DE102017103719A1

DE102017103719A1 - Mikroelektromechanische vorrichtung und verfahren zum ausbilden einer mikroelektromechanischen vorrichtung

Info

Publication number: DE102017103719A1
Application number: DE102017103719.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Barzen; Alfons Dehe; Wolfgang Friza; Wolfgang Klein; Ulrich Krumbein
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US20170297899A1; US9902612B2; US20170247245A1; CN107128870A; CN107128870B; US9745188B1

Abstract

Eine mikroelektromechanische Vorrichtung kann Folgendes umfassen: einen Halbleiterträger; ein mikroelektromechanisches Element, welches in einer vom Halbleiterträger entfernten Position angeordnet ist; wobei das mikroelektromechanische Element ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in Reaktion auf ein mechanisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder ausgelegt ist, um ein mechanisches Signal in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren; wenigstens ein Kontaktpad, welches mit dem mikroelektromechanischen Element elektrisch verbunden ist, um das elektrische Signal zwischen dem Kontaktpad und dem mikroelektromechanischen Element zu übertragen; und eine Verbindungsstruktur, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstreckt und das mikroelektromechanische Element mechanisch mit dem Halbleiterträger koppelt.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen eine mikroelektromechanische Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung.
Im Allgemeinen kann ein Halbleiterchip (auch Die, Chip oder Mikrochip genannt) in der Halbleitertechnologie auf und/oder in einem Wafer (oder einem Substrat oder einem Träger) verarbeitet werden. Der Halbleiterchip kann ein oder mehrere mikroelektromechanische Systeme (MEMS) umfassen, welche während der Halbleitertechnologieverarbeitung ausgebildet werden.
Während der Verarbeitung kann der Halbleiterchip mechanisch belastet werden. Beispielsweise kann eine mechanische Belastung während des Singulierens des Halbleiterchips vom Wafer, während der Handhabung des Halbleiterchips durch Positioniersysteme (auch Pick-and-Place-Anwendungen genannt), während der thermischen Behandlung des Halbleiterchips, z. B. beim Verkapseln oder Löten des Halbleiterchips, auftreten. Alternativ oder zusätzlich kann der Halbleiterchip während des Betriebs des fertig verarbeiteten Chips mechanisch belastet werden. Beispielsweise kann mechanische Belastung aufgrund von thermischen Schwankungen während des Betriebs des Chips auftreten.
Eine derartige mechanische Belastung (auch als mechanische Last bezeichnet) kann auf das mikroelektromechanische System auf dem oder im Halbleiterchip übertragen werden, was zu einer Verformung (auch als Verspannung bezeichnet) des mikroelektromechanischen Systems führen kann. Die Auswirkung der mechanischen Belastung auf das mikroelektromechanische System (oder eine Vorrichtung, welche das mikroelektromechanische System betreibt) kann zu einem unkontrollierten oder undefinierten Verhalten des mikroelektromechanischen Systems, z. B. Fehlfunktion oder ungenaue Funktion (z. B. Messergebnisse), führen und/oder sogar das mikroelektromechanische System beschädigen. Beispielsweise sind ein mikroelektromechanisches System und/oder eine Vorrichtung, welche das mikroelektromechanische System betreibt (insbesondere Siliziummikrofone), gegenüber Belastung von der Montage oder von thermischen Schwankungen empfindlich. Mit anderen Worten wird durch die Montage und den Bulk des Substrats der mikroelektromechanischen Systeme und Vorrichtungen die Belastung in die mikroelektromechanische Systemstruktur eingekoppelt, was Änderungen in ihrer Struktur und ihrer Empfindlichkeit bewirkt. Nach der Montage kann die Verformung des mikroelektromechanischen Systems verbleiben, was die Fertigung von genau arbeitenden Vorrichtungen kompliziert.
Herkömmlicherweise werden Chips mit mikroelektromechanischen Systemen unter Verwendung einer nachgiebigen Chipbefestigung, z. B. Silikonkleber, belastungsentkoppelt. Dies ist für die Montage von Chips auf gedruckten Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB) möglich, jedoch in Bezug auf Entkopplungsfähigkeiten begrenzt und schwierig auf andere Montagetechniken zu übertragen. Insbesondere werden mikroelektromechanische Systeme mit hoher Empfindlichkeit durch die Belastung von der Montage beeinträchtigt.
Eine mikroelektromechanische Vorrichtung kann Folgendes umfassen: einen Halbleiterträger; ein mikroelektromechanisches Element, welches in einer vom Halbleiterträger entfernten Position angeordnet ist; wobei das mikroelektromechanische Element ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in Reaktion auf ein mechanisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder ausgelegt ist, um ein mechanisches Signal in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren; wenigstens ein Kontaktpad, welches mit dem mikroelektromechanischen Element elektrisch verbunden ist, um das elektrische Signal zwischen dem Kontaktpad und dem mikroelektromechanischen Element zu übertragen; und eine Verbindungsstruktur, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstreckt und das mikroelektromechanische Element mechanisch mit dem Halbleiterträger koppelt.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; die Betonung liegt stattdessen im Allgemeinen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1A, 1B und 1C jeweils eine herkömmliche mikroelektromechanische Vorrichtung in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
2A, 2B und 2C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
3A und 3B jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
4A, 4B und 4C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
5A, 5B und 5C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
6A, 6B und 6C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
7A, 7B und 7C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
8A, 8B und 8C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
9A, 9B und 9C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
10A, 10B und 10C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
11A und 11B jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
12A und 12B jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Ansicht zeigen;
13 und 14 jeweils ein Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung in einem schematischen Flussdiagramm zeigen;
15A, 15B und 15C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht zeigen;
16A, 16B und 16C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
17A und 17B jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
18A, 18B und 18C jeweils eine herkömmliche mikroelektromechanische Vorrichtung in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
19A, 19B und 19C jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
20A und 20B jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigen;
21A eine herkömmliche mikroelektromechanische Vorrichtung in einer schematischen Querschnittsansicht zeigt;
21B eine mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht zeigt;
22A eine Zeilenabtastung einer herkömmlichen mikroelektromechanischen Vorrichtung zeigt; und
22B eine Zeilenabtastung einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Kreuz zeigt.
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, welche zur Veranschaulichung spezielle Details und Ausführungsformen, in denen die Erfindung umgesetzt werden kann, zeigen.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „beispielhaft“ „als Beispiel, Fall oder zur Veranschaulichung dienend“. Jede hierin als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Konstruktion ist nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Konstruktionen bevorzugt oder vorteilhaft auszulegen.
Der Begriff „über“, welcher in Bezug auf ein abgeschiedenes Material verwendet wird, welches „über“ einer Seite oder Oberfläche ausgebildet wird, kann hierin verwendet sein, um zu bedeuten, dass das abgeschiedene Material „direkt auf“, z. B. in direktem Kontakt mit, der implizierten Seite oder Oberfläche ausgebildet werden kann. Der Begriff „über“, welcher in Bezug auf ein abgeschiedenes Material verwendet wird, welches „über“ einer Seite oder Oberfläche ausgebildet wird, kann hierin verwendet sein, um zu bedeuten, dass das abgeschiedene Material „indirekt auf“ der implizierten Seite oder Oberfläche ausgebildet werden kann, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der implizierten Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind.
Der Begriff „lateral“, welcher in Bezug auf die „laterale“ Erweiterung einer Struktur (oder eines Substrats, eines Wafers oder eines Trägers) oder „lateral“ daneben verwendet wird, kann hierin verwendet werden, um eine Erweiterung oder eine Positionsbeziehung entlang einer Oberfläche eines Substrats, eines Wafers oder eines Trägers zu bedeuten. Das bedeutet, dass eine Oberfläche eines Substrats (z. B. eine Oberfläche eines Trägers oder eine Oberfläche eines Wafers) als Referenz dienen kann, üblicherweise als die Hauptverarbeitungsoberfläche (veranschaulichend auf der Oberseite) des Substrats (oder der Hauptverarbeitungsoberfläche des Trägers oder Wafers) bezeichnet. Ferner kann der Begriff „Breite“, welcher in Bezug auf eine „Breite“ einer Struktur (oder eines Strukturelements) verwendet wird, hierin verwendet werden, um die laterale Erweiterung einer Struktur zu bedeuten. Ferner kann der Begriff „Höhe“ oder „Tiefe“, welcher in Bezug auf eine Struktur (oder ein Strukturelement) verwendet wird, hierin verwendet werden, um eine Erweiterung einer Struktur entlang einer Richtung senkrecht zur Oberfläche eines Substrats (z. B. senkrecht zur Hauptverarbeitungsoberfläche eines Substrats) zu bedeuten. Der Begriff „Dicke“, welcher in Bezug auf eine „Dicke“ einer Schicht verwendet wird, kann hierin verwendet werden, um die räumliche Erweiterung der Schicht senkrecht zur Oberfläche der Stütze (des Materials), auf der die Schicht abgeschieden wird, zu bedeuten. Falls die Oberfläche der Stütze parallel zur Oberfläche des Substrats (z. B. zur Hauptverarbeitungsoberfläche) ist, kann die „Dicke“ der auf der Stütze abgeschiedenen Schicht die gleiche wie die Höhe der Schicht sein. Ferner kann eine „vertikale“ Struktur als eine Struktur bezeichnet werden, welche sich in einer Richtung senkrecht zur lateralen Richtung (z. B. senkrecht zur Hauptverarbeitungsoberfläche eines Substrats) erstreckt, und eine „vertikale“ Erweiterung kann als eine Erweiterung entlang einer Richtung senkrecht zur lateralen Richtung (z. B. eine Erweiterung senkrecht zur Hauptverarbeitungsoberfläche eines Substrats) bezeichnet werden.
Der Begriff „Ausbilden“ in Bezug auf eine Schicht, ein Material oder eine Region kann sich auf das Absetzen, Anordnen oder Abscheiden der Schicht, des Materials oder der Region beziehen. Ein Verfahren zum Ausbilden, z. B. einer Schicht, eines Materials, einer Region usw., kann verschiedene Abscheidungsverfahren umfassen, unter anderem: chemische Dampfabscheidung, physikalische Dampfabscheidung (z. B. für dielektrische Materialien), elektrolytische Abscheidung (auch Elektroplattierung genannt, z. B. für Metalle oder Metalllegierungen) oder Schleuderbeschichtung (z. B. für flüssige Materialien). Im Allgemeinen kann eine Dampfabscheidung durch Sputtern, Laserablation, Kathodenlichtbogenverdampfung oder thermisches Verdampfen durchgeführt werden. Ein Verfahren zum Ausbilden von Metallen kann Metallplattieren, z. B. Elektroplattieren oder chemisches Plattieren, umfassen.
Der Begriff „Ausbilden“ in Bezug auf eine Schicht, ein Material oder eine Region kann auch eine chemische Reaktion oder Fertigung einer chemischen Zusammensetzung umfassen, wobei z. B. wenigstens ein Teil der Schicht, des Materials oder der Region durch eine Transformation von einem Satz von chemischen Substanzen in die chemische Zusammensetzung ausgebildet wird. „Ausbilden“ kann beispielsweise das Ändern der Positionen von Elektronen durch Brechen oder Bilden chemischer Bindungen zwischen Atomen des Satzes von chemischen Substanzen umfassen. Der Begriff „Ausbilden“ kann ferner Oxidation und Reduktion, Komplexbildung, Ausfällung, eine Säure-Base-Reaktion, eine Festkörperreaktion, Substitution oder Dotierung, Addition und Eliminierung, Diffusion oder eine photochemische Reaktion umfassen. „Ausbilden“ kann beispielsweise die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Satzes von chemischen Substanzen verändern, welche chemisch den Teil der Schicht, des Materials oder der Region bilden, welche unter anderem elektrische Leitfähigkeit, Phasenzusammensetzung, optische Eigenschaften usw. sein können. „Ausbilden“ kann beispielsweise das Aufbringen eines chemischen Reagens auf eine Mutterverbindung umfassen, um die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Mutterverbindung zu verändern.
Der Begriff „Strukturieren“ in Bezug auf eine Schicht, ein Material oder eine Region kann sich auf das Ausbilden einer Struktur (z. B. einer gewünschten Form oder eines gewünschten Musters) in die oder von der Schicht, in das oder vom Material oder in die oder von der Region beziehen. Zum Strukturieren der Schicht, des Materials oder der Region kann Material aus der Schicht, dem Material oder der Region entfernt werden, z. B. unter Verwendung von Ätzen. Um Material von der Schicht, vom Material oder von der Region zu entfernen, kann eine Maske (die ein Muster bereitstellt) verwendet werden, z. B. eine Maske, welche ermöglicht, Material gemäß dem Muster der Maske von der Schicht, dem Material oder der Region zu entfernen (z. B. zum Ätzen einer Struktur). Veranschaulichend kann die Maske verhindern, dass Regionen (die als verbleibend designiert sind) entfernt werden (z. B. durch Ätzen). Alternativ oder zusätzlich kann zum Strukturieren der Schicht, des Materials oder der Region Material unter Verwendung einer Maske (die ein Muster bereitstellt) angeordnet werden. Die Maske kann ermöglichen, dass Material gemäß dem Muster der Maske ausgebildet (z. B. angeordnet) wird. Veranschaulichend kann die Maske verhindern, dass Regionen (die als frei verbleibend designiert sind) von der Schicht oder dem Material bedeckt werden.
Im Allgemeinen kann das Entfernen von Material das Ätzen des Materials umfassen. Der Begriff „Ätzen“ kann verschiedene Ätzverfahren umfassen, z. B. chemisches Ätzen (z. B. Nassätzen oder Trockenätzen), physikalisches Ätzen, Plasmaätzen, Ionenätzen usw. Zum Ätzen einer Schicht, eines Materials oder einer Region kann ein Ätzmittel auf die Schicht, das Material oder die Region aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Ätzmittel mit der Schicht, dem Material oder der Region reagieren, um eine Substanz (oder chemische Verbindung) auszubilden, welche leicht entfernt werden kann, z. B. eine flüchtige Substanz. Alternativ oder zusätzlich kann das Ätzmittel beispielsweise die Schicht, das Material oder die Region atomisieren.
Die Maske kann eine zeitliche Maske sein, welche nach dem Ätzen entfernt werden kann (z. B. aus einem Harz oder einem Metall ausgebildet), oder die Maske kann eine permanente Maske sein (z. B. ein Maskenblatt), welche mehrmals verwendet werden kann. Eine zeitliche Maske kann z. B. unter Verwendung einer Photomaske ausgebildet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mikroelektromechanische Vorrichtung als ein Halbleiterchip ausgebildet werden oder einen Halbleiterchip umfassen. Beispielsweise kann der Halbleiterchip das mikroelektromechanische Element umfassen (kann auch als mikroelektromechanisches System bezeichnet werden). Mit anderen Worten kann das mikroelektromechanische Element in einen Halbleiterchip (z. B. einen Teil davon), z. B. wenigstens teilweise monolithisch, implementiert werden. Der Halbleiterchip (auch Chip, Die oder Mikrochip genannt) kann in der Halbleitertechnologie auf und/oder in einem Wafer (oder einem Substrat oder einem Träger) verarbeitet werden. Der Halbleiterchip kann ein oder mehrere mikroelektromechanische Systeme (MEMS) umfassen, welche während der Halbleitertechnologieverarbeitung ausgebildet werden. In diesem Falle kann der Halbleiterträger Teil des Halbleiterchips sein, z. B. kann der Halbleiterträger Teil des sogenannten Halbleiterkörpers des Chips sein oder diesen ausbilden. Optional kann das mikroelektromechanische Element Teil einer integrierten Schaltung auf dem Chip sein oder elektrisch damit gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Halbleiterträger (z. B. einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, z. B. der Halbleiterträger eines Halbleiterchips) von einem Wafer durch Entfernen von Material von einer Schnittfugenregion des Wafers singuliert werden (auch als Dicing oder Schneiden des Wafers bezeichnet). Beispielsweise kann das Entfernen von Material aus der Schnittfugenregion des Wafers durch Anreißen und Brechen, Spalten, Blade-Dicing oder mechanisches Sägen (z. B. unter Verwendung einer Trennsäge) verarbeitet werden. Mit anderen Worten kann der Halbleiterträger durch einen Wafer-Dicing-Prozess singuliert werden. Nach dem Wafer-Dicing-Prozess kann der Halbleiterträger (oder die fertige mikroelektromechanische Vorrichtung), z. B. durch Formwerkstoffe, in einen Chip-Träger (auch Chip-Gehäuse genannt) elektrisch kontaktiert und eingekapselt werden, welcher dann für den Einsatz in elektronischen Vorrichtungen wie Messgeräten geeignet ist. Beispielsweise kann der Halbleiterchip durch Drähte mit einem Chipträger gebondet werden. Ferner kann der Halbleiterchip (z. B. mit einem Chip-Träger gebondet) auf einer gedruckten Leiterplatte montiert (z. B. verlötet) werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Halbleiterträger (z. B. einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, z. B. der Halbleiterträger eines Halbleiterchips) Halbleitermaterialien verschiedener Typen umfassen oder daraus hergestellt werden (mit anderen Worten daraus ausgebildet werden), einschließlich eines Halbleiters der Gruppe IV (z. B. Silizium oder Germanium), eines Verbundhalbleiters, z. B. einem Halbleiter der Gruppe III-V-Verbindung (z. B. Galliumarsenid) oder anderen Typen, einschließlich Gruppe-III-Halbleitern, Gruppe-V-Halbleitern oder Polymeren. In einer Ausführungsform ist der Halbleiterträger aus Silizium (dotiert oder undotiert) gefertigt. In einer alternativen Ausführungsform ist der Halbleiterträger ein Silizium-auf-Isolator(Silicon on Insulator, SOI)-Wafer. Alternativ kann jedes andere geeignete Halbleitermaterial für den Halbleiterträger verwendet werden, beispielsweise Halbleiterverbundmaterial wie beispielsweise Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), aber auch irgendein geeignetes ternäres Halbleiterverbindungsmaterial oder quaternäres Halbleiterverbindungsmaterial wie beispielsweise Indiumgalliumarsenid (InGaAs).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Halbleiterträger (z. B. einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, z. B. der Halbleiterträger eines Halbleiterchips) mit einer Passivierungsschicht zum Schutz des Halbleiterträgers vor Umwelteinflüssen, z. B. Oxidation, abgedeckt sein. Die Passivierungsschicht kann ein Metalloxid, ein Oxid des Halbleiterträgers (auch als Substrat oder Halbleiterkörper bezeichnet), z. B. Siliziumoxid, ein Nitrid, z. B. Siliziumnitrid, ein Polymer, z. B. Benzocyclobuten (BCB) oder Polyimid (PI), ein Harz, ein Resist oder ein dielektrisches Material umfassen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektrisch leitfähiges Material ein Metall, eine Metalllegierung, eine intermetallische Verbindung, ein Silizid (z. B. Titansilizid, Molybdänsilizid, Tantalsilizid oder Wolframsilizid), ein leitfähiges Polymer, einen polykristallinen Halbleiter oder einen hochdotierteren Halbleiter, z. B. polykristallines Silizium (auch Polysilizium genannt) oder ein hochdotiertes Silizium, umfassen oder aus diesen ausgebildet werden. Ein elektrisch leitfähiges Material kann als Material mit mäßiger elektrischer Leitfähigkeit, z. B. mit einer elektrischen Leitfähigkeit (gemessen bei Raumtemperatur und konstanter elektrischer Feldrichtung) von mehr als etwa 10 S/m, z. B. größer als etwa 10² S/m, oder mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. größer als etwa 10⁴ S/m, z. B. größer als etwa 10⁶ S/m, verstanden werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Metall wenigstens ein Element der folgenden Gruppe von Elementen umfassen oder daraus ausgebildet werden: Aluminium, Kupfer, Nickel, Magnesium, Chrom, Eisen, Zink, Zinn, Gold, Silber, Iridium, Platin oder Titan. Alternativ oder zusätzlich kann ein Metall eine Metalllegierung, einschließlich eines Elements oder mehr als ein Element der Gruppe von Elementen, umfassen oder daraus ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine Metalllegierung eine intermetallische Verbindung umfassen, z. B. eine intermetallische Verbindung aus Gold und Aluminium, eine intermetallische Verbindung aus Kupfer und Aluminium, eine intermetallische Verbindung aus Kupfer und Zink (z. B. „Messing“) oder eine intermetallische Verbindung aus Kupfer und Zinn (z. B. „Bronze“).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektrisch isolierendes Material, z. B. ein dielektrisches Material, als Material mit schlechter elektrischer Leitfähigkeit verstanden werden, z. B. mit einer elektrischen Leitfähigkeit (gemessen bei Raumtemperatur und konstanter elektrischer Feldrichtung) kleiner als etwa 10^–2 S/m, z. B. kleiner als etwa 10^–5 S/m, z. B. kleiner als etwa 10^–7 S/m.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein isolierendes Material ein Halbleiteroxid, ein Metalloxid, eine Keramik, ein Halbleiternitrid, ein Metallnitrid, ein Halbleiterkarbid, ein Metallkarbid, ein Glas, z. B. Fluorsilikatglas (FSG), ein dielektrisches Polymer, ein Silikat, z. B. Hafniumsilikat oder Zirkoniumsilikat, ein Übergangsmetalloxid, z. B. Hafniumdioxid oder Zirkoniumdioxid, ein Oxynitrid, z. B. Siliziumoxynitrid, oder beliebige andere dielektrische Materialarten umfassen. Ein isolierendes Material kann einem elektrischen Feld standhalten, ohne zu versagen (mit anderen Worten, ohne ein Versagen seiner isolierenden Eigenschaften, z. B. ohne wesentliche Änderung seiner elektrischen Leitfähigkeit).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein mikroelektromechanisches Element als eine Komponente verstanden werden, welche fähig ist, ein elektrisches Signal in Reaktion auf ein mechanisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder ausgelegt ist, um ein mechanisches Signal in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren. Im Allgemeinen kann ein mikroelektromechanisches Element ausgelegt sein, um mechanische Energie in elektrische Energie und/oder elektrische Energie in mechanische Energie zu übertragen. Mit anderen Worten kann ein mikroelektromechanisches Element als ein Wandler arbeiten, welcher ausgelegt ist, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und/oder elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Ein mikroelektromechanisches Element kann eine Größe im Bereich von etwa einigen Mikrometern (µm) bis etwa einigen Millimetern (mm) aufweisen, z. B. im Bereich von etwa 10 µm bis etwa 5 mm, z. B. im Bereich von etwa 100 µm bis etwa 2 mm, z. B. etwa 1 mm oder alternativ kleiner als etwa 1 mm, z. B. kleiner als 500 µm, z. B. kleiner als 100 µm. Ein mikroelektromechanisches Element gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in der Halbleitertechnologie verarbeitet werden.
