DE19829609A1 - Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems sowie ein Mikrosystem - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems sowie ein Mikrosystem

Info

Publication number
DE19829609A1
DE19829609A1 DE1998129609 DE19829609A DE19829609A1 DE 19829609 A1 DE19829609 A1 DE 19829609A1 DE 1998129609 DE1998129609 DE 1998129609 DE 19829609 A DE19829609 A DE 19829609A DE 19829609 A1 DE19829609 A1 DE 19829609A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
integrated circuit
micromechanical
micromechanical structure
semiconductor substrate
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.)
Granted
Application number
DE1998129609
Other languages
English (en)
Other versions
DE19829609B4 (de
Inventor
Klaus Heyers
Bernhard Elsner
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 DE1998129609 priority Critical patent/DE19829609B4/de
Publication of DE19829609A1 publication Critical patent/DE19829609A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19829609B4 publication Critical patent/DE19829609B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0688Integrated circuits having a three-dimensional layout
    • 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
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00222Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C1/00246Monolithic integration, i.e. micromechanical structure and electronic processing unit are integrated on the same substrate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00Forming microstructural systems
    • B81C2203/07Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C2203/0707Monolithic integration, i.e. the electronic processing unit is formed on or in the same substrate as the micromechanical structure
    • B81C2203/0735Post-CMOS, i.e. forming the micromechanical structure after the CMOS circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems mit einer in einem Halbleitersubstrat strukturierten integrierten Schaltung und wenigstens einer mikromechanischen Struktur, die feste und/oder bewegliche Elemente umfaßt, und die wenigstens eine mikromechanische Struktur aus einem Schichtaufbau aus Halbleitermaterialien erzeugt wird. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß die wenigstens eine mikromechanische Struktur (30) nachträglich auf das die fertig prozessierte integrierte Schaltung (16) aufweisende Halbleitersubstrate (18) strukturiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems mit einer in einem Halbleiter­ substrat strukturierten, integrierten Schaltung und wenigstens einer mikromechanischen Struktur mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen, sowie ein Mikrosystem mit den im Oberbegriff des An­ spruchs 14 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Mikrosysteme der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese weisen üblicherweise eine in einem Halbleiter­ substrat angelegte integrierte Schaltung sowie wenig­ stens eine mikromechanische Struktur, die feste und/oder bewegliche Elemente umfassen kann, auf. Be­ kannt ist, Elemente der mikromechanischen Struktur gegebenenfalls elektrisch mit der integrierten Schal­ tung zu verbinden, so daß zwischen der integrierten Schaltung und der mikromechanischen Struktur eine elektrisch leitende Verbindung besteht, die eine Ein­ bindung der integrierten Schaltung in eine Ansteuer­ schaltung und/oder Auswerteschaltung für die mikro­ mechanische Struktur gestattet.
Um ein derartiges Mikrosystem zu erhalten, sind ver­ schiedene Herstellungsverfahren bekannt. So werden beispielsweise das Halbleitersubstrat mit der inte­ grierten Schaltung und die mikromechanische Struktur auf zwei separaten Chips hergestellt, die anschlie­ ßend gefügt und mittels Drahtbondtechnik elektrisch leitend verbunden werden. Bekannt ist ferner ein Ver­ fahren, bei dem die mikromechanische Struktur unmit­ telbar auf das die integrierte Schaltung aufweisende Halbleitersubstrat aufgebracht wird. Hierbei werden die festen und/oder beweglichen Elemente der mikro­ mechanischen Struktur mittels galvanischer Metallab­ scheidung in einer Polymermaske aufgebracht. Hier­ durch ist für mikromechanische Strukturen kein zu­ sätzlicher Flächenbedarf auf dem Chip erforderlich, und die Prozesse zur Erzeugung der integrierten Schaltung und der mikromechanischen Struktur können unabhängig voneinander realisiert werden. Jedoch ist nachteilig, daß durch die Verfahren von Metallstruk­ turen untypische Prozesse der Halbleitertechnologie, wie beispielsweise Galvanik, Sputterdeposition auf Polymerschichten erforderlich sind. Darüber hinaus führt das Fügen von relativ dicken Metallstrukturen (mikromechanische Strukturen) und Halbleitermateria­ lien (integrierte Schaltungen) aufgrund ihrer deut­ lich unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffi­ zienten zu starken thermischen Verspannungen, die ei­ ne fehlerfreie Funktion des Mikrosystems beeinträch­ tigen können.
