DE3707130C2

DE3707130C2 -

Info

Publication number: DE3707130C2
Application number: DE19873707130
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 6451 Oberissigheim De Betz; Juergen Dipl.-Phys. Chlebek; Hans-L. Dr.Rer.Nat. 1000 Berlin De Huber
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1987-03-03
Publication date: 1989-02-09
Also published as: DE3707130A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sili ziummembranen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Verfahren dieser Art sind beispielsweise aus der US-Zeit schrift "J. Vac. Sci. Technol.", 16(6), Nov./Dez. 1979, bekannt. Dabei werden jeweils Sandwich-Strukturen, bestehend aus Siliziumnitrid und Siliziumdioxid bzw. mit Sauerstoff angereicherte Siliziumnitrid-Schichten in Form von Filmen auf einem Siliziumträger aufgebracht, wobei hochtransparente Fenster dadurch erzeugt werden, daß der Siliziumträger mittels Ätztechniken in den dafür vorgesehenen Bereichen entfernt wird. Die freigelegten Fenster bestehen damit aus den hoch transparenten Sandwich-Strukturen. Nachteilig an diesen bekannten Verfahren ist die aufwendige Technik zur Herstellung der Sandwich-Strukturen auf dem Siliziumträger, da zwischen den Filmen und dem Siliziumträger Spannungen auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung von Siliziummembranen bezüglich der Fenstererzeugung zu vereinfachen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Demnach werden erfindungsgemäß die Fenster nicht durch Auf bringen von Filmschichten auf einen Siliziumträger erzeugt, sondern durch Dünnen der Siliziummembran in den für die hochtransparenten Fenster vorgesehenen Bereichen, wobei diese gedünnten Bereiche durch Oxidation in hochtransparente Fenster aus Siliziumdioxid überführt werden. Diese völlig neuartige Herstellung hochtransparenter Fenster in einer Siliziummembran vermeidet also die aufwendige Filmtechnik der bekannten Her stellungsverfahren und ist diesen gegenüber weiterhin dadurch vereinfacht, daß die Fensterbereiche in einem einzigen röntgenlithographischen Belichtungsschritt festgelegt werden, indem ein röntgenempfindlicher Fotolack, der die beidseitig auf der Siliziummembran aufgebrachten Siliziumnitridschichten bedeckt, durch einseitige Röntgenbelichtung strukturiert wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, die Siliziumnitridschichten in den Fensterbereichen naßchemisch oder mittels Plasma- oder Ionenätzverfahren zu entfernen.

Vorteilhafterweise erfolgt das Dünnen der Siliziummembran in den Fensterbereichen entweder naßchemisch bzw. mittels Plasma- und Ionenätzverfahren oder alternativ hierzu durch mehrfach aufeinanderfolgendes Oxidieren der Siliziummembran in den Fensterbereichen und anschließendes Entfernen des Oxids mittels Flußsäure.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von schematischen Darstellungen der Verfahrensschritte des Erfindungsgegen standes näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Definition lokal hochtransparenter Bereiche mittels Röntgenlichts;

Fig. 2 die Dünnung der Siliziummembran mittels Ätzmediums;

Fig. 3 die lokale Oxidation der hochtransparenten Bereiche.

Eine 2 bis 3 µm starke Siliziummembran 1 wird beidseitig mit einer Siliziumnitridschicht 2 von ca. 100 nm beschichtet und beidseitig mit einem röntgenempfindlichen Photolack 3 bedeckt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Mit einer geeigneten Röntgenmaske 4, die die zur Justierung vorgesehenen Bereiche 5 freiläßt, wird der Photolack belichtet und anschlie ßend entwickelt. Die hierzu benötigte Justiergenauigkeit ist mit einigen 10 µm relativ entschärft und kann z. B. durch mechanische Anschläge realisiert werden. Nach dem Freilegen der Siliziumnitridschicht wird vorzugsweise in einem naßche mischen Ätzschritt 6, der die beiden Seiten gleichzeitig an greift, die Siliziumnitridschicht durchgeätzt. Anschließend wird die Siliziummembran bis auf eine Reststärke von 0,5 bis 1 µm gedünnt (Fig. 2). Wird dieser Silizium-Ätzprozeß in einem sogenannten Barrelreaktor durchgeführt, so können auch bei einem Trockenätzprozeß beide Seiten gleichzeitig abgetragen werden. Bei Anwendung von reaktiven Ionenätzprozessen, die nur von einer Seite wirken, muß dieser Schritt demzufolge zweimal durchgeführt werden.

Nach der in Fig. 2 gezeigten Dünnung wird das Maskensubstrat einem Oxidationsprozeß unterworfen, wobei die Siliziumnitrid schicht sowohl eine Ausdiffusion der Borkonzentration, die wiederum für die Zugspannung in der Membran verantwortlich ist, verhindert als auch eine Oxidation nur in den freige legten Bereichen zuläßt. Das Volumenverhältnis zwischen dem anschließend erhaltenen SiO₂ und dem ursprünglich vorhan denen Silizium beträgt etwa 2 : 1, so daß in etwa die in Fig. 3 gezeigte Schichtdickenverteilung nach der vollen Durch oxidation vorliegt. Um 0,5 µm Silizium von beiden Seiten durchzuoxidieren, benötigt man ca. zwei Stunden bei nasser Oxidation und üblichen Temperaturen um 1000°C. Die erhaltene Siliziummembran besitzt in den Justierbereichen einen sehr transparenten SiO₂-Träger 7, der Transmissionswerte um 95% besitzt. Die Justiermarken können dann im normalen Struktu rierungsprozeß ohne besondere Vorkehrungen auf diesen Träger 7 aufgebracht werden.

Eine weitere Möglichkeit, diese transparenten Bereiche 7 zu erzeugen, ist die wiederholte Oxidation mit anschließendem Entfernen des Oxids in einer Flußsäure-Ätzlösung. In diesem Fall könnte im Prinzip auf ein Vordünnen der Membran ver zichtet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Silizium-Membranen unter Verwendung von Siliziumnitrid- und Siliziumdioxid-Schich ten, wobei hochtransparente Fenster mittels Ätztechniken freigelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster bereiche in einem einzigen röntgenlithographischen Belich tungsschritt festgelegt werden, indem ein röntgenempfind licher Fotolack, der die beidseitig auf einer Silizium membran aufgebrachten Siliziumnitridschichten bedeckt, durch einseitige Röntgenbelichtung strukturiert wird, daß die Siliziumnitridschichten in den von dem Fotolack be freiten Fensterbereichen durch Ätzen entfernt werden, und daß die in den Fensterbereichen freigelegte Siliziummembran gedünnt und anschließend durch Oxidation in hochtranspa rente Fenster aus Siliziumdioxid überführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzentfernung der Siliziumnitridschichten in den Fenster bereichen naßchemisch oder mittels Plasma- und Ionenätz verfahren erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziummembran in den Fensterbereichen naßchemisch oder mittels Plasma- und Ionenätzverfahren auf ca. 0,5 bis 1 µm gedünnt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dünnen der Siliziummembran durch mehrfach aufein anderfolgendes Oxidieren und Entfernen des Oxids mittels Flußsäure (HF) erfolgt.