DE10244785A1

DE10244785A1 - Method and micromechanical component

Info

Publication number: DE10244785A1
Application number: DE10244785A
Authority: DE
Inventors: Stefan Finkbeiner; Heribert Weber; Frank Schaefer; Gerhard Lammel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-08
Also published as: WO2004028956A3; WO2004028956A2; US20060037932A1; JP2006500232A; EP1546027A2

Abstract

Es wird ein Herstellungsverfahren und ein mikromechanisches Bauelement vorgeschlagen, bei dem poröses Silizium (106) als Opferschicht dient und durch Wegätzen der Opferschicht eine Funktionsschicht (130) freigelegt wird.A production method and a micromechanical component are proposed in which porous silicon (106) serves as the sacrificial layer and a functional layer (130) is exposed by etching away the sacrificial layer.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einem mikromechanischen Bauelement nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche. Freistehende Mikrostrukturen in Oberflächenmikromechanik werden üblicherweise mit Hilfe der Opferschichttechnik hergestellt. Dazu wird auf einem Substrat, beispielsweise Silizium, eine Opferschicht erzeugt und eventuell strukturiert. Als Opferschicht kommt hierbei beispielsweise Siliziumdioxid in Frage. Auf diese Opferschicht wird eine Funktionsschicht aufgebracht und ebenfalls strukturiert. Als Funktionsschicht kommt beispielsweise polykristallines Silizium oder aber auch Siliziumnitrid in Frage. Durch das Auflösen der Opferschicht, beispielsweise durch Trockenätzen, durch Gasphasenätzen oder durch nasschemisches Ätzen wird die Funktionsschicht vom Substrat abgelöst, so dass sie frei steht. Sie ist an einer oder mehreren Stellen am Substrat aufgehängt und kann sich beispielsweise verbiegen oder schwingen. Anwendungen solcher freitragender Strukturen sind z.B. Mikrobalken, an deren Ende die Spitze eines Rastermikroskops (atomic force microscop AFM, Scanning tunneling microscope STM und dergleichen) befindet, um Oberflächen abzutasten. Andere Anwendungen für solche mikromechanische Strukturen sind Sensoren, die anhand der Absorption von Molekülen auf einem Mikrobalken über dessen Verbiegung chemische Stoffkonzentrationen bestimmen und die somit auch als „künstliche Nasen" bezeichnet werden können. Weitere Anwendungen sind Mikrobalken, die als Aktoren für optische Mikrospiegel dienen, wobei die Mikrospiegel beispielsweise als optische Schalter oder als Filter oder dergleichen dienen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind Mikrogreifer u.a.The invention is based on one Method and a micromechanical component according to the genus of the secondary claims. Freestanding microstructures in surface micromechanics are common made with the help of sacrificial layer technology. This is done on a Substrate, for example silicon, generates a sacrificial layer and possibly structured. Here comes as a sacrificial layer, for example Silicon dioxide in question. A functional layer is applied to this sacrificial layer and also structured. As a functional layer comes for example polycrystalline silicon or silicon nitride in question. By dissolving the sacrificial layer, for example by dry etching, by gas phase etching or by wet chemical etching the functional layer is detached from the substrate so that it is free. It is suspended at one or more points on the substrate and can bend or swing, for example. Applications of such cantilever structures are e.g. Microbeam, at the end of which Tip of a scanning microscope (atomic force microscop AFM, scanning tunneling microscope STM and the like) is located to scan surfaces. Other applications for Such micromechanical structures are sensors that are based on the Absorption of molecules on a microbeam over determine its bending chemical substance concentrations and the thus also as “artificial Noses " can. Other applications are microbeams that act as actuators for optical Micromirrors serve, the micromirrors, for example, as optical Switch or serve as a filter or the like. Other uses are micro grippers etc.

Weiterhin ist es bekannt, poröses Silizium zu erzeugen. Dabei wird das Halbleitersubstrat, welches insbesondere als Siliziumsubstrat vorgesehen ist, mittels einem elektrochemischen Nassätzverfahren in einer fluoridhaltigen Lösung mit einer großen Anzahl von Poren versehen, so dass in dem Bereich des Substrats, in dem sich die Poren befinden, poröses Silizium gebildet wird.Furthermore, it is known to be porous silicon to create. The semiconductor substrate, which in particular is provided as a silicon substrate by means of an electrochemical Wet etching process in a solution containing fluoride with a big one Number of pores so that in the region of the substrate, in which the pores are located, porous silicon is formed.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das mikromechanische Bauelement mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass ein Bereich von porösem Silizium bzw. ein Bereich von porösem Substratmaterial als Opferschicht verwendet wird. Hier ist es zum einen möglich, auf dem Siliziumsubstrat zunächst die Funktionsschicht aufzubringen und danach das Substrat durch elektrochemisches Nassätzen porös zu unterätzen, wobei als letzter Prozessschritt der poröse Substratbereich in verdünnter alkalischer Lösung aufgelöst und damit die Funktionsschicht von unten freigelegt wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere in den 3 und 4 dargestellt.In contrast, the method according to the invention and the micromechanical component with the features of the independent claims have the advantage that an area of porous silicon or an area of porous substrate material is used as the sacrificial layer. Here it is possible, on the one hand, to first apply the functional layer to the silicon substrate and then to undercut the substrate by electrochemical wet etching, the last process step being to dissolve the porous substrate area in dilute alkaline solution and thus expose the functional layer from below. This procedure is particularly in the 3 and 4 shown.