Aus der DE 44 14 968 A1 ist ein Verfahren zur Her­ stellung eines Mikrosystems bekannt, bei dem sowohl die integrierte Schaltung als auch die mikromechani­ schen Strukturen mittels aus der Strukturierung von Halbleitermaterialien bekannten Verfahrensschritten erzeugt werden. Hierbei werden die mikromechanischen Strukturen und die integrierte Schaltung auf einem Halbleitersubstrat (Chip) parallel angelegt, so daß die Prozessierung der integrierten Schaltung mit der Prozessierung der mikromechanische Strukturen gekop­ pelt ist. Hierbei ist neben dem erhöhten Flächenbe­ darf, da die mikromechanischen Strukturen und die in­ tegrierten Schaltungen nebeneinander angelegt werden, ferner nachteilig, daß die Prozessierung der inte­ grierten Schaltung und die Prozessierung der mikro­ mechanischen Strukturen nicht unabhängig voneinander optimierbar sind, da diese miteinander verknüpft sind. So wird durch das quasi gleichzeitige bezie­ hungsweise parallele Prozessieren der integrierten Schaltung und der mikromechanischen Strukturen ein beiden Prozessierungen gerecht werdender Kompromiß notwendig.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß in einfacher Weise eine voneinander unabhängige Optimierung der Prozessierung der integrierten Schal­ tung und der mikromechanischen Strukturen möglich ist. Dadurch, daß die wenigstens eine mikromechani­ sche Struktur nachträglich auf das die fertig prozes­ sierte integrierte Schaltung aufweisende Halbleiter­ substrat strukturiert wird, können diese unabhängig voneinander erzeugt werden. Durch diese Unabhängig­ keit können, ohne Rücksicht auf die Prozessierung der integrierten Schaltung, beliebige mikromechanische Strukturen erzeugt werden. Die Prozessierung des ge­ samten Mikrosystems wird einfacher handhabbar, da dieses in zwei Teilprozessierungen aufgeteilt ist, die jeweils für sich optimierbar sind. Insbesondere läßt sich hierdurch eine höhere Ausbeute an prozes­ sierten Mikrosystemen erzielen, da durch die zwei Teilschritte die Handhabung der Prozesse vereinfacht wird. Ferner wird es möglich, einen Flächenbedarf des Mikrosystems zu reduzieren, da aufgrund der nachein­ anderfolgenden Prozessierung der integrierten Schal­ tung und des mikromechanischen Systems diese überein­ ander anordbar sind. Gegenüber den bekannten Prozes­ sen, bei denen die mikromechanischen Strukturen mit­ tels galvanischer Metallabscheidungen ebenfalls ober­ halb der integrierten Schaltungen erzeugbar sind, treten keine thermischen Ausdehnungsprobleme auf, da durch die Verwendung von Halbleitermaterialien, so­ wohl für die integrierte Schaltung als auch für die mikromechanischen Strukturen, die thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten der integrierten Schaltung und der mikromechanischen Strukturen im wesentlichen gleich sind.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß auf den die integrierte Schaltung aufwei­ senden Halbleitersubstraten wenigstens eine Kontakt­ metallisierung aufgebracht wird, über die die elek­ trische Verbindung zwischen der integrierten Schal­ tung und der mikromechanischen Struktur erfolgt. Hierdurch lassen sich in einfacher Weise definierte Anschlußpunkte zwischen der integrierten Schaltung und der mikromechanischen Struktur erzeugen, die durch die nachfolgende Strukturierung der mikromecha­ nischen Strukturen in diese zur elektrischen Kontak­ tierung mit eingebunden werden können. Die rage der wenigstens einen Kontaktmetallisierung kann gleich­ zeitig zur justierten Erzeugung der mikromechanische Strukturen auf dem die integrierte Schaltung aufwei­ senden Halbleitersubstrat herangezogen werden.
