WO1992000602A1 - Verfahren zur strukturierung eines einkristallinen silizium-trägers - Google Patents

Verfahren zur strukturierung eines einkristallinen silizium-trägers Download PDF

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WO1992000602A1
WO1992000602A1 PCT/DE1991/000432 DE9100432W WO9200602A1 WO 1992000602 A1 WO1992000602 A1 WO 1992000602A1 DE 9100432 W DE9100432 W DE 9100432W WO 9200602 A1 WO9200602 A1 WO 9200602A1
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etching
recess
silicon carrier
masking layer
structured
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PCT/DE1991/000432
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Inventor
Joerg Schweikhardt
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H01L21/30608—Anisotropic liquid etching

Definitions

  • the invention is based on a method for structuring a single-crystalline silicon carrier according to the preamble of the main claim,
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that, by specifically utilizing the anisotropy of the etching rate in the various crystallographic directions of the monocrystalline silicon carrier, etching structures of different depths can be realized without etching layers in the form of epitaxial layers or deposits heavily doped with boron are necessary.
  • the complete etching through of the silicon carrier at one point and the production of webs or membranes at another point can nevertheless be carried out in one etching step and starting from a surface of the silicon carrier, the depth of each individual recess being individually determined by the structure and the orientation of the structured openings made in the masking layer can be varied.
  • the method according to the invention with known anisotropic etching solutions, such as KOH, NaOH or solutions with ethylenediamine, pyrocatechol, pyrazine, and hydrazine and water, and with standard masking layers such as silicon nitride or Silicon oxide, can be carried out.
  • anisotropic etching solutions such as KOH, NaOH or solutions with ethylenediamine, pyrocatechol, pyrazine, and hydrazine and water, and with standard masking layers such as silicon nitride or Silicon oxide
  • standard masking layers such as silicon nitride or Silicon oxide
  • the very low etching rate perpendicular to these etching-stopping crystallographic planes is used in order to interrupt the deep etching for a predefinable time.
  • a significant deep etching can only take place again if, through slow etching into the etching-stopping planes, points of attack for deep etching arise, which is the case if the webs of the structured openings in the masking layer are under-etched.
  • the V-shaped or pyramid-shaped recesses merge and an area is exposed which can be attacked by the anisotropic etching. This area is leveled by continuing the etching process.
  • the etching front over the entire area only starts after the time that passes until the bars are undercut. Different etching depths can thus be achieved particularly advantageously through different structuring of the openings in the masking layer and different web widths.
  • the edges of the partial openings of the structured opening are advantageously oriented parallel to the (110) direction of the silicon carrier.
  • the lateral undercutting of the webs can advantageously be accelerated by tilting the structured opening against the (110) direction.
  • (111) planes form as etching-stopping crystallographic planes when etching into the partial openings of the structured opening of the masking layer.
  • FIG. 1 shows a micromechanical structure
  • FIGS. 2a to d show the section through a silicon carrier in different phases of the structuring method
  • FIGS. 3a and b show the section through another silicon carrier in different phases of the structuring method
  • Figures 4a to c a structuring for the masking layer
  • Figures 5a to c a further structuring for the masking layer.
  • FIG. 1 shows an example of a micromechanical structure in a monocrystalline silicon carrier 10, which is either not doped at all or has a homogeneous doping.
  • the overall structure can be produced in one etching process.
  • the process sequence is shown schematically in FIG.
  • a masking layer 20 is applied to a silicon carrier 10. This is structured using the photo masking technique.
  • the silicon carrier 10 shown in FIG. 2 is a wafer with (100) crystal orientation. However, the method can also be applied to (110) wafers if the etching mask is oriented accordingly.
  • the etching mask must be oriented with respect to the crystal orientation of the wafer in such a way that etching recesses are formed, the side walls of which are not perpendicular to the wafer surface.
  • 21 denotes an opening in the masking layer 20
  • 22 denotes a structured opening in the masking layer 20.
  • the structured opening 22 is composed of two partial openings 221, which are separated by a web 23 of the masking layer 20 are separated.
  • the structured opening is composed of many small partial openings 221, which are separated by many thin webs 23.
  • the webs can be arranged in parallel or in a lattice shape.
  • FIG. 2b shows the silicon carrier 10 with the masking layer 20 after etching into the opening 21 and the structured opening 22.
