DE102014100722B4

DE102014100722B4 - MEMS-Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102014100722B4
Application number: DE102014100722.0A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: US20150024536A1; CN105692543B; US20140210020A1; CN103964368B; US8921956B2; CN103964368A; US9227843B2; KR101563798B1; DE102014100722A1; KR20140095972A; CN105692543A

Abstract

Vorrichtung (100, 300, 400, 500, 600) umfassend: ein Substrat (140); und eine von dem Substrat (140) getragene Rückplatte (150), wobei die Rückplatte (150) längliche Vorsprünge (236); eine Mittelregion; und mit dem Substrat (140) verbundene Ankerbrücken (238) umfasst, wobei die länglichen Vorsprünge (236) auf den Ankerbrücken (238) angeordnet sind.

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System und ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektromechanischen System-(MEMS)Gehäuses und in besonderen Ausführungsformen ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Mikrofongehäuses.
HINTERGRUND
Im Laufe der letzten Jahre führte der Wunsch nach kleineren elektronischen Formfaktoren und geringerem Energieverbrauch gemeinsam mit erhöhter Leistung zu einer Integration von Vorrichtungskomponenten. Ein Bereich, in welchem eine Integration stattfand, ist der Bereich der MEMS-Vorrichtungen. Insbesondere sind Mikrofone in elektronischen Vorrichtungen wie etwa, z.B. Mobiltelefonen, Laptops und Tablets vorrangig MEMS-Mikrofone.
Ein MEMS-(mikroelektrisches mechanisches System)Mikrofon umfasst eine auf einem Silikonchip angeordnete, druckempfindliche Membran. Das MEMS-Mikrofon wird manchmal mit einem Vorverstärker auf einen einzigen Chip integriert. MEMS-Mikrofone können ebenfalls einen Analog-Digital-Wandler(ADW)-Schaltkreis aufweisen, was es zu einem digitalen MEMS-Mikrofon macht.
Druckschrift US 2009/0202089 A1 schlägt ein MEMS Mikrofon vor.
In Druckschrift WO 2010/116324 A1 wird eine Rückplatte für ein Mikrofon vorgeschlagen.
Druckschrift US 5 987 989 A schlägt einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe vor.
In Druckschrift US 2010/0176821 wird ein akustischer Sensor vorgeschlagen.
Druckschrift WO 2008/103672 A2 schlägt mikrofabriziertes Mikrofon vor.
In Druckschrift US 2008/0104825 A1 werden eine Schallwandlerstruktur sowie ein Verfahren zu deren Herstellung vorgeschlagen. Druckschrift US 2010/0158280 A1 schlägt einen Akustikwandler sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vor.
In Druckschrift JP 2006-121465 A wird ein Mikrofon vorgeschlagen. Dokument DE 197 18 370 A1 schlägt ein Verfahren zum Herstellen einer Membran eines akustischen Wandlers sowie einen akustischen Wandler oder Drucksensor vor.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es besteht der Bedarf nach der Bereitstellung einer verbesserten MEMS-Struktur.
Ein solcher Bedarf kann mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1, einer MEMS-Struktur nach Anspruch 7 oder einem Verfahren nach Anspruch 12 gedeckt werden.
Einige Ausführungsformen betreffen eine ein Substrat und eine von dem Substrat getragene Rückplatte umfassende Vorrichtung, wobei die Rückplatte längliche Vorsprünge umfasst. Die Rückplatte umfasst eine Mittelregion und mit dem Substrat verbundene Ankerbrücken, wobei die länglichen Vorsprünge auf den Ankerbrücken angeordnet sind
Optional dazu umfasst jede Ankerbrücke einen radialen, länglichen Vorsprung.
Weiterhin optional dazu umfassen zwei benachbarte Ankerbrücken einen durchgehenden länglichen Vorsprung.
Gemäß einem Aspekt kann jede Ankerbrücke einen kurzen länglichen Vorsprung, der nur auf der Ankerbrücke angeordnet ist, und einen langen länglichen Vorsprung, der mit einer benachbarten Ankerbrücke verbunden ist, umfassen.
In manchen Ausführungsformen sind die länglichen Vorsprünge auf Bereichen der Rückplatte mit maximaler Spannungskonzentration angeordnet.
Optional dazu umfasst das Substrat einen Rand und die länglichen Vorsprünge überlagern einen Teil des Randes.
Gemäß einem Aspekt kann die Rückplatte zudem Anti-Haft-Erhöhungen umfassen.
In manchen Ausführungsformen ist die Vorrichtung ein Mikrofon.
Manche Ausführungsformen betreffen eine MEMS-Struktur, die eine von einem Substrat getragene bewegliche Elektrode und eine von dem Substrat getragene Gegenelektrode umfasst, wobei die Gegenelektrode längliche Vorsprünge umfasst. Weiterhin umfasst die Gegenelektrode eine Vielzahl von Ankerbrücken, wobei die Ankerbrücken die Gegenelektrode mit dem Substrat verbinden und die länglichen Vorsprünge auf den Ankerbrücken angeordnet sind.
Optional dazu umfasst die Gegenelektrode zudem Anti-Haft-Erhöhungen.
Optional dazu verbindet jeder längliche Vorsprung benachbarte Ankerbrücken.
In manchen Ausführungsformen verbindet zumindest eine der länglichen Vorsprünge eine gegenüberliegende Ankerbrücke.
Optional dazu sind die länglichen Vorsprünge auf einem Mittelteil der Gegenelektrode angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform kann die bewegliche Elektrode eine Membran eines Silikonmikrofons sein und die Gegenelektrode ist eine Rückplatte des Silikonmikrofons.
Optional dazu ist die MEMS-Struktur ein Mikrofon.
Einige Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Struktur, wobei das Verfahren das Ausbilden einer Opferschicht auf einem Substrat und das Ausbilden von Vertiefung in der Opferschicht umfasst, wobei die Vertiefung eine erste Art von Vertiefung und eine zweite Art von Vertiefung umfassen, wobei die erste Art von Vertiefung sich von der zweiten Art von Vertiefung unterscheidet und wobei die erste Art von Vertiefung Löcher umfasst und die zweite Art von Vertiefung Gräben umfasst. Zudem umfasst das Verfahren das Ausbilden einer Rückplatte aus einem leitfähigen Material auf der Opferschicht, wobei ein Teil des Substrats unterhalb des leitfähigen Materials entfernt wird und die Opferschicht entfernt wird.
Weiter optional dazu umfasst das Ausbilden der Vertiefung eine dritte Art von Vertiefung, wobei sich die dritte Art von Vertiefung von der ersten Art von Vertiefung und der zweiten Art von Vertiefung unterscheidet.
In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zudem das Entfernen der Opferschicht, wobei eine Membran freigestellt wird.
