DE69813805T2 - Verfahren und vorrichtung zum örtlichen glühen einer auf einem substrat geformten mikrostruktur und dadurch hergestellte vorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum örtlichen glühen einer auf einem substrat geformten mikrostruktur und dadurch hergestellte vorrichtung

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Description

    Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum Glühen einer Mikrostruktur, die auf einem Substrat gebildet ist, und insbesondere Verfahren und Systeme zum örtlichen Glühen einer Mikrostruktur, die auf einem Substrat gebildet ist, und Vorrichtungen, die dadurch gebildet werden.
    • Stand der Technik
  • Viele Vorrichtungen erfordern ein Trimmen nach der Herstellung, damit sie innerhalb der Spezifikationen arbeiten. Insbesondere erfordern Sensoren und Referenzen (z. B. Frequenzreferenzen) ein solches Trimmen. Im Fall makroskopischer Vorrichtungen, die in Serie hergestellt werden, umfasst das Trimmen häufig keinen überwältigenden prozentualen Anteil der Gesamtkosten der Vorrichtung. Im Fall mikroskopischer Vorrichtungen, die in Chargen hergestellt werden (z. B. integrierte Schaltkreise oder mikromechanische Vorrichtungen), kann das Trimmen oder Programmieren einen überwiegenden prozentualen Anteil der Vorrichtungskosten ausmachen, wenn es in Serie erfolgen muss. Zum Beispiel muss das Laser-Trimmen von mikromechanischen Resonatoren zur Erzielung einer spezifischen Resonanzfrequenz normalerweise in Serie erfolgen und weist daher einen geringen Durchsatz und hohe Kosten auf. Ein Beispiel für Laser-Trimmen ist in US-A-5 144 184 offenbart, wobei ein Laserstrahl verwendet wird, um die Resonanzfrequenz zu trimmen, indem eine längliche Öffnung einer in Resonanz befindlichen Stange vergrößert wird, um die Zugkräfte innerhalb der Stange zu verändern und dadurch die Resonanzfrequenz der Stange zu senken.
  • Mit dem Erscheinen frequenzspezifischer Applikationen für mikromechanische Resonatoren, wie beispielsweise Oszillatorreferenzen und hochselektive Bandpassfilter, kommt Verfahren zum Trimmen von Resonanzfrequenzen nach der Herstellung eine zunehmende Bedeutung zu. Dies gilt insbesondere für neueste Kommunikationsanwendungen mikromechanischer Resonatoren, bei denen eine große Anzahl solcher Resonatoren mit exakt positionierten Mittelfrequenzen parallele Filterbänke und mehrere Oszillatorreferenzen realisieren muss. Da diese Anwendungen wahrscheinlich unter Verwendung von Planarverfahren in Chargen hergestellt sind, ist ein Trimming mit einem hohen Durchsatz wünschenswert.
  • Es ist bekannt, dass schnelles thermisches Glühen (RTA) die Belastungsprofile bei Polysilizium-Dünnfilmen verändern kann.
  • Aus US-A-5 188 983 ist ebenfalls bekannt, die Resonanzfrequenz während der Herstellung durch Stickstoffglühen einzustellen, um vorherbestimmte Zugbelastungen innerhalb einer in Resonanz befindlichen Stange zu erzeugen. US-A-5 451 425 offenbart die Verwendung von Ozon und/oder UV-Licht, um die Resonanzfrequenz eines Resonators durch Veränderung einer Abmessung des Resonators einzustellen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren und System zum örtlichen Glühen einer Mikrostruktur, wie beispielsweise einer mikromechanischen Vorrichtung, an Ort und Stelle auf einem Substrat der resultierenden Vorrichtung zu schaffen, ohne eine andere Mikrostruktur zu beeinflussen, die auf dem Substrat gebildet ist.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und System zum örtlichen Glühen einer Mikrostruktur, wie beispielsweise einer mikromechanischen Vorrichtung, an Ort und Stelle auf einem Substrat zu schaffen, die besonders nützlich bei einer chargenweisen Verarbeitung dieser Vorrichtungen sind.
  • Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und System zu schaffen, um eine mikromechanische Vorrichtung, wie beispielsweise einen mikromechanischen Resonator, örtlich zu glühen, während der Resonator auf einem Substrat arbeitet, um eine Verbesserung der spezifischen Resonanzfrequenz und der Kreisgüte bei einem relativ hohen Durchsatz und niedrigen Kosten weitgehend aufgrund von kleineren Wärmezeitkonstanten für die Mikrostruktur zu erreichen.
  • Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein elektronisch basiertes Verfahren und System zum örtlichen Glühen einer mikromechanischen Vorrichtung, wie beispielsweise eines Resonators, an Ort und Stelle auf einem Substrat zu schaffen, um eine Herstellung bei relativ niedrigen Temperaturen zu ermöglichen, wodurch wiederum gemischte Schaltkreis- und Mikrostrukturtechnologien ermöglicht werden können und ebenfalls ein breiter Frequenztrimmbereich ohne große Gleichspannungen ermöglicht werden kann. Zum Beispiel kann ein Polysiliziumkonstruktionsmaterial bei einer niedrigen Temperatur amorph abgeschieden werden und daraufhin zu einem polykristallinen Material, das bessere Materialeigenschaften aufweist, örtlich geglüht werden.
  • Zur Ausführung der oben genannten Aufgaben und anderer Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Glühen einer vorherbestimmten Mikrostruktur, die auf einem mikroskopischen Teil eines Substrats einer Vorrichtung gebildet ist, geschaffen, das gekennzeichnet ist durch:
  • Zusammenschalten einer Glühstromversorgung mit dem mikroskopischen Teil der Vorrichtung und dadurch Übertragen von Strom auf die vorherbestimmte Mikrostruktur in Form eines elektrischen Signals, so dass die vorherbestimmte Mikrostruktur den übertragenen Strom in eine gesteuerte Wärmemenge umwandelt, um dadurch den Energiezustand der vorherbestimmten Mikrostruktur nur in dem mikroskopischen Teil steuerbar zu erhöhen und die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der vorherbestimmten Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere auf dem Substrat gebildete Mikrostruktur wesentlich zu beeinflussen.
  • Die vorherbestimmte Mikrostruktur ist vorzugsweise eine mikromechanische Vorrichtung, wie beispielsweise ein mikromechanischer Resonator mit einer Resonanzfrequenz und einer Kreisgüte. Der Schritt des steuerbaren Erhöhens wird vorzugsweise erreicht, indem der Resonator ausreichend steuerbar erwärmt wird, so dass eine Änderung nicht nur der Resonanzfrequenz, sondern auch der Kreisgüte des Resonators verursacht wird.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren des Weiteren die Schritte, ein Oszillieren des Resonators zu veranlassen und die Resonanzfrequenz zu überwachen. Der Schritt des steuerbaren Erwärmens erwärmt den Resonator, bis der Resonator eine gewünschte Resonanzfrequenz aufweist.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der mikromechanische Resonator eine Stange.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist der mikromechanische Resonator ein mikromechanischer Resonator mit gebogener Stange. Bei beiden Ausführungsformen ist der mikromechanische Resonator typischerweise ein Polysilizium-Resonator.
  • Die Mikrostruktur weist typischerweise einen Widerstand auf, wobei der Schritt des steuerbaren Erwärmens den Schritt umfasst, das Fließen eines elektrischen Stroms durch die vorherbestimmte Mikrostruktur zu verursachen, um die vorherbestimmte Mikrostruktur zu erwärmen.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren des Weiteren die Schritte, ein Paar Elektroden auf dem Substrat zu bilden, die elektrisch mit der vorherbestimmten Mikrostruktur zusammengeschaltet sind, und ein elektrisches Signal an die Elektroden anzulegen. Das elektrische Signal kann ein Gleichstromsignal sein, ist jedoch vorzugsweise ein zeitvariables Signal, wie beispielsweise ein Signal mit einem oder mehreren Impulsen.
  • Vorzugsweise ist das Substrat ein Halbleitersubstrat, kann jedoch auch Glas oder ein anderes Substrat sein. Das Halbleitersubstrat kann ein Silizium-Halbleitersubstrat sein.
  • Die vorherbestimmte Mikrostruktur kann eine Halbleiter-Mikrostruktur, wie beispielsweise eine Silizium-Halbleiter-Mikrostruktur, sein. Bei einer Ausführungsform weist die vorherbestimmte Mikrostruktur anfänglich eine amorphe Silizium- Mikrostruktur auf, wobei der Schritt des steuerbaren Erwärmens die amorphe Silizium- Mikrostruktur zu einer polykristallinen oder kristallinen Silizium-Mikrostruktur verändert.
