DE102020114347B3 - MEMS-Vorrichtungen mit Federelement und Kammantrieb sowie zugehörige Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung umfasst ein Erzeugen einer ersten Halbleiterschicht und ein selektives Abscheiden einer zweiten Halbleiterschicht über der ersten Halbleiterschicht, wobei die zweite Halbleiterschicht einen ersten Teil aus monokristallinem Halbleitermaterial und einen zweiten Teil aus polykristallinem Halbleitermaterial umfasst. Das Verfahren umfasst ferner ein Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten, wobei das monokristalline Halbleitermaterial des ersten Teils und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht ein Federelement der MEMS-Vorrichtung ausbilden und das polykristalline Halbleitermaterial des zweiten Teils und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht zumindest einen Teil eines Kammantriebs der MEMS-Vorrichtung ausbilden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft MEMS-Vorrichtungen mit Federelement und Kammantrieb. Ferner betrifft die Offenbarung Verfahren zur Herstellung solcher MEMS-Vorrichtungen.
  • Hintergrund
  • Bei MEMS (mikroelektromechanisches System)-Vorrichtungen kann es sich zum Beispiel um LIDAR (Light Detection and Ranging)-Abtastvorrichtungen handeln, wie sie in vollautonomen oder teilautonomen selbstfahrenden Autos eingesetzt werden können. Ein beweglicher MEMS-Mikrospiegel der Abtastvorrichtung kann hier um eine Scanachse schwingen, wobei von dem MEMS-Mikrospiegel reflektiertes und für einen Scan der Umgebung verwendetes Licht hin und her schwingt. Hierbei sind große Winkeloszillationsamplituden und hohe Schwingungsfrequenzen für eine hohe Systemleistung und Vibrationsrobustheit erwünscht, die jedoch zu einer hohen mechanischen Beanspruchung der Vorrichtungskomponenten, insbesondere der Federelemente, führen können. Hersteller von MEMS-Vorrichtungen sind ständig bestrebt, ihre Produkte zu verbessern. Insbesondere kann es dabei wünschenswert sein, Vorrichtungen zu entwickeln, welche die oben genannten Amplituden und Frequenzen bereitstellen und gleichzeitig mechanisch robust ausgeführt sind. Ferner kann es wünschenswert sein, kostengünstige Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen bereitzustellen.
  • Die Druckschrift GALLAGHER, Else; MOUSSA, Walied; MCDERMOTT, Mark. A review of fabrication processes for vertical comb drives. Microsystem technologies, 2012, 18. Jg., Nr. 4, S. 381-397 betrifft Herstellungsprozesse für vertikale Kammtreiber.
  • Die Druckschrift LIN, W. T.; CHIOU, Jin-Chern; TSOU, C. A self-aligned fabrication method of dual comb drive using multilayers SOI process for optical MEMS applications. Microsystem technologies, 2005, 11. Jg., Nr. 2-3, S. 204-209 betrifft Herstellungsverfahren für einen dualen Kammantrieb unter Verwendung eines Mehrschicht-SOI-Prozesses für optische MEMS-Anwendungen.
  • Die Druckschrift DE 10 2006 058 563 B3 betrifft einen Mikrospiegel-Aktuator mit Kapselungsmöglichkeit und zugehörige Herstellungsverfahren.
  • Die Druckschrift DE 10 2018 211 755 A1 betrifft eine Amplitudenerfassung, eine Amplitudenregelung und eine Richtungserfassung einer Schwingung eines Schwingkörpers.
  • Kurzdarstellung
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen einer ersten Halbleiterschicht und ein selektives Abscheiden einer zweiten Halbleiterschicht über der ersten Halbleiterschicht, wobei die zweite Halbleiterschicht einen ersten Teil aus monokristallinem Halbleitermaterial und einen zweiten Teil aus polykristallinem Halbleitermaterial umfasst. Das Verfahren umfasst ferner ein Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten, wobei das monokristalline Halbleitermaterial des ersten Teils und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht ein Federelement der MEMS-Vorrichtung ausbilden und das polykristalline Halbleitermaterial des zweiten Teils und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht zumindest einen Teil eines Kammantriebs der MEMS-Vorrichtung ausbilden.
  • Verschiedene Aspekte betreffen eine MEMS-Vorrichtung. Die MEMS-Vorrichtung umfasst ein Federelement, wobei das Federelement aus einer ersten Halbleiterschicht aus erstem monokristallinen Halbleitermaterial und einem über der ersten Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsenen zweiten monokristallinen Halbleitermaterial gefertigt ist. Die MEMS-Vorrichtung umfasst ferner einen Kammantrieb, wobei zumindest ein Teil des Kammantriebs aus der ersten Halbleiterschicht aus erstem monokristallinen Halbleitermaterial und einem über der ersten Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsenen polykristallinen Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Figurenliste
  • Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Offenbarung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander wiedergegeben. Identische Bezugszeichen können identische Komponenten bezeichnen.
    • 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer MEMS-Vorrichtung 100 gemäß der Offenbarung.
    • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer MEMS-Vorrichtung 200 gemäß der Offenbarung.
    • 3 enthält die 3A und 3B, welche eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht eines Kammantriebs 300 zeigen, der Teil einer MEMS-Vorrichtung gemäß der Offenbarung sein kann.
    • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der Offenbarung.
    • 5 enthält die 5A bis 5H, welche eine schematische Querschnittseitenansicht eines Verfahrens zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung 500 gemäß der Offenbarung zeigen.
    • 6 enthält die 6A bis 6E, welche schematisch unterschiedliche Stator-Rotor-Topologien zeigen, die in MEMS-Vorrichtungen gemäß der Offenbarung vorkommen können.
    • 7 zeigt die Kapazität eines herkömmlichen Kammantriebs in Abhängigkeit vom Auslenkwinkel des Kammantriebs.
    • 8 zeigt ein Stromsignal eines herkömmlichen Kammantriebs mit symmetrischer Kapazitätsabhängigkeit.
    • 9 zeigt ein Stromsignal eines Kammantriebs einer MEMS-Vorrichtung gemäß der Offenbarung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die nachfolgend beschriebenen Figuren zeigen MEMS-Vorrichtungen und zugehörige Herstellungsverfahren gemäß der Offenbarung. Dabei können die beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren in einer allgemeinen Weise dargestellt sein, um Aspekte der Offenbarung qualitativ zu beschreiben. Die beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können weitere Aspekte aufweisen, die in der jeweiligen Figur der Einfachheit halber nicht dargestellt sein können. Das jeweilige Beispiel kann allerdings um Aspekte erweitert werden, die in Verbindung mit anderen Beispielen gemäß der Offenbarung beschrieben sind. Somit können Ausführungen zu einer bestimmten Figur gleichermaßen für Beispiele anderer Figuren gelten.
  • Die MEMS-Vorrichtung 100 der 1 kann einen Spiegelkörper (oder Scannerkörper) 2, einen Rahmen 4 und Aufhängungsstrukturen 6 aufweisen. Der Spiegelkörper 2 kann dazu ausgelegt sein, sich um eine Schwenkachse bzw. Drehachse A zu drehen. Die zwei sich gegenüberliegenden Aufhängungsstrukturen 6 können den Spiegelkörper 2 mechanisch mit dem Rahmen 4 verbinden. Beim Betrieb der MEMS-Vorrichtung 100 kann der Spiegelkörper 2 angetrieben werden, so dass er um die Schwenkachse A schwingt. Von dem Spiegelkörper 2 reflektiertes Licht kann dadurch hin und her schwingen und für eine Abtastung der Umgebung verwendet werden. Das von dem Spiegelkörper 2 reflektierte Licht kann dabei zum Beispiel von einer Laserquelle bereitgestellt werden. In einem Beispiel kann es sich bei der MEMS-Vorrichtung 100 um eine LIDAR-Abtastvorrichtung handeln, wie sie beispielsweise in vollautonomen oder teilautonomen selbstfahrenden Autos eingesetzt werden kann.
