DE4432725C1 - Forming three-dimensional components on surface of semiconductor chips etc. - Google Patents

Forming three-dimensional components on surface of semiconductor chips etc.

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DE4432725C1 DE19944432725 DE4432725A DE4432725C1 DE 4432725 C1 DE4432725 C1 DE 4432725C1 DE 19944432725 DE19944432725 DE 19944432725 DE 4432725 A DE4432725 A DE 4432725A DE 4432725 C1 DE4432725 C1 DE 4432725C1
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Abstract

The invention concerns a method of producing a three-dimensional component or group of components, particularly on surfaces of already processed <u>semiconductor chips</u>. The production of three-dimensional features on chip surfaces is based on the stucturing of thick photosensitive resists and subsequent formation of the surface features by galvanic etching. Prior art methods merely use a thick photoresist and interposed galvanic starting layers to form three-dimensional features. The production of complex features is only possible with considerable difficulty owing to the low stability of the photoresist. The method proposed for the production of three-dimensional features uses, in addition to the galvanic etching of e.g. UV-structured photoresist layers with build-on metal films (16), etching using metal auxiliary films which are later removed again (sacrificial layers) (13). These metal auxiliary films lying in the resist layers are also used, in multi-layer features, as galvanic starting layers for additional build-on levels. The three-dimensional features which can be made by the method described enable, for example, e.g. coils and transformers to be manufactured, in a form in which they could not be manufactured previously, for integration on chip surfaces.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils oder einer Bauteilgruppe, insbesondere auf Oberflächen von bereits prozessierten Halbleiter-Chips.The invention relates to a method for producing a three-dimensional Component or a group of components, especially on surfaces of already processed semiconductor chips.

Mikromechanische oder mikroelektronische Bauteile wie beispielsweise drei­ dimensionale Mikrospulen oder -transformatoren direkt auf Oberflächen von fertigprozessierten elektronischen Bauelementen herstellen zu können, ermög­ licht neben einer weiteren Miniaturisierung des Gesamtaufbaus die Herstellung bisher nicht realisierbarer Systeme bei gleichzeitiger Kostensenkung in der Fertigung.Micromechanical or microelectronic components such as three dimensional micro coils or transformers directly on surfaces of to be able to manufacture fully processed electronic components besides further miniaturization of the overall structure, the production is also previously unrealizable systems while reducing costs in the Production.

Durch die Anwendung modernster Technologien bei der Herstellung elektroni­ scher Datenträger und Informationssysteme kommt es zu beschleunigter Ex­ pansion dieses zukunftsträchtigen Marktes. Um den technischen Fortschritt bei der Computertechnik umsetzen zu können, ist eine rasche Entwicklung bei automatischen Kommunikationsschnittstellen erforderlich. Die dafür verwende­ ten Radio Frequency ID-Systeme (RF-ID) arbeiten auf Hochfrequenzbasis und wandeln sich zunehmend zu komplexen Informationssystemen mit bidirektiona­ lem Datenaustausch. Die Grundstrukturen bekannter RF-ID-Systeme bestehen aus zwei Hardwarekomponenten, einem Informationsdatenträger und einer Basisstation, sowie zwei physikalischen Schnittstellen zwischen den Kompo­ nenten. Der Datenaustausch erfolgt über ein magnetisches bzw. elektro­ magnetisches Hochfrequenzfeld. Üblich sind Frequenzen um 125 kHz und einigen MHz. Großes Interesse finden hierbei vor allem Systeme, die ohne interne Energieversorgung im Informationsträger arbeiten. Diese können wesentlich kleiner ausgeführt werden und haben zusätzlich eine höhere Lebensdauer. Die notwendige Energie zur Funktion erhalten diese Systeme ebenfalls über das Hochfrequenzfeld. Die Datenübertragung erfolgt über ver­ schiedene Modulationsverfahren. Passive Systeme zeichnen sich gegenüber aktiven durch einen erweiterten Temperaturbereich aus. Die zu ihrer Funktion notwendigen Übertragungsenergien liegen im Bereich von einigen µW (bis 100 µW) bei lose gekoppelten Systemen für größere Reichweiten und bei mehr als 1 mW für Systeme mit fester Kopplung.By using the latest technologies in the manufacture of electronics accelerated ex expansion of this promising market. To keep up with technical progress The ability to implement computer technology is a rapid development automatic communication interfaces required. Use that for that Radio Frequency ID (RF-ID) systems work on a radio frequency basis and are increasingly turning into complex information systems with bidirectional lem data exchange. The basic structures of known RF-ID systems exist consisting of two hardware components, an information medium and one Base station, as well as two physical interfaces between the compo nenten. The data exchange takes place via a magnetic or electro  high frequency magnetic field. Frequencies around 125 kHz and a few MHz. Systems that work without internal energy supply work in the information carrier. these can run much smaller and also have a higher one Lifespan. These systems receive the necessary energy to function also over the radio frequency field. The data transmission takes place via ver different modulation methods. Passive systems stand out active through an extended temperature range. The one for their function necessary transmission energies are in the range of a few µW (up to 100 µW) for loosely coupled systems for longer ranges and more than 1 mW for systems with fixed coupling.

Besonderes Interesse für die zukünftige Entwicklung dieser RF-ID-Systeme kommt der Gestaltung der Kommunikationsschnittstelle zu, d. h. der Gestaltung der Sende- und Empfangsantennen. Bei kanalgetrenntem Aufbau sind mehrere abgestimmte Kreise pro Schnittstelle notwendig. Die Energie gewinnt der Informationsträger über transformatorische Auskopplung, d. h. er besitzt als Empfangsantenne eine Spule. Die Spannungsübertragung wächst dabei mit der Übertragungsfrequenz und der maximal realisierbaren Schwingkreisgüte. Da hoher Leistungsverbrauch die Güte erniedrigt, müssen zukünftige Systeme geringen Energieverbrauch und möglichst hohe Trägerfrequenzen aufweisen. Voraussetzungen dafür schafft die moderne CMOS-Technologie.Of particular interest for the future development of these RF-ID systems is responsible for the design of the communication interface, d. H. the design the transmitting and receiving antennas. In the case of a channel-separated structure, there are several coordinated circles per interface necessary. The energy wins Information carrier about transformer decoupling, d. H. he owns as Receiving antenna a coil. The voltage transmission grows with it the transmission frequency and the maximum achievable resonant circuit quality. Since high power consumption lowers the quality, future systems have to have low energy consumption and the highest possible carrier frequencies. Modern CMOS technology creates the conditions for this.

Die Entwicklung geht in Richtung einer zunehmend stärkeren Miniaturisierung und letztlich zu einer vollständigen Integration des Informationsträgers auf einem Siliziumchip, wobei sämtliche bisher genutzten Montagetechnologien überflüssig werden. Dabei besteht jedoch die Notwendigkeit, neben den bereits im Chip vorhandenen elektronischen Bauelementen auch Kapazitäten und Spulen zu integrieren. Bei integrierter Fertigung könnten so auf einem 6 Zoll Si- Wafer ca. 1000 RF-ID-Systeme gleichzeitig hergestellt und dabei der Stück­ preis stark reduziert werden.The trend is towards increasing miniaturization and ultimately to a full integration of the information carrier a silicon chip, with all previously used assembly technologies become superfluous. However, there is a need in addition to those already capacities and Integrate coils. With integrated production, a 6 inch Si Wafer about 1000 RF-ID systems manufactured simultaneously and the piece price can be greatly reduced.

Bei bekannten Systemen wird die vollständige monolithische Integration des Informationsträgers dadurch erreicht, daß planar ausgebildete Spulen auf den Chipoberflächen mit Hilfe der konventionellen CMOS-Metallisierung realisiert werden. Da die Metallisierung normalerweise für die elektrische Verdrahtung der Schaltungselemente auf dem Chip genutzt wird, können in den Spulen­ bereichen keine aktiven Bauelemente untergebracht werden. Ein weiterer Nachteil ist die begrenzte Niederohmigkeit der Leiterbahnen. Bei dem üblichen spezifischen Materialwiderstand ergeben sich auf einem 4 mm-Chip bei 50 Windungen ohmsche Widerstände von einigen kΩ. Dieser hohe Widerstand bedingt eine schlechte Güte des Eingangsresonanzkreises und führt bei im Chipaufbau auftretenden parasitären Kapazitäten zu Tiefpaßdämpfungen bei hohen Trägerfrequenzen.In known systems, the complete monolithic integration of the Information carrier thereby achieved that planar coils  Chip surfaces realized using conventional CMOS metallization will. Because the metallization is usually for electrical wiring The circuit elements on the chip can be used in the coils areas no active components can be accommodated. Another The disadvantage is the limited low impedance of the conductor tracks. With the usual specific material resistance results on a 4 mm chip at 50 Turns ohmic resistances of a few kΩ. This high resistance causes a poor quality of the input resonance circuit and leads to im Chip structure occurring parasitic capacitances to low-pass attenuation high carrier frequencies.

