DE102016118268A1

DE102016118268A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines einkristallinen Substrats und mikromechanische Struktur

Info

Publication number: DE102016118268A1
Application number: DE102016118268.0A
Authority: DE
Inventors: Andre Brockmeier; Roland Rupp; Francisco Javier Santos Rodriguez
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2018-03-29
Also published as: CN107867673A; US11046577B2; CN107867673B; US20180086630A1; US10611630B2; US20200198963A1

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines einkristallinen Substrats (102) Folgendes aufweisen: Durchtrennen (100b) des Substrats (102) entlang einer Hauptprozessierseite in zumindest zwei einkristalline Substratteilstücke (102a, 102b); und Bilden (100c) einer mikromechanischen Struktur (106), welche ein einkristallines Substratteilstück der zumindest zwei Substratteilstücke (102a, 102b) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines einkristallinen Substrats und eine mikromechanische Struktur.
Im Allgemeinen kann ein mikroelektromechanisches System (MEMS) oder ein mikromechanisches System (MMS) in kleinen Geräten oder Systemen integriert sein oder werden, die elektrischen und mechanischen Komponenten miteinander kombinieren. Beispielsweise kann der Begriff "Mikromechanik" auf mikromechanische Teile bezogen, verwendet werden, um kleine integrierte Geräte oder Systeme zu beschreiben, die eine oder mehrere mikromechanische Elemente aufweisen und möglicherweise, aber nicht notwendigerweise, elektrische Komponenten und/oder elektronischen Komponenten.
Im Allgemeinen kann ein mikroelektromechanisches System verwendet werden, um zum Beispiel einen elektromechanischen Wandler, z.B. Aktuator oder Sensor, bereitzustellen. Ein MMS kann eine auslenkbare Struktur aufweisen, wie z.B. eine Membran oder einen Cantilever. Als Antrieb verwendet, kann ein mikroelektromechanisches System (MEMS) eine oder mehrere MMS aufweisen, deren auslenkbare Struktur elektrisch ausgelenkt werden kann. Als Sensor (z.B. Mikrofon) verwendet kann ein MEMS ein elektrisches Signal in Reaktion auf eine Auslenkung (auch als Hub bezeichnet) der auslenkbaren Struktur des MMS bereitstellen.
Eine Mikrostruktur, wie beispielsweise eine Membran in einem Mikrowandler (beispielsweise Mikrofon oder Mikro-Lautsprecher) oder ein Cantilever in einem Atomkraftmikroskop (AFM) kann hohe Anforderungen, insbesondere an die Biegeeigenschaften und/oder das Auslenkungsverhalten und das dynamische Verhalten unter Resonanzbedingungen in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung aufweisen.
Sowohl die elektrischen als auch mechanischen Anforderungen an membranbasierte Sensoren (z.B. Mikrofone) steigen mit jeder Nachfolgegeneration und/oder mit fortschreitender Zeit. Beispielsweise werden immer kleinere Sensoren gefordert, welche höhere Lautstärken bzw. den damit verbunden Schalldruck vertragen, eine größere Robustheit aufweisen und ein größeres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bereitstellen.
Als Bewertungskriterium zur Beurteilung der Qualität und/oder Vermarktungsfähigkeit eines Sensors sind sowohl der SNR-Wert als auch die akustische Überlastung (auch als Acoustic OverLoad – AOL bezeichnet) von Bedeutung. Ein größeres SNR ermöglicht, dass sich das Nutzsignal deutlich vom Hintergrundrauschen abhebt. Gleichzeitig sollte der Sensor in der Lage sein, einen hohen Schalldruck (engl.: sound pressure level) klar aufzunehmen (z.B. bei Konzerten), ohne dass es zu Verzerrungen im Klang kommt (auch als THD oder Klirrfaktor bezeichnet). Die elektrische Leistungsfähigkeit kann eng mit den mechanischen Eigenschaften der mikromechanischen Struktur verknüpft sein.
Beispielsweise werden hohe Anforderungen an die mechanische Robustheit eines Sensors für den Einsatz in Geräten (z.B. in Smartphones, Smartwatches, Tablet-PCs, Notebooks, Head-Sets oder anderer alltäglicher Gebrauchsgegenstände) gestellt, die sowohl mechanischen Belastungen (Erschütterungen, Sturz) als auch äußeren Umwelteinflüssen (Staub, Wasser, etc.) ausgesetzt sind. Je höher die Masse des Endgerätes ist, desto höher kann die mechanische Belastung (anschaulich Druckstoß) für das Mikrofon bei einem sog. Sturz oder Aufschlag des Gerätes sein. Um die Robustheit eines membranbasierten Sensors zu steigern, werden herkömmlicherweise unterschiedliche Konzepte umgesetzt, die jedoch aufgrund der zu Verfügung stehenden Materialsysteme nicht gleichzeitig alle Anforderungen abdecken können.
In einem herkömmlichen Konzept wird die Erfüllung der (stark) von der Masse des Endgeräts abhängigen Anforderung an die Robustheit über die Membrandicke gesteuert. Je dicker die Membran, desto robuster ist diese bei einem dynamischen Druckstoß. Allerdings wird hierdurch ein Kompromiss erzwungen, da mit steigender Membrandicke auch die mechanischen Eigenschaften, wie Rückstellverhalten und Empfindlichkeit verändert werden. Um die Anforderungen an den Rückstell-Spannungsbereich bei gleichzeitiger Einhaltung der Empfindlichkeit (engl.: Sensitivity) zu erfüllen, wird daher eine weiche Membran aus Poly-Silizium (auch als Poly-Si bezeichnet) verwendet, welche zusätzlich weicher gemacht wird, indem diese stärker implantiert wird. Je kleiner der Membrandurchmesser ist, desto kleiner ist die Grenze für die Implantation, bei der es zu einer Entartung des Poly-Si kommt, welche zu einer zusätzlichen Spannungsinduktion führt, so dass sich die Membran wölbt (auch als kompressives Membran-Buckling an der Implantationsgrenze bezeichnet). Der Sensor wird dadurch unbrauchbar, so dass die maximale Implantation von kleinen Membrandurchmesser (z.B. weniger als 800 Mikrometer) von der Implantationsgrenze definiert wird.
Da das Bestreben zu immer kleineren Geräten stetig zunimmt, ist es aufgrund der damit verbundenen Reduzierung der Gehäusegrößen der Endgeräte erforderlich, die MEMS und damit den Membrandurchmesser ebenfalls zu verkleinern. Um die Funktionalität des MEMS zu erhalten ist es erforderlich, beim Implantieren einen ausreichenden Abstand zu der Implantationsgrenze einzuhalten. Dies lässt sich bei einem vorgegebenen Rückstell-Spannungsbereich lediglich durch die Reduzierung der Membrandicke kompensieren, was allerdings wiederum eine geringere Robustheit zur Folge hat.
Daher wird bei kleinen Membrandurchmessern herkömmlicherweise in Kauf genommen, dass der Sensor eine geringe Lebenserwartung oder eine geringe Empfindlichkeit aufweist.
In einem alternativen Konzept werden herkömmlicherweise geometrische Modifikationen an dem MEMS vorgenommen, welche die mechanischen Eigenschaften beeinflussen. Beispielsweise werden sogenannte Ventilationsklappen in die Membran eingebaut, welche einen Druckstoß abschwächen und damit eine geringere Robustheit der Membran kompensieren. Allerdings benötigen die Ventilationsklappen eine präzise Einstellung der sogenannten Knickfrequenz (Cornerfrequenz oder Abschneidefrequenz, engl.: „corner frequency“ oder „cut-off frequency”). Alternativ werden sogenannte Korrugationsringe in die Membran eingebaut, an denen die Membran gewellt ist. Die Implementierung der Korrugationsringe und/oder der Ventilationsklappen erhöht die Kosten bei der Herstellung, erzeugt zusätzliche Spannungspunkte in der Membran bzw. Gegenelektrode und erhöht die Gefahr des „Anklebens“ (auch als Sticking bezeichnet) der Membran an anderen Bauteilen, z.B. bei einer Doppelelektroden-Konfiguration (auch als Dual-Backplate-Anordnung bezeichnet).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass die Bedeutung einer Spannungsentkopplung bei membranbasierten Sensoren stark zunimmt, insbesondere da die Veränderung der mechanischen Eigenschaften herkömmlicherweise verwendeter Materialsysteme bereits ihre technologische Grenze erreicht hat. Daher lassen sich Belastungen des MEMS voraussichtlich ausschließlich durch Änderungen an der Geometrie und/oder dem Design reduzieren. Um weiteren Raum für Änderungen zu öffnen, welche kostengünstig und bei geringer Technologiestufe zuverlässig reproduzierbar sind, werden somit andere Materialien benötigt, deren unmodifizierte Eigenschaften bereits die gestellten Anforderungen erfüllen oder zumindest nahezu erfüllen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird anschaulich eine mikromechanische Struktur und ein Verfahren zur Herstellung dieser bereitgestellt, welche weiteren Raum für Änderungen und Anpassungen der mechanischen Eigenschaften eröffnen. Anschaulich lässt sich eine robuste Membran (z.B. für ein Mikrofon und/oder Drucksensor), d.h. mit einer großen Lebensdauer, bereitstellen, welche hohe Anforderungen an die Empfindlichkeit erfüllt.
Anschaulich wurde erkannt, dass ein einkristallines Material (z.B. einkristallines SiC) einen größeren Raum für Änderungen und Anpassungen bietet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Siliziumcarbid (SiC) als Membranmaterial verwendet werden. Siliziumcarbid kann eine große mechanischen Härte, chemischen Beständigkeit (Inertheit) und thermischen Beständigkeit bereitstellen, d.h. Materialeigenschaften, welche es erleichtern, zumindest einige Anforderungen ohne zusätzliche Modifikationen zu erfüllen, so dass der Raum für Anpassungen erhalten bleibt.
Herkömmliche Prozesse zum Bilden von SiC sind auf die Anwendung geringer Temperaturen, z.B. weniger als 700°C beschränkt, und/oder ergeben polykristalline Gefüge. Die herkömmliche Herstellung dünner auslenkbarer Membranen aus einem einkristallinen Material führt zu einer geringen kristallinen Homogenität des Materials und geringen Homogenität in der Dicke, auf welche das einkristalline Material gedünnt wird. Diese geringe Homogenität kann starke Schwankungen in den mechanischen Eigenschaften zur Folge haben, so dass die gestellten Anforderungen verfehlt werden. Daher wird herkömmlicherweise auf polykristalline Materialien zurückgegriffen, wenn hohe Anforderungen an die Homogenität zu erfüllen sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine mikromechanische Struktur und ein Verfahren zur Herstellung dieser zur Verwendung in der Leistungselektronik bereitgestellt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines einkristallinen Substrats Folgendes aufweisen: Durchtrennen des Substrats entlang einer Hauptprozessierseite in zumindest zwei (d.h. mehrere, z.B. genau zwei oder mehr als zwei) einkristalline Substratteilstücke; und Bilden einer mikromechanischen Struktur, welche zumindest ein (d.h. genau ein oder mehr als ein) einkristallines Substratteilstück der zumindest zwei Substratteilstücke aufweist. Das Substrat kann optional an einem Träger befestigt sein oder werden, der nicht notwendigerweise einkristallin sein muss. Das zumindest eine Substratteilstück muss nicht zwangsläufig den kompletten Teil des Substrats bezeichnen, welcher abgetrennt wird, sondern kann Teil dessen sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Durchtrennen mittels eines Smartcut-Prozesses erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat und/oder jedes Substratteilstück der zwei Substratteilstücke ein einkristallines Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. einkristallines Siliziumkarbid (SiC), einkristallines Galliumnitrid (GaN) oder einkristallines Silizium (Si).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zumindest eine einkristalline Substratteilstück (auch als erstes Substratteilstück bezeichnet) eine einkristalline Schicht aufweisen oder daraus (bzw. zumindest aus einem Teil dessen) gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das andere einkristalline Substratteilstück (auch als zweites Substratteilstück bezeichnet) einen einkristallinen Substratrest aufweisen oder daraus (bzw. zumindest aus einem Teil dessen) gebildet sein. Das andere Substratteilstück muss nicht zwangsläufig den kompletten Substratrest des Substrats bezeichnen, welcher abgetrennt wird, sondern kann Teil dessen sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zumindest eine einkristalline Substratteilstück eine geringere (z.B. vertikale) Ausdehnung aufweisen als das andere einkristalline Substratteilstück.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat ferner eine Soll-Trennschicht aufweisen, mittels welcher die zwei Substratteilstücke miteinander verbunden sind; wobei das Durchtrennen erfolgt, indem ein Zusammenhalt der Soll-Trennschicht aufgehoben wird. Beispielsweise kann das Substrat in der Soll-Trennschicht zerteilt oder thermisch destabilisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine mechanische Kraft (z.B. eine Zugkraft) auf die Soll-Trennschicht übertragen werden, welche die Bruchkraft der Soll-Trennschicht übersteigt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Bilden der Soll-Trennschicht, indem eine chemische Zusammensetzung (des Substrats) zwischen den zwei Substratteilstücken verändert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des Veränderns eine Beständigkeit des Substrats zwischen den zwei Substratteilstücken gegenüber dem Durchtrennen reduziert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verändern mittels eines Hydrierens erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Soll-Trennschicht mittels einer Ionenimplantation erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Ionenimplantation (auch als erste Ionenimplantation bezeichnet) das Einbringen eines ersten Fremdstoffs in das Substrat erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ionenimplantation durch das zumindest eine einkristalline Substratteilstück hindurch erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Befestigen des zumindest einen einkristallinen Substratteilstücks an einem zusätzlichen Substrat vor dem Durchtrennen.
Das einkristalline Substratteilstück kann einen freihängenden Abschnitt und einen verankerten Abschnitt (auch als Befestigungsabschnitt bezeichnet) der mikromechanischen Struktur aufweisen, wobei der freihängende Abschnitt mittels des verankerten Abschnitts mit dem zusätzlichen Substrat gekuppelt (z.B. daran befestigt) ist. Beispielsweise kann der verankerte Abschnitt zumindest einen Teil des einkristallinen Substratteilstücks aufweisen oder daraus gebildet sein und der freihängende Abschnitt kann einen anderen Teil des einkristallinen Substratteilstücks aufweisen oder daraus gebildet sein. Der freihängende Abschnitt (anschaulich eine Auskragung) kann auf einander gegenüberliegenden Seiten freigelegt sein oder werden und/oder von dem zusätzlichen Substrat hervorstehen (auch als ausgekragt bezeichnet).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Befestigen aufweisen, das Substrat und das zusätzliche Substrat aneinander zu bonden, z.B. mittels hydrophilen Bondens, anodischen Bondens oder thermischen Bondens.
Das erste Substratteilstück und/oder das zweite Substratteilstück können eine größere mechanische Härte und/oder ein größeres Elastizitätsmodul aufweisen als das zusätzliche Substrat.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Befestigen mittels einer (z.B. keramischen und/oder hydrophilen) Adhäsionsschicht erfolgen, welche zwischen dem zumindest einen einkristallinen Substratteilstück und dem zusätzlichen Substrat angeordnet wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Befestigen erfolgen, indem die Adhäsionsschicht erhitzt wird (z.B. auf eine Temperatur in einem Bereich 110°C von ungefähr bis ungefähr 800°C oder mehr).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat die Adhäsionsschicht aufweisen. Beispielsweise kann das einkristalline Substratteilstück zwischen der Adhäsionsschicht und der Soll-Trennschicht angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Befestigen erfolgen, indem die Adhäsionsschicht mit dem zusätzlichen Substrat in körperlichen Kontakt gebracht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Adhäsionsschicht gebildet werden, indem die erste Hauptprozessierseite des Substrats chemisch verändert (z.B. oxidiert) wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das chemische Verändern ein Oxidieren aufweisen. Beispielsweise kann die Adhäsionsschicht eine native Oxidschicht des Substrats aufweisen oder daraus gebildet sein. Mit anderen Worten kann die Adhäsionsschicht ein Oxid des Halbleitermaterials des Substrats aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zusätzliche Substrat eine Elektrode (der mikromechanischen Struktur) aufweisen, oder die Elektrode (der mikromechanischen Struktur) kann mittels des zumindest einen einkristallinen Substratteilstücks gebildet sein oder werden. Beispielsweise kann die gebildete mikromechanische Struktur die Elektrode aufweisen. Optional kann die Elektrode mehrere Durchgangsöffnungen aufweisen.
Das erste Substratteilstück und/oder das zweite Substratteilstück können eine größere mechanische Härte und/oder ein größeres Elastizitätsmodul aufweisen als die Elektrode, z.B. wenn diese mittels des zusätzlichen Substrats bereitgestellt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der mikromechanischen Struktur ferner aufweisen: Bilden der Elektrode über dem zusätzlichen Substrat, wobei die Elektrode zwischen dem einkristallinen Substratteilstück und dem zusätzlichen Substrat angeordnet ist; oder wobei die Elektrode das einkristalline Substratteilstück aufweist oder daraus gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der mikromechanischen Struktur aufweisen, einen Hohlraum zwischen der Elektrode und dem zumindest einen einkristallinen Substratteilstück zu bilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der mikromechanischen Struktur aufweisen, eine zusätzliche Elektrode zu bilden, wobei das zumindest eine einkristalline Substratteilstück zwischen der zusätzlichen Elektrode und dem zusätzlichen Substrat angeordnet ist; oder wobei die zusätzliche Elektrode das zumindest eine einkristalline Substratteilstück aufweist oder zumindest mittels dessen gebildet wird.
