DE19835050A1

DE19835050A1 - Micromechanical component, e.g. an acceleration or revolution speed sensor, is produced by local sacrificial oxide etching while leaving a reserve region which is removed during subsequent partial substrate removal

Info

Publication number: DE19835050A1
Application number: DE1998135050
Authority: DE
Inventors: Franz Laermer; Wilhelm Frey; Hans Artmann; Alexandra Splinter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-02-10

Abstract

A micromechanical component production process, in which a reserve region is left during local sacrificial oxide layer etching but is removed during subsequent partial substrate removal, is new. Production of a micromechanical component, having a mobile surface structure spaced from an underlying silicon substrate (10), comprises: (a) locally etching a sacrificial oxide layer (12) to form the space, while leaving a reserve region; and (b) removing a substrate region below free sections of the surface structure, together with the reserve region.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mikromechanischer Bauelemente mit wenigstens einer mikromechanischen Oberflächenstruktur, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a method for manufacturing micromechanical components with at least one micromechanical surface structure with which in The preamble of claim 1 mentioned features.

State of the art

Es ist bekannt, oberflächen-mikromechanische Bauele mente in einer sogenannten Mehrlagentechnik herzu stellen, wobei beispielsweise auf einem Siliziumsub strat zunächst eine Siliziumoxidschicht aufgebracht wird, auf die eine Polysiliziumschicht abgeschieden wird. Um eine mikromechanische Oberflächenstruktur zu erhalten, wird die Siliziumoxidschicht unterhalb der aufgewachsenen Polysiliziumschicht bereichsweise als Opferoxidschicht weggeätzt. Hierdurch können beweg lich angeordnete Oberflächenstrukturen, beispielswei se seismische Massen von Beschleunigungssensoren, er halten werden. Um diese Oberflächenstrukturen in elektrische Auswerteschaltungen einbinden zu können, ist bekannt, zwischen der Polysiliziumschicht und der Oxidschicht zumindest bereichsweise eine weitere Po lysiliziumschicht abzuscheiden, die der elektrischen Kontaktierung der mikromechanischen Oberflächenstruk tur dient.It is known surface micromechanical components elements in a so-called multi-layer technique ask, for example on a silicon sub strat first applied a silicon oxide layer is deposited on the polysilicon layer becomes. To create a micromechanical surface structure obtained, the silicon oxide layer is below the grown polysilicon layer in some areas as Sacrificial oxide layer etched away. This can move Lich arranged surface structures, for example se seismic masses of accelerometers, he will hold. To these surface structures in to be able to integrate electrical evaluation circuits, is known between the polysilicon layer and the Oxide layer at least in some areas another Po deposit the silicon layer that of the electrical Contacting the micromechanical surface structure serves.

Bei den bekannten Verfahren ist nachteilig, daß die als Opferoxidschicht dienende Siliziumoxidschicht nur in relativ geringer Schichtstärke zuverlässig erzeug bar ist. Diese Schichtstärke der Opferoxidschicht be stimmt gleichzeitig den Abstand (Freiraum) zwischen der mikromechanischen Oberflächenstruktur und dem darunter angeordneten Siliziumsubstrat. Entsprechend diesem Abstand ist eine maximale druckabhängige Schwingungsgüte der mikromechanischen Oberflächen struktur gegeben. Eine insbesondere bei seismischen Massen von oszillierenden Strukturen wie zum Beispiel Drehratensensoren gewünschte große Güte, das heißt geringe Dämpfung von schwingenden Systemen zu errei chen, ist somit nicht realisierbar.A disadvantage of the known methods is that the silicon oxide layer serving as sacrificial oxide layer only reliably produce in a relatively thin layer is cash. This layer thickness of the sacrificial oxide layer be also adjusts the distance (free space) between the micromechanical surface structure and the silicon substrate arranged underneath. Corresponding this distance is a maximum pressure dependent Vibration quality of the micromechanical surfaces given structure. One especially with seismic Masses of oscillating structures such as Yaw rate sensors desired high quality, that is to achieve low damping of vibrating systems Chen is therefore not feasible.