  • Die MEMS-Vorrichtung 100 kann einen Antrieb (nicht gezeigt) zum Antreiben des Spiegelkörpers 2 aufweisen. In einem Beispiel kann ein solcher Antrieb durch einen oder mehrere elektrostatische Kammantriebe ausgeführt sein, die bei dem Spiegelkörper 2 angeordnet sein können. Ein Kammantrieb kann erste Antriebsstrukturen, z.B. Kammstrukturen mit ersten Kammelektroden, bei dem Spiegelkörper 2 sowie zweite Antriebsstrukturen, z.B. Kammstrukturen mit zweiten Kammelektroden, bei dem Rahmen 4 aufweisen. Beispielhafte Kammstrukturen bzw. Kammantriebe sind in den 2 und 3 gezeigt und beschrieben. Antriebssignale, insbesondere periodisch variierende Antriebsspannungen, können an den Antrieb angelegt werden, um zu bewirken, dass der Spiegelkörper 2 um die Schwenkachse A schwingt.
  • Die 2 zeigt einen Teil einer MEMS-Vorrichtung 200, die als detailliertere Ausführung der MEMS-Vorrichtung 100 der 1 angesehen werden kann. Die Aufhängungsstruktur 6 kann ein Federelement 8 in Form eines Torsionsstabs aufweisen. Die Aufhängungsstruktur 6 ist allerdings nicht auf Federelemente in Form eines Torsionsstabs begrenzt. Das Federelement 8 kann einen Endabschnitt 10 aufweisen, bei dem die Aufhängungsstruktur 6 an einem Rahmen (nicht gezeigt) befestigt sein kann. Das Federelement 8 kann im Wesentlichen parallel zur Schwenkachse A des Spiegelkörpers 2 verlaufen bzw. eine solche definieren.
  • In der 2 sind beispielhaft zwei Kammstrukturen 12 der MEMS-Vorrichtung 200 gezeigt, die links und rechts von der Schwenkachse A angeordnet sein können. Jede der Kammstrukturen 12 kann eine Vielzahl von Kammfingern 14 aufweisen, die im Beispiel der 2 von einem mittleren Abschnitt 16 der jeweiligen Kammstruktur 12 abgehen können und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen können. In einem weiteren Beispiel können die Kammfinger 14 in nur einer Richtung von dem mittleren Abschnitt 16 abgehen. In noch einem weiteren Beispiel können die Kammfinger 14 direkt an dem Spiegelkörper 2 angebracht sein, so dass auf den mittleren Abschnitt 16 verzichtet werden kann. In der Praxis kann eine Kammstruktur 12 bis zu etwa hundert oder mehr Kammfinger 14 aufweisen. Der in der 2 gezeigte Ausschnitt der MEMS-Vorrichtung 200 kann im Wesentlichen dem linken Teil der 1 entsprechen. Dementsprechend kann die MEMS-Vorrichtung 200 auf einer in der 2 nicht dargestellten gegenüberliegenden Seite des Spiegelkörpers 2 auf symmetrische Weise ein weiteres Federelement 8 sowie zwei weitere Kammstrukturen 12 aufweisen. Im Beispiel der 2 kann die MEMS-Vorrichtung 200 somit vier Kammstrukturen aufweisen.
  • Der Kammantrieb 300 der 3A und 3B kann für eine elektrostatische Ansteuerung und einen Antrieb einer MEMS-Vorrichtung gemäß der Offenbarung verwendet werden. Der Kammantrieb 300 kann zwei (interdigitale) Kammstrukturen 12 und 18 aufweisen. Die erste Kammstruktur 12 kann an der oszillierenden MEMS-Abtastvorrichtung bzw. einem Spiegelkörper befestigt sein und als „Rotor“ bezeichnet werden. Dementsprechend können die Kammfinger 14 der ersten Kammstruktur 12 als Rotorkammfinger bezeichnet werden. Die erste Kammstruktur 12 der 3 kann der Kammstruktur 12 der 2 ähnlich sein. Die zweite Kammstruktur 18 kann an einem Rahmen (vgl. 1) befestigt sein, welcher die oszillierende MEMS-Abtastvorrichtung umgeben kann. Die zweite Kammstruktur 18 bzw. ihre Kammfinger 20 können als „Stator“ bzw. Statorkammfinger bezeichnet werden. Die Rotorkammfinger 14 und die Statorkammfinger 20 können so zueinander versetzt angeordnet sein, dass sie ineinander greifen und eine Schwingung um die Schwenkachse A ermöglichen.
  • Der Stator und Rotor des Kammantriebs 300 können Elektroden eines Kondensators ausbilden. Eine (resonante) MEMS-Abtastvorrichtung kann als resonant angeregtes Masse-Feder-Dämpfer-System interpretiert werden. Durch Anlegen einer Wechselspannung U an den Kammtreiberkondensator, d.h. zwischen Rotor und Stator, kann Energie in dieses Masse-Feder-Dämpfer-System eingespeist werden. Bei der Spannung U kann es sich insbesondere um eine unipolare Wechselspannung U von etwa der doppelten mechanischen Eigenresonanzfrequenz der MEMS-Abtastvorrichtung handeln. Durch die angelegte Wechselspannung kann der Oszillator in Resonanz getrieben werden. Dabei kann die in dem Kondensator mit einer Kapazität C gespeicherte Energie ½ C U2 zweimal pro Schwingungszyklus in die kinetische Energie des Oszillators eingekoppelt werden.
  • Neben resonant betriebenen MEMS-Abtastvorrichtungen gibt es auch quasistatisch betriebene MEMS-Abtastvorrichtungen mit elektrostatischem Kammantrieb. Bei diesen kann durch Anlegen einer Spannung U an die Kammstruktur auf einer Seite bezüglich der Schwenkachse, z.B. der rechten Seite, ein Drehmoment auf den Spiegelkörper 2 ausgeübt werden. Dadurch kann sich der Spiegelkörper 2 bis zu einem Winkel auslenken, bei dem das durch die Federelemente 8 erzeugte rückstellende Drehmoment gleich dem elektrostatisch erzeugten Drehmoment ist. Wird die Spannung U an die Kammstruktur auf der anderen Seite bezüglich der Schwenkachse angelegt, lenkt sich der Spiegelkörper 2 in die entgegengesetzte Richtung aus. Dieser Betrieb erfordert eine Topologie von Stator- und Rotorfingern, bei der in der Ruhestellung das elektrostatisch erzeugte Drehmoment nicht verschwindet bzw. hinreichend groß ist, wie es weiter unten im Zusammenhang mit den 6D und 6E gezeigt und beschrieben ist. Außerdem ist zu beachten, dass die Rate, mit welcher die Spannung U geändert wird, um verschiedene Winkel abzurastern, hinreichend gering ist, so dass eine resonante Anregung des Masse-Feder-Dämpfer-Systems vermieden wird. Das bedeutet insbesondere, dass die Änderungsrate von U deutlich unter der Resonanzfrequenz des Masse-Feder-Dämpfer-Systems liegen muss, was wiederum auch in diesem Fall hohe Federsteifigkeiten für hohe Eigenfrequenzen wünschenswert macht.
  • Das Verfahren der 4 ist in einer allgemeinen Weise dargestellt, um Aspekte der Offenbarung qualitativ zu beschreiben. Das Verfahren kann weitere Aspekte aufweisen, die in der 4 der Einfachheit halber nicht gezeigt und beschrieben sind. Beispielsweise kann das Verfahren um einen oder mehrere der Aspekte erweitert werden, die in Verbindung mit dem Verfahren der 5 beschrieben sind.
  • Bei 22 kann eine erste Halbleiterschicht erzeugt werden. Bei 24 kann eine zweite Halbleiterschicht selektiv über der ersten Halbleiterschicht abgeschieden werden. Die zweite Halbleiterschicht kann einen ersten Teil aus monokristallinem Halbleitermaterial und einen zweiten Teil aus polykristallinem Halbleitermaterial umfassen. Bei 26 kann zumindest eine der Halbleiterschichten strukturiert werden. Das monokristalline Halbleitermaterial des ersten Teils und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht können dabei ein Federelement der MEMS-Vorrichtung ausbilden. Das polykristalline Halbleitermaterial des zweiten Teils und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht können dabei zumindest einen Teil eines Kammantriebs der MEMS-Vorrichtung ausbilden.