Optional dazu umfasst das Verfahren zudem das Perforieren des leitfähigen Materials und das Entfernen der Opferschicht durch Perforationslöcher hindurch.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen verwiesen, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gemacht wurden, in welchen:
1a und 1b zeigen eine Mikrofonvorrichtung, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufweisen kann;
2a zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Rückplatte einer MEMS-Struktur, die längliche Vorsprünge umfasst;
2b und 2c zeigen Querschnitte einer Ausführungsform einer Rückplatte und einer Membran, die längliche Vorsprünge umfasst;
3a–3c zeigen Draufsichten einer Ausführungsform einer Rückplatte mit länglichen Vorsprüngen;
4a–4c zeigen Draufsichten einer Ausführungsform einer Rückplatte mit länglichen Vorsprüngen;
5a und 5b zeigen Draufsichten einer Ausführungsform einer Rückplatte mit länglichen Vorsprüngen;
6a–6d zeigen Draufsichten einer Ausführungsform einer Rückplatte mit länglichen Vorsprüngen; und
7 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer MEMS-Struktur.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und Verwendung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen werden unten im Detail besprochen. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die vorliegende Erfindung viele geeignete erfinderische Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielzahl spezifischer Kontexte ausgeführt werden können. Die besprochenen spezifischen Ausführungsformen bieten lediglich ein Beispiel für bestimmte Wege die Erfindung herzustellen und zu verwenden und schränken das Ausmaß der Erfindung nicht ein.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext, nämlich Sensoren oder Mikrofonen, beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch auf andere MEMS-Strukturen oder Wandler, wie etwa Drucksensoren, Hochfrequenz-MEMS, Beschleunigungsmesser und Aktuatoren, angewandt werden.
1a zeigt eine Querschnittsansicht einer Mikrofonvorrichtung 100. Die Membran 130 und die Rückplatte 150 bilden eine statische oder parasitäre Kapazität entlang der tragenden Struktur 140 (gezeigt mit einem Kondensatorzeichen in 1a). Um die statische Kapazität zu senken, können die Membran 130 und die Rückplatte 150, wie in 1b gezeigt, nur partiell überlappen. Die Rückpatte 150 der Mikrofonvorrichtung 100 ist üblicherweise steif. In herkömmlichen Vorrichtungen kann die Steifigkeit der Rückpatte 150 durch das Erhöhen der Dicke der Rückplatte 150 und damit einer Vergrößerung der Biegesteifigkeit erhöht werden. Jedoch ist ein Problem mit der Erhöhung der Rückplattensteifigkeit 150, dass eine dickere Rückplatte den Widerstand der Perforationslöcher, da sie nun dicker sind, erhöht und somit das Rauschen der Mikrofonvorrichtung 100.
Alternativ dazu kann die Steifigkeit der Rückplatte 150 durch eine Erhöhung der Zugspannung einer Eigenspannungsschicht in der Rückplatte 150 erhöht werden. Jedoch ist ein Problem bei der Erhöhung der Zugspannung, dass sie die Membranfederkonstante beeinflusst. Darüber hinaus ist die Belastung in beiden Fällen in der Ankerregion konzentriert, wo die Rückplatte mit dem Substrat 110 verbunden ist. Die Ankerregion ist üblicherweise der Bereich, in dem im Fall von übermäßiger Drucküberlastung ein Bruch beginnt.
Ausführungsformen der Erfindung erhöhen die Steifigkeit der Rückplatte 150 indem beispielsweise längliche Vorsprünge umfasst werden. Somit kann eine MEMS-Struktur mit einer steifen Rückplatte und einer langen zuverlässigen Lebenserwartung erreicht werden. Diese Ausführungsformen können in Kombination mit den oben beschriebenen Verfahren verwendet werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt längliche Vorsprünge in der Rückplatte bereit, zum Beispiel der in 1a und 1b gezeigten MEMS-Vorrichtung. In verschiedenen Ausführungsformen sind die länglichen Vertiefungen in oder an den Ankerregionen oder um diese herum angeordnet. Die länglichen Vorsprünge können in Bereichen mit maximaler Spannungskonzentration platziert sein. Die länglichen Vorsprünge können auf der Rückplatte in Richtung der Membran oder in der von der Membran abgewandten Richtung angeordnet sein.
Ein Vorteil ist, dass die länglichen Vorsprünge im selben Prozess wie die Anti-Haft-Erhöhungen hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein selektiver Anstieg der Rückplattendicke die Biegesteifigkeit der Rückplatte in dritter Potenz erhöht (z.B. zweifache Rückplattendicke führt zu achtfacher der Biegesteifigkeit). Aus diesem Grund muss die Dicke der Rückplatte nicht über die gesamte Rückplattenoberfläche, sondern nur an strategisch wichtigen Stellen, wie etwa den Ankerregionen erhöht werden.
2a zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer MEMS-Struktur 200. Die MEMS-Struktur 200 umfasst ein Substrat 210, eine Membran 220 und eine Rückplatte 230. Das Substrat 210 umfasst einen Rand 215 und die Rückplatte 230 ist verankert oder mittels einer Brücke mit dem Rand 215 des Substrats 210 in Ankerregionen 240 verbunden. Eine Öffnung (oder ein rückseitiger Lautstärken- oder Schallanschluss) befindet sich im Substrat 210 unterhalb der Membran 220 und der Rückplatte 230 (nicht gezeigt).
Die Membran 220 und die Rückplatte 230 sind mechanisch entlang ihrem Umfang mit einem Substrat 210 verbunden. Die Membran 220 und die Rückplatte 230 können rund oder quadratisch sein. Alternativ dazu können die Membran 230 und die Rückplatte 260 jede beliebige geometrisch geeignete Form aufweisen.
Das Substrat 210 kann ein mono-kristallines Volums-Siliciumsubstrat (oder eine darauf gewachsene oder anderweitig darauf gebildete Schicht), ein {110} Silicium, ein {100} Silicium, ein Silicium auf Isolator (SOI) oder ein Germanium auf Isolator (GeOI) umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 210 Deckschicht-Epitaxial-Schichten umfassen. Das Substrat 210 kann ein Verbindungs-Halbleiter-Substrat wie Indiumantimonid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Galliumnitrid, Galliumarsenid, Galliumantimonid, Bleitellurid, Siliciumgermanium, Siliciumcarbid oder Kombinationen davon oder Glas umfassen.
Die bewegliche Elektrode oder Membran 220 kann ein leitfähiges Material wie etwa Polysilicium, dotiertes Polysilicium, ein Metall oder Kombinationen davon umfassen. Alternativ dazu kann die Membran 220 zumindest eine oder mehrere zusätzliche dielektrische Schichten umfassen.
Die Rückplatte oder Gegenelektrode 230 können ein leitfähiges Material wie etwa Polysilicium, dotiertes Polysilicium, ein Metall oder Kombinationen davon umfassen. Alternativ dazu kann die Rückplatte 230 eine oder mehrere zusätzliche Schichten umfassen. Die zusätzlichen Schichten können eine dielektrische Schicht, wie etwa eine Siliciumnitridschicht, eine Siliciumoxynitridschicht, eine Oxidschicht oder eine Polymerschicht umfassen. Die dielektrische Schicht kann dazu konfiguriert sein, Zugbelastung bereitzustellen. Die Rückplatte 230 ist perforiert 232, um dämpfende Effekte zu reduzieren. Die Membran 220 kann unterhalb oder oberhalb der Rückplatte 230 angebracht sein.
