EP2008497A1 - Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauelements - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines mikromechanischen bauelements

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Publication number
EP2008497A1
EP2008497A1 EP07727181A EP07727181A EP2008497A1 EP 2008497 A1 EP2008497 A1 EP 2008497A1 EP 07727181 A EP07727181 A EP 07727181A EP 07727181 A EP07727181 A EP 07727181A EP 2008497 A1 EP2008497 A1 EP 2008497A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
substrate
membrane
cavity
cavern
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.)
Withdrawn
Application number
EP07727181A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heribert Weber
Christoph Schelling
Stefan Weiss
Nicolaus Ulbrich
Roman Schlosser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2008497A1 publication Critical patent/EP2008497A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00158—Diaphragms, membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2410/00—Microphones

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a micromechanical component with a membrane, with a fixed plate having at least one through-opening, and with a cavity which is formed between the membrane and the plate.
  • the membrane of this device is realized in a layer structure over a substrate.
  • the plate is structured out of the substrate. For this purpose, starting from the back of the component, a cavern is produced in the substrate.
  • Micromechanics opens up the possibility of producing microphones with the smallest dimensions. These devices include a diaphragm whose deflections are detected under sound and converted into electrical signals.
  • European Patent Application EP 1 441 561 A2 describes how a plate with passage openings can be produced under an acoustically active membrane which is formed in a lattice-like or net-like manner with passage openings. This plate serves as a counter electrode, with the aid of which the deflections of the membrane can be detected capacitively.
  • the membrane can be ventilated via the passage openings in the plate and a cavity in the back of the component from below / behind.
  • a cavern in the Created back side of the substrate so as to expose the back of the plate.
  • the top of the membrane is exposed in the layer structure above the substrate.
  • the passage openings in the membrane are already being produced.
  • the thus structured membrane is then masked to create passage openings in the plate. Namely, the substrate material in the region of these passage openings is removed in an anisotropic etching attack, which proceeds from the top side of the component via the passage openings of the membrane.
  • a cavity is created under the membrane, exposing the top of the plate. This is done in an isotropic etching step, in which the etching attack also takes place from the top side of the component via the passage openings of the membrane.
  • the back side of the substrate is provided with a first masking layer, which is structured in accordance with the arrangement and geometry of the cavern to be produced.
  • a second masking layer is applied over this first structured masking layer, which is patterned only in the region of the cavern to be generated, specifically in accordance with the arrangement and geometry of the passage openings in the plate, the back side of which is to be exposed during the creation of the cavern.
  • the so masked back of the substrate is now exposed to an anisotropic etching attack. It will be first Substrate material is removed only in the area of the passage openings to be produced until the second masking layer has been completely etched away.
  • substrate material in the remaining area of the cavern to be produced is weggeatzt until the back of the plate has been exposed.
  • the upper side of the membrane is exposed in an anisotropic etching step, the passage openings in the membrane also being produced.
  • About these fürgangso réelleen in the membrane is then removed with the aid of an isotropically acting etching medium, the substrate material under the membrane. In this case, the top of the plate is exposed and the already structured in the plate fürgangso réelleen be connected to the resulting membrane under the cavity.
  • the cavern and the passage openings in the plate are produced in a common anisotropic etching step, the etching attack starting from the back side of the component.
  • the required masking of the substrate printing side is relatively expensive, since with the two masking different mask shapes must be realized, which must be aligned very closely to each other.
  • the two masking layers must each have a defined thickness, since the topography of the recess produced in this etching attack-both in the area of the passage openings and in the remaining area of the cavern-depends solely on the thickness of the masking layers and the duration of the etching attack.
  • irregularities often occur in the edge regions of the etched recesses during prolonged etching attacks, so that the second method variant is problematic in practice.
  • the present invention proposes a process variant in which the structuring of the passage openings in the plate is independent of any possible
  • At least the bottom of the cavern forming the rear side of the plate is provided with at least one masking layer, which is structured to produce the at least one passage opening, and then removes the substrate material in the region of the passage opening from the back of the plate becomes.
  • the fürgangso réelleen in the plate according to the invention thus generated from the back of the device, taking advantage of the fact that this back-side structuring is independent of the realization of the membrane.
  • the cavern does not necessarily have to be generated in an anisotropic etching step. Rather, an isotropic etching process is also suitable for the first etching step.
  • the inventive method can be well integrated into different manufacturing processes.
  • the inventively proposed equalization of the back side structuring also opens up a greater freedom in the arrangement, dimensioning and geometry of fürgangso réelleen in the plate.
  • the back side of the component structured in the first etching step must be masked. Since the cavern usually extends over a considerable part of the thickness of the substrate, the masking layer must therefore be applied to a topography with relatively large level differences. In this context, it proves to be particularly advantageous one
  • photoresist layer as a masking layer, as by
  • the photoresist layer thus produced is first exposed at least in the bottom region of the cavern, for which purpose advantageously a projection exposure apparatus can be used.
  • a projection exposure apparatus for which purpose advantageously a projection exposure apparatus can be used.
  • subsequent development is particularly suitable for a Spruhillessvon, because so the development medium can be well introduced into the cavern.
  • the substrate material in the region of the passage openings can be removed both in an anisotropic etching step, such as by trenches, and in an isotropic etching step, as long as the substrate material is removed Atzangriff takes place starting from the uncovered back of the plate.
  • the top of the plate is advantageously exposed in an isotropic etching step in which substrate material above the plate is removed.
  • the cavity between the plate and the membrane is also generated. If the etching attack in the context of Vorderacted combintechnik from the top of the device takes place via corresponding openings in the membrane, the cavity can also be created before structuring the fürgangso réelleen in the plate. In this case, the fürgangso réelleen then need not be separately protected against attack of the isotropic etching medium and consequent widening. Alternatively, the etching attack can also take place from the rear side of the component, via the passage openings in the plate.
  • FIGS. 1a to if show a micromechanical component in the individual stages of the production process according to the invention.
  • FIGS. 2 a to 2 c show a variant according to the invention of the method illustrated in FIGS. 1 a to 1 b.
  • CMOS wafer 10 which is to be structured by means of the inventive method.
  • the CMOS wafer 10 comprises a silicon substrate 1 on which there is a layer structure 2 consisting of a plurality of metallic and dielectric layers which, with the exception of the lattice-like metal layer 3, are not to be discussed here. Between the metal layer 3 and the substrate 1 is a dielectric layer 4, through which the metal layer 3 is electrically insulated from the substrate 1.
  • FIG. 1b shows the CMOS wafer 10 after the reverse side has been provided with a lacquer and / or oxide mask 5 for carrying out a deep trench.
  • a cavity 6 is produced in the rear side of the substrate 1, which extends over only a part of the thickness of the substrate 1.
  • the bottom of the cavity 6 thus forms the back side of a plate 7, which is to be structured out of the substrate 1 in the context of the inventive method.
  • the back side of the substrate 1 is provided with a photoresist layer 8, which also extends over the bottom and the side wall of the cavity 6.
  • a Spruhbelackungs vide is used, since so let a relatively gleichclerosisige coverage also in the bottom area of the cavity 6 let achieve.
  • the photoresist layer 8 is patterned in the bottom region of the cavity 6 in order to produce passage openings 9 in the plate 7 in a subsequent anisotropic etching step starting from the back side of the substrate 1.
  • the photoresist layer 8 is first exposed.
  • the photoresist layer 8 is developed, advantageously a Spruhentwickler is used, since such developers can attack in the depth of the cavity 6.
  • FIG. 1 d shows the CMOS wafer 10 after the structure of the photoresist layer 8 has been transferred to the plate 7 and the substrate material has been removed in the area of the passage openings 9 with a trench from the rear side of the plate 7. In addition, the photoresist layer was removed from the wall of the cavity 6.
  • FIG. 1C shows the CMOS wafer 10 after this isotropic etching attack, which can take place both from above, via the passage openings 13 in the lattice structure of the membrane 11, and also from the substrate pressure side via the cavity 6 and the passage openings 9.
  • FIGS. 1a to if A variant of the method illustrated in FIGS. 1a to if will be explained below with reference to FIGS. 2a to 2c.
  • This method variant is based on a CMOS wafer 20, as shown in Fig. Ia.
  • the substrate printing side is masked first in order to produce a cavity 6 in the rear side of the substrate 1 and thus to expose the rear side of a plate 7.
  • the substrate material in the region of the cavity 6 can be removed both in an anisotropic and in an isotropic etching process.
  • the now already structured rear side of the substrate 1 is masked again, in particular in the bottom region of the cavity 6, where passage openings 9 in the plate 7 are to be produced.
  • FIG. 2a shows the CMOS wafer 20 after this process step.
  • FIG. 2a illustrates that in addition to the fürgangso réelleen 9 and a cavity 12 above the plate 7 and a freely movable membrane 21 has formed in the layer structure 2. Accordingly, the device shown in Fig. 2a could be used after this process step, for example, as absolute pressure or relative pressure sensor.
  • FIG. 2b shows a detailed view of the CMOS wafer 20 after a pressure compensation opening 22 has been produced in the membrane 21.
  • the component shown here can be used for example as a microphone.
  • Fig. 2c substantially corresponds to Fig. If and shows the CMOS wafer 20 shown in Fig. 2a, after the top of the membrane 21 has been exposed.
  • the dielectric layers were removed above the membrane 21 in a dry etching process proceeding from the upper side of the component.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements vorgeschlagen, wobei das Bauelement (10) eine Membran (11) , eine feststehende Platte (7) mit mindestens einer Durchgangsöffnung (9) und einen Hohlraum (12) zwischen der Membran (11) und der Platte (7) aufweisen soll. Die Membran (11) wird in einem Schichtaufbau (2) über einem Substrat (1) realisiert, und die Platte (7) wird aus dem Substrat (1) herausstrukturiert, wobei von der Rückseite des Bauelements (10) ausgehend eine Kaverne (6) im Substrat (1) erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach zu realisieren und ermöglicht eine präzise Strukturierung der Durchgangsöffnungen (9) in der Platte (7) unabhängig von etwaigen Durchgangsöffnungen in der Membran (11). Dazu wird zumindest der die Rückseite der Platte (7) bildende Boden der Kaverne (6) mit mindestens einer Maskierschicht (8) versehen, die zum Erzeugen der mindestens einen Durchgangsöffnung (9) strukturiert wird. Dann wird das Substratmaterial im Bereich der Durchgangsöffnung (9) von der Rückseite der Platte (7) ausgehend entfernt.

Description

Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen
Bauelements
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements mit einer Membran, mit einer feststehenden Platte, die mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist, und mit einem Hohlraum, der zwischen der Membran und der Platte ausgebildet ist. Die Membran dieses Bauelements wird in einem Schichtaufbau über einem Substrat realisiert. Die Platte wird aus dem Substrat herausstrukturiert. Dazu wird von der Rückseite des Bauelements ausgehend eine Kaverne im Substrat erzeugt.
Die Mikromechanik eröffnet die Möglichkeit Mikrofone mit kleinsten Abmessungen herzustellen. Diese Bauelemente umfassen eine Membran, deren Auslenkungen unter Schalleinwirkung erfasst und in elektrische Signale umgewandelt werden. In der europäischen Patentanmeldung EP 1 441 561 A2 wird beschrieben, wie unter einer akustisch aktiven Membran, die gitter- oder netzartig mit Durchgangsöffnungen ausgebildet ist, eine Platte mit Durchgangsöffnungen erzeugt werden kann. Diese Platte dient zum einen als Gegenelektrode, mit deren Hilfe die Auslenkungen der Membran kapazitiv erfasst werden können. Zum anderen kann die Membran über die Durchgangsöffnungen in der Platte und eine Kaverne in der Rückseite des Bauelements von unten/hinten belüftet werden.
Gemäß einer ersten in der EP 1 441 561 A2 beschriebenen Verfahrensvariante wird zunächst eine Kaverne in der Ruckseite des Substrats erzeugt, um so die Ruckseite der Platte freizulegen. Anschließend wird die Oberseite der Membran im Schichtaufbau über dem Substrat freigelegt. Dabei werden auch bereits die Durchgangsoffnungen in der Membran erzeugt. Die so strukturierte Membran wird dann zum Erzeugen von Durchgangsoffnungen in der Platte maskiert. Das Substratmaterial im Bereich dieser Durchgangsoffnungen wird nämlich in einem anisotropen Atzangriff entfernt, der von der Oberseite des Bauelements ausgehend über die Durchgangsoffnungen der Membran erfolgt. Nachdem die Maskierschicht auf der Membran entfernt worden ist, wird ein Hohlraum unter der Membran erzeugt, wobei die Oberseite der Platte freigelegt wird. Dies erfolgt in einem isotropen Atzschritt, bei dem der Atzangriff ebenfalls von der Oberseite des Bauelements ausgehend über die Durchgangsoffnungen der Membran erfolgt.
Da der Atzangriff zum Erzeugen der Durchgangsoffnungen in der Platte über die Durchgangsoffnungen der Membran erfolgt, ist die Position der Durchgangsoffnungen in der Platte an das Raster der Durchgangsoffnungen in der Membran gebunden.
Gemäß einer zweiten in der EP 1 441 561 A2 offenbarten Verfahrensvariante wird die Ruckseite des Substrats mit einer ersten Maskierschicht versehen, die entsprechend der Anordnung und Geometrie der zu erzeugenden Kaverne strukturiert wird. Über dieser ersten strukturierten Maskierschicht wird eine zweite Maskierschicht aufgebracht, die lediglich im Bereich der zu erzeugenden Kaverne strukturiert wird, und zwar entsprechend der Anordnung und Geometrie der Durchgangsoffnungen in der Platte, deren Ruckseite beim Erzeugen der Kaverne freigelegt werden soll. Die so maskierte Ruckseite des Substrats wird nun einem anisotropen Atzangriff ausgesetzt. Dabei wird zunächst lediglich im Bereich der zu erzeugenden Durchgangsoffnungen Substratmaterial entfernt, bis die zweite Maskierschicht vollständig weggeatzt worden ist. Dann wird auch Substratmaterial im übrigen Bereich der zu erzeugenden Kaverne weggeatzt, solange bis die Ruckseite der Platte freigelegt worden ist. Nach dieser Strukturierung der Substratruckseite wird die Oberseite der Membran in einem anisotropen Atzschritt freigelegt, wobei auch die Durchgangsoffnungen in der Membran erzeugt werden. Über diese Durchgangsoffnungen in der Membran wird dann mit Hilfe eines isotrop wirkenden Atzmediums das Substratmaterial unter der Membran entfernt. Dabei wird die Oberseite der Platte freigelegt und die bereits in der Platte strukturierten Durchgangsoffnungen werden an den unter der Membran entstehenden Hohlraum angeschlossen.
Gemäß dieser zweiten Verfahrensvariante werden die Kaverne und die Durchgangsoffnungen in der Platte in einem gemeinsamen anisotropen Atzschritt erzeugt, wobei der Atzangriff von der Ruckseite des Bauelements ausgeht. Die hierfür erforderliche Maskierung der Substratruckseite ist relativ aufwandig, da mit den beiden Maskierschichten unterschiedliche Maskenformen realisiert werden müssen, die sehr genau zueinander ausgerichtet werden müssen. Zusatzlich müssen die beiden Maskierschichten jeweils eine definierte Dicke aufweisen, da die Topographie der bei diesem Atzangriff erzeugten Ausnehmung - sowohl im Bereich der Durchgangsoffnungen als auch im übrigen Bereich der Kaverne - einzig von der Dicke der Maskierschichten und der Dauer des Atzangriffs abhangt. Außerdem treten bei längeren Atzangriffen häufig Unregelmäßigkeiten in den Randbereichen der Atzausnehmungen auf, so dass die zweite Verfahrensvariante in der Praxis problembehaftet ist. Vorteile der Erfindung
Davon ausgehend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Verfahrensvariante vorgeschlagen, bei der die Strukturierung der Durchgangsoffnungen in der Platte unabhängig von etwaigen
Durchgangsoffnungen in der Membran erfolgt. Die erfindungsgemaße Verfahrensvariante ermöglicht zudem eine präzise Strukturierung der Durchgangsoffnungen und ist einfach zu realisieren.
Dies wird erfindungsgemaß dadurch erreicht, dass zumindest der die Ruckseite der Platte bildende Boden der Kaverne mit mindestens einer Maskierschicht versehen wird, die zum Erzeugen der mindestens einen Durchgangsoffnung strukturiert wird, und dass das Substratmaterial im Bereich der Durchgangsoffnung dann von der Ruckseite der Platte ausgehend entfernt wird.
Die Durchgangsoffnungen in der Platte werden erfindungsgemaß also von der Ruckseite des Bauelements ausgehend erzeugt, wobei ausgenutzt wird, dass diese Ruckseitenstrukturierung unabhängig ist von der Realisierung der Membran. Im Unterschied zu der zweiten in der EP 1 441 561 A2 beschriebenen Verfahrensvariante wird erfindungsgemaß vorgeschlagen die Ruckseitenstrukturierung zu entzerren, indem in einem ersten Atzschritt nur eine Kaverne erzeugt wird, um die Ruckseite der Platte freizulegen, und indem in einem davon unabhängigen zweiten Atzschritt die Durchgangsoffnungen in der Platte erzeugt werden. In diesem Fall muss die Kaverne nicht unbedingt in einem anisotropen Atzschritt erzeugt werden. Vielmehr kommt auch ein isotropes Atzverfahren für den ersten Atzschritt in Frage. Dasselbe trifft auch für den zweiten Atzschritt zu. Aufgrund dieser Freiheit bei der Wahl der Atzverfahren kann das erfindungsgemaße Verfahren gut in unterschiedliche Herstellungsprozesse integriert werden. Die erfindungsgemaß vorgeschlagene Entzerrung der Ruckseitenstrukturierung eröffnet zudem eine größere Freiheit bei der Anordnung, Dimensionierung und Geometrie der Durchgangsoffnungen in der Platte.
Gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren muss die im ersten Atzschritt strukturierte Ruckseite des Bauelements maskiert werden. Da sich die Kaverne in der Regel über einen betrachtlichen Teil der Dicke des Substrats erstreckt, muss die Maskierschicht also auf eine Topographie mit relativ großen Niveauunterschieden aufgebracht werden. In diesem Zusammenhang erweist es sich als besonders vorteilhaft eine
Fotolackschicht als Maskierschicht vorzusehen, da sie durch
Spruhbelackung auf die strukturierte Ruckseite des
Bauelements und insbesondere auch auf den Boden und die
Seitenwandung der Kaverne aufgebracht werden kann. Durch Spruhbelackung lassen sich nämlich auch Oberflachen mit großen Niveauunterschieden sehr gleichmaßig beschichten.
Zur Strukturierung wird die so erzeugte Fotolackschicht zunächst zumindest im Bodenbereich der Kaverne belichtet, wozu vorteilhafterweise ein Projektionsbelichter eingesetzt werden kann. Zum anschließenden Entwickeln eignet sich besonders ein Spruhentwicklungsverfahren, weil so das Entwicklungsmedium gut in die Kaverne eingebracht werden kann .
Wie bereits angedeutet, kann das Substratmaterial im Bereich der Durchgangsoffnungen erfindungsgemaß sowohl in einem anisotropen Atzschritt, wie z.B. durch Trenchen, entfernt werden, als auch in einem isotropen Atzschritt, solange der Atzangriff von der freigelegten Ruckseite der Platte ausgehend erfolgt.
Die Oberseite der Platte wird vorteilhafterweise in einem isotropen Atzschritt freigelegt, bei dem Substratmaterial oberhalb der Platte entfernt wird. Dabei wird im übrigen auch der Hohlraum zwischen der Platte und der Membran erzeugt. Wenn der Atzangriff im Rahmen der Vorderseitenprozessierung von der Oberseite des Bauelements ausgehend über entsprechende Offnungen in der Membran erfolgt, kann der Hohlraum auch vor der Strukturierung der Durchgangsoffnungen in der Platte erzeugt werden. In diesem Fall müssen die Durchgangsoffnungen dann nicht gesondert gegen einen Angriff des isotropen Atzmediums und ein dadurch bedingtes Aufweiten geschützt werden. Alternativ kann der Atzangriff auch von der Ruckseite des Bauelements ausgehend über die Durchgangsoffnungen in der Platte erfolgen. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die Durchgangsoffnungen in der Platte zusammen mit dem Hohlraum zwischen der Membran und der Platte in einem gemeinsamen Prozess, d.h. auf einer Anlage, erzeugt werden können. Dies fuhrt zu einer deutlichen Zeitersparnis im Fertigungsprozess und zu einer Reduzierung der Herstellungskosten für das Bauelement nicht zuletzt auch aufgrund einer besseren Anlagennutzung.
Zeichnungen
Wie bereits voranstehend ausfuhrlich erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung von zwei Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen .
Die Figuren Ia bis If zeigen ein mikromechanisches Bauelement in den einzelnen Stadien des erfindungsgemaßen Herstellungsverfahrens .
Die Figuren 2a bis 2c zeigen eine erfindungsgemaße Variante des in den Figuren Ia bis If dargestellten Verfahrens.
Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele
In Fig. Ia ist ein CMOS Wafer 10 dargestellt, der mit Hilfe des erfindungsgemaßen Verfahrens strukturiert werden soll. Der CMOS Wafer 10 umfasst ein Siliziumsubstrat 1, auf dem sich ein Schichtaufbau 2 bestehend aus mehreren metallischen und dielektrischen Schichten befindet, die hier mit Ausnahme der gitterartig ausgebildeten Metallschicht 3 nicht naher erörtert werden sollen. Zwischen der Metallschicht 3 und dem Substrat 1 befindet sich eine dielektrische Schicht 4, durch die die Metallschicht 3 gegenüber dem Substrat 1 elektrisch isoliert ist.
Fig. Ib zeigt den CMOS Wafer 10, nachdem die Ruckseite mit einer Lack- und/oder Oxidmaske 5 zur Durchfuhrung eines Tieftrenchs versehen worden ist. In diesem anisotropen Atzschritt wird eine Kaverne 6 in der Ruckseite des Substrats 1 erzeugt, die sich nur über einen Teil der Dicke des Substrats 1 erstreckt. Der Boden der Kaverne 6 bildet so die Ruckseite einer Platte 7, die im Rahmen des erfindungsgemaßen Verfahrens aus dem Substrat 1 herausstrukturiert werden soll. Dazu wird die Ruckseite des Substrats 1 mit einer Fotolackschicht 8 versehen, die sich auch über den Boden und die Seitenwandung der Kaverne 6 erstreckt. Dazu wird ein Spruhbelackungsverfahren verwendet, da sich so eine relativ gleichmaßige Bedeckung auch im Bodenbereich der Kaverne 6 erzielen lasst. Wie in Fig. Ic dargestellt, wird die Fotolackschicht 8 im Bodenbereich der Kaverne 6 strukturiert, um in einem anschließenden von der Ruckseite des Substrats 1 ausgehenden anisotropen Atzschritt Durchgangsoffnungen 9 in der Platte 7 zu erzeugen. Zur Strukturierung wird die Fotolackschicht 8 zunächst belichtet. Für die Belichtung im Bodenbereich der Kaverne 6 eignet sich besonders ein Proj ektionsbelichter . Anschließend wird die Fotolackschicht 8 entwickelt, wobei vorteilhafterweise ein Spruhentwickler verwendet wird, da derartige Entwickler auch in der Tiefe der Kaverne 6 angreifen können.
Fig. Id zeigt den CMOS Wafer 10, nachdem die Struktur der Fotolackschicht 8 auf die Platte 7 übertragen worden ist und das Substratmaterial im Bereich der Durchgangsoffnungen 9 mit einem Trencher von der Ruckseite der Platte 7 ausgehend entfernt worden ist. Außerdem wurde die Fotolackschicht von der Wandung der Kaverne 6 entfernt.
Im hier beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel erfolgt nun ein Atzangriff von der Oberseite des CMOS Wafers 10 ausgehend, was durch die Pfeile in Fig. Ie angedeutet wird. Dabei wird im Bereich über der Kaverne 6 die Metallschicht 3 freigelegt, die die oberste Schicht einer gitterartigen Membran 11 bildet. Außerdem werden die Durchgangsoffnungen 13 in dieser Membran 11 erzeugt. Schließlich wird in einem isotropen Atzschritt ein Hohlraum 12 erzeugt, indem Substratmaterial aus dem Bereich zwischen der Membran 11 und der Platte 7 entfernt wird. Dabei werden zum einen die Unterseite der Membran 11 und die Oberseite der Platte 7 freigelegt. Zum anderen wird die Kaverne 6 über die Durchgangsoffnungen 9 an den Hohlraum 12 angeschlossen. Fig. If zeigt den CMOS Wafer 10 nach diesem isotropen Atzangriff, der sowohl von oben, über die Durchgangsoffnungen 13 in der Gitterstruktur der Membran 11 erfolgen kann als auch von der Substratruckseite ausgehend über die Kaverne 6 und die Durchgangsoffnungen 9.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 2a bis 2c eine Variante des in den Figuren Ia bis If dargestellten Verfahrens erläutert.
Auch diese Verfahrensvariante geht von einem CMOS Wafer 20 aus, wie er in Fig. Ia dargestellt ist. Analog zu Fig. Ib wird auch hier zunächst die Substratruckseite maskiert, um eine Kaverne 6 in der Ruckseite des Substrats 1 zu erzeugen und so die Ruckseite einer Platte 7 freizulegen. An dieser Stelle sei nochmals angemerkt, dass das Substratmaterial im Bereich der Kaverne 6 sowohl in einem anisotropen als auch in einem isotropen Atzprozess entfernt werden kann. Wie in Fig. Ic dargestellt wird die nun bereits strukturierte Ruckseite des Substrats 1 abermals maskiert, und zwar insbesondere im Bodenbereich der Kaverne 6, wo Durchgangsoffnungen 9 in der Platte 7 erzeugt werden sollen.
Im Unterschied zu der in Verbindung mit den Figuren Ia bis If beschriebenen Verfahrensvariante erfolgt die Strukturierung der Durchgangsoffnungen 9 hier zusammen mit der Ausbildung eines Hohlraums 12 über der Platte 7 in einem Prozessschritt, der in einem Trencher durchgeführt wird. Zunächst werden die Durchgangsoffnungen 9 als Flachtrench, also in einem anisotropen Atzverfahren, realisiert. Der letzte Atzzyklus im Trencher wird dann allerdings isotrop ausgeführt. Dabei wird auch Substratmaterial aus dem Bereich zwischen dem Schichtaufbau 2 und der Platte 7 entfernt. Fig. 2a zeigt den CMOS Wafer 20 nach diesem Prozessschritt. Insbesondere die Detailansicht von Fig. 2a verdeutlicht, dass neben den Durchgangsoffnungen 9 und einem Hohlraum 12 über der Platte 7 auch eine frei bewegliche Membran 21 im Schichtaufbau 2 entstanden ist. Demnach konnte das in Fig. 2a dargestellte Bauelement schon nach diesem Prozessschritt beispielsweise als Absolutdruck- oder Relativdrucksensor eingesetzt werden.
Fig. 2b zeigt eine Detailansicht des CMOS Wafers 20, nachdem eine Druckausgleichsoffnung 22 in der Membran 21 erzeugt worden ist. Das hier dargestellte Bauelement kann beispielsweise als Mikrofon genutzt werden.
Fig. 2c entspricht im wesentlichen Fig. If und zeigt den in Fig. 2a dargestellten CMOS Wafer 20, nachdem auch die Oberseite der Membran 21 freigelegt worden ist. Dazu wurden die dielektrischen Schichten über der Membran 21 in einem von der Oberseite des Bauelements ausgehenden Trockenatzprozess entfernt .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements (10) mit einer Membran (11), mit einer feststehenden Platte (7), die mindestens eine Durchgangsöffnung (9) aufweist, und - mit einem Hohlraum (12), der zwischen der Membran (11) und der Platte (7) ausgebildet ist, wobei die Membran (11) in einem Schichtaufbau (2) über einem Substrat (1) realisiert wird, und wobei die Platte (7) aus dem Substrat (1) herausstrukturiert wird, wobei von der Rückseite des Bauelements (10) ausgehend eine Kaverne (6) im Substrat (1) erzeugt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest der die Rückseite der Platte (7) bildende Boden der Kaverne
(6) mit mindestens einer Maskierschicht (8) versehen wird, die zum Erzeugen der mindestens einen Durchgangsöffnung (9) strukturiert wird, und dass das Substratmaterial im Bereich der Durchgangsöffnung (9) dann von der Rückseite der Platte
(7) ausgehend entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Rückseite des Bauelements (10) zumindest im Bereich der Kaverne (6) durch Sprühbelackung mit einer Fotolackschicht (8) als Maskierschicht versehen wird, und dass die Fotolackschicht (8) zur Strukturierung belichtet und entwickelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Belichtung der Fotolackschicht (8) im Bodenbereich der Kaverne (6) ein Projektionsbelichter eingesetzt wird und dass zum Entwickeln ein Spruhentwickler verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial im Bereich der
Durchgangsoffnung (9) in einem anisotropen Atzschritt, insbesondere durch Trenchen, entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial im Bereich der
Durchgangsoffnung (9) in einem isotropen Atzschritt entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) zwischen der Membran
(11) und der Platte (7) in einem isotropen Atzschritt erzeugt wird, bei dem Substratmaterial aus dem Bereich über der Platte (7) entfernt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Atzangriff zum Erzeugen des
Hohlraums (12) von der Ruckseite des Bauelements (10) ausgehend über die Durchgangsoffnung (9) in der Platte (7) erfolgt .
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsoffnung (9) in der Platte
(7) und der Hohlraum (12) zwischen der Membran (21) und der Platte (7) in einem gemeinsamen Atzschritt erzeugt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Atzangriff zum Erzeugen des Hohlraums (11) von der Oberseite des Bauelements (10) ausgehend über entsprechende Offnungen (13) in der Membran erfolgt .
10. Mikromechanisches Bauelement (10), dessen Bauelementstruktur in einem Substrat (1) mit einem Schichtaufbau (2) realisiert ist, umfassend eine im wesentlichen ganzflachig geschlossene Membran (11), die mindestens eine Metallschicht (3) und mindestens eine dielektrische Schicht umfasst, wobei die Metallschicht (3) durch die dielektrische Schicht gegen das Substrat (1) elektrisch isoliert ist, eine elektrisch leitfahige feststehende Platte (7), die mindestens eine Durchgangsoffnung (9) aufweist und aus dem Substrat (1) herausstrukturiert ist, einen Hohlraum (12), der zwischen der Membran (11) und der Platte (7) ausgebildet ist, und eine Kaverne (6) in der Ruckseite des Substrats (1), durch die die Ruckseite der Platte (7) freigelegt ist, wobei es in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt worden ist.
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