DE102012213313A1 - Mikromechanische Struktur und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine mikromechanische Struktur und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die mikromechanische Struktur umfasst ein Substrat mit einer Oberseite; eine in dem Substrat an der Oberseite ausgebildete mikromechanische Funktionsstruktur (M, F, S1, S2); und eine oberhalb der Oberseite (OS; OS‘) des Substrats (1; 1‘) ausgebildete Leiterbahnanordnung (L, V; LB); wobei die Leiterbahnanordnung (L, V; LB) zumindest zwei Isolationsschichten (10) nicht-leitfähigen Materials (10) und eine dazwischenliegende Leiterbahnschicht (L) leitfähigen Materials aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikromechanische Struktur und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
  • Stand der Technik
  • Aus der US 2010/0295138 A1 und der US 2005/0095813 A1 sind mikromechanische (MEMS-)Strukturen bekannt, welche CMOS-Schichten für die Realisierung mikromechanischer Funktionen verwenden.
  • Die US 2011/0265574 A1 offenbart einen Prozess zur Backend-Integration von MEMS-Funktionen auf einer CMOS-Schaltung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine mikromechanische Struktur nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 10.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine CMOS-MEMS-Struktur unter Verwendung von aus einem Substrat herausstrukturierten Schichten und von CMOS-Schichten bereitzustellen.
  • Die erfindungsgemäße mikromechanische Struktur und das entsprechende Herstellungsverfahren erlauben die Verwendung stabilen Substratmaterials zur Herstellung der mikromechanischen Funktionsstruktur, so dass auf eine teure Abscheidung bzw. ein teures Transferbonden von dicken mikromechanischen Funktionsschichten verzichtet werden kann. Hinzu kommt die Ausnutzung der Flexibilität bestehender CMOS-Prozesse für die Leiterbahnanordnung und etwaige CMOS-Schaltungen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich zwischen einer obersten Passivierungsschicht und der Oberseite des Substrats ein Hohlraum. So lässt sich eine definierte Atmosphäre und Druck für die mikromechanische Funktionsstruktur einstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum lateral durch eine Stapelfolge von Leiterbahnschichten und dazwischenliegenden Durchkontaktierungen begrenzt. Dies ermöglicht ein gezieltes Stoppen des Gasphasenätzprozesses in lateraler Richtung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mikromechanische Funktionsstruktur von einer Leiterbahnanordnung mit wenigstens einer Leiterbahn überspannt, die an der Stapelfolge lateral verankert ist. So lässt sich eine stabile Leiterbahnanordnung erreichen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum durch eine Verschlußschicht verschlossen. So lassen sich beliebige Drücke im Hohlraum einstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die mikromechanische Funktionsstruktur eine auslenkbare Masseneinrichtung auf. Dies ermöglicht die Herstellung eines robusten Inertialsensors, z.B. Beschleunigungssensors oder Drehratensensors.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind ein oder mehrere mit leitfähigem Material ummantelte Blöcke der Isolationsschichten auf der Masseneinrichtung angeordnet. So lässt sich die Massenflächendichte erhöhen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist unterhalb der mikromechanischen Funktionsstruktur im Substrat ein weiterer Hohlraum vorgesehen. So lassen sich elektrisch isolierte und/oder auslenkbare bzw. bewegliche Funktionsstrukturen ausbilden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat ein monokristallines Siliziumsubstrat oder ein monokristallines SOI-Substrat. Einkristallines Silizium besitzt im Gegensatz zu den CMOS-Schichten der Leiterbahnenanordnung LB sehr gut definierte mechanische Eigenschaften. Durch seine im Vergleich zu Polysilizium geringe Oberflächenrauigkeit besitzt es zudem eine erhöhte Bruchfestigkeit und damit eine größere Zuverlässigkeit. Hinzu kommt, dass bei einkristallinem Material im Gegensatz zu polykristallinem Material/Materialien der CMOS-Schichten Schichtspannungen bzw. Spannungsgradienten sowie verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten keine Rolle spielen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
  • 1a)–c) schematische Darstellungen einer mikromechanischen Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar 1a in ebenem Querschnitt, 1b in senkrechtem Querschnitt entlang der Linie A-A‘ in 1a und 1b in senkrechtem Querschnitt entlang der Linie B-B‘ in 1a;
  • 2a)–d) schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der mikromechanischen Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in senkrechtem Querschnitt entlang der Linie B-B‘ in 1a; und
  • 3 eine schematische Darstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in senkrechtem Querschnitt entlang der Linie B-B‘ in 1a.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
  • 1a)–c) sind schematische Darstellungen einer mikromechanischen Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar 1a in ebenem Querschnitt, 1b in senkrechtem Querschnitt entlang der Linie A-A‘ in 1a und 1b in senkrechtem Querschnitt entlang der Linie B-B‘ in 1a.
