DE102019135846A1 - Vorrichtung mit mikroelektromechanischem system, die einen höcker-endanschlag enthält, und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) enthält ein MEMS-Substrat, mindestens ein bewegliches Element, das innerhalb einer Matrixschicht, die über dem MEMS-Substrat liegt, seitlich umgrenzt wird, und ein Kappensubstrat, das durch das Bonden von Materialabschnitten an die Matrixschicht gebondet wird. Ein erstes bewegliches Element, das aus dem mindestens einen beweglichen Element ausgewählt wird, befindet sich im Inneren einer ersten Kammer, die seitlich durch die Matrixschicht begrenzt wird und vertikal durch eine erste Kappenfläche, die über dem ersten beweglichen Element liegt, begrenzt wird. Die erste Kappenfläche enthält eine Anordnung von nach unten ragenden Höckern, die jeweilige Abschnitte einer dielektrischen Materialschicht enthalten. Jeder der nach unten ragenden Höcker weist ein vertikales Querschnittsprofil eines umgekehrten Hügels auf. Die MEMS-Vorrichtung kann zum Beispiel einen Beschleunigungsmesser enthalten.

Description

  • HINTERGRUND
  • Zu Vorrichtungen mit einem mikroelektromechanischen System (Micro-Electro-Mechanical System, MEMS) gehören Vorrichtungen, die mit Hilfe der Halbleitertechnologie hergestellt werden, um mechanische und elektrische Merkmale zu bilden. MEMS-Vorrichtungen können bewegliche Teile aufweisen, deren Abmessungen im Mikrometer- oder Submikrometerbereich liegen, sowie einen Mechanismus zur elektrischen Kopplung der beweglichen Teile mit einem elektrischen Signal, das ein Eingangssignal sein kann, das eine Bewegung der beweglichen Teile induziert, oder ein Ausgangssignal, das durch die Bewegung der beweglichen Teile generiert wird. MEMS-Vorrichtungen sind nützliche Vorrichtungen, die mit anderen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Halbleitervorrichtungen, integriert werden können, um als Sensoren oder als Aktuatoren zu fungieren.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es ist anzumerken, dass gemäß der gängigen Praxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen der verschiedenen Strukturelemente können vielmehr im Interesse der Übersichtlichkeit der Besprechung nach Bedarf vergrößert oder verkleinert werden.
    • 1A ist eine vertikale Querschnittsansicht einer beispielhaften Struktur zum Bilden einer MEMS-Struktur nach dem Bilden einer ersten dielektrischen Materialschicht über einer Matrixmaterialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
    • 1B ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer ersten leitenden Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 1C ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer zweiten dielektrischen Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 1D ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer zweiten leitenden Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 1E ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer dritten dielektrischen Materialschicht und dem Anbringen eines MEMS-Substrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
    • 1F ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach dem Ausdünnen der Matrixmaterialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 1G ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 1H ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach dem Strukturieren der Matrixmaterialschicht zu beweglichen Elementen und einer Matrixschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 1I ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach dem Lösen der beweglichen Elemente von der ersten dielektrischen Materialschicht durch Entfernen von Abschnitten der ersten dielektrischen Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2A ist eine vertikale Querschnittsansicht einer ersten beispielhaften Struktur zum Bilden einer Kappenstruktur nach dem Bilden einer ersten Aussparungsregion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2B ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2C ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Struktur nach dem Bilden von Öffnungen durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht in der ersten Aussparungsregion hindurch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2D ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Struktur nach dem Bilden von Gräben unter den Öffnungen durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht hindurch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2E ist eine vergrößerte Ansicht der Region Ein 2D.
    • 2F ist eine Draufsicht einer ersten Konfiguration der ersten beispielhaften Struktur von 2D.
    • 2G ist eine Draufsicht einer zweiten Konfiguration der ersten beispielhaften Struktur von 2D.
    • 2H ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer Höcker enthaltenden Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2I ist eine vergrößerte Ansicht der Region I in 2H.
    • 2J ist eine Draufsicht der ersten Konfiguration der ersten beispielhaften Struktur von 2H.
    • 2K ist eine Draufsicht der zweiten Konfiguration der ersten beispielhaften Struktur von 2H.
    • 2L ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Struktur nach dem Entfernen eines obersten horizontalen Abschnitts der Höcker enthaltenden Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2M ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer ersten Ätzmaskenschicht und einer Öffnung in der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2N ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer zweiten Ätzmaskenschicht und dem vertikalen Aussparen eines Abschnitts des Kappensubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 20 ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer zweiten Aussparungsregion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist eine erste beispielhafte Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4A ist eine vertikale Querschnittsansicht einer zweiten beispielhaften Struktur zum Bilden einer Kappenstruktur nach dem Bilden einer strukturierten Hartmaskenschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4B ist eine vertikale Querschnittsansicht der zweiten beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer strukturierten Ätzmaskenschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4C ist eine vertikale Querschnittsansicht der zweiten beispielhaften Struktur nach dem Bilden erster Gräben und einer in Verarbeitung befindlichen Aussparungsregion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4D ist eine vertikale Querschnittsansicht der zweiten beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer ersten Aussparungsregion und zweiter Gräben, die sich vertikal von dort erstrecken, und nach dem Bilden einer zweiten Aussparungsregion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4E ist eine vertikale Querschnittsansicht der zweiten beispielhaften Struktur nach dem Bilden einer Höcker enthaltenden Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4F ist eine vergrößerte Ansicht der Region F in 4E.
    • 4G ist eine Draufsicht der ersten Konfiguration der zweiten beispielhaften Struktur von 4E.
    • 4H ist eine Draufsicht der zweiten Konfiguration der zweiten beispielhaften Struktur von 4E.
    • 5 ist eine zweite beispielhafte Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 ist ein Prozessflussdiagramm, das die Operation zum Bilden einer MEMS-Vorrichtungsbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • 7 ist ein Prozessflussdiagramm, das die Operation zum Bilden einer MEMS-Vorrichtungsbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des hier besprochenen Gegenstandes bereit. Im Folgenden werden konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und dienen nicht der Einschränkung. Zum Beispiel kann die Ausbildung eines ersten Strukturelements über oder auf einem zweiten Strukturelement in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, bei denen die ersten und zweiten Strukturelemente in direktem Kontakt ausgebildet sind, und können auch Ausführungsformen enthalten, bei denen zusätzliche Strukturelemente zwischen den ersten und zweiten Strukturelementen ausgebildet sein können, so dass die ersten und zweiten Strukturelemente nicht unbedingt in direktem Kontakt stehen. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schafft nicht automatisch eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
  • Des Weiteren können räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, im vorliegenden Text zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen, wie in den Figuren veranschaulicht, zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen auch andere Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren gezeigten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht, oder sonstige Ausrichtungen), und die im vorliegenden Text verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS), die eine Höckerendanschlagstruktur aufweist, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Einige MEMS-Vorrichtungen können eine MEMS-Baugruppenschicht und eine Kappenstrukturschicht aufweisen. Die MEMS-Baugruppe kann eine bewegliche Platte (das heißt bewegliche Elemente) oder ein Abfühlelement aufweisen, das die Beschleunigung der Vorrichtung oder die Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung registriert. Da sich die bewegliche Platte in der MEMS-Baugruppe im Mikrometerbereich befindet, kann es mitunter vorkommen, dass die bewegliche Platte aufgrund von Haftreibung an der komplementären Kappenstruktur, die die bewegliche Platte in Verbindung mit der MEMS-Baugruppe aufweist, anhaftet. In Situationen, in denen zwei Flächen mit Oberflächen unterhalb des Mikrometerbereichs in unmittelbare Nähe zueinander gelangen (wie bei einem Beschleunigungsmesser), können sie aneinander haften. In diesem Maßstab werden elektrostatische und/oder Van-der-Waals- und Wasserstoffbindungskräfte signifikant. Das Phänomen, dass zwei derartige Flächen auf diese Weise aneinander haften, wird auch als Haftreibung bezeichnet. Haftreibung kann mit Wasserstoffbindung oder Restkontamination zusammenhängen. Verschiedene im vorliegenden Text beschriebene Ausführungsformen stellen Höckerstrukturen in der Kappenstruktur bereit. Die Höckerstrukturen reduzieren die Oberfläche der Kappenstruktur, die die bewegliche Platte der MEMS-Baugruppe berühren kann. Durch Verkleinern der Oberfläche der Kontaktfläche kann auch die Möglichkeit von Haftreibung verringert werden.
  • In 1A ist eine beispielhafte Struktur zum Bilden einer MEMS-Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die beispielhafte Struktur enthält eine Matrixmaterialschicht 10L. Die Matrixmaterialschicht 10L kann ein erstes Halbleitermaterial enthalten, das Silizium, Germanium, eine Silizium-Germanium-Legierung oder ein Verbundhalbleitermaterial, das dotiert sein kann, um punktuell die elektrische Leitfähigkeit zu verändern, oder andere geeignete Materialien, die unter den in Betracht gezogenen Geltungsbereich der Offenbarung fallen, umfassen kann. In einer Ausführung kann die Matrixmaterialschicht 10L eine Dicke in einem Bereich von 30 Mikrometern bis 1 mm aufweisen, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. In einer Ausführung kann ein oberer Abschnitt der Matrixmaterialschicht 10L eine wasserstoffimplantierte Schicht umfassen, um ein anschließenden Spalten eines unteren Abschnitts der Matrixmaterialschicht 10L zu ermöglichen. In diesem Fall kann die Tiefe der wasserstoffimplantierten Schicht von der Oberseite der Matrixmaterialschicht 10L her in einem Bereich von 100 nm bis 3 Mikrometer liegen, wie zum Beispiel von 300 nm bis 1.000 nm, obgleich auch kleinere und größere Tiefen verwendet werden können. Die beispielhafte Struktur kann verschiedene Regionen zum Bilden verschiedener Vorrichtungen umfassen, die mindestens eine Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) aufweisen. Zum Beispiel kann die beispielhafte Struktur eine erste Vorrichtungsregion 101 und eine zweite Vorrichtungsregion 102 umfassen. In einem nicht-einschränkenden veranschaulichenden Beispiel können Komponenten für einen Beschleunigungsmesser zum Messen der linearen Beschleunigung in der ersten Vorrichtungsregion 101 und ein Gyroskop zum Messen der Winkelgeschwindigkeit in der zweiten Vorrichtungsregion 102 gebildet werden. In anderen nicht-einschränkenden Ausführungsformen kann eine Struktur mit sich wiederholenden ersten Vorrichtungsregionen 101 oder zweiten Vorrichtungsregionen 102 gebildet werden, um mehrere Sensoren desselben Sensortyps zu bilden.
  • Eine erste dielektrische Materialschicht 20 kann über der Oberseite der Matrixmaterialschicht 10L gebildet werden. Die erste dielektrische Materialschicht 20 kann ein dielektrisches Material wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Organosilikatglas, ein porenhaltiges dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert oder ein Spin-on-Glas (SOG) umfassen. Es können auch andere geeignete Materialien innerhalb des in Betracht gezogenen Geltungsbereichs der Offenbarung verwendet werden. Die erste dielektrische Materialschicht 20 kann durch chemische Aufdampfung, physikalische Aufdampfung oder Aufschleudern abgeschieden werden. Die Dicke der ersten dielektrischen Materialschicht 20 kann in einem Bereich von 100 nm bis 600 nm liegen, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. In einer Ausführung kann die erste dielektrische Materialschicht 20 verdichtetes, undotiertes Silikatglasmaterial umfassen, das durch Zersetzung von Tetraethylorthosilikat (TEOS) entsteht.
