DE10355395A1 - Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Bauelementes und hierdurch hergestelltes mikrostrukturiertes Bauelement - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Bauelementes und hierdurch hergestelltes mikrostrukturiertes Bauelement Download PDFInfo
- Publication number
- DE10355395A1 DE10355395A1 DE2003155395 DE10355395A DE10355395A1 DE 10355395 A1 DE10355395 A1 DE 10355395A1 DE 2003155395 DE2003155395 DE 2003155395 DE 10355395 A DE10355395 A DE 10355395A DE 10355395 A1 DE10355395 A1 DE 10355395A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- etching
- layer
- mask
- microstructured component
- pores
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 39
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 102
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 19
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 15
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical class [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 3
- OGZARXHEFNMNFQ-UHFFFAOYSA-N 1-butylcyclobutene Chemical compound CCCCC1=CCC1 OGZARXHEFNMNFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 2
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- -1 XeF 2 Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000001015 X-ray lithography Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
- B81C1/00523—Etching material
- B81C1/00531—Dry etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mikrostrukturierten Bauelementes und ein hierdurch herstellbares mikrostrukturiertes Bauelement. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren weist mindestens folgende Schritte auf: DOLLAR A Ausbilden einer strukturierten Maske (3, 7) mit mindestens einer Ätzöffnung (9) auf einer Opferschicht (1), DOLLAR A Einbringen eines Ätzgases (G) durch die Ätzöffnung und DOLLAR A Ätzen einer Kaverne (5) in der Opferschicht (1) unterhalb der Ätzöffnung (9). DOLLAR A Hierbei liegt der gemittelte Durchmesser der Ätzöffnung (9) in einem Bereich von 0,05 bis 5 mum und kann insbesondere im Bereich von +- 1 mum um einen Idealwert DOLLAR A di = 0,0113*p*t, DOLLAR A liegen, mit DOLLAR A p Ätzdruck in Milibar, DOLLAR A t Ätzzeit in Minuten und DOLLAR A di Idealwert in Mikrometern. DOLLAR A Durch die kleinen Ätzöffnungen kann überraschenderweise eine hohe Ätzrate erreicht werden. Die Ätzöffnungen können direkt durch Strukturierung einer Maskenschicht (3) oder durch zusätzliches Auftragen einer porösen Schicht (7) auf die Maskenschicht ausgebildet werden. Weiterhin kann eine die Ätzöffnungen bedeckende Abdeckschicht aufgetragen werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein mikrostrukturiertes Bauelement, das insbesondere ein Drucksensor, Drehratensensor oder Massenflusssensor mit einer unterätzten Struktur, z.B. einer Membran, sein kann.
- Derartige Unterätzungen werden herkömmlicher Weise entweder durch Plasmaätzverfahren, z.B. mit SF6, oder durch Ätzverfahren ohne Plasma-Anregung unter Verwendung spontan ätzender Gase, z.B. Fluoride wie XeF2, ClF3 usw. ausgebildet.
- Die Ausbildung der Unterätzung erfolgt hierbei, indem auf die zu ätzende Opferschicht eine Maskenschicht aufgetragen wird und die Ätzzugänge durch Strukturierung erzeugt werden. Anschließend wird das Ätzgas von außen durch die Ätzöffnungen zugeführt und die Unterätzung bzw. Kaverne ausgebildet. Um einen schnellen Austausch der Ätzspezies bzw. Ätzprodukte zu ermöglichen, ist eine hohe Ätzrate gewünscht. Hierzu werden Ätzzugänge mit großen Ätzöffnungen verwendet, da durch die größeren Ätzöffnungen ein größerer Austausch des sich verbrauchenden Ätzgases ermöglicht wird. Die Ätzöffnungen sind hierbei herkömmlicherweise z.B. von der Größenordnung größer 15 μm, ein typischer Wert liegt bei 40 μm.
- Das erfindungsgemäße mikrostrukturiertes Bauelement und das erfindungsgemäße Verfahren weisen demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass eine hohe Ätzrate erreicht wird.
- Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass bei Verwendung spontan ätzender Gase durch eine Verkleinerung der Ätzöffnungen eine Erhöhung der Ätzrate erreicht werden kann. Entgegen der bisher allgemein geltenden Auffassung, dass durch eine Vergrößerung der einzelnen Ätzöffnungen aufgrund des besseren Austauschs des Ätzgases eine Erhöhung der Ätzrate erreicht wird, konnte erfindungsgemäß festgestellt werden, dass gerade eine Verkleinerung der Ätzöffnungen auf den erfindungsgemäßen gemittelten Durchmesser eine deutliche Erhöhung der Ätzrate erreichbar ist.
