SE537406C2 - Halvledaranordning och metod för tillverkning av halvledaranordning med skivgenomgående anslutningar - Google Patents

Halvledaranordning och metod för tillverkning av halvledaranordning med skivgenomgående anslutningar Download PDF

Info

Publication number
SE537406C2
SE537406C2 SE1250672A SE1250672A SE537406C2 SE 537406 C2 SE537406 C2 SE 537406C2 SE 1250672 A SE1250672 A SE 1250672A SE 1250672 A SE1250672 A SE 1250672A SE 537406 C2 SE537406 C2 SE 537406C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
substrate
layer
deflectable
electrode
opening
Prior art date
Application number
SE1250672A
Other languages
English (en)
Other versions
SE1250672A1 (sv
Inventor
Peter Ågren
Original Assignee
Silex Microsystems Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Silex Microsystems Ab filed Critical Silex Microsystems Ab
Priority to SE1250672A priority Critical patent/SE537406C2/sv
Priority to EP13806716.0A priority patent/EP2864237B1/en
Priority to US14/410,211 priority patent/US9507142B2/en
Priority to PCT/SE2013/050678 priority patent/WO2013191618A1/en
Publication of SE1250672A1 publication Critical patent/SE1250672A1/sv
Publication of SE537406C2 publication Critical patent/SE537406C2/sv

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/004Angular deflection
    • B81B3/0045Improve properties related to angular swinging, e.g. control resonance frequency
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B5/00Devices comprising elements which are movable in relation to each other, e.g. comprising slidable or rotatable elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0006Interconnects
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00198Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising elements which are movable in relation to each other, e.g. comprising slidable or rotatable elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00349Creating layers of material on a substrate
    • B81C1/00357Creating layers of material on a substrate involving bonding one or several substrates on a non-temporary support, e.g. another substrate
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0841Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/085Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by electromagnetic means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814Conductive parts
    • H01L21/4846Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H01L21/486Via connections through the substrate with or without pins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/481Internal lead connections, e.g. via connections, feedthrough structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5222Capacitive arrangements or effects of, or between wiring layers
    • H01L23/5225Shielding layers formed together with wiring layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02Sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03Microengines and actuators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04Optical MEMS
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/04Electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00555Achieving a desired geometry, i.e. controlling etch rates, anisotropy or selectivity
    • B81C1/00619Forming high aspect ratio structures having deep steep walls
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

SAMMANDRAG Uppfinningen avser en halvledaranordning innefattande ett halvledarsubstrat (10) med en forsta (12a) och en andra (12b) sida. Det finns anordnat aminstone en via (15) som stracker sig genom substratet (10) och har en fOrsta (16a) och en andra (16b) andyta, ddr den forsta andytan (16a) utgor en omvandlarelektrod for vdxelverkan med ett rOrligt element (14) arrangerat pa substratets (10) fOrsta sida (12a). En skdrm ãr anordnad pa och tackande atminstone en del av substratets (10) fOrsta sida (12a), ddr skarmen/masken (17) innefattar ett ledande lager (19a) och ddr ett lager (19b) av isolerande material Or anordnat mellan substratet (10) och det ledande lagret (19a). Masken har en Oppning (18) som exponerar endast en del av vians fOrsta yta (16a). Foretradesvis Or Oppningen (18) i masken Or noggrant upplinjerad med det deflekterbara elementet, och Oppningens area är noggrant definierad.

Description

Halvledaranordning och metod for tillverkning av halvledaranordning med skivgenomgiende anslutningar Tekniskt omrade Denna uppfinning hanfOr sig till MEMS-teknologi (Mikro-Elektriska Mekaniska System), och speciellt till omvandlarelektroder som vaxelverkar med rorliga element i MEMS-anordningar.
Bakgrund Nar skivgenomga.ende anslutningar, ofta benamnda TSV ("Through-Silicon Vias), hari betecknade "vior", tillverkas i halvledarskivor, ddr viorna är gjorda av skiveget material, sa_ som beskrivs i sOkandens egen WO 2004/+84300, anvands ofta SOIskivor. Viorna formas i denna process medelst DRIE-etsning (Deep Reactive Ion Etch) av diken, som definierar viorna, genom SOT-skivans bararlager. Vanligtvis ãr dikenas djup 380-500 pm. Sa djupa diken Or det svart att noggrant definiera laget och ytan av vian pa motstaende sida fran ddr DRIE appliceras. Detta blir ett problem i tillampningar ddr en sadan yta (det vill saga ytan av vian) anvands som sadan, det vill saga utan att ytterligare material deponeras, som en elektrod for aktuering av till exempel speglar eller andra rorliga strukturer, eller for sensortillampningar ddr sma fOrandringar i till exempel kapacitans skall detekteras.