Das erste Substratteilstück und/oder das zweite Substratteilstück können eine größere mechanische Härte und/oder ein größeres Elastizitätsmodul aufweisen als die zusätzliche Elektrode, z.B. wenn diese über dem ersten Substratteilstück gebildet wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Elektrode und/oder der zusätzlichen Elektrode aufweisen, mehrere Durchgangsöffnungen in der Elektrode oder zusätzlichen Elektrode zu bilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der mikromechanischen Struktur aufweisen, einen Sensor (z.B. Drucksensor oder Mikrofon) oder Aktuator (z.B. Schallemitter) zu bilden, welcher das einkristalline Substratteilstück aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der mikromechanischen Struktur aufweisen, eine Membran oder einen Cantilever zu bilden, welche(r) das zumindest eine einkristalline Substratteilstück aufweist oder zumindest mittels dessen gebildet wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der mikromechanischen Struktur aufweisen, das zumindest eine einkristalline Substratteilstück auf gegenüberliegenden Seiten freizulegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der mikromechanischen Struktur aufweisen, das zumindest eine einkristalline Substratteilstück elektrisch zu kontaktieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Verändern einer mechanischen Charakteristik und/oder elektrischen Charakteristik des zumindest einen einkristallinen Substratteilstücks mittels einer Ionenimplantation.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Ionenimplantation (auch als zweite Ionenimplantation bezeichnet) das Einbringen eines zweiten Fremdstoffs in das einkristalline Substratteilstück erfolgen. Der zweite Fremdstoff kann sich von dem ersten Fremdstoff unterscheiden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verändern der mechanischen Charakteristik und/oder elektrischen Charakteristik des zumindest einen einkristallinen Substratteilstücks vor dem Durchtrennen oder nach dem Durchtrennen erfolgen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner aufweisen: Bilden einer zusätzlichen mikromechanischen Struktur, welche das andere einkristalline Substratteilstück der zwei Substratteilstücke oder zumindest einen Teil dessen aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die zumindest zwei Substratteilstücke drei Substratteilstücke aufweisen (z.B. von denen ein zusätzliches Substratteilstück eine zusätzliche einkristalline Schicht aufweist); wobei die mikromechanische Struktur zwei Substratteilstücke der drei Substratteilstücke aufweist und/oder wobei das Verfahren ferner aufweist: Bilden der zusätzlichen mikromechanischen Struktur, welche ein anderes Substratteilstück der drei Substratteilstücke aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substratteilstück zumindest eines von Folgendem aufweisen: (z.B. einkristallines) Siliziumkarbid, (z.B. einkristallines) Galliumnitrid, ein größeres Elastizitätsmodul als eines von Folgendem: Polysilizium, das Substrat und/oder als 200 GPa (z.B. in einem Bereich von ungefähr 200 GPa bis ungefähr 600 GPa), eine größere mechanische Härte als eines von Folgendem: Polysilizium, das Substrat und/oder als 20 GPa (z.B. in einem Bereich von ungefähr 20 GPa bis ungefähr 50 GPa) und/oder einen größeren (z.B. lateral erstreckten) einkristallinen Bereich als das Substrat.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine mikromechanische Struktur Folgendes aufweisen: ein Substrat; eine funktionelle Struktur, welche bei dem Substrat angeordnet ist; wobei die funktionelle Struktur einen funktionellen Bereich (auch als auslenkbarer Bereich bezeichnet) aufweist, welcher relativ zu dem Substrat auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist; und wobei der funktionelle Bereich ein einkristallines Halbleitermaterial aufweist oder daraus gebildet ist, z.B. einkristallines Siliziumkarbid (SiC), einkristallines Galliumnitrid (GaN) oder einkristallines Silizium (Si).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine mikroelektromechanische Struktur die mikromechanische Struktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen aufweisen und eine Elektrode bei dem Substrat, wobei der funktionelle Bereich relativ zu der Elektrode auslenkbar als Reaktion auf die darauf einwirkende Kraft ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine mikroelektromechanische Struktur Folgendes aufweisen: ein Substrat; eine funktionelle Struktur und eine Elektrode, welche bei dem Substrat angeordnet sind; wobei die funktionelle Struktur einen funktionellen Bereich aufweist, welcher relativ zu der Elektrode auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist; und wobei die Elektrode ein einkristallines Halbleitermaterial aufweist oder daraus gebildet ist, z.B. einkristallines Siliziumkarbid (SiC), einkristallines Galliumnitrid (GaN) oder einkristallines Silizium (Si).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der funktionelle Bereich mit dem Substrat gekuppelt sein, z.B. in direktem körperlichem Kontakt und/oder mittels eines Befestigungsabschnitts.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine mikromechanische Struktur Folgendes aufweisen: ein Substrat, welches einen Hohlraum aufweist; eine einkristalline Halbleiterschicht (z.B. ein einkristallines Substratteilstück), welche einen ersten Abschnitt (auch als Befestigungsabschnitt bezeichnet) und einen (z.B. daran angrenzenden) zweiten Abschnitt (auch als freihängenden Abschnitt bezeichnet) aufweist; wobei der zweite Abschnitt an den Hohlraum angrenzt und mittels des ersten Abschnitts mit dem Substrat gekuppelt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Abschnitt einen Abstand von dem Hohlraum aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zwischen dem ersten Abschnitt und dem Hohlraum zumindest ein Bereich des Substrats und/oder der zweite Abschnitt angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mikromechanische Struktur ferner aufweisen: eine funktionelle Struktur, welche einen funktionellen Bereich aufweist, welcher relativ zu dem Substrat (z.B. in den Hohlraum hinein) auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist; wobei der zweite Abschnitt den funktionellen Bereich aufweist oder daraus gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mikromechanische Struktur ferner aufweisen: eine Elektrode, welche bei dem Substrat angeordnet ist; eine funktionelle Struktur, welche einen funktionellen Bereich aufweist, welcher relativ zu der Elektrode (z.B. in den Hohlraum hinein) auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist; und wobei die Elektrode den zweiten Abschnitt aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Hohlraum zwischen der Elektrode und dem funktionellen Bereich angeordnet sein und/oder an diese angrenzen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt zumindest eines von Folgendem aufweisen: Siliziumkarbid und/oder Galliumnitrid, ein größeres Elastizitätsmodul als das Substrat; und/oder eine größere mechanische Härte als das Substrat.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt zumindest eines von Folgendem aufweisen: (z.B. einkristallines) Siliziumkarbid, (z.B. einkristallines) Galliumnitrid, ein größeres Elastizitätsmodul als eines von Folgendem: Polysilizium, das Substrat und/oder als 200 GPa (z.B. in einem Bereich von ungefähr 200 GPa bis ungefähr 600 GPa), eine größere mechanische Härte als eines von Folgendem: Polysilizium, das Substrat und/oder als 20 GPa (z.B. in einem Bereich von ungefähr 20 GPa bis ungefähr 50 GPa) und/oder einen größeren (z.B. lateral erstreckten) einkristallinen Bereich als das Substrat. .
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mikromechanische Struktur ferner aufweisen: eine zusätzliche (z.B. polykristalline) Halbleiterschicht (z.B. Silizium aufweisend oder daraus gebildet), welche sich in ihrem Elastizitätsmodul und/oder in ihrer mechanischen Härte von der einkristalline Halbleiterschicht unterscheidet; wobei der Hohlraum zwischen der einkristallinen Halbleiterschicht und der zusätzlichen Halbleiterschicht angeordnet ist und/oder an diese angrenzt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektromechanischer Wandler Folgendes aufweisen: ein Substrat; einen mikroelektromechanische Struktur in Doppelelektroden-Konfiguration (z.B. eine kapazitive Sensor-Struktur); wobei die mikroelektromechanische Struktur zumindest einen freihängenden Abschnitt (z.B. eine Schicht) aufweist, wobei der zumindest eine freihängende Abschnitt zumindest eines von Folgendem aufweisen kann: (z.B. einkristallines) Siliziumkarbid, (z.B. einkristallines) Galliumnitrid, ein größeres Elastizitätsmodul als eines von Folgendem: Polysilizium, das Substrat und/oder als 200 GPa (z.B. in einem Bereich von ungefähr 200 GPa bis ungefähr 600 GPa), eine größere mechanische Härte als eines von Folgendem: Polysilizium, das Substrat und/oder als 20 GPa (z.B. in einem Bereich von ungefähr 20 GPa bis ungefähr 50 GPa) und/oder einen größeren (z.B. lateral erstreckten) einkristallinen Bereich als das Substrat.
Der freihängende Abschnitt kann gemäß der Doppelelektroden-Konfiguration ausgebildet sein, beispielsweise als Teil einer Elektrode und/oder als Teil einer Membran und/oder als Teil eines Cantilevers. Beispielsweise kann die Doppelelektroden-Konfiguration zwei Hohlräume bereitstellen, von denen zumindest einer (z.B. beide) an den freihängenden Abschnitt angrenzen. Alternativ oder zusätzlich kann die Doppelelektroden-Konfiguration den freihängenden Abschnitt und zwei zusätzliche freihängende Abschnitte bereitstellen, von denen zumindest ein erster freihängender Abschnitt Teil einer ersten Elektrode ist, ein zweiter freihängender Abschnitt Teil einer zweiten Elektrode ist und ein dritter freihängender Abschnitt Teil eines funktionellen Bereichs und/oder zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Der freihängende Abschnitt kann beispielsweise an einen Hohlraum des Substrats angrenzen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektromechanische Wandler ferner einen Befestigungsabschnitt aufweisen, der mit freihängenden Abschnitt monolithisch verbunden und mittels dessen der zumindest eine freihängende Abschnitt mit dem Substrat gekuppelt (z.B. daran befestigt) ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zumindest eine freihängende Abschnitt ein Substratteilstück (z.B. die Schicht) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektromechanischer Wandler Folgendes aufweisen: ein Substrat; einen mikroelektromechanische Struktur in Doppelelektroden-Konfiguration (z.B. eine kapazitive Sensor-Struktur); wobei die mikroelektromechanische Struktur zumindest ein Substratteilstück (z.B. eine Schicht) aufweist, wobei das Substratteilstück (z.B. einkristallines) Siliziumkarbid und/oder (z.B. einkristallines) Galliumnitrid aufweisen oder daraus gebildet sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektromechanische Wandler zwei Elektroden aufweisen, von denen zumindest eine Elektrode den zumindest einen freihängenden Abschnitt, z.B. das zumindest eine Substratteilstück (z.B. die Schicht), aufweist oder daraus gebildet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der elektromechanische Wandler (z.B. ein kapazitiver Sensor) zumindest einen funktionellen Bereich aufweisen, welcher relativ zu dem Substrat auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist; wobei der zumindest eine freihängende Abschnitt, z.B. das zumindest eine Substratteilstück (z.B. die Schicht), den funktionellen Bereich aufweist. Optional kann das zumindest eine Substratteilstück (z.B. die Schicht) den verankerten Abschnitt aufweisen, mittels dessen der funktionelle Bereich mit dem Substrat gekuppelt (z.B. daran befestigt) ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der funktionelle Bereich mit dem Substrat gekuppelt sein, z.B. in direktem körperlichem Kontakt und/oder mittels eines verankerten Abschnitts (auch als Befestigungsabschnitt bezeichnet) des Substratteilstücks (z.B. der Schicht).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zumindest eine freihängende Abschnitt, z.B. das zumindest eine Substratteilstück (z.B. die Schicht), einkristallines Siliziumkarbid aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Bilden einer Soll-Trennschicht in einem einkristallinen Substrat; Durchtrennen des Substrats entlang (z.B. in) der Soll-Trennschicht, so dass von dem Substrat eine einkristalline Schicht abgeteilt wird; und Bilden einer mikromechanischen Struktur, welche die einkristalline Schicht aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren Folgendes aufweisen: Bilden einer Soll-Trennschicht in einem einkristallinen Substrat; Befestigen des Substrats an einem zusätzlichen Substrat; wobei zwischen der Soll-Trennschicht und dem zusätzlichen Substrat ein Substratteilstück des Substrats angeordnet ist; Durchtrennen des Substrats in der Soll-Trennschicht; und Bilden einer mikromechanischen Struktur, welche zumindest das Substratteilstück (und optional das zusätzliche Substrat und/oder optional ein zusätzliches Substratteilstück des Substrats) aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Substrats (aufweisend einen einkristallinen Bereich oder daraus gebildet) Folgendes aufweisen: Durchtrennen des einkristallinen Bereichs in zumindest zwei Teilbereiche (von denen beispielsweise zumindest ein erster Teilbereich eine einkristalline Schicht aufweist); und Bilden einer mikromechanischen Struktur, welche zumindest einen Teilbereich (auch als erster Teilbereich bezeichnet) der zwei Teilbereiche aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Substrat eingerichtet sein, wobei das Substrat aufweist: eine erste Hauptprozessierseite und eine zweite Hauptprozessierseite, welche einander gegenüberliegen; einen einkristallinen Bereich auf der erste Hauptprozessierseite (z.B. an beide Hauptprozessierseiten angrenzend). Das Verfahren kann Folgendes aufweisen: Trennen (z.B. Durchtrennen) des Substrats durch den einkristallinen Bereich hindurch und entlang der ersten Hauptprozessierseite in zumindest zwei Substratteilstücke, von denen zumindest ein Substratteilstück (auch als erstes Substratteilstück bezeichnet) eine einkristalline Schicht des einkristallinen Bereichs aufweist; und Bilden einer mikromechanischen Struktur, welche die einkristalline Schicht aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste Substratteilstück, z.B. die einkristalline Schicht, strukturiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mikromechanische Struktur eine Versteifungsstruktur aufweisen, wobei die Versteifungsstruktur das Substratteilstück aufweist. Optional kann das Substratteilstück der Versteifungsstruktur strukturiert sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substratteilstück der mikromechanischen Struktur einen Aufhängungspunkt der mikromechanischen Struktur aufweisen, d.h. einen festen Kontaktpunkt mit dem zusätzlichen Substrat.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bilden einer mikromechanischen Struktur Folgendes aufweisen: Transferieren zumindest eines Substratteilstück (z.B. einer einkristallinen Schicht) von einem ersten Substrat auf ein zweites Substrat; und Bilden einer mikromechanischen Struktur, welche das zumindest eine Substratteilstück (z.B. die einkristalline Schicht) aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich das erste Substrat und das zweite Substrat sich in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden und/oder in ihrem Kristallisation-Typ (d.h. polykristallin oder einkristallin). Beispielsweise kann das erste Substrat einkristallin sein und/oder kann das zweite Substrat polykristallin sein.
Das einkristalline Substratteilstück (z.B. die einkristalline Schicht) kann zumindest eines von Folgenden aufweisen oder daraus gebildet sein: SiC, GaN oder Si.
Das Transferieren des einkristallinen Substratteilstücks (z.B. der einkristallinen Schicht) kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen mittels eines Smartcut-Prozesses erfolgen.
Vor oder nach dem Transferieren des einkristallinen Substratteilstücks (z.B. der einkristallinen Schicht) kann ein Verändern des einkristallinen Substratteilstücks (z.B. der einkristallinen Schicht) erfolgen, z.B. chemisch und/oder strukturell. Das Verändern kann beispielsweise die mechanische Charakteristik des einkristallinen Substratteilstücks (z.B. der einkristallinen Schicht) verändern (z.B. dessen Verspannung und/oder Vorspannung), und/oder kann die elektrischen Eigenschaften des einkristallinen Substratteilstücks (z.B. der einkristallinen Schicht) verändern (z.B. dessen elektrische Leitfähigkeit).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mikromechanische Struktur in einer Doppelelektroden-Konfiguration oder einer Einzelelektroden-Konfiguration bereitgestellt sein oder werden, z.B. einer Oberseite-Einzelelektroden-Konfiguration oder Unterseite-Einzelelektroden-Konfiguration.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beim hydrophilen Bonden ausgenutzt werden, dass Wassermoleküle auf einer hydrophilen Oberfläche (z.B. eines Substrats) chemisorbieren, wodurch Hydroxilgruppen (z.B. in Silanol) gebildet werden. Werden zwei Oberflächen, welche chemisorbierte Wassermoleküle aufweisen, in körperlichen Kontakt miteinander gebracht, beginnt eine Polymerisation der Hydroxilgruppen (z.B. unter Freisetzung von Wasser), z.B. bereits bei Raumtemperatur. Ein optionaler Glühprozess (z.B. bei einer Temperatur in einem Bereich 110°C von ungefähr bis ungefähr 800°C) kann diese Reaktion verstärken und somit die Haftkraft der beiden Oberflächen zueinander verstärken. Die hydrophile Oberfläche kann beispielsweise mittels einer Oxidschicht bereitgestellt sein oder werden, z.B. mittels einer Siliziumoxidschicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verhältnis (auch als Aspektverhältnis bezeichnet) aus der lateralen Ausdehnung des freihängenden Abschnitts zu der vertikalen Ausdehnung des freihängenden Abschnitts größer sein als ungefähr 1·10³, z.B. größer als ungefähr 2·10³, z.B. größer als ungefähr 4·10³, z.B. größer als ungefähr 6·10³.
Die laterale Ausdehnung des freihängenden Abschnitts kann beispielsweise der lateralen Ausdehnung (z.B. Durchmesser) des Hohlraums bzw. der Öffnung des Substrats entsprechen, an welchen der freihängende Abschnitt angrenzt. Die vertikale Ausdehnung des freihängenden Abschnitts kann beispielsweise dem Abstand zweier Hohlräume entsprechen, zwischen denen der freihängende Abschnitt angeordnet ist.
Beispielsweise kann die laterale Ausdehnung in einem Bereich von ungefähr 400 µm bis ungefähr 1000 µm sein, z.B. in einem Bereich von ungefähr 600 µm bis ungefähr 850 µm. Alternativ oder zusätzlich kann die vertikale Ausdehnung in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 1000 nm sein, z.B. in einem Bereich von ungefähr 150 nm bis ungefähr 350 nm. In anderen Ausführungsformen kann die vertikale Ausdehnung auch größer als 1 µm sein.
