DE19929776A1 - Verfahren zur Herstellung eines Geräts - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines GerätsInfo
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung eines Geräts umfaßt folgende Schritte: Ausbildung einer Schutzschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf der Oberfläche eines Stufenunterschiedsteils eines ersten Substrats, welches an seiner Rückseite einen Stufenunterschied aufweist; Bereitstellung eines Verbindungsteils durch Verbindung eines zweiten Substrats mit niedriger Wärmeleitfähigkeit auf der rückwärtigen Oberfläche des ersten Substrats; Anordnung des Verbindungsteils auf einem Substrathalter, der eine Kühlfunktion aufweist, und in Bezug auf ein Plasmapotential ein negatives Potential aufweist, um abwechselnd die Ausbildung eines Films mit hohem Molekulargewicht und die Ätzung mit einer aktivierten Ionensorte durchzuführen, die in dem Plasma erzeugt wird, auf dem Verbindungsteil; und Entfernung der Schutzschicht.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Gerätes, das zur Herstellung von
Halbleitergeräten einsetzbar ist, und ein sogenanntes
Tieftrockenätzen einsetzt, mit dem Schritt der abwechselnden
Ausbildung eines Films mit hohem Molekulargewicht und Ätzen
mit einer aktivierten Ionensorte, die in einem Plasma erzeugt
wird.
Als anisotropes Ätzverfahren, durch welches beispielsweise
ein Siliziumsubstrat in Vertikalrichtung geätzt werden kann,
ist das sogenannte Tieftrockenätzen bekannt, bei welchem die
Ausbildung eines Films mit hohem Molekulargewicht und die
Ätzung mit einer aktivierten Ionensorte, die in einem Plasma
erzeugt wird, abwechselnd durchgeführt werden. Dieses
Tieftrockenätzverfahren findet nunmehr Interesse als
Herstellungsverfahren für verschiedene Arten von
Halbleitergeräten, infolge der Bereitstellung einer großen
Ätztiefe (beispielsweise einige 100 µm), einer hohen
Ätzgeschwindigkeit (beispielsweise höher als 2 µm pro
Minute), einer hohen Anisotropie (beispielsweise innerhalb
von 90 ± 1°), einem hohen Streckungsverhältnis
(beispielsweise 20 : 1), und einer hohen
Maskierungsselektivität (beispielsweise mehr als 150 : 1 in
Bezug auf den Siliziumoxidfilm).
Fig. 10 zeigt schematisch ein Ätzgerät für
Tieftrockenätzung, welches in dem US-Patent Nr. 5 501 893
beschrieben wird, und das Tiefätzverfahren verwendet. In
Fig. 10 ist mit dem Bezugszeichen 1 die Vakuumkammer
bezeichnet, mit 2 die Plasmaerzeugungsspule, mit 3 die
Hochfrequenzleistungsquelle für die Plasmaerzeugung, mit 4
die Hochfrequenzleistungsquelle für Substratvorspannung, die
dazu verwendet wird, den Substrathalter kontrolliert auf
elektrisch negativem Potential in Bezug auf das
Plasmapotential zu halten, mit 6 das Heliumgas für Kühlung,
mit 7 das Plasma, das im Inneren der Vakuumkammer 1 erzeugt
wird, mit 8 der Substrathalter, und mit 9 das
Siliziumsubstrat, mit welchem die Ätzung durchgeführt werden
soll. Der Substrathalter 8 ist im Inneren hohl ausgebildet,
wobei sich ein Gaseinlaßloch 8a am Boden befindet, um das
Heliumgas 6 für die Kühlung zuzuführen, und mehrere
Gasauslaßlöcher auf der Substratmontageoberfläche angeordnet
sind, und zum Ausstoßen des zugeführten Heliumgases 6 dienen.
Auf dem Substrathalter 8 sind das Substrat mit hoher
Wärmeleitfähigkeit und das Siliziumsubstrat 9 über einen
O-Ring (nicht in der Figur dargestellt) angebracht. Bei dem
angebrachten Siliziumsubstrat 9 wird dessen Temperaturanstieg
begrenzt und auf konstanten Pegel geregelt während der
Ätzung, infolge der Kühlwirkung des Heliumgases 6, das von
dem Substrathalter 8 ausgestoßen wird.
Nachstehend wird der Betriebsablauf bei dem Ätzgerät
erläutert. Im wesentlichen erzeugt das Atzgerät ein Plasma
mit hoher Dichte (ein induktiv gekoppeltes Plasma oder ICP) 7
mit Hilfe der Plasmaerzeugungsspule 2, und beschleunigt die
aktivierte Ionensorte des Prozeßgases, die in dem Plasma 7
mit hoher Dichte erzeugt wird, gegen den Substrathalter 8,
der kontrolliert auf elektrisch negativem Potential gehalten
wird, zur vertikalen Aufstrahlung auf das Siliziumsubstrat 9,
um eine Hochgeschwindigkeitsätzung des betreffenden
Siliziumsubstrats 9 durchzuführen.
