Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Herstellung des magnetischen Kerns

Der untere Kernteil wird in einer der 15 µm tiefen Si-Gruben aufgebaut, um keinen Höhenunterschied bei auf dem Kern aufliegenden Strukturen zu bekommen.

Um eine galvanische Abscheidung auf dem Wafer durchführen zu können, ist eine Startschicht auf der Waferoberfläche notwendig. Diese Schicht wird durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) erstellt. Als Targetwerkstoff wurde dasselbe Material wie bei den folgenden galvanischen Strukturen verwendet: Permalloy (NiFe 81/19). Die Schichtdicke der Startschicht betrug 200 nm. Zur Verbesserung der Haftung der gesputterten Schichten und den darauf abgeschiedenen galvanischen Schichten wird zuvor eine Chromschicht von rund 30 nm Dicke als Haftvermittler durch Kathodenzerstäubung aufgebracht. Die Abscheideraten der gesputterten Schichten betragen ca. 3,7 nm/s bei Chrom und 0,4 nm/s bei Nickel-Eisen.

Nach dem Aufbringen der Startschicht wird das Substrat mit einer dicken Photoresistschicht (ca. 65 µm) beschichtet. Die optimale Schichtdicke des Photoresists wurde vorher in Testreihen ermittelt. Dünnere Schichten sind nicht geeignet aufgrund der tiefen Gruben auf der Waferoberfläche. Bei dünneren Schichten zieht sich der Photoresist am Grubenrand zusammen und bildet

ungeschützte Bereiche. Der Grund dieser Erscheinung liegt in den Oberflächenspannungen des Photoresists.

Bei der weiteren photolithographischen Prozessierung entsteht die Photomaske für die darauffolgende galvanische Abscheidung. Die Abscheiderate einer mittleren Stromdichte von 70 mA/mm² beträgt ca. 2,3 nm/s, die Höhe des unteren Kernteils 15 µm. Da galvanisch erzeugte Strukturen keine ebene Oberfläche besitzen, wird als Strukturhöhe die minimale Höhe angenommen. Später werden die Strukturen mechanisch bearbeitet, um eine ebene Oberfläche zu erhalten.

Nach dem galvanischen Prozess wird die Photoresistschicht durch Abspülen mit Aceton entfernt und die Startschicht durch Trockenätzen (IBE) abgetragen. Für Nickel-Eisen ist eine Ätzrate von etwa 42,5 nm/min zu veranschlagen.

Schutzschicht

NiFe-Struktur

5 µm
5 µm

Planarisierungsebene

NiFe-Struktur
5 µm