Beispielsweise kann eine Membran (z.B. eines Mikrofons) einen Membrandurchmesser von ungefähr 540 µm und eine Membrandicke von ungefähr 330 nm aufweisen, was ein Aspektverhältnis von ungefähr 1,6·10³ ergibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der freihängende Abschnitt einen auslenkbaren Bereich bereitstellen. Der freihängende Abschnitt kann eine geringere Steifigkeit und/oder Biegefestigkeit aufweisen als die erste Elektrode und/oder als die zweite Elektrode. Die Steifigkeit kann die elastische Verformung (z.B. Auslenkung) pro angreifender Kraft beschreiben. Die Biegefestigkeit kann die Durchbiegung pro angreifendem Biegemoment beschreiben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mikromechanische Struktur zumindest zwei freihängende Abschnitte aufweisen, von denen ein erster freihängender Abschnitt unter Verwendung eines Substratteilstücks gebildet ist und ein größeres Elastizitätsmodul und/oder eine größere mechanische Härte aufweist als der zweite freihängende Abschnitt der zwei freihängenden Abschnitte. Der erste freihängende Abschnitt kann beispielsweise (z.B. einkristallines) SiC aufweisen oder daraus gebildet sein und/oder (z.B. einkristallines) Galliumnitrid aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der erste freihängende Abschnitt einen größeren (z.B. lateral erstreckten) einkristallinen Bereich aufweisen als der zweite freihängende Abschnitt und/oder als das Substrat.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1A bis 1C jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A bis 2C jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3A bis 3C jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4A bis 4C jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5A bis 5D jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6A bis 6C jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7A und 7B jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
8A und 8B jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
9A und 9B jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
10 eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
11A und 11B jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
12A und 12B jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
13A und 13B jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
14 eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
15A und 15B jeweils eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
16 eine mikromechanische Struktur in einem Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
17 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Der Begriff "beispielhaft" wird hier in der Bedeutung "als Beispiel, Exemplar oder Veranschaulichung dienend" verwendet. Jede Ausführungsform oder Gestaltung, die hier als "beispielhaft" beschrieben ist, ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Gestaltungen zu verstehen.
Der Begriff ”über” in Bezug auf abgeschiedenes Material, welches ”über” einer Seite oder Fläche gebildet wird, kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen verstanden werden, als dass das abgeschiedene Material "direkt auf", z.B. in direktem (z.B. körperlichem bzw. angrenzenden) Kontakt mit, der genannten Seite oder Fläche gebildet wird. Der Begriff "über" in Bezug auf ein abgeschiedenes Material, welches "über" einer Seite oder Fläche gebildet wird, kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen verstanden werden, als dass das abgeschiedene Material "indirekt auf" der genannten Seite oder Fläche gebildet wird, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der genannten Seite oder Fläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind oder werden. Das Abscheiden des Materials kann beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgen.
Der Begriff "seitlich" oder "lateral" mit Bezug auf die "seitliche" bzw. "laterale" Ausdehnung einer Struktur (oder eines Substrats, eines Wafer oder eines Trägers) oder "seitlich" bzw. "lateral" angrenzend, kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden, um eine Ausdehnung oder eine Lagebeziehung entlang einer Oberfläche eines Substrats, eines Wafers oder eines Trägers zu bezeichnen. Das bedeutet, dass eine Oberfläche eines Substrats (beispielsweise eine Oberfläche eines Trägers oder einer Oberfläche eines Wafers) als Referenz dienen kann, die allgemein als die Hauptbearbeitungsfläche des Substrats (oder die Hauptbearbeitungsfläche des Trägers oder Wafers) bezeichnet wird. Ferner kann der Begriff "Breite", der im Hinblick auf eine "Breite" einer Struktur (oder eines Strukturelements) verwendet wird, hier verwendet werden, um die seitliche (bzw. laterale) Ausdehnung einer Struktur zu bezeichnen.
Ferner kann der Begriff "Höhe", der in Bezug eine Höhe einer Struktur (oder eines Strukturelements) verwendet wird, hier verwendet werden, auf die Ausdehnung einer Struktur entlang einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche eines Substrats (z.B. senkrecht zu der Hauptbearbeitungsfläche eines Substrats) zu bezeichnen, d.h. eine vertikale Ausdehnung. Der Begriff "Dicke", der im Hinblick auf eine "Dicke" einer Schicht verwendet wird, kann hier verwendet werden, um die räumliche Ausdehnung der Schicht senkrecht zu der Oberfläche des Trägers (des Materials), auf dem die Schicht abgeschieden wird, zu bezeichnen, d.h. eine vertikale Ausdehnung. Wenn die Oberfläche des Trägers parallel zu der Oberfläche des Substrats (beispielsweise zu der Hauptbearbeitungsfläche) ist, kann die Dicke der auf dem Träger aufgebrachten Schicht gleich der Höhe der Schicht sein. Ferner kann eine "vertikale" Struktur eine Struktur bezeichnen, die sich in einer Richtung senkrecht zu der seitlichen Richtung (z.B. senkrecht zu der Hauptbearbeitungsoberfläche eines Substrats) erstreckt, und eine "vertikale" Ausdehnung kann eine Ausdehnung entlang einer Richtung senkrecht zu einer lateralen Richtung (beispielsweise eine Ausdehnung senkrecht zu der Hauptbearbeitungsfläche eines Substrats) bezeichnen.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung (z.B. ohmsch und/oder elektrisch leitfähig, z.B. einer elektrisch leitfähigen Verbindung), eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. Eine Kupplung kann als mechanische Kopplung verstanden werden.
Der Begriff „daraus gebildet“ in Bezug darauf, dass eine erste Struktur (z.B. Körper, Schicht, Abschnitt) aus einer zweiten Struktur (z.B. Körper, Schicht, Abschnitt) gebildet ist kann verstanden werden, als dass die zweite Struktur zum Bilden der ersten Struktur verwendet wird, d.h. dass die erste Struktur zumindest einen Teil der zweiten Struktur aufweist. Zum Bilden der ersten Struktur kann die zweite Struktur optional bearbeitet (z.B. chemisch, elektrisch und/oder strukturell verändert) werden, beispielsweise kann dieser Material entnommen und/oder hinzugefügt, diese umgeformt oder gereinigt werden. Alternativ kann die zweite Struktur unverändert in die erste Struktur transformiert werden.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Metall (auch als metallischer Werkstoff bezeichnet) zumindest ein metallisches Element (d.h. ein oder mehrere metallische Elemente) aufweisen (oder daraus gebildet sein), z.B. zumindest ein Element aus der folgenden Gruppe von Elementen: Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Titan (Ti), Nickel (Ni), Silber (Ag), Chrom (Cr), Platin (Pt), Gold (Au), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Zirkonium (Zr), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V), Barium (Ba), Indium (In), Calcium (Ca), Hafnium (Hf), Samarium (Sm), Silber (Ag), und/oder Lithium (Li). Ferner kann ein Metall eine metallische Verbindung (z.B. eine intermetallische Verbindung oder eine Legierung) aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine Verbindung aus zumindest zwei metallischen Elementen (z.B. aus der Gruppe von Elementen), wie z.B. Bronze oder Messing, oder z.B. eine Verbindung aus zumindest einem metallischen Element (z.B. aus der Gruppe von Elementen) und mindestens einem nichtmetallischen Element (z.B. Kohlenstoff), wie z.B. Stahl. Optional kann das Metall Legierungselemente aufweisen (deren Masseanteil z.B. kleiner als 10% ist, z.B. einzeln oder in Summe), z.B. Chrom, Silizium, Molybdän, Nickel, Vanadium, Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel, Zinn, Zink.
Üblicherweise werden Mikrofone und/oder Mikrolautsprecher, die in Chiptechnologie realisiert werden, in der Silizium-Technologie hergestellt. Mikromaschinell bearbeitete Silizium-Mikrofone sind kapazitive Wandler mit einer flexiblen Membran, die sich im Schallfeld bewegt, und mit einer statischen perforierten Elektrode, die als Rückplatte oder Elektrode bezeichnet wird. Gemäß dem Konzept des Überdrucks kann die Membran Druckunterschieden von bis zu 10 bar ausgesetzt sein oder werden. In solchen Fällen versagen herkömmliche Membranen, da ihre Bruchfestigkeit bzw. eine maximale mechanische Belastung (z.B. Kraft oder Spannung), welcher die Membran standhalten kann (Bruchwiderstand), überschritten wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein mikromechanisches System oder ein mikroelektromechanisches System verwendet werden, um zum Beispiel einen Aktuator oder Sensor bereitzustellen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein elektromechanischer (z.B. sensorischer oder aktuatorischer) Wandler (z.B. Schallwandler) bereitgestellt, welcher ein einkristallines Substratteilstück aufweist. Der zum sensorischen Wandler komplementäre aktuatorische Wandler kann beispielsweise einen Mikrolautsprecher aufweisen, der betätigt werden muss, um einen Hub zu bewirken, der eine Luftverschiebung und daher einen Schalldruck erzeugt.
Eine funktionale Struktur einer mikromechanischen Struktur, wie beispielsweise eine Membran, kann eingeklemmt sein oder werden, d.h. an einem verankerten (d.h. eingeklemmten, eingebetteten und/oder fixierten) Abschnitt (auch als Befestigungsabschnitt bezeichnet) fixiert sein oder werden und in dem ausgekragten Abschnitt vibrierbar oder auslenkbar sein. Der auslenkbare Bereich kann Teil des ausgekragten Abschnitts (auch als freihängender Abschnitt bezeichnet) sein. Beispielsweise können der verankerte Abschnitt und der ausgekragten Abschnitt (z.B. monolithisch und/oder aneinander angrenzend) einkristallin sein und/oder mittels Prozessierens der einkristallinen Substratstücks gebildet sein oder werden.
Ein mikromechanisches Systeme (MMS) oder mikroelektromechanisches System (MMS mit elektrischer Komponente) kann im Allgemeinen als Aktuator (Betätiger) oder Sensor verwendet werden. Beispielsweise kann das System eingerichtet sein zwischen elektrischer Energie und mechanischer Energie zu wandeln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass eine Integration von SiC in ein mikroelektromechanisches Systemen (wie z.B. einem Mikrofon) eine Vielzahl Möglichkeiten bereitstellt. Im Vergleich zu Poly-Si weist SiC eine höhere mechanische Härte und ein höheres E-Modul (auch als Elastizitätsmodul oder Youngscher Modul bezeichnet) auf. Poly-Si kann beispielsweise eine mechanische Härte von ungefähr 12,5 Gigapascal (GPa) und ein E-Modul von ungefähr 180 GPa aufweisen. SiC kann hingegen eine mechanische Härte in einem Bereich von ungefähr 20 GPa bis ungefähr 50 GPa und ein E-Modul in einem Bereich von ungefähr 200 GPa bis ungefähr 600 GPa aufweisen. Optional kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen mittels Einbringens von Fremdatomen in das SiC dessen E-Modul reduziert werden, beispielsweise auf 500 GaP oder weniger (und/oder mehr als 200 GPa).
Die größeren Härteeigenschaften von SiC können dazu beitragen die mikromechanische Struktur (z.B. deren Membran) vor einer Beschädigung zu schützen, z.B. gegen eine von außen verursachte Membranbeschädigung. Neben der mechanischen Härte kann das E-Modul sowie eine optionale Vorspannung der SiC-Schicht (anschaulich interne Verspannung, welche z.B. künstlich hervorgerufen werden kann) die mechanischen Eigenschaften der mikromechanischen Struktur beeinflussen. Bei kleinen Auslenkungen der Membran kann die Schichtspannung (Schichtstress) das Auslenkverhalten dominieren und mit zunehmender Auslenkung der Membran der Einfluss des E-Moduls zunehmen.
Im Allgemeinen kann die SiC-Membran gemäß verschiedenen Ausführungsformen dünner ausgeführt werden als eine Membran aus Poly-Si, ohne dabei an Robustheit zu verlieren. Eine dünnere Membran kann eine größere Auslenkung ermöglichen, so dass kleinere Druckunterschiede mit gutem Signalpegel erfasst werden können. Mit anderen Worten kann eine dünnere Membran eine größere Empfindlichkeit und/oder ein größeres SNR begünstigen.
Die mechanischen Eigenschaften (z.B. Schwingungseigenschaften und/oder Vorspannung) und die elektrischen Eigenschaften (z.B. elektrische Leitfähigkeit) von SiC lassen sich optional nachträglich modifizieren, z.B. mittels der Implantation von Stickstoff (N₂).
Die inerten, chemischen Eigenschaften, wie z.B. die Hydrophobizität (geringe Adhäsionsneigung), des SiC-Materials kann eine Tendenz zur Partikel-Kontamination haben und/oder das Risiko des Anhaftens der Membran verringern.
Optional kann das einkristalline Material (z.B. Halbleitermaterial), z.B. einkristallines SiC, nicht ausschließlich als Membranmaterial verwendet werden, sondern auch als Stabilisierung unter einer Poly-Si-Membran. Hierdurch ist es möglich, ein herkömmliches Verfahren der Schichtmodifikation von Poly-Si mit den mechanischen Eigenschaften des einkristallinen Materials (z.B. SiC) zu vereinen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann SiC als Membranmaterial oder als Stabilisator einer Poly-Silizium-Membran bereitgestellt sein oder werden. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Membran kann SiC dünner ausgebildet sein oder werden und/oder kann größere Auslenkungen erfahren, ohne beschädigt zu werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als „einkristallin“ oder „Einkristall“ mit Bezug auf einen Kristallisation-Typ, ein Material oder einen Körper (z.B. ein Substrat, dessen Substratteilstück oder eine Schicht) verstanden werden, dass dessen Bausteine (d.h. Atome, Ionen oder Moleküle) ein im Wesentlichen durchgehendes einheitliches, homogenes (anschaulich makroskopisches) Kristallgitter bilden. Mit anderen Worten kann das einkristalline Kristallgitter eine einheitliche Ausrichtung (auch als Hauptausrichtung bezeichnet) aufweisen, d.h. die räumlich gemittelte Orientierung der Kristallbausteine kann im Wesentlichen gleich sein.
Dies unterscheidet den einkristallinen Kristallisation-Typ von einem polykristallinen Kristallisation-Typ, verzwillingten Kristallisation-Typ oder einem amorphen Material (nicht kristallines Material). Das amorphe Material kann eine willkürliche Ausrichtung und/oder Anordnung der Bausteine aufweisen. Der polykristalline Kristallisation-Typ und/oder der verzwillingte Kristallisation-Typ können eine Vielzahl (anschaulich mikroskopischer) kristalliner Körner (Kristallite) aufweisen oder daraus gebildet sein, die durch Korngrenzen voneinander getrennt werden.
Im Allgemeinen kann das Unterscheiden im Kristallisation-Typ als Unterscheiden in der Hauptausrichtung der Kristallstruktur und/oder als Unterscheiden in der mittleren Abweichung von der Hauptausrichtung der Kristallstruktur verstanden werden. Ein einkristalliner Kristallisation-Typ kann eine geringere mittlere Abweichung von der Hauptausrichtung und/oder eine geringere räumliche Dichte an Korngrenzen und/oder an Kristalliten aufweisen als ein polykristalliner Kristallisation-Typ oder als ein verzwillingter Kristallisation-Typ.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Substrat (z.B. den einkristallinem Teilbereich aufweisend) prozessiert sein oder werden, um ein oder mehrere funktionale Strukturen, z.B. separiert voneinander oder miteinander verschaltet, zu bilden. Mehrere miteinander verschaltete funktionale Strukturen können beispielsweise einen elektronischen Schaltkreis bilden, z.B. ein Sensor-Array. Im Allgemeinen kann eine mikromechanische Struktur oder können mehrere mikromechanische Strukturen in dem Substrat gebildet und/oder integriert sein oder werden (auch als Chips oder Halbleiterchips bezeichnet).
Jede oder die mikromechanische Struktur kann eine funktionale Struktur aufweisen. Die funktionale Struktur kann in einem Teil des Substrat angeordnet sein oder werden und kann zumindest einen funktionellen Bereich (genau einen funktionellen Bereich oder mehrere funktionelle Bereiche), wie beispielsweise zumindest eine Membran oder zumindest einen Cantilever. Der zumindest eine funktionelle Bereich kann zum Auslenken eingerichtet sein, z.B. als Reaktion auf ein mechanisches Signal oder ein elektrisches Signal, z.B. in einer Leistungselektronik (z.B. unter Verwendung von Leistungsbauelementen).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine mikromechanische Struktur (auch als integrierte mikromechanische Struktur oder mikromechanischer Chip bezeichnet) von dem Substrat (bzw. von einem Halbleiter-Wafer) vereinzelt werden, indem Material von einer Schnittfuge (auch als Kerf bezeichnet) des Substrats entfernt wird (auch als Zerteilen oder Zerschneiden des Substrats bezeichnet). Beispielsweise kann das Entfernen von Material aus der Schnittfuge des Substrats durch Ritzen und Brechen, Spalten, Klingen-Zerteilung (Separation/Trennung), Plasma-Zerteilung (Separation/Trennung), Laser-Zerteilung oder mechanisches Sägen erfolgen (beispielsweise indem eine Trennsäge verwendet wird). Nach dem Vereinzeln des mikromechanischen Chips kann dieser elektrisch kontaktiert und nachfolgend verkapselt (z.B. geschlossen oder halboffen) werden, z.B. mittels eines Formmaterials und/oder in einen Chipträger (auch als Chipgehäuse bezeichnet), welcher für die Verwendung in einem elektronischen Gerät geeignet ist. Beispielsweise kann der mikromechanische Chip mittels Drähten innerhalb des Chipträgers verbunden werden und/oder der Chipträger kann auf einer Leiterplatte und/oder auf einen Leiterrahmen gelötet werden.
