DE19701843C1 - Micromechanical structure formation method - Google Patents

Micromechanical structure formation method

Info

Publication number
DE19701843C1
DE19701843C1 DE1997101843 DE19701843A DE19701843C1 DE 19701843 C1 DE19701843 C1 DE 19701843C1 DE 1997101843 DE1997101843 DE 1997101843 DE 19701843 A DE19701843 A DE 19701843A DE 19701843 C1 DE19701843 C1 DE 19701843C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon
layer
etched
silicon layer
dielectric layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1997101843
Other languages
German (de)
Inventor
Franz Dr Laermer
Andrea Schilp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE1997101843 priority Critical patent/DE19701843C1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19701843C1 publication Critical patent/DE19701843C1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00642Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for improving the physical properties of a device
    • B81C1/0065Mechanical properties
    • B81C1/00666Treatments for controlling internal stress or strain in MEMS structures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802Details
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03Static structures
    • B81B2203/0353Holes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0161Controlling physical properties of the material
    • B81C2201/0163Controlling internal stress of deposited layers
    • B81C2201/0167Controlling internal stress of deposited layers by adding further layers of materials having complementary strains, i.e. compressive or tensile strain
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0808Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0817Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for pivoting movement of the mass, e.g. in-plane pendulum

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

The structure formation method uses a layered plate (100) having a dielectric layer (3) between (2) silicon layers (1,2), the dielectric layer having (2) silicon oxide layers (4,6) and an intermediate silicon nitride layer (5). Several troughs (12) are etched in one silicon layer (1), which has a thickness of up to (5) times less than the other silicon layer (2) before etching a recess (10) in the latter using an etching solution.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Strukturen nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Aus der DE 43 15 012 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung mikromechanischer Strukturen bekannt, bei der auf einer unteren Siliziumschicht eine dielektrische Schicht und darauf eine obere Siliziumschicht angeordnet ist. Aus der oberen Siliziumschicht werden Strukturen für einen Beschleunigungssensor herausstrukturiert. In die untere Siliziumschicht wird unterhalb der beweglichen Strukturen dieses Beschleunigungssensors eine Ausnehmung eingeätzt. Im Bereich der beweglichen Strukturen wird dann die dielektrische Schicht entfernt. Die dielektrische Schicht besteht dabei aus Siliziumoxid.The invention is based on a method of manufacture of micromechanical structures according to the genus of independent claim. From DE 43 15 012 already a process for the production of micromechanical Structures known at the bottom Silicon layer is a dielectric layer and then one upper silicon layer is arranged. From the top Silicon layers become structures for one Structured out acceleration sensor. In the lower one Silicon layer is below the moving structures this acceleration sensor etched a recess. in the The area of the moving structures then becomes the dielectric layer removed. The dielectric layer consists of silicon oxide.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine besonders zuverlässige und sichere Herstellung von mikromechanischen Strukturen gewährleistet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß in der dielektrischen Schicht definiert Zugspannungen eingestellt werden können, die es dann erlauben besonders feine mikromechanische Strukturen in der ersten Siliziumschicht auszubilden, ohne einen Bruch der dielektrischen Schicht zu riskieren. Die Strukturierung der zweiten Siliziumschicht kann daher problemlos als letzter Ätzschritt des Herstellungsverfahrens der mikromechanischen Strukturen erfolgen, da die unter Zug stehende, dichte dielektrische Membran eine zuverlässige Abdichtung zur Vorderseite gewährleistet und diese vor dem Naßätzmedium abschirmt.The inventive method with the characteristic In contrast, features of the independent claim the advantage that a particularly reliable and safe Manufacture of micromechanical structures guaranteed  becomes. This is achieved in that in the dielectric Layer defines tensile stresses can be set which then allow particularly fine micromechanical Form structures in the first silicon layer without risk of breaking the dielectric layer. The The second silicon layer can therefore be structured easily as the last etching step of the manufacturing process of the micromechanical structures take place as the under tension standing, dense dielectric membrane a reliable Ensures sealing to the front and this before Shields wet etching medium.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafter Weiterbildungen und Verbesserungen des Verfahrens nach dem unabhängigen Patentanspruch möglich. Die erste Siliziumschicht kann bedeutend dünner, insbesondere mindestens fünfmal dünner als die zweite Siliziumschicht ausgebildet werden. Es können so besonders feine Strukturen gebildet werden, die zunächst mit einer massiven Substratplatte verbunden und daher sehr stabil sind. Wenn die zweite, dickere Siliziumschicht zuletzt geätzt wird, wird das Handling während der Herstellung vereinfacht und es besteht keine Gefahr, daß die empfindlichen mikromechanischen Strukturen bzw. der ganze Wafer durch einen Bruch zerstört werden. Naßchemisch geätzte Wafer brechen sehr leicht, da die ätzstoppenden Kristallebenen gerade den leicht spaltbaren Richtungen des Siliziumkristalls entsprechen. Besonders einfach wird die dielektrische Schicht dadurch gebildet, daß zwei Siliziumplatten durch einen Bondprozeß miteinander verbunden werden, wobei auf einer dieser Siliziumplatten eine Siliziumnitridschicht angeordnet ist, deren Oberfläche durch einen Oxidationsprozeß in eine Siliziumoxidschicht umgewandelt wurde. Derartige Siliziumplatten lassen sich problemlos durch einen Direkt-Bondprozeß (SFB = Silicon- fusion-bonding) miteinander verbinden. Nach dem verbinden kann dann eine der Siliziumplatten in ihre Dicke verringert werden um die erste, dünne Siliziumschicht zu bilden.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous training and Improvements to the independent process Claim possible. The first silicon layer can significantly thinner, especially at least five times thinner than the second silicon layer are formed. It can particularly fine structures are formed that initially with connected to a massive substrate plate and therefore very are stable. If the second, thicker silicon layer is etched last, the handling during the Manufacturing simplified and there is no risk that the sensitive micromechanical structures or the whole Wafers can be destroyed by a break. Wet chemical etched Wafers break very easily because the etch stops Crystal planes just the easily fissile directions of the Correspond to silicon crystal. It will be particularly easy dielectric layer formed by two Silicon plates connected to each other by a bonding process be, one on one of these silicon plates Silicon nitride layer is arranged, the surface of which an oxidation process in a silicon oxide layer was converted. Such silicon plates can be problem-free thanks to a direct bonding process (SFB = silicon  fusion-bonding). After connecting can then reduce one of the silicon plates in thickness to form the first thin silicon layer.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Embodiments of the invention are in the drawings shown and in the following description explained. They show

