DE102014200380A1

DE102014200380A1 - Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und mikromechanisches Bauteil

Info

Publication number: DE102014200380A1
Application number: DE102014200380.6A
Authority: DE
Inventors: Theresa Lutz; Friedjof Heuck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2015-07-16
Also published as: CN105939958B; EP3094592A1; CN105939958A; WO2015104086A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil, das wenigstens die folgenden Schritte umfasst: Herausstrukturieren einer Grundstruktur (10) mindestens einer Komponente des mikromechanischen Bauteils aus zumindest einer kristallinen Schicht (12) eines Substrats mittels eines kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts, und Herausarbeiten mindestens einer Fläche (18) einer definierten Kristallebene (20) aus der Grundstruktur (10) der mindestens einen Komponente mittels eines kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts, wobei der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt ausgeführt wird, für welchen die jeweilige definierte Kristallebene (20), nach welcher die mindestens eine an der Grundstruktur (10) herausgearbeitete Fläche (18) ausgerichtet wird, von allen Kristallebenen die niedrigste Ätzrate aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mikromechanisches Bauteil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mikromechanisches Bauteil.
Stand der Technik
In der Publikation „Spezielle Herstellungsverfahren der Mikrosystemtechnik" (http://www. leb.eei.uni-erlangen.de/termine/ferienakademie/2008/mikrosysteme/Hoehne_SpezifischeVerfahren_Vortrag.pdf; Seite 20) wird ein Verfahren zum Bilden senkrechter Gräben in eine Oberseite eines kristallinen Silizium-Wafers bei vorliegender <110>-Oberflächenorientierung mittels eines Kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts dargestellt. Dabei wirken die <111>-Kristallebenen als Ätzstoppebenen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung realisiert insbesondere ein vereinfachtes Herstellungsverfahren, bei welchem ein kristallorientierungs-unabhängiger Ätzschritt und ein kristallorientierungs-abhängiger Ätzschritt miteinander kombiniert sind. Wie unten genauer ausgeführt wird, sind auch die Maskierungen der Ätzschritte vergleichsweise einfach ausbildbar. Somit kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren leicht ausgeführt werden. Das mittels des Herstellungsverfahrens hergestellte mikromechanische Bauteil ist deshalb vergleichsweise kostengünstig.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Herstellen eines mikromechanischen Bauteils in Massenproduktion mit hoher Ausbeute, wobei gleichzeitig eine verlässliche Einhaltung einer gewünschten Strukturierungsgenauigkeit bzw. Strukturflankensymmetrie einzelner Komponenten gewährleistet ist. Durch die Verwendung von mindestens einer kristallinen Schicht können Körner-Effekte unterbunden werden. Während das Vorhandensein von Körnern in einem Ausgangsmaterial herkömmlicher Weise häufig zu Ungenauigkeiten beim Strukturieren führt, können mittels der vorliegenden Erfindung die in der mindestens einen kristallinen Schicht auftretenden wohldefinierten Kristallebenen zum Herausbilden einer vorteilhaften Form der mindestens einen herausstrukturierten Struktur genutzt werden.
Herkömmlicherweise müssen bei einem gemäß dem Stand der Technik hergestellten mikromechanischen Bauteil Fehlwinkeltoleranzen von mindestens 0,5° über den Wafer akzeptiert werden. Diese unerwünscht hohen Fehlwinkeltoleranzen treten beispielsweise aufgrund des vergleichsweise komplexen Aufbaus einer DRIE-Ätzanlage (Tiefenätzanlage, Deep Reactive Ion Etching) und der Prozessführung während der DRIE-Ätzung auf. Auch das sogenannte Parallaxen-Problem tritt bei einem gemäß dem Stand der Technik hergestellten mikromechanischen Bauteil häufig auf. Demgegenüber bietet die vorliegende Erfindung z.B. eine Kombination zwischen einem DRIE-Ätzen (reaktiven Ionentiefenätzschritt, Deep Reactive Ion Etching) als dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt und einem anisotropen kristallorientierten nasschemischen Ätzen als dem kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt. Mittels der erfindungsgemäßen Technik ist es möglich, bei der Herstellung eines mikromechanischen Bauteils dessen Fehlwinkeltoleranzen unter 0,02°, insbesondere unter 0,01°, zu drücken Damit lässt sich der teure elektrotechnische Aufwand die fehlerhaften Signale zu korrigieren drastisch reduzieren. Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil hat somit signifikante Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden als die mindestens eine Komponente des mikromechanischen Bauteils zumindest mindestens eine Feder, mindestens ein Verankerungsbereich der mindestens einen Feder, und mindestens ein Teilbereich einer verstellbaren Masse, welche über die mindestens eine Feder mit dem mindestens einen Verankerungsbereich so verbunden wird, dass die verstellbare Masse in Bezug zu dem mindestens einen Verankerungsbereich verstellbar ist, hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann damit zur Herstellung von Federn als sensitiven/kritischen Elementen eines Sensors, eines Sensorbauteils, eines Aktors oder eines Aktorbauteils genutzt werden. Bei einer Verwendung des Herstellungsverfahrens zum Herstellen von Federn ist sicherstellbar, dass eine vorgegebene/gewünschte Federkonstante an den hergestellten Federn verlässlich vorliegt.
Beispielsweise wird mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts mindestens eine hochsymmetrische Seitenwand der mindestens einen Feder herausgearbeitet. Einschränkungen an den Toleranzen der mindestens einen Feder, speziell des Flankenfehlwinkels, müssen in diesem Fall nicht in Kauf genommen werden. Die verlässlich gewährleisteten nahezu senkrechten Seitenwände der Federn sind für die spätere Bewegung der verstellbaren Masse von großer Bedeutung. Aufgrund der gewährleisteten engen Toleranzen für die Federn ist bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung ein kleines Designfenster für die Federsteifigkeit einhaltbar. Speziell der Flankenfehlwinkel, also die Parallelverkippung der Seitenwände oder die Abweichung der Seitenwände zu einer Oberflächennormalen (Parallelogrammfehler), treten bei der mindestens einen hergestellten Feder in diesem Fall nicht/kaum auf.
