WO2001085601A1 - Method for the production and sealing of a cavity for microcomponents or microsystems - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for the production and sealing of a cavity for microcomponents or microsystems, whereby, firstly, a sacrificial layer is deposited on a substrate (12) and then a cover layer (16) is deposited close to the substrate. Openings (18) are then etched in the cover layer (16). An intermediate layer (24) and a cover layer (26) remote from the substrate are then deposited, in which openings (32), remote from the substrate are generated, laterally displaced (V) in relation to the openings (18) close to the substrate. A wet chemical etching process is then used to open an etching channel (112) in the region of the intermediate layer (24) and a cavity (34) etched in the sacrificial layer. Finally, a simple and effective sealing of the cavity (34) is guaranteed by means of a sealing layer (50).

Description

Beschreibungdescription

Verfahren zum Herstellen und Verschließen eines Hohlraumes für Mikrobauelemente oder MikrosystemeProcess for producing and closing a cavity for micro components or microsystems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und Ver- s h.ießen eines Hohlraumes für Mikrobauelemente oder Mikrosysteme .The invention relates to a method for producing and sealing a cavity for microcomponents or microsystems.

Aus der europaischen Patentanmeldung EP 0 783 108 ist einFrom European patent application EP 0 783 108 is a

Verfahren bekannt, bei dem zunächst auf der Oberfläche eines Substrats eine Opferschicht aus einem nasschemisch atzbaren Material abgeschieden wird. In einem nächsten Verfahrens- schritt wird auf der Oberflache der Opferschicht eine Deckel- schicht aus polykristallinem Silizium, Siliziumnitrid oder einem anderen geeigneten Material abgeschieden. In die Dek- kelschicht wird mit Hilfe eines Lithographieverfahrens eine Durchgangsoffnung eingebracht. Anschließend wird in einem nasschemischen Atzprozess zumindest ein Bereich der Opfer- schicht zur Freilegung des Hohlraums entfernt. Nach dem Atzprozess wird auf der Deckelschicht eine Verschlussschicht abgeschieden.Method known in which a sacrificial layer made of a wet-chemically etchable material is first deposited on the surface of a substrate. In a next process step, a cover layer made of polycrystalline silicon, silicon nitride or another suitable material is deposited on the surface of the sacrificial layer. A passage opening is made in the cover layer using a lithography process. Then, in a wet chemical etching process, at least one area of the sacrificial layer is removed to expose the cavity. After the etching process, a sealing layer is deposited on the cover layer.

Bei dem bekannten Verfahren wird als Verschlussmaterial ein hochdotiertes Silikatglas aufgebracht, nämlich BSPG (Bor- Phosphor-Silikatglas) . Beim Aufbringen des Silikatglases verbleibt im Zentrum der Offnungen jeweils ein kleiner Kanal, der erst durch Verflüssigung des Silikatglases beseitigt werden kann. Das Verflüssigen hat jedoch den Nachteil, dass das Glas in den Hohlraum "kriecht" und dessen Innenwände mit einer dünnen Schicht überzieht. Diese Schicht im Hohlraum ist für viele Anwendungen störend.In the known method, a highly doped silicate glass, namely BSPG (boron-phosphorus silicate glass), is applied as the closure material. When the silicate glass is applied, a small channel remains in the center of the openings, which can only be removed by liquefying the silicate glass. Liquefaction, however, has the disadvantage that the glass "creeps" into the cavity and covers its inner walls with a thin layer. This layer in the cavity is disruptive for many applications.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Mikrobauelementes anzugeben, bei dem der Hohlraum auf emfa ne Art ur.a ohne Eindringen von Verschlussmaterial m den Hohlraum verschlossen werden kann. Außerdem sollen ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauelement und ein das Bauelement enthaltende Mikrosystem angegeben werden.It is an object of the invention to provide a method for producing a micro component in which the cavity can be closed in a simple manner without penetration of the sealing material. In addition, a component produced using the method and a microsystem containing the component can be specified.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die im Pa- tentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object relating to the method is achieved by the method steps specified in patent claim 1. Preferred further developments are specified in the subclaims.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass ein einfaches Verschließen, bei dem kein oder nur sehr wenig Verschlussma- terial in den Kohlraum eindringt, nur dann gewährleistet ist, wenn die Öffnungen den Teilchen des Verschlussmaterials keinen direkten Weg in den Hohlraum eröffnen. Weiterhin sollten die Durchgangsoffnungen bei einem einfachen Verfahren andererseits oberhalb des Hohlraumes angeordnet werden.The invention is based on the knowledge that a simple closure, in which no or only very little closure material penetrates the cabbage space, is only guaranteed if the openings do not open the particles of the closure material directly into the cavity. Furthermore, in a simple method, the passage openings should, on the other hand, be arranged above the cavity.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden deshalb zusätzlich zu den eingangs genannten Verfahrensschritten, bei denen nur eine einzige Deckelschicht aufgebracht wird, die im Folgenden als substratnahe Deckelschicht bezeichnet wird, weitere Ver- fahrensschritte durchgeführt. Auf die Innenflächen der Durchgangsöffnung in der substratnahen Deckelschicht sowie auf die durch die Durchgangsöffnung freigelegten Bereiche der Opferschicht wird vor dem Ätzprozess eine Zwischenschicht aus riasschemisch atzbare Material abgeschieden. Anschließend wird auf der Oberfläche der Zwischenschicht eine substratferne Deckelschicht abgeschieden. In die substratferne Deckelschicht wird mindestens eine substratferne Durchgangsöffnung mit seitlichem Versatz zu der bzw. zu den substratnahen Durchgangsoffnungen eingebracht. Der seitliche Versatz tritt zusätzlich zu dem durch die Lage in unterschiedlichen Schichten auftretenden vertikalen Versatz auf und verläuft in Richtung einer durch die Grenze der substratnahen Deckelschicht und der Opferschicht gebildeten Ebene. Durch die Wahl der Dicke der Zwischenschicht und durch die Anordnung der Durchgangsoffnungen in den beiden Deckelschich^¬ ten eröffnen sich dem Fachmann eine Vielzahl von Möglichkei^¬ ten, um oberhalb des Hohlraumes Ätzkanäle anzulegen, die auf- grund ihres Verlaufes und ihrer Breite eine vertretbare Ätzzeit ermöglichen und spater beim Verschließen den erforderlichen Schutz gegen direkten Materialeintritt bieten. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden dann wahrend des Atzprozes- ses zumindest Bereiche der Zwischenschicht zur Schaffung eines zur Opferschicht führenden Atzkanals und zumindest Bereiche der Opferschicht zur Freilegung des Hohlraumes entfernt .In the method according to the invention, therefore, in addition to the method steps mentioned at the outset, in which only a single cover layer is applied, which is referred to below as the cover layer near the substrate, further method steps are carried out. Before the etching process, an intermediate layer made of material that can be etched by chemical chemistry is deposited on the inner surfaces of the through opening in the cover layer close to the substrate and on the regions of the sacrificial layer that are exposed through the through opening. A cover layer remote from the substrate is then deposited on the surface of the intermediate layer. At least one through opening remote from the substrate is introduced into the cover layer remote from the substrate with a lateral offset to or to the passage openings close to the substrate. The lateral offset occurs in addition to the vertical offset occurring due to the position in different layers and runs in the direction of a plane formed by the boundary of the cover layer close to the substrate and the sacrificial layer. By choosing the thickness of the intermediate layer and by the arrangement of the through openings in the two Deckelschich ^¬ th to those skilled open up a plurality of possible answer ^¬ th to create above the cavity etch channels, the ascending due to their course and their width enable a reasonable etching time and later offer the necessary protection against direct entry of material when they are closed. In the method according to the invention, at least regions of the intermediate layer to create an etching channel leading to the sacrificial layer and at least regions of the sacrificial layer to expose the cavity are then removed during the etching process.