Der Begriff Halbleitermaterial kann als eine chemische Zusammensetzung verstanden werden, welche ein halbleitendes Basismaterial aufweist oder daraus gebildet ist und/oder in einem undotierten Zustand halbleitend ist, d.h. eine elektrische Leitfähigkeit aufweist in einem Bereich von ungefähr 10^–6 Siemens/Meter bis ungefähr 10⁶ Siemens/Meter. Während des Prozessierens (Bearbeitens) des Halbleitermaterials kann das halbleitende Basismaterial beispielsweise abschnittsweise dotiert sein oder werden, was dessen elektrische Leitfähigkeit in den dotierten Stellen erhöht (z.B. über 10⁶ Siemens/Meter). Das Halbleitermaterial bzw. das halbleitende Basismaterial kann beispielsweise einen Elementhalbleiter (z.B. Silizium oder Germanium) oder einen Verbindungshalbleiter (z.B. Siliziumkarbid oder SiGe) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Substrat (z.B. dessen Substratteilstücke) oder ein Halbleiterbereich (z.B. der einkristalline Bereich), ein Halbleitermaterial (z.B. das halbleitende Basismaterial) eines Typs oder verschiedener Typen aufweisen oder daraus gebildet sein, einschließlich Gruppe IV-Halbleiter (z.B. Silizium oder Germanium), Verbindungshalbleiter, z.B. Gruppe III-V-Verbindungshalbleiter (beispielsweise Galliumarsenid), Gruppe-III-Halbleiter, Gruppe V-Halbleiter oder halbleitende Polymere. In mehreren Ausführungsformen kann das Substrat und/oder der Halbleiterbereich (z.B. dessen Schaltkreisbereich) aus Silizium (dotiert oder undotiert) gebildet sein oder werden. In mehreren alternativen Ausführungsformen kann das Substrat ein Silizium-auf-Isolator-(SOI)-Wafer sein (z.B. das zweite Substrat). Als Alternative kann jedes andere geeignete Halbleitermaterial für das Substrat und/oder den Halbleiterbereich verwendet werden, beispielsweise eine Halbleiterverbindung (halbleitende chemische Verbindung) wie Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN), aber auch jede geeignete ternäre Halbleiterverbindung oder quaternäre Halbleiterverbindung, wie beispielsweise Indium-Galliumarsenid (InGaAs).
Anschaulich kann das gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereitgestellte Verfahren in einer mikromechanischen Struktur resultieren, deren einkristalline Schicht anschaulich chemisch reiner ist, weniger Zwillingsgrenzen und eine größere Dicke aufweist, z.B. mehr als 10 Nanometer (oberste Grenze, welche mittels herkömmlichen Karbonisierens möglich ist). Ferner kann die bereitgestellte einkristalline Schicht verspannungsneutral sein, d.h. ohne eine Vorspannung hergestellt werden, was den Raum für nachträgliche Anpassung vergrößert.
1A, 1B und 1C veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Verfahren kann in 100a aufweisen: Bereitstellen eines Substrats 102, welches einen einkristallinen Bereich 104 (auch als Einkristallbereich 104 bezeichnet) aufweist oder daraus gebildet ist, z.B. Bereitstellen eines einkristallinen Substrats 102. Das Substrat 102 kann zwei Hauptprozessierseiten 102o, 102u aufweisen, welche einander gegenüberliegen. Beispielsweise kann das Substrat 102 und/oder der Einkristallbereich 104 ein einkristallines Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. einkristallines GaN, einkristallines SiC und/oder einkristallines Si. Das einkristalline SiC kann beispielsweise in einer hexagonalen Kristallkonfiguration (beispielsweise eine 4H-Konfiguration) vorliegen. Die hexagonale Kristallkonfiguration kann besonders arm an Zwillingsgrenzen sein. Mit anderen Worten kann das Substrat 102 und/oder der Einkristallbereich 104 einkristallines, hexagonales SiC aufweisen oder daraus gebildet sein. Die 4H-Konfiguration kann eine Mischung aus einem rein hexagonalen Kristallanteil und einem rein kubischen Kristallanteil aufweisen oder daraus gebildet sein.
Das Verfahren kann ferner in 100b aufweisen: Durchtrennen des Substrats 102 entlang einer (z.B. ersten) Hauptprozessierseite 102o (z.B. parallel dazu) in zumindest zwei Substratteilstücke 102a, 102b, von denen jedes einen einkristallinen Teilbereich 104a, 104b des Einkristallbereichs 104 aufweist oder daraus gebildet ist, z.B. in zumindest zwei einkristalline Substratteilstücke 102a, 102b. Beispielsweise kann das Durchtrennen aufweisen: Durchtrennen des Einkristallbereichs 104 in zwei einkristalline Teilbereiche 104a, 104b.
Das Verfahren kann ferner in 100c aufweisen: Bilden einer mikromechanischen Struktur 106, welche ein Substratteilstück 102a (auch als erstes Substratteilstück 102a bezeichnet) der zumindest zwei Substratteilstücke 102a, 102b aufweist oder zumindest einen einkristallinen Teilbereich 104a (auch als ersten Teilbereich 104a bezeichnet) der zwei einkristallinen Teilbereiche 104a, 104b.
Beispielsweise kann das erste Substratteilstück 102a, welches zum Bilden der mikromechanischen Struktur 106 verwendet wird, eine einkristalline Schicht 104a aufweisen oder daraus (bzw. zumindest aus einem Teil dessen) gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können sich die zwei Substratteilstücke 102a, 102b in ihrer vertikalen Ausdehnung 102d, 112d unterscheiden, z.B. kann das Verhältnis der vertikalen Ausdehnungen 102d, 112d mehr als ungefähr 10 sein, z.B. mehr als ungefähr 100, z.B. mehr als ungefähr 1000. Beispielsweise kann das erste Substratteilstück 102a eine vertikale Ausdehnung 102d (d.h. Ausdehnung quer zu der Hauptprozessierseite 102o) aufweisen kleiner als das andere Substratteilstück 102b (auch als zweites Substratteilstück 102b bezeichnet), z.B. weniger als ungefähr 10% der vertikalen Ausdehnung 112d des zweiten Substratteilstücks 102b), z.B. weniger als ungefähr 1% der vertikalen Ausdehnung 112d des zweiten Substratteilstücks 102b, z.B. weniger als ungefähr 0,1% der vertikalen Ausdehnung 112d des zweiten Substratteilstücks 102b. Beispielsweise kann das andere Substratteilstück 102b einen Substratrest aufweisen oder daraus (bzw. zumindest aus einem Teil dessen) gebildet sein.
Beispielsweise kann die vertikale Ausdehnung 102d des ersten Substratteilstücks 102a größer sein als ungefähr 10 nm (Nanometer), z.B. größer als ungefähr 50 nm, z.B. größer als ungefähr 100 nm, z.B. größer als ungefähr 150 nm, z.B. größer als ungefähr 200 nm. Alternativ oder zusätzlich kann die vertikale Ausdehnung 102d des ersten Substratteilstücks 102a kleiner sein als ungefähr 1 µm (Mikrometer), z.B. kleiner als ungefähr 660 nm. Beispielsweise kann die vertikale Ausdehnung 102d des ersten Substratteilstücks 102a mehr als 100 nm sein (z.B. kleiner als ungefähr 1 µm), z.B. in einem Bereich von ungefähr 150 nm bis ungefähr 660 nm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 280 nm bis ungefähr 660 nm, z.B. weniger als 330 nm, z.B. weniger als 200 nm.
Als Schicht kann eine flächenförmige Struktur verstanden werden, welche eine vertikale Ausdehnung 102d von weniger als ungefähr 10 µm aufweist, z.B. weniger als ungefähr 1 µm, z.B. weniger als ungefähr 0,1 µm, z.B. weniger als ungefähr 0,01 µm. Beispielsweise kann das oder jedes (von dem Substrat 102 abgeteilte) Substratteilstück 102a, 102b schichtförmig sein, d.h. eine vertikale Ausdehnung 102d von weniger als ungefähr 10 µm aufweisen, z.B. weniger als ungefähr 1 µm, z.B. weniger als ungefähr 0,1 µm, z.B. weniger als ungefähr 0,01 µm.
Als Substratrest kann eine flächenförmige Struktur verstanden werden, welche eine vertikale Ausdehnung 102d von mehr als ungefähr 10 µm aufweist, z.B. mehr als ungefähr 100 µm, z.B. mehr als ungefähr 250 µm, z.B. mehr als ungefähr 500 µm. Von dem Substratrest können optional zusätzliche Substratteilstücke abgeteilt werden, indem dieser durchtrennt wird.
Optional kann das Verfahren in 100c aufweisen: Bilden einer zusätzlichen mikromechanischen Struktur, welche das zweite Substratteilstück 102b oder zumindest den zweiten Teilbereich 104b dessen aufweist. Das zweite Substratteilstück 102b kann vorher von dem Substratrest abgeteilt werden, indem dieser durchtrennt wird. Anschaulich kann das Substrat 102 mehr als zwei Substratteilstücke aufweisen, welche nacheinander von dem Substrat 102 abgetrennt werden können. Jedes der Substratteilstücke des Substrats 102, welches abgetrennt wird, kann in einer mikromechanischen Struktur implementiert sein oder werden. Optional können zwei Substratteilstücke 102a, 102b in derselben mikromechanischen Struktur implementiert sein oder werden. Beispielsweise kann das erste Substratteilstück 102a den funktionellen Bereich der mikromechanischen Struktur 106 bereitstellen und/oder das zweite Substratteilstück 102b kann eine Elektrode der mikromechanischen Struktur 106 bereitstellen.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur kann in 100c optional aufweisen: Bearbeiten (z.B. Strukturieren, Dünnen, Dotieren) des ersten Substratteilstücks 102a. Mit anderen Worten kann eine Struktur der mikromechanischen Struktur 106, welche aus dem ersten Substratteilstück 102a gebildet wird, das bearbeitete erste Substratteilstück 102a aufweisen.
2A, 2B und 2C veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht(z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Substrat kann in 200a eine Soll-Trennschicht 202 aufweisen, mittels welcher die zwei Substratteilstücke 102a, 102b miteinander verbunden sind. Die Soll-Trennschicht 202 kann beispielsweise durch den einkristallinen Bereich 104 hindurch erstreckt sein. Die Soll-Trennschicht 202 kann das Halbleitermaterial des Substrats 102 aufweisen und einen Fremdstoff in einer größeren Fremdstoff-Konzentration als das erste und/oder das zweite Substratteilstück 102a, 102b. Alternativ oder zusätzlich kann die Soll-Trennschicht 202 mehrere Störstellen (z.B. Gitterfehler, Poren oder Kapillaren) aufweisen. Dann kann die Soll-Trennschicht 202 eine größere Störstellendichte aufweisen als das erste und/oder das zweite Substratteilstück 102a, 102b. Beispielsweise kann die Soll-Trennschicht 202 eine größere Porosität aufweisen als das erste und/oder das zweite Substratteilstück 102a, 102b.
Beispielsweise kann das Bereitstellen 100a des Substrats 102 in 200a aufweisen: Bilden der Soll-Trennschicht 202, indem eine chemische Zusammensetzung des ersten Substrats 102 zwischen den zwei Substratteilstücken 102a, 102b verändert wird.
Weiterhin kann das Verfahren in 200b aufweisen: Durchtrennen des Substrats 102, wobei das Durchtrennen erfolgt, indem ein Zusammenhalt der Soll-Trennschicht 202 aufgehoben wird. Das Aufheben des Zusammenhalts der Soll-Trennschicht 202 kann mittels eines (z.B. chemischen, thermischen oder mechanischen) Bearbeitens des Substrats 102 erfolgen. Beispielsweise kann jedes Substratteilstück der zwei Substratteilstücke 102a, 102b gegenüber dem Bearbeiten beständiger (z.B. temperaturbeständiger) sein als die Soll-Trennschicht 202. Mit anderen Worten kann die Soll-Trennschicht 202 gegenüber dem Bearbeiten eine größere Beständigkeit aufweisen als jedes Substratteilstück der zwei Substratteilstücke 102a, 102b.
Eine größere Beständigkeit hat eine langsamere Veränderung zur Folge, z.B. keine Veränderung. Beispielsweise kann eine Struktur (z.B. ein Bereich oder eine Schicht) und/oder kann ein Material von dem Bearbeiten weniger und/oder langsamer verändert werden je größer dessen Beständigkeit ist. Die Beständigkeit kann auf eine bestimmte Art der Bearbeitung bezogen sein und/oder für verschiedene Arten der Bearbeitung voneinander abweichen.
Die mechanisch weniger beständige Struktur (z.B. Bereich oder Schicht) und/oder das mechanisch weniger beständige Material kann beispielsweise eine kleinere Bruchfestigkeit, Bruchkraft, Zugfestigkeit und/oder mechanische Härte aufweisen als die mechanisch mehr beständige Struktur (z.B. Bereich oder Schicht) und/oder das mechanisch beständigere Material. Die chemisch weniger beständige Struktur (z.B. Bereich oder Schicht) und/oder das chemisch weniger beständige Material kann beispielsweise eine größere chemische Reaktivität gegenüber einem chemischen Bearbeitungsmittel aufweisen als die chemisch beständigere Struktur (z.B. Bereich oder Schicht) und/oder das mechanisch mehr beständige Material.
Eine Beständigkeit kann beispielsweise reduziert sein oder werden, indem eine Oberfläche vergrößert ist oder wird. Damit kann beispielsweise einem chemisch reaktiven Ätzmittel eine größere Oberfläche bereitgestellt sein oder werden, an dem das Ätzmittel angreifen kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Beständigkeit erhöht sein oder werden, indem eine mechanische Härte und/oder Bruchkraft erhöht und/oder eine chemische Reaktivität gegenüber dem Ätzmittel reduziert (auch als Passivieren bezeichnet) wird. Die chemische Reaktivität kann die Fähigkeit eines Materials beschreiben, eine chemische Reaktion einzugehen, z.B. die Geschwindigkeit mit welcher die chemische Reaktion erfolgt oder die Energieschwelle, die nötig ist, um die Rektion in Gang zu setzen (auch als Aktivierungsenergie bezeichnet). Beispielsweise kann die chemische Reaktion eine Bildung von Poren bewirken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als temperaturstabil im Zusammenhang mit einer Temperatur verstanden werden, als dass eine Struktur oder ein Material zumindest bis zu der Temperatur belastet werden kann, ohne seine Funktion und/oder Form zu verlieren. Beispielsweise kann die Struktur oder das Material zumindest bis zu der Temperatur keine oder kaum chemischen Reaktionen mit deren Umgebung eingehen und/oder chemisch stabil bleiben. Beispielsweise kann die Struktur oder das Material zumindest bis zu der Temperatur ihren Aggregatszustand und/oder ihre chemische Zusammensetzung beibehalten. Beispielsweise kann die Struktur oder das Material zumindest bis zu der Temperatur ihre Form und/oder ihr Volumen beibehalten (d.h. ohne sich strukturell zu verändern). Beispielsweise kann die Temperatur, bis zu welcher die Struktur oder das Material temperaturstabil ist, eine Temperatur sein, bei der sich der Aggregatszustand der Struktur oder des Materials ändert, z.B. eine Schmelztemperatur, oder kann ein Übergangstemperatur sein, z.B. ein Glasübergangstemperatur.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Durchtrennen ein subtraktives Bearbeiten aufweisen, wie beispielsweise Zerteilen, Abtragen oder Spanen.
Das Abtragen kann als eine Gruppe von (thermischen und/oder chemischen) Bearbeitungsprozessen verstanden werden, welche zur Hauptgruppe Trennen gehören. Diese Gruppe von Bearbeitungsprozessen kann im Gegensatz zum Spanen oder Zerteilen, auf nicht-mechanischem Wege einzelne Werkstückschichten oder -teile abtrennen. Das Abtragen kann beispielsweise aufweisen: thermisches Abtragen (z.B. Laserstrahlbearbeitung, Plasmaätzen), chemisches Abtragen (z.B. Ätzen), elektrochemisches Abtragen (z.B. Elektroerodieren). Das Durchtrennen kann beispielsweise erfolgen, indem die Soll-Trennschicht 202 abgetragen wird, z.B. mittels thermischen Abtragens (z.B. Laserstrahlbearbeitung, Plasmaätzen), chemischen Abtragens (z.B. Ätzen), Wasserstrahlschneidens und/oder elektrochemischen Abtragens (z.B. Elektroerodieren). Das Durchtrennen kann beispielsweise erfolgen, indem die Soll-Trennschicht 202 mittels eines Ätzmittels zumindest teilweise entfernt wird. Damit kann eine Verbindung der zwei Substratteilstücke 102a, 102b gelöst werden.
Das Zerteilen kann aufweisen, den Substrat 102 in mehrere Teile zu trennen, z.B. ohne Spanbildung, z.B. mittels Reißens, mittels Brechens und/oder mittels Schneidens. Das Durchtrennen kann beispielsweise erfolgen, indem das Substrat 102 zerteilt wird, z.B. indem das Substrat 102 in der Soll-Trennschicht zerrissen oder zerbrochen wird. Beispielsweise kann eine mechanische Kraft (z.B. eine Zugkraft) auf die Soll-Trennschicht übertragen werden, welche die Bruchkraft der Soll-Trennschicht übersteigt.
Beispielsweise kann das Bilden der Soll-Trennschicht 202 in 200a aufweisen: Verändern einer chemischen Zusammensetzung zwischen den zwei Substratteilstücken 102a, 102b. Mit anderen Worten kann eine Grenzschicht 202 (auch als Grenzfläche 202 bezeichnet) zwischen den zwei Substratteilstücken 102a, 102b chemisch verändert werden. Beispielsweise kann mittels des Veränderns eine Beständigkeit des Substrats 102 in der veränderten Grenzschicht 202 zwischen den zwei Substratteilstücken 102a, 102b gegenüber dem Durchtrennen reduziert werden.
Beispielsweise kann das Bilden der Soll-Trennschicht 202 in 200c aufweisen: Verändern einer chemischen Zusammensetzung zwischen den zwei Substratteilstücken 102a, 102b mittels einer Ionenimplantation 204 (auch als Dotieren der Grenzschicht 202 bezeichnet). Optional kann das Verfahren in 200c aufweisen: Verändern einer chemischen Zusammensetzung des ersten Substratteilstücks 102a mittels Ionenimplantation 204 (auch als Dotieren des ersten Substratteilstücks 102a bezeichnet). Mit anderen Worten kann mittels einer ersten Ionenimplantation 204 die Soll-Trennschicht 202 zwischen den zwei Substratteilstücken 102a, 102b gebildet sein oder werden und mittels einer optionalen zweiten Ionenimplantation 204 kann ein Verändern des ersten Substratteilstücks 102a erfolgen. Optional können sich die erste Ionenimplantation 204 und die zweite Ionenimplantation 204 unterscheiden, z.B. in zumindest dem implantierten Material und/oder der Implantationstiefe der Implantationsenergie.