Ferner ist bevorzugt, daß die mikromechanischen Strukturen durch Aufbringen einer Opferschicht und nachfolgendem Erzeugen wenigstens einer Polysilizium­ schicht erzeugt werden, wobei die Opferschicht zumin­ dest bereichsweise unterhalb der wenigstens einen Po­ lysiliziumschicht entfernbar ist, so daß bewegliche mikromechanische Strukturen entstehen. Diese Prozesse sind an sich bekannt und in einfacher Weise in einer Massenproduktion und somit kostengünstig beherrsch­ bar. Insbesondere ist bevorzugt, daß auf die Opfer­ schicht hochdotiertes amorphes Silizium abgeschieden wird, das vorzugsweise mittels einer Plasmaabschei­ dung aufgebracht wird und anschließend mittels einer Laserbestrahlung eine Rekristallisierung und eine elektrische Leitfähigkeit eingestellt wird. Hierdurch läßt sich insbesondere durch Einstellung von Parame­ tern der Laserbestrahlung, insbesondere einer Re­ strahlungszeit, Bestrahlungsintensität, Bestrahlungs­ wellenhöhe die elektrische Leitfähigkeit von Berei­ chen der mikromechanischen Struktur exakt einstellen, ohne daß eine Beeinträchtigung der bereits prozes­ sierten integrierten Schaltung erfolgt.
Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zur Erzeugung mehrlagiger mikromecha­ nischer Strukturen in aufeinanderfolgenden Prozeß­ schritten wenigstens zwei Schichten aus amorphem Si­ lizium aufgebracht werden, die jeweils einer Laserbe­ strahlung unterzogen werden. Hierdurch lassen sich vorteilhafterweise mehrlagige, beispielsweise dreidi­ mensionale mikromechanische Strukturen erzeugen, wo­ bei durch die nacheinanderfolgende Prozessierung die einzelnen Schichten dieser Strukturen unterschiedli­ che Eigenschaften, beispielsweise unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten, eine unterschiedliche mechanische Spannung oder dergleichen aufweisen kön­ nen. Dies erfolgt vorzugsweise durch Wahl unter­ schiedlicher Halbleitermaterialien für die einzelnen Schichten und/oder unterschiedlicher Dotierstoffkon­ zentrationen während der Abscheidung der einzelnen Schichten und/oder einer unterschiedlichen Parameter­ wahl bei der Laserbehandlung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Mikrosystem mit den im Anspruch 14 genannten Merkmalen. Dieses bietet den Vorteil, daß aufgrund gleicher Prozessierungsschritte bei der nacheinanderfolgenden Herstellung der inte­ grierten Schaltung und der wenigstens einen mikrome­ chanischen Struktur, ein lediglich geringer Platzbe­ darf auf einem Halbleitersubstrat notwendig ist und durch die gleichen Materialeigenschaften sich die Einsatzmöglichkeiten eines derartigen Mikrosystems, beispielsweise auch in temperaturbelasteten Berei­ chen, verbessern. Infolge der im wesentlichen glei­ chen Temperaturausdehnungskoeffizienten des die inte­ grierte Schaltung aufweisenden Halbleitersubstrats sowie die darauf angeordneten mikromechanische Struk­ turen können diese auch in relativ hochtemperaturbe­ lasteten Bereichen, beispielsweise in Kraftfahrzeu­ gen, eingesetzt werden.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie­ len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Mikrosystem in einer ersten Ausfüh­ rungsvariante und
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Mikrosystem in einer zweiten Ausfüh­ rungsvariante.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Mi­ krosystem schematisch dargestellt. Das Mikrosystem 10 umfaßt einen Elektronikteil 12 sowie einen Mechanik­ teil 14. Der Elektronikteil 12 umfaßt eine inte­ grierte Schaltung 16, die auf einem Halbleitersub­ strat 18 strukturiert ist. Die Strukturierung der in­ tegrierten Schaltung 16 kann beispielsweise mittels eines MOS-Prozesses, insbesondere mittels eines CMOS- Prozesses erfolgen. Hierdurch lassen sich bekannter­ maßen digitale und gemischt analog/digitale Schaltun­ gen erzeugen, die sich durch eine hohe Packungsdichte auszeichnen. Die integrierte Schaltung 16 besitzt beispielsweise einen Eingangstransistor, dessen Sour­ ce mit S, dessen Drain mit D und dessen Gate mit G bezeichnet ist. Dieser Eingangstransistor dient der Ankopplung des Mechanikteiles 14 an den Elektronik­ teil 12. Hierzu ist die Source S mit einer Kontakt­ metallisierung 20 verbunden. Die Verfahrensschritte der Herstellung der integrierten Schaltung 16 sind allgemein bekannt, so daß im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Bei der Strukturierung der integrierten Schal­ tung 16 ist die Kontaktmetallisierung 20 so anzuord­ nen, daß eine spätere Kontaktierung mit dem Mechanik­ teil 14 erfolgen kann.