Ein mikroelektromechanisches Element gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als Sensor (Mikrosensor) zum Erfassen eines mechanischen Signals und zum Erzeugen eines elektrischen Signals, welches das mechanische Signal repräsentiert, verwendet werden. Alternativ kann ein mikroelektromechanisches Element als ein Aktuator zum Erzeugen eines mechanischen Signals basierend auf dem elektrischen Signal, welches zum mikroelektromechanischen Element unterstützt wird, verwendet werden. Beispielsweise kann das mikroelektromechanische Element als Mikrofon oder als Lautsprecher verwendet werden.
1A, 1B und 1C veranschaulichen jeweils eine herkömmliche mikroelektromechanische Vorrichtung 100. Die mikroelektromechanischen Vorrichtungen 100 (auch als mikroelektromechanische Systemvorrichtungen bezeichnet) können durch die Verspannung 111 beeinträchtigt werden. Beispielsweise kann die Verspannung 111 (mechanische Verspannung) durch eine gedruckte Leiterplatte 102 induziert werden, welche den Halbleiterträger 104 trägt, z. B. das mikroelektromechanische Element 106 (siehe 1A), und durch den Halbleiterträger 104 in das mikroelektromechanische Element 106 übertragen wird. Alternativ kann Verspannung 111 (mechanische Verspannung) durch eine Formmasse 112 (die Teil eines Chip-Trägers sein kann) übertragen werden, welche das mikroelektromechanische Element 106 (siehe 1B) in den Halbleiterträger 104 und in das mikroelektromechanische Element 106 trägt.
Herkömmlicherweise, um die Übertragung von Verspannung in das mikroelektromechanische Element 106 zu reduzieren, wird der Halbleiterträger, welcher das mikroelektromechanische Element umfasst (auch als MEMS-Die bezeichnet) durch eine konforme Die-Befestigung 114, z. B. Silikonkleber, entkoppelt. Diese Variante ist auf die Verwendung in Kombination mit einer Baugruppe der PCB 102 beschränkt und ist ferner auf Entkopplungsfähigkeiten beschränkt. Ferner werden mikroelektromechanische Elemente 106 mit hohen Empfindlichkeiten noch von der Belastung beeinflusst, welche durch die Montage übertragen wird, z. B. von der PCB 102. Über die Anordnung und das Bulk des Substrats (z. B. Halbleiterträger 104) der MEMS-Vorrichtung 100 wird die Belastung in das mikroelektromechanische Element 106 (MEMS-Element) gekoppelt, was Änderungen in der Belastung und Empfindlichkeit des mikroelektromechanischen Elements 106 bewirkt.
2A veranschaulicht eine mikroelektromechanische Vorrichtung 200a gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 200a kann einen Halbleiterträger 204 und ein mikroelektromechanisches Element 206 umfassen.
Das mikroelektromechanische Element kann wenigstens eines von über oder im Halbleiterträger 204 in einem Abstand zum Halbleiterträger 204 angeordnet sein, z. B. so dass zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204 ein Spalt 201 ausgebildet wird. Beispielsweise kann das mikroelektromechanische Element 206 im Abstand 201d bezüglich einer Oberfläche des Halbleiterträgers 204 angeordnet sein. Der Abstand 201d zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204 kann im Bereich von einigen wenigen Nanometern (nm) bis etwa hundert Mikrometern (µm) liegen, z. B. im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 500 µm, z. B. im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 100 µm, z. B. im Bereich von etwa 100 nm bis etwa 10 µm.
Ferner kann die mikroelektromechanische Vorrichtung 200a eine Verbindungsstruktur 251 umfassen. Die Verbindungsstruktur 251 kann einen oder mehrere Federarme 208 umfassen oder davon ausgebildet werden, z. B. zwei Federarme 208, wie beispielhaft in 2A veranschaulicht. Die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) kann eine mittlere Position des mikroelektromechanischen Elements 206 relativ zum Halbleiterträger 204 definieren. Die mittlere Position kann den Abstand 201d des mikroelektromechanischen Elements 206 zum Halbleiterträger 204 definieren, wie zuvor beschrieben,
Die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) kann das mikroelektromechanische Element 206 elastisch mit dem Halbleiterträger 204 koppeln (nachgiebig unterstützen). Beispielsweise kann die Verbindungsstruktur 251 sich durch den Spalt erstrecken und das mikroelektromechanische Element elastisch mit dem Halbleiterträger koppeln. Eine elastische Kopplung (die auch als eine flexible Kopplung bezeichnet werden kann) kann als eine Kopplung verstanden werden, welche fähig ist, nach der Deformation (z. B. durch Biegen, Dehnen oder Kompression) oder Auslenkung (z. B. Verschiebung oder Verzerrung) selbst in die ursprüngliche Konfiguration (z. B. Form oder Position) zurückzukehren.
Beispielsweise kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) ausgelegt sein, um eine Kraft (veranschaulichend eine Federkraft) zu erzeugen, welche in Reaktion auf eine Verschiebung des mikroelektromechanischen Elements 206 von der mittleren Position auf die mittlere Position zeigt. Mit anderen Worten kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) das mikroelektromechanische Element 206 in eine definierte Position entfernt vom Halbleiterträger 204 ansteuern, z. B. nachgiebig, mit anderen Worten zurückkehrend zur mittleren Position, falls von der mittleren Position verschoben.
Diese Kopplung, die elastische Kopplung, begrenzt die Übertragung der mechanischen Belastung, z. B. der mechanischen Last zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204. Mit anderen Worten kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) das mikroelektromechanische Element 206 und den Halbleiterträger 204 nachgiebig koppeln. Die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) kann die mechanische Belastung wenigstens teilweise absorbieren, z. B. durch elastisches Absorbieren einer Kraft.
Optional kann die mikroelektromechanische Vorrichtung 200a ferner wenigstens ein Kontaktpad (nicht veranschaulicht) umfassen, welches elektrisch mit dem mikroelektromechanischen Element 204 verbunden ist, um ein elektrisches Signal zwischen dem Kontaktpad und dem mikroelektromechanischen Element 204 zu übertragen. Das wenigstens eine Kontaktpad kann auf dem Halbleiterträger 204 und/oder auf dem mikroelektromechanischen Element 204 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine elektrisch leitfähige Schicht (z. B. eine Metallisierung) wenigstens eines von in oder über dem Halbleiterträger 204 ausgebildet werden, wobei die elektrisch leitfähige Schicht das wenigstens eine Kontaktpad umfassen kann. Die elektrisch leitfähige Schicht kann ferner eine oder mehrere elektrisch leitenden Leitungen (auch als elektrische leitende Bahnen bezeichnet) umfassen, welche das wenigstens eine Kontaktpad mit dem mikroelektromechanischen Element 206, z. B. über die Verbindungsstruktur 251, verbinden.
2B veranschaulicht eine mikroelektromechanische Vorrichtung 200b gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 200b kann ähnlich zur mikroelektromechanischen Vorrichtung 200a sein. Im Falle der mikroelektromechanischen Vorrichtung 200b, wie in 2B veranschaulicht, kann der Halbleiterträger 204 eine Öffnung 204o, z. B. ein Loch, z. B. sich erstreckend durch den Halbleiterträger 204 (die Dicke davon) (auch als Durchgangsloch bezeichnet), umfassen. Das mikroelektromechanische Element 206 kann wenigstens eines von in oder über der Öffnung 204o angeordnet werden, so dass ein Spalt 201 zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204 ausgebildet wird. Der Spalt 201 kann eine Breite 201d aufweisen, welche den Abstand zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204 definiert. Der Spalt kann sich im Wesentlichen um das mikroelektromechanische Element 206 herum in einer lateralen Richtung erstrecken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) sich lateral erstrecken, so dass sie wenigstens eine elastische Kopplung zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204 bereitstellen kann. Mit anderen Worten können die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) und das mikroelektromechanische Element sich entlang einer Ebene (lateral) erstrecken.
2C veranschaulicht eine mikroelektromechanische Vorrichtung 200c gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 200c kann ähnlich zur mikroelektromechanischen Vorrichtung 200a sein. Im Falle der mikroelektromechanischen Vorrichtung 200c kann der Halbleiterträger 204 eine Öffnung 204o, z. B. eine Vertiefung, umfassen. Das mikroelektromechanische Element 206 kann wenigstens eines von in oder über der Öffnung 204o angeordnet werden, so dass ein Spalt 201 zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204 ausgebildet wird. Der Spalt 201 kann eine Breite 201d aufweisen, welche den Abstand zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204 definiert. Der Spalt 201 kann sich im Wesentlichen um das mikroelektromechanische Element 206 herum in einer lateralen Richtung erstrecken, und der Spalt kann sich unter dem mikroelektromechanischen Element 206 (mit anderen Worten in einer vertikalen Richtung) erstrecken.
3A veranschaulicht eine mikroelektromechanische Vorrichtung 300a gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der Halbleiterträger 204 kann wenigstens eines von in oder über einer PCB 304 montiert werden. Beispielsweise kann der Halbleiterträger 204 in physischem Kontakt zur oder mit der PCB 304 sein oder kann wenigstens starr mit der PCB gekoppelt sein, z. B. mittels Klebstoff oder Lot. Die PCB kann eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten (z. B. Kupferschicht), z. B. eine oder mehrere Umverteilungsschichten, umfassen, welche miteinander durch ein Polymermaterial, z. B. durch ein Formmaterial (eine Formmasse), verklebt (mit anderen Worten laminiert) sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten können eine Vielzahl von leitfähigen Bahnen (elektrisch leitenden Leitungen) oder eine Vielzahl von Kontaktpads ausbilden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das wenigstens eine Kontaktpad der mikroelektromechanischen Vorrichtung 300a Teil der Vielzahl von Kontaktpads der PCB 304 sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann wenigstens ein erstes Kontaktpad der mikroelektromechanischen Vorrichtung 300a wenigstens eines von über oder in dem Halbleiterträger 204 angeordnet oder ausgebildet werden. Wenigstens ein zweites Kontaktpad der mikroelektromechanischen Vorrichtung 300a kann wenigstens eines von über oder in der PCB 304 (z. B. als Teil der Vielzahl von Kontaktpads der PCB 304) angeordnet oder ausgebildet werden. Das wenigstens eine erste Kontaktpad und das wenigstens eine zweite Kontaktpad können elektrisch miteinander verbunden sein, z. B. durch eine Drahtbondverbindung. Beispielsweise kann jedes Kontaktpad der mikroelektromechanischen Vorrichtung 300a, welches über oder in dem Halbleiterträger 204 angeordnet oder ausgebildet ist, mit wenigstens einem Kontaktpad der mikroelektromechanischen Vorrichtung 300a elektrisch verbunden sein, welches über oder in der PCB 304 angeordnet oder ausgebildet ist (z. B. mit wenigstens einem Kontaktpad der Vielzahl von Kontaktpads der PCB 304). Mit anderen Worten kann das wenigstens eine Kontaktpad der mikroelektromechanischen Vorrichtung 300a wenigstens zwei Kontaktpads umfassen, welche elektrisch miteinander verbunden sind, z. B. durch eine Drahtbondverbindung.
Die mikroelektromechanische Vorrichtung 300a ermöglicht, dass, falls die PCB 304 mechanisch belastet wird, z. B. durch mechanische Last oder z. B. durch thermische Last, mechanische Belastung durch den Halbleiterträger 204 auf die Verbindungsstruktur 251 (z. B. den einen oder die mehreren Federarme 208) übertragen wird. Die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) kann abgelenkt werden, um die mechanische Belastung wenigstens teilweise (das heißt teilweise oder vollständig) zu absorbieren, so dass die auf das mikroelektromechanische Element 204 übertragene Belastung reduziert wird, z. B. so dass mechanische Belastung (nur) teilweise zwischen dem Halbleiterträger 204 und dem mikroelektromechanischen Element 206 übertragen wird. Alternativ kann die Belastung, welche auf das mikroelektromechanische Element 204 übertragen wird, im Wesentlichen eliminiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) sich lateral erstrecken, so dass die Verbindungsstruktur 251 wenigstens eine elastische Kopplung zwischen dem mikroelektromechanischen Element 206 und dem Halbleiterträger 204 bereitstellen kann. Die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) können ausgelegt sein, um eine laterale Steifigkeit aufzuweisen, welche kleiner als eine vertikale Steifigkeit ist. Die laterale Steifigkeit kann kleiner als die vertikale Steifigkeit sein, z. B. kann die laterale Steifigkeit kleiner als etwa 50 % der vertikalen Steifigkeit sein, z. B. kleiner als etwa 10 % der vertikalen Steifigkeit, z. B. kann die laterale Steifigkeit in einem Bereich von etwa 10 % bis etwa 30 % der vertikalen Steifigkeit liegen. Daher kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) eine Erweiterung in lateraler Richtung (veranschaulichend ihre Breite) aufweisen, welche kleiner als in vertikaler Richtung (veranschaulichend ihre Dicke) ist. Beispielsweise kann die Dicke der Verbindungsstruktur 251 (z. B. des einen oder der mehreren Federarme 208, z. B. jedes Federarms 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) größer als etwa 150 % der Breite der Verbindungsstruktur 251 (z. B. des einen oder der mehreren Federarme 208) sein, z. B. größer als etwa 200 % (größer als etwa das Zweifache der Breite der Verbindungsstruktur 251 (z. B. des einen oder der mehreren Federarme 208)), z. B. größer als etwa 300 %, z. B. größer als etwa 400 %, z. B. größer als etwa 500 %, z. B. größer als etwa 600 %, z. B. größer als etwa 700 %, z. B. größer als etwa 800 %, z. B. größer als etwa 900 %, z. B. größer als etwa 1000 % (zehnmal).
Entlang einer ersten Richtung (z. B. einer lateralen Richtung) kann eine Steifigkeit (z. B. eine laterale Steifigkeit, mit anderen Worten eine Steifigkeit in einer Ebene) der Verbindungsstruktur 251 (z. B. des einen oder der mehreren Federarme 208, z. B. jedes Federarms 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) weniger als eine Steifigkeit (z. B. eine laterale Steifigkeit) von wenigstens einem sein von: dem mikroelektromechanischen Element und dem Halbleiterträger; z. B. weniger als etwa 50 % (z. B. weniger als etwa 40 %, weniger als etwa 30 %, weniger als etwa 20 % oder weniger als etwa 10 %) der Steifigkeit (z. B. der lateralen Steifigkeit) von wenigstens einem von: dem mikroelektromechanischen Element und dem Halbleiterträger.
Entlang einer zweiten Richtung (z. B. einer vertikalen Richtung) ist eine Steifigkeit (z. B. eine vertikale Steifigkeit, mit anderen Worten eine Steifigkeit außerhalb einer Ebene) der Verbindungsstruktur mehr als eine Steifigkeit (z. B. eine vertikale Steifigkeit) von wenigstens einem von: dem mikroelektromechanischen Element und einer Membran des mikroelektromechanischen Elements; z. B. mehr als etwa 100 % (z. B. mehr als etwa 200 %, mehr als etwa 300 %, mehr als etwa 500 % oder mehr als etwa 1000 %) der Steifigkeit (z. B. der vertikalen Steifigkeit) von wenigstens einem von: dem mikroelektromechanischen Element und dem Halbleiterträger. Die erste Richtung (z. B. Richtung 101, siehe 11B) kann senkrecht zur zweiten Richtung (z. B. Richtung 105, siehe 11B) sein.
Alternativ oder zusätzlich kann entlang einer dritten Richtung (z. B. einer weiteren lateralen Richtung) eine Steifigkeit (z. B. eine weitere laterale Steifigkeit, mit anderen Worten eine weitere Steifigkeit in einer Ebene) der Verbindungsstruktur 251 (z. B. des einen oder der mehreren Federarme 208, z. B. jedes Federarms 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) weniger als eine Steifigkeit (z. B. eine weitere laterale Steifigkeit) von wenigstens einem sein von: dem mikroelektromechanischen Element und dem Halbleiterträger; z. B. weniger als etwa 50 % (z. B. weniger als etwa 40 %, weniger als etwa 30 %, weniger als etwa 20 % oder weniger als etwa 10 %) der Steifigkeit (z. B. der weiteren lateralen Steifigkeit) von wenigstens einem von: dem mikroelektromechanischen Element und dem Halbleiterträger. Die dritte Richtung kann senkrecht zu wenigstens einer der ersten Richtung und der zweiten Richtung sein (mit anderen Worten kann die dritte Richtung senkrecht zu wenigstens einer der ersten Richtung und/oder der zweiten Richtung sein). Die erste Richtung und die dritte Richtung (z. B. Richtung 103, siehe 11B) können eine Ebene definieren (mit anderen Worten können sie in einer Ebene liegen). Die zweite Richtung kann senkrecht zur Ebene sein (mit anderen Worten kann sie außerhalb der Ebene liegen). Beispielsweise kann das mikroelektromechanische Element 206, beispielsweise die Membran (z. B. im Falle, dass das mikroelektromechanische Element 206 ein Mikrofon umfasst), in wenigstens einer der ersten und der dritten Richtung erstreckt werden (z. B. die Ebene definieren).
