DE102022109879A1 - Oberes kerbschlitzprofil für mems-vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verschiedene Ausführungsformen dieser Offenbarung sind auf eine mikroelektromechanische Systemvorrichtung (MEMS-Vorrichtung) gerichtet, bei der ein Schlitz an einer beweglichen Masse der MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist. Bei der MEMS-Vorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Lautsprecher, einen Aktor oder dergleichen handeln. Der Schlitz erstreckt sich durch die bewegliche Masse von oben nach unten und weist eine gleichmäßige oder im Wesentlichen gleichmäßige Breite vom Boden der beweglichen Masse bis in die Nähe der Oberseite der beweglichen Masse auf. Ferner sind die oberen Eckabschnitte des MEMS-Substrats im Schlitz dem oberen Kerbschlitzprofil entsprechend eingekerbt, sodass sich eine Breite des Schlitzes an der Oberseite der beweglichen Masse ausbuchtet. Das obere Kerbschlitzprofil kann beispielsweise das Prozessfenster zum Entfernen eines Klebstoffs vom Schlitz während des Bildens der MEMS-Vorrichtung vergrößern.

Description

  • VERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/300,346 , die am 18. Januar 2022 eingereicht wurde und deren Inhalt durch Verweis vollumfänglich berücksichtigt wird.
  • HINTERGRUND
  • Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind mikroskopisch kleine Vorrichtungen, die mechanische und elektrische Komponenten integrieren, um physische Größen zu erfassen und/oder auf Umgebungen einzuwirken. In den letzten Jahren haben sich MEMS-Vorrichtungen immer mehr durchgesetzt. MEMS-Lautsprecher werden beispielsweise häufig in Hörgeräten, In-Ear-Kopfhörern, Heimlautsprechern, Fernsehlautsprechern und dergleichen eingesetzt.
  • Figurenliste
  • Aspekte dieser Offenbarung werden am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den beigefügten Figuren gelesen werden. Es wird angemerkt, dass verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind, wie es in der Branche üblich ist. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Elemente zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.
    • 1 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen einer mikroelektromechanischen Systemvorrichtung (MEMS-Vorrichtung), bei der ein Schlitz an einer beweglichen Masse der MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist.
    • 2 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des Schlitzes aus 1.
    • 3A bis 3G illustrieren Querschnittsansichten einiger alternativer Ausführungsformen des Schlitzes aus 1.
    • 4 illustriert eine erweiterte Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung aus 1, bei der eine Aktorstruktur der MEMS-Vorrichtung die bewegliche Masse umgibt.
    • 5 illustriert eine Draufsicht auf einige Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung aus 4.
    • 6 illustriert eine Draufsicht auf einige alternative Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung aus 4.
    • 7A bis 7D illustrieren Querschnittsansichten 700A bis 700D einiger alternativer Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung aus 4.
    • 8 illustriert eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen eines MEMS-Packages, in dem die MEMS-Vorrichtung aus 4 auf einer Platine (PCB) gepackt ist.
    • 9 illustriert eine Querschnittsansicht einiger alternativer Ausführungsformen eines MEMS-Packages, bei dem ein Schlitz an einer beweglichen Masse einer MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist.
    • 10 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen des Schlitzes aus 9.
    • 11, 12A, 12B, 13, 14A, 14B, 15, 16A, 16B und 17 bis 23 illustrieren eine Reihe von Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer MEMS-Vorrichtung, bei der ein Schlitz an einer beweglichen Masse der MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist.
    • 24 illustriert ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens aus 11, 12A, 12B, 13, 14A, 14B, 15, 16A, 16B und 17 bis 23.
    • 25 bis 31 illustrieren eine Reihe von Querschnittsansichten einiger alternativer Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer MEMS-Vorrichtung, bei dem ein Schlitz an einer beweglichen Masse der MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist.
    • 32 illustriert ein Blockdiagramm einiger Ausführungsformen des Verfahrens aus 25 bis 31.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Diese Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Umsetzen verschiedener Merkmale dieser Offenbarung bereit. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachfolgend beschrieben, um diese Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele, die nicht als einschränkend zu verstehen sind. Beispielsweise kann das Bilden eines ersten Elements oder eines zweiten Elements in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt gebildet sind, und es kann außerdem Ausführungsformen umfassen, bei denen weitere Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element gebildet sein können, sodass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt stehen müssen. Weiterhin kann diese Offenbarung Bezugsziffern und/oder -buchstaben der verschiedenen Beispiele wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und diktiert nicht für sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Einrichtungen.
  • Ferner können räumlich relative Begriffe wie „unter“, „darunter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und dergleichen hierin für eine einfachere Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) wie in den Figuren illustriert zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren dargestellt ist, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder im Betrieb umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Ausrichtung) und die räumlich relativen Bezeichnungen, die hierin verwendet werden, können ebenfalls entsprechend ausgelegt werden.
  • Ein Lautsprecher für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) kann eine piezoelektrische Struktur über einem MEMS-Substrat auf einer Vorderseite des MEMS-Substrats aufweisen. Die piezoelektrische Struktur erstreckt sich um eine bewegliche Masse, die in dem MEMS-Substrat gebildet ist, und ist so eingerichtet, dass sie die bewegliche Masse als Reaktion auf das Anlegen eines elektrischen Felds bewegt, um Schall zu erzeugen. Um die Bewegung der beweglichen Masse und die Erzeugung von Schall zu erleichtern, erstreckt sich ein Hohlraum in das MEMS-Substrat von der Rückseite des MEMS-Substrats, die der Vorderseite des MEMS-Substrats entgegengesetzt ist, bis zur beweglichen Masse. Ferner erstreckt sich ein Schlitz mit einem vertikalen Profil durch das MEMS-Substrat von der Vorderseite des Substrats bis zum Hohlraum an der beweglichen Masse.
  • Einem Verfahren zum Bilden des MEMS-Lautsprechers entsprechend wird ein Trägersubstrat mit einer Klebeschicht, die den Schlitz ausfüllt, auf die Vorderseite des MEMS-Substrats geklebt. Dann wird von der Rückseite des MEMS-Substrats aus ein Ätzen in das MEMS-Substrat ausgeführt, um den Hohlraum zu bilden. Nach dem Bilden des Hohlraums werden das Trägersubstrat und die Klebeschicht entfernt, um das Trägersubstrat vom MEMS-Substrat zu lösen.
  • Die Klebeschicht und die Breite des Schlitzes können bei diesem Verfahren zu Problemen führen. Insbesondere ist das menschliche Ohr für tieffrequenten Schall nicht empfindlich, wobei tieffrequenter Schall von einer großen Luftverdrängung abhängt. Ferner führt der Schlitz dazu, dass tieffrequenter Schall entweicht, wodurch die Luftverdrängung verringert wird. Entsprechend gibt es, je geringer die Breite des Schlitzes ist, desto weniger tieffrequenten Schall und umso mehr Luftverdrängung. Je geringer jedoch die Breite des Schlitzes ist, desto schwieriger ist es, die Klebeschicht vom Schlitz zu entfernen. Wird die Klebeschicht nicht von dem Schlitz entfernt, kann dies zu einem Ausfall des MEMS-Lautsprechers führen und somit den Bulk-Fertigungsertrag des MEMS-Lautsprechers verringern. Wenn die Breite des Schlitzes zu klein wird, kann der Bulk-Fertigungsertrag gegen Null gehen.
  • Erschwerend kommt hinzu, dass eine Passivierungsschicht den Schlitz auskleidend abgeschieden werden und zu Verengungen und/oder zum Abklemmen an einem oberen Ende des Schlitzes führen kann. Während des Abscheidens kann sich das Material der Passivierungsschicht an den oberen Ecken des MEMS-Substrats, die sich im Schlitz befinden, schneller akkumulieren als an anderen Stellen des Schlitzes. Somit kann die Passivierungsschicht an den oberen Ecken dicker sein als an anderen Stellen des Schlitzes und die effektive Breite des Schlitzes verringern. Diese Verengung und/oder Abklemmung ist schwer zu steuern und zu berücksichtigen und erschwert das Entfernen der Klebeschicht vom Schlitz.
  • Verschiedene Ausführungsformen dieser Offenbarung sind auf eine MEMS-Vorrichtung gerichtet, bei der ein Schlitz an einer beweglichen Masse der MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist. Die MEMS-Vorrichtung kann beispielsweise ein MEMS-Lautsprecher, ein MEMS-Aktor oder eine andere geeignete Art von MEMS-Vorrichtung sein. Der Schlitz erstreckt sich durch die bewegliche Masse von einer Oberseite der beweglichen Masse bis zu einer Unterseite der beweglichen Masse und weist eine gleichmäßige oder im Wesentlichen gleichmäßige Breite von der Unterseite der beweglichen Masse bis zu einem Punkt in der Nähe der Oberseite der beweglichen Masse auf. Ferner sind die oberen Eckabschnitte des MEMS-Substrats im Schlitz dem oberen Kerbschlitzprofil entsprechend eingekerbt, sodass sich die Breite des Schlitzes an der Oberseite der beweglichen Masse ausbuchtet.
  • Aufgrund des oberen Kerbschlitzprofils ist der Schlitz an der Oberseite der beweglichen Masse breiter als an anderen Stellen. Durch die größere Breite am oberen Ende der beweglichen Masse lässt sich eine Klebeschicht beim Herstellen der MEMS-Vorrichtung leichter vom Schlitz entfernen. Daher kann das Prozessfenster zum Entfernen der Klebeschicht vergrößert werden. Ferner sind die oberen Ecken des MEMS-Substrats, die sich im Schlitz befinden, aufgrund der größeren Breite weiter von der Mitte des Schlitzes entfernt, als es bei einem vertikalen Profil des Schlitzes der Fall wäre. Soweit eine Passivierungsschicht entlang des Schlitzes abgeschieden wird und sich an den oberen Ecken schneller abscheidet als an anderen Stellen des Schlitzes, kann die größere Breite am oberen Ende des Schlitzes daher verhindern, dass die Passivierungsschicht den Schlitz verengt und/oder abklemmt. So kann sich das Prozessfenster zum Entfernen der Klebeschicht weiter vergrößern.
  • Aufgrund des vergrößerten Prozessfensters kann der Bulk-Fertigungsertrag für die MEMS-Vorrichtungen erhöht werden. Ferner kann der Schlitz schmaler sein als sonst möglich. In wenigstens einigen Ausführungsformen, in denen die MEMS-Vorrichtung ein Lautsprecher ist, kann die verringerte Breite das Austreten von tieffrequentem Schall durch den Schlitz verringern. Dies wiederum kann zu einer großen Luftverdrängung führen und die Hörbarkeit von tieffrequenten Tönen für das menschliche Ohr erhöhen.
  • Mit Verweis auf 1 ist eine Querschnittsansicht 100 einiger Ausführungsformen einer MEMS-Vorrichtung bereitgestellt, bei der ein Schlitz 102a an einer beweglichen Masse 104 der MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist. Die MEMS-Vorrichtung befindet sich auf einem MEMS-Substrat 106 und kann beispielsweise ein MEMS-Lautsprecher oder eine andere geeignete Art von MEMS-Vorrichtung sein oder umfassen.
  • Die bewegliche Masse 104 ist in dem MEMS-Substrat 106 gebildet und befindet sich auf einer Vorderseite 106fs des MEMS-Substrats 106. Wenigstens in einigen Ausführungsformen kann die bewegliche Masse 104 auch als bewegliche Membran bezeichnet werden. Ferner liegt die bewegliche Masse 104 über einem Hohlraum 108, der sich von einer Rückseite 106bs des MEMS-Substrats 106, die der Vorderseite 106fs des MEMS-Substrats 106 entgegengesetzt ist, in das MEMS-Substrat 106 hinein erstreckt. Das MEMS-Substrat 106 kann beispielsweise ein Bulksubstrat aus Silizium oder einem anderen geeigneten Halbleitermaterial sein. Alternativ kann das MEMS-Substrat 106 beispielsweise ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) oder eine andere geeignete Art von Halbleitersubstrat sein. Soweit es sich bei dem MEMS-Substrat 106 um ein SOI-Substrat handelt, kann das Halbleitermaterial des SOI-Substrats beispielsweise Silizium oder eine andere geeignete Art von Halbleitermaterial sein.
  • Der Schlitz 102a befindet sich an der beweglichen Masse 104 und erstreckt sich durch das MEMS-Substrat 106 von einer oberen Fläche der beweglichen Masse 104 zu einer unteren Fläche der beweglichen Masse 104, sodass der Schlitz 102a in Flüssigkeitsverbindung mit dem Hohlraum 108 steht. Ferner ist der Schlitz 102a mit einer Passivierungsschicht 110 ausgekleidet, deren untere Fläche gegenüber der der beweglichen Masse 104 erhöht ist. In alternativen Ausführungsformen sind die unteren Flächen der Passivierungsschicht 110 und der beweglichen Masse 104 eben. Die Passivierungsschicht 110 kann beispielsweise Siliziumnitrid und/oder eines oder mehrere andere geeignete Dielektrika sein oder umfassen.
  • Mit Verweis auf 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht 200 einiger Ausführungsformen des Schlitzes 102a aus 1 bereitgestellt. Die vergrößerte Querschnittsansicht 200 kann beispielsweise innerhalb des Kastens BX aus 1 aufgenommen werden. Die Breite Ws des Schlitzes 102a ist von der unteren Fläche der beweglichen Masse 104 bis zu einer Erhebung EL vertikal zwischen der unteren Fläche der beweglichen Masse 104 und der oberen Fläche der beweglichen Masse 104 gleichmäßig oder im Wesentlichen gleichmäßig. Ferner sind die oberen Eckabschnitte des MEMS-Substrats 106, die sich im Schlitz 102a befinden, dem oberen Kerbschlitzprofil des Schlitzes 102a entsprechend eingekerbt oder eingedrückt. Somit buchtet sich die Breite Ws des Schlitzes 102a an der oberen Fläche der beweglichen Masse 104 aus. Der Schlitz 102a kann beispielsweise ein Y-förmiges Querschnittsprofil oder ein anderes geeignetes Querschnittsprofil aufweisen.
