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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, in der eine aktive Schicht auf einem stützenden Substrat mit einer isolierenden Zwischenschicht dazwischen angeordnet ist, und eine bewegliche Einheit, die in der aktiven Schicht enthalten ist, sich in Relation zu dem stützenden Substrat als Antwort auf eine Kraft bewegt, die auf die bewegliche Einheit aufgebracht wird und mit einer dynamischen Größe korreliert, die von der Vorrichtung zu messen ist.
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Für eine solche Vorrichtung wird ein kapazitiver Halbleiterbeschleunigungssensor vorgeschlagen, wie er in den 4 und 5 dargestellt ist. Wie in 5 gezeigt, umfasst der vorgeschlagene Beschleunigungssensor ein Substrat 110, welches eine Silizium-Auf-Isolator-(”Silicon-On-Isolator” SOI)-Struktur aufweist. Das Substrat 110 ist aus einer aktiven Schicht 112, einer isolierenden Zwischenschicht 113 und einem stützenden Substrat 111 zusammengesetzt. Die aktive Schicht 112 und das stützende Substrat 111 sind aus Silizium hergestellt und die isolierende Zwischenschicht 113 ist aus Siliziumoxid hergestellt.
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Wie in den 4 und 5 zu sehen, umfasst die aktive Schicht 112 eine bewegliche Einheit 20 und zwei fixierte Einheiten 130. Die bewegliche Einheit 20 ist zusammengesetzt aus einem Gewicht 121, zwei kammförmigen beweglichen Elektroden 124 und zwei rechteckigen Federn 122. Die beweglichen Elektroden 124 sind mit dem Gewicht 121 verbunden. Zusätzlich sind die Federn 122 mit dem Gewicht 121 verbunden. Die bewegliche Einheit 20 bewegt sich in Relation zum stützenden Substrat 111 als Antwort auf eine Beschleunigung des Sensors. Jede fixierte Einheit 130 umfasst eine kammförmige fixierte Elektrode 132. Die fixierten Elektroden 132 sind unter einer Beschleunigung des Sensors stationär in Relation zu dem stützenden Substrat 111. Wie in 4 gezeigt, ist jede der fixierten Elektroden 132 mit jeder der beweglichen Elektroden 124 verschachtelt, so dass zwei Kapazitäten ausgebildet sind.
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Die beweglichen Elektroden 124 bewegen sich längs der Richtung X in 4 zusammen mit dem Gewicht 121 als Antwort auf eine Beschleunigung des Sensors längs der Richtung X. Wenn die beweglichen Elektroden 124 sich bewegen, ändern sich die Zwischenräume zwischen den beweglichen Elektroden 124 und den fixierten Elektroden 132. Die zwei Kapazitäten hängen mit den Zwischenräumen zusammen, so dass sich die zwei Kapazitäten als Antwort auf die Beschleunigung ändern. Zusätzlich ändern sich die zwei Kapazitäten auf eine solche Art und Weise, dass eine der Kapazitäten ansteigt, während die andere geringer wird. Daher kann die Beschleunigung längs der Richtung X basierend auf der Differenz zwischen den Kapazitäten gemessen werden.
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Wie in den 6A und 6B gezeigt, wird bei einem herkömmlichen Herstellungsprozess des vorgeschlagenen Beschleunigungssensors eine Mehrzahl von Einschnitten 114, 114a und 114b, die durch eine Siliziumschicht 112, von der die aktive Schicht 112 ausgebildet wird, zur isolierenden Zwischenschicht 113 mittels trockenen Ätzens (”dry etching”) der Siliziumschicht 112 ausgebildet. Dann werden die seitlichen Wände, die die Einschnitte 114, 114a und 114b bilden, in den Bereichen trocken geätzt, die den Böden der Einschnitte 114, 114a und 114b benachbart sind, um die bewegliche Einheit 20 und die fixierten Elektroden 132 zu komplettieren, wie dies in 6C gezeigt ist.
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Unter der Beschleunigung des Sensors sind die Zwischenräume durch die Bewegung der beweglichen Einheit 20 festgelegt, und die Bewegung der beweglichen Einheit 20 wird durch die Verformbarkeit der Federn 122 bestimmt, die mittels der oben beschriebenen Schritte des Trockenätzens ausgebildet sind. Daher ist eine Erhöhung der Präzision der Herstellung oder der Präzision des Trockenätzens der Federn 122 essentiell, um eine Abweichung von Sensor zu Sensor in der Sensorcharakteristik zu verringern.