Fig. 1 und 2 das Herstellungsverfahren anhand von Querschnitten durch die Siliziumschichten und Fig. 1 and 2, the manufacturing method based on cross-sections through the silicon layer and

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf die erste Siliziumschicht. Fig. 3 shows a plan view of the first silicon layer.

Beschreibungdescription

In der Fig. 1 wird ein Querschnitt durch eine Schichtplatte 100 gezeigt, die eine erste Siliziumschicht 1 und eine zweite Siliziumschicht 2 aufweist. Zwischen der ersten Siliziumschicht 1 und der zweiten Siliziumschicht 2 ist eine dielektrische Schicht 3 angeordnet. Die dielektrische Schicht 3 weist mehrere dielektrische Einzelschichten auf. Zur ersten Siliziumschicht 1 ist eine Siliziumoxidschicht 6 und zur zweiten Siliziumschicht 2 ist eine Siliziumoxidschicht 4 vorgesehen. Zwischen den beiden Siliziumoxidschichten 4, 6 ist eine Siliziumnitridschicht 5 angeordnet.In Fig. 1 a cross section is shown through a layer plate 100 having a first silicon layer 1 and a second silicon layer 2. Between the first silicon layer 1 and the second silicon layer 2, a dielectric layer 3 is arranged. The dielectric layer 3 has a plurality of dielectric individual layers. A silicon oxide layer 6 is provided for the first silicon layer 1 and a silicon oxide layer 4 is provided for the second silicon layer 2 . A silicon nitride layer 5 is arranged between the two silicon oxide layers 4 , 6 .

Die einzelnen Schichtdicken und lateralen Abmessungen sind hier nicht maßstabsgerecht dargestellt. Die erste Siliziumschicht 1 weist typischerweise eine Schichtdicke zwischen 20 bis 70 µm, vorzugsweise 50 µm, die zweite Siliziumschicht eine Dicke zwischen 300 und 700 µm vorzugsweise 450 µm, die Oxidschicht 6 eine Dicke von typischerweise zwischen 300 bis 700 Nanometer, vorzugsweise 500 Nanometer, die Siliziumnitridschicht 5 eine Dicke von ca. 100 bis 500 Nanometer, vorzugsweise 300 Nanometer und die Siliziumoxidschicht 4 eine Dicke von ca. 10 bis 20 Nanometern auf. Da die Schichtplatte 100 wie später noch beschrieben wird aus der Verbindung von üblichen Siliziumwafern hervorgeht, betragen die lateralen Abmessungen der Schichtplatte 100 zwischen 10 cm (Vier-Zoll-Wafer) bis hin zu 20 cm (Acht-Zoll-Wafer).The individual layer thicknesses and lateral dimensions are not shown to scale here. The first silicon layer 1 typically has a layer thickness between 20 to 70 μm, preferably 50 μm, the second silicon layer has a thickness between 300 and 700 μm, preferably 450 μm, the oxide layer 6 has a thickness of typically between 300 to 700 nanometers, preferably 500 nanometers Silicon nitride layer 5 has a thickness of approximately 100 to 500 nanometers, preferably 300 nanometers, and the silicon oxide layer 4 has a thickness of approximately 10 to 20 nanometers. Since the layer plate 100, as will be described later, results from the connection of conventional silicon wafers, the lateral dimensions of the layer plate 100 range from 10 cm (four-inch wafers) to 20 cm (eight-inch wafers).

Zur Herstellung der Schichtplatte 100 wird ein erster Siliziumwafer und ein zweiter Siliziumwafer miteinander verbunden. Die Dicke des zweiten Siliziumwafers beträgt dabei im wesentlichen die Dicke der zweiten Siliziumschicht 2. Die Dicke des ersten Siliziumwafers ist wesentlich größer als die Dicke der ersten Siliziumschicht 1. Auf einem dieser beiden Siliziumwafer werden dann die einzelnen Schichten der dielektrischen Schicht 3 erzeugt. Für die nachfolgende Beschreibung wird davon ausgegangen, daß dies auf dem ersten Siliziumwafer geschieht. Durch thermische Oxidation wird zunächst die gewünschte Schichtdicke für die Siliziumoxidschicht 6 erzeugt. Durch thermische Oxidation werden Siliziumoxidschichten mit extrem hoher Oberflächengüte geschaffen, die hervorragend für die weitere Bearbeitung insbesondere für einen Bondprozeß geeignet sind. Auf dieser thermischen Siliziumoxidschicht wird dann eine Siliziumnitridschicht erzeugt, deren Dicke ein wenig größer ist als die gewünschte Dicke der Siliziumnitridschicht 5. Wenn die Erzeugung dieser Siliziumnitridschicht durch einen LPCVD-Prozeß (low pressure chemical vapor deposition­ process) erfolgt, läßt sich dabei ebenfalls die für den Bondprozeß notwendige hohe Oberflächengüte gewährleisten. Da die Oberfläche einer derartigen Nitridschicht in der Regel hydrophob und für die Verbindung mit Siliziumplatten nicht geeignet ist, wird durch eine abermalige thermische Oxidation eine oberflächliche Schicht dieser Siliziumnitridschicht unter Beibehaltung der Oberflächenqualität reoxidiert, d. h. wieder in Siliziumoxid zurückverwandelt. Da dieser Prozeß nur sehr langsam vor sich geht, lassen sich so nur geringe Schichtdicken in der Größenordnung von 10 bis 20 Nanometern erzeugen. Diese dünne oberflächliche Oxidschicht 4 kann dann jedoch genutzt werden um den ersten Siliziumwafer mit dem zweiten Siliziumwafer zu verbinden. Dies erfolgt nach einer entsprechenden Oberflächenvorbehandlung durch Hydrophilisierung der Silizium- bzw. Siliziumoxidoberfläche. Durch Auflegen des ersten Siliziumwafers mit der Oxidschicht 4 auf den zweiten Siliziumwafer wird die Verbindung hergestellt. Wenn dieser Stapel dann erwärmt wird, kommt es zu einer festen nicht mehr lösbaren Verbindung zwischen den beiden Siliziumwafern. In einem nachfolgenden Schritt wird dann die Dicke des ersten Siliziumwafers verringert, um die gewünschte Dicke der Siliziumschicht 1 einzustellen. Dies kann durch mechanische Bearbeitung wie Schleifen und Polieren oder durch chemische Bearbeitung, wie chemisches Ätzen erfolgen. Die verschiedenen Methoden können auch miteinander kombiniert werden.To produce the layer plate 100 , a first silicon wafer and a second silicon wafer are connected to one another. The thickness of the second silicon wafer is essentially the thickness of the second silicon layer 2 . The thickness of the first silicon wafer is significantly greater than the thickness of the first silicon layer 1 . The individual layers of the dielectric layer 3 are then produced on one of these two silicon wafers. For the following description it is assumed that this takes place on the first silicon wafer. The desired layer thickness for the silicon oxide layer 6 is first generated by thermal oxidation. Thermal oxidation creates silicon oxide layers with an extremely high surface quality, which are outstandingly suitable for further processing, in particular for a bonding process. A silicon nitride layer is then produced on this thermal silicon oxide layer, the thickness of which is slightly larger than the desired thickness of the silicon nitride layer 5 . If this silicon nitride layer is produced by an LPCVD process (low pressure chemical vapor deposition process), the high surface quality required for the bonding process can also be guaranteed. Since the surface of such a nitride layer is generally hydrophobic and not suitable for connection to silicon plates, a repeated thermal oxidation reoxidizes a surface layer of this silicon nitride layer while maintaining the surface quality, ie converts it back into silicon oxide. Since this process is very slow, only small layer thicknesses of the order of 10 to 20 nanometers can be produced. However, this thin surface oxide layer 4 can then be used to connect the first silicon wafer to the second silicon wafer. This takes place after a corresponding surface pretreatment by hydrophilizing the silicon or silicon oxide surface. The connection is established by placing the first silicon wafer with the oxide layer 4 on the second silicon wafer. If this stack is then heated, there is a firm, no longer detachable connection between the two silicon wafers. In a subsequent step, the thickness of the first silicon wafer is then reduced in order to set the desired thickness of the silicon layer 1 . This can be done by mechanical processing such as grinding and polishing or by chemical processing such as chemical etching. The different methods can also be combined.