I US-7,723,810 Miller et al beskrivs en MEMS-anordning ddr det inte fOreligger nagra viastrukturer och de sa. kallade "heta elektroderna" skarmas medelst "Overhang"-sektioner som skjuter ut Over elektroderna fOr tillhandahalla en skarmande effekt. Huvudsyftet med detta arrangemang är att skarma av det elektriska faltet som driver mikrospegeln bade fran den foranderliga konduktiviteten i de omgivande dielektriska ytorna och de elektriska faltbetingelser som fOrandras i intilliggande mikrospeglar. Detta Rises medelst en "Overhang"- struktur som orsakar oonskade faltfluktuationer.
Sammanfattning av uppfinningen I kontrast till den teknikens standpunkt som anges ovan ãr det ett syfte med fOreliggande uppfinning att tillhandahalla mycket noggrant definierad elektrodytarea som ocksa dr mycket noggrant positionerad, det vill saga upplinjerad med en deflekterbar struktur. Pa detta satt ãr det a ena sidan mOjligt att 1 tillhandahalla precis aktuering av rOrliga mikroelement sasom mikrospeglar, genom att maska av en del av en exponerad toppyta av en via, till exempel en skivgenomga.ende fOrbindelse, fOr att pa sá salt tillhandahalla en val definierad elektrodyta, vilken Or val upplinjerad med det rorliga elementet som skall akuteras. Varigenom aktuering kan styras med mycket hog precision.
A andra sidan kan denna mycket noggrant definierade elektrodyta (area och lage) anvandas som ett avkannande element for detektering av fluktuationer eller rorelser hos ett rOrligt/deflekterbart element, till exempel accelerometer-, gyroskop-, resonatortillampningar, och tidsgivningsanordningar.
Detta syfte uppnas med en anordning enligt krav 1.
I ytterligare en aspekt tillhandahalles en metod fOr att tillverka en anordning enligt uppfinningen. Metoden definieras i krav 8.
Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hanvisning till ritningsfigurerna.
Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 illustrerar schematiskt ett problem med DRIE som gör att ytor blir odefinierade i termer av lage och ytarea; Fig. 2 visar en fOrsta utforingsform av en skarmad elektrodytstruktur; Fig. 3 visar en andra utfOringsform av en skarmad elektrodytstruktur; Fig. 4 visar en tredje utfOringsform av en skarmad elektrodytstruktur; och Fig. 5 visar ett processflOde fOr tillverkning av en utfOringsform av en halvledaranordning med en elektrod med noggrant definerad ytarea och position.
Detaljerad beskrivning DRIE (Deep Reactive Ion Etch) anvands ofta i MEMS-teknologi. Speciellt har uppfinnarna i fareliggande ansOkan anvant DRIE far att utveckla en teknologi for 2 att era skivgenomga.ende vior, dar de faktiska viorna är gjorda av skiveget material. Detta beskrivs till exempel i den publicerade internationella patentansOkan WO 2004/084300.
FOr syftena med denna ansOkan skall termen "substrateget material" antas betyda det material av vilket utgangsskivan ar tillverkat, oavsett om det sedan dopas eller inte.
I processen att tillverka viorna etsas i en utfOringsform dikena fran bararsidan ("baksidan") av en SOI-skiva genom bdrarlagret, ddr det begravda oxidlagret anvands som ett etsstopp. Dikena fylls med ett isolerande material och ndr komponentlagret sedan avlagsnas lokalt exponeras viorna och den exponerade viaytan kan anvandas som en elektrod for aktiverings- eller avkanningssyften.
Emellertid varierar DRIE-etsbetingelserna typiskt Over ytan av en processad skiva sá att de definierade dikena inte kommer att vara perfekt vertikala, vilket resulterar i att vior kommer att vara nagot fOrskjutna vid botten.