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Beim herkömmlichen Herstellungsprozess sind die Trajektorienwinkel der ätzenden Ionen im Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche der Siliziumschicht 112, bis die isolierende Zwischenschicht 113 am Boden der Einschnitte 114, 114a und 114b während des Schrittes des Ausbildens der Einschnitte 114, 114a und 114b freigelegt ist. Daher müssten die seitlichen Wände, welche die Einschnitte 114, 114a und 114b definieren, gerade sein, just nachdem all die Einschnitte 114, 114a und 114b fertiggestellt worden sind, falls die Ätzrate der Siliziumschicht 112 über das Substrat 110 bei dem trockenen Ätzen homogen wäre.
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Wenn die Einschnitte 114, 114a und 114b durch das trockene Ätzen ausgebildet werden, variiert jedoch die Ätzrate in Abhängigkeit von beispielsweise der Größe der geätzten Merkmale. Insbesondere sinkt die Ätzrate, wenn die Breite der Einschnitte sich aufgrund sogenannter Mikroladungseffekte (”micro-loading effect”) verringert. Der Mikroladungseffekt wird durch eine unzureichende zu- fuhr an ätzenden Gasen in einen engen Einschnitt verursacht. Insbesondere wird der Mikroladungseffekt verursacht, da die ätzenden Gase nicht ausreichend bis zu dem Boden der engen Einschnitte geliefert werden können, während ein konstanter Betrag von ätzenden Gasen zum Eingang des Einschnittes zugeführt wird.
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Beispielsweise weist in den 4 und 5 ein breiter Einschnitt 114a, der durch eine der beweglichen Elektroden 124 und eine der Federn 122 gebildet wird, eine Breite W1 auf, welche breit genug ist, nicht für die Mikroladungseffekte anfällig zu sein. Auf der anderen Seite weist ein enger Einschnitt 114b, der durch ein Paar von Balken definiert wird, die eine der Federn 122 bilden, eine Breite W2 auf, die eng genug ist, so dass er für Mikroladungseffekte anfällig ist. Daher werden während des trockenen Ätzens, obwohl die ätzenden Gase ausreichend bis zum Boden des breiten Einschnittes 114a zugeführt werden, die ätzenden Gase nicht ausreichend zum Boden des engen Einschnittes 114b zugeführt. Als Ergebnis ist die Ätzrate am Boden des engen Einschnittes 114b langsamer als am Boden des breiten Einschnittes 114a. Somit ist, wenn der breite Einschnitt 114a fertig ist, der enge Einschnitt 114b noch nicht fertiggestellt, wie dies in 6A gezeigt ist.
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Um ein solches unvollständiges Ätzen des engen Einschnittes 114b zu verhindern, das durch den Mikroladungseffekt verursacht wird, wird das Ätzen fortgesetzt, bis der enge Einschnitt 114b fertiggestellt ist. In diesem Fall wird jedoch, wie dies in 6B gezeigt ist, wenn der enge Einschnitt 114b fertiggestellt wird, jede der seitlichen Wände, die den breiten Einschnitt 114a definieren, örtlich an der Nahtstelle zwischen der Halbleiterschicht 112 und der isolierenden Zwischenschicht 113 geätzt, so dass Kerben oder Aussparungen in den seitlichen Wänden erzeugt werden, die den breiten Einschnitt 114a an dessen Bodenbereich definieren. Das Phänomen wird ”Kerben” bzw. ”Kerbung” genannt. Insbesondere wird das ”Kerben” verursacht, da sich eine Ladung aufgrund der ätzenden Ionen auf der Oberfläche der isolierenden Zwischenschicht 113 aufbaut, die während des trockenen Ätzens am Boden des breiten Einschnittes 114a freiliegt. Die aufgeladene Oberfläche stößt ätzende Ionen ab, und ändert so den Trajektorienwinkel der Ionen, so dass die ätzenden Ionen zu den seitlichen Wänden hin abgelenkt werden. Als Ergebnis werden die seitlichen Wände an der Nahtstelle zwischen der Halbleiterschicht 112 und der 10 isolierenden Zwischenschicht 113 geätzt.
