DE102014216777A1

DE102014216777A1 - Verfahren zum herstellen einer mems-vorrichtung und mems-vorrichtung

Info

Publication number: DE102014216777A1
Application number: DE102014216777.9A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe; Christoph Glacer; Soenke Pirk
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2034-08-23
Also published as: US9061896B2; CN104418288B; KR20150024282A; CN104418288A; DE102014216777B4; US20150054097A1; KR101617536B1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung umfasst ein Bereitstellen eines Hohlraums innerhalb einer Schicht, die zu einer Opferschicht benachbart ist. Der Hohlraum erstreckt sich zu der Opferschicht und umfasst einen Kapillarschlitz, der in die Schicht ragt. Die Opferschicht wird abgetragen, indem die Opferschicht einem Ätzmittel ausgesetzt wird, das durch den Hohlraum eingeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung und eine MEMS-Vorrichtung.
HINTERGRUND
Während der Herstellung einer MEMS-Vorrichtung, wie z. B. Drucksensoren, Mikrophone oder Lautsprecher, können tiefe Hohlräume ausgebildet werden. Die tiefen Hohlräume können massenhaft mikromaschinell hergestellt werden. Ein Beispiel eines tiefen Hohlraums ist ein hinterer Hohlraum einiger Ausgestaltungen eines MEMS-Mikrophons. Ferner müssen möglicherweise bei einigen Herstellungsprozessen, die sich auf MEMS-Vorrichtungen beziehen, eine Opferschicht durch eine Opferschicht-Ätzung abgetragen werden. Die Opferschicht-Ätzung kann erfordern, dass ein Ätzmittel durch Ätzlöcher innerhalb einer oder mehrerer Schichten bereitgestellt werden muss, die der Opferschicht benachbart sind, so dass ein Ätzmittel die Opferschicht erreichen kann.
Im Betrieb kann dieser Hohlraum beispielsweise innerhalb eines MEMS-Mikrophons als ein Volumen, in dem sich Luft ausdehnen kann, verwendet werden. In vielen Fällen sind die Öffnungen von solchen Hohlräumen relativ klein im Vergleich zu ihren jeweiligen Tiefen. Dieser Fall wird als hohes Aspektverhältnis bezeichnet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung bereit. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Hohlraums innerhalb einer Schicht, die einer Opferschicht benachbart ist. Der Hohlraum erstreckt sich bis zu der Opferschicht und umfasst einen Kapillarschlitz, der in die Schicht ragt. Die Opferschicht wird abgetragen, indem die Opferschicht einem Ätzmittel ausgesetzt wird, das durch den Hohlraum eingeführt wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung bereit. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Kapillarschlitzes innerhalb einer Seitenwand eines Hohlraums und ein Einführen eines Ätzmittels in den Hohlraum, um einen Boden des Hohlraums zu ätzen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung stellt eine MEMS-Vorrichtung bereit, die einen Hohlraum und einen Kapillarschlitz, der sich von dem Hohlraum nach außen erstreckt, umfasst.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
1a zeigt schematisch eine MEMS-Vorrichtung, die Hohlräume umfasst;
1b zeigt schematisch die MEMS-Vorrichtung von 1a bei einem Ätzvorgang;
1c zeigt schematisch die MEMS-Vorrichtung, nachdem der Ätzvorgang beendet ist;
2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer MEMS-Vorrichtung, die einen Hohlraum umfasst, der einen Umfang besitzt, der mit mehreren Kapillarschlitzen strukturiert ist, die in die Schicht der MEMS-Vorrichtung ragen;
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer MEMS-Vorrichtung mit einem Hohlraum die einen Hohlraum umfasst, der einen Umfang besitzt, der mit mehreren Kapillarschlitzen strukturiert ist, die in die Schicht der MEMS-Vorrichtung ragen;
4a bis 4c zeigen schematische Gestaltungsbeispiele von Hohlräumen, die Umfänge besitzen, die mit mehreren Kapillarschlitzen strukturiert sind;
5a bis 5c zeigen weitere schematische Gestaltungsbeispiele von Hohlräumen, die Umfänge besitzen, die mit mehreren Kapillarschlitzen strukturiert sind;
6a bis 6d zeigen schematische Gestaltungsbeispiele von Hohlräumen, die ausgedehnte Lochumfänge besitzen; und
7 zeigt ein schematisches Gestaltungsbeispiel eines Hohlraums, der einen Umfang besitzt, der mit mehreren Kapillarschlitzen, die in einer unsymmetrischen Schlitzanordnung angeordnet sind, strukturiert ist.
Verschiedene Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1a bis 7 erläutert. In den Zeichnungen sind gleiche Bezugszeichen für Objekte mit gleichen oder ähnlichen Funktionen vorgesehen, so dass Objekte, die mit identischen Bezugszeichen in den verschiedenen Ausführungsformen bezeichnet werden, austauschbar sind und die Beschreibung wechselseitig aufeinander anwendbar ist.
GENAUE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1a bis 1c wird ein Verfahren zur Befeuchtung von Hohlräumen in einer MEMS-Vorrichtung 10 gezeigt, insbesondere bei MEMS-Verfahren mit massenhaft mikromaschinell hergestellten Hohlräumen, wie z. B. bei Silizium-Mikrophonen oder -Lautsprechern. Diese Hohlräume können mit einem Ätzmittel gefüllt werden, um beispielsweise eine Opferschichtätzung durchzuführen.