Erfindungsgemäß ist es jedoch insbesondere vorgesehen, durch elektrochemisches Nassätzen von Silizium in einer fluoridhaltigen Lösung den porösen Bereich auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats in einem ersten Schritt zu erzeugen und erst in einem zweiten Schritt die Funktionsschicht, beispielsweise aus Silizium, aufzubringen. Wahlweise können auf den porösen Bereich außer der Funktionsschicht noch weitere Schichten, wie beispielsweise Siliziumnitrid, Metall o.ä. auf das Substrat ausgebracht und strukturiert werden, um beispielsweise eine Vorspannung in der Funktionsschicht zu erzeugen, oder auch um Aktor- oder Sensorelemente in der Funktionsschicht zu integrieren bzw. diese zu kontaktieren. Weiterhin kann die poröse Schicht nach deren Erzeugung optional auch oxidiert werden. Die Funktionsschicht wird hierbei, wie in den 1 und 2 dargestellt, oberhalb des porösen Bereichs so strukturiert, dass sie die gewünschte Form bekommt, also beispielsweise einen Balken bildet, der nach seiner späteren Freilegung nur noch an definierten Stellen mit dem Substrat direkt oder indirekt verbunden ist. In einem dritten Schritt wird die Opferschicht aufgelöst bzw. umgelagert. Das Auflösen bzw. Wegätzen der porösen Schicht kann beispielsweise in verdünnter KOH-Lösung oder auch mittels TMAH-Lösung (Tetramethylammoniumhydroxid, (CH3)4NOH) weggeätzt werden. Alternativ hierzu kann insbesondere im Falle von oxidiertem porösem Silizium das Wegätzen des porösen Bereichs in Flusssäure (HF) bzw. BHF (buffered HF, gepufferte Flusssäure) oder durch Gasphasenätzen in fluoridhaltiger Umgebung entfernt werden.According to the invention, however, it is provided in particular in a first step to generate the porous area on the surface of the silicon substrate by electrochemical wet etching of silicon in a fluoride-containing solution and to apply the functional layer, for example made of silicon, only in a second step. Optionally, other layers such as silicon nitride, metal or the like can be applied to the porous area in addition to the functional layer. are applied to the substrate and structured, for example in order to generate a bias in the functional layer, or also to integrate actuator or sensor elements in the functional layer or to contact them. Furthermore, the porous layer can optionally also be oxidized after it has been produced. The functional layer is here, as in the 1 and 2 shown, structured above the porous area in such a way that it takes on the desired shape, that is, for example, it forms a bar which, after its later exposure, is only directly or indirectly connected to the substrate at defined points. In a third step, the sacrificial layer is dissolved or rearranged. The dissolving or etching away of the porous layer can be etched away, for example, in dilute KOH solution or also using TMAH solution (tetramethylammonium hydroxide, (CH3) 4NOH). As an alternative to this, in particular in the case of oxidized porous silicon, the etching away of the porous region in hydrofluoric acid (HF) or BHF (buffered HF, buffered hydrofluoric acid) or by gas phase etching in a fluoride-containing environment can be removed.

Der Vorteil der Verwendung von porösem Silizium als Opferschicht gegenüber der Verwendung von Siliziumdioxid als Opferschicht ist, dass mit porösem Silizium wesentlich tiefer geätzt werden kann als es aufgrund der herstellbaren Dicke von thermischem Siliziumoxid mit diesem Material möglich wäre. Weiterhin ist es möglich, insbesondere für den Fall, dass die Erzeugung des porösen Bereichs, d.h. der Opferschicht, zeitlich vor der Erzeugung der Funktionsschicht erfolgt, dass nach der Bildung der Funktionsschicht keine nasschemische Anwendung mehr erfolgen muss. Weiterhin wird für die in den 3 und 4 beschriebene Vorgehensweise, bei der zuerst die Funktionsschicht gebildet wird und anschließend der poröse Siliziumbereich gebildet wird, im Gegensatz zu dem in den 1 und 2 beschriebenen Ablauf eine weitere Trennschicht von der Funktionsschicht benötigt, wie beispielsweise Siliziumdioxid. Dem gegenüber kann die Selektivität beim elektrochemischen Porösizieren von Silizium auch durch eine lokale Dotierung, wie sie in einem integrierten Halbleiterprozess ohnehin üblich ist, bewerkstelligt werden. Hierdurch ist es möglich, den erfindungsgemäßen Prozess, insbesondere bei einer Fertigung der Funktionsschicht nach einer Fertigung des porösen Bereichs, einfacher in den Herstellungsablauf integrierten elektronischen Schaltungen mit einem mikromechanischen Bauelement eingebettet werden, ohne dass spezielle Wafer, wie beispielsweise SOI-Wafer (silicon on insulator), benötigt werden.The advantage of using porous silicon as the sacrificial layer compared to using silicon dioxide as the sacrificial layer is that it is possible to etch much more deeply with porous silicon than would be possible with this material due to the thickness of thermal silicon oxide that can be produced. Furthermore, it is possible, in particular in the event that the porous region, ie the sacrificial layer, is generated before the generation of the functional layer, that there is no longer any need for wet chemical application after the formation of the functional layer. Furthermore, for those in the 3 and 4 Procedure described in which the functional layer is first formed and then the porous silicon region is formed, in contrast to that in FIGS 1 and 2 described sequence requires a further separation layer from the functional layer, such as silicon dioxide. In contrast, the selectivity in the electrochemical porosification of silicon can also be achieved by local doping, as is customary in an integrated semiconductor process. This makes it possible to invent the Process according to the invention, in particular in the case of production of the functional layer after production of the porous region, is easier to embed electronic circuits integrated in the production process with a micromechanical component without the need for special wafers, such as SOI wafers (silicon on insulator).

