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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum
Herstellen einer Schwebeplattform auf einem Verbundsubstrat. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen
einer schwebenden Mikrostruktur, das das Erfordernis eliminiert,
Durchgangslöcher
in der schwebenden Mikrostruktur zu bilden, die eine nutzbare Oberflächenausdehnung
der schwebenden Mikrostruktur verringern.
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Schwebeplattformen
sind bei Anwendungen sinnvoll, bei denen die Vorteile mikroelektronischer Herstellungstechniken
verwendet werden können, um
Mikrostrukturen wie z.B. Beschleunigungsmesser, Drucksensoren, Betätigungsglieder,
fluidische Bauelemente, biochemische Bauelemente und Miniaturmaschinen
zu bilden. Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind ein Beispiel
eines Systems, das eine Schwebeplattform beinhalten kann.
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Beispielsweise
können
MEMS mikromechanische Elemente und elektronische Elemente auf einem
gemeinsamen Substratmaterial wie z.B. einem Siliziumwafer integrieren.
Zum Herstellen der elektronischen Elemente wie z.B. CMOS-Schaltungen
können
mikroelektronische Herstellungstechniken eingesetzt werden. Dagegen
können
die mikromechanischen Elemente unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken
hergestellt werden, die Schichten von Materialien aufbringen, um
mechanische und elektromechanische Bauelemente zu bilden, oder die selektiv
eine oder mehrere Materialschichten, z.B. eine Siliziumschicht oder
eine Schicht aus Siliziumoxid, ätzen,
um mechanische und elektromechanische Bauelemente zu bilden.
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Ein
bekanntes Verfahren zum Herstellen einer Schwebestruktur aus Einkristall-Silizium
(Si) ist in den 1a mit 1d veranschaulicht. 1a veranschaulicht
eine bekannte Struktur 100, die einen oberen Wafer 108 umfasst,
der eine Plattform 102 aufweist, die mittels Biegungen 104 schwebend
angeordnet ist. Die Plattform 102 umfasst mehrere Löcher 114,
die sich durch die gesamte Plattform 102 hindurch erstrecken.
Das heißt,
dass die Löcher 114 die
Plattform 102 durchlöchern
bzw. perforieren.
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1b mit 1d sind
Querschnittsansichten, die entlang der Linie AA der 1a genommen sind
und die einen Prozess zum Herstellen der bekannten Struktur 100 veranschaulichen.
Der Prozess beginnt mit einem verbundenen Silizium-Auf-Isolator-Wafer 106,
der den oberen Wafer 108 umfasst, der mittels einer dünnen Schicht 112 aus
Siliziumoxid (SiO2) (d.h. eine Schicht aus
einem dielektrischen Material) chemisch an einen unteren Wafer 110 gebunden
ist. Der Prozess zum Bilden des gebundenen Silizium-Auf-Isolator-Wafers 106 ist
auf dem Gebiet der Mikroelektronik hinreichend bekannt.
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Als
Nächstes
wird unter Verwendung herkömmlicher
Photolithographietechniken eine obere Oberfläche 124 des oberen
Wafers 108 strukturiert, und anschließend wird der obere Wafer 108 geätzt, um
Gräben 103 zu
bilden, die die Biegungen 104 und die Plattform 102 sowie
ein regelmäßig beabstandetes
Array der Löcher 114 definieren,
wie in 1c veranschaulicht ist. Die
Gräben 103 erstrecken
sich durch den oberen Wafer 108.
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Die
Löcher 114 sind
Durchgangslöcher
(d.h. sie erstrecken sich durch die gesamte Plattform 102), und
sie müssen
ermöglichen,
dass die Schicht 112 aus Siliziumoxid (SiO2)
in einem nachfolgenden Ätzschritt
von unterhalb der Plattform 108 entfernt wird.
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Bei 1d wird
der gebundene Silizium-Auf-Isolator-Wafer 106 mit einem
selektiven Ätzmaterial
wie z.B. Fluorwasserstoffsäure
(HF) in Berührung
gebracht. Das Ätzmaterial
fließt
durch die Löcher 114 und
löst die
Siliziumoxid schicht 112, die sich unterhalb der Plattform 102 befindet,
auf, wodurch die Plattform 102 von der Siliziumoxidschicht 112 befreit
wird. Die Löcher 114 sind
erforderlich, um die Strecke, die eine Ätzfront des Ätzmaterials
zurücklegen
muss, um die Plattform 102 zu befreien, zu verringern.
Die die Plattform 112 umgebende Siliziumoxidschicht 112 wird
um eine Strecke 122, die ungefähr die Hälfte einer Beabstandung 120 von
Loch zu Loch beträgt
(d.h. des Raums zwischen den Löchern 114,
siehe 1a), unterätzt.
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Ein
Hauptnachteil der bekannten Struktur 100 besteht darin,
dass die Löcher 114 die
auf der Plattform 102 verfügbare Oberfläche verringern.