Bei einer Weiterbildung ragt die substratferne Deckelschicht in die substratnahen Durchgangsoffnungen hinein. Die hineinragenden Bereiche verkleinern die substratnahen Durchgangsoffnungen und bilden so ein zusatzliches Hindernis für das Verschlussmaterial.In a further development, the cover layer remote from the substrate projects into the passage openings close to the substrate. The protruding areas reduce the passage openings close to the substrate and thus form an additional obstacle for the closure material.

Sollen größere Hohlräume geatzt werden, so enthält jede Dek- kelschicht bei einer Weiterbildung mehrere Offnungen, die vorzugsweise gemäß einem gleichmaßigen Raster ausgerichtet sind, beispielsweise entlang einer Linie oder an den Gitter- punkten eines zweidimensionalen Netzes. Der Abstand zwischen benachbarten Offnungen beträgt vorzugsweise das Zwei- bis Zwanzigfache der Ausdehnung der Offnungen in einer Richtung, in der die nächste Öffnung liegt. Durch einen großen Abstand der Offnungen verlängert sich zwar die Atzdauer, jedoch blei- ben die mechanischen Eigenschaften der Deckelschicht im wesentlichen unverändert. Dies ist insbesondere beim Einsatz der Deckelschicht als Membran wichtig.If larger cavities are to be etched, in one development each cover layer contains several openings, which are preferably aligned according to a uniform grid, for example along a line or at the grid points of a two-dimensional network. The distance between adjacent openings is preferably two to twenty times the extent of the openings in a direction in which the next opening lies. A large distance between the openings increases the etching time, but the mechanical properties of the cover layer remain essentially unchanged. This is particularly important when using the cover layer as a membrane.

