DE102024205667A1 - Method for manufacturing a MEMS component and MEMS component - Google Patents

Method for manufacturing a MEMS component and MEMS component

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DE102024205667A1
DE102024205667A1 DE102024205667.7A DE102024205667A DE102024205667A1 DE 102024205667 A1 DE102024205667 A1 DE 102024205667A1 DE 102024205667 A DE102024205667 A DE 102024205667A DE 102024205667 A1 DE102024205667 A1 DE 102024205667A1
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Dennis Becker
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements, umfassend die folgenden Schritte: Erzeugen einer Grabenstruktur aus mehreren jeweils einen Boden und Seitenwände aufweisende Gräben in einem Substrat von einer Vorderseite des Substrats her, Ausbilden einer Opferschicht aus Polysilizium direkt auf der Vorderseite des Substrats derart, dass die jeweiligen Böden und die jeweiligen Seitenwände der Gräben und Bereiche der Vorderseite zwischen den Gräben und neben der Grabenstruktur durch die ausgebildete Opferschicht vollständig direkt bedeckt sind, Ausbilden einer Ätzstoppschicht direkt auf der ausgebildeten Opferschicht, Ausbilden einer Funktionsschichtanordnung aus einer oder aus mehreren Funktionsschichten direkt auf der ausgebildeten Ätzstoppschicht, Entfernen durch Ätzen von Substratmaterial und von zumindest Teilen der Opferschicht von einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Substrats her derart, dass durch das Entfernen eine der Grabenstruktur entsprechende und mit der Vorderseite des Substrats mittels der Opferschicht verbundene freitragende Funktionsstruktur aus der Ätzstoppschicht und der Funktionsschichtanordnung gebildet wird.
Die Erfindung betrifft weiter ein MEMS-Bauelement. The invention relates to a method for manufacturing a MEMS device, comprising the following steps: creating a trench structure from a front side of the substrate, consisting of several trenches, each having a bottom and side walls; forming a sacrificial layer of polysilicon directly on the front side of the substrate such that the respective bottoms and side walls of the trenches and areas of the front side between the trenches and adjacent to the trench structure are completely covered by the sacrificial layer; forming an etch stop layer directly on the sacrificial layer; forming a functional layer arrangement consisting of one or more functional layers directly on the sacrificial layer; removing substrate material and at least parts of the sacrificial layer by etching from a rear side of the substrate opposite the front side such that the removal process creates a self-supporting functional structure corresponding to the trench structure and connected to the front side of the substrate by means of the sacrificial layer, consisting of the etch stop layer and the functional layer arrangement.
The invention further relates to a MEMS component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und ein MEMS-Bauelement.The invention relates to a method for manufacturing a MEMS component and a MEMS component.

Stand der TechnikState of the art

Die Patentschrift US 7,943,413 B2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Vibrationssensors.The patent specification US 7,943,413 B2 discloses a method for manufacturing a vibration sensor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements bereitzustellen.The object underlying the invention is to provide a method for manufacturing a MEMS component.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist auch darin zu sehen, ein MEMS-Bauelement bereitzustellen.The object underlying the invention is also to provide a MEMS component.

Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.These problems are solved by means of the respective subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims.

Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:

  • Erzeugen einer Grabenstruktur aus mehreren jeweils einen Boden und Seitenwände aufweisende Gräben in einem Substrat von einer Vorderseite des Substrats her,
Following an initial assessment, a method for manufacturing a MEMS component is provided, comprising the following steps:
  • Creating a trench structure consisting of several trenches, each with a bottom and side walls, in a substrate from the front of the substrate,

Ausbilden einer Opferschicht aus Polysilizium direkt auf der Vorderseite des Substrats derart, dass die jeweiligen Böden und die jeweiligen Seitenwände der Gräben und Bereiche der Vorderseite zwischen den Gräben und neben der Grabenstruktur durch die ausgebildete Opferschicht vollständig direkt bedeckt sind, Ausbilden einer Ätzstoppschicht direkt auf der ausgebildeten Opferschicht, Ausbilden einer Funktionsschichtanordnung aus einer oder aus mehreren Funktionsschichten direkt auf der ausgebildeten Ätzstoppschicht,
Entfernen durch Ätzen von Substratmaterial und von zumindest Teilen der Opferschicht von einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Substrats her derart, dass durch das Entfernen eine der Grabenstruktur entsprechende und mit der Vorderseite des Substrats mittels der Opferschicht verbundene freitragende Funktionsstruktur aus der Ätzstoppschicht und der Funktionsschichtanordnung gebildet wird.Forming a sacrificial layer of polysilicon directly on the front of the substrate such that the respective bottoms and side walls of the trenches and areas of the front between the trenches and adjacent to the trench structure are completely directly covered by the sacrificial layer; forming an etch stop layer directly on the sacrificial layer; forming a functional layer arrangement consisting of one or more functional layers directly on the etch stop layer.
Removal by etching substrate material and at least parts of the sacrificial layer from a back side of the substrate opposite the front side, such that the removal creates a self-supporting functional structure corresponding to the trench structure and connected to the front side of the substrate by means of the sacrificial layer, consisting of the etch stop layer and the functional layer arrangement.