  • Obwohl nicht darauf beschränkt, werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand einer mikromechanischen Struktur in Form eines Beschleunigungssensors erläutert.
  • In 1a) bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Substrat aus einkristallinem Silizium mit einer Oberseite OS. Alternativ dazu kann auch beispielsweise ein SOI-Substrat (vgl. unten zu 3) verwendet werden.
  • Durch einen zweistufigen Ätzprozess, der später näher mit Bezug auf 2a)–d) erläutert wird, wird an der Oberseite OS in dem Substrat 1 eine bewegliche bzw. auslenkbare Masseneinrichtung M, welche beweglich über Federelemente F an dem umgebenden Substrat 1 aufgehängt ist, strukturiert. Die Masseneinrichtung M weist auf gegenüberliegenden Seiten eine erste Kammstruktur KM1 und eine zweite Kammstruktur KM2 auf. Weiterhin an der Oberseite OS in dem Substrat 1 strukturiert sind eine erste Statorstruktur S1 mit einer dritten Kammstruktur KS1 und eine zweite Statorstruktur S2 mit einer vierten Kammstruktur KS2.
  • Die erste Kammstruktur KM1 greift interdigital in die dritte Kammstruktur KS1 ein, und die zweite Kammstruktur KM2 greift interdigital in die vierte Kammstruktur KS2 ein.
  • Durch eine derartige an sich bekannte Kondensatorstruktur lassen sich Beschleunigungen durch Kapazitätsveränderungen bei Auslenkung der beweglichen Masseneinrichtung M elektrisch detektieren.
  • Wie in 1b) dargestellt, befindet sich an der Oberseite OS des Substrats 1 ein dotierter Bereich D sowohl an der beweglichen Masseneinrichtung M als auch an den Kammstrukturen KM1, KM2, KS1, KS2 und auch bereichsweise im umgebenden Substrat 1, welcher Leiterbahnen bildet und elektrisch kontaktierbar ist, um Sensorsignale abzugreifen.
  • Auf der Oberseite OS des Substrats und des dotierten Bereichs D gebildet sind auf vier Ebenen bzw. in vier Leiterbahnschichten L aus leitfähigem Material, wobei jeweils benachbarte Ebenen über Durchkontaktierungen V elektrisch verbunden sind. Somit ist oberhalb der mikromechanischen Funktionsstruktur bestehend aus der Masseneinrichtung M, den Federelementen F und den Statorelektroden S1, S2 eine mehrlagige Leiterbahnanordnung LB ausgebildet.
  • Ein erster Hohlraum H1, welcher unterhalb und seitlich der mikromechanischen Funktionsstruktur M, F, S1, S2 vorgesehen ist, ist mit einem zweiten Hohlraum H2 zu einem Gesamthohlraum verbunden, welcher oberhalb der mikromechanischen Funktionsstruktur M, F, S1, S2 innerhalb der Leiterbahnanordnung LB und der Stapelfolge VB vorgesehen ist, um so einen gemeinsamen Hohlraum H1, H2 zu bilden.
  • Bezugszeichen 10 bezeichnet Isolationsschichten (gestrichelt angedeutet in 1a)–c)), in welchen die Leiterbahnanordnung LB und die Durchkontaktierungen V gebildet ist.