- Der erfindungsgemäße gemittelte Durchmesser der einzelnen Ätzöffnung hängt hierbei von den jeweiligen Prozessparametern des Ätzschrittes ab und liegt zunächst in einem Bereich oberhalb von 50 nm und unterhalb von 5 μm, vorzugsweise unterhalb von 3 μm, wobei der erfindungsgemäße Effekt bereits oberhalb von 2 μm stark nachlässt.
- Der gemittelte Durchmesser einer Ätzöffnung ergibt sich als Durchmesser eines Kreises, dessen Fläche der Ätzöffnung entspricht; bei üblicherweise ausgebildeten quadratischen Ätzöffnungen entspricht er somit etwa dem 1,13-fachen der Kantenlänge der Ätzöffnung.
- Es konnte bei quadratischen Ätzöffnungen bei einer Substrattemperatur von –20° C ein optimaler Wert für die Kantenlänge a in Abhängigkeit der Prozessparameter Druck p in Milibar und Zeit t in Minuten ermittelt werden, der grob durch die Gleichung
- Die erfindungsgemäße Wirkung wurde insbesondere bei Silizium als zu ätzendem halbleitenden Material und Ätzgasen festgestellt, die Silizium mit einer geringen Effizienz von ca. 10–3 bis 10–5 spontan ohne Plasma-Anregung ätzen, d.h, dass etwa nur jedes tausendste bis hunderttausendste Gasmolekühl mit Silizium reagiert. Die Ätzgase können insbesondere Fluoride, z.B. ClF3, BrF3, BrF5, IF5, IF7 sein. Erfindungsgemäß kann hierbei eine Erhöhung der Ätzrate um einen Faktor 2 bis 5 erreicht werden. Hierbei werden vorzugsweise Prozessdrücke zwischen 0,01 mbar und 100 mbar angewendet.
- Die deutlich erhöhte Ätzrate ermöglicht zusätzlich eine erhöhte Freiheit in der Design-Auslegung von mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteilen und eine deutlich verkürzte Prozesszeit bei dem Opferschichtätzen mit entsprechend verbundener Kostenreduktion.
- Weiterhin können die erfindungsgemäß verwendeten kleinen Ätzöffnungen relativ leicht in einem nachfolgenden Schritt durch eine Abdeckschicht verschlossen werden, ohne dass das zur Ausbildung der Abdecksicht verwendete Material durch die Ätzöffnungen in die ausgebildete Kaverne tritt. Somit können erfindungsgemäß auch Bauelemente mit einer hermetisch verschlossenen Kaverne bzw. hermetisch verschlossenem Freiraum oder einer vollständigen Verkappung oder einer Membran mit geschlossener Membranfläche, z.B. für einen Massenflusssensor oder einen Drucksensor, hergestellt werden können.
- Zur Ausbildung der Kaverne kann gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung die Maskenschicht direkt abgeschieden und mit den erfindungsgemäßen kleinen Ätzöffnungen strukturiert werden, so dass nachfolgend in an sich bekannter Weise das Ätzgas von außen durch die Ätzöffnungen in die zu ätzende Opferschicht geführt werden kann.
