用于微机械构件的制造方法和微机械构件的制作方法

用于微机械构件的制造方法和微机械构件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于微机械构件的制造方法，其至少包括以下步骤:借助于一个晶体定向无关的蚀刻步骤从衬底的至少一个结晶层(12)中形成微机械构件的至少一个部件的基础结构(10)，和借助于一个晶体定向相关的蚀刻步骤从该至少一个部件的基础结构(10)中蚀刻出一个限定的晶体平面(20)的至少一个面(18)，其中，该晶体定向相关的蚀刻步骤被实施，对于该晶体定向相关的蚀刻步骤，相应的限定的晶体平面(20)在全部的晶体平面中具有最低的蚀刻速率，在基础结构(10)上被蚀刻出的所述至少一个面(18)按照所述相应的限定的晶体平面定向。此外本发明涉及一种微机械构件。
【专利说明】用于微机械构件的制造方法和微机械构件
[0001]本发明涉及一种用于微机械构件的制造方法。此外本发明涉及一种微机械构件。
现有技术
[0002]在出版物“微系统技术的特殊制造方法”中(http: / / www.Leb.ee1.un1-erIangen.d e/termine/ferienakademie/2008/mikrosysteme/Hoehne_SpezifischeVerfahren_Vortrag.pdf ;第20页)描述一种用于在结晶的娃晶片的顶面中在存在的〈110 >-表面定向下借助于晶体定向相关的蚀刻步骤形成垂直的沟的方法。在此〈111>-晶体平面作用为蚀刻停止平面。
[0003]本发明的公开
本发明创造一种具有权利要求1的特征的用于微机械构件的制造方法和一种权利要求12的特征的微机械构件。
[0004]本发明的优点
本发明尤其实现一种简化的制造方法，其中一个晶体定向无关的蚀刻步骤和一个晶体定向相关的蚀刻步骤被相互组合。如下面更详细说明的那样，蚀刻步骤的遮蔽也可以相对简单地形成。因此按照本发明的制造方法可以容易地实施。借助于该制造方法制造的微机械构件因此是比较成本有利的。
[0005]本发明实现高效益地大规模地制造微机械构件，其中，同时保证可靠地保持各个部件的希望的结构化精度或结构侧面对称性。通过使用至少一个结晶层，可以克服晶粒效应。在初始材料中晶粒的存在常规上常常导致在结构化中的不精确性，而借助于本发明可以利用在至少一个结晶层中产生的可能限定的晶体平面来形成至少一个被结构化出的结构的有利的形状。
[0006]在常规方式上，在按照现有技术制造的微机械构件中，必须接收在晶片上的至少0.5°的角度误差公差。这种不希望地高的角度误差公差例如由于DRIE-蚀刻设备(深度蚀刻设备，Deep Reactive 1n Etching深反应离子刻蚀)的相对较复杂的构造和在DRIE-蚀刻期间的工艺控制而产生。在按照现有技术制造的微机械构件中也常常出现所谓的视差问题。与此相对地，本发明例如提供在一个作为晶体定向无关的蚀刻步骤的DRIE-蚀刻(反应的离子深度蚀刻步骤，Deep Reactive 1n Etching(深反应离子刻蚀))和一个作为晶体定向相关的蚀刻步骤的各向异性的晶体定向的湿法化学蚀刻之间的组合。借助于按照本发明的技术可以在制造微机械构件时将它的角度误差公差降低到低于0.02°，尤其低于0.01°，由此可以急剧地降低用于修正错误的信号的、昂贵的电气工程费用。按照本发明的微机械构件因此相对于现有技术具有显著的优点。
[0007]在制造方法的一个有利的实施方式中，作为微机械构件的至少一个部件，至少制造至少一个弹簧，至少一个弹簧的至少一个固定区域，和一个可调节的质量的至少一个分区域，该可调节的质量经由至少一个弹簧与至少一个固定区域如此地连接，即可调节的质量可以关于至少一个固定区域进行调节。按照本发明的方法可以由此用于制造作为传感器，传感器构件，执行器或执行器构件的敏感的/关键的元件的弹簧。在使用用于制造弹簧的制造方法下可以保证，在制造的弹簧上可靠地存在预先确定的/希望的弹簧常数。
[0008]例如借助于晶体定向相关的蚀刻步骤加工出至少一个弹簧的至少一个高度对称的侧壁。在这种情况下不必接收对至少一个弹簧的公差，尤其是侧面角度误差的公差的限制。弹簧的可靠地保证的、近似垂直的侧壁对于可调节的质量的以后的运动至关重要。由于保证的窄的用于弹簧的公差，在利用本发明下可以保持用于弹簧刚度的小的设计窗口。在至少一个制造的弹簧中在这种情况下不/几乎不出现尤其是侧面角度误差，即侧壁的平行倾斜或侧壁相对于顶面法线的偏差(平行四边形误差)。