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Verfahren bzw. dem mikromechanischen Bauelement möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements in the secondary claims specified method or the micromechanical component possible.

Besonders vorteilhaft ist, dass zuerst der poröse Bereich und anschließend die Funktionsschicht erzeugt wird, weil dies die Handhabung des Fertigungsprozesses stark vereinfacht und weiterhin nach der Erzeugung der Funktionsschicht keinen nasschemischen Schritt mehr erforderlich macht, sowie weiterhin auch vorteilhafte strukturelle Wirkungen hat. Insbesondere ergeben sich bei einer Erzeugung des porösen Bereichs nach der Erzeugung der Funktionsschicht das Problem, dass bei der Erzeugung des porösen Bereichs, welcher ein isotroper Prozessschritt ist, „Nasen" bilden, welche insbesondere an der Kante von freistehenden Strukturen deren Aufhängung schlecht definieren. Weiterhin ist von Vorteil, dass ein dotierter erster Bereich in dem Substrat erzeugt wird, in dem sich keine Poren bilden und dass anschließend der poröse Bereich erzeugt wird. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, eine Strukturierung des porösen Bereichs zu erhalten. Weiterhin ist es von Vorteil, dass der poröse Bereich unterhalb der Funktionsschicht trockenchemisch weggeätzt werden kann. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren des mikromechanischen Bauelements. Weiterhin ist es von Vorteil, dass der poröse Bereich einen ersten porösen Teilbereich und einen zweiten porösen Teilbereich umfasst, wobei der zweite poröse Teilbereich eine höhere Porösität aufweist und durch eine thermische Behandlung ein Hohlraum im Bereich des zweiten porösen Teilbereichs gebildet wird und eine Deckschicht im Bereich des ersten porösen Teilbereichs verbleibt. Dadurch ist es möglich, die Freilegung der Funktionsschicht anschließend durch ein Trench-Ätzverfahren zu ermöglichen.It is particularly advantageous that first the porous Area and then the functional layer is generated because this is the handling of the Manufacturing process greatly simplified and still after generation the functional layer no longer requires a wet chemical step makes, as well as also advantageous structural effects Has. In particular, when the porous region is produced after the generation of the functional layer, the problem that with the Generation of the porous Area, which is an isotropic process step, form "noses", which in particular at the edge of free-standing structures their suspension is poor define. It is also advantageous that a doped first Area is created in the substrate in which no pores are formed and that afterwards the porous Area is created. This makes structuring possible in a simple manner of the porous Range. It is also advantageous that the porous area below the functional layer can be dry-etched away. This simplifies it the manufacturing process of the micromechanical component. Farther it is beneficial that the porous area a first porous Partial area and a second porous partial area, wherein the second porous Partial area a higher Porosity and by a thermal treatment a cavity in the area of the second porous Partial area is formed and a cover layer in the area of the first porous Partial area remains. This makes it possible to expose the functional layer then through a trench etching process to enable.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawing and in the description below explained in more detail.

Es zeigenShow it

1 ein erstes erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren, 1 a first manufacturing method according to the invention,

2 ein zweites erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren, 2 a second manufacturing method according to the invention,

3 ein drittes erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren, 3 a third manufacturing method according to the invention,

4 ein mikromechanisches Bauelement gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren. 4 a micromechanical component according to the third manufacturing method according to the invention.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments

In 1 ist das erste erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, beispielhaft für die Herstellung eines Mikrobalkens für ein Rasterkraftmikroskop (AFM) dargestellt. Das Rasterkraftmikroskop umfasst eine Spitze, welche in 1c und 1d mit dem Bezugszeichen 132 versehen ist, welche mit einem frei stehenden Mikrobalken verbunden ist, welcher in bestimmten Grenzen beweglich ist und bewegt werden kann. Es ist jedoch erfindungsgemäß selbstverständlich genauso möglich, andere mikromechanische Strukturen mittels den erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen. Beispiele hierfür sind mikromechanische Sensoren, wie beispielsweise Drehratensensoren oder auch lineare Beschleunigungssensoren, welche in der Funktionsschicht an Federelementen befestigte Massen aufweisen, deren Auslenkungen in Abhängigkeit von äußeren Beschleunigungen oder Drehraten geändert wird.In 1 is the first manufacturing method according to the invention, exemplified for the production of a microbar for an atomic force microscope (AFM). The atomic force microscope includes a tip, which in 1c and 1d with the reference symbol 132 is provided, which is connected to a free-standing microbeam which is movable and can be moved within certain limits. However, it is of course equally possible according to the invention to produce other micromechanical structures using the method according to the invention. Examples of this are micromechanical sensors, such as rotation rate sensors or also linear acceleration sensors, which have masses attached to spring elements in the functional layer, the deflections of which are changed as a function of external accelerations or rotation rates.