Denna effekt fororsakar ett skift i viornas lage pa komponentsidan ("framsidan") da etsning utfOrs fran skivans baksida. Dessutom varierar dikets vidd pga variation i etsbetingelserna. Dessa effekter kommer samtliga att bidra till variationer i elektrodens yta. FOr noggrann aktuering av rOrliga (deflekterbara) element sasom mikrospeglar med anvandning av viaelektroder, ãr det naturligtvis av yttersta vikt att storleken och laget fOr elektroderna är mycket val definierade fOr att de skall kunna upplinjeras med de rorliga elementen till den erforderliga precisionen. Detta galler aven fOr noggranna avkanningstillampningar.
Fig. 1 illustrerar schematiskt problemet som hOr samman med anvandning av DRIE for att skapa djupa och smala diken. Det ãr namligen sa att det joniserade plasmat inte kommer att vara exakt vertikalt, vilket fOrorsakar en fOrskjutning av dikets botten i sidled, och resulterar ocksa i en vidd vid botten Afaktisk som kan vara mindre an den Onskade vidden Aonskad. Pga denna effekt är det svart att erhalla en val definierad elektrodyta och att upplinj era ett deflekterbart element med aktueringselektroden med tillracklig noggrannhet. Det senare illustreras genom att visa den ideala vidden w och den faktiska vidden w + Aw. 3 I sin mest generalla aspekt tillhandhaller saledes fOreliggande uppfinning en elektrodstruktur baserad pa en skivgenomgdende via ddr elektrodens aktiva del ãr den exponerade viaytan, och ddr ytarean som utgOr den aktiva elektrodytan ãr noggrant definierad genom avmaskning av ett valt parti av den exponerade viaytan.
Elektroden ãr anvdndbar som ett omvandlarelement, dvs den kan anvandas antingen fOr aktueringssyften eller RV avkanningssyften.
Uppfinningen tillhandhaller en halvledaranordning innefattande ett halvledarsubstrat med en fOrsta och en andra sida; atminstone en via som stracker sig genom substratet och har en forsta och en andra andyta, ddr den fOrsta andytan utgor en omvandlarelektrod Mr vaxelverkan med ett rOrligt element arrangerat pa substratets fOrsta sida; en skarn anordnad pa och tackande atminstone en del av substratets fOrsta sida, ddr skarmen/masken innefattar ett ledande lager och ett lager av isolerande material är anordnat mellan substratet och det ledande lagret, vilken mask har en Oppning som exponerar endast en del av vians fOrsta yta. Med anvandning av metoden upplinjeras Oppningen i masken noggrant med det deflekterbara elementet, och dven ytan av Oppningen definieras noggrant.
Uppfinningen tillhandahaller aven en metod for att tillverka en halvledaranordning som innefattar att tillhandahalla en SOI-skiva med ett bararlager, ett begravt oxidlager och ett komponentlager sasom ett startsubstrat; att tillverka viastrukturer som strdcker sig genom substratets bdrarlager; att utsatta komponentlagret och det begravda oxidlagret Mr en mOnstrings- och etsningsprocess RV att tillhandahalla en oppning for exponering av en del av vian, vilken oppning har en noggrant definierad position och yta; att bonda ytterligare substrat som bdr pa deflekterbara strukturer till SOI-skivan, varigenom den exponerade viaytan dr anvdndbar som en omvandlarelektrod RV vaxelverkan med de deflekterbara elementen.
Fig. 2 illustrerar en fOrsta utfOringsform av anordningen enligt uppfinningen. Denna utforingsform dr anordning med en deflekterbar struktur, t.ex. en mikrospegel 14a som dr upphangd pa en pelare 14b. Den innefattar ett halvledarsubstrat 10 med en fOrsta sida 12a och en andra sida 12b. Den deflekterbara strukturen 14a är upphangd i pelaren 14b som stracker sig uppat (sett i figuren) pa substratets fOrsta sida 12a. Har har spegeln lampligtvis gjorts 4 deflekterbar medelst gangjarn. Det finns anordnat atminstone en via 15 som stracker sig genom substratet 10. Vian har en forsta andyta 16a (toppytan sett i figuren) och andra 16b (bottenyta, sett i figuren) vilka befinner sig i plan med respektive topp- och bottenytor 12a', 12b' pa substratet, dvs det foreligger ingen nivaskillnad mellan substratytorna och viornas andytor.
