DE102009046461B4

DE102009046461B4 - Method for producing masked microelectromechanical components

Info

Publication number: DE102009046461B4
Application number: DE102009046461.1A
Authority: DE
Inventors: Franz Laermer; Jens Frey
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2029-11-07
Also published as: DE102009046461A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines verkappten mikroelektromechanischen Bauelementes (30) umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines ersten Silizium-Halbleitersubstrats (10), das wenigstens eine Funktionsschicht (12) aufweist;
- Aufbringen einer Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung (15) auf die Funktionsschicht (12) des Silizium-Halbleitersubstrats (10), derart dass die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung (15) die Bereiche der Funktionsschicht (12) des Silizium-Halbleitersubstrats (10) bedeckt, die die Kontaktfläche einer Verkappung ausbilden;
- Herstellen von mikroelektromechanischen Strukturen (18) in der Funktionsschicht (12) des Silizium-Halbleitersubstrats (10);
- Beschichten der Funktionsschicht (12) mit einer Antihaftbeschichtung (24);
- Entfernen der Antihaftbeschichtung (24) von der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung (15);
- Aufbringen der Verkappung.

A method of making a capped microelectromechanical device (30) comprising the following steps:
- Providing a first silicon semiconductor substrate (10) having at least one functional layer (12);
Applying a germanium or silicon germanium coating (15) to the functional layer (12) of the silicon semiconductor substrate (10) such that the germanium or silicon germanium coating (15) covers the regions of the functional layer (12) of the silicon semiconductor substrate (15). 10) covering the contact surface of a capping;
- Producing microelectromechanical structures (18) in the functional layer (12) of the silicon semiconductor substrate (10);
- coating the functional layer (12) with a non-stick coating (24);
Removing the non-stick coating (24) from the germanium or silicon germanium coating (15);
- Applying the capping.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verkappter mikroelektromechanischer Bauelemente.The present invention relates to a method for producing masked microelectromechanical components.

Stand der TechnikState of the art

Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind kleine mechanische Bauteile, die miniaturisierte Elektronik und Mechanik auf einem Substrat vereinen und beispielsweise als Sensoren insbesondere Druck- oder Trägheitssensoren und Aktuatoren Verwendung finden. Ein übliches Verfahren zu Herstellung mikroelektromechanischer Bauelemente ist die Herstellung auf Siliziumwafern mittels moderner Siliziumtechnologie. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen werden empfindliche mikroelektromechanische Bauelemente üblicher Weise hermetisch abgeschlossen. Eine bekannte Methode zum hermetischen Einschluss mikromechanischer Sensorelemente ist das Aufbringen von Kappen. Die Kappen können im Waferverbund hergestellt und als Kappenwafer auf den MEMS- oder Sensorwafer aufgelötet werden, beispielsweise mittels Seal-Glas- oder metallischen Lötverbindungen, wozu die mikroelektromechanischen Bauelemente oder Sensorkerne von sogenannten Bondrahmen umschlossen werden. Das Auflöten der Kappen wird auch als „Bonden“ bezeichnet und erfolgt jeweils zwischen Kappenrändern und Bondrahmen mittels eines üblicher Weise vorher aufgedruckten Lotes.Microelectromechanical systems (MEMS) are small mechanical components which combine miniaturized electronics and mechanics on a substrate and, for example, sensors such as pressure or inertial sensors and actuators are used. A common method for producing microelectromechanical components is the production on silicon wafers by means of modern silicon technology. To protect against environmental influences sensitive microelectromechanical devices are usually hermetically sealed. A known method for the hermetic inclusion of micromechanical sensor elements is the application of caps. The caps can be produced in the wafer composite and soldered as a cap wafer on the MEMS or sensor wafer, for example by means of seal glass or metallic solder joints, for which the microelectromechanical components or sensor cores are enclosed by so-called bond frame. The soldering of the caps is also referred to as "bonding" and takes place in each case between cap edges and bonding frames by means of a previously printed solder.

Mikroelektromechanische Systeme arbeiten häufig auf Basis kleiner beweglicher Bauteile oder Elektroden, die sich relativ zu feststehenden mechanischen Strukturen bewegen können. Bei der Verwendung und der Herstellung mikromechanischer Sensorelemente besteht die Gefahr, dass insbesondere bewegliche Sensorelemente einander oder feste Strukturen kontaktieren und aneinander oder an den festen Strukturen kleben bleiben, das so genannte „sticking“. Derartige Kontakte können beispielsweise im Überlastfall, beispielsweise Schock, auf die Sensorelemente auftreten und müssen schadlos überstanden werden, d.h. die Strukturelemente müssen sich nach dem Überlastfall wieder voneinander trennen. Um ein Sticking zu vermeiden, ist es im Stand der Technik bekannt, Sensorelemente mittels einer Antihaftbeschichtung (Anti-Stiction-Coating, ASC) vor dem Verkleben zu schützen. Bei der Aufbringung einer Antihaftschicht während der Herstellung verkappter mikromechanischer Sensorelemente wird die Antihaftbeschichtung jedoch ebenfalls auf die Kontaktfläche von Kappenwafer und Sensorwafer, den Bondrahmen, aufgebracht und behindert das Ausbilden einer haftenden Verbindung zwischen Kappenwafer und Sensorwafer im weiteren Herstellungsverfahren. Insbesondere bei der Verwendung metallischer Lötverbindungen, beispielsweise so genannter eutektischer Lötverbindungen, kommt es zu Problemen bei der Ausbildung von eutektischen Legierungen über die Kontaktflächen, wenn diese durch eine Antihaftbeschichtung inertisiert sind, da derartig beschichtete Oberflächen auch bei vergleichweise hohen Anpressdrucken den für eine Interdiffusion erforderlichen Adhäsionsmodus nicht erreichen, weil Anziehungskräfte auf atomarer Ebene durch die ASC-Wirkung weitgehend ausgeschaltet sind. Die Folge sind schlechte oder unzuverlässige Bondverbindungen mit zahlreichen Fehlstellen.Microelectromechanical systems often operate on the basis of small moving components or electrodes that can move relative to fixed mechanical structures. When using and manufacturing micromechanical sensor elements, there is the risk that, in particular, moving sensor elements contact one another or solid structures and stick to one another or to the fixed structures, the so-called "sticking". Such contacts may, for example in case of overload, such as shock, occur on the sensor elements and must be withstood harmless, i. the structural elements must separate again after the overload. In order to avoid sticking, it is known in the prior art to protect sensor elements from sticking by means of an anti-stick coating (ASC). However, in the application of an anti-adhesion layer during the production of masked micromechanical sensor elements, the non-stick coating is also applied to the contact surface of cap wafer and sensor wafer, the bonding frame, and hinders the formation of an adhesive bond between cap wafer and sensor wafer in the further manufacturing process. In particular, when using metallic solder joints, for example so-called eutectic solder joints, there are problems in the formation of eutectic alloys over the contact surfaces, if they are rendered inert by a non-stick coating, since surfaces coated in this way, even at comparatively high contact pressures, the adhesion mode required for interdiffusion can not be reached because atomic-level attractions are largely eliminated by the ASC effect. The result is bad or unreliable bonds with numerous defects.

Entsprechend wird in der Schrift US 2008/0050845 A1 vorgeschlagen, vor dem Verlöten exponierte oberflächliche Schichten der Antihaftbeschichtung durch reaktives lonenätzen unter Verwendung von HBr oder lonenstrahlätzen in einem Argonplasma teilweise zu entfernen. Hierbei besteht die Gefahr, dass der Ätzschritt die mikroelektromechanischen Bauelemente oder weitere Strukturen des Wafers ätzt und beschädigt und damit den Sensor unbrauchbar macht, bzw. die Antihaftbeschichtung auch da entfernt, wo sie nachfolgend gebraucht wird.Accordingly, in the Scriptures US 2008/0050845 A1 proposed partially removing exposed surface layers of the release coating prior to soldering by reactive ion etching using HBr or ion milling in an argon plasma. In this case, there is a risk that the etching step etches and damages the microelectromechanical components or other structures of the wafer and thus renders the sensor unusable, or even removes the non-stick coating where it is subsequently used.

US 2008/0237823 A1 beschreibt die aluminiumbasierte Bindung von Halbleiterwavern. US 2005/0095833 A1 beschreibt eine Antihaft-Technik für Dünnfilm und wafergebundene verkappte mikroelektromechanische Systeme. US 2008/0237823 A1 describes the aluminum-based bonding of semiconductor wafers. US 2005/0095833 A1 describes a nonstick technique for thin film and wafer bonded capped microelectromechanical systems.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines verkappten mikroelektromechanischen Bauelementes umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines ersten Silizium-Halbleitersubstrats, das wenigstens eine Funktionsschicht aufweist;
- Aufbringen einer Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung auf die Funktionsschicht des Silizium-Halbleitersubstrats, derart dass die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung die Bereiche der Funktionsschicht des Silizium-Halbleitersubstrats bedeckt, die die Kontaktfläche einer Verkappung ausbilden;
- Herstellen von mikroelektromechanischen Strukturen in der Funktionsschicht des Silizium-Halbleitersubstrats;
- Beschichten der Funktionsschicht mit einer Antihaftbeschichtung;
- Entfernen der Antihaftbeschichtung von der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung;
- Aufbringen der Verkappung.

The invention relates to a method for producing a capped microelectromechanical component comprising the following steps:

- Providing a first silicon semiconductor substrate having at least one functional layer;
Applying a germanium or silicon germanium coating to the functional layer of the silicon semiconductor substrate, such that the germanium or silicon germanium coating covers the regions of the functional layer of the silicon semiconductor substrate that form the contact surface of a capping;
- Producing microelectromechanical structures in the functional layer of the silicon semiconductor substrate;
- coating the functional layer with a non-stick coating;
Removing the non-stick coating from the germanium or silicon germanium coating;
- Applying the capping.