Um unter Verwendung dieses Ätzgerätes eine Ätzung
durchzuführen wird das Siliziumsubstrat 9, bei welchem eine
Ätzmaske mit einem Muster von Durchgangslöchern und einem
Umkehrmuster vorgesehen ist, auf dem Substrathalter 8 über
das Substrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit und/oder dem O-Ring
angebracht, bevor es einer Vakuumentladung im Inneren der
Vakuumkammer 1 ausgesetzt wird.
Daraufhin wird das Heliumgas 6 (für die Kühlung) durch die
Gaseinlaßöffnung 8a des Substrathalters 8 zugeführt, wird das
Prozeßgas ebenfalls der Vakuumkammer 1 mit festgelegter
Flußrate und festgelegtem Druck zugeführt, und wird die
Hochfrequenzleistungsquelle 3 für die Plasmaerzeugung
eingeschaltet, um die Plasmaerzeugungsspule 2 mit Energie zu
versorgen.
Eine Fluorkohlenstoffverbindung für die Ausbildung eines
Films mit hohem Molekulargewicht und S-F-Ätzgas für die
Ätzung werden im allgemeinen als das Prozeßgas eingesetzt,
jedoch wird hier in dem ersten Vorgang die
Fluorkohlenstoffverbindung für die Ausbildung eines Films mit
hohem Molekulargewicht eingesetzt. Wenn die
Hochfrequenzenergie an die Plasmaerzeugungsspule 2 angelegt
wird, wird das Plasma 7 erzeugt, was dazu führt, daß sich die
der Vakuumkammer 1 zugeführte Fluorkohlenstoffverbindung
zersetzt, und an der Oberfläche des Siliziumsubstrats 9
anhaftet, so daß der hochmolekulare Film auf der Oberfläche
ausgebildet wird (Ausbildung des hochmolekularen Films).
Nach der Ausbildung des hochmolekularen Films wird Ätzgas der
Vakuumkammer 1 als Prozeßgas zugeführt. Sobald das Ätzgas in
die Vakuumkammer 1 fließt, in welcher ein Plasma 7 erzeugt
wird, zersetzt sich das Gas, so daß aktivierte Ionensorten
erzeugt werden. Diese aktivierten Ionensorten werden infolge
des elektrisch negativen Potentials des Substrats 8
beschleunigt, und werden annähernd in Vertikalrichtung auf
das Siliziumsubstrat 9 aufgestrahlt, um die Oberflächenätzung
durchzuführen (Ätzvorgang).
Der Ausbildungsvorgang für den für molekularen Film und der
Ätzvorgang werden für die Tieftrockenätzung abwechselnd
durchgeführt.
Fig. 11 zeigt die Bedingungen des Siliziumsubstrats während
der Vorgänge der Ausbildung des hochmolekularen Films und des
Ätzens, wobei Fig. 11(a) eine Schnittansicht des
Siliziumsubstrats unmittelbar nach der Ausbildung eines
hochmolekularen Films ist, und Fig. 11(b) eine
Schnittansicht des Siliziumsubstrats während der Ätzung ist.
In Fig. 11 ist mit 9 das Siliziumsubstrat bezeichnet, mit 9a
der konkave Abschnitt, der infolge der Ätzung entsteht, mit
9b die Seitenwand des konkaven Abschnitts 9a, mit 10 die
Ätzmaske, und mit 11 der hochmolekulare Film.
Bei dem voranstehend geschilderten Ätzvorgang wird die Ätzung
vorzugsweise in Vertikalrichtung durchgeführt, da die
Einfallsrichtung der aktivierten Ionensorte annähernd
vertikal ist. Allerdings enthält die Einfallsrichtung der
aktivierten Ionensorte auch eine Parallelkomponente, so daß
dann, wenn der Vorgang zur Ausbildung des hochmolekularen
Films nicht durchgeführt wird, die aktivierte Ionensorte
direkt auf die Seitenwand 9b des infolge der Ätzung
ausgebildeten konkaven Abschnitts 9a aufgestrahlt wird, so
daß die seitliche Ätzung weitergeht.
Wenn jedoch der hochmolekulare Film vor dem Ätzvorgang
ausgebildet wird, wie dies in Fig. 11(a) gezeigt ist, so
wird der hochmolekulare Film an der Basis des konkaven
Abschnitts 9 während des Ätzvorgangs abgeschält, infolge der
Spritzwirkung der vertikal ankommenden aktivierten
Ionensorte, wie dies in Fig. 11(b) gezeigt ist, so daß das
darunter befindliche Siliziumsubstrat 9 geätzt wird, und so
der konkave Abschnitt 9a tiefer wird. Hierbei wird die
aktivierte Ionensorte auch auf die Seitenwand 9b des konkaven
Abschnitts 9a aufgestrahlt, jedoch ist die Einfallsrate
extrem klein im Vergleich mit der Ionensorte mit vertikalem
Einfall. Daher bleibt ein großer Anteil des hochmolekularen
Films 11 auf der Wandseite übrig, selbst wenn die vertikale
Ätzung das Siliziumsubstrat 9 erreicht. Anders ausgedrückt
ist es möglich, den konkaven Abschnitt 9a tiefer auszubilden,
während das Siliziumsubstrat auf der Seitenwand 9b durch den
hochmolekularen Film 11 geschützt wird.
