用于微機(jī)械部件的制造方法和微機(jī)械部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于微機(jī)械部件的制造方法，所述制造方法具有下述步驟：在硅層（10）的現(xiàn)有的（110）-表面定向的情況下，通過在所述硅層（10）的正面（12）上至少實(shí)施與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟從至少一個(gè)單晶的硅層（10）至少部分地結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)（42、46），其中在硅層（10）的現(xiàn)有的（110）-表面定向的情況下，在所述硅層（10）的正面（12）上額外地實(shí)施至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟以用于至少部分地結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)（42、46）。此外，本發(fā)明還涉及一種微機(jī)械部件。
【專利說明】用于微機(jī)械部件的制造方法和微機(jī)械部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于微機(jī)械部件的制造方法。此外，本發(fā)明還涉及一種微機(jī)械部件。
【背景技術(shù)】
[0002]在出版物“SpezielleHerstellungsverfahren der Mikrosystemtechnik”(微系統(tǒng)技術(shù)的專門制造方法)(http://www.leb.ee1.un1-erlangen.de/termine/ferienakademie/2008/mikrosystem/hoehne_SpezifischeVerfahren_Vortrag.pdf ;第 20 頁)中描述了一種用于在現(xiàn)有的(110)-表面定向的情況下借助于與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟在單晶的硅晶片的正面中形成豎直的溝道的方法。在此，(111)-結(jié)晶面作為蝕刻停止面起作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了具有權(quán)利要求1所述的特征的、用于微機(jī)械部件的制造方法，以及一種具有權(quán)利要求14所述的特征的微機(jī)械。
[0004]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以高產(chǎn)量批量生產(chǎn)的方式制造微機(jī)械部件，其中同時(shí)保證了可靠地遵守單個(gè)組件的期望的結(jié)構(gòu)化精度或者結(jié)構(gòu)側(cè)面對稱性。
[0005]通過使用單晶的/單晶體的硅而能禁止在結(jié)構(gòu)化多晶的硅時(shí)出現(xiàn)的晶粒效應(yīng)。當(dāng)在多晶的硅中存在晶粒時(shí)通常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)化時(shí)不精確，而借助于本發(fā)明能夠利用在單晶的硅中出現(xiàn)的定義好的晶體面用于形成由單晶的硅結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的有利的形式。
[0006]優(yōu)選提供一種高精度地定向的硅層以執(zhí)行制造方法，所述硅層具有與(110)-晶體面小于0.05°、尤其是小于0.02°的錯(cuò)誤定向，從而借助于至少所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟和所述與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)高度對稱的結(jié)構(gòu)側(cè)面和/或至少一個(gè)高度對稱的側(cè)壁作為所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)。通過提供包括一種具有與(110)-晶體面小于±0.05°的錯(cuò)誤定向的表面的單晶的硅層，以及通過在該單晶的硅層的表面上執(zhí)行與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟能夠有利地較小地保持在制造方法中出現(xiàn)的誤差角公差(這是兩個(gè)對置的結(jié)構(gòu)側(cè)面彼此之間的角偏差以及該角偏差在基底上的進(jìn)程(Gang))。例如，利用根據(jù)本發(fā)明的制造方法實(shí)現(xiàn)了，在整個(gè)晶片上把誤差角公差壓制到小于0.5°，尤其是小于±0.02°。與在干法蝕刻或者深度結(jié)構(gòu)化時(shí)基于設(shè)備通常出現(xiàn)的至少±0.5°的誤差角公差相比，這是有利地低值。
[0007]例如，可以提供高精度(110 )_定向的硅層作為具有任意定向的承載晶片的SOI基底的構(gòu)件層。因此，本發(fā)明能借助于相對價(jià)廉的材料實(shí)現(xiàn)。
[0008]此外，通過校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的與晶體定向相關(guān)的測試蝕刻能導(dǎo)出硅層的方位角的晶體定向，以及借助于導(dǎo)出的晶體定向能導(dǎo)出晶體上光刻掩膜的方位角的定向，其用于用來結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的、與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟。因此，更容易執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的制造方法。
[0009]在制造方法的一種有利的實(shí)施方案中，執(zhí)行各向異性的蝕刻步驟作為至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。借助于各向異性的蝕刻步驟也可以不豎直地蝕刻/切開位于表面上的(111)-晶體平面，所述(111)-晶體平面在與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟中作為
(111)-蝕刻停止面導(dǎo)致各向異性的蝕刻。因此，各向異性的蝕刻步驟也可以用于消除在執(zhí)行的與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟之前或之后的不期望的效應(yīng)。
