte Bauelement als Relais fungiert. Auf einem Substrat 1 sind eine erste Elektrode 2 sowie eine erste Kontaktfläche 3 angeordnet. Über beiden Strukturen ist durch einen Abstand getrennt eine Hebel-Struktur 4 ausgebildet. Wird eine Spannung zwischen der Hebel-Struktur 4 und der ersten Elektrode 2 angelegt, kommt es zu einer sogenannten Out-of-plane-Bewegung: die Hebel-Struktur 4 wird ausgelenkt und ein Kontakt zwischender Hebel-Struktur 4 und der ersten Kontaktfläche 3 ausgebildet. Der geringe Abstand zwischen der Hebel-Struktur 4 und der ersten Elektrode 2 wird durch ein Opferschichtverfahren erzeugt.
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2 zeigt ein mikroelektromechanisches Bauelement gemäß dem Stand der Technik. Eine bewegliche Struktur 6 ist auf einem ersten Wafer 7 angeordnet, während auf einem zweiten Wafer 8 eine Gegenelektrode 9 und ein Kontaktbereich 10 ausgebildet sind. Die beiden Wafer 7, 8 werden über einen eutektischen Bond 11 miteinander verbunden.
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Die 3 bis 16 zeigen verschiedene Etappen bzw. Verfahrensschritte eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Hierbei zeigt 3 beispielhaft ein als Cavity-Silicon-On-Insulator (Cavity-SOI) ausgebildetes erstes Wafersubstrat 7' nach Durchführung eines ersten Verfahrensschritts eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Bauelements. Das erste Wafersubstrat 7' ist gemäß dem in 3 dargestellten Beispiel in Form eines Cavity-Silicon-On-Insulator (Cavity-SOI) Substrats ausgebildet, umfassend in üblicher Weise ein Grundsubstrat (vgl. Bezugszeichen 1 in 11 bis 14), wobei über dem Grundsubstrat eine Isolationsschicht bzw. Oxidschicht angeordnet ist (vgl. Bezugszeichen 16' in 13 und 14) und wobei über der Isolationsschicht eine Funktionsschicht 12 angeordnet ist. Eine Kaverne oder Kavität (nicht mit einem Bezugszeichen bezeichnet) beispielhaft in der Isolationsschicht ausgebildet, könnte jedoch auch - zumindest teilweise - im Grundsubstrat ausgebildet sein. Im ersten Verfahrensschritt wird auf der Funktionsschicht 12 des ersten Wafersubstrats 7' vollflächig eine erste Hardmaskteilschicht 13 aufgebracht. Die erste Hardmaskteilschicht 13 ist insbesondere eine Siliziumdioxid-Schicht. In einem zweiten Verfahrensschritt wird, wie in 4 illustriert, die erste Hardmaskteilschicht 13 auf der Funktionsschicht 12 lateral strukturiert, insbesondere zur Herstellung oder Ermöglichung einer Kontaktstruktur 14.
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In 5 ist das erste Wafersubstrat 7' aus 4 nach Abscheidung einer metallischen Kontaktschicht 15 dargestellt. Die Kontaktschicht 15 weist entlang einer lateralen Erstreckung des ersten Wafersubstrats 7' eine weitgehend konstante Schichtdicke bzw. vertikale Erstreckung auf. In 6 ist das erste Wafersubstrat 7' nach einer Planarisierung mittels chemical mechanical polishing dargestellt, wobei die erste Hardmaskteilschicht 13 als Stoppschicht dient, sodass die erste Hardmaskteilschicht 13 und die metallische Kontaktschicht 15 nach Beendigung dieses Verfahrensschritts die gleiche vertikale Erstreckung aufweisen.
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7 zeigt das erste Wafersubstrat 7' aus 6 nach Aufbringung und Planarisierung einer zweiten Hardmaskteilschicht 16. Die erste Hardmaskteilschicht 13 und die zweite Hardmaskteilschicht 16 bestehen erfindungsgemäß bevorzugt beide aus dem gleichen Material, insbesondere Siliziumdioxid (SiO2), wobei die erste Hardmaskteilschicht 13 und die zweite Hardmaskteilschicht 16 gemeinsam eine Hardmaskschicht bilden, welche ebenfalls mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet ist.
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8 zeigt das erste Wafersubstrat 7' aus 7 nach lateraler Strukturierung der Hardmaskschicht 16 bzw. der beiden Hardmaskteilschichten 13, 16 mit Ätzstopp auf der Funktionschicht 12. Beide Hardmaskteilschichten 13, 16 bilden hierbei die Hardmaskschicht 16. Hierdurch werden Hardmask-Strukturen 17 (insbesondere lateral begrenzte Strukturen oder Strukturierungen) in der Hardmaskschicht 16 ausgebildet. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird ein Bondmaterial 18 zur Realisierung einer Bondschicht 18 abgeschieden, 9. Hierdurch umfassen insbesondere die Hardmask-Strukturen 17 mindestens bis zur Höhe der Hardmaskschicht 16 das Bondmaterial 18. 10 zeigt das erste Wafersubstrat 7' aus 9 nach dem Planarisieren des abgeschiedenen Bondmaterials 18, wobei die Hardmaskschicht 16, welche die erste Hardmaskteilschicht 13 und die zweite Hardmaskteilschicht 16 umfasst, als Stoppschicht fungiert. Das Bondmaterial 18 ist somit lateral entsprechend der Strukturierung der Hardmaskschicht 16 strukturiert, jedoch als Negativmaske.