  • Aufgrund des oberen Kerbschlitzprofils ist der Schlitz 102a an der Oberseite der beweglichen Masse 104 breiter als an anderen Stellen des Schlitzes 102a. Durch die größere Breite lässt sich eine Klebeschicht beim Herstellen der MEMS-Vorrichtung leichter vom Schlitz 102a entfernen. Daher kann das Prozessfenster zum Entfernen der Klebeschicht vergrößert werden. Ferner sind die oberen Ecken des MEMS-Substrats 106, die sich im Schlitz 102a befinden, aufgrund der größeren Breite weiter von der Mitte des Schlitzes 102a entfernt, als es bei einem vertikalen Profil des Schlitzes 102a der Fall wäre. Soweit sich die Passivierungsschicht 110 an den oberen Ecken schneller abscheidet als an anderen Stellen des Schlitzes 102a, kann die größere Breite am oberen Ende des Schlitzes 102a daher verhindern, dass die Passivierungsschicht 110 zu Verengungen führt und/oder den Schlitz 102a abklemmt. So kann sich das Prozessfenster zum Entfernen der Klebeschicht weiter vergrößern.
  • Aufgrund des vergrößerten Prozessfensters kann der Bulk-Fertigungsertrag für die MEMS-Vorrichtungen erhöht werden. Ferner kann der Schlitz 102a an der Unterseite der beweglichen Masse 104 schmaler sein als sonst möglich. In wenigstens einigen Ausführungsformen, in denen die MEMS-Vorrichtung ein Lautsprecher ist, kann die verringerte Breite das Austreten von tieffrequentem Schall durch den Schlitz 102a verringern. Dies wiederum kann die Luftverdrängung während der Benutzung des Lautsprechers erhöhen und damit die Hörbarkeit von tieffrequenten Tönen für das menschliche Ohr verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen nimmt die Breite Ws des Schlitzes 102a von der Erhebung EL bis zur oberen Fläche der beweglichen Masse 104 ständig und/oder diskret zu. Außerdem ist in einigen Ausführungsformen die Breite Ws des Schlitzes 102a an der unteren Fläche der beweglichen Masse 104 am kleinsten und/oder an der unteren Fläche der beweglichen Masse 104 kleiner als an der oberen Fläche der beweglichen Masse 104. Die Breite Ws des Schlitzes 102a weist zwischen der Erhebung EL und der unteren Fläche der beweglichen Masse 104 einen maximalen Breitenwert auf und weist ferner zwischen der Erhebung EL und der oberen Fläche des MEMS-Substrats 106 einen Breitenwert (z. B. einen durchschnittlichen Breitenwert, einen minimalen Breitenwert oder dergleichen) auf. In einigen Ausführungsformen beträgt die Differenz zwischen dem maximalen Breitenwert und dem Breitenwert mehr als etwa 10 %, 20 %, 30 %, 40 % oder einen anderen geeigneten Prozentsatz des Breitenwerts. In einigen Ausführungsformen beträgt die Differenz zwischen dem maximalen Breitenwert und dem Breitenwert etwa 10 % bis 20 %, etwa 20 % bis 30 %, etwa 30 % bis 40 % oder einen anderen geeigneten Prozentsatz des Breitenwerts.
  • Wie bereits angemerkt, kleidet die Passivierungsschicht 110 den Schlitz 102a aus und füllt ihn teilweise aus, wodurch der Schlitz 102a teilweise gefüllt wird. Somit weist der Schlitz 102a eine effektive Breite EWs auf, die kleiner ist als die Breite Ws des Schlitzes 102a. In einigen Ausführungsformen ist die effektive Breite EWs des Schlitzes 102a an der unteren Fläche der Passivierungsschicht 110 am kleinsten und/oder an der unteren Fläche der Passivierungsschicht 110 kleiner als an der oberen Fläche der Passivierungsschicht 110. In einigen Ausführungsformen weist die effektive Breite EWs des Schlitzes 102a einen Mindestwert auf, der etwa 0,5 bis 5 Mikrometer, etwa 0,5 bis 2,5 Mikrometer, etwa 2,5 bis 5,0 Mikrometer oder einen anderen geeigneten Wert beträgt. Wenn die effektive Breite EWs des Schlitzes 102a einen zu kleinen Minimalwert aufweist (z. B. weniger als 0,5 Mikrometer), kann der Bulk-Fertigungsertrag gering sein, weil es beispielsweise schwierig ist, eine Klebeschicht vom Schlitz 102a zu entfernen. Soweit es sich bei der MEMS-Vorrichtung um einen Lautsprecher handelt und die effektive Breite EWs des Schlitzes 102a einen zu großen Mindestwert aufweist (z. B. mehr als 5 Mikrometer), kann es zu einem hohen Austreten von tieffrequentem Schall durch den Schlitz 102a kommen. Somit kann der Lautsprecher eine geringe Empfindlichkeit für tieffrequente Töne aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke Tp der Passivierungsschicht 110 etwa 0,05 bis 0,5 Mikrometer, etwa 0,05 bis 0,25 Mikrometer, etwa 0,25 bis 0,5 Mikrometer oder einen anderen geeigneten Wert. Wenn die Dicke Tp der Passivierungsschicht 110 zu gering ist (z. B. weniger als 0,05 Mikrometer), kann die effektive Breite EWs des Schlitzes 102a einen zu großen Mindestwert aufweisen, wie oben beschrieben. Soweit es sich bei der MEMS-Vorrichtung um einen Lautsprecher handelt und die Dicke Tp der Passivierungsschicht 110 zu groß ist (z. B. größer als 0,5 Mikrometer), kann die effektive Breite EWs des Schlitzes 102a einen Mindestwert aufweisen, der wie oben beschrieben zu klein ist. In einigen Ausführungsformen ist die Breite Ws des Schlitzes 102a gleich dem Zweifachen der Dicke Tp der Passivierungsschicht 110 plus der effektiven Breite EWs des Schlitzes 102a.
  • Das MEMS-Substrat 106 weist ein Paar untere Seitenwände 106ls und ein Paar obere Seitenwände 106us im Schlitz 102a auf. Die unteren Seitenwände 106ls befinden sich jeweils auf entgegengesetzten Seiten des Schlitzes 102a und die oberen Seitenwände 106us liegen über den unteren Seitenwänden 106ls und sind jeweils Kante an Kante mit diesen angeordnet. Die unteren Seitenwände 106ls erstrecken sich von der unteren Fläche der beweglichen Masse 104 bis zur Erhebung EL und die oberen Seitenwände 106us erstrecken sich von der Erhebung EL bis zur oberen Fläche der beweglichen Masse 104.
  • Die unteren Seitenwände 106ls sind vertikal oder im Wesentlichen vertikal. Mit „im Wesentlichen vertikal“ ist gemeint, dass die unteren Seitenwände 106ls innerhalb von etwa 5 Grad, 10 Grad oder einem anderen geeigneten Wert der Vertikalen liegen. Vertikal kann beispielsweise senkrecht zur oberen Fläche der beweglichen Masse 104 und/oder senkrecht zu einer unteren Fläche des MEMS-Substrats 106 sein. Die oberen Seitenwände 106us erstrecken sich von den unteren Seitenwänden 106ls nach oben bzw. auswärts zur oberen Fläche der beweglichen Masse 104. Auswärts bedeutet, dass der Schlitz 102a nicht in der Mitte der Breite liegt. Die unteren Seitenwände 106ls können beispielsweise ein planares Profil und/oder ein anderes geeignetes Profil bzw. andere geeignete Profile aufweisen, und/oder die oberen Seitenwände 106us können beispielsweise gekrümmte Profile, bogenförmige Profile, eingekerbte Profile, gekerbte Profile, ein anderes geeignetes Profil bzw. andere geeignete Profile oder eine beliebige Kombination der obigen Profile aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist der Schlitz 102a symmetrisch um eine vertikale Achse AX in der Mitte des Schlitzes 102a in Breitenrichtung.
  • In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke Tm der beweglichen Masse 104 etwa 2 bis 20 Mikrometer, etwa 2 bis 11 Mikrometer, etwa 11 bis 20 Mikrometer oder einen anderen geeigneten Wert. Wenn die Dicke Tm der beweglichen Masse 104 zu gering ist (z. B. weniger als 2 Mikrometer), kann die bewegliche Masse 104 während des Gebrauchs der MEMS-Vorrichtung für strukturellen Ausfall anfällig sein. Wenn die Dicke Tm der beweglichen Masse 104 zu groß ist (z. B. mehr als 20 Mikrometer), kann die bewegliche Masse 104 zu starr sein. Soweit es sich bei der MEMS-Vorrichtung beispielsweise um einen Lautsprecher handelt, kann dieser eine geringe Empfindlichkeit aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Erhebung EL gegenüber der oberen Fläche der beweglichen Masse 104 um eine Entfernung D ausgeschnitten. In einigen Ausführungsformen beträgt die Entfernung D etwa 0,05 bis 0,5 Mikrometer, etwa 0,05 bis 0,25 Mikrometer, etwa 0,25 bis 0,5 Mikrometer oder einen anderen geeigneten Wert. In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis zwischen der Dicke Tm der beweglichen Masse 104 und der Entfernung D etwa 4:1 bis 200:1, etwa 4:1 bis 102:1, etwa 102:1 bis 200:1 oder ein anderes geeignetes Verhältnis. Wenn die Entfernung D zu klein ist (z. B. weniger als 0,05 Mikrometer) oder das Verhältnis zu groß ist (z. B. mehr als 200:1), kann das Prozessfenster für das Entfernen einer Klebeschicht vom Schlitz 102a wenig bis gar keine Verbesserung gegenüber dem oberen Kerbschlitzprofil aufweisen. Soweit es sich bei der MEMS-Vorrichtung um einen Lautsprecher handelt und die Entfernung D zu groß (z. B. größer als 0,5 Mikrometer) oder das Verhältnis zu klein (z. B. kleiner als etwa 4:1) ist, kann es zu einem starken Austreten von tieffrequentem Schall durch den Schlitz 102a kommen und der Lautsprecher kann eine geringe Empfindlichkeit für tieffrequenten Schall aufweisen.
  • Erneut mit Verweis auf 1 liegt eine Aktorstruktur 112 über dem MEMS-Substrat 106 und ist durch eine Dielektrikumsubstratschicht 114 vom MEMS-Substrat 106 getrennt. Die Aktorstruktur 112 umfasst eine Bodenelektrode 116, eine piezoelektrische Struktur 118, die über der Bodenelektrode 116 liegt, und eine Oberelektrode 120, die über der piezoelektrischen Struktur 118 liegt. Wenigstens in einigen Ausführungsformen kann die Aktorstruktur 112 auch als Metall-Piezoelektrik-Metallstruktur (MPM-Struktur) bezeichnet werden. Die Boden- und Oberelektroden 116, 120 sind so eingerichtet, dass sie ein elektrisches Feld an die piezoelektrische Struktur 118 anlegen, und die piezoelektrische Struktur 118 ist so eingerichtet, dass sie sich in Reaktion auf das elektrische Feld bewegt. Ferner ist die Bewegung durch die piezoelektrische Struktur 118 so eingerichtet, dass die bewegliche Masse 104 bewegt wird, um beispielsweise Schall zu erzeugen.
  • Eine Aktorsperrschicht 122 liegt über der Aktorstruktur 112 und der Dielektrikumsubstratschicht 114. Die Aktorsperrschicht 122 ist so eingerichtet, dass Wasserstoffionen und/oder andere geeignete Störstoffe daran gehindert werden, von oberhalb der Aktorsperrschicht 122 zur piezoelektrischen Struktur 118 zu diffundieren. In einigen Ausführungsformen kann die Aktorsperrschicht 122 als Wasserstoffsperrschicht betrachtet werden. Wasserstoffionen, die in die piezoelektrische Struktur 118 diffundieren, können sich in der piezoelektrischen Struktur 118 akkumulieren und eine Delaminierung und einen Zusammenbruch der piezoelektrischen Struktur 118 verursachen, wodurch die MEMS-Vorrichtung versagen kann. Indem sie die Diffusion von Wasserstoffionen in die piezoelektrische Struktur 118 blockiert, kann die Aktorsperrschicht 122 einen Ausfall der MEMS-Vorrichtung verhindern.
  • Eine Aktordielektrikumschicht 124 liegt über der Aktorsperrschicht 122, ein Oberelektrodenpad 126t liegt über der Aktordielektrikumschicht 124 und die Passivierungsschicht 110 liegt über dem Oberelektrodenpad 126t. Ein erstes Ende des Oberelektrodenpads 126t liegt über der Oberelektrode 120 und ist durch eine Oberelektrodendurchkontaktierung 128t, die sich von dem Oberelektrodenpad 126t durch die Aktorsperrschicht 122 und die Aktordielektrikumschicht 124 zur Oberelektrode 120 erstreckt, elektrisch mit dieser gekoppelt. Ein zweites Ende des Oberelektrodenpads 126t ist distal von der Aktorstruktur 112 und durch eine Oberelektrodenpadöffnung 130t in der Passivierungsschicht 110 belichtet.
  • In einigen Ausführungsformen besteht die Aktorsperrschicht 122 aus einem Metalloxid oder einem anderen geeigneten Material. Das Metalloxid kann beispielsweise Aluminiumoxid (z. B. Al2O3), Titanoxid (z. B. TiO2), Eisenoxid (z. B. Fe2O3), Zirkoniumoxid
    (z. B. ZrO2), Zinkoxid (z. B. ZnO), Kupferoxid (z. B. CuO), Tantaloxid (z. B. Ta2O5), eine andere geeignete Art von Metalloxid oder eine beliebige Kombination der obigen Stoffe sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Aktorsperrschicht 122 dielektrisch und/oder kristallin.
