DE4133885A1

DE4133885A1 - Dreidimensionale silizium-struktur

Info

Publication number: DE4133885A1
Application number: DE4133885A
Authority: DE
Inventors: Udo Dipl Ing Jauernig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-10-12
Filing date: 1991-10-12
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2011-10-13
Also published as: DE4133885C2; GB2260282B; GB9221282D0; JPH05293965A; GB2260282A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer dreidimensionalen Silizium-Struktur nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind schon dreidimensionale Silizium-Strukturen bekannt, (Csepregi L. in Heuberger A., Mikro mechanik, Springer-Verlag, 1989, Seite 230-234), die durch Zusam menfügen von aufeinander gelegten Siliziumwafern mit Bondtechniken hergestellt werden. Diese Strukturen bleiben jedoch im wesentlichen auf flächige Bauteile beschränkt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße dreidimensionale Siliziumstruktur mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs haben demgegenüber den Vor teil, daß die dritte Dimension besser erschlossen wird und somit auch andere Anwendungen als bei flächigen Bauteilen möglich sind. Die dadurch gewonnene Freiheit bei der Stukturierung von Silizium kann für neuartige Siliziumbauteile genutzt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen dreidimensionalen Siliziumstruktur möglich. Durch die Verwendung von Siliziumteilen, die ihrerseits durch Bonden Zweier Siliziumwaferteile hergestellt sind, werden die Strukturierungs möglichkeiten abermals erweitert. Solche Bauteile eignen sich insbe sondere zur Herstellung von Kanälen hoher Präzision. Besonders ein fach werden diese Kanäle durch Zerteilen der Waferteile und nach folgendes Polieren der Schnittfläche für den jeweiligen Anwendungs fall vorbereitet. Durch die Verbindung der Kanäle mit einem Sili ziumteil mit Öffnungen werden Düsen mit zuleitenden Kanälen herge stellt. Durch die erfindungsgemäße Siliziumstruktur werden somit besonders vorteilhaft und mit großer Freiheit der Stukturierung die Grundelemente der Fluidik, Kanäle und Düsen, hergestellt.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 das zweite Siliziumteil während der Herstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist ein erstes Siliziumteil mit 1 und ein zweites Siliziumteil mit 2 bezeichnet. Das erste Siliziumteil 1 weist eine Öffnung 6 auf. Das zweite Siliziumteil 2 besteht aus zwei Teil stücken 11, 12 und weist einen Kanal 14 auf. Der Kanal 14 erstreckt sich durch das gesamte zweite Siliziumteil 2. Das Siliziumteil 1 und das Siliziumteil 2 werden wie durch die Pfeile angedeutet, mitein ander verbunden. Diese Verbindung erfolgt durch einen Bondprozeß der Oberfläche 4 des ersten Siliziumbauteils 1 mit der hier verdeckten stirnseitigen Oberfläche 5 des zweiten Siliziumbauteils 2. Die beiden Oberflächen 4, 5, sind in geeigneter Weise für den Bondprozeß vorbereitet. Beide Oberflächen 4, 5 müssen hinreichend eben sein. Die Oberfläche 4, die die Oberfläche eines Siliziumwafers darstellt, ist vom Hersteller der Wafer durch Polieren und Ätzprozesse mit einer ausreichend guten Oberflächenqualität versehen. Die Herstellung einer ausreichend ebenen Oberfläche 5 erfolgt durch mechanische Bearbeitung. Die weitere Vorbereitung der Oberflächen 4, 5 für den Bodenprozeß kann das Aufsputtern von dünnen Schichten natriumhal tiger Gläser, die thermische Oxidation von Siliziumdioxidschichten oder die Hydrophylisierung der Siliziumoberfläche umfassen. Der eigentliche Bondprozeß besteht dann aus dem Anlegen einer elektri schen Spannung an die beiden Bauteile und/oder einer Temperaturbe handlung. Die entsprechenden Bondprozesse werden in der eingangs genannten Literaturstelle beschrieben. Die Geometrie der Öffnungen 6 ist nicht zwingend vorgegeben. Durch die Verwendung von anisotropen naßchemischen Ätzprozessen können in 110-Silizium lange, parallel verlaufende Schlitze mit senkrecht zur Oberfläche orientierten Wän den hergestellt werden, in 100-Silizium weisen die Seitenwände einen Winkel von ca. 55° zur Oberfläche auf. Durch zweiseitige anisotrope Atzung des Siliziumteils 1 können bei 100-Silizium auch Öffnungen hergestellt werden, deren geringster Querschnitt innerhalb des Siliziumteils 1 liegt. Bei den naßchemischen anisotropen Ätzprozes sen ist jedoch die Geometrie der Öffnungen 6 an die Kristallstruktur des Siliziums gebunden. Durch die Verwendung von anisotropen Plas ma-Ätzprozessen, wie beispielsweise dem reaktiven Ionenätzen, lassen sich in der Aufsicht beliebigen Formen der Öffnung 6 mit nahezu senkrechten Wänden erzeugen. Durch die Verwendung von isotropen Ätz prozessen lassen sich ebenfalls beliebige Formen der Öffnung 6 er zeugen, der Winkel der Seitenwände relativ zur Oberfläche 4 hängt in diesem Fall jedoch von der Form der Öffnung 6 ab.