- Gemäß einer hierzu alternativen Ausführung kann zunächst eine untere Maskenschicht aufgetragen und mit relativ großen Ätzzugängen strukturiert werden, auf die nachfolgend eine permeable bzw. poröse Schicht aufgetragen wird, die die freigelegten Ätzzugänge bedeckt. Die permeable bzw. poröse Schicht weist hierbei die als Ätzöffnungen dienenden Poren, insbesondere Mikro- oder Nanoporen, auf. Die Poren können direkt bei dem Auftragen der permeablen Schicht ausgebildet werden, oder es kann zunächst eine Bedeckungsschicht aufgetragen werden, in die durch geeignete Verfahren nachträglich die als Ätzöffnungen dienenden Poren ausgebildet werden.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Die Figuren zeigen den Prozessablauf der Herstellungsverfahrens. Es zeigen:
-
1 einen ersten Prozessschritt einer ersten Ausführungsform nach Aufbringen und Strukturieren einer Ätzmaske mit Atzöffnungen; -
2 einen nachfolgenden Prozessschritt nach selektivem Ätzen einer Kaverne; -
3 einen ersten Prozessschritt einer weiteren Ausführungsform nach Aufbringen und Strukturieren einer Ätzmaske mit größeren Ätzzugängen; -
4 einen nachfolgenden Prozessschritt nach Aufbringen einer permeablen Schicht mit als Ätzöffnungen dienenden Poren; -
5 einen nachfolgenden Prozessschritt nach selektiven Ätzen einer Kaverne; -
6 einen gemäß einer weiteren Ausführungsform zwischen den Schritten der3 und4 durchzuführenden Prozessschritt; -
7 ein Halbleiter-Bauelement, das durch einen den2 oder5 folgenden weiteren Prozessschritt hergestellt ist; -
8 ein Messdiagramm der Unterätzweiten in Abhängigkeit der Seitenlänge der quadratischen Ätzöffnung bei einer Ätzzeit von a) 10 Minuten und b) 5 Minuten; -
9 ein Messdiagramm einer optimalen Ätzöffnungsgröße für ein Ätzratenmaximum in Abhängigkeit von dem Produkt aus Druck und Zeit. - Eine zu ätzende Silizium-Schicht
1 kann z.B. kristallines oder polykristallines Silizium aufweisen. Als Schicht1 kann direkt ein Substrat oder eine weitere Siliziumschicht dienen, z.B. eine LPCVD (low pressure chemical vapor deposition)- bzw. Epi-Poly-Siliziumschicht. Die Schicht1 dient hierbei als Opferschicht für den späteren Ätzvorgang. Auf die Oberfläche2 der zu ätzenden Schicht1 wird in an sich bekannter Weise eine Maskenschicht3 aus einem gegenüber dem später verwendeten Ätzgas ClF3 resistenten Material ausgebildet oder aufgebracht, z.B. ein Oxid, Nitrid, Photolack, Metall usw. - Anschließend wird die Ätzmaske
3 in an sich bekannter Weise z.B. durch bekannte Lithographiemethoden und/oder Nass- oder Trockenätzverfahren strukturiert, so dass Ätzöffnungen4 in der Maskenschicht3 ausgebildet werden. - Nachfolgend wird gemäß
2 mit einem das Silizium mit einer geringen Effizienz von ca. 10–3 bis 10–5 spontan ohne Plasma-Anregung ätzenden Ätzgas G, insbesondere ClF3, aber auch z.B. BrF3, BrF5, IF5, IF7, eine Kaverne5 in der Schicht1 unter der Ätzmaske3 geätzt, wobei vorzugsweise vorzugsweise Prozessdrücke zwischen 0,01 mbar und 100 mbar angewendet werden. Hierdurch wird ein Bereich13 der Maskenschicht3 und gegebenenfalls weiterer, nicht gezeigter Schichten zur Ausbildung einer Mikrostruktur unterätzt. Es wird somit ein mikrostrukturiertes Bauelement8 mit einem unterätzten Bereich13 , die z.B. als Membran13 dienen kann, geschaffen. - Bei der Ausführungsform der
1 ,2 werden die Ätzöffnungen4 direkt mit dem erfindungsgemäßen gemittelten Durchmesser ausgebildet. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung können Ätzöffnungen bzw. Strukturgrößen in der Ätzmaske3 zwischen 0,05 μm und 2 μm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 1 μm mittels Elektronenstrahllithographie, Röntgenlithographie und/oder extrem tiefer UV-Strahlungs-Lithographie erzeugt werden. - Gemäß der Ausführungsform der
3 bis5 wird wiederum in3 zunächst auf der zu ätzenden Schicht1 die Ätzmaske3 abgeschieden und nachfolgend mit bekannten Methoden, z.B. Lithographie und/oder Trocken- oder Nassätzprozessen strukturiert. Hierbei werden relativ große Ätzzugänge6 in der Ätzmaske3 in der Größenordnung von z.B. einem bis mehreren Mikrometern ausgebildet. - Nachfolgend wird gemäß