  • In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst die Dielektrikumsubstratschicht 114 Siliziumoxid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum bzw. andere Dielektrika. In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst die Aktordielektrikumschicht 124 Siliziumoxid und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika. In einigen Ausführungsformen sind oder umfassen die Dielektrikumsubstratschicht 114 und die Aktordielektrikumschicht 124 dasselbe Material. In anderen Ausführungsformen ist die Dielektrikumsubstratschicht 114 ein anderes Material als die Aktordielektrikumschicht 124. In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst die Passivierungsschicht 110 Siliziumnitrid und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika.
  • In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst die piezoelektrische Struktur 118 Blei-Zirkonat-Titanat (z. B. PZT) und/oder ein anderes geeignetes piezoelektrischen Material (Materialien). In einigen Ausführungsformen ist die Bodenelektrode 116 aus Titanoxid, Platin, anderen geeigneten Metallen oder leitfähigen Materialien oder einer beliebigen Kombination der obigen Materialien oder umfasst diese. In einigen Ausführungsformen ist die Oberelektrode 120 aus Titanoxid, Platin, einem oder mehreren anderen geeigneten Metallen oder leitfähigen Materialien oder einer beliebigen Kombination der obigen Materialien oder umfasst diese. In einigen Ausführungsformen sind die Boden- und die Oberelektrode 116, 120 aus demselben Material oder umfassen dieses. In anderen Ausführungsformen ist die Bodenelektrode 116 ein anderes Material als die Oberelektrode 120.
  • In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst das Oberelektrodenpad 126t Kupfer, Aluminiumkupfer, Aluminium, ein oder mehrere andere geeignete Metalle oder leitfähige Materialien oder eine beliebige Kombination der obigen Materialien. In einigen Ausführungsformen ist oder umfasst die Oberelektrodendurchkontaktierung 128t Kupfer, Aluminiumkupfer, Aluminium, andere geeignete Metalle oder leitfähige Materialien oder eine beliebige Kombination der obigen Materialien. In einigen Ausführungsformen sind das Oberelektrodenpad 126t und die Oberelektrodendurchkontaktierung 128t aus demselben Material. In anderen Ausführungsformen ist das Oberelektrodenpad 126t ein anderes Material als die Oberelektrodendurchkontaktierung 128t. In einigen Ausführungsformen ist die Aktorsperrschicht 122 so eingerichtet, dass sie das Material des Oberelektrodenpads 126t daran hindert, von dem Oberelektrodenpad 126t zu der piezoelektrischen Struktur 118 zu diffundieren. Ein solches Material kann beispielsweise Kupfer und/oder ein anderes geeignetes Material sein oder umfassen.
  • Mit Verweis auf 3A bis 3G sind vergrößerte Querschnittsansichten 300A bis 300G einiger alternativer Ausführungsformen des Schlitzes 102a aus 1 bereitgestellt. Die vergrößerten Querschnittsansichten 300A bis 300G können beispielsweise innerhalb des Kastens BX aus 1 aufgenommen werden.
  • In 3A sind die unteren Seitenwände 106ls des MEMS-Substrats 106 von der Erhebung EL zur unteren Fläche der beweglichen Masse 104 einwärts geneigt. Einwärts bezieht sich auf die Mitte des Schlitzes 102a in Breitenrichtung.
  • In 3B ist die Passivierungsschicht 110 im Schlitz 102a nicht dargestellt. Entsprechend sind die Breite Ws des Schlitzes 102a und die effektive Breite EWs des Schlitzes 102a identisch.
  • In 3C weisen die oberen Seitenwände 106us des MEMS-Substrats 106 ein planares oder im Wesentlichen planares Profil auf. Somit nimmt die Breite Ws des Schlitzes 102a jeweils von den unteren Seitenwänden 106ls des MEMS-Substrats 106 bis zur oberen Fläche des MEMS-Substrats 106 ständig und linear oder im Wesentlichen linear zu.
  • In 3D weisen die oberen Seitenwände 106us des MEMS-Substrats 106 gekrümmte Profile auf, die sich jeweils von den unteren Seitenwänden 106ls des MEMS-Substrats 106 zur oberen Fläche des MEMS-Substrats 106 wölben. Somit nimmt die Breite Ws des Schlitzes 102a jeweils von den unteren Seitenwänden 106ls des MEMS-Substrats 106 bis zur oberen Fläche des MEMS-Substrats 106 ständig und nichtlinear zu.
  • In 3E liegen die unteren Seitenwände 106ls des MEMS-Substrats 106 seitlich zwischen den oberen Seitenwänden 106us des MEMS-Substrats 106 und sind gegenüber diesen versetzt. Ferner nimmt die Breite Ws des Schlitzes 102a von den unteren Seitenwänden 106ls zu den oberen Seitenwänden 106us in der Erhebung EL diskret zu. Die Erhebung EL kann beispielsweise den oberen Kanten der unteren Seitenwände 106ls und/oder den Unterkanten der oberen Seitenwände 106us entsprechen. Entsprechend weisen die entgegengesetzten Seiten des Schlitzes 102a jeweils ein Stufenprofil auf.
  • In 3F weisen die entgegengesetzten Seiten des Schlitzes 102a jeweils ein Stufenprofil wie in 3E auf. Im Gegensatz zu 3E weist jedoch jedes Stufenprofil eine zusätzliche Stufe auf. Entsprechend weist das MEMS-Substrat 106 ferner ein Paar mittlerer Seitenwände 106ms im Schlitz 102a auf, jeweils auf den entgegengesetzten Seiten des Schlitzes 102. Die oberen Seitenwände 106us des MEMS-Substrats 106 erstrecken sich von der oberen Fläche des MEMS-Substrats 106 bis zu einer ersten Erhebung EL1 zwischen der oberen Fläche des MEMS-Substrats 106 und der unteren Fläche der beweglichen Masse 104. Die mittleren Seitenwände 106ms des MEMS-Substrats 106 liegen seitlich zwischen den oberen Seitenwänden 106us und sind zu diesen versetzt. Ferner erstrecken sich die mittleren Seitenwände 106ms von der ersten Erhebung EL1 bis zu einer zweiten Erhebung EL2 zwischen der ersten Erhebung EL1 und der Bodenfläche der beweglichen Masse 104. Die unteren Seitenwände 106ls des MEMS-Substrats 106 liegen seitlich zwischen den mittleren Seitenwänden 106ms und sind zu diesen versetzt. Ferner erstrecken sich die unteren Seitenwände 106ls von der zweiten Erhebung EL2 bis zur Bodenfläche der beweglichen Masse 104.
  • Aufgrund der zusätzlichen Stufen in den Stufenprofilen des Schlitzes 102a nimmt die Breite Ws des Schlitzes 102 von den oberen Seitenwänden 106us des MEMS-Substrats 106 zu den mittleren Seitenwänden 106ms des MEMS-Substrats 106 in der ersten Erhebung EL1 diskret ab. Die erste Erhebung EL1 kann beispielsweise den oberen Kanten der mittleren Seitenwände 106ms und/oder den unteren Kanten der oberen Seitenwände 106us entsprechen. Zusätzlich nimmt die Breite Ws des Schlitzes 102 von den mittleren Seitenwänden 106ms des MEMS-Substrats 106 zu den unteren Seitenwänden 106ls des MEMS-Substrats 106 in der zweiten Erhebung EL2 diskret ab. Die zweite Erhebung EL2 kann beispielsweise den oberen Kanten der unteren Seitenwände 106ls und/oder den unteren Kanten der mittleren Seitenwände 106ms entsprechen.
  • In 3G weisen die unteren Seitenwände 106ls des MEMS-Substrats 106 gewellte Profile auf und die oberen Seitenwände 106us des MEMS-Substrats 106 weisen gekrümmte Profile auf, die sich jeweils von den unteren Seitenwänden 106ls zur oberen Fläche des MEMS-Substrats 106 wölben. Die gewellten Profile der unteren Seitenwände 106ls können beispielsweise durch das Bilden des Schlitzes 102a mittels Bosch-Ätzung oder dergleichen entstehen.
  • Mit Verweis auf 4 ist eine erweiterte Querschnittsansicht 400 einiger Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung aus 1 bereitgestellt, in der die Aktorstruktur 112 die bewegliche Masse 104 umschließt. Die Aktorstruktur 112 weist somit einzelne Segmente auf, die sich jeweils auf entgegengesetzten Seiten der beweglichen Masse 104 befinden.
  • Das Oberelektrodenpad 126t und ein Bodenelektrodenpad 126b befinden sich jeweils auf entgegengesetzten Seiten der beweglichen Masse 104. Ein erstes Ende des Oberelektrodenpads 126t liegt über der Oberelektrode 120 und ist durch eine Oberelektrodendurchkontaktierung 128t, die sich vom Oberelektrodenpad 126t zur Oberelektrode 120 erstreckt, elektrisch mit dieser verbunden. Ein zweites Ende des Oberelektrodenpads 126t liegt distal vom ersten Ende des Oberelektrodenpads 126t und ist durch eine Oberelektrodenpadöffnung 130t in der Passivierungsschicht 110 belichtet. In einigen Ausführungsformen werden das Oberelektrodenpad 126t und die Oberelektrodendurchkontaktierung 128t durch eine gemeinsame Schicht gebildet. Ein erstes Ende des Bodenelektrodenpads 126b liegt über der Bodenelektrode 116 und ist mit dieser über eine Bodenelektrodendurchkontaktierung 128b, die sich von dem Bodenelektrodenpad 126b zur Bodenelektrode 116 erstreckt, elektrisch gekoppelt. Ein zweites Ende des Bodenelektrodenpads 126b liegt distal vom ersten Ende des Bodenelektrodenpads 126b und ist durch eine Bodenelektrodenpadöffnung 130b in der Passivierungsschicht 110 belichtet. In einigen Ausführungsformen sind das Bodenelektrodenpad 126b und die Bodenelektrodendurchkontaktierung 128b durch eine gemeinsame Schicht gebildet.
  • Die Aktorstruktur 112 liegt über dem MEMS-Substrat 106, das ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) ist, das eine rückseitige Halbleiterschicht 106b, eine Isolationsschicht 106i, die über der rückseitigen Halbleiterschicht 106b liegt, und eine vordere Halbleiterschicht 106f, die über der Isolationsschicht 106i liegt, umfasst. In alternativen Ausführungsformen ist das MEMS-Substrat 106 ein Bulk-Siliziumsubstrat oder eine andere geeignete Art von Bulksubstrat. Die rückseitige Halbleiterschicht 106b und die vorderseitige Halbleiterschicht 106f sind oder umfassen Silizium und/oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial bzw. andere geeignete Halbleitermaterialien. Die Isolationsschicht 106i ist oder umfasst Siliziumoxid und/oder ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika.
  • Die bewegliche Masse 104 ist in der frontseitigen Halbleiterschicht 106f gebildet und weist eine effektive Breite EWm auf. Die effektive Breite EWm entspricht der Breite Wm der beweglichen Masse 104 plus der zweifachen Dicke Tp der Passivierungsschicht 110, da die Passivierungsschicht 110 die Seitenwände der beweglichen Masse 104 auskleidet. In einigen Ausführungsformen beträgt die effektive Breite EWm der beweglichen Masse 104 etwa 500 bis 5000 Mikrometer, etwa 500 bis 2750 Mikrometer, etwa 2750 bis 5000 Mikrometer oder einen anderen geeigneten Wert. Ferner beträgt die Breite Wm der beweglichen Masse 104 in einigen Ausführungsformen etwa 500 bis 5000 Mikrometer, etwa 500 bis 2750 Mikrometer, etwa 2750 bis 5000 Mikrometer oder einen anderen geeigneten Wert.
  • Der Schlitz 102 und ein zusätzlicher Schlitz 102b sind an der beweglichen Masse 104 angeordnet und erstrecken sich durch die frontseitige Halbleiterschicht 106f von einer oberen Fläche der frontseitigen Halbleiterschicht 106f bis zum Hohlraum 108. Ferner befinden sich der Schlitz 102a und der zusätzliche Schlitz 102b jeweils auf entgegengesetzten Seiten der beweglichen Masse 104 und sind mit der Passivierungsschicht 110 ausgekleidet. Der Schlitz 102a und der zusätzliche Schlitz 102b können beispielsweise auch als erster Schlitz 102a und zweiter Schlitz 102b oder umgekehrt bezeichnet werden. Der zusätzliche Schlitz 102b entspricht dem Schlitz 102a, der mit Verweis auf 1 und 2 illustriert und beschrieben ist, wobei der zusätzliche Schlitz 102b und der Schlitz 102a das gleiche Querschnittsprofil aufweisen. In alternativen Ausführungsformen weisen der zusätzliche Schlitz 102b und der Schlitz 102a unterschiedliche Querschnittsprofile auf.
  • Während 3A bis 3G zahlreiche Variationen des Schlitzes 102a aus 1 beschreiben, können diese Variationen auch auf den Schlitz 102a aus 4 und/oder auf den zusätzlichen Schlitz 102b aus 4 angewendet werden. Beispielsweise kann der Schlitz 102a aus 4 und/oder der zusätzliche Schlitz 102b aus 4 alternativ ein Querschnittsprofil wie in einer der 3A und 3C bis 3G sein.
  • Wie in 2 beschrieben ist, weist der Schlitz 102a eine effektive Breite EWs auf. In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis zwischen der effektiven Breite EWm der beweglichen Masse 104 und der effektiven Breite EWs des Schlitzes 102a etwa 3:1 bis 1,02:1, etwa 3:1 bis 2,01:1, etwa 2,01:1 bis 1,02:1 oder ein anderes geeignetes Verhältnis. Ist das Verhältnis zu klein (z. B. weniger als 1,02:1) und handelt es sich bei der MEMS-Vorrichtung um einen Lautsprecher, kann der Lautsprecher eine geringe Empfindlichkeit und/oder Hörbarkeit aufweisen. Wenn das Verhältnis zu groß ist (z. B. mehr als 3:1), kann der Schlitz 102a wie oben beschrieben zu klein sein und/oder die bewegliche Masse 104 kann strukturell schwach und anfällig für Ausfälle sein (z. B. durch Zusammenbruch).