Das Herstellungsverfahren kann somit zur Herstellung von Aktoren und/oder Sensoren mit einer hohen Anforderung an Strukturgenauigkeiten, insbesondere an eine Seitenwandsymmetrie, angewandt werden. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Herstellverfahren bei Drehratensensoren zur Erzeugung von Aufhängestrukturen mit einem symmetrischen Federquerschnitt und einem vernachlässigbaren Flankenfehlwinkel gegenüberliegender Seitenflanken eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die Grundstruktur der mindestens einen Komponente des mikromechanischen Bauteils aus einer hochpräzise orientierten monokristallinen Schicht herausstrukturiert. Vorzugsweise wird eine hochpräzise orientierte Siliziumschicht, die eine Fehlorientierung von weniger als 0,05°, insbesondere weniger als 0,02°, von der <110>-Kristallebene oder der <100>-Kristallebene aufweist, zum Ausführen des Herstellungsverfahrens bereitgestellt, so dass mittels zumindest des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts und des kristallorientierungs-abhängiger Ätzschritts mindestens eine hochsymmetrische Strukturflanke und/oder mindestens eine hochsymmetrische Seitenwand als die mindestens eine Struktur herausstrukturiert werden. Durch das Bereitstellen der monokristallinen Siliziumschicht mit einer Oberfläche, die eine Fehlorientierung von weniger als ±0,5° von der <110>-Kristallebene oder der <100>-Kristallebene aufweist, und das Ausführen des Herstellungsverfahrens an der Oberseite dieser monokristallinen Siliziumschicht können auftretende Fehlwinkeltoleranzen (d. i. die Winkelabweichung zweier gegenüberliegender Strukturflanken voneinander und der Gang dieser Winkelabweichung über ein Substrat) vorteilhaft niedrig gehalten werden. Beispielsweise ist es mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren möglich, die Fehlwinkeltoleranzen auf weniger als ±0,5°, insbesondere weniger als ±0,02°, über einen ganzen Wafer zu drücken. Dies ist ein vorteilhaft niedriger Wert verglichen mit den anlagenbedingt bei einem Trockenätzen oder Tiefenstrukturieren häufig auftretenden Fehlwinkeltoleranzen von mindestens ±0,5°.
Beispielsweise kann die Grundstruktur der mindestens einen Komponente des mikromechanischen Bauteils aus einer Siliziumschicht als der mindestens einen kristallinen Schicht bei einer vorliegenden <110>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht herausstrukturiert werden, wobei ein KOH-Ätzschritt oder ein TMAH-Ätzschritt als der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt ausgeführt wird. Außerdem kann eine azimuthale Kristallausrichtung der Siliziumschicht durch eine kristallrichtungs-abhängige Testätzung von Justagestrukturen abgeleitet, und eine azimuthale Ausrichtung der Lithographiemaske am Kristall unter Zuhilfenahme der abgeleiteten Kristallausrichtung für den kristallrichtungs-abhängigen Ätzschritt zur Herausstrukturierung der mindestens einen Struktur abgeleitet werden. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist somit leicht ausführbar.
Als Alternative dazu kann die Grundstruktur der mindestens einen Komponente des mikromechanischen Bauteils auch aus einer Siliziumschicht als der mindestens einen kristallinen Schicht bei einer vorliegenden <100>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht herausstrukturiert werden, wobei ein ClF₃-Ätzschritt oder ein XeF₂-Ätzschritt als der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt ausgeführt wird. Auch in diesem Fall ist die <100>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht mit einer Fehlorientierung von weniger als 0,05°, insbesondere von weniger als 0,02°, verlässlich gewährleistbar. Somit können auch in diesem Fall Fehlwinkeltoleranzen von weniger als 0,5°, insbesondere von weniger als 0,02°, an dem hergestellten mikromechanischen Bauteil erreicht werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird ein anisotroper Ätzschritt als der kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritt ausgeführt. Der anisotrope Ätzschritt kann speziell dazu genutzt werden, um unerwünschte Effekte des danach ausgeführten kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts zu beheben.
Insbesondere kann ein reaktiver Ionentiefenätzschritt (DRIE-Ätzschritt, Deep Reactive Ion Etching) als der kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritt ausgeführt werden. Ein reaktiver Ionentiefenätzschritt ist leicht mit einem kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt kombinierbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein nasschemischer Ätzschritt als der mindestens eine kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt ausgeführt. Ein nasschemischer Ätzschritt ist einfach ausführbar. Außerdem ist ein nasschemischer Ätzschritt auf einfache Weise mit dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt, insbesondere mit einem reaktiven Ionentiefenätzschritt, kombinierbar.
Insbesondere kann ein Teilbereich der Grundstruktur der mindestens einen Komponente des mikromechanischen Bauteils während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts mit einer Schutzschicht abgedeckt werden zum Herausarbeiten der mindestens einen nach der jeweiligen definierten Kristallebene ausgerichteten Fläche lediglich an einem freiliegenden Restbereich der Grundstruktur. Der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt kann insbesondere zum Glätten/Polieren lediglich des freiliegenden Restbereichs der Grundstruktur ausgeführt werden, während gleichzeitig verhinderbar ist, dass an dem während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts abgedeckten Teilbereich der Grundstruktur Flächen nach der jeweiligen definierten Kristallebene ausgerichtet werden. Die Kombination des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts mit dem kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt kann somit gezielt zum Herstellen der mindestens einen Komponente genutzt werden, während gleichzeitig auch mindestens eine weitere Komponente des mikromechanischen Bauteils lediglich mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts herstellbar ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Herstellungsverfahrens wird vor dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt an einem Grenzbereich der später gebildeten Schutzschicht ein Graben in die mindestens eine kristalline Schicht strukturiert, welcher vor dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt mit einem für den kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt geeigneten Ätzstoppmaterial gefüllt wird. Anschließend werden in dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt eine erste Grabenteilwand des Grabens zum Bilden eines den Teilbereich der Grundstruktur teilweise freilegenden ersten Trenchabschnitts und eine zweite Grabenteilwand des Grabens zum Bilden eines den Restabschnitt der Grundstruktur teilweise freilegenden zweiten Trenchabschnitts entfernt. In diesem Fall ist das in den Graben eingefüllte Ätzstoppmaterial während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts als Ätzschutzpfropfen für den von der Schutzschicht abgedeckten Teilbereich nutzbar. Somit kann ein unerwünschtes Mitätzen/Mitglätten/Mitpolieren des von der Schutzschicht abgedeckten Teilbereichs während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts gezielt verhindert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird ein Inertialsensor oder ein Inertialsensorbauteil als das mikromechanische Bauteil hergestellt. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann somit für eine verbesserte Messgenauigkeit und eine gesteigerte Robustheit dieses Sensortyps genutzt werden. Die Einsetzbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf das Herstellen eines Inertialensors oder eines Inertailsensorbauteils limitiert.