  • Unter Bezug auf 1B kann die erste dielektrische Materialschicht 20 durch eine Kombination aus lithografischen Prozessen und mindestens einem Ätzprozess strukturiert werden, um verschiedene Hohlräume zu bilden, die Leitungshohlräume und Durchkontaktierungshohlräume umfassen können. Zum Beispiel kann eine erste Photoresistschicht (nicht gezeigt) auf die erste dielektrische Materialschicht 20 aufgebracht werden und kann lithografisch strukturiert werden, um Durchkontaktierungsöffnungen dort hindurch zu bilden. Ein erstes anisotropes Ätzen kann ausgeführt werden, um die Struktur der Durchkontaktierungsöffnungen durch einen oberen Abschnitt der ersten dielektrischen Materialschicht 20 hindurch zu transferieren, um Durchkontaktierungsöffnungen zu bilden. Die erste Photoresistschicht kann entfernt werden, und eine zweite Photoresistschicht (nicht gezeigt) kann auf die erste Schicht aus dielektrischem Material 20 aufgebracht werden. Die zweite Photoresistschicht kann lithografisch strukturiert werden, um eine linienförmige Öffnung durch sie hindurch zu bilden. Ein zweiter anisotroper Ätzprozess kann ausgeführt werden, um die Struktur der linienförmigen Öffnungen durch den oberen Abschnitt der ersten dielektrischen Materialschicht 20 hindurch zu transferieren, um Leitungshohlräume zu bilden, und um die Durchkontaktierungshohlräume bis zur Oberseite der Matrixmaterialschicht 10L zu erweitern. Die zweite Photoresistschicht kann zum Beispiel durch Ashing oder andere geeignete Prozesse entfernt werden. Mindestens ein leitfähiges Material 22 kann in den Durchkontaktierungshohlräumen und in den Leitungshohlräumen abgeschieden werden. Überschüssige Abschnitte des mindestens einen leitfähigen Materials 22 können von oberhalb einer horizontalen Ebene entfernt werden, die eine Oberseite der ersten dielektrischen Materialschicht 20 umfasst. Verbleibende Abschnitte des mindestens einen leitfähigen Materials in der ersten dielektrischen Materialschicht 20 bilden erste leitfähige Strukturen 22. Die ersten leitfähigen Strukturen 22 können ein dotiertes Halbleitermaterial (wie zum Beispiel dotiertes Polysilizium) oder ein metallisches Material wie zum Beispiel ein elementares Metall, eine intermetallische Legierung, ein leitfähiges metallisches Nitridmaterial oder eine Metall-Halbleiter-Verbindung (wie zum Beispiel ein Metallsilizid) aufweisen.
  • Unter Bezug auf 1C kann eine zweite dielektrische Materialschicht 30 über den ersten leitfähigen Strukturen 22 und der ersten dielektrische Materialschicht 20 abgeschieden werden. Die zweite dielektrische Materialschicht 30 kann ein dielektrisches Material wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Organosilikatglas, ein porenhaltiges dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert oder ein Spin-on-Glas (SOG) umfassen. Es können auch andere geeignete Materialien innerhalb des in Betracht gezogenen Geltungsbereichs der Offenbarung verwendet werden. Die zweite dielektrische Materialschicht 30 kann durch chemische Aufdampfung, physikalische Aufdampfung oder Aufschleudern abgeschieden werden. Die Dicke der zweiten dielektrischen Materialschicht 30 kann in einem Bereich von 100 nm bis 600 nm liegen, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. In einer Ausführung kann die zweite dielektrische Materialschicht 30 einen Schichtstapel aufweisen, der mehrere dielektrische Materialschichten enthält, die eine Ätzstoppschicht wie zum Beispiel eine Siliziumnitridschicht oder eine Aluminiumoxidschicht umfassen. Falls ein Schichtstapel für die zweite dielektrische Materialschicht 30 verwendet wird, so kann eine obere Schicht innerhalb des Schichtstapels verdichtetes undotiertes Silikatglasmaterial umfassen, das durch Zersetzung von Tetraethylorthosilikat (TEOS) gebildet wird. Die zweite dielektrische Materialschicht 30 kann strukturiert werden, um verschiedene Durchkontaktierungshohlräume zu bilden. Eine Oberseite einer jeweiligen ersten leitfähigen Struktur 22 kann an der Unterseite jedes Durchkontaktierungshohlraums durch die zweite dielektrische Materialschicht 30 hindurch physisch freigelegt werden.
  • Wie in 1D zu sehen, kann mindestens ein leitfähiges Material in den Durchkontaktierungshohlräumen durch und über die zweite dielektrische Materialschicht 30 abgeschieden werden. Das mindestens eine leitfähige Material kann zum Beispiel durch Aufbringen und Strukturieren einer Photoresistschicht über dem mindestens einen leitfähigen Material und durch Transferieren der Struktur der Photoresistschicht durch das mindestens eine leitfähige Material hindurch strukturiert werden. Die Photoresistschicht kann anschließend zum Beispiel durch Ashing oder andere geeignete Prozesse entfernt werden. Verbleibende strukturierte Abschnitte des mindestens einen leitfähigen Materials können zweite leitfähige Strukturen 32 bilden. Die zweiten leitfähigen Strukturen 32 können ein dotiertes Halbleitermaterial (wie zum Beispiel dotiertes Polysilizium) oder ein metallisches Material wie zum Beispiel ein elementares Metall, eine intermetallische Legierung, ein leitfähiges metallisches Nitridmaterial oder eine Metall-Halbleiter-Verbindung (wie zum Beispiel ein Metallsilizid) aufweisen.
  • Allgemein kann mindestens eine Ebene von leitfähigen Strukturen (22, 32) über oder in einer jeweiligen dielektrischen Materialschicht (20, 30) über der Matrixmaterialschicht 10L gebildet werden. Verschiedene Strukturierungsverfahren können verwendet werden, um die Kombination der mindestens einen Ebene von leitfähigen Strukturen (22, 32) und der mindestens einen dielektrische Materialschicht (20, 30) zu bilden. Zu solchen Strukturierungsverfahren gehören zum Beispiel Einzeldamaszen-Strukturierungsverfahren, Dualdamaszen-Strukturierungsverfahren, Schichtabscheidungs- und -strukturierungsverfahren usw. Falls eine wasserstoffimplantierte Schicht (nicht gezeigt) in der Matrixmaterialschicht 10L vorhanden ist, so kann die Verarbeitungstemperatur so gewählt werden, dass sie unterhalb einer Temperatur liegt, bei der Wasserstoffatome innerhalb der wasserstoffimplantierten Schicht möglicherweise eine Spaltung zulassen (was in einem Temperaturbereich von 500 Grad Celsius bis 600 Grad Celsius auftreten kann). Obgleich im vorliegenden Text nur zwei Ebenen leitfähiger Strukturen (22, 32) beschrieben werden, versteht es sich, dass so viele Ebenen leitfähiger Strukturen in Ausführungsformstrukturen gebildet werden können, wie erforderlich sind. Die Struktur der leitfähigen Strukturen (22, 32) kann optimiert werden, um die Bildung der Funktionalität der verschiedenen MEMS-Vorrichtungen anschließend zu ermöglichen.
  • Wie in 1E zu sehen, kann über den obersten leitfähigen Strukturen (wie zum Beispiel den zweiten leitfähigen Strukturen 32) eine dielektrische Materialschicht abgeschieden werden. Die abgeschiedene dielektrische Materialschicht wird im vorliegenden Text als eine distale dielektrische Materialschicht oder als eine dritte dielektrische Materialschicht 40 bezeichnet (in Ausführungsformen, in denen die abgeschiedene dielektrische Materialschicht auf den zweiten leitfähigen Strukturen 32 gebildet wird). In einer Ausführung kann die abgeschiedene dielektrische Materialschicht eine Siliziumoxidschicht sein, die eine Dicke im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm aufweist.
  • Ein Substrat kann über einer Oberseite der dritten dielektrischen Materialschicht 40 gebildet oder daran angebracht werden. Das angebrachte Substrat kann ein Griffsubstrat sein, das anschließend verwendet wird, um die darunter liegenden Materialschichten, zu denen die Matrixmaterialschicht 10L, die erste dielektrische Materialschicht 20, die ersten leitfähigen Strukturen 22, die zweite dielektrische Materialschicht 30, die zweiten leitfähigen Strukturen 22 und die dritten dielektrischen Materialschicht 40 gehören, mechanisch zu stützen. Das angebrachte Substrat wird im vorliegenden Text im Hinblick auf das anschließende Strukturieren der Matrixmaterialschicht zu beweglichen Elementen für MEMS-Vorrichtungen als ein MEMS-Substrat 50 bezeichnet. Das MEMS-Substrat 50 kann eine Dicke in einem Bereich von 30 Mikrometern bis 3 mm aufweisen, wie zum Beispiel von 100 Mikrometern bis 1 mm, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. Das MEMS-Substrat 50 kann ein Halbleitersubstrat, ein leitfähiges Substrat, ein isolierendes Substrat oder ein Verbundsubstrat, das mehrere Schichten umfasst, sein. In einer Ausführungsform kann das MEMS-Substrat 50 ein Halbleitersubstrat sein, wie zum Beispiel ein handelsübliches Siliziumsubstrat. Das MEMS-Substrat 50 kann zum Beispiel mittels Oxid-an-Halbleiter-Bondung über der dritten dielektrischen Materialschicht 40 gebildet oder daran angebracht werden.
  • Wie in 1F veranschaulicht, kann die Matrixmaterialschicht 10L ausgedünnt werden, um eine ausgedünnte Matrixmaterialschicht 10T zu erhalten. Die Dicke der ausgedünnten Matrixmaterialschicht 10T kann in einem Bereich von 100 nm bis 10 Mikrometern liegen, zum Beispiel von 300 nm bis 5 Mikrometern, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. In einer Ausführungsform kann das Ausdünnen der Matrixmaterialschicht 10L durch Schleifen, Polieren, einen isotropen Ätzprozess, einen anisotropen Ätzprozess oder eine Kombination davon ausgeführt werden. In Ausführungsformen, in denen eine wasserstoffimplantierte Schicht innerhalb der Matrixmaterialschicht 10L bereitgestellt werden kann, kann ein Spaltungsprozess verwendet werden, um distale Abschnitte der Matrixmaterialschicht 10L zu entfernen, die weiter von dem MEMS-Substrat 50 entfernt liegen als die wasserstoffimplantierte Schicht. Für den Spaltprozess kann ein Tempern bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 500 Grad Celsius bis 600 Grad Celsius ausgeführt werden, um eine Blasenbildung von Wasserstoffatomen auf der Ebene der wasserstoffimplantierten Schicht innerhalb der Matrixmaterialschicht 10L herbeizuführen. Die beispielhafte Struktur kann anschließend so umgedreht werden, dass die ausgedünnte Matrixmaterialschicht 10T nach oben weist und das MEMS-Substrat 50 nach unten weist.
  • Wie in 1G gezeigt, kann ein Bondungsmaterial auf einer Oberseite der ausgedünnten Matrixmaterialschicht 10T abgeschieden werden, um eine dielektrische Bondungsschicht zu bilden, die im vorliegenden Text als eine matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 bezeichnet wird. Das Bondungsmaterial der matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht 62 kann Siliziumoxid, ein Polymermaterial oder ein dielektrisches Klebematerial umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 Siliziumoxid und hat eine Dicke im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. Die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 kann so strukturiert werden, dass Öffnungen in Bereichen (zum Beispiel in den Regionen 101 und 102) gebildet werden können, in denen anschließend bewegliche Elemente aus der ausgedünnten Matrixmaterialschicht 10T herausstrukturiert werden sollen, sowie in Bereichen, in denen anschließend Ätzmittelzugangslöcher durch die ausgedünnte Matrixmaterialschicht 10T hindurch gebildet werden sollen.
  • Wie in 1H zu sehen, kann eine Photoresistschicht (nicht gezeigt) auf die ausgedünnte Matrixmaterialschicht 10T und die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 aufgebracht werden und kann lithografisch strukturiert werden, um Öffnungen in Bereichen zu bilden, die Spalte 19 zwischen beweglichen Elementen und einer Matrixschicht definieren, die anschließend aus der ausgedünnten Matrixmaterialschicht 10T strukturiert wird. Oder anders ausgedrückt: Die Struktur der Öffnungen in der Photoresistschicht kann die Struktur der Spalte 19 zwischen den beweglichen Elementen und der Matrixschicht, die anschließend aus der ausgedünnten Matrixmaterialschicht 10T strukturiert werden soll, umfassen. Darüber hinaus kann die Struktur der Öffnungen in der Photoresistschicht die Struktur von Ätzmittelzugangslöchern aufweisen, die anschließend durch die ausgedünnte Matrixmaterialschicht 10T hindurch gebildet werden sollen.
  • Ein anisotroper Ätzprozess kann ausgeführt werden, um die Struktur der Öffnung in der Photoresistschicht durch die ausgedünnte Matrixmaterialschicht 10T hindurch zu transferieren. Die ausgedünnte Matrixmaterialschicht 10T kann in mehrere Abschnitte aufgeteilt werden, die bewegliche Elemente (10a, 10b) und eine Matrixschicht 10 aufweisen, die jedes der beweglichen Elemente (10a, 10b) seitlich umgibt. Allgemein können die beweglichen Elemente (10a, 10b) jedes Element umfassen, das zum Biegen, Vibrieren, Verformen, Verschieben, Drehen, Verdrehen und jeder anderen Art von Form-, Positions- und/oder Ausrichtungsänderung befähigt ist. In einem veranschaulichenden Beispiel können die beweglichen Elemente (10a, 10b) ein erstes bewegliches Element 10a zur Verwendung in einem Beschleunigungsmesser und ein zweites bewegliches Element 10b zur Verwendung in einem Gyroskop umfassen. Zusätzliche bewegliche Elemente (nicht gezeigt) können aus der ausgedünnten Matrixmaterialschicht 10T herausstrukturiert werden. Ein durchgehender verbleibender Abschnitt der ausgedünnten Matrixmaterialschicht 10T, die jedes der beweglichen Elemente (10a, 10b) seitlich umgibt, stellt einen ortsfesten Abschnitt der MEMS-Vorrichtungen dar, anhand derer eine relative Bewegung der beweglichen Elemente (10a, 10b) gemessen werden kann. Der ortsfeste verbleibende Abschnitt der MEMS-Vorrichtungen wird im vorliegenden Text als eine Matrixschicht 10 bezeichnet. Die beweglichen Elemente (10a, 10b) und die Matrixschicht 10 können das gleiche Material umfassen. In einer Ausführungsform können die beweglichen Elemente (10a, 10b) und die Matrixschicht 10 das gleiche Halbleitermaterial umfassen, was im vorliegenden Text als das erste Halbleitermaterial bezeichnet wird. Eine Teilmenge und/oder Abschnitte der beweglichen Elemente (10a, 10b) können je nach Bedarf mit p-Dotanden und/oder n-Dotanden dotiert werden. Zwischen der Matrixschicht 10 und den verschiedenen beweglichen Elementen (10a, 10b) können Spalte 19 gebildet werden, die sich bis zu der ersten dielektrischen Materialschicht 10 hinab erstrecken.