I fOredragna utfOringsformer innefattar vian substrateget material. Detta astadkommes medelst en speciell tillverkningsprocess som anvands, vilken beskrivs i sOkandens egen WO 2004/084300. Viamaterialet kan vara dopat pa lampligt satt for att tillhandahalla en onskad konduktivitet, eller ocksa kan substratskivan som anvands som startsubstrat vara dopat i skivfabriceringsprocessen.
Vians fOrsta andyta 16a, dvs den pa den forsta (topp) sidan 12a pa substratet utgor en aktueringselektrod fOr att fOrorsaka rOrelse hos det rOrliga elementet 14. Sasom diskuterats ovan är det svart att i processen fOr tillverkning av vian, kontrollera geometrin, dvs. vidden och laget av de diken som omsluter vian. FOr att tillhandahalla val definierade elektroder trots denna brist i tillverkningsprocessen, skarmas elektrodytan enligt uppfinningen genom tillhandahallande av ett masklager 17 pa den substratets 10 forsta toppyta 12a'. Masklagret 17 tacker atminstone en del av substratet och har en Oppning 18 med extremt valdefinierade dimensioner och laterala lagen. Detta mojliggors tack vare den litografiska metod som anvands fOr att tillverka det. Masklagret 17 innefattar ett skarmningslager 19a, lampligtvis kisel, som tillhandahaller den faktiska skarmningsfunktionen, och ett lager 19b av isolerande material som är anordnat mellan substratet 10 och det skarmande lagret 19a. Oppningen 18 i masken exponerar endast en del av den fOrsta (topp) ytan 16a av vian 15, varigenom den aktiva elektrodytan AEA ocksâ kommer att bli vdldigt vdldefinierad. Vidare kan oppningens 18 i masken lage latt upplinjeras mycket noggrant med den deflekterbara strukturen 14a, tack vare de litografiska metoder som anvands.
Anordningar likt den som visas i fig. 1, dvs med en spegel och en aktueringselektrod utformas alltid sa att det fOreligger ett litet Overlapp d hos spegeln 14a hos elektroden, vilket vanligtvis är i storleksordningen 10 pm. Denna snedlinjeringstolerans betecknas Ad. Genom att anvanda metoden enligt uppfinningen kan upplinjeringstoleransen Ad vara < 5 pm, aven sâ lite som < 1 pm och aven < 0,25 pm ãr uppnabart.
Den aktiva elektrodytan AEA, for exempelvis en cirkular yta med diameter d, definieras med en noggrannhet av Ad < 1 pm.
Strukturen enligt fig. 2 tillverkas med anvdndning av en SOI-skiva som ett startsubstrat. Saledes tillverkas vior 15 genom att etsa diken 15' genom SOIskivans bararlager HL med anvdndning av det begravda oxidlagret BOX i SOIskivan som ett etsstopp. Efter att ha fyllt dikena for att tillhandahalla isolering gars oppningar 18 medelst litografi. Har anvands komponentlagret DL i SOI-skivan till skarmen 19a, varigenom det är mOjligt att tillhandahalla ett skarmande "komposit"- lager 17 som innefattar material fran komponentlagret och fran den begravda oxiden. Darigenom kan skarmen tillverkas med en tjocklek med en hOg noggrannhet.
Darefter processas en andra SOI-skiva sá att de strukturer som bildar de deflekterbara elementen tillverkas i SOI-skivans komponentlager. Speciellt Ors en kavitet 20, vilket kravs for att tillhandahalla fritt utrymme i vilket det deflekterbara elementet kan rOra sig, och om mOjligt Ors hela komponenten eller komponentaggregatet/-strukturen fardigt redan innan bondning. SOI-skivan med sitt bararlager pa plats bondas med substratet 10, vilket är fOrsett med det skarmande lagret 17, varvid det kommer att vara enkelt att upplinj era de deflekterbara elementet mot elektroderna, eftersom dessa definieras efter bondning pga den precision med vilken oppningarna i skarmningslagret tillverkades.
Om spegelskivorna har fordefinierade monster Ors Oven upplinjeringen i ett arbetssatt "face-to-face" vilket ger avsevart battre toleranser an i en upplinjeringsmod innefattande "baksida".