Nach einem zweiten Aspekt wird ein MEMS-Bauelement bereitgestellt, umfassend:

  • ein Substrat aufweisend eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite,
  • eine einer Grabenstruktur aus mehreren jeweils einen Boden und Seitenwände aufweisende Gräben entsprechende und mit der Vorderseite des Substrats verbundene freitragende Funktionsstruktur aus einer Ätzstoppschicht und einer auf der Ätzstoppschicht direkt ausgebildeten Funktionsschichtanordnung aus einer oder aus mehreren Funktionsschichten,
  • wobei die freitragende Funktionsstruktur mittels einer direkt auf der Vorderseite des Substrats ausgebildeten Opferschicht aus Polysilizium mit der Vorderseite des Substrats verbunden ist.
A MEMS component is provided according to a second aspect, including:
  • a substrate having a front and a back opposite the front,
  • a self-supporting functional structure corresponding to a trench structure consisting of several trenches, each having a bottom and side walls, and connected to the front of the substrate, consisting of an etch stop layer and a functional layer arrangement formed directly on the etch stop layer, consisting of one or more functional layers,
  • wherein the self-supporting functional structure is connected to the front of the substrate by means of a sacrificial layer of polysilicon formed directly on the front of the substrate.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die obige Ausgabe dadurch gelöst wird, indem eine Opferschicht aus Polysilizium direkt auf der Vorderseite des Substrats derart ausgebildet wird, dass die jeweiligen Böden und die jeweiligen Seitenwände der Gräben und Bereiche der Vorderseite zwischen den Gräben und neben der Grabenstruktur durch die Opferschicht vollständig direkt bedeckt sind. Erst dann werden eine Ätzstoppschicht und eine oder mehrere Funktionsschichten aufgebracht, bevor von der Rückseite des Substrats geätzt wird. Durch das Vorsehen der vorstehend genannten Opferschicht aus Polysilizium wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein geringes Risiko von Überätzen bewirkt ist.The invention is based on and incorporates the finding that the above problem is solved by forming a sacrificial layer of polysilicon directly on the front surface of the substrate such that the respective bottoms and side walls of the trenches, as well as the areas of the front surface between the trenches and adjacent to the trench structure, are completely covered by the sacrificial layer. Only then are an etch stop layer and one or more functional layers applied before etching is carried out from the back of the substrate. The provision of the aforementioned sacrificial layer of polysilicon offers the particular technical advantage of a reduced risk of over-etching.

In der Regel wird die Rückseite von unten nach oben bis zur Ätzstoppschicht geätzt. Ein zu langes Ätzen (Überätzen) kann dazu führen, dass diese Stoppschicht ebenfalls angegriffen wird, und daher die Struktur zerstört wird. Durch diese Opferschicht aus Polysilizium, die zum Beispiel mit einer anderen Ätzrate geätzt wird, kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass sich diese zuerst und damit zielgerichtet entfernt wird. Außerdem verbleiben weniger Rückstände in den Ecken und Kanten.Typically, the back side is etched from bottom to top, reaching the etch stop layer. Over-etching can damage this stop layer, leading to structural destruction. This sacrificial layer of polysilicon, etched at a different rate, advantageously ensures that it is removed first and in a targeted manner. Furthermore, it leaves fewer residues in the corners and edges.

Somit kann in vorteilhafter Weise das MEMS-Bauelement durch weniger Prozessschritte beziehungsweise Verfahrensschritte hergestellt werden. Somit wird insbesondere ein MEMS-Bauelement bereitgestellt, welches effizient hergestellt werden kann.This allows the MEMS component to be manufactured advantageously with fewer process steps. In particular, this results in a MEMS component that can be manufactured efficiently.

Weniger Prozessschritte bedeutet insbesondere, dass weniger Ätzschritte (beim recht kritischen isotropen Ätzen am Ende durchgeführt werden müssen, da ein recht einfacher Prozessschritt mehr bei der Abscheidung durchgeführt wird: Abscheiden bzw. Ausbilden der Opferschicht aus Polysilizium.Fewer process steps mean, in particular, that fewer etching steps (in the rather critical isotropic etching process) need to be carried out at the end, since one relatively simple additional process step is performed during deposition: deposition or formation of the sacrificial layer of polysilicon.

MEMS steht für „Micro-Electro-Mechanical System“, auf Deutsch: „mikro-elektromechanisches System“.MEMS stands for "Micro-Electro-Mechanical System".

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass durch das Ätzen das Substratmaterial zwischen den Gräben vollständig entfernt wird.In one embodiment of the method, it is provided that the substrate material between the trenches is completely removed by etching.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Funktionsstruktur effizient zum Schwingen angeregt werden kann.This results, for example, in the technical advantage that the functional structure can be efficiently excited to vibrate.