In 1 ist jeweils in den 1a bis 1d verschiedene Prozessstadien des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements dargestellt und zwar auf der linken Seite eine Schnittdarstellung durch ein, gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren prozessiertes Substrat und auf der rechten Seite eine Draufsicht auf ein solchermaßen prozessiertes Substrat. In 1a ist ein Halbleitersubstrat 100 dargestellt, welches dotierte erste Bereiche 102 aufweist und in Teilbereichen seiner Oberfläche mittels einer Maskierungsschicht 110 bedeckt ist. Bei dem Substrat 100 handelt es sich erfindungsgemäß insbesondere um ein positiv dotiertes Siliziumsubstrat 100, in welches als dotierte erste Bereiche 102 lokale negative Dotierungen eingebracht sind. Alternativ oder zusätzlich ist das Substrat 100 mittels der beispielsweise als Nitridmaske (Si₃N₄) vorgesehenen Abdeckschicht 110 bedeckt. Durch die Abdeckung des Substrats 100 werden diejenigen Stellen definiert, welche porösiziert werden sollen. In 1b ist das erfindungsgemäße Halbleitersubstrat 100 nach der Erzeugung eines porösen Bereichs 106 dargestellt. Dieser wird dadurch erzeugt, dass in einer fluoridhaltigen Lösung elektrochemisch poröses Silizium als Opferschicht im Bereich 106 hergestellt wird. Typische Schichtdicken dieser porösen Schicht bzw. dieses porösen Bereichs 106 liegen zwischen 1 μm und 100 μm. Die poröse Schicht 106 bzw. der poröse Bereich 106 kann optional weiterhin auch oxidiert werden. Die Nitridmaske 110 kann im selben Ätzbad abgelöst werden.In 1 is in each of the 1a to 1d Various process stages of the micromechanical component according to the invention are shown, namely on the left side a sectional view through a substrate processed according to the first method according to the invention and on the right side a top view of a substrate processed in this way. In 1a is a semiconductor substrate 100 shown which doped first areas 102 has and in parts of its surface by means of a masking layer 110 is covered. With the substrate 100 According to the invention, it is in particular a positively doped silicon substrate 100 , in which as endowed first areas 102 local negative dopings are introduced. The substrate is alternative or in addition 100 by means of the cover layer provided, for example, as a nitride mask (Si ₃ N ₄ ) 110 covered. By covering the substrate 100 those places are defined which are to be porousized. In 1b is the semiconductor substrate according to the invention 100 after creating a porous area 106 shown. This is generated by using electrochemically porous silicon as a sacrificial layer in the area in a fluoride-containing solution 106 will be produced. Typical layer thicknesses of this porous layer or this porous region 106 are between 1 μm and 100 μm. The porous layer 106 or the porous area 106 can optionally also be oxidized. The nitride mask 110 can be removed in the same etching bath.