[0009]制造方法因此可以用于制造对结构精度，尤其对侧壁对称性，有高的要求的执行器和/或传感器。按照本发明的制造方法尤其可以在偏航传感器中用于产生具有对称的弹簧横截面和相对置的侧面的可忽略的侧面角度误差的悬挂结构。
[0010]在制造方法的另一个有利的实施方式中，从高精度定向的单晶层中结构化出微机械构件的至少一个部件的基础结构。最好提供高精度定向的硅层，其具有与〈110>_晶体平面或〈100>_晶体平面的小于0.05°，尤其小于0.02°的定向误差，用于实施制造方法，由此至少借助于晶体定向无关的蚀刻步骤和晶体定向相关的蚀刻步骤结构化出至少一个高对称的结构侧面和/或至少一个高对称的侧壁作为至少一个结构。通过提供具有顶面的单晶的硅层，该顶面具有与〈110>_晶体平面或〈100>_晶体平面小于±0.5°的定向误差，和在这个单晶的硅层的顶面上实施制造方法，可以将出现的角度误差公差(即两个相对置的结构侧面相互间的角度偏差和这个角度偏差在衬底上的补偿)保持有利地低。例如通过按照本发明的制造方法可以将角度误差公差在整个晶片上降低到小于±0.5°，尤其小于±0.02°。与在干式蚀刻或深度结构化中的受设备限定地常常出现的至少±0.5°的角度误差公差相比，这是一个有利地低的值。
[0011]微机械构件的至少一个部件的基础结构例如可以从作为至少一个结晶层的硅层中在硅层的存在的〈110>-表面定向下被结构化出，其中，KOH-蚀刻步骤或TMAH-蚀刻步骤作为晶体定向相关的蚀刻步骤被实施。此外硅层的方位角的晶体定向可以通过一个对调整结构的与晶体方向相关的测试蚀刻导出，和在借助于导出的晶体定向下，为用于结构化出至少一个结构的与晶体方向相关的蚀刻步骤导出光刻掩膜在晶体上的方位角的定向。按照本发明的制造方法因此可以容易地实施。
[0012]作为对此的替代方案，微机械构件的至少一个部件的基础结构也可以从作为至少一个结晶层的硅层中在硅层的存在的〈100>_表面定向下被结构化出，其中，CIF3-蚀刻步骤或XeF2蚀刻步骤作为晶体定向相关的蚀刻步骤被实施。在这种情况下，硅层的〈100>_表面定向也可以可靠地保证具有小于0.05°，尤其小于0.02°，的定向误差。因此在这种情况下在制造的微机械构件上也可以实现小于0.5°，尤其小于0.02°的角度误差公差。
[0013]在制造方法的一个有利的实施方式中，各向异性的蚀刻步骤作为晶体定向无关的蚀刻步骤被实施。各向异性的蚀刻步骤可以尤其用于消除在此之后实施的晶体定向相关的蚀刻步骤的不希望的影响。
[0014]尤其可以实施一个反应的离子深度蚀刻步骤(DRIE-蚀刻步骤，Deep Reactive1n Etching(深反应离子刻蚀))作为晶体定向无关的蚀刻步骤。一个反应的离子深度蚀刻步骤可以容易地与一个晶体定向相关的蚀刻步骤组合。
[0015]在另一个有利的实施方式中，一个湿法化学蚀刻步骤作为至少一个晶体定向相关的蚀刻步骤被实施。湿法化学蚀刻步骤可以简单地实施。此外一个湿法化学蚀刻步骤可以以简单的方式与所述晶体定向无关的蚀刻步骤，尤其与一个反应的离子深度蚀刻步骤，组入口 O
[0016]微机械构件的至少一个部件的基础结构的一个分区域尤其可以在晶体定向相关的蚀刻步骤期间用保护层遮盖，以便仅仅在基础结构的一个暴露的剩余区域上蚀刻出至少一个按照相应的限定的晶体平面定向的面。晶体定向相关的蚀刻步骤尤其可以为了平整/抛光基础结构的仅仅暴露的剩余区域被实施，而同时可以防止，在在晶体定向相关的蚀刻步骤期间遮盖的基础结构的分区域上使面按照相应的限定的晶体平面定向。晶体定向无关的蚀刻步骤与晶体定向相关的蚀刻步骤的组合因此可以专门地用于制造至少一个部件，而同时也可以仅仅借助于晶体定向无关的蚀刻步骤制造微机械构件的至少另一个部件。
[0017]在制造方法的一个有利扩展方案中，在晶体定向无关的蚀刻步骤之前在以后形成的保护层的一个边界区域上将一个沟结构化到至少一个结晶层中，该沟在晶体定向无关的蚀刻步骤之前用一种对于晶体定向相关的蚀刻步骤合适的蚀刻停止材料填充。接下来，在晶体定向无关的蚀刻步骤中去除沟的第一沟分壁以形成一个部分地暴露基础结构的分区域的第一沟槽段和去除沟的第二沟分壁以形成一个部分地暴露基础结构的剩余段的第二沟槽段。在这种情况下，在沟中填充的蚀刻停止材料在晶体定向相关的蚀刻步骤期间可以作为蚀刻保护塞子用于被保护层遮盖的分区域。因此可以有目的地防止在晶体定向相关的蚀刻步骤期间对被保护层遮盖的分区域的不希望的一起蚀刻/ 一起平整/ 一起抛光。
[0018]在制造方法的另一个有利的实施方式中，惯性传感器或惯性传感器构件作为微机械构件被制造。按照本发明的制造方法因此可以用于这种传感器类型的提高的测量精度和提高的耐用性。但是制造方法的可使用性不限于制造惯性传感器或惯性传感器构件。