  • Wie in 1I zu sehen, können die beweglichen Elemente (10a, 10b) von der ersten dielektrischen Materialschicht 20 gelöst werden, indem Abschnitte der ersten dielektrischen Materialschicht 20 entfernt werden, die durch die Spalte 19 hindurch, die sich vertikal zwischen der Matrixschicht 10 und den verschiedenen beweglichen Elementen (10a, 10b) erstrecken, mit der Umgebung verbunden sind. Ein isotropes Ätzmittel, welches das Material der ersten dielektrischen Materialschicht 20 selektiv zu dem Material der Matrixschicht 10, der beweglichen Elemente (10a, 10b), der matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht 62, der ersten leitfähigen Strukturen 22 und optional einer obersten Teilschicht (die eine Ätzstoppdielektrikumschicht sein kann) innerhalb der zweiten dielektrischen Materialschicht 30 ätzt, kann in die Spalte 19 eingebracht werden, um Abschnitte der ersten dielektrischen Materialschicht 20 zu entfernen, die mit den Spalten 19 verbunden sind. Die erste dielektrische Materialschicht 20 kann beispielsweise Borsilikatglas, Organosilikatglas, ein porenhaltiges dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert oder ein Polymermaterial, das sich in einem organischen Lösungsmittel löst, umfassen, die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 kann verdichtetes undotiertes Silikatglas umfassen, und die oberste Teilschicht der zweiten dielektrischen Materialschicht 30 kann Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid umfassen. Unter den beweglichen Elementen (10a, 10b) können sich seitlich erstreckende Durchkontaktierungshohlräume 29 gebildet werden, um die beweglichen Elemente (10a, 10b) von darunter liegenden Strukturen (wie zum Beispiel den ersten leitfähigen Strukturen 22, der zweiten dielektrische Materialschicht 20 usw.) zu lösen. Es wird eine MEMS-Baugruppe bereitgestellt, die das MEMS-Substrat 50, leitfähige Strukturen (22, 32), die über oder in den dielektrischen Materialschichten (20, 30, 40) gebildet werden und über dem MEMS-Substrat 50 liegen, und eine Kombination aus der Matrixschicht 10 und beweglichen Elementen (10a, 10b), die darin eingeschlossen sind und über den dielektrischen Materialschichten (20, 30, 40) liegen, umfassen kann. Allgemein kann mindestens ein bewegliches Element (10a, 10b) seitlich innerhalb der Matrixschicht 10 über dem MEMS-Substrat 50 umgrenzt werden, und eine strukturierte matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 kann auf einer Oberseite der Matrixschicht 10 angeordnet werden.
  • In 2A ist eine erste beispielhafte Struktur zum Bilden einer Kappenstruktur veranschaulicht. Die erste beispielhafte Struktur umfasst ein Substrat, das im vorliegenden Text als ein Kappensubstrat 70 bezeichnet wird. Das Kappensubstrat 70 kann ein Halbleitermaterial, ein isolierendes Material und/oder ein leitfähiges Material umfassen. In einer Ausführungsform kann das Kappensubstrat 70 ein Halbleitermaterial umfassen, das im vorliegenden Text als ein zweites Halbleitermaterial bezeichnet wird. Zum Beispiel kann das Kappensubstrat 70 ein Siliziumsubstrat umfassen. Die Dicke des Kappensubstrats 70 kann in einem Bereich von 60 Mikrometern bis 1 mm liegen, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. In einer Ausführungsform können komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Vorrichtungen (CMOS-Vorrichtungen) wie zum Beispiel Feldeffekttransistoren (nicht gezeigt) auf der Rückseite des Kappensubstrats 70 angeordnet werden.
  • Das Kappensubstrat 70 kann mehrere Vorrichtungsregionen umfassen, die in einem spiegelbildlichen Muster der Struktur der verschiedenen Vorrichtungsregionen (101, 102) der in 1I veranschaulichten MEMS-Baugruppe angeordnet sind. Das Kappensubstrat 70 kann zum Beispiel eine erste Vorrichtungsregion 201, eine zweite Vorrichtungsregion 202 und optionale zusätzliche Vorrichtungsregionen (nicht gezeigt) aufweisen. Die erste Vorrichtungsregion 201 des Kappensubstrats 70 kann eine spiegelbildliche Form der ersten Vorrichtungsregion 101 der MEMS-Baugruppe von 1I aufweisen, und die zweite Vorrichtungsregion 202 des Kappensubstrats 70 kann eine spiegelbildliche Form der zweiten Vorrichtungsregion 102 der zweiten Vorrichtungsregion 102 der MEMS-Baugruppe von 1I aufweisen.
  • Eine Photoresistschicht 77 kann auf eine Oberseite des Kappensubstrats 70 aufgebracht werden. Die Photoresistschicht 77 kann anschließend lithografisch strukturiert werden, um Öffnungen durch sie hindurch zu bilden. Eine der Öffnungen in der Photoresistschicht 77 kann in einem spiegelbildlichen Bereich des Bereichs des ersten beweglichen Elements 10a in der MEMS-Baugruppe von 1I gebildet werden. Ein Ätzprozess kann ausgeführt werden, um Abschnitte der Oberseite des Kappensubstrats 70 auszusparen, die nicht durch die Photoresistschicht 77 bedeckt sind. Zum Beispiel kann ein anisotroper Ätzprozess ausgeführt werden, um Abschnitte der Oberseite des Kappensubstrats 70 in Bereichen, die nicht durch die Photoresistschicht 77 maskiert sind, vertikal auszusparen. Eine erste Aussparungsregion 71a kann innerhalb des Bereichs der ersten Vorrichtungsregion 201 auf der Vorderseite des Kappensubstrats 70 gebildet werden. Unter dem Volumen der ersten Aussparungsregion 71a kann eine horizontale ausgesparte Fläche gebildet werden. Die vertikale Versatzdistanz (das heißt die vertikale Aussparungsdistanz) zwischen der horizontalen ausgesparten Fläche der ersten Aussparungsregion 71a und der obersten Fläche des Kappensubstrats 70 kann in einem Bereich von 300 nm bis 6 Mikrometer liegen, wie zum Beispiel von 600 nm bis 3 Mikrometer, obgleich auch kleinere und größere vertikale Versatzdistanzen verwendet werden können. Die Photoresistschicht 77 kann anschließend zum Beispiel durch Ashing entfernt werden.
  • Wie in 2B zu sehen, kann ein Bondungsmaterial auf der Oberseite des Kappensubstrats 70 abgeschieden werden, um eine dielektrische Bondungsschicht zu bilden, die im vorliegenden Text als eine kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 bezeichnet wird. Das Bondungsmaterial der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 kann Siliziumoxid, ein Polymermaterial oder ein dielektrisches Klebematerial umfassen. In einer Ausführungsform kann die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 das gleiche Bondungsmaterial umfassen wie die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62. In einer Ausführungsform kann die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 Siliziumoxid umfassen und kann eine Dicke im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm aufweisen, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. Die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 kann konform oder nicht-konform abgeschieden werden. Zum Beispiel kann die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 undotiertes Silikatglas umfassen, das durch Zersetzung von Tetraethylorthosilikat entsteht. Die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 kann über der obersten (nicht-ausgesparten) Fläche und der ausgesparten Fläche des Kappensubstrats 70 gebildet werden.
  • Wie in 2C zu sehen, kann eine Photoresistschicht 78 auf die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 aufgebracht werden und kann lithografisch so strukturiert werden, dass eine Anordnung von Öffnungen 73 durch sie hindurch gebildet wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung von Öffnungen 73 in der Photoresistschicht 78 ein periodisches Linien- und Raummuster aufweisen, kann zwei periodische Linien- und Raummuster aufweisen, die sich schneiden, um Kreuzungspunkte zu bilden, oder kann als eine zweidimensionale periodische Anordnung diskreter Öffnungen ausgebildet werden. Wenn sich zwei periodische Linien- und Raummuster schneiden, so können die Linienmuster in der Längsrichtung zwischen einem ersten periodischen Linien- und Raummuster und einem zweiten periodischen Linien- und Raummuster senkrecht zueinander verlaufen. Die Breite jeder Öffnung kann in einem Bereich von 30 nm bis 600 nm liegen, und die Breite jedes Raumes kann in einem Bereich von 30 nm bis 1.200 nm liegen, obgleich auch kleinere und größere Abmessungen verwendet werden können. Ein Ätzprozess, wie zum Beispiel ein erster anisotroper Ätzprozess, kann ausgeführt werden, um die Struktur in der Photoresistschicht 78 durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 hindurch zu transferieren.
  • Wie in den 2D, 2E, 2F und 2G zu sehen, kann die Struktur der Öffnungen 73 in der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht durch einen zweiten anisotropen Ätzprozess in einen darunter liegenden Abschnitt des Kappensubstrats 70 hinein transferieren werden. Der zweite anisotrope Ätzprozess kann die Photoresistschicht 78 als eine Ätzmaskenschicht verwenden. In einer Ausführungsform kann die Photoresistschicht 78 während des zweiten anisotropen Ätzprozesses aufgezehrt werden, und die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 kann als eine Ätzmaskenschicht verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Photoresistschicht 78 zum Beispiel durch Ashing entfernt werden, und die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 kann als eine Ätzmaskenschicht verwendet werden. Eine Anordnung von Gräben 75 kann unter der Anordnung von Öffnungen durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 hindurch gebildet werden. Die Gräben 75 können unterhalb der Öffnungen durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 hindurch gebildet werden und replizieren die Struktur der Öffnungen in der kappenseitigen dielektrische Bondungsschicht 72. Die Tiefe der Gräben 75, zwischen der Oberseite der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 in der ersten Aussparungsregion 71a und den untersten Flächen der Gräben 75 gemessen, kann in einem Bereich von 200 nm bis 4.000 nm liegen. Die Tiefe der Gräben 75 kann optimiert werden, um eine Ausgewogenheit zwischen Herstellungskosten und Entgasungskapazität zu schaffen. Wenn beispielsweise die Tiefe der Gräben 75 4.000 nm übersteigt, so kann sich die Dauer des anisotropen Ätzprozesses erheblich verlängern, und die Verarbeitungskosten des anisotropen Ätzschrittes können unwirtschaftlich hoch werden. Wenn die Tiefe der Gräben 75 weniger als 200 nm beträgt, so reicht das Volumen eines Ausgasungsmaterials, das in den Gräben 75 angeordnet werden kann, möglicherweise nicht aus, um eine ausreichende Ausgasung zu gewährleisten, und der Druck innerhalb eines Hohlraums kann selbst nach der Ausgasung inakzeptabel niedrig sein.
  • Die Gräben 75 können sich durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 hindurch in das Kappensubstrat 70 innerhalb der ersten Aussparungsregion 71a hinein erstrecken. Die Gräben 75 können als eine eindimensionales Anordnung, wie in 2F veranschaulicht, oder als eine zweidimensionales Anordnung, wie in 2G veranschaulicht, gebildet werden. Eine Struktureinheit (wie zum Beispiel eine Struktur eines einzelnen Grabens 75) wird in einer einzigen Richtung in einer eindimensionalen Anordnung wiederholt, und eine Struktureinheit (wie zum Beispiel eine Struktur eines Kreuzungspunktes, an dem sich zwei senkrechte Gräben 75 schneiden) wird in zwei Richtungen in einer zweidimensionalen Anordnung wiederholt.
  • Wie in den 2H, 2I, 2J und 2K zu sehen, kann eine Höcker enthaltende Materialschicht 82 durch einen nicht-konformen Abscheidungsprozess abgeschieden werden. Die Höcker enthaltende Materialschicht 82 weist eine Reihe von Höckern auf, wie im Folgenden noch beschrieben wird. Die Höcker enthaltende Materialschicht 82 kann ein Puffermaterial umfassen, das mindestens eines von einem Halbleitermaterial und einem ausgasenden dielektrischen Material umfasst. Das Puffermaterial kann aus einem Halbleitermaterial bestehen, kann aus einem ausgasenden dielektrischen Material bestehen, oder kann eine Kombination aus einem Halbleitermaterial und einem ausgasenden dielektrischen Material umfassen. In einer Ausführungsform kann die Höcker enthaltende Materialschicht 82 amorphes Silizium umfassen und/oder im Wesentlichen aus amorphem Silizium bestehen, das undotiertes amorphes Silizium oder dotiertes amorphes Silizium sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Höcker enthaltende Materialschicht 82 ein ausgasendes Dielektrikum umfassen und/oder im Wesentlichen aus einem solchen bestehen. Das ausgasende dielektrische Material kann undotiertes Silikatglas, ein dotiertes Silikatglas oder Kombinationen davon umfassen. Falls die Höcker enthaltende Materialschicht 82 ein ausgasendes dielektrisches Material umfasst, so kann während der Abscheidung der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 ein Gas in der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 eingeschlossen werden und kann anschließend in einen Vakuumhohlraum freigesetzt werden (wie zum Beispiel einen ersten Hohlraum, der anschließend zu bilden ist, um das erste bewegliche Element 10a, das in 1I veranschaulicht ist, aufzunehmen). In einem veranschaulichenden Beispiel kann die Höcker enthaltende Materialschicht 82 undotiertes Silikatglas umfassen, das durch Plasmazersetzung von Tetraethylorthosilikat gebildet wird. Alternativ kann die Höcker enthaltende Materialschicht 82 Siliziumoxynitrid oder andere geeignete dielektrische Ausgasungsmaterialien umfassen. In einer Ausführungsform kann die Höcker enthaltende Materialschicht 82 bei einer Temperatur von nicht mehr als etwa 500 Grad Celsius abgeschieden werden. Zum Beispiel kann die Höcker enthaltende Materialschicht 82 in einem plasmaverstärkten chemischen Aufdampfungsprozess (PECVD-Prozess) abgeschieden werden. Die Abscheidungstemperatur kann in einem Bereich von etwa 300 Grad Celsius bis etwa 500 Grad Celsius liegen, und Silan, Disilan, Tetraethylorthosilikat oder andere geeignete Vorläufergase für das Puffermaterial können in einer Plasma-Umgebung zersetzt werden. Die Dicke der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 auf einer flachen horizontalen Fläche kann in einem Bereich von 30 nm bis 600 nm liegen, zum Beispiel von 60 nm bis 300 nm. Allgemein kann die Dicke der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 größer als die Hälfte der Breite der Gräben 75 sein und wird so gewählt, dass eine topografische Abweichung (Höcker), die durch die Bildung von Versiegelungen über den Gräben 75 verursacht wird, erhalten bleibt. In diesem Fall kann die Dicke der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 geringer sein als die Breite der Gräben 75. Falls die Gräben 75 eine Breite im Bereich von 60 nm bis 600 nm aufweisen, so kann die Dicke der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 größer sein als die Hälfte der Breite der Gräben 75 (wie zum Beispiel größer als 30 nm) und kann kleiner sein als die vierfache Breite der Gräben 75 (zum Beispiel weniger als 600 nm).
  • Die Höcker enthaltende Materialschicht 82 kann über der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 gebildet werden. Die nicht-konforme Natur des Abscheidungsprozesses, der die Höcker enthaltende Materialschicht 82 bildet, induziert die Bildung von Leerstellen 79 innerhalb der Gräben 75. Insbesondere kann der nicht-konforme Abscheidungsprozess das Puffermaterial der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 an Seitenwänden der Gräben 75 so abscheiden, dass die Seitenwände der Gräben 75 mit dem Puffermaterial ausgekleidet werden. Da sich das Puffermaterial der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 während des nicht-konformen Abscheidungsprozesses an oberen Rändern der Gräben 75 mit einer höheren Abscheidungsrate ansammelt als am Boden der Gräben 75, kommt es am oberen Ende jedes Grabens 75 zu einem Abquetschen. Somit bildet der nicht-konforme Abscheidungsprozess die Leerstellen 79 in den Volumen der Gräben 75, die nicht mit dem Puffermaterial gefüllt werden.
  • Des Weiteren bewirkt das Abquetschen des abgeschiedenen Puffermaterials an obersten Abschnitten der Gräben 75 ein lokales Anheben der Oberseite der Höcker enthaltenden Materialschicht 82, wodurch Hügel oder Höcker entstehen. Somit bilden Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht 82, die über den Gräben 75 liegen, eine Anordnung von nach oben ragenden Höckern 82B. Allgemein kann die Höcker enthaltende Materialschicht 82 durch einen nicht-konformen Abscheidungsprozess gebildet werden, der jeden der nach oben ragenden Höcker 82B mit einem vertikalen Querschnittsprofil eines Hügels bildet. Jeder der nach oben ragenden Höcker 82B liegt über einer jeweiligen der Leerstellen 79. Die vertikale Distanz zwischen den obersten Flächen der nach oben ragenden Höcker 82B und der horizontalen Ebene, welche die Grenzfläche zwischen der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 und dem sich horizontal erstreckenden Abschnitt der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 enthält, kann in einem Bereich von 105 % bis 150 % der Dicke des sich horizontal erstreckenden Abschnitts der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 liegen, zum Beispiel von 31,5 nm bis 900 nm.
  • In einer Ausführungsform können die nach oben ragenden Höcker 82B ein vertikales Querschnittsprofil eines Hügels aufweisen. Die erste Vorrichtungsregion 201 des Kappensubstrats 70 kann eine vertikal ausgesparte horizontale Fläche aufweisen, die von einer obersten horizontalen Fläche des Kappensubstrats 70 vertikal nach oben versetzt ist. Die Gräben 75 erstrecken sich von der vertikal ausgesparten horizontalen Fläche des Kappensubstrat 70 vertikal nach unten in das Kappensubstrat 70 und liegen unter einem jeweiligen der nach oben ragenden Höcker 82B. Die Leerstellen 79 innerhalb der Gräben 75 brauchen keinerlei Material in fester Phase oder in flüssiger Phase zu enthalten. Die Leerstellen 79 können innerhalb von Seitenwänden der Gräben 75 enthalten sein und können unter einem jeweiligen nach oben ragenden Höcker 82B liegen. Die Flächen der Gräben 75 können mit dem Puffermaterial der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 ausgekleidet werden. Jede der Leerstellen 79 umfasst einen gekapselten Hohlraum, der durch eine jeweilige durchgehende Fläche des Puffermaterials der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 ohne ein dort hindurch verlaufendes Loch definiert ist.
  • Wie in 2L zu sehen, kann der oberste horizontale Abschnitt der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 von oberhalb der horizontalen Oberseite der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 entfernt werden. Zum Beispiel kann ein chemischmechanischer Planarisierungsprozess ausgeführt werden, um die horizontalen Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 zu entfernen, die über der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 liegt. Ein verbleibender Abschnitt der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 kann seitlich innerhalb des Umfangsrandes der ersten Aussparungsregion 71a umgrenzt sein.
  • Wie in 2M zu sehen, kann eine erste Ätzmaskenschicht 92 über der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 und der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 gebildet werden. Die erste Ätzmaskenschicht 92 kann ein Hartmaskenmaterial wie zum Beispiel Siliziumnitrid oder ein dielektrisches Metalloxid umfassen. Die erste Ätzmaskenschicht 92 kann so strukturiert werden, dass eine Öffnung innerhalb der zweiten Vorrichtungsregion 202 gebildet wird. Ein Ätzprozess, wie zum Beispiel ein isotroper Ätzprozess oder ein anisotroper Ätzprozess, kann ausgeführt werden, um durch den physisch freiliegenden Abschnitt der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 hindurch zu ätzen, die unter der Öffnung in der ersten Ätzmaskenschicht 92 liegt. Somit kann durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 in der zweiten Vorrichtungsregion 92 hindurch eine Öffnung 91 gebildet werden.
  • Wie in 2N zu sehen, kann eine zweite Ätzmaskenschicht 93 gebildet werden, die einen Bruchteil der Fläche der Öffnung 91 bedeckt, die durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 hindurch verläuft. Die zweite Ätzmaskenschicht 93 kann eine strukturierte Hartmaskenschicht sein oder kann eine strukturierte Weichmaskenschicht (zum Beispiel eine strukturierte Photoresistschicht) sein. In einer Ausführungsform kann die zweite Ätzmaskenschicht 93 eine mittlere Region der Öffnung in der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 in der zweiten Vorrichtungsregion 202 bedecken. Nichtmaskierte Abschnitte des Kappensubstrats 70, die nicht durch die erste Ätzmaskenschicht 92 oder durch die zweite Ätzmaskenschicht 93 bedeckt sind, können durch einen anisotropen Ätzprozess vertikal ausgespart werden, um eine Aussparungsregion zu bilden, die im vorliegenden Text als eine in Verarbeitung befindliche Aussparungsregion 81 bezeichnet wird. Ein „in Verarbeitung befindliches“ Element meint ein Element, das später noch modifiziert wird. Die zweite Ätzmaskenschicht 93 kann anschließend selektiv zur ersten Ätzmaskenschicht 92 entfernt werden.
  • Wie in 20 zu sehen, kann ein anisotroper Ätzprozess ausgeführt werden, um Abschnitte des Kappensubstrats 70 vertikal auszusparen, die nicht durch die erste Ätzmaskenschicht 92 maskiert sind. Eine zweite Aussparungsregion 71b kann innerhalb des Bereich der Öffnung 91 durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 hindurch gebildet werden. Die erste Ätzmaskenschicht 92 kann anschließend selektiv zu der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 und zu der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 entfernt werden.
  • Die zweite Aussparungsregion 71b, falls vorhanden, ist eine zusätzliche Aussparungsregion, die neben der ersten Aussparungsregion 71a gebildet werden kann. Die zweite Aussparungsregion 71b umfasst einen zusätzlichen, nach oben ragenden Höcker, der von einer ausgesparten Fläche der zweiten Aussparungsregion 71b nach oben ragt. Die Aussparungsfläche der zweiten Aussparungsregion 71b kann sich innerhalb des Bereichs der in Bearbeitung befindlichen Aussparungsregion 81 befinden, und der zusätzliche nach oben ragende Höcker kann seitlich durch den Bereich der ausgesparten Fläche der zweiten Aussparungsregion 71b umgeben sein. In einer Ausführungsform umfasst eine Oberseite des zusätzlichen, nach oben ragenden Höckers eine planare horizontale Fläche des Kappensubstrats 70, die vertikal von einer obersten Fläche des Kappensubstrats 70 ausgespart ist. Die Aussparungstiefe der Oberseite des zusätzlichen, nach oben ragenden Höckers kann die vertikale Ätzdistanz des anisotropen Ätzprozesses bei den Verarbeitungsschritten von 20 sein. Nach dem Bilden einer Kammer nach dem Bonden mit der MEMS-Baugruppe von 1I kann die Oberseite des zusätzlichen nach oben ragenden Höckers als eine Kappenfläche fungieren, welche die vertikale Bewegung eines beweglichen Elements wie zum Beispiel des zweiten beweglichen Elements 10b in 1I stoppt. Die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 kann sich über die oberste Fläche des Kappensubstrats 72 erstrecken.
  • Wie in 3 zu sehen, kann die erste beispielhafte Struktur von 20 an die MEMS-Baugruppe von 1I gebondet werden, um eine erste beispielhafte Vorrichtung 300 mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) zu bilden. In dieser veranschaulichten Ausführungsform kann das Kappensubstrat 70 so an die Matrixschicht 10 gebondet werden, dass die Vorderseite (das heißt die Oberseite, wie in 20 veranschaulicht) des Kappensubstrats 70 der Matrixschicht 10 zugewandt ist (wobei das in 20 veranschaulichte Kappensubstrat 70 praktisch auf den Kopf gestellt wird). In einer Ausführungsform kann das Bonden des Kappensubstrats 70 an die Matrixschicht 10 durch Bonden der matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht 62 an die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 erreicht werden. Die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 kann sich auf der Oberseite der Matrixschicht 10 befinden. Die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 erstreckt sich unter einer Unterseite des Kappensubstrats 70 und kann an die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 gebondet werden.