  • the deep etching through the partial openings 221 of the masking layer 20 has come to a standstill.
  • V-shaped trenches 12 have formed, which are delimited by (111) crystal planes with an etching-stop effect.
  • (111) crystal planes have formed as lateral boundary planes of the etching trench 11. Due to the size of the opening 21 in the masking layer 20, however, a (100) crystal plane remains on the base of the recess 11, on which the anisotropic etching solution can act, which is why the deep etching has not yet been completed.
  • the partial recesses 12 are only very deeply etched in conjunction with the undercut of the masking layer 20.
  • the silicon carrier 10 is in shown the stage when the web 23 is completely under-etched and the deep etching of the recess 11 likewise has come to a standstill since 11 (111) crystal planes have formed as boundary surfaces of the recess, which have an etching-stopping effect.
  • the two partial recesses 12 are fused together and form the recess 13.
  • the base area of the recess 13 is very uneven, but is smoothed out by continuing the etching process.
  • FIG. 3a shows a silicon carrier 10 with a structured masking layer 20 applied thereon in a stage of the structuring method corresponding to that shown in FIG. 2c.
  • Partial recesses 12 have formed by etching into a structured opening in the masking layer 20, the deep etching largely coming to a standstill since etching-stop boundary walls of the partial recesses 12 have formed.
  • the webs in the masking layer 20 of the structured opening were undercut by continued action of the etching solution.
  • a further recess 11, which was produced in the same etching step, is deeper than the partial recesses 12 since the deep etching of this recess 12 continued during the undercut of the webs of the structured opening due to the opening size of the recess 12.
  • the partial recesses 12 have been combined to form a recess 13, the base 14 of which has been leveled and thus again offers opportunities for deep etching.
  • a membrane 7 has been created by further reducing the wafer thickness in the region of the recess 11. Normally, in the wet chemical etching process and sufficiently large openings in the masking layer, the same etching speeds and thus structures of the same thickness over the entire silicon substrate always result within very narrow limits. With correspondingly small openings in the etching mask, only V-shaped or pyramid-shaped depressions are formed, which, however, have no base areas parallel to the surface of the silicon carrier.
  • V-shaped or pyramid-shaped recesses are delimited by etching-stopping crystallographic planes, the etching of these planes never being able to be completely prevented. A lateral undercut of the masking layer therefore always occurs, the etching rate of which must be determined in preliminary tests. If a structure is to be etched, then for the part of the overall structure for which the deepest recess is to be produced, an opening is made in the masking layer which essentially corresponds to the outer border of the recess. For the parts of the overall structure that require a lower etching depth, a fine overlay structure is designed in the masking layer instead of the outer border with many small openings within the outer border, so that the overall recess is only obtained in the course of the etching process.
  • this structured opening only leads to V-shaped trenches or pyramid-shaped depressions, but then by under-etching the narrow intermediate webs, the partial recesses are combined to form the overall recess.
  • the base area of this overall recess is leveled and the deep etching is continued.
  • the etching front over the entire base area therefore only starts after the bars have been undercut.
  • the holding time of the deep etching is specified by the web width. Differences in the etching depth result from the different structuring of the openings in the masking layer.
  • FIGS. 4a to c and 5a to c show different structures for structured openings in the masking layer.
  • Figure 4 shows square openings with a rectangular fine structure
  • Figure 5 shows square openings with a square fine structure.
  • other suitable fine structures are also within the scope of the invention, such as, for example, with a diamond grid and other basic shapes of the opening in the masking layer. The evenness of the later structure is achieved the quicker the finer the structuring of the openings.
  • the edges of the openings in the masking layer parallel to the (110) direction.