Mit anderen Worten kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) eine erste Federkraft in einer lateralen Richtung (laterale Kraft) erzeugen, falls das mikroelektromechanische Element 206 in einer lateralen Richtung (z. B. Richtung 101) bewegt wird und/oder falls eine mechanische Verspannung in einer lateralen Richtung angewendet wird, und die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) kann eine zweite Federkraft in einer vertikalen Richtung (vertikale Kraft) erzeugen, falls das mikroelektromechanische Element 206 in einer vertikalen Richtung (z. B. Richtung 105) bewegt wird und/oder falls eine mechanische Verspannung in einer vertikalen Richtung (z. B. aufgrund von Torsion der PCB 304) angewendet wird. Die laterale Kraft kann kleiner als die vertikale Kraft sein, z. B. kann die laterale Kraft kleiner als etwa 50 % der vertikalen Kraft sein, z. B. kleiner als etwa 10 % der vertikalen Kraft. Das heißt, dass die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) eine anisotrope Steifigkeit aufweist, wobei ein Wert der anisotropen Steifigkeit in einer lateralen Richtung kleiner als ein Wert der anisotropen Steifigkeit in einer vertikalen Richtung ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die laterale Steifigkeit in einem Bereich von etwa 1 N/m bis etwa 500 N/m liegen, z. B. in einem Bereich von etwa 1 N/m bis etwa 200 N/m, z. B. in einem Bereich von etwa 1 N/m bis etwa 100 N/m, z. B. in einem Bereich von etwa 1 N/m bis etwa 50 N/m oder in einem Bereich von etwa 50 N/m bis etwa 200 N/m. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die vertikale Steifigkeit in einem Bereich von etwa 100 N/m bis etwa 50000 N/m liegen, z. B. in einem Bereich von etwa 200 N/m bis etwa 50000 N/m, z. B. in einem Bereich von etwa 500 N/m bis etwa 50000 N/m, z. B. in einem Bereich von etwa 1000 N/m bis etwa 50000 N/m, z. B. in einem Bereich von etwa 5000 N/m bis etwa 50000 N/m, z. B. in einem Bereich von etwa 10000 N/m bis etwa 50000 N/m.
Um die elastische Kopplung bereitzustellen, kann die Verbindungsstruktur 251 geöffnet werden, z. B. um den einen oder die mehreren Federarme 208 bereitzustellen. Die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) kann wenigstens eines sein von: gekrümmt, abgewinkelt, verzweigt oder doppelwinklig in eine laterale Richtung (siehe auch 11B). Mit anderen Worten kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) eine Krümmung oder einen Winkel aufweisen, welche(r) in eine laterale Richtung gerichtet ist (mit anderen Worten zeigt die Tangente der Krümmung oder des Winkels in eine laterale Richtung). In diesem Falle kann die Krümmung oder der Winkel des einen oder der mehreren Federarme 208 verändert (z. B. erhöht oder reduziert) werden, um eine mechanische Verspannung zu absorbieren. Mit anderen Worten kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) ablenken, um mechanische Verspannung zu absorbieren.
3B veranschaulicht eine mikroelektromechanische Vorrichtung 300b gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 300b kann eine Verbindungsstruktur 251 (z. B. den einen oder die mehreren Federarme 208) umfassen, welche gewellt ist, z. B. in eine vertikale Richtung gekrümmt ist. In diesem Falle kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) eine anisotrope Steifigkeit aufweisen, wobei ein Wert der anisotropen Steifigkeit in einer lateralen Richtung kleiner als ein Wert der anisotropen Steifigkeit in einer vertikalen Richtung ist. Dies ermöglicht, mehr mechanische Verspannung in einer vertikalen Richtung zu absorbieren, z. B. wenn ein Drehmoment auf die PCB 304 angewendet wird. Beispielsweise kann eine höhere Empfindlichkeit des mikroelektromechanischen Elements 206 gegenüber Vibration bereitgestellt werden, z. B. gegenüber Vibration und akustischer Reaktion.
Um die elastische Kopplung bereitzustellen, kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) gekrümmt, abgewinkelt oder doppelwinklig in eine vertikale Richtung sein. Mit anderen Worten kann die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) eine Krümmung oder einen Winkel aufweisen, welche(r) in eine vertikale Richtung gerichtet ist (mit anderen Worten zeigt die Tangente der Krümmung oder des Winkels in eine vertikale Richtung).
4A, 4B und 4C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 400a, 400b, 400c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine erste Schicht 402 wenigstens eines von in oder über einem Halbleiterträger 204 ausgebildet werden, wie in 4A veranschaulicht. Der Halbleiterträger 204 kann ein Teil eines Halbleiterchips oder ein Teil eines Wafers (vor dem Singulieren des Wafers) oder Teil eines Wafers (nach dem Singulieren des Wafers) sein, z. B. eingebettet in Formmaterial, z. B. als Teil eines Wafer-Level-Package.
Die erste Schicht 402 kann ein halbleitendes Material (z. B. Silizium, z. B. polykristallines Silizium) umfassen oder daraus ausgebildet werden oder kann ein elektrisch leitendes Material umfassen oder daraus ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Schicht 402 ein Metall, z. B. Kupfer oder Aluminium, umfassen oder daraus ausgebildet werden. Beispielsweise kann die erste Schicht 402 eine oder mehrere Unterschichten umfassen, wobei die Unterschichten unterschiedliche Materialien umfassen können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine zweite Schicht 404 wenigstens eines von in oder über der ersten Schicht 402 ausgebildet werden, wie in 4B veranschaulicht. Die zweite Schicht 402 kann wenigstens eines von in oder über wenigstens einer zentralen Region 402c der ersten Schicht 402 ausgebildet werden. Die zentrale Region 402c der ersten Schicht 402 kann als eine Region verstanden werden, welche wenigstens teilweise (teilweise oder vollständig) von einer peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 umgeben ist.
Die zweite Schicht 404 kann ein halbleitendes Material (z. B. Silizium, z. B. polykristallines Silizium) umfassen oder daraus ausgebildet werden oder kann ein elektrisch leitendes Material umfassen oder daraus ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Schicht 404 ein Metall, z. B. Kupfer oder Aluminium, umfassen oder daraus ausgebildet werden. Beispielsweise kann die zweite Schicht 404 eine oder mehrere Unterschichten umfassen, wobei die Unterschichten unterschiedliche Materialien umfassen können.
Optional kann zwischen der ersten Schicht 402 und der zweiten Schicht 404 eine Zwischenschicht (nicht gezeigt) ausgebildet werden, welche sich z. B. wenigstens über die periphere Region 404p der zweiten Schicht 404 erstreckt oder sich z. B. wenigstens über die periphere Region 404p der zweiten Schicht 404 und über die zentrale Region 404c der zweiten Schicht 404 erstreckt.
Die Zwischenschicht kann ein elektrisch isolierendes Material, z. B. ein Oxidmaterial (z. B. Siliziumoxid), umfassen oder daraus ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenschicht analog zur Passivierungsschicht ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine Oberflächenregion der ersten Schicht 402 oxidiert werden, um die Zwischenschicht auszubilden. Die Zwischenschicht kann eine elektrische Isolation zwischen der ersten Schicht 402 und der zweiten Schicht 404 bereitstellen und kann in diesem Falle auch als die isolierende Schicht bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenschicht ein Metall, z. B. Kupfer oder Aluminium, umfassen oder daraus ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Zwischenschicht eine oder mehrere Unterschichten umfassen, wobei die Unterschichten unterschiedliche Materialien umfassen können. Die Zwischenschicht kann eine Dicke (in vertikaler Richtung) im Bereich von etwa 0,01 µm bis etwa 10 µm, z. B. im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 1 µm, aufweisen.
Die zentrale Region 402c der ersten Schicht 402 kann von der zweiten Schicht 404 abgedeckt sein, und die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 kann frei von der zweiten Schicht 404 sein. Beispielsweise kann die zweite Schicht 404 unter Verwendung einer Maske und/oder durch Entfernen von Material der zweiten Schicht 404 wenigstens teilweise (z. B. wenigstens über der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402) ausgebildet werden, um die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 freizulegen. Beispielsweise kann die zweite Schicht 404 teilweise durch Ätzen der zweiten Schicht 404 entfernt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 strukturiert sein, wie in 4C veranschaulicht. Durch die Verwendung von Strukturierung kann die Verbindungsstruktur (z. B. der eine oder die mehreren Federarme) ausgebildet werden. Beispielsweise kann Material der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 entfernt werden, z. B. durch Ätzen der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402. Das Strukturieren der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 kann das Freilegen des Halbleiterträgers 204 umfassen. Beispielsweise können eine oder mehrere Öffnungen 404o, z. B. Gräben oder Durchgangslöcher, in der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 ausgebildet werden. Die Öffnungen 404o können in die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 unter Verwendung einer Maske (z. B. aus einem Resist ausgebildet), z. B. einer Photomaske, ausgebildet werden. In diesem Falle können die Regionen der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402, welche auf dem Halbleiterträger 204 verbleiben sollen, von der Maske abgedeckt werden, um vor einer Strukturierung, z. B. Ätzung, geschützt zu sein. Mit anderen Worten kann die Maske auf die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 aufgebracht werden, um eine oder mehrere Regionen abzudecken, welche auf dem Halbleiterträger 204 verbleiben sollen.
Alternativ kann die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 durch Ausbilden der zweiten Schicht 404 unter Verwendung einer Maske strukturiert werden. Die Maske kann auf den Halbleiterträger 204 aufgebracht werden, um eine oder mehrere Regionen abzudecken, welche frei von der zweiten Schicht 404 verbleiben sollen. Veranschaulichend können die Öffnungen 404o in der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 durch Abschattung des Halbleiterträgers 204 (unter Verwendung einer Maske) ausgebildet werden.
Veranschaulichend können die eine oder mehreren Öffnungen 404o die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 in einen oder mehrere Federarme, z. B. in Form von Brücken, trennen.
5A, 5B und 5C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 500a, 500b, 500c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Material unter wenigstens einer zentralen Region 402c der zweiten Schicht entfernt werden, z. B. um die zentrale Region 404c der zweiten Schicht 404 freizugeben (mit anderen Worten zu lösen), wie in 5A veranschaulicht. Beispielsweise kann Material des Halbleiterträgers 204 entfernt werden, um die Öffnung 204o auszubilden. Die Öffnung 204o kann sich durch den gesamten Halbleiterträger 204 (in einer vertikalen Richtung) erstrecken. Durch Entfernen von Material des Halbleiterträgers 204 kann die erste Schicht 402, z. B. die zentrale Region 402c der ersten Schicht 402, freigelegt werden. Veranschaulichend kann die Rückseite der ersten Schicht 402 freigelegt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Material unter wenigstens einer zentralen Region 402c der zweiten Schicht entfernt werden, wie in 5B veranschaulicht. Beispielsweise kann Material der ersten Schicht 204 (z. B. Material in der zentralen Region 404c der ersten Schicht 204) entfernt werden, um eine Öffnung 402o in der ersten Schicht 204 auszubilden. Die Öffnung 402o kann sich durch die gesamte erste Schicht 204 erstrecken. Durch Entfernen von Material der ersten Schicht 204 kann die zweite Schicht 404, z. B. die zentrale Region 404c der zweiten Schicht 404, freigelegt werden. Veranschaulichend kann die Rückseite der zweiten Schicht 404 freigelegt werden.
Veranschaulichend kann in diesem Schritt die zentrale Region 404c der zweiten Schicht 404 freigegeben werden, um eine freihängende Region der zweiten Schicht 404 (z. B. wenigstens die zentrale Region 404c der zweiten Schicht 404) auszubilden, welche nur durch die erste Schicht 402 gekoppelt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Material unter wenigstens der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 entfernt werden, wie in 5C veranschaulicht. Beispielsweise kann Material des Halbleiterträgers 204 entfernt werden, um die Öffnung 204o in einer lateralen Richtung zu erweitern. Die Öffnung 204o kann sich über wenigstens die Verbindungsstruktur 251 (z. B. den einen oder die mehreren Federarme 208) in der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 erstrecken. Durch Entfernen von Material des Halbleiterträgers 204 kann die erste Schicht 402 freigelegt werden. Veranschaulichend kann die Rückseite (gegenüber der Oberseite) der ersten Schicht 402 freigelegt werden.
Veranschaulichend kann in diesem Schritt die Verbindungsstruktur 251 (z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208) freigegeben werden, um eine freihängende Verbindungsstruktur 251 (z. B. den einen oder die mehreren Federarme 208) auszubilden.
6A, 6B und 6C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 600a, 600b, 600c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 durch Ausbilden einer Vertiefung 204r und durch Ausbilden eines oder mehrerer Gräben 204t im Halbleiterträger 204, wie in 6A veranschaulicht, und Ausbilden der ersten Schicht 402 wenigstens teilweise in oder über (z. B. wenigstens eines von in oder über) der Vertiefung 204r, wie in 6B veranschaulicht, strukturiert werden. Beispielsweise kann die Vertiefung 204r wenigstens teilweise (teilweise oder vollständig) mit Material der ersten Schicht 402 gefüllt sein, und der eine oder die mehreren Gräben 204t können wenigstens teilweise (teilweise oder vollständig) mit Material der ersten Schicht 402 gefüllt sein. Die Gräben 204t können designiert sein, um den einen oder die mehreren Federarme auszubilden. Veranschaulichend können der eine oder die mehreren Gräben 204t eine negative Form (auch als Vorform bezeichnet) der mehreren Federarme sein. Ferner kann die zweite Schicht 404 wenigstens eines von in oder über der ersten Schicht 402 ausgebildet werden, wie oben beschrieben und wie in 6C veranschaulicht.
7A, 7B und 7C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 700a, 700b, 700c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Alternativ kann die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 durch eine Kombination der oben erwähnten Schritte strukturiert werden. Wie in 7A veranschaulicht, kann die Vertiefung 204r im Halbleiterträger 204 ausgebildet werden. Ferner kann die erste Schicht 402 wenigstens teilweise in oder über (z. B. wenigstens eines von in oder über) der Vertiefung 204r ausgebildet werden, wie in 7B veranschaulicht. Beispielsweise kann die Vertiefung 204r wenigstens teilweise mit Material der ersten Schicht 402 gefüllt werden. Ferner kann die zweite Schicht 404 wenigstens eines von in oder über der ersten Schicht 402 ausgebildet werden, wie oben beschrieben und wie in 7C veranschaulicht.
8A, 8B und 8C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 800a, 800b, 800c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die eine oder mehreren Öffnungen 404o in der ersten Schicht 404 ausgebildet werden, wie in 8A veranschaulicht. Die eine oder mehreren Öffnungen 404o können z. B. durch Entfernen von Material 204e des Halbleiterträgers 204 der mikroelektromechanischen Vorrichtung 600c ausgebildet werden, wie in 6C veranschaulicht, oder z. B. durch Entfernen von Material 404e der ersten Schicht 402e der mikroelektromechanischen Vorrichtung 700c, wie in 7C veranschaulicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 204o im Halbleiterträger 204 ausgebildet werden, wie in 8B veranschaulicht. Ferner kann die Öffnung 402o in der ersten Schicht 402 ausgebildet werden, wie in 8C veranschaulicht.
9A, 9B und 9C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 900a, 900b, 900c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vertiefung 204r im Halbleiterträger 204 ausgebildet werden, wie in 9A veranschaulicht. Ferner kann eine isolierende Schicht 902 in der Vertiefung 204r ausgebildet werden, wie in 9B veranschaulicht. Die isolierende Schicht 902 kann ein elektrisch isolierendes Material, z. B. ein Oxidmaterial (z. B. Siliziumoxid), umfassen oder daraus ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine Oberfläche (in der Vertiefung 204r) des Halbleiterträgers 204 oxidiert werden, um die isolierende Schicht 902 auszubilden. Die isolierende Schicht 902 (auch als erste isolierende Schicht 902 bezeichnet) kann wenigstens den Boden der Vertiefung 204r abdecken, z. B. den Boden der Vertiefung 204r und die Seitenwände der Vertiefung 204r.
Die erste isolierende Schicht 902 kann eine Dicke (in vertikaler Richtung) im Bereich von etwa 0,01 µm bis etwa 10 µm, z. B. im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 1 µm, aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht 402 wenigstens teilweise in oder über (wenigstens eines von in oder über) der Vertiefung 204r des Halbleiterträgers 204 ausgebildet werden, wie in 9C veranschaulicht. Beispielsweise kann die erste Schicht 402 sich über die Vertiefung 204r im Halbleiterträger 204 erstrecken. Beispielsweise kann die erste Schicht 402 eine laterale Erweiterung größer als eine laterale Erweiterung der Vertiefung 204r im Halbleiterträger 204 aufweisen. In diesem Falle kann die erste Schicht 402 auch über einer Region des Halbleiterträgers 204 neben (z. B. außerhalb) der Vertiefung 204r im Halbleiterträger 204 ausgebildet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Schicht 402 (veranschaulichend die Dicke der ersten Schicht 402) eine vertikale Erweiterung größer als eine vertikale Erweiterung der Vertiefung 204r (veranschaulichend die Tiefe der Vertiefung 204r) im Halbleiterträger 204 aufweisen.
10A, 10B und 10C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 1000a, 1000b, 1000c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Material der ersten Schicht 402 wenigstens teilweise über der Vertiefung 204r im Halbleiterträger 204 entfernt werden, wie in 9C veranschaulicht. Beispielsweise kann die erste Schicht 402 bis zur Erweiterung der Vertiefung 204r schmaler gemacht werden. Zusätzlich kann Material der ersten Schicht 402 über einer Region des Halbleiterträgers 204 neben (z. B. außerhalb) der Vertiefung 204r im Halbleiterträger 204 entfernt werden. In diesem Schritt kann die erste Schicht 402 planarisiert werden, z. B. um eine planare Oberfläche (z. B. wenigstens in der zentralen Region 402c) mit dem Halbleiterträger 204 auszubilden. Beispielsweise kann das Material der ersten Schicht 402 durch Ätzen oder Polieren (z. B. elektrochemisches Polieren, Plasmapolieren und/oder mechanisches Polieren) entfernt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine isolierende Schicht 904 (auch als zweite isolierende Schicht 904 bezeichnet) über der ersten Schicht 402 ausgebildet werden, wie in 10B veranschaulicht. Die isolierende Schicht 904 kann wenigstens eines von in oder über (mit anderen Worten wenigstens eines von in und über) wenigstens einer zentralen Region 402c der ersten Schicht 402 ausgebildet werden. Optional kann die isolierende Schicht 904 auch wenigstens eines von in oder über wenigstens einer peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 ausgebildet werden.
Die zweite isolierende Schicht 904 kann eine Dicke (in vertikaler Richtung) im Bereich von etwa 0,01 µm bis etwa 10 µm, z. B. im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 1 µm, aufweisen.