Bei einer Opferschichtätzung können Blasen innerhalb von Hohlräumen mit hohem Aspektverhältnis übrig bleiben. Diese Blasen haben jedoch das Potenzial, die Einführung eines Ätzmittels in Abschnitte innerhalb des Hohlraums zu blockieren. Dies kann nachfolgende Ätzschritte behindern. Beispielsweise kann eine Opferschicht, die an dem Boden des Hohlraums angeordnet ist, nicht durch das Ätzmittel erreicht werden, da eine Blase den Transport behindert. Als Ergebnis können Teile der Opferschicht, die durch die Blase blockiert werden, ungeätzt bleiben, was möglicherweise zu einer unvollständigen Befeuchtung führt. Daher können unerwünschte Rückstände der Opferschicht an dem Boden des Hohlraums übrig bleiben.
1a zeigt eine MEMS-Vorrichtung 10, die eine Schicht 12 umfasst. Eine Opferschicht 14 ist zu einer Oberfläche der Schicht 12 benachbart. Die Opferschicht 14 kann zu der Schicht 12 direkt benachbart sein oder es kann mindestens eine Zwischenschicht dazwischen angeordnet sein. Beispielsweise kann die Schicht 12 auf der Opferschicht 14 abgelagert worden sein oder umgekehrt. Eine Deckschicht 16 kann zu der Opferschicht 14 benachbart sein, so dass die Opferschicht 14 zwischen der Schicht 12 und der Deckschicht 16 eingebettet ist.
Vier Hohlräume 18_1 bis 18_4 können innerhalb der Schicht 12 vorgesehen sein. Jeder dieser Hohlräume 18_1 bis 18_4 kann sich von der Oberfläche, die der Deckschicht 16 gegenüberliegt, in die Richtung der Opferschicht 14 erstrecken. Die Zahl von vier Hohlräumen ist nur ein Beispiel. Ein einzelner Hohlraum ist auch möglich. Zwei oder mehr Hohlräume können ebenfalls möglich sein.
1b zeigt einen Schritt des Befeuchtens der oben beschriebenen MEMS-Vorrichtung 10. Dieser Schritt des Befeuchtens der MEMS-Vorrichtung 10 kann durch Eintauchen der MEMS-Vorrichtung 10 in ein Ätzmittel 20 durchgeführt werden, wie schematisch in 1b gezeigt ist. Durch Eintauchen der MEMS-Vorrichtung 10 in das Ätzmittel 20, können die Hohlräume 18_1 bis 18_4 vollständig oder teilweise mit dem Ätzmittel 20 gefüllt werden. Dabei wird das Ätzmittel 20 durch die Hohlräume 18_1 bis 18_4 eingeführt und soll die Opferschicht 14 erreichen, um die gesamte Opferschicht 14 oder vorbestimmte Teile dieser Schicht abzutragen.
Allerdings werden tendenziell Blasen 22_1 bis 22_3 innerhalb einiger der Hohlräume erzeugt, insbesondere in Fällen von Hohlräumen mit hohem Aspektverhältnis. Wie in 1b gezeigt ist, werden drei Blasen 22_1 bis 22_3 innerhalb der Hohlräume 18_2 bis 18_4 gebildet, die ein höheres Aspektverhältnis im Vergleich zu dem Hohlraum 18_1 besitzen. Diese Blasen 22_1 bis 22_3 neigen dazu, innerhalb der Hohlräume 18_2 bis 18_4 aufgrund der verringerten Öffnung dieser Hohlräume in Bezug auf ihre Tiefe, d. h. aufgrund des hohen Aspektverhältnisses, zu bleiben.
Bezüglich der jeweiligen Hohlräume 18_2 bis 18_4 entweichen die Blasen 22_1 bis 22_3 typischerweise nicht, selbst wenn die MEMS-Vorrichtung 10 vollständig in die Flüssigkeit des Ätzmittels 20 eingetaucht ist. Es ist zu beachten, dass, je kleiner der Durchmesser des Hohlraums (bei konstanter Tiefe) ist, desto höher die Wahrscheinlichkeit ist, dass eine Blase innerhalb dieses Hohlraums erzeugt wird und in diesem Hohlraum bleibt.
Das gleiche gilt für die Tiefe eines Hohlraums. Mit anderen Worten ist, je größer die Tiefe des Hohlraums ist, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass eine Blase innerhalb dieses Hohlraums erzeugt wird und in diesem Hohlraum bleibt. Ansonsten ist, wie schematisch in 1b gezeigt, der Hohlraum 18_1, der einen großen Durchmesser im Vergleich zu den restlichen Hohlräumen 18_2 bis 18_4 besitzt, frei von einer Blase.