  • the lateral undercut of the webs of the structured openings in the masking layer can be specifically varied by tilting the mask against the (110) direction.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Strukturierung eines einkristallinen Silizium-Trägers durch naßchemisches Ätzen mit einer anisotropen Ätzlösung vorgeschlagen. Dabei wird eine Maskierschicht auf den Silizium-Träger aufgebracht und mit Hilfe der Fotomaskierungstechnik strukturiert, wobei Öffnungen in der Maskierschicht entstehen, durch die die anisotrope Ätzlösung auf den Silizium-Träger einwirken kann. In dem Bereich des Silizium-Trägers, in dem eine Ausnehmung eingeätzt werden soll, wird eine strukturierte Öffnung in die Maskierschicht eingebracht. Diese besteht mindestens aus zwei, durch dünne in der Maskierschicht ausgebildete Stege getrennten Teilöffnungen. Durch Einätzen in die strukturierte Öffnung entsteht entsprechend jeder Teilöffnung eine Teilausnehmung im Silizium-Träger. Durch Fortsetzen des Ätzprozesses werden zunächst die in der Maskierschicht ausgebildeten dünnen Stege unterätzt, so daß sich die Teilausnehmungen zu einer Gesamtausnehmung vereinen. Im Anschluß daran wird die Grundfläche dieser Ausnehmung geebnet.

Description

Verfahren zur Strukturierunσ eines einkristallinen Silizium-Träσers
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Strukturierung eines einkristallinen Silizium-Trägers nach der Gattung des Hauptanspruchs,
Aus der nicht vorveröffenttichten P 40 00 496 ist bereits bekannt, einen einkristallinen Silizium-Träger naßchemisch mittels einer anisotropen Ätzlösung zu strukturieren. Dafür wird eine Maskier¬ schicht auf den Silizium-Träger aufgebracht, die mit Hilfe der Fotomaskierungstechnik strukturiert wird, wobei Öffnungen in der Maskierschicht entstehen. Durch diese Offnungen kann die anisotrope Ätzlösung auf den Silizium-Träger einwirken und Ausnehmungen erzeu¬ gen. Die Tiefe dieser Ausnehmungen wird im wesentlichen durch die Dauer der Ätzeinwirkung bestimmt. Als weitere Möglichkeit, einen definierten Atzstop durchzuführen, wird das Atzen von Silizium-Trä¬ gern mit einem pn-Übergang beschrieben. Der in Sperrichtung gepolte pn-Ubergang dient bei diesem Verfahren als Atzstop. Strukturen ver¬ schiedener Tiefe lassen sich mit diesem Verfahren nur durch lokale Dotierungsübergänge in unterschiedlicher Tiefe des Silizium-Trägers realisieren.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich durch geziel¬ tes Ausnützen der Anisotropie der Ätzrate in den verschiedenen kri- stallographischen Richtungen des monokristallinen Silizium-Trägers Ätzstrukturen verschiedener Tiefe realisieren lassen, ohne daß Atz¬ stopschichten in Form von Epitaxieschichten oder stark mit Bor do¬ tierten Einlagerungen nötig sind. Das vollständige Durchätzen des Silizium-Trägers an einer Stelle und Erzeugen von Stegen oder Mem¬ branen an anderer Stelle ist dennoch in einem Ätzgang und ausgehend von einer Oberfläche des Silizium-Trägers durchführbar, wobei sich die Tiefe jeder einzelnen Ausnehmung individuell durch die Struktu¬ rierung und Orientierung der in die Maskierschicht eingebrachten strukturierten Öffnungen variieren läßt. Vorteilhaft in diesem Zu¬ sammenhang ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit bekannten anisotropen Ätzlösungen, wie zum Beispiel KOH, NaOH oder Lösungen mit Ethylendiamin, Brenzkatechin, Pyrazin, sowie Hydrazin und Was¬ ser, und mit Standardmaskierschichten wie beispielsweise Sili¬ zium-Nitrid oder Siliziumoxid, durchgeführt werden kann. Für eine zu ätzende Ausnehmung wird nicht eine einzige Öffnung in der Maske er¬ zeugt, sondern eine strukturierte Öffnung, die innerhalb einer Außenumrandung eine Feinstruktur in Form von vielen kleinen durch dünne Stege in der Maskierschicht getrennte Öffnungen aufweist. Bei entsprechender Dimensionierung dieser kleinen Offnungen in der Ätz¬ maske entstehen nur V- oder pyramidenförmige Ausnehmungen, deren Begrenzungsflächen sich aus ätzstoppenden Ebenen zusammensetzen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die sehr geringe Atzrate senk¬ recht zu diesen ätzstoppenden kristallographischen Ebenen ausge¬ nutzt, um die Tiefenätzung für eine vorgebbare Zeit zu unterbrechen. Eine nennenswerte Tiefenätzung kann erst dann wieder erfolgen, wenn durch langsames Einätzen in die ätzstoppenden Ebenen Angriffspunkte für eine Tiefenätzung entstehen, was dann gegeben ist, wenn die Ste¬ ge der strukturierten Offnungen in der Maskierschicht unterätzt sind. Dabei verschmelzen die V- oder pyramidenförmigen Ausnehmungen, und eine Fläche wird freigelegt, die von der anisotropen Ätze an¬ greifbar ist. Durch Fortsetzen des Ätzprozesses wird diese Fläche eingeebnet. Die Ätzfront über die ganze Fläche läuft also erst nach der Zeit los, die bis zur Unterätzung der Stege vergeht. Unter¬ schiedliche Ätztiefen lassen sich also besonders vorteilhaft durch unterschiedliche Strukturierungen der Offnungen in der Maskier¬ schicht und unterschiedliche Stegbreiten erzielen.