Die zweite isolierende Schicht 902 kann ein elektrisch isolierendes Material, z. B. ein Oxidmaterial (z. B. Siliziumoxid), umfassen oder daraus ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine Oberflächenregion der ersten Schicht 402 oxidiert werden, um die zweite isolierende Schicht 904 auszubilden. Die zweite isolierende Schicht 904 kann wenigstens die zentrale Region 402c der ersten Schicht 402 abdecken. Beispielsweise kann die zweite isolierende Schicht 904 die zentrale Region 402c der ersten Schicht 402 und die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 abdecken. Alternativ kann die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 frei von der zweiten isolierenden Schicht 904 bleiben. Beispielsweise kann die zweite isolierende Schicht 904 unter Verwendung einer Maske, analog der vorhergehenden Beschreibung, ausgebildet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Schicht 404 über der ersten Schicht 402, z. B. über der zweiten isolierenden Schicht 904, ausgebildet werden, wie in 10B veranschaulicht. Die zweite Schicht 404 kann wenigstens eines von in oder über wenigstens einer zentralen Region 402c der ersten Schicht 402 ausgebildet werden. Die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 kann frei von der zweiten Schicht 404 bleiben. Beispielsweise kann die zweite Schicht 404 unter Verwendung einer Maske, analog der vorhergehenden Beschreibung, ausgebildet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 strukturiert sein, wie in 10C veranschaulicht. Durch Strukturieren der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 können der eine oder die mehreren Federarme ausgebildet werden. Beispielsweise kann Material der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402 entfernt werden, z. B. durch Ätzen der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402, um eine oder mehrere Öffnungen 404o auszubilden. Beispielsweise kann wenigstens eine Öffnung 404o der einen oder mehreren Öffnungen 404o als ein Graben ausgebildet werden.
Falls die Öffnungen 404o (die eine oder mehreren Öffnungen 404o) durch Ätzen der peripheren Region 402p der ersten Schicht 402, z. B. unter Verwendung eines Ätzmittels, ausgebildet werden, kann die erste isolierende Schicht 902 als Ätzstopp für das Ätzmittel verwendet werden.
11A veranschaulicht eine mikroelektromechanische Vorrichtung 1100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Öffnung 204o und die Öffnung 402o, z. B. unter Verwendung von Ätzen, ausgebildet werden, wie in 11A veranschaulicht. Mit anderen Worten kann Material unter wenigstens einer zentralen Region 402c der zweiten Schicht 404 entfernt werden. Beispielsweise kann der Halbleiterträger 204 mit einem ersten Ätzmittel (auch als erstes Ätzagens bezeichnet) geätzt werden, um die Öffnung 204o auszubilden. Die erste Isolationsschicht 902 kann als Ätzstoppschicht für das erste Ätzmittel verwendet werden. Mit anderen Worten kann die erste Isolationsschicht 902 nicht durch das erste Ätzmittel entfernt werden (z. B. kann die erste Isolationsschicht 902 gegenüber dem ersten Ätzmittel inert sein). Durch Ausbilden der Öffnung 204o kann wenigstens die erste Isolationsschicht 902 freigelegt werden.
Ferner kann die Region der ersten Isolationsschicht 902, welche durch die Öffnung 204o freigelegt ist, entfernt werden, um die erste Schicht 402 freizulegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Region der ersten Schicht 402, welche durch die Öffnung 204o freigelegt ist, entfernt werden. Beispielsweise kann die erste Schicht 402 mit einem zweiten Ätzmittel (auch als zweites Ätzagens bezeichnet) geätzt werden, um die Öffnung 402o auszubilden. Die zweite Isolationsschicht 904 kann als Ätzstoppschicht für das zweite Ätzmittel verwendet werden. Mit anderen Worten kann die zweite Isolationsschicht 904 nicht durch das zweite Ätzmittel entfernt werden (z. B. kann die zweite Isolationsschicht 904 gegenüber dem zweiten Ätzmittel inert sein). Durch Ausbilden der Öffnung 402o kann wenigstens die zweite Isolationsschicht 904 freigelegt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Ätzmittel als Fluid (auch als chemisches Nassätzen bezeichnet, z. B. unter Verwendung einer Säure), Gas (auch als chemisch-trockenes Ätzen bezeichnet, z. B. unter Verwendung eines reaktiven Gases und/oder von Plasma) und/oder Ionen (auch als physikalisch-trockenes Ätzen bezeichnet, z. B. unter Verwendung von Argonionen) usw. verstanden werden.
Das zweite Ätzmittel kann das gleiche wie das erste Ätzmittel sein, z. B. die gleiche Säure, z. B. falls die erste Schicht 402 und die zweite Schicht 404 das gleiche Material umfassen (oder aus dem gleichen Material ausgebildet werden) und/oder z. B. falls die erste Isolationsschicht 902 und die zweite Isolationsschicht 904 das gleiche Material umfassen (oder aus dem gleichen Material ausgebildet werden).
Die Region der zweiten Isolationsschicht 904, welche durch die Öffnung 402o freigelegt ist, kann entfernt werden, um die zweite Schicht 404 freizulegen. Mit anderen Worten kann das Entfernen der ersten Isolationsschicht 902 das Freilegen der ersten Schicht 402 umfassen.
Das Entfernen der ersten Isolationsschicht 902 und/oder das Entfernen der zweiten Isolationsschicht 904 kann Ätzen umfassen, z. B. unter Verwendung eines anderen Ätzmittels (auch als drittes Ätzmittel bezeichnet). Das dritte Ätzmittel kann sich von dem ersten und/oder dem zweiten Ätzmittel unterscheiden.
Das Material unter der ersten Schicht 402 und/oder der zweiten Schicht 404 kann entfernt werden, so dass die periphere Region 404p der zweiten Schicht 404 wenigstens teilweise mit der verbleibenden ersten Schicht 402 überlappen kann, wie in 11A veranschaulicht. Zusätzlich kann Material der zweiten Isolationsschicht 904 zwischen der peripheren Region 404p der zweiten Schicht 404 und Region der ersten Schicht 402, welche einander überlappen (z. B. miteinander gekoppelt sind), verbleiben. In diesem Falle kann die zweite Schicht 404 elektrisch von der ersten Schicht 402 isoliert sein.
11B veranschaulicht die mikroelektromechanische Vorrichtung 1100 in einer perspektivischen Querschnittsansicht. In 11B ist eine Viertelansicht der mikroelektromechanischen Vorrichtung 1100 veranschaulicht. Beispielsweise kann die gesamte mikroelektromechanische Vorrichtung 1100 durch Drehen der Querschnittsansicht in 11B um die Achse 1101 (Achse 1101 außerhalb der Ebene) erhalten werden.
Wie in 11B veranschaulicht, kann das mikroelektromechanische Element 206 die zweite Schicht 404 umfassen. Ferner umfassen der eine oder die mehreren Federarme 208 (wobei zwei Federarme 208 in 11B veranschaulicht sind), z. B. insgesamt acht Federarme 208, Material der ersten Schicht 402. In der ersten Schicht 402 können die Öffnungen 404 als Linien (veranschaulichend als Gräben) ausgebildet werden, welche sich durch die erste Schicht 402 (in vertikaler Richtung, z. B. Richtung 105) erstrecken. Die Öffnungen 404 können den einen oder die mehreren Federarme 208 voneinander trennen. Der eine oder die mehreren Federarme 208 können als Brückenstrukturen oder lange Kammstrukturen ausgebildet werden, z. B. welche sich durch den Spalt zwischen dem Halbleiterträger 204 (auch als Substrat bezeichnet) und dem mikroelektromechanischen Element 206 erstrecken. Wenigstens einer des einen oder der mehreren Federarme 208 kann mäanderförmig sein. Der eine oder die mehreren Federarme 208 können eine Federstütze 1108 (Verbindungsfedern), z. B. eine plattenähnliche Federstütze 1108, ausbilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die eine oder mehreren Öffnungen 404o gestapelt sein (in eine laterale Richtung, z. B. eine radiale Richtung bezüglich der Achse 1101). Beispielsweise kann wenigstens eine (beispielsweise jede) Öffnung der einen oder mehreren Öffnungen 404o wenigstens einen (z. B. zwei) tangentialen Teil (der sich in einer tangentialen Richtung bezüglich der Achse 1101 erstreckt) und wenigstens einen radialen Teil (der sich in einer radialen Richtung bezüglich der Achse 1101 erstreckt) umfassen. Beispielsweise kann der radiale Teil einer Öffnung die zwei tangentialen Teile der Öffnung verbinden. Falls das mikroelektromechanische Element 206 nicht rotationssymmetrisch ist, können die Öffnungen einen Umfangsteil anstelle eines tangentialen Teils umfassen.
Analog können der eine oder die mehreren Federarme 208 gestapelt sein (in eine laterale Richtung, z. B. eine tangentiale Richtung bezüglich der Achse 1101). Beispielsweise kann wenigstens ein (beispielsweise jeder) Federarm des einen oder der mehreren Federarme 208 wenigstens einen (z. B. zwei) tangentialen Teil (der sich in einer tangentialen Richtung bezüglich der Achse 1101 erstreckt) und wenigstens einen radialen Teil (der sich in einer radialen Richtung bezüglich der Achse 1101 erstreckt) umfassen. Beispielsweise kann der tangentiale Teil eines Federarms die zwei radialen Teile eines Federarms verbinden. Falls das mikroelektromechanische Element 206 nicht rotationssymmetrisch ist, können die Federarme einen Umfangsteil anstelle eines tangentialen Teils umfassen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen nehmen die Federarme 208 die volle Bewegung in lateraler Richtung ein, z. B. falls das mikroelektromechanische Element 206 relativ zum Substrat in die laterale Richtung (senkrecht zur vertikalen Richtung, z. B. senkrecht zur Richtung 105) bewegt wird. Ferner kann eine vertikale Bewegung des mikroelektromechanischen Elements 206 wenigstens teilweise unterdrückt werden, z. B. durch die anisotrope Steifigkeit, welche durch die Geometrie (Verhältnis Dicke/Breite) des einen oder der mehreren Federarme 208 bereitgestellt wird. Das Verhältnis Dicke/Breite (kann auch als ein Seitenverhältnis bezeichnet werden) des einen oder der mehreren Federarme 208 kann größer als etwa zwei, z. B. größer als etwa drei, z. B. größer als etwa fünf, z. B. größer als etwa zehn, sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine gesteuerte Ventilation über die eine oder mehreren Öffnungen 404o (zwischen dem einen oder den mehreren Federarmen 208) bereitgestellt werden. Die eine oder mehreren Öffnungen 404o können als schmale Schlitze ausgebildet werden, wie in 11B veranschaulicht. Die Ventilation kann für den Einsatz des mikroelektromechanischen Elements 206 als Mikrofon erforderlich sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Öffnung 402o und die Öffnung 204 einen Hohlraum, z. B. einen kombinierten Hohlraum, ausbilden. Alternativ können die Öffnung 402o und die Öffnung 204 ein Durchgangsloch ausbilden, wie zuvor beschrieben. Beispielsweise können die Öffnung 402o und die Öffnung 204 durch die Montage des Halbleiterträgers 204 auf einer PCB (nicht gezeigt) einen Hohlraum mit der PCB ausbilden.
Die periphere Region 402p der ersten Schicht 402 kann als stützende Kämme dienen, z. B. zum Koppeln der Federstruktur 1108 mit dem Halbleiterträger 204.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mikroelektromechanische Element 206 ein mechanisches Glied (z. B. durch die erste Schicht 404 bereitgestellt) und ein elektrisches Glied (nicht gezeigt) umfassen. Das mechanische Glied und das elektrische Glied können miteinander gekoppelt sein, z. B. mittels einer elektrischen Kraft (z. B. kapazitiv) oder einer magnetischen Kraft (z. B. induktiv). Alternativ oder zusätzlich können das mechanische Glied und das elektrische Glied piezoelektrisch oder resistiv gekoppelt sein. Beispielsweise kann das elektrische Glied eine Elektrode, eine Spule oder einen Draht umfassen oder als Elektrode, Spule oder Draht ausgebildet werden.
Das mechanische Glied kann eine Membran (z. B. ein Diaphragma) oder eine Stange umfassen, welche mechanisch stimuliert werden kann, z. B. durch ein Medium (z. B. ein Gas oder ein Fluid), das mit dem mechanischen Glied gekoppelt ist, oder als solche ausgebildet werden. Beispielsweise kann das Medium mechanische Energie auf das mechanische Glied übertragen, z. B. ein mechanisches Signal, z. B. eine Oszillation oder einen Impuls, so dass das mechanische Glied relativ zum elektrischen Glied bewegt wird.
Beispielsweise kann das mikroelektromechanische Element einen Schallwandler (z. B. einen akustischen Wandler) zum Koppeln mit einem Medium, z. B. Wasser oder Luft, umfassen oder als solcher ausgebildet werden. Der Schallwandler kann ausgelegt sein, um ein elektrisches Signal in Reaktion auf den Empfang eines Schallsignals vom Medium zu erzeugen (veranschaulichend kann dies als ein Mikrofon oder ein Schallsensor verwendet werden). Alternativ oder zusätzlich kann der Schallwandler ausgelegt sein, um ein Schallsignal zum Medium in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu übertragen (veranschaulichend kann dies als ein Lautsprecher verwendet werden).
Eine Bewegung des mechanischen Glieds kann das elektrische Glied dazu veranlassen, ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, z. B. kann sich eine Eigenschaft des elektrischen Glieds ändern, z. B. seine Kapazität. Daher kann eine Spannung, welche zum elektrischen Glied unterstützt wird, aufgrund der Änderung seiner Kapazität geändert werden. Mit anderen Worten kann das elektrische Glied ausgelegt sein, um eine Bewegung des mechanischen Glieds zu erfassen und ein elektrisches Signal basierend auf der Bewegung zu erzeugen oder zu modifizieren.
Alternativ kann ein elektrisches Signal, welches zum elektrischen Glied unterstützt wird, das mechanische Glied veranlassen, sich zu bewegen, z. B. zu vibrieren. Das elektrische Signal kann eine Kraft erzeugen oder modifizieren, welche die Position des mechanischen Glieds beeinflusst, z. B. eine elektrische Kraft (z. B. kapazitiv) oder eine magnetische Kraft (z. B. induktiv). Durch die Bewegung kann das mechanische Glied mechanische Energie zum Medium übertragen, z. B. kann das mechanische Glied Schall ausstrahlen, z. B. Ton. Mit anderen Worten kann das elektrische Glied ausgelegt sein, um das mechanische Glied basierend auf dem elektrischen Signal zu bewegen, um das mechanische Signal zu erzeugen oder zu modifizieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Federarme 208 sich in einer lateralen Richtung erstrecken (veranschaulichend können sie eine Länge aufweisen), z. B. gemessen in einer tangentialen Richtung bezüglich der Achse 1101, im Bereich von etwa 10 µm bis etwa 500 µm, z. B. im Bereich von etwa 50 µm bis etwa 200 µm, z. B. im Bereich von etwa 75 µm bis etwa 150 µm, z. B. etwa 100 µm. Die Anzahl der Federarme 208 (z. B. jeder Federarm 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) kann durch ihre Länge und den Umfang des mikroelektromechanischen Elements 206 definiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anzahl der Federarme 208 im Bereich von etwa 2 bis etwa 100 liegen, z. B. im Bereich von etwa 5 bis etwa 80, z. B. im Bereich von etwa 8 bis etwa 75, z. B. im Bereich von etwa 10 bis etwa 50, z. B. im Bereich von etwa 20 bis etwa 40, z. B. etwa 30.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Federarme 208 (z. B. jeder Federarm 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) sich in einer lateralen Richtung erstrecken (veranschaulichend können sie eine Breite aufweisen), z. B. gemessen in einer radialen Richtung bezüglich der Achse 1101, im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 10 µm, z. B. im Bereich von etwa 0,5 µm bis etwa 5 µm, z. B. im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 2 µm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verbindungsstruktur 251, z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208 (z. B. jeder Federarm 208 des einen oder der mehreren Federarme 208), sich in einer vertikalen Richtung erstrecken (veranschaulichend können sie eine Höhe oder eine Dicke aufweisen), gemessen parallel zur Achse 1101, im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 50 µm, z. B. im Bereich von etwa 2 µm bis etwa 30 µm, z. B. im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 20 µm.
Bei größerer Höhe und größerer Breite können die Federarme 208 (z. B. jeder Federarm 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) möglicherweise eine höhere Kraft absorbieren. Mit anderen Worten können die Federarme 208 eine höhere Federkraft erzeugen. Bei kleinerer Länge können die Federarme 208 (z. B. jeder Federarm 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) möglicherweise eine höhere Kraft absorbieren.
In einem Beispiel kann die Anzahl der Federarme 208 etwa 30 betragen, wobei ihre Länge etwa 100 µm betragen kann. In diesem Beispiel können die Federarme 208 (z. B. jeder Federarm 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) möglicherweise eine Kraft von weniger als 1 mN (Millinewton) absorbieren, z. B. die Kraft, welche in eine laterale Richtung zeigt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Öffnungen 404o der Verbindungsstruktur 251 (z. B. jede Öffnung 404o, welche zwei der einen oder mehreren Öffnungen 404o trennt) sich in einer lateralen Richtung erstrecken (veranschaulichend können sie eine Breite aufweisen), z. B. gemessen in einer radialen Richtung bezüglich der Achse 1101, im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 10 µm, z. B. im Bereich von etwa 0,5 µm bis etwa 2 µm. Je größer die Breite der Öffnungen 404o ist, desto kleiner kann ein Strömungswiderstand sein, welcher den Gasstrom durch die Öffnungen 404o definiert (auch als Entlüftung bezeichnet). Die Breite der Öffnungen 404o kann klein genug sein, um einen akustischen Kurzschluss zu verhindern, und groß genug, dass die Federarme 208 ablenken können, z. B. um mechanische Last zu absorbieren.
Die Verbindungsstruktur 251 kann, z. B. über den einen oder die mehreren Federarme 208 (auch als Federstütze 1108 bezeichnet), veranschaulichend das mikroelektromechanische Element 206 federnd unterstützen. Die Geometrie der Federarme 208 (z. B. jedes Federarms 208 des einen oder der mehreren Federarme 208), z. B. deren Dicke, Breite und Länge, kann eine Resonanzfrequenz der Federarme 208 definieren. Die Resonanzfrequenz kann größer als akustische Frequenzen sein, z. B. größer als 20 kHz (Kilohertz), z. B. größer als 40 kHz, z. B. größer als 60 kHz, z. B. größer als 100 kHz, z. B. größer als 500 kHz. Hierdurch kann eine Störung der Resonanzfrequenz der Federarme 208 mit der Resonanzfrequenz des mikroelektromechanischen Elements 206 oder mit gemessenen Frequenzen vermieden werden, z. B. falls das mikroelektromechanische Element 206 zum Messen akustischer Frequenzen (veranschaulichend Ton) verwendet wird, z. B. zur Verwendung des mikroelektromechanischen Elements 206 als Mikrofon.