Reste des Substratmaterials in den Ecken und Kanten könnten die Struktur versteifen und damit das Schwingen der Lamellen behindern. Durch das vollständige Entfernen kann dies effizient verhindert werden.Residues of the substrate material in the corners and edges could stiffen the structure and thus hinder the flexion of the slats. Complete removal of these remnants effectively prevents this.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Entfernen umfasst, dass Ätzkanäle entlang der Gräben von der Rückseite her bis zur Opferschicht geätzt werden, durch welche Substratmaterial aus Richtung der Vorderseite her in Richtung der Rückseite weggeätzt wird.In one embodiment of the method, the removal process includes etching channels along the trenches from the back side to the sacrificial layer, through which substrate material is etched away from the front side towards the back side.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Entfernen effizient durchgeführt werden kann.This results, for example, in the technical advantage that the removal can be carried out efficiently.

Weiter wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass ein rückstandsloses Entfernen des nicht gewünschten Si in den Ecken und Kanten bewirkt werden kann. Zum Beispiel kann sogar schneller geätzt/freigestellt werden und zum Beispiel ist weniger inline-Prozesskontrolle nötig.Furthermore, this offers the technical advantage of enabling the residue-free removal of unwanted silicon from corners and edges. For example, etching/removal processes can be accelerated, and less inline process control is required.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Entfernen umfasst, dass die Opferschicht von der Grabenstruktur vollständig weggeätzt wird.In one embodiment of the method, the removal includes completely etching away the sacrificial layer from the trench structure.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Funktionsstruktur nicht mehr die Opferschicht umfasst, also frei von der Opferschicht ist. Somit wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Funktionsstruktur effizient zum Schwingen angeregt werden kann.This results, for example, in the technical advantage that the functional structure no longer includes the sacrificial layer, i.e., it is free of the sacrificial layer. This, in turn, results in the technical advantage that the functional structure can be efficiently excited to vibrate.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Bilden der freitragenden Funktionsstruktur weiter Substratmaterial neben der freitragenden Funktionsstruktur entfernt wird, insbesondere durch Ätzen entfernt wird, um ein Volumen zwischen der freitragenden Funktionsstruktur und dem stehengelassenen Substratmaterial zu vergrößern.In one embodiment of the method, it is provided that after the formation of the self-supporting functional structure, further substrate material next to the self-supporting functional structure is removed, in particular by etching, in order to increase the volume between the self-supporting functional structure and the remaining substrate material.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass ein Volumen zwischen der freitragenden Funktionsstruktur und dem stehengelassenen Substratmaterial effizient vergrößert werden kann.This results, for example, in the technical advantage that the volume between the self-supporting functional structure and the remaining substrate material can be efficiently increased.

Dies kann zum Beispiel beim Design von Rückraumvolumen eine vorteilhafte Rolle spielen und die äußerste Lamelle zur Aktuierung ermöglichen.This can, for example, play an advantageous role in the design of backspace volume and enable the outermost lamella to be actuated.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mit dem Substrat verbundene freitragende Funktionsstruktur mit einem Teil des Substrats vereinzelt wird.In one embodiment of the method, it is provided that the self-supporting functional structure connected to the substrate is separated with a part of the substrate.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die freitragende Funktionsstruktur für weitere Anwendungen beziehungsweise Bearbeitungsschritte effizient verwendet werden kann.This results, for example, in the technical advantage that the self-supporting functional structure can be used efficiently for further applications or processing steps.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Ätzen ein KOH-Ätzen und/oder ein reaktives Ionentiefenätzen und/oder ein isotropes Ätzen umfasst.In one embodiment of the method, the etching process includes KOH etching and/or reactive ionic deep etching and/or isotropic etching.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete Ätzprozesse verwendet werden können.This results, for example, in the technical advantage that particularly suitable etching processes can be used.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das MEMS-Bauelement ein Schallwandler, insbesondere Mikrofon oder Lautsprecher, oder eine Pumpe ist.In one embodiment of the method, the MEMS component is a sound transducer, in particular a microphone or loudspeaker, or a pump.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass solche konkreten MEMS-Bauelemente effizient hergestellt werden können.This results, for example, in the technical advantage that such specific MEMS components can be manufactured efficiently.

In einer Ausführungsform des MEMS-Bauelements ist vorgesehen, dass das MEMS-Bauelement ein Schallwandler, insbesondere Mikrofon oder Lautsprecher, oder eine Pumpe ist.In one embodiment of the MEMS component, the MEMS component is a sound transducer, in particular a microphone or loudspeaker, or a pump.

Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass ein effizient hergestellter Schallwandler, insbesondere Mikrofon oder Lautsprecher, oder Pumpe bereitgestellt ist.This results, for example, in the technical advantage of providing an efficiently manufactured sound transducer, especially a microphone or loudspeaker, or pump.