Die Rückplatte 230 umfasst Anti-Haft-Erhöhungen 234. Die Anti-Haft-Erhöhungen 234 können runde, rechteckige oder quadratische Bereiche mit vorspringenden Abschnitten sein. Der vorstehende Abschnitt kann eine zentrale Spitze oder ein zentraler Punkt sein.
Die Rückplatte 230 umfasst zudem längliche Vorsprünge wie Versteifungsrippen, Versteifungslinien, Versteifungsstrecken, Versteifungsbahnen und/oder Wellenlinien 236. Die länglichen Vorsprünge 236 sind länger und/oder breiter als die Anti-Haft-Erhöhungen 234. Die länglichen Vorsprünge 236 sind auf den Ankerfingern, Ankerbrücken, Verbindungsbereichen, Ankerstäben oder Ankerspeichen 238 der Rückplatte 230 angeordnet. Alternativ dazu befinden sich die länglichen Vorsprünge ausschließlich oder ebenfalls in der Mittelregion 239 der Rückplatte 230. Die Ankerfinger, Ankerbrücken oder Verbindungsbereiche 238 können 10 % bis 40 % eines Radius der Rückplatte 230 umfassen und die Mittelregion 239 kann 60 % bis 90 % umfassen. In einer besonderen Ausführungsform umfassen die Ankerfinger 238 30 % des Radius der Rückplatte 230 und die Mittelregion 239 umfasst 70 % des Radius.
Die Ankerfinger 238 können sich in gleichem Abstand voneinander befinden und können dieselbe Breite wA und dieselbe Länge lA aufweisen. Alternativ dazu können die Ankerfinger 238 unterschiedliche Breiten wA und unterschiedliche Längen lA aufweisen und können in unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sein.
In einer Ausführungsform befinden sich die länglichen Vorsprünge 236 auf der Rückplatte 230 in einer radialen Richtung. Die länglichen Vorsprünge 236 können auf der Rückplatte 230 nahe eines Umfangs der Rückplatte 230 angeordnet sein und können eine Randregion 215 und die Ankerbrücke 238 überlagern. In einer Ausführungsform überlagern die länglichen Vorsprünge 236 einen Mittelpunkt der Rückplatte 230 und gehen durch diesen hindurch.
2a zeigt einen einzelnen länglichen Vorsprung 236 pro Ankerbrücke 238. Die länglichen Vorsprünge 236 können die halbe Breite der Ankerbrücke 238 umfassen. Alternativ dazu können die länglichen Vorsprünge 236 andere Breitendimensionen aufweisen. Die länglichen Vorsprünge 236 können durch Randregionen der Mittelregion 239 miteinander verbunden sein.
2b zeigt eine Ausführungsform eines Querschnitts eines Teils einer Rückplatte 230 und der Membran 220. Die Rückplatte 230 umfasst eine Anti-Haft-Erhöhung 234 und einen länglichen Vorsprung 236 (z.B. Versteifungsrippen, Versteifungslinien, Versteifungsstrecken oder Versteifungsbahnen). Die Rückplatte 230 umfasst eine dielektrische Schicht 231. Die dielektrische Schicht 231 kann ein dielektrisches Material wie etwa Siliciumnitrid, Siliciumoxinitrid, Siliciumoxid oder ein Polymer umfassen. Die dielektrische Schicht 231 kann zugbelastet sein. Die Rückplatte 230 ist perforiert, um dämpfende Effekte zu reduzieren (nicht gezeigt).
Die Rückplatte 230 umfasst zudem eine Leitungsschicht 233. Die Leitungsschicht 233 kann eine Polysiliciumschicht, die dotiert oder undotiert ist, umfassen. Die Leitungsschicht 233 kann eine weitere dotierte oder undotierte Halbleiterschicht umfassen.
In manchen Ausführungsformen kann die Leitungsschicht 233 eine metallische Schicht umfassen. Die metallische Schicht kann ein metallisches Material, wie etwa reines Metall, eine Legierung und/oder eine Verbindung umfassen. Es versteht sich, dass jedes reine Metall Spurenverunreinigungen aufweisen wird. Das metallische Material kann eines oder mehrere der Periodensystemelemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al (Aluminium), Cu (Kupfer) und Au (Gold), aufweisen. Beispiele für mögliche metallische Materialien, die verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, reines Aluminium, Aluminiumlegierung, Aluminiumverbindung, reines Kupfer, Kupferlegierung, Kupferverbindung, reines Gold, Goldlegierung und Goldverbindung.
Alternativ dazu kann die Leitungsschicht 233 ein anderes leitendes Material umfassen.
Die Leitungsschicht 233 kann auf der dielektrischen Schicht 231 angeordnet sein. Alternativ dazu kann die dielektrische Schicht 231 auf der Leitungsschicht 233 angeordnet sein.
In einer Ausführungsform umfasst die Rückplatte 230 eine Sandwich-Struktur, z.B. einen Stapel aus einer dielektrischen Schicht 231, einer Leitungsschicht 233 und einer dielektrischen Schicht 231 oder einen Stapel aus einer Leitungsschicht 233, einer dielektrischen Schicht 231 und einer Leitungsschicht 233. Alternativ dazu umfasst die Rückplatte 230 einen Stapel, der eine Vielzahl von Leitungsschichten 233 und eine Vielzahl von dielektrischen Schichten 231 umfasst.
In manchen Ausführungsformen hat die Leitungsschicht 233 der Rückplatte eine Dicke dC von etwa 1000 nm bis etwa 2000 nm und eine dielektrische Schicht 231 hat eine Dicke dD von etwa 100 nm bis etwa 200 nm. Die Dicke dC der Leitungsschicht 233 ist etwa zehnmal so groß wie die Dicke dD der dielektrischen Schicht 231. In einer besonderen Ausführungsform beträgt die Dicke dC der Leitungsschicht 233 etwa 1500 nm und die Dicke dD der dielektrischen Schicht 231 beträgt etwa 140 nm. Die Oberfläche 230a der Rückplatte 230 ist mit Ausnahme der Anti-Haft-Erhöhung 234 und dem länglichen Vorsprung 236 im Wesentlichen eben.
Beispielsweise kann der längliche Vorsprung 236 eine T-Form umfassen. Die Breite wR des länglichen Vorsprungs 236 kann so gewählt werden, dass die Oberfläche 230a der Rückplatte 230 im Wesentlichen eben ist.
Die Breite wR des länglichen Vorsprungs 236 kann so gewählt werden, dass die Breite wR kleiner oder gleich zweimal der Dicke der Rückplatte 230 ist. Die Dicke der Rückplatte 230 kann die kombinierte Dicke der Leitungsschicht 233 (z.B. Dicke dC) und dielektrischen Schicht 231 (z.B. Dicke dD) sein. Der längliche Vorsprung 236 kann eine Rippe, wie etwa eine Versteifungsrippe, sein.