Bondning kan astadkommas t.ex. medelst eutektisk bondning eller direktbondning. I det fOrsta fallet kommer bondningsgranssnittet att vara ett bondningslager visat sdsom BL i figuren. Om direktbondning anvands kommer bondningsgranssnitten naturligtvis inte att ha samma tjocklek men kan snarare tankas sasom utgOra ett mycket tunt grdnssnittsomrade som antyds vid IR med en streckad linje. 6 Efter bondning avlagsnas bararlagret fran den andra SOI-skivan for att erhalla den struktur som visas i fig. 2, ddr sasom antyds ovan bondningslagret visas sasom BL.
I fallet med exempelvis speglar sasom deflekterbara element fordefinieras de faktiska spegelelementen endast i den andra SOI-skivans komponentlager, dvs. de är inte frihangande. Istallet friers dessa genom frietsning efter att den andra SOIskivan har bondats pa substratskivan 10. I ett sadant fall maste forstas bdrarlagret hos den andra SOT-skivan som bar pa de deflekterbara elementen (t.ex. speglar) avlagsnas efter bondning innan frietsning kan eras.
I fig. 3 visas en andra utfOringsform av anordningen med deflekterbara element och skarmade elektroder med val definierade aktiva ytor enligt uppfinning. Denna utforingsform tillverkas med en alternativ metod. I detta fall anvands pa nytt en SOI-skiva men har är komponentlagret DL tjockare.
Aven denna utforingsform har en deflekterbar struktur, t.ex. en mikrospegel 14a som dr upphangd pa en pelare 14b. Den innefattar ett halvledarsubstrat 10 med en forsta sida 12a och en andra sida 12b. Den deflekterbara strukturen 14a är upphangd i pelaren 14b som stracker sig uppat (sett i figuren) pa substratets fOrsta sida 12a. Det finns anordnat atminstone en via 15 som stracker sig genom substratet 10. Vian har en fOrsta andyta 16a (toppyta, sett i figuren) och en andra 16b andyta (bottenyta, sett i figuren), som befinner sig i plan med respektive toppoch bottenytor 12a', 12b' hos substratet, dvs det fOreligger ingen nivaskillnad mellan substratytorna och viornas andytor.
Emellertid är skillnaden fran utforingsformen i fig. 2 att oppningen 18 och kaviteten 20 tillverkas i ett och samma komponentlager DL i den fOrsta SOT-skivan. oppningarna 18 som bildar den noggrant definierade elektrodytan tillverkas i en tvastegsprocess enligt foljande.
Viastrukturer 15 tillverkas sasom beskrivits ovan i anslutning till den fOrsta utfOringsformen i fig. 2. 7 Darefter tillhandahalles pa den fOrsta (topp) sidan 12a av start-SOI-substratet en fOrsta mask, som kommer att definiera granserna for kaviteten 20 i vilken det deflekterbara elementet skall inrymmas. Darefter tillhandahalles en andra mask Over den fOrsta masken, varvid den andra masken definierar den slutliga elektrodytarean och dess lage mycket noggrant. Salunda tillhandahaller denna dubbelmask nu en oppning genom vilken en ets kan appliceras for att skapa en fOrdjupning. Emellertid avslutas etsen lampligtvis vid ett djup som är endast en brakdel av komponentlagrets tjocklek. Darefter avlagsnas den andra masken och en andra ets appliceras varvid material kommer att etsas bort bade i den fOrdjupning som formats i den tidigare etsen men Oven Over den yta som definieras av den fOrsta masken. Denna andra ets utfors sa att den kommer att stanna nar den natt det begravda oxidlagret i den forsta SOI-skivan. Oxiden i botten av fOrdjupningen avlagsnas for att exponera vians toppyta 16a.
Detta är enbart ett satt att tillverka denna struktur och fackmannen kommer att kunna utarbeta alternativa satt utan uppfinnararbete.
I denna utfOringsform kravs ingen upplinjering ails om smaltbondning anvands for att bonda spegelskivan eftersom speglarna lampligtvis definieras och tillverkas efter bondning.
I fig. 4 visas annu en utfOringsform.
Hdr anvands tre SOI-skivor. Fordelen med denna utfOringsform är att avstanden i strukturen kan definieras mycket noggrant genom att anvanda SOI-skivornas komponentlager, eftersom komponentlagrens tjocklekar är kanda med mycket hog noggrannhet.