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Wie in 6C gezeigt ist, werden, nachdem die Einschnitte 114, 114a und 114b fertiggestellt sind, die beweglichen Elektroden 124 und die fixierten Elektroden 132 endgültig durch trockenes Ätzen der seitlichen Wände aus- gebildet, die die Einschnitte 114, 114a und 114b an den Bereichen benachbart zu den Bodenbereichen der Einschnitte 114, 114a und 114b definieren. Jedoch weist, wie in 6B gezeigt, jede der seitlichen Wände, die den breiten Einschnitt 114 definieren, eine Kerbe auf, und die Form der Kerbe variiert signifikant innerhalb einer geätzten Charge und zwischen geätzten Chargen.
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Als Ergebnis verändert sich die Form des Querschnitts der Federn 122 signifikant zwischen den Sensoren, ebenso verhält es sich mit der Charakteristik der Federn 122. Somit weisen Beschleunigungssensoren, welche mittels des herkömmlichen Verfahrens hergestellt werden, signifikante Abweichungen von Sensor zu Sensor in den Sensorcharakteristiken auf.
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Darüber hinaus betrifft die Druckschrift
JP 11 274 142 A ein Ätztiefen-Erfassungsverfahren und die Herstellung einer Halbleitereinrichtung unter Verwendung dieses Verfahrens. Bei diesem Verfahren werden Inselregionen, die später in bewegliche Teile zur Erfassung auszuformen sind, sequenziell durch Ätzen auf ein zu verarbeitendes Objekt ausgehend von dessen Oberfläche und in seiner Tiefenrichtung erzeugt. Wenn der Ätzvorgang die Oberfläche des Objekts erreicht, werden untere Teile der Inselregionen durch Seitwärtsätzen von der Oberfläche des Objekts getrennt. Eine durch die Trennung verursachte Bewegung oder Verformung des beweglichen Teils wird erfasst, und die Ätztiefe wird auf der Grundlage der erfassten Bewegung oder Verformung ermittelt.
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Außerdem offenbart die Druckschrift
US 6 187 685 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ätzen eines Substrats. Das Verfahren beinhaltet die Schritte eines Ätzens eines Substrats oder alternatives Ätzen und Abscheiden einer Passivierungsschicht. Eine Biasfrequenz, welche gepulst sein kann, kann an das Substrat angelegt werden, und kann höher oder niedriger sein als eine Ionenplasmafrequenz.
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Die Druckschrift
DE 198 47 455 A1 schließlich betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer ersten Siliziumschicht, die mit einer Ätzmaskierung zur Definition lateraler Aussparungen versehen ist. In einem ersten Plasmaätzprozess werden im Bereich lateraler Aussparungen durch anisotrope Ätzung Trenchgräben erzeugt. Der erste Ätzprozess kommt nahezu zum Erliegen, sobald eine zwischen der ersten Siliziumschicht und einer weiteren Siliziumschicht vergrabene Trennschicht erreicht wird. Danach wird diese Trennschicht in freiliegenden Bereichen mittels eines zweiten Ätzprozesses durchgeätzt Ein nachfolgender dritter Ätzprozess bewirkt dann eine Ätzung der weiteren Siliziumschicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es vor diesem Hintergrund, die Präzision beim trockenen Ätzen zum Ausbilden einer beweglichen Einheit einer Halbleitervorrichtung zu erhöhen, in der eine aktive Schicht auf einem stützenden Substrat mit einer isolierenden Zwischenschicht dazwischen angeordnet ist und die bewegliche Einheit sich in Relation zum stützenden Substrat als Antwort auf eine Kraft bewegt, die auf die bewegliche Einheit ausgeübt wird und die mit einer dynamischen Größe korreliert, die durch die Vorrichtung zu messen ist, um eine Abweichung in der Charakteristik der Vorrichtung von Vorrichtung zu Vorrichtung zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Um obige Aufgabe zu lösen, umfasst gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter anderem einen Schritt des Formens eines SOI-Substrates, das ein Halbleitersubstrat, eine isolierende Zwischenschicht und eine Halbleiterschicht derart umfasst, dass die isolierende Zwischenschicht zwischen der Halbleiterschicht und dem Halbleitersubstrat angeordnet ist.
