DE102018220508A1

DE102018220508A1 - Vorrichtungen mit lokalisierter Einstellung von Verformung und mechanischer Spannung

Info

Publication number: DE102018220508A1
Application number: DE102018220508.6A
Authority: DE
Inventors: You QIAN; Humberto CAMPANELLA PINEDA; Rakesh Kumar; Rajesh Nair
Original assignee: GlobalFoundries Singapore Pte Ltd
Current assignee: Vanguard International Semiconductor SIngapore Pte Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: TWI683782B; US10723614B2; US20190177155A1; TW201927684A; DE102018220508B4; DE102018010397B4

Abstract

Eine Vorrichtung, z. B. eine MEMS-Vorrichtung, mit Einstellung der mechanischen Spannung, um eine gewünschte mechanische Stapelspannung entlang des Wafers zu erreichen. Die Einstellung der mechanischen Spannung umfasst ein Trimmen einer Spannungskompensationsschicht über einer Zielschicht mit unterschiedlichen mechanischen Spannungen in unterschiedlichen Zielschichtbereichen. Das Trimmen kann ein lonenstrahltrimmen umfassen, um eine Spannungskompensationsschicht mit unterschiedlicher Dicke über den unterschiedlichen Zielschichtbereichen zu erzeugen, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf eine gewünschte mechanische Spannung auszugleichen. Die gewünschte mechanische Spannung kann eine mechanische Restspannung von beinahe Null ergeben, um eine beinahe flache MEMS-Vorrichtung zu erzeugen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen mit einer lokalisierten Einstellung von Verformung und mechanischer Spannung. Die Vorrichtungen betreffen genauer Mikrosystem (microelectromechanical system, MEMS) -Vorrichtungen mit lokalisierter Einstellung von Verformung und mechanischer Spannung.
HINTERGRUND
Vorrichtungen, z. B. Mikrosystem (MEMS) -Vorrichtungen, haben eine Vielzahl von Anwendungen, z. B. Sensoren, Mikrophone und Filter. MEMS-Vorrichtungen umfassen freistehende Strukturen. Beispielsweise umfassen MEMS-Vorrichtungen freistehende Strukturen mit beliebiger Einspannung und beliebigen Geometrien, wie etwa Trägerstrukturen. Bei bekannten MEMS-Vorrichtungen besteht jedoch ein Hauptproblem in der verbleibenden mechanischen Spannung in den freistehenden Strukturen der MEMS-Vorrichtungen. Verbleibende mechanische Spannungen können abhängig von der mechanischen Spannung zu Verbiegung, Knick oder sogar einem Fehler in der Freistellung der freistehenden Struktur führen. Weiterhin ergeben bekannte Prozesse zur Bildung von MEMS-Vorrichtungen eine sehr ungleichförmige Verteilung der mechanischen Spannung entlang der Wafer-Karte. Die Variation kann von Veränderungen in den Prozessbedingungen entlang des Wafers resultieren. Die Variation in der mechanischen Spannung beeinflusst die freistehenden Strukturen der MEMS-Vorrichtungen abhängig von der mechanischen Spannung am Ort des Wafers auf unterschiedliche Weise. Diese große Ungleichförmigkeit in der Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers trägt unerwünscht zu einer großen Variation im Vorrichtungsleistungsvermögen bei, einschließlich von Fehlern. Dies beeinflusst die Zuverlässigkeit und Ausbeute in negativer Weise.
Die Erfindung ist auf MEMS-Vorrichtungen mit lokalisierter Einstellung von Verformung und mechanischer Spannung gerichtet, um die die Zuverlässigkeit und Ausbeute zu erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Vorrichtungen und Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung. In einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung mit einer Vorrichtungsstruktur offenbart. Es wird ein Wafer bereitgestellt, auf dem eine Mehrzahl von Vorrichtungen angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst einen Vorrichtungsstapel der Vorrichtungsstruktur. Der Vorrichtungsstapel umfasst eine Zielschicht und eine Spannungskompensationsschicht, die über der Zielschicht angeordnet ist. Die Zielschicht umfasst eine ungleichförmige Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers. Die ungleichförmige Verteilung der mechanischen Spannung umfasst wenigstens einen ersten Zielschichtbereich mit einer ersten mechanischen Zielschichtspannung und einen zweiten Zielschichtbereich mit einer zweiten mechanischen Zielschichtspannung. Die ersten und zweiten mechanischen Zielschichtspannungen weisen erste und zweite Größen der mechanischen Zielschichtspannung auf, die verschieden sind. Die Spannungskompensationsschicht ist ausgebildet, um die Zielschicht mit einer ungleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers in den ersten und zweiten Zielbereichen gemäß einem gewünschten Stapel auszugleichen.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung offenbart. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Wafers mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen. Auf dem Wafer ist eine Zielschicht einer Vorrichtungsstruktur auf Wafer-Ebene gebildet. Die Zielschicht umfasst eine ungleichförmige Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers, wobei Zielschichtbereiche unterschiedliche Größen der mechanischen Spannung aufweisen. Die Zielschichtdicke und die mechanische Spannung der Zielschicht werden in unterschiedlichen Zielschichtbereichen der Zielschicht entlang des Wafers gemessen. Auf der Zielschicht wird eine Spannungskompensationsschicht auf Wafer-Ebene gebildet. Die Spannungskompensationsschicht und die Zielschicht bilden einen Vorrichtungsstapel. Eine Dicke der Spannungskompensationsschicht und eine mechanische Kompensationsspannung der Spannungskompensationsschicht werden über den Wafer hinweg gemessen, um eine lokale Dicke und eine lokale mechanische Kompensationsspannung der Spannungskompensationsschicht entlang des Wafers zu erhalten. Die Spannungskompensationsschicht wird lokal getrennt, um die Spannungskompensationsschicht zum Ausgleichen der Zielschicht gemäß einer ungleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers auf ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung des Vorrichtungsstapels entlang des Wafers zu balancieren.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Figuren hervor. Weiterhin schließen die hierin beschriebenen Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen einander nicht aus und können in verschiedenen Kombinationen und Permutationen existieren.
Figurenliste
In den Figuren bezeichnen ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten im Allgemeinen gleiche Elemente. Die Figuren sind nicht maßstäblich und stellen stattdessen allgemein die Prinzipien der Erfindung heraus. In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, in denen:

1a eine ebene Ansicht eines Wafers mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen zeigt;
1b einen Abschnitt eines Wafers mit einer Mehrzahl von bekannten MEMS-Vorrichtungen zeigt, die freistehende Strukturen aufweisen;
2a-2c Querschnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen eines Abschnitts einer Vorrichtung darstellen;
3a-3b Querschnittansichten einer Ausführungsform eines Prozesses zum Bilden einer Vorrichtung darstellten;
3c eine vereinfachte Querschnittansicht eines Dies zeigt;
4a-4d Querschnittansichten einer anderen Ausführungsform eines Prozesses zum Bilden einer Vorrichtung zeigen;
5a-5d Querschnittansichten von wieder einer anderen Ausführungsform eines Prozesses zum Bilden einer Vorrichtung zeigen; und
6a-6c eine Karte der Dicke und mechanischen Spannung zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Vorrichtungen. Ausführungsformen betreffen insbesondere Mikrosystem (MEMS) -Vorrichtungen. Es können auch andere Arten von Vorrichtungen vorgesehen werden. Die MEMS-Vorrichtungen können z. B. in Drucksensoren und Biosensoren in medizinischen Instrumenten, Induktivitäten und einstellbaren Kondensatoren in Hochfrequenzschaltungen, Mikrophonen und Beschleunigungssensoren in Automobilen eingebaut werden. Es kann auch der Einbau der Vorrichtungen in andere Geräte in Betracht gezogen werden.
1a zeigt eine ebene Ansicht eines Wafers 100. Der Wafer kann z. B. einen Halbleiterwafer darstellen, etwa einen Siliziumwafer. Es können andere Arten von Wafern verwendet werden. Der Wafer kann z. B. einen silicon-on-insulator (SOI) -Wafer darstellen.
Der Wafer wird bearbeitet, so dass eine Mehrzahl von Vorrichtungen 115 parallel hergestellt wird. In einer Ausführungsform stellen die Vorrichtungen Mikrosystem (MEMS) - Vorrichtungen dar. Es können auch andere Arten von Vorrichtungen vorgesehen werden. Die Vorrichtungen sind darstellungsgemäß rechteckige oder quadratische Vorrichtungen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Da der Wafer von einer kreisförmigen Gestalt ist, sind die Vorrichtungen angeordnet, so dass die Anzahl von integrierten Schaltungen (ICs) auf dem Wafer maximiert wird. Zwischen den Reihen und Spalten der Vorrichtungen befindet sich ein Kerbbereich 140. Der Kerbbereich ist ausreichend breit, um eine Wafer-Säge aufzunehmen, die verwendet wird, um den Wafer zu zerschneiden. Dies verhindert, dass Vorrichtungen beschädigt werden.
Gemäß der Erläuterung oben umfasst eine Vorrichtung, z. B. eine MEMS-Vorrichtung, eine freistehende Struktur. Die freistehende Struktur kann eine Trage- oder Einspannstruktur umfassen. Es können auch andere Arten von freistehenden Strukturen vorgesehen werden.
1b zeigt einen Abschnitt eines Wafers 100 mit einer Mehrzahl von bekannten MEMS-Vorrichtungen mit freistehenden Strukturen 118. Eine MEMS-Vorrichtung kann abhängig von der Art von MEMS-Vorrichtung wenigstens eine freistehende Struktur umfassen. Die freistehenden Strukturen stellen darstellungsgemäß Trägerstrukturen dar. Wie oben ausgeführt wurde können bekannte MEMS-Vorrichtungen eine Vielzahl von verformungs- oder verspannungsbezogenen Fehlern aufweisen. Vergleiche z.B. Schiavone, Giuseppe, et al., „Fabrication of electrodeposited Ni-Fe cantilevers for magnetic MEMS switch applications", Journal of Microelectromechanical Systems 24.4 (2015): 870-879. Aufgrund von Prozessvariationen erfahren unterschiedliche Stellen eines Wafers unterschiedliche bleibende mechanische Spannungen. Zum Beispiel können sich lokalisierte mechanische Spannungen entlang des Wafers oder der Waferkarte unterscheiden. Dies kann zu verschiedenen Problemen führen, z. B. einem Knick in Trägerstrukturen, die durch die Ätzprozesse zerstört werden, sowie einem Fehler in der Freistellung. Variationen in der lokalisierten mechanischen Spannung beeinflussen die Ausbeute der MEMS-Vorrichtungen in negativer Weise.
2a zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Abschnitts einer Vorrichtung 200. Die Vorrichtung kann eine MEMS-Vorrichtung sein. Es können andere Arten von Vorrichtungen verwendet werden. Die Vorrichtung kann auf einem Substrat angeordnet oder gebildet werden. Das Substrat kann ein Siliziumwafer sein, auf dem eine Vielzahl von MEMS-Vorrichtungen gebildet wird. Es können andere Substrate verwendet werden. Das Substrat kann z. B. ein silicon-on-insulator-Substrat, Germanium-Substrat, Siliziumkarbid-Substrat, Glas-Substrat, Quarz-Substrat oder eine andere Art von Wafer sein. Die MEMS-Vorrichtung ist z. B. auf dem Substrat angeordnet. Das Substrat sollte ausreichend dick sein, um die MEMS-Vorrichtung zu tragen. Zum Beispiel kann das Substrat eine Dicke von ungefähr 750 µm umfassen. Es können andere Dicken verwendet werden.