  • Die Mikrostruktur kann Teil einer mikroelektromechanischen Vorrichtung sein.
  • Zur Ausführung der oben genannten Aufgaben und anderer Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren ein System geschaffen, um eine vorherbestimmte Mikrostruktur, die auf einem Substrat einer Vorrichtung gebildet ist, örtlich zu glühen. Das System umfasst eine Glühstromversorgung und ein Mittel, das dafür ausgelegt ist, mit einem mikroskopischen Teil der Vorrichtung zusammengeschaltet zu werden, um Strom von der Glühstromversorgung in Form eines elektrischen Signals zu dem mikroskopischen Teil der Vorrichtung zu übertragen, so dass der mikroskopische Teil der Vorrichtung den übertragenen Strom über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der vorherbestimmten Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere Mikrostruktur, die auf dem Substrat gebildet ist, wesentlich zu beeinflussen, in eine gesteuerte Wärmemenge umwandelt.
  • Des Weiteren wird zur Ausführung der oben genannten Aufgaben und anderer Aufgaben der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, die mindestens eine auf einem Substrat gebildete Mikrostruktur aufweist. Die Vorrichtung weist auf dem Substrat gebildete Elektroden auf, die elektrisch an eine vorherbestimmte Mikrostruktur angeschlossen sind, um ein elektrisches Signal zu empfangen. Das elektrische Signal verursacht, dass ein elektrischer Strom durch die vorherbestimmte Mikrostruktur fließt, um die vorherbestimmte Mikrostruktur über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der vorherbestimmten Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere auf dem Substrat gebildete Mikrostruktur zu beeinflussen, steuerbar und direkt zu erwärmen.
  • Zur Ausführung der oben genannten Aufgaben und anderer Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren eine Vorrichtung mit mindestens einer auf einem Substrat gebildeten Mikrostruktur geschaffen. Die Vorrichtung umfasst ein Widerstandsheizelement, das unmittelbar benachbart zu einer vorherbestimmten Mikrostruktur auf dem Substrat gebildet und zum Empfang eines Signals ausgelegt ist. Das Signal veranlasst das Element, die vorherbestimmte Mikrostruktur über einen Zeitraum indirekt zu erwärmen, der ausreicht, um die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der vorherbestimmten Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere Mikrostruktur auf dem Substrat zu beeinflussen.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung des Weiteren eine Mikroplattform, die von dem Substrat wärmeisoliert ist, wobei das Widerstandsheizelement und die Mikrostruktur auf der Mikroplattform gebildet sind.
  • Das Verfahren der Erfindung ist ein chargenweises Trimm-Verfahren für mikromechanische Vorrichtungen, wie beispielsweise Resonatoren, wodurch die Kreisgüte solcher mikromechanischer Resonatoren für elektronische Filteranwendungen, Oszillatoranwendungen und gyroskopische Anwendungen erhöht oder verringert werden kann.
  • Das Verfahren und System erreichen sowohl ein steuerbares Frequenztrimmen als auch eine Verbesserung der Kreisgüte bei mikromechanischen Vorrichtungen. Das Verfahren und das System werden elektrisch aktiviert und können in ähnlicher Weise wie bei der Programmierung eines EEPROM im Rahmen einer Massenfertigung implementiert werden. Das Verfahren und das System ermöglichen sowohl ein Frequenztrimmen von Mikroresonatorvorrichtungen nach der Herstellung als auch eine Herstellung von Hochqualitäts-Mikroresonatoren bei niedriger Temperatur aufgrund ihrer Fähigkeit zur Verbesserung der Kreisgüte, was wiederum gemischte Schaltkreis- und Mikrostrukturverfahren ermöglichen kann, wenn Strukturen nach MEMS hergestellt werden.
  • Die oben genannten Aufgaben und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsweise der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines relativ einfachen mikromechanischen Resonators und eines Schaltkreises zum Anlegen einer Spannung an Anker des Resonators zur direkten Erwärmung des Resonators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie eine Frequenzkennlinie einer Vorrichtung, die durch das Verfahren und System der vorliegenden Erfindung gebildet ist, durch eine andere Frequenz und eine höhere Kreisgüte verändert wird;
  • Fig. 3 ist eine schematische Zeichnung einer anderen Ausführungsform des Verfahrens und Systems der vorliegenden Erfindung, wobei der mikromechanische Resonator indirekt durch einen Schaltkreis erwärmt wird;
  • Fig. 4 ist eine schematische Zeichnung der Ausführungsform aus Fig. 3 unter Hinzufügung einer isolierenden Mikroplattform;
  • Fig. 5 ist eine perspektivische schematische Zeichnung, die das Verfahren und System der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf einen kammgesteuerten mikromechanischen Resonator mit gebogener Stange veranschaulicht, wobei das Frequenztrimmen an Ort und Stelle erfolgt, während der Resonator betrieben wird; und
  • Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht eines mikroelektromechanischen Systems, wobei die Erfindung an Ort und Stelle verwendet wird, ohne chipintegrierte Schaltkreise zu beeinflussen.
    • Beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist nun in Fig. 1 eine Ausführungsform des Verfahrens und Systems der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Insbesondere stellt Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform des örtlichen Glühverfahrens und Systems der vorliegenden Erfindung dar. Hier wird eine Spannung Vglühen zwischen den Ankern 10 einer leitfähigen mikromechanischen Vorrichtung oder Struktur (in diesem Fall einem mikromechanischen Resonator), in Fig. 1, 3 und 4 allgemein mit 12 bezeichnet, angelegt, die einen Widerstand Rstrukt zwischen ihren Anschlussklemmen aufweist. Das Anlegen dieser Spannung erzeugt einen Strom Iglühen der durch eine Stange 14 der Struktur 12 fließt und einen Strom dissipiert, der durch folgende Gleichung bestimmt ist:
  • Pglühen = 12glühenRstrukt.
  • Bei ausreichender Spannung Vglühen kann die Struktur 12 auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der ein Glühen stattfindet, woraufhin sich ihre Frequenz und ihre Güte (d. h. ihre Kreisgüte) ändern, da sich die Materialeigenschaften und die mikrostrukturellen Eigenschaften, wie beispielsweise die Defektdichte, verändern. Aufgrund der mikroskopischen Größe der Struktur 12 ist eine sehr geringe Leistung (z. B. 20 mW) erforderlich, um Temperaturen über 1000 Kelvin zu erreichen.
  • Eine Antriebselektrode 16 verursacht, dass die Stange 14 bei Anlegen eines elektrischen Signals an dieselbe oszilliert. Eine Messelektrode 18 erfasst die Oszillationen der Stange 14.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist nun das Ergebnis des örtlichen Glühens gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Hier wird ein Anfangsresonator bei einer Frequenz fob örtlich geglüht, was eine neue Frequenzkennlinie mit einer neuen Resonanzfrequenz foa und einer viel höheren Kreisgüte (d. h. einer schärferen Spitze) zur Folge hat.
  • Die Resonanzfrequenz des mikromechanischen Resonators 12 verändert sich beim Glühen. Ein möglicher Mechanismus für diese Resonanzfrequenzveränderung besteht in der Modifizierung interner Belastungen, und die Resonanzfrequenz ist im Allgemeinen eine Funktion von Belastung. Die Kreisgüte des mikromechanischen Resonators 12 steht in Funktion zu Defekten in der Struktur, sowohl auf molekularer als auch auf mikrostruktureller Ebene. Je größer die Konzentration von Defekten ist, desto niedriger ist die Kreisgüte. Da das Glühen einer Struktur diese Defekte beseitigt, ist es daher ebenfalls möglich, dass Glühen die Kreisgüte erhöht.
  • Andere Ausführungsformen des Verfahrens und Systems für örtliches Glühen sind in Fig. 3 und 4 mit demselben mikromechanischen Resonator 12 dargestellt. Hier wird ein Erwärmen unter Verwendung einer Widerstandsheizvorrichtung, wie beispielsweise eines Widerstands 20, erreicht, der unmittelbar benachbart oder in der Nähe der zu glühenden Struktur (d. h. des Resonators 12) angeordnet ist. In Fig. 3 sind der Widerstand 20 und die Struktur 12 direkt auf einem Substrat 22 angeordnet.
  • In Fig. 4 sind der Widerstand 20 und die Struktur 12 auf einer Mikroplattform 24 angeordnet, die über lange, dünne Streben 26 von dem Substrat (in Fig. 4 nicht gezeigt) wärmeisoliert ist. Die Ausführungsform in Fig. 4 kann ein Glühen mit einer wesentlich geringeren Leistung erreichen, da sie eine bessere Wärmeisolierung aufweist.
  • Die Spannung, die für das Erwärmen der Struktur 12 unter Verwendung einer der Ausführungsformen angelegt wird, braucht keine Gleichspannung zu sein, wie gezeigt. Sie kann (wie in Fig. 5 veranschaulicht) gepulst sein oder sie kann für ein gesteuerteres Glühen oder für ein ortsabhängiges Glühen ein Wechselspannungssignal sein. Zum Beispiel fließt der Strom bei sehr hohen Frequenzen (aufgrund des Hauteffekts) hauptsächlich über die Oberfläche der Struktur 10, und daher können Hochfrequenzspannungen verwendet werden, um nur die Oberfläche der Struktur zu glühen. Stromüberhäufungseffekte in Kombination mit Wärmeverlusttopologien können für ortsspezifisches örtliches Glühen ebenfalls nutzbar gemacht werden.
  • Fig. 5 zeigt schematisch dargestellte Einzelheiten dieses filamentartigen Glühverfahrens in der Anwendung auf einen korrekt vorgespannten und erregten kammgesteuerten u-mechanischen Resonator 30 mit gebogener Stange mit Messelektronik, die eine Messelektrode 32 und einen Verstärker 34 umfasst. Der Resonator 30 umfasst ebenfalls einen Kammwandler 36, der auf einer zerteilten Masseebene 40 gebildet ist, sowie eine Antriebselektrode 38. Die Resonatorkonstruktion entspricht in jeder Hinsicht Konstruktionen des Stands der Technik, abgesehen davon, dass getrennte Leitungen oder Glühelektroden 42 vorgesehen sind, die an die Anker 44 und 46 angeschlossen sind.
  • Während des normalen Resonatorbetriebs ist der Impulsspannungsgenerator Vglühen inaktiv und stellt die Massespannung für sämtliche Komponenten in diesem Resonatorsystem bereit. In dieser Konfiguration sind die Ankerleitungen 42 an eine Gleichstromvorspannung Vp angeschlossen, und ein Wechselstromantriebssignal wird an die eine oder an mehrere der Wandlerelektroden 38 angelegt, um eine Vibration zu induzieren. Sobald die Vibration hergestellt ist, wird ein Ausgangsstrom über einen gleichstromvorgespannten, zeitvariablen Kondensator an der Ausgangselektrode 32 erzeugt. Dieser Strom wird daraufhin gemessen und durch den Verstärker 34 auf eine Spannung V&sub0; verstärkt. Fig. 5 zeigt eine Implementierung mit offener Schleife, jedoch versteht es sich, dass eine Oszillatorschaltung mit geschlossener Schleife ebenfalls an Ort und Stelle geglüht werden kann.
  • Um den Mikroresonator 30 während der induzierten Vibration zu glühen, wird der Impulsspannungsgenerator Vglühen aktiviert. Abhängig von den Anforderungen ist Vglühen so gestaltet, dass sie einen oder mehrere Spannungsimpulse der Größe Vglühen für jeden Glühzyklus ausgibt. Während jedes Impulses werden die Potenziale der Eingangs- und Ausgangselektrode 46, der Masseebene 40 und eines der Resonatoranker 44 um Vglühen erhöht, während das Potenzial am verbleibenden Resonatoranker 44 auf Vp konstant bleibt. Daher legt jeder Impuls effektiv eine Spannung der Größe Vglühen von Anker zu Anker an den Resonator 30 an, die daraufhin einen Strom Iglühen von Anker zu Anker erzeugt. Dieser Strom fließt durch die Resonatorstruktur und dissipiert eine Leistung, die gegeben ist durch:
  • Pglühen = I²glühenRstrukt,
  • wobei Rstrukt der Widerstand zwischen den Ankern 44 und 46 des Resonators 30 ist. Es wird daher Wärme in der gesamten Resonatorstruktur erzeugt, wodurch ihre Gesamttemperatur erhöht und sie effektiv geglüht wird.
  • Ein Kontroller 48 überwacht die Spannung V&sub0; und ist in der Lage, die resultierende Resonanzfrequenz des geglühten Mikroresonators 30 zu bestimmen. Wenn die resultierende Resonanzfrequenz nicht die gewünschte Resonanzfrequenz ist, sendet der Kontroller 48 ein Steuersignal zum Impulsspannungsgenerator, um einen anderen Impuls bereitzustellen und den Mikroresonator 30 weiter zu erwärmen.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist nun ein MEMS mit sowohl einer mikromechanischen Vorrichtung 50 als auch mikroelektrischen Vorrichtungen 52 veranschaulicht. Die mikroelektrische Vorrichtung 52 kann einen Kondensator 54 und Schichten von PMOS und NMOS umfassen. Das Glühen der Vorrichtung 50 ist möglich, ohne die chipintegrierien Schaltkreise in den gemischten Mikroschaltkreisen plus die Mikrostrukturtechnologie, die in Fig. 6 dargestellt ist, zu beeinflussen.