[0010]尤其可以執(zhí)行深反應(yīng)離子蝕刻步驟(Deep Reactive 1n Etching)作為至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。深反應(yīng)離子蝕刻步驟能容易地和與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟組合起來。
[0011]在一種有利的實(shí)施方案中，在所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟之前執(zhí)行所述至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。然而，制造方法的可執(zhí)行性不局限于蝕刻步驟的這種順序。例如，也可以在所述至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟之前進(jìn)行所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟或者在至少兩個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟之間進(jìn)行所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟。
[0012]在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，借助于所述與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟，在硅層中蝕刻出了經(jīng)由至少局部地延緩所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟的(111)-蝕刻停止面的至少一個(gè)區(qū)域的至少一個(gè)溝道。
[0013]在這種情況下，尤其可以借助于與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟在硅層中，蝕刻出了經(jīng)由至少局部地延緩所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟的(111)-蝕刻停止面的至少一個(gè)區(qū)域的至少一個(gè)溝道，所述(111)-蝕刻停止面定向?yàn)橄鄬τ谒龉鑼拥?110)-晶體面傾斜了 35°。因此，此處描述的制造方法保證了有利地使用兩個(gè)垂直于(110)-晶體面定向的
(111)-蝕刻停止面，尤其用于以高精度蝕刻出垂直于(110)-晶體面定向的、窄的溝道，而同時(shí)能禁止其它(111)-蝕刻停止面的不期望的效應(yīng)。因此借助于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了單晶體的硅的更準(zhǔn)確地結(jié)構(gòu)化。尤其通過這種方式能形成具有大于1:1 (深度:寬度)的寬高比的窄溝道。
[0014]在另一種有利的實(shí)施方案中，執(zhí)行一種濕法化學(xué)蝕刻步驟作為所述至少一個(gè)與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟。這種濕法化學(xué)蝕刻步驟能簡單地實(shí)施，且保證了有利地利用單晶硅的、垂直于(110)-晶體面定向的(111)-晶體面作為(111)-蝕刻停止面。此外，濕法化學(xué)蝕刻步驟能通過簡單的方式與所述至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟、特別是與深反應(yīng)離子蝕刻步驟組合起來。
[0015]在另一種有利的實(shí)施方案中，從單晶的硅層結(jié)構(gòu)化出保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少一個(gè)分區(qū)域作為所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)，所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部具有與之連接的、獨(dú)立的元件。例如，至少一個(gè)彈簧可以作為與保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域連接的、至少一個(gè)獨(dú)立的元件從單晶的硅層結(jié)構(gòu)化出來。因此，所述制造方法能用于制造對結(jié)構(gòu)精度和尤其是側(cè)壁對稱性具有高要求的執(zhí)行器和/或傳感器。在轉(zhuǎn)速傳感器中，根據(jù)本發(fā)明的制造方法尤其可以用于制造懸掛彈簧結(jié)構(gòu)，所述懸掛彈簧結(jié)構(gòu)具有對稱的彈簧橫截面和對置的側(cè)沿的可忽略的側(cè)面誤差角。
[0016]保持部可以理解為一種從單晶的硅層結(jié)構(gòu)化出的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)(幾乎)固定地和剛性地與非結(jié)構(gòu)化的材料和/或基底連接。相對于此，偏轉(zhuǎn)部優(yōu)選可理解為一種從單晶的硅層結(jié)構(gòu)化出的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)可(一同)移動(dòng)和/或(一同)彎曲。例如，偏轉(zhuǎn)部可理解為一種從單晶的硅層結(jié)構(gòu)化出的結(jié)構(gòu)，通過所述結(jié)構(gòu)使兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)、例如彈簧彼此連接。[0017]在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，形成了至少一個(gè)錘頭狀的結(jié)構(gòu)，至少一個(gè)獨(dú)立的元件通過所述結(jié)構(gòu)過渡至保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域中。如下文中更詳細(xì)地描述的那樣，通過這種方式可以有利地利用兩個(gè)垂直于所述(110)-晶體面定向的(111)-蝕刻停止面的位置。