Darstellungsgemäß umfasst der Abschnitt der Vorrichtung 200 einen Vorrichtungsstapel 205 einer Vorrichtungskomponente. Die Vorrichtungskomponente kann eine MEMS-Komponente einer MEMS-Vorrichtung sein. Die MEMS-Komponente kann einen Sensor, Resonator, ein Beschleunigungsmessgerät, Mikrophon, einen magnetischen Schalter, thin film head (TFH), Energy Harvester oder Filter darstellen, z. B. einen akustischen Oberflächenwellen (SAW) -Filter oder einen akustischen Substratwellen (bulk acoustic wave, BAW) -Filter. Es können andere Arten von MEMS-Komponenten verwendet werden. Die MEMS-Komponente umfasst gemäß einer Ausführungsform eine freistehende Struktur mit einer beliebigen Einspannung und Geometrie. In einer Ausführungsform stellt die MEMS-Komponente eine Trägerstruktur dar. Es können abhängig von der Art von Vorrichtungskomponente andere Arten von freistehenden Strukturen verwendet werden. Ein Träger stellt z. B. ein längliches Element dar, das eine Länge mit Seiten und ersten und zweiten Enden aufweist. Ein erstes Ende des Trägers ist an dem Substrat angebracht, während die Seiten und das zweite Ende frei oder von dem Substrat getrennt sind.
Der MEMS-Stapel 205 umfasst eine Zielschicht 210 und eine Spannungskompensationsschicht 270. Die Zielschicht kann eine aktive Schicht der MEMS-Komponente sein. Der Begriff „Zielschicht“ kann eine einzelne Schicht oder einen Stapel mit mehreren Zielschichten bezeichnen. Es können abhängig von der Art von MEMS-Komponente verschiedene Arten oder eine verschiedene Anzahl von Zielschichten verwendet werden. Beispiele für Zielschichten können Aluminiumnitrid (AIN), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Tantal (Ta), Silizium (Si), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Siliziumoxid (SiO₂), Ruthenium (Ru), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Nickeleisen (NiFe), Kobaltnickeleisen (CoNiFe), Glas, Quarz, Lithiumtantaloxid (LiTaO₃), Lithiumnioboxid (LiNbO₃), Siliziumchrom (SiCr), Wolframkarbid (WC), Zinkoxid (ZnO) oder eine Kombination davon darstellen.
Die Zielschicht stellt anschaulich einen Zielstapel dar, der erste und zweite Zielschichten 220 und 250 umfasst. Es kann auch eine Zielschicht mit einer anderen Anzahl von Zielschichten verwendet werden. Die ersten und zweiten Zielschichten können elastische Schichten darstellen. Zum Beispiel kann die erste Zielschicht eine Si-Schicht darstellen. Die erste Zielschicht kann eine neutrale mechanische Spannung oder keine mechanische Spannung aufweisen. Die zweite Zielschicht kann eine mechanische Spannung umfassen. Die zweite Zielschicht kann eine AIN-Schicht sein. Beispielsweise kann die Zielschicht einen Si/AIN-Zielstapel darstellen. Die Dicke der Si-Schicht kann ungefähr 3 µm betragen und die Dicke der AIN-Schicht kann auf ungefähr 1 µm abgestellt werden (z. B. Zieldicke = 1 µm). Es können auch andere Dicken und Konfigurationen der ersten und zweiten Zielschichten des Zielstapels verwendet werden.
In anderen Ausführungsformen kann die Zielschicht z. B. einen Mo/AIN/Mo/AIN-Stapel darstellen. Die Dicke der AIN-Schichten kann ungefähr 500 nm betragen und die Dicke der Mo-Schichten kann ungefähr 20 nm betragen. In wieder anderen Ausführungsformen kann die Zielschicht einen SiO₂/Si/Mo/AlN/Mo-Stapel darstellen. Das SiO₂ und Si des Zielstapels kann einen Teil eines SOI-Substrats darstellen. Die SiO₂-Schicht kann ungefähr 500 nm betragen, die Dicke der Si-Schicht kann ungefähr 6 µm betragen, die Dicke der ersten Mo-Schicht kann ungefähr 200 nm betragen, die Dicke der AIN-Schicht kann ungefähr 800 nm betragen und die Dicke der zweiten Mo-Schicht kann ungefähr 100 nm betragen. Abhängig von der MEMS-Komponente können andere Dicken oder Konfigurationen der Zielschichten verwendet werden,.
Die mechanische Spannung der zweiten Zielschicht kann jede Art von mechanischer Spannung darstellen. Beispielsweise kann die mechanische Spannung der Zielschicht eine mechanische Druckspannung oder mechanische Zugspannung darstellen. Die Größe der mechanischen Spannung kann von dem Material und der Dicke der Zielschicht abhängen. Im Allgemeinen wird eine mechanische Zugspannung mit „+“ oder keinem Vorzeichen bezeichnet und eine mechanische Druckspannung kann mit einem „-“-Zeichen bezeichnet werden. Hinsichtlich der Größe wird sie durch eine Zahl in Einheiten von Pascal (Pa) angezeigt.
Eine Zielschicht kann mit einer Zieldicke abgeschieden werden. Die Zielschicht kann entlang des Wafers Variationen der mechanischen Spannung aufweisen. Die Variationen der mechanischen Spannung können durch inhärente Variationen von Prozessbedingungen entlang des Wafers hervorgerufen werden. Die Variationen der mechanischen Spannung führen zu einer ungleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung in der Zielschicht entlang der MEMS-Komponenten, sowie entlang des Wafers.
Gemäß der Beschreibung kann die Zielschicht mit einer Zieldicke abgeschieden werden. Die Dicke der Zielschicht kann jedoch auch eine Variation entlang des Wafers aufweisen. Beispielsweise kann die Dicke der Zielschicht von der Zieldicke um ± abweichen. Die Dickenänderungen der Zielschicht können zu einer ungleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers führen oder dazu beitragen.
Als ein Beispiel kann die AIN-Zielschicht eine Zugspannungsschicht sein. Eine AIN-Zielschicht mit einer Zieldicke kann entlang des Wafers eine Verteilung der mechanischen Spannung von ungefähr 140 - 160 MPa aufweisen. Die Zielschicht kann hinsichtlich der Arten und Größen der mechanischen Spannung andere Verteilungen aufweisen. Die ungleichförmige Verteilung erzeugt gemäß der Beschreibung Probleme, die die Ausbeute negativ beeinflussen.
In einer anschaulichen Ausführungsform umfasst die zweite Zielschicht, die über einer ersten Zielschicht abgeschieden wird, erste und zweite Verspannungsbereiche 252 und 254 mit unterschiedlichen Größen der mechanischen Spannung. Die zweite Zielschicht kann z.B. eine erste Menge von Zielschichtbereichen mit der ersten Zielschichtgröße und eine zweite Menge von Zielschichtbereichen mit der zweiten Zielschichtgröße umfassen. Die zweite Zielschicht kann eine AIN-Schicht sein, die über einer ersten Zielschicht abgeschieden wird, die eine Si-Schicht darstellen kann. Die AIN-Schicht kann mit einer Zieldicke von 1 µm abgeschieden werden. Die ersten Zielschichtbereiche können eine gemessene mechanische Spannung von 160 MPa aufweisen und die zweiten Zielschichtbereiche können eine gemessene mechanische Spannung von 150 MPa aufweisen. Für unterschiedliche Verspannungsbereiche können andere Arten von Zielschichten, Zieldicken und Größen der mechanischen Spannung verwendet werden. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Zielschicht mit ersten und zweiten Verspannungsbereichen dargestellt, die entlang des Wafers unterschiedliche mechanische Spannungen aufweisen. Eine Zielschicht kann jedoch eine andere Anzahl von Verspannungsbereichen mit unterschiedlichen mechanischen Spannungen aufweisen.
Durch ein lokales Messen seiner mechanischen Spannung entlang des Wafers kann eine Bestimmung der mechanischen Spannung der Zielschicht erreicht werden. Es können verschiedene Techniken zum Messen der mechanischen Spannung eingesetzt werden. Es kann z. B. die Dicke und Krümmung einer Schicht entlang des Wafers gemessen werden.
Die Krümmung kann unter Verwendung eines Lasers gemessen werden. Die mechanische Spannung der Zielschicht kann unter Verwendung der Dicken- und Krümmungsinformation in unterschiedlichen Bereichen entlang des Wafers lokal berechnet werden. Die Messungen der mechanischen Spannung können vor und nach einem Abscheiden einer Zielschicht durchgeführt werden. Die Verspannungsdaten der Zielschicht können z.B. basierend auf Messdaten vor einer Abscheidung und den Messdaten nach einer Abscheidung entlang des Wafers lokal bestimmt werden. Zur Bestimmung von Informationen der mechanischen Spannung können auch andere Techniken verwendet werden.
Über der Zielschicht 210 ist eine Spannungskompensationsschicht 270 angeordnet. Die Spannungskompensationsschicht umfasst eine mechanische Druckspannung, um die mechanische Spannung der Zielschicht lokal einzustellen. In einer Ausführungsform ist die mechanische Kompensationsspannung der Spannungskompensationsschicht ausgebildet, so dass die ungleichförmig verteilte mechanische Spannung der Zielschicht entlang der MEMS-Komponenten und entlang des Wafers lokal eingestellt werden, wobei sich eine gewünschte mechanische Stapelspannung ergibt. Beispielsweise kann der MEMS-Stapel durch die Spannungskompensationsschicht eingestellt werden, so dass sie für den MEMS-Stapel entlang des Wafers ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung aufweist.
In einer Ausführungsform stellt die Spannungskompensationsschicht den MEMS-Stapel ein, so dass die mechanische Spannung entlang des Wafers lokal gesteuert wird. Durch ein lokales Steuern der Dicke der Spannungskompensationsschicht entlang des Wafers kann die Spannungskompensationsschicht für freistehende Strukturen der MEMS-Vorrichtungen eine gleichförmige Verbiegung entlang des Wafers erzeugen. Beispielsweise kann die Verbiegung der freistehenden Strukturen entlang des Wafers innerhalb von ungefähr 0,5 µm liegen. In einer Ausführungsform stellt die Spannungskompensationsschicht den MEMS-Stapel ein, so dass sich für die MEMS-Vorrichtungen entlang des Wafers fast flache freistehende Strukturen (innerhalb von ungefähr 0,5 µm) ergeben. Beispielsweise stellt die Spannungskompensationsschicht eine mechanische Spannung des MEMS-Stapels lokal so ein, dass sie ungefähr einen Rest von Null mechanischer Spannung entlang des Wafers aufweist. Zur Bestimmung der Dicke der mechanischen Spannungskompensation, die an unterschiedlichen Stellen erforderlich ist, werden die Dicke und die mechanische Spannung von jeder darunterliegenden Schicht an unterschiedlichen Stellen berechnet. Unter Verwendung der Dicke und der mechanischen Spannung der darunterliegenden Schichten an den unterschiedlichen Stellen kann die Dicke der Spannungskompensationsschicht an den unterschiedlichen Stellen bestimmt werden. Der MEMS-Stapels kann auch eingestellt werden, so dass er zu einer anderen gleichförmigen Verbiegung der freistehenden Strukturen führt. Die Fähigkeit zum Einstellen der mechanischen Spannung des MEMS-Stapels, um die mechanische Spannung entlang des Wafers lokal zu steuern, erzeugt die freistehenden Strukturen der MEMS-Vorrichtungen mit ungefähr gleicher Biegung. Dies erzeugt eine Gleichförmigkeit im Vorrichtungsleistungsvermögen von Vorrichtungen entlang des Wafers.