Ein aus der Aufbau- und Verbindungstechnik entwickeltes Verfahren, das hier Abhilfe schafft, realisiert den Spulenaufbau mit anderen Metallen, vor allem Gold und Kupfer. Die Spulen werden dabei jedoch stets in planarer Ausbildung und ohne die Induktivität verbessernde Spulenkerne gefertigt (R. Jurisch, Elek­ tronik 9 (1993) 86-92).A process developed from the assembly and connection technology, which here Remedies, realizes the coil structure with other metals, above all Gold and copper. However, the coils are always in planar training and manufactured without inductor-improving coil cores (R. Jurisch, Elek tronik 9 (1993) 86-92).

Basis für weiterhin bekannte dreidimensionale Aufbauten auf Chipoberflächen bildet die Strukturierung dicker Photolacke und die anschließende galvanische Abformung dieser Lackstrukturen. Einfache Strukturen, die mit dieser Basis­ methode hergestellt wurden, sind z. B. in B. Löchel et al., Microelectr. Enginee­ ring 21 (1993) 463-466, dargestellt. In G. Engelmann et al., Proc. MEMS 92, Travemünde, (1992) 93-98, wird dieses Verfahren zur Herstellung von planaren Spulen eingesetzt.Basis for well-known three-dimensional structures on chip surfaces forms the structuring of thick photoresists and the subsequent galvanic Impression of these lacquer structures. Simple structures based on this method have been produced, for. B. B. Lochel et al., Microelectr. Enginee ring 21 (1993) 463-466. In G. Engelmann et al., Proc. MEMS 92, Travemünde, (1992) 93-98, uses this process to make planar Coils used.

Ein Verfahren zur Herstellung von freistehenden Mikrostrukturen ist z. B. aus der DE 43 38 423 A1 bekannt, bei dem dielektrische Opferschichten als Abstandsschichten zwischen einer Substratoberfläche und der Mikrostruktur eingesetzt und nach Fertigstellung der Struktur wieder entfernt werden.A method for producing free-standing microstructures is e.g. B. from DE 43 38 423 A1, in which dielectric sacrificial layers are known as Spacer layers between a substrate surface and the microstructure used and removed after completion of the structure.

Aus C.H. Ahn et a., J. Micromech. Microeng. 3 (1993) 37-44, ist bekannt, eine planar ausgebildete dreidimensionale Spule mit einem Kern zu fertigen, wobei die Spulenwicklungen in zwei übereinanderliegenden Ebenen angeordnet und vom Kernmaterial umschlossen sind. Der Spulenkern erhöht die Induktivität der Spule in vorteilhafter Weise. Die unterschiedlichen Ebenen des Spulenaufbaus werden hierbei durch wiederholtes Aufbringen und Strukturieren dicker Photo­ lacke und anschließende galvanische Abformung dieser Lackstrukturen erzeugt, wobei vor der galvanischen Abscheidung jeder Ebene eine Galva­ nikstartschicht aufgesputtert werden muß.From C.H. Ahn et a., J. Micromech. Microeng. 3 (1993) 37-44, is known to be a planar three-dimensional coil to manufacture with a core, wherein  the coil windings are arranged in two superimposed levels and are surrounded by the core material. The coil core increases the inductance of the Coil advantageously. The different levels of the coil structure are made by repeated application and structuring of thick photo paints and subsequent electroplating of these paint structures  generates a galva before the galvanic deposition of each level nikstart layer must be sputtered on.

  • S. Kawahito et al., Sensors and Materials 5 (1994) 241-251, stellt ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Spule mit Kern auf einem Siliziumchip vor, das den Nachteil eines planaren Aufbaus, d. h. insbesondere die beschränkte Anzahl der Spulenwicklungen pro Oberflächenelement, beseitigt. Die Spulenachse verläuft hier parallel zur Oberfläche des Chips. Bei dem Ver­ fahren wird der Kern durch galvanische Abscheidung in eine Polyimidschicht eingebettet, die der Isolation gegenüber den Spulenwicklungen dient. Die Spu­ lenwicklungen werden mittels Sputtern und nachfolgender Strukturierung auf die Chipoberfläche (unterer Spulenbereich) bzw. auf die Polyimidschicht (oberer und seitliche Spulenbereiche) erzeugt.S. Kawahito et al., Sensors and Materials 5 (1994) 241-251, provides a method for the production of a three-dimensional coil with core on a silicon chip before, which has the disadvantage of a planar structure, i. H. especially the limited number of coil windings per surface element, eliminated. The coil axis runs parallel to the surface of the chip. When ver The core is driven by electrodeposition in a polyimide layer embedded, which serves the isolation from the coil windings. The Spu Oil windings are opened by means of sputtering and subsequent structuring the chip surface (lower coil area) or on the polyimide layer (upper and side coil areas).

Das Aufsputtern der Spulenwicklungen bewirkt jedoch nur geringe Strukturhö­ hen der Wicklungen von 1-2 µm, so daß die damit realisierbaren Güten und nutzbaren Stromstärken entsprechend niedrig sind und damit die Anwen­ dungsbreite beschränken.The sputtering of the coil windings, however, causes only small structural heights hen the windings of 1-2 µm, so that the realizable qualities and usable amperages are correspondingly low and therefore the users limit the range of applications.

In B. Löchel et al., Microelectr. Engineering 23 (1994) 455-459, ist ein Verfah­ ren zur Herstellung einer dreidimensionalen Spule auf Chipoberflächen beschrieben, dessen Basis ebenfalls die Strukturierung dicker Photolacke (10-60 µm Strukturhöhe) und die anschließende galvanische Abformung dieser Lackstrukturen bildet. Die unterschiedlichen Ebenen des Spulenaufbaus wer­ den hier durch wiederholtes Aufbringen und Strukturieren der Photolacke und galvanische Abformung erzeugt, wobei vor der Abscheidung jeder Ebene eine Galvanikstartschicht aufgesputtert werden muß, wenn diese nicht durch eine untere Galvanikschicht ersetzt werden kann.In B. Löchel et al., Microelectr. Engineering 23 (1994) 455-459, is a process Ren for the production of a three-dimensional coil on chip surfaces described, the basis of which is also the structuring of thick photoresists (10-60 µm Structure height) and the subsequent galvanic impression of this Lacquer structures forms. The different levels of the coil structure who the here by repeated application and structuring of the photoresists and galvanic impression is generated, with one prior to the deposition of each level Electroplating start layer must be sputtered on if it is not through a lower electroplating layer can be replaced.

Beispiele für eine Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung anderer mikromechanischer Bauteile sind in B. Löchel et al., Proc. ACTUATOR 94, Bremen, (1994) 109-113, oder in G. Engelmann et al., SPIE 2045 (1994) 306-313, ausgeführt. Examples of an application of this method to the production of others Micromechanical components are described in B. Loechel et al., Proc. ACTUATOR 94, Bremen, (1994) 109-113, or in G. Engelmann et al., SPIE 2045 (1994) 306-313.  

Die genannten Verfahren verwenden jedoch lediglich dicken Photolack und zwischenliegende Galvanikstartschichten für die Ausbildung der dreidimensio­ nalen Aufbauten. Der Aufbau komplizierterer Strukturen ist damit nur mit erhöh­ tem Aufwand möglich.However, the methods mentioned only use thick photoresist and intermediate electroplating layers for the formation of the three-dimensional nale superstructures. The construction of more complicated structures can only be increased possible effort.

Dies liegt insbesondere daran, daß die einsetzbaren Lacke nicht genügend physikalisch, chemisch und thermisch stabil sind. So wird z. B. der Lack im Vakuum, d. h. beispielsweise beim Aufsputtern einer Galvanikstartschicht brü­ chig oder es entstehen Gasblasen durch austretendes Lösungsmittel, so daß keine planen Oberflächen über größere Bereiche (mm-Bereich) für nachfol­ gende Schichtaufbauten mehr zur Verfügung stehen. Die aufgesputterte Gal­ vanikstartschicht versiegelt darunterliegende Lackschichten. Bei weiterem Aus­ gasen kann es zu Deformationen und Zerstörungen der darüberliegenden Gal­ vanikstartschichten kommen. Unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffi­ zienten unterstützen zudem die Bildung von Rissen im Gesamtaufbau. Die zu­ verlässige Herstellung komplizierter mehrlagiger Strukturen ist damit nicht mög­ lich.This is due in particular to the fact that the usable paints are not sufficient are physically, chemically and thermally stable. So z. B. the paint in Vacuum, d. H. for example when sputtering an electroplating start layer brü chig or there are gas bubbles from escaping solvent, so that no flat surfaces over larger areas (mm area) for subsequent layer structures are more available. The sputtered gal Vanik star layer seals the underlying lacquer layers. On further off gas can lead to deformation and destruction of the overlying gal Vanik star layers come. Different coefficients of thermal expansion clients also support the formation of cracks in the overall structure. The too reliable production of complicated multilayer structures is therefore not possible Lich.