Druch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfah¬ rens möglich. Vorteilhaft ist beispielsweise, daß die Glättung der Grundfläche einer erfindungsgemäß erzeugten Ausnehmung durch Ver¬ feinerung der Struktur der strukturierten Öffnung in der Maskier¬ schicht beschleunigt werden kann. Bei vorgegebener Ätzdauer läßt sich die Tiefe einer Ausnehmung sehr einfach über die Breite der Stege der strukturierten Öffnung in der Maskierschicht variieren. Einfache und vorteilhafte Ausführungen der Struktur der strukturier¬ ten Öffnung ergeben sich aus rechteckigen oder rautenförmigen Teil¬ öffnungen, die durch gitterartig ausgebildete dünne Stege getrennt sind. Besonders gut läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf Silizium-Trägern mit (100)-Kristallorientierung anwenden. Die Kanten der Teilöffnungen der strukturierten Öffnung werden dazu vorteilhaft parallel zur (110)-Richtung des Silizium-Trägers orientiert. Die la¬ terale Unterätzung der Stege läßt sich dabei vorteilhaft durch eine Verkippung der strukturierten Öffnung gegen die (110)-Richtung be¬ schleunigen. Als ätzstoppende kristallographische Ebenen bei dem Einätzen in die Teilöffnungen der strukturierten Öffnung der Ma¬ skierschicht bilden sich (111)-Ebenen aus. Wichtig für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine äußerst präzise Justierung der Atzmaske bezüglich der kristallo- graphischen Orientierung des Siliziumträgers. Es ist daher vorteil¬ haft, die laterale Unterätzrate in Vorversuchen zu bestimmen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fi¬ gur 1 eine mikromechanische Struktur, die Figuren 2a bis d den Schnitt durch einen Silizium-Träger in verschiedenen Phasen des Strukturierungsverfahrens, die Figuren 3a und b den Schnitt durch einen weiteren Silizium-Träger in verschiedenen Phasen des Struktu¬ rierungsverfahrens, die Figuren 4a bis c eine Strukturierung für die Maskierschicht und die Figuren 5a bis c eine weitere Strukturierung für die Maskierschicht.
Beschreibung der Erfindung
Für die Herstellung von Sensoren und Aktoren in Silizium-Mikrome- chanik werden Strukturen verschiedener Dicke benötigt, die durch Atzen mit anisotropen Atzen, wie beispielsweise Kalilauge oder Lö¬ sungen von Ethylendiamin aus einem Silizium-Träger herausstruktu¬ riert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit allen aniso¬ tropen Atzlösungen durchgeführt werden. In Figur 1 ist beispielhaft eine mikromechanische Struktur in einem monokristallinen Sili¬ zium-Träger 10, der entweder gar nicht dotiert ist, oder eine homo¬ gene Dotierung aufweist, dargestellt. Aus dem Silizium-Träger 10 ist ein freischwingendes Paddel 6, das mittels eines Steges 5 mit dem Silizium-Träger 10 verbunden ist, herausstrukturiert. Dazu müssen Ausnehmungen unterschiedlicher Tiefe eingeätzt werden, da beispiels¬ weise der Steg 5 dünner ausgebildet ist als das Padel 6; zusätzlich ist ein Durchbruch 4 zum Freilegen des schwingungsfähigen Paddels 6 erforderlich. Erfindungsgemäß kann die GesamtStruktur in einem Atz¬ prozeß erzeugt werden. In Figur 2 ist der Verfahrensablauf schematisch dargestellt. Auf einen Silizium-Träger 10 wird eine Maskierschicht 20 