Bei Datenspeicheranwendungen mit ultrahoher Dichte kann die Plattform 102 als
veränderbaren
Zustand des Speichermediums beispielsweise eine oder mehrere Schichten
eines Speichermediums, das Daten speichert, umfassen. Optische oder
Elektronenemissionseinrichtungen (d.h. ein Laser- oder ein Elektronenstrahl)
können
verwendet werden, um Daten aus dem Speichermedium zu lesen und/oder
in dasselbe zu schreiben. Es ist nicht wünschenswert, dass die Plattform 102 mit
den Löchern 104 perforiert
wird, da die Löcher 114 die
für das
Speichermedium zur Verfügung
stehende Oberfläche
der Plattform 102 verringern. Überdies muss ein Adressierungsschema zum
Lesen von Daten aus dem oder zum Schreiben von Daten in das Speichermedium
die Positionen der Löcher 114 berücksichtigen,
um zu verhindern, dass aus einem Bereich gelesen oder in einen Bereich
geschrieben wird, in dem das Speichermedium nicht vorhanden ist.
Da die Löcher 114 lediglich
dazu dienen, die Beseitigung der Siliziumoxidschicht 112 von unterhalb
der Plattform 102 zu erleichtern, sind sie ein nichtfunktionelles
Merkmal der Plattform 102. Dementsprechend ist es wünschenswert,
die Löcher 114 zu
beseitigen, da sie keinen sinnvollen Zweck erfüllen, nachdem die Plattform 102 gebildet
wurde.
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Ein
weiteres bekanntes Verfahren zum Herstellen einer Schwebestruktur
aus Einkristall-Silizium (Si) ist in den 2a mit 2c veranschaulicht. 2a veranschaulicht
eine bekannte Struktur 200, die einen oberen Wafer 208 umfasst,
der eine Plattform 202 aufweist, die anhand von Biegungen 204 schwebend
angeordnet ist.
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2b mit 2c sind
Querschnittsansichten, die entlang der Linie AA der 2a genommen sind
und die einen Prozess zum Herstellen der bekannten Struktur 200 veranschaulichen.
Der Prozess beginnt mit einem gebundenen Silizium-Auf-Isolator-Wafer 206,
der den oberen Wafer 208 umfasst, der mittels einer dünnen Schicht 212 aus
Siliziumoxid (SiO2) chemisch an einen unteren
Wafer 210 gebunden ist. Bei 2b wird
die dünne
Siliziumoxidschicht 212 strukturiert und anschließend geätzt, um eine
Mulde zu bilden, bevor der obere Wafer 208 an den unteren
Wafer 210 gebunden wird. Die Mulde wird zu einem abgedichteten
Hohlraum 216, nachdem der obere und der untere Wafer (206, 208)
miteinander verbunden wurden.
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Als
Nächstes
wird bei 2c eine obere Oberfläche 220 des
oberen Wafers 208 strukturiert und anschließend geätzt, um
Gräben 203 zu
bilden, die die Biegungen 204 und die Plattform 202 definieren.
Die Gräben 203 erstrecken
sich durch den oberen Wafer 208 zu dem abgedichteten Hohlraum 216. Infolge
des Ätzens
wird eine obere Oberfläche 222 des
unteren Wafers 210 mit dem Ätzmaterial in Berührung gebracht
und wird anschließend
geätzt,
um flache Gruben 218 zu bilden, die sich innerhalb der oberen
Oberfläche 222 erstrecken,
wie in 2c veranschaulicht ist.
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Folglich
besteht ein Nachteil des Verfahrens zum Herstellen der bekannten
Struktur 200 darin, dass die Herstellung zu einer Beschädigung der
oberen Oberfläche 222 des
unteren Wafers 210 führt.
bei manchen Anwendungen kann der untere Wafer 210 vergrabene
Komponenten wie z.B. Elektroden, Verbindungsstrukturen, Schaltungsanordnungen
oder so manches andere Element, das für das Funktionieren der Struktur 200 wesentlich
ist, enthalten. Somit ist es wünschenswert,
die se Komponenten während des
Herstellungsprozesses zu schützen.
Umgekehrt kann das Verfahren zum Herstellen der bekannten Struktur 200 zu
einer Beschädigung
dieser Komponenten führen,
da die obere Oberfläche 222 während des
Herstellungsprozesses nicht vor dem Ätzmaterial geschützt ist.
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In 3 des Dokuments JP-08-032090 wird ein
Herstellungsprozess für
einen Mikrobeschleunigungsmesser beschrieben, der darin besteht,
ein Basissubstrat und ein Plattformsubstrat einer Schmelzverbindung
zu unterziehen, wo das Bauelement geätzt werden soll. Auf dem Plattformsubstrat
ist eine dielektrische Schicht aufgebracht, und eine Mulde ist in
demselben gebildet, wodurch eine dünne Schicht hinterlassen wird,
die das Substrat bedeckt. Diese Schicht trägt das Substrat während des Ätzens des Bauelements
in demselben.