Die Höhe hR des länglichen Vorsprungs 236 kann dieselbe wie die kombinierte Dicke der Leitungsschicht 233 und der dielektrischen Schicht 231 dC und dD sein. Die Höhe hR kann etwa 0,5 µm bis etwa 1,5 µm betragen und hängt von der in der darunterliegenden Opferschicht definierten Vorformstruktur ab. Der längliche Vorsprung 236 und die Anti-Haft-Erhöhung 234 befinden sich auf der Seite der Rückplatte 230, die der Membran 220 gegenüberliegt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Rückseite 231a der Rückplatte 230 bei dem länglichen Vorsprung 236, wie in 2b gezeigt, im Wesentlichen flach sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann es sein, dass sich in der Rückseite 231a der Rückplatte 230 bei dem länglichen Vorsprung 236 im Wesentlichen keine Vertiefungen befinden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Rückseite 231a der Rückplatte 230 bei der Anti-Haft-Erhöhung 234 im Wesentlichen flach sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann es sein, dass sich in der Rückseite 231a der Rückplatte 230 bei der Anti-Haft-Erhöhung 234 im Wesentlichen keine Vertiefungen befinden. In der gezeigten Ausführungsform kann der längliche Vorsprung 236 eine T-Form umfassen.
2c zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Teils einer Rückplatte 230 und einer Membran 220. 2c zeigt eine jener in 2b ähnliche Rückplatte 230, aber mit einem zusätzlichen länglichen Vorsprung 235. Der längliche Vorsprung 235 kann eine Wellenlinie sein. In der gezeigten Ausführungsform ist der längliche Vorsprung 235 breiter als der längliche Vorsprung 236 und die Anti-Haft-Erhöhung 234. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der längliche Vorsprung 235 eine Vertiefung RES in der Rückseitenoberfläche 230a der Rückplatte 230. Die Vertiefung RES in der Rückseite der Oberfläche 230a kann eine U-Form umfassen. Ähnlich dazu kann der längliche Vorsprung 235 eine U-Form umfassen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Breite wCo des länglichen Vorsprungs 235 größer als zweimal die Dicke der Rückplatte (z.B. die kombinierte Dicke der Leitungsschicht 233 und der dielektrischen Schicht 231 dC und dD) sein.
Die länglichen Vorsprünge 235, 236 können erhöhte Steifigkeit der Rückplatte 230 in einer Richtung entlang (z.B. parallel zu) der Richtung der Längsausdehnung bereitstellen. Daher machen sie die Rückplatte 230 in einer Richtung parallel zu der Richtung der Längsausdehnung steifer. In der in 2c gezeigten Ausführungsform ist die Richtung der Längsausdehnung für jeden des länglichen Vorsprungs 235 und des länglichen Vorsprungs 236 senkrecht zur Darstellungsebene. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Richtung der Längsausdehnung in eine Richtung verlaufen, die auf der Rückplatte 230 radial ist. Dies wird beispielsweise in 2a gezeigt, in der der längliche Vorsprung 236 auf der Ankerbrücke 238 in eine Richtung verläuft (das heißt, die Längsausdehnung ist in einer Richtung), die auf der Rückplatte radial ist.
Der längliche Vorsprung 235 kann die Rückplatte 230 in einer Richtung, die zu der Richtung der Längsausdehnung normal steht, flexibler machen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Richtung der Längsausdehnung parallel zum Umfang der Rückplatte 230 verlaufen (z.B. welcher eine Kreis-, Quadrat- oder Sternkonfiguration umfasst). Der längliche Vorsprung 236 kann so konfiguriert sein, die Rückplatte 230 vom Substrat und von Substrat/Gehäuserauschen/Schwingung zu entkoppeln.
3a zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer MEMS-Struktur 300. Die Rückplatte 330 und die Membran (nicht gezeigt) sind mechanisch entlang ihrem Umfang mit einem Substrat 310 verbunden. Die Membran und die Rückplatte 330 können eine kreisähnliche, quadratische oder sternähnliche Form umfassen. Alternativ dazu können die Membran und die Rückplatte 330 jede beliebige geometrisch geeignete Form umfassen.
Die Membran und die Rückplatte 330 können über eine Ankerregion mit dem Substrat 310 verbunden sein. Das Substrat 310 kann zudem aktive Bauelemente wie etwa Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Verstärker, Filter oder andere elektrische Vorrichtungen aufweisen. Das Substrat 310 kann einen integrierten Schaltkreis (IC) aufweisen. Die MEMS-Struktur 300 kann eine eigenständige Vorrichtung sein oder kann mit einem IC auf einem einzigen Chip integriert werden.
Die Membran und die Rückplatte 330 umfassen ein leitfähiges Material. Das leitfähige Material kann ein Polysiliciummaterial wie etwa ein dotiertes (oder undotiertes) Polysilicium umfassen. Das leitfähige Material kann ein metallisches Material umfassen. Die Membran und Rückplatte können eine Kombination von Materialien umfassen. Die Membran und Rückplatte können eine Kombination von Leitungsschichten mit dielektrischen Schichten wie etwa Siliciumnitrid-, Siliciumoxynitrid-, Oxid-(z.B. Siliciumoxid) oder Polymerschichten umfassen. Die dielektrische Schicht kann eine Zugspannungsschicht sein. Die Rückplatte 330 kann perforiert sein, um dämpfende Effekte während des Betriebs zu reduzieren.
Die Rückplatte 330 umfasst Ausnehmungen 320 entlang dem Umfang 336 der Rückplatte 330. Die Ausnehmungen 320 bilden die Rückplatte 330 mit dem Substrat 310 verbindende Ankerbrücken 340. Die Ausnehmungen 320 alternieren mit den Ankerbrücken 340. Die Ausnehmungen 320 können eine Parabel- oder eine parabelähnliche Form annehmen. Alternativ dazu können die Ausnehmungen 320 eine ovale, eine ovalähnliche, eine kreisförmige oder eine kreisähnliche Form annehmen.
3b zeigt eine Detailansicht der Ankerbrücken 340. Längliche Vorsprünge 352 sind nur auf den Ankerbrücken 340 angeordnet. Es gibt vier längliche Vorsprünge 352 pro Ankerbrücke 340. Alternativ dazu gibt es andere Anzahlen länglicher Vorsprünge 352 pro Ankerbrücke 340. Darüber hinaus umfassen die länglichen Vorsprünge 352 eine Länge lR mit weniger als der halben Länge lA der Ankerbrücke 340. Alternativ dazu kann die Länge lR der länglichen Vorsprünge 352 so lang sein wie die Länge lA der Ankerbrücken 340 oder sogar länger. In anderen Ausführungsformen überlagern die länglichen Vorsprünge 352 die Randregion 315 und die Öffnung unter der Membran und der Rückplatte 330. Die länglichen Vorsprünge 352 können Versteifungsrippen, Versteifungslinien, Versteifungsstrecken, Versteifungsbahnen oder Wellenlinien sein.