[0018]對此可以理解為，所述至少一個(gè)獨(dú)立的元件設(shè)計(jì)為具有與保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域接觸的端部，所述端部具有一個(gè)第一側(cè)面和一個(gè)第二側(cè)面，所述第一側(cè)面和第二側(cè)面垂直于硅層的(110)-晶體面定向，且它們相對于保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域的、朝著相應(yīng)的獨(dú)立的元件定向的側(cè)壁如此定向，使得所述第一側(cè)面以銳角的傾斜角以及所述第二側(cè)面以鈍角的傾斜角相對于側(cè)壁傾斜。
[0019]在相應(yīng)的微機(jī)械部件中也保證了在上述段落中描述的優(yōu)點(diǎn)。也能對應(yīng)于上述實(shí)施方案改進(jìn)所述微機(jī)械部件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]在下文中根據(jù)附圖描述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。附圖示出了:
圖1A至IF示出了硅層的俯視圖以用于闡明制造方法的一種實(shí)施方案；
圖2A和2B示出了微機(jī)械部件的第一實(shí)施方案的示意性的部分圖示；以及 圖3A和3B是微機(jī)械部件的第二實(shí)施方案的俯視圖和剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1A至IF是硅層的俯視圖，用于闡述制造方法的一種實(shí)施方案。
[0022]在圖1A中以俯視圖示出的硅層10是單晶的硅層。硅層10例如可以是一種SO1-晶片(基于絕緣體的硅晶片)的層。硅晶片同樣也可以用作硅層10。(高精度(110)-定向的)硅層10也可以被提供作為具有任意定向的承載晶片的SO1-基底的構(gòu)件層。硅層10具有進(jìn)一步結(jié)構(gòu)化的正面12(外側(cè))，所述正面優(yōu)選具有(110)-晶體面的小于0.05°，尤其是小于0.02°的錯(cuò)誤定向。因此，硅層10可以稱為高精度定向的硅層10。簡便起見，下文中如此描述該特征，即正面12 (外側(cè))是(110)-晶體面12。這也可以描述為存在以(110)-表面定向的硅層10。硅層10同樣也可以稱為單晶的(110)-硅層10。
[0023]硅層10具有兩個(gè)垂直于(110)-晶體面12定向的(111)-晶體面14，所述(111)-晶體面借助于其剖面軸在圖1A中示意性地示出。兩個(gè)垂直于(110)-晶體面12定向的(111)-晶體面14彼此以(約)70度的銳角α以及以(約)109度的鈍角β定向。兩個(gè)另外的(111)-晶體面16定向?yàn)橄鄬τ诠鑼拥?110)-晶體面12傾斜(約)35度。
[0024]借助于下文描述的制造方法能從單晶的(110)-硅層10結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)高度對稱的結(jié)構(gòu)側(cè)面和/或至少一個(gè)高度對稱的側(cè)壁作為至少一個(gè)結(jié)構(gòu)。在可選的方法步驟中，首先通過校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的與晶體定向相關(guān)的測試蝕刻能導(dǎo)出娃層10的方位角(azimuthale)的晶體定向，以及借助于導(dǎo)出的晶體定向能導(dǎo)出晶體上光刻掩膜的方位角的定向，其用于結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的、與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟。
[0025]圖1B示出了通過執(zhí)行下文描述的制造方法要從硅層10結(jié)構(gòu)化出的結(jié)構(gòu)的優(yōu)選位置18。僅示例性地從單晶的硅層10結(jié)構(gòu)化出保持部的至少一個(gè)分區(qū)域作為至少一個(gè)結(jié)構(gòu)，所述保持部具有至少一個(gè)與之連接的、獨(dú)立的元件。示出至少一個(gè)與保持部的至少所述分區(qū)域連接的獨(dú)立的元件作為從單晶的硅層結(jié)構(gòu)化出的至少一個(gè)彈簧或者彈簧條僅用于更好地使下文描述的方法形象化。要指出的是，多個(gè)不同設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)借助于下文描述的制造方法能至少部分地從硅層10結(jié)構(gòu)化形成。
[0026]為了在期望的位置18至少部分地結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)，能去除硅層10的區(qū)域20。在此處描述的制造方法中，這一點(diǎn)在硅層10的現(xiàn)有的(110)-表面定向的情況下通過在硅層10的正面12上執(zhí)行與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟進(jìn)行，并且在硅層10的現(xiàn)有的(110)-表面定向的情況下通過在所述硅層10的正面12上額外地執(zhí)行至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟進(jìn)行。在與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟期間，兩個(gè)垂直于(110)-晶體面12定向的(111)-晶體面14作為蝕刻停止面用于形成垂直于(110)-晶體面12定向的壁
22。然而，傳統(tǒng)上當(dāng)使用與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟時(shí)由于相對于(110)-晶體面12傾斜了(約)35°定向的另外的(111)-晶體面16通常出現(xiàn)“屏蔽效應(yīng)”。換句話說，也可以如此描述，即相對于(110)-晶體面12傾斜了(約)35°定向的另外的(111)-晶體面16作為不期望的(111)-蝕刻停止面局部地停止/限制了期望的蝕刻過程。這樣尤其會(huì)導(dǎo)致，在執(zhí)行與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟之后殘留了不期望的殘留部24。
