DE19847455A1 - Verfahren zur Bearbeitung von Silizium mittels Ätzprozessen - Google Patents
Verfahren zur Bearbeitung von Silizium mittels ÄtzprozessenInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Ätzen einer ersten Siliziumschicht (15) vorgeschlagen, die mit einer Ätzmaskierung (10) zur Definition lateraler Aussparungen (21) versehen ist. In einem ersten Plasmaätzprozeß werden im Bereich der lateralen Aussparungen (21) durch anisotrope Ätzung Trenchgräben (21') erzeugt. Der erste Ätzprozeß kommt nahezu zum Erliegen, sobald eine zwischen der ersten Siliziumschicht (15) und einer weiteren Siliziumschicht (17) vergrabene Trennschicht (12, 14, 14', 16) erreicht wird. Danach wird diese Trennschicht in freiliegenden Bereichen (23, 23') mittels eines zweiten Ätzprozesses durchgeätzt. Ein nachfolgender dritter Ätzprozeß bewirkt dann eine Ätzung der weiteren Siliziumschicht (17, 17'). Dadurch können in einem einfachen Prozeß freistehende Strukturen für Sensorelemente erzeugt werden, der zu den Verfahrensschritten in der IC-Integrationstechnik voll kompatibel ist.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ätzen eines Sili
ziumschichtkörpers nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Die Offenlegungsschrift DE 195 37 814 A1 offenbart ein Verfahren
zur Herstellung von Siliziumschichtsystemen, mit dem oberflä
chenmikromechanische Sensoren hergestellt werden können. Dazu
wird auf einem Siliziumsubstrat zunächst ein thermisches Oxid
abgeschieden, auf das eine dünne Schicht hochdotierten Po
lysiliziums zur Verwendung als vergrabene Leiterbahn aufgebracht
wird. Daraufhin wird auf der Polysiliziumschicht eine weitere
Oxidschicht und hierauf beispielsweise eine dicke Epipo
lysiliziumschicht abgeschieden. Zuletzt erfolgt die Abscheidung
und Strukturierung einer oberflächlichen Aluminiummetallisie
rung. Anschließend werden die freizulegenden Sensorstrukturen,
vorzugsweise mit einem in der Patentschrift DE 42 41 045 be
schriebenen fluorbasierten Siliziumtiefenätzverfahren herausge
ätzt. Die Freilegung des Sensorelementes geschieht mittels einer
Opferschichtätzung, bei der durch flußsäurehaltige Medien über
ein Dampfätzverfahren das Oxid unter den Sensorbereichen ent
fernt wird. Nachteilig bei dieser Unterätztechnik ist, daß das
Oxid nicht nur unter dem freizulegenden Sensorbereich entfernt
wird, sondern auch über und teilweise auch unter den Polysilizi
umleiterbahnen, so daß die Gefahr von Nebenschlüssen und
Kriechströmen besteht. Ein Schutz der Oxidbereiche, deren Un
terätzung verhindert werden soll, etwa durch Schutzlacke ist nur
mit erheblichem Aufwand möglich, da dampfförmige Flußsäure na
hezu alle praktikablen polymeren Schutzschichten sehr schnell
durchdringt und überdies stark korrosiv wirken kann.
Ein Trockenätzverfahren in Silizium zur Herstellung von Sensor
strukturen durch Kombination von anisotroper und isotroper
Plasmaätztechnik wird in DE 44 20 962 A1 offenbart. Ein nach
träglicher Naßätzschritt oder ein Ätzen in der Dampfphase ist
dabei nicht erforderlich. Alle Prozeßschritte können in einer
einzigen Plasmaätzanlage durchgeführt werden. Dazu wird zunächst
mit Hilfe des in der DE 42 41 045 beschriebenen anisotropen Tie
fenätzverfahrens die Sensorstruktur mit vertikalen Wänden er
zeugt. Dabei wechseln Depositionsschritte, bei denen auf der
Seitenwand ein teflonartiges Polymer abgeschieden wird, und an
sich isotrope, fluorbasierte Ätzschritte, die durch Vorwärts
treiben des Seitenwandpolymers während der Ätzung lokal ani
sotrop gemacht werden, einander ab. Anschließend wird mit einem
fluorbasierten Ätzschritt das Siliziumsubstrat so lange isotrop
eingeätzt, bis die Siliziumstruktur für das Sensorelement voll
ständig freigelegt ist. Dieses Verfahren hat jedoch zwei gra
vierende Nachteile. Einerseits kommt es infolge des sogenannten
"Microloading-Effektes" dazu, daß schmale Ätzgräben langsamer
als breite Ätzgräben geätzt werden, was dann auch für die Ge
schwindigkeit der nachfolgenden lateralen Unterätzung gilt, d. h.
die Unterätzung schreitet bei schmalen Gräben langsamer voran
als bei breiten Gräben. Zum anderen werden die freizulegenden
Strukturen auch von ihrer Unterseite bzw. Boden angegriffen.
Dies hat zur Folge, daß Strukturen, die von breiten Trenchgräben
umgeben sind, eine geringere Resthöhe haben als Strukturen, die
von schmalen Trenchgräben umgeben sind, was häufig zu
irreproduziblen und unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften
der hergestellten Sensorelemente führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ätzen von Sili
zium oder Siliziumschichten bereitzustellen, mit dem in einer
Siliziumschicht zunächst über eine Ätzmaske definierte
Trenchgräben anisotrop geätzt werden können. Dabei soll die in
den Trenchgräben erreichte Ätztiefe nicht von der Breite der
Trenchgräben abhängig sein, sondern lediglich von der Ätzzeit.
Außerdem soll eine definierte Unterätzung, insbesondere
freistehender, durch Trenchgräben eingeschlossener Strukturen,
beispielsweise zur Herstellung von Sensorelementen, ermöglicht
werden. Während der Unterätzung soll zudem eine Ätzung des
Bodens der freistehenden Strukturen unterbleiben.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Stand der
Technik den Vorteil, daß definierte Unterätzungen möglich
sind, die es erlauben, freistehende Strukturen
reproduzierbar und definiert herzustellen, wobei alle
mikromechanischen Strukturierungsschritte in einer
Ätzkammer ausgeführt werden können, ohne daß der
Siliziumkörper zwischendurch ausgeschleust werden muß. Ein
Ätzangriff auf die frei stehenden Strukturen, ausgehend von
deren Boden oder den Seitenwänden, erfolgt nicht. Überdies
wird erreicht, daß alle Strukturen eine definierte Höhe
aufweisen, die durch die Dicke der aufgebrachten
Siliziumschicht definiert wird, unabhängig von Microloa
ding-Effekten, Trenchgrabenbreiten und dem Grad einer
isotropen Unterätzung.