Aus der DE 43 31 798 ist ein Verfahren zur Herstel lung von mikromechanischen Bauelementen bekannt, bei dem aus einem mehrlagigen Siliziumsubstrat durch be reichsweise unterschiedliche Dotierungen der jagen des Siliziumsubstrats und anschließender Anodisierung mikromechanischer Oberflächenstrukturen durch teil weise Unterätzung erzeugt werden. Entsprechend der gewählten Dotierung der einzelnen Siliziumschichten kann in Abhängigkeit eines angelegten Anodisierungs potentials das Silizium in poröses Silizium umgewan delt und anschließend entfernt werden. Hierbei ist nachteilig, daß während des Herstellens des porösen Siliziums, beispielsweise durch Naßätzen in Fluß säure, die vorher strukturierten mikromechanischen Oberflächenstrukturen verkleben können, so daß diese ihre Beweglichkeit verlieren.DE 43 31 798 describes a method for the production development of micromechanical components known that from a multilayer silicon substrate by be abundant different endowments of the hunt of the silicon substrate and subsequent anodization micromechanical surface structures by part wise undercut. According to the selected doping of the individual silicon layers can depend on an anodization applied potentials converted the silicon into porous silicon delt and then removed. Here is disadvantageous that during the manufacture of the porous Silicon, for example by wet etching in river acid, the previously structured micromechanical Surface structures can stick, so that this lose their mobility.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß zum einen mikromechanische Bauelemente erzielbar sind, die ei nen relativ großen Abstand zwischen der mikromechani schen Oberflächenstruktur und dem Siliziumsubstrat aufweisen und bei denen zum anderen während der Er zielung des Freiraums zwischen der mikromechanischen Oberflächenstruktur und dem Siliziumsubstrat ein Kurzschließen der mikromechanischen Struktur mit dem Siliziumsubstrat verhindert wird. Dadurch, daß nach dem Opferoxidätzen das Siliziumsubstrat unterhalb freiliegender Abschnitte der mikromechanischen Ober flächenstrukturen teilweise entfernt wird, und während des Opferoxidätzens eines Freiraumes zwischen der Oberflächenstruktur und dem Siliziumsubstrat ein Reservebereich des Opferoxids nicht geätzt wird, der während des teilweisen Entfernens des Silizium substrats unterhalb der freiliegenden Abschnitte der mikromechanischen Oberflächenstrukturen mit entfernt wird, wird vorteilhaft erreicht, daß eine elektrisch leitfähige Anschlußschicht, insbesondere eine Poly siliziumschicht der mikromechanischen Oberflächen strukturen, über die diese in eine elektrische Schal tung eingebunden werden können, nicht unterätzt wird. Hierdurch wird verhindert, daß diese während des zu sätzlichen Entfernens des Bereiches des Silizium substrates im Bereich des schon angelegten Freiraums durch das Opferoxidätzen nicht unterätzt wird und somit "herunterklappen" könnte, wodurch ein elektri scher Kontakt (Kurzschluß) zu dem Siliziumsubstrat entstehen würde. Der Reservebereich schützt somit quasi vor einem Unterätzen dieser Anschlußschicht.The inventive method with the in claim 1 mentioned features offers the advantage that on the one hand Micromechanical components can be achieved, the egg a relatively large distance between the micromechanics surface structure and the silicon substrate have and in the other during the Er targeting the space between the micromechanical Surface structure and the silicon substrate Short circuit the micromechanical structure with the Silicon substrate is prevented. The fact that after the silicon substrate below the sacrificial oxide etch exposed sections of the micromechanical upper surface structures is partially removed, and during sacrificial oxide etching of a space between the surface structure and the silicon substrate Reserve area of the sacrificial oxide is not etched during the partial removal of the silicon substrate below the exposed sections of the micromechanical surface structures with removed is advantageously achieved that an electrical conductive connection layer, in particular a poly silicon layer of the micromechanical surfaces structures through which this becomes an electrical scarf can be integrated, is not underestimated. This prevents this during the additional removal of the area of the silicon substrates in the area of the already created open space is not underestimated by sacrificial oxide etching and could "fold down", causing an electri shear contact (short circuit) to the silicon substrate would arise. The reserve area thus protects quasi before undercutting this connection layer.

Eine laterale Erstreckung dieses Reservebereiches ist vorzugsweise auf eine Tiefe des zusätzlich zu ent fernenden Bereiches des Siliziumsubstrates unter den bereits freigelegten mikromechanischen Oberflächen strukturen abgestimmt. Hierdurch wird sichergestellt, daß auch bei Anlegen relativ tiefer, zusätzlich zu entfernender Bereiche in dem Siliziumsubstrat, die eine entsprechend höhere Ätzzeit benötigen, ein Unterätzen der Anschlußschicht der mikromechanischen Oberflächenstrukturen sicher verhindert wird.There is a lateral extension of this reserve area preferably to a depth of the ent distant area of the silicon substrate under the already exposed micromechanical surfaces structures matched. This ensures that even when investing relatively deeper, in addition to removing areas in the silicon substrate that need a correspondingly longer etching time Undercutting the connection layer of the micromechanical Surface structures are reliably prevented.

Insbesondere wenn in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung das teilweise Entfernen des Silizium substrats durch ein elektrochemisches Ätzen erfolgt, kann in einfacher Weise mittels an sich bekannter Verfahrensschritte das Siliziumsubstrat bereichsweise in poröses Silizium umgewandelt werden, das dann de finiert entfernbar ist. So lassen sich relativ große Abstände zwischen den mikromechanischen Oberflächen strukturen und dem Siliziumsubstrat einstellen, die durch die Prozeßparameter während des elektrochemi schen Ätzens des Siliziumsubstrats einstellbar sind, wobei durch Vorhalten des Reservebereiches ein Kurz schließen zwischen der Oberflächenstruktur und dem Siliziumsubstrat auch bei großen Abständen verhindert wird. Hierbei können beliebig wählbare Abstände realisiert werden, wobei ein maximaler Abstand durch eine minimale verbleibende Restdicke des Silizium substrats bestimmt ist. Eine laterale hänge des Reservebereiches wird hierbei auf die Dicke des zu entfernenden Bereiches des Silziumsubstrates abge stimmt.In particular if, in a preferred embodiment, the Invention partially removing silicon substrate by an electrochemical etching, can in a simple manner by means of known Process steps of the silicon substrate in some areas be converted into porous silicon, which then de is removable. So it can be relatively large Distances between the micromechanical surfaces structures and the silicon substrate that through the process parameters during electrochemi etching of the silicon substrate are adjustable, a short by keeping the reserve area close between the surface structure and the Silicon substrate prevented even at large distances becomes. Here you can choose any distances can be realized, with a maximum distance through a minimal remaining thickness of the silicon substrate is determined. A lateral slope of the Reserve area is based on the thickness of the removing area of the silicon substrate Right.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß vor dem Entfernen eines Bereiches des Siliziumsubstrates die Oberflächenstrukturen fixiert werden. Hierdurch kann in einfacher Weise der zuvor bereits durch das Opferoxidätzen erhaltene Abstand zwischen der mikromechanischen Oberflächenstruktur und dem Siliziumsubstrat weiter vergrößert werden und dadurch, daß die mikromechanischen Oberflächenstruk turen durch das Opferoxidätzen bereits freiliegen und zusätzlich fixiert sind, während dieser Abstands vergrößerung ein Verkleben der Oberflächenstrukturen verhindert werden.In a preferred embodiment of the invention is provided see that before removing an area of the Silicon substrate fixed the surface structures become. This allows the previously distance already obtained by sacrificial oxide etching between the micromechanical surface structure and the silicon substrate are further enlarged and in that the micromechanical surface structure already exposed by sacrificial oxide etching and are additionally fixed during this distance enlargement a sticking of the surface structures be prevented.