Durch den Aufbau der dielektrischen Schicht 3 aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid kann die mechanische Spannung in der dielektrischen Schicht 3 eingestellt werden. Dies wird dadurch ermöglicht, daß Siliziumoxidschichten unter Druckspannungen relativ zum Silizium stehen und Siliziumnitridschichten unter starken Zugspannungen relativ zum Silizium stehen. Durch geeignete Wahl der Parameter bei der Herstellung der Schichten und durch eine geeignete Dickenkombination der Schichten 4, 5 und 6 können somit die mechanischen Spannungen in der dielektrischen Schicht 3 beeinflußt werden. Im vorliegenden Falle sind die Schichtdicken so gewählt, daß leichte Zugspannungen in der dielektrischen Schicht 3 relativ zum Silizium der ersten Siliziumschicht 1 und zweiten Siliziumschicht 2 vorliegen. The mechanical stress in the dielectric layer 3 can be set by the construction of the dielectric layer 3 from silicon oxide and silicon nitride. This is made possible by the fact that silicon oxide layers are under compressive stresses relative to silicon and silicon nitride layers are under strong tensile stresses relative to silicon. The mechanical stresses in the dielectric layer 3 can thus be influenced by a suitable choice of the parameters in the production of the layers and by a suitable thickness combination of the layers 4 , 5 and 6 . In the present case, the layer thicknesses are selected so that there are slight tensile stresses in the dielectric layer 3 relative to the silicon of the first silicon layer 1 and second silicon layer 2 .

Die Bedeutung dieser weiteren Zugspannungen werden im weiteren Verlauf des Herstellungsprozesses, wie er in der Fig. 2 gezeigt wird, beschrieben.The meaning of these additional tensile stresses is described in the further course of the manufacturing process, as shown in FIG. 2.