In einer Ausführungsform weist die Spannungskompensationsschicht eine mechanische Spannung der Kompensationsschicht auf, die der mechanischen Spannung der Zielschicht entgegengesetzt ist. Wenn die Zielschicht beispielsweise eine mechanische Zugspannung aufweist, dann wird die Spannungskompensationsschicht ausgewählt, so dass sie eine mechanische Druckspannung aufweist, und umgekehrt.
Die mechanische Spannung der Kompensationsschicht hängt von der Dicke und dem Material der Spannungskompensationsschicht ab. Die Dicke und das Material der Spannungskompensationsschicht werden ausgewählt, um eine ausreichende mechanische Spannung zu erzeugen, so dass die unterschiedlichen mechanischen Spannungen der Zielschicht kompensiert werden und sich ein MEMS-Stapel mit einer gewünschten mechanischen Stapelspannung ergibt. In einer Ausführungsform sollte die Dicke der Spannungskompensationsschicht ausreichen, um die mechanische Spannung auszugleichen, so dass die gewünschte Biegung entlang des Wafers erreicht wird. In einer Ausführungsform wird die Dicke der Spannungskompensationsschicht ausgewählt, so dass sie die größte mechanische Spannung der Zielschicht ausgleicht. Es kann eine Spannungskompensationsschicht bereitgestellt werden, die dicker ist, als erforderlich, um die größte mechanische Spannung der Zielschicht auszugleichen.
Die Spannungskompensationsschicht kann z. B. eine SiN-Schicht sein. Abhängig von den Erfordernissen und der Funktionalitäten der Vorrichtung können andere geeignete Kompensationsspannungsschichten verwendet werden. In einigen Fällen kann die oberseitige Schicht der Zielschicht als eine Spannungskompensationsschicht dienen. Wenn z. B. die oberseitige Schicht der Zielschicht die gleiche Art von mechanischer Spannung aufweist, wie die Spannungskompensationsschicht, kann sie als eine Spannungskompensationsschicht fungieren. Wenn die Spannungskompensationsschicht gemäß einem Beispiel als eine Druckspannungsschicht dient und die oberseitige Schicht der Zielschicht eine SiN-Schicht ist, kann sie als eine Kompensationsschicht fungieren. Die Spannungskompensationsschicht kann als solche als ein Teil der Zielschicht integriert werden.
Die Spannungskompensationsschicht ist ausgebildet, um die mechanische Spannung in den unterschiedlichen Bereichen der Zielschicht zu balancieren, so dass ungefähr ein gewünschter Wert der mechanischen Stapelspannung erzeugt wird. Die Spannungskompensationsschicht kann z. B. ausgebildet sein, so dass sie in den unterschiedlichen Zielschichtbereichen ungefähr keine verbleibende mechanische Spannung erzeugt, wodurch sich entlang des Wafers ungefähr keine Biegung ergibt. Die Ausgestaltung der Spannungskompensationsschicht kann auch so vorgesehen sein, dass sie andere gewünschte Werte der mechanischen Stapelspannung erzeugt. Die Spannungskompensationsschicht kann ausgebildet sein, so dass sie nicht flache freistehende Strukturen mit gleichförmigen Biegungen entlang des Wafers erzeugt.
In einer Ausführungsform, wie oben erläutert wurde, weist die Spannungskompensationsschicht, entsprechend ihrer Abscheidung, eine Dicke auf, die darauf abgestellt ist, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung in dem Zielschichtbereich mit der höchsten Zielschichtverspannung zu balancieren. Die Spannungskompensationsschicht balanciert z. B. die mechanische Spannung der Zielschicht in den ersten Zielschichtbereichen. Hinsichtlich der anderen Zielschichtbereiche wird die Spannungskompensationsschicht bearbeitet, um die mechanische Spannung der Zielschicht in diesen Bereichen zu balancieren. Eine Bearbeitung umfasst ein Trimmen der Spannungskompensationsschicht, so dass sie die mechanische Spannung der Zielschicht in den anderen Zielschichtbereichen ungefähr ausgleicht.
In anderen Ausführungsformen ist die Dicke der Spannungskompensationsschicht, wie abgeschieden, größer als erforderlich ist, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung in dem Zielschichtbereich mit der höchsten mechanischen Spannung der Zielschicht zu balancieren. In den verschiedenen Bereichen wird die Spannungskompensationsschicht getrimmt, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung zu balancieren. Zum Beispiel werden erste und zweite Zielschichtbereiche geeignet getrimmt.
In einer Ausführungsform verringert das Trimmen die Dicke der Spannungskompensationsschicht, um die mechanische Spannung der Zielschicht in den anderen Zielschichtbereichen auszugleichen. Das Trimmen verringert z. B. die mechanische Spannung der Spannungskompensationsschicht, um die mechanische Spannung der Zielschicht in den anderen Zielschichtbereichen auszugleichen. Das Trimmen erzeugt eine gesamte mechanische Spannung der Kompensationsschicht, um die mechanische Spannung der Zielschicht in dem gewünschten Zielschichtbereich auszugleichen. Das Trimmen kann in einem Zielschichtbereich gleichförmig oder ungleichförmig sein. Die Spannungskompensationsschicht kann z. B. getrimmt werden, um eine gleichförmige Vertiefung 274 bereitzustellen, die sich zu einem entsprechenden Zielschichtbereich im Wesentlichen koextensiv erstreckt, wie etwa den zweiten Zielschichtbereich 254. Die Spannungskompensationsschicht kann auch abhängig von der gewünschten mechanischen Spannung der Zielschicht getrimmt werden, um ungleichförmige Vertiefungen bereitzustellen oder um Vertiefungen bereitzustellen, die bezüglich des entsprechenden Zielschichtbereichs nicht koextensiv sind. Die getrimmte Menge der Spannungskompensationsschicht hängt von der Menge an mechanischer Spannung ab, die zu kompensieren oder auszugleichen ist. Das Trimmen führt zu der Spannungskompensationsschicht mit einer ungleichförmigen Dicke, z. B. zu einer Schicht mit Mesas 272 und Vertiefungen 274. Die Spannungskompensationsschicht kann z. B. eine unebene Topografie oder unebene oberseitige Oberfläche aufweisen, z. B. eine gestufte oberseitige Oberfläche entlang des Wafers. In anderen Ausführungsformen führt das Trimmen zu einer Spannungskompensationsschicht mit einer sich entlang des Wafers graduell ändernden Dicke.
In einer Ausführungsform wird das Trimmen unter Verwendung eines lonenstrahltrimmens erreicht. Das lonenstrahltrimmen kann maskenlos sein. Beispielsweise wird die mechanische Spannung der Zielschicht entlang des Wafers gemessen, wobei eine Waferkarte entwickelt wird. Die Berechnungen zum räumlichen Trimmen der Spannungskompensationsschicht kann durch die Waferkarte bestimmt werden. Beispielsweise können die Parameter des Trimmens in das lonenstrahltrimmgerät programmiert werden, wobei die Spannungskompensationsschicht entlang der Waferkarte basierend auf den Berechnungen räumlich getrimmt wird, z. B. als Menge und räumliche Anordnung der mechanischen Spannung. In anderen Ausführungsformen kann das Trimmen durch lonenstrahltrimmen unter Verwendung einer Maske durchgeführt werden, z. B. einer strukturierten Fotolackmaske. In einer anderen Ausführungsform kann das Trimmen unter Verwendung von Maskierungs- und Ätztechniken erreicht werden. Beispielsweise wird ein anisotropes Ätzen, z. B. ein reaktives lonenätzen (RIE), oder ein isotropes Ätzen, z. B. ein Nassätzen, unter Verwendung einer strukturierten Lackmaske eingesetzt, um die Spannungskompensationsschicht selektiv zu trimmen. Weiterhin kann das Trimmen unter Verwendung von mehreren Trimmprozessen erreicht werden, um die gewünschte mechanische Spannung des Stapels entlang des Wafers zu erreichen.
Die Spannungskompensationsschicht kann, wie beschrieben, mit jeder Art von MEMS-Stapel eingesetzt werden. Das Trimmen der Spannungskompensationsschicht erreicht ungefähr eine gewünschte globale mechanische Stapelspannung entlang des Wafers. Die Spannungskompensationsschicht kann z. B. getrimmt werden, um eine globale Restspannung von ungefähr Null entlang des Wafers zu erreichen, so dass sich ungefähr flache freistehende Strukturen ergeben. Die Kompensation kann leicht und billig in bestehende Prozesse integriert werden. Dies verbessert das Leistungsvermögen, die Zuverlässigkeit und die Ausbeute von MEMS-Vorrichtungen, ohne teuer zu sein.
2b zeigt eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Abschnitts einer Vorrichtung 200. In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung eine MEMS-Vorrichtung. Die Vorrichtung ist z. B. ähnlich der Vorrichtung, die in 2a beschrieben ist. Gemeinsame Elemente sind nicht unbedingt beschrieben oder werden nicht unbedingt ausführlich beschrieben.
Gemäß der Darstellung umfasst der Abschnitt einen MEMS-Stapel 205 einer MEMS-Komponente, z. B. einer freistehenden Struktur mit einer beliebigen Einspannung und Geometrie. Die MEMS-Komponente kann z. B. eine Trägerstruktur sein. Abhängig von der Art von MEMS-Komponenten können andere Typen von freistehenden Strukturen verwendet werden.
In einer Ausführungsform umfasst der MEMS-Stapel 205 eine Zielschicht 210 und eine Spannungskompensationsschicht 270. Es kann nützlich sein, den MEMS-Stapel mit anderen Schichten bereitzustellen. Die Zielschicht umfasst erste und zweite Zielschichten 220 und 250. Die erste Zielschicht kann eine Si-Schicht sein, und die zweite Zielschicht kann eine AIN-Schicht sein. Es können andere Konfigurationen von Zielschichten verwendet werden. Die Zielschicht umfasst z. B. erste Zielschichtbereiche 252 mit einer ersten Größe der mechanischen Zielschichtspannung und zweite Zielschichtbereiche 254 mit einer zweiten Größe der mechanischen Zielschichtspannung. Es können auch andere Konfigurationen der mechanischen Zielschichtspannung für unterschiedliche Bereiche in der Zielschicht verwendet werden.
Über der Zielschicht wird eine Spannungskompensationsschicht angeordnet. Die Spannungskompensationsschicht umfasst eine mechanische Kompensationsspannung, um die mechanische Spannung der Zielschicht einzustellen. In einer Ausführungsform ist die mechanische Kompensationsspannung der Spannungskompensationsschicht ausgebildet, um die mechanische Spannung der Zielschicht, die ungleichförmig verteilt ist, der Zielschicht entlang der MEMS-Komponente und entlang des Wafers einzustellen, so dass sich lokal und global ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung ergibt. Der MEMS-Stapel kann z. B. durch die Spannungskompensationsschicht eingestellt werden, so dass er ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung für den MEMS-Stapel entlang der Vorrichtung und entlang des Wafers aufweist.