3c zeigt auf den Ankerbrücken 340 angeordnete längliche Vorsprünge 352 und eine Randregion 337 einer Mittelregion 335 der Rückplatte 330. Es gibt vier längliche Vorsprünge 352 pro Ankerbrücke 340 und zwei längliche Vorsprünge 353 verbinden eine Ankerbrücke 340 mit den zwei benachbarten Ankerbrücken 340. Alternativ dazu gibt es andere Anzahlen länglicher Vorsprünge 352, 353 pro Ankerbrücke 340. Darüber hinaus umfassen die länglichen Vorsprünge 352 eine Länge lR mit weniger als der halben Länge lA der Ankerbrücke 340. Alternativ dazu kann die Länge lR der länglichen Vorsprünge 352 so groß wie die Länge lA der Ankerbrücken 340 oder sogar länger sein. In anderen Ausführungsformen überlagern die länglichen Vorsprünge 352 die Randregion 315 und die Öffnung unter der Membran und der Rückplatte 330. Die länglichen Vorsprünge 352 sind entlang dem Umfang der benachbarte Ankerbrücken 340 verbindenden Ausnehmung 320 angeordnet.
Die Rückplatte 330 umfasst zudem Anti-Haft-Erhöhungen 339 und Anti-Dämpfungsöffnungen 338. Die Anti-Haft-Erhöhungen 339 können zudem einen runden, einen rechteckigen oder einen quadratischen Bereich mit einem vorspringenden Abschnitt umfassen. Der vorspringende Abschnitt kann eine zentrale Spitze oder ein zentraler Punkt sein. Die länglichen Vorsprünge 352 können eine Versteifungsrippe, eine Versteifungslinie, eine Versteifungsstrecke, eine Versteifungsbahn oder eine Wellenlinie sein. Der längliche Vorsprung 352 und die Anti-Haft-Erhöhungen 339 können auf der Rückseite eben sein. Die Anti-Haft-Erhöhungen 239 können längliche Vorsprünge sein.
4a zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer MEMS-Struktur 400. Die Rückplatte 430 und die Membran (nicht gezeigt) sind mechanisch entlang ihrem Umfang 436 mit einem Substrat 410 verbunden. Die Membran und die Rückplatte 430 können eine runde oder quadratische Form umfassen. Alternativ dazu können die Membran und die Rückplatte 430 jede beliebige geometrisch geeignete Form umfassen.
Die Membran und die Rückplatte 430 können über eine Ankerregion mit dem Substrat 410 verbunden sein. Das Substrat 410 kann zudem aktive Bauelemente wie etwa Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Verstärker, Filter oder andere elektrische Vorrichtungen aufweisen. Das Substrat 410 kann einen integrierten Schaltkreis (IC) aufweisen. Die MEMS-Struktur 400 kann eine eigenständige Vorrichtung sein oder kann mit einem IC auf einem einzigen Chip integriert werden.
Die Membran und/oder die Rückplatte 430 können die Schicht aus leitfähigem Material und die dielektrische Schicht, wie mit Bezug auf 3a beschrieben, umfassen.
Die Rückplatte 430 umfasst große Ausnehmungen 420 und kleine Ausnehmungen 425 entlang dem Umfang 436 der Rückplatte 430. Die Ausnehmungen 420, 425 bilden die Rückplatte 430 mit dem Substrat 410 verbindende Ankerbrücken 440 aus (die Ankerbrücken 440 sind Teil der Rückplatte 440). Die Ausnehmungen 420, 425 alternieren mit den Ankerbrücken 440. Die Ausnehmungen 420, 425 können eine Parabel- oder eine parabelähnliche Form annehmen. Alternativ dazu können die Ausnehmungen 420, 425 eine ovale, eine ovalähnliche, eine kreisförmige oder eine kreisähnliche Form annehmen. Die Ankerbrücken 440 sind in Gruppen zu vier gruppiert. Alternativ dazu können die Ankerbrücken 440 in Gruppen zu anderen natürlichen Zahlen gruppiert sein. Die Ausnehmungen 425 trennen die einzelnen Ankerbrücken innerhalb der Gruppe voneinander und die Ausnehmungen 420 trennen jede Gruppe von der nächsten.
4b zeigt einen auf einer einzelnen Ankerbrücke 440 angeordneten einzelnen länglichen Vorsprung 452. Der längliche Vorsprung 452 umfasst eine Länge lR, welche ungefähr derselben Länge lA der Ankerbrücke 440 entspricht. Alternativ dazu beträgt die Länge lR des länglichen Vorsprungs 452 zwischen der halben und der vollen Länge der Länge lA der Ankerbrücken 440. In einer Ausführungsform überlagert der längliche Vorsprung 452 die Randregion 415 und die Öffnung unter der Membran und der Rückplatte 430.
4c zeigt zwei längliche Vorsprünge 452 pro Ankerbrücke 440. Jeder längliche Vorsprung 452 überlagert Ankerbrücken 440 und eine Randregion 437 einer Mittelregion 435 der Rückplatte 430. In einer Ausführungsform sind die länglichen Vorsprünge 452 über die gesamte Länge lA der Ankerbrücke 440 angeordnet. In anderen Ausführungsformen überlagern die länglichen Vorsprünge 452 die Randregion 415 und die Öffnung unter der Membran und der Rückplatte 430. Die länglichen Vorsprünge 452 sind entlang dem Umfang der benachbarte Ankerbrücken 440 verbindenden Ausnehmung 425 angeordnet. Die länglichen Vorsprünge 452 auf der Ankerbrücke 440 am Ende einer Vierergruppe können oder können nicht auf die nächste Ankerbrücke 440 der nächsten Vierergruppe ausgedehnt sein.
Die Rückplatte 430 umfasst zudem Anti-Haft-Erhöhungen 439 und Anti-Dämpfungsöffnungen 438. Die Anti-Haft-Erhöhungen 439 können einen runden, einen rechteckigen oder eine quadratischen Bereich mit einem vorspringenden Abschnitt umfassen. Der vorspringende Abschnitt kann eine zentrale Spitze oder ein zentraler Punkt sein. Der längliche Vorsprung 452 kann eine Versteifungsrippe, eine Versteifungsstrecke, eine Versteifungsbahn oder eine Wellenlinie sein. Der längliche Vorsprung 452 und die Anti-Haft-Erhöhungen 439 können auf der Rückseite der Rückplatte 430 eben sein.
In einer Ausführungsform sind die Ankerbrücken 440 etwa 5 µm bis etwa 10 µm breit und etwa 100 µm lang. Die Ausnehmungen 425 können etwa 10 µm bis etwa 20 µm breit sein, die Rückplatte 430 kann etwa 1 µm bis etwa 2 µm dick (z.B. etwa 1,64 µm dick) sein, die Breite des länglichen Vorsprungs 452 kann 2x die Dicke der Rückplatte 430 (z.B. etwa 1 µm bis etwa 3 µm) betragen und die Höhe des länglichen Vorsprungs kann etwa 1 µm bis etwa 2 µm betragen.
5a zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer MEMS-Struktur 500. Die Rückplatte 530 und die Membran (nicht gezeigt) sind mechanisch entlang ihrem Umfang 536 mit einem Substrat 510 verbunden. Die Membran und/oder die Rückplatte 530 können eine kreisähnliche, quadratische oder sternähnliche Form umfassen. Alternativ dazu können die Membran und die Rückplatte 530 jede beliebige geometrisch geeignete Form aufweisen.