  • Der Hohlraum 108 erstreckt sich durch die rückseitige Halbleiterschicht 106b und die Isolationsschicht 106i und erstreckt sich weiter in einen Boden der vorderen Halbleiterschicht 106f. Ferner bilden die rückseitige Halbleiterschicht 106b, die Isolationsschicht 106i und die vorderseitige Halbleiterschicht 106f ein Paar gemeinsamer Seitenwände. Die gemeinsamen Seitenwände befinden sich jeweils auf entgegengesetzten Seiten des Hohlraums 108 und sind schräg.
  • Mit Verweis auf 5 ist eine Draufsicht 500 auf einige Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung aus 4 bereitgestellt. Die Querschnittsansicht 400 aus 4 kann beispielsweise entlang der Linie A-A' aufgenommen werden, und die in der Querschnittsansicht 400 aus 4 illustrierten Abschnitte der MEMS-Vorrichtung können beispielsweise den durchgezogenen Abschnitten der Linie A-A' im Gegensatz zu den gestrichelten Abschnitten der Linie A-A' entsprechen.
  • Die bewegliche Masse 104 weist eine quadratische obere Geometrie auf, und mehrere Schlitze 102 erstrecken sich durch die bewegliche Masse 104. In alternativen Ausführungsformen weist die bewegliche Masse 104 eine kreisförmige obere Geometrie oder eine andere geeignete obere Geometrie auf. Die Schlitze 102 erstrecken sich jeweils von den vier Ecken der beweglichen Masse 104 in Richtung eines Zentrums der beweglichen Masse 104 und sind in 1 und 2 jeweils als Schlitz 102a illustriert und beschrieben. Somit weisen die Schlitze 102 das gleiche Querschnittsprofil auf. In alternativen Ausführungsformen weisen die Schlitze 102 unterschiedliche Querschnittsprofile auf. Ferner sind die Schlitze 102 in Umfangsrichtung um den Mittelpunkt der beweglichen Masse 104 gleichmäßig beabstandet. In anderen Ausführungsformen können die Schlitze 102 in Umfangsrichtung um den Mittelpunkt der beweglichen Masse 104 herum ungleichmäßig beabstandet sein. In anderen Ausführungsformen erstrecken sich ferner mehr oder weniger Schlitze 102 durch die bewegliche Masse 104.
  • Die Aktorstruktur 112 (deren Bestandteile nicht gezeigt sind) weist eine quadratische, ringförmige obere Geometrie auf, die sich in einem geschlossenen Pfad um die bewegliche Masse 104 erstreckt. In alternativen Ausführungsformen weist die Aktorstruktur 112 eine andere geeignete obere Geometrie auf. Ferner erstrecken sich das Oberelektrodenpad 126t und das Bodenelektrodenpad 126b (beide in Phantomdarstellung gezeigt) jeweils von der Oberelektrodendurchkontaktierung 128t und der Bodenelektrodendurchkontaktierung 128b zu Stellen, die seitlich gegen die Aktorstruktur 112 versetzt sind.
  • Mit Verweis auf 6 ist eine Draufsicht 600 einiger alternativer Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung aus 5 bereitgestellt, bei der sich ein einzelner Schlitz 102' durch die bewegliche Masse 104 erstreckt und eine kreuzförmige obere Geometrie aufweist. Der Schlitz 102a in 4 und der zusätzliche Schlitz 102b in 4 entsprechen somit Segmenten des einzigen Schlitzes 102'. In alternativen Ausführungsformen kann der einzelne Schlitz 102' eine andere geeignete obere Geometrie aufweisen.
  • Mit Verweis auf 7A bis 7D sind Querschnittsansichten 700A bis 700D einiger alternativer Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung aus 4 bereitgestellt.
  • In 7A sind einzelne Seitenwände des MEMS-Substrats 106 im Hohlraum 108 vertikal. Somit erstrecken sich die Seitenwände senkrecht zu einer oberen Fläche des MEMS-Substrats 106 und/oder einer oberen Fläche der Aktorstruktur 112.
  • In 7B ist die Passivierungsschicht 110 auf dem Schlitz 102a und dem zusätzlichen Schlitz 102b weggelassen, wodurch die effektive Breite EWm der beweglichen Masse 104 und die Breite Wm der beweglichen Masse 104 gleich sind. Ferner bilden die Passivierungsschicht 110, die Dielektrikumsubstratschicht 114, die Aktorsperrschicht 122 und die Aktordielektrikumschicht 124 ein Paar gemeinsamer Seitenwände, die einander gegenüberliegen und von der Aktorstruktur 112 umschlossen sind. Ferner befinden sich die gemeinsamen Seitenwände jeweils auf entgegengesetzten Seiten der beweglichen Masse 104.
  • In 7C befinden sich der Schlitz 102a und der zusätzliche Schlitz 102b jeweils an entgegengesetzten Seitenwänden der Dielektrikumsubstratschicht 114. Ferner weisen der Schlitz 102a und der zusätzliche Schlitz 102b jeweils das Querschnittsprofil des Schlitzes 102a in 3C auf.
  • In 7D liegen der Schlitz 102a und der zusätzliche Schlitz 102b teilweise unter der Dielektrikumsubstratschicht 114. Ferner weisen der Schlitz 102a und der zusätzliche Schlitz 102b jeweils das Querschnittsprofil des Schlitzes 102a in 3C auf.
  • Mit Verweis auf 8 ist eine Querschnittsansicht 800 einiger Ausführungsformen eines MEMS-Packages bereitgestellt, bei dem eine MEMS-Vorrichtung 802 wie in 4 über einer Platine (PCB) 804 liegt und darauf geklebt ist. Die MEMS-Vorrichtung 802 ist durch eine Klebeschicht 806 zwischen der PCB 804 und der MEMS-Vorrichtung 802 an die PCB 804 geklebt und der Hohlraum 108 der MEMS-Vorrichtung 802 erstreckt sich durch die PCB 804 und die Klebeschicht 806.
  • Eine Drahtverbindung 808 erstreckt sich vom Bodenelektrodenpad 126b der MEMS-Vorrichtung 802 (siehe z. B. 4) zu einem integrierten Schaltungschip (IC-Chip) 810, der sich über der Platine 804 zu der MEMS-Vorrichtung 802 benachbart befindet und auf dieser montiert ist. Ferner kann sich eine zusätzliche Drahtverbindung von dem Oberelektrodenpad 126t der MEMS-Vorrichtung 802 (siehe z. B. 4) zum IC-Chip 810 und/oder zur Platine 804 erstrecken, was jedoch nicht gezeigt ist. Soweit die MEMS-Vorrichtung 802 ein Lautsprecher ist, kann der IC-Chip 810 beispielsweise so eingerichtet sein, dass er die MEMS-Vorrichtung 802 so steuert, dass sie Schall 812 erzeugt.
  • Eine Kappenstruktur 814 deckt den IC-Chip 810 vollständig und die MEMS-Vorrichtung 802 teilweise ab. Im letzteren Fall deckt die Kappenstruktur 814 die MEMS-Vorrichtung 802 teilweise an einer Peripherie der MEMS-Vorrichtung 802 ab, ohne die bewegliche Masse 104 der MEMS-Vorrichtung 802 abzudecken (siehe z. B. 4). Ferner ist die Kappenstruktur 814 durch die oberen Platinenpads 816u an der Platine 804 montiert. Die oberen Platinenpads 816u sind auf der oberen Fläche der Platine 804 angeordnet, auf der entgegengesetzten Seite der Platine 804 als untere Platinenpads 8161, und Platinen-Durchkontaktierungen 818 erstrecken sich jeweils von den oberen Platinenpads 816u zu einigen der unteren Platinenpads 816l.
  • Mit Verweis auf 9 ist eine Querschnittsansicht 900 einiger Ausführungsformen eines MEMS-Packages bereitgestellt, bei dem mehrere Schlitze 102 an einer beweglichen Masse 104 einer MEMS-Vorrichtung 902 jeweils ein oberes Kerbschlitzprofil aufweisen. Die MEMS-Vorrichtung 902 kann beispielsweise ein MEMS-Aktor oder eine andere geeignete Art von MEMS-Vorrichtung sein oder diese/n umfassen.
  • Die bewegliche Masse 104 ist in dem MEMS-Substrat 106 gebildet und weist mehrere Segmente 104s auf, die durch die Schlitze 102 voneinander getrennt sind. Die Segmente 104s können beispielsweise eine fingerförmige obere Fläche oder andere geeignete obere Geometrien aufweisen. Ferner ist die bewegliche Masse 104 so eingerichtet, dass sie sich in einem unteren Hohlraum 108l und einem oberen Hohlraum 108u bewegt. Der obere Hohlraum 108u liegt über dem MEMS-Substrat 106 und erstreckt sich bis zum Boden eines Kappensubstrats 904, das über dem MEMS-Substrat 106 liegt und mit diesem verbunden ist. Der untere Hohlraum 108l liegt unter dem MEMS-Substrat 106, zwischen dem MEMS-Substrat 106 und einem IC-Chip 906, der unter dem MEMS-Substrat 106 liegt und mit diesem verbunden ist. Das MEMS-Substrat 106 kann beispielsweise ein Bulksubstrat aus Silizium oder einem anderen geeigneten Halbleitermaterial, ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat (SOI-Substrat) oder eine andere geeignete Art von Substrat sein.
  • Die Schlitze 102 befinden sich an der beweglichen Masse 104 und erstrecken sich jeweils durch das MEMS-Substrat 106 von einer oberen Fläche der beweglichen Masse 104 zu einer unteren Fläche der beweglichen Masse 104. Somit verbinden die Schlitze 102 den unteren Hohlraum 108l und den oberen Hohlraum 108u miteinander. Ferner begrenzen die Schlitze 102 die Segmente 104s der beweglichen Masse 104 und sind jeweils wie der Schlitz 102a aus 1 und 2 illustriert und beschrieben, mit dem Unterschied, dass sich in den Schlitzen 102 keine Passivierungsschicht 110 befindet. In alternativen Ausführungsformen kann jeder einzelne, einige oder alle der Schlitze 102 aussehen, wie der Schlitz 102a in 3A bis 3G illustriert und beschrieben ist.
  • Mit Verweis auf 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht 1000 einiger Ausführungsformen der Schlitze 102 aus 9 bereitgestellt. Die Schlitze 102 weisen individuelle Breiten Ws auf, die von der unteren Fläche der beweglichen Masse 104 bis zu einer Erhebung EL, die vertikal zwischen der unteren Fläche der beweglichen Masse 104 und der oberen Fläche der beweglichen Masse 104 liegt, gleichmäßig oder im Wesentlichen gleichmäßig sind. Ferner sind die oberen Eckabschnitte des MEMS-Substrats 106, die sich in den Schlitzen 102 befinden, dem oberen Kerbschlitzprofil 102 entsprechend eingekerbt oder eingedrückt. Somit buchten sich die einzelnen Breiten Ws der Schlitze 102 an der oberen Fläche der beweglichen Masse 104 aus. Ferner weist jedes Segment 104s der Schlitze 102 einen nach oben gerichteten Vorsprung an der oberen Fläche der beweglichen Masse 104 auf. Die Schlitze 102 können beispielsweise ein Y-förmiges Querschnittsprofil oder ein anderes geeignetes Querschnittsprofil aufweisen.
  • Aufgrund des oberen Kerbschlitzprofils sind die Schlitze 102 an der oberen Fläche der beweglichen Masse 104 breiter als an anderen Stellen der Schlitze 102. Die vergrößerten Breiten an der oberen Fläche der beweglichen Masse 104 erhöhen die Leichtigkeit, mit der eine Klebeschicht von den Schlitzen 102 während des Herstellens der MEMS-Vorrichtung 902 entfernt werden kann. Dadurch kann das Prozessfenster zum Entfernen der Klebeschicht vergrößert und der Bulk-Fertigungsertrag erhöht werden. Ferner ist die MEMS-Vorrichtung 902 aufgrund der größeren Breite der Schlitze 102 im Betrieb elastischer. Insbesondere verringern die vergrößerten Breiten die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der beweglichen Masse 104 beim Zusammenstoß zwischen den Segmenten 104s der beweglichen Masse 104. Ferner verringern die vergrößerten Breiten den oberen Flächenbereich der beweglichen Masse 104, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Reibung zwischen dem Kappensubstrat 904 (siehe z. B. 9) und der beweglichen Masse 104 verringert wird.
  • Erneut mit Verweis auf 9 liegt das Kappensubstrat 904 über dem MEMS-Substrat 106 und ist mit diesem durch eine Klebeschicht 908 verbunden. Ferner liegt der IC-Chip 906 unter dem MEMS-Substrat 106 und ist durch Kontakte 910 mit diesem verbunden. Die Kontakte 910 sind leitfähig und bilden Leiterbahnen vom IC-Chip 906 zur MEMS-Vorrichtung 902, wodurch der IC-Chip 906 zum Steuern der MEMS-Vorrichtung 902 eingerichtet werden kann.
  • Der IC-Chip 906 umfasst ein Halbleitersubstrat 912, mehrere Halbleitervorrichtungen 914 und eine Interconnect-Struktur 916. Die Halbleitervorrichtungen 914 liegen über dem Halbleitersubstrat 912 und sind wenigstens teilweise darin gebildet. Die Halbleitervorrichtungen 914 können beispielsweise Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Fin-Field-Effect-Transistoren (finFETs), Gate-All-Around-Feldeffekttransistoren (GAA FETs), andere geeignete Halbleitervorrichtungen oder eine beliebige Kombination der obigen Vorrichtungen sein oder umfassen. Die Interconnect-Struktur 916 liegt über den Halbleitervorrichtungen 914 und ist mit diesen elektrisch verbunden. Ferner umfasst die Interconnect-Struktur 916 mehrere leitfähige Elemente 918, die in einer Interconnect-Dielektrikumschicht 920 gestapelt sind, um mehrere Leiterbahnen zu bilden, die die Halbleitervorrichtungen 914 miteinander verbinden und/oder sich von den Halbleitervorrichtungen 914 zu den Kontakten 910 erstrecken. Die leitfähigen Elemente 918 können beispielsweise Drähte, Durchkontaktierungen, Pads oder dergleichen oder eine beliebige Kombination der obigen Elemente sein oder umfassen.