In der Fig. 2 wird ein Querschnitt durch die Schichtplatte 100 nach weiteren Bearbeitungsschritten gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 sind wieder die gleichen Gegenstände beschrieben wie zur Fig. 1. In die erste Siliziumschicht 1 sind jedoch Gräben 12 eingeätzt durch die eine Biegezunge 11 aus der oberen Siliziumschicht 1 herausstrukturiert ist. In die zweite Siliziumschicht 2 ist eine Ausnehmung 10 eingeätzt, die unterhalb der Biegezunge 11 angeordnet ist. In der Fig. 3 wird eine Aufsicht auf die erste Siliziumschicht 1 der Schichtplatte 100 gezeigt. Die Fig. 2 entspricht einem Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 3. Wie in der Fig. 3 zu erkennen ist, ist die Biegezunge 11 an einem Lagerblock 15 aufgehängt. Die Biegezunge 11 und der Lagerblock 15 sind vollständig von dem Graben 12 umgeben. Weiterhin wird in der Fig. 3 die obere Abmessung der Ausnehmung 10 gezeigt, so daß zu erkennen ist, daß die Ausnehmung 10 unterhalb der Biegezunge 11 angeordnet ist. Unterhalb des Lagerblocks 15 ist keine Ausnehmung 10 angeordnet. Durch Beaufschlagung der Schichtplatte 100 mit einem Ätzmedium für die dielektrische Schicht, insbesondere einer Flußsäurelösung oder eines Flußsäuredampfes erfolgt in einem weiteren Ätzschritt eine Ätzung der dielektrischen Schicht 3. Durch Entfernen der dielektrischen Schicht 3 im Bereich der Biegezunge 11 wird diese Biegezunge zu einem beweglichen Element, welches in Abhängigkeit von einer einwirkenden Kraft, beispielsweise bei einer Beschleunigung bewegt werden kann. Die Ätzung der dielektrischen Schicht 3 wird dabei so ausgeführt, daß der Lagerblock 15 auf Grund seiner großen lateralen Abmessungen nicht unterätzt wird. Die Biegezunge 11 ist somit über die unter dem Lagerblock 15 verbleibende dielektrische Schicht 3 fest mit der Siliziumschicht 2 verbunden. Die so gebildete Struktur stellt die Grundstuktur eines mikromechanischen Kraftsensors, insbesondere eines Beschleunigungssensors dar, ohne daß hier ein vollständig funktionierendes Beispiel angegeben wird. Mit einer beweglichen Struktur die fest verankert ist, wird jedoch die Grundstruktur zahlreicher mikromechanischen Kraftsensoren dargestellt.In FIG. 2 a cross section is shown by the layer panel 100 for further processing steps. With the reference numerals 1 , 2 , 3 , 4 , 5 and 6 the same objects are again described as for FIG. 1. However, trenches 12 are etched into the first silicon layer 1 , through which a bending tongue 11 is structured out of the upper silicon layer 1 . A recess 10 is etched into the second silicon layer 2 and is arranged below the bending tongue 11 . A top view of the first silicon layer 1 of the layer plate 100 is shown in FIG. 3. FIG. 2 corresponds to a cross section along the line II-II of FIG. 3. As can be seen in FIG. 3, the bending tongue 11 is suspended from a bearing block 15 . The bending tongue 11 and the bearing block 15 are completely surrounded by the trench 12 . Furthermore, the upper dimension of the recess 10 is shown in FIG. 3, so that it can be seen that the recess 10 is arranged below the bending tongue 11 . No recess 10 is arranged below the bearing block 15 . 100 with an etching medium for the dielectric layer, in particular a hydrofluoric acid solution or a Flußsäuredampfes etching of the dielectric layer 3 by subjecting the layer board in a further etching step. By removing the dielectric layer 3 in the region of the bending tongue 11 , this bending tongue becomes a movable element which can be moved as a function of an acting force, for example when accelerating. The etching of the dielectric layer 3 is carried out in such a way that the bearing block 15 is not undercut due to its large lateral dimensions. The bending tongue 11 is thus firmly connected to the silicon layer 2 via the dielectric layer 3 remaining under the bearing block 15 . The structure formed in this way represents the basic structure of a micromechanical force sensor, in particular an acceleration sensor, without a completely functioning example being given here. With a movable structure that is firmly anchored, however, the basic structure of numerous micromechanical force sensors is represented.