[0019]在上面的段落中描述的优点也在一种相应的微机械构件中得到保证。按照本发明的微机械构件包括至少一个从一种结晶材料中结构化出的部件，其中，在至少一个部件上加工出至少一个面，其在结晶材料的一个限定的晶体平面上定向。微机械构件也可以相应于上述的实施方式进行扩展。
[0020]有利地，微机械构件包括固定体，至少一个弹簧，和可调节的质量，其经由至少一个弹簧与固定体如此地连接，即可调节的质量可以关于固定体进行调节，其中，从结晶材料中至少结构化出至少一个弹簧，至少一个弹簧在固定体上的至少一个固定区域和可调节的质量的至少一个分区域作为至少一个部件。因此对于微机械构件也可保证可制造的弹簧的上面描述的优点。
[0021]例如可以在至少一个部件上加工出至少一个面，其在作为结晶材料的硅的〈111〉-晶体平面上定向。这种部件可容易地制造，其中至少该部件从一个硅层中在该硅层的存在的<110>_顶面定向下被结构化出。
[0022]备选地，也可以在至少一个部件上加工出至少一个面，其在作为结晶材料的硅的〈110>_晶体平面上定向。这是容易实现的，其中该部件从一个硅层中在该硅层的存在的〈100>_表面定向下形成。
[0023]微机械构件最好是惯性传感器或惯性传感器构件。微机械构件尤其可以是偏航传感器。但是在这里列举的用于微机械构件的可构造性的示例不应该理解为是限制性的。
[0024]附图简述本发明的其它的特征和优点在以下借助于图来解释。图中所示:
图1是用于解释用于微机械构件的制造方法的第一实施方式的示意横剖图；
图2A至2F是用于解释用于微机械构件的制造方法第二实施方式的示意图，其中，图2Aa至2Fa显示一个结晶层的俯视图和图2Ab至2Fb显示通过结晶层的横剖图；
图3是微机械构件的第一实施方式的示意图；
图4是微机械构件的第二实施方式的示意图；和图5是微机械构件的第三实施方式的示意图。
[0025]本发明的实施方式
图1示出用于解释用于微机械构件的制造方法的第一实施方式的示意横剖图。
[0026]在这里解释的制造方法中，借助于一个晶体定向无关的蚀刻步骤从一个衬底的至少一个结晶层12中结构化出(形成)微机械构件的至少一个部件的基础结构10。箭头14指出借助于晶体定向无关的蚀刻步骤在基础结构10上可形成的侧壁。晶体定向无关的蚀刻步骤可以理解为对于结晶层12的不同的晶体平面具有至少近似相同的蚀刻速率的任何蚀刻方法。作为晶体定向无关的蚀刻步骤，例如可以实施一个用于结构化出基础结构10的、各向异性的蚀刻步骤。优选地，作为至少一个晶体定向无关的蚀刻步骤，实施一个反应的离子深度蚀刻步骤(DRIE-深反应离子刻蚀步骤，De印Reactive 1n Etching(深反应离子刻蚀))。
[0027]借助于晶体定向无关的蚀刻步骤形成基础结构10具有优点，基础结构10不在它的界面的预先确定的定向上结合到结晶层12的确定的晶体平面上。相反，基础结构10可以在不考虑结晶层12的晶体平面下以高的设计自由度预先确定和设计。但是，如借助于图1可以看见的，在借助于晶体定向无关的蚀刻步骤结构化出基础结构1时，要考虑在基础结构1上出现不均匀性/偏差。
[0028]但是这个问题可以借助于一个晶体定向相关的蚀刻步骤消除，它在晶体定向无关的蚀刻步骤之后实施。借助于晶体定向相关的蚀刻步骤，在这里描述的制造方法中，从至少一个部件的基础结构10中加工出(蚀刻出)一个限定的晶体平面20的至少一个面18。这借助于箭头16示意地示出。从基础结构10中加工出至少一个面18尤其可以理解为对基础结构10的平整或抛光，由此获得至少一个按照限定的晶体平面20定向的面18。至少一个面18在实施晶体定向相关的蚀刻步骤之后在其定向上几乎没有关于晶体平面20的偏差。相反，至少一个面18近似无误差地对应于限定的晶体平面20。
[0029]最好借助于晶体定向相关的蚀刻步骤对基础结构10的至少分区域实施(短的)晶体定向的蚀刻/平整/抛光。该有利的方法实现在至少一个按照限定的晶体平面20定向的面18上的停止处对基础结构上的粗糙度的平整。在这里描述的制造方法因此可以建造在至今为止建立的晶体定向无关的结构上和实施晶体定向相关的蚀刻步骤作为工艺选项或Dip。两个蚀刻步骤相互间的复杂的遮蔽/调整是不需要的。
[0030]作为晶体定向相关的蚀刻步骤，一种蚀刻方法被实施，对于该蚀刻方法，相应的限定的晶体平面20(至少一个在基础结构10上被加工出的面18按照该限定的晶体平面定向)在(结晶层12的)全部的晶体平面中具有最低的蚀刻速率。晶体定向相关的蚀刻步骤尤其可以是湿法化学蚀刻步骤。结晶层12的晶体平面可以通过合适的湿法化学蚀刻方法以相互间极高的选择性进行蚀刻。化学的选择性远远优越于反应的离子深度蚀刻步骤的物理的选择性。晶体定向相关的蚀刻步骤最好是在碱性的环境中的湿法化学蚀刻步骤。