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Dementsprechend
besteht ein Erfordernis eines Verfahrens zum Herstellen einer schwebenden Mikrostruktur,
die keine Ätzlöcher erfordert,
um eine Materialschicht von unterhalb der schwebenden Mikrostruktur
zu entfernen.
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Ferner
besteht ein Erfordernis eines Verfahrens zum Herstellen von schwebenden
Mikrostrukturen, das eine obere Oberfläche eines unteren Wafers während des
Herstellungsprozesses vor Ätzmaterialien
schützt
(d.h. nicht beschädigt),
so dass Komponenten, die in dem unteren Wafer vergraben sind, nicht
durch die Ätzmaterialien
beschädigt
werden.
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Ein
Verfahren zum Herstellen einer Schwebeplattform gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 der vorliegenden Erfindung erfüllt
die zuvor erwähnten
Erfordernisse. Das Verfahren zum Herstellen einer Schwebeplattform
gemäß der vorliegenden
Erfindung erfordert keine Ätzlöcher in
der Schwebeplattform, um eine Materialschicht unter der Schwebeplattform
zu entfernen. Folglich ist die Schwebeplattform nicht perforiert,
und im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Schwebeplattform steht
zur Nutzung zur Verfügung.
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Überdies
verhindert das Verfahren zum Herstellen einer Schwebeplattform gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Grubenbildung in einer oberen Oberfläche eines
unteren Wafers, indem die obere Oberfläche mit einer dünnen Schicht
aus einem Material bedeckt ist, das die obere Oberfläche während des Ätzens schützt.
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Allgemein
ist die vorliegende Erfindung bei einem Verfahren zum Herstellen
einer Schwebeplattform auf einem Verbundsubstrat verkörpert. Das
Verbundsubstrat umfasst ein Plattformsubstrat, das mit einem Basissubstrat
verbunden ist. Das Verfahren umfasst ein Bilden einer dielektrischen
Schicht auf einer Trägeroberfläche des
Basissubstrats und ein anschließendes
Strukturieren und Ätzen
einer Grenzflächenoberfläche der
dielektrischen Schicht, um eine Mulde zu bilden, die sich innerhalb
der Grenzflächenoberfläche erstreckt.
Die Mulde weist eine vorausgewählte
Tiefe auf, die eine dünne
Schicht der dielektrischen Schicht hinterlässt, die die Trägeroberfläche abdeckt.
Das Basis- und das Plattformsubstrat werden anschließend miteinander
verbunden, um das Verbundsubstrat zu bilden, indem die Grenzflächenoberfläche in einen
Kontakt mit einer Anbringoberfläche
des Plattformsubstrats gepresst wird und indem das Basis- und das
Plattformsubstrat getempert werden, um die Grenzflächenoberfläche mit
der Anbringoberfläche
einer Schmelzverbindung zu unterziehen. Nachdem sie verbunden wurden,
bilden die Mulde und die Anbringoberfläche einen abgedichteten Hohlraum.
Das Plattformsubstrat wird verdünnt,
um über
dem abgedichteten Hohlraum eine dünne Membran (oder ein Plattformsubstratmaterial)
zu bilden. Die Membran wird strukturiert, um ein Plattformmerkmal
und ein Biegungsmerkmal zu definieren. Anschließend wird die Membran geätzt, um
Gräben
zu bilden, die sich durch die gesamte Membran zu dem abgedichteten
Hohlraum hin erstrecken. Die Gräben definieren
eine Plattform (die auch als Mikrostruktur bezeichnet wird) und
eine oder mehrere Biegungen, die die Plattform mit dem Plattformsubstrat
verbinden. Schließlich
wird das die lektrische Material unter der Plattform durch Aufbringen
eines selektiven Ätzmaterials
entfernt. Das selektive Ätzmaterial
entfernt im Wesentlichen das gesamte dielektrische Material von
unterhalb der Plattform, ohne eine Grenzfläche zwischen der Grenzflächenschicht
und der Anbringoberfläche
wesentlich zu unterätzen,
so dass die chemische Bindung zwischen dem Basissubstrat und dem
Plattformsubstrat nicht durch das selektive Ätzmaterial beschädigt wird.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die dünne Schicht
des dielektrischen Materials die Trägeroberfläche vor einer Grubenbildung
schützt,
die sich aus dem Ätzen
der Membran, um die Gräben
zu bilden, die die Plattform und die Biegungen definieren, ergibt.
Somit werden die Probleme, die mit der Grubenbildung der bekannten Verfahren
zum Herstellen einer Schwebestruktur verbunden sind, durch die vorliegende
Erfindung gelöst.