  • Eine erste Kammer 109, die ein erstes bewegliches Element 10a aufweist, kann durch die Matrixschicht 10 und das Kappensubstrat 70 gebildet werden. Die erste Kammer 109 umfasst ein erstes Kopfvolumen 57a, das über dem ersten beweglichen Element 10a liegt. Eine Oberfläche der Anordnung von nach oben ragenden Höckern 82B, wie sie in den Verarbeitungsschritten der 2H - 2K gebildet werden, stellt eine erste Kappenfläche über dem ersten beweglichen Element 10a innerhalb der ersten Kammer 109 dar. Weil das Kappensubstrat 70 in den Verarbeitungsschritten von 3 auf dem Kopf steht, wird die Anordnung von nach oben ragenden Höckern 82B, wie sie in den Verarbeitungsschritten von 2H - 2K gebildet werden, zu einer Anordnung von nach unten ragenden Höckern innerhalb der ersten beispielhaften MEMS-Vorrichtung 300 von 3. Die erste Kammer 109 kann seitlich durch die Matrixschicht 10 begrenzt werden und kann vertikal durch die erste Kappenfläche, die über dem ersten beweglichen Element 10a liegt, begrenzt werden. Die erste Kappenfläche umfasst eine Anordnung von nach unten ragenden Höckern 82B, die jeweilige Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 enthält. Die vertikal ausgesparte horizontale Fläche innerhalb der ersten Vorrichtungsregion 201 wird zu einer vertikal erhöhten horizontalen Fläche 70S. Die nach oben ragenden Höcker 82B werden zu nach unten ragenden Höckern 82B. Die Gräben 75 werden zu umgekehrten Gräben 75. Eine erste MEMS-Vorrichtung 100 enthält das erste bewegliche Element 10a, die erste Kammer 109 und die erste Kappenfläche. Die erste MEMS-Vorrichtung 100 kann einen Beschleunigungsmesser bilden.
  • Eine zweite Kammer 209, die ein zweites bewegliches Element 10b enthält, kann durch Ausrichten der zweiten Aussparungsregion 202 des Kappensubstrats 70 über dem zweiten beweglichen Element 10b während des Bondens des Kappensubstrats 70 an die Matrixschicht 10 gebildet werden. Die zweite Kammer 209 kann ein zweites Kopfvolumen 57b umfassen, das über dem zweiten beweglichen Element 10b liegt. Die zweite Kammer 209 kann vertikal durch eine zweite Kappenfläche begrenzt werden, die über dem zweiten beweglichen Element 10b liegt. Die zweite Kappenfläche kann die planare horizontale Fläche des Kappensubstrats 70 umfassen, die sich innerhalb der zweiten Aussparungsregion 71b befindet. Die zweite Kammer 209 kann vertikal durch die zweite Kappenfläche begrenzt werden, die über dem zweiten beweglichen Element 10b liegt. Eine zweite MEMS-Vorrichtung 200 enthält das zweite bewegliche Element 10b, die zweite Kammer 209 und die zweite Kappenfläche. Die MEMS-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann eine MEMS-Verbundvorrichtung sein, die die erste MEMS-Vorrichtung 100 (die einen Beschleunigungsmesser enthalten kann) und die zweite MEMS-Vorrichtung 200 (die ein Gyroskop umfassen kann) aufweist.
  • Wie in 4A zu sehen, enthält eine zweite beispielhafte Struktur zum Bilden einer Kappenstruktur ein Kappensubstrat 70, das das gleiche sein kann wie das Kappensubstrat 70 von 2A. Auf der Oberseite des Kappensubstrats 70 kann eine strukturierte Hartmaskenschicht 182 gebildet werden. Die strukturierte Hartmaskenschicht 182 kann durch Abscheiden eines Hartmaskenmaterials wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid und/oder eines dielektrischen Metalloxids sowie durch Strukturieren des abgeschiedenen Hartmaskenmaterials gebildet werden. Das abgeschiedene Hartmaskenmaterial kann zum Beispiel durch Aufbringen und Strukturieren einer Photoresistschicht und durch Transferieren der Struktur in der Photoresistschicht (nicht gezeigt) durch das abgeschiedene Hartmaskenmaterial hindurch mittels eines Ätzprozesses strukturiert werden, der das abgeschiedene Hartmaskenmaterial selektiv zu dem Material des Kappensubstrats 70 ätzt. Zum Beispiel kann ein anisotroper Ätzprozess ausgeführt werden, um die Struktur in der Photoresistschicht durch das abgeschiedene Hartmaskenmaterial hindurch zu transferieren. Die Photoresistschicht kann anschließend zum Beispiel durch Ashing entfernt werden.
  • Die Öffnungen in der strukturierten Hartmaskenschicht 182 können eine erste Öffnung umfassen, die in einer ersten Vorrichtungsregion 201 gebildet wird, und eine zweite Öffnung, die in einer zweiten Vorrichtungsregion 202 gebildet wird. Die erste Vorrichtungsregion 201 des Kappensubstrats 70 kann eine spiegelbildliche Form der ersten Vorrichtungsregion 101 der MEMS-Baugruppe von 1I aufweisen, und die zweite Vorrichtungsregion 202 des Kappensubstrats 70 kann eine spiegelbildliche Form der zweiten Vorrichtungsregion 102 der zweiten Vorrichtungsregion 102 der MEMS-Baugruppe von 1I aufweisen.
  • Wie in 4B zu sehen, kann eine strukturierte Ätzmaskenschicht 95 über der strukturierten Hartmaskenschicht 182 und über der Vorderseite des Kappensubstrats 70 gebildet werden. Die strukturierte Ätzmaskenschicht 95 kann eine strukturierte Weichmaskenschicht sein (zum Beispiel eine strukturierte Photoresistschicht). In einer Ausführungsform kann die strukturierte Ätzmaskenschicht 95 eine Anordnung von Öffnungen 73 in der ersten Vorrichtungsregion 201 und eine Öffnung innerhalb des Bereichs der Öffnung in der strukturierten Hartmaskenschicht 182 in der zweiten Vorrichtungsregion 202 aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung von Öffnungen 73 in der strukturierten Ätzmaskenschicht 95 innerhalb der ersten Vorrichtungsregion 201 ein periodisches Linien- und Raummuster aufweisen, kann zwei periodische Linien- und Raummuster aufweisen, die sich schneiden, um Kreuzungspunkte zu bilden, oder kann als eine zweidimensionale periodische Anordnung diskreter Öffnungen ausgebildet werden. Wenn sich zwei periodische Linien- und Raummuster schneiden, so können die Linienmuster in der Längsrichtung zwischen einem ersten periodischen Linien- und Raummuster und einem zweiten periodischen Linien- und Raummuster senkrecht zueinander verlaufen. Die Breite jeder Öffnung 73 kann in einem Bereich von 30 nm bis 600 nm liegen, und die Breite jedes Raumes kann in einem Bereich von 30 nm bis 1.200 nm liegen, obgleich auch kleinere und größere Abmessungen verwendet werden können. Die strukturierte Hartmaskenschicht 95 kann eine mittlere Region der Öffnung in der strukturierten Hartmaskenschicht 182 in der zweiten Vorrichtungsregion 202 bedecken.
  • Wie in 4C zu sehen, kann in einer Ausführungsform ein erster anisotroper Ätzprozess ausgeführt werden, um Abschnitte des Kappensubstrats 70 zu ätzen, die nicht durch die Kombination der strukturierten Ätzmaskenschicht 95 und der strukturierten Hartmaskenschicht 182 maskiert sind. Eine Anordnung von ersten Gräben 75a kann unter der Anordnung von Öffnungen in der strukturierten Ätzmaskenschicht 95 gebildet werden. Die Tiefe der ersten Gräben 75a, zwischen der Oberseite des Kappensubstrats 70 und den untersten Flächen der ersten Gräben 75a gemessen, kann in einem Bereich von 200 nm bis 4.000 nm liegen, obgleich auch kleinere und größere Tiefen verwendet werden können. Die Tiefe der ersten Gräben 75a kann optimiert werden, um eine Ausgewogenheit zwischen Herstellungskosten und Entgasungskapazität zu schaffen. Wenn beispielsweise die Tiefe der ersten Gräben 75a 4.000 nm übersteigt, so kann sich die Dauer des anisotropen Ätzprozesses erheblich verlängern, und die Verarbeitungskosten des anisotropen Ätzschrittes können unwirtschaftlich hoch werden. Wenn die Tiefe der ersten Gräben 75a weniger als 200 nm beträgt, so reicht das Volumen eines Ausgasungsmaterials, das in den ersten Gräben 75a angeordnet werden kann, möglicherweise nicht aus, um eine ausreichende Ausgasung zu gewährleisten, und der Druck innerhalb eines Hohlraums kann selbst nach der Ausgasung inakzeptabel niedrig sein. Die ersten Gräben 75a können als eine eindimensionale Anordnung oder als eine zweidimensionale Anordnung gebildet werden. Eine Struktureinheit (wie zum Beispiel eine Struktur eines einzelnen ersten Grabens 75) kann in einer einzigen Richtung in Ausführungsformen wiederholt werden, die eine eindimensionale Anordnung implementieren, und ein Struktureinheit (wie zum Beispiel eine Struktur eines Kreuzungspunktes, an dem sich zwei senkrechte erste Gräben schneiden) wird in zwei Richtungen in Ausführungsformen wiederholt, die ein zweidimensionale Anordnung implementieren.
  • Nicht-maskierte Abschnitte des Kappensubstrats 70, die nicht durch die Kombination der strukturierten Ätzmaskenschicht 95 und der strukturierten Hartmaskenschicht 182 in der zweiten Vorrichtungsregion 202 bedeckt sind, können durch den ersten anisotropen Ätzprozess vertikal ausgespart werden, um eine Aussparungsregion zu bilden, die im vorliegenden Text als eine in Verarbeitung befindliche Aussparungsregion 81 bezeichnet wird. Die strukturierte Ätzmaskenschicht 95 kann anschließend selektiv zu der strukturierten Hartmaskenschicht 182 entfernt werden.
  • Wie in 4D zu sehen, kann ein zweiter anisotroper Ätzprozess unter Verwendung der strukturierten Hartmaskenschicht 182 als eine Ätzmaske ausgeführt werden. Eine Region des Kappensubstrats 70, die die ersten Gräben 75a enthält, kann durch den zweiten anisotropen Ätzprozess anisotrop geätzt und vertikal ausgespart werden, um eine erste Aussparungsregion 71a zu bilden. Die ersten Gräben 75a können während des zweiten anisotropen Ätzprozesses weiter geätzt werden, um zweite Gräben 75b zu bilden, die sich von der ausgesparten horizontalen Fläche der ersten Aussparungsregion 71a nach unten erstrecken. Die zweiten Gräben 75b replizieren die Struktur der ersten Gräben 75a und erstrecken sich von der ausgesparten horizontalen Fläche in der ersten Vorrichtungsregion 201 vertikal nach unten. Die Tiefe der zweiten Gräben 75b kann in einem Bereich von 200 nm bis 4.000 nm liegen, obgleich auch kleinere und größere Tiefen verwendet werden können.
  • Der zweite anisotrope Ätzprozess spart vertikal einen Abschnitt des Kappensubstrats 70 in der zweiten Vorrichtungsregion 202 aus, der nicht durch die strukturierte Hartmaskenschicht 182 maskiert ist. Eine zweite Aussparungsregion 71b kann innerhalb des Bereichs einer Öffnung durch die strukturierte Hartmaskenschicht 182 hindurch gebildet werden, die über der in Verarbeitung befindlichen Aussparungsregion 81 liegt. Die zweite Aussparungsregion 71b, falls vorhanden, ist eine zusätzliche Aussparungsregion, die neben der ersten Aussparungsregion 71a gebildet wird. Die zweite Aussparungsregion 71b umfasst einen nach oben ragenden Höcker, der von einer ausgesparten Fläche der zweiten Aussparungsregion 71b nach oben ragt. Der nach oben ragende Höcker kann seitlich durch den Bereich der ausgesparten Fläche der zweiten Aussparungsregion 71b umgeben sein. Die Aussparungstiefe der Oberseite des nach oben ragenden Höckers kann die vertikale Ätzdistanz des zweiten anisotropen Ätzprozesses sein. Die strukturierte Hartmaskenschicht 182 kann anschließend selektiv zu dem Kappensubstrat 70 zum Beispiel durch einen Nassätzprozess entfernt werden.
  • Wie in den 4E, 4F, 4G und 4H zu sehen, kann eine Höcker enthaltende Materialschicht 192 durch einen nicht-konformen Abscheidungsprozess abgeschieden werden. Die Höcker enthaltende Materialschicht 192 umfasst ein Bondungsmaterial, das Siliziumoxid, ein Polymermaterial oder ein dielektrisches Klebematerial umfassen kann. In einer Ausführungsform kann die Höcker enthaltende Materialschicht 192 das gleiche Bondungsmaterial umfassen wie die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62. In einer Ausführungsform kann die Höcker enthaltende Materialschicht 192 Siliziumoxid umfassen und hat eine vertikale Dicke im Bereich von 30 nm bis 300 nm, zum Beispiel von 60 nm bis 150 nm, obgleich auch kleinere und größere Dicken verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Höcker enthaltende Materialschicht 192 undotiertes Silikatglas umfassen, das durch Zersetzung von Tetraethylorthosilikat in einem plasmaverstärkten chemischen Aufdampfungsprozess (PECVD-Prozess), der ein nicht-konformer Abscheidungsprozess ist, gebildet wird. Die Höcker enthaltende Materialschicht 192 kann auf allen physisch freiliegenden Flächen des Kappensubstrats 70 gebildet werden, die sich auf der Vorderseite des Kappensubstrats 70 befinden.