  • Der Hauptvorteil des örtlichen Glühverfahrens und Systems der vorliegenden Erfindung besteht in ihrer Einfachheit. Das bloße Anlegen einer Spannung an Ankerpunkte ist sehr einfach zu implementieren, und diese Einfachheit macht das Verfahren anwendbar für Massenanordnungen von Resonatoren, die unter Verwendung von Chargen-Verfahren hergestellt werden. Ebenso wie EEPROMs mit Millionen von Transistoren elektronisch programmierbar sind, ermöglicht dieses örtliche Glühverfahren das elektronische Abstimmen/Trimmen von mikromechanischen Resonatoren, möglicherweise von tausenden von Resonatoren auf jedem Chip eines Wafers. Das Trimmen sollte auf Wafer-Niveau im Chargen-Modus unter Verwendung von örtlichem Glühen möglich sein, und dies kann die Kosten mikromechanischer Vorrichtungen wesentlich senken, wodurch manche von ihnen möglicherweise zum ersten Mal wirtschaftlich realisierbar werden.
  • Des Weiteren ermöglichen diese örtlichen Glühverfahren mehrere neuartige Technologien für Schaltkreise und mikromechanische Vorrichtungen. Zum Beispiel versuchte die neuere MICS-Technologie, CMOS und Mikromechanik modular zu vermischen, indem zuerst CMOS und daraufhin Mikrostrukturen implementiert wurden. Das Hauptproblem bei diesem Verfahren bestand in der Abscheidung mikrostruktureller Schichten über CMOS, da die Abscheidungstemperatur, die zum Erreichen spannungsfreier Polysiliziumstrukturen erforderlich ist (600ºC), höher ist als die eutektische Temperatur von Aluminiumkontakten (540ºC). Örtliches Glühen kann dieses Problem lösen, indem die Abscheidung von Silizium bei niedrigeren Temperaturen (bei denen es amorph abgeschieden wird) ermöglicht wird und daraufhin individuelle Strukturen (in einem Chargen-Verfahren) örtlich geglüht werden, um das Silizium zu kristallisieren, wodurch es leitfähig wird und die Spannung weggeglüht wird. Dies hat ein gusskompatibles Mischtechnologieverfahren zur Folge, das Sensor- und Mikrostellgliedprodukte ermöglichen kann.
  • Während die beste Art der Ausführung der Erfindung ausführlich beschrieben wurde, sind Fachleuten, die diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Realisierung der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche abgegrenzt ist, ersichtlich.

Claims (47)

1. Verfahren zum Glühen einer vorherbestimmten Mikrostruktur (12, 30, 50), die auf einem mikroskopischen Teil eines Substrats (22) einer Vorrichtung gebildet ist, gekennzeichnet durch:
Zusammenschalten einer Glühstromversorgung mit dem mikroskopischen Teil der Vorrichtung und dadurch Übertragen von Strom auf die vorherbestimmte Mikrostruktur in Form eines elektrischen Signals, so dass die vorherbestimmte Mikrostruktur den übertragenen Strom in eine gesteuerte Menge an Wärme umwandelt und den Energiezustand der vorherbestimmten Mikrostruktur nur in dem mikroskopischen Teil steuerbar erhöht, um dadurch die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der vorherbestimmten Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere Mikrostruktur, die auf dem Substrat gebildet ist, wesentlich zu beeinflussen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des steuerbaren Ansteigens den Schritt des steuerbaren Erwärmens umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Mikrostruktur einen Widerstand aufweist und der Schritt des steuerbaren Erwärmens den Schritt umfasst, das Fließen eines elektrischen Stroms durch die vorherbestimmte Mikrostruktur zu verursachen, um die vorherbestimmte Mikrostruktur zu erwärmen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, das des Weiteren den Schritt umfasst, ein Paar Elektroden (42) auf dem Substrat zu bilden, die elektrisch mit der vorherbestimmten Mikrostruktur zusammengeschaltet sind, und ein elektrisches Signal an die Elektroden anzulegen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das elektrische Signal ein zeitvariables Signal ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das zeitvariable Signal ein Signal mit mindestens einem Impuls ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die vorherbestimmte Mikrostruktur eine mikromechanische Vorrichtung ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mikromechanische Vorrichtung ein mikromechanischer Resonator mit einer Resonanzfrequenz und einer Kreisgüte ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des steuerbaren Erwärmens ausreicht, um eine Änderung der Resonanzfrequenz des Resonators zu verursachen.