Zur Herstellung des Mikrosystems 10 wird auf den fer­ tigprozessierten Elektronikteil 12 eine Opferschicht 22 abgeschieden. Die Opferschicht 22 besteht bei­ spielsweise aus Siliziumoxid SiO2. Die Opferschicht 22 wird in einem Layout aufgebracht, das im Bereich der Kontaktmetallisierung 20 eine Maskenöffnung auf­ weist, so daß die Kontaktmetallisierung 20 nicht mit der Opferschicht 22 bedeckt ist. Die Opferschicht 22 kann beispielsweise als Plasmaoxid mittels einer APCVD(atmospheric pressure chemical vapor deposi­ tion) -Abscheidung aufgebracht werden. Nach einem an­ deren Ausführungsbeispiel kann die Opferschicht 22 durch Aufschleudern einer flüssigen Oxidschicht (spin-on-glas) aufgebracht werden. Bei beiden mögli­ chen Verfahren treten Prozeßtemperaturen auf, die circa 400°C nicht überschreiten, so daß der bereits prozessierte Elektronikteil 12 keine negative thermi­ sche Beeinflussung erfährt.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird auf die Op­ ferschicht 22 eine Schicht 24 aus einem hochdodier­ ten, amorphen Silizium aufgebracht. Dies erfolgt bei­ spielsweise mittels einer Plasmaabscheidung bei einer Temperatur von kleiner 400°C, so daß wiederum eine thermische Beeinträchtigung des Elektronikteils 12 ausgeschlossen ist. Da im Bereich der Kontaktmetalli­ sierung 20 keine Opferschicht 22 angelegt wurde, wird die Siliziumschicht 24 im Bereich der Kontaktmetalli­ sierung 20 bis zu dieser abgeschieden.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird die hochdo­ tierte, amorphe Siliziumschicht 24 einer hier ange­ deuteten Laserbehandlung 26 unterzogen. Die Laserbe­ handlung 26 erfolgt mit wählbaren Prozeßparametern, die insbesondere die Einstellung einer Intensität des Laserlichtes und einer Behandlungsdauer sowie die Wahl einer Wellenlänge des verwendeten Laserlichtes betreffen. Bekanntermaßen erfolgt mittels der Laser­ behandlung 26 von hochdotierten, amorphen Silizium 24 eine Rekristallisierung innerhalb der Siliziumschicht 24, so daß diese in eine Polysiliziumschicht umgewan­ delt wird. Durch die Laserbehandlung 26 wird oberflä­ chennah durch Photonenabsorption eine hohe Energie­ dichte eingekoppelt, die das amorphe Silizium ober­ flächlich aufschmilzt und hierbei mittels Flüssigpha­ senabscheidung ein Kornwachstum stattfindet, das zu der polykristallinen Struktur der Schicht 24 führt. Gleichzeitig erfolgt eine Aktivierung der Dotierungs­ stoffe innerhalb der Schicht 24, so daß diese eine hohe elektrische Leitfähigkeit erhält. Über die dann elektrisch leitfähige Siliziumschicht 24 erfolgt eine Ankopplung an die integrierte Schaltung 16, da die Schicht 24 mit der Kontaktmetallisierung 20 elek­ trisch leitend verbunden ist. Die Laserbehandlung 22 erfolgt beispielsweise mit einem Licht mit einer Wel­ lenlänge λ von 308 nm, einer Pulszeit tp von 50 ns. Hierdurch wird eine Oberflächentemperatur auf der Si­ liziumschicht 24 von größer 1400°C erreicht, die zur Einkopplung der hohen Energiedichte notwendig ist. Das Halbleitersubstrat 18 und somit die integrierte Schaltung 16 wird hierbei mit einer Temperatur von kleiner 250°C belastet, so daß negative thermische Auswirkungen auf die integrierte Schaltung 16 ausge­ schlossen sind.