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Zusätzlich eliminiert
die vorliegende Erfindung das Erfordernis, die Plattform zu perforieren, um
einen Pfad bereitzustellen, damit das Ätzmaterial zu der dielektrischen
Schicht unter der Plattform gelangen kann. Die Gräben liefern
den notwendigen Pfad, damit das Ätzmaterial
zu der dielektrischen Schicht gelangen kann. Folglich ist die Plattform
der vorliegenden Erfindung frei von Löchern, Perforationen oder dergleichen,
die die Oberfläche
der Plattform verringern.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird, bevor die Mulde gebildet wird,
die dielektrische Schicht planarisiert, um eine im Wesentlichen
planare Grenzflächenoberfläche zu bilden.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die dielektrische Schicht Siliziumoxid.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine Dicke des Basissubstrats verringert,
in dem eine rückwärtige Oberfläche des
Basissubstrats zurückverdünnt wird.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das selektive Ätzmaterial Fluorwasserstoffsäure.
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Andere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden detaillierten Beschreibung, die in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen zu lesen ist und die auf beispielhafte
Weise eine Anzahl bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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1a ist
eine Draufsicht, die eine bekannte Struktur veranschaulicht, die
Löcher
umfasst, welche eine Plattform perforieren.
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1b mit 1d sind
Querschnittsansichten, die entlang der Linie AA der 1a genommen sind
und die einen Prozess zum Herstellen der bekannten Struktur der 1a veranschaulichen.
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2a ist
eine Draufsicht, die eine bekannte Struktur veranschaulicht, die
eine Grubenbildung bei einer oberen Oberfläche eines unteren Wafers umfasst.
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2b mit 2c sind
Querschnittsansichten, die entlang der Linie AA der 2a genommen sind
und die einen Prozess zum Herstellen der bekannten Struktur der 2a veranschaulichen.
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3a ist
eine Draufsicht, die eine nicht perforierte Schwebeplattform gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
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3b ist
eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie BB der 3a genommen
ist und eine Schwebeplattform, Biegungen und eine Trägeroberfläche eines
Basissubstrats veranschaulicht, das frei von Grubenbildung ist,
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4a mit 4g sind
Querschnittsansichten, die einen Prozess zum Herstellen einer Schwebeplattform
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen.
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In
der folgenden ausführlichen
Beschreibung und in den mehreren Figuren der Zeichnungen sind gleiche
Elemente mit gleichen Bezugszeichen benannt.
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Wie
in den Zeichnungen zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist, ist
die vorliegende Erfindung bei einem Verfahren zum Herstellen einer Schwebeplattform
auf einem Verbundsubstrat verkörpert,
das ein Plattformsubstrat umfasst, das mit einem Basissubstrat verbunden
ist. Das Verfahren zum Herstellen der Schwebeplattform führt zu einer Schwebeplattform,
die nicht perforiert ist. Das heißt, dass die Schwebeplattform
keine Löcher
oder dergleichen umfasst, die die Oberfläche der Schwebeplattform verringern. Überdies
schützt
das Verfahren zum Herstellen der Schwebeplattform eine Trägeroberfläche des
Basissubstrats, so dass die Trägeroberfläche keiner
Grubenbildung auf Grund von Ätzprozessen,
die zum Bilden der Schwebeplattform notwendig sind, unterworfen
ist.
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Das
Verfahren zum Herstellen einer Schwebeplattform auf einem Verbundsubstrat
umfasst ein Plattformsubstrat, das mit einem Basissubstrat verbunden
ist. Eine dielektrische Schicht wird auf einer Trägeroberfläche des
Basissubstrats gebildet, und anschließend wird eine Grenzflächenoberfläche der dielektrischen
Schicht strukturiert und geätzt,
um eine Mulde zu bilden, die sich innerhalb der Grenzflächenoberfläche erstreckt.
Die Mulde weist eine vorausgewählte
Tiefe auf, die eine dünne
Schicht der dielektrischen Schicht hinterlässt, die die Trägeroberfläche abdeckt.
Das Basis- und das Plattformsubstrat werden anschließend chemisch
mitein ander verbunden, um das Verbundsubstrat zu bilden. Die Grenzflächenoberfläche und
eine Anbringoberfläche
des Plattformsubstrats werden in einen Kontakt miteinander gepresst,
und anschließend
werden das Basis- und das Plattformsubstrat getempert, um die Grenzflächenoberfläche mit
der Anbringoberfläche
einer Schmelzverbindung zu unterziehen.