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Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt des trockenen Ätzens der Halbleiterschicht, um einen Einschnitt auszubilden, der sich durch die Halbleiterschicht zur isolierenden Zwischenschicht erstreckt. Das trockene Ätzen wird durchgeführt, wobei verhindert wird, dass sich eine Ladung auf einer Oberfläche der isolierenden Zwischenschicht aufbaut, die während des trockenen Ätzens freiliegt. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt des trockenen Ätzens einer seitlichen Wand, die den Einschnitt in einem Bereich benachbart zu einem Boden des Einschnittes definiert, um die bewegliche Einheit auszubilden. Letzteres trockenes Ätzen wird durchgeführt, wobei sich eine Ladung auf der Oberfläche der isolierenden Zwischenschicht derart aufbaut, dass die ätzenden Ionen so treffen, dass sie den Bereich der seitlichen Wand ätzen.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Unteranspruch und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt:
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1 eine schematische ebene Ansicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors, der unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer Ausführung der Erfindung hergestellt worden ist;
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2 einen Querschnitt des Halbleiterbeschleunigungssensors nach 1 längs der Linie II-II in 1;
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3A bis 3D Querschnittsprofile des Sensors nach 1 bei Schritten des Herstellungsprozesses unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Ausführung der Erfindung;
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4 eine schematische ebene Ansicht eines vorgeschlagenen Halbleiterbeschleunigungssensors, der unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens hergestellt worden ist;
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5 ein ideales Querschnittsprofil des vorgeschlagenen Sensors nach 4 längs der Linie V-V in 4; und
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6A bis 6C Querschnittsprofile des vorgeschlagenen Sensors nach 4 bei Schritten des Herstellungsprozesses unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführung näher beschrieben.
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Ein Halbleiterbeschleunigungssensor 51, wie er in den 1 und 2 dargestellt ist, kann beispielsweise als ein Sensor für ein Automobil etwa als ein Beschleunigungssensor oder ein gyroskopischer Sensor verwendet werden, die für das Airbagsystem, das Antiblockiersystem (ABS), die Fahrzeugstabilitätskontrolle (VSC) etc. verwendet werden.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst der Halbleiterbeschleunigungssensor S1 ein Substrat 10, welches eine Silizium-Auf-Isolator-(SOI)-Struktur aufweist. Das Substrat 10 ist zusammengesetzt aus einer aktiven Schicht 12, einer isolierenden Zwischenschicht 13 und einem stützenden Substrat 11. Die aktive Schicht 12 und das stützende Substrat 11 sind aus Silizium hergestellt und die isolierende Zwischenschicht 13 ist aus Siliziumoxid hergestellt.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt, umfasst die aktive Schicht 12 eine bewegliche Einheit 20, zwei Anker bzw. Bolzen 23a, 23b und zwei fixierte Einheiten 30, 40. Die bewegliche Einheit 20 ist zusammengesetzt aus einem Gewicht 21, zwei kammförmigen beweglichen Elektroden 24 und zwei rechteckigen Federn 22. Die beweglichen Elektroden 24 sind mit dem Gewicht 21 verbunden. Zusätzlich sind die Federn 22 mit dem Gewicht 21 und den Ankern 23a, 23b verbunden. Daher bewegt sich die bewegliche Einheit 20 in Relation zu dem stützenden Substrat 11 als Antwort auf eine Beschleunigung des Sensors 51. Jede der fixierten Einheiten 30 bzw. 40 umfasst eine kammförmige fixierte Elektrode 32 bzw. 42. Die fixierten Elektroden 32, 42 sind unter einer Beschleunigung des Sensors 51 stationär in Relation zum stützenden Substrat 11. Wie in 1 gezeigt, ist jede der fixierten Elektroden 32, 42 mit jeder der beweglichen Elektroden 24 derart verschachtelt, dass zwei Kapazitäten CS2, CS2 gebildet werden.
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Die Anker 23a, 23b sind an der isolierenden Zwischenschicht 13 fixiert, obwohl einer der Anker 23a in 2 nicht dargestellt ist. Die beweglichen Elektroden 24 und das Gewicht 21 sind beabstandet von der isolierenden Zwischenschicht 13. D. h., die bewegliche Einheit 20 ist zwischen den Ankern 23a, 23b aufgehängt. Wie in 1 gezeigt, umfasst jede der rechteckigen Federn 22 zwei Balken, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und an ihren beiden Enden miteinander verbunden sind. Jede rechteckige Feder 22 fungiert als eine Feder, die sich längs der Richtungen orthogonal zur Längsrichtung der Balken bzw. längs der Richtung X in 1 ausdehnen bzw. zusammenziehen kann. Daher bewegt sich die bewegliche Einheit 20 längs der Richtung X in 1, wenn die bewegliche Einheit 20 längs der Richtung X beschleunigt wird, und bewegt sich zurück in ihre ursprüngliche Position, wenn die Beschleunigung zu Null wird.