Insbesondere bei einer vorzugsweisen Fixierung mit tels eines Lackes wird ein seitliches Verkleben be nachbarter mikromechanischer Oberflächenstrukturen während des elektrochemischen Naßätzens verhindert, da diese über die Lackschicht beziehungsweise Lack stege fixiert sind. Eine Positionsänderung der ein zelnen Oberflächenstrukturen zueinander ist während dieser Verfahrensschritte somit nicht möglich. Durch die die Fixierung der Oberflächenstrukturen vorneh menden Lackbereiche kann vorteilhafterweise gleich zeitig ein Schutz weiterer Abschnitte des mikromecha nischen Bauelements, beispielsweise Anschlußpads oder nicht zu ätzender Bereiche, während des elektroche mischen Naßätzens geschützt werden. Besonders vor teilhaft lassen sich Negativphotolacke einsetzen. Nach erfolgtem Prozessieren des mikromechanischen Bauelements wird die Lackschicht entfernt, so daß die zwischenzeitliche Fixierung der mikromechanischen Oberflächenstrukturen aufgehoben ist und diese funk tionsfähig während ihres bestimmungsgemäßen Einsatzes sind.Especially with a preferred fixation with A varnish is used for side gluing neighboring micromechanical surface structures prevented during electrochemical wet etching, since this over the paint layer or paint webs are fixed. A change in position of the one individual surface structures to each other while these process steps are therefore not possible. By which fix the surface structures Paint areas can advantageously be the same early protection of further sections of the micromecha African component, for example connection pads or areas not to be etched during the electroche mix wet etching are protected. Especially before Negative photoresists can be used to some extent. After processing the micromechanical The component layer is removed, so that the intermediate fixation of the micromechanical Surface structures is canceled and this funk capable during their intended use are.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.He further preferred embodiments of the invention give up from the rest, in the subclaims mentioned features.

drawings

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:The invention is in one embodiment example with reference to the accompanying drawings purifies. Show it:

Fig. 1a bis 1e Verfahrensschritte zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements; FIG. 1a to 1e process steps for producing a micromechanical component;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines mikromechanischen Bauelements vor dem teilweisen Entfernen; Fig. 2 is a schematic side view of a micromechanical component before the partial removal;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des mikromechanischen Bauelements nach Definition des zu entfernenden Berei ches des Siliziumsubstrates und Fig. 3 is a schematic side view of the micromechanical component after definition of the area to be removed of the silicon substrate and

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht des mikromechanischen Bauelements nach teilweisem Entfernen des Silizium substrates. Fig. 4 is a schematic side view of the micromechanical component after partial removal of the silicon substrate.

Description of the embodiment

Anhand der Fig. 1a bis 1e werden die Verfahrens schritte zur Herstellung eines mikromechanischen Bau elements verdeutlicht. Hierbei sind jeweils schemati sche Seitenansichten gezeigt, an denen der Prozeß fortschritt erkennbar ist. Gemäß Fig. 1a wird auf ein Siliziumsubstrat 10 eine Siliziumoxidschicht 12 aufgebracht. Die Siliziumoxidschicht 12 besitzt bei spielsweise eine Dicke von zirka 2 µm. Auf diese Si liziumoxidschicht 12 wird in einem Teilbereich eine Polysiliziumschicht 14 mit einer Dicke von beispiels weise 450 nm aufgebracht.The method steps for producing a micromechanical construction element are illustrated with the aid of FIGS. 1a to 1e. Here, schematic side views are shown, on which the process progress can be recognized. 1 a, a silicon oxide layer 12 is applied to a silicon substrate 10 . The silicon oxide layer 12 has, for example, a thickness of approximately 2 μm. A polysilicon layer 14 with a thickness of, for example, 450 nm is applied to this silicon oxide layer 12 in a partial region.

Gemäß dem in Fig. 1b verdeutlichten Verfahrens schritt wird anschließend auf den vorliegenden Schichtverbund ein thermisches Oxid 16 abgeschieden. Diese mittels einer sogenannten TEOS-Abscheidung er haltene Oxidschicht 16 paßt sich der vorhandenen Kon tur des Schichtverbundes an, so daß das Polysilizium 14 verdeckt (vergraben) wird. Die TEOS-Oxidschicht 16, bei der Tetraethylortosilikat aus der Gasphase in einem Plasmaprozeß oder thermisch induziertem Prozeß abgeschieden wird, zeichnet sich durch eine hohe elektrische Stabilität aus und ist somit als elek trischer Isolator geeignet. According to the method step illustrated in FIG. 1 b, a thermal oxide 16 is subsequently deposited on the present layer composite. This by means of a so-called TEOS deposition he holding oxide layer 16 adapts to the existing structure of the layer composite, so that the polysilicon 14 is hidden (buried). The TEOS oxide layer 16 , in which tetraethyl orthosilicate is deposited from the gas phase in a plasma process or thermally induced process, is characterized by high electrical stability and is therefore suitable as an electrical insulator.

Nachfolgend wird, wie Fig. 1c verdeutlicht, die TEOS-Oxidschicht 16 oberhalb der Polysiliziumschicht 14 in einem gestrichelt dargestellten Bereich 18 ent fernt und anschließend eine Polysiliziumschicht 20 epitaktisch abgeschieden. Der gestrichelt darge stellte Bereich 18 wird demzufolge auch von der Poly siliziumschicht 20 ausgefüllt. Die TEOS-Oxidschicht 16 besitzt eine Dicke von 1,4 µm und die Polysilizi umschicht 20 eine Dicke von 11 µm.Subsequently, as shown in FIG. 1c, the TEOS oxide layer 16 above the polysilicon layer 14 is removed in a region 18 shown in broken lines and then a polysilicon layer 20 is epitaxially deposited. The area 18 shown in broken lines is therefore also filled by the poly silicon layer 20 . The TEOS oxide layer 16 has a thickness of 1.4 μm and the polysilicon layer 20 has a thickness of 11 μm.