[0027]與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟尤其是可以為濕法化學(xué)的蝕刻步驟。例如，KOH可以用于執(zhí)行與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟。濕法化學(xué)的蝕刻方法在作為蝕刻停止面的、垂直于(110)-晶體面12定向的(111)-晶體面14方面具有極高的選擇性。垂直于(110)-晶體面12定向的(111)-晶體面14由于高的選擇性在濕法化學(xué)的蝕刻步驟期間幾乎不/不被蝕刻。因此，可以借助于濕法化學(xué)的蝕刻方法從單晶的硅層10的(110)-晶體面12結(jié)構(gòu)化出垂直地定向的側(cè)壁。在濕法化學(xué)的蝕刻方法中出現(xiàn)的誤差角主要通過精確地調(diào)節(jié)
(110)-正面12來定義。在這種情況下通常保證了低于0.01°的誤差角。
[0028]濕法化學(xué)的結(jié)構(gòu)化的其它優(yōu)點(diǎn)是蝕刻腔的顯著簡化的結(jié)構(gòu)，以及在硅層10的整個(gè)面上蝕刻率的極高的均勻性。在濕法蝕刻過程中，取消了在干燥的等離子蝕刻時(shí)在晶片上由于傾斜的離子進(jìn)入而出現(xiàn)的側(cè)面不對稱。此外，在濕法蝕刻過程中，可以利用較薄的掩膜工作。在濕法化學(xué)的蝕刻時(shí)比在干法蝕刻時(shí)更好地定義了蝕刻停止和過渡。此外，可以批量處理晶片，相對于在干法蝕刻時(shí)單個(gè)-晶片-處理來說這是有利的。
[0029]如果與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟包括利用KOH的濕法化學(xué)的蝕刻，則來自薄的二氧化硅層和位于其上的氮化硅層的蝕刻掩膜12是適用的。這兩個(gè)層可以一致地在熱氧化中和隨后的LPVCD分離中形成。
[0030]圖1Ca和圖1Cb示出了，如果人們嘗試僅利用與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟去除(在圖1B中簡化示出的)區(qū)域20會(huì)出現(xiàn)什么情況。(因此，圖1Ca和圖1Cb未示出執(zhí)行的方法步驟，而是僅用于理解下文進(jìn)一步描述的方法步驟。)
圖1Ca中示出了在與硅層10對應(yīng)的比較層10’上施加的蝕刻掩膜26，在蝕刻掩膜中結(jié)構(gòu)化形成貫通的開口 28。蝕刻掩膜26被施加到比較層10’的(110)-晶體面12’上。
[0031]圖1Cb示出了在執(zhí)行與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟之后在比較層10’的相應(yīng)的位置處的俯視圖。通過執(zhí)行與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟蝕刻掉比較層10’的、借助于蝕刻掩膜26的貫通的凹部28暴露出的區(qū)域。然而也額外地蝕刻掉比較層10’的位于蝕刻掩膜26下方的其它區(qū)域30。蝕刻掩膜26的借助于箭頭32描述的這種掏蝕通過作為(111)-蝕刻停止面起作用的(111)-晶體面14和16限定。垂直于(110)-晶體面12’定向的(111)-晶體面14的限定可以用于確定形成的蝕刻溝道的優(yōu)選形狀。然而，其它(111)-晶體面16-其定向?yàn)橄鄬τ诒容^層10’的(110)-晶體面12’傾斜了(約)35°的角度一作為不期望的
(111)-蝕刻停止面引起了“陰影”。因此，在執(zhí)行了與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟之后留下了不期望的(未蝕刻掉的)殘留部24。殘留部24會(huì)導(dǎo)致借助于所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟結(jié)構(gòu)化出的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的不精確性。例如，傳統(tǒng)方式的殘留部24在結(jié)構(gòu)化出的彈簧形式中引起偏差，由此彈簧的彈簧常數(shù)與優(yōu)選的值偏離。下文將說明，如何能借助于下文描述的方法步驟對待該缺點(diǎn)。
[0032]蝕刻掩膜的這種掏蝕表明，有利的是，除了精確地調(diào)節(jié)(110)-表面之外，還存在蝕刻掩膜26在(110)-表面上關(guān)于豎直的(111)-平面的高精度定向。蝕刻掩膜26的錯(cuò)誤定向自動(dòng)導(dǎo)致了，減小期望的結(jié)構(gòu)寬度。由制造者裝入S1-基底中的晶體定向通常規(guī)定為±0.2°。有時(shí)這可能不滿足此處追求的要求，且因此通常額外的步驟，例如形成測試結(jié)構(gòu)對精確地識(shí)別(111)-平面定向來說是有利的，利用與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟結(jié)構(gòu)化所述測試結(jié)構(gòu)。
[0033]像上文提到的那樣，下文描述的制造方法還包括:在硅層10的現(xiàn)有的(110)-表面定向的情況下通過在所述硅層10的正面12上額外地實(shí)施至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟來進(jìn)行至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的至少部分的結(jié)構(gòu)化。根據(jù)圖1D示出了與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。例如，可以執(zhí)行各向異性的蝕刻步驟作為所述至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。優(yōu)選地，執(zhí)行深反應(yīng)離子蝕刻步驟作為至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。在此處描述的制造方法的實(shí)施方案中，在與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟之前進(jìn)行至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。然而，制造方法的可執(zhí)行性不局限于蝕刻步驟的這種順序。