Als nächstes werden bei diesem Verfahren die Ausbildung des
hochmolekularen Films und das Ätzen abwechselnd durchgeführt,
um den hochmolekularen Film 11 so auszubilden, daß er das
Siliziumsubstrat 9 abdeckt, welches dadurch freigelegt wird,
daß der konkave Abschnitt 9a tiefer wird, wodurch die
Ausbildung eines tiefen Durchgangsloches mit hohem
Streckungsverhältnis ermöglicht wird.
Bei dem voranstehend geschilderten Herstellungsverfahren mit
dem herkömmlichen Gerät, wenn Durchgangslöcher in einem
Siliziumsubstrat ausgebildet werden, welches einen
Stufenunterschied auf der rückwärtigen Oberfläche aufweist,
und mit einem Substrat mit niedriger Wärmeleitfähigkeit
gekuppelt ist, oder in einem Siliziumsubstrat, welches einen
Stufenunterschied auf der rückwärtigen Oberfläche aufweist
und mit einem isolierenden Substrat gekuppelt ist, wurde
allerdings gewöhnlich die Seitenätzung größer, und konnte man
keine hohe Anisotropie erwarten. Die Gründe hierfür werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 13
erläutert.
Fig. 12 zeigt schematisch den Vorgang der Ausbildung eines
Durchgangslochs in einem gekuppelten Substrat, welches aus
einem Siliziumsubstrat, das einen Stufenunterschied auf
seiner rückwärtigen Oberfläche aufweist, und einem Substrat
mit niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht, wobei (a) eine
Schnittansicht des gekuppelten Substrats vor der Ausbildung
des Durchgangsloches ist, wogegen (b) das gekuppelte Substrat
nach der Ausbildung des Durchgangsloches zeigt. Fig. 13
zeigt andererseits schematisch die vergrößerte Substratgrenze
des gekuppelten Substrats, welches aus einem Siliziumsubstrat
mit einem Stufenunterschied auf der rückwärtigen Oberfläche
und einem Isoliersubstrat besteht, und zwar nach der
Tieftrockenätzung. In den Fig. 12 und 13 ist mit 9c die
Seitenätzung auf der Seitenwand 9 bezeichnet, mit 9e die
Ätzung auf der gekuppelten Grenze 34, mit 16 das
Durchgangsloch, welches in dem Siliziumsubstrat 9 ausgebildet
wurde, mit 31 das Substrat mit niedrigem Wärmeleitvermögen,
welches mit dem Siliziumsubstrat 9 zusammengekuppelt ist, mit
16 das Stufenunterschiedsteil, welches in dem
Siliziumsubstrat 9 vorgesehen ist, mit 32 das gekuppelte
Substrat, das aus dem Siliziumsubstrat 9 und dem damit
zusammengekuppelten Substrat 31 mit niedrigem
Wärmeleitvermögen besteht, mit 33 das Isoliersubstrat, das
mit dem Siliziumsubstrat 9 zusammengekuppelt ist, und mit 34
die gekuppelte Grenze des Siliziumsubstrats 9 und des
Isoliersubstrats 33.
Zuerst wird, um eine Tieftrockenätzung unter Verwendung des
voranstehend geschilderten Ätzgerätes durchzuführen, bei dem
gekuppelten Substrat 32, das aus dem Siliziumsubstrat 9 mit
dem Stufenunterschiedsteil 16 auf der rückwärtigen Oberfläche
und dem damit an der Rückseite zusammengekuppelten Substrat
31 mit niedriger Wärmeleitfähigkeit besteht, wie in Fig.
12(a) gezeigt, das gekuppelte Substrat 32 auf dem
Substrathalter 8 so angebracht, daß das Substrat 31 (mit
geringer Wärmeleitfähigkeit) auf der Seite des
Substrathalters 8 liegt, bevor Heliumgas 6 für die Kühlung
den Substrathalter 8 zugeführt wird, um die Vorgänge der
Ausbildung eines hochmolekularen Films und der Ätzung
abwechselnd und wiederholt durchzuführen. Allerdings stört im
Falle des gekuppelten Substrats 32 der Spalt, der zwischen
dem Stufenunterschiedsteil 16 auf dem Siliziumsubstrat 9 und
dem Substrat 31 vorhanden ist, die Wärmeleitung des Substrats
31 und des Siliziumsubstrats 9, obwohl das Substrat 31 durch
das Heliumgas gekühlt wird, wodurch verhindert wird, daß das
Siliziumsubstrat 9 ausreichend gekühlt wird. Dies führt dazu,
daß die Oberflächentemperatur des Siliziumsubstrats 9 lokal
ansteigt, wenn die Ätzung weitergeht, und die
Temperaturerhöhung führt dazu, daß die Ausbildungsrate des
hochmolekularen Films an diesem speziellen Abschnitt abnimmt.
Daher kann die Seitenwand 9b nicht ausreichend durch den
hochmolekularen Film während der Ätzung geschützt werden, was
dazu führt, daß die Seitenätzung 9c auf der Seitenwand 9b
weitergeht, wie dies in Fig. 12(c) gezeigt ist.