aufgebracht. Diese wird mit Hilfe der Fotomaskierungstechnik strukturiert. Bei dem in Figur 2 dargestellten Silizium-Träger 10 handelt es sich um einen Wafer mit (lOO)-Kristallorientierung. Das Verfahren ist jedoch bei entsprechender Orientierung der Ätzmaske auch auf (110)-Wafer anwendbar. Die Ätzmaske muß dazu bezüglich der Kristallorientierung des Wafers so orientiert werden, daß Ätzausnehmungen entstehen, de¬ ren Seitenwände nicht senkrecht zur Waferoberflache stehen. In Figur 2a ist mit 21 eine Öffnung in der Maskierschicht 20 bezeichnet und mit 22 eine strukturierte Öffnung in der Maskierschicht 20. Die strukturierte Öffnung 22 setzt sich in dieser schematischen Darstel¬ lung aus zwei Teilöffnungen 221 zusammen, die durch einen Steg 23 der Maskierschicht 20 getrennt sind. Bei realistischen Anwendungen setzt sich die strukturierte Öffnung aus vielen kleinen Teilöffnun¬ gen 221 zusammen, die durch viele dünne Stege 23 getrennt sind. Die Stege können parallel oder gitterformig angeordnet sein. In Figur 2b ist der Silizium-Träger 10 mit der Maskierschicht 20 dargestellt, nachdem in die Öffnung 21 und die strukturierte Öffnung 22 eingeätzt wurde. Die Tiefenätzung durch die Teilöffnungen 221 der Maskier¬ schicht 20 ist zum Stillstand gekommen. Es haben sich V-förmige Atz¬ gräben 12 gebildet, die durch (111)-Kristallebenen mit ätzstoppender Wirkung begrenzt werden. Auch bei der Ausneh ung 11, die durch Ein¬ ätzen in die Öffnung 21 der Maskierschicht 20 entstanden ist, haben sich (111)-Kristallebenen als seitliche Begrenzungsebenen des Ätz¬ grabens 11 gebildet. Durch die Größe der Öffnung 21 in der Maskier¬ schicht 20 verbleibt jedoch als Grundfläche der Ausnehmung 11 eine (100)-Kristallebene, auf die die anisotrope Ätzlösung einwirken kann, weshalb die Tiefenätzung noch nicht abgeschlossen ist. Während die Ausnehmung 11 weiter in die Tiefe geätzt wird und eine gewisse Unterätzung der Maskierschicht 20 stattfindet, erfolgt eine Tiefen¬ ätzung der Teilausnehmungen 12 nur noch sehr langsam in Verbindung mit der Unterätzung der Maskierschicht 20. In Figur 2c ist der Sili¬ ziumträger 10 in dem Stadium dargestellt, wenn der Steg 23 vollstän¬ dig unterätzt ist und die Tiefenätzung der Ausnehmung 11 ebenfalls zum Stillstand gekommen ist, da sich als Begrenzungsflächen der Aus¬ nehmung 11 (111)-Kristallebenen gebildet haben, die ätzstoppende Wirkung haben. Durch die Unterätzung des Steges 23 sind die beiden Teilausnehmungen 12 miteinander verschmolzen und bilden die Aus¬ nehmung 13. Die Grundfläche der Ausnehmung 13 ist sehr uneben, wird aber durch Fortsetzen des Ätzprozesses geglättet. In Figur 2d ist der Silizium-Träger 10 nach Fortsetzen des Ätzangriffs dargestellt, wobei die Grundfläche 14 der Ausnehmung 13 schon zum Teil eingeebnet ist. Im Zuge der Einebnung der Grundfläche 14 der Ausnehmung 13 bietet diese Grundfläche 14 wieder eine Angriffsmöglichkeit für die anisotrope Ätzlösung. Dadurch kann erneut eine Tiefenätzung der Ausnehmung 13 stattfinden. Die Tiefenätzung der Ausnehmung 11 hin¬ gegen ist nur noch in Verbindung mit der Unterätzung der Maskier¬ schicht 20 durch Einätzen in die ätzstoppenden (111)-Ebenen fort¬ geschritten.