Das Problem wird insbesondere durch das notwendige Aufbringen neuer Gal­ vanikstartschichten für jede Bauteilebene auf die darunterliegenden Lack­ schichten verstärkt, was zudem zu einer Erhöhung der Zahl der Verfahrens­ schritte führt.The problem is particularly caused by the need to apply new gal Vanik star layers for each component level on the underlying paint strata reinforced, which also leads to an increase in the number of procedures steps.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils oder einer Bauteilgruppe anzugeben, mit dem komplizierte Strukturen auf einfache und zuverlässige Weise aufgebaut und auf Chipoberflächen integriert werden können.The object of the present invention is therefore to provide a method for the production of a three-dimensional component or a component group with which complicated structures in a simple and reliable way Chip surfaces can be integrated.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Besondere Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.The object is achieved with the features of the method according to claim 1. Special features of the process are the subject of the sub claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt für die dreidimensionalen Aufbauten neben der galvanischen Abformung von beispielsweise UV-strukturierten Photolackschichten mit aufbauenden Metallschichten auch die Abformung mit später wieder zu entfernenden metallischen Hilfsschichten (Opferschichten). Diese in den Lackschichten liegenden metallischen Hilfsschichten werden bei Mehrlagenaufbauten gleichzeitig als Galvanikstartschichten für weitere aufzu­ bauende Ebenen genutzt.The method according to the invention uses for the three-dimensional structures in addition to the galvanic impression of, for example, UV structured  Photoresist layers with build-up metal layers also take the impression metallic auxiliary layers to be removed later (sacrificial layers). These metallic auxiliary layers lying in the lacquer layers are used Multi-layer structures can also be used as electroplating start layers for others building levels used.

Das Verfahren ist für alle mikroelektronischen oder mikromechanischen Bautei­ le geeignet, die einzelne Bereiche aufweisen, welche durch galvanische Schichtabscheidung herstellbar, also elektrisch leitfähig sind.The procedure is for all microelectronic or micromechanical components le suitable, which have individual areas, which by galvanic Layer deposition can be produced, ie they are electrically conductive.

Die dreidimensionalen Bauteile oder Bauteilgruppen werden beim erfindungs­ gemäßen Verfahren auf einer Oberfläche, z. B. der Oberfläche eines Chips, schichtweise aufgebaut. Zur Herstellung von elektrisch leitfähigen Bereichen zwischen denen im fertigen Bauteil ein definierter freibleibender (d. h. ohne feste Materie) Zwischenraum liegen soll, beispielsweise zwischen zwei Platten eines Kondensators oder zwischen zwei gegenüberliegenden Wänden eines Kühlkanals, wird der erste Bereich zunächst auf die Oberfläche oder auf bereits aufgebrachte Schichten oder Bauteilbereiche galvanisch abgeschieden. Hierzu ist eine Galvanikstartschicht notwendig, die vorher aufgesputtert werden kann. Das Aufbringen der Startschicht ist selbstverständlich nicht notwendig, wenn bereits eine elektrisch leitfähige Schicht als Unterlage vorhanden ist. Auf diese Galvanikstartschicht wird dann eine strukturierbare Schicht (z. B. Photolack) aufgebracht und entsprechend der Form des ersten Bereichs strukturiert. Die Struktur muß einen Teil der je nach Bauteilgeometrie seitlich oder unterhalb angrenzenden Galvanikstartschicht freilegen, so daß die gewünschte Form des ersten Bereichs durch die nachfolgende galvanische Abscheidung in der Struktur erzeugt werden kann. Die Form des ersten Bereiches wird durch die Form der Struktur und die Dicke der abgeschiedenen Schicht bestimmt.The three-dimensional components or component groups are in the fiction contemporary method on a surface, e.g. B. the surface of a chip, built up in layers. For the production of electrically conductive areas between those in the finished component there is a defined free (i.e. without solid matter) there should be a space, for example between two plates a capacitor or between two opposite walls Cooling channel, the first area is initially on the surface or on already applied layers or component areas are galvanically deposited. For this an electroplating start layer is necessary, which can be sputtered on beforehand. It is of course not necessary to apply the starting layer, if there is already an electrically conductive layer as a base. To this Electroplating start layer then becomes a structurable layer (e.g. photoresist) applied and structured according to the shape of the first area. The Structure must be part of the side or below depending on the component geometry Expose the adjacent electroplating start layer so that the desired shape of the first area by the subsequent galvanic deposition in the Structure can be created. The shape of the first area is determined by the Shape of the structure and the thickness of the deposited layer are determined.

Angrenzend an den bereits aufgebrachten ersten Bereich wird nun eine metal­ lische Opferschicht galvanisch abgeschieden, die den Zwischenraum zwischen dem bereits aufgebrachten (ersten) und dem oder den aufzubringenden (zweiten) Bereichen festlegt. So wird z. B. der Abstand der beiden Platten eines Kondensators durch die Dicke der metallischen Opferschicht bestimmt, die auf eine der Platten abgeschieden wird. Als Galvanikstartschicht für die Abscheidung der metallischen Opferschicht dient der bereits aufgebrachte elektrisch leitfä­ hige (erste) Bereich. Die Form der metallischen Opferschicht wird ebenfalls dadurch vorgegeben, daß die Abscheidung in eine entsprechend strukturierte Schicht (z. B. Photolack, vgl. oben) erfolgt. Auf die metallische Opferschicht wird schließlich der zweite Bereich des Bauteils galvanisch abgeschieden, wobei wiederum die Formgebung mittels einer strukturierbaren Schicht analog zur Abscheidung des ersten Bereiches erfolgt. Als galvanische Startschicht dient hier jedoch die metallische Opferschicht, so daß keine zusätzliche Galva­ nikstartschicht aufgebracht werden muß. Für die Herstellung weiterer, diesmal vom zweiten elektrisch leitfähigen Bereich beabstandeter Bereiche kann nun in gleicher Weise eine weitere metallische Opferschicht auf die zweite Schicht aufgebracht und das Verfahren entsprechend fortgesetzt werden. Durch wie­ derholte Anwendung der aufgezeigten Verfahrensschritte wird die Herstellung von komplexen Bauteilstrukturen ermöglicht.Adjacent to the first area already applied, a metal is now The sacrificial layer is galvanically deposited, covering the space between the one already applied (first) and the one (s) to be applied (second) areas. So z. B. the distance between the two plates Capacitor determined by the thickness of the metallic sacrificial layer that is on  one of the plates is deposited. As an electroplating start layer for the deposition the metallic sacrificial layer is served by the already applied electrically conductive hige (first) area. The shape of the metallic sacrificial layer is also given that the deposition is structured accordingly Layer (e.g. photoresist, see above) takes place. On the metallic sacrificial layer finally the second area of the component is galvanically deposited, whereby again the shaping by means of a structurable layer analogous to The first area is deposited. Serves as a galvanic starting layer here, however, the metallic sacrificial layer, so that no additional galva nikstartschicht must be applied. For making more, this time Areas which are spaced apart from the second electrically conductive region can now be formed in in the same way another metallic sacrificial layer on the second layer applied and the process continued accordingly. By how Repeated application of the process steps shown is the production complex component structures.

Die strukturierbaren Schichten und die metallischen Opferschichten werden spätestens nach Fertigstellung aller Bereiche des Bauteils oder der Bauteil­ gruppe selektiv entfernt. Nach Abschluß des Verfahrens steht somit ein Bauteil zur Verfügung, das elektrisch leitfähige Bereiche aufweist, die durch exakt definierte freibleibende Zwischenräume voneinander beabstandet sind.The structurable layers and the metallic sacrificial layers are at the latest after completion of all areas of the component or the component Group selectively removed. When the process is complete, a component is thus ready available that has electrically conductive areas that are characterized by exact defined free spaces are spaced apart.

Das hier beschriebene Verfahren stellt mit den dreidimensionalen Aufbauten beispielsweise Spulen und Transformatoren zur Integration auf Chipoberflä­ chen bereit, die bislang in dieser Form nicht realisierbar waren. Es ermöglicht damit durch eine erhöhte Variationsbreite bei der Induktivität völlig neue Wege bei der Ausführung von Informationsträgern.The procedure described here uses three-dimensional structures for example coils and transformers for integration on chip surfaces ready, which were previously not possible in this form. Allows thus completely new approaches due to an increased range of variations in inductance when executing information carriers.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, daß die metallischen Hilfsschichten, die die doppelte Funktion einer Opfer­ schicht und einer Galvanikstartschicht haben, eine sehr hohe Stabilität aufwei­ sen, so daß damit glatte stabile Oberflächen bereitgestellt werden, auf denen weitere Ebenen problemlos aufgebaut werden können. An advantage of the method according to the invention is in particular that the metallic auxiliary layers that have the double function of a victim layer and an electroplating start layer have a very high stability sen, so that smooth stable surfaces are provided on which further levels can be built up without any problems.  

