DE102007029438A1

DE102007029438A1 - Layout-Design und Verfahren zum Herstellen eines Mikromotors auf SDA-Basis mit niedriger Betriebsspannung und langer Betriebsdauer

Info

Publication number: DE102007029438A1
Application number: DE102007029438A
Authority: DE
Inventors: Alex Horng; Yen-Chi Li; I-Yu Huang
Original assignee: Sunonwealth Electric Machine Industry Co Ltd
Current assignee: Sunonwealth Electric Machine Industry Co Ltd
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-11-13
Also published as: US20080280387A1; FR2915985A1; TW200845554A; GB2449133A; US7504275B2; JP2008283843A; GB0715305D0; TWI333733B

Abstract

Mit der Erfindung wird ein neues Design und ein neues Herstellungsverfahren für Mikro-Drehmotoren auf Basis eines Scratch-Antrieb-Aktuators (SDA) angegeben, der nur eine niedrige Betriebsspannung und eine lange Betriebsdauer hat. Um die Betriebsspanns 30 V<SUB>o-p</SUB> (gemessen von Spitze zu Spitze) zu reduzieren, wird als Substrat des SDA-Mikromotors ein Silizium-Wafer mit sehr niedrigem spezifischen Widerstand (kleiner 0,004 Omega-cm) verwendet. Ferner wird eine neue SDA-Struktur und ein geometrisches Design für einen SDA-Motor angegeben, um dessen Betriebsdauer (größer 75 h) und Drehgeschwindigkeit (bis 30 U/m) zu erhöhen.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich generell auf SDA-Mikromotoren, die mithilfe von fotolithografischen Mustern erzeugt werden und für mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) Anwendung finden. SDA bedeutet hierbei Scratch Drive Actuator, d. h. Scratch-Antrieb-Aktuator.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Entwicklung und Anwendung der Miniaturisierungstechnologie ist ein wesentlicher Trend in der modernen Wissenschaft. Insbesondere sind die Technologien für integrierte Schaltkreise (IC) und mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) wesentliche Verfahren in der mikroskopischen Welt in den letzten Jahren. Die in der Welt kleinste Mikroventilatoranordnung mit Dimensionen von 2 mm × 2 mm wird durch eine Selbstmontage von Mikroflügeln und Mikro-Scratch-Antrieb-Aktuatoren (SDA) hergestellt. Der durch einen SDA betätigte Mikroventilator wird hergestellt, indem eine Oberfläche aus Polysilizium mikromechanisch bearbeitet wird (Multi-User-MEMS-Verfahren, MUMP).
Es sind viele Forschungsergebnisse und Anwendungen von SDA-Anordnungen in früherer Literatur berichtet worden. Zum Beispiel haben Terunobu Akiyama und seine Mitarbeiter als erste die elektrostatisch kontrollierte schrittweise Bewegung (d. h. einen Scratch-Antrieb-Aktuator) bei Polysilizium-Mikrogleitern, einem Mikromotor und einer X/Y-Stufe vorgeschlagen. Wie deren experimentelle Ergebnisse zeigen, ist die Geschwindigkeit der Mikrostrukturen eine Funktion der verwendeten Pulsfrequenz, und die Schrittlänge ist eine Funktion der Spitzenwerte des angelegten Impulses und der Länge der SDA-Platte. Sie haben ebenfalls eine neue grundlegende Umformtechnologie vorgestellt, um dreidimensionale Silizium-Mikrostrukturen zu realisieren.
Des Weiteren haben Ryan J. Linderman und Victor M. Bright einen neuen, auf MEMS basierenden Mikroventilator vorgeschlagen, wobei eine Lötselbstmontage und SDA-Technologien verwendet werden. In ihren Schriften wurde ein elektrostatisch angetriebener MEMS-Ventilator gezeigt, der weiterhin in Größe und Gewicht durch ein Massenätzen des Motor-Substrats reduziert werden kann, wobei lediglich eine dünne Strukturschicht übrig bleibt, um die Anordnung aus Motor und Ventilatorflügeln abzustützen. Die kritischen Designaspekte von SDA-Anordnungen sind die Dimensionen der Polysiliziumschicht-Struktur, der Hülse, der dielektrischen Schicht und der Stützarme. Die optimierten Dimensionen bei diesem bekannten Mikroventilator sind eine SDA-Platte mit einer Länge von 78 μm und einer Breite von 65 μm und einer Hülsenhöhe von 1,5 μm, wobei die Stützarme mit einer Dicke von 1,5 μm eine Breite von 4 μm und eine Länge von 30 μm haben.