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Die beweglichen Elektroden 24 sind jeweils am linken 20 bzw. rechten Ende des Gewichtes 21 in 1 angeordnet. Die beweglichen Elektroden 24 sind mechanisch und elektrisch mit dem Gewicht 21 verbunden. Daher bewegen sich die beweglichen Elektroden 24 zusammen mit dem Gewicht 21 längs der Richtung X als Antwort auf eine Beschleunigung des Sensors. Wie in 1 gezeigt, umfasst jede der beweglichen Elektroden 24 drei im Wesentlichen gerade bewegliche Elektrodenbalken 24. Der linke bewegliche Elektrodenbalken 24 und der rechte bewegliche Elektrodenbalken 24 ragen in der entgegengesetzten Richtung hervor, so dass sie orthogonal zur Richtung X sind. Jeder bewegliche Elektrodenbalken 24 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Jede bewegliche Elektrode 24 ist, wie in 2 gezeigt, beabstandet von der isolierenden Zwischenschicht 13. Die Distanz zwischen jeder der beweglichen Elektroden 24 und der isolierenden Zwischenschicht 13 beträgt beispielsweise einige wenige Mikrometer.
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Auf der anderen Seite sind die fixierten Glieder 30, 40 an der isolierenden Schicht 13 fixiert, so dass sie durch das stützende Substrat 11 an ihren linken bzw. rechten Seiten in 1 gestützt werden. In 1 sind die linke fixierte Einheit 30 und die rechte fixierte Einheit 40 voneinander elektrisch isoliert.
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Jedes der fixierten Glieder 30, 40 umfasst auch einen Verdrahtungs- bzw. Abspannungsbereich 31, 41, an dem jedes der fixierten Glieder 30, 40 an der isolierenden Schicht 13 fixiert ist. Jede fixierte Elektrode 32, 42 ist mechanisch und elektrisch mit dem entsprechenden Verdrahtungsbereich 31, 41 verbunden. Jede fixierte Elektrode 32, 42 umfasst drei im Wesentlichen gerade fixierte Elektrodenbalken 32, 42. Wie in 1 gezeigt, ragen der linke fixierte Elektrodenbalken 32 und der rechte fixierte Elektrodenbalken 42 in entgegengesetzter Richtung hervor, so dass sie orthogonal zur Richtung X sind. Jeder der fixierten Elektrodenbalken 32, 42 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Jede fixierte Elektrode 32, 42 ist von der isolierenden Zwischenschicht 13 beabstandet, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Distanz zwischen jeder der fixierten Elektroden 32, 42 und der isolierenden Zwischenschicht 13 beträgt beispielsweise einige wenige Mikrometer.
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Wie in 1 gezeigt, gibt es einen linken Zwischenraum zwischen der linken beweglichen Elektrode 24 und der linken fixierten Elektrode 32, insbesondere zwischen jedem der linken beweglichen Elektrodenbalken 24 und dem zugehörigen linken fixierten Elektrodenbalken 32, und eine linke Kapazität CS1 ist zwischen der linken beweglichen Elektrode 24 und der linken fixierten Elektrode 32 ausgebildet. Auf der anderen Seite gibt es einen rechten Zwischenraum zwischen der rechten beweglichen Elektrode und der rechten fixierten Elektrode 42 und insbesondere zwischen jedem der rechten beweglichen Elektrodenbalken 24 und dem zugehörigen rechten fixierten Elektrodenbalken 42, und eine rechte Kapazität CS2 ist zwischen der rechten beweglichen Elektrode 24 und der rechten fixierten Elektrode 42 ausgebildet.