Von besonderer Bedeutung ist die Funktion der mehrschichtig aufgebauten dielektrischen Schicht 3 mit kontrollierter Spannung relativ zum Silizium im Verfahrens schritt der in der Fig. 2 dargestellt ist. Wie in der Fig. 2 gezeigt wird, ist in die obere Siliziumschicht 1 eine Grabenstruktur 12 eingeätzt, die von der Oberseite der ersten Siliziumschicht 1 bis zur dielektrischen Schicht 3 reicht. Die Einätzung dieser Grabenstruktur 12 erfolgt durch ein Plasmaätzprozeß mit dem die erste Siliziumschicht 1 mit nahezu senkrechten Wänden geätzt werden kann. Ein derartiger Plasmaätzprozeß läßt sich mit akzeptablen Prozeßzeiten für Siliziumschichten bis zu einer Schichtdicke von einigen 10 µm verwenden. Die Einätzung der Ausnehmung 10 in der zweiten Siliziumschicht 2 erfolgt vorzugsweise durch die Verwendung einer basischen anisotropen Ätzlösung beispielsweise KOH, TMAH oder NaOH. Da die Schichtdicke der zweiten Siliziumschicht 2 in der Regel einige hundert µm beträgt, um eine handhabbare mikromechanische Struktur zu erhalten, lassen sich Plasmaätzprozesse für die Ätzung der zweiten Siliziumschicht 2 nur unter Inkaufnahme langer Prozeßzeiten anwenden. Aufgrund der unterschiedlichen Ätzmethoden müssen die Ätzprozesse für die erste Siliziumschicht 1 und die zweite Siliziumschicht 2 nacheinander ausgeführt werden. Wenn zunächst die zweite Siliziumschicht 2 geätzt wird und in einem darauffolgenden Schritt die erste Siliziumschicht 1 geätzt wird, ist die Handhabung der Schichtplatte nach dem ersten Ätzschritt höchst problematisch. Dies liegt darin begründet, daß die erste Siliziumschicht 1 wesentlich dünner ist als die zweite Siliziumschicht 2, die aber bereits durch den ersten Ätzschritt mechanisch destabilisiert wurde und daher sehr leicht zerbrechen kann. Die Ätzbegrenzungen beim anisotropen Naßätzen legen gerade die leicht spaltbaren <110<-Richtungen auf dem Wafer fest. Das Einbringen eines Siliziumwafers in eine Plasmaätzanlage erfolgt in der Regel durch eine automatische Handlingvorrichtung erfolgt, so daß das Bruchrisiko auch an anderen Stellen des Plasmaätzprozesses vergleichsweise groß ist. Kommt es innerhalb einer Plasmaanlage zu einem Bruch eines Siliziumwafers, so muß die gesamte Anlage aufwendig gereinigt werden, was zu erheblichen Störungen und Verzögerungen im Produktionsablauf führt. Es ist somit im höchsten Grade wünschenswert zuerst die erste Siliziumschicht 1 und erst in einem möglichst späten Prozeßschritt die zweite Siliziumschicht 2 zu ätzen. Dabei muß jedoch eine ausreichende Stabilität der dielektrischen Schicht 3 gewährleistet werden, damit die alkalische Ätzlösung die dünnen Strukturen der Biegezungen 11 oder eventuell weitere in der ersten Siliziumschicht 1 erzeugte Strukturen (insbesondere Schaltkreise) nicht erreichen und zerstören kann. Die Beaufschlagung der ersten Siliziumschicht 1 mit der basischen Ätzlösung für die zweite Siliziumschicht 2 hätte die sofortige Zerstörung der in der ersten Siliziumschicht 1 ausgebildeten mikromechanischen Strukturen zur Folge. Die aus der DE 43 15 012 bekannte dielektrische Schicht aus Siliziumoxid hat dabei das Problem, daß Siliziumoxid unter Druckspannungen steht, die so groß sind, daß bei der Ätzung der Ausnehmung 10 die dielektrische Schicht Risse bekommt, sobald die dielektrische Schicht freiliegt. Versuche haben nun ergeben, daß die mehrlagige dielektrischen Schicht 3 aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid bei Einstellung leichter Zugspannungen eine hochstabile Membran darstellt, bei der große Membranbereiche freigelegt werden können, ohne daß es zu Rissen in der dielektrischen Schicht 3 und damit zu einem Verlust der Isolationseigenschaften zur Vorderseite kommt. Eine derartige dielektrische Schicht 3 mit leichten Zugspannungen kann daher verwendet werden, um Ausnehmungen 10 in die zweite Siliziumschicht 2 mittels basischen Ätzlösungen einzuätzen, auch wenn die obere Siliziumschicht 1 im Bereich der Ausnehmung 10 bereits strukturiert ist. Durch die Verwendung einer derartigen dielektrischen Schicht 3 können somit die Ausnehmungen 10 zuverlässig, kostengünstig und ohne Probleme durch basische Ätzlösungen eingeätzt werden.Of particular importance is the function of the multilayer dielectric layer 3 with controlled voltage relative to silicon in the process step shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, in the upper silicon layer 1 is a grave structure is etched 12, which extends from the top of the first silicon layer 1 up to the dielectric layer 3. This trench structure 12 is etched by a plasma etching process with which the first silicon layer 1 can be etched with almost vertical walls. Such a plasma etching process can be used with acceptable process times for silicon layers up to a layer thickness of a few 10 μm. The recess 10 in the second silicon layer 2 is preferably etched through the use of a basic anisotropic etching solution, for example KOH, TMAH or NaOH. Since the layer thickness of the second silicon layer 2 is generally a few hundred μm in order to obtain a manageable micromechanical structure, plasma etching processes for the etching of the second silicon layer 2 can only be used while accepting long process times. Because of the different etching methods, the etching processes for the first silicon layer 1 and the second silicon layer 2 have to be carried out in succession. If the second silicon layer 2 is first etched and the first silicon layer 1 is etched in a subsequent step, the handling of the layer plate after the first etching step is extremely problematic. The reason for this is that the first silicon layer 1 is considerably thinner than the second silicon layer 2 , which, however, has already been mechanically destabilized by the first etching step and can therefore break very easily. The etching limits in anisotropic wet etching precisely define the easily cleavable <110 <directions on the wafer. The introduction of a silicon wafer into a plasma etching system is usually carried out by an automatic handling device, so that the risk of breakage is comparatively high at other points in the plasma etching process. If a silicon wafer breaks within a plasma system, the entire system has to be laboriously cleaned, which leads to considerable disruptions and delays in