Die in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch bei einem entsprechenden mikromechanischen Bauteil gewährleistet. Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil umfasst mindestens eine aus einem kristallinen Material herausstrukturierte Komponente, wobei an der mindestens einen Komponente mindestens eine Fläche herausgearbeitet ist, welche an einer definierten Kristallebene des kristallinen Materials ausgerichtet ist. Das mikromechanische Bauteil ist auch entsprechend der oben erläuterten Ausführungsformen weiterbildbar.
Vorteilhafterweise umfasst das mikromechanische Bauteil eine Halterung, mindestens eine Feder, und eine verstellbare Masse, welche über die mindestens eine Feder mit der Halterung so verbunden ist, dass die verstellbare Masse in Bezug zu der Halterung verstellbar ist, wobei zumindest die mindestens eine Feder, mindestens ein Verankerungsbereich der mindestens einen Feder an der Halterung und zumindest ein Teilbereich der verstellbaren Masse als die mindestens eine Komponente aus dem kristallinen Material herausstrukturiert sind. Somit sind die oben beschriebenen Vorteile der herstellbaren Federn auch für das mikromechanische Bauteil sicherstellbar.
Beispielsweise kann an der mindestens einen Komponente mindestens eine Fläche herausgearbeitet sein, welche an der <111>-Kristallebene von Silizium als das kristalline Material ausgerichtet ist. Eine derartige Komponente ist leicht herstellbar, indem zumindest die Komponente aus einer Siliziumschicht bei einer vorliegenden <110>-Oberflächenorientiertung der Siliziumschicht herausstrukturiert wird.
Alternativ kann an der mindestens einen Komponente auch mindestens eine Fläche herausgearbeitet sein, welche an der <110>-Kristallebene von Silizium als das kristalline Material ausgerichtet ist. Dies ist leicht realisierbar, indem die Komponente aus einer Siliziumschicht bei einer vorliegenden <100>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht geformt wird.
Vorzugsweise ist das mikromechanische Bauteil ein Inertialsensor oder ein Inertiasensorbauteil. Insbesondere kann das mikromechanische Bauteil ein Drehratensensor sein. Die hier aufgezählten Beispiele für die Ausbildbarkeit des mikromechanischen Bauteils sind jedoch nicht limitierend zu deuten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil;
2A bis 2F schematische Darstellungen zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil, wobei die 2Aa bis 2Fa Draufsichten auf eine kristalline Schicht und die 2Ab bis 2Fb Querschnitte durch die kristalline Schicht zeigen;
3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen schematischen Querschnitt zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
In dem hier erläuterten Herstellungsverfahren wird eine Grundstruktur 10 mindestens einer Komponente des mikromechanischen Bauteils aus zumindest einer kristallinen Schicht 12 eines Substrats mittels eines kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts herausstrukturiert. Der Pfeil 14 deutet auf eine mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts an der Grundstruktur 10 herausbildbare Seitenwand. Unter dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt kann jedes Ätzverfahren verstanden werden, welches für die verschiedenen Kristallebenen der kristallinen Schicht 12 eine zumindest nahezu gleiche Ätzrate aufweist. Als der kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritt kann z.B. ein anisotroper Ätzschritt zum Herausstrukturieren der Grundstruktur 10 ausgeführt werden. Bevorzugter Weise wird ein reaktiver Ionentiefenätzschritt (DRIE-Ätzschritt, Deep Reactive Ion Etching) als der mindestens eine kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritt ausgeführt.
Das Ausbilden der Grundstruktur 10 mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts hat den Vorteil, dass die Grundstruktur 10 nicht auf eine vorgegebene Ausrichtung ihrer Grenzflächen an bestimmte Kristallebenen der kristallinen Schicht 12 gebunden ist. Stattdessen kann die Grundstruktur 10 ohne eine Berücksichtigung der Kristallebenen der kristallinen Schicht 12 mit einer hohen Designfreiheit vorgegeben und ausgebildet werden. Allerdings ist, wie anhand von 1 zu erkennen ist, bei dem Herausstrukturieren der Grundstruktur 10 mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts das Auftreten von Unregelmäßigkeiten/Abweichungen an der Grundstruktur 10 zu berücksichtigen.
Dieses Problem ist jedoch mittels eines kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts, welcher nach dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt ausgeführt wird, behebbar. Mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts wird bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren mindestens eine Fläche 18 einer definierten Kristallebene 20 aus der Grundstruktur 10 der mindestens einen Komponente herausgearbeitet. Dies ist mittels des Pfeils 16 schematisch wiedergegeben. Unter dem Herausarbeiten der mindestens einen Fläche 18 aus der Grundstruktur 10 kann insbesondere ein Glätten oder Polieren der Grundstruktur 10 verstanden werden, durch welches man die mindestens eine nach der definierten Kristallebene 20 ausgerichtete Fläche 18 erhält. Die mindestens eine Fläche 18 weist nach dem Ausführen des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts in ihrer Ausrichtung kaum Abweichungen bezüglich der definierten Kristallebene 20 auf. Stattdessen entspricht die mindestens eine Fläche 18 nahezu fehlerfrei der definierten Kristallebene 20.
Vorzugsweise erfolgt mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts eine (kurze) kristallorientierte Ätzung/Glättung/Polierung von zumindest Teilbereichen der Grundstruktur 10. Die vorteilhafte Vorgehensweise realisiert ein Glätten von Rauigkeiten an der Grundstruktur bei einem Stoppen an mindestens einer nach der definierten Kristallebene 20 ausgerichteten Fläche 18. Das hier beschriebene Herstellungsverfahren kann somit auf bisherige etablierte kristallorientierungs-unabhängige Strukturierungen aufbauen und den kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt als Prozessoption, bzw. Dip, ausführen. Eine aufwändige Maskierung/Justage der beiden Ätzschritte zueinander ist nicht notwendig.
Als der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt wird ein Ätzverfahren ausgeführt, für welches die jeweilige definierte Kristallebene 20 (nach welcher die mindestens eine an der Grundstruktur 10 herausgearbeitete Fläche 18 ausgerichtet wird) von allen Kristallebenen (der kristallinen Schicht 12) die niedrigste Ätzrate aufweist. Der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt kann insbesondere ein nasschemischer Ätzschritt sein. Kristallebenen einer kristallinen Schicht 12 können durch geeignete nasschemische Ätzverfahren mit extrem hoher Selektivität zueinander geätzt werden. Die chemische Selektivität ist der physikalischen Selektivität eines reaktiven Ionentiefenätzschritts weit überlegen. Vorzugsweise ist der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt ein nasschemischer Ätzschritt im alkalischen Milieu.
Ein nasschemisches Ätzverfahren weist oft eine extrem hohe Selektivität bezüglich einer definierten Kristallebene 20 (der kristallinen Schicht 12) auf. Aufgrund dieser kristallorientierten Ätzratenunterschiede des nasschemisches Ätzverfahrens können auch Riffel oder Spitzen, wie sie typischerweise z.B. mittels des alternierenden Bosch-Prozesses entstehen, geglättet werden. Deshalb können mittels des nasschemischen Ätzverfahrens häufig auch senkrecht ausgerichtete Seitenwände aus der kristallinen Schicht 12 herausstrukturiert werden. Beispielsweise können KOH (Kaliumhydroxid) und/oder TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) zum Ausführen des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts verwendet werden. Die hier genannten Ätzmaterialien sind jedoch nur beispielhaft zu verstehen.
Weitere Vorteile einer nasschemischen Strukturierung sind ein wesentlich vereinfachter Aufbau der Ätzkammer, sowie eine sehr hohe Homogenität der Ätzrate über eine gesamte Fläche der kristallinen Schicht 12. Bei einem Nassätzprozess entfällt auch das Entstehen von Flankenasymmetrien (bedingt durch einen schrägen Ioneneinfall über den Wafer beim trockenen Plasmaätzen). Außerdem kann bei einem Nassätzprozess mit dünneren Maskierungen gearbeitet werden. Ätzstopps und Übergänge sind beim nasschemischen Ätzen besser definiert als beim Trockenätzen. Des Weiteren können Wafer im Batch prozessiert werden, was gegenüber einer Einzel-Wafer-Prozessierung im Trockenätzer vorteilhaft ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts auftretenden Strukturverluste häufig (aufgrund der kurzen Dauer des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts) so gering sind, dass sie die Funktion des späteren mikromechanischen Bauteils nicht beeinflussen. Außerdem kann die Grundstruktur 10 mindestens eine leicht positive Flanke aufweisen, mittels welcher die Strukturverluste kompensierbar sind. Damit ist es im anschließenden kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt möglich, die mindestens eine ausgerichtete Fläche 18 exakt auf die in der Lithographie definierten Bereiche zurückzunehmen.
Die Grundstruktur 10 der mindestens einen Komponente des mikromechanischen Bauteils kann mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts aus einer monokristallinen Schicht 12 als der kristallinen Schicht 12 herausstrukturiert werden.
Insbesondere kann die kristalline/monokristalline Schicht 12 vor dem Ausführen des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts hochpräzise orientiert werden. Auf diese Weise ist verlässlich eine (nahezu fehlerfreie) Ausrichtung der mindestens einen mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts aus der Grundstruktur 10 herausgearbeiteten Fläche 18 sicherstellbar. Speziell können mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts und des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts mindestens eine hochsymmetrische Strukturflanke und/oder mindestens eine hochsymmetrische Seitenwand als mindestens eine Struktur aus der kristallinen/monokristallinen (hochpräzise orientierten) Schicht 12 herausstrukturiert werden. In einem optionalen Verfahrensschritt können zuvor eine azimuthale Kristallausrichtung der Schicht 12 durch eine kristallrichtungs-abhängige Testätzung von Justagestrukturen abgeleitet und eine azimuthale Ausrichtung der Lithographiemaske am Kristall unter Zuhilfenahme der abgeleiteten Kristallausrichtung für den kristallrichtungs-abhängigen Ätzschritt zur Herausstrukturierung der mindestens einen Struktur abgeleitet werden.
Die kristalline Schicht 12 kann insbesondere eine Siliziumschicht 12 sein. Die Siliziumschicht 12 kann beispielsweise eine kristalline/monokristalline Schicht eines SOI-Wafers sein. Ebenso kann auch ein Silizium-Wafer als Siliziumschicht 12 eingesetzt werden. Die (evtl. hochpräzise orientierte) Siliziumschicht 12 kann auch als Bauelementeschicht eines SOI-Substrats mit einem beliebig orientierten Trägerwafer bereitgestellt werden.
In der Ausführungsform der 1 wird die Grundstruktur 10 der mindestens einen Komponente des mikromechanischen Bauteils aus einer Siliziumschicht 12 als der mindestens einen kristallinen Schicht 12 bei einer vorliegenden <110>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht 12 mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts herausstrukturiert. (Das Vorliegen der <110>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht 12 ist mittels der <110>-Kristallebene 22 bildlich dargestellt.) Die Siliziumschicht 12 weist vor dem Ausführen des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts und des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts eine Oberseite 12a auf, welche vorzugsweise eine Fehlorientierung von weniger als 0,05°, insbesondere weniger als 0,02°, von der <110>-Kristallebene 22 aufweist. Die Siliziumschicht 12 kann deshalb als eine hochpräzise orientierte Siliziumschicht 12 bezeichnet werden, wobei die Oberseite 12a die <110>-Kristallebene 22 ist.
Die Siliziumschicht 12 weist zwei senkrecht zu der <110>-Kristallebene 22 ausgerichtete <111>-Kristallebenen 20 auf. Die beiden senkrecht zu der <110>-Kristallebene 22 ausgerichteten <111>-Kristallebenen 20 sind zueinander in einem spitzen Winkel α von (etwa) 71 und einem stumpfen Winkel β von (etwa) 109° ausgerichtet. (Zwei weitere <111>-Kristallebenen 20 sind um (etwa) 35° geneigt zu der <110>-Kristallebene 22 der Siliziumschicht 12 ausgerichtet.)
Sofern die Grundstruktur 10 aus einer Siliziumschicht 12 bei vorliegender <110>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht 12 herausstrukturiert wird, können ein KOH-Ätzschritt und/oder ein TMAH-Ätzschritt als kristallorientierungs-abhängiger Ätzschritt ausgeführt werden. Somit sind einfach ausführbare Ätzschritte als der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt möglich. Im Fall von Silizium und KOH ergeben sich während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts Ätzratenunterschiede von bis zu 150 zwischen der <110>-Kristallebene 22 und den senkrechten <111>-Kristallebenen 20. Die senkrecht zu der <110>-Kristallebene 22 ausgerichteten <111>-Kristallebenen 20 werden aufgrund der hohen Selektivität während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts mit KOH und/oder TMAH kaum/nicht geätzt. Während des kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritts mit KOH und/oder TMAH wirken die senkrecht zu der <110>-Kristallebene 22 ausgerichteten <111>-Kristallebenen 20 deshalb als Ätzstoppebenen. Damit können mittels des kristallorientierungs-abhängige Ätzschritts mit KOH und/oder TMAH senkrecht ausgerichtete Flächen 18 als Seitenwände aus der <110>-Kristallebene 22 der kristallinen Siliziumschicht 12 herausstrukturiert werden. Der auftretende Fehlwinkel wird hauptsächlich durch eine präzise Einstellung der <110>-Oberfläche definiert. In der Regel ist somit ein Fehlwinkel unter 0,01° möglich.
Sofern der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt eine nasschemische Ätzung mit KOH und/oder TMAH umfasst, bietet sich eine Ätzmaske aus einer dünnen Siliziumdioxidschicht und einer darüber liegenden Siliziumnitridschicht an. Diese beiden Schichten können konform in einer thermischen Oxidation und einer anschließenden LPCVD-Abscheidung (Chemische Gasphasenabscheidung, Low Pressure Chemical Vapour Deposition) erzeugt werden.
Als Alternative zu der in 1 schematisch dargestellten Vorgehensweise kann die Grundstruktur 10 der mindestens einen Komponente des mikromechanischen Bauteil auch aus einer Siliziumschicht 12 als der mindestens einen kristallinen Schicht 12 bei einer vorliegenden <100>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht 12 mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts herausstrukturiert werden. In diesem Fall kann anschließend mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts mindestens eine Fläche aus der Grundstruktur 10 herausgearbeitet werden, welche an der <110>-Kristallebene 22 der Siliziumschicht 12 ausgerichtet ist. Als der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt können beispielsweise ein ClF₃-Ätzschritt (Chlortrifluorid-Ätzschritt) und/oder ein XeF₂-Ätzschritt (Xenondifluorid-Ätzschritt) ausgeführt werden. Somit können auch bei einer derartigen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens einfach ausführbare Ätzprozesse als kristallorientierungs-abhängiger Ätzschritt eingesetzt werden. Des Weiteren sind bei einer derartigen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ebenso die in den vorausgehenden Absätzen beschriebenen Vorteile gewährleistet.
2A bis 2F zeigen schematische Darstellungen zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil, wobei die 2Aa bis 2Fa Draufsichten auf eine kristalline Schicht und die 2Ab bis 2Fb Querschnitte durch die kristalline Schicht zeigen.
Das mittels der 2A bis 2F wiedergegebene Herstellungsverfahren umfasst auch das Herausstrukturieren der Grundstruktur 10 aus der zumindest einen kristallinen Schicht 12 mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts und das Herausarbeiten der mindestens einen Fläche 18 einer definierten Kristallebene 20 aus der Grundstruktur 10 mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts. Bezüglich der Vielseitigkeit der für die zumindest eine kristalline Schicht 12 einsetzbaren Materialien, vorteilhafter Ausrichtungen von dieser und ausführbarer Ätzschritte wird auf die vorausgehenden Beschreibungen verwiesen.
Bei dem Herstellungsverfahren der 2A bis 2F wird vor dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt an einem Grenzbereich 30 einer später gebildeten Schutzschicht, welche unten genauer beschrieben wird, ein Graben 32 in die mindestens eine kristalline Schicht 12 strukturiert. Unter dem Graben 32 kann eine vergleichsweise schmale Öffnung verstanden werden. Eine Tiefe t1 des Grabens 32 ist vorzugsweise größer oder gleich einer Tiefe t2 der später mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts in die kristalline Schicht 12 geätzten Strukturierungen. Anstelle des in 2Aa und 2Ab gezeigten einzigen Grabens 32 können auch mehrere entsprechende Gräben 32 ausgebildet werden. Die Beschreibung von lediglich dem einen Graben 32 erfolgt hier nur der besseren Verständlichkeit wegen.
Der Graben 32 wird vor dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt mit einem für den kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt geeigneten Ätzstoppmaterial 34 gefüllt. Unter dem Ätzstoppmaterial 34 kann ein Material verstanden werden, für welches der später ausgeführte kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt nur eine vernachlässigbar geringe Ätzrate aufweist. Wie in 2Ba und 2Bb erkennbar ist, wird der Graben 32 vorzugsweise vollständig mit dem Ätzstoppmaterial 34 gefüllt. Dies kann so erfolgen, dass das Ätzstoppmaterial 34 einen Pfropfen in dem Graben 32 bildet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird für das Ätzstoppmaterial 34 ein Material eingesetzt, welches auch während des später ausgeführten kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts eine vernachlässigbare Ätzrate aufweist. In diesem Fall kann aus dem Ätzstoppmaterial 34 auch eine Maskierung für den kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt ausgebildet werden. Beispielsweise kann LPCVD-Siliziumdioxid (Chemische Gasphasenabscheidung, Low Pressure Chemical Vapour Deposition) für das Ätzstoppmaterial 34 eingesetzt werden.
In der Ausführungsform der 2Ba und 2Bb wird auch die Maskierung für den nachfolgend ausgeführten kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt aus dem Ätzstoppmaterial 34 gebildet. Da die parallel zu einer Oberseite 12a der kristallinen Schicht 12 ausgerichteten Ausdehnungen des mindestens einen Grabens 32 kleiner als eine Schichtdicke der auf die Oberseite 12a der kristallinen Schicht 12 aufgebrachten Maskierung aus dem Ätzstoppmaterial 34 ist, ist die Oberseite 12a topographiefrei geschlossen.
2Ca und 2Cb geben einen Lithographieschritt schematisch wieder, mittels welchem die Maskierung für den kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt strukturierbar ist. Für den Lithographieschritt kann eine (nicht dargestellte) dünne Lackmaske verwendet werden, mittels welcher die darunter liegende Maskierung als Hartmaske strukturierbar ist. Die dünne Lackmaske wird vorzugsweise auch über dem in dem Graben 32 eingefüllten Ätzstoppmaterial 34 geöffnet. Damit können die Justagetoleranzen zwischen einer Maske zum Ätzen des Grabens 32 und der Lackmaske/Hartmaske großzügig gewählt werden.
Anschließend wird der kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritt ausgeführt. Der kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritt kann beispielsweise ein anisotroper Ätzschritt, insbesondere ein reaktiver Ionentiefenätzschritt (DRIE-Ätzschritt, Deep Reactive Ion Etching), sein. In dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt wird eine erste Grabenteilwand des Grabens 32 zum Bilden eines ersten Trenchabschnitts 36a entfernt. Außerdem wird auch eine zweite Grabenteilwand des Grabens 32 zum Bilden eines zweiten Trenchabschnitts 34 entfernt. Die Trenchabschnitte 36a und 36b legen die Grundstruktur 10 zumindest teilweise frei. Insbesondere legt der erste Trenchabschnitt 36a einen Teilbereich 38a der Grundstruktur 10 zumindest teilweise frei, welcher ohne eine weitere Ätzung/Glättung/Polierung an dem fertig hergestellten mikromechanischen Bauteils erwünscht ist. Demgegenüber liegt der zweite Trenchabschnitt 36b einen Restabschnitt 38b der Grundstruktur 10 zumindest teilweise frei, an welchem noch mittels des später ausgeführten kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts die mindestens eine nach der definierten Kristallebene 20 ausgerichtete Fläche 18 auszuarbeiten ist.
Nach dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt kann dessen Maskierung entfernt werden. (Das Ätzstoppmaterial 34 verbleibt jedoch in dem mindestens einen Graben 32.) Danach kann eine neue Maskierung für den später ausgeführten kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt, z.B. ein PECVD-Oxid 40 (Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition), aufgebracht werden (siehe 2Da und 2Db). Mittels eines weiteren Lithographieschritts kann das PECVD-Oxid 40 von dem in dem später ausgeführten kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt zu bearbeitenden Restbereich 38b entfernt werden. Auf diese Weise ist eine Schutzschicht 42 bildbar, welche den Teilbereich 38a der Grundstruktur 10 während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts abdeckt. Damit ist gewährleistbar, dass das Herausarbeiten der mindestens einen nach der jeweiligen definierten Kristallebene 20 ausgerichteten Fläche 18 lediglich an dem während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts freiliegenden Restbereich 38b der Grundstruktur 10 erfolgt.
2Ea und 2Eb zeigen die Grundstruktur 10 mit der Schutzschicht 42 unmittelbar vor einem Beginn des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts. Wie anhand der 2Ea und 2Eb erkennbar ist, dient das in den Graben 32 eingefüllte Ätzstoppmaterial 34 während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts als Ätzschutzpfropfen für den von der Schutzschicht 42 abgedeckten Teilbereich 38a. Der Ätzschutzpfropfen liegt dabei an dem Grenzbereich 30 der Schutzschicht 42. Auf diese Weise ist mittels des Ätzschutzpfropfens ein Eindringen des Ätzmaterials des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts über den zweiten Trenchabschnitt 36b in dem ersten Trenchabschnitt 36a verlässlich verhinderbar. Mittels der Schutzschicht 42 und des Ätzschutzpfropfens können deshalb Bereiche, an welchen kein kristallorientierungs-abhängiges Ätzen gewünscht ist, mit einer guten Passivierung versehen werden. Die realisierte Passivierung bedeckt selbst die Seitenwände tiefer Gräben vollständig, ragt jedoch nicht in die mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts zu glättenden/polierenden Bereiche hinein. Die kristallorientierte Ätzung ist damit auf die gewünschten Bereiche begrenzt und trotzdem verlässlich ausführbar.
2Fa und 2Fb zeigen das mikromechanische Bauteil 44 nach dem Beenden des Herstellungsverfahrens.
Die vorausgehend beschriebenen Herstellungsverfahren eignen sich besonders zum Herstellen einer Komponente des mikromechanischen Bauteils 44, welche empfindlich auf Ungenauigkeiten bei ihrer Strukturierung reagiert. Beispielsweise können mittels eines der Herstellungsverfahren als die mindestens eine Komponente des mikromechanischen Bauteils 44 zumindest mindestens eine Feder, mindestens ein Verankerungsbereich der mindestens einen Feder und mindestens ein Teilbereich einer verstellbaren Masse, welche über die mindestens eine Feder mit dem mindestens einen Verankerungsbereich so verbunden wird, dass die verstellbare Masse in Bezug zu dem mindestens einen Verankerungsbereich verstellbar ist, hergestellt werden. Mittels der oben beschriebenen Herstellungsverfahren können speziell Federn zuerst mittels des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts grob strukturiert werden und anschließend (mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts) entlang der definierten Kristallebene ausgerichtet werden. Unkritische Bereiche, welche nicht an der definierten Kristallebene zu orientieren sind, können mittels der Schutzschicht 42 und/oder dem mindestens einen Ätzschutzpfropfen passiviert werden. Mittels der oben beschriebenen Herstellungsverfahren kann insbesondere mindestens eine hochsymmetrische Seitenwand der mindestens einen Feder herausgearbeitet werden. Bei einer Herstellung der mindestens einen Feder mittels eines der Herstellungsverfahren treten kaum/keine Ungenauigkeiten/Abweichungen bei der Strukturierung der mindestens einen Feder auf. Deshalb müssen bei einer späteren Nutzung der mindestens einen Feder auch keine Abweichungen an den Federkonstanten in Kauf genommen werden. Das mit der mindestens einen Feder ausgestattete mikromechanische Bauteil 44 kann deshalb als Sensor oder als Aktor vorteilhaft eingesetzt werden.
Speziell eignen sich die Herstellungsverfahren besonders gut zum Herstellen eines Inertialsensors oder eines Inertialsensorbauteils als das mikromechanische Bauteil 44. Ein mittels der oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellter Inertialsensor weist eine gute Messgenauigkeit/Nachweisgenauigkeit, eine geringe Fehlerhäufigkeit und eine große Robustheit auf. Ein entsprechender Inertialsensor kann beispielsweise ein Drehratensensor oder ein Gyroskop sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit der Herstellungsverfahren nicht auf das Herstellen eines derartigen Sensors limitiert ist. Stattdessen können auch andere MEMS-Bauteile mittels der Herstellungsverfahren hergestellt werden, wobei auch bei diesen MEMS-Bauteilen extrem glatte vertikale Seitenwände mittels der vorteilhaften Kombination der Ätzschritte ausbildbar sind.
Anstelle oder als Ergänzung zu der mindestens einen Feder können auch andere Komponenten des mikromechanischen Bauteils 44 mittels der oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt werden. Beispielsweise ist auch mindestens ein Elektrodenfinger mittels der oben beschriebenen Herstellungsverfahren formbar. Auch kammartig ineinander greifende Elektrodenfinger können auf diese Weise an dem mikromechanischen Bauteil 44 ausgebildet werden. Die Elektrodenfinger können wahlweise zum Antrieb oder zur Detektion verwendet werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das in 3 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil 44 weist eine Halterung 50, mindestens eine Feder 52 und eine (nicht skizzierte) verstellbare Masse auf. Die verstellbare Masse, beispielsweise eine seismische Masse, ist über die mindestens eine Feder 52 mit der Halterung 50 so verbunden, dass die verstellbare Masse in Bezug zu der Halterung 50 (über eine Verbiegung/Verformung der mindestens einen Feder 52) verstellbar ist. Zumindest die mindestens eine Feder 52, mindestens ein Verankerungsbereich 50a der mindestens einen Feder 52 an der Halterung 50 und zumindest ein Teilbereich der verstellbaren Masse sind aus einem kristallinen Material herausstrukturiert. Dies ist mittels eines der oben beschriebenen Herstellungsverfahren erfolgt, was erkennbar ist, da an der mindestens einen Feder 52 mindestens eine Fläche 18 herausgearbeitet ist, welche an einer definierten Kristallebene 20 des kristallinen Materials ausgerichtet ist.
Unter der mindestens einen an der definierten Kristallebene 20 ausgerichteten Fläche 18 ist eine Fläche 18 zu verstehen, welche sich entlang der definierten Kristallebene 20 erstreckt. Dies kann auch damit umschrieben werden, dass an der mindestens einen Fläche 18 die definierte Kristallebene 20 freigelegt/freigeätzt ist. Die mindestens eine an der definierten Kristallebene 20 ausgerichtete Fläche 18 ist aus dem kristallinen Material herausgeätzt. Die mindestens eine Fläche 18 kann somit Ätzspuren aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass an der Fläche 18 keine Schleifspuren auftreten.
In der Ausführungsform der 3 ist an der mindestens einen Feder 52 mindestens eine Fläche 18 herausgearbeitet, welche an den <111>-Kristallebenen 20 von Silizium als das kristalline Material ausgerichtet ist. Die mindestens eine Fläche 18 der Feder 52 erstreckt sich somit entlang der <111>-Kristallebenen 20 von Silizium. Daran ist erkennbar, dass die Feder 52 (mit der mindestens einen Fläche 18 als Seitenwand) durch ein Ausführen des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts und des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts aus einer Siliziumschicht mit vorliegender <110>-Oberflächenorientierung hergestellt ist. Eine senkrecht zu den Flächen 18 ausgerichtete Oberfläche 12a kann sich entlang der <110>-Kristallebene erstrecken. Speziell kann zwischen zwei benachbarten/anstoßenden Flächen 18 der jeweiligen Feder 52 ein Winkel α von etwa 71° oder ein Winkel β von etwa 109° ausgebildet sein. Diese Winkel α und β sind über die Ausrichtungen der <111>-Kristallebenen 20 zueinander definiert.
Anstelle der <111>-Kristallebenen 20 kann die mindestens eine Fläche 18 an der mindestens einen Feder 52 jedoch auch nach anderen Kristallebenen ausgerichtet sein. Beispielsweise kann an der mindestens einen Feder 52 mindestens eine Fläche herausgearbeitet sein, welche an der <110>-Kristallebene von Silizium als das kristalline Material ausgerichtet ist. Dies ist der Fall, wenn die Feder 52 durch ein Ausführen des kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts und des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts aus einer Siliziumschicht mit vorliegender <100>-Oberflächenorientierung hergestellt ist.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Bei dem mikromechanischen Bauteil 44 der 4 ist mindestens ein Elektrodenfinger 54 mittels eines der oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt. Deshalb sind an dem mindestens einen Elektrodenfinger 54 mehrere Flächen 18 ausgebildet, welche an einer definierten Kristallebene 20, z.B. der <111>-Kristallebene 20, ausgerichtet sind. Die Flächen 18 erstrecken sich somit entlang der <111>-Kristallebenen 20. Eine senkrecht zu den Flächen 18 ausgerichtete Oberfläche 12a kann die <110>-Kristallebene sein.
Zu erkennen ist, dass der mindestens eine Elektrodenfinger 54 aus der mittels der durchbrochenen Linie 56 wiedergegebenen quaderförmigen Form seiner Grundstruktur 10 (durch den kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt) in die Form eines unregelmäßigen Rechtecks gebracht ist. Vor Allem konvexe Winkel/Ecken sind Produkte des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts. Speziell können zwischen zwei benachbarten/anstoßenden Flächen 18 des jeweiligen Elektrodenfingers 54 ein Winkel α von 71° oder ein Winkel β von 109° liegen.
Außerdem können an dem Verankerungsbereich 50a des Elektrodenfingers 54 Ätzschatten ausgebildet sein, an welchen die Herstellung des mikromechanischen Bauteils 44 mittels eines der oben beschriebenen Herstellungsverfahren zusätzlich erkennbar ist. Die Pfeile 58 geben die Ätzangriffe 58 des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts wieder.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Auch bei dem mikromechanischen Bauteil 44 der 5 ist seine Herstellung mittels eines der oben beschriebenen Herstellungsverfahren an den Flächen 18, welche entlang der definierten Kristallebene 20, speziell der <111>-Kristallebene 20, ausgerichtet sind, erkennbar. Alle Flächen 18 können als glatte Seitenwände (nahezu) frei von Unregelmäßigkeiten sein. Erneut kann mindestens eine senkrecht zu den Flächen 18 ausgerichtete Oberfläche 12a die <110>-Kristallebene sein.
Auch an Strukturen des mikromechanischen Bauteils 44, die nicht an der definierten Kristallebene 20 orientiert sind, können charakteristische Ätzmuster eines kristallorientierten Ätzens auftreten. Außerdem können auch die Ecken mit den Winkeln α und β trotz der Orientierung der benachbarten Flächen 18 entlang der definierten Kristallebene 20 Ätzangriffe 58 aufweisen, da sie nicht vor einem Ätzen mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts geschützt sind.
Die oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile 44 können beispielsweise ein Sensor oder Sensorbauteil, speziell ein Inertialsensor oder ein Inertialsensorbauteil, sein. Alle mikromechanischen Bauteile 44 können jedoch auch für einen Aktor vorteilhaft eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Spezielle Herstellungsverfahren der Mikrosystemtechnik“ (http://www. leb.eei.uni-erlangen.de/termine/ferienakademie/2008/mikrosysteme/Hoehne_SpezifischeVerfahren_Vortrag.pdf; Seite 20) [0002]

Claims

Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil (44), das wenigstens die folgenden Schritte umfasst: Herausstrukturieren einer Grundstruktur (10) mindestens einer Komponente (52, 54) des mikromechanischen Bauteils (44) aus zumindest einer kristallinen Schicht (12) eines Substrats mittels eines kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritts; und Herausarbeiten mindestens einer Fläche (18) einer definierten Kristallebene (20) aus der Grundstruktur (10) der mindestens einen Komponente (52, 54) mittels eines kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts, wobei der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt ausgeführt wird, für welchen die jeweilige definierte Kristallebene (20), nach welcher die mindestens eine an der Grundstruktur (10) herausgearbeitete Fläche (18) ausgerichtet wird, von allen Kristallebenen die niedrigste Ätzrate aufweist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei als die mindestens eine Komponente (52) des mikromechanischen Bauteils zumindest mindestens eine Feder (52), mindestens ein Verankerungsbereich (50a) der mindestens einen Feder (52), und mindestens ein Teilbereich einer verstellbaren Masse, welche über die mindestens eine Feder (52) mit dem mindestens einen Verankerungsbereich (50a) so verbunden wird, dass die verstellbare Masse in Bezug zu dem mindestens einen Verankerungsbereich (50a) verstellbar ist, hergestellt werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, wobei mittels des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts mindestens eine hochsymmetrische Seitenwand der mindestens einen Feder (52) herausgearbeitet wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundstruktur (10) der mindestens einen Komponente (52, 54) des mikromechanischen Bauteils (44) aus einer hochpräzise orientierten monokristallinen Schicht (12) als der mindestens einen kristallinen Schicht (12) herausstrukturiert wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundstruktur (10) der mindestens einen Komponente (52, 54) des mikromechanischen Bauteils (44) aus einer Siliziumschicht (12) als der mindestens einen kristallinen Schicht (12) bei einer vorliegenden <110>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht (12) herausstrukturiert wird, und wobei ein KOH-Ätzschritt oder ein TMAH-Ätzschritt als der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt ausgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Grundstruktur (10) der mindestens einen Komponente (52, 54) des mikromechanischen Bauteils (44) aus einer Siliziumschicht (12) als der mindestens einen kristallinen Schicht (12) bei einer vorliegenden <100>-Oberflächenorientierung der Siliziumschicht (12) herausstrukturiert wird, und wobei ein ClF₃-Ätzschritt oder ein XeF₂-Ätzschritt als der kristallorientierungs-abhängige Ätzschritt ausgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein anisotroper Ätzschritt als der kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritt ausgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, wobei ein reaktiver Ionentiefenätzschritt als der kristallorientierungs-unabhängige Ätzschritt ausgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Teilbereich (38a) der Grundstruktur (10) der mindestens einen Komponente (52, 54) des mikromechanischen Bauteils (44) während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts mit einer Schutzschicht (42) abgedeckt wird zum Herausarbeiten der mindestens einen nach der jeweiligen definierten Kristallebene (20) ausgerichteten Fläche (18) lediglich an einem freiliegenden Restbereich (38b) der Grundstruktur (10).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei vor dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt an einem Grenzbereich (30) der später gebildeten Schutzschicht (42) ein Graben (32) in die mindestens eine kristalline Schicht (12) strukturiert wird, welcher vor dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt mit einem für den kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritt geeigneten Ätzstoppmaterial (34) gefüllt wird, und wobei in dem kristallorientierungs-unabhängigen Ätzschritt eine erste Grabenteilwand des Grabens (32) zum Bilden eines den Teilbereich (38a) der Grundstruktur (10) teilweise freilegenden ersten Trenchabschnitts (36a) und eine zweite Grabenteilwand des Grabens (32) zum Bilden eines den Restabschnitt (38b) der Grundstruktur (10) teilweise freilegenden zweiten Trenchabschnitts (36b) entfernt werden, so dass das in den Graben (32) eingefüllte Ätzstoppmaterial (34) während des kristallorientierungs-abhängigen Ätzschritts als Ätzschutzpfropfen für den von der Schutzschicht (42) abgedeckten Teilbereich (38a) dient. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschicht (42) und oder das Ätzstoppmaterial (34) aus Siliziumdioxid besteht.
Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Inertialsensor oder ein Inertialsensorbauteil als das mikromechanische Bauteil (44) hergestellt wird.
Mikromechanisches Bauteil (44) mit: mindestens einer aus einem kristallinen Material herausstrukturierten Komponente (52, 54), dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Komponente (52, 54) mindestens eine Fläche (18) herausgearbeitet ist, welche an einer definierten Kristallebene (20) des kristallinen Materials ausgerichtet ist.
Mikromechanisches Bauteil (44) nach Anspruch 12, umfassend: eine Halterung (50); mindestens eine Feder (52); und eine verstellbare Masse, welche über die mindestens eine Feder (52) mit der Halterung (50) so verbunden ist, dass die verstellbare Masse in Bezug zu der Halterung (50) verstellbar ist; wobei zumindest die mindestens eine Feder (52), mindestens ein Verankerungsbereich (50a) der mindestens einen Feder (52) an der Halterung (50) und zumindest ein Teilbereich der verstellbaren Masse als die mindestens eine Komponente (52) aus dem kristallinen Material herausstrukturiert sind.
Mikromechanisches Bauteil (44) nach Anspruch 12 oder 13, wobei an der mindestens einen Komponente (52, 54) mindestens eine Fläche (18) herausgearbeitet ist, welche an der <111>-Kristallebene (20) von Silizium als das kristalline Material ausgerichtet ist.
Mikromechanisches Bauteil (44) nach Anspruch 12 oder 13, wobei an der mindestens einen Komponente mindestens eine Fläche herausgearbeitet ist, welche an der <110>-Kristallebene von Silizium als das kristalline Material ausgerichtet ist.
Mikromechanisches Bauteil (44) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das mikromechanische Bauteil (44) ein Inertialsensor oder ein Inertailsensorbauteil ist.