  • Während 10 mit Verweis auf die MEMS-Vorrichtung 902 aus 9 beschrieben wird, ist zu beachten, dass die Struktur aus 10 nicht auf MEMS-Vorrichtungen beschränkt ist und auch außerhalb von MEMS-Vorrichtungen Anwendung findet. Insbesondere das obere Kerbenprofil der Schlitze 102 in 10 kann für Packageprozesse verwendet werden, die umfassen: 1) Verbinden des MEMS-Substrats 106 (außerhalb des Kontexts von MEMS-Vorrichtungen allgemein als Substrat bezeichnet) mit einem Trägersubstrat unter Verwendung eines Klebstoffs, der die Schlitze 102 ausfüllt; und 2) nachfolgendes Ablösen des Trägersubstrats und Entfernen des Klebstoffs von den Schlitzen 102.
  • Mit Verweis auf 11, 12A, 12B, 13, 14A, 14B, 15, 16A, 16B und 17 bis 23, eine Reihe von Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden einer MEMS-Vorrichtung, bei dem ein Schlitz an einer beweglichen Masse der MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist. Die mit dem Suffix „A“ oder ohne Suffix beschrifteten Figuren entsprechen Querschnittsansichten, und die mit dem Suffix „B“ beschrifteten Figuren entsprechen Draufsichten für gleich nummerierte Figuren mit dem Suffix „A“. Die Querschnittsansichten der mit dem Suffix „A“ beschrifteten Figuren können beispielsweise entlang der durchgezogenen Abschnitte der Linie A-A' in den Draufsichten der entsprechenden mit dem Suffix „B“ beschrifteten Figuren aufgenommen werden. Das Verfahren kann beispielsweise zum Bilden der MEMS-Vorrichtung aus 4 oder einer anderen geeigneten MEMS-Vorrichtung verwendet werden. Ferner kann die MEMS-Vorrichtung des Verfahrens beispielsweise ein Lautsprecher oder eine andere geeignete MEMS-Vorrichtung sein.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1100 aus 11 illustriert ist, wird eine Dielektrikumsubstratschicht 114 über einem MEMS-Substrat 106 abgeschieden. Das MEMS-Substrat 106 ist ein SOI-Substrat und umfasst eine rückseitige Halbleiterschicht 106b, eine Isolationsschicht 106i, die über der rückseitigen Halbleiterschicht 106b liegt, und eine vorderseitige Halbleiterschicht 106f, die über der Isolationsschicht 106i liegt. In alternativen Ausführungsformen ist das MEMS-Substrat 106 ein Bulkhalbleitersubstrat oder eine andere geeignete Art von Halbleitersubstrat.
  • Wie auch in der Querschnittsansicht 1100 aus 11 illustriert ist, wird ein Aktorfilm 112f über der Dielektrikumschicht 114 des Substrats abgeschieden und umfasst eine Bodenelektrodenschicht 116l, eine piezoelektrische Schicht 118l, die über der Bodenelektrodenschicht 116l liegt, und eine Oberelektrodenschicht 120l, die über der piezoelektrischen Schicht 118l liegt. Der Aktorfilm 112f kann beispielsweise durch physische Gasphasenabscheidung (PVD), Atomlagenabscheidung (ALD), einen anderen geeigneten Abscheidungsprozess oder eine beliebige Kombination der obigen abgeschieden werden.
  • Wie in einer Querschnittsansicht 1200A aus 12A und einer Draufsicht 1200B aus 12B illustriert ist, ist der Aktorfilm 112f (siehe z. B. 11) so strukturiert, dass er eine Aktorstruktur 112 mit einer ringförmigen oberen Geometrie bildet, die sich in einem geschlossenen Pfad um einen zentralen Bereich 1202 erstreckt. In alternativen Ausführungsformen kann die Aktorstruktur 112 eine andere geeignete obere Geometrie aufweisen, die sich in einem geschlossenen Pfad um den zentralen Bereich 1202 erstreckt. Die Aktorstruktur 112 umfasst eine Bodenelektrode 116, eine piezoelektrische Struktur 118, die über der Bodenelektrode 116 liegt, und eine Oberelektrode 120, die über der piezoelektrischen Struktur 118 liegt.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Prozess zum Ausführen des Strukturierens: 1) Ausführen eines ersten Fotolithografie-/Ätzprozesses in der Oberelektrodenschicht 120l unter Verwendung einer ersten Maske, um die Oberelektrode 120 zu bilden; 2) Ausführen eines zweiten Fotolithografie-/Ätzprozesses in der piezoelektrischen Schicht 1181 unter Verwendung einer zweiten Maske zum Bilden der piezoelektrischen Schicht 118; und 3) Ausführen eines dritten Fotolithografie-/Ätzprozesses in der Bodenelektrodenschicht 116l unter Verwendung einer dritten Maske, um die Bodenelektrode 116 zu bilden. In alternativen Ausführungsformen wird ein anderer geeigneter Prozess zum Strukturieren ausgeführt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1300 aus 13 illustriert ist, wird eine Aktorsperrschicht 122 abgeschieden, die die Aktorstruktur 112 und die Dielektrikumsubstratschicht 114 bedeckt. Die Aktorsperrschicht 122 ist so eingerichtet, dass sie das Eindringen von Wasserstoff und/oder anderen geeigneten Störstoffen in die piezoelektrische Struktur 118 über die Aktorsperrschicht 122 verhindert. Indem sie die Diffusion Störstoffen (z. B. Wasserstoffionen) in die piezoelektrische Struktur 118 blockiert, kann die Aktorsperrschicht 122 einen Ausfall der gebildeten MEMS-Vorrichtung verhindern.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Aktorsperrschicht 122 dielektrisch. In einigen Ausführungsformen besteht die Aktorsperrschicht 122 aus einem Metalloxid oder einem anderen geeigneten Material. Das Metalloxid kann beispielsweise Aluminiumoxid (z. B. Al2O3), Titanoxid (z. B. TiO2), Eisenoxid (z. B. Fe2O3), Zirkoniumoxid (z. B. ZrO2), Zinkoxid (z. B. ZnO), Kupferoxid (z. B. CuO), Tantaloxid (z. B. Ta2O5), eine andere geeignete Art von Metalloxid oder eine beliebige Kombination der obigen Stoffe sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen wird die Aktorsperrschicht 122 mit einem Prozess abgeschieden, der die piezoelektrische Struktur 118 nicht mit Wasserstoffionen und/oder anderen geeigneten Störstoffen in Kontakt bringt. Die piezoelektrische Struktur 118 kann beispielsweise durch PVD, ALD oder einen anderen geeigneten Abscheidungsprozess abgeschieden werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1300 aus 13 illustriert ist, wird eine Aktordielektrikumschicht 124 abgeschieden, die die Aktorsperrschicht 122 abdeckt. Die Aktordielektrikumschicht 124 kann beispielsweise Tetraethylorthosilikat (TEOS)-Oxid und/oder ein anderes geeignetes Dielektrikum sein oder umfassen. In einigen Ausführungsformen wird die Aktordielektrikumschicht 124 durch einen Abscheidungsprozess abgeschieden, bei dem die Aktorsperrschicht 122 mit Wasserstoffionen und/oder anderen Störstoffen in Kontakt kommt. In solchen Ausführungsformen verhindert die Aktorsperrschicht 122, dass sich der Störstoff (z. B. die Wasserstoffionen) in der piezoelektrischen Struktur 118 akkumuliert.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1400A aus 14A und der Draufsicht 1400B aus 14B illustriert ist, werden mehrere Pads und mehrere Durchkontaktierungen gebildet. Ein Oberelektrodenpad 126t und ein Bodenelektrodenpad 126b liegen über der Aktorstruktur 112 und befinden sich jeweils auf entgegengesetzten Seiten der Aktorstruktur 112. Das Oberelektrodenpad 126t liegt über der Oberelektrode 120 und eine Oberelektrodendurchkontaktierung 128t erstreckt sich von dem Oberelektrodenpad 126t zur Oberelektrode 120. Das Bodenelektrodenpad 126b liegt über der Bodenelektrode 116 und eine Bodenelektrodendurchkontaktierung 128b erstreckt sich von dem Bodenelektrodenpad 126b zur Bodenelektrode 116.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst einen Prozess zum Bilden der Pads und der Durchkontaktierungen: 1) Strukturieren der Aktordielektrikumschicht 124 und der Aktorsperrschicht 122, um ein Paar von Durchkontaktierungsöffnungen zu bilden, die jeweils die Oberelektrode 120 und die Bodenelektrode 116 belichten; 2) Abscheiden einer leitfähigen Schicht, die die Aktordielektrikumschicht 124 bedeckt und die Durchkontaktierungsöffnungen füllt, um die Bodenelektrodendurchkontaktierung 128b und die Oberelektrodendurchkontaktierung 128t in den Durchkontaktierungsöffnungen zu bilden; und 3) Ausführen eines Fotolithografie-Ätzprozesses, um die leitfähige Schicht in das Bodenelektrodenpad 126b und das Oberelektrodenpad 126t zu strukturieren. In alternativen Ausführungsformen wird ein anderer geeigneter Prozess zum Bilden der Pads und der Durchkontaktierungen ausgeführt.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1500 aus 15 illustriert ist, sind die Aktordielektrikumschicht 124, die Aktorsperrschicht 122 und die Dielektrikumsubstratschicht 114 so strukturiert, dass das MEMS-Substrat 106 in dem zentralen Bereich 1202, der von der Aktorstruktur 112 umschlossen ist, belichtet wird. Das Strukturieren kann beispielsweise durch einen Fotolithografie-Ätzprozess oder einen anderen geeigneten Strukturierungsprozess ausgeführt werden.
  • Wie in einer Querschnittsansicht 1600A aus 16A und einer Draufsicht 1600B aus 16B illustriert ist, wird eine Maske 1602 gebildet, die über der Struktur aus 15 liegt, und ein erstes Ätzen wird in das MEMS-Substrat 106 mit der Maske 1602 an Ort und Stelle ausgeführt. Das erste Ätzen kerbt die obere Fläche des MEMS-Substrats 106 ein, sodass im zentralen Bereich 1202, der von der Aktorstruktur 112 umschlossen ist, teilweise mehrere Schlitze 102 gebildet werden. Anders ausgedrückt, das erste Ätzen bildet mehrere Kerben, die sich in die obere Fläche des MEMS-Substrats 106 erstrecken, und mehreren Kerben bilden jeweils und teilweise die mehreren Schlitze 102. Die teilweise gebildeten Schlitze 102 weisen jeweils ein isotropes oberes Kerbprofil auf und unterschneiden die Maske 1602. In alternativen Ausführungsformen weisen die Schlitze 102 jeweils ein anderes geeignetes Profil auf. Weiterhin erstrecken sich die Schlitze 102, wie in 16B besser zu sehen ist, von den Ecken des zentralen Bereichs 1202 zur Mitte des zentralen Bereichs 1202. In alternativen Ausführungsformen kontaktieren sich die Schlitze 102 direkt in der Mitte des zentralen Bereichs 1202, um einen gemeinsamen Schlitz mit einer kreuzförmigen oberen Geometrie zu bilden. 6 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel für diese alternativen Ausführungsformen.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Maske 1602 Fotolack und wird durch Fotolithografie gebildet. In alternativen Ausführungsformen ist die Maske 1602 eine Hartmaske, die durch Abscheiden einer Hartmaskenschicht und nachfolgendes Strukturieren der Hartmaskenschicht durch einen Fotolithografie-Ätzprozess oder einen anderen geeigneten Strukturierungsprozess gebildet wird. In noch anderen alternativen Ausführungsformen ist die Maske 1602 ein anderer geeigneter Maskentyp und/oder wird durch einen anderen geeigneten Prozess gebildet. In einigen Ausführungsformen wird das erste Ätzen durch einen isotropen Ätzprozess ausgeführt. Das erste Ätzen kann beispielsweise durch eine Schwefelhexafluorid-Plasmaätzung (z. B. SF6-Plasmaätzung) oder eine andere geeignete Art der Plasmaätzung, eine Nassätzung oder eine andere geeignete Art der Ätzung ausgeführt werden.
  • Wie in einer Querschnittsansicht 1700 aus 17 illustriert ist, wird ein zweites Ätzen in das MEMS-Substrat 106 mit der Maske 1602 aus 16A und 16B ausgeführt, um die Schlitze 102 bis zur Isolationsschicht 106i des MEMS-Substrats 106 zu erstrecken. Anders ausgedrückt bildet das zweite Ätzen mehrere Gräben, die sich mit den durch das erste Ätzen gebildeten Kerben überlappen, und die mehreren Kerben und die mehreren Gräben bilden zusammen die mehreren Schlitze 102. Im Gegensatz zum ersten Ätzen weisen die durch das zweite Ätzen gebildeten Grabenabschnitte der Schlitze 102 eine geringere Breite auf als die durch das erste Ätzen gebildeten Kerbenabschnitte. Ferner erstrecken sich die Grabenabschnitte tiefer in das MEMS-Substrat 106 als die Kerbenabschnitte. Wenigstens in einigen Ausführungsformen entsteht dies daraus, dass das erste Ätzen isotrop und das zweite Ätzen anisotrop ist.
  • In einigen Ausführungsformen wird das zweite Ätzen durch eine Plasmaätzung ausgeführt, bei der das MEMS-Substrat 106 mit einem Plasma geätzt wird, das aus Schwefelhexafluorid (z. B. SF6), Chlor (z. B. Cl2), Kohlenstofftetrafluorid (z. B. CF4), Fluroform (z. B. CHF3), Difluormethan (z. B. CH2F2), Bromwasserstoff (z. B. HBr), einem anderen geeigneten Verbindungstyp oder einer beliebigen Kombination der obigen Stoffe gebildet wird. In wenigstens einigen der obigen Ausführungsformen ist oder umfasst die vorderseitige Halbleiterschicht 106f des MEMS-Substrats 106, die durch das zweite Ätzen geätzt wird, Silizium und/oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial. In einigen Ausführungsformen werden das erste und das zweite Ätzen beide durch eine Schwefelhexafluorid-Plasmaätzung ausgeführt, aber das zweite Ätzen verwendet eine größere Gleichstromvorspannung (GS-Vorspannung), sodass das zweite Ätzen vertikaler verläuft. In alternativen Ausführungsformen wird das zweite Ätzen durch eine Bosch-Ätzung oder eine andere geeignete Art von Ätzung ausgeführt.