Aufgrund der innerhalb der Hohlräume verbleibenden Blasen ist die Einführung des Ätzmittels 20 in Richtung der Opferschicht 14 vollständig oder teilweise blockiert. Dies führt dazu, dass im Vergleich zu einem nicht blockierten Hohlraum weniger Ätzmittel 20 auf der Opferschicht 14, die geätzt werden soll, ankommt. Mit Bezug auf 1c kann, wenn ein Hohlraum der MEMS-Vorrichtung 10 vollständig blockiert ist, die Barunterliegende Opferschicht 14 vollständig ungeätzt (siehe Hohlraum 18_2) bleiben. Wenn ein Hohlraum der MEMS-Vorrichtung 10 zum Teil durch eine Blase blockiert ist, können nur Teile der Opferschicht 14 durch Ätzen (siehe Hohlräume 18_3 und 18_4) entfernt werden. Wenn jedoch ein Hohlraum der MEMS-Vorrichtung 10 frei von einer Blase ist, würde die Opferschicht 14, die unter diesem Hohlraum liegt, typischerweise durch Ätzen vollständig abgetragen werden, wie es ursprünglich vorgesehen ist (siehe Hohlraum 18_1).
Die Ergebnisse des Ätzens auf der Basis der oben erwähnten drei Fälle sind in 1c dargestellt. In 1c bleibt der Teil der Opferschicht 14, der unter dem Hohlraum 18_2 liegt, vollständig ungeätzt. Der Grund dafür ist, dass die Blase 22_1 (siehe 1b) diesen Hohlraum 18_2 im Wesentlichen vollständig blockiert. Mit anderen Worten erhält der Zwischenraum zwischen der Blase 22_1 und der Opferschicht 14 im Verlauf des Ätzens kein Ätzmittel 20.
In den Hohlräumen 18_3 und 18_4 sind jedoch die Teile, die jeweils unter der Opferschicht 14 liegen, zum Teil geätzt. Beispielsweise ist in den Hohlräumen 18_3 und 18_4 die Opferschicht in jenen Teilen der Opferschicht abgetragen worden, in denen während des Ätzens eine Lücke zwischen der Oberfläche der Blase und dem inneren Umfang des jeweiligen Hohlraums aufrechterhalten worden ist. Zusammengefasst kann das Ergebnis des Ätzprozesses in den Hohlräumen 18_2 bis 18_4 unbefriedigend sein. In den letzten Jahren sind bei der MEMS-Technologie steigende Anstrengungen bei der Miniaturisierung der MEMS-Vorrichtungen unternommen worden. Daher kann das Problem der unbefriedigenden Befeuchtung der Hohlräume häufiger auftreten.
2 ist eine schematische Ansicht einer MEMS-Vorrichtung 10, die eine Schicht 12 umfasst, die mit einem Hohlraum 18 versehen ist. Der Boden der Schicht 12 ist mit einer Opferschicht 14 versehen. Diejenigen Teile der Opferschicht 14, die von dem Umfang des Hohlraums 18 umgeben sind, sollen durch Ätzen abgetragen werden. Mit anderen Worten soll die Opferschicht 14 abgetragen werden, indem die Opferschicht 14 einem Ätzmittel, das durch den Hohlraum 18 eingeführt wird, ausgesetzt wird.
Der Umfang des Hohlraums 18 ist mit mehreren Kapillarschlitzen 24 versehen. Die Kapillarschlitze 24 ragen in die Schicht 12 hinein. Die Kapillarschlitze 24 können so strukturiert sein, dass sie im Wesentlichen verhindern, dass Blasen während des Schrittes des Abtragens in dem Hohlraum 18 der Opferschicht 14 verbleiben. Mit anderen Worten können die mehreren Kapillarschlitze 24 beispielsweise bei der verbesserten Befeuchtung des Hohlraumes 18 im Vergleich zu den in 1a bis 1c gezeigten Hohlräumen helfen.
Der Grund für diesen Vorteil ist, dass die Kapillarschlitze 24 bei der Befeuchtung des Hohlraums 18 dazu ausgelegt sein können, eine Kapillarkraft auf die Flüssigkeit, z. B. das Ätzmittel, an der Oberfläche zu erzeugen, wobei diese Kapillarkraft wiederum zu einer Kraft führt, die die Flüssigkeit in den Hohlraum 18 zieht. Diese kann zu einem im Wesentlichen vollständigen Befeuchten des Umfangs sowie der Unterseite des Hohlraums 18 führen. Durch diesen Effekt kann die Einführung des Ätzmittels in den Hohlraum 18 beschleunigt werden, was typischerweise zu dem Effekt führt, dass nur wenige oder gar keine Blasen gebildet werden. In der Tat kann die resultierende Kapillarkraft die Oberflächenspannung der Blase ausgleichen.
Zusammengefasst kann das Vorsehen von mehreren Kapillarschlitzen 24 die Bildung von Luftblasen unterbinden, selbst wenn der Hohlraum 18 tief ist und/oder einen kleinen Durchmesser hat. Dies führt zu dem Effekt, dass die Einführung des Ätzmittels in Richtung des Bodens des Hohlraums 18, d. h. zu der Opferschicht 14, nicht einen Verschluss durch mindestens eine Blase erleidet.