Daneben werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Korro
sionsprobleme beispielsweise durch Flußsäuredämpfe und
elektrische Nebenschlüsse durch Unterätzen von Leiterbahnen
vermieden. Vergrabene Leitschichten können vollständig
durch eine ausreichend dicke Siliziumdioxidschicht
eingeschlossen werden, um sie vor Unterätzungen und
Ätzangriffen zu schützen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist auch, daß tiefe Un
terätzungen realisiert werden können und damit große Ab
stände zwischen Struktur und Siliziumsubstratschicht
möglich sind. Dies reduziert bei einem Sensor
beispielsweise die Gefahr eines ungewollten Aufschlagens
der Sensorelemente auf die darunter befindliche Schicht im
Überlastfall mit anschließendem irreversiblen Ankleben
aneinander (sog. "sticking"). Der Abstand zwischen
Sensorelement und Siliziumschicht kann dabei so groß
gewählt werden, daß diese sich auch im Überlastfall niemals
berühren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr vorteilhaft in be
stehenden Siliziumtiefenätzanlagen gemäß DE 42 41 045
durchgeführt werden, so daß keine zusätzlichen
Investitionskosten anfallen. Dabei können mit diesem
zunächst anisotropen Plasmatrockenätzverfahren durch das
Ausschalten der Ionenbeschleunigung zum Substrat während
eines Ätzschrittes Siliziumstrukturen auch isotrop
eingeätzt werden, um so ein Unterätzen der freizulegenden
Siliziumstrukturen zu erreichen.
Da die während der Ätzprozesse aufgebrachte Ätzmaskierung bei
spielsweise in Form einer Photolackmaske auf der Siliziumschicht
erst nach Abschluß aller Ätzungen entfernt wird, sind beispiels
weise Aluminiumkontaktflächen an der Oberfläche der Silizium
schicht während der Ätzungen vollständig vor Korrosion ge
schützt, die ansonsten bei fluorhaltigen Ätzgasen häufig
unvermeidlich ist. Damit kann in besonders vorteilhafter Weise
auch eine Systemintegration erreicht werden, d. h. eine
Herstellung eines Sensorelementes mit integrierter Schaltung auf
ein und demselben Chip. Überdies ist das erfindungsgemäße
Verfahren beispielsweise zur Herstellung von Sensorelementen zu
Verfahrensschritten in der IC-Integrationstechnik voll
kompatibel.
Da ein Unterätzen von Leitschichten und eine
unkontrollierte Entstehung von Ätztaschen in der geätzten
Siliziumschicht durch das erfindungsgemäße Verfahren
vermieden wird, ist auch eine Einschwemmung von Partikeln
in diese Taschen, die ansonsten kaum wieder zu entfernen
sind und die zu mechanischen und elektrischen Fehlern in
Sensorelementen führen, verfahrenstechnisch bereits
unterbunden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen
aufgeführten Maßnahmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich
nungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu
tert. Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Silizium
schichtkörpers mit einer Ätzmaskierung, Fig. 2 den Silizi
umschichtkörper nach Fig. 1 mit Trenchgräben und Fig. 3
den Siliziumschichtkörper nach Fig. 1 und 2 mit einer Un
terätzung ausgehend vom freiliegenden Bereich der
Trenchgräben. Fig. 4 zeigt den Aufbau eines
Siliziumschichtkörpers mit einer vollständig eingeschlossenen
Zwischenschicht als Opferschicht, Fig. 5 den
Siliziumschichtkörper nach Fig. 4 mit geätzten
Trenchgräben, Fig. 6 den Siliziumschichtkörper nach Fig.
4 bzw. 5 mit einer Unterätzung ausgehend vom freiliegenden
Bereich der Trenchgräben, die durch Trennschichten lateral
und vertikal begrenzt ist, und Fig. 7 eine Variante des
Aufbaus des Siliziumschichtkörpers entsprechend Fig. 6,
wobei die Trennschicht mit einer darin eingeschlossenen
strukturierten dünnen Leitschicht durchgehend ausgebildet
ist. Die Fig. 8 bis 11 erläutern ein weiteres
Ausführungsbeispiel als Weiterbildung des
Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7, wobei eine Unterätzung
ausgehend von einer Zwischenschicht in freistehende
Strukturen hinein durch Unterbrechung der Trennschicht
gezielt zugelassen wird.
Die Fig. 1 zeigt einen Siliziumschichtkörper mit einer Silizi
umschicht, die im folgenden als weitere Siliziumschicht 17 be
zeichnet wird, auf der eine Trennschicht aufgebracht ist, die
selbst aus mehreren Trennschichtabschnitten 12, 14, 16 besteht.
Ein erster Trennschichtabschnitt 12 besteht aus thermisch oxi
diertem Silizium (sogenanntes Siliziumdioxid). Auf diesem
befindet sich bereichsweise eine dünne, gegebenenfalls
strukturierte Leitschicht 13 aus leitfähigem hochdotierten
Polysilizium, der ein zweiter Trennschichtabschnitt 16 aus
Siliziumdioxid folgt, das über eine Abscheidung von Silanen aus
der Gasphase erzeugt wurde. In den von der Leitschicht 13 freien
Bereichen, die gemäß Fig. 1 von einem dritten
Trennschichtabschnitt 14 eingenommen werden, erfolgte eine
vollständige Rückätzung des ersten und zweiten
Trennschichtabschnittes 12, 16 bis auf die weitere Silizium
schicht 17 und ein anschließendes Aufwachsen des dritten Trenn
schichtabschnittes 14 mit einer Dicke von lediglich 10 nm bis
100 nm an gleicher Stelle, der aus Siliziumdioxid besteht. Ober
halb der Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 befindet sich eine
erste Siliziumschicht 15 aus Epipolysilizium. Die erste Silizi
umschicht 15 ist oberflächlich metallisiert und mit einer Ätz
maskierung 10 zur Definition lateraler Aussparungen 21 struktu
riert.
Fig. 2 verdeutlicht das Ergebnis eines ersten anisotropen Plas
maätzprozesses mit alternierenden Depositions- und Ätzschritten,
der im Bereich der lateralen Aussparungen 21 Trenchgräben 21'
ätzt, wobei sich an den Seitenwänden der Trenchgräben 21' ein
teflonartiger Film 20 aufbaut. Beim Erreichen der Trenn
schichtabschnitte 12, 14, 16 kommt der erste Ätzprozeß nahezu
vollständig zum Erliegen, da dieser eine sehr hohe Selektivität
für Silizium gegenüber Siliziumdioxid aufweist und somit Sili
ziumdioxid nahezu nicht geätzt wird. Die erreichte Tiefe der
Trenchgräben 21' wird somit jeweils durch die Tiefe der vergra
benen Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 d. h. die Dicke der er
sten Siliziumschicht 15 definiert. Am Boden der Trenchgräben 21'
befinden sich freiliegende Bereiche 23 bzw. 24.