Galvanisch erzeugte Schichtoberflächen (wie z. B. die Oberflächen der metalli­ schen Opferschichten) können durch Variation der Abscheideparameter (Stromstärke, Pulsdauer, Temperatur) in ihren Eigenschaften, wie Rauhigkeit und Reflektivität, stark verändert werden. Dies kann dazu genutzt werden, um gleichmäßigere Belichtungen des Photolacks bei unterschiedlichen Lackdicken zu erzielen (Anspruch 12). Stark strukturierte Oberflächen, wie sie bei dem auf­ bauenden Galvanikprozeß entstehen, haben zur Folge, daß Lackdicken­ schwankungen in einer zu belichtenden Ebene bewältigt werden müssen. Die Verminderung der Reflexion unter dünnen Lackschichten bei rauheren Oberflä­ chen führt zu einer geringeren Belichtungswirkung, wogegen stark reflektieren­ de glatte Oberflächen die Durchbelichtung dicker Lackschichten begünstigen. Dadurch wird eine Angleichung großer Lackdickenunterschiede erreicht. Die Rauhigkeit der Galvanikoberflächen kann auch durch chemische Zwischenbe­ handlungen, wie Tauchbäder in Säuren, erhöht werden. Neben der veränder­ ten Reflektivität der Oberflächen bedingt eine erhöhte Rauhigkeit eine Verbes­ serung der Lackhaftung.Electroplated layer surfaces (such as the surfaces of the metalli sacrificial layers) by varying the deposition parameters (Current strength, pulse duration, temperature) in their properties, such as roughness and reflectivity. This can be used to more even exposures of the photoresist with different thicknesses to achieve (claim 12). Heavily structured surfaces like those on the building electroplating process, have the consequence that paint thicknesses fluctuations in a plane to be exposed must be dealt with. The Reduction of reflection under thin layers of paint on rougher surfaces Chen leads to a lower exposure effect, whereas strongly reflect de smooth surfaces favor the exposure of thick layers of lacquer. This enables large differences in lacquer thickness to be equalized. The Roughness of the electroplating surfaces can also be caused by chemical intermediates actions such as immersion baths in acids. In addition to the change The reflectivity of the surfaces requires an increased roughness of a verb Removal of paint adhesion.

Mit dem Verfahren lassen sich zudem gegenüber den bisher bekannten Ver­ fahren Prozeßschritte einsparen, da keine zusätzlichen Galvanikstartschichten für jede weitere Ebene benötigt werden.With the method can also be compared to the previously known Ver drive save process steps, since no additional electroplating start layers needed for each additional level.

Weiterhin ist es mit dem Verfahren möglich, minimale Abstände zwischen un­ terschiedlichen Bereichen des Bauteils oder der Bauteilgruppe mit hoher Ge­ nauigkeit zu erzeugen.Furthermore, with the method it is possible to set minimal distances between un different areas of the component or component group with high Ge to produce accuracy.

Das Verfahren kann in vorteilhafter Weise direkt auf fertigprozessierten Chip­ oberflächen, die vorher mit einer chemisch resistenten Isolationsschicht verse­ hen wurden, durchgeführt werden (Chip-On-Technik), und ermöglicht somit die Integration elektrischer Bauteile wie z. B. Spulen, Transformatoren oder Kon­ densatoren ohne Anwendung von Bonding-Techniken.The method can advantageously be carried out directly on the processed chip surfaces that have previously been covered with a chemically resistant insulation layer hen were carried out (chip-on technology), and thus enables the Integration of electrical components such as B. coils, transformers or Kon capacitors without using bonding techniques.

Hierzu werden in der Isolationsschicht des Chips Kontaktlöcher geöffnet und über diese Kontaktlöcher das Bauteil mit den Bauelementen des Chips bei­ spielsweise über galvanisch abgeschiedene Zuführungsleitungen elektrisch kontaktiert (Anspruch 3).For this purpose, contact holes are opened in the insulation layer of the chip the component with the components of the chip via these contact holes for example electrically via galvanically separated supply lines contacted (claim 3).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Ausführungs­ beispiele und der Zeichnungen näher erläutert.The method according to the invention is described below with reference to the embodiment examples and the drawings explained in more detail.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1a-p ein Beispiel für die Herstellung einer dreidimensionalen Spule mit einem Kern mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, Fig. 1a-p is an example of the preparation of a three-dimensional coil having a core with the inventive method,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten dreidimensionalen Spule mit einem Kern, integriert auf einer fertigprozessierten Chipoberfläche, Fig. 2 is a side view of a manufactured with the inventive method three-dimensional coil with a core, integrated on a fully processed chip surface,

Fig. 3a-r ein Beispiel für die erfindungsgemäße Herstellung eines recht­ eckigen Zylinders mit Kolben, und Fig. 3a-r an example of the production of a rectangular cylinder with piston according to the invention, and

Fig. 4a-b ein Beispiel für die Nutzung von Rauhigkeitsunterschieden auf Galvanikoberflächen zum Angleichen der Belichtungswirkung bei stark unterschiedlichen Lackdicken. Fig. 4a-b is an example of the use of Rauhigkeitsunterschieden electroplating on surfaces for adjusting the exposure action in very different coating thicknesses.

In einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine dreidimensionale Spule mit einem Kern auf eine Chipoberfläche integriert. Vorarbeiten, die für solche Auf­ bauten auf Chips notwendig sind, werden durch die Stapelbauweise und die verwendeten Materialien bedingt. Diese Vorbereitungen müssen bei der Kon­ zeption des Mikrosystems berücksichtigt werden und können bei der CMOS- Fertigung durchgeführt werden. So muß z. B. eine Sperrschicht zwischen CMOS-Aufbau und darüberliegendem Systemaufbau eingebracht werden, die die Eindiffusion von schädigenden Metallionen (z. B. Gold) in den darunterlie­ genden Chip verhindern. Außerdem ist eine genügend dicke (einige 100 nm bis 1 µm), chemisch dichte elektrische Isolationsschicht (z. B. Siliziumnitrid-Schicht) zwischen dem Chipaufbau und den metallischen Schichten der darüberliegen­ den Bauteile notwendig. In a first embodiment, a three-dimensional coil is used a core integrated on a chip surface. Preparatory work for such on built on chips are necessary due to the stacked construction and the used materials conditionally. These preparations must be made at the Kon design of the microsystem and can be used for CMOS Manufacturing to be carried out. So z. B. a barrier layer between CMOS structure and overlying system structure are introduced, the the diffusion of harmful metal ions (e.g. gold) into the ones below prevent this chip. In addition, it is sufficiently thick (a few 100 nm to 1 µm), chemically sealed electrical insulation layer (e.g. silicon nitride layer) between the chip structure and the metallic layers above the components necessary.  

Die erfindungsgemäßen dreidimensionalen Spulen bzw. Transformatoren, wie sie in den Schnittstellen für kontaktlose Identifikations- und Kommunikations­ systeme verwendet werden können, werden nach folgendem Verfahren her­ gestellt:The three-dimensional coils or transformers according to the invention, such as them in the interfaces for contactless identification and communication systems that can be used are manufactured according to the following procedure posed:

  • - Die passivierende und isolierende Schutzschicht auf den Chips 1 wird an den elektrischen Kontaktstellen zum Chip geöffnet (in Fig. 1 nicht darge­ stellt).- The passivating and insulating protective layer on the chips 1 is opened at the electrical contact points to the chip (not shown in FIG. 1).
  • - Eine Galvanikstartschicht 2, die durch Sputtern aufgebracht und abhängig vom Aufbau des Chips aus je einer Lage Siliziumnitrid/Gold, Titan/Nickel oder nur aus Platin bestehen kann, wird ganzflächig auf die Chipoberflä­ che abgeschieden (Fig. 1a).- An electroplating start layer 2 , which is applied by sputtering and, depending on the structure of the chip, can consist of a layer of silicon nitride / gold, titanium / nickel or only platinum, is deposited over the entire surface of the chip surface ( Fig. 1a).
  • - Mit einem geeigneten Verfahren, z. B. im Schleuderverfahren, wird eine Schicht hochviskosen, UV-strukturierbaren Photolacks 3 auf die Galva­ nikstartschicht 2 aufgetragen und getrocknet (Fig. 1b). Der Trockenprozeß muß, abhängig vom verwendeten Photolack, so betrieben werden, daß der Lack gut durchtrocknet, jedoch keine Risse beim Abkühlen entstehen. Nach einer eventuell notwendigen Lacknachbehandlung (für Novolack­ systeme eine lichtgeschützte Lagerung bei Raumtemperatur und norma­ lem Reinraumklima über mehrere Stunden bis Tage) erfolgt die Strukturie­ rung der ersten Photolackschicht 3 durch Exposition an einem UV-Belich­ ter und anschließende Entwicklung im Tauch- oder Sprühverfahren (Fig. 1c).- With a suitable method, e.g. B. in the centrifugal process, a layer of highly viscous, UV-structurable photoresist 3 is applied to the Galva nikstartschicht 2 and dried ( Fig. 1b). Depending on the photoresist used, the drying process must be carried out in such a way that the lacquer dries well, but no cracks occur when it cools down. After a possibly necessary paint aftertreatment (for Novolack systems, light-protected storage at room temperature and normal clean room climate for several hours to days), the first photoresist layer 3 is structured by exposure to a UV exposure unit and subsequent development using the dipping or spraying method ( Fig . 1c).
  • - Nach Trocknung bei Raumtemperatur erfolgt die Ausbildung der Zufüh­ rungsleitungen (in Fig. 1 nicht dargestellt) zu den geöffneten Kontaktstel­ len und der unteren Spulenebene 5 durch galvanische Schichtabschei­ dung in die Lackstrukturen 4. Die Dicke der unteren Lackschicht 3 wird durch die erwünschte Dicke der unteren Spulenebene bestimmt (Fig. 1d).- After drying at room temperature, the supply lines (not shown in FIG. 1) are formed to the open contact points and the lower coil level 5 by galvanic layer deposition in the lacquer structures 4 . The thickness of the lower lacquer layer 3 is determined by the desired thickness of the lower coil plane ( Fig. 1d).
  • - Die galvanisierten Wafer werden gut gespült und bei Raumtemperatur getrocknet. Anschließend wird eine weitere ca. 10 µm dicke Photolack­ schicht 6 auf die untere Schicht aufgebracht (Fig. 1e). Dabei ist zu beach­ ten, daß die gesamte Prozeßführung so gestaltet ist, daß eine unbeab­ sichtigte UV-Belichtung (Tageslicht, Mikroskop) ausgeschlossen wird. Es folgt die Belichtung eines Mittenbereiches 7 längs der Achse der herzu­ stellenden Spule über die gesamte Spulenlänge (Fig. 1f). Im belichteten Bereich liegen somit die unteren Spulenwicklungen 5 und zwischen die­ sen die darunterliegende Galvanikstartschicht 2 frei. In diese Lackstruktu­ ren 7 wird ein unedleres Opfermetall 8 abgeschieden, als das für den Spulenaufbau genutzte (Fig. 1g). Für Goldspulen bietet sich Kupfer als Opfermaterial an, für Kupferspulen z. B. Zink. Eine zusätzliche Galva­ nikstartschicht ist an dieser Stelle nicht notwendig.- The galvanized wafers are rinsed well and dried at room temperature. A further approximately 10 μm thick photoresist layer 6 is then applied to the lower layer ( FIG. 1e). It should be noted that the entire process is designed so that unintentional UV exposure (daylight, microscope) is excluded. This is followed by the exposure of a central region 7 along the axis of the coil to be produced over the entire coil length ( FIG. 1f). The lower coil windings 5 and between them the underlying electroplating start layer 2 are thus exposed in the exposed area. In this Lackstruktu ren 7 a less noble sacrificial metal 8 is deposited than that used for the coil structure ( Fig. 1g). Copper is a suitable sacrificial material for gold coils. B. Zinc. An additional electroplating layer is not necessary at this point.
  • - Nach der ersten Opfermetallabscheidung wird der Lack 3, 6 vollständig entfernt und eine neue 40-60 µm dicke Photolackschicht 9 aufgetragen (Fig. 1h). Danach erfolgt ein weiterer Lithographieschritt 10, der ebenfalls längs der Spulenachse, jedoch länger und schmaler als die Opferschicht ist, die Verankerungen für den Spulenkern freilegt und die Struktur des Spulenkerns selbst definiert (Fig. 1i).- After the first sacrificial metal deposition, the lacquer 3 , 6 is completely removed and a new 40-60 μm thick photoresist layer 9 is applied ( FIG. 1h). This is followed by a further lithography step 10 , which is likewise along the coil axis, but longer and narrower than the sacrificial layer, exposes the anchors for the coil core and defines the structure of the coil core itself ( FIG. 1i).
  • - Im nachfolgenden Galvanikschritt wird in die jetzt freiliegenden Bereiche eine NiFe-Legierung (Permalloy) 11 in gewünschter Dicke (z. B. 10-100 µm) abgeschieden (Fig. 1j). Diese Schicht ist außerhalb der Spulenwick­ lungen mit der Galvanikstartschicht 2 und damit mit dem Chip 1 selbst verbunden und innerhalb der Spule durch die vorher aufgebrachte Opfer­ schicht 8 von den darunterliegenden Spulenwindungen 5 getrennt. Nach der Galvanik erfolgt eine Reinigung und Trocknung.- In the subsequent electroplating step, a NiFe alloy (permalloy) 11 of the desired thickness (for example 10-100 μm) is deposited in the now exposed areas ( FIG. 1j). This layer is outside the coil windings with the electroplating start layer 2 and thus connected to the chip 1 itself and inside the coil by the previously applied sacrificial layer 8 separated from the coil turns 5 underneath. After electroplating, cleaning and drying take place.
  • - Im nächsten Schritt wird dieselbe Lackschicht 9 so strukturiert 12, daß die Seitenwände des Kerns 11 freiliegen und durch eine neue galvanische Abformung der Kern vollständig mit einer Opferschicht 8, 13 ummantelt ist (Fig. 1j und 1k).In the next step, the same lacquer layer 9 is structured 12 in such a way that the side walls of the core 11 are exposed and the core is completely covered with a sacrificial layer 8 , 13 by a new galvanic molding (FIGS . 1j and 1k).
  • - Nach einer vollständigen Entlackung wird eine weitere Lackschicht 14 entsprechender Dicke aufgetragen, um die noch fehlenden oberen und seitlichen Bereiche der Spulen (Brücken) zu strukturieren 15 (Fig. 1l).- After complete stripping, a further lacquer layer 14 of appropriate thickness is applied in order to structure 15 the still missing top and side areas of the coils (bridges) ( FIG. 11).
  • - Die anschließende galvanische Abformung mit 10-20 µm Spulenmetall (Gold, Kupfer) bildet den oberen und die seitlichen Spulenbereiche 16 aus (Fig. 1m). - The subsequent galvanic impression with 10-20 µm coil metal (gold, copper) forms the upper and the lateral coil areas 16 ( Fig. 1m).
  • - Im nächsten Schritt wird der gesamte Lackaufbau 9 mit Lösungsmitteln (Aceton) entfernt (Fig. 1n).- In the next step, the entire paint structure 9 is removed with solvents (acetone) ( Fig. 1n).
  • - Anschließend wird mit einem geeigneten selektiven Ätzmittel, das den Chipaufbau nicht angreift, beispielsweise Ammoniak mit einem geringen Zusatz von Wasserstoffperoxid bei Kupfer als Opferschichtmaterial und einer Goldspule mit Ni/Fe-Kern, die gesamte Opferschicht 8, 13 entfernt (Fig. 1o).- Then the entire sacrificial layer 8 , 13 is removed with a suitable selective etchant which does not attack the chip structure, for example ammonia with a small addition of hydrogen peroxide in the case of copper as the sacrificial layer material and a gold coil with Ni / Fe core ( FIG. 10).
  • - Um die Spule funktional betreiben zu können, müssen abschließend noch die Metallanteile der Galvanikstartschicht 2 im gesamten Waferbereich entfernt werden (Fig. 1p). Da dies auch zwischen den Wicklungen erfol­ gen muß, kommt dafür wieder nur ein naßchemischer Ätzschritt in Frage. Für eine Siliziumnitrid/Gold Startschicht kann dies durch Ätzung mit ge­ eigneten Ätzlösungen (z. B. KJ/J) erfolgen, ohne daß merkliche Dickenver­ luste bei den Goldwicklungen 5, 16 oder beim NiFe-Kern 11 hingenom­ men werden müssen.- In order to be able to operate the coil functionally, the metal parts of the electroplating start layer 2 in the entire wafer area must finally be removed ( FIG. 1p). Since this must also take place between the windings, only a wet chemical etching step is again possible. For a silicon nitride / gold starting layer, this can be done by etching with suitable etching solutions (e.g. KJ / J) without noticeable thickness losses in the gold windings 5 , 16 or in the NiFe core 11 must be accepted.
  • - Nach einer abschließenden Reinigung ist die auf der Oberfläche befindli­ che Spule 17 funktional an den Chip 1 kontaktiert und einsatzfähig.- After a final cleaning, the surface coil 17 is functionally contacted to the chip 1 and ready for use.