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird die Oberflä­ che 28 der nun polykristallinen Siliziumschicht 24 geglättet, beispielsweise mittels eines chemisch-me­ chanischen Polierens, mit dem sich völlig plane Ober­ flächen erreichen lassen. Nachfolgend wird in der polykristallinen Siliziumschicht 24 wenigstens eine mi­ kromechanische Struktur 30 erzeugt (gestrichelt ange­ deutet). Die Strukturen 30 lassen sich mittels be­ kannter anisotroper Silizium-Ätzungsverfahren erzie­ len, bei denen nach entsprechender Maskierung Trench­ gräben oder dergleichen aus der polykristallinen Si­ liziumschicht 24 herausgelöst werden können. Die aus Siliziumoxid bestehende Opferschicht 22 dient hierbei als Ätzstop und schützt somit die integrierte Schal­ tung 16. Nach erfolgter Strukturierung der mikrome­ chanischen Strukturen 30 wird die Opferoxidschicht 22 durch isotropes naßchemisches Ätzen entfernt. Hier­ durch werden zwischen der polykristallinen Silizium­ schicht 24 und der integrierten Schaltung 16 Frei­ räume erzielt, die eine bewegliche Anordnung von mi­ kromechanischen Strukturen 30 über dem Elektronikteil 12 des Mikrosystems 10 gestatten. Derartig beweglich angeordnete mikromechanische Strukturen 30 werden beispielsweise als Sensoren oder Aktoren eingesetzt. Durch die elektrische Leitfähigkeit der polykri­ stallinen Siliziumschicht 24 und somit der mikrome­ chanischen Strukturen 30 und deren Ankopplung an die integrierte Schaltung 16 über die Kontaktmetallisie­ rung 20 können diese in eine Ansteuer- und/oder Aus­ werteschaltung des Mikrosystems 10 einbezogen werden. Beispielsweise bei elektrostatisch antreibbaren mi­ kromechanischen Strukturen 30 oder kapazitiven Aus­ wertemitteln, bei denen die mikromechanischen Struk­ turen 30 mit der Oberfläche der integrierten Schal­ tung 16 eine Kapazität bilden, lassen sich inte­ grierte Mikrosysteme 10 erzielen.
Anhand des Ausführungsbeispieles wird deutlich, daß nach Abschluß der Prozessierung des Elektronikteils, das heißt der integrierten Schaltung 16, der Mecha­ nikteil 14 ebenfalls mittels Verfahrensschritte der Silizium-Halbleitertechnologie strukturiert wird. Der Mechanikteil 14 wird quasi dem Elektronikteil 12 auf­ gesetzt, so daß durch diese additive Technik kein zu­ sätzlicher Flächenbedarf für den Mechanikteil 14 be­ steht. Insbesondere kann die Erzeugung des Mechanik­ teils 14 vollkommen unabhängig von der Prozessierung des Elektronikteils 12 erfolgen, wobei lediglich an geeigneter Stelle die wenigstens eine Kontaktmetalli­ sierung 20 vorzusehen ist. Elektronikteil 12 und Me­ chanikteil 14 lassen sich so unabhängig voneinander optimieren, wobei insbesondere die einzelnen Prozeß­ schritte an die gewünschten Eigenschaften des Elek­ tronikteils 12 und des Mechanikteils 14 angepaßt wer­ den können, ohne daß auf den jeweils anderen Teil Rücksicht zu nehmen wäre. Durch die Verwendung von Halbleitermaterialien für den Mechanikteil weist die­ ser einen im wesentlichen gleichen thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten wie der Elektronikteil 12 auf, so daß sich negative mechanische Einflüsse zwischen dem Elektronikteil 12 und dem Mechanikteil 14 nahezu ausgeschlossen sind. Insbesondere, wenn der Mechanik­ teil 14 als bewegliche Strukturen 30 Membranen um­ faßt, beispielsweise bei Drucksensoren, oder seismi­ sche Massen, bei Beschleunigungssensoren, ist eine Eliminierung mechanischer Einflüsse zwischen dem Elektronikteil 12 und dem Mechanikteil 14 eminent wichtig.