Ausführungen, die im Zusammenhang mit dem MEMS-Bauelement gemacht sind, gelten analog für das Verfahren und umgekehrt. Das MEMS-Bauelement nach dem zweiten Aspekt ist zum Beispiel mittels des Verfahrens nach dem ersten Aspekt hergestellt. Merkmale des MEMS-Bauelements ergeben sich aus dem Verfahren und umgekehrt.Statements made in connection with the MEMS device apply analogously to the process and vice versa. For example, the MEMS device described in the second aspect is manufactured using the process described in the first aspect. The characteristics of the MEMS device result from the process and vice versa.

Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die Ätzstoppschicht direkt auf der ausgebildeten Opferschicht derart ausgebildet wird, dass die ausgebildete Opferschicht durch die ausgebildete Ätzstoppschicht vollständig direkt bedeckt ist.For example, it is intended that the etch stop layer is formed directly on the formed sacrificial layer in such a way that the formed sacrificial layer is completely and directly covered by the formed etch stop layer.

Zum Beispiel ist vorgesehen, dass die Funktionsschichtanordnung auf der ausgebildeten Ätzstoppschicht derart ausgebildet wird, dass die ausgebildete Ätzstoppschicht durch die ausgebildete Funktionsschichtanordnung vollständig direkt bedeckt ist.For example, it is intended that the functional layer arrangement on the formed etch stop layer is designed in such a way that the formed etch stop layer is completely directly covered by the formed functional layer arrangement.

Ein Substrat ist zum Beispiel ein Siliziumsubstrat, beispielsweise ein Siliziumwafer. Ein Substrat ist zum Beispiel ein Wafer.A substrate is, for example, a silicon substrate, such as a silicon wafer. A substrate is, for example, a wafer.

Die hier beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht explizit beschrieben ist.The embodiments and examples described here can be combined in any way, even if this is not explicitly described.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:

  • 1 bis 15 jeweils einen Zeitpunkt eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und
  • 16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements.
The invention is explained in more detail below with reference to preferred embodiments. These include:
  • 1 to 15 each a point in time of a process for manufacturing a MEMS component and
  • 16 A flowchart of a process for manufacturing a MEMS component.

Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.The same reference symbols can be used for identical features in the following.

1 zeigt ein Substrat 101, welches beispielsweise ein Siliziumsubstrat, beispielsweise ein Siliziumwafer, sein kann. 1 shows a substrate 101, which can be, for example, a silicon substrate, such as a silicon wafer.

Das Substrat 101 umfasst eine Vorderseite 103 und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite 105. Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements ist vorgesehen, dass eine Grabenstruktur 107 in dem Substrat 101 von der Vorderseite 103 des Substrats 101 erzeugt wird. Die Grabenstruktur 107 umfasst mehrere Gräben 109, die jeweils einen Boden 111 und Seitenwände 113 aufweisen.The substrate 101 comprises a front face 103 and a back face 105 opposite the front face. According to the method for manufacturing a MEMS device, a trench structure 107 is created in the substrate 101 from the front face 103 of the substrate 101. The trench structure 107 comprises several trenches 109, each having a bottom 111 and side walls 113.

Geschweifte Klammern mit dem Bezugszeichen 115 kennzeichnen Bereiche der Vorderseite 103 des Substrats 101 neben der Grabenstruktur 107, also Bereiche neben den jeweils äußersten Gräben 109.Curved brackets with the reference symbol 115 indicate areas of the front side 103 of the substrate 101 next to the trench structure 107, i.e. areas next to the outermost trenches 109.

Geschweifte Klammern mit dem Bezugszeichen 117 kennzeichnen Bereiche der Vorderseiten 103 des Substrats 101 zwischen den Gräben 109.Curved brackets with the reference symbol 117 indicate areas of the front surfaces 103 of the substrate 101 between the trenches 109.

2 zeigt das Substrat 101 der 1 nach einem Ausbilden einer Opferschicht 201 aus Polysilizium, einer Ätzstoppschicht 203 und einer Funktionsschicht 205 gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements. 2 The substrate 101 shows the 1 after forming a sacrificial layer 201 made of polysilicon, an etch stop layer 203 and a functional layer 205 according to an embodiment of the method for manufacturing a MEMS device.

Die Opferschicht 201 aus Polysilizium wird direkt auf der Vorderseite 103 des Substrats 101 derart ausgebildet, dass die jeweiligen Böden 111 und die jeweiligen Seitenwände 113 der Gräben 109 und die Bereiche 117 der Vorderseite 103 zwischen den Gräben 109 und die Bereiche 115 neben der Grabenstruktur 107 durch die ausgebildete Opferschicht 201 vollständig direkt bedeckt sind.The sacrificial layer 201 made of polysilicon is formed directly on the front 103 of the substrate 101 in such a way that the respective bottoms 111 and the respective side walls 113 of the trenches 109 and the areas 117 of the front 103 between the trenches 109 and the areas 115 next to the trench structure 107 are completely directly covered by the formed sacrificial layer 201.