Fig. 3 erläutert, wie in einem zweiten, beispielsweise ani
sotropen Plasmaätzprozeß unter starkem Ionenbeschuß freiliegende
Bereiche 23 des dünnen dritten Trennschichtabschnittes 14 durch
brochen bzw. entfernt werden. Da der zweite Trennschichtab
schnitt 16 oberhalb der Leitschicht 13 in den freiliegenden Be
reichen 24 erheblich dicker ausgebildet ist, als der dritte
Trennschichtabschnitt 14, wird der zweite Schichtabschnitt 16
beim Durchbrechen des Trennschichtabschnittes 14 lediglich ge
ringfügig abgedünnt. Dadurch bleibt die Leitschicht 13 vollstän
dig von den Trennschichtabschnitten 12, 16 umschlossen. Nach dem
Durchbrechen des dünnen dritten Trennschichtabschnittes 14 im
freiliegenden Bereich 23 erfolgt eine weitere, vorzugsweise
isotrope Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 zur Erzeugung
einer Mulde 31. Dabei kommt es zu einer Unterätzung und Erzeu
gung einer freistehenden Struktur 32 mit einem Boden 30, der aus
dem Material des Trennschichtabschnittes 14 besteht. Dieser Bo
den 30 verhindert gegebenenfalls zusammen mit einem
Trennschichtrest 25 des dritten Trennschichtabschnittes 14 sowie
mit den teflonartigen Filmen 20 eine Rückätzung und einen
Strukturverlust der freistehenden Struktur 32.
Nachfolgend werden weitere Details der einzelnen Verfahrens
schritte entsprechend ihrer Reihenfolge beispielhaft erläutert.
Zunächst wird auf der weiteren Siliziumschicht 17 ein dicker
erster Trennschichtabschnitt 12 abgeschieden. Der erste
Trennschichtabschnitt 12 enthält vorzugsweise Siliziumdioxid,
ein sonstiges Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Glas, eine Keramik
oder eine Mischung davon und wird über an sich bekannte
Abscheideverfahren aus der Halbleitertechnik und insbesondere
durch thermische Oxidation entsprechend der Lehre der DE 195 37 814 A1
abgeschieden. Die weitere Siliziumschicht 17 ist ein
Siliziumwafer.
Die Dicke des Trennschichtabschnittes 12 beträgt beispielsweise
2,5 µm. Die abgeschiedene und gegebenenfalls strukturierte dünne
Leitschicht 13 enthält vorzugsweise leitfähiges Polysilizium,
das zur Verbesserung der Leitfähigkeit stark dotiert sein kann.
Auf diesem Schichtsystem wird danach ein weiteres Oxid, vorzugs
weise Siliziumdioxid, als Trennschichtabschnitt 16 abgeschieden.
Diese Abscheidung erfolgt beispielsweise aus der Gasphase über
Silane gemäß dem an sich aus DE 195 37 814 A1 bekannten Verfah
ren und weist eine Schichtdicke von ca. 1,5 µm auf. Dabei wird
die Leitschicht 13 bevorzugt vollständig eingeschlossen bzw.
vergraben.
Nachfolgend wird im Bereich des drittes Trennschichtabschnittes
14, in dem später eine freistehende Struktur 32 durch Unterät
zung erzeugt werden soll, das sich dort befindliche Oxid auf
eine Dicke von ca. 10 nm bis 100 nm abgedünnt. Dies kann durch
zeitkontrolliertes Rückätzen der Trennschichtabschnitte 12 und
16 erfolgen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt das
Rückätzen der Trennschichtabschnitte 12 und 16 im dritten
Trennschichtabschnitt 14 vollständig bis zum Erreichen der
weiteren Siliziumschicht 17, um anschließend eine gewünschte
Dicke des dritten Trennschichtabschnittes 14 von beispielsweise
10 nm bis 100 nm wieder aufwachsen zu lassen. Dieses Aufwachsen
des dritten Trennschichtabschnittes 14 kann entweder nur in den
zuvor rückgeätzen Bereichen oder aber ganz flächig in den
rückgeätzten Bereichen und auf dem verbliebenen zweiten
Trennschichtabschnitt 16 erfolgen, da die Dicke des aufgewachse
nen dritten Trennschichtabschnittes 14 gegenüber der Dicke des
zweiten Trennschichtabschnittes 16 nahezu vernachlässigbar ist.
Bei dieser Verfahrensvariante des vollständigen Rückätzens und
nachfolgenden Aufwachsens ist die Dicke des dritten Trennschich
tabschnittes 14, der vorzugsweise aus thermisch aufgewachsenem
Siliziumdioxid besteht, sehr genau definiert.
Der erste Trennschichtabschnitt 12 weist in bevorzugter Ausfüh
rung eine größere Dichte auf, als der zweite Trennschichtab
schnitt 16. Weiterhin sollte die Dicke des zweiten Trennschich
tabschnittes 16 erheblich größer, insbesondere mehr als zehnmal
bis tausendmal größer als die Dicke des rückgeätzten Trenn
schichtabschnittes oder des aufgewachsenen dritten Trennschich
tabschnittes 14 sein. Die Dicke des ersten und zweiten Trenn
schichtabschnittes 12 bzw. 16 liegt absolut jeweils zwischen
500 nm bis 50 µm, insbesondere zwischen 1 µm bis 10 µm.
Im anschließenden Verfahrensschritt wird auf die Trennschichtab
schnitte 12, 14, 16 eine dicke erste Siliziumschicht 15, vor
zugsweise aus Epipolysilizium aufgewachsen, die oberflächlich
gegebenenfalls metallisiert ist und beispielsweise mit der Ätz
maskierung 10 zur Definition der lateralen Aussparungen 21
strukturiert. Die erste Siliziumschicht 15 kann außerdem dotiert
sein. Die metallisierte Oberfläche der ersten Siliziumschicht 15
kann eine Aluminiumkontaktschicht sein, die durch die
Ätzmaskierung 10, beispielsweise in Form einer Photolackmaske,
gleichzeitig vor dem Angriff fluorhaltiger Gase geschützt wird.
Danach werden mittels eines aus DE 42 41 045 oder DE 44 20 962 A1
an sich bekannten, anisotropen Tiefenätzprozesses als erstem
Ätzprozeß Trenchgräben 21' an den Stellen der lateralen
Aussparungen 21 geätzt. Dieser erste Ätzprozeß kommt beim
Erreichen der Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 in den
freiliegenden Bereichen 23 bzw. 24 nahezu vollständig zum Erlie
gen, da das aus DE 42 41 045 bekannte Ätzverfahren, auf das sich
dieses Ausführungsbeispiel bezieht, eine sehr hohe Selektivität
von ca. 200-300 : 1 gegenüber Siliziumdioxid aufweist, was bedeu
tet, daß auf den Trennschichtabschnitten 12, 14, 16, die
bevorzugt aus Siliziumdioxid bestehen, nahezu ein Ätzstopp
eintritt. Das Eintreten des Ätzstopps wird neben der Zusammen
setzung der Trennschicht insbesondere vom gewählten Ätzprozeß
bestimmt. Die Wahl der Verfahrensparameter ist immer derart zu
gestalten, daß mit Erreichen der Trennschichtabschnitte 12, 14,
16 nahezu ein Ätzstopp eintritt.