Es wird damit erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, das eine sehr selektive und zuverlässige Entfernung der Antihaftbeschichtung von Bondflächen vor der Verkappung bereitstellt, ohne die Antihaftbeschichtung an anderer Stelle zu schädigen und in ihrer gewünschten Wirkung zu beeinträchtigen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass Germanium hochselektiv gegenüber Silizium geätzt werden kann und die Antihaftbeschichtung durch „Unterätzen“ von den Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung selektiv gegenüber der Antihaftbeschichtung auf den weiteren Siliziumschichten des Silizium-Halbleitersubstrats abgetragen werden kann. Dies hat den großen Vorteil, dass die Antihaftbeschichtung auf den mikroelektromechanischen Strukturen nicht geschädigt wird und ein Sticking zuverlässig vermieden werden kann, während gleichzeitig eine hochfeste Lotverbindung zwischen den Halbleitersubstraten zur Verfügung gestellt werden kann. It is thus proposed according to the invention, a method which provides a very selective and reliable removal of the non-stick coating of bonding surfaces before the capping, without damaging the non-stick coating elsewhere and affect their desired effect. This is made possible by the fact that germanium can be highly selectively etched against silicon and the non-stick coating can be removed by "under-etching" of the germanium or silicon germanium coating selectively over the non-stick coating on the further silicon layers of the silicon semiconductor substrate. This has the great advantage that the non-stick coating on the microelectromechanical structures is not damaged and sticking can be reliably avoided, while at the same time providing a high-strength solder joint between the semiconductor substrates.

Von besonderem Vorteil ist, dass darüber hinaus eine Reinigung und Aktivierung der Bondflächen erreicht werden kann. Damit wird eine zuverlässige und defektfreie Bondung mit erhöhter Bondfestigkeit zur Verfügung gestellt.It is particularly advantageous that, moreover, a cleaning and activation of the bonding surfaces can be achieved. This provides a reliable and defect-free bond with increased bond strength.

Für alle denkbaren Siliziummaterialien wird nachfolgend der Begriff „Silizium“ oder „Si“ durchgehend und ohne weitere Unterscheidung beispielsweise in Bezug auf polykristallines oder einkristallines Silizium und unabhängig von der Art der Abscheidung verwendet. Als besonders geeignetes Silizium (Si)-Halbleitersubstrat sind Siliziumwafer verwendbar, die mit weiteren Siliziumhaltigen Schichten beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Polysilizium versehen sein können oder werden können. Ein Silizium-Halbleitersubstrat, das mikroelektromechanische Strukturen aufweist, oder auf dem diese hergestellt werden, wird auch als MEMS- oder Sensorwafer bezeichnet. Entsprechend wird ein Silizium-Halbleitersubstrat, das vorzugsweise mit Kavernen versehen ist, und die Kappe über den mikroelektromechanischen Strukturen ausbildet, auch als Kappenwafer bezeichnet. Die Bereiche eines Silizium-Halbleitersubstrats, insbesondere des Sensorwafers, die die Kontaktfläche einer Verkappung ausbilden, werden üblicher Weise auch als Bondrahmen bezeichnet.For all conceivable silicon materials, the term "silicon" or "Si" is used below without further distinction, for example, with respect to polycrystalline or monocrystalline silicon and regardless of the type of deposition. Silicon wafers which can or can be provided with further silicon-containing layers, for example silicon oxide, silicon nitride or polysilicon, can be used as a particularly suitable silicon (Si) semiconductor substrate. A silicon semiconductor substrate having or on which microelectromechanical structures are fabricated is also referred to as MEMS or sensor wafers. Accordingly, a silicon semiconductor substrate, which is preferably provided with caverns and forms the cap over the microelectromechanical structures, is also referred to as a cap wafer. The regions of a silicon semiconductor substrate, in particular of the sensor wafer, which form the contact surface of a capping, are also commonly referred to as a bonding frame.

Weiter wird für alle denkbaren Germaniummaterialien nachfolgend der Begriff „Germanium“ oder „Ge“ durchgehend und ohne weitere Unterscheidung beispielsweise in Bezug auf polykristallines oder einkristallines Germanium und unabhängig von der Art der Abscheidung verwendet. Weiterhin wird unter dem Begriff „Germanium“ reines Germanium sowie auch, wenn im Folgenden nicht abweichend angegeben, eine Zusammensetzung von Silizium und Germanium, sogenanntes Silizium-Germanium oder „SiGe“, wobei der Germanium-Anteil im Si-Ge bevorzugt mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 60 % beträgt, verstanden.Furthermore, for all conceivable germanium materials, the term "germanium" or "Ge" is used below without further distinction, for example, with respect to polycrystalline or monocrystalline germanium and independently of the type of deposition. Furthermore, the term "germanium" pure germanium and also, if not stated otherwise, a composition of silicon and germanium, so-called silicon germanium or "SiGe", wherein the germanium content in Si-Ge preferably at least 30%, preferably at least 60%, understood.

Unter dem Begriff „Funktionsschicht“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Schicht des Silizium-Halbleitersubstrats verstanden, in oder aus der die mikroelektromechanischen Strukturen des Silizium-Halbleitersubstrats ausgebildet werden. Üblicherweise ist die Funktionsschicht aus Silizium ausgebildet.For the purposes of the present invention, the term "functional layer" is understood to mean a layer of the silicon semiconductor substrate into or from which the microelectromechanical structures of the silicon semiconductor substrate are formed. Usually, the functional layer is formed of silicon.

Vorzugsweise umfasst das Aufbringen der Verkappung das Aufbringen eines mit Kavernen versehenen zweiten Silizium-Halbleitersubstrats. Das Ausbilden einer Verbindung zwischen dem ersten, mikroelektromechanische Strukturen aufweisenden Silizium-Halbleitersubstrat und dem mit Kavernen versehenen zweiten Silizium-Halbleitersubstrat, dem Sensorwafer und dem Kappenwafer, erfolgt beispielsweise durch Verlöten jeweils zwischen Kappenrändern und Bondrahmen vermöge eines Lotes. Verwendbar sind Glas-Seal-Lötverbindungen. Bevorzugt verwendbar sind metallische Lötverbindungen, beispielsweise sogenannte eutektische Lötverbindungen aus Metallen und/oder Halbleitermaterialien wie Silizium und Germanium oder Mischungen derselben wie Silizium-Germanium.Preferably, the application of the capping comprises the application of a cavitated second silicon semiconductor substrate. Forming a connection between the first, comprising microelectromechanical structures silicon semiconductor substrate and the cavitated second silicon semiconductor substrate, the sensor wafer and the cap wafer, for example, by soldering between cap edges and bonding frame by means of a solder. Usable are glass-seal solder joints. Preference is given to using metallic solder joints, for example so-called eutectic solder joints made of metals and / or semiconductor materials such as silicon and germanium or mixtures thereof such as silicon germanium.

Das Ausbilden einer Verbindung zwischen Sensorwafer und Kappenwafer erfolgt bevorzugt durch das so genannte eutektische Bonden, das Ausbilden einer eutektischen Legierung zwischen der Germanium-, Silizium-Germanium- oder Siliziumoberfläche des Sensorwafers und einem auf den Kappenwafer aufgebrachten Metall wie Aluminium. Hierbei werden unterschiedliche Materialien, beispielsweise ein Metall und die Germanium-, Silizium-Germanium- oder Siliziumoberfläche des Bondrahmens bei erhöhter Temperatur und/oder unter Anpressdruck in Kontakt gebracht, wobei es über die Kontaktflächen zu einer Interdiffusion und Legierungsbildung oder besonders bevorzugt zu einer Ausbildung von Eutektika kommt. Durch die eutektische Verbindung wird eine wesentlich flächensparendere und gleichzeitig hochfeste Verbindung erreicht. Insbesondere kommt es bei der Ausbildung des Eutektikums bei entsprechender Prozessführung nicht zu einem Verfließen einer Lotmasse, die das Vorsehen angemessener Flächenvorhalte und Sicherheitsabstände für die Lot-Aufnahme erfordern würde.The formation of a connection between sensor wafer and cap wafer preferably takes place by the so-called eutectic bonding, the formation of a eutectic alloy between the germanium, silicon germanium or silicon surface of the sensor wafer and a metal applied to the cap wafer such as aluminum. In this case, different materials, for example a metal and the germanium, silicon germanium or silicon surface of the bonding frame are brought into contact at elevated temperature and / or under contact pressure, wherein it over the contact surfaces for interdiffusion and alloying or particularly preferably for a formation of Eutektika is coming. The eutectic connection achieves a significantly more space-saving and at the same time high-strength connection. In particular, the formation of the eutectic with appropriate process control does not lead to a flow of solder mass, which would require the provision of adequate surface areas and safety clearances for the solder receptacle.

In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Aufbringen der Verkappung daher die Schritte:

- Bereitstellen eines mit Kavernen versehenen zweiten Silizium-Halbleitersubstrats, wobei das zweite Silizium-Halbleitersubstrat eine Metallbeschichtung, wobei das Metall vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend AI, Au, Cu, Si und/oder Mischungen davon, aufweist, die mindestens der Geometrie der späteren Bondflächen, vorzugsweise im Wesentlichen der Geometrie der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung des ersten Silizium-Halbleitersubstrats entspricht; und
- Ausbilden einer Verbindung zwischen dem ersten, mikroelektromechanische Strukturen aufweisenden Silizium-Halbleitersubstrat und der Metallbeschichtung des mit Kavernen versehenen zweiten Silizium-Halbleitersubstrats.

In preferred embodiments of the method, the application of the capping therefore comprises the steps:

Providing a cavitated second silicon semiconductor substrate, wherein the second silicon semiconductor substrate is a metal coating, wherein the metal is preferably selected from the group comprising Al, Au, Cu, Si and / or mixtures thereof, which corresponds at least to the geometry of the later bonding surfaces, preferably substantially to the geometry of the germanium or silicon germanium coating of the first silicon semiconductor substrate; and
Forming a connection between the first microelectromechanical structure silicon semiconductor substrate and the metal plating of the cavitated second silicon semiconductor substrate.