Der Umfang des Hohlraums kann so strukturiert sein, dass die Kapillarschlitze 24 im Wesentlichen radial in die Schicht 12 ragen. Als Alternative können die Kapillarschlitze 24 in einem Winkel zu der radialen Richtung oder schraubenförmig oder spiralförmig in die Schicht 12 ragen. Die Kapillarschlitze 24 können über den gesamten Umfang hinweg oder zumindest über einen Teil des Umfangs des Hohlraums 18 hinweg angeordnet sein. Die Kapillarschlitze 24 können gleichmäßig oder ungleichmäßig in Abständen voneinander angeordnet sein. Obwohl nicht gezeigt, kann eine Abdeckschicht, die zu einer der Schicht 12 gegenüberliegenden Seite der Opferschicht 14 benachbart ist, vorgesehen sein. Ferner kann zumindest ein Teil der Deckschicht in eine MEMS-spezifische Struktur umgewandelt werden.
Die in 2 gezeigten Kapillarschlitze 24 können sich in Richtung des Bodens des Hohlraums 18, d. h. der Oberfläche der Opferschicht 14, erstrecken. Obwohl nicht gezeigt, kann der Umfang des Hohlraums 18 mit Kapillarschlitzen strukturiert sein, die so angeordnet sind, dass sie sich über eine gesamte Ausdehnung oder einen Abschnitt der Ausdehnung senkrecht zu einer Grenzfläche zwischen der Schicht und der Opferschicht erstrecken.
In einem Querschnitt der Ebene der Schicht 12 können die Kapillarschlitze 24 so strukturiert sein, dass sie eine rechteckige Form haben. In einem Querschnitt der Ebene der Schicht 12, können die Kapillarschlitze 24 jedoch so strukturiert sein, dass sie eine Form besitzen, die eine Dreiecksform, eine sich verjüngende Form, eine Bogenform, eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine elliptische Form und eine halbelliptische Form oder eine beliebige Kombination davon umfasst. Ferner können die Kapillarschlitze 24 in einem Querschnitt der Ebene der Schicht 12 sehr klein sein, ohne die Kapillarkräfte zu bewirken. Daher ändert die Bereitstellung der Kapillarschlitze 24 die Hohlraumabmessungen nicht wesentlich.
Der Umfang des Hohlraums 18 kann so strukturiert sein, dass die Kapillarschlitze 24 eine Form annehmen, die im Wesentlichen über die gesamte Ausdehnung oder über einen Teil der Ausdehnung hinweg orthogonal zu der Ebene der Schicht 12, d. h. entlang der Tiefenrichtung des Hohlraums 18, gleichförmig ist. Obwohl nicht gezeigt, können die Schlitze 24 so strukturiert sein, dass sie eine Form annehmen, die sich über die gesamte Ausdehnung senkrecht zu der Ebene der Schicht 12 in Richtung der Opferschicht 14 im Wesentlichen verjüngt. Insbesondere können der eine oder die mehreren Kapillarschlitze 24 an der Öffnung des Hohlraums 18 relativ breit sein und in Richtung der Opferschicht 14 schmaler werden.
3 zeigt einen Querschnitt durch den Hohlraum 18 einer MEMS-Vorrichtung 10. Der Umfang (oder die Seitenwand) des Hohlraums 18 kann mit mehreren Kapillarschlitzen 24 versehen sein, die so strukturiert sind, dass sie in die Schicht 12 ragen. Beispielsweise kann ein Kapillarspalt 24_1 so angeordnet sein, dass er im Wesentlichen radial in Bezug auf den Hohlraum 18 oder einer Mittelachse desselben in die Schicht 12 ragt. Ferner kann der Kapillarschlitz 24_1 so angeordnet sein, dass er sich über die gesamte Ausdehnung senkrecht zu der Ebene der Schicht 12 erstreckt. Mit anderen Worten kann der Kapillarschlitz 24_1 sich von der Oberfläche der Schicht 12 zu der Opferschicht 14, die auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Schicht 12 bereitgestellt ist, erstrecken. Ferner kann der Umfang des Hohlraums 18 so strukturiert sein, dass der Kapillarspalt 24_1 im Wesentlichen eine Dreieckform in einem Querschnitt einer Ebene, die parallel zu einer Grenzfläche zwischen der Schicht 12 und der Opferschicht 14 ist, annimmt.
Beispielhaft zeigt 3 einen weiteren Kapillarschlitz 24_2, der im Wesentlichen radial in die Schicht 12 ragt. Der Umfang des Hohlraums 18 kann so strukturiert sein, dass der Kapillarspalt 24_2 eine Form annimmt, die sich über die gesamte Ausdehnung senkrecht zu der Ebene der Schicht 12 in Richtung der Opferschicht 14 im Wesentlichen verjüngt. Das Strukturieren des Umfangs des Hohlraums 18 mit Kapillarschlitzen, die so bereitgestellt sind, dass sie eine Form annehmen, die sich über die gesamte Ausdehnung senkrecht zu der Ebene der Schicht 12 in Richtung der Opferschicht 14 im Wesentlichen verjüngt, hat den Vorteil zur Folge, dass der Stützbereich der MEMS-Vorrichtung 10 im Wesentlichen unverändert bleiben kann (Stützbereich: z. B. die Grenzschicht zwischen der Schicht 12 und dem verbleibenden Opfermaterial, nachdem die Opferschicht am Boden des Hohlraums 18 geätzt worden ist). Daher führt die Bereitstellung der. Schlitze, die eine sich verjüngende Form haben, nicht notwendigerweise zu einer verringerten Zuverlässigkeit der Struktur der MEMS-Vorrichtung 10.