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In 1 ist jeder der linken beweglichen Elektrodenbalken 24 an der unteren Seite der zugehörigen linken fixierten Elektrodenbalken 42 angeordnet. Auf der anderen Seite ist jeder der rechten beweglichen Elektrodenbalken 24 an der oberen Seite der zugehörigen rechten fixierten Elektrodenbalken 32 in 1 angeordnet. Daher ändern sich, wenn die beweglichen Elektroden 24 sich längs der Richtung X als Antwort auf eine Kraft bewegen, die auf die bewegliche Einheit 20 längs der Richtung X wirkt, die Kapazitäten CS1, CS2 auf eine Weise, dass eine der Kapazitäten CS1 (CS2) sich vergrößert, während die andere CS2 (CS1) abnimmt. Darüber hinaus kann die Kraft mit einer Beschleunigung des Sensors 51 längs der Richtung X korreliert werden. Daher kann die Beschleunigung basierend auf der Differenz (CS1 CS2) zwischen den Kapazitäten CS1, CS2 gemessen werden.
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Ein fixiertes Elektrodenpolster 31a, 41a für den Drahtanschluss ist an einer vorbestimmten Position auf jedem der Verdrahtungsbereiche 31, 41 der fixierten Einheiten 30, 40 angeordnet. Jedes der fixierten Elektrodenpolster 31a, 41a ist elektrisch mit der zugehörigen fixierten Elektrode 32, 42 durch den zugehörigen Drahtbereich 31, 41 elektrisch verbunden. Wie in 1 gezeigt, ist einer der Anker 23b mechanisch und elektrisch mit einer der Federn 22 verbunden. Ein bewegliches Elektrodenpolster 20a für den Drahtanschluss ist an einer vorbestimmten Position auf dem einen der Anker 23b angeordnet. Das bewegliche Elektrodenpolster 20a ist elektrisch mit der bewegliehen Elektrode 24 durch die eine der Federn 22 und das Gewicht 21 elektrisch verbunden. Die Elektrodenpolster 20a, 31a und 41a sind beispielsweise aus Aluminium hergestellt.
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Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, wird der Halbleiterbeschleunigungssensor 81 an einem Gehäuse befestigt, indem beispielsweise ein Klebstoff auf die Rückseite des stützenden Substrats oder auf die Seite gegenüber der isolierenden Schicht 13 aufgetragen wird. Das Gehäuse umfasst einen elektrischen Schaltkreis, der elektrisch mit den Elektrodenpolstern 20a, 31a bzw. 41a mittels Gold- oder Aluminiumdrahtanschlüssen verbunden wird.
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Ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterbeschleunigungssensors S1, der ein im wesentlichen ideales Querschnittsprofil aufweist, das in 2 gezeigt ist, wird nachfolgend beschrieben.
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Wie in 3A gezeigt, wird ein SOI-Substrat 10, das ein Halbleitersubstrat 11, eine isolierende Schicht 13 und eine Halbleiterschicht 12 umfasst, derart ausgebildet, dass die isolierende Schicht 13 zwischen der Halbleiterschicht 12 und dem Halbleitersubstrat 11 angeordnet ist. Beispielsweise kann das SOI-Substrat 10 durch Verbinden (”bonding”) von zwei Siliziumeinzelkristallsubstraten, von denen jedes eine (100) Flächenorientierung aufweist, mit einem Siliziumoxid-(SiO2)-film ausgebildet werden, der dazwischen angeordnet ist. Die zwei Siliziumeinzelkristallsubstrate werden das Halbleitersubstrat 11 bzw. die Halbleiterschicht 12. Der SiO2-Film wird die Siliziumoxidschicht 13.
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Dann wird Aluminium auf der Halbleiterschicht 12 in einer Stärke von beispielsweise einem 1 m angeordnet und zu Elektrodenpolstern 20a, 31a, 41a für den Drahtanschluss unter Verwendung von Fotolithographie und Ätzen gemustert, wie dies in 3A dargestellt ist, obwohl eines der Elektrodenpolster 20a in 3A nicht dargestellt ist.
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Als nächstes wird eine maskierende Schicht 50 auf der Halbleiterschicht 12 ausgebildet, die Öffnungen in den Gebieten aufweist, wo die Einschnitte 14, 14a und 14b ausgebildet werden. Die maskierende Schicht 50 kann mittels Bildens eines Musters einer fotoresistenten Schicht unter Verwendung von Fotolithographie ausgebildet werden. Dann wird die Halbleiterschicht 12 durch die Öffnungen geätzt, wobei ein trockenes Plasmaätzen verwendet wird, wobei verhindert wird, dass sich eine Ladung auf einer Oberfläche der Siliziumoxidschicht 13 aufbaut, die während des Trockenätzens freiliegt, um so die Einschnitte 14, 14a und 14b auszubilden. Das trockene Ätzen kann beispielsweise durchgeführt werden, indem eine pulsierende Frequenzvorspannung bzw. -ausrichtung verwendet wird, die durch eine niederfrequente RF-Leistungsversorgung erzeugt wird, wie nachfolgend beschrieben.