Der bevorzugte erste Ätzprozeß gemäß DE 42 41 045 ist ein Troc
kenätzverfahren, bei dem Depositionsschritte alternierend mit an
sich isotropen Ätzschritten ausgeführt werden, wobei während der
Depositionsschritte ein polymerbildende Monomere lieferndes
Depositionsgas, vorzugsweise Octafluorocyclobutan C4F8 oder
Perfluoropropylen C3F6, einem hochdichten Plasma, insbesondere
einem PIE-Plasma (propagation ion etching) oder einem ICP-Plasma
(inductively coupled plasma) ausgesetzt wird, das auf den
Seitenwänden der Trenchgräben 21' den teflonartigen Film 20 von
(CF2)n aufbaut und bei dem während der Ätzprozesse ein Fluorra
dikale lieferndes Ätzgas, insbesondere Schwefelhexafluorid SF6,
eingesetzt wird, dem zur Unterdrückung einer Schwefel
ausscheidung im Abgasbereich Sauerstoff beigemischt sein kann.
Durch Vorwärtstreiben des teflonartigen Seitenwandfilmes 20
während der an sich isotropen Ätzschritte werden diese lokal
anisotrop.
In einem zweiten Ätzprozeß werden nun die Trennschichtabschnitte
12, 14, 16 in den freiliegenden Bereichen 23 bzw. 24 mit einem
für die Ätzung der Trennschichtzusammensetzung geeigneten Ätz
prozeß weitergeätzt. Diese Weiterätzung erfolgt so lange, bis
der Trennschichtabschnitt 14 in den freiliegenden Bereichen 23
vollständig durchgeätzt ist. Dies geschieht vorzugsweise durch
ein Plasmaätzverfahren mit einer Ätzvorrichtung gemäß der Lehre
der DE 42 41 045 unter Verwendung der Ätzgase CF4, C2F6, C3F8,
CHF3, C3F6 oder C4F8 unter Einsatz von starkem Ionenbeschuß d. h.
hoher Substratbiasspannung. Speziell bei Einsatz der
fluorreichen Ätzgase CF4, C2F6, C3F8 oder einem Gemisch von CF4
und CHF3 ist dieser Oxidätzprozeß unproblematisch für den
Zustand der Plasmaätzkammer hinsichtlich anschließender
Siliziumätzungen. Falls die fluorärmeren Oxidätzgase CHF3, C3F6
oder C4F8, beispielsweise aus Gründen einer höheren
Selektivität, verwendet werden sollen, müssen die
Prozeßparameter sehr sorgfältig optimiert werden, um zu
verhindern, daß spätere Siliziumätzungen in der Kammer durch
Querkontaminationen vergiftet werden. Es ist jedoch auch
möglich, die Oxidätzung in einer eigens dafür vorgesehenen
Ätzanlage durchzuführen. Hierzu verwendet man insbesondere eine
Clusteranlage, bei der ein einziges Handlingsystem mehrere Plas
maätzkammern bedient und bei der der Siliziumkörper stets im Va
kuum verbleibt.
In weiteren Verfahrensvarianten kann die Oxidätzung der freilie
genden Bereiche 23 bzw. 24 der Trennschichtabschnitte 12, 14, 16
auch naßchemisch erfolgen, indem die beispielsweise auf einem
Wafer hergestellte Schichtabfolge aus der Plasmaätzkammer ausge
schleust wird und dann eine Siliziumdioxidschicht in den
freiliegenden Bereichen 23 bzw. 24 mit verdünnter Flußsäure oder
einer hinreichend gepufferten Flußsäurelösung geätzt und in den
freiliegenden Bereichen 23 vollständig entfernt wird. Die
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch die Ätzung
trockenchemisch mittels eines Plasmas, da diese Methode insbe
sondere die Oxidkanten des Bodens 30 oder der Trennschichtreste
25 nicht hinterschneidet.
Während der Durchätzung des dritten Trennschichtabschnittes 14 in
den freiliegenden Bereichen 23 werden unvermeidlich auch die
Trennschichtabschnitte in dem freiliegenden Bereich 24 des
zweiten Trennschichtabschnittes 16 teilweise mitabgetragen, da
dieser zweite Ätzprozeß unmaskiert und damit ganz flächig auf
allen freiliegenden Bereichen 23 bzw. 24 erfolgt. Da der zweite
Trennschichtabschnitt 16 jedoch eine erheblich größere Dicke von
beispielsweise 1,5 µm gegenüber lediglich ca. 50 nm des dritten
Trennschichtabschnittes 14 aufweist, ist diese Ätzung des
zweiten Trennschichtabschnittes 16 bei der Durchätzung der
freiliegenden Bereiche des dünnen dritten
Trennschichtabschnittes 14, selbst bei einer zweifachen
Überätzung beim Durchätzen aus Gründen der Prozeßsicherheit,
nicht von Bedeutung. Damit bleibt insbesondere die vergrabene
Leitschicht 13 überall durch eine dicke, intakte Si
liziumdioxidschicht geschützt.
Nach Abschluß des Durchätzens des dritten Trennschichtabschnit
tes 14 in den freiliegenden Bereichen 23, wird gemäß Fig. 3 in
einem dritten Ätzprozeß eine isotrope Ätzung der weiteren
Siliziumschicht 17 vorgenommen. Vor dieser Ätzung kann eine
zusätzliche Passivierung der Seitenwände der Trenchgräben 21'
mit einem teflonartigen Plasmapolymer gemäß der Lehre von DE 44 20 962 A1
vorgenommen werden, sofern diese
Seitenwandpassivierung nicht bereits während des Ätzens der
Trenchgräben 21' gemäß Fig. 2 entstanden und während des
Durchätzens des dritten Trennschichtabschnittes 14 in den frei
liegenden Bereichen 23 unversehrt und vollständig erhalten ge
blieben ist. Die isotrope Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17
ist vorzugsweise eine Unterätzung im Bereich 31, die zum Freile
gen der freizulegenden Struktur 32 führt. Während dieser Ätzung
der weiteren Siliziumschicht 17 kann eine Ätzung des Bodens 30
oder der Seitenwände der frei stehenden Struktur 32 nicht auftre
ten, da der Boden 30 beispielsweise durch eine dünne Siliziumdi
oxidschicht aus dem dritten Trennschichtabschnitt 14 geschützt
ist und die Seitenwände durch den teflonartigen Film 20 ge
schützt werden. Gleiches gilt für eine Rückätzung in die erste
Siliziumschicht 15 oder eine Rückätzung in die Leitschicht 13,
die ebenfalls durch im zweiten Ätzprozeß nicht durchgeätzten
Trennschichtreste 25 geschützt sind.