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Nachdem
sie verbunden wurden, bilden die Mulde und die Anbringoberfläche zwischen
denselben einen abgedichteten Hohlraum. Das Plattformsubstrat wird
verdünnt,
so dass das Material, aus dem das Plattformsubstrat hergestellt
ist, über
dem abgedichteten Hohlraum eine dünne Membran bildet. Anschließend wird
die Membran strukturiert, um ein Plattformmerkmal und ein Biegungsmerkmal
zu definieren. Als Nächstes
wird die Membran geätzt,
um tiefe Gräben
zu bilden, die sich durch die gesamte Membran bis zu dem abgedichteten
Hohlraum erstrecken. Die Gräben
definieren eine Schwebeplattform (auch als Mikrostruktur bezeichnet)
und eine oder mehrere Biegungen, die die Schwebeplattform mit dem
Plattformsubstrat verbinden. Schließlich wird das dielektrische
Material unter der Schwebeplattform und den Biegungen entfernt,
indem ein selektives Ätzmaterial
aufgebracht wird. Das selektive Ätzmaterial
entfernt im Wesentlichen das gesamte dielektrische Material von
unterhalb der Schwebeplattform und den Biegungen, ohne eine Grenzfläche zwischen
der Grenzflächenschicht
und der Anbringoberfläche
wesentlich zu unterätzen,
so dass die chemische Bindung zwischen dem Basissubstrat und dem Plattformsubstrat
nicht durch das selektive Ätzmaterial
beschädigt
wird. Ferner befreit das selektive Ätzmaterial die Schwebeplattform
und die Biegungen von der dielektrischen Schicht.
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Bei 3a umfasst
ein System 10 ein Plattformsubstrat 11, das in
demselben gebildete Gräben 13 aufweist,
um zumindest eine Biegung 15 (vier sind gezeigt) und eine
Schwebeplattform 17, die anhand der Biegungen 15 mit
dem Plattformsubstrat 11 verbunden ist, zu definieren.
Die Gräben 13 erstrecken sich
durch das Plattformsubstrat 11 zu einem (nicht gezeigten)
Hohlraum, der unter dem Plattformsubstrat 11 positioniert
ist. Der Hohlraum kann eine Fläche 19 (gestrichelte
Linien) aufweisen, die größer als
die oder gleich der kombinierten Fläche der Schwebeplattform 17 und
der Biegungen 15 ist.
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Im
Gegensatz zu bekannten Schwebestrukturen ist die Schwebeplattform 17 der
vorliegenden Erfindung nicht perforiert. Das heißt, dass die Schwebeplattform 17 frei
von Durchgangslöchern,
Perforierungen oder dergleichen ist, die sich durch die Schwebeplattform 17 zu
dem darunter liegenden Hohlraum erstrecken. Dementsprechend steht
im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Schwebeplattform 17 zur
Verwendung bei Anwendungen zur Verfügung, die eine Schwebeplattform
benötigen,
die frei von Oberflächenanomalien
wie z.B. Perforierungen ist. Wenn die Schwebeplattform 17 beispielsweise
zur Datenspeicherung verwendet wird, ist es wünschenswert, so viel von der
Oberfläche
der Schwebeplattform 17 wie möglich zum Speichern von Daten zur
Verfügung
zu haben. Dagegen verringern Perforierungen oder dergleichen die
zur Datenspeicherung zur Verfügung
stehende Oberfläche.
Wenn die Schwebeplattform 17 beispielsweise mit einem Phasenänderungsmedium
zum Speichern von Daten beschichtet ist, stellen die Perforierungen
eine Fläche dar,
die das Phasenänderungsmedium
nicht tragen kann.
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Bei 3b ist
das System 10 in einer Querschnittsansicht veranschaulicht,
die entlang der Linie BB der 3a genommen
ist. Unter der Schwebeplattform 17 und den Biegungen 15 ist
ein Hohlraum 37 positioniert. Wie durch den gestrichelten
Pfeil 19 gezeigt ist, kann sich der Hohlraum 37 über die
Fläche
der Schwebeplattform 17 und der Biegungen 15 hinaus
erstrecken, so dass der Hohlraum 37 eine Fläche aufweist,
die größer als
die oder gleich der kombinierten Fläche der Schwebeplattform 17 und
der Biegungen 15 sein kann. Der Hohlraum 37 ist
durch eine Trägeroberfläche 22 des
Basissubstrats 21 und eine Anbringoberfläche 24 des
Platt formsubstrats 11 definiert. Das System 10 umfasst
ein Basissubstrat 21 und eine dielektrische Schicht 23,
die das Basissubstrat 21 und das Plattformsubstrat 11 chemisch aneinander
bindet, um ein Verbundsubstrat 25 zu bilden.
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Im
Gegensatz zu bekannten Schwebestrukturen führt die Herstellung der Schwebeplattform 17 und
der Biegungen 15 der vorliegenden Erfindung nicht zu einer
Grubenbildung in der Trägeroberfläche 22,
da die Trägeroberfläche 22 durch
eine dünne Schicht
des dielektrischen Materials 23 geschützt wird, wie nachfolgend erörtert wird.
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4a mit 4g veranschaulichen
ein Verfahren zum Herstellen einer Schwebeplattform auf einem Verbundsubstrat
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei 4a kann das Verbundsubstrat 25, wie es
in 3b veranschaulicht ist, gebildet werden, indem
eine dünne
dielektrische Schicht 23 auf eine Trägeroberfläche 22 eines Basissubstrats 21 aufgebracht
wird. Die dielektrische Schicht 23 ist ein elektrisch isolierendes
Material, vorzugsweise Siliziumoxid (SiO2).