Bei einem solchen Ausbilden kann es vorkommen, dass auch die Rückseite 105 mit der Opferschicht 201 bedeckt ist, was in 2 gezeigt ist.During such a formation, it can happen that the reverse side 105 is also covered with the sacrificial layer 201, which in 2 shown.

Nach dem Ausbilden der Opferschicht 201 wird die Ätzstoppschicht 203 direkt auf der ausgebildeten Opferschicht 201 ausgebildet, insbesondere derart, dass die ausgebildete Ätzstoppschicht 203 die ausgebildete Opferschicht 201 vollständig direkt bedeckt.After the sacrificial layer 201 has been formed, the etch stop layer 203 is formed directly on the formed sacrificial layer 201, in particular such that the formed etch stop layer 203 completely covers the formed sacrificial layer 201 directly.

Bei einem solchen Ausbilden kann es vorkommen, dass auch rückseitig die rückseitig gebildete Opferschicht 201 durch die Ätzstoppschicht 203 bedeckt ist, was in 5 gezeigt ist.During such formation, it can happen that the sacrificial layer 201 formed on the reverse side is also covered by the etch stop layer 203, which in 5 shown.

Nach dem Ausbilden der Ätzstoppschicht 203 ist vorgesehen, dass die Funktionsschicht 205 direkt auf der ausgebildeten Ätzstoppschicht 203 ausgebildet wird, insbesondere derart, dass die ausgebildete Funktionsschicht 205 die ausgebildete Ätzstoppschicht 203 vollständig direkt bedeckt.After the formation of the etch stop layer 203, it is provided that the functional layer 205 is formed directly on the formed etch stop layer 203, in particular such that the formed functional layer 205 completely covers the formed etch stop layer 203 directly.

Zum Beispiel können eine oder mehrere weitere Funktionsschichten auf der Funktionsschicht 707 ausgebildet werden. Somit wird eine Funktionsschichtanordnung 207 aus einer oder mehreren Funktionsschichten 205 ausgebildet.For example, one or more additional functional layers can be formed on top of functional layer 707. Thus, a functional layer arrangement 207 is formed from one or more functional layers 205.

Hierbei kann es vorkommen, dass auch rückseitig eine solche Funktionsschicht 205 beziehungsweise eine entsprechende Funktionsschichtanordnung rückseitig ausgebildet wird, was in 2 gezeigt ist.It is possible that such a functional layer 205 or a corresponding functional layer arrangement is also formed on the reverse side, which in 2 shown.

3 zeigt einen Zeitpunkt in einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements, gemäß welchem die auf der Rückseite 105 des Substrats 101 ausgebildeten Schichten entfernt wurden. Vorliegend sind das die rückseitig ausgebildete Opferschicht 201, die rückseitig ausgebildete Ätzstoppschicht 203 und die rückseitig ausgebildete Funktionsschicht 205. 3 Figure 1 shows a point in time in an embodiment of the method for manufacturing a MEMS device, according to which the layers formed on the back side 105 of the substrate 101 have been removed. These are the sacrificial layer 201 formed on the back side, the etch stop layer 203 formed on the back side, and the functional layer 205 formed on the back side.

An dieser Stelle wird angemerkt, dass mit rückseitig die Rückseite 105 des Substrats 101 gemeint ist. Mit vorderseitig ist die Vorderseite 103 des Substrats 101 gemeint.It should be noted here that "rear side" refers to the back side 105 of substrate 101. "Front side" refers to the front side 103 of substrate 101.

4 zeigt einen Fotolithografieschritt, gemäß welchem eine Fotolithografieschicht 401 auf die Rückseite 105 des Substrats 101 aufgebracht wird. Dies allerdings derart, dass rückseitig ein Bereich der Rückseite 105 frei bleibt, so dass über diesen frei gebliebenen Bereich ein Ätzprozess durchgeführt werden kann. 4 shows a photolithography step according to which a photolithography layer 401 is applied to The back side 105 of the substrate 101 is applied. However, this is done in such a way that an area of the back side 105 remains free, so that an etching process can be carried out over this free area.

5 zeigt ein Ätzen von der Rückseite 105 des Substrats 101, wobei durch das Ätzen Substratmaterial und zumindest Teile der Opferschicht 201 entfernt werden (vgl. auch 6, welche einen Zeitpunkt nach dem in 5 gezeigten Zeitpunkt zeigt). 5 shows an etching from the back side 105 of the substrate 101, whereby substrate material and at least parts of the sacrificial layer 201 are removed by the etching (see also 6 , which is a point in time after the in 5 (shown time).