  • Die Bosch-Ätzung kann beispielsweise durch wiederholtes Ausführen eines Bosch-Zyklus ausgeführt werden, der umfasst: 1) Abscheiden eines Passivierungsfilms, der die Schlitze 102 auskleidet; 2) Ätzen eines Bodens des Passivierungsfilms, um das MEMS-Substrat 106 zu belichten; und 3) Ätzen des MEMS-Substrats 106, wo es in den Schlitzen 102 belichtet ist. Das Abscheiden kann beispielsweise durch ein Octafluorcyclobutan (z. B. C4F8) Plasmaabscheidungsverfahren oder einen anderen geeigneten Abscheidungsprozess ausgeführt werden. Das Ätzen kann beispielsweise durch eine Plasmaätzung mit einer vergleichsweise hohen bzw. niedrigen Vorspannung während des Ätzens in den Passivierungsfilm und des Ätzens in das MEMS-Substrat 106 ausgeführt werden. Die Plasmaätzung kann beispielsweise wie oben beschrieben erfolgen, wobei die Plasmaätzung beispielsweise mit einem Plasma aus Schwefelhexafluorid (z. B. SF6), Chlor (z. B. Cl2), Kohlenstofftetrafluorid (z. B. CF4), Fluroform (z. B. CHF3), Difluormethan (z. B. CH2F2), Bromwasserstoff (z. B. HBr), einer anderen geeigneten Art von Verbindung oder einer beliebigen Kombination der obigen Stoffe gebildet wird. In einigen Ausführungsformen, in denen die Schlitze 102 durch eine Bosch-Ätzung wie oben beschrieben gebildet sind, können die Schlitze 102 ein gewelltes Profil aufweisen. 3G stellt ein nicht einschränkendes Beispiel für ein solches gewelltes Profil bereit.
  • Indem die Schlitze 102 durch die vorderseitige Halbleiterschicht 106f des MEMS-Substrats 106 bis zur Isolationsschicht 106i des MEMS-Substrats 106 erstreckt werden, bildet das zweite Ätzen eine bewegliche Masse 104. Die bewegliche Masse 104 kann beispielsweise eine obere Geometrie wie in 5 oder 6 oder eine andere geeignete obere Geometrie aufweisen. Es ist zu beachten, dass die bewegliche Masse 104 trotz der Bezeichnung noch nicht gelöst wurde und daher noch nicht beweglich ist.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1800 aus 18 illustriert ist, wird die Maske 1602 aus 17 entfernt. Die Maske 1602 kann beispielsweise durch Ätzen und/oder einen anderen geeigneten Prozess entfernt werden. Wenigstens in einigen Ausführungsformen, in denen die Maske 1602 Fotolack ist, kann die Maske 1602 durch Plasmaveraschung oder dergleichen entfernt werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1800 aus 18 illustriert ist, wird eine Passivierungsschicht 110 über dem MEMS-Substrat 106 und der Aktorstruktur 112 abgeschieden. Ferner wird die Passivierungsschicht 110 auf die Schlitze 102 abgeschieden. Die Passivierungsschicht 110 kann beispielsweise Siliziumnitrid und/oder anderen geeigneten Materialien sein oder diese umfassen.
  • Wie in der Querschnittsansicht 1900 aus 19 illustriert ist, ist die Passivierungsschicht 110 so strukturiert, dass sie eine Oberelektrodenpadöffnung 130t und eine Bodenelektrodenpadöffnung 130b bildet, die jeweils das Oberelektrodenpad 126t und das Bodenelektrodenpad 126b belichten. Ferner ist die Passivierungsschicht 110 so strukturiert, dass die Passivierungsschicht 110 von der beweglichen Masse 104 entfernt ist. Das Strukturieren kann beispielsweise durch einen Fotolithografie-Ätzprozess oder einen anderen geeigneten Prozess ausgeführt werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2000 aus 20 illustriert ist, wird ein Trägersubstrat 2002 mit einer Klebeschicht 2004 auf eine Vorderseite des MEMS-Substrats 106 geklebt. Die Klebeschicht 2004 füllt die Schlitze 102 aus und kann, wenigstens in einigen Ausführungsformen, zusätzlich oder alternativ als Klebstoff oder dergleichen angesehen werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2100 aus 21 illustriert ist, ist die Struktur aus 20 vertikal gespiegelt. Ferner ist die rückseitige Halbleiterschicht 106b des MEMS-Substrats 106 ausgedünnt, sodass die rückseitige Halbleiterschicht 106b eine verringerte Dicke im Vergleich mit 20 aufweist. Das Ausdünnen kann beispielsweise durch einen chemischmechanischen Polierprozess (CMP-Prozess) und/oder einen anderen geeigneten Ausdünnungsprozess ausgeführt werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2200 aus 22 illustriert ist, ist das MEMS-Substrat 106 so strukturiert, dass ein Hohlraum 108 gebildet wird. Der Hohlraum 108 erstreckt sich durch die rückseitige Halbleiterschicht 106b des MEMS-Substrats 106 und die Isolationsschicht 106i des MEMS-Substrats 106. Ferner erstreckt sich der Hohlraum 108 in die vordere Halbleiterschicht 106f. Beim Bilden des Hohlraums 108 wird die bewegliche Masse 104 durch das Strukturieren belichtet. Das Strukturieren kann beispielsweise durch einen Fotolithografie-Ätzprozess oder einen anderen geeigneten Prozess ausgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen wird durch das Strukturieren die Passivierungsschicht 110 gegenüber der beweglichen Masse 104 weiter ausgeschnitten, wodurch die Schlitze 102 teilweise geleert werden. Soweit das Strukturieren ein Ätzen umfasst, kann diese teilweise Leerung daraus entstehen, dass das Ätzen eine höhere Ätzrate für die Passivierungsschicht 110 im Vergleich zur beweglichen Masse 104 aufweist.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2300 aus 23 illustriert ist, wird die Struktur aus 22 vertikal gespiegelt. Ferner wird das Trägersubstrat 2002 von der Vorderseite des MEMS-Substrats 106 abgelöst und die Klebeschicht 2004 von den Schlitzen 102 entfernt. Die Klebeschicht 2004 kann beispielsweise durch Abziehen oder dergleichen entfernt werden. Durch das Ablösen des Trägersubstrats 2002 und das Entfernen der Klebeschicht 2004 wird die bewegliche Masse 104 der MEMS-Vorrichtung gelöst, wodurch sich die bewegliche Masse 104 bewegen kann.
  • Da das erste Ätzen, das mit Verweis auf 16A und 16B beschrieben ist, die Schlitze 102 mit einem oberen Kerbschlitzprofil bildet, buchten sich die Schlitze 102 an der Oberseite der beweglichen Masse 104 in die Breite aus. Durch die Ausbuchtung an der Oberseite der beweglichen Masse 104 lässt sich die Klebeschicht 2004 leichter aus den Schlitzen 102 entfernen. Daher kann das Prozessfenster für das Entfernen der Klebeschicht 2004 vergrößert werden. Ferner sind die oberen Ecken des MEMS-Substrats 106, die sich in den Schlitzen 102 befinden, aufgrund der Ausbuchtung an der Oberseite der beweglichen Masse 104 weiter von den Breitenmitten der Schlitze 102 entfernt, als dies der Fall wäre, wenn die Schlitze 102 vertikale Profile von oben nach unten hätten. Soweit sich die Passivierungsschicht 110 an den oberen Ecken schneller abscheidet als an anderen Stellen in den Schlitzen 102, kann die Ausbuchtung der Breiten an der Oberseite der beweglichen Masse 104 daher verhindern, dass die Passivierungsschicht 110 den Schlitz 102a verengt und/oder abklemmt. Dies kann das Prozessfenster für das Entfernen der Klebeschicht 2004 weiter vergrößern.
  • Aufgrund des vergrößerten Prozessfensters kann der Bulk-Fertigungsertrag für die MEMS-Vorrichtungen erhöht werden. Ferner können die Schlitze 102 an der Unterseite der beweglichen Masse 104 schmaler sein als dies sonst möglich wäre. Wenigstens in einigen Ausführungsformen, in denen die MEMS-Vorrichtung ein Lautsprecher ist, kann die verringerte Breite der Schlitze 102 das Austreten von tieffrequenten Tönen durch die Schlitze 102 verringern. Dies wiederum kann die Luftverdrängung während der Benutzung des Lautsprechers verbessern und damit die Hörbarkeit von tieffrequenten Tönen für das menschliche Ohr verbessern.
  • Während 11, 12A, 12B, 13, 14A, 14B, 15, 16A, 16B und 17 bis 23 mit Verweis auf ein Verfahren beschrieben sind, ist zu beachten, dass die in diesen Figuren gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr unabhängig von dem Verfahren stehen können. Während 11, 12A, 12B, 13, 14A, 14B, 15, 16A, 16B und 17 und 23 als eine Reihe von Handlungen beschrieben sind, ist zu beachten, dass die Reihenfolge der Handlungen in anderen Ausführungsformen geändert werden kann. Während 11, 12A, 12B, 13, 14A, 14B, 15, 16A, 16B und 17 bis 23 eine spezifische Reihe von Handlungen illustrieren und beschreiben, können einige Handlungen, die illustriert und/oder beschrieben werden, in anderen Ausführungsformen weggelassen werden. Ferner können Handlungen, die nicht illustriert und/oder beschrieben sind, in anderen Ausführungsformen umfasst sein.
  • Mit Verweis auf 24 ist ein Blockdiagramm 2400 einiger Ausführungsformen des Verfahrens aus 11, 12A, 12B, 13, 14A, 14B, 15, 16A, 16B und 17 bis 23 bereitgestellt.
  • Bei 2402 wird ein Aktorfilm über einem MEMS-Substrat abgeschieden und vom MEMS-Substrat durch eine Dielektrikumsubstratschicht getrennt. Siehe beispielsweise 11.
  • Bei 2404 wird der Aktorfilm so strukturiert, dass er eine Aktorstruktur bildet, die sich in einem geschlossenen Pfad um einen zentralen Bereich erstreckt. Siehe beispielsweise 12A und 12B.
  • Bei 2406 werden eine Aktorsperrschicht und eine Aktordielektrikumschicht abgeschieden, die die Aktorstruktur bedecken. Siehe beispielsweise 13.
  • Bei 2408 werden ein Paar Pads und ein Paar Durchkontaktierungen gebildet, wobei die Pads jeweils über einer Oberelektrode der Aktorstruktur und einer Bodenelektrode der Aktorstruktur liegen und durch die Durchkontaktierungen mit diesen verbunden sind. Siehe beispielsweise 14A und 14B.
  • Bei 2410 werden die Dielektrikumsubstratschicht, die Aktorsperrschicht und die Aktordielektrikumschicht strukturiert, um das MEMS-Substrat in dem von der Aktorstruktur umschlossenen zentralen Bereich zu belichten. Siehe beispielsweise 15.
  • Bei 2412 wird das MEMS-Substrat strukturiert, um einen Schlitz zu bilden, der sich in das MEMS-Substrat in dem zentralen Bereich erstreckt, der von der Aktorstruktur umschlossen ist. Bei 2412a wird ein erstes Ätzen in das MEMS-Substrat ausgeführt, um eine obere Fläche des MEMS-Substrats einzukerben und den Schlitz teilweise zu bilden. Siehe beispielsweise 16A und 16B. Bei 2412b wird dann ein zweites Ätzen in das MEMS-Substrat ausgeführt, um den Schlitz tiefer in das MEMS-Substrat zu erstrecken, wobei die Erstreckung des Schlitzes, die durch das zweite Ätzen gebildet wird, eine geringere Breite aufweist als die Kerbe, die durch das erste Ätzen gebildet wird, wodurch sich der Schlitz an einem oberen Ende des Schlitzes in der Breite ausbuchtet. Siehe beispielsweise 17. In einigen Ausführungsformen ist das erste Ätzen isotrop und das zweite Ätzen anisotrop.
  • Bei 2414 wird eine Passivierungsschicht gebildet, die die Aktorstruktur bedeckt und den Schlitz auskleidet, wobei die Passivierungsschicht Padöffnungen aufweist, die jeweils die Pads belichten. Siehe beispielsweise 18 und 19.
  • Bei 2416 wird ein Trägersubstrat mit einer Klebeschicht auf das MEMS-Substrat geklebt, das den Schlitz ausfüllt. Siehe beispielsweise 20.
  • Bei 2418 wird das MEMS-Substrat ausgedünnt. Siehe beispielsweise 21.
  • Bei 2420 wird das MEMS-Substrat so strukturiert, dass ein Hohlraum gebildet wird, der eine bewegliche Masse am Schlitz belichtet. Siehe beispielsweise 22.
  • Bei 2422 werden das Trägersubstrat und die Klebeschicht von dem MEMS-Substrat entfernt, wobei der Schlitz nach Abschluss des Entfernens frei von der Klebeschicht ist und wobei die Ausbuchtung an der Oberseite des Schlitzes ein Prozessfenster zum Entfernen der Klebeschicht vergrößert. Siehe beispielsweise 23.