Eine Seitenansicht einer auf diese Weise auf einer Chipoberfläche mit CMOS Bauteilen 1 integrierten dreidimensionalen Spule mit Kern 17 bietet Fig. 2.A side view of a three-dimensional coil with core 17 integrated in this way on a chip surface with CMOS components 1 is shown in FIG. 2.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein rechteckiger Zylinder mit einem Kolben auf einer Waferoberfläche mit folgenden Verfahrensschritten herge­ stellt:In a second embodiment, a rectangular cylinder with a Piston on a wafer surface with the following process steps represents:

  • - Auf die Oberfläche des Wafers 18 wird eine Nickelschicht 19 als Galva­ nikstartschicht aufgebracht (Fig. 3a). Mit einem geeigneten Verfahren, z. B. im Schleuderverfahren, wird eine ca. 50-60 µm hohe Schicht UV- strukturierbaren Photolacks 20 (z. B. hochviskoser Novolack) auf die Gal­ vanikstartschicht 19 aufgetragen und getrocknet. Nach einer eventuell notwendigen Lacknachbehandlung (für Novolacksysteme eine lichtge­ schützte Lagerung bei Raumtemperatur und normalem Reinraumklima über mehrere Stunden bis Tage) erfolgt die Strukturierung der ersten Photolackschicht entsprechend der Form des Kolbens (Kolbenbreite und Kolbenlänge) durch Exposition an einem UV-Belichter und anschließende Entwicklung im Tauch- oder Sprühverfahren (Fig. 3b). In die so entstan­ dene Struktur 21 wird zunächst eine metallische Hilfsschicht 22 (hier: Kupfer) bis zu einer definierten Höhe galvanisch abgeschieden (Fig. 3c; in Draufsicht: Fig. 3d). Die Höhe der Hilfsschicht 22 legt den Abstand des Kolbens zur Waferoberfläche fest.- On the surface of the wafer 18 , a nickel layer 19 is applied as a galvanic nikstartschicht ( Fig. 3a). With a suitable method, e.g. B. in the centrifugal process, an approximately 50-60 microns high layer of UV-structurable photoresist 20 (z. B. highly viscous novolac) is applied to the Galvanikstartschicht 19 and dried. After any necessary post-treatment of the lacquer (for Novolack systems, light-protected storage at room temperature and normal clean room climate for several hours to days), the first photoresist layer is structured according to the shape of the bulb (bulb width and bulb length) by exposure to a UV exposure unit and subsequent development in the Dip or spray process ( Fig. 3b). A metallic auxiliary layer 22 (here: copper) is first electroplated into the structure 21 thus formed up to a defined height ( FIG. 3c; in plan view: FIG. 3d). The height of the auxiliary layer 22 defines the distance between the piston and the wafer surface.
  • - Anschließend wird über der Hilfsschicht 22 in dieselbe Lackstruktur 21 das Kolbenmaterial 23 (hier: Fe/Ni-Legierung) bis zu einer Dicke von ca. 40 µm galvanisiert (Fig. 3e).- The piston material 23 (here: Fe / Ni alloy) is then galvanized to a thickness of approximately 40 μm over the auxiliary layer 22 in the same lacquer structure 21 ( FIG. 3e).
  • - Es folgt das vollständige Entfernen des Lackes 20. Danach wird eine neue ca. 60 µm dicke Photolackschicht 24 aufgetragen. Danach erfolgt ein weiterer Lithographieschritt, der einen Bereich 25 freilegt, der länger und breiter als der Kolben 23 ist (vgl. Fig. 3f; in Draufsicht: Fig. 3g).- The paint 20 is completely removed. A new, approximately 60 μm thick photoresist layer 24 is then applied. This is followed by a further lithography step, which exposes an area 25 which is longer and wider than the piston 23 (cf. FIG. 3f; in plan view: FIG. 3g).
  • - Im nachfolgenden Galvanikschritt wird auf den Kolben 23 und in die frei­ liegenden Bereiche zwischen Kolben 23 und Photolack 24 eine weitere metallische Hilfsschicht 26 in einer Dicke abgeschieden, die den Abstand des Kolbens 23 zur Zylinderwand festlegt. Der Kolben ist nach diesem Schritt vollständig (ca. 5-10 µm dick) mit Opfermetall 22, 26 (metallische Hilfsschicht) ummantelt (Fig. 3h; in Draufsicht: Fig. 3i).In the subsequent electroplating step, a further metallic auxiliary layer 26 is deposited on the piston 23 and in the exposed areas between the piston 23 and the photoresist 24 in a thickness which defines the distance between the piston 23 and the cylinder wall. After this step, the piston is completely (about 5-10 μm thick) coated with sacrificial metal 22 , 26 (auxiliary metal layer) ( FIG. 3h; in plan view: FIG. 3i).
  • - Es folgt das vollständige Entfernen des Lackes 24, wonach eine neue ca. 60 µm dicke Photolackschicht 27 aufgetragen wird. Danach erfolgt ein weiterer Lithographieschritt, der einen Bereich 28 freilegt, der breiter als die vorhergehende Struktur 25, jedoch kürzer als der Kolben 23 ist, so daß dieser auf einer Seite von dem Lack 27 überdeckt wird (vgl. Fig. 3j; in Draufsicht Fig. 3k).- The complete removal of the lacquer 24 follows, after which a new approximately 60 μm thick photoresist layer 27 is applied. This is followed by a further lithography step, which exposes an area 28 which is wider than the previous structure 25 , but shorter than the piston 23 , so that it is covered on one side by the lacquer 27 (cf. FIG. 3j; in plan view FIG . 3k).
  • - Im nachfolgenden Galvanikschritt wird in die jetzt freiliegenden Bereiche 28 eine NiFe-Legierung (Permalloy) in gewünschter Dicke der Zylinder­ wände 29 abgeschieden (Fig. 3l; in Draufsicht Fig. 3m).- In the subsequent electroplating step, a NiFe alloy (permalloy) is deposited in the desired thickness of the cylinder walls 29 in the now exposed areas 28 ( Fig. 3l; in plan view Fig. 3m).
  • - Im nächsten Schritt wird der gesamte Lackaufbau 27 mit Lösungsmitteln (Aceton) entfernt (Fig. 3n; in Draufsicht Fig. 3o)). - In the next step, the entire paint structure 27 is removed with solvents (acetone) ( Fig. 3n; in plan view Fig. 3o)).
  • - Anschließend wird mit einem geeigneten selektiven Ätzmittel die gesamte metallische Opferschicht 22, 26 entfernt. Das Ergebnis ist in den Fig. 3p im Querschnitt, 3q in Seitenansicht und 3r in Draufsicht dargestellt. Die untere Zylinderwand wird durch den Wafer 18 mit der Galvanikstartschicht 19 gebildet.- The entire metallic sacrificial layer 22 , 26 is then removed with a suitable selective etchant. The result is shown in FIG. 3p in cross section, 3q in side view and 3r in top view. The lower cylinder wall is formed by the wafer 18 with the electroplating start layer 19 .

Da das Opfermetall 22, 26 den Abstand zwischen Kolben 23 und Zylinderwän­ den 29 festlegt, sind Abstände von wenigen Mikrometern realisierbar.Since the sacrificial metal 22 , 26 defines the distance between the piston 23 and the cylinder wall 29 , distances of a few micrometers can be achieved.

Für die Bewegung des Kolbens könnten beispielsweise von der Rückseite des Wafers Löcher in die untere Wand des Zylinders geätzt und der Kolben dann mit Druck bewegt werden. Bildet man die Kolbenanordnung so aus, daß zwei der beschriebenen Zylinder realisiert werden, kann der Kolben pneumatisch bewegt und die mechanische Kraft in Mikrosystemen genutzt werden.For the movement of the piston, for example, from the back of the Wafers etched holes in the bottom wall of the cylinder and then the piston be moved with pressure. Forming the piston assembly so that two the cylinder described can be realized, the piston can be pneumatic moved and the mechanical force can be used in microsystems.

Ein Beispiel für die Nutzung von Rauhigkeitsunterschieden auf Galvanikober­ flächen zum Angleichen der Belichtungswirkung bei Lacken mit stark unter­ schiedlichen Lackdicken ist in den Fig. 4a und 4b schematisch dargestellt.An example of the use of roughness differences on electroplating surfaces to adjust the exposure effect in paints with strongly under different paint thicknesses is shown schematically in FIGS . 4a and 4b.

Fig. 4a zeigt Galvanikstrukturen 30 mit unterschiedlichen Strukturhöhen, auf die eine Photolackschicht 31 aufgebracht wurde. Zur Erzeugung einer Lackstruk­ tur, wie sie in Fig. 4b dargestellt ist, wird eine glatte Oberfläche 32 der niedri­ gen Galvanikstruktur und eine rauhe Oberfläche 33 (in Fig. 4b besonders her­ vorgehoben) der hohen Galvanikstruktur bei der Belichtung der Photolack­ schicht 31 genutzt. Die Verminderung der Reflexion an der rauhen Oberfläche 33 führt zu einer geringeren Belichtungswirkung der darüberliegenden dünnen Lackschicht, wogegen die stark reflektierenden glatten Oberflächen 32 die Durchbelichtung der dicken darüberliegenden Lackschicht begünstigen. Da­ durch wird eine Angleichung der Belichtungsdosis an die unterschiedlichen Lackdicken erreicht. Die unterschiedlichen Rauhigkeiten können bereits bei der galvanischen Abscheidung durch Variation der Abscheideparameter (Stromstärke, Pulsdauer, Temperatur) oder nach der Abscheidung durch che­ mische Zwischenbehandlungen, wie Tauchbäder in Säuren, erzeugt werden. FIG. 4a shows galvanic structures 30 with different structure heights, was applied to a photoresist layer 31. To produce a lacquer structure, as shown in FIG. 4b, a smooth surface 32 of the low electroplating structure and a rough surface 33 (particularly emphasized in FIG. 4b) of the high electroplating structure are used in the exposure of the photoresist layer 31 . The reduction in the reflection on the rough surface 33 leads to a lower exposure effect of the thin lacquer layer lying on top, whereas the highly reflective smooth surfaces 32 promote the exposure of the thick lacquer layer above. Since the exposure dose is matched to the different coating thicknesses. The different roughnesses can be generated during the galvanic deposition by varying the deposition parameters (current strength, pulse duration, temperature) or after the deposition by chemical intermediate treatments, such as immersion baths in acids.

