用于微機械元件的加工方法和相應的微機械元件的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用于微機械元件的加工方法和相應的微機械元件。
【背景技術】
[0002]具有大高寬比的表面微機械加工的MENS結構通常通過厚層、例如多晶硅層利用DRIE腐蝕工藝(干式反應離子腐蝕)加工形成結構。但是這個過程對于具有結構元件的MEMS元件具有特殊性，它們在平面中確定并且通過彈簧部件懸掛。由于DRIE腐蝕設備引起使結構向著晶圓邊緣不再具有對稱的橫截面，而是平行四邊形地失真。這導致，可能從平面中產生不期望的運動矩，這可能影響功能可靠性。
[0003]例如由于平行四邊形失真必需的修正在以MEMS和ASIC設計的旋轉速率傳感器中要求高度復雜性和芯片面積。這主要以所謂的正交補償表達。正交是通過驅動速率傳感器耦入到探測里面的誤差信號。這個補償需要提供大于1V的電壓，它們只能以高成本由ASIC提供。
[0004]目前在許多情況下還由多晶硅層組成功能層。在此晶粒尺寸處于側面彈簧寬度的數量級，這導致，各個晶粒和其晶向在應力最大值范圍可能嚴重影響各個彈簧懸掛的機械特性。
[0005]例如由V.Schmidt, J.V.Wittemann 和 U.Goesele 在 Chem.Ref.2010, 110，第 361至 388 頁中發表的 “Growth, Thermodynamics, and Electrical Properties of SilliconNanowires，，以及由 K.W.Kolaslnsk,在 Current Opinn1n in Solid State and MatreilsScience 10 (2006)，第 182 至 191 頁中發表的 “Catalylic Growth of Nanowire:Vapor-Liquid-Solid, Vapor-Solid-Solid, Solut1n-Liquid-Solid and Solid-Liquid-SolidGrowth”，已知用于單晶層選擇性生長的氣-液-固或氣-固-固工藝。

【發明內容】

[0006]本發明實現一種如權利要求1所述的用于微機械元件的加工方法和如權利要求14所述的微機械元件。
[0007]優選的改進方案是從屬權利要求的內容。
[0008]本發明的基本思想在于，代替減去材料在DRIE步驟中去掉事先全表面淀積的微機械功能層，材料在前級中作為啟動層形成結構并且接著添加晶體并選擇性地通過催化層受控地生長。因此本發明能夠在整個晶圓上選擇性地加工具有對稱橫截面的單晶MEMS結構。
[0009]尤其通過按照本發明的方法可以在慣性傳感器中加工用于微機械彈簧的對稱的輪廓橫截面。對于旋轉速率傳感器在懸掛彈簧的側面角中0.5°的非對稱已經導致不期望的模式激勵。通過保證以小于例如0.5°、理想地以小于0.1°低指示(低索引)的(niedrigindiziert)晶面誤對準的啟動層可以顯著改善對于確定傳感器的干擾模式激勵。
[0010]這導致降低正交，由此由于省去高壓選擇在電路中可以使用成本有利的ASIC。通過按照本發明的方法與已知的減法的DRIE方法相比不僅可以在結構上而且在可以在距離上實現較大的高寬比。對于微機械的檢測電極也可以實現更小的縫隙距離。由于淀積單晶結構不形成晶界，這導致相關微機械結構的嚴重受限的E (彈性)模量分布。按照本發明的方法與已知的單晶圓DRIE形成結構不同還能夠實現在批量工藝下的淀積。
[0011]與已知的方法相比，其基于通過DRIE淀積厚的功能層并接著使功能層形成結構，通過薄的單晶啟動層形成結構并接著選擇性生長得到潛在的成本優點。
[0012]按照優選的實施例，所述啟動層由單晶材料、尤其是硅組成。這是有利的，硅工藝是良好掌握的并且是成熟的。
[0013]按照另一優選的實施例，所述頂面與低指示的晶體面、尤其是(111)-面相比具有小于0.5°的傾斜。這已經證實對于某些傳感器應用是特別有利的。