10. Verfahren nach Anspruch 5, das des Weiteren die Schritte umfasst, ein Oszillieren des Resonators zu verursachen und die Resonanzfrequenz zu überwachen, wobei der Schritt des steuerbaren Erwärmens den Resonator erwärmt, bis der Resonator eine gewünschte Resonanzfrequenz aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Schritt des steuerbaren Erwärmens ausreicht, um eine Änderung der Kreisgüte zu verursachen.
12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des steuerbaren Erwärmens ausreicht, um eine Änderung der Resonanzfrequenz und der Kreisgüte zu verursachen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der mikromechanische Resonator eine Stange (14) mit einem Paar Anker (10) aufweist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der mikromechanische Resonator ein mikromechanischer Resonator (40) mit gebogener Stange und mit Ankern (44, 46) ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 14, wobei der mikromechanische Resonator ein Polysilizium-Resonator ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Halbleitersubstrat ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Halbleitersubstrat ein Silizium- Halbleitersubstrat ist.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorherbestimmte Mikrostruktur eine Halbleiter-Mikrostruktur ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Halbleiter-Mikrostruktur eine Silizium- Halbleiter-Mikrostruktur ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die vorherbestimmte Mikrostruktur eine amorphe Silizium-Mikrostruktur aufweist und der Schritt des steuerbaren Erwärmens die amorphe Silizium-Mikrostruktur zu einer polykristallinen Silizium-Mikrostruktur verändert.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrostruktur Bestandteil einer mikroelektromechanischen Vorrichtung ist.
22. System zum Glühen einer vorherbestimmten Mikrostruktur (12, 30, 50), die auf einem Substrat (22) einer Vorrichtung gebildet ist, wobei das System umfasst:
eine Glühstromversorgung; und
ein Mittel, das dafür ausgelegt ist, mit einem mikroskopischen Teil der Vorrichtung zusammengeschaltet zu werden, um Strom von der Glühstromversorgung in Form eines elektrischen Signals nur zu dem mikroskopischen Teil zu übertragen, so dass der mikroskopische Teil der Vorrichtung den übertragenen Strom in eine gesteuerte Menge an Wärme umwandelt, um dadurch die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der vorherbestimmten Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere Mikrostruktur, die auf dem Substrat gebildet ist, wesentlich zu beeinflussen.
23. System nach Anspruch 22, wobei die vorherbestimmte Mikrostruktur eine mikromechanische Vorrichtung ist.
24. System nach Anspruch 23, wobei die mikromechanische Vorrichtung ein mikromechanischer Resonator mit einer Resonanzfrequenz und einer Kreisgüte ist.
25. System nach Anspruch 24, wobei die Wärme ausreicht, um eine Änderung der Resonanzfrequenz des Resonators zu verursachen.
26. System nach Anspruch 25, das des Weiteren eine elektrische Stromversorgung, die für den Anschluss an einen Treiber (16, 38) des Resonators ausgelegt ist, um an den Treiber ein elektrisches Antriebssignal anzulegen, so dass der Resonator oszilliert, sowie einen Kontroller (48) umfasst, um die resultierende Resonanzfrequenz zu überwachen, wobei der Kontroller das elektrische Signal von der Glühstromversorgung steuert, bis der Resonator eine gewünschte Resonanzfrequenz aufweist.
27. System nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die Wärme ausreicht, um eine Änderung der Kreisgüte zu verursachen.
28. System nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Wärme ausreicht, um eine Änderung der Resonanzfrequenz und der Kreisgüte zu verursachen.
29. System nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei der mikromechanische Resonator eine Stange (14) mit einem Paar Anker (10) aufweist.
30. System nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei der mikromechanische Resonator ein Resonator (40) mit gebogener Stange ist.
31. System nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei der mikromechanische Resonator ein Polysilizium-Resonator ist.