Det fOrsta steget i ett satt att utfora en metod for att tillverka strukturen enligt fig. 4 Or identisk med den metod som motsvarar utfOringsformen i fig. 2, dvs en fOrsta SOI-skiva forses med vior 15 och oppningar 18 tillverkas i komponentlagret DL1 och genom den begravda oxiden BOX fOr att exponera vians toppyta 16a. Aterstaende komponentlagermaterial och begravd oxid bildar tillsammans skarmningslagret 17. 8 Ddrefter processas en andra SOI-skiva genom att mOnstra och etsa komponentlagret DL2 for att tillhandahalla en fordjupning som bildar komponentlagret som skall bilda kaviteten 20. Den andra SOT-skivan bondas till den fOrsta SOI-skivan (DL2 mot DL1). Pa detta sat kommer bade skarmens 17 tjocklek och kavitetens 20 djup att mycket noggrant definieras eftersom tjocklekarna av komponentlagren DL1 respektive DL2 i SOT-skivorna Or kanda med mycket hog noggrannhet.
Slutligen processas en tredje SOT fOr att tillverka de deflekterbara strukturerna 14a i dess komponentlager DL3. Den tredje SOT-skivan bondas till enheten fran tidigare steg och bdraren avlagsnas. Detta kvarlamnar komponentlagret DL3 exponerat fOr att mojliggora frietsning av de deflekterbara strukturerna.
Nu kommer en metod att tillverka en anordning med ett deflekterbart element att beskrivas i generella termer.
Saledes, med hanvisning till fig. 5 är det fOrsta steget a) samma som i tidigare utforingsformer for att tillverka viorna 41 i en fOrsta SOI-skiva 40. Darefter forses den forsta SOI-skivan med ett etsbart lager 42, b), t.ex. en oxid eller en resist som tacker hela toppytan. Denna yta mOnstras och etsas c) for att pa sâ salt fOrses med en etsmask for en val definierad oppning 43 till en elektrodyta. En ets appliceras d) ned till den begravda oxiden i SOT-skivan for att skapa fordjupningen 44 som exponerar vians toppyta, och bildar ddrmed en elektrod. Notera att vid denna punkt är viamaterialet fortfarande skyddat av den begravda oxiden 45 i SOT-skivan.
Nu bondas en andra SOI-skiva 46 e) till strukturen fran d). Bararen och oxidlagret i den andra SOI-skivan avldgsnas (ej visat) och komponentlagret monstras och etsas f) fOr att skapa kaviteten 47 Mr inrymmande av det deflekterbara elementet. Oxiden i botten av oppningen fran steg d) verkar som ett etsstopp for att pa sa sat skydda vian fran att etsas.
Ndr kavitetetsen avslutats avlagsnas den skyddade oxiden i botten av oppningen 4g) fOr att exponera vians toppyta. 9 En tredje SOI-skiva 48 tillhandahalles, vilken innefattar det deflekterbara elementet 49 (eller en prekursor till detta, dvs att de rorliga elementen annu inte frigjorts fran bararen) som skall aktueras medelst viaelektroderna i den fardiga strukturen, och SOI-skivan bondas h) till strukturen fran steg g).
Darefter avlagsnas bararen fran den tredje SOI-skivan 4i) och aven oxidlagret, och den deflekterbara strukturen frietsas 4j) (schematiskt visat med etssparen 50) fOr att komma fram till slutstrukturen med ett deflekterbart element noggrant upplinjerat med en aktueringselektrod som har en mycket noggrant definierad ytarea.
Strukturen som visas schematiskt i fig. 5 är anvandbar antingen som en anordning med ett deflekterbart element som kan aktueras for att riira sig genom att lagga pa en spanning pa elektroden, eller ocksâ sâ kan den anvandas som en avkanningsanordning, varvid en forandring i kapacitans kan detekteras pa grund av det deflekterbara elementets rorelse.
Det bOr noteras att metoderna som beskrivits ovan är endast exemplifierande och att fackmannen kommer att inse att det firms otaliga satt att forandra stegens ordning, speciellt etsstegen. Saledes definieras metoden i sin mest allmanna aspekt enbart genom kraven.