In einem nächsten, nicht dargestellten Verfahrens schritt wird die Polysiliziumschicht 20 strukturiert, das heißt, entsprechend einer geometrischen Abmessung von zu erzeugenden mikromechanischen Oberflächen strukturen wird die Polysiliziumschicht 20 bereichs weise entfernt. Hierbei können von der Oberseite des Schichtverbundes grabenförmige Vertiefungen einge bracht werden, wobei die TEOS-Oxidschicht 16 als Strukturierungsstop, beispielsweise Ätzstop, dient. Nachfolgend werden gemäß dem in Fig. 1d dargestell ten Verfahrensschritt die Siliziumoxidschicht 12 und die TEOS-Oxidschicht 16 unterhalb der Polysilizium schicht 20 bereichsweise entfernt. Dies kann bei spielsweise durch einen isotrop wirkenden naßche mischen Ätzangriff erfolgen. Hierdurch wird unterhalb der zuvor strukturierten Bereiche der Polysilizium schicht 20, die Oberflächenstrukturen 22 bilden, ein Freiraum 24 erzeugt, so daß die Oberflächenstrukturen 22 beweglich oberhalb des Siliziumsubstrats 10 ange ordnet sind, wobei der Abstand der Oberflächenstruk turen 22 zum Siliziumsubstrat 10 durch die Dicke der Siliziumoxidschicht 12 und der vergrabenen TEOS- SCHICHT 16 bestimmt wird. Dieser Abstand d₁ beträgt im beschriebenen Ausführungsbeispiel 3,4 µm. Das teilweise Entfernen der Siliziumoxidschicht 12 und der TEOS-Oxidschicht 16 kann beispielsweise mittels eines Flußsäure/Ethanol/Wasser-Gemisches erfolgen, dem gegenüber das Siliziumsubstrat 10 und die Poly siliziumschicht 20 resistent sind. Über die Verbin dungsstelle zwischen der vergrabenen Polysilizium schicht 14 und der Polysiliziumschicht 20 erfolgt ei ne elektrisch leitende Anbindung der Oberflächen strukturen 22, so daß diese in eine elektrische An steuer- und/oder Auswerteschaltung eingebunden werden können.In a next method step, not shown, the polysilicon layer 20 is structured, that is to say that the polysilicon layer 20 is removed in certain areas in accordance with a geometric dimension of the micromechanical surface structures to be produced. In this case, trench-shaped depressions can be introduced from the top of the layer composite, the TEOS oxide layer 16 serving as a structuring stop, for example etching stop. Subsequently, according to the method step shown in FIG. 1d, the silicon oxide layer 12 and the TEOS oxide layer 16 below the polysilicon layer 20 are removed in regions. This can be done for example by an isotropic wet chemical etching attack. As a result, a free space 24 is generated below the previously structured areas of the polysilicon layer 20 , which form surface structures 22 , so that the surface structures 22 are arranged to be movable above the silicon substrate 10 , the distance between the surface structures 22 and the silicon substrate 10 being the thickness of the Silicon oxide layer 12 and the buried TEOS layer 16 is determined. This distance d ₁ is 3.4 μm in the exemplary embodiment described. The partial removal of the silicon oxide layer 12 and the TEOS oxide layer 16 can take place, for example, by means of a hydrofluoric acid / ethanol / water mixture, to which the silicon substrate 10 and the poly silicon layer 20 are resistant. About the connec tion between the buried polysilicon layer 14 and the polysilicon layer 20 takes place ei ne electrically conductive connection of the surface structures 22 so that they can be integrated in an electrical control and / or evaluation circuit.

Anschließend erfolgt ein Aufbringen einer Lack schicht, insbesondere einer Negativlackschicht, auf die Oberflächenstrukturen 22, wie anhand von Fig. 2 bis 4 noch detaillierter erläutert wird.A lacquer layer, in particular a negative lacquer layer, is then applied to the surface structures 22 , as will be explained in more detail with reference to FIGS. 2 to 4.

In einem nächsten Verfahrensschritt, der in Fig. 1e verdeutlicht ist, wird im Bereich des Freiraumes 24 das Siliziumsubstrat 10 in einem Bereich 26 umgewan delt. Dieses Umwandeln des Bereiches 26 kann durch einen elektrochemischen Ätzangriff erfolgen. Für die sen elektrochemischen Ätzangriff kann das bereits vorhandene Flußsäure/Ethanol/Wasser-Gemisch genutzt werden, mittels dem bereits die Opferoxidätzung des Siliziumoxides 12 und des TEOS-Oxides 16 zur Erlan gung des Freiraumes 24 genutzt wurde (naßchemisches Ätzen). Da während des nachfolgenden elektrochemi schen Ätzens die Siliziumoxidschicht 12 und die TEOS-Oxid schicht 16 weiter angegriffen werden, wurde wäh rend des naßchemischen Ätzens ein Reservebereich (in Fig. 1e mit 28 bezeichnet) vorgehalten, der nunmehr gleichzeitig mit der Entfernung des Bereiches 26 des Siliziumsubstrats 10 mit entfernt wird. Durch den Re servebereich 28 wird erreicht, daß eine isotrope Ätzung der Siliziumoxidschicht 12 bis unter die ver grabene Polysiliziumschicht 14 vermieden wird. Diese, die gegenüber dem naßchemischen Ätzen resistent ist, könnte sonst "herunterklappen" und mit dem Silizium substrat 10 kurzschließen. Eine laterale Erstreckung des Reservebereiches 28 bestimmt sich nach der Dicke d₂ des zu entfernenden Bereiches 26.In a next method step, which is illustrated in FIG. 1e, the silicon substrate 10 is converted in an area 26 in the area of the free space 24 . This area 26 can be converted by an electrochemical etching attack. For this electrochemical etching attack, the already existing hydrofluoric acid / ethanol / water mixture can be used, by means of which the sacrificial oxide etching of the silicon oxide 12 and the TEOS oxide 16 has been used to achieve the clearance 24 (wet chemical etching). Since the silicon oxide layer 12 and the TEOS oxide layer 16 are further attacked during the subsequent electrochemical etching, a reserve region (designated 28 in FIG. 1e) was maintained during the wet-chemical etching, which now coincides with the removal of the region 26 Silicon substrate 10 is removed with. By the Re serving area 28 it is achieved that an isotropic etching of the silicon oxide layer 12 to below the ver buried polysilicon layer 14 is avoided. This, which is resistant to wet chemical etching, could otherwise "fold down" and short-circuit with the silicon substrate 10 . A lateral extent of the reserve area 28 is determined by the thickness d _{2 of} the area 26 to be removed.