Die dielektrische Schicht 23 kann eine Dicke D1 aufweisen,
die zwischen etwa 0,5 μm
und etwa 2,0 μm
liegt.
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Durch
Strukturieren und anschließendes Ätzen der
dielektrischen Schicht 23 wird eine Mulde 31 in
der dielektrischen Schicht 23 gebildet. Beispielsweise
kann eine Photoresiststruktur 29 verwendet werden, um die
Mulde 31 zu definieren, und ein unbedeckter Teil der dielektrischen
Schicht 23 kann mit einem Ätzmittel in Berührung gebracht
werden, das den unbedeckten Teil der dielektrischen Schicht 23 auflöst, um die
Mulde 31 zu bilden. Zum Ätzen der Mulde 31 kann
ein Ätzmittel
wie z.B. Fluorwasserstoffsäure
(HF) verwendet werden. Wenn die dielektrische Schicht 23 SiO2 ist, so ist HF ein bevorzugtes Ätzmittel.
Jedoch ist das verwendete Ätzmittel
nicht auf HF beschränkt,
und es können
auch andere Ätzmittel
wie z.B. CHF3 oder andere Plasmaätzmittel
auf Fluorbasis verwendet werden.
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Bevor
die Mulde 31 gebildet wird, mag es wünschenswert sein, die dielektrische
Schicht 23 zu planarisieren, so dass die dielektrische
Schicht 23 eine im Wesentlichen planare Grenzflächenoberfläche 27 aufweist,
auf der ein (nicht gezeigtes) Plattformsubstrat angebracht wird,
wie nachfolgend erörtert
wird. Infolge der Planarisierung weist die dielektrische Schicht 23 eine
Dicke D2 (siehe 4b) auf, die
geringer ist als die aufgebrachte Dicke D1.
Prozesse, die auf dem Gebiet der Mikroelektronik-Herstellung bekannt
sind, können
zum Planarisieren der dielektrischen Schicht 23 verwendet
werden. Beispielsweise können
Schleifen, Polieren, Läppen
und eine chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) verwendet werden.
Vorzugsweise wird CMP verwendet, um die im Wesentlichen planare
Grenzflächenoberfläche 27 (hiernach
Grenzflächenoberfläche 27) zu
bilden. Nach der Planarisierung kann die dielektrische Schicht 23 eine
Dicke D2 aufweisen, die zwischen etwa 0,5 μm und etwa
2,0 μm liegt.
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Bei 4b wird
die Mulde 31 geätzt,
bis sie eine vorausgewählte
Tiefe DW aufweist, die eine dünne Schutzschicht 32 der
dielektrischen Schicht 23 hinterlässt, die die Trägeroberfläche 22 abdeckt.
Die dünne
Schutzschicht 32 sollte eine Dicke tP aufweisen,
die ausgewählt
ist, um die Trägeroberfläche 22 davor
zu schützen,
durch einen anschließenden Ätzprozess
einer Grubenbildung unterworfen zu werden, wie nachfolgend unter
Bezugnahme auf 4f und 4g beschrieben
wird. Die vorausgewählte
Tiefe DW variiert auf der Basis des Typs
des Materials für die
dielektrische Schicht 23, des zum Ätzen der Mulde 31 verwendeten Ätzmaterials
und der Prozessparameter, z.B. der Ätzzeit.
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Wenn
die dielektrische Schicht 23 beispielsweise eine Dicke
(D1 oder D2) aufweist,
die zwischen etwa 0,5 μm
und etwa 2,0 μm
liegt, kann die vorausgewählte
Tiefe DW zwischen etwa 0,4 μm und etwa 1,9 μm liegen.
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Wenn,
als weiteres Beispiel, die dielektrische Schicht 23 eine
Dicke (D1 oder D2)
aufweist, die 1,8 μm
beträgt,
kann die vorausgewählte
Tiefe DW 1,6 μm betragen, und die dünne Schutzschicht 32 kann
eine Dicke tP aufweisen, die etwa 0,20 μm oder weniger beträgt. Die
vorausgewählte
Tiefe DW sollte so gewählt werden, dass die Dicke
tP ausreichend ist, um die Trägeroberfläche 22 vor
einer Grubenbildung oder einer Beschädigung zu schützen, die
sich aus einem anschließenden Ätzschritt
ergibt, der die dielektrische Schicht 23 vollständig entfernt,
wie nachfolgend erörtert
wird. Im Allgemeinen ist die Dicke tP etwa
gleich (D1 – DW)
oder (D2 – DW).