  • Das Verfahren der 5 kann als eine detailliertere Ausführung des Verfahrens der 4 angesehen werden. In der 5A kann eine erste Halbleiterschicht 30 mit Teilschichten 30A und 30B erzeugt werden. Bei den hierin beschrieben Halbleitermaterialien kann es sich zum Beispiel um Silizium handeln. Im Beispiel der 5A kann es sich bei der ersten Halbleiterschicht 30 um einen Halbleiterwafer 28 handeln, der beispielsweise basierend auf einer SOI (Silicon on Substrate)-Technologie gefertigt sein kann. Der SOI-Wafer 28 kann aus mehreren übereinander angeordneten Halbleiterschichten und Isolationsschichten aufgebaut sein. In der 5A sind beispielhaft zwei Halbleiterschichten 30A, 30B und eine dazwischenliegende dielektrische Schicht 32 gezeigt. In weiteren Beispielen kann der SOI-Wafer weitere Halbleiterschichten und Isolationsschichten aufweisen.
  • Die Halbleiterschichten 30A und 30B können insbesondere aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt sein und unterschiedliche Dotierungen aufweisen. Die obere Halbleiterschicht 30A kann als hochdotierte Schichten bezeichnet werden. In der hochdotierten Schicht 30A können Vorrichtungsstrukturen, insbesondere MEMS-Strukturen, ausgebildet werden. Die Schicht 30A kann somit auch als Vorrichtungsschicht („Device Layer“) bezeichnet werden. Die hochdotierte Schicht 30A kann in einer MEMS-Vorrichtung unter anderem die Funktion einer Abtastung („Sensing“) bereitstellen. Dabei können kleinste Auslenkungen beweglicher MEMS-Strukturen kapazitiv mit Hilfe geringer Spannungen bzw. geringer Ströme detektiert und weiterverarbeitet werden. Eine Dicke der oberen Halbleiterschicht 30A kann in einem Bereich von etwa 10 Mikrometer bis etwa 70 Mikrometer liegen. Die unter der hochdotierten Halbleiterschicht 30A angeordnete Halbleiterschicht 30B kann als niedrigdotierte Schicht oder „Handle Layer“ bezeichnet werden. Insbesondere kann eine Dotierung der hochdotierten Halbleiterschicht 30A größer sein als eine Dotierung der niedrigdotierten Halbleiterschicht 30B. Eine Dicke der unteren Halbleiterschicht 30B kann in einem Bereich von etwa 150 Mikrometer bis etwa 400 Mikrometer liegen.
  • In der 5B kann über der Oberseite der oberen Halbleiterschicht 30A eine erste Isolationsschicht 34 abgeschieden werden. Bei der ersten Isolationsschicht 34 kann es sich zum Beispiel um eine Oxidschicht handeln. Im Beispiel der 5B kann die erste Isolationsschicht 34 die Halbleiterschicht 30A im Wesentlichen vollständig bedecken. Die erste Isolationsschicht 34 kann in der z-Richtung eine Dicke von einigen hundert Nanometer aufweisen, also beispielsweise eine Dicke in einem Bereich von etwa 300 Nanometer bis etwa 3 Mikrometer. Dabei kann die Dicke der ersten Isolationsschicht 34 im Wesentlichen konstant über ihre gesamte Ausdehnung in der x-y-Ebene sein.
  • Über der Oberseite der ersten Isolationsschicht 34 kann eine Polysiliziumschicht 36 abgeschieden werden. In einem Beispiel kann die Polysiliziumschicht 36 zunächst großflächig abgeschieden werden und anschließend strukturiert werden. Ein Abscheiden der Polysiliziumschicht 36 kann zum Beispiel auf einem CVD (Chemical Vapor Deposition)-Verfahren basieren. Wie weiter unten beschrieben, können die strukturierten Abschnitte der Polysiliziumschicht 36 in der herzustellenden MEMS-Vorrichtung elektrische Verbindungen zwischen Komponenten eines Stators und/oder zu elektrischen Kontaktflächen bzw. elektrischen Kontaktpads bereitstellen.
  • In der 5C kann eine zweite Isolationsschicht 38 über der ersten Isolationsschicht 34 und der Polysiliziumschicht 36 abgeschieden werden. Bei der zweiten Isolationsschicht 38 kann es sich beispielsweise um eine Oxidschicht handeln. Im Beispiel der 5C kann die zweite Isolationsschicht 38 die erste Isolationsschicht 34 und die Polysiliziumschicht 36 im Wesentlichen vollständig bedecken. Eine Dicke der zweiten Isolationsschicht 38 in der z-Richtung kann in einem Bereich von etwa 100 Nanometer bis etwa 3 Mikrometer liegen.
  • In der 5D können die erste Isolationsschicht 34 und die zweite Isolationsschicht 38 strukturiert werden. Die Strukturierung der beiden Isolationsschichten kann dabei insbesondere gleichzeitig bzw. in einem gleichen Verfahrensschritt durchgeführt werden. In der 5D kann das Isolationsmaterial beispielhaft bei drei Abschnitten 40A bis 40C entfernt werden. Bei einem ersten Abschnitt 40A kann das Isolationsmaterial vollständig entfernt und die Oberfläche der Halbleiterschicht 30A freigelegt werden. In einem späteren Verfahrensschritt kann über diesen freigelegten Abschnitten der Halbleiterschicht 30A monokristallines Halbleitermaterial abgeschieden werden. Dementsprechend kann das Isolationsmaterial insbesondere an solchen Stellen entfernt werden, bei denen in der herzustellenden MEMS-Vorrichtung monokristalline Strukturen bereitgestellt werden sollen. Beispielweise kann der erste Abschnitt 40A solche Stellen umfassen, bei denen später ein Spiegelkörper oder ein Federelement der herzustellenden MEMS-Vorrichtung ausgebildet werden sollen. Bei einem zweiten Abschnitt 40B und einem dritten Abschnitt 40C kann das Isolationsmaterial der zweiten Isolationsschicht 38 entfernt und Oberflächen der Polysiliziumschicht 36 freigelegt werden. Über diesen Abschnitten kann in einem späteren Verfahrensschritt polykristallines Halbleitermaterial abgeschieden werden. Das Isolationsmaterial kann an solchen Stellen verbleiben, bei denen eine elektrische Isolation zwischen Komponenten der herzustellenden MEMS-Vorrichtung bereitgestellt werden soll.
  • In der 5E kann eine Keimschicht 42 über der Oberseite der zweiten Isolationsschicht 38 und einem Abschnitt der ersten Halbleiterschicht 30A abgeschieden werden. Bei der Keimschicht 42 kann es sich zum Beispiel um eine Polysiliziumschicht handeln, deren Abscheidung beispielsweise auf einem CVD-Verfahren basieren kann. Die Keimschicht 42 kann insbesondere an solchen Stellen abgeschieden werden, über denen in einem späteren Verfahrensschritt polykristallines Halbleitermaterial abgeschieden werden soll. Die Keimschicht 42 kann sich um einen Abstand d1 über das Isolationsmaterial 34 und 38 hinauserstrecken und teilweise über der ersten Halbleiterschicht 30A abgeschieden werden. Der Abstand d1 dieses abgeschiedenen Teils der Keimschicht 42 kann in einem Bereich von etwa 100 Nanometer bis etwa 10 Mikrometer liegen.