Andererseits wird dasselbe Verfahren dazu eingesetzt, eine
Tieftrockenätzung auf dem gekuppelten Substrat durchzuführen,
wobei das Isoliersubstrat 33 als das zweite Substrat
verwendet wird. Allerdings tritt in diesem Fall eine
elektrostatische Konzentration (Fokussierung) zum Zeitpunkt
der Ätzung auf, infolge der Ablagerung elektrischer Ladungen
auf der Grenze des Isoliersubstrats 3 und des
Siliziumsubstrats 9. Dies führt dazu, daß die Bahn der
ankommenden aktivierten Ionensorte abgebogen wird, so daß die
Ätzung 9e in der gekuppelten Grenze 34 weitergeht, wie dies
in Fig. 13 gezeigt ist. Daher war es schwierig, ein Gerät
mit einem derartigen gekuppelten Aufbau unter Verwendung des
herkömmlichen Verfahrens herzustellen.
Die vorliegende Erfindung soll die voranstehenden
Schwierigkeiten überwinden. Mit der Erfindung soll eine
Ätzung mit hoher Anisotropie auf dem gekuppelten Substrat
durchgeführt werden, welches das Siliziumsubstrat mit einem
konkaven Abschnitt an der rückwärtigen Oberfläche aufweist,
das an der Rückseite mit dem Substrat mit niedriger
Wärmeleitfähigkeit gekuppelt ist, sowie bei jenem gekuppelten
Substrat, das das Siliziumsubstrat mit einem konkaven
Abschnitt an der rückwärtigen Oberfläche aufweist, welches an
der Rückseite mit dem Isoliersubstrat gekuppelt ist, so daß
ein Herstellungsverfahren für ein Gerät erzielt wird, mit
welchem tiefe Durchgangslöcher mit hohem Streckungsverhältnis
ausgebildet werden können.
Das Herstellungsverfahren für ein Gerät gemäß der
vorliegenden Erfindung umfaßt den Vorgang der Ausbildung
einer Schutzschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf der
vorderen Oberfläche des Stufenunterschiedsteils, das an der
Rückseite des ersten Substrats vorgesehen ist, den Vorgang
eines Verbindungsteils (eines gekuppelten Körpers), durch
Kuppeln eines zweiten Substrats mit niedriger
Wärmeleitfähigkeit an die rückwärtige Oberfläche des
voranstehend erwähnten ersten Substrats, den Vorgang der
abwechselnden Durchführung der Ausbildung eines
hochmolekularen Films auf dem voranstehend erwähnten
Verbindungsteil und der Ätzung unter Verwendung der
aktivierten Ionensorte, die in dem Plasma erzeugt wird, durch
Anbringung des voranstehend geschilderten Verbindungsteils
auf dem Substrathalter, der mit Kühlfunktion versehen ist,
und ein elektrisch negatives Potential in Bezug auf das
Plasmapotential aufweist, sowie den Vorgang der Entfernung
der voranstehend erwähnten Schutzschicht.
Das Herstellungsverfahren für das Gerät gemäß der
vorliegenden Erfindung umfaßt den Vorgang der Ausbildung
einer elektrisch leitfähigen Schutzschicht auf der vorderen
Oberfläche des voranstehend erwähnten
Stufenunterschiedsteils, das an der Rückseite des ersten
Substrats vorgesehen ist, den Vorgang der Erzeugung eines
Verbindungsteils durch Kuppeln des isolierenden zweiten
Substrats an die rückwärtige Oberfläche des ersten Substrats,
den Vorgang der abwechselnden Durchführung der Ausbildung
eines hochmolekularen Films auf dem Verbindungsteil und einer
Ätzung unter Verwendung der aktivierten Ionensorte, die in
dem Plasma erzeugt wird, durch Anbringung des
Verbindungsteils auf dem Substrathalter, der mit einer
Kühlfunktion versehen ist, und ein elektrisch negatives
Potential in Bezug auf das Plasmapotential aufweist, sowie
den Vorgang des Entfernens der elektrisch leitfähigen
Schutzschicht.
Das Herstellungsverfahren für das Gerät gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet eine elektrisch leitfähige
Schutzschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit als Schutzschicht.
Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung sind die Begriffe
"Schutzschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit" sowie
"elektrisch leitfähige Schutzschicht mit hoher
Wärmeleitfähigkeit" so zu verstehen, daß es um eine
Schutzschicht bzw. elektrisch leitfähige Schutzschicht mit
einer Wärmeleitfähigkeit geht, die so hoch ist, wie jene des
ersten Substrats oder höher. Wenn das erste Substrat ein
Siliziumsubstrat ist, sollte die Schutzschicht eine
Wärmeleitfähigkeit von 42 W/mK oder mehr aufweisen (unterhalb
von 20°C gleich der Wärmeleitfähigkeit von Silizium).