  • Die nicht-konforme Natur des Abscheidungsprozesses, der die Höcker enthaltende Materialschicht 192 bildet, kann die Bildung von Leerstellen 79 innerhalb der zweiten Gräben 75b induzieren. Insbesondere kann der nicht-konforme Abscheidungsprozess das dielektrische Material der Höcker enthaltenden Materialschicht 192 an Seitenwänden der zweiten Gräben 75b so abscheiden, dass Seitenwände der zweiten Gräben 75b mit dem dielektrischen Material ausgekleidet werden. Da sich das dielektrische Material der Höcker enthaltenden Materialschicht 192 während des nicht-konformen Abscheidungsprozesses an oberen Rändern der zweiten Gräben 75b mit einer höheren Abscheidungsrate ansammelt als am Boden der zweiten Gräben 75b, kommt es am oberen Ende jedes zweiten Grabens 75b zu einem Abquetschen. Somit bildet der nicht-konforme Abscheidungsprozess die Leerstellen 79 in den Volumen der zweiten Gräben 75b, die nicht mit dem dielektrischen Material gefüllt werden.
  • Des Weiteren bewirkt das Abquetschen des abgeschiedenen dielektrischen Materials an obersten Abschnitten der Gräben 75b ein lokales Anheben der Oberseite der Höcker enthaltenden Materialschicht 192, wodurch Hügel oder Höcker entstehen. Somit bilden Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht 192, die über den zweiten Gräben 75b liegen, eine Anordnung von nach oben ragenden Höckern 192B. Allgemein kann die Höcker enthaltende Materialschicht 192 durch einen nicht-konformen Abscheidungsprozess gebildet werden, der jeden der nach oben ragenden Höcker 192B mit einem vertikalen Querschnittsprofil eines Hügels bildet. Jeder der nach oben ragenden Höcker 192B liegt über einer jeweiligen der Leerstellen 79.
  • In einer Ausführungsform können die nach oben ragenden Höcker 192B ein vertikales Querschnittsprofil eines Hügels aufweisen. Die erste Vorrichtungsregion 201 des Kappensubstrats 70 kann eine vertikal ausgesparte horizontale Fläche aufweisen, die von einer obersten horizontalen Fläche des Kappensubstrats 70 vertikal nach oben versetzt ist. Die Gräben 75 erstrecken sich von der vertikal ausgesparten horizontalen Fläche des Kappensubstrat 70 vertikal nach unten in das Kappensubstrat 70 und liegen unter einem jeweiligen der nach oben ragenden Höcker 192B. Die Leerstellen 79 innerhalb der zweiten Gräben 75b brauchen keinerlei Material in fester Phase oder in flüssiger Phase zu enthalten. Die Leerstellen 79 können innerhalb von Seitenwänden der zweiten Gräben 75b enthalten sein und können unter einem jeweiligen nach oben ragenden Höcker 192B liegen. Die Flächen der zweiten Gräben 75b können mit dem dielektrischen Material der Höcker enthaltenden Materialschicht 192 ausgekleidet werden. Jede der Leerstellen 79 umfasst einen gekapselten Hohlraum, der durch eine jeweilige durchgehende Fläche des dielektrischen Materials der Höcker enthaltenden Materialschicht 192 ohne ein dort hindurch verlaufendes Loch definiert ist.
  • Wie in 5 zu sehen, kann die zweite beispielhafte Struktur der 4E - 4H an die MEMS-Baugruppe von 1I gebondet werden, um eine zweite beispielhafte Vorrichtung 400 mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) zu bilden. In diesem Fall kann das Kappensubstrat 70 so an die Matrixschicht 10 gebondet werden, dass die Vorderseite (das heißt die Oberseite, wie in 4E veranschaulicht) des Kappensubstrats 70 der Matrixschicht 10 zugewandt ist. In einer Ausführungsform kann das Bonden des Kappensubstrats 70 an die Matrixschicht 10 durch Bonden der matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht 62 an die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 192 erreicht werden. Die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 kann sich auf der Oberseite der Matrixschicht 10 befinden. Die Höcker enthaltende Materialschicht 192 erstreckt sich unter einer Unterseite des Kappensubstrats 70 und kann an die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 gebondet werden.
  • Eine erste Kammer 109, die ein erstes bewegliches Element 10a aufweist, kann durch die Matrixschicht 10 und das Kappensubstrat 70 gebildet werden. Die erste Kammer 109 umfasst ein erstes Kopfvolumen 57a, das über dem ersten beweglichen Element 10a liegt. Eine Oberfläche der Anordnung von nach oben ragenden Höckern 82B, wie sie in den Verarbeitungsschritten der 4E - 4H gebildet werden, stellt eine erste Kappenfläche über dem ersten beweglichen Element 10a innerhalb der ersten Kammer 109 dar. Weil das Kappensubstrat 70 in den Verarbeitungsschritten von 5 auf dem Kopf steht, wird die Anordnung von nach oben ragenden Höckern 192B, wie sie in den Verarbeitungsschritten der 4E - 4H gebildet werden, zu einer Anordnung von nach unten ragenden Höckern innerhalb der zweiten beispielhaften MEMS-Vorrichtung 400 von 5. Die erste Kammer 109 kann seitlich durch die Matrixschicht 10 begrenzt werden und kann vertikal durch die erste Kappenfläche, die über dem ersten beweglichen Element 10a liegt, begrenzt werden. Die erste Kappenfläche umfasst eine Anordnung von nach unten ragenden Höckern 192B, die jeweilige Abschnitte einer dielektrischen Materialschicht, die die Höcker enthaltende Materialschicht 192 sein kann, enthalten. Die vertikal ausgesparte horizontale Fläche innerhalb der ersten Vorrichtungsregion 201 wird zu einer vertikal erhöhten horizontalen Fläche 70S. Die nach oben ragenden Höcker 192B werden zu nach unten ragenden Höckern 192B. Die zweiten Gräben 75b werden zu umgekehrten Gräben 75b. Eine erste MEMS-Vorrichtung 100 enthält das erste bewegliche Element 10a, die erste Kammer 109 und die erste Kappenfläche.
  • Eine zweite Kammer 209, die ein zweites bewegliches Element 10b enthält, kann durch Ausrichten der zweiten Aussparungsregion 202 des Kappensubstrats 70 über dem zweiten beweglichen Element 10b während des Bondens des Kappensubstrats 70 an die Matrixschicht 10 gebildet werden. Die zweite Kammer 209 umfasst ein zweites Kopfvolumen 57b, das über dem zweiten beweglichen Element 10b liegt. Die zweite Kammer 209 kann vertikal durch eine zweite Kappenfläche begrenzt werden, die über dem zweiten beweglichen Element 10b liegt. Die zweite Kappenfläche kann eine flache (horizontale) Unterseite der Höcker enthaltenden Materialschicht 192 umfassen, die sich innerhalb der zweiten Aussparungsregion 71b befindet und von einer untersten Fläche des Kappensubstrats 70 vertikal nach oben versetzt ist. Die zweite Kammer 209 kann vertikal durch die zweite Kappenfläche begrenzt werden, die über dem zweiten beweglichen Element 10b liegt. Eine zweite MEMS-Vorrichtung 200 enthält das zweite bewegliche Element 10b, die zweite Kammer 209 und die zweite Kappenfläche. Die MEMS-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann eine MEMS-Verbundvorrichtung 400 sein, die die erste MEMS-Vorrichtung 100 (die einen Beschleunigungsmesser enthalten kann) und die zweite MEMS-Vorrichtung 200 (die ein Gyroskop umfassen kann) aufweist.
  • 6 ist ein Prozessflussdiagramm, das die Operationen eines Verfahrens 600 zum Bilden einer MEMS-Vorrichtung 300 veranschaulicht. Die MEMS-Vorrichtung 300 kann eine erste MEMS-Vorrichtung 100 und/oder eine zweite MEMS-Vorrichtung 200 enthalten und kann optional eine zusätzliche MEMS-Vorrichtung auf demselben MEMS-Substrat 50 enthalten. In Schritt 610 kann mindestens ein bewegliches Element (10a, 10b) innerhalb einer Matrixebene 10, die über dem MEMS-Substrat 50 liegt, gemäß den mit Bezug auf die 1A - 1I veranschaulichten und oben näher beschriebenen Prozessschritten gebildet werden. Das mindestens eine bewegliche Element (10a, 10b) kann zuerst gebildet und anschließend in Bereitschaft gehalten werden oder kann gleichzeitig mit einer, oder nach einer, Kappenstruktur, die in den 2A - 2O veranschaulicht ist, gebildet werden. Obgleich 6 die Bildung der Kappenstruktur in den Schritten 620 - 660 veranschaulicht, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass verschiedene Ausführungsformen die offenbarten Schritte in einer Vielzahl verschiedener Reihenfolgen ausführen können. In Schritt 620 kann eine erste Aussparungsregion 71a auf einer Vorderseite eines Kappensubstrats 70 gebildet werden. In Schritt 630 kann eine kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 über einer obersten Fläche und in der ersten Aussparungsregion 71a des Kappensubstrats 70 gebildet werden. In Schritt 640 können Gräben 75, die sich durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 hindurch in das Kappensubstrat 70 hinein erstrecken, innerhalb des Bereichs der ersten Aussparungsregion gebildet werden. In Schritt 650 kann eine Höcker enthaltende Materialschicht 82 über der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 gebildet werden. Wie oben in Bezug auf die 2A - 2O besprochen, können Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht 82, die über den Gräben 82 liegen, eine Anordnung von nach oben ragenden Höckern 82B bilden. Des Weiteren kann die Höcker enthaltende Materialschicht 82 durch einen nicht-konformen Abscheidungsprozess gebildet werden, der jeden der nach oben ragenden Höcker 82B mit einem vertikalen Querschnittsprofil eines Hügels bildet. In einigen Ausführungsformen kann der nicht-konforme Abscheidungsprozess ein Puffermaterial der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 an Seitenwänden der Gräben 75 so abscheiden, dass Seitenwände der Gräben mit dem Puffermaterial ausgekleidet werden und in den Volumen der Gräben 75 Leerstellen 79 entstehen, die nicht mit dem Puffermaterial gefüllt sind. Jeder der nach oben ragenden Höcker 82B liegt über einer jeweiligen der Leerstellen.
  • In Schritt 660 kann das Kappensubstrat 70 so an die Matrixschicht 10 gebondet werden, dass die Vorderseite des Kappensubstrats 70 der Matrixschicht 10 zugewandt ist, und eine erste Kammer 109, die ein erstes bewegliches Element 10a (das eines der mindestens einen beweglichen Elemente (10a, 10b) ist, wird durch die Matrixschicht 10 und das Kappensubstrat 70 gebildet, wobei eine Fläche der Anordnung von nach oben ragenden Höckern 82B eine erste Kappenfläche innerhalb der ersten Kammer 109 bereitstellt, nachdem sie während des Bondens umgedreht über das erste bewegliche Element 10a gelegt wurde.
  • 7 ist ein Prozessflussdiagramm, das die Operationen eines weiteren Verfahrens 700 zum Bilden einer MEMS-Vorrichtung 400 veranschaulicht. Die MEMS-Vorrichtung 400 kann eine erste MEMS-Vorrichtung 100 und/oder eine zweite MEMS-Vorrichtung 200 enthalten und kann optional eine zusätzliche MEMS-Vorrichtung auf demselben MEMS-Substrat 50 enthalten. In Schritt 610 kann mindestens ein bewegliches Element (zum Beispiel 10a) innerhalb einer Matrixebene 10, die über dem MEMS-Substrat 50 liegt, gemäß den mit Bezug auf die 1A - 1I veranschaulichten und oben näher beschriebenen Prozessschritten gebildet werden. In Schritt 611 kann mindestens ein zweites bewegliches Element (zum Beispiel 10b) innerhalb einer Matrixebene 10, die über dem MEMS-Substrat 50 liegt, gemäß den mit Bezug auf die 1A - 1I veranschaulichten und oben näher beschriebenen Prozessschritten gebildet werden. In Schritt 612 kann eine matrixseitige Bondungsschicht 62 gebildet werden, die sich auf einer Oberseite der Matrixschicht befindet. Das mindestens erste und zweite bewegliche Element (10a, 10b) können zuerst gebildet und anschließend in Bereitschaft gehalten werden oder können gleichzeitig mit einer, oder nach einer, Kappenstruktur gebildet werden.