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Wenn das trockene Ätzen voranschreitet, werden zunächst ein breiter Einschnitt 14a und andere Einschnitte 14 fertiggestellt, wie in 3B gezeigt. Das trockene Ätzen wird fortgesetzt, bis ein enger Einschnitt 14b schließlich fertiggestellt ist, wie in 3C gezeigt. Dann, wie in den 3C und 3D gezeigt, werden die seitlichen Wände, die die Einschnitte 14, 14a bzw. 14b definieren, an Bereichen benachbart zu den Böden der Einschnitte 14, 14a bzw. 14b trocken geätzt, wobei sich eine Ladung auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 13 aufbaut. Mit letzterem trockenen Ätzen werden schließlich eine bewegliche Einheit 20 und zwei fixierte Elektroden 32, 42 hergestellt, wie in 3D gezeigt. Das letztere trockene Ätzen kann durchgeführt werden, indem beispielsweise eine kontinuierliche Frequenzvorspannung verwendet wird, die durch eine Hochfrequenz-RF-Leistungsversorgung erzeugt wird, wie nachfolgend beschrieben.
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Für die zwei oben beschriebenen trockenen Ätzungen kann beispielsweise induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) unter Verwendung von Gasen wie etwa CF4 oder SF6 als ätzenden Gasen oder reaktives Ionenätzen (RIE) unter Verwendung der gleichen ätzenden Gase verwendet werden. Schließlich wird die maskierende Schicht 50 entfernt und der Halbleiterbeschleunigungssensor S1 nach 1 und 2 ist fertiggestellt.
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Das obige Verfahren zum Herstellen des Sensors S1 ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste trockene Ätzen durchgeführt wird, wobei verhindert wird, dass sich eine Ladung auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 13 aufbaut, und das letztere trockene Ätzen durchgeführt wird, wobei sich eine Ladung auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 13 aufbaut.
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Das erstere trockene Ätzen wird durchgeführt, wobei verhindert wird, dass sich eine Ladung auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 13 aufbaut. Daher ist es möglich, das örtliche Ätzen oder ”Kerben” der seitlichen Wände zu vermeiden, die den breiten Einschnitt 14a definieren, bis der enge Einschnitt 14b bei ersterem trockenen Ätzen fertiggestellt ist. Es ist nicht notwendig, dass komplett verhindert wird, dass sich eine Ladung auf der Oberfläche aufbaut, so lange das ”Kerben” an den seitlichen Wänden nicht stattfindet.
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Bei letzterem trockenen Ätzen bauen ätzende Ionen, die im Plasma von CF4 oder SF6 erzeugt werden, eine Ladung auf der Siliziumoxidschicht 13 an den Böden der Einschnitte 14, 14a und 14b auf. Die Siliziumoxidschicht 13 ist normalerweise positiv geladen. Daher wird der Trajektorienwinkel der ätzenden Ionen geändert, wie durch den Pfeil Y in 3C dargestellt. Die ätzenden Ionen treffen die seitlichen Wände und ätzen örtlich die seitlichen Wände, die die Einschnitte 14, 14a und 14b definieren, in Bereichen, die benachbart zu den Böden, die benachbart zu den Böden der Einschnitte 14, 14a und 14b sind, so dass die bewegliche Einheit 20 und die fixierten Elektroden 32, 42 fertiggestellt werden.
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Gemäß obigem Verfahren wird ein ”Kerben” der seitlichen Wände, die die Einschnitte 14, 14a und 14b bilden, verhindert, so dass die Querschnittsform der Federn 22 nach dem letzteren Ätzen relativ konstant innerhalb einer geätzten Charge und zwischen geätzten Chargen ist und daher die Charakteristik der Federn 22 ebenfalls relativ konstant ist. D. h., die Präzision bei der Bearbeitung oder die Präzision beim trockenen Ätzen der Federn 22 ist relativ gut. Daher ist die Charakteristik der Halbleiterbeschleunigungssensoren S1, die in obigem Prozess hergestellt werden, zwischen Sensoren S1 relativ konstant.