4 eine permeable Schicht7 abgeschieden, welche kleine Poren9 , insbesondere Mikro- oder Nanoporen9 , aufweist. Hierdurch kann die effektive freie Ätzfläche in den Ätzzugängen6 entsprechend drastisch auf die Bereiche der Poren9 innerhalb der Ätzzugänge6 reduziert werden. Die Poren9 auf der Ätzmaske3 außerhalb der Ätzzugänge6 sind hierbei ohne Bedeutung. - Nachfolgend wird gemäß
5 wiederum gemäß den bei der ersten Ausführungsform genannten Bedingungen Ätzgas G durch die Ätzzugänge6 und Poren9 innerhalb der Ätzzugänge6 geführt, so dass in der Schicht1 eine Kaverne5 ausgebildet wird. Hierdurch wird das mikrostrukturierte Bauelement14 mit einem z.B. als Membran dienenden unterätzten Bereich13 geschaffen. - Um von
3 zu4 zu gelangen, kann gemäß dieser Ausführungsform direkt die permeable bzw. poröse Schicht7 ausgebildet werden. Alternativ hierzu kann von3 ausgehend zunächst gemäß6 eine dünne Bedeckungsschicht15 ohne Poren aufgetragen werden, in die nachfolgend die Poren9 der4 ausgebildet werden. - Für die permeable Schicht
7 bzw. die zwischendurch erzeugte Bedeckungsschicht15 können erfindungsgemäß z.B. eingesetzt werden: 10–200 nm dünnes PECVD-Oxid auf der Basis von Silan (SlH4) mit O2, N2O oder anderen Oxidationsmitteln, 10–200 nm dünnes PECVD- oder LPCVD-Nitrid. Die gewünschte Permeabilität des Nitrids kann hierbei gemäß6 ,4 durch eine entsprechende Nachbehandlung erreicht werden, beispielsweise, indem das LPCVD-Nitrid nachfolgend ganz oder teilweise unter Florwasserstoff (HF) zu Silikat wie SiF6(NH4)2 umgewandelt wird, das als durchgehende Schicht permeabel ist. Weiterhin kann als Material der Schicht7 10–200 nm dünne Polymerfilme aus einer Plasmaabscheidung, z.B. Aluminiumfluorid oder organische Verbindungen wie beispielsweise aus C4F8-Prozessen oder ähnlichen, dünne gesputterte oder aufgedampfte Metalle wie Gold, Aluminium, AlSiCu usw. verwendet werden. Bei der Verwendung von AlSiCu kann das selektive Herauslösen von Silizium oder Kupferausscheidungen zur Herstellung einer Mikroporösität verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, dünne LPCVD-Siliziumfilme von 50–200 nm als Bedeckungsschicht15 auf dem mikroskopischen Ätzzugang6 zu erzeugen, die vor dem ClF3-Äzten kurz anoxidiert werden, z.B. als thermisches Oxid dünner als 50 nm. Durch die Oxidation wird der Film hierbei gegen den Angriff von ClF3 teilweise passiviert. - Weiterhin können als Material der permeablen Schicht
7 Fotolacke mit Siliziumanteil in der Polymerkette, BCB (Butylcyclobuten), poröse dielektrische Schichten aus Aufdampf- oder Schleuderverfahren verwendet werden. - Weiterhin kann die permeable Schicht
7 ausgebildet werden durch Auftragen von zwei verschiedenen, in einer gemeinsamen oder verschiedenen Lösungsmitteln gelösten Polymeren als Bedeckungsschicht15 , woraufhin das eine oder die mehreren Lösungsmittel verdampft werden, und eines der beiden Polymere selektiv gegen das andere aus der gebildeten Schicht herausgelöst wird. - Die Bauelemente
8 ,14 können direkt verwendet werden. Weiterhin kann bei beiden Ausführungsformen nachfolgend eine Abschlussschicht16 abgeschieden werden, die die Ätzöffnungen4 bzw. die Mikro- oder Nanoporen9 hermetisch abdichtet. Hierzu kann ein CVD- oder Sputterverfahren verwendet werden, das lediglich diese feinen Ätzöffnungen4 bzw. Poren9 abdichtet, ohne das eine Abscheidung des verwendeten Materials in die Kaverne5 unter der Maskenschicht3 erfolgt. Es kann somit ein Bauelement19 mit einer Membran13 mit geschlossener Membranfläche, z.B. für einen Massen flusssensor oder einen Drucksensor, hergestellt werden. - Die
8 und9 zeigen Messergebnisse von unterätzten Kavernen5 , die bei Bauelementen der Ausführungsform der1 und2 bei jeweils einer Ätzöffnung4 und einer Substrattemperatur von –20° C ermittelt worden sind.8 zeigt hierbei die in den jeweiligen Kavernen5 in <110>-Kristallrichtung des Silizium-Substrats1 gemessenen Unterätzweiten u in μm in Abhängigkeit von der jeweiligen Seitenlänge a der quadratischen Ätzöffnung4 bei einer Ätzzeit t = 10 Minuten (durch Interpolation gebildete Messkurve a) und einer Ätzzeit t = 5 Minuten (durch Interpolation gebildete Messkurve b). Bei Messkurve a ergibt sich ein Maximum bei a = 0,8 μm, bei Messkurve b ein Maximum bei a = 0,4 μm. -
9 zeigt die Abhängigkeit des Ätzratenmaximums von dem Produkt p·t aus Ätzdruck p und Ätzzeit t. Aufgetragen ist die optimale Kantenlänge a in μm der Ätzöffnung4 , bei der ein Ätzratenmaximum ermittelt wird, in Abhängigkeit von dem Produkt p·t in mbar·Minuten. Hierbei sind mit dem Symbol + Messwerte bei einem Druck von 6,8 mbar und mit dem Symbol x Messwerte bei einem Druck von 10 mbar gekennzeichnet.
Claims (27)
- Verfahren zum Herstellen eines mikrostrukturierten Bauelementes, mit mindestens folgenden Schritten: Ausbilden mindestens einer strukturierten Maske (
3 ;3 ,7 ) mit mindestens einer Ätzöffnung (4 ,9 ) auf einer Opferschicht (1 ), Einbringen eines Ätzgases (G) durch die Ätzöffnung (4 ,9 ) und Ätzen einer Kaverne (5 ) in der Opferschicht (1 ) unterhalb der Ätzöffnung (4 ,9 ) in einem Ätzschritt, wobei der gemittelte Durchmesser (d) der Ätzöffnung (4 ,9 ) in einem Bereich von 0,05 μm bis 5 μm liegt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemittelte Durchmesser (d) der mindestens einen Ätzöffnung (
4 ,9 )) in einem Bereich von 0,05 μm bis unterhalb des doppelten Wertes eines Idealwertes (di) liegt, der sich in Abhängigkeit des Ätzdruckes (p) und der Ätzzeit (t) des Ätzschrittes durch die Gleichung - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemittelte Durchmesser (d) der Ätzöffnung (
4 ,9 ) innerhalb eines Bereichs von 1 μm, insbesondere 0,3 μm, um den Idealwert (di) herum liegt. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ätzöffnungen (
4 ,9 ) vorgesehen sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass die Maske (
3 ) mit der Ätzöffnung (4 ) ausgebildet wird, indem eine Maskenschicht (3 ) auf die Opferschicht (1 ) aufgetragen wird und nachfolgend die Ätzöffnung (4 ) durch Strukturierung ausgebildet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (
3 ,7 ) mit den Ätzöffnungen (9 ) ausgebildet wird, indem auf die Opferschicht (1 ) eine Maskenschicht (3 ) aufgetragen wird, mindestens ein Ätzzugang (6 ) strukturiert wird, und auf die Maskenschicht (3 ) und den mindestens einen Ätzzugang (6 ) eine permeable Schicht (7 ) mit als Ätzöffnungen dienenden Poren (9 ) ausgebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die permeable Schicht (
7 ) mit den Poren (9 ) ausgebildet wird, indem zunächst eine Bedeckungsschicht (15 ) auf die Maskenschicht (3 ) aufgetragen wird und nachfolgend die Poren (9 ) in der Bedeckungsschicht (15 ) ausgebildet werden. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Bedeckungsschicht (
15 ) ein LPCVD- oder PECVD-Nitrid aufgetragen wird und die Poren (9 ) ausgebildet werden, in dem Florwasserstoff (HF) zugeführt wird und in der Bedeckungsschicht (15 ) ganz oder bereichsweise SiF6(NH4)2 ausgebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Bedeckungsschicht (
15 ) AlSiCu aufgetragen wird und nachfolgend die Poren (9 ) durch selektives Herauslösen von Silizium- und/oder Kupferausscheidungen ausgebildet werden. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Bedeckungsschicht (
15 ) ein LPCVD-Siliziumfilm mit einer Dicke von 50– 200 nm aufgetragen wird und nachfolgend die Poren (9 ) durch Oxidieren, z.B. Anoxidieren, der Bedeckungsschicht (15 ) ausgebildet werden. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die permeable Schicht (
7 ) ausgebildet wird durch Auftragen von zwei verschiedenen, in einer gemeinsamen oder verschiedenen Lösungsmitteln gelösten Polymeren, das eine oder die beiden Lösungsmittel verdampft werden, und eines der beiden Polymere selektiv gegen das andere aus der gebildeten Bedeckungsschicht (15 ) herausgelöst wird. - Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die permeable Schicht (