[0031]湿法化学蚀刻方法常常具有关于(结晶层12的)限定的晶体平面20的极高的选择性。由于湿法化学蚀刻方法的这种晶体定向的蚀刻速率差别，槽沟或尖端，如它们通常例如借助于交替的Bosch过程形成的那样，也可以被平整。因此借助于湿法化学蚀刻方法常常也可以从结晶层12中结构化出垂直定向的侧壁。例如可以使用KOH (氢氧化钾)和/或TMAH (氢氧化四甲铵)来实施晶体定向相关的蚀刻步骤。但是在这里指出的蚀刻材料仅仅应该理解为举例说明。
[0032]湿法化学结构化的其它的优点是蚀刻室的大大简化的构造，以及蚀刻速率在结晶层12的整个面上的非常高的均匀性。在湿式蚀刻工艺中也消除了侧面非对称性的产生(通过在干式等离子蚀刻时在晶片上的离子的倾斜的入射限定)。此外在湿式蚀刻工艺中可以以较薄的掩膜进行加工。蚀刻停止和过渡在湿法化学蚀刻中比在干式蚀刻中更好地限定。此外晶片可以批量处理，这相对于在干式蚀刻中单晶片加工是有利的。
[0033]注意，在晶体定向相关的蚀刻步骤期间产生的结构损失常常(由于晶体定向相关的蚀刻步骤的短的持续时间)如此地小，以致它们不影响以后的微机械构件的功能。此外基础结构10可以具有至少一个稍微正的侧面，借助于该侧面可以补偿结构化损失。由此在接下来的晶体定向相关的蚀刻步骤中可以将至少一个定向的面18精确地后移到在光刻中限定的区域上。
[0034]微机械构件的至少一个部件的基础结构10可以借助于晶体定向无关的蚀刻步骤从作为结晶层12的单晶层12中结构化出来。结晶层/单晶层12尤其可以在实施晶体定向无关的蚀刻步骤之前被高精度地定向。以这种方式可以可靠地保证至少一个借助于晶体定向相关的蚀刻步骤从基础结构10中加工出的面18的(近似无误差的)定向。特别地，可以借助于晶体定向无关的蚀刻步骤和晶体定向相关的蚀刻步骤从结晶的/单晶的(尚精度定向的)层12中结构化出至少一个高度对称的结构侧面和/或至少一个高度对称的侧壁作为至少一个结构。在一个可选择的方法步骤中，可以事先通过调整结构的与晶体方向相关的测试蚀刻推导出层12的方位角的晶体定向和在借助于推导出的晶体定向下为用于结构化出至少一个结构的与晶体方向相关的蚀刻步骤推导出一个在晶体上的光刻掩膜的方位角的定向。
[0035]结晶层12尤其可以是娃层12。娃层12例如可以是SO1-晶片的结晶/单晶层。也可以使用硅晶片作为硅层12。(可能地高精度定向的)硅层12也可以作为具有任意定向的载体晶片的SO1-衬底的元器件层。
[0036]在图1的实施方式中，微机械构件的至少一个部件的基础结构10从作为至少一个结晶层12的娃层12中在娃层12的一个存在的〈110>_表面定向下借助于晶体定向无关的蚀刻步骤被结构化出。(硅层12的〈110>_表面定向的存在借助于〈110>_晶体平面22图解地示出。)硅层12在实施晶体定向无关的蚀刻步骤和晶体定向相关的蚀刻步骤之前具有顶面12a，该顶面与〈I 10>_晶体平面22之间具有最好小于0.05°，尤其小于0.02°，的定向差别。硅层12因此可以称为高精度定向的硅层12，其中，顶面12a是〈110>_晶体平面22。
[0037]硅层12具有两个垂直于〈110>_晶体平面22定向的〈111>_晶体平面20。两个垂直于〈110〉-晶体平面22定向的〈111〉-晶体平面20相互间以(大约)71的锐角α和(大约)109°的钝角β定向。(两个另外的〈111〉-晶体平面20以(大约)35°倾斜于硅层12的〈110〉-晶体平面22定向。)
只要基础结构1在硅层12的存在的〈110>_表面定向下被从硅层12中结构化出，KOH-蚀刻步骤和/或TMAH-蚀刻步骤可以作为晶体定向相关的蚀刻步骤被实施。因此可以实现可简单实施的蚀刻步骤作为晶体定向相关的蚀刻步骤。在硅和KOH的情况下，在晶体定向相关的蚀刻步骤期间在〈110>_晶体平面22和垂直的〈111>_晶体平面20之间产生直至150的蚀刻速率差。垂直于〈110>_晶体平面22定向的〈111>_晶体平面20由于高的选择性在采用KOH和/或TMAH的晶体定向相关的蚀刻步骤期间几乎不/不被蚀刻。在采用KOH和/或TMAH的晶体定向无关的蚀刻步骤期间，垂直于〈110>_晶体平面22定向的〈111>_晶体平面20因此起着蚀刻停止平面(终止面)的作用。由此借助于采用KOH和/或TMAH的晶体定向相关的蚀刻步骤可以从结晶的硅层12的〈110>_晶体平面22中结构化出垂直定向的面18作为侧壁。产生的角度误差主要通过对〈110〉表面的精确的调整来限定。因此一般地角度误差可以低于0.01°。