In der Fig. 2 ist ein Mikrosystem 10 in einem weite­ ren Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert sind. Das Mikrosystem 10 gemäß Fig. 2 baut auf dem anhand von Fig. 1 be­ schriebenen Mikrosystem 10 auf. Zusätzlich sind auf die Siliziumschicht 24, nachdem diese rekristalli­ siert, poliert und strukturiert wurde, weitere Sili­ ziumschichten 32 und 34 aufgebracht. Die Schichten 32 und 34 werden ebenfalls als hochdotierte, amorphe Si­ liziumschichten aufgebracht und analog zu dem in Fig. 1 erläuterten Verfahren rekristallisiert, poliert und strukturiert. Hierbei kann eine Schichtdicke der Siliziumschichten 24, 32 und 34 unterschiedlich ge­ wählt sein. Ferner kann gleichzeitig eine Dotier­ stoffkonzentration in den Schichten 24, 32 und 34 un­ terschiedlich sein. Schließlich ist auch die Laserbe­ handlung zur Rekristallisation der Siliziumschichten 24, 32 oder 34 mit unterschiedlichen Parametern durchführbar. Durch die zur Verfügung stehenden Kom­ binationsmöglichkeiten können so mehrlagige mikrome­ chanische Strukturen 30 erzeugt werden. Insbesondere durch unterschiedliche Strukturierung der mikromecha­ nischen Strukturen 30 in den Siliziumschichten 24, 32 und 34 lassen sich dreidimensionale Strukturen, bei­ spielsweise Aktuatoren, Motoren, smart mechanical tools, in einfacher Weise mittels Verfahren der Sili­ zium-Halbleitertechnologie erzielen. Über die Dotier­ stoffkonzentration kann eine elektrische Leitfähig­ keit zwischen den einzelnen Schichten 24, 32 und 34 eingestellt beziehungsweise gegebenenfalls verhindert werden. In den Schichten 24, 32 und 34 sind jeweils nur schematisch unterschiedlich strukturierte mikro­ mechanische Strukturen 30 angedeutet, die jeweils durch separates anisotropes Ätzen der einzelnen Schichten 24, 32 und 34 in ihrer Geometrie und Dimen­ sionierung auslegbar sind. Insbesondere können auch durch eine unterschiedliche Schichtdicke und/oder ei­ ne unterschiedliche Dotierstoffkonzentration in den Schichten 24, 32 und 34 eine gezielte Beeinflussung des mechanischen Spannungszustandes des Mechanikteils 14 erfolgen. So läßt sich beispielsweise eine mecha­ nische Vorspannung von beweglich angeordneten mikro­ mechanischen Strukturen 30 erzielen.
Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. So sind einerseits auch Mechanikteile 14 mit zwei oder mehr als drei nacheinander abgeschiedenen Silizium­ schichten 24, 32 und 34 möglich. Ferner kann ein Mi­ krosystem 10 mehrere unabhängig voneinander zusammen­ wirkende integrierte Schaltungen 16 und mikromechani­ sche Strukturen 30 aufweisen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems mit einer in einem Halbleitersubstrat strukturierten in­ tegrierten Schaltung und wenigstens einer mikromecha­ nischen Struktur, die feste und/oder bewegliche Ele­ mente umfaßt, und die wenigstens eine mikromechani­ sche Struktur aus einem Schichtaufbau aus Halbleiter­ materialien erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine mikromechanische Struktur (30) nachträglich auf das die fertig prozessierte inte­ grierte Schaltung (16) aufweisende Halbleitersubstrat (18) strukturiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine mikromechanische Struktur we­ nigstens eine elektrisch leitende Verbindung zu dem Halbleitersubstrat erhält.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem die integrierte Schaltung (16) aufweisenden Halbleitersubstrat (18) wenigstens eine Kontaktmetallisierung (20) aufge­ bracht wird, über die die elektrische Verbindung zwi­ schen der integrierten Schaltung (16) und der mikro­ mechanischen Struktur (30) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Halbleitersub­ strat (18) eine Opferschicht (22) aufgebracht wird, auf die wenigstens eine Polysiliziumschicht (24, 32, 34) abgeschieden wird, wobei die Opferschicht (22) zur Erzeugung beweglicher Elemente der mikromechani­ schen Struktur (30) zumindest teilweise unterhalb der Polysiliziumschicht (24) entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Opferschicht (22) ei­ ne Siliziumoxid-Schicht abgeschieden wird, die durch naßchemisches isotropes Ätzen teilweise entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumoxid-Schicht durch Plasmaoxid-Abscheidung aufgebracht wird oder als Spin-on-Glas.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Opferschicht (22) wenigstens eine Schicht (24, 32, 34) von hochdotier­ tem, amorphen Silizium abgeschieden wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schicht (24, 32, 34) aus amorphem Silizium durch Plasmaabscheidung aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schicht (24, 32, 34) des amorphen Siliziums einer La­ serbehandlung (26) unterzogen wird, um eine Rekri­ stallisierung und/oder elektrische Leitfähigkeit der Schicht (24, 32, 34) zu erzeugen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der laserbehandelten Schichten (24, 32, 34) die mi­ kromechanischen Strukturen (30) strukturiert werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehr­ lagiger mikromechanischer Strukturen in aufeinander­ folgenden Prozeßschritten wenigstens zwei Schichten (24, 32, 34) aus amorphem Silizium aufgebracht wer­ den, die jeweils einer Laserbehandlung (26) unterzo­ gen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schichten (24, 32, 34) aus amorphem Si­ lizium mit unterschiedlicher Schichtdicke und/oder unterschiedlicher Dotierstoffkonzentration aufge­ bracht werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (24, 32, 34) vor und/oder nach der Laserbehandlung (26) und/oder vor und/oder nach der Strukturierung der mi­ kromechanischen Strukturen (30) geglättet, insbeson­ dere chemisch-mechanisch poliert werden.