Der Übergang vom naßchemischen Ätzen des Freiraumes 24 zum elektrochemischen Ätzen des Bereiches 26 er folgt durch Anlegen einer Anodisierungsspannung. Ent sprechend der Höhe der Anodisierungsspannung stellt sich eine resultierende Anodisierungsstromdichte ein, die zum elektrochemischen Ätzen des Bereiches 26 führt. Nach einer ersten Variante kann der Bereich 26 zunächst in poröses Silizium umgewandelt werden, wo bei eine relativ geringe Stromdichte von bis zu 100 mA/cm² eingestellt wird. An den mit der Ätzlösung in Kontakt stehenden Bereichen des Siliziumsubstrats 10, also im Freiraum 24 gemäß Fig. 1d, erfolgt eine Um wandlung in das poröse Silizium. Entsprechend der Dauer des elektrochemischen Ätzens erfolgt einerseits die isotrope Ätzung des Bereiches 28 und die isotrope Ätzung des Bereiches 26.The transition from the wet-chemical etching of the free space 24 to the electro-chemical etching of the area 26 takes place by applying an anodizing voltage. Corresponding to the level of the anodization voltage, a resulting anodization current density results, which leads to the electrochemical etching of the region 26 . According to a first variant, the region 26 can first be converted into porous silicon, where a relatively low current density of up to 100 mA / cm ^{2 is} set. At the areas of the silicon substrate 10 which are in contact with the etching solution, that is to say in the free space 24 according to FIG. 1d, there is a conversion into the porous silicon. Depending on the duration of the electrochemical etching, the isotropic etching of the area 28 and the isotropic etching of the area 26 take place on the one hand.

Der Übergang vom naßchemischen Ätzen des Freiraumes 24 zum elektrochemischen Ätzen der Bereiche 28 und 26 kann durch Anlegen der Anodisierungsspannung genau bestimmt werden. Solange die Siliziumoxidschicht 12 sich noch über dem elektrochemisch wegzuätzenden Be reich 26 befindet, wirkt diese als Isolator gegenüber der elektrolytischen Ätzflüssigkeit, so daß kein Strom fließt. Erst nachdem die Siliziumoxidschicht 12 oberhalb des Siliziumsubstrats 10 bis zum darunter liegenden Silizium naßchemisch weggeätzt ist, kommt es zu einem Stromfluß. Der Beginn des Stromflusses kann detektiert werden, so daß der Zeitpunkt des Beginns des elektrochemischen Ätzens bestimmbar ist. Die Anodisierungsspannung wird hierbei so gewählt, daß eine bestimmte Stromdichte nicht überschritten wird. Das elektrochemische Ätzen des Bereiches 26 erfolgt dann mit einem konstanten Strom.The transition from the wet chemical etching of the free space 24 to the electrochemical etching of the areas 28 and 26 can be precisely determined by applying the anodizing voltage. As long as the silicon oxide layer 12 is still over the area 26 to be electrochemically etched away, it acts as an insulator against the electrolytic etching liquid, so that no current flows. Only after the silicon oxide layer 12 above the silicon substrate 10 has been wet-etched away to the silicon underneath, does a current flow occur. The start of the current flow can be detected so that the time of the start of the electrochemical etching can be determined. The anodizing voltage is chosen so that a certain current density is not exceeded. The electrochemical etching of the region 26 is then carried out with a constant current.

Die Dicke d₂ des Bereiches 26 läßt sich über die Dauer des elektrochemischen Ätzangriffes einstellen. Entsprechend der gewählten Stromdichte von beispiels weise 1 bis 100 mA/cm² ergeben sich Anodisierungsra ten von 0,1 bis 5 µm/min.The thickness d _{2 of} the region 26 can be set over the duration of the electrochemical etching attack. Depending on the selected current density, for example 1 to 100 mA / cm ² , anodization rates of 0.1 to 5 µm / min result.

Nachdem der Bereich 26 in der gewünschten Dicke d₂ in poröses Silizium umgewandelt wurde, erfolgt anschlie ßend eine Entfernung des porösen Siliziums im Bereich 26 durch einen Ätzangriff, beispielsweise mit ver dünnter alkalischer (KOH, NH₃), oder ammoniakalischer (TMAH) Lösungen bei Raumtemperatur. Je nach Dicke d₂ des Bereiches 26 ergeben sich Ätzzeiten von bei spielsweise 1 bis 60 min. After the region 26 has been converted into porous silicon in the desired thickness d ₂ , the porous silicon in the region 26 is subsequently removed by an etching attack, for example using dilute alkaline (KOH, NH ₃ ) or ammoniacal (TMAH) solutions Room temperature. Depending on the thickness d _{2 of} the region 26 , etching times of, for example, 1 to 60 minutes result.

Nach Beendigung des elektrochemischen Ätzens ist der Freiraum 24 unterhalb der mikromechanischen Oberflä chenstrukturen 22 vergrößert. Eine Höhe des Freiraums ergibt sich jetzt aus der Summe der Abstände d₁ und d₂. Da der Abstand d₂ in einfacher Weise durch den elektrochemischen Ätzangriff eingestellt werden kann, sind nahezu beliebige Gesamtabstände zwischen den Oberflächenstrukturen 22 und dem Siliziumsubstrat 10 einstellbar. In jedem Fall können Abstände von deut lich über 4 µm erreicht werden.After the electrochemical etching has ended, the free space 24 beneath the micromechanical surface structures 22 is enlarged. A height of the free space now results from the sum of the distances d ₁ and d ₂ . Since the distance d _{2 can be set} in a simple manner by the electrochemical etching attack, almost any total distances between the surface structures 22 and the silicon substrate 10 can be set. In any case, distances of well over 4 µm can be achieved.

