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EP1062180A1 - Verfahren zur bearbeitung von silizium mittels ätzprozessen - Google Patents

Verfahren zur bearbeitung von silizium mittels ätzprozessen

Info

Publication number
EP1062180A1
EP1062180A1 EP99955752A EP99955752A EP1062180A1 EP 1062180 A1 EP1062180 A1 EP 1062180A1 EP 99955752 A EP99955752 A EP 99955752A EP 99955752 A EP99955752 A EP 99955752A EP 1062180 A1 EP1062180 A1 EP 1062180A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
etching
separating layer
layer
silicon
trench
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Withdrawn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
EP99955752A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Becker
Franz Laermer
Andrea Schilp
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 EP1062180A1 publication Critical patent/EP1062180A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • 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
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H01L21/30655—Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process
    • 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
    • B81C1/00555—Achieving a desired geometry, i.e. controlling etch rates, anisotropy or selectivity
    • B81C1/00563—Avoid or control over-etching
    • B81C1/00571—Avoid or control under-cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0128—Processes for removing material
    • B81C2201/013—Etching
    • B81C2201/0135—Controlling etch progression
    • B81C2201/014—Controlling etch progression by depositing an etch stop layer, e.g. silicon nitride, silicon oxide, metal

Definitions

  • the invention is based on a method for etching a silicon layer body according to the preamble of the main claim.
  • the published patent application DE 195 37 814 AI discloses a method for the production of silicon layer systems with which surface micromechanical sensors can be produced. To do this, first eir on a silicon substrate. thermal oxide deposited onto which a thin layer of highly doped polysilicon is applied for use as a buried conductor track. A further oxide layer and then, for example, a thick epipoly silicon layer are then deposited on the polysilicon layer. Finally, a superficial aluminum metallization is deposited and structured. The sensor structures to be exposed are then etched out, preferably using a fluorine-based silicon deep etching method described in the patent specification DE 42 41 045.
  • the sensor element is exposed by means of a sacrificial layer etching, in which the oxide under the sensor areas is removed by means of media containing hydrofluoric acid using a steam etching process.
  • a disadvantage of this under-etching technique is that the oxide is not only removed under the ser.sor area to be exposed is, but also above and partly also under the polysilicon diverter tracks, so that there is a risk of shunts and leakage currents. Protection of the oxide areas, the undercutting of which is to be prevented, for example by means of protective lacquers, is only possible with considerable effort, since vaporous hydrofluoric acid penetrates almost all practicable polymeric protective layers very quickly and can also be highly corrosive.
  • Plasma etching technology is disclosed in DE 44 20 962 AI.
  • a subsequent wet etching step or etching in the vapor phase is not necessary. All process steps can be carried out in a single plasma etching system.
  • the sensor structure with vertical walls is first generated with the aid of the anisotropic deep etching method described in DE 42 41 045.
  • fluorine-based etching step the silicon substrate is etched isotropically until the silicon structure for the sensor element is completely exposed.
  • the object of the invention is to provide a method for etching silicon or silicon layers, with which trench trenches defined in a silicon layer can first be anisotropically etched using an etching mask.
  • the etching depth reached in the trench should not depend on the width of the trench, but only on the etching time.
  • a defined undercut, in particular free-standing structures enclosed by trench trench, for example for the production of sensor elements, is to be made possible. During the undercut, the floor of the free-standing structures should also not be etched.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the prior art that defined undercuts are possible which allow free-standing structures to be produced in a reproducible and defined manner, all of the micromechanical structuring steps being able to be carried out in an etching chamber. NEN without the silicon body having to be removed in between. There is no etching attack on the free-standing structures, starting from their base or the side walls. In addition, it is achieved that all structures have a defined height, which is defined by the thickness of the silicon layer applied, regardless of microloating effects, trench widths and the degree of isotropic undercutting.
  • the method according to the invention prevents corrosion problems, for example due to hydrofluoric acid vapors and electrical shunts by undercutting conductor tracks. Buried conductive layers can be completely enclosed by a sufficiently thick silicon dioxide layer to protect them from undercuts and etching attacks.
  • Another advantage of the method is that deep undercuts can be realized and thus large distances between the structure and the silicon substrate layer are possible. In the case of a sensor, this reduces, for example, the risk of the sensor elements being accidentally opened onto the layer underneath in the event of an overload, with subsequent irreversible sticking to one another (so-called “stikking”).
  • the distance between the sensor element and the silicon layer can be chosen to be as large as possible, that they never touch even in the event of an overload.
  • the method according to the invention can be carried out very advantageously in existing silicon deep etching systems according to DE 42 41 045, so that no additional investment costs are incurred.
  • switching off the ion acceleration to the substrate during an etching step can also etch silicon structures isotropically in order to undercut the silicon structures to be exposed.
  • etching mask applied during the etching processes for example in the form of a photoresist mask on the silicon layer, is only removed after all etching has been completed, for example aluminum contact surfaces on the surface of the silicon layer are completely protected from corrosion during the etching. protects, which is otherwise inevitable with fluorine-containing etching gases.
  • System integration can thus be achieved in a particularly advantageous manner, ie a sensor element with an integrated circuit is produced on one and the same chip. Moreover, this is the invention
  • Processes for example for the production of sensor elements, are fully compatible with process steps in IC integration technology.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a silicon laminate with an etching mask
  • FIG. 2 shows the silicon laminate according to FIG. 1 with a trench
  • FIG. 3 shows the silicon laminate according to FIGS. 1 and 2 with an undercut from the exposed area of the trench
  • FIG. 4 shows the structure of a silicon layer body with a completely enclosed intermediate layer as the sacrificial layer
  • FIG. 5 shows the silicon layer body according to FIG. 4 with etched trench
  • FIG. 6 shows the silicon laminate according to FIGS. 4 and 5 with an undercut from the exposed area of the trench, which is delimited laterally and vertically by separating layers
  • FIG. 7 shows a variant of the structure of the silicon laminated body according to FIG. 6, the separating layer being included a structured thin conductive layer enclosed therein is formed continuously.
  • FIGS. 8 to 11 explain a further exemplary embodiment as a development of the exemplary embodiment according to FIG. 7, an undercut starting from an intermediate layer into free-standing structures being specifically permitted by interrupting the separating layer.
  • FIG. 1 shows a silicon layer body with a silicon layer, which is referred to below as a further silicon layer 17, on which a separating layer is applied, which itself consists of several separating layer sections 12, 14, 16.
  • a first separating layer section 12 consists of thermally oxidized silicon (so-called silicon dioxide).
  • Silicon dioxide follows, which was generated by separating silanes from the gas phase. In the areas free of the conductive layer 13, which according to FIG. 1 are occupied by a third separating layer section 14, the first and second were completely etched back
  • Interface layer section 12, 16 except for the further silicon layer 17 and subsequent growth of the third interface layer section 14 with a thickness of only 10 nm to 100 nm in the same place, which consists of silicon dioxide.
  • a first silicon layer 15 made of epipolysilicon is located above the separating layer sections 12, 14, 16.
  • the first silicon layer 15 is metallized on the surface and structured with an etching mask 10 for defining lateral cutouts 21.
  • FIG. 2 illustrates the result of a first anisotropic plasma etching process with alternating deposition and etching steps, which etches trench trench 21 'in the area of the lateral recesses 21, a teflon-like film 20 building up on the side walls of the trench trench 21'.
  • the first etching process comes to an almost complete standstill, since it has a very high selectivity for silicon with respect to silicon dioxide and therefore silicon dioxide is almost not etched.
  • the depth of the trench trenches 21 'reached is thus determined in each case by the depth of the buried separating layer sections 12, 14, 16 i.e. defines the thickness of the first silicon layer 15.
  • Exposed areas 23 and 24 are located at the bottom of the trench trench 21 '.
  • FIG. 3 explains how in a second, for example anisotropic, plasma etching process under strong ion bombardment, exposed areas 23 of the thin third separating layer section 14 are broken through or removed. Since the second separating layer section 16 above the conductive layer 13 is formed considerably thicker in the exposed areas 24 than the third separating layer section 14, the second layer section 16 is only slightly thinned when the separating layer section 14 is broken through. As a result, the conductive layer 13 remains completely enclosed by the separating layer sections 12, 16. After breaking through the thin third separating layer section 14 in the exposed area 23, a further, preferably, takes place Isotropic etching of the further silicon layer 17 to produce a trough 31. This results in an undercut and generation of a free-standing structure 32 with a base 30 which consists of the material of the separating layer section 14. This floor 30, if necessary, together with a
  • a thick first separating layer section 12 is deposited on the further silicon layer 17.
  • the first separating layer section 12 preferably contains silicon dioxide, another silicon oxide, silicon nitride, glass, a ceramic or a mixture thereof and is deposited using known deposition methods from semiconductor technology and in particular by thermal oxidation in accordance with the teaching of DE 195 37 814 A1.
  • the further silicon layer 17 is a silicon wafer.
  • the thickness of the separating layer section 12 is, for example
  • the deposited and optionally structured thin conductive layer 13 preferably contains conductive polysilicon, which can be heavily doped to improve the conductivity.
  • a further oxide, preferably silicon dioxide, is then deposited as separation layer section 16 on this layer system. This deposition takes place, for example, from the gas phase over silanes in accordance with the process known per se from DE 195 37 814 A1 and has a layer thickness of approximately 1.5 ⁇ m.
  • the conductive layer 13 is preferably completely enclosed or buried. In the area of the third separating layer section 14, in which a free-standing structure 32 is later to be produced by undercut, the oxide located there is thinned to a thickness of approximately 10 nm to 100 nm.
  • etching back of the interface sections 12 and 16 takes place completely until the further silicon layer 17 is reached, in order to subsequently achieve a desired one
  • the thickness of the third separating layer section 14 grow again, for example from 10 nm to 100 nm. This growth of the third separation layer section 14 can either only in the previously etched back areas or over the entire area in the back etched areas and on the remaining second
  • Interface layer section 16 take place since the thickness of the grown third interface layer section 14 is almost negligible compared to the thickness of the second interface layer section 16. In this process variant of the complete etching back and subsequent growth, the thickness of the third separating layer section 14, which preferably consists of thermally grown silicon dioxide, is very precisely defined.
  • the first interface layer section 12 has a greater density than the second interface layer section 16. Furthermore, the thickness of the second interface layer section 16 should be considerably greater, in particular more than ten to a thousand times greater than the thickness of the etched-back interface layer section or the grown third interface layer - be section 14. The thickness of the first and second separating layer sections 12 and 16 is absolutely between
  • the first silicon layer 15 can also be doped.
  • the metallized surface of the first silicon layer 15 can be an aluminum contact layer, which is simultaneously protected against the attack of fluorine-containing gases by the etching mask 10, for example in the form of a photoresist mask.
  • trench trench 21 ′ is etched at the locations of the lateral recesses 21 as the first etching process.
  • This first etching process comes to an almost complete standstill when the separating layer sections 12, 14, 16 are reached in the exposed areas 23 or 24, since the etching process known from DE 42 41 045, to which this exemplary embodiment relates, has a very high selectivity of approx. 200-300: 1 compared to silicon dioxide, which means that there is almost an etching stop on the separating layer sections 12, 14, 16, which preferably consist of silicon dioxide.
  • the occurrence of the etching stop is determined in addition to the composition of the separating layer, in particular by the chosen etching process.
  • the choice of the process parameters is always to be designed in such a way that an etching stop almost occurs when the separating layer sections 12, 14, 16 are reached.
  • the preferred first etching process according to DE 42 41 045 is a dry etching process in which deposition steps are carried out alternately with etching steps which are isotropic per se, deposition gas supplying a polymer-forming monomer, preferably octafluorocyclobutane C 4 F 3 or, being used during the deposition steps Perfluoropropylene C 3 F 5 , a high-density plasma, in particular a PIE plasma (propagation ion etching) or an ICP plasma (inductively coupled plasma), which on the side walls of the trench trench 21 'the Teflon-like film 20 of ( CF 2 ' n builds up and in which during the etching processes a fluorine radical supplying etching gas, in particular sulfur hexafluoride SFg, is used, to which oxygen can be added to suppress sulfur excretion in the exhaust gas area.
  • a fluorine radical supplying etching gas in particular sulfur hexafluoride SF
  • the separating layer sections 12, 14, 16 in the exposed areas 23 and 24 are then further etched using an etching process suitable for etching the separating layer composition. This further etching continues until the separating layer section 14 is completely etched through in the exposed areas 23.
  • This is preferably done by a plasma etching process with an etching device according to the teaching of DE 42 41 045 using the etching gases CF 4 , C 2 Fg, C 3 F 8 ,
  • Silicon etching If the less fluorine oxide etching gases CHF3, C ⁇ Fg or C 4 Fg are to be used, for example for reasons of greater selectivity, the process parameters must be optimized very carefully to prevent later silicon etching in the chamber from being poisoned by cross-contamination. However, it is also possible to carry out the oxide etching in a specially designed etching system. In particular, one is used for this Cluster system in which a single handling system serves several plasma etching chambers and in which the silicon body always remains in a vacuum.
  • the oxide etching of the exposed areas 23 or 24 of the separating layer sections 12, 14, 16 can also be carried out wet-chemically, in that the layer sequence produced, for example, on a wafer is discharged from the plasma etching chamber and then a silicon dioxide layer in the exposed areas 23 and 24, respectively dilute hydrofluoric acid or a sufficiently buffered hydrofluoric acid solution is etched and completely removed in the exposed areas 23.
  • the preferred embodiment of the invention is the chemical etching using a plasma, since this method in particular does not undercut the oxide edges of the base 30 or the separating layer residues 25.
  • the separating layer sections in the exposed area 24 of the second separating layer section 16 are also inevitably partially removed, since this second etching process is unmasked and thus takes place over the entire area on all exposed areas 23 and 24.
  • the second separating layer section 16 has a considerably greater thickness of, for example, 1.5 ⁇ m compared to only approx. 50 nm of the third separating layer section 14, this etching of the second separating layer section 16 is in etching through the exposed areas of the thin third separating layer section 14, even with one double overetching when etching through for process security reasons, not important.
  • the buried conductive layer 13 thus remains protected everywhere by a thick, intact silicon dioxide layer.
  • an isotropic etching of the further silicon layer 17 is carried out in accordance with FIG. 3 in a third etching process.
  • an additional passivation of the side walls of the trench trench 21 ' can be carried out with a teflon-like plasma polymer according to the teaching of DE 44 20 962 A1, provided that this side wall passivation has not already occurred during the etching of the trench trench 21' according to FIG. 2 and during the
  • the isotropic etching of the further silicon layer 17 is preferably an undercut in the region 31, which leads to the exposure of the structure 32 to be exposed.
  • an etching of the base 30 or the side walls of the free-standing structure 32 cannot occur, since the base 30 is protected, for example, by a thin silicon dioxide layer from the third separating layer section 14 and the side walls are protected by the teflon-like film 20.
  • the third etching process for the isotropic etching of the further silicon layer 17 takes place in that any residues of a fluoropolymer that may still be present on the further silicon layer 17 are removed after the third separation layer section 14 has been etched through. This is done by briefly admitting argon and / or oxygen into the etching chamber and igniting the plasma again. It is selectively on the Etching ground a very fast polymer removal is achieved, so that there is a polymer-free further silicon layer 17 and a still intact side wall passivation through the teflon-like films 20. The presence of oxygen promotes this physical etching by directional ions by inducing chemical reactions between fluorocarbons and oxygen.
  • an isotropic silicon etching process with a fluorine plasma is carried out in a manner known per se according to DE 42 41 045, an SFg plasma being ignited in an inductive plasma source and at the same time the side wall film transport mechanism known from DE 42 41 045 being prevented by using a high process pressure and does not apply a substrate bias voltage.
  • a suitable gas flow for this part of the third etching process is, for example, 100 sccm SFg at a pressure of 50 to 100 mTorr. In a variant of this
  • Etching process the initial removal of the residues of a fluoropolymer on the further silicon layer 17 can also be carried out by starting the silicon etching process according to DE 42 41 045 with a fluorine plasma and the parameters mentioned for a few seconds with a high substrate bias power of 50 to 100 W, and this The substrate bias power then switches off completely.
  • the residues of the fluoropolymer on the further silicon layer 17 are thus removed within the few seconds, while the teflon-like side wall films 20 remain essentially unchanged.
  • the isotropic fluorine etching step in the third etching process for the isotropic etching of the further silicon layer 17 after removal of residues of the fluoropolymer on the further silicon layer 17 can also be carried out without plasma support with etching gases such as xenon difluoride, chlorotrifluoride, bromine trifluoride or iodine pentafluoride, which are known to be free surfaces with formation of volatile Attack silicon tetrafluoride immediately isotropically in a violent reaction.
  • etching gases such as xenon difluoride, chlorotrifluoride, bromine trifluoride or iodine pentafluoride, which are known to be free surfaces with formation of volatile Attack silicon tetrafluoride immediately isotropically in a violent reaction.
  • the selectivity of these gases compared to non-silicon is extremely high, so that even the thinnest passivation layers are sufficient to protect against corrosive attacks.
  • the third separating layer section 14 must be as thin as possible in order not to adversely affect the mechanical properties of the free-standing structure 32, which can be used, for example, as a sensor element.
  • a practical lower limit of the thickness is approximately 10 nm.
  • the silicon dioxide layer on the bottom 30 of the free-standing structure 32 also induces a compressive stress which causes the bottom 30 to warp slightly. This warping is at a layer thickness of approx.
  • Structures 32 in particular a height which is only determined by the thickness of the first silicon layer 15 and which is independent of microloading effects, the degree of isotropic etching or undercutting and the trench widths.
  • the etched silicon body is removed in an oxygen plasma stripper by the etching mask 10, for example in the form of a photoresist mask, and the remaining passivating, teflon-like films 20 by means of a film known per se in semiconductor technology
  • Oxygen plasma ashing process exempted. It is only at this stage that the metallized surface of the first silicon layer 15 and, if appropriate, be attached there Exposed aluminum contact surfaces that were previously completely under the etching mask 10 before corrosion and etching attacks. Any post-treatment of these contact surfaces can thus be omitted. This method is particularly suitable for producing sensor elements with free-standing structures in which the associated integrated circuit is arranged on the same wafer.
  • Teflon-like films 20 which are also removed in an oxygen ashing process when the etching mask 10 is removed, by renewed Teflon coating can do this already in the oxygen plasma stripper, by finally introducing a gas, such as C 3 Fg, C 4 F 8 or CHF 3 , which supplies Teflon-forming monomers instead of oxygen for a short time and igniting the plasma again, but this also causes aluminum metallization on the surface of the silicon layer 15 covered with Teflon, which can lead to problems during subsequent contacting.
  • a gas such as C 3 Fg, C 4 F 8 or CHF 3
  • the Teflon-like films 20 are therefore accessible again over the entire area to all after the oxygen ashing process with the deposition step in the etching reactor already known from DE 42 41 045 Chen silicon surfaces applied and then removed with the help of a brief strong ion bombardment on all accessible surfaces for vertical ion incidence, so that the Teflon-like films 20 only on the side walls of the free-standing structure 32, the floor 30 and all shaded from the ion incidence silicon or silicon oxide surfaces stay.
  • the teflon-like films according to DE 42 41 045 can be applied in the
  • Etching reactor an ion bombardment are used so that the teflon-like films do not even form, especially on the contact surfaces (selective coating of the side walls).
  • FIGS. 4, 5 and 6 show, as a further exemplary embodiment, a variant of the exemplary embodiment described with the aid of FIGS. 1 to 3, which differs from this in that, on the third separating layer section 14, prior to the growth of the first silicon layer 15, first of all via depositions known per se - and structuring procedures additionally one
  • Intermediate layer is applied as a further silicon layer, which is then surrounded on the surface and laterally by a further separation layer 14 '.
  • the intermediate layer 17 ′′ used as the sacrificial layer can be structured in accordance with the required geometry.
  • the third separating layer section 14 can very advantageously correspond to the first separating layer section 12 in terms of thickness and composition, since the further separating layer 14 ′ now plays the role of the third separating layer section 14 1 to 3.
  • the further separating layer 14 v thus consists in particular of thermally grown silicon dioxide with a thickness of 10 nm to 100 nm.
  • Polysilicon exists, so that an additional process step for growing the intermediate layer 17 'is omitted.
  • the intermediate layer 17 ′ used as the sacrificial layer is composed, for example, like the further silicon layer 17. It can also consist of polysilicon or epipolysilicon corresponding to the conductive layer 13 or the first silicon layer 15.
  • the first etching process thus stops in accordance with the previous exemplary embodiment in the exposed areas 23 'on the further separating layer 14' and in the exposed areas 24.
  • an anisotropic plasma etching process in accordance with the previous exemplary embodiment is again carried out with strong ion bombardment this thin further separating layer 14 'is broken through in the exposed areas 23'.
  • a further isotropic etching of the intermediate layer 17 'used as the sacrificial layer is carried out by a third etching process, corresponding to the previous exemplary embodiment, which is the isotropic in the exemplary embodiment according to FIG. 6,
  • Etching of the further silicon layer 17 to produce the depression 31 would correspond. Because the intermediate layer 17 'in this exemplary embodiment is initially completely enclosed by the separating layer 14' or the third separating layer section 14, the etching in the third etching process automatically stops after the intermediate layer 17 'used as the sacrificial layer has been completely etched away, so that on the one hand a free-standing one Structure 32 with defined floor 30 and defined Sidewalls arise, and on the other hand a trough 31 'with laterally and vertically precisely defined edges 33 via the structuring or geometry and thickness of the further separating layer 14'.
  • Another exemplary embodiment which is otherwise largely analogous to the exemplary embodiment according to FIGS. 4, 5 and 6 and which is explained with the aid of FIG. 7, initially provides that the separating layer 12, 14, 16 is formed continuously on the further silicon layer 17 with a uniform thickness and that the optionally structured conductive layer 13 is enclosed.
  • the intermediate layer is then additionally applied as a further silicon layer to this separating layer 12, 14 and the preceding exemplary embodiment by means of deposition and structuring methods known per se, and is then surrounded on the surface and laterally by the further separating layer 14 ′, which, for example, by thermal growth a silicon dioxide layer is generated.
  • the composition of this further separating layer 14 'and its thickness preferably in turn corresponds to that of the third separating layer section 14.
  • the intermediate layer 17' is composed in particular like the further silicon layer 17, the conductive layer 13 or the first silicon layer 15.
  • electrode surfaces can thus be attached under active or free-standing structures, an optionally structured layer with the intermediate layer 17 'being available as a sacrificial layer, which is removed to produce free-standing structures 32, as well as a level underneath with electrode and conductor track geometries, which are particularly protected from etching attacks by the separating layer sections 12, 14, 16. In both levels, structuring each other. Furthermore, after the removal of the intermediate layer 17 ', all electrically functional structured guide layers 13 are still completely electrically insulated on all sides.
  • FIG. 7 provides in a further development of FIG. 7 (see FIG. 8) that the further separating layer 14 'and the third separating layer section 14 do not completely enclose the intermediate layer 17' by suitable structuring of the further separating layer 14 'which is known per se.
  • the layer structure of the layered body shown is realized in detail as already described in the previous exemplary embodiments.
  • the trench trenches 21 ' are produced in a first etching process while the sidewall passivation is simultaneously built up via the teflon-like films 20, the first etching process coming to a standstill at the bottom 23' of the trench trenches 21 '.
  • the thin further separating layer 14 'at the bottom 23' of the trench trench 21 ' is then broken through.
  • the third separating layer section 14 is also etched at the bottom 23 at the points where an additional separating layer 14 'above it is missing.
  • the third separating layer section 14 can be dispensed with entirely, since its function is taken over by the further separating layer 14 ′ and by the second separating layer section 16.
  • the second etching process is interrupted. This is followed by the third etching process already explained in the foregoing, which effects an etching of the intermediate layer 17 ′, which serves as a sacrificial layer.
  • the etching attack in the third etching process is limited to the area delimited by the thin further separating layer 14 'and the third separating layer section 14 or the second separating layer section 16, but in this exemplary embodiment, in a departure from FIG. 7, by structuring the further separating layer 14' in a very advantageous manner
  • An etching coming from below can also take place within a web 40.
  • the progress of the etching front in the web 40 is due to the side wall passivation through the teflon-like films 20 and through the upper passivation of the webs 40 through the
  • Etching mask 10 limited, so that the web 40 is largely hollowed out or locally interrupted as etching progresses.
  • This exemplary embodiment of the invention thus allows an etching attack in the third by selective omission or a defined structuring of the further separating layer 14 '
  • Etching process can be specifically approved from below.
  • a free conductor track is thus obtained, at least locally, which is used for further contacting Is available, as well as electrical insulation of the free-standing structure 32 from the surrounding silicon.
  • This exemplary embodiment thus offers new possibilities and advantages, in particular from an integration point of view, ie the combination of micromechanics with electronic circuit technology.
  • the surface aluminum metallization is separated from the actual first silicon layer 15 by an additional, suitably structured electrically insulating intermediate layer, for example made of silicon dioxide, this intermediate layer not being etched in the third etching process, an electrical connection and in particular a connection of a sensor to an electronic one can be selectively achieved
  • Evaluation circuit can be achieved via a superficial metallization of the first silicon layer 15, which is stretched like a bridge over an abyss and which is protected from below by the electrically insulating intermediate layer which is not etched in the third etching process.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ätzen einer ersten Siliziumschicht (15) vorgeschlagen, die mit einer Ätzmaskierung (10) zur Definition lateraler Aussparungen (21) versehen ist. In einem ersten Plasmaätzprozess werden im Bereich der lateralen Aussparungen (21) durch anisotrope Ätzung Trenchgräben (21') erzeugt. Der erste Ätzprozess kommt nahezu zum Erliegen, sobald eine zwischen der ersten Siliziumschicht (15) und einer weiteren Siliziumschicht (17) vergrabene Trennschicht (12, 14, 14', 16) erreicht wird. Danach wird diese Trennschicht in freiliegenden Bereichen (23, 23') mittels eines zweiten Ätzprozesses durchgeätzt. Ein nachfolgender dritter Ätzprozess bewirkt dann eine Ätzung der weiteren Siliziumschicht (17, 17'). Dadurch können in einem einfachen Prozess freistehende Strukturen für Sensorelemente erzeugt werden, der zu den Verfahrensschritten in der IC-Integrationstechnik voll kompatibel ist.

Description

Verfahren zur Bearbeitung von Silizium mittels Ätzprozessen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ätzen eines Sili- ziumschichtkörpers nach der Gattung des Haupzanspruchs .
Die Offenlegungsschrift DE 195 37 814 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung von SiliziumschichtSystemen, mit dem oberflä- chenmikromechanische Sensoren hergestellt werden können. Dazu wird auf einem Siliziu substrat zunächst eir. thermisches Oxid abgeschieden, auf das eine dünne Schicht hochdotierten Po- lysiliziums zur Verwendung als vergrabene Leiterbahn aufgebracht wird. Daraufhin wird auf der Polysiliziumschicht eine weitere Oxidschicht und hierauf beispielsweise eine dicke Epipo- lysiliziumschicht abgeschieden. Zuletzt erfolgt die Abscheidung und Strukturierung einer oberflächlichen Aiuminiummetallisie- rung. Anschließend werden die freizulegenden Sensorstrukturen, vorzugsweise mit einem in der Patentschrift DE 42 41 045 beschriebenen fluorbasierten Siliziumtiefenätzverfahren herausge- ätzt. Die Freilegung des Ξensorelementes geschieht mittels einer Opferschichtätzung, bei der durch flußsäurehaltige Medien über ein Dampfätzverfahren das Oxid unter den Ser.sorbereichen entfernt wird. Nachteilig bei dieser Unterätz-echnik ist, daß das Oxid nicht nur unter dem freizulegenden Ser.sorbereich entfernt wird, sondern auch über und teilweise auch unter den Polysilizi- umleiterbahnen, so daß die Gefahr von Nebenschlüssen und Kriechströmen besteht. Ein Schutz der Oxidbereiche, deren Unterätzung verhindert werden soll, etwa durch Schutzlacke ist nur mit erheblichem Aufwand möglich, da dampfförmige Flußsäure nahezu alle praktikablen polymeren Schutzschichten sehr schnell durchdringt und überdies stark korrosiv wirken kann.
Ein Trockenätzverfahren in Silizium zur Herstellung von Sensor- Strukturen durch Kombination von anisotroper und isotroper
Plasmaätztechnik wird in DE 44 20 962 AI offenbart. Ein nachträglicher Naßätzschriet oder ein Ätzen in der Dampfphase ist dabei nicht erforderlich. Alle Prozeßschritte können in einer einzigen Plasmaätzanlage durchgeführt werden. Dazu wird zunächst mit Hilfe des in der DE 42 41 045 beschriebenen anisotropen Tie- fenätzverfahrens die Sensorstruktur mit vertikalen Wänden erzeugt. Dabei wechseln Depositionsschritte, bei denen auf der Seitenwand ein teflonartiges Polymer abgeschieden wird, und an sich isotrope, fluorbasierte Ätzschritte, die durch Vorwärts- treiben des Seitenwandpolymers während der Ätzung lokal anisotrop gemacht werden, einander ab. Anschließend wird mit einem fluorbasierten Ätzschritt das Siliziumsubstrat so lange isotrop eingeätzt, bis die Siliziumstruktur für das Sensorelement vollständig freigelegt isz . Dieses Verfahren hat jedoch zwei gra- vierende Nachteile. Einerseits kommt es infolge des sogenannten „Microloading-Effektes" dazu, daß schmale Ätzgräben langsamer als breite Ätzgräben geätzt werden, was dann auch für die Geschwindigkeit der nachfolgenden lateralen Unterätzung gilt, d.h. die Unterätzung schreitet bei schmalen Gräben langsamer voran als bei breiten Gräben. Zum anderen werden die freizulegenden Strukturen auch von ihrer Unterseite bzw. Boden angegriffen. Dies hat zur Folge, daß Strukturen, die von breiten Trenchgraben umgeben sind, eine geringere Resthöhe haben als Strukturen, die von schmalen Trenchgraben umgeben sind, was häufig zu irreproduziblen und unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften der hergestellten Sensorelemente führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ätzen von Silizium oder Siliziumschichten bereitzustellen, mit dem in einer Siliziumschicht zunächst über eine Ätzmaske definierte Trenchgraben anisotrop geätzt werden können. Dabei soll die in den Trenchgraben erreichte Ätztiefe nicht von der Breite der Trenchgraben abhängig sein, sondern lediglich von der Ätzzeit. Außerdem soll eine definierte Unterätzung, insbesondere freistehender, durch Trenchgraben eingeschlossener Strukturen, beispielsweise zur Herstellung von Sensorelementen, ermöglicht werden. Während der Unterätzung soll zudem eine Ätzung des Bodens der freistehenden Strukturen unterbleiben.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merk- malen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß definierte Unterätzungen möglich sind, die es erlauben, freistehende Strukturen reproduzierbar und definiert herzustellen, wobei alle mikromechanischen Struk- turierungsschritte in einer Ätzkammer ausgeführt werden kön- nen, ohne daß der Siliziumkörper zwischendurch ausgeschleust werden muß. Ein Ätzangriff auf die freistehenden Strukturen, ausgehend von deren Boden oder den Seitenwänden, erfolgt nicht. Überdies wird erreicht, daß alle Strukturen eine definierte Höhe aufweisen, die durch die Dicke der aufgebrach- ten Siliziumschicht definiert wird, unabhängig von Microloa- ding-Effekten, Trenchgrabenbreiten und dem Grad einer isotropen Unterätzung. Daneben werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Korrosionsprobleme beispielsweise durch Flußsäuredämpfe und elektrische Nebenschlüsse durch Unterätzen von Leiterbahnen vermieden. Vergrabene Leitschichten können vollständig durch eine ausreichend dicke Siliziumdioxidschicht eingeschlossen werden, um sie vor Unterätzungen und Ätzangriffen zu schützen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist auch, daß tiefe Un- terätzungen realisiert werden können und damit große Abstände zwischen Struktur und Siliziumsubstracschicht möglich sind. Dies reduziert bei einem Sensor beispielsweise die Gefahr eines ungewollten Aufschiagens der Sensorelemente auf die darunter befindliche Schicht im Überlastfall mit an- schließendem irreversiblen Ankleben aneinander (sog. „stik- king") . Der Abstand zwischen Sensorelement und Siliziumschicht kann dabei so groß gewählt werden, daß diese sich auch im Überlastfall niemals berühren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr vorteilhaft in bestehenden Siliziumtiefenätzanlagen gemäß DE 42 41 045 durchgeführt werden, so daß keine zusätzlichen Investitionskosten anfallen. Dabei können mit diesem zunächst anisotropen Plas- matrockenätzverfahren durch das Ausschalten der Ionenbe- schleunigung zum Substrat während eines Ätzschrittes Siliziumstrukturen auch isotrop eingeätzt werden, um so ein Unterätzen der freizulegenden Siliziumstrukturen zu erreichen.
Da die während der Atzprozesse aufgebrachte Ätzmaskierung bei- spielsweise in Form einer Photolackmaske auf der Siliziumschicht erst nach Abschluß aller Ätzungen entfernt wird, sind beispielsweise Aluminiumkontaktflächen an der Oberfläche der Siliziumschicht während der Ätzungen vollständig vor Korrosion ge- schützt, die ansonsten bei fluorhaltigen Ätzgasen häufig unvermeidlich ist. Damit kann in besonders vorteilhafter Weise auch eine Systemintegration erreicht werden, d.h. eine Herstellung eines Sensorelementes mit integrierter Schaltung auf ein und demselben Chip . Überdies ist das erfindungsgemäße
Verfahren beispielsweise zur Herstellung von Sensorelementen zu Verfahrensschritten in der IC-Integrationstechnik voll kompatibel .
Da ein Unterätzen von Leitschichten und eine unkontrollierte Entstehung von Ätztaschen in der geätzten Siliziumschicht durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden wird, ist auch eine Einschwem ung von Partikeln in diese Taschen, die ansonsten kaum wieder zu entfernen sind und die zu mechanischen und elektrischen Fehlern in Sensorelementen führen, verfahrenstechnisch bereits unterbunden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen aufgeführ- ten Maßnahmen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich- nungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Siliziumschichtkörpers mit einer Ätzmaskierung, Figur 2 den Siliziumschichtkörper nach Figur 1 mit Trenchgraben und Figur 3 den Siliziumschichtkörper nach Figur 1 und 2 mit einer Un- terätzung ausgehend vom freiliegenden Bereich der Trenchgraben. Figur 4 zeigt den Aufbau eines Siliziumschichtkörpers mit einer vollständig eingeschlossen Zwischenschicht als Opferschicht, Figur 5 den Siliziumschichtkörper nach Figur 4 mit geätzten Trenchgraben, Figur 6 den Siliziumschichtkörper nach Figur 4 bzw. 5 mit einer Unterätzung ausgehend vom freiliegenden Bereich der Trenchgraben, die durch Trennschichten lateral und vertikal begrenzt ist, und Figur 7 eine Variante des Aufbaus des Siliziumschichtkörpers entsprechend Figur 6, wobei die Trennschicht mit einer darin eingeschlossenen strukturierten dünnen Leitschicht durchgehend ausgebildet ist. Die Figuren 8 bis 11 erläutern ein weiteres Ausführungsbeispiel als Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 7, wobei eine Unterätzung ausgehend von einer Zwischenschicht in freistehende Strukturen hinein durch Unterbrechung der Trennschicht gezielt zugelassen wird.
Ausführungsbeipiele
Die Figur 1 zeigt einen Siliziumschichtkörper mit einer Siliziumschicht, die im folgenden als weitere Siliziumschicht 17 bezeichnet wird, auf der eine Trennschicht aufgebracht ist, die selbst aus mehreren Trennschichtabschnitten 12, 14, 16 besteht. Ein erster Trennschichtabschnitt 12 besteht aus thermisch oxi- diertem Silizium (sogenanntes Siliziumdioxid) . Auf diesem befindet sich bereichsweise eine dünne, gegebenenfalls strukturierte Leitschicht 13 aus leitfähigem hochdotierten Polysilizium, der ein zweiter Trennschichtabschnitt 16 aus
Siliziumdioxid folgt, das über eine Abscheidung von Silanen aus der Gasphase erzeugt wurde. In den von der Leitschicht 13 freien Bereichen, die gemäß Figur 1 von einem dritten Trennschichtabschnitt 14 eingenommen werden, erfolgte eine vollständige Rückätzung des ersten und zweiten
Trennschichtabschnittes 12, 16 bis auf die weitere Siliziumschicht 17 und ein anschließendes Aufwachsen des dritten Trennschichtabschnittes 14 mit einer Dicke von lediglich 10 nm bis 100 nm an gleicher Stelle, der aus Siliziumdioxid besteht. Oberhalb der Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 befindet sich eine erste Siliziumschicht 15 aus Epipolysilizium. Die erste Siliziumschicht 15 ist oberflächlich metallisiert und mit einer Ätz- maskierung 10 zur Definition lateraler Aussparungen 21 strukturiert .
Figur 2 verdeutlicht das Ergebnis eines ersten anisotropen Plasmaätzprozesses mit alternierenden Depositions- und Ätzschritten, der im Bereich der lateralen Aussparungen 21 Trenchgraben 21' ätzt, wobei sich an den Seitenwänden der Trenchgraben 21' ein teflonartiger Film 20 aufbaut. Beim Erreichen der Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 kommt der erste Ätzprozeß nahezu vollständig zum Erliegen, da dieser eine sehr hohe Selektivität für Silizium gegenüber Siliziumdioxid aufweist und somit Siliziumdioxid nahezu nicht geätzt wird. Die erreichte Tiefe der Trenchgraben 21' wird somit jeweils durch die Tiefe der vergrabenen Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 d.h. die Dicke der ersten Siliziumschicht 15 definiert. Am Boden der Trenchgraben 21' befinden sich freiliegende Bereiche 23 bzw. 24.
Figur 3 erläutert, wie in einem zweiten, beispielsweise anisotropen Plasmaätzprozeß unter starkem lonenbeschuß freiliegende Bereiche 23 des dünnen dritten Trennschichtabschnittes 14 durch- brochen bzw. entfernt werden. Da der zweite Trennschichtabschnitt 16 oberhalb der Leitschicht 13 in den freiliegenden Bereichen 24 erheblich dicker ausgebildet ist, als der dritte Trennschichtabschnitt 14, wird der zweite Schichtabschnitt 16 beim Durchbrechen des Trennschichtabschnittes 14 lediglich ge- ringfügig abgedünnt . Dadurch bleibt die Leitschicht 13 vollständig von den Trennschichtabschnitten 12, 16 umschlossen. Nach dem Durchbrechen des dünnen dritten Trennschichtabschnittes 14 im freiliegenden Bereich 23 erfolgt eine weitere, vorzugsweise isotrope Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 zur Erzeugung einer Mulde 31. Dabei kommt es zu einer Unterätzung und Erzeugung einer freistehenden Struktur 32 mit einem Boden 30, der aus dem Material des Trennschichtabschnittes 14 besteht. Dieser Bo- den 30 verhindert gegebenenfalls zusammen mit einem
Trennschichtrest 25 des dritten Trennschichtabschnittes 14 sowie mit den teflonartigen Filmen 20 eine Rückätzung und einen Strukturverlust der freistehenden Struktur 32.
Nachfolgend werden weitere Details der einzelnen Verfahrens- schritte entsprechend ihrer Reihenfolge beispielhaft erläutert.
Zunächst wird auf der weiteren Siliziumschicht 17 ein dicker erster Trennschichtabschnitt 12 abgeschieden. Der erste Trennschichtabschnitt 12 enthält vorzugsweise Siliziumdioxid, ein sonstiges Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Glas, eine Keramik oder eine Mischung davon und wird über an sich bekannte Abscheideverfahren aus der Halbleitertechnik und insbesondere durch thermische Oxidation entsprechend der Lehre der DE 195 37 814 AI abgeschieden. Die weitere Siliziumschicht 17 ist ein Siliziumwafer.
Die Dicke des Trennschichtabschnittes 12 beträgt beispielsweise
2,5 μm. Die abgeschiedene und gegebenenfalls strukturierte dünne Leitschicht 13 enthält vorzugsweise leitfähiges Polysilizium, das zur Verbesserung der Leitfähigkeit stark dotiert sein kann. Auf diesem Schichtsystem wird danach ein weiteres Oxid, vorzugsweise Siliziumdioxid, als Trennschichtabschnitt 16 abgeschieden. Diese Abscheidung erfolgt beispielsweise aus der Gasphase über Silane gemäß dem an sich aus DE 195 37 814 AI bekannten Verfahren und weist eine Schichtdicke von ca. 1,5 μm auf. Dabei wird die Leitschicht 13 bevorzugt vollständig eingeschlossen bzw. vergraben. Nachfolgend wird im Bereich des drittes Trennschichtabschnittes 14, in dem später eine freistehende Struktur 32 durch Unterätzung erzeugt werden soll, das sich dort befindliche Oxid auf eine Dicke von ca. 10 nm bis 100 nm abgedünnt . Dies kann durch zeitkontrolliertes Rückätzen der Trennschichtabschnitte 12 und 16 erfolgen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt das Rückätzen der Trennschichtabschnitte 12 und 16 im dritten Trennschichtabschnitt 14 vollständig bis zum Erreichen der weiteren Siliziumschicht 17, um anschließend eine gewünschte
Dicke des dritten Trennschichtabschnittes 14 von beispielsweise 10 nm bis 100 nm wieder aufwachsen zu lassen. Dieses Aufwachsen des dritten Trennschichtabschnittes 14 kann entweder nur in den zuvor rückgeätzen Bereichen oder aber ganzflächig in den rückgeätzten Bereichen und auf dem verbliebenen zweiten
Trennschichtabschnitt 16 erfolgen, da die Dicke des aufgewachsenen dritten Trennschichtabschnittes 14 gegenüber der Dicke des zweiten Trennschichtabschnittes 16 nahezu vernachlässigbar ist. Bei dieser VerfahrensVariante des vollständigen Rückätzens und nachfolgenden Aufwachsens ist die Dicke des dritten Trennschichtabschnittes 14, der vorzugsweise aus thermisch aufgewachsenem Siliziumdioxid besteht, sehr genau definiert.
Der erste Trennschichtabschnitt 12 weist in bevorzugter Ausfüh- rung eine größere Dichte auf, als der zweite Trennschichtabschnitt 16. Weiterhin sollte die Dicke des zweiten Trennschichtabschnittes 16 erheblich größer, insbesondere mehr als zehnmal bis tausendmal größer als die Dicke des rückgeätzten Trennschichtabschnittes oder des aufgewachsenen dritten Trennschich- tabschnittes 14 sein. Die Dicke des ersten und zweiten Trennschichtabschnittes 12 bzw. 16 liegt absolut jeweils zwischen
500 nm bis 50 μm, insbesondere zwischen 1 μm bis 10 μm. Im anschließenden Verfahrensschritt wird auf die Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 eine dicke erste Siliziumschicht 15, vorzugsweise aus Epipolysilizium aufgewachsen, die oberflächlich gegebenenfalls metallisiert ist und beispielsweise mit der Ätz- maskierung 10 zur Definition der lateralen Aussparungen 21 strukturiert. Die erste Siliziumschicht 15 kann außerdem dotiert sein. Die metallisierte Oberfläche der ersten Siliziumschicht 15 kann eine Aluminiumkontaktschicht sein, die durch die Ätzmaskierung 10, beispielsweise in Form einer Photolackmaske, gleichzeitig vor dem Angriff fluorhaltiger Gase geschützt wird.
Danach werden mittels eines aus DE 42 41 045 oder DE 44 20 962 AI an sich bekannten, anisotropen Tiefenätzprozesses als erstem Ätzprozeß Trenchgraben 21' an den Stellen der lateralen Aussparungen 21 geätzt. Dieser erste Ätzprozeß kommt beim Erreichen der Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 in den freiliegenden Bereichen 23 bzw. 24 nahezu vollständig zum Erliegen, da das aus DE 42 41 045 bekannte Ätzverfahren, auf das sich dieses Ausführungsbeispiel bezieht, eine sehr hohe Selektivität von ca. 200-300:1 gegenüber Siliziumdioxid aufweist, was bedeutet, daß auf den Trennschichtabschnitten 12, 14, 16, die bevorzugt aus Siliziumdioxid bestehen, nahezu ein Ätzstopp eintritt. Das Eintreten des Ätzstopps wird neben der Zusammensetzung der Trennschicht insbesondere vom gewählten Ätzprozeß bestimmt. Die Wahl der Verfahrensparameter ist immer derart zu gestalten, daß mit Erreichen der Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 nahezu ein Ätzstopp eintritt.
Der bevorzugte erste Ätzprozeß gemäß DE 42 41 045 ist ein Trok- kenätzverfahren, bei dem Depositionsschritte alternierend mit an sich isotropen Ätzschritten ausgeführt werden, wobei während der Depositionsschritte ein polymerbildende Monomere lieferndes Depositionsgas, vorzugsweise Octafluorocyclobutan C4F3 oder Perfluoropropylen C3F5, einem hochdichten Plasma, insbesondere einem PIE-Plasma (propagation ion etching) oder einem ICP-Plasma (inductively coupled plasma) ausgesetzt wird, das auf den Seitenwänden der Trenchgraben 21' den teflonartigen Film 20 von (CF 2'n aufbaut und bei dem während der Ätzprozesse ein Fluorradikale lieferndes Ätzgas, insbesondere Schwefelhexafluorid SFg, eingesetzt wird, dem zur Unterdrückung einer Schwefel- ausscheidung im Abgasbereich Sauerstoff beigemischt sein kann. Durch Vorwärtstreiben des teflonartigen Seitenwandfilmes 20 während der an sich isotropen Ätzschritte werden diese lokal anisotrop .
In einem zweiten Ätzprozeß werden nun die Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 in den freiliegenden Bereichen 23 bzw. 24 mit einem für die Ätzung der TrennschichtZusammensetzung geeigneten Ätzprozeß weitergeätzt. Diese Weiterätzung erfolgt so lange, bis der Trennschichtabschnitt 14 in den freiliegenden Bereichen 23 vollständig durchgeätzt ist. Dies geschieht vorzugsweise durch ein Plasmaätzverfahren mit einer Ätzvorrichtung gemäß der Lehre der DE 42 41 045 unter Verwendung der Ätzgase CF4 , C2Fg, C3F8,
CHF3 , C3Fg oder C F8 unter Einsatz von starkem lonenbeschuß d.h. hoher Substratbiasspannung . Speziell bei Einsatz der fluorreichen Ätzgase CF , C2Fg, C3F8 oder einem Gemisch von CF4 und CHF3 ist dieser Oxidätzprozeß unproblematisch für den Zustand der Plasmaätzkammer hinsichtlich anschließender
Siliziumätzungen. Falls die fluorärmeren Oxidätzgase CHF3 , C^Fg oder C4Fg beispielsweise aus Gründen einer höheren Selektivität, verwendet werden sollen, müssen die Prozeßparameter sehr sorgfältig optimiert werden, um zu verhindern, daß spätere Siliziumätzungen in der Kammer durch Querkontaminationen vergiftet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Oxidätzung in einer eigens dafür vorgesehenen Ätzanlage durchzuführen. Hierzu verwendet man insbesondere eine Clusteranlage, bei der ein einziges Handlingsystem mehrere Plasmaätzkammern bedient und bei der der Siliziumkörper stets im Vakuum verbleibt .
In weiteren Verfahrensvarianten kann die Oxidätzung der freiliegenden Bereiche 23 bzw. 24 der Trennschichtabschnitte 12, 14, 16 auch naßchemisch erfolgen, indem die beispielsweise auf einem Wafer hergestellte Schichtabfolge aus der Plasmaätzkammer ausgeschleust wird und dann eine Siliziumdioxidschicht in den freiliegenden Bereichen 23 bzw. 24 mit verdünnter Flußsäure oder einer hinreichend gepufferten Flußsäurelösung geätzt und in den freiliegenden Bereichen 23 vollständig entfernt wird. Die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch die Ätzung trockenchemisch mittels eines Plasmas, da diese Methode insbe- sondere die Oxidkanten des Bodens 30 oder der Trennschichtreste 25 nicht hinterschneidet.
Während der Durchätzung des dritten Trennschichabschnittes 14 in den freiliegenden Bereichen 23 werden unvermeidlich auch die Trennschichtabschnitte in dem freiliegenden Bereich 24 des zweiten Trennschichtabschnittes 16 teilweise mitabgetragen, da dieser zweite Ätzprozeß unmaskiert und damit ganzflächig auf allen freiliegenden Bereichen 23 bzw. 24 erfolgt. Da der zweite Trennschichtabschnitt 16 jedoch eine erheblich größere Dicke von beispielsweise 1,5 μm gegenüber lediglich ca. 50 nm des dritten Trennschichtabschnittes 14 aufweist, ist diese Ätzung des zweiten Trennschichtabschnittes 16 bei der Durchätzung der freiliegenden Bereiche des dünnen dritten Trennschichtabschnittes 14, selbst bei einer zweifachen Überätzung beim Durchätzen aus Gründen der Prozeßsicherheit, nicht von Bedeutung. Damit bleibt insbesondere die vergrabene Leitschicht 13 überall durch eine dicke, intakte Si- liziumdioxidschicht geschützt. Nach Abschluß des Durchätzens des dritten Trennschichtabschnittes 14 in den freiliegenden Bereichen 23, wird gemäß Figur 3 in einem dritten Ätzprozeß eine isotrope Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 vorgenommen. Vor dieser Ätzung kann eine zusätzliche Passivierung der Seitenwände der Trenchgraben 21' mit einem teflonartigen Plasmapolymer gemäß der Lehre von DE 44 20 962 AI vorgenommen werden, sofern diese Seitenwandpassivierung nicht bereits während des Ätzens der Trenchgraben 21' gemäß Figur 2 entstanden und während des
Durchätzens des dritten Trennschichtabschnittes 14 in den freiliegenden Bereichen 23 unversehrt und vollständig erhalten geblieben ist. Die isotrope Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 ist vorzugsweise eine Unterätzung im Bereich 31, die zum Freile- gen der freizulegenden Struktur 32 führt. Während dieser Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 kann eine Ätzung des Bodens 30 oder der Seitenwände der freistehenden Struktur 32 nicht auftreten, da der Boden 30 beispielsweise durch eine dünne Siliziumdioxidschicht aus dem dritten Trennschichtabschnitt 14 geschützt ist und die Seitenwände durch den teflonartigen Film 20 geschützt werden. Gleiches gilt für eine Rückätzung in die erste Siliziumschicht 15 oder eine Rückätzung in die Leitschicht 13, die ebenfalls durch im zweiten Ätzprozeß nicht durchgeätzten Trennschichtreste 25 geschützt sind.
Im einzelnen erfolgt der dritte Ätzprozeß zur isotropen Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 indem zunächst möglicherweise noch vorhandene Reste eines Fluorpolymers auf der weiteren Siliziumschicht 17 nach dem Durchätzen des dritten Trennschichtabschnittes 14 entfernt werden. Dies geschieht indem kurzzeitig Argon und/oder Sauerstoff in die Ätzkammer eingelassen und das Plasma erneut gezündet wird. Dabei wird in an sich bekannter Weise durch Ioneneinwirkung selektiv auf dem Ätzgrund ein sehr schneller Polymerabtrag erreicht, so daß sich eine polymerfreie weitere Siliziumschicht 17 und eine weiterhin intakte Seitenwandpassivierung durch die teflonartigen Filme 20 ergibt. Die Gegenwart von Sauerstoff fördert diesen physikalischen Ätzabtrag durch gerichtete Ionen, indem chemische Reaktionen zwischen Fluorkohlenwasserstoffen und Sauerstoff induziert werden. Danach wird in an sich bekannter Weise gemäß DE 42 41 045 ein isotropes Siliziumätzverfahren mit einem Fluorplasma durchgeführt, wobei in einer induktiven Plasmaquelle ein SFg-Plasma gezündet wird und gleichzeitig der aus DE 42 41 045 bekannte Seitenwandfilmtransportmechanismus unterbunden wird, indem man einen hohen Prozeßdruck verwendet und keine Sub- stratbiasSpannung anlegt. Ein geeigneter Gasfluß für diesen Teil des dritten Ätzprozesses ist beispielsweise 100 sccm SFg bei einem Druck von 50 bis 100 mTorr . In einer Variante dieses
Ätzprozesses kann der initiale Abtrag der Reste eines Fluorpolymers auf der weiteren Siliziumschicht 17 auch dadurch erfolgen, daß man das Siliziumätzverfahren gemäß DE 42 41 045 mit einem Fluorplasma und den genannten Parametern für einige Sekunden mit einer hohen Substratbiasleistung von 50 bis 100 W startet, und diese Substratbiasleistung dann vollständig abschaltet. Damit werden innerhalb der wenigen Sekunden die Reste des Fluorpolymers auf der weiteren Siliziumschicht 17 abgetragen, während die teflonartigen Seitenwandfilme 20 im wesentlichen unverändert bleiben.
Alternativ kann der isotrope Fluorätzschritt im dritten Ätzprozeß zur isotropen Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 nach der Entfernung von Resten des Fluorpolymers auf der weiteren Si- liziumschicht 17 auch ohne Plasmaunterstützung mit Ätzgasen wie beispielsweise Xenondifluorid, Chlortrifluorid, Bromtrifluorid oder Iodpentafluorid durchgeführt werden, die bekanntermaßen freie Siliziumflächen unter Bildung von flüchtigem Siliziumtetrafluorid sofort isotrop in heftiger Reaktion angreifen. Die Selektivität dieser Gase gegenüber Nicht-Silizium ist extrem hoch, so daß bereits dünnste Passivierschichten zum Schutz vor Ätzangriffen ausreichen.
Da das Siliziumdioxid beim isotropen Unterätzen am Boden 30 der freizulegenden Struktur 32 verbleibt, muß der dritte Trennschichtabschnitt 14 möglichst dünn sein, um die mechanischen Eigenschaften der freistehenden Struktur 32, die bei- spielsweise als Sensorelement verwendet werden kann, nicht nachteilig zu beeinflussen. Eine praktikable untere Grenze der Dicke ist ca. 10 nm. Durch die Siliziumdioxidschicht am Boden 30 der freistehenden Struktur 32 wird zudem eine Druckspannung induziert, die eine geringfügige Verwölbung des Bodens 30 nach oben bewirkt. Diese Verwölbung ist bei einer Schichtdicke von ca.
10 nm in den meisten Fällen vernachlässigbar. Es ist jedoch auch möglich, diese Druckspannung durch eine Dotierung der ersten Siliziumschicht 15 von oben vollständig zu kompensieren.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren haben die freistehenden
Strukturen 32 insbesondere eine Höhe, die nur durch die Dicke der ersten Siliziumschicht 15 bestimmt ist und die unabhängig von Microloading-Effekten, dem Grad an isotroper Ätzung bzw. Unterätzung und den Trenchgrabenbreiten ist.
Nach Ausschleusen aus der Plasmaätzanlage wird der geätzte Siliziumkörper in einem Sauerstoffplasmastripper von der Ätzmaskierung 10, beispielsweise in Form einer Photolackmaske, und den verbliebenen passivierenden, teflonartigen Filmen 20 mittels eines an sich in der Halbleitertechnik bekannten
Sauerstoffplasmaveraschungsprozesses befreit. Erst in diesem Stadium wird somit auch die metallisierte Oberfläche der ersten Siliziumschicht 15 und dort gegebenenfalls angebrachte Aluminiumkontaktflächen freigelegt, die bisher vollständig vor Korrosion und Ätzangriffen unter der Ätzmaskierung 10 lagen. Somit kann jedwede Nachbehandlung dieser Kontaktflächen entfallen. Insbesondere eignet sich dieses Verfahren zur Herstellung von Sensorelementen mit freistehenden Strukturen, bei denen die dazugehörige integrierte Schaltung auf dem gleichen Wafer angeordnet wird.
Da die teflonartigen Filme 20 ein ausgezeichnetes Mittel dar- stellen, um ein irreversibles Verkleben von mikromechanischen
Strukturen bei Kontakt von Silizium mit Silizium („sticking") zu vermeiden, ist es für viele Anwendungen zweckmäßig, diese teflonartigen Filme 20, die beim Entfernen der Ätzmaskierung 10 in einem Sauerstoffveraschungsprozeß mitentfernt werden, nachträg- lieh durch eine erneute Teflonbeschichtung wieder aufzubringen. Man kann dies bereits im Sauerstoffplasmastripper tun, indem abschließend anstelle von Sauerstoff kurzzeitig ein teflonbildende Monomerε lieferndes Gas wie C3Fg, C4F8 oder CHF3 eingelassen wird und das Plasma erneut gezündet wird. Dadurch wird jedoch auch eine Aluminiummetallisierung an der Oberfläche der Siliziumschicht 15 mit Teflon bedeckt, was Probleme bei einer späteren Kontaktierung mit sich bringen kann. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden daher die teflonartigen Filme 20 nach dem Sauerstoffveraschungsprozeß mit dem bereits aus DE 42 41 045 bekannten Depositionsschritt im Ätzreaktor wieder ganzflächig auf allen zugänglichen Siliziumflächen aufgebracht und anschließend mit Hilfe eines kurzzeitigen starken Ionenbeschusses auf allen für den senkrechten Ioneneinfall zugänglichen Flächen wieder entfernt, so daß die teflonartigen Filme 20 nur auf den Seitenwänden der freistehenden Struktur 32, dem Boden 30 und allen vom Ioneneinfall abgeschatteten Silizium- oder Siliziumoxidflächen erhalten bleiben. Insbesondere werden somit Kontaktflächen wieder von einer unerwünschten Teflonschicht befreit. Alternativ kann sehr vorteilhaft auch anstelle eines nachträglichen Entfernes der teflonartigen Filmen auf allen für den senkrechten Ioneneinfall zugänglichen Stellen bereits während des Aufbringens der teflonartigen Filme gemäß DE 42 41 045 im
Ätzreaktor ein lonenbeschuß eingesetzt werden, so daß sich die teflonartigen Filme insbesondere auf den Kontaktflächen erst gar nicht bilden (selektive Beschichtung der Seitenwände) .
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen als weiteres Ausführungsbeispiel eine Variante des mit Hilfe der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiels , das sich von diesem dadurch unterscheidet, daß auf dem dritten Trennschichtabschnitt 14 vor dem Aufwachsen der ersten Siliziumschicht 15 zunächst über an sich bekannte Abscheide- und Strukturierungsverfahren zusätzlich eine
Zwischenschicht als weitere Siliziumschicht aufgebracht wird, die anschließend von einer weiteren Trennschicht 14' oberflächlich und seitlich umgeben wird. Die als Opferschicht verwendete Zwischenschicht 17" kann entsprechend der benötigten Geometrie strukturiert werden. In dieser Variante kann der dritte Trennschichtabschnitt 14 sehr vorteilhaft hinsichtlich Dicke und Zusammense zung dem ersten Trennschichtabschnittes 12 entsprechen, da nunmehr die weitere Trennschicht 14' die Rolle des dritten Trennschichtabschnittes 14 aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 bis 3 übernimmt. Die weitere Trennschicht 14 v besteht somit insbesondere aus thermisch ausgewachsenem Siliziumdioxid mit einer Dicke von 10 nm bis 100 nm. Insofern ist ein Rückätzen des dritten Trεnnschichtabschnittes 14 oder ein Aufwachsen des dritten Trennschichtabschnittes 14 nach einem vollständigen Rückätzen bis auf die weitere Siliziumschicht 17, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 erläutert, nicht mehr erforderlich, da nicht der dritte Trennschichtabschnitt 14 sondern die weitere Trennschicht 14 ' im zweiten Ätzprozeß durchgeätzt wird, und der dritte Ätzprozeß damit eine Ätzung der Zwischenschicht 17' als weitere Siliziumschicht bewirkt. Besonders vorteilhaft kann die Zwischenschicht 17' nunmehr auch aus der Leitschicht 13 herausstrukturiert werden, die aus
Polysilizium besteht, so daß ein zusätzlicher Prozeßschritt zum Aufwachsen der Zwischenschicht 17' entfällt.
Die als Opferschicht eingesetzte Zwischenschicht 17' ist beispielsweise wie die weitere Siliziumschicht 17 zusammengesetzt. Sie kann auch aus Polysilizium oder Epipolysilizium entsprechend der Leitschicht 13 oder der ersten Siliziumschicht 15 bestehen. Der erste Ätzprozeß stoppt somit entsprechend dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel in den freiliegenden Bereichen 23' auf der weiteren Trennschicht 14' sowie auf den freiliegenden Bereichen 24. Im zweiten Ätzprozeß wird dann gemäß Figur 5 und 6 erneut in einem anisotropen Plasmaätzprozeß entsprechend dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel unter starkem lonenbeschuß diese dünne weitere Trennschicht 14' in den freiliegenden Bereichen 23' durchbrochen. Abschließend wird dann, wie in Figur 6 dargestellt, durch einen dritten Ätzprozeß, entsprechend dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, eine weitere isotrope Ätzung der als Opferschicht eingesetzten Zwischenschicht 17' vorgenommen, was in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 der isotropen
Ätzung der weiteren Siliziumschicht 17 zur Erzeugung der Mulde 31 entspräche. Dadurch, daß die Zwischenschicht 17' in diesem Ausführungsbeispiel zunächst vollständig von der Trennschicht 14' bzw. dem dritten Trennschichtabschnitt 14 umschlossen ist, stoppt die Ätzung im dritten Ätzprozeß automatisch nach dem vollständigen Wegätzen der als Opferschicht eingesetzten Zwischenschicht 17', so daß einerseits eine freistehende Struktur 32 mit definiertem Boden 30 und definierten Seitenwänden entsteht, und andererseits eine Mulde 31' mit lateral und vertikal über die Strukturierung bzw. Geometrie und Dicke der weiteren Trennschicht 14 ' exakt definierten Rändern 33.
Eine weiteres Ausführungsbeispiel, das ansonsten weitgehend analog dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4, 5 und 6 ist und das mit Hilfe von Figur 7 erläutert wird, sieht zunächst vor, daß die Trennschicht 12, 14, 16 auf der weiteren Siliziumschicht 17 durchgehend mit gleichmäßiger Dicke ausgebildet ist, und daß darin die gegebenenfalls strukturierte Leitschicht 13 eingeschlossen ist. Auf dieser Trennschicht 12, 14, 16 wird dann analog Figur 4 und dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel über an sich bekannte Abscheide- und Strukturierungsverfahren zusätzlich die Zwischenschicht als weitere Siliziumschicht aufgebracht und anschließend von der weiteren Trennschicht 14' oberflächlich und seitlich umgeben, die beispielsweise durch thermisches Aufwachsen einer Siliziumdioxidschicht erzeugt wird. Die Zusammensetzung dieser weiteren Trennschicht 14' und ihre Dicke entspricht vorzugsweise wiederum der des dritten Trennschichtabschnittes 14. Die Zwischenschicht 17' ist insbesondere wie die weitere Siliziumschicht 17, die Leitschicht 13 oder die erste Siliziumschicht 15 zusammengesetzt.
Mit dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können somit Elektrodenflächen unter aktiven bzw. freistehenden Strukturen angebracht werden, wobei man eine gegebenenfalls strukturierte Ebene mit der Zwischenschicht 17' als Opferschicht zur freien Verfügung hat, die zur Erzeugung freistehender Strukturen 32 entfernt wird, sowie eine darunter befindliche Ebene mit Elektroden- und Leiterbahngeometrien, die von den Trennschichtabschnitten 12, 14, 16 insbesondere vor Ätzangriffen geschützt wird. In beiden Ebenen können somit unabhängig von- einander Strukturierungen vorgenommen werden. Weiterhin liegen sämtliche, elektrisch funktioneile strukturierten Leitschichten 13 nach dem Entfernen der Zwischenschicht 17' noch nach allen Seiten vollständig elektrisch isoliert vor.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 8 bis 11 erläutert, wobei die verschiedenen Ätzprozesse, Schichtzusammensetzungen und Schichtdicken wie bereits bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen erläutert gewählt werden. Dieses Beispiel sieht allerdings in Weiterbildung der Figur 7 vor (siehe Figur 8), daß die weitere Trennschicht 14' und der dritte Trennschichtabschnitt 14 die Zwischenschicht 17' durch eine geeignete, an sich bekannte Strukturierung der weiteren Trennschicht 14' nicht vollständig einschließen.
Der Schichtaufbau des dargestellten Schichtkörpers wird im Detail wie bereits in den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschreiben realisiert. Danach werden, wie in Figur 9 gezeigt, in einem ersten Ätzprozeß die Trenchgraben 21' unter gleichzeitigem Aufbau der Seitenwandpassivierung über die teflonartigen Filme 20 erzeugt, wobei der erste Ätzprozeß am Boden 23' der Trenchgraben 21' zum Erliegen kommt. Im zweiten Ätzprozeß wird dann die dünne weitere Trennschicht 14 ' am Boden 23' der Trenchgraben 21' durchbrochen. Dabei wird gleichzeitig auch der dritte Trennschichtabschnitt 14 am Boden 23 an den Stellen geätzt, an denen eine darüberliegende weitere Trennschicht 14' fehlt. Diese Ätzung ist jedoch angesichts der geringen Dicke der weiteren Trennschicht 14 ' und des unterhalb des dritten Trennschichtabschnittes 14 vorliegenden zweiten Trennschichtabschnittes 16 vernachlässigbar. Insbesondere kann man in diesem Ausführungsbeispiel in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf den dritten Trennschichabschnitt 14 ganz verzichten, da dessen Aufgabe von der weiteren Trennschicht 14 ' und von dem zweiten Trennschichtabschnitt 16 übernommen wird. Nach dem Durchbrechen der weiteren Trennschicht 14' am Boden 23' der Trenchgraben 21' wird der zweite Ätzprozeß unterbrochen. Es folgt der bereits im vorangehenden erläuterte dritte Ätzprozeß, der eine Ätzung der Zwischenschicht 17', die als Opferschicht dient, bewirkt. Der Ätzangriff im dritten Ätzprozeß ist dabei beschränkt auf den durch die dünne weitere Trennschicht 14 ' und den dritten Trennschichtabschnitt 14 oder den zweiten Trennschichtabschnitt 16 begrenzten Bereich, wobei jedoch in diesem Ausführungsbeispiel abweichend von Figur 7 durch die Strukturierung der weiteren Trennschicht 14' in sehr vorteilhafter Weise auch eine von unten kommende Ätzung innerhalb eines Steges 40 erfolgen kann. Der Fortschritt der Ätzfront in dem Steg 40 ist dabei durch die Seitenwandpassivierung durch die teflonartigen Filme 20 und durch die obere Passivierung der Stege 40 durch die
Ätzmaskierung 10 beschränkt, so daß der Steg 40 weitgehend ausgehöhlt bzw. bei fortschreitender Ätzung lokal unterbrochen wird. Durch dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung kann somit durch selektives Weglassen oder eine definierte Strukturierung der weiteren Trennschicht 14' ein Ätzangriff im dritten
Ätzprozeß von unten gezielt zugelassen werden. Damit kann, wie in Figur 11 gezeigt, sehr vorteilhaft beispielsweise eine zunächst erzeugte Siliziumbrücke unter einer oberflächlich in der ersten Siliziumschicht 15 vorhandenen Aluminiummetallisierung, die in Form von dielektrisch isolierten Leiterbahnen ausgebildet ist, durch einen Ätzangriff von unten selektiv durchtrennt werden. Man erhält somit zumindest lokal eine freie Leiterbahn, die zur weiteren Kontaktierung zur Verfügung steht, sowie eine elektrische Isolation der freistehenden Struktur 32 vom umgebenden Silizium. Dieses Ausführungsbeispiel bietet somit insbesondere unter Integrationsgesichtspunkten d.h. der Verbindung von Mikromechanik mit elektronischer Schaltungstechnik neue Möglichkeiten und Vorteile.
Insbesondere wenn die oberflächliche Aluminiummetallisierung durch eine zusätzliche, geeignet strukturierte elektrisch isolierende Zwischenschicht beispielsweise aus Siliziumdioxid von der eigentlichen ersten Siliziumschicht 15 getrennt ist, wobei diese Zwischenschicht beim dritten Ätzprozeß nicht geätzt wird, kann selektiv eine elektrische Verbindung und insbesondere eine Anbindung eines Sensors an eine elektronische Auswerteschaltung über eine oberflächliche Metallisierung der ersten Siliziumschicht 15 erreicht werden, die wie eine Brücke über einen Abgrund gespannt ist und die von unten durch die elektrisch isolierende, im dritten Ätzprozeß nicht geätzte Zwischenschicht geschützt wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ätzen eines Siliziumschichtkörpers mit einer ersten Siliziumschicht (15), die mit einer Ätzmaskierung (10) zur Definition lateraler Aussparungen (21) versehen ist, wobei in einem ersten Ätzprozeß mit einem Plasma gearbeitet wird und im Bereich der lateralen Aussparungen (21) durch anisotrope Ätzung Trenchgraben (21') erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Siliziumschicht (15) und einer weiteren Siliziumschicht (17, 17') mindestens eine Trennschicht (12, 14, 14', 16) vergraben ist, bei deren Erreichen der erste Ätzprozeß zumindest nahezu zum Erliegen kommt, daß danach die Trennschicht (12, 14, 14', 16) in einem freiliegenden Bereich (23, 23') mittels eines zweiten Ätzprozesses durchgeätzt wird und daß anschließend ein dritter Ätzprozeß eine Ätzung der weiteren Siliziumschicht (17, 17') bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen zwei Trenchgraben (21') durch den dritten Ätzprozeß eine vollständige isotrope Unterätzung derart erzeugt wird, daß eine freistehende Struktur (32) entsteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ätzprozeß ein Trockenätzverfahren ist, bei dem Depositionsschritte alternierend mit an sich bekannten isotropen Ätz- schritten ausgeführt werden, wobei während der Depositionsschritte ein polymerbildende Monomere lieferndes Depositionsgas, vorzugsweise Octafluorocyclobutan C4Fg oder Perfluoropropylen C3Fg, einem hochdichten Plasma, insbesondere einem PIE-Plasma (propagation ion etching) oder einem ICP-Plasma (inductively coupled plasma) ausgesetzt wird, das auf den Seitenwänden der Trenchgraben (21') einen teflonartigen Film (20) von (CF2)n aufbaut und daß während der Ätzprozesse ein Fluorradikale lieferndes Ätzgas, insbesondere Schwefelhexafluorid SFg mit zugesetztem Sauerstoff, eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, anisotrope Ätzprozeß der Trenchgraben (21' ) eine hohe Selektivität gegenüber Siliziumdioxid aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (12, 14, 14', 16) aus mindestens einem ersten Trennschichtabschnitt (12) und einem zweiten Trennschichtabschnitt (16) ausgebildet ist, wobei der erste Trennschichtab- schnitt (12) Siliziumdioxid, ein sonstiges Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Glas, eine Keramik oder eine Mischung davon enthält und über bekannte Abscheideverfahren aus der Halbleitertechnik abgeschieden wird und wobei der zweite Trennschichtabschnitt (16) vorzugsweise eine Siliziumdioxidschicht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ätzprozeß zum Durchätzen der Trennschicht (12, 14, 14', 16) im freiliegenden 3ereich (23, 23 v ) der Trenchgraben (21') trockenchemisch, vorzugsweise mittels Plasmaätzen erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaätzen unter starkem lonenbeschuß und mit Hilfe eines Ätz- gases, vorzugsweise CF4, C^Fg, C3F8, CHF3 , C3Fg oder C4F8, erfolgt .
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ätzprozeß zum Durchätzen der Trennschicht (12, 14, 14', 16) im freiliegenden Bereich (23, 23') der Trenchgraben (21') naßchemisch durchgeführt wird und insbesondere mit Hilfe verdünnter Flußsäure oder Flußsäurelösungen erfolgt .
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegenden Strukturen (32) einen Boden (30) aufweisen, der beim Ätzen, insbesondere beim Unterätzen im dritten Ätzprozeß zumindest weitgehend frei von einem Ätzangriff ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während des dritten Ätzprozesses die Seitenwände der Trenchgraben (21') vor dem Unterätzen selektiv mit einem Plasmapolymer zur Erzeugung eines teflonartigen Filmes (20) beschichtet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die weitere Siliziumschicht (17) der erste Trennschichtabschnitt (12) aufgebracht wird, auf den dann zumindest bereichsweise eine Leitschicht (13) abgeschieden und gegebenenfalls strukturiert wird, die vorzugsweise aus leitfähigem hochdotiertem
Polysilizium besteht, und daß danach auf die Leitschicht (13) der zweite Trennschichtabschnitt (16) abgeschieden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung des ersten und zweiten Trennschichtabschnittes
(12, 16) derart erfolgt, daß die Leitschicht (13) vollständig eingeschlossen wird.
13. Verfahren nach Ansprüche 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Trennschichtabschnitt (16) aus der Gasphase, insbesondere durch Zersetzung von Silanen abgeschieden wird.
14. Verfahren nach Anspruch 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Trennschichtabschnitt (12) aus thermisch aufgewachsenem Siliziumdioxid gebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschichtabschnitte (12) und (16) jeweils eine Dicke von
500 nm bis 50 μm, insbesondere von 1 μm bis 10 μm aufweisen.
16. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Trennschichtabschnitt (12, 16) in der Umgebung mindestens eines Trenchgrabens (21') oder einer freiliegenden Struktur (32) durch Rückätzen auf einen rückgeätzten Trennschichtabschnitt mit einer Dicke von 10 nm bis 100 nm abge- dünnt werden oder vollständig entfernt werden und stattdessen anschließend ein dritter Trennschichtabschnitt (14) geringer Dicke, vorzugsweise aus Siliziumdioxid, aufgewachsen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Trennschichtabschnitt (14) mit einer Dicke von 10 nm bis 100 nm erzeugt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zweiten Trennschichtabschnitt (16) und den rückgeätzten Trennschichtabschnitt oder auf den Trennsch chtabschnitt (16) und den aufgewachsenen dritten Trennschichtabschnittes (14) die erste Siliziumschicht (15) aufgewachsen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 1B, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Trennschichtabschnitt (16) dicker, ins- besondere mehr als zehnmal bis tausendmal dicker als der rückgeätzte Trennschichtabschnitt oder der dritte Trennschichtabschnitt (14) ist.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Siliziumschicht (15) aus Epipolysilizium besteht, das gegebenenfalls dotiert und/oder oberflächlich metallisiert und/oder strukturiert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte Oberfläche der ersten Siliziumschicht (15) eine Aluminiumkontaktschicht ist, die durch eine Photolackmaske als Ätzmaskierung (10) vor dem Angriff fluorhaltiger Gase geschützt wird.
22. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der im ersten Ätzprozeß geätzten Trenchgraben (21') unabhängig von dem Verhältnis von Breite zu Höhe der Trenchgraben (21') ist und über die Ätz- zeit zum Erreichen der freiliegenden Bereiche (23, 23') des ersten Trennschichtabschnittes (16) , des aufgevrachsenen dritten Trennschichtabschnittes (14) oder der weiteren Trennschicht (14') eingestellt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ätzprozesse in einer einzigen Ätzkammer durchgeführt werden und daß insbesondere der Siliziumschichtkörper während der Ätzprozesse in der Ätzkammer verbleibt.
24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geätzte Siliziumschichtkörper abschließend in einem Sauerstoffplasmastripper von der Ätzmaskierung (10) und den verbliebenen teflonartigen Filmen (20) durch einen Sauerstoffveraschungsprozeß befreit wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der verbliebenen teflonartigen Filme eine teflonartige Beschichtung auf den Seitenwänden der freistehenden Struktur (32), den Seitenwänden der Trenchgraben (21') und allen von senkrechtem Ioneneinfall abgeschatteten Flächen aufgebracht wird, wobei insbesondere elektrische Kontaktflächen frei von einer teflonartigen Beschichtung bleiben.
26. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufwachsen der ersten Siliziumschicht (15) auf den aufgewachsenen dritten Trennschichtabschnitt (14) oder den rückge- ätzten Trennschichtabschnitt zunächst eine Zwischenschicht
(17'), die als Opferschicht die weitere Siliziumschicht bildet, aufgebracht wird, und daß diese Zwischenschicht (17') anschließend mit einer weiteren Trennschicht (14') zumindest in den freiliegenden Bereichen (23, 23') abgedeckt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (17') aus Silizium, Epipolysilizium, Polysilizium oder leitfähigem und/oder dotiertem Polysilizium aufgewachsen wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Trennschicht (14') aus thermisch aufgewachsenem Siliziumdioxid erzeugt wird.
-29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Trennschicht (14') eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweist .
30. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (17') durch eine Strukturierung der weiteren Trennschicht (14') nicht vollständig von der weiteren Trennschicht (14') und von einem Trennschichtabschnitt (14, 16) umgeben wird.
31. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung von Sensorelementen mit freistehenden Strukturen (32) .
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