Figur 3a zeigt einen Silizium-Träger 10 mit einer darauf aufge¬ brachten, strukturierten Maskierschicht 20 in einem dem in Figur 2c dargestellten, entsprechenden Stadium des Strukturierungsverfahrens. Durch Einätzen in eine strukturierte Öffnung in der Maskierschicht 20 haben sich Teilausnehmungen 12 gebildet, wobei die Tiefenätzung weitgehend zum Stillstand gekommen ist, da sich ätzstoppende Be¬ grenzungswände der Teilausnehmungen 12 gebildet haben. Durch fort¬ gesetztes Einwirken der Atzlösung wurden die Stege in der Maskier¬ schicht 20 der strukturierten Öffnung unterätzt. Eine weitere Aus¬ nehmung 11, die im selben Atzschritt erzeugt wurde, ist tiefer als die Teilausnehmungen 12, da während der Unterätzung der Stege der strukturierten Öffnung aufgrund der Öffnungsgröße der Ausnehmung 12 die Tiefenätzung dieser Ausnehmung 12 weiterlief. In dem in Figur 3b dargestellten Stadium haben sich durch Fortsetzung des Ätzprozesses die Teilausnehmungen 12 zu einer Ausnehmung 13 vereinigt, deren Grundfläche 14 eingeebnet wird und damit wieder Angriffsmöglich¬ keiten für eine Tiefenätzung bietet. Durch weitere Reduzierung der Waferdicke im Bereich der Ausnehmung 11 ist eine Membran 7 ent¬ standen. Normalerweise ergeben sich beim naßchemischen Ätzprozeß und aus¬ reichend großen Öffnungen in der Maskierschicht innerhalb sehr enger Grenzen stets gleiche Ätzgeschwindigkeiten und damit Strukturen gleicher Dicke über den ganzen Silizium-Träger. Bei entsprechend kleinen Öffnungen in der Atzmaske entstehen nur V- oder pyramiden¬ förmige Vertiefungen, die aber keine zur Oberfläche des Siliziumträ¬ gers parallelen Grundflächen aufweisen. Diese V- oder pyramidenför¬ migen Ausnehmungen werden durch ätzstoppende kristallographische Ebenen begrenzt, wobei die Atzung dieser Ebenen nie ganz unterbunden werden kann. Es tritt also immer eine laterale Unterätzung der Mas¬ kierschicht ein, deren Ätzungsrate in Vorversuchen bestimmt werden muß. Soll eine Struktur geätzt werden, so wird für den Teil der Ge¬ samtstruktur, für den die tiefste Ausnehmung erzeugt werden soll, eine Öffnung in die Maskierschicht eingebracht werden, die im We¬ sentlichen der Außenumrandung der Ausnehmung entspricht. Für die Teile der Gesamtstruktur, die eine geringere Ätztiefe erfordern, wird statt der Außenumrandung eine feine überlagerungsStruktur in der Maskierschicht entworfen mit vielen kleinen Offnungen innerhalb der Außenumrandung, so daß sich erst im Verlauf des Ätzprozesses die Gesamtausnehmung ergibt. Diese strukturierte Öffnung führt am Anfang des Ätzprozesses nur zu V-Gräbe oder pyramidenförmigen Vertiefun¬ gen, dann aber durch Unterätzung der schmalen Zwischenstege werden die Teilausnehmungen zu der Gesamtausnehmung vereinigt. Durch Fort¬ setzen des Ätzprozesses wird die Grundfläche dieser Gesamtausnehmung eingeebnet und die Tiefenätzung fortgesetzt. Die Ätzfront über die gesamte Grundfläche lauft also erst nach der Unterätzung der Stege los. Durch die Stegbreite wird dabei die Haltezeit der Tiefenätzung vorgegeben. Unterschiede in der Atztiefe ergeben sich aus der unter¬ schiedlichen Stukturierung der Offnungen in der Maskierschicht. Da die durch Unterätzen der Stege freigelegten Kanten schneller geätzt werden als die freiliegenden Flächen, wird die Grundfläche einer mittels einer strukturierten Öffnung in der Maskierschicht erzeugten Ausnehmung eingeebnet. In den Figuren 4a bis c und 5a bis c sind verschieden Strukturen für strukturierte Öffnungen in der MaskierSchicht dargestellt. So zeigt Figur 4 quadratische Öffnungen mit rechteckiger Feinstruktur und Figur 5 quadratische Öffnungen mit quadratischer Feinstruktur. Im Rahmen der Erfindung liegen aber auch andere geeignete Feinstruktu¬ ren, wie zum Beispiel mit Rautengitter und andere Grundformen der Öffnung in der MaskierSchicht. Die Ebenheit der späteren Struktur wird umso schneller erreicht, je feiner die Strukturierung der Öff¬ nungen ist. Zur Strukturierung von Silizium-Trägern mit (100)-Kri¬ stallorientierung ist es besonders günstig, die Kanten der Öffnungen in der Maskierschicht parallel zur (110)-Richtung zu orientieren. Die laterale Unterätzung der Stege der strukturierten Öffnungen in der Maskierschicht läßt sich gezielt durch Verkippung der Maske ge¬ gen die (110)-Richtung variieren.