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11 zeigt das erste Wafersubstrat 7' aus 10 nach stellenweiser Abscheidung einer Lackschicht 19, wobei die Lackschicht 19 nach Durchführung dieses Verfahrensschritts zumindest teilweise das Bondmaterial 18 abdeckt. Im darauf folgenden Verfahrensschritt wird die Hardmaskschicht zumindest teilweise anisotrop geätzt, 12. Hierbei werden sowohl die Funktionsschicht 12 als auch das Substrat 1, zumindest teilweise, mittels eines Plasmaätzverfahrens geätzt. Anschließend wird, wie in 13 dargestellt, die Lackschicht 19 wieder entfernt.
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14 zeigt das erste Wafersubstrat 7' aus 13 nach Entfernung der Hardmaskschicht 16 bzw. der beiden Hardmaskteilschichten 13, 16 oder zumindest ihrer Reste. Hierbei bleiben Strukturelemente des Bondmaterials 18 (welche durch die Lackschicht 19 geschützt waren) erhalten, so dass die Hardmaskschicht 16 als gleichzeitig auch als Negativmaske zur Strukturierung des Bondmaterials 18 verwendbar ist. Ferner werden durch das anisotrope Plasmaätzen Teile der zwischen dem Substrat 1 und der Funktionsschicht 12 angeordneten Oxidschicht 16' entfernt.
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15 zeigt das erste Wafersubstrat 7' aus 14 unmittelbar vor einer Bondung mit einem zweiten Wafersubstrat 8'. Das zweite Wafersubstrat 8' ist gemäß dem in 15 dargestellten Beispiel ein Wafer oder Wafermaterial, welches in der Regel ein Grundsubstrat sowie auf dem Grundsubstrat verschiedene Schichten und/oder Struktierungen aufweist; diese sind im oberen Teil der 15 angedeutet, jedoch nicht im Detail mittels Bezugszeichen bezeichnet. Jedoch ist das zweite Wafersubstrat 8' derart ausgebildet, um funktional mit dem erfindungsgemäß gestalteten bzw. hergestellten ersten Wafersubstrat 7' zusammen ein erfindungsgemäßes Bauelement zu realisieren. Das zweite Wafersubstrat 8' weist ein weiteres Bondmaterial 18' auf. Ferner umfasst das zweite Wafersubstrat 8' Anschlagstrukturen 20 zur genauen Einstellung der Distanz (d.h. des vertikalen Abstands bzw. ihres Abstands senkrecht zu den Haupterstreckungsebenen des ersten bzw. zweiten Wafersubstrats 7', 8') zwischen den beiden Wafersubstraten 7', 8' nach der Bondung. In 16 sind die beiden Wafersubstrate 7', 8' nach der Bondung dargestellt, wobei das Bondmaterial 18 und das weitere Bondmaterial 18' miteinander legiert sind und gemeinsam die Bondschicht 18 bilden. Sichtbar ist ferner (insbesondere aus einem Vergleich der 15 und 16), dass die Anschlagstrukturen 20 des zweiten Wafersubstrats 8' mit korrespondierenden Bereichen (nicht mit Bezugszeichen bezeichnet) des ersten Wafersubstrats 7' derart wechselwirken bzw. anliegen bzw. angedrückt werden (insbesondere an der Hardmaskschicht 16 und/oder an der Bondschicht 18 des ersten Wafersubstrats 7'), dass zwischen erstem und zweitem Wafersubstrat 7', 8' ein (hochpräzise) definierter oder reproduzierbarer (vertikaler) Abstand vorliegt.