the production process. It is therefore highly desirable to first etch the first silicon layer 1 and only in a process step which is as late as possible to etch the second silicon layer 2 . However, sufficient stability of the dielectric layer 3 must be ensured so that the alkaline etching solution cannot reach and destroy the thin structures of the bending tongues 11 or possibly other structures produced in the first silicon layer 1 (in particular circuits). The application of the first silicon layer 1 with the basic etching solution for the second silicon layer 2 would have the immediate destruction of the formed in the first silicon layer 1 micromechanical structures result. The dielectric layer made of silicon oxide known from DE 43 15 012 has the problem that silicon oxide is under compressive stresses which are so great that when the recess 10 is etched, the dielectric layer cracks as soon as the dielectric layer is exposed. Experiments have now shown that the multilayer dielectric layer 3 made of silicon oxide and silicon nitride is a highly stable membrane when large tensile stresses are set, in which large membrane areas can be exposed without causing cracks in the dielectric layer 3 and thus a loss of insulation properties Front is coming. Such a dielectric layer 3 with slight tensile stresses can therefore be used to etch recesses 10 into the second silicon layer 2 by means of basic etching solutions, even if the upper silicon layer 1 is already structured in the region of the recess 10 . By using such a dielectric layer 3 , the recesses 10 can thus be reliably, inexpensively and easily etched using basic etching solutions.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Strukturen bei dem zunächst eine Schichtplatte (100) mit einer ersten Siliziumschicht (1) und einer zweiten Siliziumschicht (2) und einer dazwischen angeordneten dielektrischen Schicht (3) geschaffen wird, wobei in nachfolgenden Schritten in die erste Siliziumschicht (1) und die zweite Siliziumschicht (2) Strukturen eingeätzt werden und danach die dielektrische Schicht (3) im Bereich der eingeätzten Strukturen durch einen weiteren Ätzschritt entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (1) eine erste Siliziumoxidschicht (6) und eine zweite Siliziumoxidschicht (4) mit einer dazwischen angeordneten Siliziumnitridschicht (5) aufweist.1. A method for producing micromechanical structures in which a layer plate ( 100 ) with a first silicon layer ( 1 ) and a second silicon layer ( 2 ) and a dielectric layer ( 3 ) arranged therebetween is first created, with subsequent steps into the first silicon layer ( 1 ) and the second silicon layer ( 2 ) structures are etched and then the dielectric layer ( 3 ) in the area of the etched structures is removed by a further etching step, characterized in that the dielectric layer ( 1 ) has a first silicon oxide layer ( 6 ) and has a second silicon oxide layer ( 4 ) with a silicon nitride layer ( 5 ) arranged between them. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Siliziumschicht (1) dünner ausgebildet wird als die zweite Siliziumschicht (2). 2. The method according to claim 1, characterized in that the first silicon layer ( 1 ) is formed thinner than the second silicon layer ( 2 ). 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Siliziumschicht (1) mindestens fünfmal dünner ausgebildet wird als die zweite Siliziumschicht (2).3. The method according to claim 2, characterized in that the first silicon layer ( 1 ) is formed at least five times thinner than the second silicon layer ( 2 ). 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Ätzschritt die erste Siliziumschicht (1) und in einem zweiten nachfolgenden Ätzschritt die zweite Siliziumschicht (2) geätzt wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that in a first etching step, the first silicon layer ( 1 ) and in a second subsequent etching step, the second silicon layer ( 2 ) is etched. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Siliziumschicht (2) mit einer basischen Ätzlösung geätzt wird, und daß dieser Ätzschritt als letzter Schritt des Verfahrens durchgeführt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the second silicon layer ( 2 ) is etched with a basic etching solution, and that this etching step is carried out as the last step of the method. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtplatte (100) geschaffen wird, indem eine erste Siliziumplatte und eine zweite Siliziumplatte miteinander verbunden werden, wobei auf mindestens einer der Siliziumplatten eine Siliziumnitridschicht abgeschieden wird, daß die Oberfläche der Siliziumnitridschicht durch einen Oxidationsprozeß in eine Siliziumoxidschicht umgewandelt wird, und daß die so gewonnene Siliziumoxidschicht (4) mit der anderen Siliziumplatte verbunden wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer plate ( 100 ) is created by connecting a first silicon plate and a second silicon plate to one another, wherein a silicon nitride layer is deposited on at least one of the silicon plates, that the surface of the silicon nitride layer by an oxidation process is converted into a silicon oxide layer, and the silicon oxide layer ( 4 ) thus obtained is connected to the other silicon plate. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abscheiden der Siliziumnitridschicht (5) eine Siliziumoxidschicht (6) erzeugt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that a silicon oxide layer ( 6 ) is generated before the deposition of the silicon nitride layer ( 5 ). 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verbinden eine der Siliziumplatten in ihrer Dicke verringert wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that after connecting one of the silicon plates in your Thickness is reduced.
DE1997101843 1997-01-21 1997-01-21 Micromechanical structure formation method Expired - Fee Related DE19701843C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1997101843 DE19701843C1 (en) 1997-01-21 1997-01-21 Micromechanical structure formation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1997101843 DE19701843C1 (en) 1997-01-21 1997-01-21 Micromechanical structure formation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19701843C1 true DE19701843C1 (en) 1998-04-30