[0038]只要晶体定向相关的蚀刻步骤包括采用KOH和/或TMAH的湿法化学蚀刻，则提供一种由一个薄的二氧化硅层和一个位于其上方的氮化硅层构成的蚀刻掩膜。这两个层可以一致地在一个热氧化和一个接下来的LPCVD-沉积(化学的气相沉积，Low Pressure ChemicalVapour Deposit1n(低压化学气相沉积))中产生。
[0039]作为在图1中示意示出的方法的备选方案，微机械构件的至少一个部件的基础结构10也可以从作为至少一个结晶层12的娃层12中在娃层12的存在的〈100>_表面定向下借助于晶体定向无关的蚀刻步骤被结构化出。在这种情况下可以接着借助于晶体定向相关的蚀刻步骤从基础结构10中加工出至少一个面，该至少一个面在硅层12的〈I 10>_晶体平面22上定向。作为晶体定向相关的蚀刻步骤，例如可以实施CIF3-蚀刻步骤(三氟化氯-蚀刻步骤)和/或XeF2-蚀刻步骤(二氟化氙-蚀刻步骤)。因此也可以在制造方法的这种实施方式中使用可简单实施的蚀刻工艺作为晶体定向相关的蚀刻步骤。此外，在制造方法的这种实施方式中也保证在前面的段落中描述的优点。
[0040]图2A至2F示出用于解释用于微机械构件的制造方法的第二实施方式的示意图，其中，图2Aa至2Fa示出结晶层的俯视图和图2Ab至2Fb示出通过结晶层的横剖图。
[0041]借助于图2A至2F示出的制造方法也包括从至少一个结晶层12中借助于晶体定向无关的蚀刻步骤结构化出基础结构1和从基础结构1中借助于晶体定向相关的蚀刻步骤加工出一个限定的晶体平面20的至少一个面18。关于可以用于至少一个结晶层12的材料的多样性、该层的有利的定向和可实施的蚀刻步骤，参见前面的描述。
[0042]在图2A至2F的制造方法中，在晶体定向无关的蚀刻步骤之前，在一个以后形成的保护层的边界区域30处，一个沟32被结构化到至少一个结晶层12中，所述保护层在下面更详细地描述。沟32可以理解为一个较窄的开口。沟32的深度tl最好大于或等于以后借助于晶体定向无关的蚀刻步骤被蚀刻到结晶层12中的结构化体的深度t2。替代在图2Aa和图2Ab中示出的惟一的沟32，也可以构造多个相应的沟32。在这里只是为了更好的理解只对一个沟32进行描述。
[0043]沟32在晶体定向无关的蚀刻步骤之前用对与晶体定向相关的蚀刻步骤合适的蚀刻停止材料34填充。蚀刻停止材料34可以理解为一种材料，对于该材料，以后实施的晶体定向相关的蚀刻步骤仅仅具有一个可忽略地小的蚀刻速率。如在图2Ba和2Bb中可以看见的，沟32最好完全地用蚀刻停止材料34填充。这可以如此地实施，蚀刻停止材料34在沟32中形成塞子。
[0044]在一个特别有利的实施方式中，对于蚀刻停止材料34，使用一种材料，该材料在以后实施的晶体定向无关的蚀刻步骤期间具有可忽略的蚀刻速率。在这种情况下也可以由蚀刻停止材料34形成用于晶体定向无关的蚀刻步骤的遮蔽。例如可以使用LPCVD-二氧化硅(化学的气相沉积，Low Pressure Chemical Vapour Deposit1n(低压化学气相沉积))用于蚀刻停止材料34。
[0045]在图2Ba和2Bb的实施方式中也从蚀刻停止材料34中形成用于以后实施的晶体定向无关的蚀刻步骤的遮蔽。由于至少一个沟32的平行于结晶层12的顶面12a定向的扩展小于施加到结晶层12的顶面12a上的、由蚀刻停止材料34构成的遮蔽的层厚，因此顶面12a是无地形特征地(1:(^08瓜口1116；^6；0封闭的。
[0046]图2Ca和2Cb示意示出一个光刻步骤，借助于该步骤可以结构化用于晶体定向无关的蚀刻步骤的遮蔽。为了光刻步骤，可以使用(没有示出的)薄的漆掩膜，借助于它可以结构化位于其下面的遮蔽作为硬掩膜。薄的漆掩膜最好也通过被填充到沟32中的蚀刻停止材料34被打开。由此在用于蚀刻沟32的掩膜和漆掩膜/硬掩膜之间的调整公差可以选择得很宽。[0047 ]接下来实施晶体定向无关的蚀刻步骤。晶体定向无关的蚀刻步骤例如可以是各向异性的蚀刻步骤，尤其是反应的离子深度蚀刻步骤(DRIE-蚀刻步骤，Deep Reactive 1nEtching深反应离子刻蚀)。在晶体定向无关的蚀刻步骤中，沟32的第一沟分壁为了形成第一沟槽段36a被去除。此外沟32的第二沟分壁为了形成第二沟槽段34被去除。沟槽段36a和36b至少部分地暴露基础结构10。尤其第一沟槽段36a至少部分地暴露基础结构10的分区域38a，该分区域在对完成制造的微机械构件上没有另外的蚀刻/平整/抛光情况下是符合期望的。与此相应地，第二沟槽段36b至少部分地暴露基础结构10的剩余段38b，在该剩余段上还要借助于以后实施的晶体定向相关的蚀刻步骤加工出至少一个按照限定的晶体平面20定向的面18。