Die Membran und die Rückplatte 530 können über eine Ankerregion mit dem Substrat 510 verbunden sein. Das Substrat 510 kann zudem aktive Bauelemente wie etwa Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Verstärker, Filter und andere elektrische Vorrichtungen aufweisen. Das Substrat 510 kann einen integrierten Schaltkreis (IC) aufweisen. Die MEMS-Struktur 500 kann eine eigenständige Vorrichtung sein oder kann mit einem IC auf einem einzigen Chip integriert werden.
Die Membran und/oder die Rückplatte 530 können eine Schicht aus leitfähigem Material und die dielektrische Schicht, wie mit Bezug auf 3a beschrieben, umfassen.
Die Rückplatte 530 umfasst große Ausnehmungen 520 und kleine Ausnehmungen 525 entlang dem Umfang 536 der Rückplatte 530. Die Ausnehmungen 520, 525 bilden die Rückplatte 530 mit dem Substrat 510 verbindende Ankerbrücken 540 aus (die Ankerbrücken 540 sind Teil der Rückplatte 530). Die Ausnehmungen 520, 525 alternieren mit den Ankerbrücken 540. Die kleinen Ausnehmungen 525 können eine Parabel- oder eine parabelähnliche Form annehmen. Alternativ dazu können die kleinen Ausnehmungen 525 eine ovale, eine ovalähnliche, eine kreisförmige oder eine kreisähnliche Form annehmen. Die großen Ausnehmungen 520 können eine rechteckige oder rechteckähnliche Form annehmen. Alternativ dazu können die großen Ausnehmungen 520 eine Parabel-, eine parabelähnliche, ovale, eine ovalähnliche, eine kreisförmige oder eine kreisähnliche Form annehmen.
Die Ankerbrücken 540 sind in Gruppen zu zwei (2) und einzelnen Ankerbrücken 540 gruppiert. Alternativ dazu können die Gruppen jede andere natürliche Zahl an Ankerbrücken 540 umfassen und die einzelnen Ankerbrücken 540 können eine Vielzahl von Ankerbrücken 540 umfassen. Die Ausnehmungen 525 trennen die einzelnen Ankerbrücken innerhalb der Gruppe voneinander und die Ausnehmungen 520 trennen die Gruppen von den einzelnen Brücken 540.
5b zeigt zwei längliche Vorsprünge 552 pro Ankerbrücke 540. Jeder längliche Vorsprung 552 überlagert die Ankerbrücken 540, eine Randregion 537 einer Mittelregion der Rückplatte 530. In einer Ausführungsform sind die länglichen Vorsprünge 552 über die gesamte Länge lA der Ankerbrücke 540 angeordnet. In anderen Ausführungsformen überlagern die länglichen Vorsprünge 552 die Randregion 515 und die Öffnung unter der Membran und der Rückplatte 530. Die länglichen Vorsprünge 552 sind entlang dem Umfang der benachbarte Ankerbrücken 540 verbindenden Ausnehmungen 520, 525 angeordnet.
Die Rückplatte 530 umfasst zudem Anti-Haft-Erhöhungen 539 und Anti-Dämpfungsöffnungen 538. Die Anti-Haft-Erhöhungen 539 können einen runden, einen rechteckigen oder einen quadratischen Bereich mit einem vorspringenden Abschnitt umfassen. Der vorspringende Abschnitt kann eine zentrale Spitze oder ein zentraler Punkt sein. Die länglichen Vorsprünge 552 können eine Versteifungsrippe, eine Versteifungslinie, eine Versteifungsstrecke, eine Versteifungsbahn oder eine Wellenlinie sein. Die länglichen Vorsprünge 552 und die Anti-Haft-Erhöhungen 539 können auf der Rückseite der Rückplatte 530 eben sein. Die Größe der länglichen Vorsprünge, Ausnehmungen und der Ankerbrücken kann dieselbe Größe wie zuvor umfassen, mit Ausnahme der großen Ausnehmung, welche zwischen etwa 20 µm und etwa 60 µm breit ist.
6a zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer MEMS-Struktur 600. Die Rückplatte 630 und die Membran (nicht gezeigt) sind mechanisch entlang ihrem Umfang 636 mit einem Substrat 610 verbunden. Die Membran und/oder Rückplatte 630 können eine kreisähnliche, quadratische oder sternähnliche Form umfassen. Alternativ dazu können die Membran und die Rückplatte 630 jede beliebige geometrisch geeignete Form aufweisen.
Die Membran und die Rückplatte 630 können über eine Ankerregion mit dem Substrat 610 verbunden sein. Das Substrat 610 kann zudem aktive Bauelemente wie etwa Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Verstärker, Filter und andere elektrische Vorrichtungen umfassen. Das Substrat 610 kann einen integrierten Schaltkreis (IC) umfassen. Die MEMS-Struktur 600 kann eine eigenständige Vorrichtung sein oder kann mit einem IC auf einen einzigen Chip integriert werden.
Die Rückplatte 630 und/oder die Membran können die Schicht aus leitfähigem Material und die dielektrische Schicht, wie mit Bezug auf 3a beschrieben, umfassen.
Die Rückplatte 630 umfasst große Ausnehmungen 620 und kleine Ausnehmungen 425 entlang dem Umfang 636 der Rückplatte 630. Die Ausnehmungen 620, 625 bilden die Rückplatte 630 mit dem Substrat 610 verbindende Ankerbrücken 640 aus (die Ankerbrücken 640 sind Teil der Rückplatte 640). Die Ausnehmungen 620, 625 alternieren mit den Ankerbrücken 640. Die Ausnehmungen 620, 625 können eine rechteckige oder rechteckähnliche und/oder Parabel- oder parabelähnliche Form annehmen. Alternativ dazu können die Ausnehmungen 620, 625 eine ovale, eine ovalähnliche, eine kreisförmige oder eine kreisähnliche Form annehmen. Die Ankerbrücken 640 sind in Gruppen zu vier (4) gruppiert. Alternativ dazu können die Ankerbrücken 640 in Gruppen zu anderen natürlichen Zahlen gruppiert sein. Die Ausnehmungen 625 trennen die einzelnen Ankerbrücken innerhalb der Gruppe voneinander und die Ausnehmungen 620 trennen die einzelnen Gruppen von der nächsten. In verschiedenen Ausführungsformen können die Ausnehmungen 620, 625 dieselbe Größe umfassen.
6b zeigt zwei längliche Vorsprünge 652 pro Ankerbrücke 640. Jeder längliche Vorsprung 652 überlagert Ankerbrücken 640, eine Randregion 637 einer Mittelregion der Rückplatte 630. In einer Ausführungsform sind die länglichen Vorsprünge 652 entlang der gesamten Länge lA der Ankerbrücke 640 angeordnet. In anderen Ausführungsformen überlagern die länglichen Vorsprünge 652 einen Teil der Ankerbrücke 640, wie etwa die Randregion 615 und einen Teil der Öffnung unter der Membran und der Rückplatte 630. Die länglichen Vorsprünge 652 sind entlang dem Umfang der benachbarte Ankerbrücken 640 verbindenden Ausnehmung 625 angeordnet. Die länglichen Vorsprünge 652 in der Ankerbrücke 640 am Ende einer Vierergruppe können oder können nicht auf die nächste Ankerbrücke 640 der nächsten Vierergruppe ausgedehnt sein.
6c zeigt zwei längliche Vorsprünge 652 pro Ankerbrücke 640. Jeder längliche Vorsprung 652 überlagert Ankerbrücken 640, eine Randregion 637 einer Mittelregion der Rückplatte 630. In einer Ausführungsform sind die länglichen Vorsprünge 652 über die gesamte Länge lA der Ankerbrücke 640 angeordnet. In anderen Ausführungsformen überlagern die länglichen Vorsprünge 652 nur einen Teil der Ankerbrücke 640, wie etwa die Randregion 615 und einen Teil der Öffnung unter der Membran und der Rückplatte 630. Die länglichen Vorsprünge 652 sind entlang dem Umfang der benachbarte Ankerbrücken 640 verbindenden Ausnehmung 620 angeordnet.
6b–6d zeigen die in Richtung der Mitte der Rückplatte 630 ausgedehnten, länglichen Vorsprünge 653–655. Beispielsweise erstrecken sich die länglichen Vorsprünge 654, 655 aus 6c von der Ankerbrücke 640 bis zur Mitte 660 der Rückplatte 630, wie in 6d gezeigt, und die länglichen Vorsprünge 653 aus 6b erstrecken sich von der Mitte der Ausnehmung 620 hin zur Mitte 660 der Rückplatte 630. In einer Ausführungsform kreuzen nur wie in 6c gezeigte doppelte längliche Vorsprünge 654, 655 die Mitte 660 der Rückplatte 630. In einer alternativen Ausführungsform kreuzen nur wie in 6d gezeigte einzelne längliche Vorsprünge 653 die Mitte 660 der Rückplatte 630.
In verschiedenen Ausführungsformen erstrecken sich die länglichen Vorsprünge auf der Ankerbrücke 652, die benachbarte Ankerbrücken 640 nicht verbinden, in Richtung der Mitte der Rückplatte. In anderen Ausführungsformen können verschiedene Konfigurationen länglicher Vorsprünge 652–655 die Mitte 660 der Rückplatte 630 kreuzen.
Die Rückplatte 630 umfasst zudem Anti-Haft-Erhöhungen 639 und Anti-Dämpfungsöffnungen 638, wie in 6d beispielsweise gezeigt. Die Anti-Haft-Erhöhungen 639 können einen runden, einen rechteckigen oder einen quadratischen Bereich mit einem vorspringenden Abschnitt umfassen. Der vorspringende Abschnitt kann eine zentrale Spitze oder ein zentraler Punkt sein. Die länglichen Vorsprünge 652–655 können Versteifungsrippen, Versteifungslinien, Versteifungsstrecken, Versteifungsbahnen oder Wellenlinien umfassen. Die länglichen Vorsprünge 652–655 und die Anti-Haft-Erhöhungen 639 können auf der Rückseite der Rückplatte 630 eben sein. Die Größe der länglichen Vorsprünge, Ausnehmungen und der Ankerbrücken kann dieselbe Größe wie zuvor umfassen, mit Ausnahme der großen Ausnehmung, welche zwischen etwa 20 µm und etwa 60 µm breit ist.
7 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens 700 zur Herstellung einer MEMS-Struktur. In Schritt 710 wird eine Opferschicht auf einem Substrat gebildet. Das Substrat kann mono-kristallines Volums-Siliciumsubstrat (oder eine darauf gewachsene oder anderweitig darauf gebildete Schicht), eine Schicht {110} Silicium, eine Schicht {100} Silicium, einen Silicium auf Isolator (SOI) oder einen Germanium auf Isolator (GeOI) umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine Deckschicht-Epitaxial-Schicht aufweisen. Das Substrat kann ein Verbindungs-Halbleiter-Substrat wie Indiumantimonid, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Galliumnitrid, Galliumarsenid, Galliumantimonid, Bleitellurid, Siliciumgermanium, Siliciumcarbid oder Kombinationen davon oder Glas umfassen.
Die Opferschicht umfasst ein dielektrisches Material. Beispielsweise kann die Opferschicht ein Oxid, wie etwa ein Siliciumoxid, ein Nitrid, wie etwa ein Siliciumnitrid, ein anderes Isolationsmaterial oder Kombinationen davon sein. In einem besonderen Bespiel ist die Opferschicht Tetraethylorthosilicat (TEOS).
In Schritt 720 werden Öffnungen/Vertiefungen in der Opferschicht gebildet. Die Vertiefungen können eine erste Art von Vertiefung (z.B. kleine Vertiefungen wie die Anti-Haft-Erhöhungen) und eine zweite Art von Vertiefung (z.B. größere Vertiefungen wie Versteifungsrippen) umfassen. In einer optionalen Ausführungsform können die Vertiefungen zudem eine dritte Art von Vertiefung (z.B. die größten Vertiefungen wie Wellenlinien) umfassen. Die Vertiefungen können dieselbe Tiefe umfassen. Beispielsweise kann die Tiefe der Vertiefungen 300 nm bis 3000 nm betragen. Alternativ dazu können sich die Tiefen der Vertiefungen für jede Art von Öffnung unterscheiden. Die erste Art von Vertiefung können runde, ovale oder rechteckige Löcher sein. Die zweite Art von Vertiefung kann Grabenlinien umfassen. Die erste Art von Vertiefung umfasst eine Breite von etwa 300 nm bis etwa 1500 nm und die zweite Art von Vertiefung umfasst eine Breite von etwa 1500 nm bis etwa 3000 nm. Die Breite der zweiten Art von Vertiefung kann so gewählt werden, dass die obere Oberfläche der Rückplatte im Wesentlichen eben ist.
Die Vertiefungen werden mit einer gerichteten Ätzung in der Opferschicht ausgebildet. Ein Trockenätzprozess oder ein Nassätzprozess wird angewandt. In einer besonderen Ausführungsform werden die Öffnungen mit einem RIE-Vorgang geätzt. Die Vertiefung kann mit einer weiteren Opferschicht aus gleichmäßigem Überzug ausgekleidet sein, um runde Ecken an der oberen Kante der Öffnung zu erzeugen.
In dem optionalen Schritt 730 werden die Vertiefungen mit einer dielektrischen Schicht ausgekleidet. Die dielektrische Schicht kann dielektrisches Material wie etwa Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid, Siliciumoxid oder ein Polymer umfassen. Die dielektrische Schicht kann dazu konfiguriert sein, Zugspannung bereitzustellen. Die dielektrische Schicht kann die Bodenflächen und die Seitenwände der Vertiefungen und die obere Oberfläche der Opferschicht gleichmäßig überlagern. Die dielektrische Schicht füllt die Vertiefungen nicht vollständig auf.
In Schritt 740 wird eine Leitungsschicht auf der dielektrischen Schicht (sonst über der Opferschicht) ausgebildet. Die Leitungsschicht kann eine Siliciumschicht, wie etwa Polysilicium, in-situ-dotiertes Polysilicium oder eine anderweitig dotierte oder undotierte Halbleiterschicht sein. Alternativ dazu kann die Leitungsschicht eine Metallschicht sein. Die Leitungsschicht kann eine Vielzahl von Schichten umfassen. Die Leitungsschicht und die optionale dielektrische Schicht bilden eine Rückplatte. In einer Ausführungsform wird die Ausbildung der dielektrischen Schicht und der Leitungsschicht wiederholt, um einen Schichtstapel zu bilden.