In 1c ist das erfindungsgemäße Halbleitersubstrat 100 dargestellt, auf welchem bereits das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement erkennbar ist. Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement ist dadurch ausgezeichnet, dass es eine Funktionsschicht aufweist, welche freistehende Bereiche aufweist, die sich beispielsweise bewegen können oder auch auf bestimmte Temperaturen geheizt werden können. Hierzu ist es notwendig, dass das mikromechanische Bauelement in seiner Funktionsschicht, welche in der 1 mit dem Bezugszeichen 130 bezeichnet ist, zumindest teilweise freistehend vorgesehen ist. Im beschriebenen Beispiel ist als mikromechanisches Bauelement die Spitze eines Rasterkraftmikroskops beschrieben. Hierzu weist die Funktionsschicht 130, welche beispielsweise aus epitaktischem oder polykristallinem Silizium besteht, einen vorderen freistehenden Bereich auf, auf welcher sich die Spitze 132 des Rasterkraftmikroskops befindet. Diese Funktionsschicht 130 wird derart hergestellt, dass auf dem Siliziumsubstrat 100 und insbesondere auf dem porösizierten Bereich 106 die Funktionsschicht 130, insbesondere ein kristallines oder polykristallines Silizium, abgeschieden wird. Mit weiteren, aus der Halbleitertechnik bekannten Verfahren, können weitere Schichten, die mit der Funktionsschicht 130 zusammen wirken, gebildet werden. Beispielhaft ist in 1 eine Siliziumnitridschicht als strukturierter Bereich mit dem Bezugszeichen 140 versehen. Weiterhin ist eine Aluminiumschicht als weiterer strukturierter Bereich, welcher mit der Funktionsschicht 130 zusammen wirkt, in strukturierter Weise auf das Bauelement aufgebracht und mit dem Bezugszeichen 142 bezeichnet. Die Aluminiumschicht 142 dient beispielsweise der Signalzuführung bzw. -ableitung auf die Siliziumnitridschicht 140, welche beispielsweise zur Heizung der Funktionsschicht 130 dient. Die mit der Funktionsschicht 130 zusammen wirkenden Schichten 140, 142 sind erfindungsgemäß insbesondere als Sensorelemente oder Aktorelemente vorgesehen, die beispielsweise den Mikrobalken, insbesondere mit einer Vorspannung, herausbiegen können. Sowohl die Funktionsschicht 130 als auch die mit dieser zusammen wirkenden Schichten 140, 142 werden in der Regel erfindungsgemäß ebenfalls strukturiert, um ihnen die gewünschte Form zu geben.In 1c is the semiconductor substrate according to the invention 100 shown, on which the micromechanical component according to the invention is already recognizable. The micromechanical component according to the invention is distinguished by the fact that it has a functional layer which has free-standing regions which, for example, move can or can be heated to certain temperatures. For this it is necessary that the micromechanical component in its functional layer, which is in the 1 with the reference symbol 130 is designated, is provided at least partially free-standing. In the example described, the tip of an atomic force microscope is described as a micromechanical component. The functional layer points to this 130 , which consists for example of epitaxial or polycrystalline silicon, on a front free-standing area on which the tip 132 of the atomic force microscope. This functional layer 130 is manufactured in such a way that on the silicon substrate 100 and especially on the porous area 106 the functional layer 130 , in particular a crystalline or polycrystalline silicon, is deposited. With other methods known from semiconductor technology, further layers can be used that are associated with the functional layer 130 work together, be formed. An example is in 1 a silicon nitride layer as a structured area with the reference symbol 140 Mistake. Furthermore, an aluminum layer as a further structured area, which is with the functional layer 130 works together, applied to the component in a structured manner and with the reference symbol 142 designated. The aluminum layer 142 serves, for example, to supply or derive signals from the silicon nitride layer 140 which, for example, for heating the functional layer 130 serves. The one with the functional layer 130 interacting layers 140 . 142 are provided according to the invention in particular as sensor elements or actuator elements which, for example, can bend the microbar, in particular with a pretension. Both the functional layer 130 as well as the layers interacting with it 140 . 142 are usually also structured according to the invention in order to give them the desired shape.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird die poröse Schicht 106 bzw. der poröse Bereich 106 herausgelöst und damit die Funktionsschicht 130 zumindest teilweise freigelegt. Das Resultat dieses Vorgangs ist in 1 d dargestellt. Hierbei wird der poröse Bereich 106 im Wesentlichen vollständig entfernt, weshalb der poröse Bereich 106 auch als Opferschicht bezeichnet wird. Dieser herausgelöste Bereich ist in 1 d mit dem Bezugszeichen 108 bezeichnet. Durch das Herauslösen der Opferschicht 106 wird die Funktionsschicht 130 freigelegt. Dies kann im Falle von porösem Silizium mit verdünnter alkalischer Lösung, beispielsweise mittels KOH oder TMAH geschehen. Im Falle von oxidiertem porösem Silizium eignet sich eine fluoridhaltige Lösung, wie beispielsweise HF oder BHF. In beiden Fällen sind auch Trockenätzverfahren, wie beispielsweise reaktives Ionenätzen, mit SF₆ (Schwefelhexafluorid) anwendbar. Durch das Auflösen der porösen Schicht 106, welches wegen der geringen Wandstärke der Poren um mehrere Größenordnungen schneller geschieht als die Ätzung einer gleich dicken, massiven Schicht aus Silizium, wird die Funktionsschicht 130 von unten teilweise vom Substrat 100 freigelegt bzw. abgelöst, so dass sie frei steht. Durch eine geeignete Vorspannung kann sie sich aus der Substratebene herausbiegen, um beispielsweise als Federbalken für eine Rasterkraftmikroskopspitze zu dienen. Dies ist in 1 d mittels einem mit dem Bezugszeichen 129 bezeichneten Pfeil dargestellt.In a further process step, the porous layer 106 or the porous area 106 detached and thus the functional layer 130 at least partially exposed. The result of this process is in 1 d shown. This is the porous area 106 essentially completely removed, which is why the porous area 106 is also referred to as the sacrificial layer. This removed area is in 1 d with the reference symbol 108 designated. By removing the sacrificial layer 106 becomes the functional layer 130 exposed. In the case of porous silicon, this can be done with dilute alkaline solution, for example using KOH or TMAH. In the case of oxidized porous silicon, a fluoride-containing solution, such as HF or BHF, is suitable. In both cases, dry etching methods, such as reactive ion etching, can also be used with SF ₆ (sulfur hexafluoride). By dissolving the porous layer 106 Due to the small wall thickness of the pores, which is several orders of magnitude faster than the etching of an equally thick, solid layer of silicon, the functional layer becomes 130 partly from the bottom of the substrate 100 exposed or detached so that it is free. By means of a suitable prestress, it can bend out of the substrate plane, for example to serve as a spring bar for an atomic force microscope tip. This is in 1 d by means of one with the reference symbol 129 shown arrow.