[0048]在晶体定向无关的蚀刻步骤之后，可以去除它的遮蔽。(但是蚀刻停止材料34留在至少一个沟32中。)在此之后，可以施加上一个新的遮蔽用于以后实施的晶体定向相关的蚀刻步骤，例如PECVD-氧化物40 (等离子体增强的化学的气相沉积，Plasma-enhancedChemical Vapour Deposit1n(等离子体增强化学气相沉积))，(参见图2Da和2Db)。借助于另一个光刻步骤可以将PECVD-氧化物40从在以后实施的晶体定向相关的蚀刻步骤中要加工的剩余区域38b中去除。以这种方式可以形成保护层42，它在晶体定向相关的蚀刻步骤期I司遮盖基础结构1的分区域38a。由此可以保证，仅仅在晶体定向相关的蚀刻步骤期间暴露的基础结构10的剩余区域38b处加工出至少一个按照相应的限定的晶体平面20定向的面18。
[0049]图2Ea和2Eb示出直接在晶体定向相关的蚀刻步骤开始之前的、具有保护层42的基础结构1。如借助于图2Ea和2Eb可以看见的，被填充到沟32中的蚀刻停止材料34在晶体定向相关的蚀刻步骤期间用作蚀刻保护塞子，用于由保护层42遮盖的分区域38a。蚀刻保护塞子在此情况下位于保护层42的边界区域30处。以这种方式借助于蚀刻保护塞子可以可靠地防止晶体定向相关的蚀刻步骤的蚀刻材料经由第二沟槽段36b侵入到第一沟槽段36a中。因此借助于保护层42和蚀刻保护塞子可以对在其处不希望有与晶体定向相关的蚀刻的区域配设良好的钝化。实现的钝化本身完全遮盖深的沟的侧壁，但是不突入到要借助于晶体定向相关的蚀刻步骤进行平整/抛光的区域中。晶体定向的蚀刻由此被限制在希望的区域上并且尽管如此仍然可以可靠地实施。
[0050]图2Fa和2Fb示出在制造方法结束之后的微机械构件44。
[0051]前面描述的制造方法特别适合用于制造微机械构件44的一个部件，该部件对在其结构化期间对不精确性敏感地作出反应。例如可以借助于制造方法之一，至少制造至少一个弹簧，至少一个弹簧的至少一个固定区域和一个可调节的质量的至少一个分区域，该质量经由至少一个弹簧与至少一个固定区域如此地连接，可调节的质量可以相对于至少一个固定区域进行调节，作为微机械构件44的至少一个部件。借助于上述的制造方法可以尤其首先借助于晶体定向无关的蚀刻步骤对弹簧进行粗结构化和接着(借助于晶体定向相关的蚀刻步骤)沿着限定的晶体平面定向。不在限定的晶体平面上进行定向的非关键区域可以借助于保护层42和/或至少一个蚀刻保护塞子钝化。借助于上面描述的制造方法尤其可以加工出至少一个弹簧的至少一个高度对称的侧壁。在借助于制造方法之一制造至少一个弹簧时，在至少一个弹簧的结构化期间几乎不/不出现不精确性/偏差。因此在以后利用至少一个弹簧时也不必接收在弹簧常数上的任何偏差。用至少一个弹簧配备的微机械构件44因此可以有利地作为传感器或执行器使用。
[0052]尤其该制造方法特别好地适用于制造惯性传感器或惯性传感器构件作为微机械构件44。借助于上面描述的制造方法制造的惯性传感器具有良好的测量精度/探测精度，很小的误差率和大的稳固性。相应的惯性传感器例如可以是偏航传感器或回转器(陀螺仪)。但是要指出，制造方法的可实施性不限于这种传感器的制造。相反借助于该制造方法也可以制造其它的MEMS-构件，其中，借助于蚀刻步骤的有利的组合，在这种MEMS-构件中也可以形成极其平滑的垂直的侧壁。
[0053]对于至少一个弹簧，替代地或作为补充，借助于上面描述的制造方法也可以制造微机械构件44的其它的部件。例如借助于上面描述的制造方法也可以形成至少一个电极指(指状电极)。在微机械构件44上也可以以这种方式形成梳状地相互夹持在对方中的电极指。电极指可以选择地被用于驱动或探测。
[0054]图3示出微机械构件的第一实施方式的示意图。
[0055]在图3中示意示出的微机械构件44具有固定体50，至少一个弹簧52和(没有画出的)可调节的质量。可调节的质量，例如测震质量，经由至少一个弹簧52与固定体50如此地连接，即可调节的质量可以关于固定体50(通过至少一个弹簧52的弯曲/变形)进行调节。至少由结晶材料结构化出至少一个弹簧52，至少一个弹簧52在固定体50上的至少一个固定区域50a和可调节的质量的至少一个分区域。这借助于上面描述的制造方法之一实现，这是明显的，因为在至少一个弹簧52上加工出至少一个面18，其在结晶材料的限定的晶体平面20上定向。