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Die 17 bis 27 zeigen verschiedene Etappen bzw. Verfahrensschritte eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, insbesondere zur Herstellung eines gebondeten MEMS-Stacks mit einem invertierten Bondinterface; das erfindungsgemäße Verfahren ist somit für beliebige MEMS-Strukturen nutzbar, insbesondere wenn sehr genau definierte Strukturen in der Funktionsschicht erzeugt werden sollen. 17 zeigt hierbei ein erstes Wafersubstrat 7', welches beispielsweise als Silicon-On-Insulator (SOI) Substrat ausgebildet ist, jedoch im dargestellten Beispiel als ein Wafersubstrat 7' umfassend in üblicher Weise ein Grundsubstrat 1 (vgl. 25), wobei über dem Grundsubstrat 1 eine Isolationsschicht 16' bzw. eine Oxidschicht 16' angeordnet ist (vgl. 25; im in 17 dargestellten Beispiel ist die Oxidschicht 16' strukturiert dargestellt bzw. umfassend eine Struktur) und wobei über der Isolationsschicht 16' oder Oxidschicht 16' eine Funktionsschicht 12 angeordnet ist. 17 zeigt das erste Wafersubstrat 7' nach Durchführung des ersten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird eine Hardmaskschicht 16 auf der Funktionsschicht 12 zur Herstellung eines mikroelektromechanischen Bauelements vollflächig aufgebracht. Anschließend wird, wie in 18 gezeigt, eine laterale Strukturierung der Hardmaskschicht 16 durchgeführt. Sodann wird ein Bondhilfsmaterial 30 zur Realisierung einer Bondhilfsschicht 30 abgeschieden, wie in 19 illustriert. In 20 wird gezeigt, dass das Bondhilfsmaterial 30 planarisiert wird, wobei die Funktionsschicht 12 als Stoppschicht dient, sodass das Bondhilfsmaterial 30 und die Hardmaskschicht 16 die gleiche vertikale Erstreckung aufweisen.
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Wie in 21 gezeigt, wird auf dem Bondhilfsmaterial 30 ein Bondmaterial 18 aufgebracht, wobei als Bondmaterial 18 insbesondere Aluminium verwendet wird. In einem darauffolgenden Verfahrensschritt wird auf das Bondmaterial 18 eine Lackschicht 19 abgeschieden, 22. Sodann werden, wie in 23 illustriert, die von der Lackschicht 19 ungeschützten Bereiche des Bondmaterials 18 durch Plasmaätzen entfernt. Gleichzeitig werden Teile der Funktionsschicht 12 entfernt.
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In 24 ist dargestellt, dass die Lackschicht 19 anschließend entfernet wird. Wie in 25 sichtbar, werden in einem nächsten Verfahrensschritt die Hardmaskschicht 16 sowie Teilbereiche der zwischen der Funktionsschicht 12 und dem Grundsubstrat 1 ausgebildeten Oxidschicht 16' entfernt.
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In 26 sind das erste Wafersubstrat 7' und ein zweites Wafersubstrat 8' unmittelbar vor ihrer Bondung illustriert. Das zweite Wafersubstrat 8' ist gemäß dem in 26 dargestellten Beispiel als ein Kappenwafer ausgebildet und weist ein weiteres Bondmaterial 18' auf. 27 zeigt die beiden Wafersubstrate 7', 8' nach ihrer Bondung, wobei das Bondmaterial 18 und das weitere Bondmaterial 18' miteinander legiert sind und gemeinsam die Bondschicht 18 bilden.
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28 und 29 zeigen eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung eines Verfahrens zur Herstellung eines MEMS-Bauelements (insbesondere eines MEMS-Relais) mit einem (bereits strukturierten) ersten Wafersubstrat 7' und einem (bereits strukturierten) zweiten Wafersubstrat 8' unmittelbar vor (28) und nach (29) der Bondung. Bei der Strukturierung des ersten Wafersubstrats 7' gemäß der dargestellten weiteren Ausführungsform wird ein Bondmaterial 18 in eine Funktionsschicht 12 versenkt. Analog zur Darstellung in 26 trägt das zweite Wafersubstrat 8' ein weiteres Bondmaterial 18', welches jedoch in 28 nicht eigens mit Bezugszeichen versehen ist. Die auf dem ersten Wafersubstrat 7' angeordnete Hardmaskschicht 16 ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie als Anschlag während der Realisierung der Bondverbindung fungiert. Damit kann ein definierter (vertikaler bzw. senkrecht zur Haupterstreckungsebenen der Wafersubstrate 7', 8' sich erstreckender) Abstand mit geringer Streuung zwischen dem ersten Wafersubstrat 7 und dem zweiten Wafersubstrat 8 eingestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substrat
- 1"
- Weiteres Substrat
- 2
- Erste Elektrode
- 3
- Erste Kontaktfläche
- 4
- Hebel-Struktur
- 6
- Bewegliche Struktur
- 7
- Erstes Wafersubstrat; erster Wafer
- 8'
- Zweites Wafersubstrat; zweiter Wafer
- 9
- Gegenelektrode
- 10
- Kontaktbereich
- 11
- Eutektischer Bond
- 12
- Funktionsschicht
- 13
- Erste Hardmaskteilschicht
- 14
- Kontaktstruktur
- 15
- Kontaktschicht
- 16
- Zweite Hardmaskteilschicht
- 16'
- Oxidschicht
- 17
- Hardmask-Strukturen
- 18
- Bondmaterial; Bondschicht
- 18'
- weiteres Bondmaterial
- 19
- Lackschicht
- 20
- Anschlagstruktur
- 30
- Bondhilfsmaterial