Die Spannungskompensationsschicht kann ausgebildet sein, um die mechanische Spannung in unterschiedlichen Bereichen der Zielschicht auszugleichen, um den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung durch lokales Steuern der Dicke der Spannungskompensationsschicht entsprechend den unterschiedlichen Verspannungsbereichen der Zielschicht zu steuern. Die Spannungskompensationsschicht kann z. B. ausgebildet sein, so dass sie ungefähr eine mechanische Restspannung von Null in den unterschiedlichen Zielschichtbereichen erzeugt, um beinahe flache freistehende Strukturen entlang des Wafers zu ergeben. Es kann auch das Ausgestalten der Spannungskompensationsschicht derart vorgesehen werden, dass sie andere gewünschte Wert der mechanischen Stapelspannung erzeugt.
In einer Ausführungsform weist die Spannungskompensationsschicht, wie beschrieben, eine Dicke auf, die darauf zugeschnitten ist, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung in dem Zielschichtbereich mit der höchsten mechanischen Zielschichtspannung auszugleichen. Beispielsweise gleicht die Spannungskompensationsschicht die mechanische Spannung der Zielschicht in den ersten Zielschichtbereichen aus. Hinsichtlich der anderen Zielschichtbereiche, z. B. der zweiten Zielschichtbereiche, wird die Spannungskompensationsschicht bearbeitet, um die mechanische Spannung der Zielschicht in diesen Bereichen auszugleichen. Die Bearbeitung umfasst ein geeignetes Trimmen der Spannungskompensationsschicht, um die mechanische Spannung der Zielschicht in den anderen Zielschichtbereichen auszugleichen.
In einer Ausführungsform wird ein Trimmen der Spannungskompensationsschicht ungleichförmig durchgeführt, um einen Zielschichtbereich auszugleichen, z. B. einen zweiten Zielschichtbereich. Die Spannungskompensationsschicht in dem Kompensationsschichtbereich 274, der den entsprechenden zweiten Zielschichtbereich 254 überlappt, wird getrimmt, um eine graduierte Struktur zu bilden, wie dargestellt ist. Die graduierte Struktur umfasst Mesas und Vertiefungen oder Gräben in der Spannungskompensationsschicht, wobei eine getrimmte Topografie in der Spannungskompensationsschicht über dem gewünschten Zielschichtbereich 254 gebildet wird. Die Graduierung kann ausgebildet sein, so dass sie entlang einer Richtung der MEMS-Struktur oder senkrecht zu der Richtung der MEMS-Struktur verläuft. Im Fall eines Trägers kann die Graduierung entsprechend den Zwecken einer gerichteten Einstellung ausgebildet sein. Der Träger, der entlang der Richtung des Trägerelements eine Graduierung aufweist, ist z. B. starrer als der Träger mit einer Graduierung entlang der Richtung des Trägerelements. Es können auch andere Konfigurationen der Graduierung eingesetzt werden. Zum Beispiel werden Graduierungsstrukturen in den ausgewählten Kompensationsschichtbereichen 274 gebildet, um die mechanische Spannung der Zielschicht in den zweiten Zielbereichen 254 auszugleichen. Hinsichtlich der Kompensationsschichtbereiche 272, die die ersten Zielschichtbereiche 252 überlappen, besteht kein Bedarf an einem Trimmen, da die Schicht schon darauf zugeschnitten wird, um die mechanische Spannung der Zielschicht in den ersten Zielschichtbereichen auszugleichen.
In dem Fall, dass wenigstens einer der ersten Zielbereiche eine Nicht-Freigabefläche darstellt, wird die Spannungskompensationsschicht, die diesen Bereichen entspricht, nicht unbedingt getrimmt. Obwohl die Zielschicht darstellungsgemäß erste und zweite Zielschichtbereiche entlang des Wafers umfasst, ist es so zu verstehen, dass die Zielschicht eine andere Anzahl von Zielschichtbereichen umfassen kann. In diesem Fall können die Bereiche der Spannungskompensationsschicht, die den Bereichen entsprechen, die sich von den ersten und zweiten Zielschichtbereichen unterscheiden, getrimmt werden, so dass sie gleiche graduierte Strukturen aufweisen, wie die Kompensationsbereiche 274, jedoch mit unterschiedlichen Tiefen. Zum Beispiel können die graduierten Strukturen dieser Bereiche flachere oder tiefere Vertiefungen aufweisen, als die Kompensationsbereiche 274.
In anderen Ausführungsformen ist die Spannungskompensationsschicht, wie abgeschieden, dicker als notwendig, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf einen gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung in dem Zielschichtbereich mit der höchsten mechanischen Zielschichtspannung zu balancieren. Die Spannungskompensationsschicht ist in den verschiedenen Bereichen getrimmt, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung zu balancieren. Die Kompensationsschichtbereiche 272 und 274 werden z. B. getrimmt, um graduierte Strukturen zu bilden, so dass die mechanische Spannung der Zielschicht in der Zielschicht 210 balanciert wird. Es wird ein Trimmen zum Bilden der graduierten Struktur unter Verwendung eines lonenstrahltrimmens mit einer Lackstruktur erreicht.
2c zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Abschnitts einer Vorrichtung 200. In einer Ausführungsform stellt die Vorrichtung eine MEMS-Vorrichtung dar. Die Vorrichtung ist z. B. ähnlich der Vorrichtung, die in den 2a-2b beschrieben sind. Es werden nicht unbedingt gemeinsame Elemente beschrieben oder im Detail beschrieben.
Gemäß der Darstellung umfasst der Abschnitt einen MEMS-Stapel 205 einer MEMS-Komponente, z. B. eine freistehende Struktur mit beliebiger Einspannung und Geometrie. Die MEMS-Komponente kann z. B. eine Trägerstruktur darstellen. Abhängig von der Art von MEMS-Komponente können auch andere Arten von freistehenden Strukturen verwendet werden.
Der MEMS-Stapel 205 kann eine Zielschicht 210 und eine Spannungskompensationsschicht 270 umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der MEMS-Stapel mit anderen Schichten bereitgestellt wird. Die Zielschicht kann erste und zweite Zielschichten 220 und 250 umfassen. Die erste Zielschicht kann eine Si-Schicht sein und die zweite Zielschicht kann eine AIN-Schicht sein. Es können auch andere Konfigurationen von Zielschichten verwendet werden. Die Zielschicht umfasst z. B. erste Zielschichtbereiche 252 mit einer ersten Größe der mechanischen Spannung der Zielschicht und zweite Zielschichtbereiche 254 mit einer zweiten Größe der mechanischen Spannung der Zielschicht. Es können auch andere Konfigurationen von mechanischen Spannungen der Zielschicht für unterschiedliche Bereiche in der Zielschicht vorgesehen sein.
Die Spannungskompensationsschicht 270 ist über der Zielschicht 210 angeordnet. Die Spannungskompensationsschicht umfasst eine mechanische Kompensationsspannung, um die mechanische Spannung der Zielschicht einzustellen. In einer Ausführungsform ist die mechanische Kompensationsspannung der Spannungskompensationsschicht ausgebildet, um die ungleichförmig verteilte mechanische Spannung der Zielschicht entlang der MEMS-Komponente und entlang des Wafers einzustellen, um eine gewünschte mechanische Stapelspannung lokal und global einzustellen. Der MEMS-Stapel kann z. B. durch die Spannungskompensationsschicht eingestellt werden, so dass er eine gewünschte mechanische Stapelspannung für den MEMS-Stapel entlang der Vorrichtung und entlang des Wafers aufweist.
Die Spannungskompensationsschicht kann ausgebildet sein, so dass sie die mechanische Spannung in den unterschiedlichen Bereichen der Zielschicht ausgleicht, um den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung zu erzeugen. Die Spannungskompensationsschicht kann z. B. ausgebildet sein, um eine mechanische Restspannung von beinahe Null in den unterschiedlichen Zielschichtbereichen zu erzeugen. Es kann auch nützlich sein, die Spannungskompensationsschicht zu konfigurieren, um andere gewünschte Werte der mechanischen Stapelspannung einzustellen.
In einer Ausführungsform weist die Spannungskompensationsschicht, wie abgeschieden, gemäß den Erläuterungen eine Dicke auf, die darauf zugeschnitten ist, die mechanische Spannung der Zielschicht auf einen gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung in dem Zielschichtbereich mit der größten mechanischen Spannung der Zielschicht auszugleichen. Die Spannungskompensationsschicht gleicht z. B. die mechanische Spannung der Zielschicht in den ersten Zielschichtbereichen aus. Hinsichtlich der anderen Zielschichtbereiche, z. B. der zweiten Zielschichtbereiche, wird die Spannungskompensationsschicht bearbeitet, um die mechanische Spannung der Zielschicht in diesen Bereichen auszugleichen. Die Bearbeitung umfasst ein geeignetes Trimmen der Spannungskompensationsschicht, um die mechanische Spannung der Zielschicht in den anderen Zielschichtbereichen auszugleichen.
In einer Ausführungsform wird das Trimmen der Spannungskompensationsschicht gleichförmig durchgeführt, um einen Zielschichtbereich zu balancieren, z. B. einen zweiten Zielschichtbereich. Zum Beispiel wird die Spannungskompensationsschicht in dem Kompensationsschichtbereich 274 getrimmt, um die Spannungskompensationsschicht zum Ausgleichen der Zielschichtverspannung in den Zielschichtbereichen 254 zu trimmen. Das Trimmen bildet Mesas in den Kompensationsschichtbereichen 272 und Vertiefungen in den Kompensationsschichtbereichen 274, wobei eine unebene Topografie in der Spannungskompensationsschicht gebildet wird. Obwohl die Zielschicht entlang des Wafers darstellungsgemäß erste und zweite Zielschichtbereiche umfasst, kann die Zielschicht eine andere Anzahl von Zielschichtbereichen umfassen. In diesem Fall können die Bereiche der Spannungskompensationsschicht entsprechend den Bereichen, die sich von den ersten und zweiten Zielschichtbereichen unterscheiden, getrimmt werden, um Vertiefungen mit unterschiedlichen Tiefen zu bilden, die sich von denen der Kompensationsschichtbereiche 274 unterscheiden. Zum Beispiel können die Vertiefungen dieser Bereiche flachere oder tiefere Vertiefungen aufweisen, als die Kompensationsschichtbereiche 274. In einer Ausführungsform wird das Trimmen unter Verwendung von Maskierungs- und Ätztechniken erreicht. Zum Beispiel wird ein RIE oder Nassätzen unter Verwendung einer strukturierten Lackmaske durchgeführt, um die Kompensationsschichtbereiche 274 zu trimmen. In dem Fall eines Nassätzens können sich am Boden der Vertiefungen abgerundete Ecken ergeben.
In anderen Ausführungsformen ist die Spannungskompensationsschicht, wie abgeschieden, in der Dicke größer als erforderlich ist, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung in dem Zielschichtbereich mit der größten mechanischen Spannung der Zielschicht auszugleichen. Die Spannungskompensationsschicht wird in den verschiedenen Bereichen getrimmt, um die mechanische Spannung der Zielschicht auf den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung zu balancieren. Zum Beispiel werden die Kompensationsschichtbereiche 272 und 274 getrimmt, um graduierte Strukturen zum Balancieren der mechanischen Spannung der Zielschicht in der Zielschicht zu bilden. Das Trimmen wird mit Masken und Ätztechniken erreicht, wie vorangehend beschrieben ist.