Das Ausbilden einer Verbindung erfolgt entsprechend vorzugsweise über eine Lötverbindung insbesondere eine Lötverbindung, die durch Legierungsbildung oder Ausbildung eines Eutektikums des Siliziums oder der Germaniumbeschichtung oder der Silizium-Germanium-Beschichtung des ersten Silizium-Halbleitersubstrats mit der Metallbeschichtung des zweiten Silizium-Halbleitersubstrats ausgebildet wird.The formation of a connection is carried out correspondingly preferably via a solder connection, in particular a solder connection, which is formed by alloy formation or formation of a silicon eutectic or the germanium coating or the silicon germanium coating of the first silicon semiconductor substrate with the metal coating of the second silicon semiconductor substrate.

Für alle denkbaren metallischen Materialien wird nachfolgend der Begriff „Metall“ durchgehend und ohne weitere Unterscheidung beispielsweise in Bezug auf Mischungen oder Legierungen verwendet.For all conceivable metallic materials, the term "metal" is used throughout and without further distinction, for example in relation to mixtures or alloys.

Bevorzugt ist das Metall der Metallbeschichtung ausgewählt aus der Gruppe umfassend AI, Au, Cu, Si und/oder Mischungen davon. Vorzugsweise ist die Metallbeschichtung eine Aluminiumbeschichtung oder ausgebildet auf der Basis von Aluminium mit Beimengungen von Kupfer, Gold und/oder Silizium. Bevorzugt sind Al-Basislote verwendbar, die Silizium und/oder Kupfer enthalten. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Temperatur des eutektischen Punktes von Metallbeschichtung und der Germanium- oder Siliziumschicht des Substrats herabgesetzt werden.The metal of the metal coating is preferably selected from the group comprising Al, Au, Cu, Si and / or mixtures thereof. Preferably, the metal coating is an aluminum coating or formed on the basis of aluminum with admixtures of copper, gold and / or silicon. Preference is given to using Al base solders which contain silicon and / or copper. As a result, the temperature of the eutectic point of metal coating and the germanium or silicon layer of the substrate can be advantageously reduced.

Weiter bevorzugt ist die Metallbeschichtung ausgebildet auf der Basis von Gold mit Beimengungen von Kupfer, Aluminium und/oder Silizium. Beispielsweise kann die Metallbeschichtung ein AuSi₃-Film sein. Vorteilhafter Weise haben Metallbeschichtung auf der Basis von Au und Mischungen davon mit Kupfer und/oder Silizium eine niedrige eutektische Temperatur für das Verlöten mit Silizium oder Germanium.More preferably, the metal coating is formed on the basis of gold with admixtures of copper, aluminum and / or silicon. For example, the metal coating may be an AuSi ₃ film. Advantageously, metal coating based on Au and mixtures thereof with copper and / or silicon have a low eutectic temperature for soldering with silicon or germanium.

Zur Ausbildung der Verbindung werden die zu verbindenen Substrate vorzugsweise bei erhöhter Temperatur und/oder unter Anpressdruck gefügt. Hierzu werden die Substrate vorzugsweise auf eine Temperatur erwämt, die die Ausbildung einer eutektischen Verbindung erlaubt, beispielsweise auf Temperaturen im Bereich von 360°C bis 380°C zur Ausbildung einer eutektischen Verbindung Au-Si, Temperaturen im Bereich von 420°C bis 450°C zur Ausbildung einer eutektischen Verbindung Al-Ge, oder 570°C bis 580°C zur Ausbildung einer eutektischen Verbindung Al-Si.To form the compound, the substrates to be bonded are preferably added at elevated temperature and / or under contact pressure. For this purpose, the substrates are preferably heated to a temperature which allows the formation of a eutectic compound, for example at temperatures in the range of 360 ° C to 380 ° C to form a eutectic compound Au-Si, temperatures in the range of 420 ° C to 450 ° C to form a eutectic compound Al-Ge, or 570 ° C to 580 ° C to form a eutectic compound Al-Si.

Vorzugsweise entspricht die Metallbeschichtung des mit Kavernen versehenen Silizium-Halbleitersubstrats im Wesentlichen der Geometrie der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung des ersten Silizium-Halbleitersubstrats. Dies ermöglicht eine genaue Verbindung der Wafer. Vorzugsweise wird das Lotmaterial in Form des Pendants zum Bondrahmen auf den Kappenwafer aufgebracht. Ein Verbinden der Substrate über eine hochfeste und gleichmäßige eutektische Verbindungsbildung erlaubt insbesondere das Ausbilden eines hermetisch schließenden Bondrahmens.The metal coating of the cavitated silicon semiconductor substrate preferably corresponds substantially to the geometry of the germanium or silicon germanium coating of the first silicon semiconductor substrate. This allows an accurate connection of the wafers. Preferably, the solder material is applied in the form of the counterpart to the bonding frame on the cap wafer. Bonding of the substrates via a high-strength and uniform eutectic connection formation allows, in particular, the formation of a hermetically sealed bonding frame.

Alternativ kann das Aufbringen der Verkappung ein Aufwachsen einer Kappenschicht umfassen. Weiterhin ist alternativ das Aufbringen eines Kappenwafers mittels eines Glas-Seal-Lotes möglich.Alternatively, the application of the capping may include growing a capping layer. Furthermore, it is alternatively possible to apply a cap wafer by means of a glass seal solder.

Erfindungsgemäß wird auf das Silizium-Halbleitersubstrat eine Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung aufgebracht, wobei die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung die Bereiche des Silizium-Halbleitersubstrats bedeckt, die die Kontaktfläche einer Verkappung ausbilden. In anderen Worten wird der Bondrahmen um die mikroelektromechanischen Strukturen oder Sensorkerne mit einer Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung versehen.According to the invention, a germanium or silicon germanium coating is applied to the silicon semiconductor substrate, wherein the germanium or silicon germanium coating covers the regions of the silicon semiconductor substrate which form the contact surface of a capping. In other words, the bond frame is provided with the germanium or silicon germanium coating around the microelectromechanical structures or sensor cores.

Eine geeignete Schichtdicke der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung liegt im Bereich von ≥ 0,1 µm bis ≤ 10 µm, vorzugsweise im Bereich von ≥ 0,5 µm bis ≤ 2,5 µm, bevorzugt im Bereich von ≥ 0,5 µm bis ≤ 1 µm.A suitable layer thickness of the germanium or silicon germanium coating is in the range of ≥ 0.1 μm to ≤ 10 μm, preferably in the range of ≥ 0.5 μm to ≤ 2.5 μm, preferably in the range of ≥ 0.5 μm to ≤ 1 μm.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens scheidet man eine Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung auf das erste Silizium-Halbleitersubstrat, vorzugsweise ganzflächig, ab und entfernt anschließend die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung bis auf die Bereiche der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung, die der Kontaktfläche der Verkappung entsprechen. Es ist bevorzugt, dass man die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung aufbringt und strukturiert. Vorzugsweise entfernt man die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung durch Verfahren ausgewählt aus der Gruppe umfassend Naßätzen mit Wasserstoffperoxidlösung oder einer Mischung aus Phosphorsäure und Salpetersäure, Ätzen mit Ätzgasen des Typs XF_n, wobei X ein Halogen oder Edelgas ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend S, Cl, Br und/oder Xe, und n 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend ClF₃, ClF₅, BrF₃ und/oder XeF₂, und/oder zeitkontrollierte Plasmaätzverfahren.In a preferred embodiment of the method, a germanium or silicon germanium coating is deposited on the first silicon semiconductor substrate, preferably over the whole area, and then the germanium or silicon germanium coating is removed, except for the areas of the germanium or silicon germanium coating which are the Contact surface correspond to the capping. It is preferred that the germanium or silicon germanium coating be applied and patterned. Preferably, the germanium or silicon germanium coating is removed by methods selected from the group consisting of wet etching with hydrogen peroxide solution or a mixture of phosphoric acid and nitric acid, etching with etching gases of the XF _n type, where X is a halogen or noble gas, preferably selected from the group comprising S, Cl, Br and / or Xe, and n is 1, 2, 3, 4, 5 or 6, preferably selected from the group comprising ClF ₃ , ClF ₅ , BrF ₃ and / or XeF ₂ , and / or time-controlled plasma etching processes ,

Übliche Plasmastrukturierungsverfahren für Silizium lassen sich mit nahezu identischen Eigenschaften für Germanium einsetzen, beispielsweise der sogenannte „Bosch-Prozess“ für die anisotrope Silizium-Strukturierung auf Basis einer SF₆/C₄F₈-Chemie, der in der Schrift DE 4241045 C1 offenbart ist, auf die in vollem Umfang Bezug genommen wird. Weiter verwendbar sind Plasmaätzverfahren, die eine gewisse Selektivität bezüglich Germanium gegenüber Silizium zeigen und Germanium schneller ätzen als Silizium. Ein Beispiel ist die Verwendung eines CF₄/O₂-Plasmas, die bei entsprechender Prozessführung Germanium um einen Faktor 10 bis 30 schneller ätzen kann als Silizium. Germanium oder Silizium-Germanium kann in vorteilhafter Weise gemeinsam mit Silizium oder selektiv zu Silizium strukturiert werden. Conventional plasma structuring methods for silicon can be used with almost identical properties for germanium, for example the so-called "Bosch process" for the anisotropic silicon structuring on the basis of an SF ₆ / C ₄ F ₈ chemistry, which is described in the document DE 4241045 C1 which is fully incorporated by reference. Also usable are plasma etching processes which show a certain selectivity with regard to germanium compared to silicon and etch germanium faster than silicon. An example is the use of a CF ₄ / O ₂ plasma, which can etch germanium by a factor of 10 to 30 faster than silicon with appropriate process control. Germanium or silicon germanium can be advantageously structured together with silicon or selectively to silicon.

Eine sehr selektive Entfernung von Germanium und Silizium-Germanium auf Silizium-Flächen wird durch Nassätzlösungen, die Wasserstoffperoxid enthalten, zur Verfügung gestellt. H₂O₂-Lösungen ätzen in vorteilhafter Weise nur Germanium und Silizium-Germanium mit einem Germanium-Gehalt von >60 %, nicht aber Silizium und SiGe-Schichten mit einem Germanium-Gehalt von < 40 %.Very selective removal of germanium and silicon germanium on silicon surfaces is provided by wet etching solutions containing hydrogen peroxide. H ₂ O ₂ solutions etch advantageously only germanium and silicon germanium with a germanium content of> 60%, but not silicon and SiGe layers with a germanium content of <40%.

Weiterhin kann Germanium- oder Silizium-Germanium auf Silizium-Flächen hochselektiv trocken strukturiert werden, insbesondere durch Verwendung plasmalos agierender Ätzgase vom Typ XF_n, wobei X ein Halogen oder Edelgas ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Cl, Br und/oder Xe, und n 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 ist. Vorzugsweise erfolgt das Entfernen bzw. Strukturieren der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung mittels eines Ätzgases ausgewählt aus der Gruppe umfassend ClF₃ und/oder ClF₅, insbesondere ClF₃. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr gute Selektivität der Ätzung von Germanium oder Silizium-Germanium gegenüber Silizium im trockenchemischen Ätzverfahren zur Verfügung gestellt werden kann.Furthermore, germanium or silicon germanium can be highly selectively dry-structured on silicon surfaces, in particular by using plasmalos-acting etching gases of the XF _n type, where X is a halogen or noble gas, preferably selected from the group comprising Cl, Br and / or Xe, and n is 1, 2, 3, 4, 5 or 6. The removal or structuring of the germanium or silicon germanium coating preferably takes place by means of an etching gas selected from the group comprising ClF ₃ and / or ClF ₅ , in particular ClF ₃ . This has the advantage that a very good selectivity of the etching of germanium or silicon germanium over silicon can be provided in the dry chemical etching process.

Diese Verfahren können den Vorteil zur Verfügung stellen, dass Germanium oder Silizium-Germanium nach einer ganzflächigen Abscheidung auf Silizium mittels Fotolithographie und Ätzen überall außerhalb der Bondrahmen entfernt werden kann, so dass nachfolgend nur noch die Oberflächen der Bondrahmen mit Germanium- oder Silizium-Germanium beschichtet sind.These methods can provide the advantage that germanium or silicon germanium can be removed everywhere outside the bond frame after full area deposition on silicon by photolithography and etching, so that subsequently only the surfaces of the bond frame are coated with germanium or silicon germanium are.

Alternativ zu einer Strukturierung ist ein selektives Aufwachsen von reinem Germanium verwendbar. In einer weiter bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens bringt man zur Aufbringung einer Germaniumbeschichtung eine Siliziumoxidschicht auf das Silizium-Halbleitersubstrat auf und strukturiert diese, wobei die Siliziumoxidschicht die Bereiche des Silizium-Halbleitersubstrats, die die Kontaktfläche einer Verkappung ausbilden, nicht bedeckt. In einem nachfolgenden Schritt scheidet man auf diesen nicht von Oxid bedeckten Bereichen des Silizium-Halbleitersubstrats eine Germaniumbeschichtung ab. Die Oxidschicht kann anschließend wieder entfernt werden oder auf dem Silizium-Halbleitersubstrat verbleiben.Alternatively to patterning, selective growth of pure germanium is useful. In a further preferred embodiment of the method, for applying a germanium coating, a silicon oxide layer is applied to the silicon semiconductor substrate and structured, wherein the silicon oxide layer does not cover the regions of the silicon semiconductor substrate which form the contact surface of a capping. In a subsequent step, a germanium coating is deposited on these non-oxide-covered regions of the silicon semiconductor substrate. The oxide layer can subsequently be removed again or remain on the silicon semiconductor substrate.

Dies hat den Vorteil, dass eine selektive Beschichtung der Bondrahmen mit Germanium durchgeführt werden kann, ohne die Umgebung mit zu beschichten.This has the advantage that a selective coating of the bonding frame with germanium can be carried out without coating the environment.

Eine Siliziumoxidschicht ist durch bekannte Verfahren der Siliziumoxid-Abscheidung oder thermische Oxidation von Silizium aufbringbar. Ein selektives Aufwachsen von Germanium erfolgt in bevorzugten Ausführungsformen mittels LPCVD-(low pressure chemical vapor deposition)Verfahren. Hierbei können Standard-Parameter verwendet werden, wie sie anlagenspezifisch vom Anlagenhersteller bereitgestellt werden. In vorteilhafter Weise wächst Germanium in Standard-LPCVD-Verfahren auf Siliziumoberflächen auf, nicht jedoch auf Siliziumoxid auf.A silicon oxide layer can be applied by known methods of silicon oxide deposition or thermal oxidation of silicon. Selective growth of germanium occurs in preferred embodiments by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) method. In this case, standard parameters can be used as they are provided system-specifically by the system manufacturer. Advantageously, germanium grows on silicon surfaces in standard LPCVD processes, but not on silicon oxide.

Vorzugsweise erfolgt die Abscheidung von Germanium unter Standardbedingungen beispielsweise bei Temperaturen im Bereich von 450°C bis 550°C und/oder einem Druck im Bereich von 10 µbar bis 100 µbar, entsprechend 1 Pa bis10 Pa. Entsprechende Standardbedingungen werden üblicher Weise vom Anlagenhersteller für seine Konfiguration empfohlen.The deposition of germanium under standard conditions is preferably carried out, for example, at temperatures in the range from 450 ° C. to 550 ° C. and / or a pressure in the range from 10 μbar to 100 μbar, corresponding to 1 Pa to 10 Pa. Corresponding standard conditions are usually recommended by the system manufacturer for its configuration.

In vorteilhafter Weise wächst Germanium unter den üblichen Abscheidebedingungen selektiv auf Silizium, nicht jedoch auf Silizium-Oxid auf.Advantageously, germanium grows selectively on silicon under the usual deposition conditions, but not on silicon oxide.

In einem weiteren Schritt stellt man die mikroelektromechanischen Strukturen in der Funktionsschicht des Silizium-Halbleitersubstrats her. Dies kann mittels dem Fachmann bekannten Strukturierungsverfahren für Silizium durchgeführt werden.In a further step, the microelectromechanical structures are produced in the functional layer of the silicon semiconductor substrate. This can be carried out by means of structuring methods for silicon known to those skilled in the art.

In einem weiteren Verfahrensschritt beschichtet man die Funktionsschicht enthaltend die mikroelektromechanischen Strukturen mit einer Antihaftbeschichtung. Eine stabile Beschichtung resultiert insbesondere dann, wenn die Oberfläche der mikromechanischen Strukturen eine ausreichende Anzahl von freien Hydroxidgruppen oder anderen endständigen, polaren Element-Wasserstoff-Gruppen aufweisen, damit die einwirkenden Silane mit diesen Gruppen eine chemische Bindung eingehen können. Eine vorzugsweise durchführbare Hydrophilisierung kann durch geeignete chemische Vorbehandlung die Anzahl solcher Gruppen erhöhen. Vorzugsweise werden reaktive Organosilane zur Antihaftbeschichtung verwendet. Besonders bevorzugt werden Alkylchlorsilane, bevorzugt fluorierte Alkylchlorsilane, verwendet. Geeignete Silane sind in der Schrift DE 10355038 A1 offenbart, auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird. In sehr vorteilhafter Weise sind fluorierte Alkylchlorsilane unempfindlich gegenüber Fluorierungsreaktionen und ClF₃ und werden in nachfolgenden Ätzschritten von diesem Ätzgas nicht verändert oder beeinträchtigt.In a further method step, the functional layer containing the microelectromechanical structures is coated with a non-stick coating. A stable coating results, in particular, when the surface of the micromechanical structures has a sufficient number of free hydroxide groups or other terminal, polar element-hydrogen groups so that the acting silanes can form a chemical bond with these groups. A preferably feasible hydrophilization can increase the number of such groups by suitable chemical pretreatment. Preferably, reactive organosilanes are used for the non-stick coating. Particularly preferred are alkylchlorosilanes, preferably fluorinated Alkylchlorosilanes used. Suitable silanes are in the font DE 10355038 A1 which is incorporated herein by reference. In a very advantageous manner, fluorinated alkylchlorosilanes are insensitive to fluorination reactions and ClF ₃ and are not altered or impaired in subsequent etching steps by this etching gas.

Hierbei wächst die Antihaftbeschichtung üblicherweise überall auf den Oberflächen auf, insbesondere da eine Hydrophilisierung überall entsprechende Andockstellen für das Aufwachsen der Chlorsilane bereitstellen. Sowohl die Silizium-Oberflächen als auch die Germanium-Oberflächen weisen somit nach einem Aufbringen der Antihaftbeschichtung eine solche auf.In this case, the non-stick coating usually grows everywhere on the surfaces, in particular since a hydrophilization everywhere provide appropriate docking sites for the growth of chlorosilanes. Both the silicon surfaces and the germanium surfaces thus have such after application of the non-stick coating.

Da die Antihaftbeschichtung des Bondrahmens eine nachfolgende eutektische Verbindung beeinträchtigen würde, wird die Antihaftbeschichtung erfindungsgemäß in den Bereichen der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung entfernt. Vorzugsweise entfernt man die Antihaftbeschichtung mittels eines plasmalos agierenden Ätzgases, indem man die unter der zu entfernenden Antihaftbeschichtung liegende Germanium- oder Silizium-Germaniumschicht ätzt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Antihaftbeschichtung auf Germanium- oder Silizium-Germanium schnell unterätzt bzw. abgeätzt werden kann, während die Antihaftbeschichtung auf Silizium nicht beeinträchtigt wird.Since the non-stick coating of the bond frame would interfere with a subsequent eutectic bond, the non-stick coating is removed according to the invention in the regions of germanium or silicon germanium coating. The non-stick coating is preferably removed by means of a plasmalos-acting etching gas by etching the germanium or silicon germanium layer underlying the non-stick coating to be removed. The process according to the invention has the advantage that the non-stick coating on germanium or silicon germanium can be quickly undercut or etched while the non-stick coating on silicon is not impaired.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens führt man das Entfernen der Antihaftbeschichtung mittels eines Ätzgases des Typs XF_n, wobei X ein Halogen oder Edelgas ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Cl, Br und/oder Xe, und n 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 ist, durch. Vorzugsweise ist das Ätzgas ausgewählt aus der Gruppe umfassend ClF₃, ClF₅, BrF₃ und/oder XeF₂, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend ClF₃ und/oder ClF₅, insbesondere bevorzugt ist ClF₃. Eine Verwendung von ClF₃ hat den Vorteil, dass der Zutritt von ClF₃ durch die Antihaftbeschichtung nicht nennenswert gehemmt wird und ClF₃ mühelos die darunterliegende Schicht erreichen kann und diese mit extrem hoher Selektivität anätzt.In a preferred embodiment of the method, the removal of the non-stick coating is carried out by means of an etching gas of the type XF _n , where X is a halogen or noble gas, preferably selected from the group comprising Cl, Br and / or Xe, and n 1, 2, 3, 4, 5 or 6 is through. Preferably, the etching gas is selected from the group comprising ClF ₃ , ClF ₅ , BrF ₃ and / or XeF ₂ , preferably selected from the group comprising ClF ₃ and / or ClF ₅ , particularly preferred ClF ₃ . Using ClF ₃ has the advantage that the access of ClF ₃ by the non-stick coating is not appreciably inhibited and ClF _{3 can} easily reach the underlying layer and etch it with extremely high selectivity.

Weiter ist vorteilhaft, dass sich die hohe Selektivität des Ätzens mit ClF₃ von Germanium gegenüber Silizium auch auf die entsprechenden Oxide erstreckt. So sind gegebenenfalls auf dem Silizium-Halbleitersubstrat vorhandene Siliziumoxidschichten üblicher Weise von einer guten Qualität und können kurzzeitig ClF₃ widerstehen, während natives oder durch Hydrophilisierung erzeugtes Germanium-Oxid gegenüber einem Ätzen mit ClF₃ wenig widerstandsfähig und vor allem undicht ist. In vorteilhafter Weise wird die ohnehin sehr hohe Selektivität des Ätzverhaltens von ClF₃ gegenüber Silizium gegen Germanium zusätzlich verbessert. Eine Antihaftbeschichtung auf Germanium, Silizium-Germanium oder Germaniumoxid wird schnell unterätzt bzw. abgeätzt, während eine Antihaftbeschichtung auf Silizium oder Siliziumoxid nicht beeinträchtigt wird.It is also advantageous that the high selectivity of the etching with ClF ₃ of germanium compared to silicon also extends to the corresponding oxides. Thus, if appropriate, silicon oxide layers present on the silicon semiconductor substrate are of good quality and can withstand ClF ₃ for a short time, while native or hydrophilized germanium oxide is less resistant and, above all, leaky with respect to etching with ClF ₃ . Advantageously, the already very high selectivity of the etching behavior of ClF ₃ compared to silicon against germanium is additionally improved. A non-stick coating on germanium, silicon germanium or germanium oxide is rapidly undercut or etched, while a non-stick coating on silicon or silicon oxide is not affected.

In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens führt man das Entfernen der Antihaftbeschichtung bei Drücken im Bereich von ≥ 0,01 Pa bis ≤ 100 Pa, bevorzugt bei Drücken im Bereich von ≥ 0,01 Pa bis s 10 Pa, besonders bevorzugt bei Drücken im Bereich von ≥ 0,05 Pa bis ≤ 2 Pa, durch.In preferred embodiments of the process, the removal of the release coating is conducted at pressures in the range of ≥ 0.01 Pa to ≤ 100 Pa, preferably at pressures in the range of ≥ 0.01 Pa to s 10 Pa, more preferably at pressures in the range of ≥ 0.05 Pa to ≤ 2 Pa, by.

Von Vorteil ist hierbei, dass bei niedrigen Drücken im unteren µbar-Bereich oder darunter insbesondere im Bereich unter 0,1 Pa Germanium durch ClF₃ hochselektiv geätzt wird, während die Ätzgeschwindigkeit von Silizium um einem Faktor 5000 bis 10000 kleiner ist. Während Germanium bei diesen niedrigen Drücken mit Raten von beispielsweise 10 nm/min bis 100 nm/min angegriffen und geätzt werden kann, ist die Abtragsgeschwindigkeit von Silizium bis zu 10000-fach niedriger. Entsprechend kann die Antihaftbeschichtung von Germanium- oder Silizium-Germanium-Oberflächen selektiv abgetragen oder „unterätzt“ und somit von der Oberfläche abgelöst werden, während die Antihaftbeschichtung auf SiliziumOberflächen nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß gelöst wird.The advantage here is that at low pressures in the lower μbar range or below, especially in the range below 0.1 Pa germanium is highly selectively etched by ClF ₃ , while the etching rate of silicon by a factor of 5000 to 10,000 is smaller. While germanium can be attacked and etched at rates of, for example, 10 nm / min to 100 nm / min at these low pressures, the removal rate of silicon is up to 10,000 times lower. Accordingly, the non-stick coating of germanium or silicon germanium surfaces can be selectively ablated or "undercut" and thus detached from the surface, while the non-stick coating on silicon surfaces is not or only to a very small extent dissolved.

Vorzugsweise liegt die Temperatur im Bereich von ≥ 20°C bis ≤ 30°C, besonders bevorzugt bei 25°C. Dies kann den Vorteil einer optimalen Selektivität zur Verfügung stellen.Preferably, the temperature is in the range of ≥ 20 ° C to ≤ 30 ° C, more preferably 25 ° C. This can provide the advantage of optimal selectivity.

Durch das Unterätzen wird die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung ebenfalls teilweise oder vollständig abgetragen. Das Abtragen der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung kann hierbei vollständig erfolgen, so dass die Verkappung anschließend auf der darunterliegenden Siliziumschicht erfolgt. Alternativ kann die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung während des Entfernens der Antihaftbeschichtung nicht vollständig oder lediglich in oberflächlichen Bereichen abgetragen werden, wodurch die Verkappung anschließend auf der Germanium- oder Silizium-Germaniumschicht erfolgt.By undercutting the germanium or silicon germanium coating is also partially or completely removed. The removal of the germanium or silicon germanium coating can in this case take place completely, so that the capping subsequently takes place on the underlying silicon layer. Alternatively, the germanium or silicon germanium coating can not be completely or only removed in superficial areas during the removal of the non-stick coating, whereby the capping then takes place on the germanium or silicon germanium layer.

Das Abtragen der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung wird vorzugsweise über die Ätzzeit gesteuert, über die der Ätzangriff auf die Germaniumhaltige Schicht gesteuert wird. Eine Überwachung des Ätzangriffs kann beispielsweise durch ein real-time-Monitoring der Ätzprodukte erfolgen, beispielsweise durch optische Spektroskopie mit Plasmaanregung oder Massenspektrometrie.The removal of the germanium or silicon germanium coating is preferably controlled by the etching time, via which the etching attack on the germanium-containing layer is controlled. A monitoring of the etching attack can be carried out, for example, by a real-time monitoring of the etching products, for example by optical spectroscopy with plasma excitation or mass spectrometry.

Es ist von Vorteil die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung nicht vollständig zu entfernen, da die Temperatur des eutektischen Punktes einer Al-Ge-Legierung niedriger liegt als die einer Al-Si-Legierung, so dass das Ausbilden einer Verbindung zwischen dem mikroelektromechanische Strukturen aufweisenden Silizium-Halbleitersubstrat und der Metallbeschichtung des mit Kavernen versehenen Silizium-Halbleitersubstrats, in anderen Worten das Bonden zwischen Sensor- und Kappenwafer, bei deutlich niedrigeren Temperaturen und/oder Drücken erfolgen kann. It is advantageous not to completely remove the germanium or silicon germanium coating since the temperature of the eutectic point of an Al-Ge alloy is lower than that of an Al-Si alloy, thus having a bond between the microelectromechanical structures Silicon semiconductor substrate and the metal coating of the cavitated silicon semiconductor substrate, in other words, the bonding between the sensor and cap wafer, can be done at significantly lower temperatures and / or pressures.

Es ist weiter von Vorteil, dass gegebenenfalls auf der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung verbliebene Reste von unterätztem Material der Antihaftbeschichtung bei einem nachfolgenden Erhitzen der Silizium-Halbleitersubstrate auf die Bondtemperatur der eutektischen Verbindung abgedampft wird, da keine stabile Anbindung an die Oberfläche mehr besteht.It is also of advantage that any residues of undercut material of the non-stick coating remaining on the germanium or silicon germanium coating are evaporated on a subsequent heating of the silicon semiconductor substrates to the bonding temperature of the eutectic compound, since there is no longer any stable connection to the surface.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung mit der Antihaftbeschichtung vollständig entfernt. Dies erzeugt in vorteilhafter Weise eine reaktive oder gereinigte, Oxid- und Kontaminationsfreie Siliziumoberfläche, während die Antihaftbeschichtung auf den weiteren Siliziumoberflächen ohne vorherige Germaniumbeschichtung verbleibt. Diese Siliziumoberfläche bildet eine bevorzugte Bondfläche für das Metall auf der Kappenseite aus, wobei dieses Metall vorzugsweise Gold ist. Dies ist von Vorteil, da die Temperatur des eutektischen Punktes einer Au-Si-Verbindung niedriger liegt, als die einer Al-Ge- und AI-Si-Legierung, so dass das Ausbilden einer Verbindung zwischen dem mikroelektromechanische Strukturen aufweisenden Silizium-Halbleitersubstrat und der Metallbeschichtung des mit Kavernen versehenen Silizium-Halbleitersubstrats bei deutlich niedrigeren Temperaturen und/oder Drücken erfolgen kann.In a further preferred embodiment of the method, the germanium or silicon germanium coating with the non-stick coating is completely removed. This advantageously produces a reactive or cleaned, oxide and contamination-free silicon surface, while the non-stick coating remains on the other silicon surfaces without prior germanium coating. This silicon surface forms a preferred bonding surface for the metal on the cap side, which metal is preferably gold. This is advantageous because the temperature of the eutectic point of an Au-Si compound is lower than that of an Al-Ge and Al-Si alloy, so that the formation of a connection between the microelectromechanical structure having silicon semiconductor substrate and the Metal coating of the cavitated silicon semiconductor substrate can be carried out at significantly lower temperatures and / or pressures.

In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens behandelt man nach dem Entfernen der Antihaftbeschichtung das erste Silizium-Halbleitersubstrat oder Sensorwafer mit einem Gemisch umfassend Stickstoff und Wasserstoff. Ein bevorzugtes Gemisch ist Formiergas, besonders bevorzugt ist Formiergas enthaltend 95 % Stickstoff und 5 % Wasserstoff. Besonders bevorzugt ist eine in-situ-Behandlung mit Formiergas, wobei der Begriff „in-situ-Behandlung“ die Bedeutung hat, dass die Behandlung nach der Entfernung der Antihaftbeschichtung erfolgt, ohne dass das Silizium-Halbleitersubstrat hierfür in eine andere Kammer der Vorrichtung verbracht wird.In preferred embodiments of the method, after removing the non-stick coating, the first silicon semiconductor substrate or sensor wafer is treated with a mixture comprising nitrogen and hydrogen. A preferred mixture is forming gas, particularly preferred is forming gas containing 95% nitrogen and 5% hydrogen. Particularly preferred is an in-situ treatment with forming gas, wherein the term "in-situ treatment" has the meaning that the treatment is carried out after the removal of the non-stick coating, without the silicon semiconductor substrate for this purpose spent in another chamber of the device becomes.

Von Vorteil ist, dass durch eine Behandlung mit Formiergas eine Reduzierung von Oberflächenladungen durch Terminierung offener Silizium-Bindungen aufgrund der ClF₃-Behandlung erzielt werden kann.It is advantageous that treatment with forming gas can reduce surface charges by terminating open silicon bonds due to ClF ₃ treatment.

Ein weiterer Vorteil des Entfernens der Antihaftbeschichtung in den Bereichen der Germanium- oder Silizium-Germaniumbeschichtung ist, dass eine frisch angeätzte Oberfläche von sehr hoher Reinheit hochreaktiv ist. Die extrem hohe Oberflächenenergie nach dem Anätzen stellt in sehr vorteilhafter Weise ideale Voraussetzungen für einen darauffolgenden Bondvorgang bereit. Der Bondvorgang kann insbesondere defektfrei und mit hoher Bondfestigkeit durchgeführt werden. Hierdurch kann eine weitere Verbesserung der hochfesten Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten zur Verfügung gestellt werden.Another advantage of removing the non-stick coating in the regions of germanium or silicon germanium coating is that a freshly etched surface of very high purity is highly reactive. The extremely high surface energy after etching provides ideal conditions for a subsequent bonding process in a very advantageous manner. The bonding process can be carried out in particular defect-free and with high bond strength. Thereby, a further improvement of the high-strength connection between the semiconductor substrates can be provided.

In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens schützt man nach dem Entfernen der Antihaftbeschichtung das Silizium-Halbleitersubstrat vor Kontakt mit Sauerstoff, Luft und/oder Feuchtigkeit. Von Vorteil hierbei ist, dass ein Schutz der frisch angeätzten Oberfläche vor einem erneuten Atmosphärenkontakt die von der Antihaftbeschichtung befreiten Bondflächen davor schützt erneut kontaminiert zu werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention, after the removal of the non-stick coating, the silicon semiconductor substrate is protected from contact with oxygen, air and / or moisture. The advantage here is that a protection of the freshly etched surface before a new atmospheric contact protects the bond surfaces freed from the non-stick coating from being re-contaminated.

Der Begriff der Kontamination schließt im Sinne der vorliegenden Erfindung alle Möglichkeiten der Oberflächenbedeckung ein, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine unregelmässige Oxidation und/oder die Bedeckung mit Organika in der Atmosphäre und/oder Luftfeuchte.The term contamination in the context of the present invention includes all possibilities of surface coverage, for example selected from the group comprising an irregular oxidation and / or the coverage with organics in the atmosphere and / or air humidity.

Ein Schutz des Silizium-Halbleitersubstrats vor Kontakt mit Sauerstoff, Luft und/oder Feuchtigkeit bzw. einem erneuten Atmosphärenkontakt kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Ätzbehandlung beispielsweise mit ClF₃ zum selektiven Entfernen der Antihaftbeschichtung in-situ in der Bondapparatur selbst durchgeführt wird. Vorzugsweise kann ClF₃ in die Bondkammer temporär eingelassen werden. In vorteilhafter Weise erzeugt dies bei niedrigen Gasdrücken keine Probleme für die Materialien der Bondkammer. Niedrige Gasdrücke sind aus Gründen der Selektivität ohnehin bevorzugt.Protection of the silicon semiconductor substrate from contact with oxygen, air and / or moisture or re-atmospheric contact can be achieved, for example, by carrying out the etching treatment with, for example, ClF ₃ to selectively remove the non-stick coating in-situ in the bonding apparatus itself. Preferably, ClF ₃ can be temporarily introduced into the bonding chamber. Advantageously, this does not create problems for the materials of the bonding chamber at low gas pressures. Low gas pressures are anyway preferred for reasons of selectivity.

Vorzugsweise erfolgt das eutektische Verbinden des mikroelektromechanische Strukturen aufweisenden Silizium-Halbleitersubstrats oder Sensorwafers mit dem mit Kavernen versehenen zweiten Silizium-Halbleitersubstrat oder Kappenwafer unmittelbar folgend auf die Entfernung der Antihaftbeschichtung und/oder die Behandlung mit Formiergas, ohne dazwischen liegenden Atmosphärenkontakt.Preferably, the eutectic bonding of the microelectromechanical structure silicon semiconductor substrate or sensor wafer to the cavitated second silicon semiconductor substrate or cap wafer is immediately following the removal of the non-stick coating and / or the treatment with forming gas, without intermediate atmospheric contact.

Vorzugsweise führt man das selektive Entfernen der Antihaftbeschichtung in der Kammer der Vorrichtung durch, in der das Aufbringen der Verkappung erfolgt. Alternativ kann man den Sensorwafer nach dem selektiven Entfernen der Antihaftbeschichtung unter Vakuum oder unter trockenem Stickstoff in die Kammer der Vorrichtung verbringen, in der das Aufbringen der Verkappung erfolgt.Preferably, the selective removal of the non-stick coating in the chamber of the device is carried out, in which the application of the capping he follows. Alternatively, after selective removal of the release coating under vacuum or under dry nitrogen, the sensor wafer may be placed in the chamber of the device in which the capping is applied.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein mikroelektromechanisches Bauelement hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Mikroelektromechanische Bauelemente sind vorzugsweise mikroelektronische Sensorelemente.Another object of the present invention relates to a microelectromechanical device produced according to the inventive method. Microelectromechanical components are preferably microelectronic sensor elements.

Ein Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten mikroelektromechanischen Bauelemente besteht in einer hochfesten Lotverbindung zwischen den Halbleitersubstraten. Weiterhin weisen die erfindungsgemäß hergestellten mikroelektromechanischen Bauelemente eine durch das Entfernen der Antihaftbeschichtung von den Bondrahmen unbeschädigte Antihaftbeschichtung auf den mikromechanischen Strukturen auf, die ein Sticking zuverlässig vermeiden kann.An advantage of the microelectromechanical components produced according to the invention consists in a high-strength solder connection between the semiconductor substrates. Furthermore, the microelectromechanical components according to the invention have a non-stick coating undamaged by the removal of the non-stick coating from the bonding frames on the micromechanical structures, which can reliably prevent sticking.

Ein weiterer Gegenstand betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung verkappter mikroelektromechanischer Bauelemente umfassend eine erste Kammer, in der das Entfernen der Antihaftbeschichtung erfolgt, und eine zweite Kammer, in der das Aufbringen der Verkappung erfolgt, wobei die Vorrichtung als Clustervorrichtung ausgebildet ist und die Kammer, in der das Ätzen erfolgt, am selben Cluster wie die Kammer liegt, in der das Aufbringen der Verkappung erfolgt, beispielsweise neben der Kammer, oder wobei die Vorrichtung in der Kammer, in der das Aufbringen der Verkappung erfolgt, eine Einschleusvorrichtung mit Verbindung zu der Kammer, in der das Ätzen erfolgt, aufweist. Die Einschleusvorrichtung und die Kammer, in der das Ätzen erfolgt, können auch identisch sein.Another object relates to a device for producing masked microelectromechanical components comprising a first chamber, in which the removal of the non-stick coating takes place, and a second chamber, in which the application of the capping takes place, wherein the device is formed as a cluster device and the chamber in which the etching takes place on the same cluster as the chamber in which the capping is applied, for example next to the chamber, or in which the device in the chamber where the capping is applied is an infeed device connected to the chamber the etching takes place. The introduction device and the chamber in which the etching takes place can also be identical.

Die Kammer, in der das Aufbringen der Verkappung erfolgt wird auch als Bondkammer bezeichnet.The chamber in which the capping is applied is also referred to as a bonding chamber.

Es ist bevorzugt eine Einschleusvorrichtung in die Bondkammer vorzusehen. Die Einschleusvorrichtung kann für das Entfernen der Antihaftbeschichtung insbesondere mittels Ätzen mit ClF₃ benutzt werden. In vorteilhafter Weise kann unmittelbar nach dem selektiven Abätzen der Antihaftbeschichtung von den Germanium-Bondflächen der Sensorwafer in die Bondkammer eingeschleust werden und dort ohne Bruch der Isolation zur Atmosphäre mit dem Kappenwafer verbunden werden.It is preferred to provide a Einschleusvorrichtung in the bonding chamber. The insertion device can be used for removing the non-stick coating, in particular by means of etching with ClF ₃ . Advantageously, immediately after the selective etching of the non-stick coating of the germanium bonding surfaces of the sensor wafer can be introduced into the bonding chamber and connected there without breaking the insulation to the atmosphere with the cap wafer.

Es ist hierbei sehr bevorzugt, dass die Vakuumpumpen der Bondkammer und insbesondere der Ätzkammer bzw. Einschleusvorrichtung in die Bondkammer mit perfluorierten Schmiermitteln, beispielsweise Fomblin-Öl, betrieben werden und keine Mineralöle oder -fette enthalten, die mit ClF₃ explosiv reagieren könnten.In this case, it is very preferred that the vacuum pumps of the bonding chamber and in particular of the etching chamber or infeed device are operated in the bonding chamber with perfluorinated lubricants, for example Fomblin oil, and contain no mineral oils or fats which could react explosively with ClF ₃ .

Es ist weiter bevorzugt, die Bondvorrichtung als sogenanntes Clustertool auszugestalten, wobei eine Ätzkammer am Cluster neben der Bondkammer vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform kann der Sensorwafer unmittelbar vor dem Bondvorgang in der Ätzkammer die Antihaftbeschichtung selektiv durch Ätzen entfernt werden, und der Sensorwafer dann in die Bondkammer geschleust und dort mit dem Kappenwafer eutektisch verbondet werden.It is further preferred to design the bonding device as a so-called cluster tool, wherein an etching chamber is provided on the cluster next to the bonding chamber. In this embodiment, immediately before the bonding process in the etching chamber, the sensor wafer can be selectively removed by etching the non-stick coating, and then the sensor wafer is transferred into the bonding chamber and eutectically bonded there to the cap wafer.

Von Vorteil ist, dass ein Clustertool erlaubt, dass der Sensorwafer nach dem Entfernen der Antihaftbeschichtung ohne Bruch der Isolation zur Atmosphäre in die Bondkammer verbracht und dort mit dem Kappenwafer verbunden werden kann.It is advantageous that a cluster tool allows the sensor wafer to be brought into the bonding chamber after removal of the non-stick coating without breaking the insulation to the atmosphere, where it can be connected to the cap wafer.

Ausführungsbeispielembodiment

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Hierbei zeigen die 1 bis 8 schematische Querschnittansichten der wesentlichen Herstellungsschritte das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines verkappten mikroelektromechanischen Bauelementes in einem Ausführungsbeispiel. Eine alternative Ausführungsform zur Aufbringung einer Germaniumbeschichtung ist in den 9 bis 11 dargestellt.

1 stellt den Verfahrensschritt des Aufbringens einer Germaniumbeschichtung auf ein Silizium-Halbleitersubstrat dar.
2 zeigt das Silizium-Halbleitersubstrat mit einer Germaniumbeschichtung in den Bereichen, die die Kontaktfläche einer Verkappung ausbilden.
3 stellt den Verfahrensschritt des Herstellens mikroelektromechanischer Strukturen in der Funktionsschicht des Silizium-Halbleitersubstrats oder Sensorwafers dar.
4 zeigt einen Sensorwafer mit Antihaftbeschichtung.
5 zeigt einen mit einer Metallbeschichtung versehenen Kappenwafer.
6 zeigt den Verfahrensschritt des Entfernens der Antihaftbeschichtung mit ClF₃.
7 stellt den Verfahrensschritt des Ausbildens einer Verbindung zwischen Sensorwafer und Kappenwafer dar.
8 zeigt ein verkapptes mikroelektromechanisches Bauelement in Schnittdarstellung.
9 zeigt ein Silizium-Halbleitersubstrat mit einer Oxidschicht nach Lithographie und Ätzen.
10 zeigt ein Silizium-Halbleitersubstrat mit aufgebrachter Germaniumbeschichtung in den Bereichen, die die Kontaktfläche zu einer Verkappung ausbilden.
11 zeigt das Silizium-Halbleitersubstrat mit einer Germaniumbeschichtung in den Bereichen, die die Kontaktfläche einer Verkappung ausbilden.

Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. This show the 1 to 8th schematic cross-sectional views of the essential manufacturing steps, the inventive method for producing a capped microelectromechanical device in one embodiment. An alternative embodiment for applying a germanium coating is disclosed in U.S. Pat 9 to 11 shown.

1 illustrates the process step of applying a germanium coating to a silicon semiconductor substrate.
2 shows the silicon semiconductor substrate with a germanium coating in the areas forming the contact area of a capping.
3 illustrates the process step of producing microelectromechanical structures in the functional layer of the silicon semiconductor substrate or sensor wafer.
4 shows a sensor wafer with non-stick coating.
5 shows a capped wafer provided with a metal coating.
6 shows the process step of removing the non-stick coating with ClF ₃ .
7 illustrates the process step of forming a connection between sensor wafer and cap wafer.
8th shows a capped microelectromechanical device in a sectional view.
9 shows a silicon semiconductor substrate with an oxide layer after lithography and etching.
10 shows a silicon semiconductor substrate with applied germanium coating in the areas forming the contact area to a capping.
11 shows the silicon semiconductor substrate with a germanium coating in the areas forming the contact area of a capping.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels erläutert.The inventive method will be explained with reference to the following embodiment.

1 stellt den Verfahrensschritt des Aufbringens einer Germaniumbeschichtung 15 auf ein Silizium-Halbleitersubstrat 10 dar. Das Silizium-Halbleitersubstrat 10 weist eine Substratschicht 11 auf, eine Funktionsschicht 12, die üblicherweise aus Silizium ausgebildet ist, sowie eine Verbindungsschicht 13. In einer erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens scheidet man eine Germaniumbeschichtung 15 ganzflächtig auf das bereitgestellte Silizium-Halbleitersubstrat 10, ab. Die Schichtdicke der Germaniumbeschichtung liegt bei 0,3 µm bis 3 µm. Auf die Germaniumbeschichtung 15 wird eine Maskierungsschicht, vorzugsweise ein Photoresist 14, aufgebracht und strukturiert, beispielsweise mittels photolithographischer Verfahren. 1 represents the process step of applying a germanium coating 15 on a silicon semiconductor substrate 10 The silicon semiconductor substrate 10 has a substrate layer 11 on, a functional layer 12 , which is usually formed of silicon, and a connecting layer 13 , In an embodiment of the method according to the invention, a germanium coating is deposited 15 ganzflächtig on the provided silicon semiconductor substrate 10 , from. The layer thickness of the germanium coating is 0.3 μm to 3 μm. On germanium coating 15 becomes a masking layer, preferably a photoresist 14 , applied and structured, for example by means of photolithographic methods.

Vorzugsweise entfernt oder strukturiert man die Germaniumbeschichtung hochselektiv durch plasmalos agierende Ätzgase ausgewählt aus der Gruppe umfassend ClF₃ und/oder ClF₅, insbesondere ClF₃, so dass das in 2 gezeigte Silizium-Halbleitersubstrat 10 mit einer Germaniumbeschichtung 15 in den Bereichen, die die Kontaktfläche einer Verkappung, oder in anderen Worten den Bondrahmen, ausbilden resultiert.Preferably, the germanium coating is removed or structured highly selectively by plasmalos acting etching gases selected from the group comprising ClF ₃ and / or ClF ₅ , in particular ClF ₃ , so that the in 2 shown silicon semiconductor substrate 10 with a germanium coating 15 in the areas that form the contact surface of a capping, or in other words, the bond frame.

In 3 ist der Verfahrensschritt des Herstellens mikroelektromechanischer Strukturen 18 in der Funktionsschicht 12 auf dem Silizium-Halbleitersubstrat 10 dargestellt. Das Silizium-Halbleitersubstrat oder Sensorwafer 10 weist herausstrukturierte bewegliche mikroelektromechanische Strukturen 18, beispielsweise eine Kammstruktur für einen Beschleunigungssensor oder einen oberflächenmikromechanischen Drehratensensor in der Funktionsschicht 12 sowie einen externen Kontakt 17 auf.In 3 is the process step of manufacturing microelectromechanical structures 18 in the functional layer 12 on the silicon semiconductor substrate 10 shown. The silicon semiconductor substrate or sensor wafer 10 has structured mobile microelectromechanical structures 18 For example, a comb structure for an acceleration sensor or a surface micromechanical rotation rate sensor in the functional layer 12 as well as an external contact 17 on.

Auf die Funktionsschicht 12 des Sensorwafers 10 wird die Antihaftbeschichtung aufgebracht. Hierbei erfolgt ein Beschichten der mikroelektromechanischen Strukturen 18 mit der Antihaftbeschichtung 24. Dabei wächst die Antihaftbeschichtung 24 überall auf den Oberflächen auf, da vorangehende Hydrophilisierungsschritte als Teil des Beschichtungsprozesses überall entsprechende Andockstellen für das Aufwachsen der Chlorsilane bereitstellen. Sowohl die Silizium-Oberflächen der mikroelektromechanischen Strukturen 18 als auch die Germaniumbeschichtung 15 wie auch die weiteren Oberflächen der Funktionsschicht 12 tragen somit die Antihaftbeschichtung 24, wie in 4 gezeigt ist.On the functional layer 12 of the sensor wafer 10 the non-stick coating is applied. This involves coating the microelectromechanical structures 18 with the non-stick coating 24 , The non-stick coating grows 24 everywhere on the surfaces since previous hydrophilization steps throughout the coating process provide appropriate docking sites for chlorosilane growth everywhere. Both the silicon surfaces of the microelectromechanical structures 18 as well as the germanium coating 15 as well as the other surfaces of the functional layer 12 thus carry the non-stick coating 24 , as in 4 is shown.

5 zeigt einen mit einer Metallbeschichtung 21 versehenen Kappenwafer 20, der eine Kaverne 22 aufweist. Der Kappenwafer 20 als Gegenstück für die eutektische Verbindungstechnik trägt auf seiner Oberfläche als Pendant zum Bondrahmen des Sensorwafers eine Beschichtung mit einem geeigneten Metall, bevorzugt Aluminium. Die Metallbeschichtung 21 ist bevorzugt eine Aluminiumbeschichtung mit einer Schichtdicke von 0,5 µm bis 3 µm. 5 shows one with a metal coating 21 provided cap wafer 20 , a cavern 22 having. The cap wafer 20 as a counterpart to the eutectic connection technology carries on its surface as a counterpart to the bonding frame of the sensor wafer, a coating with a suitable metal, preferably aluminum. The metal coating 21 is preferably an aluminum coating with a layer thickness of 0.5 .mu.m to 3 .mu.m.

Da die Antihaftbeschichtung auf der Germaniumbeschichtung 15 die nachfolgende eutektische Verbindungstechnik beeinträchtigen würden, wird diese zuvor selektiv von Germaniumoberflächen entfernt. 6 zeigt den Verfahrensschritt des selektiven Entfernens der Antihaftbeschichtung 24 von den Bondrahmen 15. Hierzu bedient man sich vorteilhaft des plasmalos agierenden Ätzgases ClF₃ 19. Bei sehr niedrigen Drücken im Bereich von 0,05 Pa bis 2 Pa, vorzugsweise unter 0,1 Pa, ätzt ClF₃ 19 hochselektiv Germanium, während die Ätzgeschwindigkeit von Silzium um einem Faktor > 5000 bis 10000 kleiner ist. Während also Germanium bei diesen niedrigen Drücken mit Raten von 10-100 nm/min angegriffen werden kann, ist die Abtragsgeschwindigkeit von Silizium typischerweise um einen Faktor 10000 niedriger. Damit wird die Antihaftbeschichtung von der Germaniumbeschichtung 15 selektiv durch Unterätzen von der Oberfläche abgetragen, während die Antihaftbeschichtung auf den mikroelektromechanischen Strukturen 18 verbleibt. Hierbei wird durch den Ätzvorgang zumindest eine oberflächliche Schicht der Germaniumbeschichtung 15 abgetragen, wobei die Ätzdauer derart gewählt wird, dass die Germaniumbeschichtung 15 nicht vollständig abgetragen wird. In der Praxis genügt es, nur wenige nm von der Germanium-Oberfläche abzutragen.Since the non-stick coating on the germanium coating 15 would affect the subsequent eutectic bonding technique, this is previously selectively removed from germanium surfaces. 6 shows the process step of selectively removing the non-stick coating 24 from the bond frame 15 , For this purpose, use is advantageously of plasmaless active etchant gas _ClF3 19. At very low pressures in the range of 0.05 Pa to 2 Pa, preferably below 0.1 Pa, ClF ₃ 19 etched highly selectively germanium, while the etch rate by a factor of Silzium > 5000 to 10,000 is smaller. Thus, while germanium can be attacked at these low pressures at rates of 10-100 nm / min, the removal rate of silicon is typically a factor 10000 lower. Thus, the non-stick coating is selectively removed from the germanium coating 15 by undercut from the surface, while the non-stick coating remains on the microelectromechanical structures 18. In this case, at least one superficial layer of the germanium coating is produced by the etching process 15 removed, wherein the etching time is chosen such that the germanium coating 15 not completely removed. In practice, it is sufficient to remove only a few nm from the germanium surface.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt man nach dem teilweisen Entfernen der Antihaftbeschichtung den Sensorwafer mit Formiergas. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schützt man nach dem Entfernen der Antihaftbeschichtung den Sensorwafer vor Kontakt mit der Atmosphäre. Das eutektische Verbinden mit dem Kappenwafer erfolgt dann darauffolgend, ohne dazwischenliegenden Atmosphärenkontakt.According to a further embodiment of the method according to the invention, after the partial removal of the non-stick coating, the sensor wafer is treated with forming gas. According to a further embodiment of the method according to the invention, the sensor wafer is protected from contact with the atmosphere after removal of the non-stick coating. The eutectic bonding with the cap wafer then ensues without intermediate atmospheric contact.

7 stellt den Verfahrensschritt des Ausbildens einer Verbindung zwischen dem Sensorwafer 10 und dem Kappenwafer 20 dar. Der Verfahrensschritt des eutektischen Bondens erfolgt unter Einwirkung von Anpressdruck 23 und Temperatur. Dabei werden Sensorwafer 10 und Kappenwafer 20 miteinander in Kontakt gebracht. Temperatur und Anpressdruck werden derart gewählt, dass die Metallbeschichtung 21 des Kappenwafers 22 mit der Germaniumbeschichtung 15 des Sensorwafers 10 eine eutektische Verbindung ausbilden können. Eine geeignete Temperatur zur Ausbildung einer eutektischen Verbindung Al-Ge liegt im Bereich von 420°C bis 450°C. 7 illustrates the process step of forming a connection between the sensor wafer 10 and the cap wafer 20 The process step of eutectic bonding takes place under the action of contact pressure 23 and temperature. In the process, sensor wafers are used 10 and cap wafers 20 brought into contact with each other. Temperature and contact pressure are chosen such that the metal coating 21 of the cap wafer 22 with germanium coating 15 of the sensor wafer 10 can form a eutectic connection. A suitable temperature for forming a eutectic compound Al-Ge is in the range of 420 ° C to 450 ° C.

8 zeigt ein verkapptes mikroelektromechanisches Bauelement 30 in Schnittdarstellung. Das verkappte mikroelektromechanische Bauelement 30 weist einen Sensorwafer 10 und einen Kappenwafer 20 auf, die über eine eutektische Verbindung 25 der Metall- und Germaniumbeschichtung verbunden sind. Die Kavität 22 liegt über den beweglichen mikroelektromechanischen Strukturen 18 und schließt diese hermetisch ein. Nach dem Verkappen wird die Antihaftbeschichtung 24 von den Oberflächen der der Funktionsschicht 12 außerhalb der verkappten Strukturen entfernt, so dass diese Bereiche anschließend frei von Antihaftbeschichtung sind, wie in 8 gezeigt ist. 8th shows a capped microelectromechanical device 30 in section. The masked microelectromechanical device 30 has a sensor wafer 10 and a cap wafer 20 on that over a eutectic connection 25 the metal and germanium coating are connected. The cavity 22 lies above the movable microelectromechanical structures 18 and encloses them hermetically. After capping, the non-stick coating becomes 24 from the surfaces of the functional layer 12 removed outside of the capped structures, so that these areas are subsequently free of non-stick coating, as in 8th is shown.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bringt man zur Aufbringung einer Germaniumbeschichtung eine Siliziumoxidschicht auf das Silizium-Halbleitersubstrat auf und strukturiert dieses. 9 zeigt ein Silizium-Halbleitersubstrat 100, das eine Substratschicht 110 aufweist, eine Funktionsschicht 112, die üblicherweise aus Silizium ausgebildet ist, sowie eine Verbindungsschicht 113 mit einer Silizium-Oxidschicht 116 nach Lithographie und Ätzen. Hierbei bedeckt die Siliziumoxidschicht 116 die Bereiche des Silizium-Halbleitersubstrats 100, die die Kontaktfläche einer Verkappung ausbilden, dem sogenannten Bondrahmen, nicht, so dass dort eine blanke Si-Oberfläche verbleibt.In accordance with a further embodiment of the method according to the invention, a silicon oxide layer is applied to the silicon semiconductor substrate for patterning a germanium coating and structures it. 9 shows a silicon semiconductor substrate 100 which is a substrate layer 110 has, a functional layer 112 , which is usually formed of silicon, and a connecting layer 113 with a silicon oxide layer 116 after lithography and etching. This covers the silicon oxide layer 116 the regions of the silicon semiconductor substrate 100 , which form the contact surface of a capping, the so-called bond frame, not so that there remains a bare Si surface.

In einem nachfolgenden Schritt scheidet man auf diesen unbedeckten Bereichen des Silizium-Halbleitersubstrats 100 durch selektives Aufwachsen eine Germaniumbeschichtung 115 ab. 10 zeigt ein Silizium-Halbleitersubstrat 100 mit aufgebrachter Germaniumbeschichtung 115 in den Bereichen des Bondrahmens. Anschließend entfernt man die Silizium-Oxidschicht 116, so dass das in 11 gezeigte Silizium-Halbleitersubstrat 100 mit einer Germaniumbeschichtung 115 in den Bereichen, die die Kontaktfläche einer Verkappung, oder in anderen Worten den Bondrahmen, ausbilden resultiert.In a subsequent step, one separates on these uncovered areas of the silicon semiconductor substrate 100 by selectively growing a germanium coating 115 from. 10 shows a silicon semiconductor substrate 100 with applied germanium coating 115 in the areas of the bond frame. Subsequently, the silicon oxide layer is removed 116 so that's in 11 shown silicon semiconductor substrate 100 with a germanium coating 115 in the areas that form the contact surface of a capping, or in other words, the bond frame.

Claims

Method according to Claim 1 characterized in that the application of the capping comprises the steps of: providing a second silicon semiconductor substrate (20) provided with caverns (22), the second silicon semiconductor substrate comprising a metal coating (21), the metal being preferably selected from the Group comprising Al, Au, Cu, Si and / or mixtures thereof, which corresponds at least to the geometry of the later bonding surfaces, preferably substantially the geometry of the germanium or silicon germanium coating (15) of the first silicon semiconductor substrate (10); and - forming a connection between the first microelectromechanical structure silicon semiconductor substrate (10) and the metal coating (21) of the cavern (22) second silicon semiconductor substrate (20).

Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that one deposits the germanium or silicon germanium coating (15) on the first silicon semiconductor substrate (10) and then removes the germanium or silicon germanium coating (15) to the areas of the germanium or silicon germanium coating corresponding to the capping interface, preferably by methods selected from the group consisting of wet etching with hydrogen peroxide solution or a mixture of phosphoric acid and nitric acid, time-controlled plasma etching and / or etching with XF _n etching gases, where X is a halogen or noble gas and n is 1 , 2, 3, 4, 5 or 6.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, for applying a germanium coating, a silicon oxide layer (116) is applied to the silicon layer. The silicon oxide layer (116) does not cover the regions of the silicon semiconductor substrate which form the contact surface of a capping, and in a subsequent step a germanium coating (115 ) separates.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the removal of the non-stick coating (24) by means of an etching gas of the type XF _n , wherein X is a halogen or noble gas, preferably selected from the group comprising Cl, Br and / or Xe, and n is 1, 2, 3, 4, 5 or 6, preferably selected from the group comprising ClF ₃ , ClF ₅ , BrF ₃ and / or XeF ₂ .

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the germanium or silicon germanium coating (15) with the non-stick coating (24) is completely removed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the removal of the non-stick coating at pressures in the range of ≥ 0.01 Pa to ≤ 100 Pa, preferably at pressures in the range of ≥ 0.01 Pa to ≤ 10 Pa, more preferably at Press in the range of ≥ 0.05 Pa to ≤ 2 Pa.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that after removing the non-stick coating (24), the first silicon semiconductor substrate (10) treated with a mixture comprising nitrogen and hydrogen.

A capped microelectromechanical device (30) made according to the method of any one of the preceding Claims 1 to 5 ,