Ferner kann die Verbindungsstruktur 251, z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208 (z. B. jeder Federarm 208 des einen oder der mehreren Federarme 208) ausgelegt sein, um resistent gegenüber den Schallsignalen zu sein (nicht beeinflusst von ihnen zu sein), z. B. akustischen Signalen, oder anderen mechanischen Signalen. Mit anderen Worten kann die Position (vertikaler Abstand) des mikroelektromechanischen Elements 206 relativ zum Halbleiterträger 204 nicht durch die Schallsignale beeinflusst sein. Beispielsweise kann die Verbindungsstruktur 251, z. B. der eine oder die mehreren Federarme 208, so ausgelegt sein, dass sie im Wesentlichen keine Energie vom mechanischen Signal absorbiert, z. B. von einem akustischen Signal (veranschaulichend vom akustischen Druck). Dadurch können Einflüsse der Verbindungsstruktur 251, z. B. des einen oder der mehreren Federarme 208, auf die Übertragung des mechanischen Signals in ein elektrisches Signal vermieden werden. Veranschaulichend ermöglicht dies, falsche Messungen zu vermeiden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 204o sich in einer lateralen Richtung erstrecken (veranschaulichend kann sie eine Breite aufweisen, z. B. einen Durchmesser), z. B. gemessen in einer radialen Richtung bezüglich der Achse 1101, im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm, z. B. im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm, z. B. etwa 1 mm.
12A und 12B veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 1200a, 1200b in einer schematischen Ansicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektrische Glied 206e mit dem Kontaktpad 1204 elektrisch gekoppelt sein 1202, wie in 12A veranschaulicht. Das Kontaktpad kann mit einer elektrischen Schaltung 1208 (z. B. einer integrierten Schaltung, z. B. im Halbleiterträger 204 integriert) elektrisch verbunden sein 1206. Mit anderen Worten kann das Kontaktpad 1204 zwischen dem elektrischen Glied 206e und der elektrischen Schaltung 1208 elektrisch gekoppelt sein 1202.
Alternativ kann die elektrische Schaltung 1208 zwischen dem elektrischen Glied 206e und dem Kontaktpad 1204 elektrisch gekoppelt sein 1202, wie in 12B veranschaulicht.
Die elektrische Schaltung 1208 kann Teil einer Ansteuereinheit sein, welche zum Ansteuern des mikroelektromechanischen Elements 206 ausgelegt ist. Beispielsweise kann die Ansteuereinheit, z. B. die elektrische Schaltung 1208, ein elektrisches Erfassungssignal (z. B. eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom) erzeugen und das elektrische Erfassungssignal zum elektrischen Glied 206e unterstützen. Das elektrische Erfassungssignal kann durch das elektrische Glied 206e modifiziert werden, z. B. falls das mechanische Glied 206 durch ein mechanisches Signal, z. B. eine Oszillation, eine Kraft oder einen Impuls, beeinflusst wird (z. B. falls das mechanische Glied 206 bewegt wird). Diese Konfiguration kann auch als passives mikroelektromechanisches Element 206 bezeichnet werden. Das modifizierte elektrische Erfassungssignal wird zur elektrischen Schaltung 1208 unterstützt und/oder durch die elektrische Schaltung 1208 erfasst und kann von der elektrischen Schaltung 1208 verarbeitet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein elektrisches Signal durch das elektrische Glied 206e erzeugt werden, z. B. falls das mechanische Glied 206 durch ein mechanisches Signal, z. B. eine Oszillation, eine Kraft oder einen Impuls, beeinflusst wird (z. B. falls das mechanische Glied 206 bewegt wird). Diese Konfiguration kann auch als aktives mikroelektromechanisches Element 206 bezeichnet werden. Das erzeugte elektrische Signal wird zur elektrischen Schaltung 1208 unterstützt und/oder durch die elektrische Schaltung 1208 erfasst und kann von der elektrischen Schaltung 1208 verarbeitet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mechanische Glied 206m als Membran ausgebildet werden. Die Membran kann ausgelegt sein, um gemäß der Erweiterung der Membran zu oszillieren. Die Oszillation der Membran kann ein elektrisches Signal erzeugen oder modifizieren. Beispielsweise kann die Membran kapazitiv mit einem elektrischen Glied in Form einer Elektrode gekoppelt sein. Aufgrund der Oszillation der Membran wird der Abstand zwischen der Elektrode und der Membran verändert, was die Kapazität gemäß der Frequenz der Oszillation der Membran ändert. Veranschaulichend kann die Membran als zweite Elektrode dienen, welche einen Kondensator mit dem elektrischen Glied ausbildet (kapazitiv koppelnd). Alternativ kann die Membran als Dielektrikum des Kondensators ausgebildet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die elektrische Schaltung 1208 einen Datenwandler, welcher eine Dateneingabe/-ausgabe-Schnittstelle umfasst. Der Datenwandler kann ausgelegt sein, um Daten, welche an der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle empfangen werden, in ein elektrisches Signal umzuwandeln (das zum mikroelektromechanischen Element 206 unterstützt werden kann). Alternativ oder zusätzlich kann der Datenwandler ausgelegt sein, um ein elektrisches Signal (das durch das mikroelektromechanische Element 206 bereitgestellt werden kann) in Daten umzuwandeln, welche zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle unterstützt werden.
Die Daten (z. B. in Form von analogen Daten) können Ansteuerdaten umfassen, z. B. zur Steuerung oder Anpassung des mikroelektromechanischen Elements. Alternativ oder zusätzlich können die Daten Messdaten umfassen. Beispielsweise können Messdaten einen Wert oder einen Zeitstempel umfassen, welcher eine mechanische Eingabe (z. B. ein mechanisches Signal) repräsentiert, die das mechanische Glied 206 beeinflusst, z. B. eine Oszillationsfrequenz und/oder eine Oszillationsdämpfung der Membran.
Optional kann die elektrische Schaltung 1208 einen Analog/Digital-Wandler umfassen, welcher eine Dateneingabe/-ausgabe-Schnittstelle umfasst. Der Analog/Digital-Wandler kann ausgelegt sein, um ein digitales Signal, welches an der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle empfangen wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln (das zum mikroelektromechanischen Element 206 unterstützt werden kann). Alternativ oder zusätzlich kann der Analog/Digital-Wandler ausgelegt sein, um ein elektrisches Signal (das durch das mikroelektromechanische Element 206 bereitgestellt werden kann) in ein digitales Signal umzuwandeln, welches zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle unterstützt wird. Mit anderen Worten können die Daten in dieser Konfiguration digitale Daten umfassen. Mit anderen Worten kann eine mikroelektromechanische Vorrichtung digitale Daten basierend auf dem mechanischen Signal bereitstellen (z. B. erzeugen und ausgeben). Die digitalen Daten können in einem Speicherelement der mikroelektromechanischen Vorrichtung, z. B. einem Zufallszugriffsspeicherelement, gespeichert werden.
13 veranschaulicht ein Verfahren 1300 zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung in einem schematischen Flussdiagramm. Das Verfahren 1300 kann das Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereitstellen, z. B. einer der zuvor beschriebenen mikroelektromechanischen Vorrichtungen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 1300 in 1302 das Ausbilden eines mikroelektromechanischen Elements in einer zu einem Halbleiterträger entfernten Position (z. B. wenigstens eines von in oder über dem Halbleiterträger, z. B. in einer Öffnung des Halbleiterträgers); in 1304 das Ausbilden eines Kontaktpads, welches elektrisch mit dem mikroelektromechanischen Element verbunden ist; in 1306 das Ausbilden einer Verbindungsstruktur (z. B. umfassend einen oder mehrere Federarme oder daraus ausgebildet), welche sich zwischen dem Halbleiterträger und dem mikroelektromechanischen Element erstreckt, um das mikroelektromechanische Element mechanisch mit dem Halbleiterträger zu koppeln; und optional in 1308 das Ausbilden eines Spalts zwischen dem Halbleiterträger und dem mikroelektromechanischen Element, so dass die Verbindungsstruktur (z. B. der eine oder die mehreren Federarme) sich durch den Spalt erstreckt, umfassen. Das Kontaktpad kann mit dem mikroelektromechanischen Element über die Verbindungsstruktur, z. B. über eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten (z. B. eine Metallisierung der Verbindungsstruktur), elektrisch verbunden sein.
14 veranschaulicht ein Verfahren 1400 zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung in einem schematischen Flussdiagramm. Das Verfahren 1300 kann das Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen bereitstellen, z. B. einer der zuvor beschriebenen mikroelektromechanischen Vorrichtungen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 1400 in 1402 das Ausbilden einer ersten Schicht wenigstens eines von in oder über einem Halbleiterträger; in 1404 das Ausbilden einer zweiten Schicht wenigstens eines von in oder über wenigstens einer zentralen Region der ersten Schicht, so dass eine periphere Region der ersten Schicht wenigstens teilweise frei von der zweiten Schicht ist; optional in 1406 das Strukturieren der peripheren Region der ersten Schicht, um einen oder mehrere Federarme auszubilden; und in 1408 das Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht, um die zentrale Region der zweiten Schicht freizugeben; und/oder das Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht, um die Verbindungsstruktur (z. B. umfassend einen oder mehrere Federarme oder daraus ausgebildet) freizugeben, umfassen.
Optional kann das Verfahren 1300 das Ausbilden eines oder mehrerer Gräben (z. B. Ätzen eines oder mehrerer Gräben) in das Substrat umfassen (um die Vorform für die Kämme auszubilden). Der eine oder die mehreren Gräben können eine Tiefe (in vertikaler Richtung) im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 50 µm aufweisen, z. B. im Bereich von etwa 2 µm bis etwa 20 µm, z. B. im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 15 µm. Der eine oder die mehreren Gräben können eine Breite (in lateraler Richtung) im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 20 µm aufweisen, z. B. im Bereich von etwa 0,5 µm bis etwa 10 µm, z. B. im Bereich von etwa 0,5 µm bis etwa 5 µm, z. B. im Bereich von etwa 0,5 µm bis etwa 2 µm.
In diesem Falle kann das Verfahren 1300 optional das Auskleiden des einen oder der mehreren Gräben mit einer Schicht, z. B. mit einer Isolationsschicht, umfassen. Die Schicht kann ein Oxidmaterial umfassen oder daraus ausgebildet werden. Die Schicht kann eine Dicke (in vertikaler Richtung) im Bereich von etwa 0,01 µm bis etwa 10 µm, z. B. im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 1 µm, aufweisen.
In dem Falle, dass das Verfahren 1300 das Ausbilden eines oder mehrerer Gräben umfassen kann, kann das Verfahren 1300 optional das Füllen des einen oder der mehreren Gräben mit einem ersten Schichtmaterial umfassen, z. B. einem halbleitenden Material, z. B. dem gleichen Material, das der Halbleiterträger umfasst (auch als Substrat bezeichnet), z. B. Silizium, z. B. polykristallinem Silizium. Das erste Schichtmaterial kann die erste Schicht ausbilden oder Teil der ersten Schicht sein, z. B. als erste Unterschicht der ersten Schicht. Das Füllen des einen oder der mehreren Gräben kann das Füllen des einen oder der mehreren Gräben umfassen, bis ein oder mehrere Gräben geschlossen sind. Mit anderen Worten können der eine oder die mehreren Gräben vollständig mit dem ersten Schichtmaterial gefüllt werden.
Optional kann das Verfahren 1300 das Entfernen des ersten Schichtmaterials wenigstens teilweise umfassen, z. B. durch Polieren oder Fräsen des ersten Schichtmaterials. Mit anderen Worten kann die erste Schicht bis zum Grabenniveau (auch als Grabenlevel bezeichnet) poliert werden. Veranschaulichend kann die erste Schicht poliert werden, bis ihre Oberfläche mit der Oberfläche des Halbleiterträgers 204 ausgerichtet ist.
Optional kann das Verfahren 1300 das Ausbilden von zweitem Schichtmaterial über dem ersten Schichtmaterial umfassen, z. B. einem halbleitenden Material, z. B. dem gleichen Material, das der Halbleiterträger umfasst (auch als Substrat bezeichnet), z. B. Silizium, z. B. polykristallinem Silizium, z. B. durch Abscheiden von erstem Schichtmaterial. Das zweite Schichtmaterial kann Teil der ersten Schicht sein, z. B. eine zweite Unterschicht der ersten Schicht.
In diesem Falle kann das Verfahren 1300 das Strukturieren des zweiten Schichtmaterials (z. B. der zweiten Unterschicht) gleichzeitig mit dem ersten Schichtmaterial (z. B. der ersten Unterschicht) umfassen. Analog kann die erste Schicht eine oder mehrere zusätzliche Unterschichten umfassen, z. B. die eine oder mehreren zusätzlichen Unterschichten, einschließlich eines halbleitenden Materials oder eines metallischen Materials, z. B. eines Metalls.
Optional kann das Verfahren 1300 das Ausbilden eines oder mehrerer Gräben in der ersten Schicht umfassen, wobei der eine oder die mehreren Gräben in der ersten Schicht mit einem dritten Schichtmaterial gefüllt werden, z. B. dem gleichen Material, das der Halbleiterträger umfasst (auch als Substrat bezeichnet), z. B. Silizium, z. B. polykristallinem Silizium, z. B. durch Abscheiden von erstem Schichtmaterial. Das dritte Schichtmaterial kann Teil der zweiten Schicht sein, z. B. eine erste Unterschicht der zweiten Schicht. Analog kann die zweite Schicht eine oder mehrere zusätzliche Unterschichten umfassen, z. B. die eine oder mehreren zusätzlichen Unterschichten, einschließlich eines halbleitenden Materials oder eines metallischen Materials, z. B. eines Metalls. Optional kann das Verfahren 1300 das teilweise Entfernen eines Materials, z. B. einer Unterschicht, der zweiten Schicht umfassen, z. B. durch Polieren oder Fräsen des dritten Schichtmaterials.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren 1300 das Ausbilden der einen oder mehreren elektrisch leitfähigen Schichten umfassen, z. B. wenigstens eines von in oder über dem Halbleiterträger, z. B. aus einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. aus einem Metall, z. B. aus Kupfer. Die eine oder mehreren elektrisch leitfähigen Schichten können elektrisch mit einem oder mehreren elektrischen Gliedern des mikroelektromechanischen Elements verbunden sein.
Optional kann das Verfahren 1300 das Ausbilden einer oder mehrerer elektrisch leitfähigen Schichten umfassen, z. B. wenigstens eines von in oder über der Verbindungsstruktur, z. B. aus einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. aus einem Metall, z. B. aus Kupfer. In diesem Falle kann das Verfahren 1300 das Strukturieren der elektrisch leitfähigen Schicht umfassen, um eine Elektronikintegration, wie beispielsweise Metallleitungen und Kontaktpads, bereitzustellen.
Optional kann das Verfahren 1300 das Ausbilden einer Zwischenschicht, z. B. einer Isolationsschicht (z. B. aus einem Oxidmaterial), zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht umfassen. In diesem Falle kann das Entfernen von Material die Verwendung der Zwischenschicht als Ätzstopp, z. B. zum Ausbilden eines Hohlraums, umfassen. Der Hohlraum kann eine Öffnung im Halbleiterträger und/oder eine Öffnung in der ersten Schicht umfassen. In diesem Falle kann das Entfernen des Materials das Entfernen der Zwischenschicht umfassen. Die Zwischenschicht kann ein Oxidmaterial umfassen oder daraus ausgebildet werden. Die Zwischenschicht kann eine Dicke (in vertikaler Richtung) im Bereich von etwa 0,01 µm bis etwa 10 µm aufweisen, z. B. im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 1 µm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Entfernen des Materials das Freigeben der zentralen Region der zweiten Schicht umfassen, wobei die periphere Region der zweiten Schicht mit der ersten Schicht gekoppelt bleibt, z. B. der Verbindungsstruktur (z. B. umfassend einen oder mehrere Federarme oder daraus ausgebildet). Veranschaulichend kann die freigegebene zweite Schicht eine Membran bereitstellen, welche gemäß dem MEMS, z. B. als ein Mikrofon, verwendet werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Entfernen von Material von der Rückseite des Halbleiterträgers durchgeführt werden. Die Rückseite kann die Seite sein, welche der Vorderseite (der Seite der Hauptverarbeitungsoberfläche) des Halbleiterträgers gegenüberliegt. Die Vorderseite des Halbleiterträgers kann die Seite sein, wenigstens eines von in oder über der die erste Schicht ausgebildet wird und/oder wenigstens eines von in oder über der die zweite Schicht ausgebildet wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht ein nicht-polymeres und/oder ein anorganisches Material (mit anderen Worten wenigstens eines von einem nicht-polymeren und einem anorganischen Material) umfassen oder daraus ausgebildet werden. Ein anorganisches Material kann als ein Material ohne Kohlenstoff verstanden werden, außer elementare Kohlenstoffkonfigurationen, wie Graphen oder Graphit oder Diamant. Beispielsweise kann ein anorganisches Material ein Metall, einen Halbleiter, ein Oxid, ein Karbid, ein Nitrid, eine Keramik usw. umfassen oder daraus ausgebildet werden. Ein nicht-polymeres Material kann als Material ohne Silizium-Silizium- (z. B. in Form von Molekülen) oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-Ketten (z. B. in Form von Molekülen) verstanden werden. Ein nicht-polymeres Material kann starke chemische Bindungen, wie beispielsweise kovalente Bindungen, metallische Bindungen oder ionische Bindungen, umfassen oder daraus ausgebildet werden (z. B. kann im Wesentlichen das gesamte nicht-polymere Material oder das gesamte Bulk des nicht-polymeren Materials durch starke Bindungen ausgebildet werden), z. B. im Wesentlichen frei von schwachen chemischen Bindungen, wie beispielsweise Van-der-Waals-Kräften. Beispielsweise kann ein Nicht-Polymer ein Metall, ein Oxid, einen Halbleiter, ein Karbid, ein Nitrid, eine Keramik usw. umfassen oder daraus ausgebildet werden. Beispielsweise können die erste Schicht und/oder die zweite Schicht Silizium umfassen oder daraus ausgebildet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die erste Schicht ein kristallines, polykristallines und/oder nanokristallines Material umfassen oder daraus ausgebildet werden. Mit anderen Worten kann die erste Schicht ein Material mit wenigstens kristalliner Ordnung auf Nanometer-Skala, z. B. auf Mikrometer-Skala, z. B. auf Millimeter-Skala, umfassen oder daraus ausgebildet werden. Ein kristallines Material kann so verstanden werden, dass es eine kristalline Ordnung, z. B. ein kristallines Gitter, umfasst. Ein polykristallines und/oder nanokristallines Material kann Regionen oder Partikel (z. B. Nanopartikel) in kristalliner Ordnung umfassen, wobei die Orientierung der kristallinen Ordnung zufällig verteilt sein kann. Beispielsweise können die erste Schicht und/oder die zweite Schicht ein kristallines Silizium, polykristallines Silizium und/oder nanokristallines Silizium umfassen oder daraus ausgebildet werden.
Ein mechanisches Signal kann als eine mechanische Eingabe oder ein mechanischer Einfluss verstanden werden. Das mechanische Signal kann durch eine mechanische Kraft (z. B. eine zeitabhängige mechanische Kraft) definiert werden, welche auf ein Element oder eine Vorrichtung, z. B. das mikroelektromechanische Element, auftrifft. Das mechanische Signal kann wenigstens eines von der folgenden Gruppe von Signalen umfassen: Schallsignal, ein Drucksignal, ein Vibrationssignal, ein Oszillationssignal, ein Impulssignal, ein akustisches Signal. Ein Drucksignal kann eine Druckschwankung umfassen, z. B. durch ein Gas oder ein Fluid übertragen.