Im einzelnen erfolgt der dritte Ätzprozeß zur isotropen Ätzung
der weiteren Siliziumschicht 17 indem zunächst möglicherweise
noch vorhandene Reste eines Fluorpolymers auf der weiteren
Siliziumschicht 17 nach dem Durchätzen des dritten
Trennschichtabschnittes 14 entfernt werden. Dies geschieht indem
kurzzeitig Argon und/oder Sauerstoff in die Ätzkammer
eingelassen und das Plasma erneut gezündet wird. Dabei wird in
an sich bekannter Weise durch Ioneneinwirkung selektiv auf dem
Ätzgrund ein sehr schneller Polymerabtrag erreicht, so daß sich
eine polymerfreie weitere Siliziumschicht 17 und eine weiterhin
intakte Seitenwandpassivierung durch die teflonartigen Filme 20
ergibt. Die Gegenwart von Sauerstoff fördert diesen
physikalischen Ätzabtrag durch gerichtete Ionen, indem chemische
Reaktionen zwischen Fluorkohlenwasserstoffen und Sauerstoff in
duziert werden. Danach wird in an sich bekannter Weise gemäß DE 42 41 045
ein isotropes Siliziumätzverfahren mit einem
Fluorplasma durchgeführt, wobei in einer induktiven Plasmaquelle
ein SF6-Plasma gezündet wird und gleichzeitig der aus DE 42 41 045
bekannte Seitenwandfilmtransportmechanismus unterbunden
wird, indem man einen hohen Prozeßdruck verwendet und keine Sub
stratbiasspannung anlegt. Ein geeigneter Gasfluß für diesen Teil
des dritten Ätzprozesses ist beispielsweise 100 sccm SF6 bei
einem Druck von 50 bis 100 mTorr. In einer Variante dieses
Ätzprozesses kann der initiale Abtrag der Reste eines Fluorpoly
mers auf der weiteren Siliziumschicht 17 auch dadurch erfolgen,
daß man das Siliziumätzverfahren gemäß DE 42 41 045 mit einem
Fluorplasma und den genannten Parametern für einige Sekunden mit
einer hohen Substratbiasleistung von 50 bis 100 W startet, und
diese Substratbiasleistung dann vollständig abschaltet. Damit
werden innerhalb der wenigen Sekunden die Reste des Fluorpoly
mers auf der weiteren Siliziumschicht 17 abgetragen, während die
teflonartigen Seitenwandfilme 20 im wesentlichen unverändert
bleiben.
Alternativ kann der isotrope Fluorätzschritt im dritten Ätzpro
zeß zur isotropen Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 nach
der Entfernung von Resten des Fluorpolymers auf der weiteren Si
liziumschicht 17 auch ohne Plasmaunterstützung mit Ätzgasen wie
beispielsweise Xenondifluorid, Chlortrifluorid, Bromtrifluorid
oder Iodpentafluorid durchgeführt werden, die bekanntermaßen
freie Siliziumflächen unter Bildung von flüchtigem
Siliziumtetrafluorid sofort isotrop in heftiger Reaktion
angreifen. Die Selektivität dieser Gase gegenüber Nicht-Silizium
ist extrem hoch, so daß bereits dünnste Passivierschichten zum
Schutz vor Ätzangriffen ausreichen.
Da das Siliziumdioxid beim isotropen Unterätzen am Boden 30 der
freizulegenden Struktur 32 verbleibt, muß der dritte
Trennschichtabschnitt 14 möglichst dünn sein, um die me
chanischen Eigenschaften der freistehenden Struktur 32, die bei
spielsweise als Sensorelement verwendet werden kann, nicht nach
teilig zu beeinflussen. Eine praktikable untere Grenze der Dicke
ist ca. 10 nm. Durch die Siliziumdioxidschicht am Boden 30 der
freistehenden Struktur 32 wird zudem eine Druckspannung indu
ziert, die eine geringfügige Verwölbung des Bodens 30 nach oben
bewirkt. Diese Verwölbung ist bei einer Schichtdicke von ca.
10 nm in den meisten Fällen vernachlässigbar. Es ist jedoch auch
möglich, diese Druckspannung durch eine Dotierung der ersten Si
liziumschicht 15 von oben vollständig zu kompensieren.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren haben die freistehenden
Strukturen 32 insbesondere eine Höhe, die nur durch die Dicke
der ersten Siliziumschicht 15 bestimmt ist und die unabhängig
von Microloading-Effekten, dem Grad an isotroper Ätzung bzw. Un
terätzung und den Trenchgrabenbreiten ist.
Nach Ausschleusen aus der Plasmaätzanlage wird der geätzte
Siliziumkörper in einem Sauerstoffplasmastripper von der
Ätzmaskierung 10, beispielsweise in Form einer Photolackmaske,
und den verbliebenen passivierenden, teflonartigen Filmen 20
mittels eines an sich in der Halbleitertechnik bekannten
Sauerstoffplasmaveraschungsprozesses befreit. Erst in diesem
Stadium wird somit auch die metallisierte Oberfläche der ersten
Siliziumschicht 15 und dort gegebenenfalls angebrachte
Aluminiumkontaktflächen freigelegt, die bisher vollständig vor
Korrosion und Ätzangriffen unter der Ätzmaskierung 10 lagen. So
mit kann jedwede Nachbehandlung dieser Kontaktflächen entfallen.
Insbesondere eignet sich dieses Verfahren zur Herstellung von
Sensorelementen mit freistehenden Strukturen, bei denen die da
zugehörige integrierte Schaltung auf dem gleichen Wafer ange
ordnet wird.
Da die teflonartigen Filme 20 ein ausgezeichnetes Mittel dar
stellen, um ein irreversibles Verkleben von mikromechanischen
Strukturen bei Kontakt von Silizium mit Silizium ("sticking"
zu vermeiden, ist es für viele Anwendungen zweckmäßig, diese te
flonartigen Filme 20, die beim Entfernen der Ätzmaskierung 10 in
einem Sauerstoffveraschungsprozeß mitentfernt werden, nachträg
lich durch eine erneute Teflonbeschichtung wieder aufzubringen.
Man kann dies bereits im Sauerstoffplasmastripper tun, indem
abschließend anstelle von Sauerstoff kurzzeitig ein
teflonbildende Monomere lieferndes Gas wie C3F6, C4F8 oder CHF3
eingelassen wird und das Plasma erneut gezündet wird. Dadurch
wird jedoch auch eine Aluminiummetallisierung an der Oberfläche
der Siliziumschicht 15 mit Teflon bedeckt, was Probleme bei
einer späteren Kontaktierung mit sich bringen kann. In besonders
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden daher die
teflonartigen Filme 20 nach dem Sauerstoffveraschungsprozeß mit
dem bereits aus DE 42 41 045 bekannten Depositionsschritt im
Ätzreaktor wieder ganzflächig auf allen zugänglichen
Siliziumflächen aufgebracht und anschließend mit Hilfe eines
kurzzeitigen starken Ionenbeschusses auf allen für den
senkrechten Ioneneinfall zugänglichen Flächen wieder entfernt,
so daß die teflonartigen Filme 20 nur auf den Seitenwänden der
freistehenden Struktur 32, dem Boden 30 und allen vom
Ioneneinfall abgeschatteten Silizium- oder Siliziumoxidflächen
erhalten bleiben. Insbesondere werden somit Kontaktflächen
wieder von einer unerwünschten Teflonschicht befreit. Alternativ
kann sehr vorteilhaft auch anstelle eines nachträglichen
Entfernes der teflonartigen Filmen auf allen für den senkrechten
Ioneneinfall zugänglichen Stellen bereits während des
Aufbringens der teflonartigen Filme gemäß DE 42 41 045 im
Ätzreaktor ein Ionenbeschuß eingesetzt werden, so daß sich die
teflonartigen Filme insbesondere auf den Kontaktflächen erst gar
nicht bilden (selektive Beschichtung der Seitenwände).