Family

ID=7817843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1997101843 Expired - Fee Related DE19701843C1 (en) 1997-01-21 1997-01-21 Micromechanical structure formation method

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19701843C1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4315012A1 (en) * 1993-05-06 1994-11-10 Bosch Gmbh Robert Method for producing sensors, and sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4315012A1 (en) * 1993-05-06 1994-11-10 Bosch Gmbh Robert Method for producing sensors, and sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4315012B4 (en) Method for producing sensors and sensor
DE19632060B4 (en) Method for producing a rotation rate sensor
DE10065013B4 (en) Method for producing a micromechanical component
DE69305955T2 (en) ACCELERATION SENSOR AND ITS PRODUCTION
DE10063991B4 (en) Process for the production of micromechanical components
DE69838970T2 (en) Selective transfer process of a microstructure, formed on initial substrate, on a final substrate
DE102004015237B4 (en) Sensor with projection and method for its production
DE10219398B4 (en) Manufacturing method for a trench arrangement with trenches of different depths in a semiconductor substrate
WO1997004319A1 (en) Method of producing acceleration sensors
WO2007068590A1 (en) Micromechanical component and production method
DE102020108433B4 (en) Device with a membrane and method of manufacture
DE102020214925A1 (en) Method of fabricating a single cavity polysilicon SOI substrate
WO2022078771A1 (en) Method for producing a micromechanical component for a sensor device or microphone device
DE102019210285A1 (en) Creating a buried cavity in a semiconductor substrate
DE10196677B4 (en) Electrode structure and method of manufacturing a thin-film structural body
DE19701843C1 (en) Micromechanical structure formation method
EP1360143B1 (en) Method for producing surface micromechanical structures, and sensor
EP1071981B1 (en) Method for producing large-surface membrane masks
DE19820758C1 (en) Manufacturing process for micromechanical components
WO2006063885A1 (en) Method for producing a trench in a microstructure
DE102009026639B4 (en) Process for fabricating an electromechanical microstructure
DE102020210597A1 (en) Method for manufacturing a microelectromechanical structure and microelectromechanical structure
DE4336774A1 (en) Method for producing structures
DE19847305B4 (en) Manufacturing method for a micromechanical device
DE10196643B4 (en) Manufacturing method for a thin-film structural body

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee