WO2003027002A2 - Method for the production of a micromechanical structure - Google Patents

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WO2003027002A2
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Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method for a micromechanical structure.
  • M ⁇ MS Micro Electromechanical Systems
  • Si0 2 serves as a sacrificial layer.
  • the sacrificial layer is removed in hydrofluoric acid or by a hydrofluoric acid gas phase etching process. Both methods attack the materials of the CMOS process and are therefore not compatible.
  • the materials for the micromechanical structures and the processes for structuring them must be compatible.
  • polycrystalline silicon / germanium (poly-SiGe) and polycrystalline germanium (poly-Ge) meet the above requirements. Both materials are deposited in an LPCVD reactor at temperatures around 450 ° C (poly-SiGe) and 375 ° C (poly-Ge). The deposited layers have a low layer resistance and have low voltages, which means that temperature treatment after the deposition is not necessary.
  • the polycrystalline The silicon / germanium layer can be structured using the plasma etching processes known in semiconductor technology.
  • the germanium sacrificial layer can be etched selectively to the silicon / germanium layer with hot hydrogen peroxide (H 2 0 2 ). Since Si0 2 and aluminum are not attacked by the etching solution H 2 O 2 , this etching process can be integrated into the CMOS process.
  • the disadvantages of this method are the wet chemical structuring of the germanium sacrificial layer.
  • 5a-d show an illustration of the essential process steps of a known method.
  • S denotes a substrate, MS a micromechanical structural element in the form of an asymmetrical T bar made of polysilicon and OS a sacrificial layer made of germanium.
  • EM liquid etching medium
  • the sacrificial layer OS is etched, as illustrated in FIG. 5b.
  • 5c, d during the drying process, there may be "sticking" between the free-standing structures and the substrate S. This is due to the fact that capillary forces KK occur between the micromechanical structural element MS and the substrate S due to residues of the liquid etching medium EM, which cause permanent ADH adhesion.
  • the general problem underlying the present invention is therefore to provide a dry etching method which does not have the disadvantages of the known wet etching method mentioned.
  • the idea underlying the present invention according to claim 1 is to provide a dry etching process in which a micromechanical material can be etched selectively in relation to another micromechanical material in a predetermined temperature range above room temperature. Due to the selectivity, no passivation layers are necessary.
  • the first micromechanical material is preferably germanium and the second micromechanical material is silicon, silicon oxide, silicon nitride or silicon germanium.
  • molecular chlorine (Cl 2 ) is preferably used as the etching medium. Since germanium does not react spontaneously with chlorine, the etching process must be activated thermally. This can be done either by a heating process or by a thermal absorption process.
  • the selectivity of the etching medium with respect to the first material is achieved in that for the etching of the second Materials lower temperatures than are required for the etching of the first material. This provides a temperature window in which the second material can be selectively etched relative to the first material.
  • the materials germanium / silicon the possibility of selective etching was reported in K. Ikeda, S. Imai, M. Matsumara, Atomic layer etching of germanium, Applied Surface Science, Volume 112, 1997, pages 87-91.
  • the first micromechanical structural element is a T-bar, e.g. made of polysilicon.
  • the first material is selected from the following group: silicon, in particular polysilicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon germanium.
  • the second micromechanical structural element is a sacrificial layer.
  • the second material is germanium. This material can be etched with the etching medium chlorine gas particularly well, thermally activated, selectively with respect to silicon and silicon compounds.
  • the micromechanical structure is provided on a substrate.
  • the entire micromechanical structure is brought to a temperature in the first temperature range.
  • the second micromechanical structural element is brought selectively to a temperature in the first temperature range by radiation absorption.
  • the conduction of the gaseous etching medium over the micromechanical structure is started at room temperature before the micromechanical structure is brought into the first temperature range.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an etching reactor for carrying out a first embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an etching spur for carrying out a second embodiment of the method according to the invention
  • 5a-d show the essential process steps of a known method.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an etching reactor for carrying out a first embodiment of the method according to the invention.
  • E a gas inlet for an etching gas G, here Cl 2
  • A a gas outlet
  • SH a substrate holder and WH a resistance heater with which the etching reactor R is surrounded.
  • the etching reactor R is connected to a gas supply system (not shown) for the inlet of the etching gas G in the form of CL 2 and to a vacuum unit (not shown).
  • the substrate S here in the form of a wafer, can be heated by the resistance heater WH or by heating the substrate holder SH, not shown.
  • the dry etching process begins with the inlet of chlorine gas into the etching reactor R, in which the micromechanical structure is located on the substrate holder SH. This happens at room temperature.
  • the chlorine gas located in the etching reactor R adsorbs on the germanium surface of the sacrificial layer OS and forms a GeCl x layer there, ie various stoichiometric compounds with chlorine, such as GeCl and GeCl 2 .
  • These reaction products can j 'edoch at room temperature does not desorb.
  • the etching reactor is heated by means of the resistance heater WH to a temperature in the temperature range 300 ° C.
  • the result of the thermally supplied energy is that the reaction products in the form of GeCl 2 can desorb from the germanium surface or the reaction products in the form of GeCl are converted into reaction products in the form of GeCl ⁇ .
  • the chlorine gas also adsorbs on the micromechanical structural element MS in the form of the T-bar.
  • a lower temperature is required for the desorption of GeCl 2 than for the desorption of SiCl 2 .
  • the latter requires a temperature of at least 600 ° C. Because of this behavior, a large temperature window 300 ° C ⁇ T ⁇ 600 ° C is available, in which one can selectively etch the germanium of the sacrificial layer OS against the silicon of the T-beam MS.
  • the resistance heater WH is kept constant at the elevated temperature of, for example, 400 ° C. and chlorine gas G is continuously introduced into the etching reactor R, then a continuous etching of the germanium sacrificial layer OS takes place, as illustrated in FIG. 2d, which ultimately results in FIG 2e shows the state in which the sacrificial layer OS has been completely removed.
  • FIG. 3 show a schematic illustration of an etching reactor for carrying out a second embodiment of the method according to the invention.
  • the embodiment of the etching reactor R shown in FIG. 3 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that, instead of the resistance heater WH, a light source LQ for emitting radiation of a certain one
  • the entire micromechanical structure is then not heated by a heater, but rather the heating takes place selectively through the absorption of the light radiation by the light source LQ.
  • the wavelength of the incident light hv can be selected such that the light passes through the silicon of the micromechanical structural element MS and the sacrificial size OS is absorbed in the germanium. This leads to local heating of the sacrificial layer OS.
  • the energy of the radiation in order for the light energy to be absorbed by the germanium sacrificial layer OS, the energy of the radiation must be greater than the bandgap of the germanium. However, in order to To prevent silicon from heating up, the energy of the radiation must be less than the bandgap of the silicon.
  • the aforementioned radiation absorption also makes it possible to set a temperature in the range 300 ° C. ⁇ T ⁇ 600 ° C., preferably 400 ° C., which leads to the etching behavior already described, which is illustrated for this embodiment in FIGS. 4d and 4e.
  • the method according to the invention is of interest not only for the sacrificial layer etching illustrated above, but generally for the selective structuring of a certain material, e.g. Germanium, compared to other materials known in semiconductor technology.

Abstract

The invention relates to a method for the production of a micromechanical structure, comprising the following steps: a micromechanical structure is provided with a first micromechanical structural element (MS) made of a first material and a second micromechanical structure element (OS) made of a second material; a gaseous etching medium (G) is conducted over the micromechanical structure, said etching medium (G) being constituted in such a way that it etches the second material selectively as opposed to the first material in a first temperature range above room temperature; the micromechanical structure is brought to the first temperature range for selective etching of the second material as opposed to the first material.

Description

Herstellungsverfahren für eine mikromechanische StrukturManufacturing process for a micromechanical structure
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Struktur.The present invention relates to a manufacturing method for a micromechanical structure.
Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente und Strukturen, insbesondere Sensoren und Aktuatoren, anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf eine in der Technologie der Silizium-Oberflächenmikromechanik herstellbare mikromechanische Struktur erläutert.Although applicable to any micromechanical components and structures, in particular sensors and actuators, the present invention and the problem on which it is based are explained in relation to a micromechanical structure that can be produced in the technology of silicon surface micromechanics.
In A. E. Franke, Y. Jiao, . T. Wu, T.-J. King, R. T. Howe, POST-CMOS MODÜLAR INTEGRATION OF POLY-SIGE MICORSTRUCTURES USING POLY-GE SACRIFICIAL LAYERS, Solid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Kead Island, South Carolina, 4.- 8. Juni 2000 wird ein Prozess zur Herstellung von Oberflä- chenmikromechanischen Strukturen beschrieben, bei dem frei bewegliche bzw. funktionale Strukturen aus polykristallinem Silizium/Germanium (poly-SiGe) bestehen und bei dem für die Opferschicht polykristaliines Germanium (poly-Ge) eingesetzt wird. Durch die bei diesem Prozess eingesetzten Materialien wird die Integration von Oberflächenmikromechanisch erzeugten Strukturen in einen Standard-CMOS-Prozess ermöglicht .In AE Franke, Y. Jiao,. T. Wu, T.-J. King, RT Howe, POST-CMOS MODÜLAR INTEGRATION OF POLY-SIGE MICORSTRUCTURES USING POLY-GE SACRIFICIAL LAYERS, Solid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Kead Island, South Carolina, June 4-8, 2000 will be a process for manufacturing Surface micromechanical structures are described in which freely movable or functional structures consist of polycrystalline silicon / germanium (poly-SiGe) and in which polycrystalline germanium (poly-Ge) is used for the sacrificial layer. The materials used in this process make the integration of surface micromechanical generated structures in a standard CMOS process.
Eine Integration ist bei der Erzeugung von MΞMS (MΞMS = Micro Electromechanical Systems ) -Strukturen aus polykristallinem Silizium nicht möglich, da sehr hohe Temperaturen bis zu 1100 °C für die Schichtabscheidung und den anschließenden Dotierprozess benötigt werden. Siehe dazu die DE 195 37 814 AI . Diese hohen Temperaturen sind nicht mit den Materialien Aluminium oder Kupfer eines CMOS-Prozesses kompatibel.Integration is not possible when generating MΞMS (MΞMS = Micro Electromechanical Systems) structures from polycrystalline silicon, since very high temperatures of up to 1100 ° C are required for the layer deposition and the subsequent doping process. See DE 195 37 814 AI. These high temperatures are not compatible with the aluminum or copper materials of a CMOS process.
Bei Standard-MEMS-Prozessen dient Si02 als Opferschicht. Das Entfernen der Opferschicht erfolgt in Flusssäure oder durch einen Flusssäure-Gasphasenätzprozess . Beide Verfahren greifen die Materialien des CMOS-Prozesses an und sind somit nicht kompatibel. Um MEMS-Strukturen in einem CMOS- Prozess integrieren zu können, müssen die Materialien für die mikromechanischen Strukturen und die Prozesse zu deren Strukturierung kompatibel sein.In standard MEMS processes, Si0 2 serves as a sacrificial layer. The sacrificial layer is removed in hydrofluoric acid or by a hydrofluoric acid gas phase etching process. Both methods attack the materials of the CMOS process and are therefore not compatible. In order to be able to integrate MEMS structures in a CMOS process, the materials for the micromechanical structures and the processes for structuring them must be compatible.
Gemäß dem oben erwähnten Artikel von A. E. Franke et al . zeigt sich, dass polykristallines Silizium/Germanium (poly- SiGe) und polykristallines Germanium (poly-Ge) die oben genannten Anforderungen erfüllen. Beide Materialien werden in einem LPCVD-Reaktor bei Temperaturen um 450°C (poly-SiGe) und 375°C (poly-Ge) abgeschieden. Die abgeschiedenen Schichten besitzen einen geringen Schichtwiderstand und weisen geringe Spannungen auf, wodurch eine Temperaturbehandlung nach der Abscheidung entfällt. Die polykristallinε Silizium/Germanium-Schicht kann mittels der in der Halbleittechnik bekannten Plasmaätzprozesse strukturiert werden. Die Germanium-Opferschicht kann selektiv zur Silizium/ Germanium-Schicht mit heißem Wasserstoffperoxyd (H202) geätzt werden. Da Si02 und Aluminium nicht von der Ätzlösung H2O2 angegriffen werden, kann dieses Ätzverfahren in den CMOS-Prozess integriert werden. Die Nachteile dieses Verfahrens liegen in der nasschemischen Strukturierung der Germanium-Opferschicht .According to the article by AE Franke et al. shows that polycrystalline silicon / germanium (poly-SiGe) and polycrystalline germanium (poly-Ge) meet the above requirements. Both materials are deposited in an LPCVD reactor at temperatures around 450 ° C (poly-SiGe) and 375 ° C (poly-Ge). The deposited layers have a low layer resistance and have low voltages, which means that temperature treatment after the deposition is not necessary. The polycrystalline The silicon / germanium layer can be structured using the plasma etching processes known in semiconductor technology. The germanium sacrificial layer can be etched selectively to the silicon / germanium layer with hot hydrogen peroxide (H 2 0 2 ). Since Si0 2 and aluminum are not attacked by the etching solution H 2 O 2 , this etching process can be integrated into the CMOS process. The disadvantages of this method are the wet chemical structuring of the germanium sacrificial layer.