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen als weiteres Ausführungsbeispiel
eine Variante des mit Hilfe der Fig. 1 bis 3 beschriebenen
Ausführungsbeispiels, das sich von diesem dadurch unterscheidet,
daß auf dem dritten Trennschichtabschnitt 14 vor dem Aufwachsen
der ersten Siliziumschicht 15 zunächst über an sich bekannte
Abscheide- und Strukturierungsverfahren zusätzlich eine
Zwischenschicht als weitere Siliziumschicht aufgebracht wird,
die anschließend von einer weiteren Trennschicht 14'
oberflächlich und seitlich umgeben wird. Die als Opferschicht
verwendete Zwischenschicht 17 kann entsprechend der benötigten
Geometrie strukturiert werden. In dieser Variante kann der
dritte Trennschichtabschnitt 14 sehr vorteilhaft hinsichtlich
Dicke und Zusammensetzung dem ersten Trennschichtabschnittes 12
entsprechen, da nunmehr die weitere Trennschicht 14' die Rolle
des dritten Trennschichtabschnittes 14 aus dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3 übernimmt. Die weitere
Trennschicht 14' besteht somit insbesondere aus thermisch
ausgewachsenem Siliziumdioxid mit einer Dicke von 10 nm bis
100 nm. Insofern ist ein Rückätzen des dritten
Trennschichtabschnittes 14 oder ein Aufwachsen des dritten
Trennschichtabschnittes 14 nach einem vollständigen Rückätzen
bis auf die weitere Siliziumschicht 17, wie in dem
Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 erläutert, nicht
mehr erforderlich, da nicht der dritte Trennschichtabschnitt 14
sondern die weitere Trennschicht 14' im zweiten Ätzprozeß
durchgeätzt wird, und der dritte Ätzprozeß damit eine Ätzung der
Zwischenschicht 17' als weitere Siliziumschicht bewirkt.
Besonders vorteilhaft kann die Zwischenschicht 17' nunmehr auch
aus der Leitschicht 13 herausstrukturiert werden, die aus
Polysilizium besteht, so daß ein zusätzlicher Prozeßschritt zum
Aufwachsen der Zwischenschicht 17' entfällt.
Die als Opferschicht eingesetzte Zwischenschicht 17' ist
beispielsweise wie die weitere Siliziumschicht 17
zusammengesetzt. Sie kann auch aus Polysilizium oder
Epipolysilizium entsprechend der Leitschicht 13 oder der ersten
Siliziumschicht 15 bestehen. Der erste Ätzprozeß stoppt somit
entsprechend dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel in den
freiliegenden Bereichen 23' auf der weiteren Trennschicht 14'
sowie auf den freiliegenden Bereichen 24. Im zweiten Ätzprozeß
wird dann gemäß Fig. 5 und 6 erneut in einem anisotropen
Plasmaätzprozeß entsprechend dem vorangegangenen
Ausführungsbeispiel unter starkem Ionenbeschuß diese dünne
weitere Trennschicht 14' in den freiliegenden Bereichen 23'
durchbrochen. Abschließend wird dann, wie in Fig. 6 darge
stellt, durch einen dritten Ätzprozeß, entsprechend dem vorange
gangenen Ausführungsbeispiel, eine weitere isotrope Ätzung der
als Opferschicht eingesetzten Zwischenschicht 17' vorgenommen,
was in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 der isotropen
Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 zur Erzeugung der Mulde
31 entspräche. Dadurch, daß die Zwischenschicht 17' in diesem
Ausführungsbeispiel zunächst vollständig von der Trennschicht
14' bzw. dem dritten Trennschichtabschnitt 14 umschlossen ist,
stoppt die Ätzung im dritten Ätzprozeß automatisch nach dem
vollständigen Wegätzen der als Opferschicht eingesetzten
Zwischenschicht 17', so daß einerseits eine freistehende
Struktur 32 mit definiertem Boden 30 und definierten
Seitenwänden entsteht, und andererseits eine Mulde 31' mit
lateral und vertikal über die Strukturierung bzw. Geometrie und
Dicke der weiteren Trennschicht 14' exakt definierten Rändern
33.
Eine weiteres Ausführungsbeispiel, das ansonsten weitgehend
analog dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, 5 und 6 ist und
das mit Hilfe von Fig. 7 erläutert wird, sieht zunächst vor,
daß die Trennschicht 12, 14, 16 auf der weiteren Siliziumschicht
17 durchgehend mit gleichmäßiger Dicke ausgebildet ist, und daß
darin die gegebenenfalls strukturierte Leitschicht 13
eingeschlossen ist. Auf dieser Trennschicht 12, 14, 16 wird dann
analog Fig. 4 und dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel über
an sich bekannte Abscheide- und Strukturierungsverfahren
zusätzlich die Zwischenschicht als weitere Siliziumschicht
aufgebracht und anschließend von der weiteren Trennschicht 14'
oberflächlich und seitlich umgeben, die beispielsweise durch
thermisches Aufwachsen einer Siliziumdioxidschicht erzeugt wird.
Die Zusammensetzung dieser weiteren Trennschicht 14' und ihre
Dicke entspricht vorzugsweise wiederum der des dritten Trenn
schichtabschnittes 14. Die Zwischenschicht 17' ist insbesondere
wie die weitere Siliziumschicht 17, die Leitschicht 13 oder die
erste Siliziumschicht 15 zusammengesetzt.
Mit dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können
somit Elektrodenflächen unter aktiven bzw. freistehenden
Strukturen angebracht werden, wobei man eine gegebenenfalls
strukturierte Ebene mit der Zwischenschicht 17' als Opferschicht
zur freien Verfügung hat, die zur Erzeugung freistehender
Strukturen 32 entfernt wird, sowie eine darunter befindliche
Ebene mit Elektroden- und Leiterbahngeometrien, die von den
Trennschichtabschnitten 12, 14, 16 insbesondere vor Ätzangriffen
geschützt wird. In beiden Ebenen können somit unabhängig von
einander Strukturierungen vorgenommen werden. Weiterhin liegen
sämtliche, elektrisch funktionelle strukturierten Leitschichten
13 nach dem Entfernen der Zwischenschicht 17' noch nach allen
Seiten vollständig elektrisch isoliert vor.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird als
Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 8 bis 11 erläutert, wobei
die verschiedenen Ätzprozesse, Schichtzusammensetzungen und
Schichtdicken wie bereits bei den vorangehenden
Ausführungsbeispielen erläutert gewählt werden. Dieses Beispiel
sieht allerdings in Weiterbildung der Fig. 7 vor (siehe Fig.