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Beispielsweise kann das Verfahren, welches in der
US 6 187 685 B1 offenbart ist, verwendet werden, um zu vermeiden, dass sich eine Ladung auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht
13 bei dem ersteren trockenen Ätzen aufbaut, und um eine Ladung auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht
13 bei dem letzteren trockenen Ätzen aufzubauen.
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In der
US 6 187 685 B1 wird, wenn die Vorspannungsfrequenz während des trockenen Ätzens bei oder über 5 MHz liegt, und bevorzugt über 10 MHz liegt, die Oberfläche einer isolierenden Schicht, die am Boden eines Einschnittes angeordnet ist, mittels des folgenden Mechanismus geladen. Elektronen sind in der Lage, auf das elektrische Feld zu antworten bzw. zu reagieren, welches durch die Vorspannungsfrequenz ausgebildet wird, so dass die Elektronen sich isotrop bewegen. Jedoch sind positive ätzende Ionen nicht in der Lage, auf das elektrische Feld zu antworten bzw. zu reagieren, so dass die Bewegungsrichtung der positiven ätzenden Ionen nicht geändert wird. Als Ergebnis werden positive ätzende Ionen eher als die Elektronen zu der Oberfläche der isolieren- den Schicht zugeführt. Somit wird die Oberfläche der isolierenden Schicht geladen. Die obige Frequenzvorspannung wird erreicht, indem eine kontinuierliche Frequenzvorspannung verwendet wird, die mittels einer hochfrequenten RF-Leistungsquelle erzeugt wird.
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Auf der anderen Seite wird, wenn die Vorspannungsfrequenz während des trockenen Ätzens unter 5 MHz und bevorzugt unter 600 kHz liegt, die Oberfläche einer isolieren- den Schicht, die am Boden eines Einschnittes angeordnet ist, mittels des folgenden Mechanismus geladen. Sowohl Elektronen als auch ätzende Ionen sind in der Lage, auf ein angelegtes elektrisches Feld zu antworten bzw. zu reagieren, so dass die Elektronen und die ätzenden Ionen sich anisotrop bewegen. Als Ergebnis ist die Menge an Elektronen, die die Oberfläche der isolierenden Schicht erreichen, im Wesentlichen gleich der der ätzenden Ionen, die die Oberfläche der isolierenden Schicht erreichen. Somit wird die Oberfläche der isolierenden Schicht nicht geladen. Letztere Frequenzvorspannung wird erreicht, indem eine gepulste Frequenzvorspannung verwendet wird, die durch eine niederfrequente RF-Leistungsquelle erzeugt wird.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbeschleunigungssensors S1 ist es auch möglich, zu verhindern, dass sich eine Ladung auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 13 bei ersterem trockenen Ätzen aufbaut, um die Einschnitte 14, 14a und 14b auszubilden, ohne ”Kerben” auf den seitlichen Wänden der Einschnitte zu verursachen, wie dies in den 3B und 3C gezeigt ist, falls die Vorspannfrequenz unter 5 MHz und bevorzugt unter 600 kHz verwendet wird. Auf der anderen Seite ist es möglich, eine Ladung auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 13 bei letzterem trockenen Ätzen aufzubauen, um die bewegliche Einheit 20 und die fixierten Elektroden 32, 42 fertigzustellen, falls die Vorspannfrequenz bei 10 oder über 5 MHz und besonders bevorzugt über 10 MHz verwendet wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbeschleunigungssensors S1 beschränkt und kann auch anders angewendet werden.
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Beispielsweise kann die Erfindung auch für Verfahren zur Herstellung anderer Sensoren wie etwa Drucksensoren oder Winkelgeschwindigkeitssensoren angewandt werden.
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Bei dem Halbleiterbeschleunigungssensor S1, der in 2 dargestellt ist, sind die fixierten Elektroden 32, 42 komplett von der Siliziumoxidschicht 13 getrennt. Jedoch können die fixierten Elektroden 32, 42 mit der Siliziumoxidschicht 13 verbunden sein. Die fixierten Elektroden 32, 42, die mit der Siliziumoxidschicht 13 verbunden sind, können beispielsweise durch ein Breiter machen der fixierten Elektroden 32, 42 als die beweglichen Elektroden 24 ausgebildet werden, so dass die fixierten Elektroden 32, 42 nicht von der Siliziumschicht 13 getrennt werden, nachdem die bewegliche Einheit 20 durch trockenes Ätzen fertiggestellt wird.
