DE19803186C1

DE19803186C1 - Verfahren zur Herstellung strukturierter Wafer

Info

Publication number: DE19803186C1
Application number: DE19803186A
Authority: DE
Inventors: Joerg Schaefer; Peter Dr Linke; Albrecht Schwille; Helmut Dr Baumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: US6723250B1; JPH11288919A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Naßchemische Ätzverfahren zur Strukturierung von Wafern sind bereits bekannt. Üblicherweise wird zur Vorgabe einer Struktur eine Fotolacktechnik eingesetzt. Steigende Qualitätsanforderungen in der Herstellung integrierter Schaltkreise bzw. der Herstellung mikromechanischer Sensoranordnungen erfordern eine Randentlackung der verwendeten Wafer, da ansonsten Lackreste beim Transport der Wafer über die verschiedenen Prozeßschritte hinweg verschleppt werden. Nach einer Randentlackung jedoch ist der Waferrand ungeschützt den Ätzmedien ausgesetzt.

Die US 5,387,316 beschreibt ein Verfahren zum Ätzen von Halbleiterwafern, bei dem vor dem Ätzen der Randzone des Wafers hoch dotiert wird, um diese ätzresistent zu machen.

Aus JP 5-234984 A ist die Verwendung einer Siliziumdioxid-Schicht als Ätzmaske bekannt, aus Patent Abstracts of Japan, E 1551, 20. Mai 1994, Vol. 18/No. 266 zur JP 5-234 984 A der Einsatz anisotropen Ätzens zur Herstellung einer dünnen Siliziummembran.

Die Ätzmasken umfassen jeweils Randbereiche des Wafers.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, trotz Randentlackung eine Waferrandpassivierung zu gewährleisten, ohne daß beispielsweise Ätzdosen eingesetzt werden müssen, die den Waferrand vor dem agressiven Ätzmedium schützen. Durch die Kombination der Waferrandpassivierung als Negativprozeß mit dem Positivprozeß der Festlegung der Bereiche, die nachfolgend geätzt werden sollen, wird ein Verfahren be reitgestellt, das preiswert ist und trotzdem erhöhten Quali tätsanforderungen genügt. Ohne Lack am Rand und ohne den Einsatz von Ätzdosen bleibt der Waferrand vor Ätzmedien ge schützt.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Durch die Entfernung einer Nitridschicht nur in Teilbereichen und ei nem anschließenden Auftragen einer dünnen Passivierungs schicht in den Teilbereichen sind auch zwei- oder mehrstufi ge Ätzprozesse unter Wahrung der Waferrandpassivierung rea lisierbar.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Oxidschicht als Passivierungsschicht, die in einem LOCOS-Prozeß (LOCOS = engl. "Local Oxidation of Silicon") aufgetragen wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Verfahrens als beidseitigem einstufigen Ätzprozeß. In der ersten Teilfigur 1 ist ein Wafer 20 mit einer Vorder seite 22 und einer Rückseite 23 sowie einem Randbereich 21 in einer Querschnittseitenansicht abgebildet. Der Wafer ist nur teilweise dargestellt und setzt sich nach links hin fort und wird dort von einem weiteren Randbereich, der nicht dar gestellt ist, begrenzt. Auf dem Wafer wird per Gasphasenab scheidung eine Nitridschicht aufgetragen. Anschließend wird die Nitridschicht unter Einsatz einer üblichen Fotolacktech nik strukturiert: Es wird Lack auf die Nitridschicht aufge tragen, der Lack selektiv belichtet und anschließend entwic kelt wird, (bei Einsatz eines Positivlacks) wird anschlie ßend der belichtete Teil des Lacks entfernt, daraufhin der freigelegte Teil der Nitridschicht üblicherweise über einen Plasmaätzprozeß entfernt, und schließlich wird der restliche unbelichtete Teil des Lacks entfernt, beispielsweise über eine Lackveraschung in einem Sauerstoffplasma. Die Nitrid strukturierung erfolgt dabei zunächst auf der Wafervorder seite, wie in Teilfigur 1 dargestellt; aus der Strukturie rung resultiert die strukturierte Nitridschicht 25. Auf der Rückseite ist noch die unstrukturierte Nitridschicht 24 ab gebildet. In einem weiteren Schritt wird analog die Nitrid schicht auf der Rückseite des Wafers strukturiert; entspre chend ist in Teilfigur 2 als Ergebnis dieser Nitridstruktu rierung die strukturierte Nitridschicht 26 auf der Rückseite dargestellt. In einem weiteren Schritt, der in Teilfigur 3 dargestellt ist, erfolgt das Aufbringen einer Passivierungs schicht. Im Ausführungsbeispiel ist eine als Passivierungs schicht verwendete Oxidschicht 27 dargestellt, die durch se lektives Aufwachsen in einem thermischen Prozeß, einem LOCOS-Prozeß, bei ca. 1100°C, hergestellt wird. In einem weiteren Schritt wird die Nitridschicht selektiv zum Oxid mittels eines Plasmaätzprozesses oder Ätzen in heißer Phos phorsäure entfernt. Das Ergebnis ist in Teilfigur 4 darge stellt: Ein Wafer 20 mit strukturierter Oxidschicht, wobei die Oxidschicht auch den Waferrand 21 vollständig umgibt. In einem weiteren Schritt folgt das Ätzen des Siliziums mittels eines anisotropen Ätzprozesses, beispielsweise in einem KOH- Bad. Der Ätzprozeß erfolgt solange, bis die gewünschten Ätz tiefen erreicht sind, bzw. bis die gewünschte Durchgangsöff nung 29 herausgeätzt worden ist. In einem weiteren Schritt wird die Passivierungsschicht entfernt, beispielsweise durch Applikation eines flußsäurehaltigen Ätzmediums. Das Ergebnis des Ätzschrittes und der Entfernung der Passivierung ist in Teilfigur 5 dargestellt: Der im Querschnitt dargestellte strukturierte Wafer 30 weist eine Durchgangsöffnung 29 und einen Kavernenbereich 28 auf.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird wie in Teilfigur 1 bis 3 der Fig. 1 beschrieben vorgegangen. In einem weiteren Schritt jedoch wird in einem Teilbereich 40 des sogenannten Positivbereichs der Oberfläche des Wafers die Nitridschicht entfernt. Der Positivbereich ist dabei durch den mit der Ni tridschicht bedeckten Teil der Oberfläche des Wafers gege ben. Dabei wird in üblicher Weise ein Fotolackprozeß einge setzt, um anschließend eine Struktur zu erhalten, wie sie in Teilfigur 6 dargestellt ist: Der Wafer 20 weist auf der Vor derseite eine strukturierte Nitridschicht 25 und auf der Rückseite eine strukturierte Nitridschicht 26 auf. Der Rest der Oberfläche des Wafers ist bis auf den Teilbereich 40 mit einer Oxidschicht bedeckt. Im Teilbereich 40 wird nun in ei ner zweiten lokalen Oxidation (thermischer Oxidationsprozeß, LOCOS-Prozeß) eine Oxidschicht 41 aufgetragen. Auch hier ist wie bei der ersten lokalen Oxidation schon die Selektivität zu den Bereichen, die mit einer Nitridschicht bedeckt sind, gewährleistet. Teilfigur 7 zeigt das Ergebnis dieses Verfah rensschritts: einen Wafer, der im Teilbereich 40 mit einer dünnen Oxidschicht 41 versehen ist sowie in den übrigen Be reichen entweder mit einer dicken Oxidschicht oder mit einer Nitridschicht bedeckt ist. In einem weiteren Schritt wird das Nitrid komplett entfernt, selektiv zum Oxid in einem Plasmaätzprozeß. Der Wafer mit der in Teilfigur 8 darge stellten resultierenden Struktur wird nun einem naßchemischen Ätzprozeß in einem KOH-Bad ausgesetzt. Dabei wird zunächst ein Vorätzen des Wafers im Bereich der späteren Durchgangs öffnung 29 durchgeführt, um das Silizium teilweise abzutra gen und Vertiefungen 42 beidseitig herzustellen (siehe Teil figur 9). Anschließend wird die dünne Oxidschicht 41 im Teilbereich 40 mit einem flußsäurehaltigen Ätzmedium ent fernt, das im Tauchbad überall die Siliziumdioxidschicht an greift; da die Oxidschicht im Teilbereich 40 jedoch dünner ist als die restliche Schicht, kann sie selektiv zur restli chen Oxidschicht vollständig im Teilbereich 40 abgetragen werden, solange der Ätzprozeß mit dem flußsäurehaltigen Ätz medium abgebrochen wird, sobald die dünne Oxidschicht 41 ab getragen ist (Teilfigur 10). Schließlich wird der Wafer KOH geätzt, bis das Silizium soweit abgetragen ist, bis die end gültigen Ätztiefen erreicht sind. Fig. 11 zeigt den struk turierten Wafer nach sich anschließender Entfernung der Pas sivierungsschicht; er weist eine Durchgangsöffnung 29 sowie eine flache Kaverne 43 auf. Durch die in Fig. 2 dargestell te Vorgehensweise eines beidseitigen, zweistufigen KOH- Ätzprozesses ist im Vergleich zu Fig. 1 eine Strukturierung des Wafers erreicht worden, aus der eine Kaverne 43 resul tiert, die flacher ist als die Kaverne 28 aus Fig. 1.

Andere Strukturen mit KOH-Ätzungen der Vorderseite und/oder Rückseite in einem einstufigen bzw. zweistufigen KOH- Ätzprozeß lassen sich aus den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen leicht ableiten. Es sind natürlich auch mehrstufige Ätzprozesse ableitbar, bei denen mehr als zwei unterschiedliche Oxiddicken realisiert werden, um mehr fache Abstufungen in den endgültigen Ätztiefen erreichen zu können. Grundlegend ist in all den Ausführungsbeispielen die Erzeugung einer Waferpassivierung in einer Fotolacktechnik in einer Art Negativprozeß dort, wo in einem vorangegangenem Strukturprozeß Lack entfernt wurde, also auch am Rand. Als Positivbereiche sind in den Ausführungsbeispielen die Berei che der Waferoberfläche zu verstehen, die mit einer Nitrid schicht bedeckt sind. Die übrigen Bereiche der Oberfläche des Wafers sind Negativbereiche, die auch Randbereiche des Wafers umfassen, also genau die Bereiche, in denen eine Pas sivierung gewährleistet sein soll.

Als Fotolacktechnik kann die Standard-IC-Fotolacktechnik mit gewöhnlicher Randentlackung vor einer Belichtung eingesetzt werden. Alternativ sind auch Fotolacktechniken einsetzbar, bei denen eine Randentlackung des Wafers erst nach der Be lichtung bzw. erst nach Belichtung und Entwicklung des Foto lacks erfolgt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung strukturierter Wafer (30), insbesondere mikromechanischer Sensoranordnungen, bei dem

a) ein Wafer (20) bereitgestellt wird,
b) eine Aufteilung der Waferoberfläche in Positivbereiche, die nachfolgend naßchemisch geätzt werden sollen, und in Negativbereiche erfolgt, wobei die Nega tivbereiche Randbereiche (21) des Wafers umfassen,
c) in einem weiteren Schritt die Negativbereiche mit einer Passivierungsschicht (27), insbesondere Oxidschicht, versehen werden zum Schutz vor nachfolgenden naß chemischen Ätzvorgängen,
d) in einem weiteren Schritt der Wafer naßchemisch geätzt und
e) in einem weiteren Schritt die Passivierungsschicht (27) ent fernt wird, wobei die Aufteilung durch folgende Schritte erfolgt:
- 1. Auftragen einer Nitridschicht
- 2. in einem weiteren Schritt Strukturieren der Nitridschicht, insbesondere unter Verwendung einer Fotolacktechnik, so daß die mit der strukturierten Nitridschicht (25, 26) bedeckten Teile der Waferoberfläche als Positivbereiche festgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Versehen der Negativbereiche mit der Passivierungsschicht (27) und dem naßchemischen Ätzen des Wafers zumindest in Teilbereichen (40) der Positivbereiche eine Entfernung der strukturierten Nitridschicht (25, 26) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Entfernung der strukturierten Nitridschicht (25, 26) in den Teilbereichen und den naßchemischen Ätzvorgängen eine dünne Passivierungsschicht (41) in den Teilbereichen aufgetragen und in einem weiteren Schritt die strukturierte Nitridschicht (25, 26) vollständig entfernt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Fotolacktechnik eine bei der Herstellung integrierter Schaltkreise standardmäßig verwendete Fotolacktechnik ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Strukturierung der Nitridschicht eine Randentlackung nach Belichtung bzw. nach Belichtung und Entwicklung des Fotolacks erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (27) eine Oxidschicht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen der Oxidschicht in einem LOCOS-Prozeß erfolgt.