[0034]減小不期望的傾斜的(111)-蝕刻停止面的影響的可能性在于，借助于在圖1D中示出的與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟在硅層10中蝕刻出經(jīng)由至少局部地延緩與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟的(111)-蝕刻停止面14或16的至少一個(gè)區(qū)域36的至少一個(gè)溝道34。尤其是可以借助于與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟在硅層10中蝕刻出經(jīng)由至少局部地延緩與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟的(111)-蝕刻停止面16的至少一個(gè)區(qū)域36的至少一個(gè)溝道34，所述(111)-蝕刻停止面取向?yàn)橄鄬τ诠鑼?0的(110)-晶體面12傾斜了(約)35°。因此，人們也可以把與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟描述為“傾斜的”(111)-蝕刻停止面16的切開。通過這種方式可以在隨后的與晶體定向相關(guān)的蝕刻中使迅速地蝕刻的平面露出，由此被切開的“傾斜的”(111)-晶體面16失去了其作為(111)-蝕刻停止面的作用。借助于與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟蝕刻出的至少一個(gè)溝道34的位置和/或定向尤其可以如此確定，即垂直于(110)-晶體面12定向的(111)-晶體面14保持其作為(111)-蝕刻停止面的期望的作用。
[0035]執(zhí)行至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟連同隨后的與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟具有的優(yōu)點(diǎn)是，可以放棄其它的前置的蝕刻步驟。因此，通常僅執(zhí)行唯一的與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟就足夠了。
[0036]圖1E和F描述了另一種可能性，即減小不期望的傾斜的(111)-蝕刻停止面的影響。同時(shí)首先借助于與晶體無關(guān)的方法使硅層10結(jié)構(gòu)化。在此保留的面的幾何形狀有意識(shí)地與蝕刻掩膜中的平行四邊形狀的開口不同。相反，可以借助于在蝕刻掩膜38中形成的貫通的凹部40把兩個(gè)垂直于(110 )-晶體面12定向的(111)-晶體面14的凸出的交點(diǎn)移動(dòng)至經(jīng)過預(yù)結(jié)構(gòu)化的區(qū)域中。因?yàn)樵搮^(qū)域在之前已經(jīng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化，所以在與晶體定向相關(guān)的結(jié)構(gòu)化方法期間不會(huì)形成不期望的傾斜的(111)-蝕刻停止面。
[0037]圖1F示出了由硅層10的(110)-晶體面12結(jié)構(gòu)化出的結(jié)構(gòu)作為彈簧42，所述彈簧在保持部的同樣從硅層10結(jié)構(gòu)化出的分區(qū)域46上張緊。要注意，借助于此處描述的制造方法能確定彈簧42在相對較小的偏差范圍內(nèi)的剛度。然而，此處描述的制造方法不僅適合用于彈簧42的結(jié)構(gòu)化形成。
[0038]在借助于此處描述的制造方法結(jié)構(gòu)化出彈簧42和保持部的分區(qū)域46時(shí)，不僅蝕刻掉了硅層10的借助于在蝕刻掩膜38中的凹部40暴露的區(qū)域，而且也出現(xiàn)了用于去除處于蝕刻掩膜26下方的其它區(qū)域30的、上文所述的掏蝕32。然而對掏蝕32來說取消了在結(jié)構(gòu)化硅層10時(shí)傳統(tǒng)的限制。由于之前實(shí)施了與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟，所以在圖1F中描述的與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟期間“傾斜的” “切開的”(111)-晶體面16不作為
(111)-蝕刻停止面起作用。
[0039]如在圖1F中可看出的那樣，在此處描述的方法中，垂直于(110)-晶體面12定向的(111)-晶體面14能用于結(jié)構(gòu)化彈簧42的和分區(qū)域46的垂直于表面12定向的壁22。所述壁22能精確地沿兩個(gè)方向定向，其中所述兩個(gè)方向通過垂直于(I 10)-晶體面12延伸的(111)-蝕刻停止面14確定。
[0040]因此，總之在結(jié)構(gòu)化硅層10時(shí)通過與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟和與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟的組合保證了有利的精度。在此優(yōu)選地以與晶體定向相關(guān)的方式蝕刻掉制造公差敏感的區(qū)域。其余的區(qū)域可以借助于與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟如此結(jié)構(gòu)化，即所述兩個(gè)區(qū)域連接形成一個(gè)有利的整體設(shè)計(jì)。
[0041]如根據(jù)圖1F能看出的那樣，在此處描述的制造方法中形成了至少一個(gè)錘頭狀的結(jié)構(gòu)44，設(shè)計(jì)為彈簧42的獨(dú)立的元件通過所述結(jié)構(gòu)過渡至保持部的至少所述分區(qū)域46中。這種情況也可以這樣描述，即所述至少一個(gè)設(shè)計(jì)為彈簧42的獨(dú)立的元件設(shè)計(jì)為具有與保持部的至少所述分區(qū)域46接觸的端部48，所述端部具有第一側(cè)面50和第二側(cè)面52，所述第一側(cè)面和第二側(cè)面定向?yàn)榇怪庇谕迣?0的(110)-晶體面12。側(cè)面50和52相對于保持部的至少所述分區(qū)域46的、朝著相應(yīng)的獨(dú)立的元件定向的側(cè)壁54如此定向，使得所述第一側(cè)面50以(未示出的)銳角的傾斜角α相對于側(cè)壁54傾斜，所述傾斜角α尤其可以約為70。。所述第二側(cè)面52能以鈍角的傾斜角β相對于側(cè)壁54傾斜，所述傾斜角β尤其可以約為109°。下文仍將更詳細(xì)地討論通過這種方式實(shí)現(xiàn)的至少一個(gè)獨(dú)立的元件與保持部的至少所述分區(qū)域46的連接的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。(如果彈簧42或者另一種設(shè)計(jì)的獨(dú)立的元件通過錘頭狀的結(jié)構(gòu)44與偏轉(zhuǎn)部連接，則這種錘頭狀的結(jié)構(gòu)的上述實(shí)施方案相應(yīng)地也適用。)