7 zeigt ein fortschreitendes Ätzen, so dass immer mehr von der Opferschicht 201 entfernt wird. Gemäß 8 verbleibt somit ein Teil der Opferschicht 201, wobei dieser Teil eine durch das Ätzen gebildete der Grabenstruktur 107 entsprechende freitragende Funktionsstruktur 801 aus der Ätzstoppschicht 203 und der Funktionsschichtanordnung 207 gebildet wird. Diese Funktionsschichtanordnung 207 ist mit der Vorderseite 103 des Substrats 101 mittels des Teils der übriggebliebenen Opferschicht 201 verbunden. 7 shows progressive etching, so that more and more of the victim layer 201 is removed. According to 8 Thus, a portion of the sacrificial layer 201 remains, and this portion forms a self-supporting functional structure 801, corresponding to the trench structure 107, created by the etching process and consisting of the etch stop layer 203 and the functional layer arrangement 207. This functional layer arrangement 207 is connected to the front face 103 of the substrate 101 by means of the portion of the remaining sacrificial layer 201.

Somit zeigt 8 ein hergestelltes MEMS-Bauelement 803 gemäß dem zweiten Aspekt.Thus, it shows 8 a manufactured MEMS component 803 according to the second aspect.

9 zeigt einen Zeitpunkt in einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements, welcher zeitlich nach dem in 3 gezeigten Zeitpunkt liegt. Analog zu 4 wird ein Fotolithografieprozess durchgeführt, wobei hier eine Fotolithografieschicht 901 auf die Rückseite 105 des Substrats 101 aufgebracht wird. Es ist vorgesehen, dass Teile dieser rückseitig aufgebrachten Fotolithografieschicht 901 entfernt werden, um Ätzkanäle 1001 von der Rückseite 105 des Substrats 101 in das Substrat 101 zu ätzen. Dies zeigt die 10. 9 shows a point in time in an embodiment of the method for manufacturing a MEMS component, which is temporally after the one in 3 the time shown is located. Analogous to 4 A photolithography process is carried out, whereby a photolithography layer 901 is applied to the back side 105 of the substrate 101. It is intended that parts of this back-applied photolithography layer 901 are removed in order to etch etching channels 1001 from the back side 105 of the substrate 101 into the substrate 101. This shows the 10 .

Durch weiteres Ätzen, was in 11 dargestellt ist, werden somit Ätzkanäle 1001 entlang der Gräben 1009 von der Rückseite 105 her bis zur Opferschicht 201 geätzt, durch welche Substratmaterial aus Richtung der Vorderseite 103 her in Richtung der Rückseite 105 weggeätzt wird. Der Pfeil mit dem Bezugszeichen 1101 zeigt diese Ätzrichtung aus Richtung der Vorderseite 103 her in Richtung der Rückseite 105.Through further etching, which in 11 As shown, etching channels 1001 are etched along the trenches 1009 from the back side 105 to the sacrificial layer 201, through which substrate material is etched away from the direction of the front side 103 towards the back side 105. The arrow with the reference symbol 1101 indicates this etching direction from the direction of the front side 103 towards the back side 105.

12 zeigt einen Zeitpunkt einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements, welcher zeitlich nach dem in 11 gezeigten Zeitpunkt liegt. Gemäß 12 ist somit die freitragende Funktionsstruktur 801 hergestellt beziehungsweise gebildet. Entsprechend ist somit ein MEMS-Bauelement 803 gemäß dem zweiten Aspekt hergestellt. 12 shows a point in time of an embodiment of the method for manufacturing a MEMS component, which is later than the one described in 11 The time shown is [date/time]. According to 12 The self-supporting functional structure 801 is thus manufactured or formed. Accordingly, a MEMS component 803 is thus manufactured according to the second aspect.

Das MEMS-Bauelement 803 wird vereinzelt, was in 13 dargestellt ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die mit dem Substrat 101 verbundene freitragende Funktionsstruktur 801 mit einem Teil des Substrats vereinzelt wird. Dieser Teil ist mit dem Bezugszeichen 1300 gekennzeichnet. Eine durch die Vereinzelung entstandene Lücke zwischen diesem Teil 1300 und dem Rest des Substrats 101 ist mit dem Bezugszeichen 1301 gekennzeichnet.The MEMS component 803 is being singulated, which is in 13 The diagram shows that the self-supporting functional structure 801, connected to the substrate 101, is separated from a portion of the substrate. This portion is designated by reference numeral 1300. A gap created by this separation between this portion 1300 and the remainder of the substrate 101 is designated by reference numeral 1301.

An dieser Stelle wird angemerkt, dass die in vorstehend beschriebenen Figuren und auch in den noch nachstehend beschriebenen Figuren gebildete freitragende Funktionsstruktur derart gebildet wird, dass die Opferschicht 201 von der Grabenstruktur 107 vollständig weggeätzt wird. Somit befindet sich keine Opferschicht mehr auf der freitragenden Funktionsstruktur 801. Weiter wird das Substratmaterial zwischen den Gräben 109 insbesondere vollständig entfernt, insbesondere vollständig weggeätzt.It should be noted here that the self-supporting functional structure formed in the figures described above and also in the figures described below is formed in such a way that the sacrificial layer 201 is completely etched away from the trench structure 107. Thus, there is no longer a sacrificial layer on the self-supporting functional structure 801. Furthermore, the substrate material between the trenches 109 is completely removed, in particular completely etched away.