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Bei 4c wird
das Basissubstrat 21 mit einem Plattformsubstrat 11 verbunden,
um das Verbundsubstrat 25 (siehe 3b) zu
bilden, indem die Grenzflächenoberfläche 27 in
einen Kontakt mit einer Anbringoberfläche 24 des Plattformsubstrats 11 gepresst
wird. Das Basis- und das Plattformsubstrat (11, 21)
werden anschließend
erhitzt (d.h. getempert), um die Grenzflächenoberfläche 27 mit der Anbringoberfläche 24 einer
Schmelzverbindung zu unterziehen. Das Basis- und das Plattformsubstrat
(11, 21) können
unter Verwendung von Substratverbindungsprozessen, die auf dem Gebiet
der Mikroelektronik hinreichend bekannt sind, miteinander verbunden
werden. Wenn das Basis- und das Plattformsubstrat (11, 21)
beispielsweise aus einem Einkristall-Silizium-Material hergestellt sind und
die dielektrische Schicht 23 SiO2 ist,
so können
das Basis- und das Plattformsubstrat (11, 21)
in einer inerten Umgebung bei einer Temperatur zwischen etwa 700
Grad Celsius und etwa 900 Grad Celsius getempert werden, um zwischen
dem Basis- und dem Plattformsubstrat (11, 21)
eine SiO2-Schmelzschicht zu bilden, die
dieselben chemisch miteinander verbindet.
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Infolge
des Miteinanderverbindens des Basis- und des Plattformsubstrats
(11, 21) wird ein abgedichteter Hohlraum 33 gebildet,
der durch die Mulde 31 und die Grenzflächenoberfläche 27 definiert ist.
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Bei 4d wird
das Plattformsubstrat 11 von einer anfänglichen Dicke T1 (siehe 4c)
auf eine verringerte Dicke T3 verdünnt, um über dem
abgedichteten Hohlraum 33 eine dünne Membran des Plattformsubstrats 11 zu
bilden (hiernach werden die Membran und das Plattformsubstrat durch
das Bezugszeichen 11 bezeichnet). Bei manchen Anwendungen
kann es wünschenswert
sein, die Dicke des Basissubstrats 21 zu verringern, indem
eine rückwärtige Oberfläche 30 des
Basissubstrats 21 von einer Dicke T2 (siehe 4c)
auf eine Dicke T4 zurückverdünnt wird. Je nach den Strukturtypen,
die auf dem Plattformsubstrat 11 gebildet werden sollen,
kann es wünschenswert
sein, das Basissubstrat 21 zu verdünnen, bevor diese Strukturen
auf dem Plattformsubstrat 11 definiert und gebildet werden,
um diese Strukturen infolge des Zurückverdünnungsprozesses nicht zu beschädigen. Vorzugsweise
liegt die Dicke T3 der Membran 11 zwischen
etwa 10,0 μm
und etwa 200,0 μm.
Sicherlich sind andere Dicken möglich, und
die Dicke T3 der Membran 11 ist
nicht auf den oben dargelegten Bereich beschränkt. Wenn die Membran 11 zu
dünn ist
(d.h. < 10,0 μm), so besteht die
Möglichkeit,
dass die Membran 11 anfällig
für Beschädigungen
ist. Wenn die Membran 11 dagegen zu dick ist (d.h. > 200 μm), so wird
es immer schwieriger, eine Struktur in die Membran 11 hineinzuätzen.
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Ein
Verdünnen
des Plattformsubstrats 11 und ein Zurückverdünnen des Basissubstrats 21 kann
unter Verwendung eines Prozesses wie z.B. Schleifen, Polieren, Läppen und
chemisch-mechanische Planarisierung (CMP) bewerkstelligt werden. Vorzugsweise
wird zum Verdünnen
des Plattformsubstrats 11 und zum Zurückverdünnen des Basissubstrats 21 CMP
verwendet.
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Die
Dicke T4 des Basissubstrats 21 kann
zwischen etwa 200,0 μm
und etwa 600,0 μm
liegen. Üblicherweise
wird als Basissubstrat 21 ein Einkristall-Silizium-Wafer
(Si-Wafer) verwendet. Wafer, die dünner als etwa 300,0 μm sind, können zerbrechlich und
schwierig zu handhaben sein. Somit kann die tatsächliche Dicke für das Basissubstrat 21 anhand
der Art des Materials für
das Basissubstrat 21 und anhand von Handhabungs- und Bruchüberlegungen bestimmt
werden. Überdies
kann als Plattformsubstrat 11 ein Einkristall-Silizium-Wafer (Si-Wafer)
verwendet werden. Es gibt keine bevorzugte kristalline Orientierung
für das
Einkristall-Silizium-Wafermaterial
(Si-Wafermaterial), das als Basissubstrat 21 oder als Plattformsubstrat 11 verwendet
wird. Beispielsweise können
Einkristall-Silizium-Wafer (Si-Wafer) mit einer kristallinen Ausrichtung
von (100) oder (111) verwendet werden.
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Bei 4e wird
ein Teil der Membran 11 strukturiert, um ein Biegungsmerkmal
und ein Plattformmerkmal zu definieren. Beispielsweise kann eine Photoresiststruktur 41 verwendet
werden, um das Biegungs- und das Plattformmerkmal zu definieren.