Det ãr ocksa mojligt att anvanda andra metoder an etsning for att lokalt tunna ner en anordning pa ett val kontrollerat satt, t.ex. den s.k. LOCUS-processen, val kand av fackmannen. 10

Claims (13)

PATENTKRAV:
1. Halvledaranordning innefattande: ett halvledarsubstrat (10) med en forsta sida (12a) och en andra sida (12b); aminstone en via (15) som stracker sig genom substratet (10) och som har en fOrsta (16a) och en andra (16b) andyta, dar den forsta andytan (16a) utgor en omvandlarelektrod for interaktion med ett rOrligt element (14) arrangerat vid substratets (10) fOrsta sida (12a); kannetecknad av en skarm/mask (17) anordnad pa och tdckande atminstone del av substratets (10) fOrsta sida (12a), vilken skarm/mask (17) innefattar ett ledande lager (19a) och ett lager (19b) av isolerande material anordnat mellan substratet (10) och det ledande lagret (19a), vilken mask har en Oppning (18) som exponerar endast en del av vians fOrsta yta (16a).
2. Anordning enligt krav 1, ddr Oppningen (18) i masken är linjerad med det rOrliga elementet.
3. Anordning enligt krav 1, ddr oppningens area ãr definierad.
4. Anordning enligt krav 1, ddr omvandlarelektroden ãr en sensorelektrod for detektering av en andring i kapacitans pa grund av rorelse hos det rorliga elementet.
5. Anordning enligt krav 1, day elektroden Or en aktueringselektrod for att fororsaka en avbojning av det rorliga elementet.
6. Anordning enligt nagot av fOrega.ende krav, dar den fOrsta (16a) och den andra (16b) andytan ligger i samma plan som respektive sida (12a, 12b) av substratet.
7. Anordning enligt krav 1, 2, 3, 5 eller 6, dar det rorliga elementet Or en spegel.
8. Anordning enligt krav 7, ddr spegeln bars upp av en stolpe som strdcker sig uppat pa substratets forsta sida (12a).
9. Anordning enligt krav 8, ddr spegeln bars upp med hjalp av gangjarn.
10. Anordning enligt nagot av fOregaende krav, dar vian innefattar skiveget material.
11. Anordning enligt nagot av foregaende krav, dar linjeringstoleransen i linjeringen av det rorliga elementet och elektroden ãr < 5 pm, foretradesvis < 1 pm, mest foredraget < 0,25 pm.
12. Metod for tillverkning av en halvledaranordning, innefattande: att tillhandahalla en SOI-skiva med ett bararlager, ett begravt oxidlager och ett komponentlager, sasom ett startsubstrat; att tillverka viastrukturer som stracker sig genom substratets bararlager; 11 att utsatta komponentlagret och det begravda oxidlagret for en monstrings- och etsningsprocess for att tillhandahalla en oppning for exponering av en del av vian, vilken oppning har en definierad position och area; att bonda ytterligare substrat som bar pa rorliga strukturer pa SOIskivan, varigenom den exponerade viaytan Or anvandbar som en omvandlarelektrod for interaktion med de rorliga elementen.