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Strukturierung eines einkristallinen Silizium-Trä¬ gers durch naßchemisches Ätzen mit einer anisotropen Ätzlösung, bei dem eine Maskierschicht auf den Silizium-Träger aufgebracht wird, die mit Hilfe der Fotomaskierungstechnik strukturiert wird, wobei Öffnungen in der Maskierschicht entstehen, durch die die anisotrope Ätzlösung auf den Silizium-Träger einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Maskierschicht (20) in einem Bereich, in dem eine Ausneh¬ mung (13) in den Silizium-Träger (10) eingeätzt werden soll, eine strukturierte Öffnung (22) eingebracht wird, die mindestens zwei, durch dünne, in der Maskierschicht (20) ausgebildete Stege (23) ge¬ trennte Teilöffnungen (221) aufweist, daß in die strukturierte Öff¬ nung (22) eingeätzt wird, so daß zunächst entsprechend jeder Teil¬ öffnung (221) eine Teilausnehmung (12) im Silizium-Träger (10) ent¬ steht, daß die dünnen Stege (23) unterätzt werden, so daß sich die Teilausnehmungen (12) zu einer Gesamtausnehmung (13) vereinen, und daß die Grundfläche (14) der Ausnehmung (13) durch Fortsetzen des Ätzprozesses geebnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil¬ öffnungen (221) der strukturierten Öffnung (22) so bezüglich der Kristallorientierung des Silizium-Trägers (10) angeordnet werden und so dimensioniert werden, daß der Tiefenatzprozeß beim Einätzen durch die Teilöffnungen (221) auf ätzstoppende, kristallographische Ebenen stößt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Öffnung (22) aus rechteckigen oder rautenförmigen Teilöffnungen (221) besteht, die durch gitterartig ausgebildete dün¬ ne Stege (23) in der Maskierschicht (20) getrennt sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß zur beschleunigten Glättung der Grundfläche (14) der Ausnehmung (13) die strukturierte Öffnung (22) viele kleine Teilöffnungen (221) aufweist, so daß die Abstände zwischen den dünnen Stegen (23) klein sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß bei vorgegebener Atzdauer die Tiefe der Ausnehmung (13) durch die Breite der Stege (23) bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Silizium-Träger (10) (110)-Kristallorientie¬ rung hat.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Silizium-Träger (10) (100)-Kristallorientie¬ rung hat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Teilöffnungen (221) der strukturierten Öffnung (22) parallel zur (110)-Richtung des Silizium-Trägers orientiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die late¬ rale Unterätzrate der Stege (23) der strukturierten Öffnung (22) durch eine Verkippung der strukturierten Öffnung (22) gegen die
(110)-Richtung vergrößert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeich¬ net, daß durch Einätzen in die Teilöffnungen (221) der strukturier¬ ten Öffnung (22) V-förmige oder pyramidenförmige Teilausnehmungen (12) erzeugt werden, wobei sich als ätzstoppende kristallographische Ebenen (111)-Ebenen ausbilden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die laterale Unterätzrate der Maskierschicht (20) in Vorversuchen bestimmt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß es zum Einbringen von Strukturen unterschiedlicher Dicke, wie Paddel (6), Stege (5) und Membranen (7) in einen Sili¬ zium-Träger (10), sowie zum Erzeugen von den Silizium-Träger (10) vollständig druchdringeuden Löchern (4) in einem Ätzgang verwendet wird.
PCT/DE1991/000432 1990-06-29 1991-05-24 Verfahren zur strukturierung eines einkristallinen silizium-trägers WO1992000602A1 (de)

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