  • Während das Blockdiagramm 2400 in 24 als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen illustriert und beschrieben wird, ist zu beachten, dass die illustrierte Reihenfolge solcher Handlungen oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Beispielsweise können einige Aktionen in verschiedenen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Aktionen oder Ereignissen auftreten, die sich von denen unterscheiden, die hierin illustriert und/oder beschrieben sind. Ferner sind möglicherweise nicht alle illustrierten Handlungen erforderlich, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung hierin umzusetzen, und eine oder mehrere Handlungen, die hierin dargestellt sind, können in einer oder mehreren separaten Handlungen und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • Mit Verweis auf 25 bis 31 wird eine Reihe von Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines MEMS-Packages bereitgestellt, bei dem ein Schlitz an einer beweglichen Masse einer MEMS-Vorrichtung ein oberes Kerbschlitzprofil aufweist. Das Verfahren kann beispielsweise zum Bilden des MEMS-Packages aus 9 oder eines anderen geeigneten MEMS-Packages verwendet werden. Ferner kann die MEMS-Vorrichtung des Verfahrens beispielsweise ein Aktor oder eine andere geeignete MEMS-Vorrichtung sein.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2500 aus 25 illustriert ist, wird eine Maske 1602 gebildet, die über einem MEMS-Substrat 106 liegt. Das MEMS-Substrat 106 kann beispielsweise ein Bulksubstrat aus Silizium oder einer anderen geeigneten Art von Halbleitermaterial, ein SOI-Substrat oder eine andere geeignete Art von Halbleitersubstrat sein.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2500 aus 25 illustriert ist, wird ein erstes Ätzen in das MEMS-Substrat 106 ausgeführt, wobei die Maske 1602 vorliegt. Das erste Ätzen kerbt eine obere Fläche des MEMS-Substrats 106 ein, um teilweise mehrere Schlitze 102 in einem zentralen Bereich 1202 des MEMS-Substrats 106 zu bilden. Die teilweise gebildeten Schlitze 102 weisen jeweils ein isotropes oberes Kerbprofil auf und unterschneiden die Maske 1602. In alternativen Ausführungsformen weisen die Schlitze 102 jeweils ein anderes geeignetes Profil auf. Die Maske 1602 kann beispielsweise so sein, wie sie mit Verweis auf 16A und 16B beschrieben ist, oder so gebildet sein, wie sie mit Verweis auf 16A und 16B beschrieben ist. Ferner kann das erste Ätzen beispielsweise wie mit Verweis auf 16A und 16B beschrieben ausgeführt werden. Das erste Ätzen kann beispielsweise durch einen isotropen Prozess und/oder durch eine Schwefelhexafluorid-Plasmaätzung (z. B. SF6-Plasmaätzung) ausgeführt werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2600 aus 26 illustriert ist, wird ein zweites Ätzen in das MEMS-Substrat 106 mit der Maske 1602 aus 25 ausgeführt, um die Schlitze 102 durch das MEMS-Substrat 106 zu erstrecken. Im Gegensatz zum ersten Ätzen weisen die Abschnitte der Schlitze 102, die durch das zweite Ätzen gebildet sind, eine geringere Breite als die Abschnitte der Schlitze 102 auf, die durch das erste Ätzen gebildet sind, wodurch sich die Schlitze 102 an einer Oberseite des MEMS-Substrats 106 in der Breite ausbuchten. Wenigstens in einigen Ausführungsformen entsteht dies daraus, dass das erste Ätzen isotrop und das zweite Ätzen anisotrop ist. Das erste Ätzen kann beispielsweise wie in 17 beschrieben ausgeführt sein. Das zweite Ätzen kann beispielsweise durch einen anisotropen Prozess und/oder durch eine Bosch-Ätzung ausgeführt sein.
  • Indem sich die Schlitze 102 durch das MEMS-Substrat 106 erstrecken, bildet das zweite Ätzen die bewegliche Masse 104 der entstehenden MEMS-Vorrichtung 902. Die bewegliche Masse 104 umfasst mehrere Segmenten 104s, die durch die Schlitze 102 voneinander getrennt sind. In einigen Ausführungsformen weisen die Segmente 104s der beweglichen Masse 104 jeweils eine fingerförmige obere Geometrie auf. In anderen Ausführungsformen weisen die Segmente 104s der beweglichen Masse 104 jeweils eine andere geeignete obere Geometrie auf.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2700 aus 27 illustriert ist, wird ein Trägersubstrat 2002 mit einer Klebeschicht 2004 auf eine Oberseite des MEMS-Substrats 106 geklebt. Die Klebeschicht 2004 füllt die Schlitze 102 aus und kann, wenigstens in einigen Ausführungsformen, zusätzlich oder alternativ als Klebstoff oder dergleichen angesehen werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2800 aus 28 illustriert ist, ist die Struktur aus 27 vertikal gespiegelt. Ferner ist das MEMS-Substrat 106 ausgedünnt, sodass das MEMS-Substrat 106 eine verringerte Dicke im Vergleich mit 27 aufweist. Das Ausdünnen kann beispielsweise durch einen CMP-Prozess und/oder einen anderen geeigneten Ausdünnungsprozess ausgeführt werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht 2900 aus 29 illustriert ist, wird ein IC-Chip 906 gebildet. Der IC-Chip 906 umfasst ein Halbleitersubstrat 912, mehrere Halbleitervorrichtungen 914 und eine Interconnect-Struktur 916. Die Halbleitervorrichtungen 914 liegen über dem Halbleitersubstrat 912 und sind wenigstens teilweise darin gebildet. Die Interconnect-Struktur 916 liegt über den Halbleitervorrichtungen 914 und ist mit diesen elektrisch verbunden. Ferner umfasst die Interconnect-Struktur 916 mehrere leitfähige Elemente 918, die in einer Interconnect-Dielektrikumschicht 920 gestapelt sind, um mehrere Leiterbahnen zu bilden, die die Halbleitervorrichtungen 914 miteinander verbinden und/oder sich von den Halbleitervorrichtungen 914 aus erstrecken.
  • Die Querschnittsansicht 2900 aus 29 illustriert auch, dass die Struktur aus 28 vertikal umgedreht und durch Kontakte 910 mit dem IC-Chip 906 verbunden und elektrisch gekoppelt ist. Die Kontakte 910 beabstanden die MEMS-Vorrichtung 902 vom IC-Chip 906 und bilden so einen unteren Hohlraum 108l zwischen der MEMS-Vorrichtung 902 und dem IC-Chip 906.
  • Wie in der Querschnittsansicht 3000 aus 30 illustriert ist, wird das Trägersubstrat 2002 vom MEMS-Substrat 106 abgelöst und die Klebeschicht 2004 von den Schlitzen 102 entfernt. Die Klebeschicht 2004 kann beispielsweise durch Abziehen oder dergleichen entfernt werden. Durch das Ablösen des Trägersubstrats 2002 und das Entfernen der Klebeschicht 2004 wird die bewegliche Masse 104 der MEMS-Vorrichtung gelöst, wodurch sich die bewegliche Masse 104 bewegen kann.
  • Da das in 25 beschriebene erste Ätzen die Schlitze 102 mit oberen Kerbschlitzprofilen bildet, buchten sich die Schlitze 102 an der Oberseite der beweglichen Masse 104 in die Breite aus. Durch die Ausbuchtung an der Oberseite der beweglichen Masse 104 lässt sich die Klebeschicht 2004 leichter aus den Schlitzen 102 entfernen. Dadurch kann das Prozessfenster zum Entfernen der Klebeschicht 2004 vergrößert und somit der Bulk-Fertigungsertrag der MEMS-Vorrichtung erhöht werden. Weiterhin ist die MEMS-Vorrichtung 902 aufgrund der größeren Breite der Schlitze 102 im Betrieb elastischer. Die vergrößerten Breiten verringern die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der beweglichen Masse 104 beim Zusammenstoß zwischen den Segmenten 104s der beweglichen Masse 104. Ferner verringern die vergrößerten Breiten die obere Fläche der beweglichen Masse 104, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Reibung zwischen einem nachfolgend gebildeten Abdeckungssubstrat und der beweglichen Masse 104 verringert wird.
  • Wie in der Querschnittsansicht 3100 aus 31 illustriert ist, ist ein Kappensubstrat 904 mit einem Bodenausschnitt über dem MEMS-Substrat 106 angeordnet und durch eine Klebeschicht 908 mit diesem verbunden, wodurch ein oberer Hohlraum 108u gebildet wird, der über der beweglichen Masse 104 liegt. Die Ausbuchtung an den oberen Enden der Schlitze 102 verringert den oberen Flächenbereich der beweglichen Masse 104, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Reibung zwischen der beweglichen Masse 104 und dem Kappensubstrat 904 verringert wird.
  • Während 25 bis 31 mit Verweis auf ein Verfahren beschrieben sind, ist zu beachten, dass die in diesen Figuren gezeigten Strukturen nicht auf das Verfahren beschränkt sind, sondern auch unabhängig von diesem Verfahren bestehen können. Während 25 bis 31 als eine Reihe von Handlungen beschrieben sind, ist zu beachten, dass die Reihenfolge der Handlungen in anderen Ausführungsformen geändert werden können. Während 25 bis 31 einen spezifischen Satz von Handlungen illustrieren und beschreiben, können einige Handlungen, die illustriert und/oder beschrieben sind, in anderen Ausführungsformen weggelassen werden. Ferner können Handlungen, die nicht illustriert und/oder beschrieben sind, in anderen Ausführungsformen umfasst sein.
  • Mit Verweis auf 32 ist ein Blockdiagramm 3200 einiger Ausführungsformen des Verfahrens aus 25 bis 31 bereitgestellt.
  • Bei 3202 wird ein MEMS-Substrat strukturiert, um einen Schlitz zu bilden, der sich durch das MEMS-Substrat an einer beweglichen Masse einer MEMS-Vorrichtung erstreckt. Genauer gesagt wird bei 3202a ein erstes Ätzen in das MEMS-Substrat ausgeführt, um eine obere Fläche des MEMS-Substrats einzukerben und den Schlitz teilweise zu bilden. Siehe beispielsweise 25. Ferner wird bei 3202b ein zweites Ätzen in das MEMS-Substrat ausgeführt, um den Schlitz durch das MEMS-Substrat zu erstrecken, wobei die Erstreckung des Schlitzes, die durch das zweite Ätzen gebildet wird, eine geringere Breite aufweist als die Kerbe, die durch das erste Ätzen gebildet wird, wodurch sich der Schlitz an einem oberen Ende des Schlitzes in der Breite ausbuchtet. Siehe beispielsweise 26.
  • Bei 3204 wird ein Trägersubstrat mit einer Klebeschicht auf das MEMS-Substrat geklebt, die den Schlitz ausfüllt. Siehe beispielsweise 27.
  • Bei 3204 wird das MEMS-Substrat ausgedünnt. Siehe beispielsweise 28.
  • Bei 3206 wird ein IC-Chip mit dem MEMS-Substrat auf einer dem Trägersubstrat entgegengesetzten Seite des MEMS-Substrats verbunden, wobei der IC-Chip durch leitfähige Kontakte mit dem MEMS-Substrat verbunden ist. Siehe beispielsweise 29.
  • Bei 3208 werden das Trägersubstrat und die Klebeschicht von dem MEMS-Substrat entfernt, wobei der Schlitz nach Abschluss des Entfernens frei von der Klebeschicht ist und wobei die Ausbuchtung an der Oberseite des Schlitzes ein Prozessfenster zum Entfernen der Klebeschicht vergrößert. Siehe beispielsweise 30.
  • Bei 3210 wird ein Kappensubstrat auf das MEMS-Substrat auf einer dem IC-Chip entgegengesetzten Seite des MEMS-Substrats geklebt. Siehe beispielsweise 31.
  • Während das Blockdiagramm 3200 in 32 als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen illustriert und beschrieben wird, ist zu beachten, dass die illustrierte Reihenfolge solcher Handlungen oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Beispielsweise können einige Aktionen in verschiedenen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Aktionen oder Ereignissen auftreten, die sich von denen unterscheiden, die hierin illustriert und/oder beschrieben sind. Ferner sind möglicherweise nicht alle illustrierten Handlungen erforderlich, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung hierin umzusetzen, und eine oder mehrere Handlungen, die hierin dargestellt sind, können in einer oder mehreren separaten Handlungen und/oder Phasen ausgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen stellt diese Offenbarung eine Struktur bereit, die umfasst: ein Substrat; und eine MEMS-Vorrichtung auf dem Substrat, wobei die MEMS-Vorrichtung eine in dem Substrat gebildete mechanische Masse umfasst; wobei das Substrat einen Schlitz an der mechanischen Masse aufweist, wobei sich der Schlitz durch das Substrat von einer oberen Fläche der mechanischen Masse zu einer unteren Fläche der mechanischen Masse erstreckt, wobei das Substrat eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand in dem Schlitz aufweist und Kante an Kante angeordnet ist, wobei die erste Seitenwand im Wesentlichen vertikal von der unteren Fläche der mechanischen Masse zu einer Kante der zweiten Seitenwand verläuft und wobei die zweite Seitenwand von der Kante der zweiten Seitenwand zur oberen Fläche der mechanischen Masse nach außen gebogen ist. In einigen Ausführungsformen liegt die Kante näher an der oberen Fläche der mechanischen Masse als an der unteren Fläche der mechanischen Masse. In einigen Ausführungsformen weist das Substrat einen zweiten Schlitz auf, der sich durch das Substrat von der oberen Fläche der mechanischen Masse zur unteren Fläche der mechanischen Masse erstreckt, wobei sich ein Abschnitt des Substrats zwischen dem Schlitz und dem zweiten Schlitz befindet und dort belichtet ist, und wobei der Abschnitt des Substrats einen nach oben gerichteten Vorsprung an einem oberen Eckabschnitt des Substrats aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der Schlitz ein symmetrisches Profil um eine vertikale Achse in der Mitte der Breite des Schlitzes auf. In einigen Ausführungsformen umfasst die MEMS-Vorrichtung eine piezoelektrische Struktur, die sich in einem geschlossenen Pfad um die mechanische Masse herum erstreckt und so eingerichtet ist, dass sie die mechanische Masse in Schwingung versetzt. In einigen Ausführungsformen ist der Schlitz seitlich von einer Ecke der mechanischen Masse in Richtung der Mitte der mechanischen Masse verlängert. In einigen Ausführungsformen umfasst die Struktur ferner: ein Kappensubstrat, das über dem Substrat liegt; ein Halbleitersubstrat, das unter dem Substrat liegt; und eine Interconnect-Struktur zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Substrat; wobei die mechanische Masse so eingerichtet ist, dass sie sich in einem Hohlraum zwischen dem Kappensubstrat und der Interconnect-Struktur bewegt.