Entsprechend diesem größeren Gesamtabstand d lassen sich die erhaltenen mikromechanischen Bauelemente mit den mikromechanischen Oberflächenstrukturen 22 bei spielsweise in Systemen einsetzen, bei denen verbes serte Dämpfungseigenschaften von schwingenden Ober flächenstrukturen 22, wie beispielsweise bei Dreh ratensensoren, erwünscht sind. Durch diese verbes serten Dämpfungseigenschaften ist beim Betrieb eines derartigen Sensors ein geringeres Vakuum im Bereich der schwingenden Oberflächenstrukturen 22 notwendig, wodurch sich die Fertigung, insbesondere Kapselung der Oberflächenstrukturen 22 in einem Schwingungsraum vereinfachen läßt.Corresponding to this larger total distance d, the micromechanical components obtained with the micromechanical surface structures 22 can be used, for example, in systems in which improved damping properties of vibrating surface structures 22 , such as in the case of rotational speed sensors, are desired. Due to these improved damping properties, a lower vacuum in the area of the vibrating surface structures 22 is necessary when operating such a sensor, which makes it easier to manufacture, in particular encapsulate, the surface structures 22 in a vibration space.

Anstelle der anhand in den Fig. 1a bis 1e erläu terten Umwandlung des Bereiches 26 in poröses Silizi um und nachfolgendem Siliziumätzen kann nach einer zweiten Variante ein Elektropolieren des Silizium substrats 10 erfolgen. Hierbei wird die Anodisie rungsspannung so hoch eingestellt, daß sich höhere Stromdichten bei gleichzeitig geringer Fluß-Säurekon zentrationen einstellen, so daß ein direkter Abtrag von Silizium im Bereich 26 erfolgt. Hier kann wieder um über die Höhe der Stromdichte und über die Dauer der Elektropolitur die Dicke d₂ des Bereiches 26 und somit die gesamte Dicke d des Freiraumes 24 einge stellt werden. Beispielhaft kann bei HF-Elektrolyt konzentration von 5% bei einer Stromdichte von 20 mA/cm² elektropoliert werden.Instead of the conversion of the region 26 into porous silicon and subsequent silicon etching explained with reference to FIGS . 1a to 1e, electropolishing of the silicon substrate 10 can take place according to a second variant. Here, the anodizing voltage is set so high that higher current densities occur with a low concentration of hydrofluoric acid, so that there is a direct removal of silicon in the region 26 . Here again, the thickness d _{2 of} the region 26 and thus the entire thickness d of the free space 24 can be adjusted by the amount of the current density and the duration of the electropolishing. For example, with HF electrolyte concentration of 5% at a current density of 20 mA / cm ^2, electropolishing.

Zur Durchführung des elektrochemischen Ätzens des Be reiches 26, sowohl bei der Erzeugung von porösem Si lizium als auch beim Elektropolieren, wird die An odenspannung an das Siliziumsubstrat 10 von der der Oberflächenstruktur 22 abgewandten Seite angelegt. Das Anlegen dieser Anodisierungsspannung kann elek trolytisch über die Rückseite des Siliziumsubstrats 10 oder durch Aufbringen einer zusätzlichen sogenann ten Rückseiten-Metallkontaktierung erfolgen. Als Me tallkontaktierungen können hierbei beispielsweise Platin- oder Aluminiumbeschichtungen dienen.To carry out the electrochemical etching of the loading area 26 , both in the production of porous silicon and in electropolishing, the on voltage is applied to the silicon substrate 10 from the side facing away from the surface structure 22 . This anodizing voltage can be applied electrolytically via the rear side of the silicon substrate 10 or by applying an additional so-called rear side metal contact. For example, platinum or aluminum coatings can serve as metal contacts.

Ferner hat eine Dotierung des Siliziumsubstrats 10 neben der Höhe der Anodisierungsspannung und somit der erzielten Stromdichte Einfluß auf die Erzeugung des porösen Siliziums im Bereich 26 beziehungsweise das unmittelbare Wegätzen (Elektropolitur) des Berei ches 26. Bei einem identisch angelegten Anodisie rungspotential werden bevorzugt p⁺- und n⁺-Bereiche deutlich schneller in poröses Silizium umgewandelt beziehungsweise aufgelöst als p⁻-Bereiche beziehungs weise n⁻-Bereiche. Wird ein n⁺-dotiertes Silizium substrat 10 verwendet, ist hier einerseits eine rela tiv problemlose Anodenkontaktierung des Silizium substrats 10 von der Rückseite über ein Elektrolyt sowie ein Umwandeln des Bereiches 26 in poröses Sili zium beziehungsweise Entfernen dieses Bereiches 26 relativ schnell möglich. Eine zusätzliche Metallisie rung der Rückseite des Siliziumsubstrats 10 kann un terbleiben.Furthermore, a doping of the silicon substrate 10, in addition to the level of the anodization voltage and thus the current density achieved, has an influence on the generation of the porous silicon in the region 26 or the direct etching away (electropolishing) of the region 26 . With an anodizing potential applied identically, p⁺ and n⁺ regions are preferably converted or dissolved into porous silicon much faster than p⁻ regions or n⁻ regions. If an n⁺-doped silicon substrate 10 is used, here on the one hand a rela tively problem-free anode contacting of the silicon substrate 10 from the rear via an electrolyte and a conversion of the region 26 into porous silicon or removal of this region 26 is possible relatively quickly. An additional metallization of the back of the silicon substrate 10 can be left un.

Gegebenenfalls kann ein n⁻-dotiertes Siliziumsubstrat 10 bereichsweise (im späteren Bereich 26) selektiv durch Ionenimplantation hochdotiert werden. Derartige Prozesse sind aus der Herstellung von bipolaren Halb leiterstrukturen allgemein bekannt und sicher be herrschbar.If necessary, an n⁻-doped silicon substrate 10 can be selectively doped in regions (in the later region 26 ) by ion implantation. Such processes are generally known from the manufacture of bipolar semiconductor structures and are reliably controllable.