  • Obgleich 7 die Bildung der Kappenstruktur in den Schritten 710 - 740 veranschaulicht, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass verschiedene Ausführungsformen die offenbarten Schritte in einer Vielzahl verschiedener Reihenfolgen ausführen können. In Schritt 720 können erste Gräben 75a auf einer Vorderseite eines Kappensubstrats 70 gebildet werden. Optional kann in Schritt 720 eine in Verarbeitung befindliche Aussparungsregion 81 gebildet werden. In Schritt 730 kann eine erste Aussparungsregion 71a mit zweiten Gräben 75b, die sich von dort nach unten erstrecken, durch vertikales Aussparen einer Region des Kappensubstrats 70, die die ersten Gräben 75a enthält, gebildet werden. In der ersten Aussparungsregion 71a des Kappensubstrats 70 kann eine ausgesparte horizontale Fläche gebildet werden. Zweite Gräben 75b, die eine Struktur der ersten Gräben 75a replizieren, erstrecken sich von der ausgesparten horizontalen Fläche vertikal nach unten. Optional kann eine zweite Aussparungsregion 71b gebildet werden. In Schritt 740 wird eine Höcker enthaltende Materialschicht 192 über einer obersten Fläche und in der ersten Aussparungsregion 71a des Kappensubstrats 70 gebildet. Wenn die zweite Aussparungsregion 71b bereitgestellt wird, so wird die Höcker enthaltende Materialschicht 192 auf allen Flächen der zweiten Aussparungsregion 71b gebildet. Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht 192, die über den zweiten Gräben 75b liegen, weisen eine Anordnung von nach oben ragenden Höckern 192B auf. In Schritt 750 wird das Kappensubstrat 70 so an die Matrixschicht 10 gebondet, dass die Vorderseite des Kappensubstrats 70 der Matrixschicht 10 zugewandt ist, und eine erste Kammer 109, die ein erstes bewegliches Element 10a enthält, das aus dem mindestens einen beweglichen Element (10a, 10b) ausgewählt ist, wird durch die Matrixschicht 10 und das Kappensubstrat 70 gebildet, wobei eine Fläche der Anordnung von nach oben ragenden Höckern 192B eine erste Kappenfläche innerhalb der ersten Kammer 109 bereitstellt, nachdem sie während des Bondens umgedreht über das erste bewegliche Element 10a gelegt wurde.
  • Unter Bezug auf alle Zeichnungen, und gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wird eine Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) bereitgestellt, die Folgendes umfasst: ein MEMS-Substrat 50; mindestens ein bewegliches Element (10a, 10b), das seitlich innerhalb einer Matrixschicht 10 umgrenzt ist, die über dem MEMS-Substrat 50 liegt; und ein Kappensubstrat 70, das an die Matrixschicht 10 gebondet ist, wobei ein erstes bewegliches Element 10a, das aus dem mindestens einen beweglichen Element (10a, 10b) ausgewählt ist, innerhalb einer ersten Kammer 109 angeordnet sein kann, die seitlich durch die Matrixschicht 10 begrenzt sein kann und vertikal durch eine erste Kappenfläche begrenzt sein kann, die über dem ersten beweglichen Element 10a liegt, und wobei die erste Kappenfläche eine Anordnung von nach unten ragenden Höckern (82B oder 192B) umfasst, die jeweilige Abschnitte einer Höcker enthaltenden Materialschicht (82 oder 192) enthalten, die die Höcker umfassende Materialschicht 82 oder die Höcker umfassende Materialschicht 192 sein kann.
  • In einer Ausführungsform kann jeder der nach unten ragenden Höcker (82B oder 192B) ein vertikales Querschnittsprofil eines umgekehrten Hügels aufweisen. In einer Ausführungsform kann das Kappensubstrat 70 eine vertikal erhöhte horizontale Fläche 70S umfassen, die über der ersten Kammer 109 liegt und von einer proximalen horizontalen Fläche des Kappensubstrats 70 vertikal nach oben versetzt ist. Die proximale horizontale Fläche des Kappensubstrats 70 liegt über der Matrixschicht 10 und liegt der Matrixschicht 10, die aus allen Flächen des Kappensubstrats 70 ausgewählt ist, am nächsten. Im Sinne des vorliegenden Textes meint eine proximale Fläche eines Elements eine Fläche des Elements, die sich am nächsten an der Grenzfläche zwischen der matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht 62 und der Höcker enthaltenden Materialschicht (82 oder 192) befindet. Im Sinne des vorliegenden Textes meint eine distale Fläche eines Elements eine Fläche des Elements, die sich am weitesten von der Grenzfläche zwischen der matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht 62 und der Höcker enthaltenden Materialschicht (82 oder 192) entfernt befindet.
  • In einer Ausführungsform umfasst die MEMS-Vorrichtung umgekehrte Gräben (75 oder 75b), die sich von der vertikal erhöhten horizontalen Fläche 70S des Kappensubstrats 70 vertikal nach oben in das Kappensubstrat 70 hinein erstrecken und über einem jeweiligen der nach unten ragenden Höcker (82B oder 192B) liegen. In einer Ausführungsform umfasst die MEMS-Baugruppe Leerstellen 79, die keinerlei Material in fester Phase und keinerlei Material in flüssiger Phase enthalten und sich innerhalb von Seitenwänden der umgekehrten Gräben (75 oder 75b) befinden und über einem jeweiligen nach unten ragenden Höcker (82B oder 192B) liegen. In einer Ausführungsform sind Flächen der umgekehrten Gräben (75 oder 75b) mit einem Material einer Höcker enthaltenden Materialschicht (82 oder 192) ausgekleidet, und jede der Leerstellen 79 umfasst einen verkapselten Hohlraum, der durch eine jeweilige durchgehende Fläche des Materials der Höcker enthaltenden Materialschicht (82 oder 192) ohne ein dort hindurch verlaufendes Loch definiert ist.
  • In einer Ausführungsform umfasst die MEMS-Vorrichtung eine matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62, die sich auf einer Oberseite der Matrixschicht 10 befindet. Die Höcker enthaltende Materialschicht (wie zum Beispiel die Höcker enthaltende Materialschicht 192) erstreckt sich unter einer Unterseite des Kappensubstrats 70 und ist an die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 gebondet. In einer Ausführungsform umfasst das mindestens eine bewegliche Element (10a, 10b) ein zweites bewegliches Element 10b, das sich im Inneren einer zweiten Kammer 209 befindet, die vertikal durch eine zweite Kappenfläche begrenzt ist, die über dem zweiten beweglichen Element 10b liegt. Die zweite Kappenfläche umfasst einen Abschnitt der Höcker enthaltenden Materialschicht (wie zum Beispiel der Höcker enthaltenden Materialschicht 192) und hat eine flache Unterseite.
  • In einer Ausführungsform befindet sich eine matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 auf einer Oberseite der Matrixschicht 10. Eine kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 kann zwischen der Höcker enthaltenden Materialschicht (wie zum Beispiel der Höcker enthaltenden Materialschicht 82) und einer vertikal erhöhten horizontalen Fläche 70S des Kappensubstrats 70 angeordnet werden, kann sich unter einer Unterseite des Kappensubstrats 70 erstrecken, und kann an die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht 62 gebondet werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Anordnung von nach unten ragenden Höckern (82B oder 192B) eine eindimensionale Anordnung oder eine zweidimensionale Anordnung. Das mindestens eine bewegliche Element (10a, 10b) und die Matrixschicht 10 umfassen ein erstes Halbleitermaterial, und das Kappensubstrat 70 umfasst ein zweites Halbleitermaterial.
  • In einer Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung, die das erste bewegliche Element 10a, die erste Kammer 109 und die Anordnung von nach unten ragenden Höckern (82B, 192B) umfasst, einen Beschleunigungsmesser. Eine Vorrichtung, die das zweite bewegliche Element 10b, die zweite Kammer 209 und die zweite Kappenfläche umfasst, umfasst ein Gyroskop.
  • Eine Anordnung von nach unten ragenden Höckern (82B oder 192B) fungiert als eine erste Kappenfläche für das erste bewegliche Element, die als eine Endanschlagfläche für das erste bewegliche Element 10a fungiert. Die Anordnung von nach unten ragenden Höckern (82B oder 192B) kann vorteilhaft zum Verkleinern der Kontaktfläche genutzt werden, wenn das erste bewegliche Element 10a zum Beispiel während einer übermäßig hohen Beschleunigung auf die erste Kappenfläche trifft. Oder anders ausgedrückt: Die nach unten ragenden Höcker (82B oder 192B) stellen eine verkleinerte Kontaktfläche für das erste bewegliche Element 10a bereit, falls das erste bewegliche Element 10a mit der ersten Kappenfläche des Kappensubstrats kollidiert. Die Verkleinerung der Kontaktfläche zwischen dem ersten beweglichen Element 10a und dem Kappensubstrat verringert die Wahrscheinlichkeit, dass das erste bewegliche Element 10a bei einer Kollision an dem Kappensubstrat haften bleibt. Durch Vermeiden des Anhaftens des ersten beweglichen Elements 10a bei Kontakt mit dem Kappensubstrat können Zuverlässigkeit und Genauigkeit der MEMS-Vorrichtung (zum Beispiel eines Beschleunigungsmessers), die das erste bewegliche Element 10a enthält, verbessert werden. Des Weiteren kann im Fall der Verwendung der Höcker enthaltenden Materialschicht 192 eine zweite Kappenfläche für eine zweite MEMS-Vorrichtung (zum Beispiel ein Gyroskop) eine kleinere Kontaktfläche zu dem zweiten beweglichen Element 10b bereitstellen, um Zuverlässigkeit und Genauigkeit der zweiten MEMS-Vorrichtung zu erhöhen.
  • In einer Ausführungsform kann während des Bondens des MEMS-Substrats 50 an das Kappensubstrat 70 durch die dielektrischen Bondungsschichten (62, 72 oder 192) hindurch eine Umgebung bei atmosphärischem Druck oder bei einer höheren Druck als dem atmosphärischen Druck verwendet werden. Während des Bondens des MEMS-Substrats 50 an das Kappensubstrat 70 kann eine Stickstoffumgebung oder eine andere inerte Umgebung verwendet werden. Falls die Höcker enthaltende Materialschicht 82 ein ausgasendes Material enthält, können Gase, die aus der Höcker enthaltenden Materialschicht 82 während oder nach dem Bonden des MEMS-Substrats 50 an das Kappensubstrat 70 freigesetzt werden, den Druck in der ersten Kammer 109 erhöhen. Dieser erhöhte Druck kann den Vorteil bieten, dass eine mechanische Dämpfung des ersten beweglichen Elements 10a während der Bewegung des ersten beweglichen Elements 10a erhöht wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) bereitgestellt. Die MEMS-Vorrichtung kann ein MEMS-Substrat 50 und ein oder mehrere bewegliche Elemente (10a, 10b) aufweisen. Jedes bewegliche Element (10a, 10b) wird seitlich innerhalb einer Matrixschicht 10 umgrenzt, die über dem MEMS-Substrat 50 liegt. Ein Kappensubstrat 70 wird zum Beispiel mittels dielektrischer Bondungsschichten (62, 72 oder 192) an die Matrixschicht 10 gebondet. Ein erstes bewegliches Element 10a kann sich innerhalb einer ersten Kammer 109 befinden, die seitlich durch die Matrixschicht 10 begrenzt wird und vertikal durch eine erste Kappenfläche, die über dem ersten beweglichen Element 10a liegt, begrenzt wird. Die erste Kappenfläche kann eine Anordnung von nach unten ragenden Höckern (82B, 192B) umfassen, die jeweilige Abschnitte einer Höcker enthaltenden Materialschicht umfassen, die Abschnitte einer Höcker enthaltenden Materialschicht (82, 192) sein können.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Bilden eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) bereitgestellt. Mindestens ein bewegliches Element (10a, 10b), das seitlich innerhalb einer Matrixschicht 10 umgrenzt ist, kann über dem MEMS-Substrat 50 gebildet werden. Eine erste Aussparungsregion 71a kann auf einer Vorderseite eines Kappensubstrats 70 gebildet werden. Eine kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 kann über einer obersten Fläche und in der ersten Aussparungsregion 71a des Kappensubstrats 70 gebildet werden. Gräben 75, die sich durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht 72 hindurch erstrecken, können in das Kappensubstrat 70 innerhalb der Aussparungsregion 71a hinein geformt werden. Eine Höcker enthaltende Materialschicht 82 kann über der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht 72 gebildet werden. Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht 82, die über den Gräben 75 liegen, bilden eine Anordnung von nach oben ragenden Höckern 82B. Das Kappensubstrat 70 kann so an die Matrixschicht 10 gebondet werden, dass die Vorderseite des Kappensubstrats 70 der Matrixschicht 10 zugewandt ist. Eine erste Kammer 109, die ein erstes bewegliches Element 10a aufweist, kann durch die Matrixschicht 10 und das Kappensubstrat 70 gebildet werden. Eine Fläche der Anordnung von nach oben ragenden Höckern 82B stellt eine erste Kappenfläche innerhalb der ersten Kammer 109 bereit, nachdem sie während des Bondens kopfüber über das erste bewegliche Element 10a gelegt wurde.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Bilden eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) bereitgestellt. Mindestens ein bewegliches Element (10a, 10b), das seitlich innerhalb einer Matrixschicht 10 umgrenzt ist, wird über dem MEMS-Substrat 50 angeordnet. Erste Gräben 75a können auf einer Vorderseite eines Kappensubstrats 70 gebildet werden. Eine Region des Kappensubstrats 70, die die ersten Gräben 75a enthält, kann vertikal ausgespart werden. In einer Aussparungsregion 71a des Kappensubstrats 70 kann eine ausgesparte horizontale Fläche gebildet werden, und zweite Gräben 75b, die eine Struktur der ersten Gräben 75a replizieren, erstrecken sich von der ausgesparten horizontalen Fläche vertikal nach unten. Eine Höcker enthaltende Materialschicht 192 wird über einer obersten Fläche und in der Aussparungsregion 71a des Kappensubstrats 70 gebildet. Des Weiteren weisen Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht 192, die über den zweiten Gräben 75b liegen, eine Anordnung von nach oben ragenden Höckern 192B auf. Das Kappensubstrat 70 kann so an die Matrixschicht 10 gebondet werden, dass die Vorderseite des Kappensubstrats 70 der Matrixschicht 10 zugewandt ist. Eine erste Kammer 109, die ein erstes bewegliches Element 10a aufweist, kann durch die Matrixschicht 10 und das Kappensubstrat 70 gebildet werden. Eine Fläche der Anordnung von nach oben ragenden Höckern 192B stellt eine erste Kappenfläche innerhalb der ersten Kammer 109 bereit, nachdem sie während des Bondens kopfüber über das erste bewegliche Element 10a gelegt wurde.