[0056]至少一个在限定的晶体平面20上定向的面18应该理解为一个面18，该面沿着限定的晶体平面20延伸。这也可以由此解释，即在至少一个面18上暴露/蚀刻出限定的晶体平面20。从结晶材料中蚀刻出至少一个在限定的晶体平面20上定向的面18。至少一个面18因此可以具有蚀刻痕迹。要指出的是，在面18上没有出现打磨痕迹。
[0057]在图3的实施方式中，在至少一个弹簧52上加工出至少一个面18，其在作为结晶材料的硅的〈111>_晶体平面20上定向。弹簧52的至少一个面18因此沿着硅的〈111>_晶体平面20延伸。在其上可以看见，弹簧52(其具有至少一个面18作为侧壁)通过实施晶体定向无关的蚀刻步骤和晶体定向相关的蚀刻步骤从具有存在的〈110>_表面定向的硅层中制造。垂直于面18定向的顶面12a可以沿着〈110〉-晶体平面延伸。尤其地，在相应的弹簧52的两个相邻的/对接的面18之间可以形成大约71°的角度α或大约109°的角度β。该角度α和β通过〈111〉-晶体平面20相互间的定向限定。
[0058]但是，替代〈111>_晶体平面20，在至少一个弹簧52上的至少一个面18也可以按照其它的晶体平面定向。例如可以在至少一个弹簧52上加工出至少一个面，其在作为结晶材料的娃的〈110>_晶体平面上定向。当弹簧52通过实施晶体定向无关的蚀刻步骤和晶体定向相关的蚀刻步骤从具有存在的〈100>_表面定向的硅层中制造时，是这种情况。
[0059]图4示出微机械构件的第二实施方式的示意图。
[0060]在图4的微机械构件44中，至少一个电极指54借助于上面描述的制造方法之一制造。因此在至少一个电极指54上形成多个面18，其在限定的晶体平面20上，例如〈111>_晶体平面20上，定向。面18因此沿着〈111>_晶体平面20延伸。垂直于面18定向的顶面12a可以是〈110〉-晶体平面。
[0061 ]可以看见，至少一个电极指54从它的基础结构10的借助于虚线56示出的方形的形状(通过晶体定向相关的蚀刻步骤)被变成不规则的矩形的形状。尤其凸出的角落/拐角部是晶体定向相关的蚀刻步骤的产物。尤其地，可以在相应的电极指54的两个相邻的/连接的面18之间存在71°的角度α或109°的角度β。
[0062]此外可以在电极指54的固定区域50a上形成蚀刻影子，在其上可以附加地识别出借助于上面描述的制造方法之一制造微机械构件44。箭头58示出晶体定向相关的蚀刻步骤的蚀刻作用58。
[0063]图5示出微机械构件的第三实施方式的示意图。
[0064]在图5的微机械构件44中也可以看见的借助于上面描述的制造方法之一它在面18上的制造，该面沿着限定的晶体平面20，尤其是〈111>_晶体平面20，定向。全部的面18作为光滑的侧壁可以是(近似)无不规则性的。至少一个垂直于面18定向的顶面12a再次可以是〈110〉-晶体平面。
[0065]在微机械构件44的结构上，这些结构不在限定的晶体平面20上取向，也可以出现晶体定向的蚀刻的特征性的蚀刻图案。此外，尽管相邻的面18沿着限定的晶体平面20定向，具有角度α和β的拐角部也可以具有蚀刻作用58，因为它们在借助于晶体定向相关的蚀刻步骤的蚀刻之前不被保护。
[0066]上面描述的微机械构件44例如可以是传感器或传感器构件，尤其是惯性传感器或惯性传感器构件。但是全部的微机械构件44也可以有利地用于执行器。
【主权项】
1.用于微机械构件(44)的制造方法，该方法至少包括以下步骤: 借助于一个晶体定向无关的蚀刻步骤从衬底的至少一个结晶层(12)中结构化出微机械构件(44)的至少一个部件(52，54)的基础结构(1);和 借助于一个晶体定向相关的蚀刻步骤从所述至少一个部件(52，54)的基础结构(10)中加工出一个限定的晶体平面(20)的至少一个面(18)，其中，所述晶体定向相关的蚀刻步骤被实施，对于所述晶体定向相关的蚀刻步骤，所述相应的限定的晶体平面(20)在全部的晶体平面中具有最低的蚀刻速率，在基础结构(10)上被加工出的所述至少一个面(18)被按照所述相应的限定的晶体平面定向。2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，作为微机械构件的至少一个部件(52)，至少制造至少一个弹簧(52)，至少一个弹簧(52)的至少一个固定区域(50a)，和一个可调节的质量的至少一个分区域，该可调节的质量经由至少一个弹簧(52)与至少一个固定区域(50a)如此连接，即可调节的质量可以关于至少一个固定区域(50a)进行调节。3.根据权利要求2所述的制造方法，其中，借助于晶体定向相关的蚀刻步骤加工出至少一个弹簧(52)的至少一个高度对称的侧壁。4.