Weiterhin sollte das "zweite Substrat mit niedriger
Wärmeleitfähigkeit" eine Wärmeleitfähigkeit unterhalb von
4,2 W/mK aufweisen, einem Zehntel der Wärmeleitfähigkeit von
Silizium.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Geräts, welches
bei den Ausführungsformen 1 bis 3 der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird;
Fig. 2 eine Schnittansicht zur Erläuterung des Vorgangs
der Ausbildung der Ätzmasken Nr. 1 und Nr. 2 in dem
Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht zur Erläuterung des
Musterbildungsvorgangs der Ätzmaske Nr. 2 in dem
Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittansicht zur Erläuterung des
Ausbildungsvorgangs für das Stufenunterschiedsteil
in dem Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht zur Erläuterung des
Herstellungsvorgangs für die Schutzschicht in dem
Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittansicht zur Erläuterung des
Kupplungsvorgangs des Silizium- und Glassubstrats
bei dem Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform
1 der Erfindung;
Fig. 7 eine Schnittansicht zur Erläuterung des
Musterbildungsvorgangs der Ätzmaske Nr. 1 in dem
Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 der
Erfindung;
Fig. 8 eine Darstellung des Tieftrockenätzvorgangs in dem
Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung, wobei (a) eine
Schnittansicht ist, und (b) eine Perspektivansicht;
Fig. 9 eine Schnittansicht zur Erläuterung des Vorgangs
des Entfernens der Schutzschicht in dem
Herstellungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine schematische Darstellung des Ätzgerätes,
welches bei der Tieftrockenätzung verwendet wird;
Fig. 11 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der
Tieftrockenätzung, wobei (a) eine Schnittansicht
ist, welche den Zustand des auf dem
Siliziumsubstrat ausgebildeten hochmolekularen
Films darstellt, und (b) eine Schnittansicht zur
Erläuterung des Ätzvorgangs ist;
Fig. 12 eine Darstellung zur Erläuterung des Vorgangs der
Seitenätzung in dem herkömmlichen
Herstellungsverfahren, wobei (a) eine
Schnittansicht des gekuppelten Substrats vor der
Ätzung ist, (b) eine Schnittansicht des gekuppelten
Substrats nach der Ätzung, und (c) eine
Schnittansicht des gekuppelten Substrats nach der
Ätzung einschließlich Seitenätzung ist und
Fig. 13 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Ätzung auf
der Grenze des gekuppelten Substrats bei dem
herkömmlichen Herstellungsverfahren.
Folgende Bezugszeichen werden verwendet, soweit nicht bereits
erläutert: mit 7 ist das Plasma bezeichnet, mit 8 der
Substrathalter, mit 9 das Siliziumsubstrat (erstes Substrat),
mit 11 der hochmolekulare Film, mit 12 das Glassubstrat
(zweites Substrat), mit 16 das Stufenunterschiedsteil, mit 17
die elektrisch leitfähige Schutzschicht, und mit 21 das
gekuppelte Substrat (Verbindungsteil).
Nunmehr wird eine Ausführungsform der Erfindung nachstehend
beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Gerät mit Auslegerbalkenanordnung, welches
unter Verwendung der Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird, wobei mit dem Bezugszeichen 9 das
Siliziumsubstrat (erstes Substrat) bezeichnet ist, mit 10 die
Ätzmaske (Ätzmaske Nr. 1) zur Ausbildung eines
Durchgangsloches auf dem Siliziumsubstrat 9, und mit 12 das
Glassubstrat (zweites Substrat). Hierbei beträgt die
Wärmeleitfähigkeit 0,76 W/mK für plattenförmiges Glas, und
1,35 W/mK für Quarzglas, weniger als ein Zehntel der
Wärmeleitfähigkeit von Silizium, die 42 W/mK beträgt.
Der Herstellungsvorgang für dieses Gerät wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 9 erläutert, wobei die
Fig. 2 bis 7, 8(a) und 9 Schnittansichten sind, und Fig.
8(b) eine Perspektivansicht ist. Weiterhin ist in den Fig.
2 bis 9 mit 15 die Ätzmaske (Ätzmaske Nr. 2) zur Ausbildung
des Stufenunterschiedsteils an der Rückseite des
Siliziumsubstrats 9 bezeichnet, mit 16 das
Stufenunterschiedsteil, welches an der Rückseite des
Siliziumsubstrats 9 ausgebildet wird, mit 17 die elektrisch
leitfähige Schutzschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit, und
mit 21 das gekuppelte Substrat (Verbindungsteil), welches
durch Kupplung des Siliziumsubstrats 9 mit dem Glassubstrat
12 hergestellt wird.
Um das voranstehend geschilderte Gerät herzustellen werden
zuerst die Ätzmaske 10 (Nr. 1) und die Ätzmaske 15 (Nr. 2)
auf den beide Seiten des Siliziumsubstrats 9 hergestellt, wie
in Fig. 2 gezeigt. Diese Ätzmasken 10 und 15 können ein
Photolack oder ein Siliziumoxidfilm sein.
Dann wird bei den beiden Ätzmasken 10 und 15 jener Abschnitt
entsprechend dem Bereich, in welchem das
Stufenunterschiedsteil in der Ätzmaske 15 auf der
rückwärtigen Oberfläche ausgebildet werden soll, entfernt,
wie in Fig. 3 gezeigt, bevor das Stufenunterschiedsteil 16
mittels Durchführung einer Ätzung der rückwärtigen Oberfläche
des Siliziumsubstrats 9 durch die Ätzmaske 15, die mit einem
Muster versehen ist, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist,
ausgebildet wird. Diese Ätzung kann entweder eine
Tieftrockenätzung sein, bei welcher die Ausbildung eines
hochmolekularen Films und die Ätzung infolge einer
aktivierten Ionensorte, die im induktiven Plasma erzeugt
wird, abwechselnd durchgeführt werden, oder eine Naßätzung.