In 2 ist ein alternatives zweites erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren dargestellt. Wiederum ist das Substrat 100 und die ersten dotierten Bereiche 102 vorgesehen, welche der Begrenzung des später zu erzeugenden porösen Bereichs dienen. Das Substrat 100 ist erfindungsgemäß auch beim zweiten Verfahren, insbesondere als positiv dotiertes Siliziumsubstrat vorgesehen. Die ersten dotierten Bereiche 102 sind ebenfalls wiederum als Bereiche einer lokalen negativen Dotierung vorgesehen. Alternativ zu den dotierten ersten Bereichen 102 zur Begrenzung des porösen Bereichs ist es auch möglich, lediglich eine, auch in 2 mit dem Bezugszeichen 110 versehene Nitridmaske als Abdeckschicht 110 vorzusehen. Insgesamt wird durch den dotierten ersten Bereich 102 und/oder durch die Abdeckung 110 der Bereich definiert, welcher porösiziert werden soll. Dieser zu porösizierende Bereich wird beim zweiten Herstellungsverfahren an seiner Oberfläche einige μm tief mit einer starken positiven Dotierung versehen. Hierbei entsteht der in 2a mit dem Bezugszeichen 103 versehene Bereich des Substrats 100, welcher wie gesagt lediglich einige μm tief in das Substrat 100 hinein reicht. Die starke positive Dotierung des Bereichs 103 beträgt beispielsweise 10¹⁹ cm^–3. In 2b ist das erfindungsgemäße Substrat 100 nach dem Verfahrensschritt der Erzeugung des porösen Bereichs dargestellt. Der poröse Bereich ist beim zweiten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils nicht – wie in 1 dargestellt – mittels eines einzigen gleichförmigen Bereichs 106 vorgesehen, sondern der poröse Bereich ist beim zweiten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren aufgeteilt in einen ersten porösen Teilbereich 103 und einen zweiten porösen Teilbereich 104. Zusammen werden die beiden Teilbereiche 103, 104 im folgenden auch als poröser Bereich 106 bezeichnet. Der erste poröse Teilbereich 103 entspricht dem Bereich der oberflächlichen, stark positiven Dotierung des Siliziumsubstrats 100, welcher in 2a ebenfalls mit dem Bezugszeichen 103 dargestellt ist. Beim Verfahrensschritt zur Erzeugung des Halbleitersubstrats gemäß der 2b wird in einer fluoridhaltigen Lösung elektrochemisch poröses Silizium als Opferschicht hergestellt, wobei typische Schichtdicken des gesamten porösen Bereichs 106 zusammen wiederum zwischen 1 μm und mehreren 100 μm liegen. Aufgrund der Ätzeigenschaften von porösem Silizium hat die höher positiv dotierte Schicht 103, das heißt der erste poröse Teilbereich 103, eine niedrigere Porösität als der zweite poröse Teilbereich 104, welcher sich in dem Bereich des Substrats 100 befindet, welcher weniger stark positiv dotiert ist. Ein ähnlicher bzw. auch verstärkender Effekt kann neben der unterschiedlichen Dotierung der Substratbereiche 103, 104 auch durch eine Änderung der Stromstärke bzw. Stromdichte während des Porösizierens hervorgerufen werden. Im zweiten porösen Teilbereich 104 weist das poröse Silizium eine höhere Porösität auf, als im ersten Teilbereich 103. Anstatt der Erzeugung lediglich einer hochporösen Schicht im zweiten porösen Teilbereich 104 des porösen Gesamtbereichs 106 ist es erfindungsgemäß auch möglich, bei noch höheren Stromstärken das Siliziummaterial im zweiten porösen Teilbereich 104 zu elektropolieren, um dadurch einen Hohlraum unter der porösen Schicht 103 im ersten porösen Teilbereich 103 zu erzeugen. Dies ist jedoch lediglich optional Teil des zweiten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Die porösen Schichten 103, 104 können erfindungsgemäß auch optional oxidiert werden. Die Nitridmaske 110 als Abdeckschicht 110 kann bei dem Verfahren der Herstellung der porösen Schichten 103, 104 ebenfalls abgelöst werden. Erfindungsgemäß ist es beim zweiten Herstellungsverfahren anschließend an die Porosizierung vorgesehen, die porösen Teilschichten der porösen Schicht bei hoher Temperatur von ca. 900°C bis 1100°C in Wasserstoffatmosphäre bei Atmosphärendruck umzulagern. Dadurch wird die hochporöse Schicht im zweiten porösen Teilbereich 104 abgebaut, sofern sie – falls ein Elektropolierschritt nicht angewendet wurde – noch existiert. Der Bereich der zweiten porösen Teilschicht 104 wandelt sich bei dieser Umlagerung in einen Hohlraum bzw. in eine Kaverne um und ist in der 2c mit dem Bezugszeichen 107 versehen. Die obere, weniger poröse bzw. niedrig porösere Schicht 104, die auch als erster poröser Teilbereich 103 bezeichnet wird, wandelt sich bei dieser Umlagerung in eine Deckschicht 105 um. Die Poren der Deckschicht 105 sind hierbei erfindungsgemäß insbesondere weitgehend geschlossen.In 2 An alternative second manufacturing method according to the invention is shown. Again is the substrate 100 and the first doped areas 102 provided which serve to limit the porous area to be created later. The substrate 100 is also provided according to the invention in the second method, in particular as a positively doped silicon substrate. The first endowed areas 102 are in turn also provided as areas of local negative doping. As an alternative to the endowed first areas 102 to limit the porous area, it is also possible to use only one, also in 2 with the reference symbol 110 provided nitride mask as cover layer 110 provided. Overall, the first area is endowed 102 and / or through the cover 110 the area defines which should be porousized. This area to be porosified is provided with a strong positive doping on its surface a few μm deep in the second manufacturing process. This creates the in 2a with the reference symbol 103 provided area of the substrate 100 which, as I said, only a few μm deep into the substrate 100 extends into it. The strong positive endowment of the area 103 is, for example, 10 ¹⁹ cm ^-3 . In 2 B is the substrate according to the invention 100 after the step of producing the porous region. In the second manufacturing method according to the invention of the micromechanical component according to the invention, the porous area is not - as in FIG 1 shown - by means of a single uniform region 106 provided, but the porous area is divided into a first porous portion in the second manufacturing method according to the invention 103 and a second porous section 104 , Together the two sections 103 . 104 hereinafter also referred to as a porous area 106 designated. The first porous section 103 corresponds to the area of the superficial, highly positive doping of the silicon substrate 100 which in 2a also with the reference symbol 103 is shown. In the method step for producing the semiconductor substrate according to the 2 B electrochemically porous silicon is produced as a sacrificial layer in a fluoride-containing solution, with typical layer thicknesses of the entire porous region 106 together again lie between 1 μm and several 100 μm. Due to the etching properties of porous silicon, the layer has a higher positive doping 103 , this means the first porous section 103 , a lower porosity than the second porous section 104 which is in the area of the substrate 100 is located, which is less strongly positively endowed. A similar or reinforcing effect can occur in addition to the different doping of the substrate areas 103 . 104 can also be caused by a change in the current strength or current density during porosification. In the second porous section 104 the porous silicon has a higher porosity than in the first section 103 , Instead of producing only a highly porous layer in the second porous sub-area 104 of the total porous area 106 it is also possible according to the invention to use the silicon material in the second porous sub-region at even higher current intensities 104 to electropolish to thereby create a cavity under the porous layer 103 in the first porous section 103 to create. However, this is only optionally part of the second manufacturing method according to the invention. The porous layers 103 . 104 can also be optionally oxidized according to the invention. The nitride mask 110 as a cover layer 110 can in the process of making the porous layers 103 . 104 can also be replaced. According to the invention, after the porosification in the second production process, it is provided that the porous partial layers of the porous layer are rearranged at a high temperature of approximately 900 ° C. to 1100 ° C. in a hydrogen atmosphere at atmospheric pressure. This makes the highly porous layer in the second porous section 104 degraded if it still exists - if an electropolishing step has not been used. The area of the second porous sublayer 104 converts into a cavity or a cavern during this rearrangement and is in the 2c with the reference symbol 107 Mistake. The upper, less porous or less porous layer 104 which is also the first porous section 103 is transformed into a cover layer during this rearrangement 105 around. The pores of the top layer 105 are particularly largely closed according to the invention.