Die vorgestellten Ausführungsbeispiele zeigen selbstverständlich nur einen kleinen Ausschnitt aus der Vielzahl der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Bauteile. Das Verfahren ist für die Herstellung vieler weiterer mikroelektronischer (z. B. Kondensatoren) und/oder mikromechanischer (z. B. Kühlkanäle, Hohlleiter, Zahnräder auf Achsen, usw.) Bauteile mit voneinander beabstandeten Bereichen anwendbar.The exemplary embodiments presented naturally only show one Small section from the multitude of methods using the method according to the invention producible components. The process is for making many more microelectronic (e.g. capacitors) and / or micromechanical (e.g. Cooling channels, waveguides, gears on axes, etc.) components with each other spaced areas applicable.

Es ermöglicht außerdem die Realisierung einer Mehrebenenverdrahtung in einer Ebene, wobei Kreuzungen von Leiterbahnen dadurch verhindert werden, daß an diesen Stellen Luftbrücken die Verdrahtungsebenen gegeneinander isolieren.It also enables multi-level wiring to be implemented in one level, whereby crossings of conductor tracks are prevented by that at these points air bridges the wiring levels against each other isolate.

Das gesamte aus den Bauteilen entstandene Mikrosystem kann bei Bedarf nach der Fertigstellung durch Einbettung in Kunststoff verkapselt und damit mechanisch und elektrisch stabilisiert und Umwelteinflüssen weitgehend entzo­ gen werden.The entire microsystem created from the components can be used if required encapsulated in plastic after completion and thus mechanically and electrically stabilized and largely removed from environmental influences be.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Bauteils oder einer Bauteilgruppe, bei dem elektrisch leitfähige Bereiche (5, 11, 16) des Bauteils (17) oder der Bauteilgruppe auf einer Oberfläche (1) aufbauend durch galvanische Schichtabscheidung aufgebracht werden, wobei strukturierbare Schichten (3, 6, 9, 14) abgeschieden und strukturiert werden, deren Strukturen (4, 10, 15) die Formen von Bereichen des Bauteils oder der Bauteilgruppe zumindest teilweise festlegen, die galvanische Abscheidung in diese Strukturen erfolgt, und die strukturierbaren Schichten spätestens nach Fertigstellung aller Bereiche des Bauteils oder der Bauteilgruppe selektiv entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor der galvanischen Abscheidung von aufzubringenden elektrisch leitfähigen Bereichen (11, 16) des Bauteils oder der Bauteilgruppe, die von einem bereits aufgebrachten elektrisch leitfähigen Bereich (5, 11) durch einen freibleibenden Zwischenraum beabstandet sind, eine metalli­ sche Opferschicht (8, 13) angrenzend an den bereits aufgebrachten Be­ reich galvanisch abgeschieden wird, die den Zwischenraum zwischen dem bereits aufgebrachten und den aufzubringenden Bereichen festlegt und als galvanische Startschicht für die Abscheidung der aufzubringenden Bereiche dient, wobei die metallische Opferschicht spätestens nach Fer­ tigstellung aller Bereiche des Bauteils oder der Bauteilgruppe selektiv entfernt wird.1. A method for producing a three-dimensional component or a component group, in which electrically conductive areas ( 5 , 11 , 16 ) of the component ( 17 ) or the component group are applied to a surface ( 1 ) by galvanic layer deposition, with structurable layers ( 3 , 6 , 9 , 14 ) are deposited and structured, the structures ( 4 , 10 , 15 ) of which at least partially determine the shapes of regions of the component or the component group, the galvanic deposition takes place in these structures, and the structurable layers at the latest after completion of all Areas of the component or group of components are selectively removed, characterized in that prior to the galvanic deposition of electrically conductive areas ( 11 , 16 ) of the component or group of components to be applied, those of an already applied electrically conductive area ( 5 , 11 ) by a free Gap are spaced, e Ine metallic sacrificial layer ( 8 , 13 ) is galvanically deposited adjacent to the already applied Be, which defines the space between the already applied and the areas to be applied and serves as a galvanic starting layer for the deposition of the areas to be applied, the metallic sacrificial layer at the latest after Completion of all areas of the component or the component group is selectively removed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die metallische Opferschicht (8, 13) ein unedleres Metall als für die elektrisch leitfähigen Bereiche (5, 16) des Bauteils verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a base metal is used for the metallic sacrificial layer ( 8 , 13 ) than for the electrically conductive regions ( 5 , 16 ) of the component. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (1) die passivierte Oberfläche eines Chips ist, der bereits fertig prozessierte Bauelemente enthält, wobei zu den Bauelemen­ ten des Chips Kontaktlöcher geöffnet und über diese Kontaktlöcher das Bauteil mit den Bauelementen des Chips durch auf den Chip aufgebrachte Leiterbahnen elektrisch kontaktiert wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the surface ( 1 ) is the passivated surface of a chip which already contains processed components, with contact holes being opened to the components of the chip and the component via these contact holes the components of the chip are electrically contacted by conductor tracks applied to the chip. 4. Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Spule (17), die als elektrisch leitfähige Bereiche einen unteren Spulenbereich (5), seitliche Spulenbe­ reiche (16), einen oberen Spulenbereich (16) und einen Kern (11) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
  • - Aufbringen einer Galvanikstartschicht (2) auf die Oberfläche (1);
  • - Aufbringen einer ersten strukturierbaren Schicht (3) auf die Galva­ nikstartschicht;
  • - Strukturierung der ersten strukturierbaren Schicht entsprechend der Form des unteren Spulenbereichs derart, daß eine Grenzfläche der Struktur durch die Galvanikstartschicht (2) gebildet wird;
  • - Galvanische Abscheidung des unteren Spulenbereichs (5) in die Struktur der ersten strukturierbaren Schicht (3);
  • - Aufbringen einer zweiten strukturierbaren Schicht (6) auf den unteren Spulenbereich;
  • - Strukturierung der zweiten strukturierbaren Schicht in einem Mittenbe­ reich längs der Spulenachse derart, daß durch die Struktur der Zwi­ schenraum zwischen dem unteren Spulenbereich und dem Kern festgelegt, und eine Grenzfläche der Struktur zumindest teilweise durch den angrenzenden unteren Spulenbereich (5) gebildet wird;
  • - Galvanische Abscheidung der metallischen Opferschicht (8) in die Struktur der zweiten strukturierbaren Schicht (6);
  • - Aufbringen einer dritten strukturierbaren Schicht (9) angrenzend an die metallische Opferschicht (8);
  • - Strukturierung der dritten strukturierbaren Schicht derart, daß durch die Struktur die Form des Kerns zumindest teilweise festgelegt, und eine Grenzfläche der Struktur durch die angrenzende metallische Opfer­ schicht (8) gebildet wird;
  • - Galvanische Abscheidung des Kerns (11) in die Struktur der dritten strukturierbaren Schicht (9);
  • - Weitere Strukturierung der dritten strukturierbaren Schicht (9) derart, daß durch die Struktur der Zwischenraum zwischen dem Kern und den seitlichen Spulenbereichen und zwischen dem Kern und dem oberen Spulenbereich festgelegt, und eine Grenzfläche der Struktur durch den angrenzenden Kern gebildet wird;
  • - Galvanische Abscheidung der metallischen Opferschicht (13) in die Struktur, so daß der Kern (11) senkrecht zur Spulenachse vollständig von metallischen Opferschichten (8, 13) ummantelt ist;
  • - Aufbringen einer vierten strukturierbaren Schicht (14) angrenzend an die metallische Opferschicht (13);
  • - Strukturierung der vierten und darunterliegender strukturierbarer Schichten derart, daß durch die Struktur die Form der seitlichen Spu­ lenbereiche und des oberen Spulenbereichs (16) zumindest teilweise festgelegt, und eine Grenzfläche der Struktur durch die angrenzende metallische Opferschicht (13) gebildet wird;
  • - Galvanische Abscheidung der seitlichen und des oberen Spulenbe­ reichs (16) in die Struktur der vierten und darunterliegender strukturier­ barer Schichten;
  • - Selektive Entfernung der strukturierbaren Schichten (3, 6, 9, 14);
  • - Selektive Entfernung der metallischen Opferschichten (8, 13);
  • - Selektive Entfernung der Galvanikstartschicht (2) an den freiliegenden Stellen.
4. A method for producing a three-dimensional coil ( 17 ) having a lower coil area ( 5 ), lateral coil area ( 16 ), an upper coil area ( 16 ) and a core ( 11 ) as electrically conductive areas, characterized in that the following process steps are carried out:
  • - Applying an electroplating start layer ( 2 ) to the surface ( 1 );
  • - Applying a first structurable layer ( 3 ) to the electroplating layer;
  • - Structuring the first structurable layer in accordance with the shape of the lower coil region such that an interface of the structure is formed by the electroplating start layer ( 2 );
  • - Galvanic deposition of the lower coil region ( 5 ) into the structure of the first structurable layer ( 3 );
  • - Applying a second structurable layer ( 6 ) to the lower coil area;
  • - Structuring the second structurable layer in a central region along the coil axis such that the structure between the inter mediate space between the lower coil area and the core, and an interface of the structure is at least partially formed by the adjacent lower coil area ( 5 );