Zusammengefasst kann die Blasenbildung im Wesentlichen unterbunden werden, während die Abmessungen der Hohlräume im Wesentlichen unverändert bleibt. Dies führt zu dem Effekt, dass die MEMS-Vorrichtung 10 durch Einführung einer Flüssigkeit, beispielsweise eines Ätzmittels, auch während eines kurzen Zeitraums befeuchtet werden kann. Die Befeuchtung des Hohlraums 18 kann durch die Kapillarwirkung auf die Flüssigkeit aufgrund dessen, dass Schlitze über den gesamten Umfang oder zumindest einen Teil des Umfangs des Hohlraums 18 bereitgestellt sind, verbessert werden, wobei die Kapillarschlitze so vorgesehen sein können, dass sie in die Schicht 12 ragen. Die Kapillarschlitze können so strukturiert sein, dass sie im Wesentlichen verhindern, dass Blasen während des Schritts des Abtragens der Opferschicht innerhalb des Hohlraums verbleiben.
4a bis 4c zeigen schematische Gestaltungsbeispiele von Hohlräumen 18 mit Umfängen (oder Seitenwänden), die mit einer unterschiedlichen Anzahl von Kapillarschlitzen 24 versehen sind. Jeder der Hohlräume 18 hat einen im Wesentlichen kreisförmigen Umfang (mit Ausnahme der Anwesenheit der Kapillarschlitze 24).
In 4a kann der Umfang des Hohlraums 18 mit vier Kapillarschlitzen 24 so strukturiert sein, dass sie in eine umgebende Schicht ragen (nicht gezeigt). Die Kapillarschlitze 24 können so vorgesehen sein, dass sie eine Dreieckform aufweisen. Die Kapillarschlitze 24 ragen im Wesentlichen radial in die Schicht und sind gleichmäßig in Abständen voneinander angeordnet.
4b zeigt ein schematisches Gestaltungsbeispiel eines Hohlraums 18, der einen Umfang besitzt, der mit einer höheren Anzahl von Kapillarschlitzen 24 im Vergleich zu dem in 4a dargestellten Beispiel strukturiert ist. Die Kapillarschlitze 24 können im Wesentlichen radial in die Schicht (nicht gezeigt) ragen. Im Vergleich zu den in 4a gezeigten Kapillarschlitzen können die Kapillarschlitze 24 über einen tieferen radialen Abstand in die Schicht ragen. Ferner können die Kapillarschlitze 24 in einem Querschnitt der Ebene der Zeichnungsseite so angeordnet sein, dass sie eine Dreieckform haben.
4c zeigt ein schematisches Gestaltungsbeispiel eines Hohlraums 18, der einen Umfang besitzt, der mit einer höheren Anzahl von Kapillarschlitzen 24 im Vergleich zu den in 4a und 4b dargestellten Beispielen strukturiert ist. Die Kapillarschlitze 24 können so vorgesehen sein, dass sie einen reduzierten Querschnitt aufweisen. Daher wird die Hohlraumabmessung nicht wesentlich verändert. Es ist zu beachten, dass, je größer die Anzahl der Kapillarschlitze 24 (die über den Umfang des Hohlraums 18 vorgesehen sind) ist, desto größer die auf die Flüssigkeit, beispielsweise ein Ätzmittel, wirkende Kapillarkraft an der Oberfläche möglicherweise sein kann. Dies kann zu einer Kraft führen, die die Flüssigkeit in den Hohlraum 18 zieht und den Umfang und den Boden des Hohlraums 18 vollständig befeuchtet. Durch diesen Effekt kann die Füllung des Hohlraums 18 beschleunigt werden, was die Blasenbildung reduzieren oder unterbinden kann.
5a bis 5c zeigen Gestaltungsbeispiele von Hohlräumen 18, die Umfänge mit einer unterschiedlichen Zahl von Kapillarschlitzen umfassen. Jeder der Hohlräume 18 hat im Wesentlichen eine Kreisform.
5a zeigt einen Hohlraum 18, der einen Umfang umfasst, der so strukturiert ist, dass er vier Kapillarschlitze 24 umfasst, die vorgesehen sind, um in die Schicht zu ragen (nicht gezeigt). Die Kapillarschlitze 24 können mit einer Halbkreisform in einem Querschnitt des Zeichenblatts vorgesehen sein. Die Kapillarschlitze 24 können radial in die Schicht ragen und im Wesentlichen gleichmäßig in Abständen voneinander angeordnet sein.
5b zeigt einen Hohlraum 18, der einen Umfang umfasst, der so strukturiert ist, dass er eine höhere Anzahl von Kapillarschlitzen 24 im Vergleich zu dem in 5a gezeigten Beispiel umfasst. Die Kapillarschlitze 24 können so vorgesehen sein, dass sie eine im Wesentlichen rechteckige Körperform besitzen, die an einem distalen Ende mit einer Halbkreisform abschließt. Obwohl nicht gezeigt, sind verschiedene Formen der Kapillarschlitze 24 im Querschnitt des Zeichenblatts denkbar, die eine Dreieckform, eine Bogenform, eine Rechteckform, eine sich verjüngende Form, eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine Ellipsenform und eine halbelliptische Form und/oder eine beliebige Kombination davon umfassen.