  • In der 5F kann eine zweite Halbleiterschicht 44 über der Oberseite der Anordnung der 5E abgeschieden werden. Die zweite Halbleiterschicht 44 kann einen ersten Teil 44A aus monokristallinem Halbleitermaterial und einen zweiten Teil 44B aus polykristallinem Halbleitermaterial aufweisen. Im Beispiel der 5F kann die zweite Halbleiterschicht 44 durch ein simultanes epitaktisches Aufwachsen des monokristallinen Halbleitermaterials über der Oberseite der ersten Halbleiterschicht 30A und des polykristallinen Halbleitermaterials über der Oberseite der Keimschicht 42 und der Oberseite der Polysiliziumschicht 36 abgeschieden werden. Das monokristalline Halbleitermaterial kann insbesondere auf den Stellen aufwachsen, bei denen zuvor die darunterliegende monokristalline Halbleiterschicht 30A freigelegt wurde. Das polykristalline Halbleitermaterial kann insbesondere auf den Stellen aufwachsen, bei denen die Keimschicht 42 die oberste Schicht der Anordnung ausbildet. In einem Beispiel kann es sich bei dem polykristallinen Halbleitermaterial um Epi-Polysilizium handeln. Epi-Polysilizium kann im Wesentlichen Polysilizium mit großer Korngröße sein, welches in einem Epitaxiereaktor wachsen kann, im Gegensatz zu Polysilizium, welches beispielsweise durch ein CVD-Verfahren abgeschieden werden kann. Eine Abmessung d2 der zweiten Halbleiterschicht 44 in der z-Richtung kann in einem Bereich von etwa 10 Mikrometer bis etwa 80 Mikrometer liegen. Eventuelle Topographien (unterschiedliche Höhen) können durch CMP (chemischmechanisches Polieren) entfernt werden (nicht gezeigt).
  • In der 5G kann die Rückseite der Anordnung der 5F strukturiert werden. Hierbei kann an ausgewählten Stellen die untere Halbleiterschicht („Handle Layer“) 30B des SOI-Wafers 28 und die darüber liegende dielektrische Schicht 32 entfernt werden. Durch die Rückseitenstrukturierung kann ein Rahmen 4 ausgebildet werden, wie er in der 1 gezeigt und beschrieben ist. Ferner können durch das Strukturieren der Halbleiterschicht 30B eine oder mehrere Versteifungsstrukturen 46 zur mechanischen Stabilisierung der herzustellenden MEMS-Vorrichtung gegen dynamische Deformationen im resonanten Betrieb ausgebildet werden. Im Beispiel der 5G können der Rahmen 4 und/oder die Versteifungsstruktur 46 vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt sein.
  • In der 5H kann die Vorderseite der Anordnung der 5G strukturiert werden. Dabei können mehrere im Folgenden beschriebene Komponenten der MEMS-Vorrichtung 500 ausgebildet werden. In einem Beispiel kann das Strukturieren einen Ätzprozess, insbesondere ein Grabenätzen, umfassen. Während des Grabenätzens kann beispielsweise die Isolationsschicht 38 als Ätzstoppschicht fungieren.
  • Durch die Vorderseitenstrukturierung der 5H kann ein Federelement 8 der MEMS-Vorrichtung 500 ausgebildet werden. Das Federelement 8 kann vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt sein. Insbesondere kann das Federelement 8 aus dem monokristallinem Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 30A und dem darauf aufgewachsenen monokristallinen Halbleitermaterial 44A ausgebildet sein. Die MEMS-Vorrichtung 500 kann dazu ausgelegt ist, als MEMS-Scanner zu arbeiten. Für den Betrieb eines MEMS-Scanners können große Winkeloszillationsamplituden und hohe Schwingungsfrequenzen wünschenswert sein, die unter anderem in einer hohen mechanischen Beanspruchung des Federelements 8 resultieren können. Herkömmliche Federelemente können üblicherweise aus einem Schichtstapel Silizium-Oxid-Silizium aufgebaut sein. An den Grenzflächen der übereinander gestapelten Schichten können mechanische Belastungen, insbesondere Scherspannungen, zu Materialschäden führen. Im Gegensatz hierzu kann das vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigte Federelement 8 gemäß der Offenbarung keine derartigen Grenzflächen aufweisen, so dass besagte Materialschäden nicht auftreten können. Das monokristalline Halbleitermaterial des Federelements 8 kann eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Bruchzähigkeit bereitstellen. Hierdurch kann ein mechanisches Versagen (z.B. durch Materialrisse oder Materialbrüche) des Federelements 8 vermieden werden.
  • Durch die Vorderseitenstrukturierung der 5H kann ein Spiegelkörper 2 ausgebildet werden. Durch das Strukturieren kann der Spiegelkörper 2 an den Stellen freigegeben werden, bei denen eine für das Strukturieren verwendete anisotrope Ätzung nur das Halbleitermaterial trifft, d.h. wo die Isolationsschicht entfernt wurde. Der Spiegelkörper 2 kann im Wesentlichen vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt sein. In der 5F wurde an den Stellen des auszubildenden Spiegelkörpers 2 monokristallines Halbleitermaterial 44A abgeschieden. In weiteren Beispielen kann an diesen Stellen stattdessen polykristallines Halbleitermaterial 44B aufgewachsen werden (insbesondere auf einer Keimschicht). Das aufgewachsene polykristalline Halbleitermaterial kann wieder entfernt werden, wobei eine darunter liegende Isolationsschicht bei einem Ätzprozess als Ätzstoppschicht fungieren kann. Anschließend kann die Isolationsschicht ebenfalls entfernt werden, wobei die erste Halbleiterschicht 30A freigelegt werden kann. Der Spiegelkörper 2 kann dann durch ein Strukturieren der freigelegten ersten Halbleiterschicht 30A ausgebildet werden. Im Vergleich zur 5H kann ein auf diese Weise gefertigter Spiegelkörper 2 eine kleinere Abmessung in der z-Richtung aufweisen, d.h. dünner und leichter sein.
  • Durch die Vorderseitenstrukturierung der 5H kann zumindest ein Rotorkammfinger 14 des Kammantriebs ausgebildet werden. Der Rotorkammfinger 14 kann durch einen Schichtstapel aus dem monokristallinen Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 30A und dem polykristallinem Halbleitermaterial 44B gefertigt sein. Im Beispiel der 5H können in dem Schichtstapel eine Abmessung des polykristallinen Halbleitermaterials in der z-Richtung und eine Abmessung des monokristallinen Halbleitermaterials in der z-Richtung im Wesentlichen identisch sein. Optional kann der Rotorkammfinger 14 verbliebene Anteile der Keimschicht 42 aufweisen. In der 5F wurde an den Stellen des auszubildenden Rotorkammfingers 14 polykristallines Halbleitermaterial 44B abgeschieden. In weiteren Beispielen kann an diesen Stellen stattdessen monokristallines Halbleitermaterial 44A auf der Halbleiterschicht 30A abgeschieden werden. Hierbei kann zumindest ein Rotorkammfinger 14 des Kammantriebs ausgebildet werden, der vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt sein kann.
  • Durch die Vorderseitenstrukturierung der 5H kann zumindest ein Statorkammfinger 20 des Kammantriebs ausgebildet werden. Der oder die Statorkammfinger 20 können dabei durch einen Schichtstapel aus dem polykristallinen Halbleitermaterial 44B, Material der Isolationsschichten 34, 38 und monokristallinem Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 30A gefertigt sein. In dem Schichtstapel können die Abmessung des polykristallinen Halbleitermaterials in der z-Richtung und die Abmessung des monokristallinen Halbleitermaterials in der z-Richtung flexibel gewählt werden, indem die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte entsprechend angepasst werden. In den 6A bis 6E sind beispielhafte Stator-Rotor-Topologien mit unterschiedlich ausgeführten Statorkammfingern gezeigt und beschrieben.
  • Durch die Vorderseitenstrukturierung der 5H können eine oder mehrere mechanische Kontaktflächen 48 ausgebildet werden. Eine mechanische Kontaktfläche 48 kann dazu ausgelegt sein, mit einem Gehäuse (nicht gezeigt) mechanisch verbunden zu werden, welches die Komponenten der MEMS-Vorrichtung 500 zumindest teilweise verkapseln kann. Das Gehäuse kann dazu ausgelegt sein, die verkapselten Komponenten gegen äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Feuchtigkeit, Leckströme, Umgebungsdruckänderungen, Partikel oder mechanische Stöße zu schützen. Ein Schutz vor Umgebungsdruckänderungen kann insbesondere für einen definierten MEMS-Druck und dadurch eine definierte mechanische Dämpfung wichtig sein. In einem Beispiel kann das Gehäuse durch einen Bondprozess mit der mechanischen Kontaktfläche 48 verbunden werden.