In äquivalenter Weise sind Mehrfach-Anordnungen der Öffnungen 6 bzw. der Kanäle 14 mit Öffnungen 6 vorstellbar. Dabei können sowohl meh rere Öffnungen 6 einem Kanal 14 zugeordnet sein, wie auch mehrere Kanäle 14 nebeneinander mit jeweils einer oder mehreren Öffnungen 6 angeordnet sein. Im letzten Fall können durch das Zerteilen dieser Struktur eine Vielzahl von einzelnen Kanälen 14 mit Öffnungen 6 parallel gefertigt werden.

Die hier gezeigte dreidimensionale Siliziumstruktur kann als Sili ziumdüse mit einem Zuleitungskanal eingesetzt werden. Durch die Ver wendung anisotroper Ätzprozesse können diese Düsen mit großer Präzi sion gefertigt werden. Wegen der chemischen Passivität und hohen Temperaturbeständigkeit von Silizium können diese Düsen auch in aggressiver Umgebung beispielsweise als Benzineinspritzdüsen einge setzt werden.

In Fig. 2 wird die Herstellung des zweiten Siliziumteils 2 aus 2 aufeinanderliegenden Wafern 21, 22 gezeigt. Mit 13 sind in die Wafer 21, 22 eingebrachte Gräben bezeichnet. Durch Verschließen eines Grabens 13 mit dem anderen Wafer oder durch Aufeinanderlegen von zwei Gräben 13 werden die Kanäle 14 beim Bonden gebildet. Durch Zer teilen der Wafer entlang der Linien 15 entstehen die zweiten Sili ziumteile 2, wobei die Schnitte 16 die Anzahl der Kanäle 14 im zwei ten Siliziumteil 2 definieren. Mindestens eine der durch die Schnit te 15 entstandenen Oberflächen senkrecht zur Oberfläche der Wafer 21, 22 wird durch geeignete Prozesse zu einer ebenen, für den Bond prozeß geeigneten Oberfläche 5 nachgearbeitet.

Der Querschnitt der Kanäle 14 ergibt sich durch die Geometrie der Gräben 13. Durch anisotrope Ätzprozesse können in 100-Silizium V-förmige Gräben mit einem Öffnungswinkel von ca. 70°, in 110-Sili zium Gräben mit senkrechten Wänden hergestellt werden. Die Tiefe der Gräben in 110-Silizium wird durch vergrabene Ätzstoppschichten mit großer Präzision erzeugt. Durch isotrope Ätztechniken werden nähe rungsweise halbkreisförmige Querschnitte der Gräben 13 erzielt. Das Auftrennen der Kanäle 14 entlang der Schnitte 15 erfolgt durch die Verwendung einer Diamantsäge oder eines Laserstrahls. Die dabei erzielte Oberflächenqualität ist in der Regel für einen Bondprozeß ungeeignet. Eine ausreichend gute Oberflächenqualität wird nur durch eine mechanische Nachbearbeitung z. B. durch Läppen oder Polieren erreicht. Das Zerteilen der Wafer 21, 22 entlang der Schnitte 16 hat die Aufgabe die Siliziumbauteile 2 mit einer vorbestimmten Anzahl von Kanälen 14 zu versehen. Die Schnitte 16 können durch Sägen, aber auch durch anisotrope naßchemische Ätzprozesse erfolgen. So wird z. B. bei Siliziumbauteilen mit zwei Kanälen 14 nur jeder zweite Schnitt 16 ausgeführt.

Claims

1. Dreidimensionale Silizium-Struktur, welche aus mindestens zwei Siliziumteilen besteht, die durch Bonden miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumteile (1, 2) aus Sili ziumwafern hergestellt sind, daß ein erstes Siliziumteil (1) eine aus der Oberfläche eines Siliziumwafers gebildete Oberfläche (4) hoher Güte aufweist, daß ein zweites Siliziumteil (2) eine Ober fläche (5) mit hoher Oberflächengüte aufweist, welche senkrecht zur Waferoberfläche dieses Siliziumteils (2) liegt, und daß die beiden Teile (1, 2) auf den genannten Oberflächen (4, 5) durch den Bond prozeß verbunden sind.

2. Dreidimensionale Silizium-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Siliziumteil (2) durch Bonden zweier Siliziumwafer (21, 22) hergestellt ist.

3. Dreidimensionale Silizium-Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Siliziumwafer (22) einen Graben (13) aufweist, der beim Bonden durch den anderen Siliziumwafer (21) so verschlossen wird, daß ein Kanal (14) entsteht.

4. Dreidimensionale Silizium-Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Siliziumwafer (21, 22) jeweils minde stens einen Graben (13) aufweisen, die beim Bonden spiegelbildlich so aufeinander liegen, daß mindestens ein Kanal (14) entsteht.

5. Dreidimensionale Silizium-Struktur nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kanal (14) durch Schnitte (15) senkrecht zu den Oberflächen der beiden aufeinander gebondeten Wafer (21, 22) aufgetrennt wird.

6. Dreidimensionale Silizium-Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Schnitt entstandenen Schnittfläche durch Polieren und/oder Läppen zu einer Oberfläche (5) mit hoher Oberflächengüte nachgearbeitet ist.

7. Dreidimensionale Silizium-Struktur nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Siliziumteil (1) mindestens eine Öffnung (6) aufweist, daß die mindestens eine Öffnung (6) kleiner ist als der mindestens eine Kanal (14) und daß Öffnung (6) und Kanal (14) beim Bonden aufeinander liegen.