5c zeigt einen Hohlraum, der einen Umfang umfasst, der so strukturiert ist, dass er mehrere Kapillarschlitze 24 umfasst, die in die Schicht ragen (nicht gezeigt). In diesem Beispiel können die Kapillarschlitze 24 durch Anordnen von halbkreisförmigen Aussparungen Seite an Seite über den Umfang hinweg ausgebildet sein. Dabei kann die Anzahl der Kapillarschlitze 24 im Vergleich zu den in 5a und 5b gezeigten Beispielen erhöht sein. Dies kann wiederum eine erhöhte Erzeugung einer Kapillarkraft auf die Flüssigkeit, beispielsweise ein Ätzmittel, an der Oberfläche bereitstellen, was zu einer Kraft führt, die die Flüssigkeit in den Hohlraum 18 zieht und den gesamten Umfang sowie den Boden des Hohlraums 18 zuverlässig befeuchtet. Daher kann das Füllen des Hohlraums 18 beschleunigt werden, so dass die Wahrscheinlichkeit für die Bildung von Blasen geringer ist. Die resultierende Kapillarkraft gleicht die Oberflächenspannung einer jeweiligen Blase aus.
6a bis 6d zeigen Gestaltungsbeispiele von Hohlräumen 18 mit Umfängen, die so strukturiert sind, dass sie mehrere Schlitze 24 mit jeweils unterschiedlichen Schlitzgeometrien umfassen. Jeder der Hohlräume 18 kann einen im Wesentlichen kreisförmigen Umfang besitzen.
6a zeigt einen Hohlraum 18, der einen Umfang umfasst, der mit mehreren Kapillarschlitzen 24 strukturiert ist, die in eine umgebende Schicht ragen (nicht gezeigt). Die Kapillarschlitze 24 können eine rechteckige Form in einem Querschnitt des Zeichenblatts besitzen. Über den gesamten Umfang des Hohlraums 18 hinweg sind die Kapillarschlitze 24 im Wesentlichen gleichmäßig in Abständen oder auf eine im Wesentlichen äquidistante Weise angeordnet. Ferner können die Kapillarschlitze 24 sich radial in die Schicht erstrecken. In diesem Beispiel kann der Umfang des Hohlraums 18 in der Größe erweitert sein. Daher kann die Oberfläche einer möglicherweise eingeschlossenen Blase erhöht sein. Obwohl nicht gezeigt, sind verschiedene Formen der Kapillarschlitze 24 in einem Querschnitt des Zeichenblatts denkbar, die eine Dreieckform, eine Bogenform, eine Rechteckform, eine sich verjüngende Form, eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine Ellipsenform und eine halbelliptische Form und/oder eine beliebige Kombination davon umfassen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Hohlraum durch eine Seitenwand mit Kanten zwischen null Grad und 180 Grad, d. h. mit einspringenden Kanten, aber nicht mit vorspringenden Kanten, begrenzt sein. Die Kanten erstrecken sich typischerweise senkrecht zu der Ebene der Schicht 12 und/oder der Opferschicht 14, könnten aber in alternativen Ausführungsformen auch schräg zu der Ebene verlaufen. Vorspringende Kanten (d. h. mit einem Winkel größer als 180 Grad) können typischerweise bei einem Übergang von dem Hohlraum zu einem Kapillarschlitz auftreten. Mit Bezug auf das in 6a gezeigte Beispiel kann ein Winkel von etwa 270 Grad bei jedem Übergang von der Hohlraumseitenwand zu einer Seitenwand eines Kapillarschlitzes 24 beobachtet werden. Die Seitenwände der Kapillarschlitze 24 selbst sind in 6a durch zwei Kanten (einspringend), die jeweils durch Winkel von ungefähr 90 Grad definiert sind, begrenzt (in alternativen Ausführungsformen sind eine Anzahl von Kanten ungleich 2 und/oder andere Winkel als 90 Grad ebenfalls möglich). Es ist zu beachten, dass eine kreisförmige oder bogenförmige Seitenwand als der Grenzfall einer sehr hohen (oder sogar unendlichen) Anzahl von Kanten mit Winkeln von im Wesentlichen 180 Grad betrachtet werden kann. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Hohlraum 18 der größten nicht vorspringenden Form entsprechen (insbesondere in einem Querschnitt, der im Wesentlichen parallel zu der einen oder den mehreren Schichten 12, 14 und/oder zu einer Hauptfläche der MEMS-Vorrichtung ist), die in den Gesamthohlraum eingesetzt werden kann, wobei der Gesamthohlraum als die Vereinigung des Hohlraums 18 und des einen oder der mehreren Kapillarschlitze 24 angesehen werden kann.