7 ) aus einem Material der folgenden Gruppe ausgebildet wird: Fotolack mit Siliziumanteil in der Polymerkette, BCB, poröse dielektrische Schicht aus Aufdampf- oder Schleuderverfahren, gesputterte oder aufgedampfte Metallschicht, PECVD-Oxid auf der Basis von Silan mit einem Oxidationsmittel, z.B. O2 oder N2O. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend eine Abdeckschicht (
16 ) auf die strukturierte Maske (3 ;3 ,7 ) aufgetragen wird, die die Ätzöffnungen (4 ,9 ) bedeckt. - Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschicht (
16 ) durch einen CVD- oder Sputterschritt ausgebildet wird. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu ätzende Opferschicht (
1 ) aus Silizium ausgebildet ist und das Ätzgas (G) das Silizium mit einer geringen Effizienz von ca. 10–3 bis 10–5 spontan ohne Plasma-Anregung ätzt. - Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzgas (G) ein Interhalogen, z.B. ClF3, BrF3, BrF5, IF5 oder IF7, ist.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ätzschritt Prozessdrücke zwischen 0,01 mbar und 100 mbar angewendet werden.
- Mikrostrukturiertes Bauelement, das aufweist: eine Opferschicht (
1 ), eine in der Opferschicht (1 ) ausgebildete Kaverne (5 ), eine auf der Opferschicht (1 ) ausgebildete, die Kaverne (5 ) bedeckende Maskenschicht (3 ;3 ,7 ), die mindestens eine Ätzöffnung (4 ,9 ) aufweist, wobei die mindestens eine Ätzöffnung (4 ,9 ) einen Durchmesser zwischen 0,05 μm und 5 μm aufweist. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ätzöffnung (
4 ,9 ) einen Durchmesser von 0,05 μm bis 4 μm, insbesondere von 0,05 μm bis 3 μm, z.B. von 0,05 μm bis 2 μm, beispielsweise 0,05 μm bis 1 μm aufweist. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ätzöffnungen (
4 ,9 ) vorgesehen sind. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Opferschicht (
1 ) genau eine Maskenschicht (3 ) ausgebildet ist, in der die mindestens eine Ätzöffnung (4 ) ausgebildet ist. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Maskenschicht (
3 ) mit mindestens einem größeren Ätzzugang (6 ) und eine auf der Masken schicht (3 ) und dem Ätzzugang (6 ) aufgetragene permeable Schicht (7 ) mit Poren (9 ) aufweist, und die Poren (9 ) der permeablen Schicht (7 ) die Ätzöffnungen (9 ) bilden. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die permeable Schicht (
7 ) eine Dicke von 10 nm–200 nm aufweist und aus einem der folgenden Materialien hergestellt ist: einem LPCVD-Nitrid oder PECVD-Nitrid mit Silikatausscheidungen, z.B. SiF6(NH4)2, einem Polymerfilm aus einer Plasmaabscheidung, z.B. AlF3, einer organischen Verbindung, z.B. Butylcyclobuten, einer aufgesputterten oder aufgedampften Metallschicht, z.B. Au, Al oder AlSiCu mit Silizium- oder Kupferausscheidungen, einem anoxidiertem LPCVD-Silizium mit thermischen Oxid dünner als 50 nm, einem Fotolack mit Siliziumanteil in einer Polymerkette, einer porösen dielektrischen Schicht aus einem Aufdampf- oder Schleuderverfahren. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Maske (
3 ;3 ,7 ) eine Abdeckschicht (16 ) aufgetragen ist, die die mindestens eine Ätzöffnung (4 ,9 ) verschließt. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschicht (
16 ) als CVD-Schicht oder Sputterschicht aufgetragen ist. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Kaverne (
5 ) ausgebildeten Schichten (3 ;3 ,7 ;3 ,7 ,16 ) eine Membran (13 ) bilden. - Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Beschleunigungssensor, Drehratensensor oder Massenflusssensor ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2003155395 DE10355395A1 (de) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Bauelementes und hierdurch hergestelltes mikrostrukturiertes Bauelement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2003155395 DE10355395A1 (de) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Bauelementes und hierdurch hergestelltes mikrostrukturiertes Bauelement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10355395A1 true DE10355395A1 (de) | 2005-06-30 |