  • Die Durchkontaktierungen V sind an den lateralen Grenzen des Hohlraums H2 derart übereinander mit den dazwischenliegenden Leiterbahnschichten L gebildet, dass der Hohlraum H2 dadurch ringsum begrenzt wird. Mit anderen Worten ist der Hohlraum H2 lateral durch eine Stapelfolge VB von Leiterbahnschichten L und dazwischenliegenden Durchkontaktierungen V begrenzt. Die die mikromechanische Funktionsstruktur überspannende Leiterbahnanordnung LB ist lateral an der Stapelfolge VB aufgehängt.
  • Oberhalb der Isolationsschicht 10 ist in der Peripherie der Stapelfolge VB eine Deckschicht DS gebildet, beispielsweise eine Nitrid- oder Karbidschicht. Der zweite Hohlraum H2 ist optional an seiner Oberseite durch eine Verschlussschicht VS verschlossen, welche beispielsweise ebenfalls aus Oxid, Nitrid, Karbid oder einer Metallisierung besteht. Somit lässt sich eine vorgebbare Atmosphäre in dem gemeinsamen Hohlraum H1, H2 einstellen.
  • Ein oder mehrere mit leitfähigem Material ummantelte Blöcke B1, B2 der Isolationsschichten 10 sind auf der Masseneinrichtung M angeordnet. Bei den Inertialsensoren kann eine höhere träge Masse der Masseneinrichtung M vorteilhaft für die Signalhöhe sein. Zur Erhöhung der trägen Massenflächendichte sind daher diese metallummantelten Blöcke B1, B2 aus den dielektrischen CMOS-Schichten auf der trägen Masseneinrichtung M vorgesehen.
  • Die derart gebildete mikromechanische Struktur in Form eines Beschleunigungssensors weist somit im mikromechanischen Funktionsbereich M, F, S1, S2 mechanisch gut definiertes, robustes, einkristallines Silizium auf. Es tritt somit keine oder nur eine geringe Abhängigkeit von (thermo)mechanischen Spannungen in den CMOS-Schichten der Leiterbahnanordnung LB auf. Weiterhin kann auf eine teure Abscheidung bzw. ein teures Transferbonden von dicken mikromechanischen Funktionsschichten, beispielsweise aus Polysilizium mit einer Dicke von 10 bis 20 µm, verzichtet werden.
  • Das einkristalline Substrat 1 aus Silizium ermöglicht weiterhin, dass dickere Funktionsschichten mit höherer Massenflächendichte realisierbar sind, also ein besseres Sensorsignal erhalten werden kann. Die Massenflächendichte kann durch Erhöhung der vertikalen Ätztiefe fast beliebig flächenneutral erhöht werden, sodass entweder bei gleichem Flächenbedarf das Signal erhöht oder bei gleicher Signalhöhe die Fläche verkleinert und damit der entsprechende Chip kostengünstiger hergestellt werden kann.
  • Einkristallines Silizium besitzt im Gegensatz zu den CMOS-Schichten der Leiterbahnenanordnung LB sehr gut definierte mechanische Eigenschaften. Durch seine im Vergleich zu Polysilizium geringe Oberflächenrauigkeit besitzt es zudem eine erhöhte Bruchfestigkeit und damit eine größere Zuverlässigkeit. Hinzu kommt, dass bei einkristallinem Material im Gegensatz zu dem polykristallinem Material/Materialien der CMOS-Schichten Schichtspannungen bzw. Spannungsgradienten nicht vorhanden sind.
  • Die Realisierung des mikromechanischen Funktionsbereichs M, F, S1, S2 im Substrat 1 hat weiterhin den Vorteil, dass die Oberseite OS planar bleibt, wodurch die Integration mit einer (nicht dargestellten) CMOS-Schaltungsanordnung monolithisch erfolgen kann.
  • Die Durchkontaktierungen V zur Bildung der Stapelfolge VB mit den Durchkontaktierungen V und den Leiterbahnschichten L ermöglichen es, den Hohlraum H2 lateral zu begrenzen (vgl. 2a)–d)). Die geringere Gasphasenätzdauer rührt daher, dass die Metallisierung beim Gasphasenätzen, beispielsweise mittels HF, als Ätzstopp wirkt.
  • Durch das teilweise Auffüllen des Hohlraums mit metallummantelten Oxidblöcken und Leiterbahnen wird nicht nur die Gasphasenätzdauer verkürzt, sondern es kann auch gleichzeitig eine stabile Verschlussschicht VS angelegt werden.
  • 2a)–d) sind schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens der mikromechanischen Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in senkrechtem Querschnitt entlang der Linie B-B‘ in 1a.
  • Wie in 2a) dargestellt, erfolgt zunächst in einem zweistufigen Ätzprozess unter Verwendung einer Ätzmaskenschicht 10a mit Zugangslöchern ML in einem ersten anisotropen Ätzschritt eine Vertikalätzung zur Definition der Dicke der mikromechanischen Funktionsstruktur M, F, S1, S2, wobei zuvor der Dotierungsbereich D beispielsweise durch Implantation geschaffen wurde. In einem zweiten Ätzschritt erfolgt dann ein isotropes Unterätzen der mikromechanischen Funktionsstruktur M, F, S1, S2 zur Ausbildung des Hohlraums H1 und zum Beweglichmachen bzw. Auslenkbarmachen der Masseneinrichtung M.
  • Durch ein konturumlaufendes Ätzen im ersten anisotropen Ätzschritt und ein Unterätzen im zweiten isotropen Ätzschritt können so vom Substrat 1 elektrisch isolierte Strukturen, wie z.B. die Statorelektroden S1, S2, erzeugt werden. Die mechanische Anbindung erfolgt über Polysilizium- und/oder Metallschichten.
  • Nach Abschluss der Ausbildung des mikromechanischen Funktionsbereichs M, F, S1, S2 werden die Zugangslöcher ML verschlossen, beispielsweise durch Abscheiden einer weiteren dünnen Oxidschicht, woraufhin die CMOS-Schichten zur Ausbildung der Leiterbahnanordnung LB mit den Durchkontaktierungen V und den dazwischenliegenden Oxidschichten 10 abgeschieden und strukturiert werden.
  • Nach Fertigstellung der Leiterbahnanordnung LB wird, wie in 2b) gezeigt, eine Deckschicht DS abgeschieden und so strukturiert, dass sie an der Durchkontaktierungsbegrenzung VB endet.
  • Wie in 2c) dargestellt, erfolgt dann ein HF-Gasphasenätzen zur Freilegung der Strukturen innerhalb des Hohlraums H2.
  • Schließlich mit Bezug auf 2d) wird die Verschlussschicht VS mit einem Sputter- oder einem PECVD-Prozess bei niedrigen Temperaturen abgeschieden und anschließend strukturiert. Ein Sputterprozess ist zu bevorzugen, wenn die Verschlussschicht VS eine Metallschicht ist, wohingegen ein PECVD-Prozess bevorzugt ist, wenn die Verschlussschicht VS eine dielektrische Schicht ist. Der dabei herrschende Prozessdruck wird im gemeinsamen Hohlraum H1, H2 eingeschlossen.
  • Vorteilhafterweise kann der Prozess zur Definition der mikromechanischen Funktionalität in einem üblichen CMOS-Prozess nach dem Aufbringen der Frontend-CMOS-Schichten (Dotierungen, Oxide, Gateschichtstapel) eingefügt werden, wobei eine Isolationsschicht, beispielsweise eine BPSG-Schicht, und/oder eine Metallschicht, in Kombination mit der Isolationsschicht als die Ätzmaske für den Ätzprozess zur Strukturierung des mikromechanischen Funktionsbereichs M, F, S1, S2 strukturiert werden kann.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer mikromechanischen Struktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in senkrechtem Querschnitt entlang der Linie B-B‘ in 1a.
  • In 3, welche eine analoge Darstellung zu 1c) ist, ist statt des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 ein SOI-Substrat 1' vorgesehen, dessen Oberseite mit Bezugszeichen OS' bezeichnet ist. Das SOI-Substrat 1' weist eine untere einkristalline Siliziumschicht 1a, eine mittlere Oxidschicht 1b und eine obere einkristalline Siliziumschicht 1c auf.
  • Die Verwendung eines derartigen SOI-Substrats 1' bietet den Vorteil, dass die Höhe der durch die zweite, einkristalline Siliziumschicht 1c gebildeten mikromechanischen Funktionsstruktur M, F, S1, S2 durch die vergrabene Oxidschicht 1b sehr gut definierbar ist.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand mikromechanischer Strukturen in Form von Beschleunigungssensoren erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern prinzipiell auf beliebige mikromechanische Strukturen anwendbar.