Mittels der Ionenimplantation 204 kann ein Fremdstoff (z.B. ein chemisches Element) in Form von Ionen des Fremdstoffs in das Substrat 102 und/oder das erste Substratteilstück 102a eingebracht werden. Beispielsweise kann eine Konzentration (auch als Fremdstoff-Konzentration bezeichnet) des Fremdstoffs in dem veränderten Abschnitt erhöht werden, z.B. in der Grenzschicht 202 und/oder in dem ersten Substratteilstück 102a. Optional kann eine Reaktion des Fremdstoffs mit dem Halbleitermaterial der Grenzschicht 202 angeregt werden, z.B. mittels einer thermischen Behandlung.
Beispielsweise kann mittels der Ionenimplantation 204 eine Fremdstoff-Konzentration (d.h. eine Anzahl von Atomen des Fremdstoffs) in der Grenzschicht 202 oder in dem ersten Substratteilstück 102a gebildet (z.B. vergrößert) sein oder werden, beispielsweise von mehr als in dem zweiten Substratteilstück 102b und/oder von mehr als ungefähr 10¹⁵ Atomen pro Kubikzentimeter (Atome/cm³), z.B. von mehr als ungefähr 10¹⁶ Atome/cm³, z.B. von mehr als ungefähr 10¹⁷ Atome/cm³, z.B. von mehr als ungefähr 10¹⁸ Atome/cm³, z.B. von bis zu ungefähr 10¹⁹ Atome/cm³. Die Ionenimplantation 204 kann es ermöglichen, die Lage und/oder Dicke der Soll-Trennschicht 202 mit einer anschaulich möglichst geringen Abweichung von der Vorgabe bereitzustellen.
Das Verändern der chemischen Zusammensetzung der Grenzschicht 202 zwischen dem ersten Substratteilstück 102a und dem zweiten Substratteilstück 102b kann aufweisen, eine mechanische Charakteristik der Grenzschicht 202 zu verändern, z.B. dessen mechanische Bruchfestigkeit zu verringern und/oder dessen Porosität zu erhöhen. Beispielsweise kann mittels der ersten Ionenimplantation 204 zumindest Wasserstoff in die Grenzschicht 202 eingebracht sein oder werden. Mit anderen Worten kann der in die Grenzschicht eingebrachte Fremdstoff (auch als zweiter Fremdstoff bezeichnet) zumindest Wasserstoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Mit anderen Worten kann der zweite Fremdstoff Wasserstoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Optional kann ein Hydrieren erfolgen, d.h. die Addition von Wasserstoff an das oder die chemischen Elemente bzw. die Verbindung daraus, aus dem die Grenzschicht 202 zusammengesetzt ist.
Alternativ oder zusätzlich können Störstellen (z.B. Gitterfehler, Poren oder Kapillaren) in der Grenzschicht 202 gebildet werden, z.B. mittels einer strukturellen Veränderung der Grenzschicht 202. Nach dem Verändern kann die Grenzschicht 202 eine größere Störstellendichte aufweisen als das erste und/oder zweite Substratteilstück 102a, 102b. Beispielsweise kann die Soll-Trennschicht 202 eine größere Porosität aufweisen als das erste und/oder zweite Substratteilstück 102a, 102b. Die Störstellendichte kann die Anzahl von Störstellen (z.B. Poren) pro Volumen bezeichnen, d.h. eine räumliche Dichte. Die Störstellen können künstlich erzeugt werden, um die Beständigkeit einzustellen. Die Störstellen können die mechanische Beständigkeit gegenüber dem Durchtrennen reduzieren.
Das Verändern der chemischen Zusammensetzung des ersten Substratteilstücks 102a kann aufweisen eine mechanische Charakteristik (z.B. mechanische Härte, Elastizitätsmodul und/oder mechanische Steifigkeit) und/oder elektrische Charakteristik (z.B. elektrische Leitfähigkeit oder elektrischer Widerstand) des ersten Substratteilstücks 102a zu verändern, z.B. verringern. Damit können beispielsweise die mechanischen Eigenschaften der später gebildeten funktionellen Struktur oder die elektrischen Eigenschaften einer später daraus gebildeten Elektrode an vorgegebene Anforderungen angepasst werden. Beispielsweise kann mittels der optionalen zweiten Ionenimplantation 204 zumindest Stickstoff und/oder Phosphor in das erste Substratteilstück 102a eingebracht sein oder werden. Mit anderen Worten kann der in das erste Substratteilstück 102a eingebrachte Fremdstoff (auch als zweiter Fremdstoff bezeichnet) zumindest Stickstoff und/oder Phosphor aufweisen oder daraus gebildet sein.
Anschaulich kann die erste Ionenimplantation 204 durch das erste einkristalline Substratteilstück 102a hindurch erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Ionenimplantation 204 in das erste einkristalline Substratteilstück 102a hinein erfolgen.
3A, 3B und 3C veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.
Das Verfahren kann in 300a aufweisen: Befestigen des Substrats 102 (auch als erstes Substrat 102 bezeichnet), z.B. mit der ersten Hauptprozessierseite 102o, an einem zusätzlichen Substrat 302 (auch als zweites Substrat 302 bezeichnet) vor dem Durchtrennen. Beispielsweise kann das erste Substratteilstück 102a an dem zweiten Substrat 302 befestigt werden.
Das zweite Substrat 302 kann sich von dem ersten Substrat 102 unterscheiden, in zumindest einer chemischen Zusammensetzung und/oder in zumindest einem Kristallisation-Typ. Beispielsweise kann das erste Substrat eine größere Schmelztemperatur als das zweite Substrat 302 und/oder von mehr als 900°C aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Substrat 302 ein Halbleitermaterial (z.B. Si), ein Isolator (d.h. ein elektrisch isolierendes Material, wie z.B. SiO₂), eine Keramik, ein Metall (z.B. Wolfram oder Molybdän) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Das Befestigen kann in 300a beispielsweise aufweisen, das erste Substrat 102 und das zweite Substrat 302 miteinander zu verbinden, z.B. mittels eines Klebers, mittels Bondens (z.B. mittels hydrophilen Bondens, anodischen Bondens und/oder thermischen Bondens) und/oder mittels Laserstrahlschweißens. Das Bonden und/oder das Laserstrahlschweißen können eine unlösbare Verbindung bilden. Das Schweißen kann mittels lokaler Wärmezufuhr erfolgen, z.B. bis zum lokalen Schmelzen des erstens Substrats 102 und/oder des zweiten Substrats, und kann optional aufweisen eine zusätzliche Krafteinwirkung (Druck) auf diese auszuüben, welche das erste Substrat 102 und das zweite Substrat 302 gegeneinander presst. Das Bonden kann mittels einer chemischen Reaktion des erstens Substrats 102 und/oder des zweiten Substrats 302 miteinander erfolgen, welche in Gang gesetzt wird bei einer Temperatur unterhalb deren Schmelztemperatur. Optional können das erste Substrat 102 und/oder das zweite Substrat 302 erwärmt werden, z.B. auf eine Temperatur in einem Bereich 100°C von ungefähr bis ungefähr 700°C.
Das Befestigen kann in 300a beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung erfolgen. Die stoffschlüssige Verbindung kann als Verbindung verstanden werden, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Die stoffschlüssige Verbindung kann eine unlösbare Verbindung (auch als irreversible Verbindung bezeichnet) sein, d.h. die sich nur durch Zerstörung der Verbindungspartner aufheben lässt. Die stoffschlüssige Verbindung kann aufweisen: Bonden, Schweißen und/oder Kleben. Beispielsweise kann eine unlösbare Verbindung mittels einer Chemisorption gebildet sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die unlösbare stoffschlüssige Verbindung eine atomar-stoffschlüssige Verbindung aufweisen oder daraus gebildet sein, d.h. mittels atomarer Kräfte (z.B. mittels chemischer Bindungen zwischen den Verbindungspartnern) zusammengehalten werden, z.B. mittels starker atomarer Kräfte (wie beispielsweise bei einer Chemisorption).
Beispielsweise kann das Verbinden des ersten Substrats 102 und des zweiten Substrats 302 miteinander mittels einer (z.B. hydrophilen) Adhäsionsschicht 304 erfolgen, wie in mit Bezug auf 300b genau beschrieben wird. Die Adhäsionsschicht 304 kann zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 302 angeordnet sein oder werden.
Beispielsweise kann eine Kraft (auch als Haftkraft bezeichnet), mit der das erste Substrat 102 und das zweite Substrats 302 aneinander befestigt, z.B. miteinander verbunden, sind, größer sein als ein Bruchkraft der Soll-Trennschicht 202. Beispielsweise kann die Verbindung (z.B. die Adhäsionsschicht 304) zwischen den zwei Substraten 102, 302 eine Kraft zwischen diesen vermitteln, welche größer ist als deren Bruchkraft oder die Bruchkraft der Soll-Trennschicht 202. Auf die Fläche der Verbindung bezogen kann die Bruchkraft der Zugfestigkeit (in Kraft pro Fläche) entsprechen. Anschaulich kann eine unlösbare Verbindung bereitgestellt sein oder werden, welche zwischen den zwei Substraten 102, 302 eine Kraft vermittelt, welche größer ist als deren Bruchkraft. Die Bruchkraft kann verstanden werden als Kraft, welche benötigt wird, um die Komponente zu brechen oder zu zerreißen.
Mit anderen Worten kann die Verbindung zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 302 gegenüber dem Durchtrennen eine größere Beständigkeit aufweisen als die Soll-Trennschicht 202.
Das Befestigen des ersten Substrats 102 an dem zweiten Substrat 302 und das nachfolgende Durchtrennen des ersten Substrats 102 können auch als Transferieren des ersten Substratteilstücks 102a bezeichnet werden.
Ferner kann das Verfahren in 300a aufweisen, das Substrat 102 zu durchtrennen, wobei das erste Substratteilstück 102a an dem zweiten Substrat 302 befestigt ist oder bleibt.
In 300b kann das Substrat 102 eine Adhäsionsschicht 304 aufweisen. Beispielsweise kann das Bereitstellen des Substrats 102 in 300b aufweisen: Bilden der Adhäsionsschicht 304 auf der ersten Hauptprozessierseite 102o. Die Adhäsionsschicht 304 kann beispielsweise über (z.B. in körperlichem Kontakt mit dem) ersten Substratteilstück 102a gebildet werden, z.B. indem ein (z.B. hydrophiles) Material (auch als Adhäsionsmaterial bezeichnet), aus dem die Adhäsionsschicht 304 gebildet werden soll über dem ersten Substratteilstück 102a angeordnet wird. Das Anordnen des (z.B. dielektrischen) Adhäsionsmaterials kann mittels eines Beschichtungsprozesses erfolgen, z.B. mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD). Das Adhäsionsmaterial kann ein Oxid und/oder ein Dielektrikum aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein Halbleiteroxid, z.B. Siliziumoxid.
Alternativ kann zum Bilden der Adhäsionsschicht 304 ein Teil des Substrats 102 auf der ersten Hauptprozessierseite 102o chemisch verändert, z.B. umgewandelt (z.B. oxidiert), werden, wobei aus dem chemisch veränderten Material des Substrats 102 (z.B. ein Oxid) die Adhäsionsschicht 304 gebildet wird.
Beispielsweise kann die Adhäsionsschicht 304 ein Oxid (z.B. des Halbleitermaterials des Substrats 102) aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein Halbleiteroxid wie Siliziumoxid (SiO_2-x, mit 2 > x ≥ 0).
Beispielsweise kann das Befestigen in 300a mittels der Adhäsionsschicht 304 erfolgen, z.B. indem die Adhäsionsschicht erhitzt wird. Dazu kann die Adhäsionsschicht 304 mit dem zusätzlichen Substrat in körperlichen Kontakt gebracht werden. Beispielsweise kann die Adhäsionsschicht 304 in körperlichem Kontakt mit dem ersten Substratteilstück 102a sein.
Optional kann das Verfahren in 300b aufweisen: Verändern einer chemischen Zusammensetzung des ersten Substratteilstücks 102a, welches an dem zweiten Substrat 302 befestigt ist, mittels der zweiten Ionenimplantation 204 (auch als Dotieren des ersten Substratteilstücks 102a bezeichnet). Die zweite Ionenimplantation 204 kann eingerichtet sein wie in 200c.
4A, 4B und 4C veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 400a aufweisen: Freilegen (z.B. mechanisches Freigeben) zumindest eines Abschnitts 404 (auch als freihängender Abschnitt 404 bezeichnet) des ersten Substratstücks 102a, z.B. in dem ein Teil des zweiten Substrats 302 entfernt wird und/oder indem ein verbleibender Rest der Adhäsionsschicht 304 entfernt wird, z.B. jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten. Das Freilegen kann aufweisen eine Öffnung 302o, z.B. eine Durchgangsöffnung 302o (d.h. sich eine durch das Substrat hindurch erstreckende Öffnung 302o), in dem zweiten Substrat 302 zu bilden. Die Öffnung 302o kann beispielsweise einen Hohlraum des zweiten Substrats 302 aufweisen oder daraus gebildet sein.
Beispielsweise kann die mikromechanische Struktur 106 eine Elektrode aufweisen, welche das Substratstück 102a aufweist, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird. Alternativ oder zusätzlich kann die mikromechanische Struktur 106 eine Membran aufweisen, welche das Substratstück 102a aufweist, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird.
Die mikromechanische Struktur 106, z.B. dessen erstes Substratstück 102a, kann einen ersten Abschnitt 402 (auch als Aufhängungsabschnitt 402 oder Befestigungsabschnitt 402 bezeichnet) und einen (z.B. daran angrenzenden) zweiten Abschnitt 404 (auch als freihängenden Abschnitt 404 bezeichnet) aufweisen. Der freihängende Abschnitt 404 kann mittels des Befestigungsabschnitts 402 an dem zweiten Substrat 302 befestigt (z.B. aufgehangen) sein.
Der freihängende Abschnitt 404 kann beispielsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten (z.B. auf der dem zweiten Substrat 302 zugewandten und der entsprechend diesem abgewandten Seite) freigelegt sein oder werden.
Der freihängende Abschnitt 404 kann einen Abschnitt des ersten Substratstücks 102a (z.B. dessen einkristallinen Teilbereichs 104a) aufweisen oder daraus gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Befestigungsabschnitt 402 einen Abschnitt des ersten Substratstücks 102a (z.B. dessen einkristallinen Teilbereichs 104a) aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann sich das erste Substratstück 102a (z.B. dessen einkristalliner Teilbereich 104a) von der Aufhängung der mikromechanischen Struktur 106 bis in den freihängenden Teil der mikromechanischen Struktur 106 erstrecken.
Beispielsweise können der freihängende Abschnitt 404 und der Befestigungsabschnitts 402 (z.B. einkristallin) monolithisch miteinander verbunden sein.
Beispielsweise kann der freihängende Abschnitt 404 (z.B. im Fall einer Membran 408) eine Dicke 404d aufweisen von weniger als ungefähr 1 µm (Mikrometer), z.B. weniger als ungefähr 660 nm, und/oder von mehr als 10 nm (z.B. größer als ungefähr 50 nm, z.B. größer als ungefähr 100 nm, z.B. größer als ungefähr 150 nm, z.B. größer als ungefähr 200 nm), z.B. in einem Bereich von ungefähr 150 nm bis ungefähr 660 nm.
Beispielsweise kann der freihängende Abschnitt 404 (z.B. im Fall eines Cantilevers 410) eine Dicke 404d aufweisen von weniger als ungefähr 5 µm (z.B. weniger als ungefähr 3 µm, z.B. weniger als ungefähr 1 µm, z.B. weniger als ungefähr 0,5 µm) und/oder von mehr als 10 nm (z.B. größer als ungefähr 50 nm, z.B. größer als ungefähr 100 nm, z.B. größer als ungefähr 150 nm, z.B. größer als ungefähr 200 nm), z.B. in einem Bereich von ungefähr 2 µm bis ungefähr 4 µm, z.B. ungefähr 3 µm.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 400a optional aufweisen: Dünnen und/oder Planarisieren des ersten Substratteilstück 102a oder zumindest des ersten Teilbereichs 104a.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 400b aufweisen: Bilden einer Membran 408, welcher das erste Substratteilstück 102a oder zumindest den ersten Teilbereich 104a aufweist oder daraus gebildet ist. Die Membran 408 kann eingerichtet sein in einem zentralen Bereich (auch als funktioneller Bereich bezeichnet) des freihängenden Abschnitts 404 ausgelenkt zu werden, welcher z.B. in einem Abstand von dem zweiten Substrat 302 angeordnet ist, z.B. über der Öffnung 302o. Während des Auslenkens kann ein Umfangsbereich des freihängenden Abschnitts 404 (an oder nahe dem zweiten Substrat 302 angeordnet) der Membran 408 mittels des Befestigungsabschnitts 402 (z.B. unbeweglich) festgehalten sein oder werden (auch als Auflager oder Einspannung bezeichnet).
Die Membran 408 kann als ein flächenförmiges Strukturelement, wie eine Platte, verstanden werden, welche an einer oder mehreren Umfangsbereichen mittels eines (beispielsweise peripher angeordneten und/oder den zentralen Bereich umgebenden) Befestigungsabschnitts 402 verankert ist. Wenn die Membran 408 einer mechanischen Belastung ausgesetzt wird, leitet diese die Last auf den Befestigungsabschnitt 402 um, an dem diese entgegen einer Scherbeanspruchung fixiert ist. Die Membran 408 kann mittels des zweiten Substrats 302 getragen werden.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 400c aufweisen: Bilden eines Cantilevers 410 (z.B. eines Kragbalkens), welcher das erste Substratteilstück 102a oder zumindest den ersten Teilbereich 104a aufweist oder daraus gebildet ist. Der Cantilever 410 kann eingerichtet sein in einem ersten Endbereich 410e (auch als funktioneller Bereich bezeichnet) des freihängenden Abschnitts 404 (in einem Abstand von dem zweiten Substrat 302) ausgelenkt zu werden, während der zweite (diesem gegenüberliegende) Endbereich 420e des freihängenden Abschnitts 404 (an oder nahe dem zweiten Substrat 302) mittels des Befestigungsabschnitts 402 (z.B. unbeweglich) festgehalten wird. Der Endbereich 410e des freihängenden Abschnitts 404 kann mittels eines Spalts (dem Umfangsbereich gegenüberliegend) von dem zweiten Substrat 302 separiert sein, z.B. auslenkbar.