上述制造方法尤其可以用于制造執(zhí)行器或傳感器，例如加速度傳感器和/或轉(zhuǎn)速傳感器。然而，也可以借助于所述制造方法制造其它微機(jī)械部件。
[0042]在制造方法的一個(gè)備選的實(shí)施方案中，在與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟之前執(zhí)行與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟。尤其當(dāng)執(zhí)行深反應(yīng)離子蝕刻步驟作為與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)在于，僅需要通過薄的掩膜來保護(hù)借助于所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟結(jié)構(gòu)化的分結(jié)構(gòu)以用于執(zhí)行所述與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。在執(zhí)行深反應(yīng)離子蝕刻步驟時(shí)，(主要)通過垂直于表面12指向的物理的離子轟擊引起結(jié)構(gòu)化。因此，在深反應(yīng)離子蝕刻步驟中，在側(cè)壁上的薄二氧化硅層，例如具有50nm的層厚度的二氧化硅層作為掩膜就足夠了。這種二氧化硅層例如可以通過熱氧化有利地且基于設(shè)立的過程形成。
[0043]可選地，也可以在(111)-晶體面上實(shí)施借助于所述與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟結(jié)構(gòu)化的分結(jié)構(gòu)的平整和定向。在此首先執(zhí)行所述與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。接著不分離掩膜，而是通過與晶體定向相關(guān)的蝕刻對粗糙的、以較大的錯(cuò)誤公差結(jié)構(gòu)化出的分結(jié)構(gòu)進(jìn)行平整直至(111)-晶體面14。隨后通過薄的二氧化硅層保護(hù)經(jīng)平整的結(jié)構(gòu)。接著可以借助于另一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟形成其余的設(shè)計(jì)元件。
[0044]圖2A和2B示出了微機(jī)械部件的第一實(shí)施方案的示意性的部分圖示。
[0045]在圖2A和2B中示意性地示出的微機(jī)械部件借助于上述執(zhí)行的制造方法來制造。所述微機(jī)械部件具有至少一個(gè)由至少一個(gè)單晶的硅層結(jié)構(gòu)化出的結(jié)構(gòu)42和46，所述結(jié)構(gòu)包括保持部的至少一個(gè)分區(qū)域46，其具有至少一個(gè)連接在其上的獨(dú)立的元件42。例如，至少一個(gè)連接在保持部的至少所述分區(qū)域46上的獨(dú)立的元件42是至少一個(gè)彈簧42。
[0046]至少一個(gè)獨(dú)立的元件42通過錘頭狀的結(jié)構(gòu)44過渡至所述保持部的至少所述分區(qū)域46中，所述保持部承受(auffjingen)與晶體定向相關(guān)的和與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟之間的校準(zhǔn)公差。對此優(yōu)選理解為:至少一個(gè)獨(dú)立的元件42在一與所述保持部的至少所述分區(qū)域46接觸的端部48處具有第一側(cè)面50和第二側(cè)面52，所述第一側(cè)面和第二側(cè)面定向?yàn)榇怪庇?之前的)硅層的(110)-晶體面，且它們相對于(保持部的所述分區(qū)域46的)朝著相應(yīng)的獨(dú)立的元件42定向的側(cè)壁54如此定向，使得所述第一側(cè)面50以銳角的傾斜角α以及所述第二側(cè)面52以鈍角的傾斜角β相對于側(cè)壁54傾斜。人們也可以把獨(dú)立的元件42在保持部的至少所述分區(qū)域46上的這種連接描述為錘頭-過渡部。人們可以如此描述錘頭狀的結(jié)構(gòu)44，即在沿著縱向延伸的獨(dú)立的元件42的所述端部上，具有銳角的傾斜角α的第一棱邊相對于具有鈍角的傾斜角β的第二棱邊關(guān)于縱向方向錯(cuò)開。例如，具有鈍角的傾斜角β的第二棱邊比具有銳角的傾斜角α的第一棱邊更接近獨(dú)立的元件42的中點(diǎn)/重心。
[0047]銳角的傾斜角α優(yōu)選處于80°和60°之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選在75°和65°之間的范圍內(nèi)。所述銳角的傾斜角α尤其可以約為70°。相應(yīng)地，所述鈍角的傾斜角β優(yōu)選處于100°和120°之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選在105°和115°之間的范圍內(nèi)。所述鈍角的傾斜角β尤其可以約為109°。借助于這種傾斜角α和β能清楚地看出，結(jié)構(gòu)42和46借助于上文描述的制造方法從單晶硅結(jié)構(gòu)化出。(這也可以由此看出，即側(cè)面50和52是垂直于
(110)-晶體面12定向的(111)-晶體面14。)
此外還可以從微機(jī)械部件看出，借助于尤其是借助于深反應(yīng)離子蝕刻步驟蝕刻的溝道34穿通蝕刻了定向?yàn)橄鄬τ?110)-晶體面傾斜了(約)35°角的(未示出的)(111)-晶體面16。通過這種方式可以保證，最多在結(jié)構(gòu)42和46結(jié)構(gòu)化出之后留下相對較少的殘留部
24。因此，尤其在一對于至少一個(gè)獨(dú)立的元件42的移動(dòng)和/或彎曲特性來說重要的區(qū)域中能以高精度結(jié)構(gòu)化出期望的結(jié)構(gòu)42和46。因此，確保了恰好在該區(qū)域中小的制造公差。
[0048]由于傾斜角α和β，設(shè)計(jì)為彈簧的獨(dú)立的元件42的寬度顯著增大。因?yàn)閺椈?2的彈簧剛性以彈簧寬度的三次冪增大，所以柔性的彈簧42和機(jī)械剛性的錘頭狀結(jié)構(gòu)44之間的機(jī)械的過渡部僅極小程度地移動(dòng)。因此，可以如此選擇銳角的傾斜角α和機(jī)械的過渡部之間的距離，即承受在該范圍內(nèi)擴(kuò)大的公差。相對于具有銳角的傾斜角α的所述區(qū)域，大的傾斜角β的缺口應(yīng)力相對較小。因此，制造出的微機(jī)械部件能承受機(jī)械負(fù)荷。