  • In einigen Ausführungsformen stellt diese Offenbarung eine andere Struktur bereit, die umfasst: ein Substrat; und eine MEMS-Vorrichtung auf dem Substrat, wobei die MEMS-Vorrichtung eine in dem Substrat gebildete mechanische Masse umfasst; wobei das Substrat einen Schlitz an der mechanischen Masse aufweist, wobei der Schlitz durch das Substrat hindurch von einer oberen Fläche der mechanischen Masse zu einer unteren Fläche der mechanischen Masse angeordnet ist, wobei eine Breite des Schlitzes von der unteren Fläche der mechanischen Masse zu einer Erhebung, die von und zwischen der oberen und unteren Fläche der mechanischen Masse versetzt ist, im Wesentlichen gleichmäßig ist, und wobei die Breite des Schlitzes sich von der Erhebung zu der oberen Fläche der mechanischen Masse ausbuchtet. In einigen Ausführungsformen nimmt die Breite des Schlitzes von der unteren Fläche der mechanischen Masse bis zur Erhebung mit einer ersten Rate zu, wobei die Breite des Schlitzes von der Erhebung bis zur oberen Fläche der mechanischen Masse mit einer zweiten Rate zunimmt, die größer als die erste Rate ist. In einigen Ausführungsformen ist ein oberer Eckabschnitt des Substrats im Schlitz eingekerbt. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Schlitz seitlich von einzelnen Ecken der mechanischen Masse zur Mitte der mechanischen Masse, um eine Kreuzform zu bilden. In einigen Ausführungsformen umfasst die MEMS-Vorrichtung eine Bodenelektrode, eine piezoelektrische Struktur, die über der Bodenelektrode liegt, und eine Oberelektrode, die über der piezoelektrischen Struktur liegt, wobei die Boden- und die Oberelektrode und die piezoelektrische Struktur sich in einzelnen geschlossenen Pfaden um die mechanische Masse herum entlang einer Peripherie der mechanischen Masse erstrecken. In einigen Ausführungsformen umfasst die Struktur ferner eine Passivierungsschicht, die die MEMS-Vorrichtung bedeckt und den Schlitz auskleidet, wobei sich eine untere Fläche der Passivierungsschicht in dem Schlitz befindet und relativ zu einer unteren Fläche der mechanischen Masse erhöht ist.
  • In einigen Ausführungsformen stellt diese Offenbarung ein Verfahren bereit, das umfasst: Ausführen eines ersten Ätzens in eine erste Seite eines Substrats, um eine Kerbe zu bilden, die sich in das Substrat bis zu einer ersten Tiefe erstreckt; Ausführen eines zweiten Ätzens in die erste Seite des Substrats, um einen Graben zu bilden, der sich in das Substrat bis zu einer zweiten Tiefe erstreckt, die größer ist als die erste Tiefe, wobei sich der Graben mit der Kerbe überlappt und eine geringere Breite als die Kerbe aufweist; Verbinden eines Trägersubstrats mit der ersten Seite des Substrats mit einem Klebstoff, der die Kerbe und den Graben füllt und die erste Seite des Substrats bedeckt; Ausdünnen des Substrats von einer zweiten Seite des Substrats, die der ersten Seite entgegengesetzt ist; und Entfernen des Trägersubstrats und des Klebstoffs nach dem Ausdünnen. In einigen Ausführungsformen wird das erste Ätzen durch eine isotrope Ätzung ausgeführt, wobei das zweite Ätzen durch eine anisotrope Ätzung erfolgt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Bilden einer Maske, die auf der ersten Seite des Substrats über dem Substrat liegt, wobei das erste und das zweite Ätzen mit der Maske ausgeführt werden, um die Kerbe und den Graben zu bilden, die unter einer Öffnung in der Maske liegen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Substrat eine erste Halbleiterschicht, eine Isolationsschicht, die über der ersten Halbleiterschicht liegt, eine zweite Halbleiterschicht, die über der Isolationsschicht liegt, wobei das erste und das zweite Ätzen in die zweite Halbleiterschicht ausgeführt werden, wobei das erste Ätzen vor Erreichen der Isolationsschicht endet und wobei das zweite Ätzen an der Isolationsschicht endet. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner: Abscheiden einer piezoelektrischen Schicht über dem Substrat auf der ersten Seite des Substrats; und Strukturieren der piezoelektrischen Schicht, um eine piezoelektrische Struktur mit einem ringförmigen Layout zu bilden, wobei die Kerbe und der Graben in einem zentralen Bereich gebildet werden, der von der piezoelektrischen Struktur umschlossen ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Ausführen eines dritten Ätzens in das Substrat von der zweiten Seite des Substrats aus, um einen Hohlraum zu bilden, der den Graben zwischen dem Ausdünnen und dem Entfernen belichtet. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner: Bilden einer Interconnect-Struktur, die über einem Halbleitersubstrat liegt; Verbinden der zweiten Seite des Substrats mit der Interconnect-Struktur, sodass sich die zweite Seite des Substrats zwischen der Interconnect-Struktur und der ersten Seite des Substrats befindet, wobei das Verbinden zwischen dem Ausdünnen und dem Entfernen ausgeführt wird; und Verbinden eines Kappensubstrats mit der ersten Seite des Substrats nach dem Entfernen; wobei das erste und das zweite Ätzen eine mechanische Masse bilden, die so eingerichtet ist, dass sie sich in einem Hohlraum zwischen der Interconnect-Struktur und dem Kappensubstrat bewegt.
  • Die obigen Ausführungen skizzieren Elemente verschiedener Ausführungsformen, sodass Fachleute auf dem Gebiet die Aspekte dieser Offenbarung besser verstehen können. Fachleute auf dem Gebiet sollten beachten, dass sie diese Offenbarung leicht als Grundlage für das Design oder die Änderung anderer Prozesse und Strukturen verwenden können, um dieselben Zwecke auszuführen und/oder dieselben Vorteile der hierin eingeführten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute auf dem Gebiet sollten außerdem verstehen, dass solche entsprechenden Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang dieser Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hieran vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 63/300346 [0001]

Claims (20)

  1. Struktur, aufweisend: ein Substrat; und eine mikroelektromechanische Systemvorrichtung (MEMS-Vorrichtung) auf dem Substrat, wobei die MEMS-Vorrichtung eine in dem Substrat gebildete mechanische Masse aufweist; wobei das Substrat einen Schlitz an der mechanischen Masse aufweist, wobei sich der Schlitz durch das Substrat von einer oberen Fläche der mechanischen Masse zu einer unteren Fläche der mechanischen Masse erstreckt, wobei das Substrat eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand in dem Schlitz aufweist und Kante an Kante angeordnet ist, wobei die erste Seitenwand im Wesentlichen vertikal von der unteren Fläche der mechanischen Masse zu einer Kante der zweiten Seitenwand verläuft und wobei die zweite Seitenwand von der Kante der zweiten Seitenwand zur oberen Fläche der mechanischen Masse nach außen gebogen ist.
  2. Struktur nach Anspruch 1, wobei die Kante näher an der oberen Fläche der mechanischen Masse als an der unteren Fläche der mechanischen Masse liegt.
  3. Struktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat einen zweiten Schlitz aufweist, der sich durch das Substrat von der oberen Fläche der mechanischen Masse zur unteren Fläche der mechanischen Masse erstreckt, wobei sich ein Abschnitt des Substrats zwischen dem Schlitz und dem zweiten Schlitz befindet und dort belichtet ist, und wobei der Abschnitt des Substrats einen nach oben gerichteten Vorsprung an einem oberen Eckabschnitt des Substrats aufweist.
  4. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schlitz ein symmetrisches Profil um eine vertikale Achse in der Mitte der Breite des Schlitzes aufweist.
  5. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die MEMS-Vorrichtung eine piezoelektrische Struktur aufweist, die sich in einem geschlossenen Pfad um die mechanische Masse herum erstreckt und so eingerichtet ist, dass sie die mechanische Masse in Schwingung versetzt.
  6. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Schlitz seitlich von einer Ecke der mechanischen Masse zu einem Zentrum der mechanischen Masse erstreckt.
  7. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Struktur ferner aufweisend: ein Kappensubstrat, das über dem Substrat liegt; ein Halbleitersubstrat, das unter dem Substrat liegt; und eine Interconnect-Struktur zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Substrat; wobei die mechanische Masse so eingerichtet ist, dass sie sich in einem Hohlraum zwischen dem Kappensubstrat und der Interconnect-Struktur bewegt.
  8. Struktur, aufweisend: ein Substrat; und eine mikroelektromechanische Systemvorrichtung (MEMS-Vorrichtung) auf dem Substrat, wobei die MEMS-Vorrichtung eine in dem Substrat gebildete mechanische Masse aufweist; wobei das Substrat einen Schlitz an der mechanischen Masse aufweist, wobei der Schlitz durch das Substrat hindurch von einer oberen Fläche der mechanischen Masse zu einer unteren Fläche der mechanischen Masse angeordnet ist, wobei eine Breite des Schlitzes von der unteren Fläche der mechanischen Masse zu einer Erhebung, die von und zwischen der oberen und unteren Fläche der mechanischen Masse versetzt ist, im Wesentlichen gleichmäßig ist, und wobei sich die Breite des Schlitzes von der Erhebung zu der oberen Fläche der mechanischen Masse ausbuchtet.
  9. Struktur nach Anspruch 8, wobei die Breite des Schlitzes von der unteren Fläche der mechanischen Masse bis zur Erhebung mit einer ersten Rate zunimmt, und wobei die Breite des Schlitzes von der Erhebung bis zur oberen Fläche der mechanischen Masse mit einer zweiten Rate zunimmt, die größer als die erste Rate ist.
  10. Struktur nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein oberer Eckabschnitt des Substrats im Schlitz eingekerbt ist.
  11. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, wobei sich der Schlitz seitlich von einzelnen Ecken der mechanischen Masse zu einer Mitte der mechanischen Masse erstreckt und eine Kreuzform bildet.
  12. Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, wobei die MEMS-Vorrichtung eine Bodenelektrode, eine piezoelektrische Struktur, die über der Bodenelektrode liegt, und eine Oberelektrode, die über der piezoelektrischen Struktur liegt, aufweist und wobei die Boden- und die Oberelektrode und die piezoelektrische Struktur sich in einzelnen geschlossenen Pfaden um die mechanische Masse herum entlang einer Peripherie der mechanischen Masse erstrecken.
  13. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 12, ferner aufweisend: eine Passivierungsschicht, die die MEMS-Vorrichtung bedeckt und den Schlitz auskleidet, wobei sich eine untere Fläche der Passivierungsschicht in dem Schlitz befindet und relativ zu einer unteren Fläche der mechanischen Masse erhöht ist.
  14. Verfahren, umfassend: Ausführen eines ersten Ätzens in eine erste Seite eines Substrats, um eine Kerbe zu bilden, die sich in das Substrat bis zu einer ersten Tiefe erstreckt; Ausführen eines zweiten Ätzens in die erste Seite des Substrats, um einen Graben zu erzeugen, der sich in das Substrat bis zu einer zweiten Tiefe erstreckt, die größer ist als die erste Tiefe, wobei sich der Graben mit der Kerbe überlappt und eine geringere Breite als die Kerbe aufweist; Verbinden eines Trägersubstrats mit der ersten Seite des Substrats mit einem Klebstoff, der die Kerbe und den Graben füllt und die erste Seite des Substrats bedeckt; Ausdünnen des Substrats von einer zweiten Seite des Substrats aus, die der ersten Seite entgegengesetzt ist; und Entfernen des Trägersubstrats und des Klebstoffs nach dem Ausdünnen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das erste Ätzen durch eine isotrope Ätzung und das zweite Ätzen durch eine anisotrope Ätzung ausgeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, ferner umfassend: Bilden einer Maske, die auf der ersten Seite des Substrats über dem Substrat liegt, wobei das erste und das zweite Ätzen mit der Maske an ihrem Platz ausgeführt werden, um die Kerbe und den Graben zu bilden, die unter einer Öffnung in der Maske liegen.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16, wobei das Substrat eine erste Halbleiterschicht, eine Isolationsschicht, die über der ersten Halbleiterschicht liegt, und eine zweite Halbleiterschicht, die über der Isolationsschicht liegt, umfasst, wobei das erste und das zweite Ätzen in die zweite Halbleiterschicht ausgeführt werden, wobei das erste Ätzen vor Erreichen der Isolationsschicht endet und wobei das zweite Ätzen an der Isolationsschicht endet.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, ferner umfassend: Abscheiden einer piezoelektrischen Schicht über dem Substrat auf der ersten Seite des Substrats; und Strukturieren der piezoelektrischen Schicht, um eine piezoelektrische Struktur mit einem ringförmigen Layout zu bilden, wobei die Kerbe und der Graben in einem zentralen Bereich gebildet sind, der von der piezoelektrischen Struktur umschlossen ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Ausführen eines dritten Ätzens in das Substrat von der zweiten Seite des Substrats aus, um einen Hohlraum zu bilden, der den Graben zwischen Ausdünnen und dem Entfernen belichtet.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 19, ferner umfassend: Bilden einer Interconnect-Struktur, die über einem Halbleitersubstrat liegt; Verbinden der zweiten Seite des Substrats mit der Interconnect-Struktur, sodass die zweite Seite des Substrats zwischen der Interconnect-Struktur und der ersten Seite des Substrats liegt, wobei das Verbinden zwischen dem Ausdünnen und dem Entfernen ausgeführt wird; und Verbinden eines Kappensubstrats mit der ersten Seite des Substrats nach dem Entfernen; wobei das erste und das zweite Ätzen eine mechanische Masse bilden, die so eingerichtet ist, dass sie sich in einem Hohlraum zwischen der Interconnect-Struktur und dem Kappensubstrat bewegt.
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