DE3927163A1 - Verfahren zur strukturierung eines halbleiterkoerpers - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung eines Halb­ leiterkörpers nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es sind in der Mikromechanik bereits Verfahren zur Strukturierung von Halbleiterkörpern bekannt, bei denen mit naßchemischen Ätzpro­ zessen gearbeitet wird. Der Nachteil dieser bekannten Verfahren be­ steht darin, daß die Ätzung der Strukturen ungenau ist und daß die Strukturen deshalb schlecht definierte mechanische Eigenschaften ha­ ben. Die mechanischen Strukturen sind planar angeordnet. Der Wafer muß in seiner gesamten Dicke durchgeätzt werden. Der Endpunkt der Ätzung erfordert aufwendige Ätzstoppverfahren. Es werden Wafer mit einer Rückseitenpolitur und spezielle Lithographiegeräte zur beid­ seitigen Belichtung benötigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die naßchemischen Ätzprozesse lange Atzzeiten und eine Passivie­ rung erfordern, die nicht oder nur sehr schwer mit einer IC-Techno­ logie verträglich ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 6 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch den Einsatz des trockenen, anisotropen reaktiven Ionenätzens (RIE) in Kombination mit einer lateralen Unterätzung sehr viel ge­ nauere Strukturen im Halbleiterkörper erzeugt und die Ätzzeiten ver­ kürzt werden können, da die kritischen mechanischen Dimensionen in der lithographisch strukturierbaren Waferebene definiert werden und die Ätzung alleine von der Wafervorderseite aus erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit einer Passivierung gearbei­ tet werden kann, die mit einer IC-Technologie verträglich ist. Das Verfahren ermöglicht die Anordnung der Strukturen in beliebigen Richtungen innerhalb der Waferebene, da die Anisotropie des reakti­ ven Ionenätzens nicht an kristallographische Orientierungen gebunden ist.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1a bis Fig. 1g eine in Herstellung begriffene Halb­ leiterstruktur bei verschiedenen erfindungsgemäß auszuführenden Ver­ fahrensschritten.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1a ist ein scheibenförmiger, aus monokristallinem Silizium bestehender Halbleiterkörper 10 im Schnitt (teilweise abgebrochen) dargestellt, auf dessen einer Hauptoberfläche eine Siliziumdioxid­ schicht 11 abgeschieden worden ist. Auf die Siliziumdioxidschicht 11 ist eine Fotolackschicht 12 aufgebracht worden.

Fig. 1b zeigt die Schnittdarstellung des Halbleiterkörpers 10 nach Fig. 1a, jedoch mit einer strukturierten Siliziumdioxidschicht 11. Zum Zwecke der Ausbildung einer in der Draufsicht U-förmigen Ausneh­ mung im Halbleiterkörper 10 ist die Fotolackschicht 12 mit einer entsprechenden Maske belichtet und entwickelt worden. Dann ist die mit der so gebildeten, in Fig. 1b nicht dargestellten Fotolackmaske behaftete Siliziumdioxidschicht 11 mit Hilfe des anisotropen reakti­ ven Ionenätzens (RIE) bis zur Siliziumoberfläche geätzt worden. An­ schließend kann die Fotolackmaske entfernt werden. Die so geätzte, in Fig. 1b dargestellte Siliziumsdioxidschicht 11 enthält das Mu­ ster der im Halbleiterkörper 10 zu bildenden Ausnehmung 13, die in den Fig. 1c und 1d dargestellt ist.

Fig. 1c zeigt hierbei eine Schnittdarstellung wie in Fig. 1b. In Fig. 1c ist der Zustand der in Herstellung begriffenen Halbleiter­ struktur dargestellt, der vorliegt, nachdem in den mit der Silizium­ dioxidmaske 11 behafteten Halbleiterkörper 10 nach Fig. 1b die als U-förmiger Graben ausgebildete Ausnehmung 13 eingeätzt worden ist. Die Ätzung ist auf trockenem Wege durch anisotropes reaktives Ionen­ ätzen (RIE) erfolgt. Hierbei diente die Siliziumdioxidmaske 11 zur Definition der Struktur.

Fig. 1d zeigt die Anordnung nach Fig. 1c in der Draufsicht. Aus Fig. 1d erkennt man, daß die Ausnehmung 13, in der Richtung senk­ recht zur oberen Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers 10 betrach­ tet, U-förmig ist. Aus Fig. 1c ist dagegen deutlich erkennbar, daß die Ausnehmung 13 einen Graben mit senkrecht zur Halbleiterober­ fläche verlaufenden seitlichen Begrenzungsflächen bildet. Das zwi­ schen den beiden Schenkeln des in der Draufsicht U-förmigen Grabens 13 stehengebliebene Halbleitermaterial bildet einen Steg 14.

