用于微机械元件的加工方法和相应的微机械元件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于微机械元件的加工方法和相应的微机械元件。
【背景技术】
[0002]具有大高宽比的表面微机械加工的MENS结构通常通过厚层、例如多晶硅层利用DRIE腐蚀工艺(干式反应离子腐蚀)加工形成结构。但是这个过程对于具有结构元件的MEMS元件具有特殊性，它们在平面中确定并且通过弹簧部件悬挂。由于DRIE腐蚀设备引起使结构向着晶圆边缘不再具有对称的横截面，而是平行四边形地失真。这导致，可能从平面中产生不期望的运动矩，这可能影响功能可靠性。
[0003]例如由于平行四边形失真必需的修正在以MEMS和ASIC设计的旋转速率传感器中要求高度复杂性和芯片面积。这主要以所谓的正交补偿表达。正交是通过驱动速率传感器耦入到探测里面的误差信号。这个补偿需要提供大于1V的电压，它们只能以高成本由ASIC提供。
[0004]目前在许多情况下还由多晶硅层组成功能层。在此晶粒尺寸处于侧面弹簧宽度的数量级，这导致，各个晶粒和其晶向在应力最大值范围可能严重影响各个弹簧悬挂的机械特性。
[0005]例如由V.Schmidt, J.V.Wittemann 和 U.Goesele 在 Chem.Ref.2010, 110，第 361至 388 页中发表的 “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 页中发表的 “Catalylic Growth of Nanowire:Vapor-Liquid-Solid, Vapor-Solid-Solid, Solut1n-Liquid-Solid and Solid-Liquid-SolidGrowth”，已知用于单晶层选择性生长的气-液-固或气-固-固工艺。
【发明内容】
[0006]本发明实现一种如权利要求1所述的用于微机械元件的加工方法和如权利要求14所述的微机械元件。
[0007]优选的改进方案是从属权利要求的内容。
[0008]本发明的基本思想在于，代替减去材料在DRIE步骤中去掉事先全表面淀积的微机械功能层，材料在前级中作为启动层形成结构并且接着添加晶体并选择性地通过催化层受控地生长。因此本发明能够在整个晶圆上选择性地加工具有对称横截面的单晶MEMS结构。
[0009]尤其通过按照本发明的方法可以在惯性传感器中加工用于微机械弹簧的对称的轮廓横截面。对于旋转速率传感器在悬挂弹簧的侧面角中0.5°的非对称已经导致不期望的模式激励。通过保证以小于例如0.5°、理想地以小于0.1°低指示(低索引)的(niedrigindiziert)晶面误对准的启动层可以显著改善对于确定传感器的干扰模式激励。
[0010]这导致降低正交，由此由于省去高压选择在电路中可以使用成本有利的ASIC。通过按照本发明的方法与已知的减法的DRIE方法相比不仅可以在结构上而且在可以在距离上实现较大的高宽比。对于微机械的检测电极也可以实现更小的缝隙距离。由于淀积单晶结构不形成晶界，这导致相关微机械结构的严重受限的E (弹性)模量分布。按照本发明的方法与已知的单晶圆DRIE形成结构不同还能够实现在批量工艺下的淀积。
[0011]与已知的方法相比，其基于通过DRIE淀积厚的功能层并接着使功能层形成结构，通过薄的单晶启动层形成结构并接着选择性生长得到潜在的成本优点。
[0012]按照优选的实施例，所述启动层由单晶材料、尤其是硅组成。这是有利的，硅工艺是良好掌握的并且是成熟的。
[0013]按照另一优选的实施例，所述顶面与低指示的晶体面、尤其是(111)-面相比具有小于0.5°的倾斜。这已经证实对于某些传感器应用是特别有利的。
[0014]按照另一优选的实施例，所述衬底是SOI衬底，具有第一硅层、氧化层和启动层。这是特别有利的出发点，因为这种SOI晶圆以非常好的质量在市场上得到。
[0015]按照另一优选的实施例，所述顶面基本平面地延伸，并且所述侧面基本垂直于顶面延伸。这是对于许多应用有利的几何形状。
[0016]按照另一优选的实施例，所述启动层和催化层首先相互间不形成结构地设置，并且接着通过腐蚀工艺共同形成结构。由此能够实现微少数量的工艺步骤。
[0017]按照另一优选的实施例，所述启动层首先没有催化层地形成结构，并且接着在顶面上形成催化层并形成结构。这个备选方案也是非常成本有利的。
[0018]按照另一优选的实施例，在侧面上在执行选择性生长工艺之前形成间隔垫。所述间隔垫负责在以后生长工艺时形成与结构一致的成像，因为它们防止例如液相由于毛细效应收缩在凸角里面。
[0019]按照另一优选的实施例，所述催化层由元素周期表中第四至第十五主族元素中的一个元素形成。这个元素非常好地适用于VLS或VSS生长。
[0020]按照另一优选的实施例，在侧面上在形成催化层之前形成间隔垫，在其上接着淀积催化层，其中该催化层与顶面反应并且不与间隔垫反应，并且不反应的催化层部分最终有选择地从间隔垫去除。由此所述间隔垫可以满足双重功能。
[0021]按照另一优选的实施例，在执行有选择生长工艺时使用含硅烷的气体氛围，尤其以大于60°C的温度。由此能够实现特别高效的生长。
[0022]按照另一优选的实施例，所述微机械的功能层通过牺牲性腐蚀步骤下腐蚀。由此例如能够形成惯性传感器。
[0023]按照另一优选的实施例，所述催化层在执行选择性生长工艺以后去除。当其它功能元素要在其上面的平面中形成的时候，这是适宜的。
【附图说明】
[0024]下面借助于在附图中给出的实施例详细解释本发明。附图示出:
图la)_f)示意横剖面图，用于解释按照本发明第一实施例的微机械的元件和相应的加工方法；和
图2a)_f)示意横剖面图，用于解释按照本发明第二实施例的微机械的元件和相应的加
工方法。【具体实施方式】
[0025]在附图中相同的附图标记表示相同或功能相同的部件。
[0026]图la)_f)示出示意横剖面图，用于解释按照本发明第一实施例的微机械的元件和相应的加工方法。
[0027]在图1a)至e)中附图标记I表不SOI衬底，具有第一娃层la、位于第一娃层Ia上的氧化层Ib和位于氧化层Ib上的第二单晶硅层1C。
[0028]单晶硅层Ic在本示例中由(111)晶面构成。按照图1a)在单晶硅层Ic上构成催化层2，它例如具有Zn, Ag, Al, Cu, Au, Ni或Pt。
[0029]对于娃的VLS(Vapor-Liqued-Solid)或 VSS ( (Vapor-Solid-Solid)生长原则上已知可以考虑周期元素表中的许多金属元素作为催化剂。
[0030]在此一些这样的催化剂形成固态或液态的硅化物，另外形成硅晶。催化剂理想地具有下面的特性。首先，它们由于其高的硅溶解性或者说由于其对于生长的低激活能促进高的生长率。其次，它们理想地与CMOS工艺兼容，由此可以在公知的半导体工艺中实现工艺过程。第三，它们具有低的蒸发压力，由此催化剂不在生长期间蒸发。使用固态硅正好对应于高的结构真实性，因为由此可以与表面应力无关地使结构处于液态硅并且加工。
[0031]由于这些提出的要求，尤其、但是不仅仅对上述的金属Zn, Ag, Al, Cu, Au, Ni或Pt感兴趣，用于形成催化层2，但是本发明不局限于此，而是原则上对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]在淀积催化层2在单晶硅层Ic上时催化金属与位于其下面的硅反应，即，例如为了形成相应的硅化物。
[0033]在接着的、在图1b中示出的工艺步骤中，实现催化层2与位于其下面的单晶硅层在结构部位3a至3e中共同形成结构的步骤，因此单晶的硅层形成启动层，具有以后由其通过选择性添加生长要形成的微机械功能层3’