Die Leitungsschicht füllt die Öffnung und überlagert die dielektrische Schicht. Die Leitungsschicht kann im Wesentlichen eben sein über die kleinen Öffnungen und die mittelgroßen Öffnungen. Die Leitungsschicht kann eine Vertiefung über der Rückseite der großen Öffnungen ausbilden.
In einer Ausführungsform umfasst die Leitungsschicht eine Dicke von etwa 1000 nm bis etwa 2000 nm und die dielektrische Schicht umfasst eine Dicke von etwa 100 nm bis etwa 200 nm. Die Dicke der Leitungsschicht ist etwa zehnmal größer als die Dicke der dielektrischen Schicht. In einer besonderen Ausführungsform beträgt die Dicke der Leitungsschicht etwa 1600 nm und die Dicke der dielektrischen Schicht etwa 140 nm. Die obere Oberfläche der Rückplatte ist bis auf die erste und zweite Art von Vertiefung im Wesentlichen eben. Die Höhe der zweiten Art von Vertiefung hängt von der in Schritt 720 in die Opferschicht geätzten Tiefe ab und beträgt etwa 0,5 µm bis etwa 2 µm.
In Schritt 750 wird das Substrat unterhalb der Rückplatte entfernt. Das Substrat kann mittels eines BoschTM-Ätzvorganges entfernt werden. Der BoschTM-Ätzvorgang kann das Wiederholen der folgenden Schritte umfassen: 1) isotropisches Ätzen wie ein Trockenätzen des Substrats (Wafer), 2) Aufbringen eines Polymerfilms auf das Substrat (Wafer) und die Bodenfläche und die Seitenwände des durch den ersten Ätzschritt geformten Grabens und 3) Öffnen des Polymerfilms auf dem Substrat (Wafer) und der Bodenfläche des Grabens, aber nicht entlang der Seitenwände, sodass Schritt 1) erneut angewendet werden kann.
In Schritt 760 wird die Rückplatte (Leitungsschicht und die optionale dielektrische Schicht) mit einer zielgerichteten Ätzung perforiert. Die Opferschicht ist die die Ätzstoppschicht.
In Schritt 770 wird die Opferschicht unterhalb der Rückplatte entfernt. Anti-Haft-Erhöhungen können aus der ersten Art von Vertiefung gebildet werden und die länglichen Vorsprünge können aus der zweiten Art von Vertiefung gebildet werden. Ein isotropischer Ätzvorgang kann angewandt werden, um die Opferschicht durch die Perforierung in der Rückplatte zu entfernen. Die Membran wird durch das Entfernen der Opferschicht freigestellt. Die Ankerregionen können durch die Kontrolle des Zeitablaufs des isotropischen Ätzens oder durch das Bereitstellen einer Abdeckung, wie etwa einem Fotolack oder einem Passivierungsnitrid über die Ankerregion, um das Unterätzen an dieser Stelle zu vermeiden, ausgebildet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Detail beschrieben wurden, versteht sich, dass verschiedene Veränderungen, Substitutionen und Anpassungen hierin vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung, wie durch die angehängten Patentansprüche definiert, abzuweichen.
Darüber hinaus soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die in der Beschreibung ausgeführten speziellen Ausführungsformen des Prozesses, der Bearbeitung, Herstellung, Zusammensetzung des Materials, Mittel, Verfahrens und Schritte beschränkt sein. Wie für einen Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung einfach ersichtlich, erfüllen die derzeit verfügbaren oder noch zu entwickelnden Prozesse, Bearbeitung, Herstellung, Zusammensetzung von Material, Mittel, Verfahren oder Schritte im Wesentlichen dieselbe Funktion oder erreichen im Wesentlichen dasselbe Ergebnis wie die hierin beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen und können gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Demgemäß sollen die angehängten Ansprüche solche Prozesse, Bearbeitung, Herstellung, Zusammensetzung von Materialien, Mittel, Verfahren oder Schritte innerhalb ihres Schutzumfanges aufweisen.

Claims

Vorrichtung (100, 300, 400, 500, 600) umfassend: ein Substrat (140); und eine von dem Substrat (140) getragene Rückplatte (150), wobei die Rückplatte (150) längliche Vorsprünge (236); eine Mittelregion; und mit dem Substrat (140) verbundene Ankerbrücken (238) umfasst, wobei die länglichen Vorsprünge (236) auf den Ankerbrücken (238) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Ankerbrücke (238) einen radialen länglichen Vorsprung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwei benachbarte Ankerbrücken (238) einen durchgehenden länglichen Vorsprung umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei jede Ankerbrücke (238) einen kurzen länglichen Vorsprung, der nur auf der Ankerbrücke angeordnet ist, und einen langen länglichen Vorsprung, der mit einer benachbarten Ankerbrücke verbunden ist, umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die länglichen Vorsprünge (236) auf Bereichen der Rückplatte (150) mit maximaler Spannungskonzentration angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein Mikrofon ist.
MEMS-Struktur (100, 300, 400, 500, 600) umfassend: eine von einem Substrat (140) getragene bewegliche Elektrode (220); und eine von dem Substrat (140) getragene Gegenelektrode (230), wobei die Gegenelektrode (230) längliche Vorsprünge (236); und eine Vielzahl von Ankerbrücken (238) umfasst, wobei die Ankerbrücken (238) die Gegenelektrode mit dem Substrat (140) verbinden und die länglichen Vorsprünge (236) auf den Ankerbrücken (238) angeordnet sind.
MEMS-Struktur nach Anspruch 7, wobei die Gegenelektrode zudem Anti-Haft-Erhöhungen (234) umfasst.
MEMS-Struktur nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei jeder längliche Vorsprung benachbarte Ankerbrücken (238) verbindet.
MEMS-Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei zumindest einer der länglichen Vorsprünge (236) eine gegenüberliegende Ankerbrücke verbindet
MEMS-Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die MEMS-Struktur ein Mikrofon ist.
Verfahren (700) zur Herstellung einer MEMS-Struktur, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden (710) einer Opferschicht auf einem Substrat; Ausbilden (720) von Vertiefungen in der Opferschicht, wobei die Vertiefungen eine erste Art von Vertiefung und eine zweite Art von Vertiefung umfassen, wobei die erste Art von Vertiefung sich von der zweiten Art von Vertiefung unterscheidet, und wobei die erste Art von Vertiefung Löcher umfasst und die zweite Art von Vertiefung Gräben umfasst; Ausbilden (740) einer Rückplatte aus einem leitfähigen Material auf der Opferschicht; Entfernen (750) eines Teils des Substrats unterhalb der Rückplatte; und Entfernen (770) der Opferschicht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Ausbilden der Vertiefungen zudem das Ausbilden einer dritten Art von Vertiefung umfasst, wobei die dritte Art von Vertiefung sich von der ersten Art von Vertiefung und der zweiten Art von Vertiefung unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Entfernen der Opferschicht zudem das Freistellen einer Membran umfasst.