  • Ein weiteres bevorzugtes Beispiel der Anwendung der erfindungsgemäßen mikromechanischen Struktur liegt beispielsweise in Absolutdrucksensoren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2010/0295138 A1 [0002]
    • US 2005/0095813 A1 [0002]
    • US 2011/0265574 A1 [0003]

Claims (14)

  1. Mikromechanische Struktur mit: einem Substrat (1; 1‘) mit einer Oberseite (OS; OS‘); einer in dem Substrat (1; 1‘) an der Oberseite (OS; OS‘) ausgebildeten mikromechanischen Funktionsstruktur (M, F, S1, S2); und einer oberhalb der Oberseite (OS; OS‘) des Substrats (1; 1‘) ausgebildeten Leiterbahnanordnung (L, V; LB); wobei die Leiterbahnanordnung (L, V; LB) zumindest zwei Isolationsschichten (10) nicht-leitfähigen Materials (10) und eine dazwischenliegende Leiterbahnschicht (L) leitfähigen Materials aufweist.
  2. Mikromechanische Struktur nach Anspruch 1, wobei sich zwischen einer obersten Leiterbahnschicht (L) und der Oberseite (OS, OS‘) des Substrats (1; 1‘) ein Hohlraum (H2) befindet.
  3. Mikromechanische Struktur nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (H2) lateral durch eine Stapelfolge (VB) von Leiterbahnschichten (L) und dazwischenliegenden Durchkontaktierungen (V) begrenzt ist.
  4. Mikromechanische Struktur nach Anspruch 3, wobei die mikromechanische Funktionsstruktur (M, F, S1, S2) von einer Leiterbahnanordnung (LB) mit wenigstens einer Leiterbahn überspannt ist, die an der Stapelfolge (VB) lateral verankert ist.
  5. Mikromechanische Struktur nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Hohlraum (H2) durch eine Verschlussschicht (VS) verschlossen ist.
  6. Mikromechanische Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mikromechanische Funktionsstruktur (M, F, S1, S2) eine auslenkbare Masseneinrichtung (M) aufweist.
  7. Mikromechanische Struktur nach Anspruch 6, wobei ein oder mehrere mit leitfähigem Material ummantelte Blöcke (B1, B2) der Isolationsschichten (10) auf der Masseneinrichtung (M) angeordnet sind.
  8. Mikromechanische Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unterhalb der mikromechanische Funktionsstruktur (M, F, S1, S2) im Substrat (S; S‘) ein weiterer Hohlraum (H1) vorgesehen ist.
  9. Mikromechanische Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (1; 1‘) ein monokristallines Siliziumsubstrat (1) oder ein monokristallines SOI-Substrat (1‘) ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Struktur mit den Schritten: Bereitstellen von einem Substrat (1; 1‘) mit einer Oberseite (OS; OS‘); Aufbringen und Strukturieren einer Ätzmaskenschicht (10a) auf der Oberseite (OS, OS‘); Ausbilden einer mikromechanischen Funktionsstruktur (M, F, S1, S2) in dem Substrat (1; 1‘ an der Oberseite (OS; OS‘) durch einen Ätzprozess unter Verwendung der Ätzmaskenschicht (10a); Verschließen der Ätzmaskenschicht (10a); und Ausbilden einer Leiterbahnanordnung (L, V; LB) oberhalb der mikromechanischen Funktionsstruktur (M, F, S1, S2), wobei die Leiterbahnanordnung (L, V; LB) zumindest zwei Isolationsschichten (10) nicht-leitfähigen Materials (10) und eine dazwischenliegende Leiterbahnschicht (L) leitfähigen Materials aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei zwischen einer obersten Passivierungsschicht (10) und der Oberseite (OS, OS‘) des Substrats (1; 1‘) ein Hohlraum (H2) ausgebildet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei lateral vom Hohlraum (H2) eine Stapelfolge (VB) von Leiterbahnschichten (L) und dazwischenliegenden Durchkontaktierungen (V) derart gebildet wird, dass der Hohlraum (H2) durch die Stapelfolge (VB) lateral begrenzt ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Hohlraum (H2) durch eine Verschlussschicht (VS) verschlossen wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Leiterbahnanordnung (LB) an der Stapelfolge (VB) verankert wird.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014202923A1 (de) * 2014-02-18 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Sensor und Verfahren zur Herstellung eines Sensors