13. Metod enligt krav 12, dar det/de ytterligare substratet/substraten Or linjerade mot omvandlarelektroderna. 12 1/ ...... ." A A • MI 2/ w CO CV T-- 0 N h- N- N-- 0 N 'El 'l- 4/ :0- 5/ '6 00■•■.. .••••-■ In
SE1250672A 2012-06-21 2012-06-21 Halvledaranordning och metod för tillverkning av halvledaranordning med skivgenomgående anslutningar SE537406C2 (sv)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1250672A SE537406C2 (sv) 2012-06-21 2012-06-21 Halvledaranordning och metod för tillverkning av halvledaranordning med skivgenomgående anslutningar
EP13806716.0A EP2864237B1 (en) 2012-06-21 2013-06-12 Precise definition of transducer electrodes
US14/410,211 US9507142B2 (en) 2012-06-21 2013-06-12 Precise definition of transducer electrodes
PCT/SE2013/050678 WO2013191618A1 (en) 2012-06-21 2013-06-12 Precise definition of transducer electrodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1250672A SE537406C2 (sv) 2012-06-21 2012-06-21 Halvledaranordning och metod för tillverkning av halvledaranordning med skivgenomgående anslutningar

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE1250672A1 SE1250672A1 (sv) 2013-12-22
SE537406C2 true SE537406C2 (sv) 2015-04-21

Family

ID=49769102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE1250672A SE537406C2 (sv) 2012-06-21 2012-06-21 Halvledaranordning och metod för tillverkning av halvledaranordning med skivgenomgående anslutningar

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9507142B2 (sv)
EP (1) EP2864237B1 (sv)
SE (1) SE537406C2 (sv)
WO (1) WO2013191618A1 (sv)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9828244B2 (en) * 2014-09-30 2017-11-28 Apple Inc. Compliant electrostatic transfer head with defined cavity
CN108594428B (zh) * 2018-04-16 2020-06-05 西安知微传感技术有限公司 Mems微振镜及基于soi顶层硅预制该mems微振镜的制作方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6716657B1 (en) 2000-05-26 2004-04-06 Agere Systems Inc Method for interconnecting arrays of micromechanical devices
KR100419233B1 (ko) 2002-03-11 2004-02-21 삼성전자주식회사 멤스소자 및 그의 제작방법
SE526366C3 (sv) 2003-03-21 2005-10-26 Silex Microsystems Ab Elektriska anslutningar i substrat
US8331010B2 (en) 2005-05-23 2012-12-11 Silicon Quest Kabushiki-Kaisha Mirror device with flat and smooth mirror surface without protrusion or dip
CA2638477C (en) 2007-08-07 2016-06-21 Jds Uniphase Corporation Integrated electrical cross-talk walls for electrostatic mems
US8630033B2 (en) 2008-12-23 2014-01-14 Silex Microsystems Ab Via structure and method thereof
US7863752B2 (en) * 2009-02-25 2011-01-04 Capella Photonics, Inc. MEMS device with integrated via and spacer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013191618A1 (en) 2013-12-27
SE1250672A1 (sv) 2013-12-22
EP2864237B1 (en) 2017-05-10
US9507142B2 (en) 2016-11-29
EP2864237A1 (en) 2015-04-29
US20150370063A1 (en) 2015-12-24
EP2864237A4 (en) 2016-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105353506B (zh) 垂直梳齿驱动moems微镜及其制作方法
EP2631939B1 (en) Method for manufacturing mems device
JP4688600B2 (ja) 半導体センサの製造方法
CN104045047A (zh) 带有覆盖式衬底的mems器件
KR101901045B1 (ko) 박막 트랜지스터 및 그 준비 방법, 어레이 기판, 및 디스플레이 장치
EP3255663B1 (en) Method for interrupting a line in an interconnect
US9171966B2 (en) Implantation of gaseous chemicals into cavities formed in intermediate dielectrics layers for subsequent thermal diffusion release
SE537406C2 (sv) Halvledaranordning och metod för tillverkning av halvledaranordning med skivgenomgående anslutningar
CN103149684A (zh) 可双向扭转的交错梳齿静电驱动可变光衰减器及制备方法
JP2006026895A (ja) 垂直段差構造物及びその製造方法
KR101459977B1 (ko) 멤스 센서의 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법
JP2010199374A (ja) 接点デバイスの製造方法及び接点デバイス
TWI631782B (zh) 半導體雷射及其製造方法
TWI606007B (zh) 採用複合基材的微機電元件以及其製作方法
KR101865446B1 (ko) 마이크로 탐침 구조물 및 이의 제조방법
WO2011116642A1 (zh) Mems器件及其形成方法
US9382113B2 (en) Method for fabricating a self-aligned vertical comb drive structure
CN109534283B (zh) 一种微机电器件制备方法及装置
TWI588918B (zh) 具精確間隙機電晶圓結構與及其製作方法
CN103149683A (zh) 一种单向扭转的高平衡可变光衰减器及其制备方法
US20160304335A1 (en) Anodic Bonding of Dielectric Substrates
CN101993031B (zh) 接触垫的保护结构与半导体结构
KR101386004B1 (ko) 웨이퍼 접합 기술을 활용한 마이크로 그리드 구조물 제조 방법
US9524900B2 (en) Silicon-on-insulator microchannels for biological sensors
JP6328400B2 (ja) マイクロイメージングデバイスのための改善された相互接続方法