[0049]此外，在微機(jī)械部件中能承受在兩個(gè)(111)-晶體面14的交叉處擴(kuò)大的錯(cuò)誤公差的影響。因?yàn)樵摻徊嫣幙赡芴幵趶椈?2的固定部中且在那里出現(xiàn)最大的機(jī)械應(yīng)力，所以擴(kuò)大的公差過度地作用于彈簧的橫截面對稱和機(jī)械的負(fù)荷能力。然而該問題由此應(yīng)對，即從這點(diǎn)出發(fā)取消具有小的制造公差的(111)-晶體面的銳角的傾斜角α。
[0050]因此，微機(jī)械部件具有一種設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)減小了基于切開傾斜的(111)-晶體面16而擴(kuò)大的公差通過隨后的與晶體定向相關(guān)的蝕刻對彈簧的橫截面對稱的影響。除了增大彈簧的橫截面對稱之外，還減小了豎直的(111)-晶體面的銳角的傾斜角處的缺口應(yīng)力。另一點(diǎn)在于，通過傾斜角和僅最小化的倒圓避免了高的缺口應(yīng)力。
[0051]圖3Α和3Β示出了微機(jī)械部件的第二實(shí)施方案的俯視圖和剖視圖。
[0052]在圖3Α和3Β中示意性示出的微機(jī)械部件也借助于上文執(zhí)行的制造方法制成。圖3Α和3Β的微機(jī)械部件是轉(zhuǎn)速傳感器的至少一部分。為此，微機(jī)械部件具有能被置于在一個(gè)平面內(nèi)平移振蕩的(振動(dòng)感應(yīng)的)質(zhì)量體56，所述質(zhì)量體通過彈簧42懸掛在保持部的至少一個(gè)分區(qū)域46上。在保持部和質(zhì)量體56上形成了電極箱58以用作用于使質(zhì)量體處于平移振蕩的執(zhí)行器。
[0053]轉(zhuǎn)速傳感器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由于科里奧利力引起了質(zhì)量體56與驅(qū)動(dòng)方向和旋轉(zhuǎn)軸正交的振蕩的傾翻。振蕩的質(zhì)量體56的這種傾翻能借助于若干探測電極60測量，所述探測電極既設(shè)計(jì)在保持部上也設(shè)計(jì)在質(zhì)量體56上。
[0054]微機(jī)械部件可以包括基礎(chǔ)基底62，在其上施加了絕緣層64，例如二氧化硅層。在這種情況下，至少所述絕緣層64使基礎(chǔ)基底62和單晶的(其余的)硅層10分開，所述硅層的離開基礎(chǔ)基底指向的(其余的)正面12是單晶的(其余的)硅層10的(110)-晶體面12。可選地，在絕緣層64上可以有導(dǎo)電層66，在導(dǎo)電層中形成了安置在保持部上的探測電極60。轉(zhuǎn)速傳感器的電子組件的一部分也可以形成在導(dǎo)電層66中。當(dāng)存在導(dǎo)電層66時(shí)，另一個(gè)絕緣層68、例如二氧化硅層使導(dǎo)電層66與單晶的(其余的)硅層10分開。為了實(shí)現(xiàn)具有小于0.05°的側(cè)面錯(cuò)誤定向的期望的高度對稱的結(jié)構(gòu)側(cè)面，在對置的側(cè)面中有利的是，硅層10的朝向基礎(chǔ)基底62的界面具有與硅的(110)-晶體面小于0.05°的錯(cuò)誤定向。
[0055](其余的)硅層10可以通過鍵合連接與其它的層62至68連接。必要時(shí)，基礎(chǔ)基底62也可以通過回滑(RUckschleifen)或者化學(xué)蝕刻去除，從而僅仍保留其殘留部。
[0056]借助于上文執(zhí)行的制造方法可以從單晶的(其余的)硅層10結(jié)構(gòu)化出了至少所述彈簧42和所述質(zhì)量體56。通過這種方式能以極小的公差制成公差敏感的彈簧42，同時(shí)存在具有較大的公差的較不敏感的區(qū)域。
[0057]本發(fā)明也不局限于轉(zhuǎn)速傳感器。例如，本發(fā)明也可以有利地用于其它慣性傳感器或者具有對其彈簧常數(shù)的高要求的傳感器。
【權(quán)利要求】
1.一種用于微機(jī)械部件的制造方法，所述制造方法至少包括如下步驟: 在所述硅層(10)的現(xiàn)有的(110)-表面定向的情況下，通過在所述硅層(10)的正面(12)上至少實(shí)施與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟，從至少一個(gè)單晶的硅層(10)至少部分地結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)(42、46)； 其特征在于， 在所述硅層(10)的現(xiàn)有的(110)-表面定向的情況下，在所述硅層(10)的正面(12)上額外地實(shí)施至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟以用于至少部分地結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)(42、46)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中提供一種高精度地定向的硅層(10)以執(zhí)行所述制造方法，所述硅層具有與所述(110)-晶體面小于0.05°，尤其是小于0.02°的錯(cuò)誤定向，從而借助于至少所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟和所述與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)高度對稱的結(jié)構(gòu)側(cè)面和/或至少一個(gè)高度對稱的側(cè)壁作為所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)(42、46)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其中提供所述高精度(110)-定向的硅層(10)作為具有任意定向的承載晶片的SOI基底的構(gòu)件層。