Daraufhin wird die elektrisch leitfähige Schutzschicht 17 auf
dem Stufenunterschiedsteil 16 an der Rückseite des
Siliziumsubstrats 9 ausgebildet, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Diese elektrisch leitfähige Schutzschicht 17 wird aus
derartigen Materialien hergestellt, die leitfähig sind, die
eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 42 W/mK aufweisen, und
die selektiv gegenüber dem Silizium- oder Glassubstrat geätzt
werden können, beispielsweise Aluminium (Wärmeleitfähigkeit:
204 W/mK), Gold (Wärmeleitfähigkeit: 295 W/mK), Nickel
(Wärmeleitfähigkeit: 90 W/mK), usw., als Metalle, oder ein
leitfähiges Polymer, Polysizilium, usw. Diese Materialien
werden als Schutzschicht entsprechend dem festgelegten Muster
durch ein selektives Verdampfungsverfahren ausgebildet, durch
ein Abhebeverfahren, ein Läppverfahren, und dergleichen.
Daraufhin wird das Glassubstrat 12 mit der rückwärtigen
Oberfläche des Siliziumsubstrats 9 gekuppelt, mit der darauf
vorgesehenen elektrisch leitfähigen Schutzschicht 17, unter
Verwendung einer anodischen Kupplung, so daß man das
gekuppelte Substrat 21 erhält, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.
Daraufhin wird der Abschnitt entsprechend dem Bereich, in
welchem das Durchgangsloch ausgebildet werden soll, von der
Ätzmaske 10 entfernt, die auf der vorderen Oberfläche des
Siliziumsubstrats 9 vorgesehen ist, um eine Musterbildung
durchzuführen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Dann wird das
Durchgangsloch 9d mittels Durchführung einer
Tieftrockenätzung von der vorderen Oberfläche des
Siliziumsubstrats 9 aus durchgeführt, durch die Ätzmaske 10
(Nr. 1) hindurch, wie dies in den Fig. 8(a) und 8(b)
gezeigt ist.
Die Tieftrockenätzung wird hierbei unter Verwendung des in
Fig. 10 dargestellten Ätzgerätes durchgeführt. Um die
Tieftrockenätzung des Siliziumsubstrats 9 unter Verwendung
dieses Gerätes durchzuführen, wird das betreffende gekuppelte
Substrat 21 auf dem Substrathalter 8 so angebracht, daß das
Glassubstrat 12 an der Seite des Substrathalters 8 liegt,
bevor abwechselnd der Vorgang der Ausbildung des
hochmolekularen Films und der Vorgang der Ätzung wiederholt
durchgeführt werden, unter Verwendung der aktivierten
Ionensorte, die in dem induktiven Plasma erzeugt wird,
während zum Zwecke der Kühlung Heliumgas 6 dem Substrathalter
8 zugeführt wird. Das verwendete Gas ist hierbei
beispielsweise Fluorkohlenstoffgas für die Ausbildung des
hochmolekularen Films, und beispielsweise S-F-Gas für die
Ätzung.
Wenn die elektrisch leitfähige Schutzschicht 17 mit hoher
Wärmeleitfähigkeit nicht auf dem Stufenunterschiedsteil 16
ausgebildet wird, so stört der Spalt zwischen dem
Stufenunterschiedsteil 16 des Siliziumsubstrats 9 und dem
Glassubstrat 12 die Wärmeleitung des Siliziumsubstrats 9 und
des Glassubstrates 12, wodurch der Kühlwirkungsgrad des
Siliziumsubstrats 9 beeinträchtigt wird. Dies führt zu einem
lokalen Anstieg der Oberflächentemperatur des
Siliziumsubstrats 9, was wiederum zu einer unzureichenden
Ausbildung des hochmolekularen Films dort führt, wo der
Temperaturanstieg auftritt. Daher schützt der hochmolekulare
Film nicht ausreichend die Seitenwand zum Zeitpunkt der
Ätzung, so daß die Seitenätzung weitergeht.
Beim vorliegenden Beispiel, in welchem verschiedene
Durchgangslöcher mit unterschiedlichen Breiten ausgebildet
werden, ist die Ätzrate bei der Tieftrockenätzung
entsprechend der Ätzbreite unterschiedlich, so daß die Ätzung
an einem Ort mit großer Ätzbreite schneller fortschreitet als
an einem Ort mit kleiner Ätzbreite. An jenem Ort, an welchem
das Durchgangsloch zuerst ausgebildet wird, wird daher die
Grenze des Siliziumsubstrats 9 und des Glassubstrats 12
gegenüber der Ätzatmosphäre über einen langen Zeitraum
freigelegt, bevor die anderen Durchgangslöcher ausgebildet
werden.