14 zeigt ein MEMS-Bauelement 803 vor oder nach einer Vereinzelung, wobei vorgesehen ist, dass nach dem Bilden der freitragenden Funktionsstruktur 801 weiter Substratmaterial neben der freitragenden Funktionsstruktur 801 entfernt wird, insbesondere durch Ätzen entfernt wird, um ein Volumen 1400 zwischen der freitragenden Funktionsstruktur 801 und dem stehengelassenen Substratmaterial 1401 zu vergrößern. 14 Figure 8 shows a MEMS component 803 before or after singulation, wherein it is provided that after forming the self-supporting functional structure 801, further substrate material next to the self-supporting functional structure 801 is removed, in particular by etching, in order to increase a volume 1400 between the self-supporting functional structure 801 and the remaining substrate material 1401.

15 zeigt das MEMS-Bauelement 803 nach einem solchen Vergrößern. 15 The MEMS component 803 is shown after such magnification.

16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements, umfassend die folgenden Schritte: Erzeugen 1601 einer Grabenstruktur aus mehreren jeweils einen Boden und Seitenwände aufweisende Gräben in einem Substrat von einer Vorderseite des Substrats her, Ausbilden 1603 einer Opferschicht aus Polysilizium direkt auf der Vorderseite des Substrats derart, dass die jeweiligen Böden und die jeweiligen Seitenwände der Gräben und Bereiche der Vorderseite zwischen den Gräben und neben der Grabenstruktur durch die ausgebildete Opferschicht vollständig direkt bedeckt sind, Ausbilden 1605 einer Ätzstoppschicht direkt auf der ausgebildeten Opferschicht, Ausbilden 1607 einer Funktionsschichtanordnung aus einer oder aus mehreren Funktionsschichten direkt auf der ausgebildeten Ätzstoppschicht, Entfernen 1609 durch Ätzen von Substratmaterial und von zumindest Teilen der Opferschicht von einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Substrats her derart, dass durch das Entfernen eine der Grabenstruktur entsprechende und mit der Vorderseite des Substrats mittels der Opferschicht verbundene freitragende Funktionsstruktur aus der Ätzstoppschicht und der Funktionsschichtanordnung gebildet wird. 16 Figure 1 shows a flowchart of a process for fabricating a MEMS device, comprising the following steps: 1601 creating a trench structure consisting of several trenches, each having a bottom and sidewalls, in a substrate from a front side of the substrate; 1603 forming a sacrificial layer of polysilicon directly on the front side of the substrate such that the respective bottoms and sidewalls of the trenches and areas of the front side between the trenches and adjacent to the trench structure are completely and directly covered by the sacrificial layer; 1605 forming an etch stop layer directly on the sacrificial layer; 1607 forming a functional layer arrangement consisting of one or more functional layers directly on the etch stop layer; 1609 removing substrate material and at least parts of the sacrificial layer by etching from a rear side of the substrate opposite the front side such that the removal creates a self-supporting functional structure corresponding to the trench structure and connected to the front side of the substrate by means of the sacrificial layer, consisting of the etch stop layer and the functional layer arrangement. becomes.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7,943,413 B2 [0002]US 7,943,413 B2 [0002]