Der Cantilever 410 kann als ein längserstrecktes Strukturelement, wie eine längliche Platte oder ein Balken, verstanden werden, welche an einem (beispielsweise dem ersten Endbereich gegenüberliegenden) zweiten Endbereich 420e mittels eines Befestigungsabschnitts 402 verankert ist. Mit anderen Worten kann der Cantilever 410 einen hervorstehenden ersten Endbereich 410e aufweisen, welcher einseitig gelagert ist. Wenn der Cantilever 410 einer mechanischen Belastung ausgesetzt wird, leitet dieser die Last auf den Befestigungsabschnitt 402 um, an dem dieser entgegen einer Scherbeanspruchung fixiert ist. Der Cantilever 410 kann mittels des zweiten Substrats 302 getragen werden.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 400a, in 400b und/oder in 400c aufweisen: Bilden einer zusätzlichen Schicht 412 (auch als Basisschicht 412 bezeichnet) über dem ersten Substratteilstück 102a (z.B. über dem ersten Abschnitt 402 und/oder über dem zweiten Abschnitt 404), z.B. mittels PVD oder CVD. Die Basisschicht 412 und das erste Substratteilstück 102a können sich voneinander unterscheiden, z.B. in ihrem Halbleitermaterial und/oder in ihrem Kristallisation-Typ. Beispielsweise kann die Basisschicht 412 polykristallin sein und/oder Si aufweisen oder daraus gebildet sein.
Beispielsweise kann nach dem Durchtrennen des Substrats 102, und optionaler Planarisierung und Strukturierung des ersten Substratteilstücks 102a (z.B. eine SiC-Schicht aufweisend oder daraus gebildet), eine Abscheidung von Poly-Si (polykristallinem Silizium) erfolgen, die im Weiteren als funktionale Membran 408 bzw. Cantilever 410 dient. Beispielsweise kann das erste Substratteilstück 102a (z.B. SiC aufweisend oder daraus gebildet) eine stützende/stabilisierende Struktur (auch als Versteifungsstruktur bezeichnet) bereitstellen, um die Robustheit der Poly-Si-Membran zu steigern. Optional kann das erste Substratteilstück 102a strukturiert sein oder werden.
Im Allgemeinen kann die mikromechanischen Struktur 106 eine funktionelle Struktur 544, z.B. die Membran 408 und/oder den Cantilever 410 aufweisen. Die funktionelle Struktur 544 kann den verankerten Abschnitt 402 und den ausgekragten Abschnitt 404 aufweisen, welche (z.B. monolithisch) einkristallin sein können und/oder mittels Prozessierens der einkristallinen Substratstücks 102a gebildet sein oder werden können.
5A, 5B, 5C und 5D veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 500a aufweisen: Bereitstellen des zweiten Substrats 302, welches eine Elektrode 502 aufweist. Die Elektrode 502 (auch als erste Elektrode 502 bezeichnet) kann gebildet werden, bevor das erste Substrat 102 und das zweite Substrat 302 aneinander befestigt werden (auch als Vorprozessieren des zweiten Substrats 302 bezeichnet).
Die erste Elektrode 502 kann beispielsweise eine Dicke (vertikale Ausdehnung) von weniger als ungefähr 2 µm aufweisen, z.B. weniger als ungefähr 1 µm, z.B. größer als oder gleich zu ungefähr 600 nm, z.B. wenn die erste Elektrode 502 ein polykristallines Material (z.B. Polysilizium oder Nitrid) aufweist oder daraus gebildet ist.
Wird die erste Elektrode 502 aus einem Substratteilstück (wie nachfolgend beschrieben wird), z.B. aus einkristallinen Material (z.B. SiC), gebildet, kann die erste Elektrode 502 dünner ausgebildet sein oder werden, z.B. eine Dicke (vertikale Ausdehnung) aufweisend von weniger als ungefähr 600 nm aufweisen, z.B. weniger als ungefähr 300 nm, z.B. weniger als oder gleich zu ungefähr 150 nm, z.B. größer als oder gleich zu ungefähr 100 nm.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 500b aufweisen: Bilden einer zusätzlichen Elektrode 512 (auch als zweite Elektrode 512 bezeichnet), welche das erste Substratteilstück 102a oder zumindest den ersten Teilbereich 104a aufweist oder daraus gebildet ist. Die zweite Elektrode 512 kann beispielsweise eine kleinere Dicke (vertikale Ausdehnung) aufweisen als die erste Elektrode 502 (z.B. wenn die zweite Elektrode 512 mehr einkristallines Material aufweist als die erste Elektrode 502).
Im Allgemeinen kann die mikromechanischen Struktur 106 eine elektronische Komponente 502, 512 aufweisen (auch als mikroelektromechanischen Struktur 106 bezeichnet), z.B. die erste Elektrode 502 und/oder die zweite Elektrode 512. Analog zu der funktionelle Struktur 544 kann das elektronisches (aktives) Strukturelement 502, 512 einen verankerten Abschnitt 402 und den ausgekragten Abschnitt 404 aufweisen, welche (z.B. monolithisch) einkristallin sein können und/oder mittels Prozessierens der einkristallinen Substratstücks 102a gebildet sein oder werden können. Das elektronische Strukturelement 502, 512 kann eine größere Steifigkeit aufweisen als die funktionelle Struktur 544. Die Steifigkeit kann als Widerstand einer Struktur gegen elastische Verformung durch eine Kraft oder ein Drehmoment (Biegemoment oder Torsionsmoment, je nach Beanspruchung) verstanden werden. Das elektronische (aktive) Strukturelement 502, 512 kann im Betrieb der mikromechanischen Struktur 106 ein elektrisches Signal übertragen.
Das Bilden der zweiten Elektrode 512 kann aufweisen: Bilden eines Hohlraums 302h (auch als erster Hohlraum 302h bezeichnet) zwischen dem Substratteilstück 102a und der ersten Elektrode 502, z.B. indem ein Material (z.B. ein Opfermaterial) zwischen dem Substratteilstück 102a und der ersten Elektrode 502 entfernt wird.
Das Bilden des Hohlraums 302h kann beispielsweise nach dem Anordnen des ersten Substratteilstücks 102a und/oder dem Bilden der ersten Elektrode 502 erfolgen. Beispielsweise kann zwischen der ersten Elektrode 502 und dem ersten Substratteilstück 102a eine Opferschicht angeordnet sein oder werden, welche zum Bilden des Hohlraums 302h entfernt wird, z.B. mittels Frei/Herausätzung der Opferschicht. Alternativ oder zusätzlich kann die Opferschicht zur exakten Einstellung der vertikalen Abstände zwischen Membran und Elektrode(n) dienen.
Alternativ kann der Hohlraum 302h gebildet sein oder werden, bevor das erste Substratteilstück 102a über der ersten Elektrode 502 angeordnet wird, d.h. anschaulich schwebend (über dem Hohlraum 302h).
Die zweite Elektrode 512 kann beispielsweise eine Dicke (vertikale Ausdehnung) kleiner als die erste Elektrode 502 und/oder von weniger als 600 nm aufweisen, z.B. weniger als oder gleich zu ungefähr 300 nm, z.B. weniger als oder gleich zu ungefähr 150 nm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 400 nm. Beispielsweise kann die zweite Elektrode 512 unter Verwendung des einkristallinen Materials (z.B. SiC) dünner ausgebildet werden als die erste Elektrode 502 (welche eine Dicke aufweisen kann beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 610 nm bis ungefähr 2000 nm).
Das erste Substratteilstück 102a bzw. dessen erster Teilbereich 104a kann den Hohlraum 302h räumlich überspannen.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 500c aufweisen: Bilden einer funktionellen Struktur 544 (z.B. eine Membran 408 oder einen Cantilever 410 bereitstellend), welche das erste Substratteilstück 102a oder zumindest den ersten Teilbereich 104a aufweist. Das Bilden der funktionellen Struktur 544 kann aufweisen: Bilden eines ersten Hohlraums 302h zwischen dem Substratteilstück 102a und der ersten Elektrode. Die funktionelle Struktur 544 kann einen funktionellen Bereich aufweisen, welcher relativ zu dem zweiten Substrat 302 (z.B. in den ersten Hohlraum 302h hinein) auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist. Das erste Substratteilstück 102a bzw. dessen erster Teilbereich 104a kann den ersten Hohlraum 302h räumlich überspannen.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 500d aufweisen: Bilden der zweiten Elektrode 512, wobei die funktionelle Struktur 544 zwischen der zweiten Elektrode 512 und der ersten Elektrode 502 angeordnet ist. Die funktionelle Struktur 544 kann das erste Substratteilstück 102a oder zumindest den ersten Teilbereich 104a aufweisen oder daraus (bzw. zumindest aus einem Teil dessen) gebildet sein. Das Bilden der funktionellen Struktur 544 kann aufweisen: Bilden eines ersten Hohlraums 302h zwischen dem Substratteilstück 102a und der ersten Elektrode 502 und/oder Bilden eines zweiten Hohlraums 312h zwischen dem Substratteilstück 102a und der zweiten Elektrode 512.
Das Bilden des zweiten Hohlraums 312h kann beispielsweise nach dem Anordnen des ersten Substratteilstücks 102a und/oder dem Bilden der ersten Elektrode 502 und/oder der zweiten Elektrode 512 erfolgen. Beispielsweise kann zwischen der zweiten Elektrode 512 und dem ersten Substratteilstück 102a eine Opferschicht angeordnet sein oder werden, welche zum Bilden des zweiten Hohlraums 312h entfernt wird, z.B. mittels Frei/Herausätzung der Opferschicht. Alternativ oder zusätzlich kann die Opferschicht zur exakten Einstellung der vertikalen Abstände zwischen Membran und Elektrode(n) dienen.
Alternativ kann der zweite Hohlraum 312h gebildet sein oder werden, bevor die zweite Elektrode 512 über dem ersten Substratteilstück 102a angeordnet wird, d.h. anschaulich schwebend (über dem zweiten Hohlraum 312h).
Alternativ kann das Substratteilstück 102a zum Bilden der zweiten Elektrode 512 verwendet werden.
Das erste Substratteilstück 102a bzw. dessen erster Teilbereich 104a kann den ersten Hohlraum 302h und/oder den zweiten Hohlraum 312h räumlich überspannen.
Das zwischen den zwei Elektroden 502, 512 angeordnet Substratteilstück 102a kann beispielsweise die Membran 408 oder den Cantilever 410 bereitstellen. Optional kann ein zweites Substratteilstück 102b zum Bilden der zweiten Elektrode 512 verwendet werden, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird.
6A, 6B und 6C veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bereitstellen des Substrats 102 kann in 600a aufweisen: Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a (und optional der Adhäsionsschicht 304), z.B. nach dem Bilden der Soll-Trennschicht 202. Beispielsweise kann das Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a aufweisen, zumindest einen oder mehrere Bereiche der Soll-Trennschicht 202 freizulegen. Alternativ oder zusätzlich kann das Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a aufweisen, eine oder mehrere Öffnungen in dem Substratteilstück 102a zu bilden, welche das Substratteilstücks 102a beispielsweise durchdringen.
Das Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a kann mittels Ätzens erfolgen, z.B. mittels nasschemischen Ätzens, Trockenätzens (z.B. Plasmaätzens oder Sputterätzens) und/oder mittels Ionenätzens. Alternativ oder zusätzlich kann das Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a mittels einer Maske (z.B. die Maske mittels eines Photolithographie-Prozesses gebildet) erfolgen. Der Photolithographie-Prozesses kann beispielsweise aufweisen: Aufbringen einer Hartmaske (z.B. Fotolack aufweisend oder daraus gebildet) über das erste Substratteilstück 102a; und Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a mittels Ätzens des ersten Substratteilstücks 102a. Alternativ kann ein maskenloser Strukturierungsprozess verwendet werden, z.B. ein Laser-Strukturierungsprozess (z.B. ein CNC-Laserprozess, d.h. ein computergestützter numerisch gesteuerter Laserprozess).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 600b aufweisen: Bilden einer Versteifungsstruktur 602 (z.B. Streben, Streifen oder Ringe aufweisend), welche das (z.B. strukturierte) erste Substratteilstück 102a oder zumindest den ersten Teilbereich 104a aufweist oder daraus gebildet ist. Die Versteifungsstruktur 602 kann über einem auslenkbaren Bereich (z.B. dem freihängenden Abschnitt) angeordnet sein oder werden, z.B. über einer Membran 408 oder einem Cantilever 410. Beispielsweise kann das zweite Substrat 302 eine funktionelle Struktur 544 aufweisen, bevor dieses mit dem ersten Substrat 102 verbunden wird. Alternativ kann der auslenkbare Bereich auf oder über der Versteifungsstruktur 602 abgeschieden werden, z.B. polykristallines Silizium (auch als Poly-Si bezeichnet) aufweisend oder daraus gebildet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der auslenkbare Bereich zwischen der Versteifungsstruktur 602 und dem Hohlraum 302h angeordnet sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann die oder eine zusätzliche Versteifungsstruktur 602 zwischen dem Hohlraum 302h und dem auslenkbaren Bereich angeordnet sein oder werden, z.B. an den Hohlraum 302h angrenzend.
Alternativ kann der auslenkbare Bereich (z.B. eine Membran 408 oder ein Cantilever 410) das einkristalline Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein und die Versteifungsstruktur 602 kann ein polykristallines Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Poly-Si. Beispielsweise kann die Versteifungsstruktur 602 auf oder über dem auslenkbaren Bereich abgeschieden werden, z.B. polykristallines Silizium (auch als Poly-Si bezeichnet) aufweisend oder daraus gebildet.
Die Versteifungsstruktur 602 kann eine größere mechanische Härte, eine größere Steifigkeit oder ein größeres Elastizitätsmodul aufweisen als die funktionelle Struktur 544. Mittels des Strukturierens des ersten Substratteilstücks 102a kann die Steifigkeit der Versteifungsstruktur 602 verändert werden. Das Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a kann vor oder nach dem Anordnen über der auslenkbaren Struktur 408, 410 erfolgen.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 600c aufweisen: Bilden einer Versteifungsstruktur 602, welche das (z.B. strukturierte) erste Substratteilstück 102a oder zumindest den ersten Teilbereich 104a aufweist oder daraus gebildet ist, zwischen der ersten Elektrode 502 und der zweiten Elektrode 512. Die Versteifungsstruktur 602 kann über einer funktionalen Struktur angeordnet sein oder werden, z.B. über einer Membran 408 oder einem Cantilever 410.
7A und 7B veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bereitstellen des Substrats 102 kann in 700a aufweisen: Bilden der Soll-Trennschicht 202 mittels Ionenimplantation 204 durch das erste Substratteilstück 102a und durch die Adhäsionsschicht 304 hindurch. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren in 700a aufweisen: Verändern einer chemischen Zusammensetzung des ersten Substratteilstücks 102a mittels Ionenimplantation 204, z.B. der zweiten Ionenimplantation 204. Davor kann optional die erste Ionenimplantation 204 erfolgen (z.B. zum Bilden der Trennschicht 202). Alternativ oder zusätzlich können sich die erste Ionenimplantation 204 und die zweite Ionenimplantation 204 unterscheiden, z.B. in zumindest dem implantierten Material und/oder der Implantationstiefe der Implantationsenergie.
Optional kann das Verfahren in 700a aufweisen: Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a. Damit können die mechanischen Eigenschaften einer später gegebenenfalls daraus gebildeten Versteifungsstruktur angepasst sein oder werden.
Die (z.B. hydrophile) Adhäsionsschicht 304 kann beispielsweise ein (z.B. hydrophiles) Dielektrikum, z.B. ein Oxid, aufweisen oder daraus gebildet sein (auch als Oxidschicht 304 bezeichnet), z.B. ein Halbleiteroxid.
Beispielsweise kann das Substrat 102 ein einkristallines Siliziumcarbid-Substrat 102 (SiC-Substrat 102) sein oder zumindest einen SiC-Einkristallbereich 104 aufweisen.
Beispielsweise kann die Soll-Trennschicht 202 mittels Implantation 204 von Wasserstoff-Ionen (z.B. unter Verwendung von Wasserstoffgas – H₂) gebildet sein oder werden.
Das Befestigen des ersten Substrats 102 (auch als Trägersubstrat bezeichnet) an dem zweiten Substrat 302 kann in 700b aufweisen: Bonden 702 des Substrats 102 an das zusätzliche Substrat 302. Das zusätzliche Substrat 302 kann derart bereitgestellt werden (z.B. vorprozessiert sein oder werden, auch als Vorprozessierung bezeichnet), dass dieses eine erste Elektrode 502 aufweist. Die erste Elektrode 502 kann beispielsweise vorkonfiguriert bereitgestellt sein oder werden.
Das zweite Substrat 302 kann beispielsweise eine Elektroden-Lage 704 aufweisen, welche die erste Elektrode 502 aufweist. Die Elektroden-Lage 704 kann ein (z.B. hydrophiles) Adhäsionsmaterial, z.B. ein (z.B. hydrophiles) Dielektrikum (z.B. ein Oxid), aufweisen, in welche die erste Elektrode 502 eingebettet ist. Die erste Elektrode 502 kann mehrere Schichten aufweisen, von denen eine erste Schicht 502a ein Nitrid aufweisen oder daraus gebildet sein kann, eine zweite Schicht 502b ein Halbleitermaterial (z.B. Si oder SiC) aufweisen oder daraus gebildet sein kann, eine dritte Schicht 502c ein Nitrid aufweisen oder daraus gebildet sein kann und eine vierte Schicht 502d mehrere Vorsprünge aufweisen oder daraus gebildet sein kann, z.B. ein Halbleitermaterial (z.B. Si, z.B. Poly-Si) aufweisend oder daraus gebildet. Optional kann die erste Elektrode mehrere Öffnungen (Lüftungsöffnungen) aufweisen, welche die mehrere Schichten der ersten Elektrode 502 durchdringen.
Das zweite Substrat 302 (auch als Zielsubstrat bezeichnet) kann einen Substratkörper 706 aufweisen, über welchem die erste Elektrode 502 bzw. die Elektroden-Lage 704 angeordnet ist. Zwischen dem Substratkörper 706 und der ersten Elektrode 502 bzw. der Elektroden-Lage 704 kann optional eine Isolationsschicht 302p angeordnet sein oder werden, z.B. ein Oxid aufweisend oder daraus gebildet. Der Substratkörper 706 kann ein oder das Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Si.