In einem derartigen Fall lagern sich, wenn die elektrisch
leitfähige Schutzschicht 17 nicht auf dem
Stufenunterschiedsteil 16 des Siliziumsubstrats 9 vorgesehen
ist, die elektrischen Ladungen auf der Grenze des
Glassubstrats 12 und des Siliziumsubstrats 9 ab, infolge der
Isoliereigenschaften des Glassubstrats 12, was zu einer
elektrostatischen Konzentration führt, die wiederum
hervorruft, daß die Bahn der in Vertikalrichtung ankommenden
aktivierten Ionenart abgebogen wird. Während jener Zeit, in
welcher die gekuppelte Grenze der Ätzatmosphäre ausgesetzt
ist, geht daher die Ätzung auf der gekuppelten Grenze weiter.
Wenn jedoch die elektrisch leitfähige Schutzschicht 17 mit
einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 42 W/mK auf dem
Stufenunterschiedsteil 16 des Siliziumsubstrats 9 vorgesehen
ist, strahlt das Siliziumsubstrat 9 wirksam Wärme durch die
elektrisch leitfähige Schutzschicht 17 ab, so daß der lokale
Temperaturanstieg in dem Siliziumsubstrat 9 begrenzt wird. Da
die elektrischen Ladungen durch die elektrisch leitfähige
Schutzschicht 17 entweichen können, wird auch verhindert, daß
das Glassubstrat 12 aufgeladen wird. Dies verhindert das
Fortschreiten der Ätzung auf der Seitenwand und an der Grenze
des Siliziumsubstrats 9 und des Glassubstrates 12, wodurch
ein hohes Streckungsverhältnis und eine Ausbildung des
Durchgangsloches 9d sichergestellt wird, welche exakt das
Muster der Ätzmaske 10 (Nr. 1) wiedergibt.
Bei diesem Verfahren wird das Durchgangsloch 9d mit hohem
Streckungsverhältnis auf dem Siliziumsubstrat 9 ausgebildet,
bevor selektiv die elektrisch leitfähige Schutzschicht 17 mit
Hilfe einer Trocken- oder Naßätzung entfernt wird, um das
Gerät fertigzustellen, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist.
Auf diese Weise wurde durch die voranstehend geschilderte
Ausführungsform 1 verdeutlicht, daß ein tiefes Durchgangsloch
9d mit hohem Streckungsverhältnis auf dem Siliziumsubstrat 9
ausgebildet werden kann, welches ein Stufenunterschiedsteil
16 an der Rückseite aufweist, und mit dem Isoliersubstrat mit
niedriger Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einem
Glassubstrat, an der rückwärtigen Oberfläche gekuppelt ist,
so daß ein Gerät mit einem derartig gekuppelten Aufbau
wirksam hergestellt werden kann.
Die Geräte, die unter Verwendung dieses Verfahrens
hergestellt werden, können Mikrosensoren oder
Betätigungsglieder sein, welche bewegliche Siliziumteile
aufweisen, beispielsweise ein Drucksensor, ein
Beschleunigungssensor, ein Winkelsensor, ein Mikrospiegel,
und dergleichen. Daher gemäß der vorliegenden Erfindung ein
tiefes Durchgangsloch mit hohem Streckungsverhältnis
ausgebildet werden kann, können alle Geräte mit hoher
Genauigkeit hergestellt werden.
Wie voranstehend geschildert kann gemäß der vorliegenden
Erfindung der Temperaturanstieg des ersten Substrats zum
Zeitpunkt der Ätzung eingeschränkt werden, da das
Herstellungsverfahren den Vorgang der Ausbildung einer
Schutzschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf der Oberfläche
des Stufenunterschiedsteils des ersten Substrats aufweist,
welches an seiner Rückseite das Stufenunterschiedsteil
aufweist, den Vorgang der Ausbildung eines Verbindungsteils
durch Kupplung des zweiten Substrats mit niedriger
Wärmeleitfähigkeit an die Rückseite des ersten Substrats, den
Vorgang der abwechselnden Durchführung der Ausbildung eines
hochmolekularen Films und der Ätzung mit der aktivierten
Ionensorte, die in dem Plasma erzeugt wird, auf dem
Verbindungsteil durch Anbringung des Verbindungsteils auf dem
Substrathalter, der eine Kühlfunktion aufweist, und ein
elektrisch negatives Potential in Bezug auf das
Plasmapotential aufweist, sowie den Vorgang der Entfernung
der Schutzschicht. Daher wird die Seitenätzung durch den
hochmolekularen Film im wesentlichen verhindert, was eine
Ätzung mit hoher Anisotropie sicherstellt.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem
zweiten Substrat verhindert, daß es zum Zeitpunkt der Ätzung
elektrisch aufgeladen wird, da das Herstellungsverfahren den
Vorgang der Ausbildung einer elektrisch leitfähigen
Schutzschicht auf der Oberfläche des Stufenunterschiedsteils
des ersten Substrats aufweist, welches an der Rückseite mit
dem Stufenunterschiedsteils versehen ist, den Vorgang der
Ausbildung eines Verbindungsteils durch Kupplung eines
isolierenden zweiten Substrats an die rückwärtige Oberfläche
des ersten Substrats, den Vorgang der abwechselnden
Durchführung der Ausbildung eines hochmolekularen Films und
der Ätzung mit der aktivierten Ionensorte, die in dem Plasma
erzeugt wird, auf dem Verbindungsteil, durch Anbringung des
Verbindungsteils auf dem Substrathalter, der eine
Kühlfunktion aufweist, und ein elektrisch negatives Potential
in Bezug auf das Plasmapotential aufweist, sowie den Vorgang
der Entfernung der elektrisch leitfähigen Schutzschicht.