  • Durch die Vorderseitenstrukturierung der 5H können eine oder mehrere elektrische Kontaktflächen 50 ausgebildet werden. Eine elektrische Kontaktfläche 50 kann dazu ausgelegt sein, zumindest einen Statorkammfinger 20 des Kammantriebs elektrisch zu kontaktieren. Im Beispiel der 5H kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Statorkammfinger 20 und der elektrischen Kontaktfläche 50 über die Polysiliziumschicht 36 bereitgestellt sein. Über die Kontaktfläche 50 kann somit der Statorteil des Kammantriebs kontaktiert werden und zum Beispiel durch Steuersignale angesteuert bzw. getrieben werden. Insbesondere kann das polykristalline Material des Statorkammfingers 20 mit einem elektrischen Potential beaufschlagt werden, welches sich von dem an der monokristallinen Schicht anliegenden elektrischen Potential unterscheiden kann. In einem Beispiel kann die elektrische Kontaktfläche 50 durch einen Bonddraht mittels eines Bonding-Prozesses elektrisch kontaktiert werden.
  • Aus der 5H ist ersichtlich, dass die MEMS-Vorrichtung 500 einen Kammantrieb aufweisen kann, wobei zumindest ein Teil des Kammantriebs aus monokristallinem Halbleitermaterial und darüber epitaktisch aufgewachsenen polykristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist. Dabei können das polykristalline Material des Statorkammfingers 20, das polykristalline Material der elektrischen Kontaktfläche 50 und das polykristalline Material der mechanischen Kontaktfläche 48 voneinander elektrisch isoliert sein. Diese Komponenten können auf ihrer Oberseite Polysiliziuminseln ausbilden, welche durch die dazwischen ausgebildeten Gräben elektrisch voneinander isoliert sein können.
  • Es ist anzumerken, dass die MEMS-Vorrichtung 500 in der Praxis mechanische Verbindungen zwischen ihren Komponenten aufweisen kann, die aufgrund der gewählten Perspektive in der 5 nicht erkennbar sein können. Beispielsweise ist das Federelement 8 in der Ansicht der 5H als separate bzw. isolierte Komponente dargestellt, die nicht mit anderen Komponenten der MEMS-Vorrichtung 5000 mechanisch verbunden ist. Es ist allerdings klar, dass das Federelement 8 in der Praxis mit dem Spiegelkörper 2 und dem Rahmen 4 mechanisch verbunden sein kann, wie es beispielsweise in der 1 gezeigt und beschrieben ist. Die Querschnittansichten der 5 sollen grundlegende topologische Möglichkeiten aufzeigen, die in einer MEMS-Vorrichtung gemäß der Offenbarung realisierbar sein können. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass eine MEMS-Vorrichtung gemäß der Offenbarung nicht notwendigerweise eine (einzelne) Schnittebene aufweisen muss, die Querschnittseitenansichten gemäß der 5 bereitstellen kann. Vielmehr können sich die Querschnittseitenansichten der 5 durch einen mäanderförmigen Schnitt durch eine MEMS-Vorrichtung gemäß der Offenbarung ergeben.
  • In dem beispielhaften Verfahren der 5 ist der Einfachheit halber die Herstellung von nur einer MEMS-Vorrichtung 500 gezeigt und beschrieben. Tatsächlich kann das Verfahren der 5 auf Waferebene bzw. in Form eines kostengünstigen Batchprozesses durchgeführt werden. Dabei können ein oder mehrere der beschriebenen Verfahrensschritte auf Waferebene ausgeführt werden. Die MEMS-Vorrichtung 500 kann somit auch als Wafer-Level-Vorrichtung bezeichnet werden. Nach den Verfahrensschritten der 5A bis 5H kann der Halbleiterwafer durch einen Vereinzelungsprozess in eine Vielzahl von MEMS-Vorrichtungen 500 vereinzelt werden. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein mechanischer Dicing-Prozess und/oder ein Stealth-Dicing-Prozess angewendet werden.
  • Die 6A bis 6E zeigen schematisch unterschiedliche Stator-Rotor-Topologien, wie sie in MEMS-Vorrichtungen gemäß der Offenbarung vorkommen können. Wie aus der 5H ersichtlich ist, kann gemäß der Offenbarung der untere Teil einer Statorkammstruktur bzw. eines Statorkammfingers 20 aus dem Material der ursprünglichen Vorrichtungsschicht („Device Layer“) des SOI-Wafers bestehen. Der untere Teil kann somit mit der Rotorkammstruktur elektrisch verbunden sein, da die gesamte Vorrichtungsschicht in einer elektrischen Pfadverbindung stehen kann. Die obere Schicht der Statorkammstruktur bzw. des Statorkammfingers 20 kann jedoch elektrisch isoliert sein. Dadurch kann eine elektrische Spannung U zwischen der, beispielsweise aus Epi-Polysilizium gefertigten, oberen Statorschicht und dem Rotor angelegt werden. Dabei kann es möglich sein, die relative Dicke der Epi-Polysilizium-Schicht und der Vorrichtungsschicht zu variieren. Unterschiedliche Variation sind in der 6A bis 6E gezeigt.
  • Bei der Stator-Rotor-Topologie der 6A können der Rotor bzw. die Rotorkammfinger vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial 52 gefertigt sein. Der Stator bzw. die Statorkammfinger können aus einem Schichtstapel, bestehend aus monokristallinem Halbleitermaterial 52, Isolationsmaterial 56 und polykristallinem Halbleitermaterial 54, gefertigt sein. Im Beispiel der 6A können die Höhen der Schichten 52 und 54 des Stators in der z-Richtung im Wesentlichen gleich sein. Je größer die Höhe der Schicht 52 bzw. je kleiner die Höhe der Schicht 54 des Stators, desto schwächer kann ein Antrieb der MEMS-Vorrichtung durch den Kammantrieb ausfallen, aber desto genauer kann eine Regelung des Kammantriebs erfolgen. Demensprechend zeigt die Topologie der 6A eine ausgewogene Lösung, bei welcher die Antriebsstärke und die Regelung im Wesentlichen gleich gewichtet sind.
  • Bei der Stator-Rotor-Topologie der 6B kann die Höhe der monokristallinen Schicht 52 größer sein als die Höhe der polykristallinen Schicht 54. Eine solche Lösung kann der Regelungsqualität des Kammantriebs ein größeres Gewicht geben als der Antriebsstärke.
  • Bei der Stator-Rotor-Topologie der 6C kann die Höhe der monokristallinen Schicht 52 kleiner sein als die Höhe der polykristallinen Schicht 54. Eine solche Lösung kann der Antriebsstärke ein größeres Gewicht geben als der Regelungsqualität des Kammantriebs.
  • Bei der Stator-Rotor-Topologie der 6D kann der Stator im Wesentlichen wie in der 6A ausgeführt sein. Im Beispiel der 6D kann eine auf der Oberseite der Rotorkammfinger abgeschiedene polykristalline Schicht wieder entfernt worden sein, indem man das Isolationsmaterial 56 (z.B. ein Oxid) belässt und die polykristalline Schicht an diesen Stellen ätzt. Hierdurch können Kammantriebe ausgebildet werden, bei denen die Rotorkammfinger und die Statorkammfinger in der z-Richtung unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Eine solche Topologie ermöglicht die Herstellung eines quasistatisch (also nicht resonant) betriebenen MEMS-Scanners, da in dieser Topologie ein hinreichend großes Drehmoment auch in der Ruhelage durch Anlegen einer Spannung U an die Kammantriebe auf einer der beiden Seite der Achse erzeugt werden kann. Durch geeignete Spannungsverläufe, z.B. Rampen, Stufenfunktionen, usw. und durch abwechselnde Beaufschlagung der linken und rechten Kammstrukturen kann somit der Spiegelkörper sowohl zu positiven als auch negativen Winkeln in einem quasistatischen Betrieb geschwenkt werden.
  • Die Stator-Rotor-Topologie der 6E kann der Stator-Rotor-Topologie der 6D zumindest teilweise ähnlich sein. Im Gegensatz zur 6D kann in der 6E über dem Isolationsmaterial 56 eine polykristalline Schicht 54 angeordnet sein. Der Rotorfinger und der Statorfinger können somit gleich ausgebildet sein. Die Spannung U kann zwischen der oberen Statorschicht 54 und der unteren Rotorschicht 52 anliegen.