Damit die laterale Ausweitung der Ausnehmung 13 nur in der Nähe ih­ rer Bodenfläche bewerkstelligt werden kann, müssen die seitlichen Begrenzungsflächen der Ausnehmung 13 oberhalb dieses Bereichs durch eine Passivierungsschicht geschützt werden. Bei elektrochemischem Unterätzen kann diese Passivierung unterbleiben.

Fig. 1e zeigt eine Struktur mit zwei Ausnehmungen 13a und 13b. Wie in Fig. 1e dargestellt, wird zunächst eine aus einem Niedertempera­ tur-Oxid oder -Oxinitrid oder -Nitrid bestehende Passivierungs­ schicht (oder Doppelschicht) 15 auf sämtlichen Begrenzungsflächen der Ausnehmungen 13a und 13b, d. h. sowohl auf deren Bodenflächen als auch auf deren seitlichen Begrenzungsflächen, abgeschieden, wobei der Halbleiterkörper 10 hier aus einem Substrat 10a eines bestimmten Leitfähigkeitstyps und einer darauf aufgebrachten Epitaxialschicht 10b besteht.

Anschließend wird diese Passivierungsschicht 15 auf den Bodenflächen der Ausnehmungen 13a und 13b durch anisotropes reaktives Ionenätzen (RIE) wieder entfernt, so daß die Anordnung nach Fig. 1f entsteht.

Anschließend werden die Ausnehmungen 13a und 13b in der Nähe ihrer Bodenfläche durch isotropes Ätzen lateral ausgeweitet. Das Unterät­ zen kann hierbei durch isotropes Plasmaätzen, naßchemisches Ätzen (isotrop oder anisotrop) oder durch elektrochemisches Ätzen erfol­ gen. Die auf diese Weise gebildete Struktur ist in Fig. 1g darge­ stellt. Aus Fig. 1g erkennt man, daß die Stege 14a und 14b aus den Fig. 1e und 1f infolge ihrer geringen Wandstärke durch das late­ rale Ätzen vollständig unterhöhlt worden sind und daß auf diese Wei­ se freistehende Zungen 16a und 16b gebildet worden sind. Derartige Zungen können beispielsweise als mechanisch auslenkbare Glieder von Beschleunigungssensoren dienen.

Des weiteren kann es zweckmäßig sein, daß, nachdem die Passivie­ rungsschicht 15 gemäß Fig. 1f auf der Bodenfläche der Ausnehmungen 13a und 13b mit Hilfe des anisotrope reaktiven Ionenätzens vollstän­ dig entfernt worden ist, dieser Ätzprozeß weiter fortgesetzt wird, um eine Vertiefung der Ausnehmungen bis in einen Bereich unterhalb des unteren Randes des stehengebliebenen Teils der Passivierungs­ schicht 15 zu erzielen. Auf diese Weise kann die laterale Ausweitung der Ausnehmungen 13a und 13b mit Hilfe des anschließenden Ätzens er­ leichtert werden.

Nachdem an den Ausnehmungen 13a und 13b gemäß Fig. 1g durch latera­ les Ätzen in der Nähe ihrer Bodenfläche Erweiterungen 17 angebracht worden sind, können die stehengebliebenen Bereiche der Maskierungs­ schichten 11 und 15 entfernt werden. Bei Verwendung von Doppel­ schichten als Passivierung 15 kann die Passivierung 15 mittels se­ lektiver Ätzmittel auch nur teilweise entfernt werden, so daß die Halbleiteroberfläche geschützt bleibt.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, den Halbleiterkörper in den­ jenigen Bereichen, in denen er von der einen Hauptoberfläche her strukturiert werden soll, von seiner anderen Hauptoberfläche her zu­ vor in seiner Dicke zu reduzieren. Zu diesem Zweck wird die betref­ fende Oberflächenseite des Halbleiterkörpers zunächst mit einer durchgehenden Passivierungsschicht versehen, dann diese Passivie­ rungsschicht in denjenigen Bereichen abgeätzt, in denen der Halblei­ terkörper in seiner Dicke reduziert werden soll. In diesen Bereichen wird anschließend der freigelegte Halbleiterkörper naßchemisch ge­ ätzt, bis die gewünschte Soll-Dicke erreicht ist. Im Anschluß daran wird der Halbleiterkörper von der anderen Oberflächenseite her in der bereits beschriebenen Weise strukturiert, wobei in diesem Falle der Verfahrensschritt der anschließenden lateralen Unterätzung ent­ fällt, da die bei der Strukturierung gebildeten Ausnehmungen auf die auf der anderen Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers zuvor geätzten Vertiefungen treffen, die in diesem Falle die durch Unterätzung ge­ bildeten lateralen Erweiterungen ersetzen (Anspruch 6).