Family
ID=34625288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2003155395 Ceased DE10355395A1 (de) | 2003-11-25 | 2003-11-25 | Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Bauelementes und hierdurch hergestelltes mikrostrukturiertes Bauelement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10355395A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2926294A1 (fr) * | 2008-01-16 | 2009-07-17 | Commissariat Energie Atomique | Procede de realisation de cavites d'air dans des microstructures |
| US7604750B2 (en) * | 2005-07-08 | 2009-10-20 | Magnachip Semiconductor, Ltd. | Method for fabricating semiconductor device |
-
2003
- 2003-11-25 DE DE2003155395 patent/DE10355395A1/de not_active Ceased
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7604750B2 (en) * | 2005-07-08 | 2009-10-20 | Magnachip Semiconductor, Ltd. | Method for fabricating semiconductor device |
| FR2926294A1 (fr) * | 2008-01-16 | 2009-07-17 | Commissariat Energie Atomique | Procede de realisation de cavites d'air dans des microstructures |
| EP2080734A1 (de) | 2008-01-16 | 2009-07-22 | Commissariat a L'Energie Atomique | Herstellungsverfahren von Lufthohlräumen in Mikrostrukturen |
| US8231797B2 (en) | 2008-01-16 | 2012-07-31 | Commissariat A L'energie Atomique | Process for producing air gaps in microstructures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69301820T2 (de) | Anorganische membran für mikrofiltration und verfahren zu ihrer herstellung | |
| EP1648597B1 (de) | Filterelement und verfahren zu dessen herstellung | |
| Kaltsas et al. | Frontside bulk silicon micromachining using porous-silicon technology | |
| EP2084102B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauelementes mit einer dünnschicht-verkappung | |
| DE19752208A1 (de) | Thermischer Membransensor und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| EP1532071B1 (de) | Schichtsystem mit einer siliziumschicht und einer passivierschicht, verfahren zur erzeugung einer passivierschicht auf einer siliziumschicht und deren verwendung | |
| DE102008042450A1 (de) | Verfahren zum Strukturieren von Siliziumcarbid mittels fluorhaltiger Verbindungen | |
| DE102013209266A1 (de) | Bauelement mit einem Hohlraum | |
| DE102004010295A1 (de) | Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren | |
| DE10355395A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Bauelementes und hierdurch hergestelltes mikrostrukturiertes Bauelement | |
| DE10161202C1 (de) | Verfahren zur Reduktion der Dicke eines Silizium-Substrates | |
| WO2014095668A1 (de) | Verfahren zum aufbringen einer temporärbondschicht | |
| DE102006050188A1 (de) | Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements | |
| WO2004093162A2 (de) | Siliziumsubstrat mit positiven ätzprofilen mit definiertem böschungswinkel und verfahren zur herstellung | |
| DE102013223490A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche | |
| DE19913683A1 (de) | Verfahren zur Herstellung großflächiger Membranmasken | |
| DE10102993A1 (de) | Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauelement | |
| EP3790839B1 (de) | Verfahren zum herstellen einer sequenziereinheit zum sequenzieren eines biochemischen materials | |
| DE10244785A1 (de) | Verfahren und mikromechanisches Bauelement | |
| WO2000022657A1 (de) | Verfahren zur mikrostrukturierung von gläsern | |
| DE102021116587B3 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Ätzmaske, Verfahren zum Ätzen einer Struktur in ein Substrat, Verwendung einer Tetrelschicht | |
| DE102007008380A1 (de) | Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements | |
| WO2025219103A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines nanokanals | |
| EP2850030B1 (de) | Verfahren zur herstellung von arrays hoher ordnung aus mizellen oder nanopartikeln auf einer substratoberfläche | |
| DE102009000048A1 (de) | Mikrotechnisches System und Verfahren zur Herstellung eines mikrotechnischen Systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20120218 |