Im Anschluss an die Umlagerung zur Herstellung des Hohlraums 107 wird die erfindungsgemäße Funktionsschicht 130 mit ihren Hilfsschichten bzw. den mit der Funktionsschicht zusammenwirkenden Schichten 140, 142 in ähnlicher Weise, wie bei 1 beschrieben, aufgebracht und strukturiert. Die Funktionsschicht 130 ist wiederum entweder als epitaktische Schicht oder als polykristalline Schicht, insbesondere aus Silizium, vorgesehen. Die Funktionsschicht 130 bzw. die mit dieser zusammen wirkenden Schichten 140; 142 werden, ähnlich wie bei 1 beschrieben, strukturiert, um ihnen die gewünschte Form zu geben. Dies kann bevorzugt durch ein Trockenätzverfahren, wie beispielsweise reaktives Ionenätzen mit SF₆ geschehen. Durch Ätzen, insbesondere durch Trench-Ätzen, der Funktionsschicht und der Deckschicht 105, wird die Funktionsschicht 130 vom Substrat 100 abgelöst und damit freigelegt, so dass sie frei steht. Durch geeignete Vorspannung der Funktionsschicht 130 kann diese sich aus der Substratebene herausbiegen, um beispielsweise als Federbalken für ein Rasterkraftmikroskop zu dienen.Following the rearrangement to create the cavity 107 becomes the functional layer according to the invention 130 with their auxiliary layers or the layers interacting with the functional layer 140 . 142 in a similar way to 1 described, applied and structured. The functional layer 130 is in turn provided either as an epitaxial layer or as a polycrystalline layer, in particular made of silicon. The functional layer 130 or the layers interacting with it 140 ; 142 be similar to 1 described, structured to give them the desired shape. This can preferably be done using a dry etching method, such as reactive ion etching with SF ₆ . By etching, in particular by trench etching, the functional layer and the cover layer 105 , becomes the functional layer 130 from the substrate 100 detached and thus exposed so that it is free. By suitable preloading of the functional layer 130 it can bend out of the substrate plane, for example to serve as a cantilever for an atomic force microscope.

In 3 ist ein drittes erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren dargestellt. Im Gegensatz zu den beiden ersten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist es beim dritten Herstellungsverfahren vorgesehen, zunächst die Funktionsschicht 130 zu erzeugen und anschließend den Bereich des porösen Siliziums zu erzeugen. Dies hat den Nachteil, dass nach der Erzeugung der Funktionsschicht 130 ein nasschemischer Prozessschritt zur Erzeugung des porösen Siliziums durchzuführen ist. In 3a ist ein Substrat 100 mittels einer oberflächlichen Schicht 101 aus thermischem Silizium dargestellt. Bei dem Substrat 100 handelt es sich erfindungsgemäß insbesondere um ein Siliziumsubstrat. Oberhalb der thermischen Siliziumoxidschicht ist erfindungsgemäß die Funktionsschicht 130 vorgesehen, welche anschließend strukturiert wird, was in der 4b dargestellt ist. Anschließend an die Erzeugung der Funktionsschicht 130 wird im dritten Herstellungsverfahren in 3 der poröse Siliziumbereich hergestellt, welcher mit dem Bezugszeichen 106 versehen ist. Hierbei entstehen unterhalb insbesondere der freistehenden und in der 3 mit dem Bezugszeichen 131 versehenen Anteile der Funktionsschicht 130 sogenannte Nasen aus Substratmaterial, welches nicht zum porösen Bereich 106 gehört. Eine solche Nase ist in 3c mit dem Bezugszeichen 99 versehen. In einem nachfolgenden Schritt, dessen Resultat in 3d dargestellt ist, wird der Bereich des porösen Siliziums 106 aus der 3c mittels eines nasschemischen Prozesses entfernt und es entsteht der freigelegte Bereich, welcher auch in 3 mit dem Bezugszeichen 108 bezeichnet ist. Dieser Bereich weist unterätzte Bereiche unterhalb der Funktionsschicht 130 auf, welche in 3d mit dem Bezugszeichen 135 versehen sind.In 3 A third manufacturing method according to the invention is shown. In contrast to the first two manufacturing methods according to the invention, the third manufacturing method initially provides the functional layer 130 to generate and then create the area of the porous silicon. This has the disadvantage that after the creation of the functional layer 130 a wet chemical process step to produce the porous silicon is to be carried out. In 3a is a substrate 100 by means of a superficial layer 101 made of thermal silicon. With the substrate 100 According to the invention, it is in particular a silicon substrate. According to the invention, the functional layer is above the thermal silicon oxide layer 130 provided, which is then structured what is in the 4b is shown. Subsequent to the creation of the functional layer 130 is in the third manufacturing process in 3 the porous silicon region is produced, which with the reference symbol 106 is provided. This creates below in particular the freestanding and in the 3 with the reference symbol 131 provided portions of the functional layer 130 so-called noses made of substrate material, which does not face the porous area 106 heard. Such a nose is in 3c with the reference symbol 99 Mistake. In a subsequent step, the result of which is in 3d is shown, the area of the porous silicon 106 from the 3c removed by means of a wet chemical process and the exposed area is created, which is also in 3 with the reference symbol 108 is designated. This area has undercut areas below the functional layer 130 on which in 3d with the reference symbol 135 are provided.