6b zeigt einen Hohlraum 18 mit einem Umfang, der mit mehreren Kapillarschlitzen 24 strukturiert ist. Die Kapillarschlitze 24 können so vorgesehen sein, dass sie eine sich verjüngende Form in einem Querschnitt des Zeichenblatts besitzen. Die Kapillarschlitze 24 sind über den Umfang hinweg Seite an Seite angeordnet. Auch in diesem Beispiel ist der Umfang des Hohlraums 18 in der Größe erweitert, um die Oberfläche einer möglicherweise eingeschlossenen Blase zu erhöhen. Daher kann die Möglichkeit der Blasenbildung innerhalb des Hohlraums 18 reduziert sein. Obwohl nicht gezeigt, sind verschiedene Formen der Kapillarschlitze 24 in einem Querschnitt denkbar, die eine Dreieckform, eine Bogenform, eine Rechteckform, eine sich verjüngende Form, eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine Ellipsenform und eine halbelliptische Form und/oder eine beliebige Kombination davon umfassen.
6c zeigt ein anderes Beispiel eines Hohlraums 18, der einen Umfang besitzt, der mit mehreren Schlitzen 24 strukturiert ist, die radial in eine Ebene (nicht gezeigt) ragen. Im Gegensatz zu den in 6a und 6b gezeigten Beispielen können die Kapillarschlitze 24 so vorgesehen sein, dass sie eine Dreieckform in einem Querschnitt der Zeichnungsseite aufweisen. Die dreieckig geformten Kapillarschlitze 24 können über den Umfang hinweg Seite-an-Seite angeordnet sein. Diese Anordnung kann eine erhöhte Größe des Umfangs bereitstellen. Die Erweiterung der Größe des Umfangs kann wiederum die Oberfläche einer möglicherweise eingeschlossenen Blase erhöhen. Daher ist die Wahrscheinlichkeit der Blasenbildung innerhalb des Hohlraums 18 reduziert. Obwohl nicht gezeigt, sind verschiedene Formen der Kapillarschlitze 24 in einem Querschnitt denkbar, die ferner eine Dreieckform, eine Bogenform, eine Rechteckform, eine sich verjüngende Form, eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine Ellipsenform und eine halbelliptische Form und/oder eine beliebige Kombination davon umfassen.
6d zeigt einen Hohlraum 18, der einen Umfang besitzt, der mit mehreren Kapillarschlitzen 24 strukturiert ist, die in eine umgebende Schicht (nicht gezeigt) ragen. In diesem Beispiel können die Kapillarschlitze 24 so strukturiert sein, dass sie eine Halbkreisform aufweisen. Ähnlich wie bei den in 6a bis 6c gezeigten Beispielen können die Kapillarschlitze 24 Seite an Seite angeordnet sein. Bei dem beispielhaften Hohlraum 18 kann, wie in 6d gezeigt, die Größe des Umfangs des Hohlraums 18 erweitert sein, wobei die erweiterte Größe die Oberfläche einer möglicherweise eingeschlossenen Blase erhöhen kann. Daher kann die Wahrscheinlichkeit der Bildung einer Blase innerhalb des Hohlraums 18 reduziert sein. Obwohl nicht gezeigt, sind verschiedene Formen der Kapillarschlitze 24 in einem Querschnitt denkbar, die ferner eine Dreieckform, eine Bogenform, eine Rechteckform, eine sich verjüngende Form, eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine Ellipsenform und eine halbelliptische Form und/oder eine beliebige Kombination davon umfassen.
7 zeigt ein Gestaltungsbeispiel eines Hohlraums 18, der einen Umfang besitzt, der mit mehreren Kapillarschlitzen 24 strukturiert ist, die in eine umgebende Schicht (nicht gezeigt) ragen. Die mehreren Kapillarschlitze 24 können so vorgesehen sein, dass sie eine Dreieckform in einem Querschnitt der Zeichnungsseite aufweisen. Im Gegensatz zu den in 6a bis 6d gezeigten Beispielen können die Kapillarschlitze 24 ausschließlich über einen Abschnitt des Umfangs (d. h. ein Einzelsegment des Umfangs) des Hohlraums 18 hinweg angeordnet sein, wobei der Abschnitt aus einem Halbkreis bestehen kann. Diese Anordnung unterscheidet sich von denen, die in 6a bis 6d dargestellt sind, darin, in welchen Anordnungen die Kapillarschlitze über den gesamten Umfang von jedem der Hohlräume angeordnet werden können.
Im Verlauf der Einführung von Flüssigkeit in den Hohlraum 18 kann die unsymmetrische Schlitzanordnung, wie sie in 7 gezeigt ist, dazu ausgelegt sein, möglicherweise eingeführte Blasen zu einer Seite des Umfangs des Hohlraums 18 hinaus zu drängen. Eine möglicherweise eingeführte Blase könnte entlang einer schraubenförmigen Bahn, wie durch einen Pfeil dargestellt, herausgedrängt werden. Andere Pfade können denkbar sein. Obwohl nicht gezeigt, sind auch andere unsymmetrische Schlitzanordnungen möglich. Beispielsweise können die Schlitze 24 über einen Abschnitt des Umfangs hinweg angeordnet sein, der aus einem Quadranten usw. besteht. Obwohl nicht gezeigt, sind verschiedene Formen der Kapillarschlitze 24 im Querschnitt denkbar, die eine Dreieckform, eine Bogenform, eine Rechteckform, eine sich verjüngende Form, eine Kreisform, eine Halbkreisform, eine Ellipsenform und eine halbelliptische Form und/oder eine beliebige Kombination davon umfassen.