Die 3a-3b zeigen Querschnittsansichten einer Ausführungsform eines Prozesses 300 zum Bilden einer Vorrichtung. Die Vorrichtung kann eine MEMS-Vorrichtung sein. Es können auch andere Arten von Vorrichtungen verwendet werden. Die Vorrichtung kann auf einem Substrat gebildet werden. Das Substrat kann ein Siliziumwafer sein, auf dem eine Vielzahl von MEMS-Vorrichtungen gebildet ist. Es können auch andere Substrate verwendet werden. Das Substrat kann z. B. ein silicon-on-insulator-Substrat, Germanium-Substrat, Siliziumkarbid-Substrat, Glassubstrat, Quarzsubstrat oder andere Art von Wafern sein. Die MEMS-Vorrichtung ist z. B. auf dem Substrat angeordnet. Das Substrat sollte ausreichend dick sein, um die MEMS-Vorrichtung zu tragen. Das Substrat kann z. B. ungefähr 750 µm dick sein. Es können andere Dicken verwendet werden.
Mit Bezug auf 3a ist ein Abschnitt einer Vorrichtung mit einem MEMS-Stapel einer MEMS-Komponente gezeigt, z. B. eine freistehende Struktur mit einer beliebigen Einspannung und Geometrie. Die MEMS-Komponente kann eine Trägerstruktur sein. Es können auch andere Arten von Strukturen verwendet werden. Der MEMS-Stapel umfasst gemäß Darstellung eine Zielschicht 310 und eine Spannungskompensationsschicht 370. Der MEMS-Stapel kann auch mit anderen Schichten bereitgestellt werden.
Der MEMS-Stapel umfasst eine Zielschicht 310 und eine Spannungskompensationsschicht 370. Die Zielschicht kann eine aktive Schicht der MEMS-Komponente sein. Die Zielschicht kann eine einzelne Zielschicht oder ein Zielstapel mit mehreren Zielschichten sein. Abhängig von dem Typ von MEMS-Komponente können verschiedene Arten oder eine verschiedene Anzahl von Zielschichten verwendet werden. Beispiele für Zielschichten können Aluminiumnitrid (AIN), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Tantal (Ta), Silizium (Si), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Siliziumoxid (SiO₂), Ruthenium (Ru), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Nickeleisen (NiFe), Kobaltnickeleisen (CoNiFe), Glas, Quarz, Lithiumtantaloxid (LiTaO₃), Lithiumnioboxid (LiNbO₃), Siliziumchrom (SiCr), Wolframkarbid (WC), Zinkoxid (ZnO) oder Kombinationen davon umfassen.
Anschaulich stellt die Zielschicht einen Zielstapel mit ersten und zweiten Zielschichten 320 und 350 dar. Es kann auch ein Zielstapel mit einer anderen Anzahl von Zielschichten, umfassend 1, vorgesehen sein. In einer Ausführungsform kann ein Zielstapel einen Si/AIN-Stapel darstellen. Die erste Zielschicht kann z. B. eine Si-Schicht sein und die zweite Zielschicht kann z. B. eine AlN-Schicht sein. Die Zieldicke der Schicht kann 3 µm betragen, während die Zieldicke der AlN-Schicht 1 µm betragen kann. In anderen Ausführungsformen kann die Zielschicht z. B. ein Mo/AIN/Mo/AIN-Stapel sein. Die Zieldicke der AIN-Schichten kann ungefähr 1 µm betragen und die Zieldicke der Mo-Schichten kann ungefähr 20 nm betragen. In wieder anderen Ausführungsformen kann der Zielstapel einen SiO₂/Si/Mo/AlN/Mo-Stapel darstellen. Das SiO₂ und Si des Zielstapels kann einen Teil eines SOI-Substrats darstellen. Die SiO₂-Schicht kann eine Zieldicke von ungefähr 1 µm aufweisen, die Zieldicke der Si-Schicht kann ungefähr 4 µm dick sein, die Zieldicke der ersten Mo-Schicht kann ungefähr 200 nm betragen, die Zieldicke der AIN-Schicht kann ungefähr 800 nm betragen, und die Zieldicke der zweiten Mo-Schicht kann ungefähr 100 nm betragen. Es können auch andere Dicken oder Konfigurationen der Zielschichten verwendet werden, abhängig von der MEMS-Komponente.
In einer Ausführungsform werden vor dem Bilden und Abscheiden einer Zielschicht lokale Messungen der Dicke und mechanischen Spannung einer darunterliegenden Schicht entlang des Wafers durchgeführt. In ähnlicher Weise werden nach einem Abscheiden einer Zielschicht lokale Messungen der Dicke und mechanischen Spannungen der Zielschicht entlang des Wafers erhalten. Zum Beispiel können vor und nach der Abscheidung Messungen der lokalen Dicke und mechanischen Spannung einer Zielschicht entlang des Wafers durchgeführt werden. Die mechanische Spannung einer Schicht kann durch Messen der Krümmung eines Wafers unter Verwendung eines Lasers gemessen werden. Zum Messen und Bestimmen einer mechanischen Spannung einer Zielschicht können auch andere Techniken verwendet werden. Ein lokales Messen der Dicke und mechanischen Spannung einer Schicht vor und nach der Abscheidung ermöglicht, dass die Dicke und mechanische Spannung einer Zielschicht entlang des Wafers bestimmt oder berechnet werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform werden vor und nach einer Abscheidung Messungen der lokale Dicke und mechanischen Spannung durchgeführt.
Im Fall von mehreren Zielschichten kann eine Messung der Dicke und mechanischen Spannung einer darunterliegenden Schicht nach einer Abscheidung unter Verwendung von Messungen der Dicke und mechanischen Spannung einer darüber liegenden Schicht vor der Abscheidung verwendet werden. Ein lokales Messen der Dicke und mechanischen Spannung einer Schicht vor und nach einem Abscheiden von jeder Schicht ermöglicht, dass die Dicke und die mechanische Spannung von jeder Zielschicht entlang des Wafers bestimmt oder berechnet werden kann. In anderen Ausführungsformen können die Dicke und die mechanische Spannung des gesamten Stapels gemessen werden, nachdem der Stapel aus Schichten gebildet wird, um die gesamte Verspannung des Stapels zu bestimmen. Es können andere Techniken zum Messen der Dicke und mechanischen Spannung einer Schicht oder eines Stapels aus Schichten verwendet werden.
Optional kann eine Zielschicht nach Durchführung von Messungen der Dicke und mechanischen Spannung nach der Abscheidung entlang der Waferkarte getrimmt werden. Zum Beispiel kann die Zielschicht basierend auf der gemessenen Dicken entlang der Waferkarte auf die Zieldicke getrimmt werden. Gemäß der Diskussion kann eine abgeschiedene Zielschicht eine ungleichförmige Dicke entlang des Wafers aufweisen. Unter Verwendung der gemessenen lokalen Dicken kann die Zielschicht getrimmt werden, um eine gleichförmige Dicke in der Zielschicht entlang des Wafers zu erzeugen. Das Trimmen kann durch ein lonenstrahltrimmen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Zielschicht unter Verwendung eines maskenlosen lonenstrahltrimmens getrimmt werden. Es können andere Trimmtechniken verwendet werden. Die Dicke und die mechanische Spannung der getrimmten Zielschicht kann nach dem Trimmen optional erneut gemessen werden. Das Trimmen und erneute Messen der Dicke und mechanischen Spannung kann wiederholt werden, bis die gewünschte Gleichförmigkeit in der Dicke erreicht wird. Das Trimmen und erneute Messen der Dicke und mechanischen Spannung der Zielschicht sollte jedoch ausreichen. Weiterhin kann im Falle eines Zielstapels mit mehreren Zielschichten keine, eine oder einige oder alle der Schichten getrimmt werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die erste Zielschicht eine Si-Schicht darstellen. Hinsichtlich der zweiten Zielschicht kann diese eine AIN-Schicht sein. Die AIN-Schicht kann z. B. eine mechanische Zugspannung umfassen. Es kann auch eine Zielschicht mit einer mechanischen Druckspannung vorgesehen sein. Aus den vor der Abscheidung und nach der Abscheidung erhaltenen Ergebnisse der Messungen der Dicke und mechanischen Spannung in der zweiten Zielschicht mit ersten und zweiten Mengen von lokalen Zielschichtbereichen 352 und 354 mit unterschiedlichen Größen der mechanischen Spannung entlang des Wafers können sich Berechnungen der mechanischen Spannung ergeben. Zum Beispiel weist die Zielschicht eine ungleichförmige Verteilung der mechanischen Spannung auf, wobei die ersten Zielbereiche eine mechanische Spannung der Zielschicht von ungefähr + 160 MPa aufweisen, wobei zweite Zielschichtbereiche eine mechanische Zielschichtspannung von ungefähr +150 MPa aufweist.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Zielschicht mit ersten und zweiten Verspannungsbereichen veranschaulicht, die unterschiedliche mechanische Spannungen aufweisen. Zum Beispiel werden erste und zweite Verspannungsbereiche entlang des Wafers verteilt. Eine Zielschicht kann jedoch eine andere Anzahl von Verspannungsbereichen mit unterschiedlichen mechanischen Spannungen aufweisen. Zum Beispiel können alle Bereiche unterschiedliche mechanische Spannungen aufweisen oder einige können unterschiedliche mechanische Spannungen aufweisen und einige können die gleiche mechanische Spannung aufweisen.
Basierend auf der gemessenen Dicke und der Krümmungsmessung der Zielschicht wird eine mechanische Zielspannung in der Zielschicht entlang der Waferkarte berechnet. Basierend auf der berechneten mechanischen Spannung wird eine Spannungskompensationsschicht auf der Zielschicht gebildet. Die Spannungskompensationsschicht umfasst eine Schicht mit einer mechanischen Kompensationsspannung, die vom entgegengesetzten Typ ist wie die der Zielschicht. Zum Beispiel wird im Falle einer Zielschicht mit mechanischer Zugspannung die Spannungskompensationsschicht ausgewählt, so dass sie eine mechanische Druckspannung aufweist. Vorzugsweise umfasst die Spannungskompensationsschicht ein hohes Niveau an mechanischer Spannung mit einer gleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung. In einer Ausführungsform umfasst die Spannungskompensationsschicht eine Siliziumnitridschicht mit einer mechanischen Druckspannung, um die mechanische Zugspannung in der Zielschicht entlang des Wafers auszubalancieren. Es können abhängig von der Art von gewünschten mechanischen Spannung andere Arten von Spannungskompensationsschichten verwendet werden. Die Siliziumnitridschicht kann durch eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) gebildet werden.
Die gebildete Spannungskompensationsschicht weist eine Dicke auf, die ausreicht, um die mechanische Spannung der Zielschicht in den Zielschichtbereichen mit der größten Größe der mechanischen Spannung zu kompensieren. Zum Beispiel ist die Dicke der Spannungskompensationsschicht gemäß der Bildung gleich einer Dicke, um die mechanische Spannung in den Zielschichtbereichen mit der höchsten Größe der mechanischen Spannung auszugleichen. In anderen Ausführungsformen kann die Dicke der Spannungskompensationsschicht größer sein als die Dicke, die erforderlich ist, um die mechanische Spannung in den Zielschichtbereichen mit der größten Größe der mechanischen Spannung auszugleichen. Die Dicke kann von dem Material und der mechanischen Zielschichtspannung mit der größten Größe der mechanischen Spannung abhängen.