Fig. 5a-d zeigen eine Darstellung der wesentlichen Prozeßschritte eines bekannten Verfahrens.5a-d show an illustration of the essential process steps of a known method.
In Fig. 5a bezeichnet S ein Substrat, MS ein mikromechani- sches Strukturelement in Form eines unsymmetrischen T— Balkens aus Polysilizium und OS eine Opferschicht aus Germanium. Mittels des besagtem flüssigen Ätzmediums EM in Form von H202. wird die Opferschicht OS geätzt, wie in Fig. 5b illustriert. Dabei kann es gemäß Fig. 5c, d beim Trocknungsprozess zu einem „sticking" zwischen den freistehenden Strukturen und dem Substrat S kommen. Dies rührt daher, dass zwischen dem mikromechanischen Ξtrukturelement MS und dem Substrat S Kapillarkräfte KK durch Rückstände des flüssigen Ätzmediums EM auftreten, welche bewirken, dass es zu einer dauerhaften Adhäsion ADH kommt.In FIG. 5a, S denotes a substrate, MS a micromechanical structural element in the form of an asymmetrical T bar made of polysilicon and OS a sacrificial layer made of germanium. Using said liquid etching medium EM in the form of H 2 0 2 . the sacrificial layer OS is etched, as illustrated in FIG. 5b. 5c, d during the drying process, there may be "sticking" between the free-standing structures and the substrate S. This is due to the fact that capillary forces KK occur between the micromechanical structural element MS and the substrate S due to residues of the liquid etching medium EM, which cause permanent ADH adhesion.
Um diese zu vermeiden, ist ein sehr aufwendiger Trocknungsprozess notwendig, wie z.B. eine Trocknung mit CO? (auch als C02 critical point drying bezeichnet). Zudem ist es mit nasschemischen Ätzverfahren nicht möglich, schmale und lange Strukturen, wie z.B. Kanäle auszuätzen, da die Kapillarkräfte KK den Medienfluss stark beeinträchtigen.To avoid this, a very complex drying process is necessary, such as drying with CO? (also known as C0 2 critical point drying). It is also with wet chemical etching processes not possible to etch out narrow and long structures, such as channels, because the capillary forces KK severely impair the media flow.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende allgemeine Problematik besteht somit darin, ein Trockenätzverfahren bereitzustellen, welches die erwähnten Nachteile des bekannten Nassätzverfahrens nicht aufweist.The general problem underlying the present invention is therefore to provide a dry etching method which does not have the disadvantages of the known wet etching method mentioned.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION
Die der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 zugrundeliegende Idee ist die Bereitstellung eines Trockenätzprozesses, bei dem ein mikromechanisches Material in einem vorbestimmten Temperaturbereich oberhalb Raumtemperatur selektiv gegenüber einem anderen mikromechanischen Material geätzt werden kann. Durch die Selektivität sind keine Pas- sivierungsschichten notwendig. Vorzugsweise ist das erste mikromechanische Material Germanium und das zweite mikromechanische Material Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid bzw. Silizium-Germanium. Als Ätzmedium wird in diesem Fall vorzugsweise molekulares Chlor (Cl2) verwendet. Da Germanium nicht spontan mit Chlor reagiert, uss der Ätzvorgang thermisch aktiviert werden. Dies kann entweder durch ein Heizverfahren oder durch ein thermisches Absorptionsverfahren geschehen.The idea underlying the present invention according to claim 1 is to provide a dry etching process in which a micromechanical material can be etched selectively in relation to another micromechanical material in a predetermined temperature range above room temperature. Due to the selectivity, no passivation layers are necessary. The first micromechanical material is preferably germanium and the second micromechanical material is silicon, silicon oxide, silicon nitride or silicon germanium. In this case, molecular chlorine (Cl 2 ) is preferably used as the etching medium. Since germanium does not react spontaneously with chlorine, the etching process must be activated thermally. This can be done either by a heating process or by a thermal absorption process.
Die Selektivität des Ätzmediums gegenüber dem ersten Material wird dadurch erreicht, dass für die Ätzung des zweiten Materials niedrigere Temperaturen als für die Atzung des ersten Materials benötigt werden. Dadurch hat man ein Temperatur enster zur Verfugung, in dem das zweite Material selektiv gegenüber dem ersten Material geätzt werden kann. Hinsichtlich der Materialien Germanium/Silizium wurde die Möglichkeit des selektiven Ätzens in K. Ikeda, S. Imai, M. Matsumara, Atomic layer etching of germanium, Applied Sur- face Science, Band 112, 1997, Seiten 87 - 91 berichtet..The selectivity of the etching medium with respect to the first material is achieved in that for the etching of the second Materials lower temperatures than are required for the etching of the first material. This provides a temperature window in which the second material can be selectively etched relative to the first material. Regarding the materials germanium / silicon, the possibility of selective etching was reported in K. Ikeda, S. Imai, M. Matsumara, Atomic layer etching of germanium, Applied Surface Science, Volume 112, 1997, pages 87-91.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das „sticking" somit nicht auftreten, da das zweite Material aus der Gasphase herausgeatzt wird."Sticking" can therefore not occur in the method according to the invention, since the second material is etched out of the gas phase.
In den Unteranspruchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstandes der Erfindung.Advantageous developments and improvements of the subject matter of the invention can be found in the subclaims.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste mikromechanische Strukturelement ein T-Balken, z.B. aus Polysi- lizium.According to a preferred development, the first micromechanical structural element is a T-bar, e.g. made of polysilicon.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das erste Material aus folgender Gruppe ausgewählt: Silizium, insbesondere Polysilizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Silizium-Germanium.According to a further preferred development, the first material is selected from the following group: silicon, in particular polysilicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon germanium.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das zweite mikromechanische Strukturelement eine Opferschicht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Material Germanium. Dieses Material läßt sich mit dem Ätzmedium Chlorgas besonders gut thermisch aktiviert selektiv gegenüber Silizium und Siliziumverbindungen ätzen.According to a further preferred development, the second micromechanical structural element is a sacrificial layer. According to a further preferred development, the second material is germanium. This material can be etched with the etching medium chlorine gas particularly well, thermally activated, selectively with respect to silicon and silicon compounds.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die mikromechanische Struktur auf einem Substrat vorgesehen.According to a further preferred development, the micromechanical structure is provided on a substrate.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die gesamte mikromechanische Struktur auf eine Temperatur im ersten Temperaturbereich gebracht.According to a further preferred development, the entire micromechanical structure is brought to a temperature in the first temperature range.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die das zweite mikromεchanische Strukturelement selektiv durch Strahlungsabsorption auf eine Temperatur im ersten Temperaturbereich gebracht.According to a further preferred development, the second micromechanical structural element is brought selectively to a temperature in the first temperature range by radiation absorption.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Leiten des gasförmigen Ät∑mediums über die mikromechanische Struktur bei Raumtemperatur begonnen, bevor die mikromechanische Struktur in den ersten Temperaturbereich gebracht wird.According to a further preferred development, the conduction of the gaseous etching medium over the micromechanical structure is started at room temperature before the micromechanical structure is brought into the first temperature range.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen :Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it :
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ätzreaktors zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ;1 shows a schematic illustration of an etching reactor for carrying out a first embodiment of the method according to the invention;
Fig. 2a-ά eine Darstellung der wesentlichen Prozeßschritte der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;2a-ά a representation of the essential process steps of the first embodiment of the method according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ätzreak ors zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;3 shows a schematic representation of an etching freak for carrying out a second embodiment of the method according to the invention;
Fig. 4a-d eine Darstellung der wesentlichen Prozeßschritte der zweiten Ausführungs orm des erfindungsgemäßen Verfahrens; und4a-d show the essential process steps of the second embodiment of the method according to the invention; and
Fig. 5a-d eine Darstellung der wesentlichen Prozeßschritte eines bekannten Verfahrens.5a-d show the essential process steps of a known method.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.In the figures, identical reference symbols designate identical or functionally identical components.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ätzreaktors zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Fig. 1 bezeichnen zusätzlich zu den bereits eingeführten Bezugszeichen R einen Ätzreaktor, E einen Gaseinlass für ein Ätzgas G, hier Cl2, A einen Gasauslass, SH einen Substrathalter und WH eine Widerstandsheizung, mit der der Ät∑reaktor R umgeben ist.1 shows a schematic representation of an etching reactor for carrying out a first embodiment of the method according to the invention. In FIG. 1, in addition to the reference symbols R already introduced, denote an etching reactor, E a gas inlet for an etching gas G, here Cl 2 , A a gas outlet, SH a substrate holder and WH a resistance heater with which the etching reactor R is surrounded.
Der Ätzreaktor R ist an ein nicht gezeigtes Gas-Versorgungssystem zum Einlass des Ätzgases G in Form von CL2 sowie eine nicht gezeigte Vakuumeinheit angeschlossen. Das Substrat S, hier in Form eines Wafers, kann durch die Widerstandsheizung WH geheizt werden oder durch eine nicht gezeigte Heizung des Substrathalters SH .The etching reactor R is connected to a gas supply system (not shown) for the inlet of the etching gas G in the form of CL 2 and to a vacuum unit (not shown). The substrate S, here in the form of a wafer, can be heated by the resistance heater WH or by heating the substrate holder SH, not shown.
Fig. 2a-d zeigen eine Darstellung der wesentlichen Prozeßschritte der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens .2a-d show a representation of the essential process steps of the first embodiment of the method according to the invention.
Gemäß Fig. 2a beginnt der Trockenätzprozess mit dem Einlass von Chlorgas in den Ätzreaktor R, in dem sich die mikromechanische Struktur auf dem Substrathalter SH befindet. Dies geschieht bei Raumtemperatur. Das im Ätzreaktor R befindliche Chlorgas adsorbiert an der Germanium-Oberfläche der Opferschicht OS und bildet dort eine GeClx-Schicht, d.h. verschiedene stöchiometrische Verbindungen mit Chlor, wie z.B. GeCl und GeCl2. Diese Reaktionsprodukte können j'edoch bei Raumtemperatur nicht desorbieren. Um den Ätzvorgang dann zu aktivieren wird der Ätzreakror mittels der Widerstandsheizung WH auf eine Temperatur im Temperaturbereich 300°C < T < 600°C aufgeheizt, vorzugsweise 400°C. Die thermisch zugeführte Energie hat zur Folge, dass die Reaktionsprodukte in Form von GeCl2 von der Germanium-Oberfläche desorbieren können bzw. sich die Reaktions- •produkte in Form von GeCl in Reaktionsprodukte in Form von GeClΞ umwandeln. Selbstverständlich adsorbiert das Chlorgas auch auf dem mikromechanischen Strukturelement MS in Form des T-Balkens. Allerdings ist für die Desorption von GeCl2 eine geringere Temperatur notwendig als für die -Desorption von SiCl2. Letztere benötigt eine Temperatur von mindestens 600 °C. Aufgrund dieses Verhaltens hat man ein großes Temperaturfenster 300°C < T < 600°C zur Verfügung, in dem man das Germanium der Opferschicht OS selektiv gegenüber dem Silizium des T-Balkens MS ätzen kann.According to FIG. 2a, the dry etching process begins with the inlet of chlorine gas into the etching reactor R, in which the micromechanical structure is located on the substrate holder SH. This happens at room temperature. The chlorine gas located in the etching reactor R adsorbs on the germanium surface of the sacrificial layer OS and forms a GeCl x layer there, ie various stoichiometric compounds with chlorine, such as GeCl and GeCl 2 . These reaction products can j 'edoch at room temperature does not desorb. In order to then activate the etching process, the etching reactor is heated by means of the resistance heater WH to a temperature in the temperature range 300 ° C. <T <600 ° C., preferably 400 ° C. The result of the thermally supplied energy is that the reaction products in the form of GeCl 2 can desorb from the germanium surface or the reaction products in the form of GeCl are converted into reaction products in the form of GeCl Ξ . Of course, the chlorine gas also adsorbs on the micromechanical structural element MS in the form of the T-bar. However, a lower temperature is required for the desorption of GeCl 2 than for the desorption of SiCl 2 . The latter requires a temperature of at least 600 ° C. Because of this behavior, a large temperature window 300 ° C <T <600 ° C is available, in which one can selectively etch the germanium of the sacrificial layer OS against the silicon of the T-beam MS.
Wird die Widerstandsheizung WH auf der erhöhten Temperatur von beispielsweise 400°C konstant gehalten und kontinuierlich Chlorgas G in den Ät∑reaktor R eingelassen, dann findet eine kontinuierliche Ätzung der Germanium-Opferschicht OS statt, wie in Fig. 2d illustriert, was letztendlich zum in Fig. 2e gezeigten Zustand führt, in dem die Opferschicht OS vollständig entfernt ist.If the resistance heater WH is kept constant at the elevated temperature of, for example, 400 ° C. and chlorine gas G is continuously introduced into the etching reactor R, then a continuous etching of the germanium sacrificial layer OS takes place, as illustrated in FIG. 2d, which ultimately results in FIG 2e shows the state in which the sacrificial layer OS has been completely removed.
Fig. 3 zeigen eine schematische Darstellung eines Ätzreaktors zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform des erindungsgemäßen Verfahrens. Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform des Ätzreaktors R unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass anstelle der Widerstandsheizung WH eine Lichtquelle LQ zur Emission von Strahlung einer bestimmten3 show a schematic illustration of an etching reactor for carrying out a second embodiment of the method according to the invention. The embodiment of the etching reactor R shown in FIG. 3 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that, instead of the resistance heater WH, a light source LQ for emitting radiation of a certain one
Energie hv vorgesehen ist.Energy hv is provided.
Fig. 4a-d eine Darstellung der wesentlichen Prozeßschritte der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.4a-d show the essential process steps of the second embodiment of the method according to the invention.
Der Ätzprozess gemäß Fig. B und 4b beginnt ebenso wie bei dem oben im Zusammenhang mit Fig. 2 erläuterten ersten Aus- führungsbeispiel .B and 4b begin in the same way as in the first exemplary embodiment explained above in connection with FIG. 2.
Gemäß Fig. 4c wird dann allerdings nicht die gesamte mikro- mechanische' Struktur durch eine Heizung erwärmt, sondern die Erwärmung erfolgt selektiv durch die Absorption der Lichteinstrahlung durch die Lichtquelle LQ .According to FIG. 4c, however, the entire micromechanical structure is then not heated by a heater, but rather the heating takes place selectively through the absorption of the light radiation by the light source LQ.
Aufgrund der kleineren Bandlücke von Germanium im Vergleich zu Silizium kann die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts hv so gewählt werden, dass das Licht durch das Silizium des mikromechanischen Strukturelements MS hindurch geht und im Germanium der Opferschlicht OS absorbiert wird. Dies führt zur lokalen Erwärmung der Opferschicht OS. Mit anderen Worten muß, damit die Lichtenergie von der Germanium-Opferschicht OS absorbiert wird, die Energie der Strahlung größer sein als der Bandabstand des Germaniums. Um jedoch die Lrwärmung des Siliziums zu verhindern, muss die Energie der Strahlung kleiner sein als der Bandabstand des Siliziums.Due to the smaller band gap of germanium compared to silicon, the wavelength of the incident light hv can be selected such that the light passes through the silicon of the micromechanical structural element MS and the sacrificial size OS is absorbed in the germanium. This leads to local heating of the sacrificial layer OS. In other words, in order for the light energy to be absorbed by the germanium sacrificial layer OS, the energy of the radiation must be greater than the bandgap of the germanium. However, in order to To prevent silicon from heating up, the energy of the radiation must be less than the bandgap of the silicon.
Durch die besagte Strahlungsabsorption lässt sich ebenfalls eine Temperatur im Bereich 300°C < T < 600°C, vorzugsweise 400°C einstellen, welche zum bereits beschriebenen Ätzverhalten führt, das für diese Ausführungsform in Fig. 4d und 4e illustriert ist.The aforementioned radiation absorption also makes it possible to set a temperature in the range 300 ° C. <T <600 ° C., preferably 400 ° C., which leads to the etching behavior already described, which is illustrated for this embodiment in FIGS. 4d and 4e.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar .Although the present invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted to these but can be modified in a variety of ways.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für die oben illustrierte Opferschichtätzung interessant, sondern aligemein für die selektive Strukturierung eines bestimmten Materials, z.B. Germanium, gegenüber anderen in der Halbleitertεchnik bekannten Materialien. In particular, the method according to the invention is of interest not only for the sacrificial layer etching illustrated above, but generally for the selective structuring of a certain material, e.g. Germanium, compared to other materials known in semiconductor technology.

Claims

Herstellungsverfahren für eine mikromechanische StrukturPATENTANSPRÜCHE Manufacturing process for a micromechanical structure
1. Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Struktur mit den Schritten:1. Manufacturing method for a micromechanical structure with the steps:
Bereitstellen einer mikromechanischen Struktur mit einem ersten mikromechanischen Strukturelement (MS) aus einem ersten Material und einem zweiten mikromechanischen Ξtrukturelement (OS) aus einem zweiten Material;Providing a micromechanical structure with a first micromechanical structure element (MS) made of a first material and a second micromechanical structure element (OS) made of a second material;
Leiten eines gasförmigen Ätzmediums (G) über die mikromechanische Struktur, wobei das Ätzmedium (G) derart beschaffen ist, daß es in einem ersten Temperaturbereich oberhalb Raumtemperatur selektiv das zweite Material gegenüber dem ersten Material ätzt;Guiding a gaseous etching medium (G) over the micromechanical structure, the etching medium (G) being such that it selectively etches the second material with respect to the first material in a first temperature range above room temperature;
Bringen der mikromechanischen Struktur in den ersten Temperaturbereich zum selektiven Ätzen des zweiten Materials gegenüber dem ersten Material.Bring the micromechanical structure into the first temperature range for selective etching of the second material compared to the first material.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste mikromεchanische Strukturelement (MS) ein T— Balken ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the first micromechanical structural element (MS) is a T bar.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Matεrial aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Silizium, insbesondere Polysilizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Silizium-Germanium.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first material is selected from the following group: silicon, in particular polysilicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon germanium.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite mikromechanische Strukturelement (OS) eine Opferschicht ist.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second micromechanical structural element (OS) is a sacrificial layer.
5. Verfahren nach einem der vorhεrgεhendεn Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material Germanium ist .5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second material is germanium.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmedium (G) Chlorgas ist.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the etching medium (G) is chlorine gas.
7. Verfahren, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mikromechanische Struktur auf einem Substrat (1) vorgesehen ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the micromechanical structure is provided on a substrate (1).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte mikromechanische Struktur auf eine Temperatur im ersten Temperaturbereich gebracht wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the entire micromechanical structure is brought to a temperature in the first temperature range.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite mikromechanische Strukturelement (OS) selektiv durch Strahlungsabsorption auf eine Temperatur im ersten Temperaturbereich gebracht wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second micromechanical structural element (OS) selectively by radiation absorption is brought to a temperature in the first temperature range.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiten des gasförmigen Ätzmediums über die mikromechanischε Struktur bεi Raumtemperatur begonnen wird, bevor die mikromechanische Struktur in den ersten Temperaturbereich gebracht wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the conduction of the gaseous etching medium over the micromechanical structure is started at room temperature before the micromechanical structure is brought into the first temperature range.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726480A (en) * 1995-01-27 1998-03-10 The Regents Of The University Of California Etchants for use in micromachining of CMOS Microaccelerometers and microelectromechanical devices and method of making the same
US6060336A (en) * 1998-12-11 2000-05-09 C.F. Wan Incorporated Micro-electro mechanical device made from mono-crystalline silicon and method of manufacture therefore
WO2000042231A2 (en) * 1999-01-15 2000-07-20 The Regents Of The University Of California Polycrystalline silicon germanium films for forming micro-electromechanical systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726480A (en) * 1995-01-27 1998-03-10 The Regents Of The University Of California Etchants for use in micromachining of CMOS Microaccelerometers and microelectromechanical devices and method of making the same
US6060336A (en) * 1998-12-11 2000-05-09 C.F. Wan Incorporated Micro-electro mechanical device made from mono-crystalline silicon and method of manufacture therefore
WO2000042231A2 (en) * 1999-01-15 2000-07-20 The Regents Of The University Of California Polycrystalline silicon germanium films for forming micro-electromechanical systems

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IBA Y ET AL: "PATTERN FABRICATION TECHNIQUE FOR TA-GE AMORPHOUS X-RAY ABSORBER ONA SIC MEMBRANE BY INDUCTIVELY COUPLED PLASMA" JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, PUBLICATION OFFICE JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. TOKYO, JP, Bd. 38, Nr. 4A, PART 1, April 1999 (1999-04), Seiten 2164-2168, XP000906668 ISSN: 0021-4922 *
KAMINS T I ET AL: "INFLUENCE OF HCI ON THE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION AND ETCHING OF GEISLANDS ON SI(001)" APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, Bd. 73, Nr. 13, 28. September 1998 (1998-09-28), Seiten 1862-1864, XP000784180 ISSN: 0003-6951 *
LI B ET AL: "APPLICATIONS OF GERMANIUM TO LOW TEMPERATURE MICRO-MACHINING" TECHNICAL DIGEST OF THE IEEE INTERNATIONAL MEMS '99 CONFERENCE. 12TH IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS. ORLANDO, FL, JAN. 17 - 21, 1999, IEEE INTERNATIONAL MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS CONFERENCE, NEW YORK, NY: IEE, 1999, Seiten 638-643, XP000830821 ISBN: 0-7803-5195-9 *

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