8), daß die weitere Trennschicht 14' und der dritte
Trennschichtabschnitt 14 die Zwischenschicht 17' durch eine
geeignete, an sich bekannte Strukturierung der weiteren
Trennschicht 14' nicht vollständig einschließen.
Der Schichtaufbau des dargestellten Schichtkörpers wird im
Detail wie bereits in den vorangehenden Ausführungsbeispielen
beschreiben realisiert. Danach werden, wie in Fig. 9 gezeigt,
in einem ersten Ätzprozeß die Trenchgräben 21' unter
gleichzeitigem Aufbau der Seitenwandpassivierung über die
teflonartigen Filme 20 erzeugt, wobei der erste Ätzprozeß am
Boden 23' der Trenchgräben 21' zum Erliegen kommt. Im zweiten
Ätzprozeß wird dann die dünne weitere Trennschicht 14' am Boden
23' der Trenchgräben 21' durchbrochen. Dabei wird gleichzeitig
auch der dritte Trennschichtabschnitt 14 am Boden 23 an den
Stellen geätzt, an denen eine darüberliegende weitere
Trennschicht 14' fehlt. Diese Ätzung ist jedoch angesichts der
geringen Dicke der weiteren Trennschicht 14' und des unterhalb
des dritten Trennschichtabschnittes 14 vorliegenden zweiten
Trennschichtabschnittes 16 vernachlässigbar.
Insbesondere kann man in diesem Ausführungsbeispiel in einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf den dritten
Trennschichtabschnitt 14 ganz verzichten, da dessen Aufgabe von
der weiteren Trennschicht 14' und von dem zweiten
Trennschichtabschnitt 16 übernommen wird. Nach dem Durchbrechen
der weiteren Trennschicht 14' am Boden 23' der Trenchgräben 21'
wird der zweite Ätzprozeß unterbrochen. Es folgt der bereits im
vorangehenden erläuterte dritte Ätzprozeß, der eine Ätzung der
Zwischenschicht 17', die als Opferschicht dient, bewirkt. Der
Ätzangriff im dritten Ätzprozeß ist dabei beschränkt auf den
durch die dünne weitere Trennschicht 14' und den dritten
Trennschichtabschnitt 14 oder den zweiten Trennschichtabschnitt
16 begrenzten Bereich, wobei jedoch in diesem
Ausführungsbeispiel abweichend von Fig. 7 durch die
Strukturierung der weiteren Trennschicht 14' in sehr
vorteilhafter Weise auch eine von unten kommende Ätzung
innerhalb eines Steges 40 erfolgen kann. Der Fortschritt der
Ätzfront in dem Steg 40 ist dabei durch die
Seitenwandpassivierung durch die teflonartigen Filme 20 und
durch die obere Passivierung der Stege 40 durch die
Ätzmaskierung 10 beschränkt, so daß der Steg 40 weitgehend
ausgehöhlt bzw. bei fortschreitender Ätzung lokal unterbrochen
wird. Durch dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung kann somit
durch selektives Weglassen oder eine definierte Strukturierung
der weiteren Trennschicht 14' ein Ätzangriff im dritten
Ätzprozeß von unten gezielt zugelassen werden. Damit kann, wie
in Fig. 11 gezeigt, sehr vorteilhaft beispielsweise eine
zunächst erzeugte Siliziumbrücke unter einer oberflächlich in
der ersten Siliziumschicht 15 vorhandenen
Aluminiummetallisierung, die in Form von dielektrisch isolierten
Leiterbahnen ausgebildet ist, durch einen Ätzangriff von unten
selektiv durchtrennt werden. Man erhält somit zumindest lokal
eine freie Leiterbahn, die zur weiteren Kontaktierung zur
Verfügung steht, sowie eine elektrische Isolation der
freistehenden Struktur 32 vom umgebenden Silizium. Dieses
Ausführungsbeispiel bietet somit insbesondere unter
Integrationsgesichtspunkten d. h. der Verbindung von
Mikromechanik mit elektronischer Schaltungstechnik neue
Möglichkeiten und Vorteile.
Insbesondere wenn die oberflächliche Aluminiummetallisierung
durch eine zusätzliche, geeignet strukturierte elektrisch
isolierende Zwischenschicht beispielsweise aus Siliziumdioxid
von der eigentlichen ersten Siliziumschicht 15 getrennt ist,
wobei diese Zwischenschicht beim dritten Ätzprozeß nicht geätzt
wird, kann selektiv eine elektrische Verbindung und insbesondere
eine Anbindung eines Sensors an eine elektronische
Auswerteschaltung über eine oberflächliche Metallisierung der
ersten Siliziumschicht 15 erreicht werden, die wie eine Brücke
über einen Abgrund gespannt ist und die von unten durch die
elektrisch isolierende, im dritten Ätzprozeß nicht geätzte
Zwischenschicht geschützt wird.
Claims (31)
1. Verfahren zum Ätzen eines Siliziumschichtkörpers mit
einer ersten Siliziumschicht (15), die mit einer Ätzmaskierung
(10) zur Definition lateraler Aussparungen (21) versehen ist,
wobei in einem ersten Ätzprozeß mit einem Plasma gearbeitet wird
und im Bereich der lateralen Aussparungen (21) durch anisotrope
Ätzung Trenchgräben (21') erzeugt werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen der ersten Siliziumschicht (15) und
einer weiteren Siliziumschicht (17, 17') mindestens eine
Trennschicht (12, 14, 14', 16) vergraben ist, bei deren Er
reichen der erste Ätzprozeß zumindest nahezu zum Erliegen kommt,
daß danach die Trennschicht (12, 14, 14', 16) in einem
freiliegenden Bereich (23, 23') mittels eines zweiten Ätz
prozesses durchgeätzt wird und daß anschließend ein dritter
Ätzprozeß eine Ätzung der weiteren Siliziumschicht (17, 17')
bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwischen zwei Trenchgräben (21') durch den dritten
Ätzprozeß eine vollständige isotrope Unterätzung derart erzeugt
wird, daß eine freistehende Struktur (32) entsteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Ätzprozeß ein Trockenätzverfahren ist, bei dem
Depositionsschritte alternierend mit an sich bekannten isotropen
Ätzschritten ausgeführt werden, wobei während der Depositions
schritte ein polymerbildende Monomere lieferndes Depositionsgas,
vorzugsweise Octafluorocyclobutan C4F8 oder Perfluoropropylen
C3F6, einem hochdichten Plasma, insbesondere einem PIE-Plasma
(propagation ion etching) oder einem ICP-Plasma (inductively
coupled plasma) ausgesetzt wird, das auf den Seitenwänden der
Trenchgräben (21') einen teflonartigen Film (20) von (CF2)n
aufbaut und daß während der Ätzprozesse ein Fluorradikale
lieferndes Ätzgas, insbesondere Schwefelhexafluorid SF6 mit
zugesetztem Sauerstoff, eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste, anisotrope Ätzprozeß der Trenchgräben (21') eine hohe
Selektivität gegenüber Siliziumdioxid aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Trennschicht (12, 14, 14', 16) aus mindestens einem ersten
Trennschichtabschnitt (12) und einem zweiten Trennschichtab
schnitt (16) ausgebildet ist, wobei der erste Trennschichtab
schnitt (12) Siliziumdioxid, ein sonstiges Siliziumoxid, Sili
ziumnitrid, Glas, eine Keramik oder eine Mischung davon enthält
und über bekannte Abscheideverfahren aus der Halbleitertechnik
abgeschieden wird und wobei der zweite Trennschichtabschnitt