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，从作为至少一个结晶层(12)的高精度定向的单晶层(12)中结构化出微机械构件(44)的至少一个部件(52，54)的基础结构(1)05.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，从作为至少一个结晶层(12)的娃层(12)中在娃层(12)的存在的〈110>_表面定向下结构化出微机械构件(44)的至少一个部件(52，54)的基础结构(1 )，和其中，作为晶体定向相关的蚀刻步骤实施一个KOH-蚀刻步骤或一个TMAH-蚀刻步骤。6.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其中，从作为至少一个结晶层(12)的娃层(12)中在娃层(12)的存在的〈100>_表面定向下结构化出微机械构件(44)的至少一个部件(52，54)的基础结构(10)，和其中，作为晶体定向相关的蚀刻步骤实施一个CIF3-蚀刻步骤或一个XeF2_蚀刻步骤。7.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，作为晶体定向无关的蚀刻步骤实施一个各向异性的蚀刻步骤。8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，作为晶体定向无关的蚀刻步骤实施一个反应的离子深度蚀刻步骤。9.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，微机械构件(44)的至少一个部件(52，54)的基础结构(10)的一个分区域(38a)在晶体定向相关的蚀刻步骤期间用一个保护层(42)遮盖，用于仅仅在基础结构(10)的一个暴露的剩余区域(38b)上加工出至少一个按照相应的限定的晶体平面(20)定向的面(18)。10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，在晶体定向无关的蚀刻步骤之前在以后形成的保护层(42)的一个边界区域(30)上将一个沟(32)结构化到至少一个结晶层(12)中，所述沟在晶体定向无关的蚀刻步骤之前用适合于晶体定向相关的蚀刻步骤的蚀刻停止材料(34)填充，和其中，在晶体定向无关的蚀刻步骤中，沟(32)的第一沟分壁被去除，以形成部分地暴露基础结构(10)的分区域(38a)的第一沟槽段(36a)和沟(32)的第二沟分壁被去除，以形成部分地暴露基础结构(10)的剩余段(38b)的第二沟槽段(36b)，由此填充到沟(32)中的蚀刻停止材料(34)在晶体定向相关的蚀刻步骤期间作为蚀刻保护塞子用于由保护层(42)遮盖的分区域(38a).根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，保护层(42)和或蚀刻停止材料(34)由二氧化硅制成。11.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，作为微机械构件(44)，制造惯性传感器或惯性传感器构件。12.微机械构件(44)，具有: 至少一个从结晶材料中结构化出的部件(52，54)， 其特征在于， 在至少一个部件(52，54)上加工出至少一个面(18)，所述至少一个面在结晶材料的限定的晶体平面(20)上定向。13.根据权利要求12所述的微机械构件(44)，包括: 固定体(50); 至少一个弹簧(52);和 可调节的质量，其经由至少一个弹簧(52)与固定体(50)如此地连接，即可调节的质量可以关于固定体(50)进行调节；其中，作为至少一个部件(52)，从结晶材料中至少结构化出至少一个弹簧(52)，至少一个弹簧(52)在固定体(50)上的至少一个固定区域(50a)和可调节的质量的至少一个分区域。14.根据权利要求12或13所述的微机械构件(44)，其中，在至少一个部件(52，54)上加工出至少一个面(18)，其在作为结晶材料的硅的〈I 11>_晶体平面(20)上定向。15.根据权利要求12或13所述的微机械构件(44)，其中，在至少一个部件上加工出至少一个面，其在作为结晶材料的硅的〈110>_晶体平面上定向。16.根据权利要求12至14中任一项所述的微机械构件(44)，其中，微机械构件(44)是惯性传感器或惯性传感器构件。
【文档编号】B81C1/00GK105939958SQ201480072957
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年11月20日
【发明人】T.卢茨, F.霍伊克
【申请人】罗伯特·博世有限公司