  • 7 zeigt die Kapazität eines herkömmlichen Kammantriebs in Abhängigkeit vom Auslenkwinkel des Kammantriebs. Bei herkömmlichen Kammantriebsstrukturen können der Rotor und der Stator beide aus nur einer Schicht gleicher Dicke ausgebildet sein. Derartige Kammantriebe können aufgrund der Symmetrie für positive und negative Auslenkwinkel eine symmetrische Kapazitätsabhängigkeit um den Nullwinkel aufweisen, wie es in der 7 beispielhaft gezeigt ist.
  • 8 zeigt ein Stromsignal eines Kammantriebs einer herkömmlichen MEMS-Vorrichtung mit einer symmetrischen Kapazitätsabhängigkeit (vgl. 7). Dabei zeigt eine durchgezogene Linie das Stromsignal und eine gestrichelte Linie den Auslenkwinkel des Kammantriebs. Zur Positions-/Amplitudenerkennung des oszillierenden Systems kann die Kapazität oder eine davon abgeleitete Größe gemessen werden. In einem Beispiel kann es sich bei der abgeleiteten Größe um die Ströme handeln, welche den Kondensator während des Schwingens laden und entladen. Eine symmetrische Kapazitätsabhängigkeit (vgl. 7) kann in einem symmetrischen Signal für die Positions-/Amplitudenerfassung resultieren, wie es beispielhaft in der 8 gezeigt ist. Die Ladeströme können gleich sein, wenn sich der MEMS-Scanner aus positiven Winkeln der Null- bzw. Ruheposition nähert, wie wenn er sich aus negativen Winkeln nähert. Auf analoge Weise können die Entladeströme gleich sein, wenn sich der MEMS-Scanner von der Nullposition aus in Richtung höherer (positiver) Winkel bewegt, wie wenn er sich von der Nullposition aus in Richtung niedrigerer (negativer) Winkel bewegt. Aus der 8 ergibt sich, dass bei der Messung von Größen aus einer symmetrischen Kapazitätsabhängigkeit nicht zwischen positiven und negativen Winkeln unterschieden werden kann.
  • 9 zeigt ein Stromsignal eines Kammantriebs einer MEMS-Vorrichtung gemäß der Offenbarung. MEMS-Vorrichtungen gemäß der Offenbarung können einen Kammantrieb aufweisen, der in zwei Halbleiterschichten mit einer isolierenden Zwischenschicht getrennt ist (vgl. 5H). Bei den getrennten Halbleiterschichten kann es sich um eine monokristalline Schicht und eine polykristalline Schicht handeln. Eine solche Trennung in zwei Halbleiterschichten kann die im Zusammenhang mit der 8 diskutierte Symmetrie der positiven und negativen Winkel brechen. Wird die Stromaufladung z.B. der oberen Schicht des Stators (d.h. der polykristallinen Schicht) separat analysiert, kann unterschieden werden, ob sich der MEMS-Scanner in positiven oder negativen Winkeln befindet. Dies ist in der 9 dargestellt, in der Stromsignale für die oberen Schichten von Statoren, die sich auf der linken bzw. rechten Seite der Schwenkachse befinden, aufgetragen sind. Aus der 9 lässt sich ableiten, dass deutliche Stromspitzen bei Winkeln auftreten, die erheblich von der Nullposition abweichen. Diese Signalspitzen, die vom Nulldurchgang weg verschoben sind, können zur Unterscheidung zwischen positiven und negativen Winkeln und für eine sehr präzise Amplitudenregelung verwendet werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kammantriebsstrukturen, bei denen der Rotor und der Stator beide aus nur einer Schicht gleicher Dicke ausgebildet sind, kann dementsprechend ein auf einer Seite der Rotationsachse angeordneter Teil eines Kammantriebs gemäß der Offenbarung ein asymmetrisches elektrisches Kapazitätsprofil aufweisen.
  • Nach dem oben gesagten können MEMS-Vorrichtungen gemäß der Offenbarung somit unter anderem zwei technische Effekte bereitstellen. Zum einen können die MEMS-Vorrichtungen aufgrund des beschriebenen Schichtaufbaus des Kammantriebs eine Symmetrie der positiven und negativen Winkel brechen und eine sehr präzise Amplitudenregelung bereitstellen, wie es im Zusammenhang mit der 9 beispielhaft beschrieben ist. Zum anderen können Federelemente der MEMS-Vorrichtungen vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt sein, wodurch ein mechanisches Versagen des Federelements vermieden werden kann, wie es im Zusammenhang mit der 5H beispielhaft beschrieben ist.
  • Beispiele
  • Im Folgenden werden MEMS-Vorrichtungen und zugehörige Herstellungsverfahren anhand von Beispielen erläutert.
  • Beispiel 1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer ersten Halbleiterschicht; selektives Abscheiden einer zweiten Halbleiterschicht über der ersten Halbleiterschicht, wobei die zweite Halbleiterschicht einen ersten Teil aus monokristallinem Halbleitermaterial und einen zweiten Teil aus polykristallinem Halbleitermaterial umfasst; und Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten, wobei das monokristalline Halbleitermaterial des ersten Teils und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht ein Federelement der MEMS-Vorrichtung ausbilden und das polykristalline Halbleitermaterial des zweiten Teils und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht zumindest einen Teil eines Kammantriebs der MEMS-Vorrichtung ausbilden.
  • Beispiel 2 ist ein Verfahren nach Beispiel 1, wobei das selektive Abscheiden der zweiten Halbleiterschicht umfasst: Abscheiden einer Isolationsschicht über der ersten Halbleiterschicht; Strukturieren der Isolationsschicht, wobei ein Teil der ersten Halbleiterschicht freigelegt wird; Abscheiden des monokristallinen Halbleitermaterials über dem freigelegten Teil der ersten Halbleiterschicht; und Abscheiden des polykristallinen Halbleitermaterials über der Isolationsschicht.
  • Beispiel 3 ist ein Verfahren nach Beispiel 2, wobei das selektive Abscheiden der zweiten Halbleiterschicht ein simultanes epitaktisches Aufwachsen des monokristallinen Halbleitermaterials über der ersten Halbleiterschicht und des polykristallinen Halbleitermaterials über der Isolationsschicht umfasst.
  • Beispiel 4 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die erste Halbleiterschicht aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Beispiel 5 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die erste Halbleiterschicht eine Vorrichtungsschicht eines SOI-Wafers umfasst.
  • Beispiel 6 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das ausgebildete Federelement vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Beispiel 7 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der zumindest eine Teil des Kammantriebs derart durch das polykristalline Halbleitermaterial des zweiten Teils und das darunterliegende Material der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist, dass der Kammantrieb oder ein Teil des Kammantriebs ein asymmetrisches elektrisches Kapazitätsprofil aufweist.
  • Beispiel 8 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten umfasst: Strukturieren des monokristallinen Halbleitermaterials des ersten Teils und des darunterliegenden Materials der ersten Halbleiterschicht, wobei zumindest ein Rotorkammfinger des Kammantriebs ausgebildet wird, wobei der zumindest eine Rotorkammfinger vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Beispiel 9 ist ein Verfahren nach einem der Beispiele 1 bis 7, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten umfasst: Strukturieren des polykristallinen Halbleitermaterials des zweiten Teils und des darunterliegenden Materials der ersten Halbleiterschicht, wobei zumindest ein Rotorkammfinger des Kammantriebs ausgebildet wird, wobei der zumindest eine Rotorkammfinger durch einen Schichtstapel aus polykristallinem Halbleitermaterial und monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Beispiel 10 ist ein Verfahren nach Beispiel 9, wobei eine Abmessung des polykristallinem Halbleitermaterials in dem Schichtstapel und eine Abmessung des monokristallinem Halbleitermaterials in dem Schichtstapel im Wesentlichen identisch sind.