(16) vorzugsweise eine Siliziumdioxidschicht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Ätzprozeß zum Durchätzen der Trennschicht (12, 14,
14', 16) im freiliegenden Bereich (23, 23') der Trenchgräben
(21') trockenchemisch, vorzugsweise mittels Plasmaätzen erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Plasmaätzen unter starkem Ionenbeschuß und mit Hilfe eines
Ätzgases, vorzugsweise CF4, C2F6, C3F8, CHF3, C3F6 oder C4F8,
erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Ätzprozeß zum Durchätzen der Trennschicht (12, 14,
14', 16) im freiliegenden Bereich (23, 23') der Trenchgräben
(21') naßchemisch durchgeführt wird und insbesondere mit Hilfe
verdünnter Flußsäure oder Flußsäurelösungen erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die freiliegenden Strukturen (32) einen Boden (30) aufweisen,
der beim Ätzen, insbesondere beim Unterätzen im dritten
Ätzprozeß zumindest weitgehend frei von einem Ätzangriff ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
vor oder während des dritten Ätzprozesses die Seitenwände der
Trenchgräben (21') vor dem Unterätzen selektiv mit einem Plas
mapolymer zur Erzeugung eines teflonartigen Filmes (20) be
schichtet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
auf die weitere Siliziumschicht (17) der erste Trennschichtab
schnitt (12) aufgebracht wird, auf den dann zumindest bereichs
weise eine Leitschicht (13) abgeschieden und gegebenenfalls
strukturiert wird, die vorzugsweise aus leitfähigem hochdotier
tem Polysilizium besteht, und daß danach auf die Leitschicht
(13) der zweite Trennschichtabschnitt (16) abgeschieden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abscheidung des ersten und zweiten Trennschichtabschnittes
(12, 16) derart erfolgt, daß die Leitschicht (13) vollständig
eingeschlossen wird.
13. Verfahren nach Ansprüche 5 oder 11, dadurch gekennzeich
net, daß der zweite Trennschichtabschnitt (16) aus der Gasphase,
insbesondere durch Zersetzung von Silanen abgeschieden wird.
14. Verfahren nach Anspruch 5 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Trennschichtabschnitt (12) aus
thermisch aufgewachsenem Siliziumdioxid gebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Trennschichtabschnitte (12) und (16) jeweils eine Dicke von
500 nm bis 50 µm, insbesondere von 1 µm bis 10 µm aufweisen.
16. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste und/oder der zweite Trennschichtabschnitt (12, 16) in
der Umgebung mindestens eines Trenchgrabens (21') oder einer
freiliegenden Struktur (32) durch Rückätzen auf einen
rückgeätzten Trennschichtabschnitt mit einer Dicke von 10 nm bis
100 nm abgedünnt werden oder vollständig entfernt werden und
statt dessen anschließend ein dritter Trennschichtabschnitt (14)
geringer Dicke, vorzugsweise aus Siliziumdioxid, aufgewachsen
wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
der dritte Trennschichtabschnitt (14) mit einer Dicke von 10 nm
bis 100 nm erzeugt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
auf den zweiten Trennschichtabschnitt (16) und den rückgeätzten
Trennschichtabschnitt oder auf den Trennschichtabschnitt (16)
und den aufgewachsenen dritten Trennschichtabschnittes (14) die
erste Siliziumschicht (15) aufgewachsen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Trennschichtabschnitt (16) dicker, ins
besondere mehr als zehnmal bis tausendmal dicker als der rückge
ätzte Trennschichtabschnitt oder der dritte Trennschichtab
schnitt (14) ist.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Siliziumschicht (15) aus Epipolysilizium besteht, das
gegebenenfalls dotiert und/oder oberflächlich metallisiert
und/oder strukturiert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die metallisierte Oberfläche der ersten Siliziumschicht (15)
eine Aluminiumkontaktschicht ist, die durch eine Photolackmaske
als Ätzmaskierung (10) vor dem Angriff fluorhaltiger Gase ge
schützt wird.
22. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der im ersten Ätzpro
zeß geätzten Trenchgräben (21') unabhängig von dem Verhältnis
von Breite zu Höhe der Trenchgräben (21') ist und über die Ätz
zeit zum Erreichen der freiliegenden Bereiche (23, 23') des er
sten Trennschichtabschnittes (16), des aufgewachsenen dritten
Trennschichtabschnittes (14) oder der weiteren Trennschicht
(14') eingestellt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
alle Ätzprozesse in einer einzigen Ätzkammer durchgeführt werden
und daß insbesondere der Siliziumschichtkörper während der Ätz
prozesse in der Ätzkammer verbleibt.
24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der geätzte Siliziumschichtkörper abschließend in einem
Sauerstoffplasmastripper von der Ätzmaskierung (10) und den
verbliebenen teflonartigen Filmen (20) durch einen
Sauerstoffveraschungsprozeß befreit wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Entfernen der verbliebenen teflonartigen Filme eine
teflonartige Beschichtung auf den Seitenwänden der freistehenden
Struktur (32), den Seitenwänden der Trenchgräben (21') und allen
von senkrechtem Ioneneinfall abgeschatteten Flächen aufgebracht
wird, wobei insbesondere elektrische Kontaktflächen frei von
einer teflonartigen Beschichtung bleiben.
26. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
vor dem Aufwachsen der ersten Siliziumschicht (15) auf den auf
gewachsenen dritten Trennschichtabschnitt (14) oder den rückge
ätzten Trennschichtabschnitt zunächst eine Zwischenschicht
(17'), die als Opferschicht die weitere Siliziumschicht bildet,
aufgebracht wird, und daß diese Zwischenschicht (17')
anschließend mit einer weiteren Trennschicht (14') zumindest in
den freiliegenden Bereichen (23, 23') abgedeckt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenschicht (17') aus Silizium, Epipolysilizium,
Polysilizium oder leitfähigem und/oder dotiertem Polysilizium
aufgewachsen wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß
die weitere Trennschicht (14') aus thermisch aufgewachsenem Si
liziumdioxid erzeugt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
die weitere Trennschicht (14') eine Dicke von 10 nm bis 100 nm
aufweist.
30. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 26 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (17') durch eine
Strukturierung der weiteren Trennschicht (14') nicht vollständig
von der weiteren Trennschicht (14') und von einem
Trennschichtabschnitt (14, 16) umgeben wird.
31. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche zur Herstellung von Sensorelementen mit freistehenden
Strukturen (32).
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