In 4 ist das Resultat der Herstellung eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelements gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, wie in 3 dargestellt, abgebildet. Auf dem Substrat 100 ist die Funktionsschicht 130 vorgesehen, sowie der herausgeätzte Bereich 108, in dem sich vorher die poröse Siliziumschicht 106 befand, welche zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauelementes als Opferschicht diente. Die Funktionsschicht 130 weist in 4 einen freistehenden Mikrobalken auf, welcher im freistehenden Bereich mit dem Bezugszeichen 131 bezeichnet ist. Durch das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement ist eine Schnittlinie AA dargestellt, entlang welcher die in 3 dargestellten Querschnitte vorgesehen sind. Erkennbar ist in 4 der unterätzte Bereich 135, der Ausnehmung 108. Dadurch, dass die Erzeugung des porösen Siliziumbereichs 106 weitgehend ein isotroper Prozess ist, bilden sich unterhalb der freistehenden Struktur sogenannte Nasen, die in 4 mit dem Bezugszeichen 136 versehen sind. Dies ist erfindungsgemäß deshalb der Fall, weil die Erzeugung des porösen Bereichs 106 nach der Erzeugung der Funktionsschicht 130 erfolgt. Im Bereich der Nasen 136 ist die freistehende Struktur weniger gut definiert als wenn der Übergang zwischen dem mit dem Substrat 100 verbundenen Bereich der Funktionsschicht 130 zu dem freistehenden Bereich 131 der Funktionsschicht 130 gerade und definiert wäre.In 4 is the result of the production of a micromechanical component according to the invention according to the third production method according to the invention, as in 3 shown, pictured. On the substrate 100 is the functional layer 130 provided, as well as the etched out area 108 , in which previously the porous silicon layer 106 found, which served as a sacrificial layer for the production of the component according to the invention. The functional layer 130 points in 4 a free-standing microbeam, which in the free-standing area with the reference symbol 131 is designated. A cut line AA is shown by the micromechanical component according to the invention, along which the line in FIG 3 cross sections shown are provided. Is recognizable in 4 the underetched area 135 , the recess 108 , In that the generation of the porous silicon area 106 is an isotropic process to a large extent below the free-standing structure so-called noses, which in 4 with the reference symbol 136 are provided. This is the case according to the invention because the creation of the porous area 106 after the creation of the functional layer 130 he follows. In the area of the noses 136 the free-standing structure is less well defined than if the transition between that with the substrate 100 connected area of the functional layer 130 to the freestanding area 131 the functional layer 130 would be straight and defined.

Claims

Method for producing a micromechanical component by means of a sacrificial layer, characterized in that in a silicon substrate ( 100 ) a structured porous area ( 106 ) and above the porous area ( 106 ) a functional layer ( 130 ) is generated and in which the functional layer ( 130 ) is exposed, the porous area ( 106 ) serves at least partially as a sacrificial layer.

A method according to claim 1, characterized in that first the porous region ( 106 ) and then the functional layer ( 130 ) is produced.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the porous region ( 106 ) is provided in a structured manner in that a doped first region ( 102 ) in the substrate ( 100 ) in which no pores form, and that the porous area ( 106 ) is produced.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional layer ( 130 ) is structured and that further, with the functional layer ( 130 ) interacting layers ( 140 . 142 ), which are particularly structured, above the porous area ( 106 ) be generated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the porous region ( 106 ) below the functional layer ( 130 ) is etched away dry-chemically.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the porous region ( 106 ) a first porous section ( 103 ) and a second porous section ( 104 ), the second porous sub-region ( 104 ) has a higher porosity and a cavity through thermal treatment ( 107 ) in the area of the second porous section ( 104 ) is formed and a cover layer ( 105 ) in the area of the first porous section ( 103 ) remains.

A method according to claim 6, characterized in that to expose the functional layer ( 130 ) at least the top layer ( 105 ) is at least partially etched.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that first the functional layer ( 130 ) and then the porous area ( 106 ) below the functional layer ( 130 ) is produced.

Micromechanical component, manufactured according to a Method according to one of the claims 1 to 8.