14. Mikrosystem mit einer in einem Halbleitersubstrat strukturierten integrierten Schaltung und wenigstens einer mikromechanischen Struktur, wobei die wenig­ stens eine mikromechanische Struktur mit der inte­ grierten Schaltung elektrisch leitend verbunden ist und oberhalb der integrierten Schaltung auf einem ge­ meinsamen Substrat angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wenigstens eine mikromechanische Struktur (30) aus nachträglich auf das Halbleitersub­ strat (18) aufgebrachten und entsprechend eines ge­ wünschten Designs der mikromechanischen Struktur (30) strukturierten Halbleitermaterialien (22, 24, 32, 34) besteht.
15. Mikrosystem nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die integrierte Schaltung eine Ansteu­ erschaltung und/oder Auswerteschaltung für die wenig­ stens eine mikromechanische Struktur (30) umfaßt.
DE1998129609 1998-07-02 1998-07-02 Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems Expired - Fee Related DE19829609B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998129609 DE19829609B4 (de) 1998-07-02 1998-07-02 Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998129609 DE19829609B4 (de) 1998-07-02 1998-07-02 Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19829609A1 true DE19829609A1 (de) 2000-01-05
DE19829609B4 DE19829609B4 (de) 2008-04-30

Family

ID=7872778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1998129609 Expired - Fee Related DE19829609B4 (de) 1998-07-02 1998-07-02 Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19829609B4 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10042945A1 (de) * 2000-08-31 2002-03-28 Siemens Ag Bauelement für Sensoren mit integrierter Elektronik und Verfahren zu seiner Herstellung, sowie Sensor mit integrierter Elektronik
WO2002033469A2 (en) * 2000-10-19 2002-04-25 Axsun Technologies, Inc. Fabrication process for polysilicon deflectable membrane
WO2003010086A2 (en) * 2001-07-23 2003-02-06 Motorola, Inc. Microelectromechanical system devices integrated with semiconductor structures
EP1452481A2 (de) * 2003-02-07 2004-09-01 Dalsa Semiconductor Inc. Herstellung von verbesserten Silizium-basierten MEMS-Vorrichtungen
EP1509946A1 (de) * 2002-05-28 2005-03-02 Silicon Light Machines Corporation Treiberintegrations-prozessfluss
EP1837304A2 (de) * 2006-03-20 2007-09-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Mikromaschine mit einer mechanischen Struktur verbunden mit einem elektrischen Schaltkreis und dessen Herstellungsverfahren

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5938621A (ja) * 1982-08-27 1984-03-02 Nissan Motor Co Ltd 振動分析装置
DE4332843C2 (de) * 1993-09-27 1997-04-24 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung und mikromechanische Vorrichtung
DE4414968A1 (de) * 1994-04-28 1995-11-02 Siemens Ag Mikrosystem mit integrierter Schaltung und mikromechanischem Bauteil und Herstellverfahren
DE4414970C2 (de) * 1994-04-28 1996-02-22 Siemens Ag Mikromechanisches Bauteil mit einem Schaltelement als beweglicher Struktur, Mikrosystem und Herstellverfahren
DE4418163B4 (de) * 1994-05-25 2007-04-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Strukturen
DE19643893A1 (de) * 1996-10-30 1998-05-07 Siemens Ag Ultraschallwandler in Oberflächen-Mikromechanik

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10042945A1 (de) * 2000-08-31 2002-03-28 Siemens Ag Bauelement für Sensoren mit integrierter Elektronik und Verfahren zu seiner Herstellung, sowie Sensor mit integrierter Elektronik
WO2002033469A2 (en) * 2000-10-19 2002-04-25 Axsun Technologies, Inc. Fabrication process for polysilicon deflectable membrane
WO2002033469A3 (en) * 2000-10-19 2003-03-20 Axsun Tech Inc Fabrication process for polysilicon deflectable membrane
WO2003010086A2 (en) * 2001-07-23 2003-02-06 Motorola, Inc. Microelectromechanical system devices integrated with semiconductor structures
WO2003010086A3 (en) * 2001-07-23 2003-12-18 Motorola Inc Microelectromechanical system devices integrated with semiconductor structures