Bei einer nächsten Weiterbildung sind die uberemanderliegen- den Raster der beiden Deckelschichten zueinander seitlich versetzt. Vorzugsweise ist der Versatz kleiner als der halbe Abstand zwischen benachbarten Offnungen, damit die Atzflus- sigkeit bereits nach einem kurzen Atzprozess eine Verbindung zwischen benachbarten Offnungen verschiedener Deckelschichten schafft. Vorzugsweise liegt der Versatz der Raster auch bei großem Abstand der Offnungen eines Rasters nur etwa in der Große der Ausdehnung der Offnungen in Aufreihrichtung . Bei einer nächsten Weiterbildung wird für die Verschluss- schicht ein Material verwendet, das den Hohlraum gasdicht verschließt. Dabei werden fließfahige oder nichtfließfahige Materialien eingesetzt. Durch das gasdichte Verschließen lasst sich im Hohlraum ein vom Atmospharendruck abweichender Druck einstellen, falls die Verschlussschicht bei einem Prozessdruck abgeschieden wird, der sich vom Atmospharendruck unterscheidet .In a next development, the superimposed grid of the two cover layers are laterally offset from one another. The offset is preferably less than half the distance between adjacent openings, so that the etching liquid creates a connection between adjacent openings of different cover layers even after a short etching process. The spacing of the grids is preferably only approximately the size of the extent of the openings in the direction of alignment even when the openings of a grid are at a large distance. In a next development, a material is used for the sealing layer that seals the cavity in a gas-tight manner. Flowable or non-flowable materials are used. The gas-tight sealing means that a pressure deviating from the atmospheric pressure can be set in the cavity if the sealing layer is deposited at a process pressure that differs from the atmospheric pressure.

Bei einer nächsten Weiterbildung wird nach dem Atzen und einem gegebenenfalls erforderlichen Trockenschritt als Verschlussschicht ein undotiertes Oxid verwendet. Das Oxid verschließt die zum Hohlraum fuhrenden Kanäle zwischen den Deckelschichten . Anschließend wird hochdotiertes Silikatglas auf dem Oxid abgeschieden und bei einer hohen Temperatur verflüssigt. D e Oxidschicht verhindert, dass das Silikatglas in den Hohlraum kriecht. Außerdem wird durch die Oxidschicht verhindert, dass aus dem heißen Silikatglas beim Verflüssigen Teilchen in den Hohlraum gelangen. Im Hohlraum lasst sich deshalb auch ein hochreines Vakuum aufrechterhalten.In a next development, an undoped oxide is used as the sealing layer after the etching and a drying step that may be required. The oxide closes the channels leading to the cavity between the cover layers. Highly doped silicate glass is then deposited on the oxide and liquefied at a high temperature. The oxide layer prevents the silicate glass from creeping into the cavity. In addition, the oxide layer prevents particles from the hot silicate glass from entering the cavity during liquefaction. A high-purity vacuum can therefore also be maintained in the cavity.

Bei einer nächsten Weiterbildung wird als Verschlussschicht ein hochdotiertes Silikatglas abgeschieden. Auch ohne Ver- flussigen verschließt das Silikatglas den Hohlraum, da nur relativ schmale Zwischenräume zwischen den beiden Deckelschichten im Bereich der substratfernen Durchgangsoffnung verschlossen werden müssen. Gegebenenfalls kann jedoch auch ein Verflüssigen des Silikatglases durchgeführt werden, um Oberflachenungleich aßigkeiten auszugleichen. Durch eine sehr dünne Zwischenschicht und damit einen kleinen Zwischenraum zwischen den beiden Deckelschichten wird erreicht, dass nur wenig Silikatglas beim Verflüssigen in den Hohlraum "kriecht" .In a further development, a highly doped silicate glass is deposited as a sealing layer. Even without liquefying, the silicate glass closes the cavity, since only relatively narrow spaces between the two cover layers in the area of the passage opening remote from the substrate have to be closed. If necessary, however, liquefaction of the silicate glass can be carried out in order to compensate for surface unevenness. A very thin intermediate layer and thus a small space between the two cover layers means that only a little silicate glass "creeps" into the cavity when liquefied.

Bei einer nächsten Weierbildung werden die Durchgangsoffnungen mit Hilfe ei^es Lithographieverfahrens eingebracht. Bei- spielsweise haben die Durchgangsoffnungen einen im wesentlichen kreisförmigen oder rechteckformigen Querschnitt. Die Zwischenschicht hat bei der Weiterbildung eine Dicke, die kleiner als die kleinste mit dem Lithographieverfahren her- stellbare Breite einer Struktur ist. Bei dieser Weiterbildung entstehen Atzkanale, die im Bereich der relativ großen Durchgangsoffnungen nur eine im Vergleich beispielsweise zum Durchmesser der Durchgangsoffnungen kleine Hohe haben. Ein Spalt entlang des Umfangs einer Durchgangsoffnung lasst sich mit Hilfe einer wesentlich dünneren Schicht verschließen, als die Durchgangsoffnung selbst.The next time the weier is formed, the passage openings are made using a lithography process. examples for example, the through openings have a substantially circular or rectangular cross section. In the development, the intermediate layer has a thickness that is smaller than the smallest width of a structure that can be produced using the lithography method. In this further development, etching channels are created which, in the area of the relatively large passage openings, have only a small height compared to, for example, the diameter of the passage openings. A gap along the circumference of a passage opening can be closed with the help of a much thinner layer than the passage opening itself.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Mikrobauelement mit den im Patentanspruch 11 angegebenen Merkmalen. Die Struktur des Mikrobauelements wird im wesentlichen durch sein Herstellungsverfahren bestimmt. Als Herstellungsverfahren werden das erfindungsgemäße Verfahren oder dessen Weiterbildungen eingesetzt. Somit gelten die oben genannten Wirkungen auch für das Mikrobauelement .The invention also relates to a micro component with the features specified in claim 11. The structure of the micro device is essentially determined by its manufacturing process. The method according to the invention or its developments are used as the production method. Thus, the above effects also apply to the micro device.

Bei einem erfindungsgemaßen Mikrosystem wird das Mikrobauelement eingesetzt. Außerdem enthalt das Mikrosystem auf dem Substrat des Mikrobauelementes eine integrierte Schaltung, die mit im Hohlraum angeordneten Elementen elektrisch leitend verbunden ist. Beispielsweise befinden sich im Hohlraum Teile eines Sensors, z.B. Elektroden eines kapazitiven Sensors oder die Schwungmasse eines Beschleunigungssensors. Jedoch werden auch Aktuatoren im Hohlraum angeordnet, beispielsweise Mikro- motoren .The microcomponent is used in a microsystem according to the invention. In addition, the microsystem contains an integrated circuit on the substrate of the micro component, which is connected in an electrically conductive manner to elements arranged in the cavity. For example, parts of a sensor, e.g. Electrodes of a capacitive sensor or the flywheel mass of an acceleration sensor. However, actuators such as micro motors are also arranged in the cavity.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher er^¬ läutert .Exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and in the following description of the near ^¬ he explained.

Es zeige : Fig. 1 schematische Darstellungen eines Schichtsystems nach der Durchfuhrung verschiedener Verfahrensschritte,It shows: 1 shows schematic representations of a layer system after carrying out various process steps,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch das Schichtsystem am Ende des Herstellungsverfahrens.Fig. 2 is a sectional view through the layer system at the end of the manufacturing process.

Fig. 1 zeigt in einem Teil a eine schematische Darstellung eines Schichtsystems 10 nach einem Atzvorgang. Vor dem Atz- Vorgang wurde zunacnst auf einem Substrat 12 aus emkristal- linem Silizium eine Opferschicht 14 abgeschieden. Auf der Op- ferscnicht 14 wurde anschließend eine substratnahe Deckelschicht 16 aus polykristallinem Silizium abgescnieden . Mit Hilfe eines lithographischen Verfahrens wurden danach sub- stratnahe Durchgangsoffnungen 18 bis 22 in die Deckelschicht 16 eingebracht.1 shows in part a a schematic illustration of a layer system 10 after an etching process. Before the etching process, a sacrificial layer 14 was first deposited on a substrate 12 made of crystalline silicon. A cover layer 16 made of polycrystalline silicon close to the substrate was then cut off on the sacrificial layer 14. With the aid of a lithographic process, passage openings 18 to 22 near the substrate were then introduced into the cover layer 16.

In einem folgenden Verfahrensschritt wurde eine Zwischenschicht 24 aus nasschemisch atzbarem Siliziumdioxid mit einer Schichtdicke von etwa 50 Nanometern abgeschieden. Die Zwischenschicht 24 bedeckte die Seitenwande der substratnahen Durchgangsoffnungen 18 bis 22 sowie die durch die Durchgangsoffnungen 18 bis 22 freigelegten Bereiche der Opferschicht 14.In a subsequent process step, an intermediate layer 24 made of wet-chemically etchable silicon dioxide was deposited with a layer thickness of approximately 50 nanometers. The intermediate layer 24 covered the side walls of the passage openings 18 to 22 close to the substrate and the regions of the sacrificial layer 14 exposed by the passage openings 18 to 22.

In einem nächsten Verfahrensschritt wurde auf der Oberflache der Zwischenschicht 24 eine substratferne Deckelschicht 26 abgeschieden. Die Deckelschicht 26 besteht vorzugsweise, wie die Deckelschicht 16, aus polykristallinem Silizium, m das nach dem Abscheiden mit Hilfe eines Lithographieverfahrens substratferne Durcngangsoffnungen 28 bis 32 mit kreisförmigem Durchmesser geatzt worden sind. Die substratferne Durch- gangsoffnung 28 ist zu der nachstliegenden substratnahen Durchgangsoffnung 18 seitlich versetzt angeordnet, siehe Ver- satz V in Figur 2. Ebenso sind substratferne Durchgangsoffnungen 30 und 32 zu den jeweils nächsten substratnahen Durch^¬ gangsoffnungen 20 und 22 seitlich versetzt angeordnet. Der Atzprozess zum Herstellen der Durchgangsoffnungen 28 bis 32 wird entweder beendet, sobald die zu diesem Zeitpunkt noch vollständig vorhandene Zwischenschicht 24 erreicht wird, oder sobald die Deckelschicht 16 freigelegt worden ist.In a next method step, a cover layer 26 remote from the substrate was deposited on the surface of the intermediate layer 24. The cover layer 26, like the cover layer 16, is preferably made of polycrystalline silicon, which, after the deposition, has been etched with a circular diameter through openings 28 to 32 remote from the substrate with the aid of a lithography process. The passage opening remote from the substrate 28 is located laterally offset from the next closest close to the substrate passage opening 18, see comparison set V in Figure 2. Likewise, remote from the substrate through openings 30 and 32 to the respective next close to the substrate through ^¬ gangsoffnungen arranged 20 and 22 laterally offset. The The etching process for producing the through openings 28 to 32 is either ended as soon as the intermediate layer 24 still completely present at this point in time is reached, or as soon as the cover layer 16 has been exposed.

In einem nasschemischen Atzprozess wurde anschließend die Zwischenschicht 24 im Bereich der substratfernen Durchgangsoffnungen 28 bis 32 und im Bereich der substratnahen Durchgangsoffnungen 18 bis 22 zur Schaffung von Atzkanalen entfernt, die zur Opferschicht 14 fuhren. Die beim Atzen wirksamen Diffusionsprozesse bewirken auch durch die engen Atzkanale einen raschen Materialabtransport. Mit fortschreitendem Atzprozess werden auch Bereiche der Opferschicht 14 unterhalb der Durchgangsoffnungen 18 bis 22 zur Freilegung eines Hohlraums 34 entfernt. Am Ende des Atzprozesses ist das im Teil a der Figur 1 dargestellte Stadium erreicht.In a wet chemical etching process, the intermediate layer 24 was then removed in the region of the passage openings 28 to 32 remote from the substrate and in the region of the passage openings 18 to 22 close to the substrate in order to create etching channels which lead to the sacrificial layer 14. The diffusion processes that are effective during etching also result in rapid material removal due to the narrow etching channels. As the etching process progresses, regions of the sacrificial layer 14 below the through openings 18 to 22 are also removed to expose a cavity 34. At the end of the etching process, the stage shown in part a of FIG. 1 is reached.

In Randbereichen der Deckelschichten 16 und 26 ist die Zwischenschicht 24 auch nach dem Atzvorgang vorhanden. Zusätz- lieh kann die substratferne Deckelschicht 26 durch ein Stutzmaterial 36 gehalten werden, das den Randbereich der Dek- kelschicht 26 umfasst. Abhangig von der Atzdauer befinden sich gegebenenfalls auch noch Reste 38 und 40 zwischen den Deckelschichten 16 und 26, die als Abstandshalter wirken.In the edge regions of the cover layers 16 and 26, the intermediate layer 24 is also present after the etching process. In addition, the cover layer 26 remote from the substrate can be held by a support material 36 which encompasses the edge region of the cover layer 26. Depending on the etching time, there may also be residues 38 and 40 between the cover layers 16 and 26, which act as spacers.

Das Verfahren wird mit dem Aufbringen einer Verschlussschicht 50 auf die Oberflache der Deckelschicht 26 fortgesetzt, siehe Teil b der Figur 1. Die Verschlussschicht 50 besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder polykri- stallinem Silizium und bedeckt auch die Innenwände der Durchgangsoffnungen 28 bis 32 sowie deren Boden. Durch die Verschlussschicht 50 werden die Atzkanale und somit auch der Hohlraum 34 gasdicht verschlossen.The method is continued with the application of a sealing layer 50 to the surface of the cover layer 26, see part b of FIG. 1. The sealing layer 50 consists, for example, of silicon dioxide, silicon nitride or polycrystalline silicon and also covers the inner walls of the through openings 28 to 32 and theirs Ground. The etching channels and thus also the cavity 34 are sealed gas-tight by the sealing layer 50.

Figur 2 zeigt eine maßstabsgetreue Schnittdarstellung durch das Schichtsystem 10 nach dem Aufbringen einer Silikatglasschicht 100 aus Bor-Phosphor-Silikatglas auf die Verschluss- schicht 50. Ein Maßstab 102 zeigt, dass eine Strecke von einem Zentimeter in der Figur 2 tatsachlich einer Ausdehnung von zweihundert Nanometern entspricht. Der Hohlraum 34 hat im Ausfuhrungsbeispiel eine Hohe von dreihundert Nanometern. Die Deckelschicht 16 hat eine Hohe von vierhundert Nanometern. Die Höhe der Zwischenschicht 24 betragt fünfzig Nanometer. Die Deckelschicht 26 hat eine Hohe von fünfhundert Nanometern. Die Schichtdicke der Verschlussschicht 50 betragt fünfzig Nanometer. Die Silikatschicht 100 ist etwa achthun- dert Nanometer hoch. Der Durchmesser der Durchgangsoffnungen 18, 32 betragt ein Mikrometer.FIG. 2 shows a true-to-scale sectional view through the layer system 10 after the application of a silicate glass layer 100 made of boron-phosphorus-silicate glass to the closure layer 50. A scale 102 shows that a distance of one centimeter in FIG. 2 actually corresponds to an extent of two hundred nanometers. In the exemplary embodiment, the cavity 34 has a height of three hundred nanometers. The cover layer 16 has a height of four hundred nanometers. The height of the intermediate layer 24 is fifty nanometers. The cover layer 26 has a height of five hundred nanometers. The layer thickness of the sealing layer 50 is fifty nanometers. The silicate layer 100 is approximately eight hundred nanometers high. The diameter of the through openings 18, 32 is one micrometer.

In Figur 2 ist deutlich zu erkennen, dass es im Bereich der Durchgangsoffnung 18 zu einer Absenkung der darüber liegenden Schichten 24, 26, 50 und 100 kommt. Auf der Oberflache der Silikatglasschicht 100 entsteht durch die Absenkung eine Mulde 104. Die Durchgangsöffnung 32 ist zum großen Teil mit Material der Silikatglasschicht 100 gefüllt. Dies fuhrt zur Bildung einer Mulde 106 auf der Oberflache der Silikatglas- schicht 100 oberhalb der Durchgangsöffnung 32.It can be clearly seen in FIG. 2 that the layers 24, 26, 50 and 100 lying above them are lowered in the area of the passage opening 18. A depression 104 is formed on the surface of the silicate glass layer 100 as a result of the lowering. The through opening 32 is largely filled with material of the silicate glass layer 100. This leads to the formation of a depression 106 on the surface of the silicate glass layer 100 above the through opening 32.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird das Silikatglas auf eine Temperatur zwischen 700°C und 1000°C erhitzt. Dadurch kommt es zum Verfließen des Silikatglases. Es bildet sich eine ebene Oberflache 108. Damit ist die Herstellung desIn a next process step, the silicate glass is heated to a temperature between 700 ° C and 1000 ° C. This causes the silicate glass to flow. A flat surface 108 is formed. The production of the

Hohlraums 34 und einer aus den Deckelschichten 16, 26, der Verschlussschicht 50 und der Silikatglasschicht 100 gebildeten Abdeckschicht 110 abgeschlossen. Die ebene Oberflache 108 der Silikatglasschicht 100 gewährleistet eine leichte Weiterprozessierung des Schichtsystems 10.Cavity 34 and a cover layer 110 formed from the cover layers 16, 26, the closure layer 50 and the silicate glass layer 100. The flat surface 108 of the silicate glass layer 100 ensures easy further processing of the layer system 10.

Jedoch wird bei einem anderen Ausfuhrungsbeispiel in einem Ruckatzprozess die Silikatschicht 100, wie z.B. in der PCT- Anmeldung WO 00/12428 erläutert, bis auf die Hohe der Ver- Schlussschicht 50 zurückgeatzt. Anschließend wird noch eine geeignete Abschlussschicht aufgebracht. In Figur 2 lassen sich außerdem Atzkanale 112 gut erkennen, die von der Durchgangsöffnung 32 zur Durchgangsöffnung 18 und zum Hohlraum 34 fuhren. Der bereits erwähnte seitliche Versatz V zwischen den Durchgangsoffnungen 18 und 32 Detragt etwa zwei Mikrometer.However, in another exemplary embodiment, the silicate layer 100, as explained in PCT application WO 00/12428, is etched back to the height of the sealing layer 50 in a jerking process. A suitable finishing layer is then applied. In FIG. 2, etching channels 112 can also be clearly seen, which lead from the through opening 32 to the through opening 18 and to the cavity 34. The lateral offset V already mentioned between the passage openings 18 and 32 is approximately two micrometers.

Durch eine andere Wahl der Schichtdicken und der Durchmesser der Durcngangsoffnungen 18 bis 22 und 28 bis 32 lasst sich die Topologie des Schichtsystems abhangig von der benotigten Atzgeschwindigkeit und den Anforderungen an die im Hohlraum 34 zu erzielende Reinheit verandern. Bei einem anderen Aus- fuhrungsbeispiel wird zum Verschließen des Hohlraumes 34 Verschlussmaterial mit einem LPCVD-Verfahren (low pressure chemical vapor deposition) abgeschieden, z.B. das Material TEOS, Siliziumnitπd oder polykristallmes Silizium. Die Si- likatglasschicht entfallt m diesem Fall. Eingesetzt werden jedoch auch Verfahren, bei denen die Verschlussschicht 50 durch sogenanntes Sputtern aufgebracht wird. Als Verschlussmaterial wird dann beispielsweise Aluminium oder amorphes Si- lizium eingesetzt.The topology of the layer system can be changed by a different choice of the layer thicknesses and the diameter of the passage openings 18 to 22 and 28 to 32, depending on the etching speed required and the requirements for the purity to be achieved in the cavity 34. In another embodiment, to close the cavity 34, sealing material is deposited using an LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) process, e.g. the material TEOS, silicon nitride or polycrystalline silicon. The silicate glass layer is omitted in this case. However, methods are also used in which the sealing layer 50 is applied by so-called sputtering. Aluminum or amorphous silicon, for example, is then used as the closure material.

Im Hohlraum 34 des Schichtsystems 10 werden abhangig von der Anwendung verschiedene Bauelemente angeordnet. Bei rein mikroelektronischen Bauelementen befindet sich im Hohlraum 34 beispielsweise eine Leiterbahn. Die im Hohlraum eingeschlossene Luft und damit auch die Temperatur der Leiterbahn lassen sich auf eine vorgegebene Temperatur regeln. Bei mikromechanischen Bauelementen befindet sich im Hohlraum 34 beispielsweise ein beweglich angeordneter Aktuator. Wird das Schicht- System als kapazitiver Sensor eingesetzt, so dient die Ab- deckschicnt 110 als Membran, mit deren Hilfe der Abstand von auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlraums 34 angeordneten Elektroden abnangig vom auf die Membran wirkenden Druck geändert wird. Various components are arranged in the cavity 34 of the layer system 10 depending on the application. In the case of purely microelectronic components, there is, for example, a conductor track in the cavity 34. The air trapped in the cavity and thus the temperature of the conductor track can be regulated to a predetermined temperature. In the case of micromechanical components, there is, for example, a movably arranged actuator in the cavity 34. If the layer system is used as a capacitive sensor, the covering layer 110 serves as a membrane, with the aid of which the distance from electrodes arranged on opposite sides of the cavity 34 is changed depending on the pressure acting on the membrane.

Claims

Patentansprüche claims

1. Verfahren zum Herstellen und Verschließen eines Hohlraumes für Mikrobauelemente oder Mikrosysteme, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:1. A method for producing and closing a cavity for microcomponents or microsystems, in which the following steps are carried out:

auf der Oberflache eines Substrats (12) wird eine Opferschicht (14) abgeschieden,A sacrificial layer (14) is deposited on the surface of a substrate (12),

auf der Oberflache der Opferschicht (14) wird eine substratnahe Deckelschicht (16) abgeschieden,a cover layer (16) close to the substrate is deposited on the surface of the sacrificial layer (14),

in die substratnahe Deckelschicht (16) wird mindestens eine substratnahe Durchgangsöffnung (18 bis 22) eingebracht,at least one through opening (18 to 22) is introduced into the cover layer (16) near the substrate,

auf die Oberflache der so geschaffenen Schichtanordnung wird eine Zwischenschicht (24) abgeschieden,An intermediate layer (24) is deposited on the surface of the layer arrangement thus created,

auf der Oberflache der Zwischenschicht (24) wiro eine sub- stratferne Deckelschicht (26) abgeschieden,a cover layer (26) remote from the substrate is deposited on the surface of the intermediate layer (24),

in die substratferne Deckelschicht (26) w rd mit seitlichem Versatz (V) zu der substratnahen Durchgangsöffnung (18) mindestens eine substratferne Durchgangsöffnung (28 bis 32) eingebracht,at least one through opening (28 to 32) remote from the substrate is introduced into the cover layer (26) remote from the substrate with a lateral offset (V) to the through opening (18) near the substrate,

in einem Atzprozess werden zumindest Bereiche der Zwischenschicht (24) zur Schaffung eines zur Opferschicht (14) fuhrenden Atzkanals (112) und zumindest Bereiche der Opfer- schicht (14) zur Freilegung eines Hohlraumes (34) entfernt, undin an etching process, at least regions of the intermediate layer (24) for creating an etching channel (112) leading to the sacrificial layer (14) and at least regions of the sacrificial layer (14) for exposing a cavity (34) are removed, and

nach dem Atzprozess wird eine Verschlussschicht (50) abge^¬ schieden, die das nach außen fuhrende Ende des Atzkanals (112) verschließt. after the etching process, a sealing layer is eliminated (50) abge ^¬ which closes the continued outward end of the Atzkanals (112).

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dicke der Zwischenscnicht (24) geringer als die Dicke der substratnahen Deckelschicht (16) ist und dass die substratferne Deckelschicht (26) in die substratnahe Durch- gangsoffnung (18) hineinragt.2. The method according to claim 1, so that the thickness of the intermediate layer (24) is not less than the thickness of the cover layer (16) close to the substrate and that the cover layer (26) remote from the substrate projects into the passage opening (18) near the substrate.

3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Deckelschicht (16, 26) mehrere Durchgangsoffnungen (18 bis 22 bzw. 28 bis 32) enthalt, die vorzugsweise gemäß einem gleichmaßigen Raster ausgerichtet sind,3. The method according to claim i or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that each cover layer (16, 26) contains a plurality of passage openings (18 to 22 or 28 to 32), which are preferably aligned according to a uniform grid,

und dass der Abstand zwischen benachbarten Durchgangsöffnun- gen (18 bis 22; 28 bis 32) einer Deckelschicht (16, 26) vorzugsweise das Zwei- bis Zwanzigfache der Ausdehnung der Durchgangsoffnungen in Richtung zur nächsten Durchgangsöff- nung betragt.and that the distance between adjacent through openings (18 to 22; 28 to 32) of a cover layer (16, 26) is preferably two to twenty times the extent of the through openings in the direction of the next through opening.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass gleiche Raster der oeiden Deckelschichten (16, 26) seitlich zueinander versetzt sind, vorzugsweise um einen Versatz (V) , der kleiner als der halbe Abstand zwischen benachbarten Durchgangsoffnungen (18 bis 22; 28 bis 32) einer Deckelschicht (16, 26) ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the same grid of the oid cover layers (16, 26) are laterally offset from one another, preferably by an offset (V) which is less than half the distance between adjacent through openings (18 to 22; 28 to 32 ) a cover layer (16, 26).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verschlussschicht (50) den Hohlraum (24) gasdicht verschließt .5. The method according to any one of the preceding claims, that the closure layer (50) closes the cavity (24) in a gas-tight manner.

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verschlussschicht (50) bei einem Prozessdruck abgeschieden wird, der sich vom Atmospharendruck unterscheidet, vorzugsweise bei einem wesentlich kleineren Prozessdruck als der Atmospharendruck, bei einem Prozessdruck kleiner als ein Millibar oder bei einem Prozessdruck kleiner als ein Mikro- bar .6. The method according to claim 5, characterized in that the sealing layer (50) is deposited at a process pressure which differs from atmospheric pressure, preferably at a process pressure which is substantially lower than atmospheric pressure, with a process pressure less than one millibar or with a process pressure less than a microbar.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h ge ke nn z e i chne t , dass als Material der Verschlussschicht (50) ein nichtfließ- fahiges Material verwendet wird, vorzugsweise ein undotiertes7. The method according to any one of the preceding claims, that a non-flowable material, preferably an undoped, is used as the material of the sealing layer (50)

Oxid.Oxide.

8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf die Verschlussschicht (50) ein fließfahiges Material abgeschieden wird, vorzugsweise ein hochdotiertes Silikatglas (100), das vorzugsweise in einem Temperaturschritt verflüssigt wird.8. The method according to claim 7, so that a flowable material is deposited on the sealing layer (50), preferably a highly doped silicate glass (100), which is preferably liquefied in a temperature step.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h ge ke nn z e i chn e t , dass als Material der Verschlussschicht (50) ein fließfahiges Material, vorzugsweise ein hochdotiertes Silikatglas, eingesetzt wird, das vorzugsweise in einem Temperaturschritt verflüssigt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 6, so that a flowable material, preferably a highly doped silicate glass, is used as the material of the sealing layer (50), which is preferably liquefied in a temperature step.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h ge k e nn z e i ch n e t , dass die substratnahe Durchgangsöffnung (18 bis 22) und/oder die substratferne Durchgangsöffnung (28 bis 32) mit Hilfe eines Lithographieverfahrens eingebracht wird,10. The method according to any one of the preceding claims, that the through opening (18 to 22) near the substrate and / or the through opening (28 to 32) remote from the substrate is introduced with the aid of a lithography process,

und dass die Zwischenschicht (24) in einer Dicke abgeschieden wiro, die kleiner als die kleinste Ausdehnung der Durch- gangsoffnung in tangentialer Richtung bezuglich einer in der betreffenden Deckelschicht (16, 26) liegenden Ebene und vor- zugsweise kleiner als die kleinste mit dem Lithographiever^¬ fahren herstellbare Breite einer Struktur ist. and that the intermediate layer (24) is deposited in a thickness which is smaller than the smallest extension of the through opening in the tangential direction with respect to a plane lying in the relevant cover layer (16, 26) and preferably smaller than the smallest with the lithograph ^¬ drive manufacturable width of a structure.

11. Mikrobauelement (10),11. micro component (10),

mit einer Substratschicht (12),with a substrate layer (12),

einer von der Substratschicht (12) getragenen Abdeckschicht (110), die eine substratferne Deckelschicht (26) mit mindestens einem substratfernen Durchbruch (32) enthält, in welchem sich Verschlussmaterial (50) zum Verschließen eines Hohlraumes (34) befindet, der zwischen Abdeckschicht (110) und Substratschicht (12) liegt,a cover layer (110) carried by the substrate layer (12), which contains a cover layer (26) remote from the substrate with at least one opening (32) remote from the substrate, in which there is sealing material (50) for closing a cavity (34) which is between the cover layer ( 110) and substrate layer (12),

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abdeckschicht (110) eine substratnahe Deckelschicht (16) enthalt, die in vorgegebenem Abstand zur substratfernen Deckelschicht (26) zwischen substratferner Deckelschicht (16) und Hohlraum (34) angeordnet ist,that the cover layer (110) contains a cover layer (16) close to the substrate, which is arranged at a predetermined distance from the cover layer (26) remote from the substrate between the cover layer (16) remote from the substrate and the cavity (34),

dass die substratnahe Deckelschicht (16) mindestens einen zum substratfernen Durchbruch (32) seitlich versetzt angeordneten substratnahen Durchbruch (18) enthalt, in dem ein Kanal (112) angeordnet ist, der zum Hohlraum (34) führt,that the cover layer (16) close to the substrate contains at least one breakthrough (18) which is arranged laterally offset from the opening (32) remote from the substrate and in which a channel (112) is arranged which leads to the cavity (34),

und dass das Verschlussmaterial (50) das andere Ende des Kanals (112) im Bereich des substratfernen Durchbruchs (18) verschließt.and that the closure material (50) closes the other end of the channel (112) in the region of the opening (18) remote from the substrate.

12. Mikrobauelement (10) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die substratferne Deckelschicht (26) in den substratna- hen Durchbruch (18) hineinragt.12. Microcomponent (10) according to claim 11, so that the cover layer (26) remote from the substrate projects into the opening (18) near the substrate.

13. Mikrobauelement (10) nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e ke n n z e i chn e t , dass es nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10 hergestellt worden ist. 13. Micro component (10) according to claim 11 or 12, dadurchge ke nnzei chn et that it has been produced by a method according to any one of claims 3 to 10.

14. Mikrosystem, insbesondere Sensor, g e kenn z e i c hnet durch ein Mikrobauelement (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, auf dessen Substrat (12) eine integrierte Schaltung angeordnet ist, die mit im Hohlraum (34) angeordneten Elementen elektrisch leitend verbunden ist. 14. microsystem, in particular sensor, ge kenn zeic hnet by a micro-component (10) according to one of claims 11 to 13, on the substrate (12) an integrated circuit is arranged which is electrically conductively connected to elements arranged in the cavity (34) ,