US10948513B2 (en) * 2014-10-20 2021-03-16 Infineon Technologies Ag Electronic device having a first electrode formed on a movable suspended mass opposing a second electrode formed on a cover layer
US20160277845A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 Dsp Group Ltd. Mems-based speaker implementation
DE102015224523A1 (de) * 2015-12-08 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Zusätzliche Fläche zur Stabilisierung des Kaverneninnendrucks über Lebenszeit
US9868628B2 (en) * 2016-03-10 2018-01-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and structure for CMOS-MEMS thin film encapsulation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050095813A1 (en) 2003-11-05 2005-05-05 Xu Zhu Ultrathin form factor MEMS microphones and microspeakers
US20100295138A1 (en) 2009-05-20 2010-11-25 Baolab Microsystems Sl Methods and systems for fabrication of mems cmos devices
US20110265574A1 (en) 2009-10-28 2011-11-03 Mcube, Inc. System on a Chip Using Integrated MEMS and CMOS Devices

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6012336A (en) * 1995-09-06 2000-01-11 Sandia Corporation Capacitance pressure sensor
US7075160B2 (en) * 2003-06-04 2006-07-11 Robert Bosch Gmbh Microelectromechanical systems and devices having thin film encapsulated mechanical structures
US6930367B2 (en) * 2003-10-31 2005-08-16 Robert Bosch Gmbh Anti-stiction technique for thin film and wafer-bonded encapsulated microelectromechanical systems
JP4573664B2 (ja) * 2005-02-16 2010-11-04 富士通株式会社 マイクロ揺動素子およびその製造方法
JP4724488B2 (ja) * 2005-02-25 2011-07-13 日立オートモティブシステムズ株式会社 集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム
JP2007210083A (ja) * 2006-02-13 2007-08-23 Hitachi Ltd Ｍｅｍｓ素子及びその製造方法
JP5092462B2 (ja) * 2006-06-13 2012-12-05 株式会社デンソー 力学量センサ
US7690255B2 (en) * 2006-08-31 2010-04-06 Evigia Systems, Inc. Three-axis inertial sensor and method of forming
US8258591B2 (en) * 2008-01-16 2012-09-04 Solid State System Co., Ltd. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) device
US8173471B2 (en) 2008-04-29 2012-05-08 Solid State System Co., Ltd. Method for fabricating micro-electro-mechanical system (MEMS) device
JP4858547B2 (ja) * 2009-01-09 2012-01-18 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
CN101875480B (zh) * 2009-03-30 2014-09-17 Nxp股份有限公司 前端微腔
US8093119B2 (en) 2009-06-24 2012-01-10 Solid State System Co., Ltd. CMOS microelectromechanical system (MEMS) device and fabrication method thereof
JP5592087B2 (ja) * 2009-08-06 2014-09-17 ローム株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
CN102223591B (zh) * 2010-04-19 2015-04-01 联华电子股份有限公司 微机电系统麦克风的晶片级封装结构及其制造方法
CN102275862B (zh) * 2010-06-11 2014-10-01 原相科技股份有限公司 微机电封装结构及其制造方法
DE102010039293B4 (de) 2010-08-13 2018-05-24 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
FR2977884B1 (fr) * 2011-07-12 2016-01-29 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'une structure a membrane suspendue et a electrode enterree

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050095813A1 (en) 2003-11-05 2005-05-05 Xu Zhu Ultrathin form factor MEMS microphones and microspeakers
US20100295138A1 (en) 2009-05-20 2010-11-25 Baolab Microsystems Sl Methods and systems for fabrication of mems cmos devices
US20110265574A1 (en) 2009-10-28 2011-11-03 Mcube, Inc. System on a Chip Using Integrated MEMS and CMOS Devices

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CN103569939A (zh) 2014-02-12
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