Beispielsweise kann ein SiC-Trägersubstrat 102 in 700a mit einer oberflächigen Oxidschicht 304 bereitgestellt sein oder werden und nachfolgend mit einem bereits vorprozessierte Zielsubstrat 302 in 700b in Kontakt gebracht sein oder werden. Das Verbinden der zwei Substrate 102, 302 miteinander kann mittels eines Bondprozesses erfolgen, z.B. mittels eines molekularen (hydrophilen) Bondprozesses (d.h. molekulare Adhäsion optional verstärkt durch eine thermische Behandlung).
Optional kann die erste Elektrode 502 (z.B. die zweite Schicht 502b) ein einkristallines Substratteilstück aufweisen oder daraus (bzw. zumindest aus einem Teil dessen) gebildet sein, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird (vergleiche 1200b).
8A und 8B veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Durchtrennen des ersten Substrats 102 kann in 800a aufweisen: thermisches Bearbeitens des ersten Substrats 102, z.B. indem dem ersten Substrat 102 thermische Energie zugeführt wird. Das thermisches Bearbeiten kann aufweisen: Erwärmen des ersten Substrats 102, z.B. auf mindestens eine Temperatur bis zu welcher die Soll-Trennschicht 202 temperaturstabil ist und/oder auf mindestens ungefähr 700°C, z.B. auf mindestens ungefähr 900°C. Mittels des thermischen Bearbeitens des ersten Substrats 102 kann eine strukturelle Veränderung des ersten Substrats 102 herbeigeführt werden, z.B. in der Soll-Trennschicht 202. Die strukturelle Veränderung kann ein Aufheben der Verbindung der zwei Substratteilstücke 102a, 102b zueinander bewirken.
Beispielsweise kann in 800a mittels einer thermischen Behandlung des Verbundsystems aus den ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 302 (z.B. ungefähr 1 Stunde bei ungefähr 500–900°C) der Schichtstapel 102a, 304 (z.B. SiO₂-SiC) gemäß der vordefinierten Soll-Trennschicht 202 (auch als Spaltzone 202 bezeichnet) von dem SiC-Trägersubstrat 102 getrennt. Das SiC-Trägersubstrat kann anschließend wiederverwendet (z.B. recycled) werden und für das Bilden weiterer Sensoren auf Waferlevel dienen, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird.
Das Durchtrennen des ersten Substrats 102 kann in 800b aufweisen: Entfernen des zweiten Substratteilstück 102b von dem ersten Substratteilstück 102a. Beispielsweise kann das erste Substratteilstück 102a in 800b zumindest teilweise freigelegt sein oder werden.
Optional kann nach dem Durchtrennen in 800b ein Verändern des ersten Substratteilstücks 102a erfolgen, z.B. ein chemisches oder strukturelles Verändern des ersten Substratteilstücks 102a, z.B. ein Strukturieren oder Verändern der chemischen Zusammensetzung des ersten Substratteilstücks 102a. Das Verändern der chemischen Zusammensetzung des ersten Substratteilstücks 102a kann beispielsweise mittels der zweiten Ionenimplantation 204 erfolgen. Davor kann optional die erste Ionenimplantation 204 erfolgen (z.B. zum Bilden der Trennschicht 202). Alternativ oder zusätzlich können sich die erste Ionenimplantation 204 und die zweite Ionenimplantation 204 unterscheiden, z.B. in zumindest dem implantierten Material und/oder der Implantationstiefe der Implantationsenergie.
Das Strukturieren kann beispielsweise mittels eines Lithografie-Prozesses erfolgen und/oder mittels eines Plasmaätzens. Das Strukturieren kann beispielsweise aufweisen: Aufbringen einer Hartmaske (z.B. Fotolack aufweisend oder daraus gebildet) über das erste Substratteilstück 102a; und Strukturieren des ersten Substratteilstücks 102a mittels Ätzens des ersten Substratteilstücks 102a. Alternativ kann ein maskenloser Strukturierungsprozess verwendet werden, z.B. ein Laser-Strukturierungsprozess (z.B. ein CNC-Laserprozess, d.h. ein computergestützter numerisch gesteuerter Laserprozess).
Mittel Veränderns der chemischen Zusammensetzung des ersten Substratteilstücks 102a kann ein Elastizitätsmodul und/oder eine mechanische Härte des ersten Substratteilstücks 102a verändert werden, z.B. das Elastizitätsmodul reduziert und/oder die mechanische Härte reduziert werden. Mittels des Strukturierens des ersten Substratteilstücks 102a kann eine mechanische Steifigkeit des ersten Substratteilstücks 102a verändert werden, z.B. reduziert werden.
Die (anschaulich definiert-abgespaltete) einkristalline Schicht 102a (z.B. eine SiC-Schicht 102a) bleibt mittels der Isolatorschicht 304 (z.B. ein Oxid aufweisend oder daraus gebildet) mit dem Zielsubstrat 304 verbunden und kann beispielsweise später eine Membran eines Sensors bereitstellen. Eine optionale Veränderung der einkristallinen Schicht 102a (und damit der Membran-Eigenschaften) kann in 800b erfolgen, z.B. mittels einer Implantation von Stickstoff (N₂). Sollte aufgrund des Durchtrennens (Abspaltung) die einkristalline Schicht 102a (z.B. SiC-Schicht 102a) eine Rauigkeit größer als eine Vorgabe aufweisen, kann vor der Deposition weiterer Schichten auf der einkristallinen Schicht 102a ein Glätten (Planarisieren) erfolgen, z.B. mittels eines chemisch-mechanischen Bearbeitens (auch als CMP-Prozess bezeichnet).
9A und 9B veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 900a aufweisen: elektrisches Kontaktieren der ersten Elektrode 502 und/oder des ersten Substratteilstücks 102a. Beispielsweise kann die erste Elektrode 502 und/oder das erste Substratteilstück 102a mit einem elektrischen Kontaktpad 902 verbunden werden, z.B. mittels elektrische Leitungen (z.B. Durchkontaktierungen aufweisend), welche ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein können. Die elektrischen Kontaktpads können beispielsweise mittels einer Metallisierung 902 bereitgestellt sein oder werden. Die Metallisierung 902 kann beispielsweise mittels Durchkontaktierungen jeweils mit der ersten Elektrode 502, dem Substratkörper 706 und/oder dem ersten Substratteilstück 102a elektrisch gekoppelt (d.h. elektrisch leitfähig verbunden) sein. Die Metallisierung 902 und/oder die elektrischen Leitungen können elektrisch leitfähig sein, d.h. eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen von mehr als ungefähr 10⁶ Siemens/Meter. Die Metallisierung 902 und/oder die elektrischen Leitungen können ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein korrosionsbeständiges Metall (z.B. Edelmetall) wie Molybdän, Wolfram und/oder Gold oder auch ein anderes Metall wie Kupfer und/oder Aluminium. Alternativ oder zusätzlich kann die Metallisierung 902 ein Nitrid (z.B. Tantalnitrid) aufweisen oder daraus gebildet sein (kann ebenfalls korrosionsbeständig sein).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 900a optional aufweisen: Bilden einer oder mehrerer Schichten über dem ersten Substratteilstück 102a, von denen zumindest eine erste Schicht 904 ein Dielektrikum (z.B. ein Oxid) aufweisen oder daraus gebildet sein kann und/oder von denen zumindest eine zweite Schicht 902 (z.B. eine Metallisierung 902) ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein kann, und von denen optional zumindest eine dritte Schicht 906 ein Passivierungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein kann (auch als Passivierungsschicht 906 bezeichnet). Die Passivierungsschicht 906 kann beispielsweise mehrere Öffnungen (auch als Kontaktöffnungen bezeichnet) aufweisen, von denen jede Öffnung ein Kontaktpad der Metallisierung 902 freilegt. Die Kontaktöffnungen können beispielsweise mittels eines Ätzprozesses und/oder mittels eines Lithografie-Prozesses gebildet sein oder werden. Das Passivierungsmaterial kann elektrisch isolierend sein, d.h. eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen in einem Bereich von weniger als ungefähr 10^–6 Siemens/Meter. Beispielsweise kann das Passivierungsmaterial ein Oxid (z.B. ein Halbleiteroxid), Polymer (z.B. ein Harz oder Lack) oder Nitrid (z.B. ein Halbleiternitrid) sein.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 900a optional aufweisen: Bilden einer Öffnung 906o (erste Öffnung 906o) über dem ersten Substratteilstück 102a, z.B. in der Passivierungsschicht 906.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 900b aufweisen: Dünnen des zusätzlichen Substrats 302 und/oder Bilden einer Öffnung 706o (zweite Öffnung 706o) in dem zusätzlichen Substrat 302. Das Dünnen und/oder das Bilden der zweiten Öffnung 706o kann von einer dem ersten Substratteilstück 102a gegenüberliegenden Seite des zusätzlichen Substrats 302 erfolgen. Die Öffnung 706o kann sich beispielsweise durch den Substratkörper 706 hindurch erstrecken. Das Bilden der Öffnung 706o in dem zusätzlichen Substrat 302 kann beispielsweise an der Isolationsschicht 302p stoppen. Beispielsweise kann die Isolationsschicht 302p als Ätzstopp verwendet werden.
10 veranschaulicht ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1000 aufweisen: Freilegen (z.B. mechanisches Freigeben) der ersten Elektrode 502 und/oder des ersten Substratteilstücks 102a (zumindest in dem zweiten Abschnitt 404), z.B. jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten. Das Freilegen kann erfolgen, indem die erste Öffnung 906o und/oder indem die zweite Öffnung 706o vergrößert wird. Mittels des Freilegens kann ein Hohlraum 302h (d.h. ein Abschnitt der zweiten Öffnung 706o) zwischen der ersten Elektrode 502 und dem ersten Substratteilstück 102a gebildet sein oder werden. Die vertikale Ausdehnung des Hohlraums 302h kann mittels der Dicke der Elektroden-Lage 704 definiert sein oder werden.
Das erste Substratteilstück 102a (z.B. dessen zweiter Abschnitt 404) kann mittels des Aufhängungsabschnitt 402 mit dem zusätzlichen Substrat 302 gekuppelt sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Substratteilstück 102a (z.B. dessen zweiter Abschnitt 404) mittels des Aufhängungsabschnitts 402 elektrisch kontaktiert sein oder werden.
Der freihängende Abschnitt 404 kann mittels der ersten Öffnung 906o und/oder mittels der zweiten Öffnung 706o freigelegt sein oder werden und/oder diese voneinander separieren.
Die in 10 veranschaulichte mikromechanische Struktur 106 (z.B. ein kapazitiver Sensor) kann beispielsweise in einer Einzelelektroden-Konfiguration (auch als Einzelgegenelektroden-Konfiguration bezeichnet, z.B. kann die Membran kann als Elektrode zu Gegenelektrode aufgefasst werden) bereitgestellt sein oder werden. Die Einzelelektroden-Konfiguration kann einen funktionellen Bereich 404 aufweisen, welcher relativ zu dem zusätzlichen Substrat 302 (z.B. in den ersten Hohlraum 302h hinein) auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist, und genau eine erste Elektrode 502. Die erste Elektrode 502 und der funktionelle Bereich 404 können kapazitiv miteinander gekoppelt sein. Die erste Elektrode 502 kann zwischen dem funktionellen Bereich 404 und dem Substratkörper 706 angeordnet sein oder werden (auch als Unterseite-Einzelelektroden-Konfiguration oder Bottom-Einzelgegenelektroden-Konfiguration bezeichnet). Das erste Substratteilstück 102a kann beispielsweise die Membran 408 oder den Cantilever 410 bereitstellen.
11A und 11B veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bereitstellen des ersten Substrats 102 kann in 1100a eingerichtet sein wie in 700a.
Das Befestigen des ersten Substrats 102 an dem zweiten Substrat 302 kann in 1100b eingerichtet sein wie in 700b, nur dass die Elektrode des zweiten Substrats 302 weggelassen ist. Das zweite Substrat 302 kann in 1100b eine zusätzliche (z.B. hydrophile) Adhäsionsschicht 1104 aufweisen, welche das Adhäsionsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein kann und/oder in körperlichem Kontakt zu dem Substratkörper 706 ist. Das (z.B. dielektrische) Adhäsionsmaterial kann ein Oxid und/oder ein Dielektrikum aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein Halbleiteroxid, z.B. Siliziumoxid.
12A und 12B veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Durchtrennen des ersten Substrats 102 kann in 1200a eingerichtet sein wie in 800a (nur dass das zweite Substrat 302 keine Elektrode aufweist). Das optionale Verändern des ersten Substratteilstücks 102a kann in 1200b eingerichtet sein wie in 800b.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in 1200b das Bilden einer ersten Elektrode 502 erfolgen, welche (z.B. deren zweite Schicht 502b) das erste Substratteilstück 102a aufweist oder daraus gebildet ist (auch als Vorprozessieren des zweiten Substrats 302 bezeichnet). In dem Fall kann mit Verfahrensschritt 800a fortgefahren werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, eine funktionelle Struktur 544 zu bilden, welche das erste Substratteilstück 102a aufweist oder daraus gebildet ist. In dem Fall kann mit Verfahrensschritt 1300a fortgefahren werden.
13A und 13B veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1300a aufweisen: Bilden der zweiten Elektrode 512 über dem ersten Substratteilstück 102a.
Die zweite Elektrode 512 kann mehrere Schichten aufweisen, von denen eine erste Schicht 512a ein Nitrid aufweisen oder daraus gebildet sein kann, eine zweite Schicht 512b ein Halbleitermaterial (z.B. Si, z.B. Poly-Si) aufweisen oder daraus gebildet sein kann, eine dritte Schicht 512c ein Nitrid aufweisen oder daraus gebildet sein kann und eine vierte Schicht mehrere Vorsprünge aufweisen oder daraus gebildet sein kann, z.B. ein Halbleitermaterial (z.B. Si, z.B. Poly-Si) aufweisend oder daraus gebildet. Optional kann die zweite Elektrode 512 mehrere Öffnungen (Lüftungsöffnungen) aufweisen, welche die mehrere Schichten der zweiten Elektrode 512 durchdringen.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1300a ferner aufweisen: elektrisches Kontaktieren der zweiten Elektrode 512 und/oder des ersten Substratteilstücks 102a. Beispielsweise kann die zweite Elektrode 512 und/oder das erste Substratteilstück 102a mit einem elektrischen Kontaktpad 902 verbunden werden, z.B. mittels elektrische Leitungen (z.B. Durchkontaktierungen), welche ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein können. Die elektrischen Kontaktpads können beispielsweise mittels einer Metallisierung 902 bereitgestellt sein oder werden. Die Metallisierung 902 kann beispielsweise mittels Durchkontaktierungen jeweils mit der zweiten Elektrode 512, dem Substratkörper 706 und/oder dem ersten Substratteilstück 102a elektrisch gekoppelt (d.h. elektrisch leitfähig verbunden) sein. Die Metallisierung 902 und/oder die elektrischen Leitungen können elektrisch leitfähig sein, d.h. eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen von mehr als ungefähr 10⁶ Siemens/Meter. Die Metallisierung 902 und/oder die elektrischen Leitungen können ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. ein korrosionsbeständiges Metall (z.B. Edelmetall) wie Molybdän, Wolfram und/oder Gold oder auch ein anderes Metall wie Kupfer und/oder Aluminium. Alternativ oder zusätzlich kann die Metallisierung 902 ein Nitrid (z.B. Tantalnitrid) aufweisen oder daraus gebildet sein (kann ebenfalls korrosionsbeständig sein).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1300a optional aufweisen: Bilden einer oder mehrerer Schichten über dem ersten Substratteilstück 102a, von denen zumindest eine Schicht 904 ein Oxid aufweisen oder daraus gebildet sein kann und/oder von denen zumindest eine Schicht 902 eine Metallisierung 902 aufweisen oder daraus gebildet sein kann, und von denen optional zumindest eine Schicht 906 ein Passivierungsmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein kann. Die Passivierungsschicht 906 kann beispielsweise mehrere Öffnungen aufweisen, von denen jede Öffnung ein Kontaktpad der Metallisierung 902 freilegt. Das Passivierungsmaterial kann elektrisch isolierend sein, d.h. eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen von weniger als ungefähr 10^–6 Siemens/Meter. Beispielsweise kann das Passivierungsmaterial ein Oxid (z.B. ein Halbleiteroxid), Polymer (z.B. ein Harz oder Lack) oder Nitrid (z.B. ein Halbleiternitrid) sein.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1300a optional aufweisen: Bilden einer ersten Öffnung 906o über dem ersten Substratteilstück 102a und/oder über der zweiten Elektrode, z.B. in der Passivierungsschicht 906.
Das Bilden der zweiten Elektrode 512 kann in 1300a optional aufweisen: Bilden der zweiten Elektrode 512 (z.B. deren zweite Schicht 512b), welche ein zweites einkristallines Substratteilstück 102b aufweist oder daraus gebildet ist. Beispielsweise kann das zweite einkristalline Substratteilstück 102b mittels eines Durchtrennens des Substratrests bereitgestellt sein oder werden.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1300b aufweisen: Dünnen des zusätzlichen Substrats 302 und/oder Bilden einer zweiten Öffnung 706o in dem zusätzlichen Substrat 302. Das Dünnen und/oder das Bilden der zweiten Öffnung 706o kann von einer dem ersten Substratteilstück 102a gegenüberliegenden Seite des zusätzlichen Substrats 302 erfolgen. Die Öffnung 706o kann sich beispielsweise durch den Substratkörper 706 hindurch erstrecken. Das Bilden der Öffnung 706o in dem zusätzlichen Substrat 302 kann beispielsweise an der zusätzlichen Adhäsionsschicht 1104 stoppen. Beispielsweise kann die zusätzliche Adhäsionsschicht 1104 als Ätzstopp verwendet werden.