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Bei 4f werden
das Biegungs- und das Plattformmerkmal anschließend geätzt (siehe gestrichelte Pfeile 49),
um Gräben 13 zu
bilden, die sich durch die Membran 11 zu dem abgedichteten
Hohlraum 33 erstrecken, wodurch ein offener Hohlraum 35 gebildet
wird. Die dünne
Schutzschicht 32 schützt die
Trägeroberfläche 22 vor
dem zum Ätzen
der Gräben 13 verwendeten
Material. Wie oben erwähnt
wurde, besteht einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung darin,
dass die Trägeroberfläche 22 durch
den obigen Ätzvorgang
nicht beschädigt
wird, so dass die Trägeroberfläche 22 frei
von Gruben oder dergleichen ist, die Komponenten, die durch das
Basissubstrat getragen werden oder in demselben vergraben sind,
beschädigen
könnten.
Die Gräben 13 definieren ferner
eine Schwebeplattform 17 und eine Biegung 15.
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Bei 4g wird
jeglicher Teil der dielektrischen Schicht 23, der unter
der Schwebeplattform 17 und der Biegung 15 (d.h.
in dem offenen Hohlraum 35) verbleibt, entfernt, indem
ein selektives Ätzmaterial
auf das Verbundsubstrat 25 aufgebracht wird. Das selektive Ätzmaterial
tritt über
die Gräben 13 in den
offenen Hohlraum 35 ein. Das selektive Ätzmaterial weist eine unterschiedliche Ätzrate auf,
die ausgewählt
ist, um die dielektrische Schicht 23 unter der Schwebeplattform 17 und
der Biegung 15 bei einer beträchtlich schnelleren Ätzrate zu ätzen als
die dielektrische Schicht 23 an einer Grenzfläche I zwischen der
Grenzflächenoberfläche 27 und
der Anbringoberfläche 24.
Dementsprechend erfolgt die Ätzung über denjenigen
Teil des offenen Hohlraums 35, der unter der Schwebeplattform 17 und
der Biegung 15 liegt, wie durch den Pfeil XP gezeigt
ist, wesentlich schneller, so dass die dielektrische Schicht von
unterhalb der Schwebeplattform 17 und der Biegung 15 vollständig entfernt
wird. Im Gegensatz dazu erfolgt die Ätzung an der Grenzfläche I wesentlich
langsamer, so dass die dielektrische Schicht 23 an der
Grenzfläche
I um eine minimale Strecke unterschnitten 39 wird, wie
durch Pfeile XI gezeigt ist.
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Vorzugsweise
wird als selektives Ätzmaterial ein
Nassätzmaterial
wie z.B. Fluorwasserstoffsäure (HF)
verwendet. Fluorwasserstoffsäure
(HF) ist ein isotropes Ätzmittel,
das über
den offenen Hohlraum 35 eine unterschiedliche Ätzrate aufweist
(siehe Pfeil XP), die etwa 10X (etwa das
Zehnfache) der unterschiedlichen Ätzrate an der Grenzfläche I (siehe
Pfeile XI) beträgt. Wenn beispielsweise Siliziumoxid (SiO2) für
die dielektrische Schicht 23 verwendet wird, ermöglicht die
unterschiedliche Ätzrate
(wenn ein HF-Ätzmittel
verwendet wird), dass die dielektrische Schicht 23 unter
einer 2,0 mm aufweisenden Schwebeplattform 17 vollständig entfernt
wird, während
etwa 100 μm
(d.h. XI 100,0 μm) der dielektrischen Schicht 23 von
der Grenzfläche
I nur unterätzt werden.
Infolge des Unterätzens
ist die Fläche 19 des
Hohlraums 35 größer als
die Fläche
der Schwebeplattform 17.
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Demgemäß funktioniert
HF gut, da es ein isotropes Ätzmittel
ist, und das HF fließt
unter die Schwebeplattform 17 und die Biegung 15 und
entfernt die dielektrische Schicht 23. Vorzugsweise ist die
dielektrische Schicht 23 aus Siliziumoxid (SiO2) hergestellt.
HF ist ferner in Bezug auf Silizium (Si) äußerst selektiv, so dass es
nicht zu einer Grubenbildung in der Trägeroberfläche 22 führt. Es
können auch
andere isotrope SiO2-Ätzmittel verwendet werden.
Beispielsweise kann ein Dampfphasen-HF-Ätzmittel (statt eines Ätzmittels
einer herkömmlichen wässrigen
HF-Lösung)
verwendet werden.
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Obwohl
mehrere Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung offenbart und veranschaulicht wurden,
ist die Erfindung nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen
von auf diese Weise beschriebenen und veranschaulichten Teilen beschränkt. Die
Erfindung wird lediglich durch die Patentansprüche eingeschränkt.