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中通過校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的與晶體定向相關(guān)的測試蝕刻能導(dǎo)出所述硅層(10)的方位角的晶體定向，以及借助于所述導(dǎo)出的晶體定向能導(dǎo)出晶體上光刻掩膜的方位角的定向，其用于用來結(jié)構(gòu)化出至少一個(gè)結(jié)構(gòu)(42、46)的、與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中執(zhí)行各向異性的蝕刻步驟作為所述至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中執(zhí)行深反應(yīng)離子蝕刻步驟作為所述至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中在所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟之前執(zhí)行所述至少一個(gè)與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中借助于所述與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟，在所述硅層(10)中蝕刻出了經(jīng)由至少局部地延緩所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟的(111)-蝕刻停止面(14、16)的至少一個(gè)區(qū)域(36)的至少一個(gè)溝道(34)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其中借助于所述與晶體定向無關(guān)的蝕刻步驟，在所述硅層(10)中蝕刻出了經(jīng)由至少局部地延緩所述與晶體定向相關(guān)的蝕刻步驟的(111)-蝕刻停止面(16)的至少一個(gè)區(qū)域(36)的至少一個(gè)溝道(34)，所述(111)-蝕刻停止面定向?yàn)橄鄬τ谒龉鑼?10)的(110)-晶體面傾斜了 35°。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中從所述單晶的硅層(10)結(jié)構(gòu)化出保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少一個(gè)分區(qū)域(46)作為所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)(42、46)，其具有與之連接的、獨(dú)立的元件(42 )。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造方法，其中至少一個(gè)彈簧(42)作為與所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域(46)連接的、至少一個(gè)獨(dú)立的元件(42)從所述單晶的硅層(10)結(jié)構(gòu)化出來。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的制造方法，其中形成了至少一個(gè)錘頭狀的結(jié)構(gòu)(44)，所述至少一個(gè)獨(dú)立的元件(42)通過所述結(jié)構(gòu)過渡至所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域(46)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法，其中所述至少一個(gè)獨(dú)立的元件(42)設(shè)計(jì)為具有與所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域(46)接觸的端部(48)，所述端部具有第一側(cè)面(50)和第二側(cè)面(52)，所述第一側(cè)面和第二側(cè)面定向?yàn)榇怪庇谒龉鑼?10)的所述(110)-晶體面(12)，且它們相對于所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域(46)的、朝著相應(yīng)的獨(dú)立的元件(42)定向的側(cè)壁(54)如此定向，使得所述第一側(cè)面(50)以銳角的傾斜角(α )以及所述第二側(cè)面(52)以鈍角的傾斜角(β )相對于所述側(cè)壁(54)傾斜。
14.一種微機(jī)械部件，具有: 至少一個(gè)從至少一個(gè)單晶的硅層(10 )結(jié)構(gòu)化出來的結(jié)構(gòu)(42、46 )，所述結(jié)構(gòu)包括保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少一個(gè)分區(qū)域(46)，其具有至少一個(gè)連接在其上的獨(dú)立的元件(42)； 其特征在于，所述至少一個(gè)獨(dú)立的元件(42)通過一個(gè)錘頭狀的結(jié)構(gòu)(44)過渡至所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域(46)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的微機(jī)械部件，其中所述硅層(10)具有與所述(110)-晶體面小于0.05°、尤其是小于0.02°的錯(cuò)誤定向。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的微機(jī)械部件，其中所述至少一個(gè)獨(dú)立的元件(42)在與所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域(46)接觸的端部(48)處具有第一側(cè)面(50)和第二側(cè)面(52)，所述第一側(cè)面和第二側(cè)面定向?yàn)榇怪庇谒龉鑼?10)的所述(110)-晶體面(12)，且它們相對于所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域(46)的、朝著相應(yīng)的獨(dú)立的元件(42)定向的側(cè)壁(54)如此定向，使得所述第一側(cè)面(50)以銳角的傾斜角(α )以及所述第二側(cè)面(52)以鈍角的傾斜角(β )相對于所述側(cè)壁(54)傾斜。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的微機(jī)械部件，其中連接在所述保持部和/或偏轉(zhuǎn)部的至少所述分區(qū)域(46)處的、所述至少一個(gè)獨(dú)立的元件(42)是至少一個(gè)彈簧(42)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的微機(jī)械部件，其中所述微機(jī)械部件是轉(zhuǎn)速傳感器的至少一部分。
【文檔編號】B81C1/00GK103723675SQ201310484562
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】F.霍伊克, C.舍林, M.哈塔斯, B.施密特 申請人:羅伯特·博世有限公司