Beispielsweise können die Druckschwankungen eine Kraft auf ein Element oder ein Medium erzeugen, welche durch den Gradienten der Druckschwankungen definiert ist. Ein Schallsignal kann Schall in Gasen, Feststoffen oder Fluiden umfassen, z. B. durch periodische Druckschwankungen übertragen. Ein Vibrationssignal kann periodische Oszillationen eines Elements (z. B. des mechanischen Glieds) oder eines Mediums, z. B. eines Gases, eines Feststoffs oder eines Fluids, umfassen. Eine Vibration kann eine periodische Bewegung des gesamten Elements (z. B. des mechanischen Glieds) oder eines Mediums umfassen. Ein akustisches Signal kann Schall umfassen, welcher durch ein Gas oder ein Fluid im hörbaren Frequenzbereich übertragen wird. Ein Impulssignal kann durch eine Masse und eine Geschwindigkeit der Masse definiert werden. Die Masse kann die Masse eines Mediums oder des mechanischen Glieds sein.
Mit anderen Worten kann die mikroelektromechanische Vorrichtung Schall, eine Druckänderung, eine Vibration, eine Oszillation, eine Krafteinwirkungs- oder Geschwindigkeitsänderung und/oder ein akustisches Signal erkennen. Die mikroelektromechanische Vorrichtung, z. B. das mikroelektromechanische Element, kann ein elektrisches Signal in Reaktion auf Schall, eine Druckänderung, eine Vibration, eine Oszillation, eine Krafteinwirkungs- oder Geschwindigkeitsänderung und/oder ein akustisches Signal bereitstellen. Basierend auf dem elektrischen Signal können der Schall, eine Druckänderung, eine Vibration, eine Oszillation, eine Krafteinwirkungs- oder Geschwindigkeitsänderung und/oder ein akustisches Signal charakterisiert, z. B. analysiert, werden.
15A, 15B und 15C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 1500a, 1500b, 1500c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Draufsicht.
Die mikroelektromechanische Vorrichtung 1500a, 1500b, 1500c kann einen oder mehrere Federarme 208 umfassen, welche sich vom Halbleiterträger 204 zum mikroelektromechanischen Element 206 erstrecken und das mikroelektromechanische Element 206 elastisch mit dem Halbleiterträger 204 koppeln. Der eine oder die mehreren Federarme 208 können verschiedene Formen umfassen, wie unter anderem S-Form, wie beispielhaft für die mikroelektromechanische Vorrichtung 1500a in 15A veranschaulicht, U-Form, wie beispielhaft für die mikroelektromechanische Vorrichtung 1500b in 15B veranschaulicht, und/oder O-Form, wie beispielhaft für die mikroelektromechanische Vorrichtung 1500c in 15C veranschaulicht. Der eine oder die mehreren Federarme 208 können alle, z. B. jeweils, eine gekrümmte Region 1508 umfassen.
Der S-förmige Federarm 208 kann wenigstens zwei gekrümmte Regionen 1508 umfassen. Der U-förmige Federarm 208 kann drei gekrümmte Regionen 1508 umfassen. Der O-förmige Federarm 208 kann wenigstens eine Öffnung 1504o umfassen, welche sich durch den Federarm 208 erstreckt. Der O-förmige Federarm 208 kann wenigstens zwei gekrümmte Regionen 1508 umfassen. Die wenigstens eine Öffnung 1504o kann von den wenigstens zwei gekrümmten Regionen 1508 des O-förmigen Federarms 208 umgeben sein.
16A, 16B und 16C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 1600a, 1600b, 1600c gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 1600a, 1600b, 1600c kann der mikroelektromechanischen Vorrichtung 400a, 400b, 400c ähnlich sein, wobei eine dielektrische Schicht 402a zwischen der ersten Schicht 402 und dem Halbleiterträger 204 ausgebildet oder angeordnet ist. Die dielektrische Schicht 402a kann als Ätzstoppschicht 402a verwendet werden, wie in 16C veranschaulicht. Beispielsweise können eine oder mehrere Öffnungen 404o, z. B. Gräben oder Durchgangslöcher, in der ersten Schicht 402 ausgebildet werden. Die eine oder mehreren Öffnungen 404o können sich durch die erste Schicht 402 erstrecken und die dielektrische Schicht 402a freilegen. Zum Ausbilden der einen oder mehreren Öffnungen 404o kann ein Ätzmittel verwendet werden, wobei die dielektrische Schicht 402a als ein Ätzstopp für das Ätzmittel verwendet werden kann.
17A und 17B veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 1700a, 1700b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 1700a, 1700b kann der mikroelektromechanischen Vorrichtung 500a und 500c ähnlich sein, wobei die dielektrische Schicht 402a zwischen der ersten Schicht 402 und dem Halbleiterträger 204 ausgebildet oder angeordnet ist. Die Öffnung 204o kann sich durch den Halbleiterträger 204 erstrecken und die dielektrische Schicht 402a (z. B. eine Seite gegenüber der ersten Schicht 402) freilegen, wie in 17A veranschaulicht. Zum Ausbilden der Öffnung 204o kann ein Ätzmittel verwendet werden, wobei die dielektrische Schicht 402a als ein Ätzstopp für das Ätzmittel verwendet werden kann.
Optional kann die dielektrische Schicht 402a wenigstens unter der einen oder den mehreren Öffnungen 404o entfernt werden, und ferner optional unter wenigstens der zentralen Region 404c der zweiten Schicht 404, wie in 17B veranschaulicht, z. B. wenigstens unter der Öffnung 402o. Die eine oder mehreren Öffnungen 404o können mit der Öffnung 204o verbunden sein. Die Öffnung 402o kann mit der Öffnung 204o verbunden sein.
18A, 18B und 18C veranschaulichen jeweils ein herkömmliches mikroelektromechanisches Mikrofon 1800a bis 1800b in einer schematischen Querschnittsansicht.
Ein herkömmliches kapazitives Siliziummikrofon umfasst eine Membran 124 und eine oder zwei Rückplatten 122, welche durch einen Spalt voneinander getrennt sind (siehe auch 1A, 1B und 1C), z. B. einen Luftspalt, und mit dem Halbleiterträger 104 direkt gekoppelt sind (z. B. in physischem Kontakt). Bei den meisten Konzepten ist die Membran 124 ausgelegt und verarbeitet, dass sie eine Zugspannung aufweist, um die anziehende elektrostatische Kraft zwischen der Membran 124 und der einen oder den zwei Rückplatten 122 auszugleichen. Um hohe Empfindlichkeit und hohe SNR (Signal-Rausch-Verhältnisse) zu erreichen, ist die Membran 124 ausgelegt und verarbeitet, dass sie mit geringer Belastung endet.
Externe Belastung 111 aufgrund von Prozessschwankungen, thermischer Ausdehnung von verschiedenen Materialien, den Materialien und des Montageprozesses des Package induziert eine unvermeidliche zusätzliche Belastung in der unterstützenden Struktur 102, 104 und der Membran 124 und der einen oder den zwei Rückplatten 122. Diese zusätzliche Belastung wird den Ausgleich der Membran 124 ändern, wodurch die Empfindlichkeit und alle anderen akustischen Parameter des Mikrofons geändert werden, was zu einem Ausfall bei spezifizierten Parametern führt.
Daher sind die herkömmlichen mikroelektromechanischen Mikrofone 1800a bis 1800b in Bezug auf ihre verwendbare Membranbelastung und damit Signalpegel, ihr erreichbares SNR, ihre Ausbeuteverluste bei der Fertigung der Vorrichtung aufgrund spezifizierter Parameter, ihre Rauschunterdrückung aufgrund von Leistungsverschiebungen von einzelnen Systemen begrenzt. Die herkömmlichen mikroelektromechanischen Mikrofone 1800a bis 1800b können auch zu Feldausfällen aufgrund von Druck- und/oder Fallereignissen führen, z. B. falls die Membran bricht.
19A, 19B und 19C veranschaulichen jeweils eine mikroelektromechanische Vorrichtung 1900a bis 1900b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht.
Jede mikroelektromechanische Vorrichtung 1900a bis 1900b kann einen Halbleiterträger 204, ein mikroelektromechanisches Element 206 und eine Verbindungsstruktur 251 umfassen, welche sich vom Halbleiterträger 204 zum mikroelektromechanischen Element 206 erstreckt und das mikroelektromechanische Element 206 mit dem Halbleiterträger 204 mechanisch koppelt (z. B. elastisch koppelt). Beispielsweise kann das mikroelektromechanische Element 206 über die Verbindungsstruktur 251 nachgiebig zum Halbleiterträger 204 unterstützt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Dicke 251d der Verbindungsstruktur 251 kleiner als eine Dicke 206d des mikroelektromechanischen Elements 206 sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dicke 251d der Verbindungsstruktur 251 kleiner als etwa 75 % der Dicke 251d der Verbindungsstruktur 251 sein, z. B. kleiner als etwa 50 % der Dicke 251d der Verbindungsstruktur 251, z. B. kleiner als etwa 25 % der Dicke 251d der Verbindungsstruktur 251, z. B. kleiner als etwa 10 % der Dicke 251d der Verbindungsstruktur 251.
Das mikroelektromechanische Element 206 kann ein mechanisches Glied 206m und ein oder mehrere elektrische Glieder 206e (mit anderen Worten wenigstens ein elektrisches Glied) umfassen. Das eine oder die mehreren elektrischen Glieder 206e können jeweils perforiert sein. Das mechanische Glied 206m kann von jedem des einen oder der mehreren elektrischen Glieder 206e durch eine oder mehrere Höhlungen 1902 getrennt sein.
Jede mikroelektromechanische Vorrichtung 1900a bis 1900b kann eine elektrische Verbindungsstruktur 1904 umfassen (umfassend eine oder mehrere elektrisch leitenden Bahnen oder daraus ausgebildet), welche das wenigstens eine Kontaktpad mit dem mikroelektromechanischen Element 206 verbindet. Die Verbindungsstruktur 251 kann wenigstens eines sein von: elektrisch leitfähig oder umfassend eine oder mehrere elektrisch leitfähige Regionen (z. B. aus einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Schichten ausgebildet), um die Verbindungsstruktur 1904 elektrisch mit dem mikroelektromechanischen Element 206 zu verbinden. Beispielsweise kann die Verbindungsstruktur 251 eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten (z. B. eine Metallisierung) umfassen oder daraus ausgebildet werden, welche das mikroelektromechanische Element 206 mit dem wenigstens einen Kontaktpad elektrisch verbinden.
Die elektrischen Glieder 206e können unter dem einen oder den mehreren elektrischen Gliedern 206e angeordnet sein, wie in 19A veranschaulicht. Die elektrischen Glieder 206e können zwischen dem einen oder den mehreren elektrischen Gliedern 206e angeordnet sein, wie in 19B veranschaulicht. Die elektrischen Glieder 206e können über dem einen oder den mehreren elektrischen Gliedern 206e angeordnet sein, wie in 19C veranschaulicht.
Optional kann jede mikroelektromechanische Vorrichtung 1900a bis 1900b ein Hohlgehäuse 1908 umfassen, welches die eine oder mehreren Höhlungen 1902 umgibt. Beispielsweise können das mechanische Glied 206m und das eine oder die mehreren elektrischen Glieder 206e durch das Hohlgehäuse 1908 gekoppelt sein. Das Hohlgehäuse 1908 kann ringförmig ausgebildet sein. Das Hohlgehäuse 1908 kann entfernt vom Halbleiterträger 204 angeordnet sein. Das mechanische Glied 206m kann entfernt vom Halbleiterträger 204 angeordnet sein. Das mechanische Element 206m kann mit dem einen oder den mehreren elektrischen Gliedern 206e gekoppelt sein. Das Hohlgehäuse 1908 kann in einer Kopplungsregion der mikroelektromechanischen Vorrichtung ausgebildet werden. Die Kopplungsregion kann als die Region verstanden werden, in der das mechanische Glied 206m und das eine oder die mehreren elektrischen Glieder 206e miteinander gekoppelt sind.
Zum Bereitstellen des mechanischen Glieds 206m, welches entfernt vom Halbleiterträger 204 gekoppelt ist, kann eine Öffnung 1906 wenigstens unter der peripheren Region der Verbindungsstruktur 251, unter der peripheren Region der ersten Schicht, ausgebildet werden, z. B. falls die Verbindungsstruktur 251 von der ersten Schicht ausgebildet wird. Das Ausbilden der Öffnung 1906 kann das Ausbilden der Öffnung 1906 entfernt vom mechanischen Glied 206m umfassen, z. B. entfernt von der zweiten Schicht, z. B. falls das mechanische Glied 206m aus der zweiten Schicht ausgebildet wird.
Die Öffnung 1906 kann wenigstens eines umgeben von: dem mechanischen Glied 206m, dem Hohlgehäuse 1908 (falls vorhanden), der einen oder den mehreren Höhlungen 1902.
Wie in 19C veranschaulicht, kann das Hohlgehäuse 1908 über dem einen oder den mehreren elektrischen Gliedern 206e ausgebildet werden.
Wenigstens eines des einen oder der mehreren elektrischen Glieder 206e und der Verbindungsstruktur 251 kann aus einer Schicht, z. B. der ersten Schicht, ausgebildet werden.
20A zeigt eine mikroelektromechanische Vorrichtung 2000a gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 2000a kann der mikroelektromechanischen Vorrichtung 1900c ähnlich sein, wobei das mechanische Glied 206m zwischen zwei oder mehr elektrischen Gliedern 206e angeordnet sein kann. Wenigstens eines der zwei elektrischen Glieder 206e und der Verbindungsstruktur 251 kann aus einer Schicht, z. B. der ersten Schicht, ausgebildet werden. Die zwei elektrischen Glieder 206e können ein erstes elektrisches Glied 206e und ein zweites elektrisches Glied 206e umfassen, wobei das erste elektrische Glied 206e in der Nähe der Verbindungsstruktur 251 angeordnet sein kann und das zweite elektrische Glied 206e entfernt von der Verbindungsstruktur 251 angeordnet sein kann.
Die Verbindungsstruktur 251 kann eine ungeöffnete Schicht, z. B. die erste Schicht, umfassen oder daraus ausgebildet werden. Alternativ kann die Verbindungsstruktur 251 eine geöffnete Schicht, z. B. die erste Schicht, umfassen oder daraus ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Verbindungsstruktur 251 scheibenförmig ausgebildet werden. Das Öffnen der Verbindungsstruktur 251 kann eine Querschnittsfläche der Verbindungsstruktur (senkrecht zum mikroelektromechanischen Element 206), welche mit einem festen Material gefüllt ist, reduzieren. Daher kann die Querschnittsfläche der Verbindungsstruktur, welche mit einem festen Material gefüllt ist, kleiner als eine Querschnittsfläche des mikroelektromechanischen Elements, welches mit einem festen Material gefüllt ist, sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das mechanische Glied 206m (z. B. eine Membran) und optional wenigstens eines des einen oder der mehreren elektrischen Glieder 206e (z. B. das zweite elektrische Glied 206e, z. B. die zweite Rückplatte) im Falle eines Doppelrückplattensystems am ersten elektrischen Glied 206e, z. B. über das Hohlgehäuse 1908, angebracht sein. Beispielsweise können das mechanische Glied 206m und das zweite elektrische Glied 206e auf der Oberseite des ersten elektrischen Glieds 206e (wie in 19C veranschaulicht) oder darunter (wie in 20A veranschaulicht) angebracht sein.
20B zeigt eine mikroelektromechanische Vorrichtung 2000b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht. Wie zuvor beschrieben, kann die Verbindungsstruktur 251 einen oder mehrere Federarme 208 umfassen oder daraus ausgebildet werden.
Optional kann die mikroelektromechanische Vorrichtung 2000b ein Versteifungselement 2002 umfassen. Ähnlich kann jede der zuvor beschriebenen mikroelektromechanischen Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Versteifungselement 2002 umfassen. Das Versteifungselement 2002 kann eine Öffnung 206 umfassen, welche wenigstens eines freilegt von: dem mechanischen Glied 206m, einem oder mehreren elektrischen Gliedern 206e. Mit anderen Worten kann die im Versteifungselement 2002 ausgebildete Öffnung 206 eine aktive Region 206a des mikroelektromechanischen Elements 206 freilegen. Das Versteifungselement 2002 kann ausgelegt sein, um wenigstens teilweise Torsion des mikroelektromechanischen Elements zu absorbieren.
Die aktive Region 206a kann ausgelegt sein, um ein elektrisches Signal in Reaktion auf ein mechanisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder ist ausgelegt, um ein mechanisches Signal in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren. Die aktive Region 206a kann definiert werden durch die Erweiterung von wenigstens einem von: dem mechanischen Glied 206m, dem einen oder den mehreren elektrischen Gliedern 206e. Veranschaulichend kann die aktive Region 206a ausgelegt sein, um elektrische Energie in mechanische Energie zu übertragen oder umgekehrt.
Das Versteifungselement 2002 kann ringförmig ausgebildet sein. Eine Steifigkeit (wenigstens eine von vertikaler oder lateraler) des Versteifungselements 2002 kann größer sein als wenigstens eine von: einer Steifigkeit (wenigstens eine von vertikaler oder lateraler) der Verbindungsstruktur 251, einer Steifigkeit (wenigstens eine von vertikaler oder lateraler) des mikroelektromechanischen Elements 206, einer Steifigkeit (wenigstens eine von vertikaler oder lateraler) des Hohlgehäuses 1908. Ferner kann die Steifigkeit (wenigstens eine von vertikaler oder lateraler) des Halbleiterträgers 204 kleiner als die Steifigkeit (wenigstens eine von vertikaler oder lateraler) des mikroelektromechanischen Elements 206 sein. Das Versteifungselement 2002 kann gekoppelt (z. B. in physischem Kontakt) sein mit wenigstens einem von: einem Umfang des einen oder der mehreren elektrischen Glieder 206e, dem Hohlgehäuse 1908.
Aufgrund der Verbindungsstruktur 251 wird die externe Belastung, welche vom Package (z. B. dem Halbleiterträger 204) entsteht, bei ihrer Übertragung auf das mechanische Glied 206m reduziert. Alternativ oder zusätzlich kann das Versteifungselement 2002 (z. B. ein Stabilisierungsring), welches auf dem einen oder den mehreren elektrischen Gliedern 206e (z. B. den ersten elektrischen Gliedern 206e) angeordnet sein kann, die Stütze für das mechanische Glied 206m, z. B. das Hohlgehäuse 1908, versteifen. Daher kann ferner die externe Belastung reduziert werden. Die Verbindungsstruktur 251 kann ein belastungsentkoppelndes Element (z. B. den einen oder die mehreren Federarme 208) umfassen, was die induzierte Belastung weiter verringern kann. Mit anderen Worten kann die Verbindungsstruktur 251 ausgelegt sein, um mechanische Last (z. B. Belastung) vom Halbleiterträger 204 wenigstens teilweise zu absorbieren.
21A zeigt eine herkömmliche mikroelektromechanische Vorrichtung 2100a in einer schematischen Querschnittsansicht. Aufgrund der herkömmlichen Stütze der Membran 124 wenigstens eines von am oder im Halbleiterträger 104 wird die Belastung von der Membran 124 in den Halbleiterträger 104 übertragen und umgekehrt. Insbesondere bei einer dünnen Membran 124 kann sich die Belastung in der Region konzentrieren, in der die Membran 124 wenigstens eines von am oder im Halbleiterträger 104 unterstützt (z. B. angebracht) ist, was zu hohen Belastungskonzentrationen führt.