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements (803), umfassend die folgenden Schritte: Erzeugen (1601) einer Grabenstruktur (107) aus mehreren jeweils einen Boden (111) und Seitenwände (113) aufweisende Gräben (109) in einem Substrat (101) von einer Vorderseite (103) des Substrats (101) her, Ausbilden (1603) einer Opferschicht (201) aus Polysilizium direkt auf der Vorderseite (103) des Substrats (101) derart, dass die jeweiligen Böden (111) und die jeweiligen Seitenwände (113) der Gräben (109) und Bereiche (115, 117) der Vorderseite (103) zwischen den Gräben (109) und neben der Grabenstruktur (107) durch die ausgebildete Opferschicht (201) vollständig direkt bedeckt sind, Ausbilden (1605) einer Ätzstoppschicht (203) direkt auf der ausgebildeten Opferschicht (201), Ausbilden (1607) einer Funktionsschichtanordnung (207) aus einer oder aus mehreren Funktionsschichten (205) direkt auf der ausgebildeten Ätzstoppschicht (203), Entfernen (1609) durch Ätzen von Substratmaterial und von zumindest Teilen der Opferschicht (201) von einer der Vorderseite (103) gegenüberliegenden Rückseite (105) des Substrats (101) her derart, dass durch das Entfernen eine der Grabenstruktur (107) entsprechende und mit der Vorderseite (103) des Substrats (101) mittels der Opferschicht (201) verbundene freitragende Funktionsstruktur (801) aus der Ätzstoppschicht (203) und der Funktionsschichtanordnung (207) gebildet wird.Method for fabricating a MEMS device (803), comprising the following steps: Creating (1601) a trench structure (107) from several trenches (109) in a substrate (101), each having a bottom (111) and side walls (113), from a front side (103) of the substrate (101), Forming (1603) a sacrificial layer (201) of polysilicon directly on the front side (103) of the substrate (101) such that the respective bottoms (111) and side walls (113) of the trenches (109) and areas (115, 117) of the front side (103) between the trenches (109) and adjacent to the trench structure (107) are completely and directly covered by the sacrificial layer (201), Forming (1605) an etch stop layer (203) directly on the sacrificial layer (201) formed Sacrificial layer (201), Forming (1607) a functional layer arrangement (207) from one or more functional layers (205) directly on the formed etch stop layer (203), Removing (1609) by etching substrate material and at least parts of the sacrificial layer (201) from a rear side (105) of the substrate (101) opposite the front side (103) such that the removal creates a self-supporting functional structure (801) corresponding to the trench structure (107) and connected to the front side (103) of the substrate (101) by means of the sacrificial layer (201) from the etch stop layer (203) and the functional layer arrangement (207). Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch das Ätzen das Substratmaterial zwischen den Gräben (109) vollständig entfernt wird.Procedure according to Claim 1 , whereby the substrate material between the trenches (109) is completely removed by etching. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Entfernen umfasst, dass Ätzkanäle (1001) entlang der Gräben (109) von der Rückseite (105) her bis zur Opferschicht (201) geätzt werden, durch welche Substratmaterial aus Richtung der Vorderseite (103) her in Richtung der Rückseite (105) weggeätzt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the removal comprises etching channels (1001) along the trenches (109) from the back (105) to the sacrificial layer (201), through which substrate material is etched away from the direction of the front (103) towards the back (105). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Entfernen umfasst, dass die Opferschicht (201) von der Grabenstruktur (107) vollständig weggeätzt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the removal comprises completely etching away the sacrificial layer (201) from the trench structure (107). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem Bilden der freitragenden Funktionsstruktur (801) weiter Substratmaterial neben der freitragenden Funktionsstruktur (801) entfernt wird, insbesondere durch Ätzen entfernt wird, um ein Volumen zwischen der freitragenden Funktionsstruktur (801) und dem stehengelassenen Substratmaterial (1401) zu vergrößern.Method according to one of the preceding claims, wherein after forming the self-supporting functional structure (801) further substrate material is removed next to the self-supporting functional structure (801), in particular by etching, in order to increase a volume between the self-supporting functional structure (801) and the remaining substrate material (1401). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mit dem Substrat (101) verbundene freitragende Funktionsstruktur (801) mit einem Teil des Substrats (101) vereinzelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the self-supporting functional structure (801) connected to the substrate (101) is separated with a part of the substrate (101). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Ätzen ein KOH-Ätzen und/oder ein reaktives Ionentiefenätzen und/oder ein isotropes Ätzen umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein an etching comprises KOH etching and/or reactive ionic deep etching and/or isotropic etching. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das MEMS-Bauelement (803) ein Schallwandler, insbesondere Mikrofon oder Lautsprecher, oder eine Pumpe ist.Method according to any of the preceding claims, wherein the MEMS device (803) is a sound transducer, in particular a microphone or loudspeaker, or a pump. MEMS-Bauelement (803), umfassend: ein Substrat (101) aufweisend eine Vorderseite (103) und eine der Vorderseite (103) gegenüberliegende Rückseite (105), eine einer Grabenstruktur (107) aus mehreren jeweils einen Boden (111) und Seitenwände (113) aufweisende Gräben (109) entsprechende und mit der Vorderseite (103) des Substrats (101) verbundene freitragende Funktionsstruktur (801) aus einer Ätzstoppschicht (203) und einer auf der Ätzstoppschicht (203) direkt ausgebildeten Funktionsschichtanordnung (207) aus einer oder aus mehreren Funktionsschichten (205), wobei die freitragende Funktionsstruktur (801) mittels einer direkt auf der Vorderseite (103) des Substrats (101) ausgebildeten Opferschicht (201) aus Polysilizium mit der Vorderseite (103) des Substrats (101) verbunden ist.MEMS device (803), comprising: a substrate (101) having a front (103) and a back (105) opposite the front (103), a self-supporting functional structure (801) corresponding to a trench structure (107) of several trenches (109) each having a bottom (111) and side walls (113) and connected to the front (103) of the substrate (101), comprising an etch stop layer (203) and a functional layer arrangement (207) formed directly on the etch stop layer (203) of one or more functional layers (205), in that the self-supporting functional structure (801) is connected to the front (103) of the substrate (101) by means of a sacrificial layer (201) of polysilicon formed directly on the front (103) of the substrate (101). MEMS-Bauelement (803) nach Anspruch 9, wobei das MEMS-Bauelement (803) ein Schallwandler, insbesondere Mikrofon oder Lautsprecher, oder eine Pumpe ist.MEMS device (803) according to Claim 9 , wherein the MEMS device (803) is a sound transducer, in particular a microphone or loudspeaker, or a pump.
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