  • Das oben Dargelegte umreißt Merkmale verschiedener Ausführungsformen, so dass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Dem Fachmann ist klar, dass er die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als Basis für das Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen verwenden kann, um die gleichen Zwecke und/oder die gleichen Vorteile wie bei den im vorliegenden Text vorgestellten Ausführungsformen zu erreichen. Dem Fachmann sollte auch klar sein, dass solche äquivalenten Bauformen nicht das Wesen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung verlassen, und dass er verschiedene Änderungen, Substituierungen und Modifizierungen an der vorliegenden Erfindung vornehmen kann, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS), die Folgendes umfasst: ein MEMS-Substrat; mindestens ein bewegliches Element, das seitlich innerhalb einer Matrixschicht umgrenzt ist, die über dem MEMS-Substrat liegt; und ein Kappensubstrat, das an die Matrixschicht gebondet ist, wobei ein erstes bewegliches Element, das aus dem mindestens einen beweglichen Element ausgewählt ist, innerhalb einer ersten Kammer angeordnet ist, die seitlich durch die Matrixschicht begrenzt ist und vertikal durch eine erste Kappenfläche begrenzt ist, die über dem ersten beweglichen Element liegt, und wobei die erste Kappenfläche eine Anordnung von nach unten ragenden Höckern umfasst, die jeweilige Abschnitte einer Höcker enthaltenden Materialschicht umfassen.
  2. MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der nach unten ragenden Höcker ein vertikales Querschnittsprofil eines umgekehrten Hügels aufweist.
  3. MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kappensubstrat eine vertikal erhöhte horizontale Fläche aufweist, die über der ersten Kammer liegt und von einer proximalen horizontalen Fläche des Kappensubstrats, die über der Matrixschicht liegt und der aus allen Flächen des Kappensubstrats ausgewählten Matrixschicht am nächsten liegt, vertikal nach oben versetzt ist.
  4. MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 3, die des Weiteren umgekehrte Gräben umfasst, die sich von der vertikal erhöhten horizontalen Fläche des Kappensubstrats vertikal nach oben in das Kappensubstrat hinein erstrecken und über einem jeweiligen der nach unten ragenden Höcker liegen.
  5. MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 4, die des Weiteren Leerstellen umfasst, die keinerlei Material in fester Phase und keinerlei Material in flüssiger Phase enthalten und sich innerhalb von Seitenwänden der umgekehrten Gräben befinden und über einem jeweiligen nach unten ragenden Höcker liegen.
  6. MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei: Flächen der umgekehrten Gräben mit einem Material der Höcker enthaltenden Materialschicht ausgekleidet sind; und jede der Leerstellen einen gekapselten Hohlraum umfasst, der durch eine jeweilige Fläche des Materials der Höcker enthaltenden Materialschicht ohne ein dort hindurch verlaufendes Loch definiert ist.
  7. MEMS-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des Weiteren eine matrixseitige dielektrische Bondungsschicht umfasst, die sich auf einer Oberseite der Matrixschicht befindet, wobei sich die Höcker enthaltende Materialschicht unter einer Unterseite des Kappensubstrats erstreckt und an die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht gebondet ist.
  8. MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das mindestens eine bewegliche Element ein zweites bewegliches Element umfasst, das sich innerhalb einer zweiten Kammer befindet, die vertikal durch eine zweite Kappenfläche begrenzt ist, die über dem zweiten beweglichen Element liegt, und wobei die zweite Kappenfläche einen Abschnitt der Höcker enthaltenden Materialschicht umfasst und eine flache Unterseite aufweist.
  9. MEMS-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des Weiteren Folgendes umfasst: eine matrixseitige dielektrische Bondungsschicht, die sich auf einer Oberseite der Matrixschicht befindet; und eine kappenseitige dielektrische Bondungsschicht, die zwischen der Höcker enthaltenden Materialschicht und einer vertikal erhöhten horizontalen Fläche des Kappensubstrats angeordnet ist, sich unter einer Unterseite des Kappensubstrats erstreckt, und an die matrixseitige dielektrische Bondungsschicht gebondet ist.
  10. MEMS-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Anordnung von nach unten ragenden Höckern eine eindimensionale Anordnung oder eine zweidimensionale Anordnung umfasst; das mindestens eine bewegliche Element und die Matrixschicht ein erstes Halbleitermaterial umfassen; und das Kappensubstrat ein zweites Halbleitermaterial umfasst.
  11. MEMS-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Vorrichtung, die das erste bewegliche Element, die erste Kammer und die Anordnung von nach unten ragenden Höckern enthält, einen Beschleunigungsmesser umfasst.
  12. Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS), das Folgendes umfasst: Bilden mindestens eines beweglichen Elements, das innerhalb einer Matrixschicht über dem MEMS-Substrat seitlich umgrenzt wird; und Bilden einer Aussparungsregion auf einer Vorderseite eines Kappensubstrats; Bilden einer kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht über einer obersten Fläche und in der Aussparungsregion des Kappensubstrats; Bilden von Gräben, die sich durch die kappenseitige dielektrische Bondungsschicht hindurch in das Kappensubstrat innerhalb der Aussparungsregion erstrecken; Bilden einer Höcker enthaltenden Materialschicht über der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht, wobei Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht, die über den Gräben liegen, eine Anordnung von nach oben ragenden Höckern bilden; und Bonden des Kappensubstrats an die Matrixschicht, dergestalt, dass die Vorderseite des Kappensubstrats der Matrixschicht zugewandt ist, und eine erste Kammer, die ein erstes bewegliches Element enthält, das aus dem mindestens einen beweglichen Element ausgewählt ist, durch die Matrixschicht und das Kappensubstrat gebildet wird, wobei eine Fläche der Anordnung von nach oben ragenden Höckern eine erste Kappenfläche innerhalb der ersten Kammer bereitstellt, nachdem sie während des Bondens umgedreht über das erste bewegliche Element gelegt wurde.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Höcker enthaltende Materialschicht durch einen nicht-konformen Abscheidungsprozess gebildet wird, der jeden der nach oben ragenden Höcker mit einem vertikalen Querschnittsprofil eines Hügels bildet.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei: die Höcker enthaltende Materialschicht ein Puffermaterial umfasst, das mindestens eines von einem Halbleitermaterial und einem dielektrischen Material umfasst; der nicht-konforme Abscheidungsprozess das Puffermaterial an Seitenwänden der Gräben so abscheidet, dass die Seitenwände der Gräben mit dem Puffermaterial ausgekleidet werden, und Leerstellen in Volumen der Gräben bildet, die nicht mit dem Puffermaterial gefüllt sind, wobei jeder der nach oben ragenden Höcker über jeweiligen der Leerstellen liegt.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 14, das des Weiteren Folgendes umfasst: Bilden einer matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht auf einer Oberseite der Matrixschicht; und Bonden der matrixseitigen dielektrischen Bondungsschicht und der kappenseitigen dielektrischen Bondungsschicht.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 15, das des Weiteren Folgendes umfasst: Bilden einer zusätzlichen Aussparungsregion neben der Aussparungsregion, dergestalt, dass die zusätzliche Aussparungsregion einen zusätzlichen nach oben ragenden Höcker umfasst, der von einer ausgesparten Fläche der zusätzlichen Aussparungsregion nach oben vorsteht, wobei eine Oberseite des zusätzlichen nach oben ragenden Höckers eine planare horizontale Fläche des Kappensubstrats umfasst, die von einer obersten Fläche des Kappensubstrats vertikal ausgespart ist; Bilden einer zweiten Kammer, die ein zweites bewegliches Element aufweist, das aus dem mindestens einen beweglichen Element ausgewählt ist, durch Ausrichten der zusätzlichen Aussparungsregion über dem zweiten beweglichen Element während des Bondens des Kappensubstrats an die Matrixschicht, wobei die zweite Kammer durch eine zweite Kappenfläche, die über dem zweiten beweglichen Element liegt und die planare horizontale Fläche des Kappensubstrats umfasst, vertikal begrenzt wird.
  17. Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS), das Folgendes umfasst: Bilden mindestens eines beweglichen Elements, das innerhalb einer Matrixschicht über dem MEMS-Substrat seitlich umgrenzt wird; und Bilden erster Gräben auf einer Vorderseite eines Kappensubstrats; vertikales Aussparen einer Region des Kappensubstrats, die die ersten Gräben enthält, wobei eine ausgesparte horizontale Fläche in einer Aussparungsregion des Kappensubstrats gebildet wird und zweite Gräben, die eine Struktur der ersten Gräben replizieren, sich von der ausgesparten horizontalen Fläche vertikal nach unten erstrecken; Bilden einer Höcker enthaltenden Materialschicht über einer obersten Fläche und in der Aussparungsregion des Kappensubstrats, wobei Abschnitte der Höcker enthaltenden Materialschicht, die über den zweiten Gräben liegen, eine Anordnung von nach oben ragenden Höckern aufweisen; und Bonden des Kappensubstrats an die Matrixschicht, dergestalt, dass die Vorderseite des Kappensubstrats der Matrixschicht zugewandt ist, und eine erste Kammer, die ein erstes bewegliches Element enthält, das aus dem mindestens einen beweglichen Element ausgewählt ist, durch die Matrixschicht und das Kappensubstrat gebildet wird, wobei eine Fläche der Anordnung von nach oben ragenden Höckern eine erste Kappenfläche innerhalb der ersten Kammer bereitstellt, nachdem sie während des Bondens umgedreht über das erste bewegliche Element gelegt wurde.
  18. MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Höcker enthaltende Materialschicht durch einen nicht-konformen Abscheidungsprozess gebildet wird, der jeden der nach oben ragenden Höcker mit einem vertikalen Querschnittsprofil eines Hügels bildet.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der nicht-konforme Abscheidungsprozess ein dielektrisches Material der Höcker enthaltenden Materialschicht an Seitenwänden der Gräben dergestalt abscheidet, dass Seitenwände der Gräben mit dem dielektrischen Material ausgekleidet werden, und Leerstellen in Volumen der Gräben bildet, die nicht mit dem dielektrischen Material gefüllt sind, wobei jeder der nach oben ragenden Höcker über jeweiligen der Leerstellen liegt.
  20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 19, das des Weiteren Folgendes umfasst: Bilden einer strukturierten Ätzmaskenschicht über der Vorderseite des Kappensubstrats, wobei durch die strukturierte Ätzmaskenschicht hindurch Öffnungen ausgebildet werden; anisotropes Ätzen eines Materials des Kappensubstrats durch die Öffnungen in der strukturierten Ätzmaskenschicht hindurch durch Ausführen eines ersten anisotropen Ätzprozesses, wodurch die ersten Gräben gebildet werden; anisotropes Ätzen der Region des Kappensubstrats, die die ersten Gräben enthält, durch Ausführen eines zweiten anisotropen Ätzprozesses unter Verwendung einer strukturierten Hartmaskenschicht als eine Ätzmaske; und Entfernen der strukturierten Hartmaske vor dem Bilden der Höcker enthaltenden Materialschicht.
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