Nach der Bildung der Spannungskompensationsschicht werden die Dicke und die mechanische Spannung der Spannungskompensationsschicht entlang des Wafers entsprechend gemessen und berechnet, ähnlich der Messung der Dicke und der Berechnung der mechanischen Spannung der Zielschicht. Zusammen mit der gemessenen Dicke und der berechneten mechanischen Spannung der Zielschicht oder von jeder Zielschicht werden die gemessene Dicke und die mechanische Spannung der Kompensationsschicht entlang des Wafers eingesetzt, um eine Zieldickenkarte der Spannungskompensationsschicht zur Erzeugung eines MEMS-Stapels mit der gewünschten Stapelverspannung zu erzeugen. Zum Beispiel bildet die Dickenkarte die Zieldicken der Spannungskompensationsschicht entlang des Wafers ab, um den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung zu erzeugen. Die Zieldicke der Spannungskompensationsschicht in den unterschiedlichen Zielbereichen gleicht die mechanische Spannung aus, um den gewünschten Wert der mechanischen Stapelspannung zu erzeugen. In einer Ausführungsform ergibt der gewünschte Wert der mechanischen Stapelspannung den MEMS-Stapel mit ungefähr einer mechanischen Restspannung von Null, wobei ein flacher MEMS-Stapel erzeugt wird. Es können andere gewünschte Wert der mechanischen Stapelspannungen verwendet werden.
Mit Bezug auf 3b wird die Spannungskompensationsschicht basierend auf der Zieldickenkarte getrimmt. Zum Beispiel wird die Spannungskompensationsschicht getrimmt, um die Zieldicke der Spannungskompensationsschicht in den unterschiedlichen Bereichen entlang des Wafers zu erhalten. In einer Ausführungsform wird das lokalisierte Trimmen durchgeführt, um eine Spannungskompensationsschicht mit unterschiedlichen Dicken in unterschiedlichen Bereichen entlang des Wafers gemäß der Dickenzielkarte zu erzeugen. Dies ruft eine Topografie in der Spannungskompensationsschicht hervor. Zum Beispiel weisen die ersten und zweiten Zielschichtbereiche entsprechend der Zieldickenkarte unterschiedliche Dicken auf. Als ein Ergebnis weist die Spannungskompensationsschicht eine unebene Topografie oder unebene oberseitige Oberfläche auf. Gemäß der Darstellung weist die unebene Topografie entlang des Wafers eine gestufte Topografie auf. In anderen Ausführungsformen ergibt das Trimmen die Spannungskompensationsschicht mit einer unebenen Topografie mit gradueller Dickenänderung entlang des Wafers.
Anschaulich umfasst die Zielschicht erste und zweite Bereiche 352 und 354 mit unterschiedlichen mechanischen Spannungen. Zum Beispiel sind zwei erste Bereiche und zwei zweite Bereiche mit einer zweiten mechanischen Spannung gezeigt. Die zwei ersten Bereiche weisen die gleiche mechanische Spannung (erste mechanische Spannung) auf und die zwei zweiten Bereiche weisen die gleiche mechanische Spannung (zweite mechanische Spannung) auf. Die ersten und zweiten mechanischen Spannungen sind verschieden. In anderen Fällen können alle Bereiche unterschiedliche mechanische Spannungen aufweisen. Zum Beispiel weist jeder der zwei ersten Bereiche und zwei zweiten Bereiche eine unterschiedliche mechanische Spannung auf. In einem solchen Fall ist die Dicke der Spannungskompensationsschicht in jedem der lokalen Bereiche verschieden.
In einer Ausführungsform umfasst das Trimmen ein Ionenstrahlschneiden oder - trimmen. Das lonenstrahltrimmen kann maskenlos sein. Zum Beispiel wird das lokalisierte lonenstrahltrimmen in unterschiedlichen Bereichen oder Stellen entsprechend der Zieldickenkarte durchgeführt. Die Menge der Spannungskompensationsschicht, die in den verschiedenen räumlichen Stellen zu entfernen ist, kann in das lonenstrahltrimmsystem programmiert werden. Im Falle, dass die Dicke der Spannungskompensationsschicht gleich der Zieldicke der Zielschicht mit der höchsten Verspannung ist, ist es nicht erforderlich, dass die Bereiche der Spannungskompensationsschicht entsprechend den Zielschichtbereichen mit der größten mechanischen Spannung der Zielschichtverspannung getrimmt wird. In anderen Ausführungsformen kann das lonenstrahltrimmen eine Trimmmaske verwenden, z. B. eine Fotolacktrimmmaske.
In einigen Ausführungsformen kann ein Multiple-Pass-Ionenstrahltrimmen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das lonenstrahltrimmen mehrere Male durchgeführt werden. Nach jedem Durchgang kann die Dicke und die mechanische Spannung der Spannungskompensationsschicht gemessen werden. Basierend auf den Dickenmessungen trimmt der nächste Durchgang die Spannungskompensationsschicht dementsprechend. Die lonenstrahltrimmung mit mehreren Durchgängen ermöglicht eine Verfeinerung der Spannungskompensationsschichtdicke, um eine Übereinstimmung mit der Zielkarte sicherzustellen.
In wieder anderen Ausführungsformen kann das Trimmen durch Masken- und Ätztechniken durchgeführt werden, z. B. ein Nassätzen oder Trockenätzen unter Verwendung einer strukturierten Lackmaske. Im Falle von Masken- und Ätztechniken können mehrere Masken- und Ätzprozesse eingesetzt werden, um ein lokalisiertes Trimmen bereitzustellen, wenn die Zieldickenkarte mehr als einen zu trimmenden Bereich erfordert. Es können ebenfalls andere Arten von Trimmtechniken verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Spannungskompensationsschicht nach jedem Masken- und Ätzprozess gemessen werden, ob in den lokalen Bereichen, die getrimmt wurden, eine Übereinstimmung besteht. Unter Verwendung der gleichen Maske kann ein zusätzliches Ätzen durchgeführt werden, um eine Übereinstimmung der Dicke in den lokalen Bereichen sicherzustellen.
Nach dem Trimmen der Kompensationsschicht wird der Prozess fortgesetzt, um die Vorrichtung zu bilden. Zum Beispiel wird der Prozess fortgesetzt, um die MEMS-Vorrichtung zu bilden. Der Prozess kann ein Freistellen der MEMS-Struktur, Einkapseln und andere Prozesse umfassen, um die MEMS-Vorrichtung abzuschließen.
3c zeigt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Dies 301. Das Die umfasst z. B. eine Zielschicht 310 ähnlich der, die in den 3a-b beschrieben ist. Es werden nicht unbedingt gemeinsame Elemente beschrieben oder diese sind nicht unbedingt ausführlich beschrieben. Die Zielschicht stellt z. B. einen Zielstapel dar, der eine erste Zielschicht umfasst, z. B. Si, und eine zweite Zielschicht umfasst, z. B. AIN. Die zweite Zielschicht umfasst erste und zweite Verspannungsbereiche 352 und 354. Eine Spannungskompensationsschicht 370 über dem Zielstapel wird entsprechend einer Zieldickenkarte getrimmt. Das Trimmen bildet eine graduierte Änderung in der Dickenform des ersten zu zweiten Bereichs, wie dargestellt ist. Das Bereitstellen einer graduellen Änderung in der Dicke stellt einen glatten Übergang in der mechanischen Spannung von einem Verspannungsbereich zu dem anderen bereit.
4a-4d zeigen Querschnittansichten von einer anderen Ausführungsform eines Prozesses 400 zum Bilden einer Vorrichtung. Der Prozess kann ähnlich dem Prozess sein, der in den 3a-b beschrieben ist. Gemeinsame Elemente des Prozesses sind nicht unbedingt beschrieben oder nicht unbedingt im Detail beschrieben.
Die Vorrichtung kann eine MEMS-Vorrichtung sein. Die Vorrichtung kann auf einem Substrat gebildet sein. Das Substrat kann ein Siliziumwafer sein, auf dem eine Vielzahl von MEMS-Vorrichtungen gebildet ist. Es können auch andere Substrate verwendet werden.
Mit Bezug auf 4a ist ein Abschnitt einer Vorrichtung gezeigt. Die Vorrichtung befindet sich in der Bearbeitungsphase, die ähnlich der ist, die in 3b beschrieben ist. Die Vorrichtung umfasst z.B. einen MEMS-Stapel 405 einer MEMS-Komponente, z. B. einer freistehenden Struktur mit beliebiger Einspannung und Geometrie. Die Zielschicht umfasst darstellungsgemäß einen Zielstapel mit ersten und zweiten Zielschichten 420 und 450. Die erste Zielschicht kann eine Si-Schicht sein und die zweite Zielschicht kann eine AIN-Schicht sein. Es können auch andere Arten oder Konfigurationen von Zielschichten verwendet werden. Die Zielschicht umfasst erste und zweite Zielschichtbereiche 452 und 454 mit ersten und zweiten mechanischen Zielschichtspannungen. Über der Zielschicht wird die Spannungskompensationsschicht 470, z. B. SiN, gebildet.
Ferner wird die Zieldickenkarte erzeugt. Die Zieldickenkarte wird basierend auf Messungen der Dicke und mechanischen Spannung der Zielschicht, sowie den Messungen der Dicke und mechanischen Spannung der Spannungskompensationsschicht und der Art der verwendeten Spannungskompensationsschicht erzeugt. In einer Ausführungsform bestimmt die Zieldickenkarte Zieldicken der Spannungskompensationsschicht basierend auf einem nicht gleichförmigen Trimmen innerhalb einer Stelle einer Spannungskompensationsschicht.
Mit Bezug auf 4b wird eine Trimmmaskenschicht 490, z. B. eine Fotolackschicht, auf der Spannungskompensationsschicht gebildet. Die Maskenschicht wird strukturiert, um eine Trimmmaske zu bilden, wobei zu trimmende Abschnitte der Spannungskompensationsschicht freiliegen. Die Trimmmaskenstruktur wird z. B. durch Belichten der Maskenschicht durch eine Belichtungsquelle über ein Retikel mit einer gewünschten Struktur strukturiert. Nach der Belichtung wird die Maskenschicht entwickelt, wobei die Struktur des Retikels auf den Lack übertragen wird, der eine strukturierte Trimmmaske bildet. Die strukturierte Trimmmaske legt zu trimmende Bereiche der Spannungskompensationsschicht frei.
In 4c wird die Spannungskompensationsschicht unter Verwendung der strukturierten Trimmmaske basierend auf der Zieldickenkarte getrimmt. Die Spannungskompensationsschicht wird z. B. getrimmt, um die Zieldicke der Spannungskompensationsschicht in den unterschiedlichen Bereichen entlang des Wafers zu erhalten. In einer Ausführungsform wird ein lokalisiertes Trimmen durchgeführt, um eine Spannungskompensationsschicht mit einer unterschiedlichen mechanischen Kompensationsspannung in unterschiedlichen Bereichen entlang des Wafers gemäß der Zieldickenkarte zu erzeugen.