  • Beispiel 11 ist ein Verfahren nach einem der Beispiele 2 bis 10, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten umfasst: Strukturieren des polykristallinen Halbleitermaterials des zweiten Teils, des darunterliegenden Materials der Isolationsschicht und des darunterliegenden Materials der ersten Halbleiterschicht, wobei zumindest ein Statorkammfinger des Kammantriebs ausgebildet wird, wobei der zumindest eine Statorkammfinger durch einen Schichtstapel aus polykristallinem Halbleitermaterial, Material der Isolationsschicht und monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Beispiel 12 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, ferner umfassend: Ausbilden eines Spiegelkörpers der MEMS-Vorrichtung durch Strukturieren von zumindest der ersten Halbleiterschicht, wobei der Spiegelkörper vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Beispiel 13 ist ein Verfahren nach Beispiel 12, wobei das Ausbilden des Spiegelkörpers umfasst: Entfernen des polykristallinen Halbleitermaterials, wobei die Isolationsschicht freigelegt wird; Entfernen der freigelegten Isolationsschicht, wobei die erste Halbleiterschicht freigelegt wird; und Strukturieren der freigelegten ersten Halbleiterschicht, wobei der Spiegelkörper ausgebildet wird.
  • Beispiel 14 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten umfasst: Strukturieren des polykristallinen Halbleitermaterials des zweiten Teils, wobei zumindest eines von folgendem aus dem polykristallinen Halbleitermaterial ausgebildet wird: eine elektrische Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung von zumindest einem Statorkammfinger des Kammantriebs oder eine mechanische Kontaktfläche zur mechanischen Verbindung mit einem Gehäuse.
  • Beispiel 15 ist ein Verfahren nach Beispiel 14, wobei das polykristalline Material des Statorkammfingers, das polykristalline Material der elektrischen Kontaktfläche und das polykristalline Material der mechanischen Kontaktfläche voneinander elektrisch isoliert sind.
  • Beispiel 16 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten umfasst: Strukturieren der ersten Halbleiterschicht, wobei eine Versteifungsstruktur ausgebildet wird, wobei die Versteifungsstruktur vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Beispiel 17 ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten ein Grabenätzen umfasst.
  • Beispiel 18 ist ein Verfahren nach Beispiel 17, wobei die Isolationsschicht während des Grabenätzens als Ätzstoppschicht fungiert.
  • Beispiel 19 ist ein Verfahren nach einem der Beispiele 2 bis 18, ferner umfassend: vor dem Abscheiden des polykristallinen Halbleitermaterials über der Isolationsschicht: Abscheiden einer Keimschicht über der Isolationsschicht, wobei das polykristalline Halbleitermaterial über der Keimschicht abgeschieden wird.
  • Beispiel 20 ist ein Verfahren nach Beispiel 19, wobei sich die Keimschicht 100 Nanometer bis 10 Mikrometer über die Isolationsschicht hinaus erstreckt.
  • Beispiel 21 ist ein Verfahren nach einem der Beispiele 2 bis 20, wobei das Abscheiden der Isolationsschicht umfasst: Abscheiden einer ersten Isolationsschicht über der ersten Halbleiterschicht, wobei die erste Isolationsschicht die erste Halbleiterschicht im Wesentlichen vollständig bedeckt; Abscheiden einer zweiten Isolationsschicht über der ersten Isolationsschicht; und Strukturieren der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht.
  • Beispiel 22 ist ein Verfahren nach Beispiel 21, ferner umfassend: Abscheiden einer Polysiliziumschicht zwischen der ersten Isolationsschicht und der zweiten Isolationsschicht, wobei die Polysiliziumschicht eine elektrische Verbindung zwischen dem Statorkammfinger und der elektrischen Kontaktfläche bereitstellt.
  • Beispiel 23 ist eine MEMS-Vorrichtung, umfassend: ein Federelement, wobei das Federelement aus einer ersten Halbleiterschicht aus erstem monokristallinen Halbleitermaterial und einem über der ersten Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsenen zweiten monokristallinen Halbleitermaterial gefertigt ist; und einen Kammantrieb, wobei zumindest ein Teil des Kammantriebs aus der ersten Halbleiterschicht aus erstem monokristallinen Halbleitermaterial und einem über der ersten Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsenen polykristallinen Halbleitermaterial gefertigt ist.
  • Beispiel 24 ist eine MEMS-Vorrichtung nach Beispiel 23, wobei die MEMS-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, als MEMS-Scanner zu arbeiten.
  • In der vorliegenden Beschreibung können die Wörter „über“ und „auf“, die zum Beispiel mit Bezug auf eine Materialschicht verwendet wird, die „über“ oder „auf“ einer Fläche eines Objekts ausgebildet ist oder sich „über“ oder „auf“ ihr befindet, in dem Sinne verwendet werden, dass die Materialschicht „direkt auf“, zum Beispiel in direktem Kontakt mit, der gemeinten Fläche angeordnet (zum Beispiel ausgebildet, abgeschieden, usw.) ist. Die Wörter „über“ und „auf“, die zum Beispiel mit Bezug auf eine Materialschicht verwendet werden, die „über“ oder „auf“ einer Fläche ausgebildet oder angeordnet ist, können im vorliegenden Text auch in dem Sinne verwendet werden, dass die Materialschicht „indirekt auf“ der gemeinten Fläche angeordnet (z.B. ausgebildet, abgeschieden, usw.) ist, wobei sich zum Beispiel eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der gemeinten Fläche und der Materialschicht befinden.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Umsetzungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Offenbarung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims (24)

  1. Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer ersten Halbleiterschicht (30); selektives Abscheiden einer zweiten Halbleiterschicht (44) über der ersten Halbleiterschicht (30), wobei die zweite Halbleiterschicht (44) einen ersten Teil (44A) aus monokristallinem Halbleitermaterial und einen zweiten Teil (44B) aus polykristallinem Halbleitermaterial umfasst; und Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten (30, 44), wobei das monokristalline Halbleitermaterial des ersten Teils (44A) und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht (30) ein Federelement (8) der MEMS-Vorrichtung ausbilden und das polykristalline Halbleitermaterial des zweiten Teils (44B) und darunterliegendes Material der ersten Halbleiterschicht (30) zumindest einen Teil eines Kammantriebs der MEMS-Vorrichtung ausbilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Abscheiden der zweiten Halbleiterschicht (44) umfasst: Abscheiden einer Isolationsschicht (34, 38) über der ersten Halbleiterschicht (30); Strukturieren der Isolationsschicht (34, 38), wobei ein Teil der ersten Halbleiterschicht (30) freigelegt wird; Abscheiden des monokristallinen Halbleitermaterials über dem freigelegten Teil der ersten Halbleiterschicht (30); und Abscheiden des polykristallinen Halbleitermaterials über der Isolationsschicht (34, 38).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das selektive Abscheiden der zweiten Halbleiterschicht (44) ein simultanes epitaktisches Aufwachsen des monokristallinen Halbleitermaterials über der ersten Halbleiterschicht (30) und des polykristallinen Halbleitermaterials über der Isolationsschicht (34, 38) umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterschicht (30) aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterschicht (30) eine Vorrichtungsschicht (30A) eines SOI-Wafers (28) umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das ausgebildete Federelement (8) vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Teil des Kammantriebs derart durch das polykristalline Halbleitermaterial des zweiten Teils (44B) und das darunterliegende Material der ersten Halbleiterschicht (30) ausgebildet ist, dass der Kammantrieb oder ein Teil des Kammantriebs ein asymmetrisches elektrisches Kapazitätsprofil aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten (30, 44) umfasst: Strukturieren des monokristallinen Halbleitermaterials des ersten Teils (44A) und des darunterliegenden Materials der ersten Halbleiterschicht (30), wobei zumindest ein Rotorkammfinger (14) des Kammantriebs ausgebildet wird, wobei der zumindest eine Rotorkammfinger (14) vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten (30, 44) umfasst: Strukturieren des polykristallinen Halbleitermaterials des