  • - Galvanic deposition of the metallic sacrificial layer ( 8 ) into the structure of the second structurable layer ( 6 );
  • - Application of a third structurable layer ( 9 ) adjacent to the metallic sacrificial layer ( 8 );
  • - Structuring the third structurable layer in such a way that the structure at least partially defines the shape of the core, and an interface of the structure is formed by the adjacent metallic sacrificial layer ( 8 );
  • - Galvanic deposition of the core ( 11 ) in the structure of the third structurable layer ( 9 );
  • Further structuring of the third structurable layer ( 9 ) such that the structure defines the space between the core and the lateral coil regions and between the core and the upper coil region, and an interface of the structure is formed by the adjacent core;
  • - Galvanic deposition of the metallic sacrificial layer ( 13 ) into the structure, so that the core ( 11 ) is completely covered by metallic sacrificial layers ( 8 , 13 ) perpendicular to the coil axis;
  • - Applying a fourth structurable layer ( 14 ) adjacent to the metallic sacrificial layer ( 13 );
  • - Structuring the fourth and underlying structurable layers such that the shape of the lateral coil regions and the upper coil region ( 16 ) is at least partially defined by the structure, and an interface of the structure is formed by the adjacent metallic sacrificial layer ( 13 );
  • - Galvanic deposition of the lateral and upper coil area ( 16 ) in the structure of the fourth and underlying structurable layers;
  • - Selective removal of the structurable layers ( 3 , 6 , 9 , 14 );
  • - Selective removal of the metallic sacrificial layers ( 8, 13 );
  • - Selective removal of the electroplating start layer ( 2 ) at the exposed locations.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der metallischen Opferschicht (8), die zwischen unterem Spulenbereich (5) und Kern (11) angeordnet ist, die erste (3) und die zweite strukturierbare Schicht (6) entfernt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that after the application of the metallic sacrificial layer ( 8 ), which is arranged between the lower coil region ( 5 ) and core ( 11 ), the first ( 3 ) and the second structurable layer ( 6 ) removed becomes. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Materialien für den oberen (16), unteren (5) und die seitlichen Spulenbereiche (16) Gold oder Kupfer, für den Kern (11) eine Ni/Fe-Le­ gierung und für die metallische Opferschicht (8, 13) Kupfer oder Zink ver­ wendet werden.6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that as materials for the upper ( 16 ), lower ( 5 ) and the lateral coil regions ( 16 ) gold or copper, for the core ( 11 ) a Ni / Fe Alloy and copper or zinc can be used for the metallic sacrificial layer ( 8 , 13 ). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Galvanikstartschicht (2) je eine Lage Siliziumnitrid/Gold oder Titan/Nickel oder Platin aufgebracht wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that one layer of silicon nitride / gold or titanium / nickel or platinum is applied for the electroplating start layer ( 2 ). 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der einzelnen strukturierbaren Schichten (3, 6, 9, 14) zwi­ schen 10 und 100 µm gewählt wird.8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the thickness of the individual structurable layers ( 3 , 6 , 9, 14 ) is selected between 10 and 100 microns. 9. Verfahren zur Herstellung eines rechteckigen Zylinders mit Kolben, der als elektrisch leitfähige Bereiche die Zylinderwände (29) und den Kolben (23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
  • - Aufbringen einer Galvanikstartschicht (19) auf die Oberfläche (18);
  • - Aufbringen einer strukturierbaren Schicht (20) auf die Galvanikstart­ schicht (19);
  • - Strukturierung der strukturierbaren Schicht entsprechend der Form des Kolbens derart, daß eine Grenzfläche der Struktur durch die Galva­ nikstartschicht gebildet wird;
  • - Galvanische Abscheidung einer metallischen Opferschicht (22) in die Struktur der strukturierbaren Schicht (20), so daß die Opferschicht den Abstand zwischen dem Kolben (23) und der Oberfläche (18) festlegt
  • - Galvanische Abscheidung des Kolbens (23) auf die metallische Opfer­ schicht (22) in die Struktur der strukturierbaren Schicht (20);
  • - Strukturierung der strukturierbaren Schicht (20) derart, daß durch die Struktur der Kolben und ein Bereich der Galvanikstartschicht (19) um den Kolben freigelegt werden;
  • - Galvanische Abscheidung der metallischen Opferschicht (26) in die Struktur, so daß der Kolben vollständig von metallischen Opferschich­ ten (22, 26) ummantelt ist, die den Abstand zu den Zylinderwänden (29) festlegen;
  • - Entfernen der strukturierbaren Schicht (20, 24);
  • - Aufbringen einer weiteren strukturierbaren Schicht (27) auf die Galva­ nikstartschicht und die Opferschicht;
  • - Strukturierung der weiteren strukturierbaren Schicht (27) derart, daß durch die Struktur ein Teil der Opferschicht um den Kolben und ein Be­ reich der Galvanikstartschicht um den Kolben freigelegt werden;
  • - Galvanische Abscheidung der Zylinderwände (29) in die Struktur der weiteren strukturierbaren Schicht (27);
  • - Entfernen der weiteren strukturierbaren Schicht (27);
  • - Selektive Entfernung der metallischen Opferschichten (22, 26);
  • - Selektive Entfernung der Galvanikstartschicht (19) an den freiliegenden Stellen.
9. A method for producing a rectangular cylinder with a piston, which has the cylinder walls ( 29 ) and the piston ( 23 ) as electrically conductive regions, characterized in that the following method steps are carried out:
  • - Applying an electroplating layer ( 19 ) to the surface ( 18 );
  • - Applying a structurable layer ( 20 ) to the electroplating start layer ( 19 );
  • - Structuring the structurable layer according to the shape of the piston such that an interface of the structure is formed by the galvanic nikstarttschicht;
  • - Galvanic deposition of a metallic sacrificial layer ( 22 ) in the structure of the structurable layer ( 20 ), so that the sacrificial layer defines the distance between the piston ( 23 ) and the surface ( 18 )
  • - Galvanic deposition of the piston ( 23 ) on the metallic sacrificial layer ( 22 ) in the structure of the structurable layer ( 20 );
  • - Structuring the structurable layer ( 20 ) such that the structure of the piston and a region of the electroplating start layer ( 19 ) around the piston are exposed;
  • - Galvanic deposition of the metallic sacrificial layer ( 26 ) in the structure, so that the piston is completely encased by metallic sacrificial layers ( 22 , 26 ) which define the distance to the cylinder walls ( 29 );
  • - Removing the structurable layer ( 20 , 24 );
  • - Application of a further structurable layer ( 27 ) to the electroplating layer and the sacrificial layer;
  • - Structuring the further structurable layer ( 27 ) such that part of the sacrificial layer around the piston and a region of the electroplating start layer around the piston are exposed through the structure;
  • - Galvanic deposition of the cylinder walls ( 29 ) into the structure of the further structurable layer ( 27 );
  • - Removing the further structurable layer ( 27 );
  • - Selective removal of the metallic sacrificial layers ( 22 , 26 );
  • - Selective removal of the electroplating start layer ( 19 ) at the exposed locations.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abscheidung des Kolbens (23) die strukturierbare Schicht (20) entfernt und eine neue strukturierbare Schicht (24) aufgebracht wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that after the deposition of the piston ( 23 ), the structurable layer ( 20 ) is removed and a new structurable layer ( 24 ) is applied. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als strukturierbare Schichten UV-strukturierbare Photolackschichten verwendet und diese mittels UV-Bestrahlung und anschließender Entwick­ lung im Tauch- oder Sprühverfahren strukturiert werden.11. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that as structurable layers UV-structurable photoresist layers used and this by means of UV radiation and subsequent development be structured in the immersion or spray process. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Wahl der Abscheideparameter bei der Galvanik oder durch Nachbehandlung Rauhigkeitsunterschiede auf den galvanisch abgeschiedenen Schichten erzeugt werden, die die Angleichung der Belichtungsdosis darüberliegender Lackschichten bei unterschiedlichen Lackdicken ermöglichen.12. The method according to any one of claims 1-3, characterized, that by suitable choice of the deposition parameters in the electroplating or by post-treatment, roughness differences on the galvanic deposited layers are generated, which are the approximation of the Exposure dose of overlying lacquer layers with different Allow paint thicknesses. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Photolack mit einem Lösungsmittel entfernt wird.13. The method according to any one of claims 1-3, characterized, that the photoresist is removed with a solvent. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Opferschicht mit einem selektiven Ätzmittel, das den Chipaufbau nicht angreift, entfernt wird.14. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that the metallic sacrificial layer with a selective etchant that the Chip assembly does not attack, is removed.
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