Nach erfolgter Entfernung des Bereiches 26 erfolgt eine Spülung des gesamten Bauelements zum Entfernen der naßchemischen beziehungsweise elektrochemischen Ätzlösung. Hierbei kann beispielsweise ein Spülen mittels DI-H₂O erfolgen. Nach der Spülung kann eine anschließende Lufttrocknung erfolgen, so daß ein Bau element mit vergrößertem Abstand d (d₁ + d₂) zur Ver fügung steht. Nachfolgend werden die Lackstege (Fig. 2 bis 4) entfernt, die ein laterales Verkleben der mikromechanischen Oberflächenstrukturen 22 verhin dern. Dies kann beispielsweise durch Veraschen in einem Sauerstoffplasma erfolgen. Dieses Bauelement wird anschließend in bekannter und im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher erläuterter Weise verkappt (eingehaust), vereinzelt (aus einem Siliziumsubstrat 10, das mehrere der Bauelemente auf weist) und bestimmungsgemäß montiert. After the area 26 has been removed, the entire component is rinsed to remove the wet chemical or electrochemical etching solution. Here, for example, rinsing can be carried out using DI-H ₂ O. After the flushing, subsequent air drying can take place, so that a construction element with an enlarged distance d (d ₁ + d ₂ ) is available. The lacquer bars (FIGS . 2 to 4) are subsequently removed, which prevent the micromechanical surface structures 22 from sticking laterally. This can be done, for example, by ashing in an oxygen plasma. This component is then capped (housed), isolated (from a silicon substrate 10 , which has several of the components) in a known manner (not explained in more detail in the context of the present description) and assembled as intended.

In den Fig. 2 bis 4 sind Seitenansichten eines Bauelements 30 gezeigt, anhand denen die Verfahrens schritte gemäß Fig. 1a bis Fig. 1e nochmals deut lich werden. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Die Ansicht auf das Bauelement 30 erfolgt jeweils um eine um 90° gegenüber den Fig. 1 ge drehte Ansicht (gemäß der Darstellung in den Fig. 1 von rechts quasi in den Freiraum 24 hinein).In Figs. 2 to 4 are side views are shown of a device 30, based on which the process steps according to Fig. 1a to Fig. 1e again interpreting Lich be. The same parts as in Fig. 1 are provided with the same reference numerals and not explained again. The view of the component 30 takes place in each case by a view rotated by 90 ° with respect to FIG. 1 (as shown in FIG. 1 from the right, as it were, into the free space 24 ).

Die Seitenansicht macht deutlich, daß gleichzeitig eine Vielzahl von Oberflächenstrukturen 22 erzielbar sind, die durch grabenförmige Vertiefungen 32 vonein ander getrennt sind. Die grabenförmigen Vertiefungen 32 werden in die Polysiliziumschicht 20 strukturiert (zwischen den Verfahrensschritten gemäß Fig. 1c und 1d). Gemäß der in Fig. 2 bis Fig. 4 gezeigten Aus führungsvariante wird über die Oberflächenstrukturen 22 vor Erzeugen des Freiraumes 24 (Fig. 1d) und das Entfernen des Bereiches 26 (Fig. 1e) auf diese ein Negativlack 34 aufgebracht werden. Der Negativlack 34 legt sich kappenförmig über die Oberflächenstrukturen 22, so daß sich zwischen benachbarten Oberflächen strukturen 22 quasi Abstandshalter 36 aus dem Nega tivlack 34 ausbilden. Entsprechend einer Maskierung während des Aufbringens des Negativlackes 34 können gleichzeitig weitere Bereiche, beispielsweise An schlußpads oder dergleichen, des Bauelementes 30 mit dem Negativlack 34 überzogen werden, so daß sich auch für diese ein Schutz während des nachfolgenden naß chemischen beziehungsweise elektrochemischen Ätzens ergibt. The side view makes it clear that at the same time a large number of surface structures 22 can be achieved, which are separated from one another by trench-shaped depressions 32 . The trench-shaped depressions 32 are structured in the polysilicon layer 20 (between the method steps according to FIGS. 1c and 1d). According to the design variant shown in Fig. 2 shown to Fig. 4 out of 24 (Fig. 1d) and the removal of the region is above the surface structures 22 before generating the free space 26 (1e Fig.) On this one negative resist be applied 34th The negative lacquer 34 lies cap-shaped over the surface structures 22 , so that between spaced structures 22 quasi spacers 36 form the negative lacquer 34 . According to a masking during the application of the negative resist 34 can at the same time other areas, for example on schlußpads or the like of the component to be coated 30 with the negative resist 34 so that also for this protection during the subsequent wet or chemical electrochemical etching is obtained.

Anhand von Fig. 3 wird das Erzielen des Freiraumes 24 unterhalb der Oberflächenstrukturen 22 deutlich. Gleichzeitig wird der wannenförmige Bereich 26, in nerhalb dem das poröse Silizium erzeugt wird, deut lich. Der Bereich 26 ist unter den gesamten Oberflä chenstrukturen 22 angedeutet. In Fig. 4 schließlich ist das fertig prozessierte Bauelement 30 gezeigt, wobei der nunmehr vergrößerte Freiraum 24' mit dem sich ergebenden Abstand d zwischen den Oberflächen strukturen 22 und dem Siliziumsubstrat 10 deutlich wird. Entsprechend der gewählten Dicke d₂, in der der Bereich 26 abgetragen wird, ist hierbei der Abstand d in relativ großen Stärken, beispielsweise größer als 4 µm, erzielbar.The achievement of the free space 24 below the surface structures 22 becomes clear on the basis of FIG. 3. At the same time, the trough-shaped region 26 within which the porous silicon is produced becomes clear. The area 26 is indicated under the entire surface structures 22 . In FIG. 4, finally, the fully processed device 30 is shown with the now enlarged free space 24 'd with the resulting distance between the surfaces of structures 22 and the silicon substrate 10 becomes apparent. Depending on the selected thickness d ₂ in which the area 26 is removed, the distance d can be achieved in relatively large thicknesses, for example greater than 4 μm.