Claims (8)

1. Verfahren zur Strukturierung eines scheibenförmigen, vorzugsweise einkristallinien Halbleiterkörpers (10), insbesondere aus Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Fotomaskierungstechnik zu­ erst mindestens eine Ausnehmung (13, 13a, 13b) mit im wesentlichen senkrecht zu den beiden Hauptoberflächen des Halbleiterkörpers (10) verlaufenden seitlichen Begrenzungsflächen und einer im wesentlichen parallel zu den beiden Hauptoberflächen verlaufenden Bodenfläche von einer der beiden Hauptoberflächen aus durch anisotropes reaktives Ionenätzen in den Halbleiterkörper (10) eingeätzt wird und an­ schließend die Ausnehmung (13, 13a, 13b) in der Nähe ihrer Boden­ fläche durch isotropes Ätzen mit einer lateralen Erweiterung (17) versehen wird (Fig. 1g).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das late­ rale Unterätzen durch Plasmaätzen, naßchemisches Ätzen oder durch elektrochemisches Ätzen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, um die seitlichen Begrenzungsflächen der mindestens einen Ausnehmung (13, 13a, 13b) in demjenigen Bereich oberhalb ihrer Bodenfläche, der nicht lateral ausgeweitet werden soll, vor dem Angriff des isotro­ pen Ätzmittels zu schützen, dieser Bereich der seitlichen Begren­ zungsflächen mit einer gegen das Ätzmittel resistenten Passivie­ rungsschicht (15) belegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pas­ sivierungsschicht (15) nach dem anisotropen Ausätzen der mindestens einen Ausnehmung (13, 13a, 13b) sowohl auf deren Bodenfläche wie auch auf deren seitliche Begrenzungsflächen aufgebracht wird und an­ schließend auf der Bodenfläche durch anisotropes reaktives Ionenät­ zen wieder entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem die Passivierungsschicht (15) auf der Bodenfläche der Ausnehmung (13, 13a, 13b) mit Hilfe des anisotropen reaktiven Ionenätzens voll­ ständig entfernt worden ist, dieser Ätzprozeß weiter fortgesetzt wird, um eine Vertiefung der Ausnehmung (13, 13a, 13b) bis in einen Bereich unterhalb des unteren Randes des stehengebliebenen Teils der Passivierungsschicht (15) und damit eine erleichterte laterale Aus­ weitung der Ausnehmung (13, 13a, 13b) durch das anschließende Unter­ ätzen zu erzielen.

6. Verfahren zur Strukturierung eines scheibenförmigen, vorzugsweise einkristallinen Halbleiterkörpers, insbesondere aus Silizium, da­ durch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Fotomaskierungstechnik zu­ erst an einer Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers eine Vertiefung eingeätzt wird und anschließend im Bereich dieser Vertiefung von der anderen Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers aus mindestens eine Ausnehmung mit im wesentlichen senkrecht zu den beiden Hauptober­ flächen des Halbleiterkörpers verlaufenden seitlichen Begrenzungs­ flächen durch anisotropes reaktives Ionenätzen in den Halbleiterkör­ per so weit eingeätzt wird, bis sie auf die vorher von der anderen Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers aus geätzte Vertiefung trifft und sich mit dieser vereinigt.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausnehmungen (13a, 13b) gleichzeitig ge­ bildet und in verschiedenen Orientierungen in der Scheibenebene des Halbleiterkörpers (10) angeordnet werden.

8. In einem scheibenförmigen, vorzugsweise einkristallinen, insbe­ sondere aus Silizium bestehenden Halbleiterkörper (10) enthaltene Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ausnehmung (13, 13a, 13b) mit im wesentlichen senkrecht zu den beiden Haupt­ oberflächen des Halbleiterkörpers (10) verlaufenden seitlichen Be­ grenzungsflächen und einer im wesentlichen parallel zu den beiden Hauptoberflächen verlaufenden Bodenfläche von einer der beiden Hauptoberflächen aus in den Halbleiterkörper (10) eingebracht ist und daß die Ausnehmung (13, 13a, 13b) in der Nähe ihrer Bodenfläche eine laterale Erweiterung (17) aufweist (Fig. 1g).