14 veranschaulicht ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1400 aufweisen: Freilegen (z.B. mechanisches Freigeben) der zweiten Elektrode 512 und/oder des ersten Substratteilstücks 102a. Das Freilegen kann erfolgen, indem die erste Öffnung 906o und/oder indem die zweite Öffnung 706o vergrößert wird, z.B. jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten. Mittels des Freilegens kann ein Hohlraum 312h (d.h. ein Abschnitt der ersten Öffnung 906o) zwischen der zweiten Elektrode 512 und dem ersten Substratteilstück 102a gebildet sein oder werden.
Das erste Substratteilstück 102a kann mittels des Aufhängungsabschnitt 402 mit dem zusätzlichen Substrat 302 gekuppelt sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Substratteilstück 102a mittels des Aufhängungsabschnitts 402 elektrisch kontaktiert sein oder werden.
Der freihängende Abschnitt 404 kann mittels der ersten Öffnung 906o und/oder mittels der zweiten Öffnung 706o freigelegt sein oder werden und/oder diese voneinander separieren.
Die in 14 veranschaulichte mikromechanische Struktur 106 (z.B. ein kapazitiver Sensor) kann beispielsweise in einer Einzelelektroden-Konfiguration (auch als Einzelgegenelektroden-Konfiguration bezeichnet) bereitgestellt sein oder werden. Die Einzelelektroden-Konfiguration kann einen funktionellen Bereich 404 aufweisen, welcher relativ zu dem zusätzlichen Substrat 302 auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist, und genau eine zweite Elektrode 512. Die zweite Elektrode 512 und der funktionelle Bereich 404 können kapazitiv miteinander gekoppelt sein. Der funktionelle Bereich 404 kann zwischen der zweiten Elektrode 512 und dem Substratkörper 706 angeordnet sein oder werden (auch als Oberseite-Einzelelektroden-Konfiguration oder Top-Einzelgegenelektroden-Konfiguration bezeichnet).
Das zwischen der zweiten Elektrode 512 und dem Substratkörper 706 angeordnete Substratteilstück 102a kann beispielsweise die Membran 408 oder den Cantilever 410 bereitstellen. Alternativ kann das erste Substratteilstück 102a zum Bilden der zweiten Elektrode 512 verwendet werden. Beispielsweise kann die zweite Schicht 512b der zweiten Elektrode 512 das erste Substratteilstück 102a aufweisen oder daraus (bzw. zumindest aus einem Teil dessen) gebildet sein.
Optional kann ein zweites Substratteilstück 102b zum Bilden der zweiten Elektrode 512 verwendet werden. Beispielsweise kann die zweite Schicht 512b der zweiten Elektrode 512 das zweite Substratteilstück 102b aufweisen oder daraus (bzw. zumindest aus einem Teil dessen) gebildet sein.
15A und 15B veranschaulichen jeweils ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1500a aufweisen: Bereitstellen des ersten Substratteilstücks 102a und/oder des zweiten Substrats 302, z.B. eingerichtet wie in 800a und/oder in 800b.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1500a aufweisen: Bilden der zweiten Elektrode 512 über dem ersten Substratteilstück 102a, z.B. eingerichtet wie 1300a.
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1500b aufweisen: Dünnen des zusätzlichen Substrats 302 und/oder Bilden einer Öffnung 706o (zweite Öffnung 706o) in dem zusätzlichen Substrat 302. Das Dünnen und/oder das Bilden der zweiten Öffnung 706o kann von einer dem ersten Substratteilstück 102a gegenüberliegenden Seite des zusätzlichen Substrats 302 erfolgen. Die Öffnung 706o kann sich beispielsweise durch den Substratkörper 706 hindurch erstrecken. Das Bilden der Öffnung 706o in dem zusätzlichen Substrat 302 kann beispielsweise an der Isolationsschicht 302p stoppen. Beispielsweise kann die Isolationsschicht 302p als Ätzstopp verwendet werden.
Die Metallisierung 902 (z.B. Kontaktpads aufweisend) kann beispielsweise mittels Durchkontaktierungen jeweils mit der ersten Elektrode 502, der zweiten Elektrode 512, dem Substratkörper 706 und/oder dem ersten Substratteilstück 102a elektrisch gekoppelt (d.h. elektrisch leitfähig verbunden) sein. Die Metallisierung 902 und/oder die elektrischen Leitungen können elektrisch leitfähig sein, d.h. eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen von mehr als ungefähr 10⁶ Siemens/Meter. Die Metallisierung 902 und/oder die elektrischen Leitungen können ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Kupfer und/oder Aluminium.
16 veranschaulicht ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Bilden der mikromechanischen Struktur 106 kann in 1600 aufweisen: Freilegen (z.B. mechanisches Freigeben) der ersten Elektrode 502, der zweiten Elektrode 512 und/oder des ersten Substratteilstücks 102a. Das Freilegen kann erfolgen, indem die erste Öffnung 906o und/oder indem die zweite Öffnung 706o vergrößert wird, z.B. jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten. Mittels des Freilegens kann ein erster Hohlraum 302h (d.h. ein Abschnitt der zweiten Öffnung 706o) zwischen der ersten Elektrode 502 und dem ersten Substratteilstück 102a gebildet sein oder werden. Mittels des Freilegens kann ein zweiter Hohlraum 312h (d.h. ein Abschnitt der ersten Öffnung 906o) zwischen der zweiten Elektrode 512 und dem ersten Substratteilstück 102a gebildet sein oder werden.
Das erste Substratteilstück 102a kann mittels des Aufhängungsabschnitt 402 mit dem zusätzlichen Substrat 302 gekuppelt sein oder werden. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Substratteilstück 102a mittels des Aufhängungsabschnitts 402 elektrisch kontaktiert sein oder werden.
Der freihängende Abschnitt 404 kann mittels der ersten Öffnung 906o und/oder mittels der zweiten Öffnung 706o freigelegt sein oder werden und/oder diese voneinander separieren.
Die in 16 veranschaulichte mikromechanische Struktur 106 (z.B. ein kapazitiver Sensor) kann beispielsweise in einer Doppelelektroden-Konfiguration (auch als Dualgegenelektroden-Konfiguration bezeichnet) bereitgestellt sein oder werden. Die Doppelelektroden-Konfiguration kann einen funktionellen Bereich 404 aufweisen, welcher relativ zu dem zusätzlichen Substrat 302 auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist, und genau zwei Elektroden 502, 512, zwischen denen der funktionelle Bereich 404 angeordnet ist. Die erste Elektrode 502, die zweite Elektrode 512 und der funktionelle Bereich 404 können kapazitiv miteinander gekoppelt sein.
Das zwischen den zwei Elektroden 502, 512 angeordnet Substratteilstück 102a kann beispielsweise die Membran 408 oder den Cantilever 410 bereitstellen. Optional kann ein zweites Substratteilstück 102b zum Bilden der ersten Elektrode 502 oder der zweiten Elektrode 512 verwendet werden. Alternativ kann das Substratteilstück 102a zum Bilden der ersten Elektrode 502 oder der zweiten Elektrode 512 verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Doppelelektroden-Konfiguration bereitgestellt sein oder werden, in welcher zumindest eine Elektrode 502, 512 und/oder der funktionale Bereich 404 ein einkristallines Material aufweisen oder daraus gebildet sein kann, z.B. einkristallines GaN, einkristallines SiC und/oder einkristallines Si.
Die Doppelelektroden-Konfiguration kann beispielsweise einen Sensor (z.B. ein Mikrofon) bereitstellen. Gegenüber der Einzelelektroden-Konfiguration kann die Doppelelektroden-Konfiguration ein größeres SNR und und/oder einen geringeren THD aufweisen. Die Herstellung der Doppelelektroden-Konfiguration kann beispielsweise analog zu dem der Oberseiten-Einzelelektroden-Konfiguration erfolgen und sich davon unterscheiden, dass das Zielsubstrats 302 vorprozessiert ist oder wird.
17 veranschaulicht ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht (z.B. mit Blickrichtung entlang einer Hauptprozessierseite 102o).
Das Verfahren kann in 1700a aufweisen: Abteilen einer ersten einkristallinen Schicht 102a von einem Substrat 102, indem das Substrat 102 in einem einkristallinen Bereich durchtrennt wird (wobei von dem Substrat 102 ein Substratrest 102r verbleibt).
Das Verfahren kann in 1700b aufweisen: Bilden einer ersten mikromechanischen Struktur 106, welche die erste einkristalline Schicht 102a aufweist. Die erste einkristalline Schicht 102a kann beispielsweise die funktionelle Struktur 544, die Versteifungsstruktur 602, die erste Elektrode 502 oder die zweite Elektrode 512 der ersten mikromechanischen Struktur 106 bereitstellen.
Das Verfahren kann optional in 1700c aufweisen: Bereitstellen eines Substrats 102, welches den Substratrest 102r aufweist oder daraus gebildet ist. Das Bereitstellen kann optional aufweisen: thermisches Bearbeiten des Substratrests 102r, z.B. indem dieser geglüht wird (zum Ausheilen der Kristallstruktur).
Das Verfahren kann optional in 1701a aufweisen: Abteilen einer zweiten einkristallinen Schicht 102b von dem Substrat 102 (d.h. von dem als Substrat 102 verwendetem Substratrest 102r), indem das Substrat 102 in einem einkristallinen Bereich durchtrennt wird, wobei von dem Substrat 102 ein Substratrest 102r verbleibt.
Das Verfahren kann in optional 1700b aufweisen: Bilden einer zweiten mikromechanischen Struktur 116, welche die zweite einkristalline Schicht 102b aufweist. Die zweite einkristalline Schicht 102b kann beispielsweise die funktionelle Struktur 544, die Versteifungsstruktur 602, die erste Elektrode 502 oder die zweite Elektrode 512 der zweiten mikromechanischen Struktur 116 bereitstellen.
Alternativ kann in 1700d die zweite einkristalline Schicht 102b der ersten mikromechanischen Struktur 106 hinzugefügt werden. Die zweite einkristalline Schicht 102b kann beispielsweise den funktionellen Bereich, die Versteifungsstruktur 602 oder die zweite Elektrode 512 der zweiten mikromechanischen Struktur 116 bereitstellen. Beispielsweise kann die erste einkristalline Schicht 102a die die funktionelle Struktur 544 der ersten mikromechanischen Struktur 106 bereitstellen und die zweite einkristalline Schicht 102b kann eine Elektrode 502, 512 der ersten mikromechanischen Struktur 106 bereitstellen.
Das Bereitstellen von einkristallinen Schichten 102a, 102b mittels des Durchtrennens des verbleibenden Substratrests 102r kann solange erfolgen (auch als Widerverwenden des Substrats bezeichnet), bis das einkristalline Substrat 102 aufgebraucht ist. Damit kann das einkristalline Substrat 102 besser ausgenutzt werden, was Kosten reduziert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Durchtrennen mittels eines Smartcut-Prozesses erfolgen. Smartcut kann als technologischer Prozess verstanden werden, welcher die Übertragung von Schichten aus einkristallinem Halbleitermaterial auf einen technischen Träger (d.h. das zweite Substrat) ermöglicht (auch als Transferieren bezeichnet).
Beispielsweise kann ein Silizium-auf-Isolator-Substrat oder ein Siliziumcarbid-auf-Isolator-Substrat bereitgestellt sein oder werden, welches das zweite Substrat 302 und die einkristalline Schicht 102a, 102b aufweist.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines einkristallinen Substrats (102), wobei das Verfahren aufweist: • Durchtrennen (100b) des Substrats (102) entlang einer Hauptprozessierseite in zumindest zwei einkristalline Substratteilstücke (102a, 102b); und • Bilden (100c) einer mikromechanischen Struktur (106), welche zumindest ein einkristallines Substratteilstück der zumindest zwei Substratteilstücke (102a, 102b) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat (102) ferner eine Soll-Trennschicht (202) aufweist, mittels welcher die zwei Substratteilstücke (102a, 102b) miteinander verbunden sind; wobei das Durchtrennen (100b) erfolgt, indem ein Zusammenhalt der Soll-Trennschicht (202) aufgehoben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, ferner aufweisend: Bilden (200a, 200c) der Soll-Trennschicht (202), indem eine chemische Zusammensetzung zwischen den zwei Substratteilstücken (102a, 102b) verändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei mittels des Veränderns eine Beständigkeit des Substrats (102) zwischen den zwei Substratteilstücken (102a, 102b) gegenüber dem Durchtrennen (100b) reduziert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: Befestigen (300a) des zumindest einen einkristallinen Substratteilstücks an einem zusätzlichen Substrat (302) vor dem Durchtrennen (100b).
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Befestigen (300a) aufweist, das Substrat (102) und das zusätzliche Substrat (302) aneinander zu bonden.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei Befestigen (300a) mittels einer Adhäsionsschicht (304) erfolgt, welche zwischen dem zumindest einen einkristallinen Substratteilstück und dem zusätzlichen Substrat (302) angeordnet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das zusätzliche Substrat (302) eine Elektrode (502) aufweist; oder wobei die Elektrode (502) mittels des zumindest einen einkristallinen Substratteilstücks gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Bilden (100c) der mikromechanischen Struktur (106) aufweist, eine zusätzliche Elektrode (512) zu bilden, und wobei das zumindest eine einkristalline Substratteilstück zwischen der zusätzlichen Elektrode (512) und dem zusätzlichen Substrat (302) angeordnet ist; oder wobei die zusätzliche Elektrode (512) mittels des zumindest einen einkristallinen Substratteilstücks gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Bilden (100c) der mikromechanischen Struktur (106) aufweist, eine Membran (408) oder einen Cantilever (410) zu bilden, welche(r) das zumindest eine einkristalline Substratteilstück aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: Verändern einer mechanischen Charakteristik und/oder elektrischen Charakteristik des zumindest einen einkristallinen Substratteilstücks mittels einer Ionenimplantation.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Verändern vor dem Durchtrennen (100b) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, • wobei die zumindest zwei Substratteilstücke (102a, 102b) drei Substratteilstücke aufweisen; und wobei die mikromechanische Struktur (106) zwei Substratteilstücke (102a, 102b) der drei Substratteilstücke aufweist und/oder wobei das Verfahren ferner aufweist: • Bilden (100c) einer zusätzlichen mikromechanischen Struktur (116), welche ein anderes Substratteilstück der drei Substratteilstücke aufweist.
Verfahren zum Bearbeiten eines Substrats (102) aufweisend einen einkristallinen Bereich (104), das Verfahren aufweisend: • Durchtrennen (100b) des einkristallinen Bereichs (104) in zumindest zwei Teilbereiche (104a, 104b); und • Bilden einer mikromechanischen Struktur (106), welche zumindest einen Teilbereich der zwei Teilbereiche (104a, 104b) aufweist.
Verfahren, aufweisend: • Bilden (200a, 200c) einer Soll-Trennschicht (202) in einem einkristallinen Substrat (102); • Befestigen (300a) des Substrats (102) an einem zusätzlichen Substrat (302); wobei zwischen der Soll-Trennschicht (202) und dem zusätzlichen Substrat (302) ein Substratteilstück (102a) des Substrats (102) angeordnet ist; • Durchtrennen (100b) des Substrats (102) in der Soll-Trennschicht (202); und • Bilden (100c) einer mikromechanischen Struktur (106), welche zumindest das Substratteilstück (102a) aufweist.
Mikromechanische Struktur (106), aufweisend: • ein Substrat (302), welches einen Hohlraum (302h, 312h) aufweist; • eine einkristalline Halbleiterschicht, welche einen ersten Abschnitt (402) und einen zweiten Abschnitt (404) aufweist; • wobei der zweite Abschnitt (404) an den Hohlraum angrenzt und mittels des ersten Abschnitts (402) mit dem Substrat (302) gekuppelt ist.
Mikromechanische Struktur (106) gemäß Anspruch 16, ferner aufweisend: • eine funktionelle Struktur (544), welche einen funktionellen Bereich aufweist, welcher relativ zu dem Substrat (302) auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist; • wobei der zweite Abschnitt den funktionellen Bereich aufweist.
Mikromechanische Struktur (106) gemäß Anspruch 16, ferner aufweisend: • eine Elektrode (502, 512), welche bei dem Substrat (302) angeordnet ist; und • eine funktionelle Struktur (544), welche einen funktionellen Bereich aufweist, welcher relativ zu der Elektrode (502, 512) auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist; • wobei die Elektrode den zweiten Abschnitt aufweist.
Mikromechanische Struktur (106) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner aufweisend: wobei der zweite Abschnitt zumindest eines von Folgendem aufweisen kann: Siliziumkarbid und/oder Galliumnitrid, ein größeres Elastizitätsmodul als das Substrat (302); und/oder eine größere mechanische Härte als das Substrat (302).
Mikromechanische Struktur (106) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, ferner aufweisend: eine zusätzliche Halbleiterschicht, welche sich in ihrem Elastizitätsmodul und/oder in ihrer mechanischen Härte von der einkristalline Halbleiterschicht unterscheidet; wobei der Hohlraum zwischen der einkristallinen Halbleiterschicht und der zusätzlichen Halbleiterschicht angeordnet ist.
Elektromechanischer Wandler, aufweisend: • ein Substrat (302); • eine mikroelektromechanische Struktur (106) in Doppelelektroden-Konfiguration; • wobei die mikroelektromechanische Struktur (106) zumindest einen freihängenden Abschnitt (404) aufweist, wobei der zumindest eine freihängende Abschnitt (404) Siliziumkarbid, Galliumnitrid und/oder ein größeres Elastizitätsmodul als das Substrat (302) aufweist.
Elektromechanischer Wandler (106) gemäß Anspruch 21, ferner aufweisend: zwei Elektroden (512, 502), von denen zumindest eine Elektrode den zumindest einen freihängenden Abschnitt aufweist.
Elektromechanischer Wandler (106) gemäß Anspruch 21, wobei die mikroelektromechanische Struktur zumindest einen funktionellen Bereich aufweist, welcher relativ zu dem Substrat (302) auslenkbar als Reaktion auf eine darauf einwirkende Kraft ist; wobei der zumindest eine freihängende Abschnitt den funktionellen Bereich aufweist.
Elektromechanischer Wandler (106) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei der zumindest eine freihängende Abschnitt einkristallines Siliziumkarbid und/oder einkristallines Galliumnitrid aufweist.