Die hilfsweise aufgetragene Negativlackschicht 34, die zur Ausbildung der Abstandshalter 36 führt, dient einer vorübergehenden Fixierung der Oberflächenstruk turen 22 während des naßchemischen Ätzens (Fig. 1d) und des elektrochemischen Ätzens (Fig. 1e) sowie des nachfolgenden Spülens und Trocknens. Hierdurch wird vermieden, daß die Oberflächenstrukturen 22 einer me chanischen Beanspruchung während dieser Prozeßschrit te unterworfen werden beziehungsweise einfach anein anderkleben, die beispielsweise zu einem Verkleben benachbarter Oberflächenstrukturen 22 oder mechani schen Beschädigungen an den Oberflächenstrukturen 22 führen könnten, vermieden werden. Nachdem die Ver fahren zum Erzeugen des vergrößerten Freiraumes 24' abgeschlossen sind, wird die Negativlackschicht 34 entfernt. Hierzu kann beispielsweise ein Plasma ätzverfahren, beispielsweise ein sogenanntes Strippen in reinem Sauerstoff-Plasma, verwendet werden. Nach folgend ergeben sich die beweglich im Abstand d über dem Siliziumsubstrat 10 aufgehängten Oberflächen strukturen 22. Diese sind beispielsweise fingerförmig ausgebildet und können als seismische Massen von Beschleunigungssensoren dienen. Die elektrische Kon taktierung der Oberflächenstrukturen 22 erfolgt über das vergrabene Polysilizium 16 (Fig. 1c, 1d).The alternatively applied negative lacquer layer 34 , which leads to the formation of the spacers 36 , serves to temporarily fix the surface structures 22 during wet chemical etching ( FIG. 1d) and electrochemical etching ( FIG. 1e) and the subsequent rinsing and drying. This prevents the surface structures 22 from being subjected to mechanical stress during these process steps or simply sticking to one another, which could lead, for example, to adhesion of adjacent surface structures 22 or mechanical damage to the surface structures 22 . After the process for generating the enlarged free space 24 'has been completed, the negative lacquer layer 34 is removed. A plasma etching method, for example a so-called stripping in pure oxygen plasma, can be used for this purpose. The following result in the surface structures 22 that are movably suspended at a distance d above the silicon substrate 10 . These are, for example, finger-shaped and can serve as seismic masses of acceleration sensors. The electrical contacting of the surface structures 22 takes place via the buried polysilicon 16 ( FIGS. 1c, 1d).

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So sind anders angeordnete und dimensionierte Oberflä chenstrukturen 22 mit einem vergrößerten Abstand d zu dem die Oberflächenstrukturen 22 aufweisenden Silizi umsubstrat 10 selbstverständlich möglich.The invention is of course not limited to the illustrated embodiment. Thus, differently arranged and dimensioned surface structures 22 with an enlarged distance d from the surface structures 22 having silicon substrate 10 are of course possible.

Claims

1. A method for producing micromechanical construction elements ( 30 ) with at least one micromechanical surface structure ( 22 ), which is partially movable over a silicon substrate ( 10 ), where a space ( 24 ) between the surface structure ( 22 ) and the silicon substrate ( 10 ) by an extensive sacrificial oxide etching of an oxide layer ( 12 , 16 ) applied to the silicon substrate ( 10 ), characterized in that after the oxide etching, the silicon substrate ( 10 ) below exposed sections of the at least one micro-mechanical surface structure ( 22 ) in a loading area ( 26 ) is partially removed and that during the sacrificial oxide etching of the free space ( 24 ) a reserve area ( 28 ) is not etched, which is only removed during the removal of the area ( 26 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the partial removal of an area ( 26 ) un below the at least one surface structure ( 22 ) is carried out by electrochemical etching.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the region ( 26 ) is first converted into porous silicon and then removed de defined.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the region ( 26 ) is removed by electropolishing.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an anodic potential is placed on the silicon substrate ( 10 ) for removing the area ( 26 ), an etching solution in the free space ( 24 ) forming a counter potential for generating a current flow.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the free space ( 24 ) is wet chemically etched.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the etching solution used for the wet chemical etching of the free space ( 24 ), in particular a hydrofluoric acid / ethanol-water mixture, is used as the etching solution in the electro-chemical etching of the region ( 26 ) becomes.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the transition from the wet chemical etching of the layers ( 12 , 16 ) in the region ( 24 ) is detected by applying the anodizing voltage, with an established current flow beginning the electrochemical etching of the Area ( 26 ) signals.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrochemical etching of the region ( 26 ) for producing porous silicon is carried out with a high concentration of hydrofluoric acid.

10. The method according to claim 1 to 8, characterized in that the electrochemical etching of the range ( 26 ) for electropolishing is carried out with low hydrofluoric acid concentration.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the anodizing voltage for the electrochemical etching of the region ( 26 ) is applied electrolytically from the back of the silicon substrate ( 10 ).

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the anodizing voltage for electrochemical etching of the region ( 26 ) is applied by a rear-side metallization of the silicon umber substrate ( 10 ).

13. The method according to any preceding Ansprü che, characterized in that the intended removal region (26) is provided the silicon substrate (10) to support the electrochemical etching with respect to the silicon substrate (10) increased ion doping.

14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface structures ( 22 ) are fixed before the removal of an area ( 26 ) of the silicon substrate ( 10 ).

15. The method according to claim 14, characterized in that the surface structures ( 22 ) with a paint ( 34 ) are fixed, the temporary spacer ter ( 36 ) between spaced surface structures ( 22 ).

16. The method according to claim 15, characterized in that the paint ( 34 ) is removed after removing the area ches ( 26 ).

17. The method according to claim 15 and 16, characterized in that a negative lacquer is set as the lacquer ( 34 ).