Gemäß der Darstellung wird das Trimmen der Spannungskompensationsschicht durchgeführt, um einen Zielschichtbereich durch lonenstrahltrimmen zu balancieren. Das lonenstrahltrimmen trimmt einen Bereich der Kompensationsschicht auf eine ungleichförmige Weise unter Verwendung der Trimmmaske. Zum Beispiel wird die Kompensationsschicht im Kompensationsschichtbereich 474 getrimmt, um eine graduierte Struktur 476 zu bilden. Die graduierte Struktur umfasst Mesas und Vertiefungen oder Gräben in der Kompensationsschicht, wobei eine Topografie in der Kompensationsschicht über dem Zielschichtbereich gebildet wird, der getrimmt wird. Die Graduierung kann ausgebildet sein, so dass sie entlang einer Richtung der MEMS-Struktur verläuft oder zu der Richtung der MEMS-Struktur senkrecht ist. Im Falle eines Trägers kann die Graduierung für gerichtete Einstellungszwecke ausgebildet sein. Zum Beispiel ist der Träger, der eine Graduierung entlang der Richtung des Trägerelements aufweist, starrer als der Träger mit einer Graduierung entlang der Richtung des Trägerelements. Es können auch andere Konfigurationen der Graduierung verwendet werden. Zum Beispiel werden graduierte Strukturen in den Kompensationsschichtbereichen 474 gebildet, um die mechanische Spannung der Zielschicht in den zweiten Zielbereichen 454 auszugleichen.
Die Zielschicht umfasst anschaulich erste und zweite Bereiche 452 und 454 mit unterschiedlichen mechanischen Spannungen. Zum Beispiel sind zwei erste Bereiche und zwei zweite Bereiche mit einer zweiten mechanischen Spannung gezeigt. Die zwei ersten Bereiche weisen die gleiche mechanische Spannung (erste mechanische Spannung) auf und die zwei zweiten Bereiche weisen die gleiche mechanische Spannung (zweite mechanische Spannung) auf. Die ersten und zweiten mechanischen Spannungen sind voneinander verschieden. In anderen Fällen können alle Bereiche unterschiedliche mechanische Spannungen aufweisen. Zum Beispiel weist jeder der zwei ersten Bereiche und zwei zweiten Bereiche eine unterschiedliche mechanische Spannung auf. In einem solchen Fall unterscheidet sich die Dicke der Spannungskompensationsschicht in jedem der lokalen Bereiche.
Die Kompensationsschichtbereiche 472 sind nicht zu trimmen, da die Schicht schon auf ein Balancieren der mechanischen Zielschichtspannung in den ersten Zielschichtbereichen zugeschnitten ist oder die ersten Zielbereiche 452 entsprechend den Kompensationsschichtbereichen 472 sind keine freistellenden Bereiche, die keine Verspannungskompensation erfordern. Alternativ kann das Trimmen gleichförmig oder ungleichförmig sein, falls ein Trimmen in den ersten Zielbereichen nicht erforderlich ist. Zum gleichförmigen Trimmen legt die Trimmmaske die Spannungskompensationsschicht über den ersten Zielschichtbereichen frei. Für ein ungleichförmiges Trimmen legt die Trimmmaske die Spannungskompensationsschicht über den ersten Zielschichtbereichen frei, ähnlich dem über den zweiten Zielschichtbereichen.
In einigen Ausführungsformen kann ein lonenstrahltrimmen mit mehreren Durchgängen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das lonenstrahltrimmen mehrere Male durchgeführt werden. Nach jedem Durchgang kann die Dicke der Spannungskompensationsschicht gemessen werden. Basierend auf den Dickenmessungen trimmt der nächste Durchgang die Spannungskompensationsschicht entsprechend. Das lonenstrahltrimmen mit mehreren Durchgängen ermöglicht ein Verfeinern der Spannungskompensationsschichtdicke, um eine Übereinstimmung mit der Dickenkarte sicherzustellen.
In anderen Ausführungsformen kann das Trimmen ein Nassätzen oder Trockenätzen unter Verwendung der Trimmmaske sein. Im Falle von Masken- und Ätztechniken können mehrere Masken- und Ätzprozesse eingesetzt werden, um ein lokalisiertes Trimmen bereitzustellen, wenn die Zieldickenkarte mehr als einen Bereich erfordert, der zu trimmen ist. Es können auch andere Arten von Trimmtechniken verwendet werden. Zur Verfeinerung der Dicke der Spannungskompensationsschicht für jede Art von Zielschichtbereich können Ätzprozesse mit mehreren Durchgängen durchgeführt werden.
In 4d wird die Trimmmaske entfernt. Die Trimmmaske wird z. B. durch Veraschung entfernt. Es können andere Techniken zum Entfernen der Trimmmaske verwendet werden. Nach Entfernung der Trimmmaske wird der Prozess fortgesetzt, um die MEMS-Vorrichtung zu bilden. Der Prozess kann z. B. ein Freistellen der MEMS-Struktur, Einkapseln und andere Prozesse umfassen, um die MEMS-Vorrichtung fertigzustellen.
5a-5d zeigen Querschnittsansichten einer anderen Ausführungsform eines Prozesses 500 zum Bilden einer Vorrichtung. Der Prozess kann ähnlich dem Prozess sein, der in den 3a-3b und 4a-4d beschrieben ist. Es sind keine gemeinsamen Elemente der Prozesse beschrieben oder diese sind nicht unbedingt im Detail beschrieben.
Die Vorrichtung kann eine MEMS-Vorrichtung sein. Die Vorrichtung kann auf einem Substrat gebildet sein. Das Substrat kann einen Siliziumwafer darstellen, auf dem eine Vielzahl von MEMS-Vorrichtungen gebildet werden. Es können andere Substrate verwendet werden.
Mit Bezug auf 5a ist ein Abschnitt einer Vorrichtung mit einem MEMS-Stapel gezeigt. Die Vorrichtung befindet sich in einer Stufe der Bearbeitung, ähnlich der, die in den 3b und 4a beschrieben ist. Die Vorrichtung umfasst z. B. einen MEMS-Stapel 505 auf einer MEMS-Komponente, z. B. einer freistehenden Struktur mit einer beliebigen Einspannung und Geometrie. Die Zielschicht umfasst darstellungsgemäß einen Zielstapel mit ersten und zweiten Zielschichten 520 und 550. Die erste Zielschicht kann eine Si-Schicht sein und die zweite Zielschicht kann eine AIN-Schicht sein. Es können auch andere Typen oder Konfigurationen von Zielschichten verwendet werden. Die Zielschicht umfasst erste und zweite Zielschichtbereiche 552 und 554 mit ersten und zweiten mechanischen Zielschichtspannungen. Über der Zielschicht wird eine Spannungskompensationsschicht 570 gebildet, z. B. SiN.
Weiterhin wird die Zieldickenkarte erzeugt. Die Zieldickenkarte wird auf Basis der Messungen der Dicke und mechanischen Spannung der Zielschicht erzeugt, sowie der Messungen der Dicke und mechanischen Spannung der Spannungskompensationsschicht und der verwendeten Art von Spannungskompensationsschicht. In einer Ausführungsform bestimmt die Zieldickenkarte Zieldicken basierend auf einem gleichförmigen Trimmen innerhalb einer Stelle einer Kompensationsschicht.
Mit Bezug auf 5b wird eine Trimmmaskenschicht 590, z. B. eine Fotolackschicht, auf der Spannungskompensationsschicht gebildet. Die Maskenschicht wird strukturiert, um eine Trimmmaske zu bilden, wobei zu trimmende Abschnitte der Spannungskompensationsschicht freigelegt werden. Die Trimmmaskenstruktur wird z. B. durch Belichten der Maskenschicht mit einer Belichtungsquelle durch ein Retikel strukturiert, das eine gewünschte Struktur aufweist. Nach der Belichtung wird die Maskenschicht entwickelt, wobei die Struktur des Retikels auf den Lack übertragen wird, was eine strukturierte Trimmmaske bildet. Die strukturierte Trimmmaske legt Bereiche der Spannungskompensationsschicht frei, die zu trimmen sind.
In 5c wird die Spannungskompensationsschicht unter Verwendung der Trimmmaske basierend auf der Zieldickenkarte getrimmt. Zum Beispiel wird die Spannungskompensationsschicht getrimmt, um die Zieldicke der Spannungskompensationsschicht in den unterschiedlichen Bereichen entlang des Wafers zu erhalten. In einer Ausführungsform wird ein lokalisiertes Trimmen durchgeführt, um die Spannungskompensationsschicht mit unterschiedlichen Dicken in unterschiedlichen Bereichen entlang des Wafers entsprechend der Dickenzielkarte zu erzeugen. Dies erzeugt eine Topografie in der Spannungskompensationsschicht. Zum Beispiel weisen die ersten und zweiten Kompensationsschichtbereiche 572 und 574 über den ersten und zweiten Zielschichtbereichen 552 und 554 unterschiedliche Dicken entsprechend der Zieldickenkarte auf, wobei sich Stufen in der Spannungskompensationsschicht ergeben.
In einer Ausführungsform wird das Trimmen durch ein Ätzen durchgeführt, z. B. ein Nassätzen. Es kann auch das Durchführen des Trimmens durch ein Trockenätzen, z. B. RIE, vorgesehen sein. Das Ätzen trimmt die Spannungskompensationsschicht, die durch die Trimmmaske freigelegt wird. Zum Beispiel wird die Spannungskompensationsschicht über den zweiten Zielschichtbereichen entsprechend der Zieldickenkarte vertieft. Darstellungsgemäß kann das Ätzen lediglich Bereiche entlang des Wafers trimmen, die durch die Trimmmaske freigelegt werden. Falls andere Bereiche unterschiedlich zu trimmen sind, können separate Ätzprozesse unter Verwendung unterschiedlicher Trimmmasken eingesetzt werden.
Die Kompensationsschichtbereiche 572 sind zu trimmen, da die Schicht schon auf ein Ausgleichen der Zielschichtverspannung in den ersten Zielschichtbereichen zugeschnitten ist oder die ersten Zielschichtbereiche 552 entsprechend den Kompensationsschichtbereichen 572 keine Freistellungsbereiche darstellen, die keine Verspannungskompensation erfordern. Alternativ kann das Trimmen einen separaten Masken- und Ätzprozess verwenden, wenn das Trimmen in den ersten Zielbereichen erforderlich ist.
In 5d wird die Trimmmaske entfernt. Die Trimmmaske wird z. B. durch Veraschung entfernt. Es können andere Techniken zum Entfernen der Trimmmaske verwendet werden. Nach dem Entfernen der Trimmmaske wird der Prozess fortgesetzt, um die MEMS-Vorrichtung zu bilden. Zum Beispiel kann der Prozess einen Freistellungsprozess der MEMS-Struktur, Einkapselungs- und andere Prozesse umfassen, um die MEMS-Vorrichtung abzuschließen.
6a-6c zeigen Dicken- und Verspannungskarten. Mit Bezug auf 6a ist eine Dickenkarte 610 für die Zielschicht gezeigt. Die Dickenkarte stellt z. B. eine AIN-Zielschicht mit einer Dicke von 1 µm dar. Es können auch andere Arten von Zielschichten oder andere Zielschichtstapel verwendet werden. Die entsprechende Verspannungskarte 620 der Zielschicht zeigt, dass unterschiedliche Zielbereiche entlang des Wafers unterschiedliche Größen oder Werte der mechanischen Spannung der Zielschicht aufweisen. Darstellungsgemäß sind Zielschichtbereiche 622, 624, 626 und 628 mit +130 MPa, +140 MPa, +150 MPa und +160 MPa entlang des Wafers verteilt.
Hinsichtlich 6b ist für die Spannungskompensationsschicht eine Dickenkarte 630 gezeigt. Die Dickenkarte stellt z. B. eine Siliziumnitrid-Spannungskompensationsschicht mit einer Dicke von 1 µm dar. Unter der Annahme, dass die Spannungskompensationsschicht eine gleichförmige Dicke aufweist, sollte die mechanische Spannung der Kompensationsschicht entlang des Wafers gleichförmig sein. Für eine 1 µm dicke Siliziumnitrid-Schicht beträgt die mechanische Spannung -90 MPa.