[0014]按照另一優選的實施例，所述襯底是SOI襯底，具有第一硅層、氧化層和啟動層。這是特別有利的出發點，因為這種SOI晶圓以非常好的質量在市場上得到。
[0015]按照另一優選的實施例，所述頂面基本平面地延伸，并且所述側面基本垂直于頂面延伸。這是對于許多應用有利的幾何形狀。
[0016]按照另一優選的實施例，所述啟動層和催化層首先相互間不形成結構地設置，并且接著通過腐蝕工藝共同形成結構。由此能夠實現微少數量的工藝步驟。
[0017]按照另一優選的實施例，所述啟動層首先沒有催化層地形成結構，并且接著在頂面上形成催化層并形成結構。這個備選方案也是非常成本有利的。
[0018]按照另一優選的實施例，在側面上在執行選擇性生長工藝之前形成間隔墊。所述間隔墊負責在以后生長工藝時形成與結構一致的成像，因為它們防止例如液相由于毛細效應收縮在凸角里面。
[0019]按照另一優選的實施例，所述催化層由元素周期表中第四至第十五主族元素中的一個元素形成。這個元素非常好地適用于VLS或VSS生長。
[0020]按照另一優選的實施例，在側面上在形成催化層之前形成間隔墊，在其上接著淀積催化層，其中該催化層與頂面反應并且不與間隔墊反應，并且不反應的催化層部分最終有選擇地從間隔墊去除。由此所述間隔墊可以滿足雙重功能。
[0021]按照另一優選的實施例，在執行有選擇生長工藝時使用含硅烷的氣體氛圍，尤其以大于60°C的溫度。由此能夠實現特別高效的生長。
[0022]按照另一優選的實施例，所述微機械的功能層通過犧牲性腐蝕步驟下腐蝕。由此例如能夠形成慣性傳感器。
[0023]按照另一優選的實施例，所述催化層在執行選擇性生長工藝以后去除。當其它功能元素要在其上面的平面中形成的時候，這是適宜的。
【附圖說明】
[0024]下面借助于在附圖中給出的實施例詳細解釋本發明。附圖示出:
圖la)_f)示意橫剖面圖，用于解釋按照本發明第一實施例的微機械的元件和相應的加工方法；和
圖2a)_f)示意橫剖面圖，用于解釋按照本發明第二實施例的微機械的元件和相應的加
工方法。【具體實施方式】
[0025]在附圖中相同的附圖標記表示相同或功能相同的部件。
[0026]圖la)_f)示出示意橫剖面圖，用于解釋按照本發明第一實施例的微機械的元件和相應的加工方法。
[0027]在圖1a)至e)中附圖標記I表不SOI襯底，具有第一娃層la、位于第一娃層Ia上的氧化層Ib和位于氧化層Ib上的第二單晶硅層1C。
[0028]單晶硅層Ic在本示例中由(111)晶面構成。按照圖1a)在單晶硅層Ic上構成催化層2，它例如具有Zn, Ag, Al, Cu, Au, Ni或Pt。
[0029]對于娃的VLS(Vapor-Liqued-Solid)或 VSS ( (Vapor-Solid-Solid)生長原則上已知可以考慮周期元素表中的許多金屬元素作為催化劑。
[0030]在此一些這樣的催化劑形成固態或液態的硅化物，另外形成硅晶。催化劑理想地具有下面的特性。首先，它們由于其高的硅溶解性或者說由于其對于生長的低激活能促進高的生長率。其次，它們理想地與CMOS工藝兼容，由此可以在公知的半導體工藝中實現工藝過程。第三，它們具有低的蒸發壓力，由此催化劑不在生長期間蒸發。使用固態硅正好對應于高的結構真實性，因為由此可以與表面應力無關地使結構處于液態硅并且加工。
[0031]由于這些提出的要求，尤其、但是不僅僅對上述的金屬Zn, Ag, Al, Cu, Au, Ni或Pt感興趣，用于形成催化層2，但是本發明不局限于此，而是原則上對此可以使用元素周期表中第四至第十五主族的所有元素。
[0032]在淀積催化層2在單晶硅層Ic上時催化金屬與位于其下面的硅反應，即，例如為了形成相應的硅化物。
[0033]在接著的、在圖1b中示出的工藝步驟中，實現催化層2與位于其下面的單晶硅層在結構部位3a至3e中共同形成結構的步驟，因此單晶的硅層形成啟動層，具有以后由其通過選擇性添加生長要形成的微機械功能層3’