32. System nach einem der Ansprüche 22 bis 31, wobei der mikroskopische Teil der Vorrichtung die vorherbestimmte Mikrostruktur ist.
33. System nach einem der Ansprüche 22 bis 32, wobei das elektrische Signal ein zeitvariables Signal ist.
34. System nach Anspruch 33, wobei das zeitvariable Signal ein Signal mit mindestens einem Impuls ist.
35. System nach einem der Ansprüche 22 bis 34, wobei die Vorrichtung ein Paar Elektroden (42) aufweist, die in beabstandeten Positionen mit der Mikrostruktur zusammengeschaltet sind, und das elektrische Signal an die Elektroden angelegt wird.
36. System nach einem der Ansprüche 22 bis 35, wobei das Substrat ein Halbleitersubstrat ist.
37. System nach Anspruch 36, wobei das Halbleitersubstrat ein Silizium- Halbleitersubstrat ist.
38. System nach einem der Ansprüche 22 bis 37, wobei die vorherbestimmte Mikrostruktur eine Halbleiter-Mikrostruktur ist.
39. System nach Anspruch 38, wobei die Halbleiter-Mikrostruktur eine Silizium- Halbleiter-Mikrostruktur ist.
40. System nach Anspruch 39, wobei die vorherbestimmte Mikrostruktur eine amorphe Silizium-Mikrostruktur aufweist und die Wärme ausreicht, um die amorphe Silizium-Mikrostruktur zu einer polykristallinen oder kristallinen Silizium-Mikrostruktur zu verändern.
41. System nach einem der Ansprüche 22 bis 40, wobei die Mikrostruktur Bestandteil einer mikroelektromechanischen Vorrichtung ist.
42. Vorrichtung mit mindestens einer Mikrostruktur (12, 30, 50), die auf einem Substrat (22) gebildet ist, wobei die Verbesserung Folgendes umfasst:
Elektroden (42), die auf dem Substrat gebildet und elektrisch mit einer vorherbestimmten Mikrostruktur zusammengeschaltet sind, um ein elektrisches Signal zu empfangen, das seinerseits das Fließen eines elektrischen Stroms durch die vorherbestimmte Mikrostruktur verursacht, um nur die vorherbestimmte Mikrostruktur steuerbar und direkt zu erwärmen und dadurch die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der vorherbestimmten Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere Mikrostruktur, die auf dem Substrat gebildet ist, wesentlich zu beeinflussen.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei die Mikrostruktur eine mikromechanische Vorrichtung mit Ankern (10, 44, 46) ist und die Elektroden elektrisch mit ihren entsprechenden Ankern zusammengeschaltet sind.
44. Vorrichtung mit mindestens einer Mikrostruktur, die auf einem Substrat (22) gebildet ist, wobei die Verbesserung Folgendes umfasst:
eine Mikroplattform (24), die auf dem Substrat gebildet und von diesem wärmeisoliert ist;
mindestens eine Mikrostruktur (12), die auf der Mikroplattform gebildet ist; und
ein Widerstandsheizelement 20, das auf der Mikroplattform gebildet und zum Empfang eines elektrischen Signals ausgelegt ist, das seinerseits verursacht, dass das Element indirekt jede Mikrostruktur erwärmt, die auf der Mikroplattform gebildet ist, einschließlich die mindestens eine Mikrostruktur, um dadurch die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der mindestens einen Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere Mikrostruktur, die auf dem Substrat, jedoch nicht auf der Mikroplattform gebildet ist, wesentlich zu beeinflussen.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei die mindestens eine Mikrostruktur eine mikromechanische Vorrichtung ist.
46. Vorrichtung mit mindestens einer Mikrostruktur (12, 30, 50), die auf einem Substrat (22) gebildet ist, wobei die Verbesserung Folgendes umfasst:
ein Widerstandsheizelement 20, das unmittelbar benachbart zu einer vorherbestimmten Mikrostruktur auf dem Substrat gebildet und zum Empfang eines elektrischen Signals ausgelegt ist, das seinerseits verursacht, dass das Element indirekt die vorherbestimmte Mikrostruktur erwärmt, um dadurch die Materialeigenschaften und/oder die mikrostrukturellen Eigenschaften der vorherbestimmten Mikrostruktur zu verändern, ohne eine andere Mikrostruktur auf dem Substrat wesentlich zu beeinflussen.
47. Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei die Mikrostruktur eine mikromechanische Vorrichtung ist.
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