EP1509946A1 (de) * 2002-05-28 2005-03-02 Silicon Light Machines Corporation Treiberintegrations-prozessfluss
EP1509946A4 (de) * 2002-05-28 2010-08-18 Silicon Light Machines Corp Treiberintegrations-prozessfluss
EP1452481A2 (de) * 2003-02-07 2004-09-01 Dalsa Semiconductor Inc. Herstellung von verbesserten Silizium-basierten MEMS-Vorrichtungen
EP1452481A3 (de) * 2003-02-07 2005-10-12 Dalsa Semiconductor Inc. Herstellung von verbesserten Silizium-basierten MEMS-Vorrichtungen
EP1837304A2 (de) * 2006-03-20 2007-09-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Mikromaschine mit einer mechanischen Struktur verbunden mit einem elektrischen Schaltkreis und dessen Herstellungsverfahren
EP1837304A3 (de) * 2006-03-20 2012-04-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Mikromaschine mit einer mechanischen Struktur verbunden mit einem elektrischen Schaltkreis und dessen Herstellungsverfahren
US8470695B2 (en) 2006-03-20 2013-06-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing micromachine having spatial portion within
US8884384B2 (en) 2006-03-20 2014-11-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Micromachine and method for manufacturing the same
US9487390B2 (en) 2006-03-20 2016-11-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Micromachine and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
DE19829609B4 (de) 2008-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4433330C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterstrukturen mit vorteilhaften Hochfrequenzeigenschaften sowie eine Halbleiterwaferstruktur
EP0703619B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen integrierten Schaltung unter Erreichung hoher Systemausbeuten
EP0739540B1 (de) Verfahren zur herstellung einer dreidimensionalen schaltungsanordnung
EP1274648B1 (de) Mikromechanisches bauelement und entsprechendes herstellungsverfahren
DE69305955T2 (de) Beschleunigungssensor und seine herstellung
DE10104868A1 (de) Mikromechanisches Bauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements
DE10256346A1 (de) Halbleiterbauelement mit MIM-Kondensator und Herstellungsverfahren
DE60037599T2 (de) Herstellungsverfahren für halbleiteranordnung mit reduzierter signalwegverzögerungszeit
DE19829609A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Mikrosystems sowie ein Mikrosystem
DE19817311A1 (de) Herstellungsverfahren für mikromechanisches Bauelement
EP0062725B1 (de) Verfahren zum Herstellen eines integrierten Planartransistors
DE10350038A1 (de) Verfahren zum anodischen Bonden von Wafern und Vorrichtung
DE10144847A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Membran
DE19719909A1 (de) Zweifaches Damaszierverfahren
DE2703618A1 (de) Verfahren zur herstellung einer integrierten halbleiterschaltung
DE19918671B4 (de) Vertikal integrierbare Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE19851055C2 (de) Verfahren zur Herstellung von monolithisch integrierten Sensoren
DE10239218A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung und deren Aufbau
DE10058864A1 (de) Mikromechanikstruktur für integrierte Sensoranordnungen und Verfahren zur Herstellung einer Mikromechanikstruktur
DE19710375C2 (de) Verfahren zum Herstellen von räumlich strukturierten Bauteilen
EP2150488A2 (de) Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauelements mit auffüllschicht und maskenschicht
DE10359217A1 (de) Elektrische Durchkontaktierung von HL-Chips
DE19904571C1 (de) Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltungsanordnung aus zwei Substraten, wobei die Schaltungsstrukturen des Substrate exakt gegeneinander ausgerichtet sind
EP0984490A1 (de) Verfahren zur Erzeugung strukturierter Materialschichten
DE4332653C1 (de) Monolithisch integriertes Halbleiterelement, dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterelementes

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: B81C 100

8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee