WO2000017095A1 - Control structure for producing hollow spaces and/or undercut zones in micromechanical and/or microelectronic components - Google Patents

Control structure for producing hollow spaces and/or undercut zones in micromechanical and/or microelectronic components Download PDF

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WO2000017095A1
WO2000017095A1 PCT/DE1999/003035 DE9903035W WO0017095A1 WO 2000017095 A1 WO2000017095 A1 WO 2000017095A1 DE 9903035 W DE9903035 W DE 9903035W WO 0017095 A1 WO0017095 A1 WO 0017095A1
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etching
control structure
micromechanical
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individual structures
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Dieter Maier-Schneider
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Infineon Technologies Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0055Manufacturing logistics
    • B81C99/0065Process control; Yield prediction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604Chemical etching

Definitions

  • the invention relates to a control structure for producing cavities or undercut areas in micromechanical and / or microelectronic components by etching, a coated wafer comprising a plurality of interconnected chips 7 and one or more micromechanical and / or microelectronic components, the micromechanical and / or microelectronic components have at least one cavity 3 or undercut area and a method for producing a micromechanical and / or microelectronic component comprising at least one cavity 3 or undercut area which is produced by one or more etching steps.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • BiCMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • movable elements such as e.g. Have membranes, tongues, steps or the like.
  • These movable elements can be manufactured, for example, by first applying sacrificial layers made of e.g. Silicon dioxide on a doped wafer, subsequent application of a membrane layer made of e.g. Polysilicon above the sacrificial layer and selective etching of the material of the sacrificial layer in relation to silicon wafers and silicon membranes take place in a partial area.
  • Cavities for pressure sensors are known to be manufactured in such a way that the supply of the etching solution and
  • the sacrificial material is removed through etching channels or etching holes arranged laterally or vertically to the wafer surface.
  • a method for producing a pressure sensor, in which the cavity is exposed via etching holes arranged in the membrane, is described, for example, in EP-A-0 714 017.
  • a sacrificial layer which is provided for producing the cavity required for the pressure sensor, is applied to a Si substrate.
  • This auxiliary layer can also be formed by an upper layer portion of the substrate.
  • a mask is used to produce openings for etching out the cavity lying in the region of the membrane layer below the membrane layer.
  • the number of openings required per cavity depends on the size of the cavity, the etching time and the thickness of the sacrificial layer.
  • the sacrificial material is etched selectively, ie the substrate material and the membrane layer are not attacked by the etching solution.
  • micromechanical structures produced must be checked to ensure that the volume of the exhaled cavities or undersized areas is true to size in order to maintain a certain quality after or already during the manufacture of the micromechanical structures.
  • a direct determination or control of the etch dimension on the micromechanical component to be produced itself — without destroying the wafer — is generally not possible with sufficient accuracy.
  • the etched edges cannot be reliably recognized in the micromechanical structures to be produced.
  • control structures are used which are used to check the individual production steps.
  • the position can be similar to multi-color printing, for example of the individual masks are verified.
  • these control structures are usually arranged in the so-called sag frame of the wafer, that is to say in a strip-shaped area which is arranged between the individual chips and which is lost during the singulation.
  • the control structures known in the manufacture of semiconductor components do not allow the dimensional accuracy of the volume of exhaled cavities or undercut areas in micromechanical components to be checked.
  • the object of the present invention is to provide a control structure for the production of cavities or undercut areas in micromechanical or also microelectronic components, which allows the quality of the etching process to be checked.
  • Another object of the invention is to provide a control structure which allows a quantitative determination of the extent of the understatement.
  • control structure 9 for producing cavities 3 or undercut areas in micromechanical and / or microelectronic components by etching.
  • the control structure 9 comprises one or more partial areas 11 arranged in the area of the control structure, the partial areas one or more individual structures 2, 3 and possibly the one
  • the individual structures at least partially change their geometric shape during the etching.
  • the individual structures of a subarea are geometrically modified in comparison to the individual structures of another subarea, so that the extent of the etching after and / or during the manufacture of the micromechanical and / or microelectronic component can be read or evaluated quantitatively. If it is expedient, two sub-areas may have identical individual structures.
  • the partial areas are preferably all geometrically modified from one another.
  • a partial area is geometrically modified with respect to an adjacent partial area. The geometric modification can consist, for example, in that the spacing of the partial structures is changed in a partial area.
  • control structure according to the invention is evaluated. If the desired degree of undercut has not yet been reached, a further etching step can be carried out and a new check can be carried out. In this way, an accurate setting of the etching time with subsequent checking of the result can be carried out in a simple manner under fluctuating ambient conditions in practice.
  • the control structure is therefore preferably evaluated immediately after an etching step has been carried out, in particular this takes place before further processing steps of the component.
  • Control structure can preferably be optically, e.g. with a microscope, but also on broken surfaces if necessary.
  • micromechanical components are understood to mean structures with movable parts that are produced in general in semiconductor technology, such as e.g. Membrane arrangements, such as sensors, in particular pressure sensors or microphone sensors, or structures with tongues, such as, for example, acceleration sensors or force sensors, or very generally micromechanical structures which have moving parts, such as bridges, beams, wheels or the like.
  • Membrane arrangements such as sensors, in particular pressure sensors or microphone sensors, or structures with tongues, such as, for example, acceleration sensors or force sensors, or very generally micromechanical structures which have moving parts, such as bridges, beams, wheels or the like.
  • Microelectronic components according to the invention are components which are known per se and which are produced by semiconductor production steps which are known per se, the microelectronic components according to the invention having at least one undercut region or cavity. You differentiate which differ from the micromechanical components in that they do not have to have any movable functions.
  • An example of a suitable microelectronic component is an infrared sensor.
  • cavities with closed volumes, which can have any shape.
  • the cavities are preferably etched areas in the form of spheres, ellipses, round or oval disks homogeneous materials are the cavities of symmetrical shape.
  • Corresponding cavities occur, for example, in pressure sensors.
  • the cavities according to the invention can also have openings, such as in the case of a differential pressure sensor.
  • Undercut areas” according to the invention are, for example, open undercut areas, such as are required for the production of webs, tongues, bridges or steps. Undercut areas are required, for example, for the production of acceleration sensors or force sensors.
  • the pawing can be carried out by executing one or more etching steps, whereby according to the invention it is possible to check the extent of the previous etching steps between each individual step with the aid of the control structure according to the invention.
  • the pawing is preferably carried out selectively, i.e. H. that an etchant used for etching essentially only at least partially removes the type of material which is specified for defining the cavity volume in the form of a sacrificial material or a sacrificial layer 4.
  • the material types delimiting the cavity such as the material of the wafer 1 or the membrane layer 5, are essentially not removed during the etching.
  • the control structure according to the invention preferably contains in a partial area 11 at least two partial structures 2, 3, each partial structure having an upper layer 5, a lower layer 1, a sacrificial layer 4 and an etching opening 2 introduced in the upper layer, the sacrificial layer 4 being removed during the etching by removal of material
  • Cavity 3 arranged between the upper and lower layers is formed and the spacing of the substructures, preferably the spacing of the etching openings, is selected in a partial region such that a connection of at least two cavities 3 occurs within a partial region when the desired etching dimension is reached.
  • the cavities can be etched, for example, either through the etching opening in the membrane from the top, or from the side via etching channels which, for example, run parallel to the surface of the wafer below the membrane layer and come to the side of the membrane.
  • the method by which the cavity is etched expediently corresponds to the method by which the cavity is produced in the micromechanical component to be produced, because in e.g. With identical etching channels or etching holes, the etching times in the control structure can also be compared with those in the micromechanical component.
  • An etching opening according to the invention is expediently a hole 2 in the upper layer 1 with a round or, which is easier to manufacture in terms of layout, with a square shape, the square shape being partially rounded during the lithography.
  • the distance between the partial structures 2, 3 within a partial area 11 can be used to determine the extent of the etching, in particular to determine the etching volume.
  • the distance between the partial structures 2, 3 within a partial area 11 preferably increases or decreases stepwise with respect to the partial structure distance in an adjacent partial area. It can then be read in a simple manner in which sub-area, for example, a touch of the etching fronts progressing during the etching. ..
  • the etching openings 2 in the upper layer 5 are expediently arranged directly above the sacrificial layer. In this way, cavities 3 can be formed during the etching, starting from the etching openings, which enclose the cavity in a ring. It is alternatively expedient if the etching openings 2 are connected to etching channels running underneath the upper layer, so that the cavities are etched from the side.
  • the distance D between the openings 2 can be chosen to be the same within a partial area.
  • the distance D in the control structures can be selected such that a certain range for the value D is covered in steps of increasing or decreasing.
  • the range for D can be selected so that when etching disc-shaped cavities 3 it corresponds as closely as possible to the range of fluctuations in the radius of the cavity which results from production-related fluctuations during a specific etching time.
  • the distance D between the openings 2 within a partial area depends on the requirements for the accuracy of the structures to be etched. D is preferably in a range from 0.1 to 1000 ⁇ m.
  • Steps are expediently of the same size, so that the distance D increases, for example, from one sub-area to the next by 0.2 ⁇ m.
  • the invention is not restricted to a special shape of a partial structure 2, 3. So are other substructures e.g. conceivable with more than two etching holes.
  • control structure The area of the control structure is generally chosen so that it takes up as little space as possible. In a control structure there are preferably 4 to 100 subregions 11.
  • the number of individual structures is in the range from 2 to 5. It is particularly expedient if exactly two individual structures are arranged in each partial area.
  • the subareas are preferably arranged next to one another or in rows and columns.
  • the invention also relates to a coated wafer 1 comprising a multiplicity of interconnected chips 7 and one or more micromechanical components, the micromechanical components having at least one cavity (3) or undercut area, which is characterized in that on one side of the A control structure 9 according to the invention is present on the wafer, preferably on the same side on which the micromechanical components to be produced are located.
  • the control structure 9 is preferably arranged in the saw frame 8 of the wafer.
  • the connected chips are separated from one another. This is done, for example, by sawing the wafer along the saw frame. The area of the wafer on which the control structure according to the invention is located is then lost.
  • Another object of the invention is a method for producing a micromechanical component comprising at least one cavity 3 or undercut region, which is produced by one or more etching steps, which is characterized in that the extent of the etching steps is evaluated or read quantitatively, wherein the evaluation or reading is carried out by means of a control structure 9 previously applied to the coated wafer 1.
  • the control structure can be applied in a manner known per se, for example by means of lithographic technology.
  • the control structure is preferably produced using largely the same steps as the cavity regions of the micromechanical components contained in the chips.
  • the quantitative determination of the etch dimension is preferably carried out optically or electrically without destroying the wafer.
  • the determination can be made optically, for example, by examining the wafer under a light microscope.
  • the quantitative determination is expediently carried out either visually, that is to say manually, or automatically, for example with the aid of automatic image processing.
  • FIG. 1 shows a control structure according to the invention in a top view
  • FIG. 2 shows a section through a control structure according to FIG. 1 along the axis A-B
  • FIG. 3 shows an arrangement of the control structure according to the invention on the surface of a silicon wafer, in a schematic representation, not to scale, and
  • Figure 3a is an enlarged view of a partial section of Figure 3.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the control structure visible in the microscope after performing an etching. steps with a certain duration.
  • a thin cover layer 5 (FIG. 2) is applied to the wafer 1 as the top layer. Openings 2 are arranged in the cover layer 5 through which the etching solution penetrates into the layer structure.
  • the radius of a cavity can be read particularly advantageously after the undercut.
  • a pair of openings together with the inscription 13 for the radius arranged above the pair of holes is referred to as partial region 11.
  • any meaningful parameters can be used as labeling.
  • the diameter of the cavity above the pair of holes can also be printed.
  • the value for the radius printed above the pair of openings is considered to have been reached when the circular openings formed around the opening begin to touch.
  • FIG. 1 A section along a connecting axis between a pair of openings in FIG. 1 within a partial region 11 along line AB is shown in FIG.
  • a sacrificial layer 4 of silicon dioxide is deposited, for example, ⁇ .
  • a cover layer 5 of po ⁇ lykristallinem silicon holes 2 are omitted with the aid of a mask. Through these openings, the penetration of an etching solution is made possible, so that, starting from the openings, material of the sacrificial layer with a diameter that increases over time is created.
  • similar cavities arise in other areas on the wafer, which are located in the micromechanical components to be manufactured. The formation of these cavities takes place in a similar way to the formation of the cavities in the control structure.
  • FIG. 3 shows a wafer 1 which has chips 7, which are arranged in a grid pattern on the top and which represent the end products. After the chips have been completed, they are separated, for example by sawing in the space between the individual chips.
  • This intermediate space which is usually referred to as a saw frame 8
  • further control structures 10 required for the conventional manufacturing process can also be placed in the area of the saw frame.
  • the control structure according to the invention enables the etching time to be checked during the production of cavities in micromechanical components. In this way, for example in the manufacture of pressure sensors, floating away of the membrane cover in the case of etching times which are too long or the formation of cavities which are too small can be effectively prevented.
  • Another advantage of the method according to the invention is that it is integrated into the standard process sequence of a semiconductor can be integrated easily.
  • the method according to the invention can therefore be used in particular in the production of micromechanical components with integrated evaluation or control electronics.

Abstract

The invention relates to a control structure (9) for producing hollow spaces (3) or undercut zones in micromechanical and/or microelectronic components by etching, which comprises one or more partial areas (11) situated in the area of the control structure. Said partial areas contain one or more individual structures (2, 3) and possibly legends (13) and/or markings assigned to the individual structures.he individual structures at least partly change their geometric shape during etching and the individual structures of a partial area are geometrically different from the individual structures of another partial area, so that on the basis of an evaluation of the individual structures by comparison of the partial areas after clearing of the hollow space or undercut zones, the extend of etching before and/or during the manufacture of the micromechanical component can be quantitatively determined or evaluated. The invention further relates to a coated wafer and a method for producing a micromechanical and/or microelectronic component.

Description

Beschreibungdescription
KONTROLLSTRUKTUR ZUR HERSTELLUNG VON HOHLRÄUMEN ODER UNTERÄTZUNGSBEREICHEN IN MIKROMECHANISCHEN UND/ODER MIKROELEKTRONISCHEN BAUELEMENTENCONTROL STRUCTURE FOR THE PRODUCTION OF CAVITIES OR UNDERLYING AREAS IN MICROMECHANICAL AND / OR MICROELECTRONIC COMPONENTS
Die Erfindung betrifft eine Kontrollstruktur zur Herstellung von Hohlräumen oder Unterätzungsbereichen in mikromechanischen und/oder mikroelektronischen Bauelementen durch Ätzen, einen beschichteten Wafer umfassend eine Vielzahl von miteinander verbundenen Chips 7 und ein oder mehrere mikromechanische und/oder mikroelektronischen Bauelemente, wobei die mi- kromechanischen und/oder mikroelektronischen Bauelmente mindestens einem Hohlraum 3 bzw. Unterätzungsbereich aufweisen und ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen und/oder mikroelektronischen Bauelements umfassend mindestens einen Hohlraum 3 bzw. Unterätzungsbereich, welcher durch ei- nen oder mehrere Ätzschritte hergestellt wird.The invention relates to a control structure for producing cavities or undercut areas in micromechanical and / or microelectronic components by etching, a coated wafer comprising a plurality of interconnected chips 7 and one or more micromechanical and / or microelectronic components, the micromechanical and / or or microelectronic components have at least one cavity 3 or undercut area and a method for producing a micromechanical and / or microelectronic component comprising at least one cavity 3 or undercut area which is produced by one or more etching steps.
Bei der Fertigung von mikromechanischen Bauelementen, wie beispielsweise Drucksensoren oder Beschleunigungssensoren, werden in der Regel auf einem Silizium-Wafer Strukturen in an sich bekannter CMOS-, BiCMOS- oder Bipolar-Technologie aufgebracht, die in Teilbereichen bewegliche Elemente, wie z.B. Membranen, Zungen, Stufen oder dergleichen aufweisen. Die Herstellung dieser beweglichen Elemente kann beispielsweise durch zunächst Aufbringen von Opferschichten aus z.B. Silizi- umdioxid auf einem dotierten Wafer, anschließendes Aufbringen einer Membranschicht aus z.B. Polysilizium oberhalb der Opferschicht und selektives Ätzen des Materials der Opferschicht gegenüber Siliziumwafer und Siliziummembran in einem Teilbereich erfolgen. Hohlräume für Drucksensor werden be- kanntlich so hergestellt, daß die Zufuhr der Ätzlösung undIn the manufacture of micromechanical components, such as pressure sensors or acceleration sensors, structures are generally applied to a silicon wafer in known CMOS, BiCMOS or bipolar technology, which in some areas has movable elements such as e.g. Have membranes, tongues, steps or the like. These movable elements can be manufactured, for example, by first applying sacrificial layers made of e.g. Silicon dioxide on a doped wafer, subsequent application of a membrane layer made of e.g. Polysilicon above the sacrificial layer and selective etching of the material of the sacrificial layer in relation to silicon wafers and silicon membranes take place in a partial area. Cavities for pressure sensors are known to be manufactured in such a way that the supply of the etching solution and
Abfuhr des Opfermaterials durch lateral oder vertikal zur Wa- feroberflache angeordnete Ätzkanäle oder Ätzlöcher erfolgt. Ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, worin die Freilegung des Hohlraums über in der Membran angeordnete Atzlocher erfolgt, ist beispielsweise in der EP-A-0 714 017 be- schrieben. Entsprechend diesem Verfahren wird auf ein Si- Substrat eine Opferschicht, welche zur Herstellung des f r den Drucksensor erforderlichen Hohlraums vorgesehen ist, aufgebracht. Diese Hilfsschicht kann auch durch einen oberen Schichtanteil des Substrates gebildet sein. Auf diese Opfer- schicht bzw. Hilfsschicht wird dann eine Membranschicht aus z. B. Polysilizium aufgebracht. Mittels einer Maske werden bei der Herstellung der Membranschicht Offnungen für das Ausatzen des im Bereich der Membranschicht unterhalb der Membranschicht liegenden Hohlraums hergestellt. Die Anzahl der benotigten Offnungen pro Hohlraum richtet sich nach der Große des Hohlraums, der Atzzeit und der Dicke der Opferschicht. Die Atzung des Opfermaterials erfolgt selektiv, d. h. das Substratmaterial und die Membranschicht werden nicht durch die Atzlosung angegriffen.The sacrificial material is removed through etching channels or etching holes arranged laterally or vertically to the wafer surface. A method for producing a pressure sensor, in which the cavity is exposed via etching holes arranged in the membrane, is described, for example, in EP-A-0 714 017. According to this method, a sacrificial layer, which is provided for producing the cavity required for the pressure sensor, is applied to a Si substrate. This auxiliary layer can also be formed by an upper layer portion of the substrate. A membrane layer of z. B. polysilicon applied. During the manufacture of the membrane layer, a mask is used to produce openings for etching out the cavity lying in the region of the membrane layer below the membrane layer. The number of openings required per cavity depends on the size of the cavity, the etching time and the thickness of the sacrificial layer. The sacrificial material is etched selectively, ie the substrate material and the membrane layer are not attacked by the etching solution.
Die hergestellten mikromechanischen Strukturen müssen zur Einhaltung einer bestimmten Qualltat nach oder bereits wahrend der Herstellung der mikromechanischen Strukturen auf Maßhaltigkeit des Volumens der ausgeatzen Hohlräume bzw. Un- teratzungsbereiche geprüft werden. Eine direkte Bestimmung bzw. Kontrolle des Atzmaßes am herzustellenden mikromechanischen Bauelement selbst -ohne Zerstörung des Wafers- ist mit ausreichender Genauigkeit in der Regel nicht möglich. In den herzustellenden mikromechanischen Strukturen lassen sich die Atzkanten nicht zuverlässig erkennen.The micromechanical structures produced must be checked to ensure that the volume of the exhaled cavities or undersized areas is true to size in order to maintain a certain quality after or already during the manufacture of the micromechanical structures. A direct determination or control of the etch dimension on the micromechanical component to be produced itself — without destroying the wafer — is generally not possible with sufficient accuracy. The etched edges cannot be reliably recognized in the micromechanical structures to be produced.
In einer Fertigungslinie für herkömmliche Halbleiterbauele- mente, wie etwa für CMOS-, BiCMOS- oder Bipolar-Chips, sind Kontrollstrukturen üblich, die zur Überprüfung der einzelnen Fertigungsschritte herangezogen werden. Mit Hilfe dieser bei der Halbleiterbauelementfertigung üblichen Kontrollstrukturen kann beispielsweise ähnlich dem Mehrfarbendruck die Position der Einzelmasken verifiziert werden. Aus Platzgrunden sind diese Kontrollstrukturen üblicherweise im sogenannten Sagerahmen des Wafers, also in einem zwischen den Einzelchips angeordneten streifenformigen Bereich, welcher bei der Vereinzelung verloren geht, angeordnet. Die bei der Halbleiterbau- elementfertigung bekannten Kontrollstrukturen lassen keine Überprüfung der Maßhaltigkeit des Volumens von ausgeatzen Hohlräumen bzw. Unteratzungsbereichen in mikromechanischen Bauelementen zu.In a production line for conventional semiconductor components, such as for CMOS, BiCMOS or bipolar chips, control structures are used which are used to check the individual production steps. With the help of these control structures, which are common in semiconductor component production, the position can be similar to multi-color printing, for example of the individual masks are verified. For reasons of space, these control structures are usually arranged in the so-called sag frame of the wafer, that is to say in a strip-shaped area which is arranged between the individual chips and which is lost during the singulation. The control structures known in the manufacture of semiconductor components do not allow the dimensional accuracy of the volume of exhaled cavities or undercut areas in micromechanical components to be checked.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Kontrollstruktur zur Herstellung von Hohlräumen bzw. Unteratzungsbereichen in mikromechanischen oder auch mikroelektronischen Bauelementen, die eine Überprüfung der Qualität des Atzvorgangs zulaßt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Kontrollstruktur, welche eine quantitative Bestimmung des Ausmaßes der Unteratzung zulaßt.The object of the present invention is to provide a control structure for the production of cavities or undercut areas in micromechanical or also microelectronic components, which allows the quality of the etching process to be checked. Another object of the invention is to provide a control structure which allows a quantitative determination of the extent of the understatement.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelost durch eine Kon- trollstruktur 9 zur Herstellung von Hohlräumen 3 bzw. Unteratzungsbereichen in mikromechanischen und/oder mikroelektronischen Bauelementen durch Ätzen. Die Kontrollstruktur 9 umfaßt erfindungsgemaß einen oder mehrere im Bereich der Kontrollstruktur angeordnete Teilbereiche 11, wobei die Teilbe- reiche eine oder mehrere Einzelstrukturen 2,3 und ggf. denThis object is achieved according to the invention by a control structure 9 for producing cavities 3 or undercut areas in micromechanical and / or microelectronic components by etching. According to the invention, the control structure 9 comprises one or more partial areas 11 arranged in the area of the control structure, the partial areas one or more individual structures 2, 3 and possibly the one
Einzelstrukturen beigeordnete Beschriftungen 13 und/oder Markierungen enthalten. Gemäß der Erfindung verandern die Einzelstrukturen wahrend des Ätzens zumindest teilweise ihre geometrische Form. Erfindungsgemaß sind die Einzelstrukturen eines Teilbereichs im Vergleich zu den Einzelstrukturen eines anderen Teilbereichs geometrisch abgewandelt, so daß anhand einer Auswertung der Einzelstrukturen durch Vergleich der Teilbereiche nach dem Freiätzen der Hohlräume bzw. Unteratzungsbereiche das Ausmaß der Atzung nach und/oder wahrend der Herstellung des mikromechanischen und/oder mikroelektronischen Bauelements quantitativ ablesbar oder auswertbar ist. Es kann, wenn es zweckmäßig ist, vorkommen, daß zwei Teilbereich identische Einzelstrukturen aufweisen. Vorzugsweise sind jedoch die Teilbereiche alle geometrisch voneinander abgewandelt. So ist insbesondere ein Teilbereich bezüglich ei- nes benachbarten Teilbereichs geometrisch abgewandelt. Die geometrische Abwandlung kann beispielsweise darin bestehen, daß der Abstand der Teilstrukturen in einem Teilbereich verändert ist.Individual structures associated with labels 13 and / or markings. According to the invention, the individual structures at least partially change their geometric shape during the etching. According to the invention, the individual structures of a subarea are geometrically modified in comparison to the individual structures of another subarea, so that the extent of the etching after and / or during the manufacture of the micromechanical and / or microelectronic component can be read or evaluated quantitatively. If it is expedient, two sub-areas may have identical individual structures. However, the partial areas are preferably all geometrically modified from one another. In particular, a partial area is geometrically modified with respect to an adjacent partial area. The geometric modification can consist, for example, in that the spacing of the partial structures is changed in a partial area.
Nach Abschluß eines Ätzschrittes wird eine Auswertung der erfindungsgemäßen Kontrollstruktur vorgenommen. Ist das gewünschte Ausmaß der Unterätzung noch nicht erreicht, so kann ein weiterer Ätzschritt durchgeführt werden und eine erneute Kontrolle erfolgen. So kann unter in der Praxis schwankenden Umgebungsbedingungen eine genaue Einstellung der Ätzzeit mit anschließender Überprüfung des Ergebnisses auf einfache Weise durchgeführt werden. Die Auswertung der Kontrollstruktur erfolgt daher vorzugsweise unmittelbar nach der Durchführung eines Ätzschritts, insbesondere erfolgt diese vor weiteren Bearbeitungsschritten des Bauelements. Die Auswertung derAfter the completion of an etching step, the control structure according to the invention is evaluated. If the desired degree of undercut has not yet been reached, a further etching step can be carried out and a new check can be carried out. In this way, an accurate setting of the etching time with subsequent checking of the result can be carried out in a simple manner under fluctuating ambient conditions in practice. The control structure is therefore preferably evaluated immediately after an etching step has been carried out, in particular this takes place before further processing steps of the component. The evaluation of the
Kontrollstruktur kann vorzugsweise optisch, z.B. mit eine Mikroskop, aber auch ggf. an Bruchflächen erfolgen.Control structure can preferably be optically, e.g. with a microscope, but also on broken surfaces if necessary.
Unter mikromechanischen Bauelementen werden erfindungsgemäß ganz allgemein in Halbleitertechnologie hergestellte Strukturen mit beweglichen Teilen verstanden, wie z.B. Membrananordnungen, wie Sensoren, insbesondere Drucksensoren oder Mikro- fonsensoren, oder Strukturen mit Zungen, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren oder Krafsensoren, oder ganz allge- mein mikromechanische Strukturen, die bewegliche Teile, wie Brücken, Balken, Räder oder dergleichen, aufweisen.According to the invention, micromechanical components are understood to mean structures with movable parts that are produced in general in semiconductor technology, such as e.g. Membrane arrangements, such as sensors, in particular pressure sensors or microphone sensors, or structures with tongues, such as, for example, acceleration sensors or force sensors, or very generally micromechanical structures which have moving parts, such as bridges, beams, wheels or the like.
Mikroelektronische Bauelemente gemäß der Erfindung sind an sich bekannte Bauelemente, die durch an sich bekannte Halb- leiterfertigungsschritte hergestellt werden, wobei die erfindungsgemäßen mikroelektronischen Bauelemente zumindest einen Unterätzungsbereich oder Hohlraum aufweisen. Sie unterschei- den sich von den mikromechanischen Bauelementen dadurch, daß sie keine beweglichen Funktionen haben müssen. Ein Beispiel für ein geeignetes mikroelektronisches Bauelement ist ein Infrarot-Sensor .Microelectronic components according to the invention are components which are known per se and which are produced by semiconductor production steps which are known per se, the microelectronic components according to the invention having at least one undercut region or cavity. You differentiate which differ from the micromechanical components in that they do not have to have any movable functions. An example of a suitable microelectronic component is an infrared sensor.
Der Begriff „Hohlraum" gemäß der Erfindung ist m seiner breitest denkbaren Form zu verstehen. Darunter fallen beispielsweise Hohlräume mit abgeschlossenen Volumina, die beliebig geformt sein können. Vorzugsweise sind die Hohrraume ausgeätzte Bereiche in Form von Kugeln, Ellipsen, runden oder ovalen Scheiben. In homogenen Materialien sind die Hohlräume von symmetrischer Form. Entsprechende Hohlräume kommen z.B. in Drucksensoren vor. Die Hohlräume gemäß der Erfindung können auch Offnungen aufweisen, wie z.B. im Falle eines Diffe- renzdrucksensors .The term “cavity” according to the invention is to be understood in its broadest conceivable form. This includes, for example, cavities with closed volumes, which can have any shape. The cavities are preferably etched areas in the form of spheres, ellipses, round or oval disks homogeneous materials are the cavities of symmetrical shape. Corresponding cavities occur, for example, in pressure sensors. The cavities according to the invention can also have openings, such as in the case of a differential pressure sensor.
„Unteratzungsbereiche" gemäß der Erfindung sind beispielsweise offene Unteratzungen, wie sie zur Herstellung von Stegen, Zungen, Brücken oder Stufen benotigt werden. Unteratzungsbereiche werden beispielsweise zur Herstellung von Beschleuni- gungssensoren oder Kraftsensoren benotigt.“Undercut areas” according to the invention are, for example, open undercut areas, such as are required for the production of webs, tongues, bridges or steps. Undercut areas are required, for example, for the production of acceleration sensors or force sensors.
Das Freiatzen kann durch Ausfuhrung von einem oder mehreren Atzschritten erfolgen, wobei erfindungsgemaß die Möglichkeit besteht, zwischen jedem Einzelschritt das Ausmaß der vorange- gangenen Atzschritte mit Hilfe der erfindungsgemaßen Kontrollstruktur zu überprüfen. Das Freiatzen wird vorzugsweise selektiv durchgeführt, d. h. daß ein zur Atzung verwendetes Atzmittel im Wesentlichen nur die Materialsorte zumindest teilweise entfernt, welche zur Definition des Hohlraumvolu- mens m Form eines Opfermaterials oder einer Opferschicht 4 vorgegeben ist. Die den Hohlraum begrenzenden Materialsorten, wie beispielsweise das Material des Wafers 1 oder der Membranschicht 5 werden wahrend des Ätzens im wesentlich nicht entfernt.The pawing can be carried out by executing one or more etching steps, whereby according to the invention it is possible to check the extent of the previous etching steps between each individual step with the aid of the control structure according to the invention. The pawing is preferably carried out selectively, i.e. H. that an etchant used for etching essentially only at least partially removes the type of material which is specified for defining the cavity volume in the form of a sacrificial material or a sacrificial layer 4. The material types delimiting the cavity, such as the material of the wafer 1 or the membrane layer 5, are essentially not removed during the etching.
Die erfindungsgemaße Kontrollstruktur enthalt vorzugsweise in einem Teilbereich 11 mindestens zwei Teilstrukturen 2,3, wobei jede Teilstruktur eine obere Schicht 5, eine untere Schicht 1, eine Opferschicht 4 sowie eine in der oberen Schicht eingebrachte Ätzöffnung 2 aufweist, wobei während des Ätzens durch Entfernung von Material der Opferschicht 4 ein zwischen oberer und unterer Schicht angeordneter Hohlraum 3 entsteht und der Abstand der Teilstrukturen, vorzugsweise der Abstand der Ätzöffnungen, in einem Teilbereich so gewählt ist, daß bei Erreichen des gewünschten Ätzmaßes eine Verbin- düng mindestens zweier Hohlräume 3 innerhalb eines Teilbereichs auftritt.The control structure according to the invention preferably contains in a partial area 11 at least two partial structures 2, 3, each partial structure having an upper layer 5, a lower layer 1, a sacrificial layer 4 and an etching opening 2 introduced in the upper layer, the sacrificial layer 4 being removed during the etching by removal of material Cavity 3 arranged between the upper and lower layers is formed and the spacing of the substructures, preferably the spacing of the etching openings, is selected in a partial region such that a connection of at least two cavities 3 occurs within a partial region when the desired etching dimension is reached.
Das Ätzen der Hohlräume kann demnach beispielsweise entweder durch Ätzöffnung in der Membran von der Oberseite her erfolgen, oder von der Seite aus über Ätzkanäle, die beispielswei- se parallel zur Oberfläche des Wafers unterhalb der Membranschicht verlaufen und seitlich der Membran an die Oberfläche treten. Die Methode, nach der der Hohlraum geätzt wird, entspricht zweckmäßigerweise der Methode, mit der der Hohlraum in dem zu produzierenden mikromechanischen Bauelement herge- stellt wird, denn bei z.B. identischen Ätzkanälen oder Ätzlöchern sind auch die Ätzzeiten in der Kontrollstruktur mit denen im mikromechanischen Bauelement vergleichbar.Accordingly, the cavities can be etched, for example, either through the etching opening in the membrane from the top, or from the side via etching channels which, for example, run parallel to the surface of the wafer below the membrane layer and come to the side of the membrane. The method by which the cavity is etched expediently corresponds to the method by which the cavity is produced in the micromechanical component to be produced, because in e.g. With identical etching channels or etching holes, the etching times in the control structure can also be compared with those in the micromechanical component.
Eine Ätzöffnung gemäß der Erfindung ist zweckmäßigerweise ein Loch 2 in der oberen Schicht 1 mit runder oder, was im Layout einfacher herstellbar ist, mit viereckiger Form, wobei die eckige Form während der Lithographie teilweise verrundet.An etching opening according to the invention is expediently a hole 2 in the upper layer 1 with a round or, which is easier to manufacture in terms of layout, with a square shape, the square shape being partially rounded during the lithography.
Der Abstand der Teilstrukturen 2,3 innerhalb eines Teilbe- reichs 11 kann zur Bestimmung des Ausmaßes der Ätzung, inbesondere zur Bestimmung des Ätzvolumens, herangezogen werden. Der Abstand der Teilstrukturen 2,3 innerhalb eines Teilbereichs 11 nimmt vorzugsweise bezüglich des Teilstrukturab- standes in einem benachbarten Teilbereich schrittweise zu oder ab. Es kann dann auf einfache Weise abgelesen werden, bei welchem Teilbereich beispielsweise gerade eine Berührung der während der Ätzung fortschreitenden Ätzfronten erfolgt ist. ..The distance between the partial structures 2, 3 within a partial area 11 can be used to determine the extent of the etching, in particular to determine the etching volume. The distance between the partial structures 2, 3 within a partial area 11 preferably increases or decreases stepwise with respect to the partial structure distance in an adjacent partial area. It can then be read in a simple manner in which sub-area, for example, a touch of the etching fronts progressing during the etching. ..
Die Ätzöffnungen 2 in der oberen Schicht 5 sind zweckmäßig unmittelbar oberhalb der Opferschicht angeordnet. Auf diese Weise können während des Ätzens ausgehend von den Ätzöffnungen Hohlräume 3 entstehen, die den Hohlraum ringförmig umschließen. Es ist alternativ zweckmäßig, wenn die Ätzöffnungen 2 mit unterhalb der oberen Schicht verlaufenden Ätzkanälen verbunden sind, so daß das Ätzen der Hohlräume von der Seite erfolgt.The etching openings 2 in the upper layer 5 are expediently arranged directly above the sacrificial layer. In this way, cavities 3 can be formed during the etching, starting from the etching openings, which enclose the cavity in a ring. It is alternatively expedient if the etching openings 2 are connected to etching channels running underneath the upper layer, so that the cavities are etched from the side.
Der Abstand D der Öffnungen 2 kann innerhalb eines Teilbereichs gleich gewählt werden. In diesem Fall läßt sich der Abstand D in den Kontrollstrukturen so wählen, daß stufenweise ansteigend oder absteigend ein bestimmter Bereich für den Wert D abgedeckt wird. Beispielsweie kann der Bereich für D so gewählt werden, daß dieser bei der Ätzung von scheibenförmigen Hohlräumen 3 dem Bereich der Schwankungen des Radius des Hohlraums, welcher sich bei einer bestimmten Ätzzeit durch fertigungsbedingte Schwankungen ergibt, möglichst genau entspricht. Der Abstand D der Öffnungen 2 innerhalb eines Teilbereichs richtet sich nach den Anforderungen an die Genauigkeit der zu ätzenden Strukturen. Bevorzugt liegt D in einem Bereich von 0,1 bis 1000 μm. Die vorstehend erwähntenThe distance D between the openings 2 can be chosen to be the same within a partial area. In this case, the distance D in the control structures can be selected such that a certain range for the value D is covered in steps of increasing or decreasing. For example, the range for D can be selected so that when etching disc-shaped cavities 3 it corresponds as closely as possible to the range of fluctuations in the radius of the cavity which results from production-related fluctuations during a specific etching time. The distance D between the openings 2 within a partial area depends on the requirements for the accuracy of the structures to be etched. D is preferably in a range from 0.1 to 1000 μm. The aforementioned
Stufen sind zweckmäßigerweise gleich groß, so daß der Abstand D beispielsweise von einem Teilbereich zum nächsten um 0,2 μm anwächst .Steps are expediently of the same size, so that the distance D increases, for example, from one sub-area to the next by 0.2 μm.
Die Erfindung ist nicht auf eine spezielle Form einer Teilstruktur 2,3 beschränkt. So sind auch andere Teilstrukturen z.B. mit mehr als zwei Ätzlöchern denkbar.The invention is not restricted to a special shape of a partial structure 2, 3. So are other substructures e.g. conceivable with more than two etching holes.
Die Fläche der Kontrollstruktur wird im allgemeinen so ge- wählt, daß sie möglichst wenig Platz einnimmt. In einer Kontrollstruktur sind vorzugsweise 4 bis 100 Teilbereiche 11, vorhanden.The area of the control structure is generally chosen so that it takes up as little space as possible. In a control structure there are preferably 4 to 100 subregions 11.
Innerhalb eines Teilbereich ist es zweckmäßig, wenn die An- zahl der Einzelstrukturen im Bereich von 2 bis 5 liegt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn in jedem Teilbereich genau zwei Einzelstrukturen angeordnet sind.Within a sub-area, it is expedient if the number of individual structures is in the range from 2 to 5. It is particularly expedient if exactly two individual structures are arranged in each partial area.
Die Teilbereiche werden bevorzugt nebeneinander oder in Zei- len und Spalten angeordnet.The subareas are preferably arranged next to one another or in rows and columns.
Die Erfindung betrifft auch einen beschichteten Wafer 1 umfassend eine Vielzahl von miteinander verbundenen Chips 7 und ein oder mehrere mikromechanische Bauelemente, wobei die i- kromechanischen Bauelemente mindesten einen Hohlraum (3) bzw. Unterätzungsbereich aufweisen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß auf einer Seite des Wafers, vorzugsweise auf der gleichen Seite, auf der sich die herzustellenden mikromechanischen Bauelemente befindet, eine erfindungsgemäße Kontroll- Struktur 9 vorhanden ist.The invention also relates to a coated wafer 1 comprising a multiplicity of interconnected chips 7 and one or more micromechanical components, the micromechanical components having at least one cavity (3) or undercut area, which is characterized in that on one side of the A control structure 9 according to the invention is present on the wafer, preferably on the same side on which the micromechanical components to be produced are located.
Im beschichteten Wafer 1 gemäß der Erfindung ist vorzugsweise die Kontrollstruktur 9 im Sägerahmen 8 des Wafers angeordnet. Bei der Vereinzelung des Wafers werden die verbundenen Chips voneinander getrennt. Dies erfolgt beispielsweise durch Sägen des Wafers entlang des Sägerahmens. Der Bereich des Wafers, auf dem sich die erfindungsgemäße Kontrollstruktur befindet, geht dann verloren.In the coated wafer 1 according to the invention, the control structure 9 is preferably arranged in the saw frame 8 of the wafer. When the wafer is separated, the connected chips are separated from one another. This is done, for example, by sawing the wafer along the saw frame. The area of the wafer on which the control structure according to the invention is located is then lost.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements umfassend mindestens einen Hohlraum 3 bzw. Unterätzungsbereich, welcher durch einen oder mehrere Ätzschritte hergestellt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ausmaß der Ätz- schritte quantitativ ausgewertet oder abgelesen wird, wobei die Auswertung oder Ablesung mittels einer zuvor auf den beschichteten Wafer 1 aufgebrachten Kontrollstruktur 9 erfolgt. Das Aufbringen der Kontrollstruktur kann auf an sich bekannte Weise erfolgen, beispielsweise mittels lithographischer Technologie. Die Herstellung der Kontrollstruktur wird vorzugs- weise mit weitgehend den gleichen Schritten hergestellt, wie die Hohlraumbereiche der in den Chips enthaltenen mikromecha- nischen Bauelemente.Another object of the invention is a method for producing a micromechanical component comprising at least one cavity 3 or undercut region, which is produced by one or more etching steps, which is characterized in that the extent of the etching steps is evaluated or read quantitatively, wherein the evaluation or reading is carried out by means of a control structure 9 previously applied to the coated wafer 1. The control structure can be applied in a manner known per se, for example by means of lithographic technology. The control structure is preferably produced using largely the same steps as the cavity regions of the micromechanical components contained in the chips.
Die quantitative Bestimmung des Atzmaßes erfolgt vorzugsweise auf optischem oder elektrischem Wege ohne Zerstörung des Wafers. Die Bestimmung auf optischem Weg kann beispielsweise durch Begutachtung des Wafers unter einem Lichtmikroskop erfolgen. Die quantitative Bestimmung wird zweckmaßigerweise entweder per Augenschein, also manuell, oder automatisch, beispielsweise mit Hilfe von automatischer Bildverarbeitung durchgeführt.The quantitative determination of the etch dimension is preferably carried out optically or electrically without destroying the wafer. The determination can be made optically, for example, by examining the wafer under a light microscope. The quantitative determination is expediently carried out either visually, that is to say manually, or automatically, for example with the aid of automatic image processing.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines m den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine Kontrollstruktur gemäß der Erfindung m Aufsicht, Figur 2 einen Schnitt durch eine Kontrollstruktur gemäß Figur 1 entlang der Achse A-B, Figur 3 eine Anordnung der erfmdungsgemaßen Kontrollstruktur auf der Oberflache eines Siliziumwafers m schematischer, nicht maßstabgerechter Darstellung und1 shows a control structure according to the invention in a top view, FIG. 2 shows a section through a control structure according to FIG. 1 along the axis A-B, FIG. 3 shows an arrangement of the control structure according to the invention on the surface of a silicon wafer, in a schematic representation, not to scale, and
Figur 3a eine vergrößerte Darstellung eines Teilausschnitts von Figur 3.Figure 3a is an enlarged view of a partial section of Figure 3.
Die in Figur 1 dargestellte Kontrollstruktur laßt sich bei- spielsweise mit Hilfe eines optischen Mikroskops auswerten. Figur 1 ist eine schematische Darstellung der im Mikroskop sichtbaren Kontrollstruktur nach Durchfuhrung eines Atz- schritts mit bestimmter Dauer. Auf den Wafer 1 ist als oberste Schicht eine dünne Deckelschicht 5 (Fig. 2) aufgebracht. In der Deckekschicht 5 sind Öffnungen 2 angeordnet, durch die die Ätzlösung in die Schichtstruktur eindringt. Hierbei wird während des Ätzens mit bezüglich der Waferebene isotroperThe control structure shown in FIG. 1 can be evaluated, for example, with the aid of an optical microscope. FIG. 1 is a schematic representation of the control structure visible in the microscope after performing an etching. steps with a certain duration. A thin cover layer 5 (FIG. 2) is applied to the wafer 1 as the top layer. Openings 2 are arranged in the cover layer 5 through which the etching solution penetrates into the layer structure. Here, during the etching with isotropic with respect to the wafer plane
Ausbreitungsrichtung um die Öffnung ein Hohlraum 3 ausgeätzt. Zwischen Wafer und Membranschicht verbleiben nach der Ätzung neben den Hohlräumen 3 noch Opferschichtreste 12. Unter dem optischen Mikroskop ist aufgrund der geringen Gesamtschicht- dicke ein Kontrast zwischen den Bereichen mit entferntem Opfermaterial und den Bereichen mit Opferschichtresten 12 erkennbar. Die Öffnungen 2 sind in der Kontrollstruktur nach einem bestimmten Schema angeordnet. Im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt der Abstand von jeweils zwei Öffnungen zueinander schrittweise ab. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn unmittelbar neben einem Öffnungspaar mit einem bestimmten Abstand D, wobei der Abstand D den Abstand der Öffnungen eines Öffnungspaares bezeichnet, der Radius rL, berechnet nach der Formel rL = 0, 5 * D, abgedruckt ist. Auf diese Weise läßt sich besonders vorteilhaft der Radius eines Hohlraums nach der Unterätzung ablesen. Gemäß der Erfindung wird ein Öffnungspaar gemeinsam mit der oberhalb des Lochpaares angeordneten Beschriftung 13 für den Radius als Teilbereich 11 bezeichnet. Als Beschriftung lassen sich er- findungsgem ß beliebige sinnvolle Parameter heranziehen. So kann beispielsweise auch der Durchmesser des Hohlraums oberhalb des Lochpaares abgedruckt werden.Direction of propagation etched a cavity 3 around the opening. After the etching, in addition to the cavities 3, there are still remnants of sacrificial layer 12 between the wafer and membrane layer. Under the optical microscope, a contrast between the regions with removed sacrificial material and the regions with sacrificial layer remnants 12 can be seen due to the small overall layer thickness. The openings 2 are arranged in the control structure according to a certain scheme. In the embodiment shown in Figure 1, the distance from two openings to each other gradually decreases. It is particularly advantageous if the radius r L , calculated according to the formula r L = 0.5 * D, is printed directly next to a pair of openings with a specific distance D, the distance D designating the distance between the openings of a pair of openings. In this way, the radius of a cavity can be read particularly advantageously after the undercut. According to the invention, a pair of openings together with the inscription 13 for the radius arranged above the pair of holes is referred to as partial region 11. According to the invention, any meaningful parameters can be used as labeling. For example, the diameter of the cavity above the pair of holes can also be printed.
Bei der Auswertung der Einzelstrukturen gilt der oberhalb des Öffnungspaares abgedruckte Wert für den Radius als erreicht, wenn gerade eine Berührung der um die Öffnung entstehenden kreisförmigen Öffnungen beginnt.When evaluating the individual structures, the value for the radius printed above the pair of openings is considered to have been reached when the circular openings formed around the opening begin to touch.
Ein Schnitt entlang einer Verbindungsachse zwischen einem Öffnungspaar in Figur 1 innerhalb eines Teilbereichs 11 ent- lang der Linie A-B ist in Figur 2 gezeigt. Auf einem Wafer 1, beispielsweise aus einkristallinem Silizium ist eine Opferschicht 4 z.B.~aus Siliziumdioxid aufgebracht. Oberhalb der Opferschicht wird eine Deckelschicht 5 beispielsweise aus po¬ lykristallinem Silizium abgeschieden, wobei mit Hilfe einer Maske Öffnungen 2 ausgelassen werden. Durch diese Öffnungen wird das Eindringen einer Ätzlösung ermöglicht, so daß ausge- hend von den Öffnungen Material der Opferschicht mit zeitlich wachsendem Durchmesser ein Hohlraums 3 entsteht. Während der Bildung der Öffnungen 3 entstehen in anderen Bereichen auf dem Wafer ähnliche Hohlräume, die sich in den zu fertigenden mikromechanischen Bauelementen befinden. Die Entstehung die- ser Hohlräume erfolgt in ähnlicher Weise wie die Entstehung der Hohlräume in der Kontrollstruktur.A section along a connecting axis between a pair of openings in FIG. 1 within a partial region 11 along line AB is shown in FIG. On a wafer 1, for example made of monocrystalline silicon, a sacrificial layer 4 of silicon dioxide is deposited, for example, ~. Above the Sacrificial layer is deposited, for example, a cover layer 5 of po ¬ lykristallinem silicon, holes 2 are omitted with the aid of a mask. Through these openings, the penetration of an etching solution is made possible, so that, starting from the openings, material of the sacrificial layer with a diameter that increases over time is created. During the formation of the openings 3, similar cavities arise in other areas on the wafer, which are located in the micromechanical components to be manufactured. The formation of these cavities takes place in a similar way to the formation of the cavities in the control structure.
In Figur 3 ist ein Wafer 1 dargestellt, welcher auf der Oberseite rasterförmig angeordnete Chips 7, welche die Endproduk- te darstellen, aufweist. Nach Fertigstellung der Chips erfolgt die Vereinzelung beispielsweise durch Sägen im Zwischenraum der einzelnen Chips. Dieser Zwischenraum, welcher üblicherweise als Sägerahmen 8 bezeichnet wird, kann zur Aufnahme der bei der Chipherstellung benötigten Kontrollstruktu- ren, insbesondere zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Kontrollstruktur 9 dienen. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Bereich des Sägerahmens für die Kontrollstrukturen frei zur Verfügung steht, ohne den Flächenanteil der Produkte zu beschränken. Neben der erfindungsgemäßen Kontrollstruktur können auch weitere, für den herkömmlichen Herstellungsprozeß benötigter Kontrollstrukturen 10, im Bereich des Sägerahmens plaziert sein.FIG. 3 shows a wafer 1 which has chips 7, which are arranged in a grid pattern on the top and which represent the end products. After the chips have been completed, they are separated, for example by sawing in the space between the individual chips. This intermediate space, which is usually referred to as a saw frame 8, can serve to accommodate the control structures required for chip production, in particular to accommodate the control structure 9 according to the invention. This is particularly advantageous since the area of the saw frame for the control structures is freely available without restricting the area share of the products. In addition to the control structure according to the invention, further control structures 10 required for the conventional manufacturing process can also be placed in the area of the saw frame.
Die erfindungsgemäße Kontrollstruktur ermöglicht eine Kon- trolle der Ätzzeit bei der Herstellung von Hohlräumen in mikromechanischen Bauelementen. Hierdurch kann beispielsweise bei der Herstellung von Drucksensoren ein Wegschwimmen des Membrandeckels bei zu langen Ätzzeiten oder die Entstehung von zu kleinen Hohlräumen wirksam verhindert werden.The control structure according to the invention enables the etching time to be checked during the production of cavities in micromechanical components. In this way, for example in the manufacture of pressure sensors, floating away of the membrane cover in the case of etching times which are too long or the formation of cavities which are too small can be effectively prevented.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es in die Standard-Prozeßabfolge einer Halbleiterferti- gung auf einfache Weise integriert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher insbesondere bei der Herstellung von mikromechanischen Bauelementen mit integrierter Auswerte- oder Ansteuerelektronik verwendbar. Another advantage of the method according to the invention is that it is integrated into the standard process sequence of a semiconductor can be integrated easily. The method according to the invention can therefore be used in particular in the production of micromechanical components with integrated evaluation or control electronics.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kontrollstruktur (9) zur Herstellung von Hohlräumen (3) bzw. Unterätzungsbereichen in mikromechanischen oder mikro- elektronischen Bauelementen durch Ätzen umfassend einen oder mehrere im Bereich der Kontrollstruktur angeordnete Teilbereiche (11), wobei die Teilbereiche eine oder mehrere Einzel- strukturen (2,3) und ggf. den Einzelstrukturen beigeordnete Beschriftungen (13) und/oder Markierungen enthalten, die Ein- zelstrukturen zumindest teilweise während des Ätzens ihre geometrische Form verändern und die Einzelstrukturen eines Teilbereichs im Vergleich zu den Einzelstrukturen eines anderen Teilbereichs geometrisch abgewandelt sind, so daß anhand einer Auswertung der Einzelstrukturen durch Vergleich der Teilbereiche nach dem Freiätzen der Hohlräume bzw. Unterätzungsbereiche das Ausmaß der Ätzung nach und/oder während der Herstellung des mikromechanischen Bauelements quantitativ ablesbar oder auswertbar ist.1. Control structure (9) for producing cavities (3) or undercut areas in micromechanical or microelectronic components by etching comprising one or more partial areas (11) arranged in the area of the control structure, the partial areas one or more individual structures (2 , 3) and possibly the inscriptions (13) and / or markings associated with the individual structures, the individual structures at least partially change their geometric shape during the etching and the individual structures of one subarea are geometrically modified compared to the individual structures of another subarea, so that the extent of the etching after and / or during the manufacture of the micromechanical component can be read off or evaluated quantitatively on the basis of an evaluation of the individual structures by comparing the partial areas after the cavities or undercut areas have been etched free.
2. Kontrollstruktur 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 in einem Teilbereich (11) mindestens zwei Teilstrukturen (2,3) enthalten sind, wobei jede Teilstruktur eine obere Schicht (5), eine untere Schicht (1), eine Opferschicht (4) sowie eine in der oberen Schicht eingebrachte Ätzöffnung (2) aufweist, wobei während des Ätzens durch Entfernung von Material der Opferschicht (4) ein zwischen oberer und unterer Schicht angeordneter Hohlraum (3) entsteht und der Abstand der Teilstrukturen in einem Teilbereich so gewählt ist, daß bei Erreichen des gewünschten Ätzmaßes eine Verbindung mindestens zweier Hohlräume (3) innerhalb eines Teilbereichs auftritt.2. Control structure according to claim 1, characterized in that at least two partial structures (2, 3) are contained in a partial area (11), each partial structure having an upper layer (5), a lower layer (1), a sacrificial layer (4) and has an etching opening (2) made in the upper layer, a cavity (3) arranged between the upper and lower layers being formed by removal of material from the sacrificial layer (4) and the spacing of the substructures in a subarea being selected such that when the desired etching dimension is reached, a connection of at least two cavities (3) occurs within a partial area.
3. Kontrollstruktur nach Anspruchs 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand der Teilstrukturen (2,3) innerhalb eines Teilbereichs (11) bezuglich des Teilstrukturabstandes in einem benachbarten Teilbereich schrittweise zu- oder abnimmt.3. Control structure according to claim 1 or 2, characterized in that the distance between the partial structures (2, 3) within a partial area (11) increases or decreases gradually with respect to the partial structure distance in an adjacent partial area.
4. Kontrollstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Atzöffnungen (2) in der oberen Schicht (5) unmittelbar oberhalb der Opferschicht angeordnet sind, so daß wahrend des Ätzens ausgehend von den Atzoffnungen Hohlräume (3) entstehen, die den Hohlraum ringförmig umschließen, oder die Atzoffnungen mit unterhalb der oberen Schicht verlaufenden Atzkanälen verbunden sind, so daß das Atzen der Hohlräume von der Seite erfolgt.4. Control structure according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the etching openings (2) in the upper layer (5) are arranged directly above the sacrificial layer, so that cavities (3) are formed during the etching starting from the etching openings enclose the cavity in a ring, or the etching openings are connected to etching channels running below the upper layer, so that the etching of the cavities takes place from the side.
5. Kontrollstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einer Kontrollstruktur 4 bis 100 Teilbereiche (11) vorhan- den sind und in einem Teilbereich 2 bis 5 Einzelstrukturen (2,3) angeordnet sind.5. Control structure according to at least one of claims 1 to 4, and that a control structure has 4 to 100 partial areas (11) and 2 to 5 individual structures (2, 3) are arranged in a partial area.
6. Beschichteter Wafer (1) umfassend eine Vielzahl von miteinander verbundenen Chips (7) und ein oder mehrere mikrome- chanische und/oder mikroelektronische Bauelemente, wobei die mikromechanischen und/oder mikroelektronischen Bauelemente mindesten einen Hohlraum (3) bzw. Unteratzungsbereich aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf einer Seite des Wafers eine Kontrollstruktur (9) gemäß Anspruch 1 vorhanden ist.6. Coated wafer (1) comprising a plurality of interconnected chips (7) and one or more micromechanical and / or microelectronic components, the micromechanical and / or microelectronic components having at least one cavity (3) or undercut area that a control structure (9) according to claim 1 is present on one side of the wafer.
7. Beschichteter Wafer nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontrollstruktur (9) im Sagerahmen (8) des Wafers (1) angeordnet ist. 7. Coated wafer according to claim 6, characterized in that the control structure (9) in the sag frame (8) of the wafer (1) is arranged.
8. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen und/oder mikroelektronischen Bauelements umfassend mindestens einen Hohlraum (3) bzw. Unterätzungsbereich, welcher durch einen oder mehrere Ätzschritte hergestellt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ausmaß der Ätzschritte quantitativ ausgewertet oder abgelesen wird, wobei die Auswertung oder Ablesung mittels einer zuvor auf den beschichteten Wafer (1) aufgebrachten Kontrollstruktur (9) erfolgt.8. A method for producing a micromechanical and / or microelectronic component comprising at least one cavity (3) or undercut region, which is produced by one or more etching steps, characterized in that the extent of the etching steps is evaluated or read quantitatively, the evaluation or reading by means of a control structure (9) previously applied to the coated wafer (1).
9. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen und/oder mikroelektronischen Bauelements nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die quantitative Bestimmung des Ätzmaßes auf optischem oder elektrischem Wege ohne Zerstörung des Wafers erfolgt. 9. The method for producing a micromechanical and / or microelectronic component as claimed in claim 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the quantitative determination of the etching dimension is carried out optically or electrically without destroying the wafer.
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