Obwohl einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben worden sind, ist es selbstverständlich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschrittes entsprechen. Analog stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschrieben sind, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder eines Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch eine Hardware-Vorrichtung (oder unter Verwendung einer Hardwarevorrichtung) wie einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Einer oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte können durch eine derartige Vorrichtung ausgeführt werden.
Die obige Beschreibung ist lediglich beispielhaft, und es ist selbstverständlich, dass Abwandlungen und Variationen der hier beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten für andere Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind. Es ist daher die Absicht, nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die oben zur Beschreibung und Erläuterung dargestellt sind, begrenzt zu sein.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Hohlraums innerhalb einer Schicht, die zu einer Opferschicht benachbart ist, wobei der Hohlraum sich zu der Opferschicht erstreckt und einen Kapillarschlitz umfasst, der in die Schicht ragt; und Abtragen der Opferschicht, indem die Opferschicht einem Ätzmittel ausgesetzt wird, das durch den Hohlraum eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Strukturieren des Kapillarschlitzes umfasst, um zu verhindern, dass Blasen während des Schritts des Abtragens der Opferschicht innerhalb des Hohlraums verbleiben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner ein Strukturieren eines Umfangs des Hohlraums umfasst, derart, dass der Kapillarschlitz eine Form in einem Querschnitt einer Ebene, die parallel zu einer Grenzschicht zwischen der Schicht und der Opferschicht ist, annimmt, die zumindest eine einer Dreieckform, einer Rechteckform, einer sich verjüngenden Form, einer Bogenform, einer Kreisform, einer Halbkreisform, einer Ellipsenform und/oder einer halbelliptischen Form umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner ein Strukturieren eines Umfangs des Hohlraums umfasst, derart, dass der Kapillarschlitz einen im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt über eine gesamte Ausdehnung oder über einen Abschnitt der Ausdehnung orthogonal zu einer Grenzschicht zwischen der Schicht und der Opferschicht besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des ferner ein Strukturieren eines Umfangs des Hohlraums umfasst, derart, dass der Kapillarschlitz einen Querschnitt über eine gesamte Ausdehnung oder über einen Abschnitt der Ausdehnung orthogonal zu einer Grenzschicht zwischen der Schicht und der Opferschicht besitzt, wobei der Querschnitt sich im Wesentlichen in Richtung der Opferschicht verjüngt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner Folgendes umfasst: Strukturieren eines Umfangs des Hohlraums derart, dass mehrere Kapillarschlitze über den gesamten Umfang oder mindestens einen Abschnitt des Umfangs des Hohlraums hinweg gleichmäßig oder ungleichmäßig in Abständen voneinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Umfang des Hohlraums derart strukturiert ist, dass der Kapillarschlitz im Wesentlichen radial in die Schicht ragt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Deckschicht, die zu der Opferschicht auf der der Schicht gegenüberliegenden Seite benachbart ist; und Umwandeln mindestens eines Abschnitts der Deckschicht in eine MEMS-spezifische Struktur.
Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Kapillarschlitzes innerhalb einer Seitenwand des Hohlraums; und Einführen eines Ätzmittels in den Hohlraum, um einen Boden des Hohlraums zu ätzen.
MEMS-Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Hohlraum; und einen Kapillarschlitz, der sich von dem Hohlraum nach außen erstreckt.
MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Kapillarschlitz eine Form in einem Querschnitt besitzt, die zumindest eine einer Dreieckform, einer Rechteckform, einer sich verjüngenden Form, einer Bogenform, einer Kreisform, einer Halbkreisform, einer Ellipsenform und/oder einer halbelliptischen Form umfasst.
MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Kapillarschlitz einen im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt über eine gesamte Ausdehnung des Hohlraums hinweg besitzt.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Kapillarschlitz einen Querschnitt über eine gesamte Ausdehnung oder einen Abschnitt der Ausdehnung des Hohlraums hinweg besitzt, der sich im Wesentlichen in Richtung des Bodens des Hohlraums verjüngt.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei mehrere Kapillarschlitze über einen gesamten Umfang oder mindestens einen Abschnitt des Umfangs des Hohlraums hinweg gleichmäßig oder ungleichmäßig in Abständen voneinander angeordnet sind.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Kapillarschlitz so geformt ist, dass er im Wesentlichen verhindert, dass Blasen während eines Ätzprozesses innerhalb des Hohlraums verbleiben.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Kapillarschlitz im Wesentlichen radial von dem Hohlraum nach außen ragt.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, die ferner eine MEMS-spezifische Struktur umfasst, die zu dem Hohlraum benachbart ist.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die MEMS-Vorrichtung ein MEMS-Mikrophon, ein MEMS-Lautsprecher oder ein MEMS-Drucksensor ist.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei der Kapillarschlitz sich von einem Umfangsabschnitt des Hohlraums erstreckt, der eine Länge von ungefähr 0,1% bis ungefähr 10% einer Gesamtumfangslänge des Hohlraums besitzt.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei der Hohlraum einen nicht vorspringenden Querschnitt parallel zu einer Hauptfläche der MEMS-Vorrichtung besitzt.
MEMS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, wobei der Hohlraum durch eine Seitenwand begrenzt ist, die ausschließlich einspringende Kanten besitzt.