Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Herstellung von Gruben

Der Herstellungsprozess von Gruben erfolgt in zwei Schritten (Bild 7.2).




2005 imt 5017-057
Bild 7.2: Gruben auf der Waferoberfläche

Zuerst werden die Kerngruben aufgebaut. Die Tiefe einer solchen Kerngrube beträgt 15 µm. Die Herstellung dieser Struktur beginnt mit dem Aufbringen der Photoresistschicht (1,5 µm dick) auf der Waferoberfläche, die photolithographisch strukturiert wird. Anschließend werden Siliziumnitrid- und Siliziumoxidschichten in

den Öffnungen abgetragen. Nach dem Ätzprozess wird die Photoresistmaske entfernt.

Die Wafer mit Maskierung aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid werden dann an der TU Chemnitz nasschemisch in KOH-Lösung geätzt und nachfolgend mit 1 µm Siliziumoxid beschichtet. Der Prozessplan zur Herstellung der Gruben sieht wie folgt aus:

1. 
   Photolithographie auf mit SiO₂ und Si₃N₄ beschichteten Siliziumwafern (imt)
   
2. 
   Ätzen der SiO₂- und Si₃N₄-Schichten (imt)
   
3. 
   Si-Ätzen der Kerngruben (TU Chemnitz)
   
4. 
   Beschichtung der Oberfläche mit SiO₂- und Si₃N₄-Schichten (TU Chemnitz)
   
5. 
   Photolithographie auf mit SiO₂ und Si₃N₄ beschichteten Siliziumwafern (imt)
   
6. 
   Ätzen der SiO₂- und Si₃N₄-Schichten (imt)
   
7. 
   Si-Ätzen der Kontaktpadgruben (TU Chemnitz)
   
8. 
   Beschichtung der Oberfläche mit 1 µm Si₂O₃ (TU Chemnitz)
   

Bei der Herstellung von Öffnungen für die zweite Grubenart ist eine viel dickere Photoresistschicht nötig, da die Siliziumoxidschicht auf den bereits erzeugten Gruben nicht beschädigt werden darf. Deshalb wird bei der Belackung eine 20 µm dicke Photoresistschicht auf das Substrat aufgetragen. Bei solch dicken Photoresist- schichten muss nach der Strukturierung zusätzlich eine Thermobehandlung durchgeführt werden, da die restlichen Gase und die Feuchtigkeit im Resist beim ersten Thermobehandlungsschritt nicht vollständig entfernt werden können. Diese restlichen Gase würden sonst beim Ätzprozess freigesetzt und zu einer Blasenbildung auf der Waferoberfläche und gleichzeitig zu einer Beschädigung der Siliziumoxidschicht führen. Die zusätzliche Thermobehandlung wird auf einer Heizplatte durchgeführt bei langsamem Erhöhen der Temperatur („Rampen“) von 50°C auf 150°C und anschließendem Abkühlen auf Raumtemperatur.

Nach der Herstellung von Öffnungen für die Padgruben wird die Resistschicht von der Oberfläche entfernt und der Wafer gründlich gereinigt.

Zur Überprüfung der Oberflächenbeschaffenheit wurden Untersuchungen mit einem Weißlichtinteferometer durchgeführt. Bild 7.3 zeigt beispielhaft eine Aufnahme der Grubenoberfläche. Bei der Vermessung der Gruben konnte eine mittlere Rauheit der Bodenoberfläche der Padgruben von ca. 0,05 µm gemessen werden.

Messlinie


2005 imt 5017-058
X-Profil Y-Profil

Rq: 57,6 nm

Ra: 45,6 nm

Rt: 424,5 nm

Rq: 51,8 nm

Ra: 44,3 nm

Rt: 195,7 nm

Bild 7.3: Vermessung der Grubenoberfläche