Hierdurch wird eine Ätzung an der Grenze zwischen dem ersten
und zweiten Substrat verhindert, was eine Ätzung mit hoher
Anisotropie sicherstellt.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Schutzschicht eine
elektrisch leitfähige Schutzschicht mit hoher
Wärmeleitfähigkeit ist, verhindert sie den Temperaturanstieg
des ersten Substrats und die Aufladung des zweiten Substrats
zum Zeitpunkt der Ätzung. Daher wird eine Seitenätzung durch
den hochmolekularen Film im wesentlichen verhindert, und wird
eine Ätzung an der Grenze zwischen dem ersten und zweiten
Substrat verhindert, wodurch eine Ätzung mit hoher
Anisotropie sichergestellt wird.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines Geräts mit folgenden
Schritten:
Ausbildung einer Schutzschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf der Oberfläche eines Stufenunterschiedsteils eines ersten Substrats, welches an seiner Rückseite einen Stufenunterschied aufweist;
Bereitstellung eines Verbindungsteils durch Verbindung eines zweiten Substrats mit niedriger Wärmeleitfähigkeit auf der rückwärtigen Oberfläche des ersten Substrats;
Anordnung des Verbindungsteils auf einem Substrathalter, der eine Kühlfunktion aufweist, und in Bezug auf ein Plasmapotential ein negatives Potential aufweist, um abwechselnd die Ausbildung eines Films mit hohem Molekulargewicht und die Ätzung mit einer aktivierten Ionensorte durchzuführen, die in dem Plasma erzeugt wird, auf dem Verbindungsteil; und
Entfernung der Schutzschicht.
Ausbildung einer Schutzschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf der Oberfläche eines Stufenunterschiedsteils eines ersten Substrats, welches an seiner Rückseite einen Stufenunterschied aufweist;
Bereitstellung eines Verbindungsteils durch Verbindung eines zweiten Substrats mit niedriger Wärmeleitfähigkeit auf der rückwärtigen Oberfläche des ersten Substrats;
Anordnung des Verbindungsteils auf einem Substrathalter, der eine Kühlfunktion aufweist, und in Bezug auf ein Plasmapotential ein negatives Potential aufweist, um abwechselnd die Ausbildung eines Films mit hohem Molekulargewicht und die Ätzung mit einer aktivierten Ionensorte durchzuführen, die in dem Plasma erzeugt wird, auf dem Verbindungsteil; und
Entfernung der Schutzschicht.
2. Verfahren zur Herstellung eines Geräts mit folgenden
Schritten:
Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Schutzschicht auf der Oberfläche eines Stufenunterschiedsteils eines ersten Substrats, welches auf seiner Rückseite einen Stufenunterschied aufweist;
Bereitstellung eines Verbindungsteils durch Verbindung eines isolierenden zweiten Substrats mit der rückwärtigen Oberfläche des ersten Substrats;
Anordnung des Verbindungsteils auf einem Substrathalter, der eine Kühlfunktion aufweist, sowie ein negatives Potential in Bezug auf das Plasmapotential, um abwechselnd die Ausbildung eines Films mit hohem Molekulargewicht und eine Ätzung mit einer aktivierten Ionensorte durchzuführen, die in dem Plasma erzeugt wird, auf dem Verbindungsteil; und
Entfernung der elektrisch leitfähigen Schutzschicht.
Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Schutzschicht auf der Oberfläche eines Stufenunterschiedsteils eines ersten Substrats, welches auf seiner Rückseite einen Stufenunterschied aufweist;
Bereitstellung eines Verbindungsteils durch Verbindung eines isolierenden zweiten Substrats mit der rückwärtigen Oberfläche des ersten Substrats;
Anordnung des Verbindungsteils auf einem Substrathalter, der eine Kühlfunktion aufweist, sowie ein negatives Potential in Bezug auf das Plasmapotential, um abwechselnd die Ausbildung eines Films mit hohem Molekulargewicht und eine Ätzung mit einer aktivierten Ionensorte durchzuführen, die in dem Plasma erzeugt wird, auf dem Verbindungsteil; und
Entfernung der elektrisch leitfähigen Schutzschicht.
3. Verfahren zur Herstellung eines Geräts nach
Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schutzschicht eine elektrisch leitfähige Schutzschicht
mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP11122317A JP3032203B1 (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | デバイスの製造方法 |
Publications (1)
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| DE19929776A1 true DE19929776A1 (de) | 2000-11-09 |
Family
ID=14832974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1999129776 Ceased DE19929776A1 (de) | 1999-04-28 | 1999-06-29 | Verfahren zur Herstellung eines Geräts |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3032203B1 (de) |
| DE (1) | DE19929776A1 (de) |
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- 1999-04-28 JP JP11122317A patent/JP3032203B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| US6808956B2 (en) | 2000-12-27 | 2004-10-26 | Honeywell International Inc. | Thin micromachined structures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3032203B1 (ja) | 2000-04-10 |
| JP2000315678A (ja) | 2000-11-14 |
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