Basierend auf den Dicken- und Verspannungskarten der Zielschichten und Spannungskompensationsschichten kann eine Zieldickenkarte 650 für die Spannungskompensationsschicht berechnet werden, wie in 6c dargestellt ist. Die Zieldicke der Spannungskompensationsschicht wird berechnet, um die mechanische Spannung des MEMS-Stapels entlang des Wafers auf eine gewünschte mechanische Stapelspannung auszugleichen. In einer Ausführungsform ergibt die mechanische Zielstapelspannung eine mechanische Restspannung in dem MEMS-Stapel von beinahe Null. Beispielsweise weisen die Spannungskompensationsschichtbereiche über den Zielschichtbereichen mit +130 MPa eine Zieldicke von 0,9 µm auf; die Spannungskompensationsschichtbereiche über den Zielschichtbereichen mit +140 MPa weisen eine Zieldicke von 0,93 µm auf; die Spannungskompensationsschichtbereiche über den Zielschichtbereichen mit +150 MPa weisen eine Zieldicke von 0,95 µm auf; und die Spannungskompensationsschichtbereiche über den Zielschichtbereichen mit +160 MPa weisen eine Zieldicke von 1 µm auf. Unter Verwendung der Zieldickenkarte der Spannungskompensationsschicht wird die Spannungskompensationsschicht getrimmt, um die mechanische Spannung auf die gewünschte mechanische Stapelspannung entlang des Wafers auszugleichen.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen ergeben verschiedene Vorteile. Zum Beispiel kann eine globale mechanische Restspannung von beinahe Null entlang der Waferkarte erreicht werden. Die Ausführungsformen bieten auch eine unbegrenzte Auswahl an Materialien, die zu kompensieren sind, und an Kompensationsschichten. Die Ausführungsformen arbeiten auch gut für MEMS-Vorrichtungen mit beliebiger Einspannung und Geometrie. Die Ausführungsformen funktionieren z. B. besonders gut für kritische Trägeranwendungen, z. B. Mikrophone, Biosensoren usw., wobei Biegemoden verwendet werden. Zum Beispiel ist gemäß der Beschreibung auch die Mehrschichtkompensation erreichbar. Die Ausführungsformen erlauben ein Trimmen mit mehreren Schritten, das mit einer Inspektion in der Prozesslinie kompatibel ist.
Die Ausführungsformen können in anderen speziellen Formen ausgeführt sein, ohne vom Wesen oder den essentiellen Eigenschaften davon abzuweichen. Die vorangegangenen Ausführungsformen sind demzufolge in allen Hinsichten als anschaulich und nicht als die Erfindung auf die Beschreibung hierin beschränkend anzusehen. Der Rahmen der Erfindung wird demzufolge durch die angehängten Ansprüche angezeigt und nicht durch die vorangegangene Beschreibung. Alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen als umfasst angesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Schiavone, Giuseppe, et al., „Fabrication of electrodeposited Ni-Fe cantilevers for magnetic MEMS switch applications“, Journal of Microelectromechanical Systems 24.4 (2015): 870-879 [0012]

Claims

Vorrichtung mit einer Vorrichtungsstruktur, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Wafer, auf dem eine Mehrzahl von Vorrichtungen angeordnet ist; und einen Vorrichtungsstapel der Vorrichtungsstruktur, wobei der Vorrichtungsstapel umfasst: eine Zielschicht, wobei die Zielschicht eine ungleichförmige Verteilung einer mechanischen Spannung entlang des Wafers umfasst, wobei die ungleichförmige Verteilung der mechanischen Spannung wenigstens einen ersten Zielschichtbereich mit einer ersten mechanischen Zielschichtspannung, und einen zweiten Zielschichtbereich mit einer zweiten mechanischen Zielschichtspannung umfasst, wobei die ersten und zweiten mechanischen Zielschichtspannungen erste und zweite Größen der mechanischen Zielschichtspannungen aufweisen, die verschieden sind, und eine Spannungskompensationsschicht, die über der Zielschicht angeordnet ist, wobei die Spannungskompensationsschicht zum Ausgleichen der Zielschicht mit einer ungleichförmigen Verteilung von mechanischer Spannung entlang des Wafers in den ersten und zweiten Zielbereichen auf ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Mikrosystem (MEMS) - Vorrichtung ist und die Vorrichtungsstruktur eine MEMS-Struktur darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Zielschicht einen Zielschichtstapel mit mehreren Zielschichten umfasst; und die Spannungskompensationsschicht ausgebildet ist, um den Zielschichtstapel mit der ungleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers auf ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung auszugleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gewünschte mechanische Stapelspannung entlang des Wafers beinahe Null ist, um beinahe flache Vorrichtungsstrukturen der Mehrzahl von Vorrichtungen entlang des Wafers zu ergeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1 wobei die Zielschicht einen Zielschichtstapel umfasst, wobei der Zielschichtstapel umfasst: eine erste Zielschicht; eine zweite Zielschicht, die über der ersten Zielschicht angeordnet ist; und die Spannungskompensationsschicht über der zweiten Zielschicht angeordnet ist, die Spannungskompensationsschicht ausgebildet ist, um den Zielschichtstapel mit einer ungleichförmigen Verteilung von mechanischer Spannung entlang des Wafers auf ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung auszugleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die gewünschte mechanische Stapelspannung entlang des Wafers beinahe Null beträgt, so dass sich beinahe flache Vorrichtungsstrukturen der Mehrzahl von Vorrichtungen entlang des Wafers ergeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1 wobei die Spannungskompensationsschicht eine getrimmte Spannungskompensationsschicht umfasst, wobei die getrimmte Spannungskompensationsschicht eine ungleichförmige Dicke entlang des Wafers umfasst, um die mechanische Spannung in den ersten und zweiten Zielbereichen auf ungefähr die gewünschte mechanische Stapelspannung auszugleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die getrimmte Spannungskompensationsschicht eine abgeschiedene Dicke umfasst, die ausreicht, um eine mechanische Zielschichtspannung der Vorrichtungszielschicht mit größter Größe auf die gewünschte mechanische Stapelspannung auszugleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die erste Größe der mechanischen Zielschichtspannung größer ist als die zweite Größe der mechanischen Zielschichtspannung; eine abgeschiedene Dicke der Spannungskompensationsschicht gleich einer Dicke ist, um die erste Größe der mechanischen Zielschichtspannung in dem ersten Zielbereich auf die gewünschte mechanische Stapelspannung auszugleichen; und die abgeschiedene Dicke der Spannungskompensationsschicht in dem zweiten Zielschichtbereich eine getrimmte Dicke umfasst, um die zweite Größe der mechanischen Zielschichtspannung in dem zweiten Zielbereich auf die gewünschte mechanische Stapelspannung auszugleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die getrimmte Dicke eine ungleichförmige erste getrimmte Dicke umfasst, um eine erste graduierte Struktur zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die getrimmte Dicke eine gleichförmig getrimmte Dicke umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei; die erste Größe der mechanischen Zielschichtspannung größer ist als die zweite Größe der mechanischen Zielschichtspannung; eine abgeschiedene Dicke der Spannungskompensationsschicht größer ist als eine Dicke zum Ausgleichen der ersten Größe der mechanischen Zielschichtspannung in dem ersten Zielbereich auf die gewünschte mechanische Stapelspannung; die abgeschiedene Dicke der Spannungskompensationsschicht über dem ersten Zielbereich eine erste getrimmte Dicke zum Ausgleichen der ersten Größe der mechanischen Zielschichtspannung auf die gewünschte mechanische Stapelspannung umfasst; und die abgeschiedene Dicke der Spannungskompensationsschicht über dem zweiten Zielbereich eine zweite getrimmte Dicke zum Ausgleichen der zweiten Größe der mechanischen Zielschichtspannung auf die gewünschte mechanische Stapelspannung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12 wobei die zweite getrimmte Dicke eine ungleichförmige zweite getrimmte Dicke umfasst, um eine zweite graduierte Struktur zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei: die erste getrimmte Dicke eine ungleichförmige erste getrimmte Dicke zum Bilden einer ersten graduierten Struktur umfasst; und die zweite getrimmte Dicke eine ungleichförmige zweite getrimmte Dicke zum Bilden einer zweiten graduierten Struktur umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei: die erste getrimmte Dicke eine gleichförmige erste getrimmte Dicke umfasst; und die zweite getrimmte Dicke eine gleichförmige zweite getrimmte Dicke umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei: die Zielschicht einen zusätzlichen Zielbereich oder zusätzliche Zielbereiche zusätzlich zu den ersten und zweiten Zielbereichen mit unterschiedlichen Größen der mechanischen Spannung umfasst; die Spannungskompensationsschicht ausgebildet ist, um die Zielschicht mit einer ungleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung in unterschiedlichen Zielschichtbereichen entlang des Wafers auf ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung auszugleichen; und wobei das Ausgleichen der ungleichförmigen Verteilung von mechanischen Spannung in den Zielschichtbereichen in Vorrichtungsstrukturen von unterschiedlichen Vorrichtungen entlang des Wafers resultiert, die unterschiedliche Dicken aufweisen.
Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung, umfassend: Bereitstellen eines Wafers mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen, Bilden einer Zielschicht einer Vorrichtungsstruktur auf dem Wafer auf Wafer-Ebene, wobei die Zielschicht eine ungleichförmige Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers mit Zielschichtbereichen umfasst, die unterschiedliche Größen der mechanischen Spannung aufweisen; ein Messen der Dicke und der mechanischen Spannung der Zielschicht in unterschiedlichen Zielschichtbereichen der Zielschicht entlang des Wafers; ein Bilden einer Spannungskompensationsschicht auf der Zielschicht auf Wafer-Ebene, wobei die Spannungskompensationsschicht und die Zielschicht einen Vorrichtungsstapel bilden; ein lokales Messen einer Dicke der Spannungskompensationsschicht und einer mechanischen Kompensationsspannung der Spannungskompensationsschicht entlang des Wafers, um eine lokale Dicke und lokale mechanische Kompensationsspannung der Spannungskompensationsschicht entlang des Wafers zu erhalten; und ein lokalisiertes Trimmen der Spannungskompensationsschicht zum Bilden der Spannungskompensationsschicht, um die Zielschicht mit einer ungleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers auf ungefähr eine gewünschte mechanische Stapelspannung des Vorrichtungsstapels entlang des Wafers auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 17, umfassend: ein Erzeugen einer Zieldickenkarte für die Spannungskompensationsschicht entlang des Wafers, wobei die Zieldickenkarte unterschiedliche Zieldicken für die Spannungskompensationsschicht in unterschiedlichen Bereichen zum Ausgleichen des Ziels mit der ungleichförmigen Verteilung der mechanischen Spannung entlang des Wafers auf die gewünschte mechanische Stapelspannung umfasst; und ein lokalisiertes Trimmen der Spannungskompensationsschicht in den unterschiedlichen Bereichen entsprechend den Zieldicken in der Zieldickenkarte entlang des Wafers, wobei die getrimmte Spannungskompensationsschicht eine ungleichförmige Dicke entlang des Wafers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Trimmen ein lonenstrahltrimmen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Trimmen der Spannungskompensationsschicht zu Vorrichtungsstrukturen unterschiedlicher Vorrichtungen in unterschiedlichen Bereichen der Waferkarte führt, die unterschiedliche Dicken aufweisen.