zweiten Teils (44B) und des darunterliegenden Materials der ersten Halbleiterschicht (30), wobei zumindest ein Rotorkammfinger (14) des Kammantriebs ausgebildet wird, wobei der zumindest eine Rotorkammfinger (14) durch einen Schichtstapel aus polykristallinem Halbleitermaterial und monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Abmessung des polykristallinem Halbleitermaterials in dem Schichtstapel und eine Abmessung des monokristallinem Halbleitermaterials in dem Schichtstapel im Wesentlichen identisch sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten (30, 44) umfasst: Strukturieren des polykristallinen Halbleitermaterials des zweiten Teils (44B), des darunterliegenden Materials der Isolationsschicht (34, 38) und des darunterliegenden Materials der ersten Halbleiterschicht (30), wobei zumindest ein Statorkammfinger (20) des Kammantriebs ausgebildet wird, wobei der zumindest eine Statorkammfinger (20) durch einen Schichtstapel aus polykristallinem Halbleitermaterial, Material der Isolationsschicht und monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: Ausbilden eines Spiegelkörpers (2) der MEMS-Vorrichtung durch Strukturieren von zumindest der ersten Halbleiterschicht (30), wobei der Spiegelkörper (2) vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 12, wobei das Ausbilden des Spiegelkörpers (2) umfasst: Entfernen des polykristallinen Halbleitermaterials, wobei die Isolationsschicht (34, 38) freigelegt wird; Entfernen der freigelegten Isolationsschicht (34, 38), wobei die erste Halbleiterschicht (30) freigelegt wird; und Strukturieren der freigelegten ersten Halbleiterschicht (30), wobei der Spiegelkörper (2) ausgebildet wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten (30, 44) umfasst: Strukturieren des polykristallinen Halbleitermaterials des zweiten Teils (44B), wobei zumindest eines von folgendem aus dem polykristallinen Halbleitermaterial ausgebildet wird: eine elektrische Kontaktfläche (50) zur elektrischen Kontaktierung von zumindest einem Statorkammfinger (20) des Kammantriebs oder eine mechanische Kontaktfläche (48) zur mechanischen Verbindung mit einem Gehäuse.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das polykristalline Material des Statorkammfingers (20), das polykristalline Material der elektrischen Kontaktfläche (50) und das polykristalline Material der mechanischen Kontaktfläche (48) voneinander elektrisch isoliert sind.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten (30, 44) umfasst: Strukturieren der ersten Halbleiterschicht (30), wobei eine Versteifungsstruktur (46) ausgebildet wird, wobei die Versteifungsstruktur (46) vollständig aus monokristallinem Halbleitermaterial gefertigt ist.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturieren von zumindest einer der Halbleiterschichten (30, 44) ein Grabenätzen umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 17, wobei die Isolationsschicht (34, 38) während des Grabenätzens als Ätzstoppschicht fungiert.
  19. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: vor dem Abscheiden des polykristallinen Halbleitermaterials über der Isolationsschicht (34, 38): Abscheiden einer Keimschicht (42) über der Isolationsschicht (34, 38), wobei das polykristalline Halbleitermaterial über der Keimschicht (42) abgeschieden wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei sich die Keimschicht (42) 100 Nanometer bis 10 Mikrometer über die Isolationsschicht (34, 38) hinaus erstreckt.
  21. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Abscheiden der Isolationsschicht (34, 38) umfasst: Abscheiden einer ersten Isolationsschicht (34) über der ersten Halbleiterschicht (30), wobei die erste Isolationsschicht (34) die erste Halbleiterschicht (30) im Wesentlichen vollständig bedeckt; Abscheiden einer zweiten Isolationsschicht (38) über der ersten Isolationsschicht (34); und Strukturieren der ersten Isolationsschicht (34) und der zweiten Isolationsschicht (38).
  22. Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend: Abscheiden einer Polysiliziumschicht (36) zwischen der ersten Isolationsschicht (34) und der zweiten Isolationsschicht (38), wobei die Polysiliziumschicht (36) eine elektrische Verbindung zwischen dem Statorkammfinger (20) und der elektrischen Kontaktfläche (50) bereitstellt.
  23. MEMS-Vorrichtung, umfassend: ein Federelement (8), wobei das Federelement (8) aus einer ersten Halbleiterschicht (30) aus erstem monokristallinen Halbleitermaterial und einem über der ersten Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsenen zweiten monokristallinen Halbleitermaterial (44A) gefertigt ist; und einen Kammantrieb, wobei zumindest ein Teil des Kammantriebs aus der ersten Halbleiterschicht (30) aus erstem monokristallinen Halbleitermaterial und einem über der ersten Halbleiterschicht (30) epitaktisch aufgewachsenen polykristallinen Halbleitermaterial (44B) gefertigt ist.
  24. MEMS-Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die MEMS-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, als MEMS-Scanner zu arbeiten.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114637110A (zh) * 2022-03-17 2022-06-17 安徽大学 一种具有静电驱动的双层扭转的mems微镜及激光雷达

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006058563B3 (de) 2006-12-12 2008-06-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikrospiegel-Aktuator mit Kapselungsmöglichkeit sowie Verfahren zur Herstellung
DE102018211755A1 (de) 2018-07-13 2020-01-16 Infineon Technologies Ag Amplitudenerfassung, amplitudenregelung und richtungserfassung einer schwingung eines schwingkörpers

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8691099B2 (en) * 2001-12-13 2014-04-08 John Gritters Process for fabricating MEMS devices
US6916728B2 (en) * 2002-12-23 2005-07-12 Freescale Semiconductor, Inc. Method for forming a semiconductor structure through epitaxial growth
CN100524614C (zh) * 2003-02-11 2009-08-05 Nxp;股份有限公司 制造电子器件的方法和电子器件
ITTO20030269A1 (it) * 2003-04-08 2004-10-09 St Microelectronics Srl Procedimento per la fabbricazione di un dispositivo
US10155656B2 (en) * 2015-10-19 2018-12-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Inter-poly connection for parasitic capacitor and die size improvement
WO2017100485A1 (en) * 2015-12-08 2017-06-15 The Regents Of The University Of Michigan 3d mems scanner for real-time cross-sectional endomicroscopy
DE102016200494A1 (de) * 2016-01-15 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen MEMS-Bauelements und entsprechendes mehrschichtiges MEMS-Bauelement
US9938133B2 (en) * 2016-04-13 2018-04-10 Infineon Technologies Dresden Gmbh System and method for a comb-drive MEMS device
IT201600079455A1 (it) * 2016-07-28 2018-01-28 St Microelectronics Srl Procedimento di fabbricazione di un dispositivo a microspecchio di tipo mems e relativo dispositivo
IT201600131865A1 (it) * 2016-12-28 2018-06-28 St Microelectronics Srl Dispositivo micro-elettro-meccanico dotato di una struttura mobile, in particolare microspecchio, e relativo procedimento di fabbricazione
IT201800006160A1 (it) * 2018-06-08 2019-12-08 Procedimento di fabbricazione di un dispositivo microelettromeccanico avente una struttura sospesa sepolta e relativo dispositivo microelettromeccanico

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006058563B3 (de) 2006-12-12 2008-06-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikrospiegel-Aktuator mit Kapselungsmöglichkeit sowie Verfahren zur Herstellung
DE102018211755A1 (de) 2018-07-13 2020-01-16 Infineon Technologies Ag Amplitudenerfassung, amplitudenregelung und richtungserfassung einer schwingung eines schwingkörpers

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GALLAGHER, Else; MOUSSA, Walied; MCDERMOTT, Mark: A review of fabrication processes for vertical comb drives.. In: Microsystem technologies, 18, 2012, 4, S. 381-397.
LIN, W. T.; CHIOU, Jin-Chern; TSOU, C. A self-aligned fabrication method of dual comb drive using multilayers SOI process for optical MEMS applications. Microsystem technologies, 2005, 11. Jg., Nr. 2-3, S. 204-209
LIN, W. T.; CHIOU, Jin-Chern; TSOU, C.: A self-aligned fabrication method of dual comb drive using multilayers SOI process for optical MEMS applications. In: Microsystem technologies, 11, 2005, 2-3, S. 204-209.
Microsystem technologies, 2012, 18. Jg., Nr. 4, S. 381-397

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