21B zeigt eine mikroelektromechanische Vorrichtung 2100b gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Querschnittsansicht. Aufgrund der geänderten Geometrie in Bezug auf herkömmliche mikroelektromechanische Vorrichtungen 2100a kann die Belastung auf eine größere Region im Halbleiterträger 204 verteilt werden und kann daher in ihrer Konzentration reduziert werden. Dies kann die mechanische Last reduzieren, welche auf das mikroelektromechanische Element 206 übertragen wird, z. B. wenigstens eines von: dem mechanischen Glied 206m, dem einen oder den mehreren elektrischen Gliedern 206e.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine höhere mechanische Stabilität gegenüber Druckstößen und im Falle eines Falls bereitgestellt werden. Dadurch kann möglicherweise vermieden werden, dass, da das mechanische Glied 206m als dünne Schicht ausgebildet werden kann, der Druck in der Region, in der die Membran an der Verbindungsstruktur 251 angebracht ist, eine Belastungsspitze verursacht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden die Belastungsspitzen verteilt auf wenigstens eines von: dem mechanischen Glied 206m, der Verbindungsstruktur 251 (z. B. einer Rückplattenstütze), einem Rand der gesamten Seitenschichten. Diese Verteilung der Belastung kann zu einer Reduzierung der Belastungskonzentrationsspitzen führen, was die Robustheit erhöht von wenigstens einem von: dem mikroelektromechanischen Element 106, dem mechanischen Glied 206m.
22A veranschaulicht eine Zeilenabtastung einer herkömmlichen mikroelektromechanischen Vorrichtung, wobei in der Darstellung die Kapazität 2204 über der Frequenz 2202 gezeigt ist. Die Messdaten wurden von identisch gefertigten herkömmlichen mikroelektromechanischen Vorrichtungen erfasst. Wie veranschaulicht, sind die Kenndaten 2206 über einen großen Parameterbereich verteilt und weisen mit zunehmender Frequenz eine starke Abweichung vom linearen Verhalten auf.
22B veranschaulicht eine Zeilenabtastung einer mikroelektromechanischen Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Messdaten wurden von identisch gefertigten mikroelektromechanischen Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen erfasst. Wie veranschaulicht, sind die Kenndaten 2206 über einen schmalen Parameterbereich verteilt und weisen mit zunehmender Frequenz eine geringe Abweichung vom linearen Verhalten auf. Mit anderen Worten weisen die mikroelektromechanischen Vorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen wenigstens eines auf von: einer signifikant höheren Stabilität und reduzierten Schwankungen.
Ferner werden bevorzugte Ausführungsformen im Folgenden beschrieben:

1. Eine mikroelektromechanische Vorrichtung kann Folgendes umfassen: einen Halbleiterträger; ein mikroelektromechanisches Element, welches in einer vom Halbleiterträger entfernten Position angeordnet ist (z. B. so dass ein Spalt zwischen dem mikroelektromechanischen Element und dem Halbleiterträger ausgebildet wird); wobei das mikroelektromechanische Element ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in Reaktion auf ein mechanisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder ausgelegt ist, um ein mechanisches Signal in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren; wenigstens ein Kontaktpad, welches mit dem mikroelektromechanischen Element elektrisch verbunden ist, um das elektrische Signal zwischen dem Kontaktpad und dem mikroelektromechanischen Element zu übertragen; und einen oder mehrere Federarme, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstrecken und das mikroelektromechanische Element elastisch mit dem Halbleiterträger koppeln.
2. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der eine oder die mehreren Federarme ausgelegt sind, um in Reaktion auf eine mechanische Last abzulenken, so dass die mechanische Last wenigstens teilweise von dem einen oder den mehreren Federarmen (z. B. elastisch) absorbiert wird.
3. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Federarme wenigstens eines umfassen von: einem nicht-polymeren oder einem anorganischen Material.
4. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 3, wobei wenigstens eines von dem nicht-polymeren Material oder dem anorganischen Material ein metallisches Material, ein keramisches Material und/oder ein halbleitendes Material umfasst.
5. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 3 oder 4, wobei wenigstens eines von dem nicht-polymeren Material und dem anorganischen Material wenigstens eines von einem kristallinen Material, einem polykristallinen Material und einem nanokristallinen Material umfasst.
6. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 5, wobei das mechanische Signal wenigstens eines von der folgenden Gruppe von Signalen umfasst: Schallsignal, ein Drucksignal, ein Vibrationssignal, ein Oszillationssignal, ein Impulssignal, ein akustisches Signal.
7. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 6, wobei das mikroelektromechanische Element ein mechanisches Glied und ein elektrisches Glied umfasst, wobei das elektrische Glied ausgelegt ist, um das mechanische Glied basierend auf dem elektrischen Signal zu bewegen, um das mechanische Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder wobei das elektrische Element ausgelegt ist, um eine Bewegung des mechanischen Glieds zu erfassen und das elektrische Signal basierend auf der Bewegung zu erzeugen oder zu modifizieren.
8. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 7, wobei das elektrische Glied ausgelegt ist, um eine Kraft zum Bewegen des mechanischen Glieds zu erzeugen oder zu modifizieren, wobei die Kraft basierend auf dem elektrischen Signal erzeugt wird, und/oder wobei das elektrische Glied ausgelegt ist, um eine Kraft zu erfassen, welche durch das mechanische Glied erzeugt wird, und um ein elektrisches Signal basierend auf der Kraft zu erzeugen oder zu modifizieren.
9. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 8, wobei das mikroelektromechanische Element ein mechanisches Glied in Form einer Membran umfasst, und wobei das mikroelektromechanische Element ausgelegt ist, um das elektrische Signal in Reaktion auf eine Oszillation der Membran zu erzeugen und/oder um eine Oszillation der Membran in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen.
10. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 9, wobei ein Spalt sich zwischen dem Halbleiterträger und dem mikroelektromechanischen Element erstreckt, wobei der Spalt sich wenigstens im Wesentlichen um das mikroelektromechanische Element herum erstreckt.
11. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 10, wobei der eine oder die mehreren Federarme mit einer peripheren Region des mikroelektromechanischen Elements in (z. B. physischem) Kontakt sind und/oder wobei der eine oder die mehreren Federarme in (z. B. physischem) Kontakt mit dem Halbleiterträger sind.
12. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 11, wobei wenigstens ein Federarm des einen oder der mehreren Federarme mäanderförmig ist.
13. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 12, wobei wenigstens ein Federarm des einen oder der mehreren Federarme gewellt ist.
14. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 13, wobei das mikroelektromechanische Element elektrisch vom Halbleiterträger isoliert ist.
15. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 14, wobei der Halbleiterträger eine Öffnung umfasst, wobei das mikroelektromechanische Element wenigstens eines von in oder über der Öffnung angeordnet ist.
16. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 15, eine elektrische Schaltung, welche elektrisch mit dem wenigstens einen Kontaktpad gekoppelt ist, um das elektrische Signal zu übertragen, wobei die elektrische Schaltung ausgelegt ist, um elektrische Signale zum Ansteuern des mikroelektromechanischen Elements zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder wobei die elektrische Schaltung ausgelegt ist, um elektrische Signale zu verarbeiten, welche durch das mikroelektromechanische Element erzeugt oder modifiziert werden.
17. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 16, wobei die elektrische Schaltung einen Datenwandler umfasst, welcher eine Dateneingabe/-ausgabe-Schnittstelle umfasst, wobei der Datenwandler ausgelegt ist, um Daten, welche an der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle empfangen werden, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und/oder wobei der Datenwandler ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in Daten umzuwandeln, welche zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle unterstützt werden.
18. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 16, wobei die elektrische Schaltung einen Analog/Digital-Wandler umfasst, welcher eine Dateneingabe/-ausgabe-Schnittstelle umfasst, wobei der Analog/Digital-Wandler ausgelegt ist, um ein digitales Signal, welches an der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle empfangen wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und/oder wobei der Analog/Digital-Wandler ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in ein digitales Signal umzuwandeln, welches zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle unterstützt wird.
19. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 18, wobei der eine oder die mehreren Federarme eine mittlere Position des mikroelektromechanischen Elements relativ zum Halbleiterträger definieren, wobei der eine oder die mehreren Federarme ausgelegt sind, um eine Federkraft zu erzeugen, welche in Reaktion auf eine Verschiebung des mikroelektromechanischen Elements von der mittleren Position auf die mittlere Position zeigt.
20. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 19, wobei der eine oder die mehreren Federarme wenigstens zwei Federarme umfassen.
21. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 20, wobei die wenigstens zwei Federarme auf gegenüberliegenden Seiten des mikroelektromechanischen Elements angeordnet sind.
22. Ein Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfassen kann: Ausbilden eines mikroelektromechanischen Elements in einer von einem Halbleiterträger entfernten Position; Ausbilden eines Kontaktpads, welches elektrisch mit dem mikroelektromechanischen Element verbunden ist; und Ausbilden von einem oder mehreren Federarmen, welche sich zwischen dem Halbleiterträger und dem mikroelektromechanischen Element erstrecken, um das mikroelektromechanische Element elastisch mit dem Halbleiterträger zu koppeln.
23. Ein Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfassen kann: Ausbilden einer ersten Schicht wenigstens eines von in oder über einem Halbleiterträger; Ausbilden einer zweiten Schicht wenigstens eines von in oder über wenigstens einer zentralen Region der ersten Schicht, so dass eine periphere Region der ersten Schicht wenigstens teilweise frei von der zweiten Schicht ist; Strukturieren der peripheren Region der ersten Schicht, um einen oder mehrere Federarme auszubilden; Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht, um die zentrale Region der zweiten Schicht freizugeben (mit anderen Worten zu lösen); und/oder Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht, um den einen oder die mehreren Federarme freizugeben.
24. Das Verfahren nach Klausel 23, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der zentralen Region der zweiten Schicht Folgendes umfasst: Entfernen von wenigstens Material des Halbleiterträgers; und/oder Entfernen von wenigstens Material der ersten Schicht, wobei die erste Schicht wenigstens teilweise unter einer peripheren Region der zweiten Schicht verbleibt.
25. Das Verfahren nach Klausel 23 oder 24, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der zentralen Region der zweiten Schicht Freilegen von wenigstens der zentralen Region der zweiten Schicht umfasst.
26. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 25, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht Entfernen von wenigstens Material des Halbleiterträgers umfasst.
27. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 26, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht Freilegen von wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht umfasst.
28. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 27, ferner umfassend: Ausbilden eines Grabens und/oder einer Vertiefung im Halbleiterträger, wobei Ausbilden der ersten Schicht Ausbilden der ersten Schicht wenigstens teilweise in oder über dem Graben und/oder der Vertiefung umfasst.
29. Das Verfahren nach Klausel 28, ferner umfassend: Ausbilden einer Isolationsschicht im Graben und/oder in der Vertiefung, wobei die Isolationsschicht den Graben und/oder die Vertiefung wenigstens teilweise (z. B. teilweise oder vollständig) auskleidet.
30. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 29, ferner umfassend: Entfernen von Material der ersten Schicht, um die erste Schicht abzuflachen, bevor die zweite Schicht ausgebildet ist.
31. Das Verfahren nach Klausel 30, wobei Entfernen von Material der ersten Schicht Ausbilden einer flachen zentralen Region der ersten Schicht umfasst.
32. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 31, wobei Strukturieren der Peripherie der ersten Schicht Entfernen von Material wenigstens teilweise vom peripheren Teil der ersten Schicht umfasst.
33. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 32, wobei Strukturieren der peripheren Region der ersten Schicht Ausbilden von einem oder mehreren Gräben im Halbleiterträger, wobei die erste Schicht wenigstens teilweise wenigstens eines von in oder über dem einen oder den mehreren Gräben angeordnet ist, und Entfernen von Material der ersten Schicht außerhalb des eines oder der mehreren Gräben, umfasst.
34. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 33, wobei Strukturieren der peripheren Region der ersten Schicht Wellen der peripheren Region der ersten Schicht wenigstens teilweise umfasst.
35. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 34, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der zentralen Region der zweiten Schicht Ausbilden einer Öffnung unter der zweiten Schicht umfasst.
36. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 35, ferner umfassend: Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Schicht, welche wenigstens ein Kontaktpad und wenigstens ein elektrisches Glied (z. B. eine elektrische Bahn oder einen Draht) zum Koppeln (z. B. elektrischen Verbinden, induktiven Koppeln, kapazitiven Koppeln usw.) der zweiten Schicht mit dem wenigstens einen Kontaktpad umfasst.
37. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 36, wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Folgendes umfasst: Ätzen des Halbleiterträgers mit einem ersten Ätzmittel; und/oder Ätzen der ersten Schicht mit einem zweiten Ätzmittel.
38. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 37, ferner umfassend: Ausbilden einer ersten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und dem Halbleiterträger.
39. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 37, ferner umfassend: Ausbilden einer ersten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und dem Halbleiterträger; wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Folgendes umfasst: Ätzen des Halbleiterträgers mit einem ersten Ätzmittel; und/oder Ätzen der ersten Schicht mit einem zweiten Ätzmittel; wobei die erste Isolationsschicht als ein Ätzstopp für das erste Ätzmittel verwendet wird.
40. Das Verfahren nach Klausel 38 oder 39, wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Entfernen der ersten Isolationsschicht wenigstens teilweise umfasst, um die erste Schicht freizulegen.
41. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 40, ferner umfassend: Ausbilden einer zweiten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht.
42. Das Verfahren nach einer der Klauseln 23 bis 40, ferner umfassend: Ausbilden einer zweiten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht; wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Folgendes umfasst: Ätzen des Halbleiterträgers mit einem ersten Ätzmittel; und/oder Ätzen der ersten Schicht mit einem zweiten Ätzmittel; wobei die zweite Isolationsschicht als ein Ätzstopp für das zweite Ätzmittel verwendet wird.
43. Das Verfahren nach Klausel 41 oder 42, wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Entfernen der zweiten Isolationsschicht wenigstens teilweise umfasst, um die zweite Schicht freizulegen.
44. Das Verfahren nach einer der Klauseln 41 bis 43, ferner umfassend: Ausbilden einer ersten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und dem Halbleiterträger und optionales Entfernen von Material von der ersten Isolationsschicht, um die erste Schicht freizulegen (z. B. kann die Rückseite der ersten Schicht freigelegt werden); und/oder Ausbilden einer zweiten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht und optionales Entfernen von Material von der zweiten Isolationsschicht, um die zweite Schicht freizulegen (z. B. kann die Rückseite der zweiten Schicht freigelegt werden).
45. Eine mikroelektromechanische Vorrichtung, umfassend: einen Halbleiterträger; ein mikroelektromechanisches Element, welches in einer vom Halbleiterträger entfernten Position angeordnet ist; wobei das mikroelektromechanische Element ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in Reaktion auf ein mechanisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder ausgelegt ist, um ein mechanisches Signal in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren; wenigstens ein Kontaktpad, welches mit dem mikroelektromechanischen Element elektrisch verbunden ist, um das elektrische Signal zwischen dem Kontaktpad und dem mikroelektromechanischen Element zu übertragen; und eine Verbindungsstruktur, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstreckt und das mikroelektromechanische Element mechanisch mit dem Halbleiterträger koppelt.
46. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 45, wobei die Verbindungsstruktur ausgelegt ist, um mechanische Last vom Halbleiterträger durch die Verbindungsstruktur wenigstens teilweise zu absorbieren.
47. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 45 oder 46, wobei eine Dicke der Verbindungsstruktur kleiner als eine Dicke von wenigstens einem des mikroelektromechanischen Elements und des Halbleiterträgers ist.
48. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 47, wobei eine Querschnittsfläche der Verbindungsstruktur kleiner als eine Querschnittsfläche des mikroelektromechanischen Elements ist.
49. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 48, wobei eine Querschnittsfläche der Verbindungsstruktur kleiner als eine Querschnittsfläche des mikroelektromechanischen Elements ist.
50. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 49, wobei eine Steifigkeit der Verbindungsstruktur kleiner ist als wenigstens eine von: einer Steifigkeit des mikroelektromechanischen Elements oder einer Steifigkeit des Halbleiterträgers; und/oder wobei entlang einer ersten Richtung (und/oder einer dritten Richtung) eine Steifigkeit der Verbindungsstruktur kleiner ist als eine Steifigkeit von wenigstens einem von: dem mikroelektromechanischen Element und dem Halbleiterträger, wobei eine Steifigkeit der Verbindungsstruktur entlang einer zweiten Richtung mehr ist als eine Steifigkeit von wenigstens einem von: dem mikroelektromechanischen Element, einer Membran des mikroelektromechanischen Elements und der Verbindungsstruktur entlang der ersten Richtung, und wobei die erste Richtung (und/oder die dritte Richtung) senkrecht zur zweiten Richtung ist.
51. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 50, wobei eine Querschnittsfläche der Verbindungsstruktur, welche mit einem festen Material gefüllt ist, kleiner als eine Querschnittsfläche des mikroelektromechanischen Elements, welches mit einem festen Material gefüllt ist, ist.
52. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 51, wobei das mikroelektromechanische Element ein mechanisches Glied und ein oder mehrere elektrische Glieder umfasst, welche mechanisch miteinander und mit der Verbindungsstruktur gekoppelt sind (z. B. in einer Kopplungsregion entfernt vom Halbleiterträger).
53. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 50, wobei wenigstens eines von dem mechanischen Glied und einem elektrischen Glied (auch als zweites elektrisches Glied bezeichnet) des einen oder der mehreren elektrischen Glieder entfernt vom Halbleiterträger angeordnet ist.
54. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 53, wobei das mechanische Glied perforiert ist.
55. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 53 oder 54, wobei wenigstens ein erstes elektrisches Glied des einen oder der mehreren elektrischen Glieder und die Verbindungsstruktur aus einer Schicht ausgebildet werden, wobei das mechanische Glied mit der Schicht zwischen dem ersten elektrischen Glied und der Verbindungsstruktur gekoppelt ist.
56. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 53 bis 55, wobei das eine oder die mehreren elektrischen Glieder ausgelegt sind, um das mechanische Glied basierend auf dem elektrischen Signal zum Erzeugen oder Modifizieren des mechanischen Signals zu bewegen, und/oder wobei das elektrische Element ausgelegt ist, um eine Bewegung des mechanischen Glieds zu erfassen und das elektrische Signal basierend auf der Bewegung zu erzeugen oder zu modifizieren.
57. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 56, wobei das mikroelektromechanische Element ein mechanisches Glied in Form einer Membran umfasst, und wobei das mikroelektromechanische Element ausgelegt ist, um das elektrische Signal in Reaktion auf eine Oszillation der Membran zu erzeugen und/oder um eine Oszillation der Membran in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen.
58. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 57, ferner umfassend: ein Versteifungselement, welches das mikroelektromechanische Element wenigstens teilweise umgibt und vom Halbleiterträger entfernt ist.
59. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 58, wobei das Versteifungselement ausgelegt ist, um wenigstens teilweise eine Torsion des mikroelektromechanischen Elements zu absorbieren.
60. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 58 oder 59, wobei das Versteifungselement mechanisch mit dem mikroelektromechanischen Element gekoppelt ist.
61. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 60, wobei die Verbindungsstruktur eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten zum elektrischen Verbinden des mikroelektromechanischen Elements mit dem wenigstens einen Kontaktpad umfasst.
62. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 61, wobei ein Spalt sich zwischen dem Halbleiterträger und dem mikroelektromechanischen Element wenigstens im Wesentlichen um das mikroelektromechanische Element herum erstreckt, wobei die Verbindungsstruktur sich durch den Spalt erstreckt.
63. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 62, wobei das mikroelektromechanische Element elektrisch vom Halbleiterträger isoliert ist.
64. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 63, wobei der Halbleiterträger eine Öffnung umfasst, wobei das mikroelektromechanische Element wenigstens eines von in oder über der Öffnung angeordnet ist, wobei optional eine Erweiterung der Öffnung parallel zu einer Oberfläche des Halbleiterträgers größer als eine Erweiterung des mikroelektromechanischen Elements parallel zur Oberfläche des Halbleiterträgers ist.
65. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 64, eine elektrische Schaltung, welche elektrisch mit dem wenigstens einen Kontaktpad gekoppelt ist, um das elektrische Signal zu übertragen, wobei die elektrische Schaltung ausgelegt ist, um elektrische Signale zum Ansteuern des mikroelektromechanischen Elements zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder wobei die elektrische Schaltung ausgelegt ist, um elektrische Signale zu verarbeiten, welche durch das mikroelektromechanische Element erzeugt oder modifiziert werden.
66. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 65, wobei die elektrische Schaltung einen Datenwandler umfasst, welcher eine Dateneingabe/-ausgabe-Schnittstelle umfasst, wobei der Datenwandler ausgelegt ist, um Daten, welche an der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle empfangen werden, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und/oder wobei der Datenwandler ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in Daten umzuwandeln, welche zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle unterstützt werden.
67. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 65, wobei die elektrische Schaltung einen Analog/Digital-Wandler umfasst, welcher eine Dateneingabe/-ausgabe-Schnittstelle umfasst, wobei der Analog/Digital-Wandler ausgelegt ist, um ein digitales Signal, welches an der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle empfangen wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und/oder wobei der Analog/Digital-Wandler ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in ein digitales Signal umzuwandeln, welches zur Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle unterstützt wird.
68. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 67, wobei die Verbindungsstruktur eine mittlere Position des mikroelektromechanischen Elements relativ zum Halbleiterträger definiert, wobei die Verbindungsstruktur ausgelegt ist, um eine Federkraft zu erzeugen, welche in Reaktion auf eine Verschiebung des mikroelektromechanischen Elements von der mittleren Position auf die mittlere Position zeigt.
69. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 68, wobei die Verbindungsstruktur in physischem Kontakt ist mit wenigstens einem von: einer peripheren Region des mikroelektromechanischen Elements, dem Halbleiterträger.
70. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 69, wobei die Verbindungsstruktur eine oder mehrere Öffnungen umfasst, welche sich durch die Verbindungsstruktur erstrecken.
71. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 70, wobei die Verbindungsstruktur einen oder mehrere Federarme umfasst, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstrecken und das mikroelektromechanische Element elastisch mit dem Halbleiterträger koppeln.
72. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 71, wobei der eine oder die mehreren Federarme ausgelegt sind, um in Reaktion auf eine mechanische Last abzulenken, so dass die mechanische Last wenigstens teilweise von dem einen oder den mehreren Federarmen absorbiert wird.
73. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 68 oder 72, wobei wenigstens ein Federarm des einen oder der mehreren Federarme mäanderförmig ist.
74. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 68 bis 73, wobei wenigstens ein Federarm des einen oder der mehreren Federarme gewellt ist.
75. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 68 bis 74, wobei der eine oder die mehreren Federarme wenigstens zwei Federarme umfassen.
76. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 68 bis 75, wobei die wenigstens zwei Federarme: auf gegenüberliegenden Seiten des mikroelektromechanischen Elements angeordnet sind und/oder mit einer peripheren Region des mikroelektromechanischen Elements in physischem Kontakt sind.
77. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 76, wobei wenigstens eines der Verbindungsstruktur und der wenigstens zwei Federarme wenigstens eines von einem nicht-polymeren oder einem anorganischen Material umfassen.
78. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 77, wobei ein Spalt sich zwischen dem Halbleiterträger und dem mikroelektromechanischen Element erstreckt, wobei der Spalt sich wenigstens im Wesentlichen um das mikroelektromechanische Element herum erstreckt.
79. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 77, wobei wenigstens eines von dem nicht-polymeren Material und dem anorganischen Material ein metallisches Material, ein keramisches Material und/oder ein halbleitendes Material umfasst.
80. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach Klausel 77 oder 79, wobei wenigstens eines von dem nicht-polymeren Material und dem anorganischen Material ein kristallines, polykristallines und/oder nanokristallines Material umfasst.
81. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 80, wobei das mechanische Signal wenigstens eines von der folgenden Gruppe von Signalen umfasst: Schallsignal, ein Drucksignal, ein Vibrationssignal, ein Oszillationssignal, ein Impulssignal, ein akustisches Signal.
82. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 81, wobei das mikroelektromechanische Element ein mechanisches Glied und ein elektrisches Glied umfasst, wobei das elektrische Glied ausgelegt ist, um das mechanische Glied basierend auf dem elektrischen Signal zu bewegen, um das mechanische Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder wobei das elektrische Element ausgelegt ist, um eine Bewegung des mechanischen Glieds zu erfassen und das elektrische Signal basierend auf der Bewegung zu erzeugen oder zu modifizieren.
83. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 82, wobei das elektrische Glied ausgelegt ist, um eine Kraft zum Bewegen des mechanischen Glieds zu erzeugen oder zu modifizieren, wobei die Kraft basierend auf dem elektrischen Signal erzeugt wird, und/oder wobei das elektrische Glied ausgelegt ist, um eine Kraft zu erfassen, welche durch das mechanische Glied erzeugt wird, und um ein elektrisches Signal basierend auf der Kraft zu erzeugen oder zu modifizieren.
84. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 83, wobei das mikroelektromechanische Element durch den Halbleiterträger über die Verbindungsstruktur unterstützt wird.
85. Die mikroelektromechanische Vorrichtung nach einer der Klauseln 45 bis 84, wobei das mikroelektromechanische Element durch den Halbleiterträger über die Verbindungsstruktur nachgiebig unterstützt wird.
86. Ein Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausbilden eines mikroelektromechanischen Elements in einer von einem Halbleiterträger entfernten Position; Ausbilden eines Kontaktpads, welches elektrisch mit dem mikroelektromechanischen Element verbunden ist; Ausbilden einer Verbindungsstruktur, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstreckt und das mikroelektromechanische Element mechanisch mit dem Halbleiterträger koppelt.
87. Ein Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausbilden einer ersten Schicht wenigstens eines von in oder über einem Halbleiterträger; Ausbilden einer zweiten Schicht wenigstens eines von unter oder über wenigstens einer zentralen Region der ersten Schicht, so dass eine periphere Region der ersten Schicht wenigstens teilweise frei von der zweiten Schicht ist; und wenigstens eines der Folgenden: Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht, um wenigstens eine von der zentralen Region der zweiten Schicht oder einer zentralen Region der ersten Schicht freizugeben; Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht, um wenigstens eine von der zweiten Schicht oder der peripheren Region der ersten Schicht freizugeben; oder Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht, so dass die zweite Schicht durch den Halbleiterträger über die erste Schicht unterstützt wird.
88. Das Verfahren nach Klausel 87, ferner umfassend: Strukturieren der peripheren Region der ersten Schicht, um eine oder mehrere Öffnungen auszubilden, welche sich durch die periphere Region der ersten Schicht erstrecken.
89. Das Verfahren nach Klausel 87 oder 88, ferner umfassend: Strukturieren der peripheren Region der ersten Schicht, um einen oder mehrere Federarme auszubilden, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht Freigeben des einen oder der mehreren Federarme umfasst.
90. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 89, ferner umfassend: Ausbilden eines Hohlraums zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht.
91. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 90, ferner umfassend: Ausbilden einer dritten Schicht wenigstens eines von unter oder über der ersten Schicht zwischen der peripheren Region der ersten Schicht und der zentralen Region der ersten Schicht, um ein Versteifungselement bereitzustellen, so dass die periphere Region der ersten Schicht und die zentrale Region der ersten Schicht wenigstens teilweise frei von der dritten Schicht sind.
92. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 91, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der zentralen Region der zweiten Schicht wenigstens eines umfasst von: Entfernen von wenigstens Material des Halbleiterträgers; Ausbilden eines Hohlraums zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht; oder Entfernen von wenigstens Material der ersten Schicht, wobei die erste Schicht wenigstens teilweise mit einer peripheren Region der zweiten Schicht gekoppelt bleibt.
93. Das Verfahren nach Klausel 92, wobei die erste Schicht wenigstens teilweise unter der peripheren Region der zweiten Schicht verbleibt.
94. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 93, ferner umfassend: Ausbilden von Gräben in der peripheren Region der ersten Schicht, welche sich durch die erste Schicht erstreckt.
95. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 94, ferner umfassend: Perforieren der ersten Schicht wenigstens in ihrer zentralen Region.
96. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 95, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der zentralen Region der zweiten Schicht Ausbilden einer Öffnung unter der zweiten Schicht umfasst.
97. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 96, ferner umfassend: Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Schicht, welche wenigstens ein Kontaktpad und ein oder mehrere elektrische Glieder zum Koppeln der zweiten Schicht mit dem wenigstens einen Kontaktpad umfasst.
98. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 97, wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Folgendes umfasst: Ätzen des Halbleiterträgers mit einem ersten Ätzmittel; und/oder Ätzen der ersten Schicht mit einem zweiten Ätzmittel.
99. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 98, ferner umfassend: Ausbilden einer ersten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und dem Halbleiterträger.
100. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 99, ferner umfassend: Ausbilden einer ersten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und dem Halbleiterträger; wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht wenigstens eines umfasst von: Ätzen des Halbleiterträgers mit einem ersten Ätzmittel; oder Ätzen der ersten Schicht mit einem zweiten Ätzmittel; wobei die erste Isolationsschicht als ein Ätzstopp für das erste Ätzmittel verwendet wird.
101. Das Verfahren nach Klauseln 87 bis 100, wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Entfernen der ersten Isolationsschicht wenigstens teilweise umfasst, um die erste Schicht freizulegen.
102. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 101, ferner umfassend: Ausbilden einer zweiten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht; wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht wenigstens eines umfasst von: Ätzen des Halbleiterträgers mit einem ersten Ätzmittel; oder Ätzen der ersten Schicht mit einem zweiten Ätzmittel; wobei die zweite Isolationsschicht als ein Ätzstopp für das zweite Ätzmittel verwendet wird.
103. Das Verfahren nach Klauseln 87 bis 102, wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Entfernen der zweiten Isolationsschicht wenigstens teilweise umfasst, um die zweite Schicht freizulegen.
104. Das Verfahren nach einer der Klauseln 87 bis 103, ferner umfassend: Ausbilden einer ersten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und dem Halbleiterträger und optionales Entfernen von Material von der ersten Isolationsschicht, um die erste Schicht freizulegen (z. B. kann die Rückseite der ersten Schicht freigelegt werden); und/oder Ausbilden einer zweiten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht und optionales Entfernen von Material von der zweiten Isolationsschicht, um die zweite Schicht freizulegen (z. B. kann die Rückseite der zweiten Schicht freigelegt werden).

Obgleich die Erfindung speziell unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollten Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail hierin vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert. Der Schutzbereich der Erfindung ist somit durch die beigefügten Patentansprüche angegeben, und alle Änderungen, welche innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche aufkommen, sollen daher eingeschlossen sein.

Claims

Mikroelektromechanische Vorrichtung, umfassend: einen Halbleiterträger; ein mikroelektromechanisches Element, welches in einer vom Halbleiterträger entfernten Position angeordnet ist; wobei das mikroelektromechanische Element ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal in Reaktion auf ein mechanisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder ausgelegt ist, um ein mechanisches Signal in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen oder zu modifizieren; wenigstens ein Kontaktpad, welches mit dem mikroelektromechanischen Element elektrisch verbunden ist, um das elektrische Signal zwischen dem Kontaktpad und dem mikroelektromechanischen Element zu übertragen; und eine Verbindungsstruktur, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstreckt und das mikroelektromechanische Element mechanisch mit dem Halbleiterträger koppelt.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das mikroelektromechanische Element durch den Halbleiterträger über die Verbindungsstruktur nachgiebig unterstützt wird.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke der Verbindungsstruktur kleiner als eine Dicke von wenigstens einem des mikroelektromechanischen Elements und des Halbleiterträgers ist.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Steifigkeit der Verbindungsstruktur kleiner als eine Steifigkeit von wenigstens einem des mikroelektromechanischen Elements und des Halbleiterträgers ist.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Steifigkeit der Verbindungsstruktur entlang einer ersten Richtung kleiner als eine Steifigkeit von wenigstens einem des mikroelektromechanischen Elements und des Halbleiterträgers ist; wobei eine Steifigkeit der Verbindungsstruktur entlang einer zweiten Richtung mehr als eine Steifigkeit von wenigstens einem des mikroelektromechanischen Elements und einer Membran des mikroelektromechanischen Elements ist; und wobei die erste Richtung senkrecht zur zweiten Richtung verläuft.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das mikroelektromechanische Element ein mechanisches Glied und ein oder mehrere elektrische Glieder umfasst, welche mechanisch miteinander und mit der Verbindungsstruktur gekoppelt sind; wobei optional wenigstens eines von dem mechanischen Glied und einem elektrischen Glied des einen oder der mehreren elektrischen Glieder entfernt vom Halbleiterträger angeordnet ist.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das eine oder die mehreren elektrischen Glieder ausgelegt sind, um das mechanische Glied basierend auf dem elektrischen Signal zu bewegen, um das mechanische Signal zu erzeugen oder zu modifizieren; und/oder wobei das elektrische Element ausgelegt ist, um eine Bewegung des mechanischen Glieds zu erfassen und das elektrische Signal basierend auf der Bewegung zu erzeugen oder zu modifizieren.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: ein Versteifungselement, welches das mikroelektromechanische Element wenigstens teilweise umgibt und vom Halbleiterträger entfernt ist.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Spalt sich zwischen dem Halbleiterträger und dem mikroelektromechanischen Element wenigstens im Wesentlichen um das mikroelektromechanische Element erstreckt, wobei die Verbindungsstruktur sich durch den Spalt erstreckt.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Halbleiterträger eine Öffnung umfasst, wobei das mikroelektromechanische Element wenigstens eines von in oder über der Öffnung angeordnet ist, wobei eine Erweiterung der Öffnung parallel zu einer Oberfläche des Halbleiterträgers größer als eine Erweiterung des mikroelektromechanischen Elements parallel zur Oberfläche des Halbleiterträgers ist.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, eine elektrische Schaltung, welche elektrisch mit dem wenigstens einen Kontaktpad gekoppelt ist, um das elektrische Signal zu übertragen, wobei die elektrische Schaltung ausgelegt ist, um elektrische Signale zum Ansteuern des mikroelektromechanischen Elements zu erzeugen oder zu modifizieren, und/oder wobei die elektrische Schaltung ausgelegt ist, um elektrische Signale zu verarbeiten, welche durch das mikroelektromechanische Element erzeugt oder modifiziert werden.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Verbindungsstruktur in physischem Kontakt ist mit wenigstens einem von: einer peripheren Region des mikroelektromechanischen Elements und dem Halbleiterträger.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Verbindungsstruktur einen oder mehrere Federarme umfasst, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstrecken und das mikroelektromechanische Element elastisch mit dem Halbleiterträger koppeln; wobei optional der eine oder die mehreren Federarme ausgelegt sind, um in Reaktion auf eine mechanische Last abzulenken, so dass die mechanische Last wenigstens teilweise von dem einen oder den mehreren Federarmen absorbiert wird.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei wenigstens ein Federarm des einen oder der mehreren Federarme wenigstens eines von mäanderförmig und gewellt ist.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der eine oder die mehreren Federarme in physischem Kontakt mit einer peripheren Region des mikroelektromechanischen Elements sind.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der eine oder die mehreren Federarme wenigstens zwei Federarme umfassen; wobei optional die wenigstens zwei Federarme auf gegenüberliegenden Seiten des mikroelektromechanischen Elements angeordnet sind.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das mikroelektromechanische Element ein mechanisches Glied in Form einer Membran umfasst und wobei das mikroelektromechanische Element ausgelegt ist, um das elektrische Signal in Reaktion auf eine Oszillation der Membran zu erzeugen und/oder eine Oszillation der Membran in Reaktion auf ein elektrisches Signal zu erzeugen.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das mikroelektromechanische Element elektrisch vom Halbleiterträger isoliert ist.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Verbindungsstruktur wenigstens eines von einem nicht-polymeren oder einem anorganischen Material umfasst.
Mikroelektromechanische Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Verbindungsstruktur einen oder mehrere Federarme umfasst, welche sich vom Halbleiterträger zum mikroelektromechanischen Element erstrecken und das mikroelektromechanische Element elastisch mit dem Halbleiterträger koppeln.
Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausbilden eines mikroelektromechanischen Elements in einer von einem Halbleiterträger entfernten Position; Ausbilden eines Kontaktpads, welches elektrisch mit dem mikroelektromechanischen Element verbunden ist; Ausbilden einer Verbindungsstruktur, welche sich zwischen dem Halbleiterträger und dem mikroelektromechanischen Element erstreckt, um das mikroelektromechanische Element mechanisch mit dem Halbleiterträger zu koppeln.
Verfahren zum Ausbilden einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausbilden einer ersten Schicht wenigstens eines von in oder über einem Halbleiterträger; Ausbilden einer zweiten Schicht wenigstens eines von unter oder über wenigstens einer zentralen Region der ersten Schicht, so dass eine periphere Region der ersten Schicht wenigstens teilweise frei von der zweiten Schicht ist; Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht, um wenigstens eine von der zentralen Region der zweiten Schicht oder einer zentralen Region der ersten Schicht freizugeben; und/oder Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht, so dass die zweite Schicht durch den Halbleiterträger über die erste Schicht unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, ferner umfassend: Strukturieren der peripheren Region der ersten Schicht, um einen oder mehrere Federarme auszubilden, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der peripheren Region der ersten Schicht Freigeben des einen oder der mehreren Federarme umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, ferner umfassend: Ausbilden eines Hohlraums zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, ferner umfassend: Ausbilden einer dritten Schicht wenigstens eines von unter oder über der ersten Schicht zwischen der peripheren Region der ersten Schicht und der zentralen Region der ersten Schicht, um ein Versteifungselement bereitzustellen, so dass die periphere Region der ersten Schicht und die zentrale Region der ersten Schicht wenigstens teilweise frei von der dritten Schicht sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der zentralen Region der zweiten Schicht wenigstens eines umfasst von: Entfernen von wenigstens Material des Halbleiterträgers; oder Entfernen von wenigstens Material der ersten Schicht, wobei die erste Schicht wenigstens teilweise wenigstens eines von mit einer peripheren Region der zweiten Schicht gekoppelt und unter ihr verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei Entfernen von Material unter wenigstens der zentralen Region der zweiten Schicht Ausbilden einer Öffnung unter der zweiten Schicht umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, ferner umfassend Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Schicht, welche wenigstens ein Kontaktpad und wenigstens ein elektrisches Glied zum Koppeln der zweiten Schicht mit dem wenigstens einen Kontaktpad umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, ferner umfassend: Ausbilden einer ersten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und dem Halbleiterträger; wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Folgendes umfasst: Ätzen des Halbleiterträgers mit einem ersten Ätzmittel; und/oder Ätzen der ersten Schicht mit einem zweiten Ätzmittel; wobei die erste Isolationsschicht als ein Ätzstopp für das erste Ätzmittel verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, ferner umfassend: Ausbilden einer zweiten Isolationsschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht; wobei Entfernen von Material unter wenigstens einer zentralen Region der zweiten Schicht Folgendes umfasst: Ätzen des Halbleiterträgers mit einem ersten Ätzmittel; und/oder Ätzen der ersten Schicht mit einem zweiten Ätzmittel; wobei die zweite Isolationsschicht als ein Ätzstopp für das zweite Ätzmittel verwendet wird.