Der SDA-Mikrodrehmotor wurde in einem Zeitraum von mehr als einer Dekade entwickelt, jedoch haben derartige Anordnungen nur eine beschränkte kommerzielle Anwendung gefunden, und zwar aufgrund ihrer hohen Betriebsspannung (30–150 V_o-p). Um diesen Nachteil zu beheben, zielt diese Erfindung darauf ab, einen SDA-Mikromotor mit einer niedrigen Betriebsspannung zu entwickeln, indem ein Silizium-Wafer mit sehr niedrigem spezifischem Widerstand als Chipsubstrat verwendet wird. Es wurde ein Verfahren entwickelt, das die Herstellung eines SDA-Mikromotors auf fotolithografische Weise ermöglicht, der auf einem Siliziumsubstrat mit äußerst niedrigem spezifischen Widerstand (< 0,004 Ω-cm) aufgebaut wird. Durch das Siliziumsubstrat mit äußerst niedrigem spezifischen Widerstand kann die Betriebsspannung des SDA-Mikromotors von 30 bis 150 V_o-p auf 12 bis 30 V_o-p einer Wechselstromamplitude redziert werden.
Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen SDA-Mikromotoren ist deren kurze Betriebsdauer. Um diesen Nachteil zu beheben, wird mit der Erfindung ein neues Design für eine Rippen- und Flanschstruktur zur Erhöhung der Lebensdauer, zur Leis tungsverbesserung und Betriebsspannungsreduzierung des SDA-Mikromotors angegeben. Ein neuer SDA-Mikromotor mit diesem Design für die Rippen- und Flanschstruktur zeigte eine längere Betriebsdauer (> 75 h) und höhere Drehgeschwindigkeit (bis 30 U/m).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß dieser Erfindung wird ein SDA-Mikromotor mit einer niedrigen Betriebsspannung und langer Betriebsdauer angegeben. Um die Betriebsspannung von 30 bis 150 V_o-p auf 12 bis 30 V_o-p einer Wechselstromamplitude zu reduzieren, wurde zunächst ein Silizium-Wafer mit sehr niedrigem spezifischen Widerstand (< 0,004 Ω-cm) als Substrat für den SDA-Mikromotor verwendet. Um zudem die Betriebsdauer des SDA-Mikromotors zu verlängern, liefert diese Erfindung ein neues Layout einschließlich der Konstruktion der Hauptstruktur und der Flanschstruktur. Wenn eine solche Flanschstruktur in den Ecken zwischen dem Stützarm und der SDA-Platte und zwischen dem Stützarm zu der SDA-Spur vorgesehen wird, kann die Flanschstruktur die Biegesteifigkeit des engen Polysiliziumarmes verbessern, was ferner die Leistung der Anordnung erhöht und das Bruchrisiko unter Betriebsbedingungen reduziert.
Zudem wurden in dieser Erfindung ebenso ein neues Design für die Rippenstruktur und ein neues Design für die Flanschkonstruktion zur Erhöhung der Betriebszeit (> 75 h) und der Drehgeschwindigkeit (bis 30 U/m) des SDA-Mikromotors ebenso aufgezeigt.
Die bei diesem Patent angewendete Haupttechnologie ist ein Verfahren zur Mikrobearbeitung einer Polysiliziumoberfläche mithilfe der Technologie für mikroelektromechanische Systeme (MEMS), wobei die Vorteile einer Massenfabrikation, niedriger Herstellungskosten und hoher Kompatibilität mit der Technologie für integrierte Schaltkreise erreicht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die wesentlichen Strukturen eines herkömmlichen und eines neuen SDA-Mikromotors aufgrund der simulierten Ergebnisse mit einer L-Edit-Software.
2 zeigt ein neues Design für eine Flanschstruktur, um die Robustheit der Struktur und die Betriebsdauer des SDA-Mikromotors zu erhöhen.
3 zeigt Querschnittsansichten für die wesentlichen Herstellungsschritte für einen SDA-Mikromotor.
4 zeigt eine Aufsicht und einen Querschnitt eines SDA-Mikromotors, der gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird.
5 zeigt ein Diagramm der Betriebsspannung einer SDA-Anordnung mit einer einzelnen Platte, aufgetragen gegen das Verhältnis von Länge zu Breite, für zwei Arten von Silizium-Wafern.
6 zeigt ein neues Design eines Mikroventilators, der durch einen SDA-Mikromotor angetrieben wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUGNSBEISPIELE
Ein herkömmlicher SDA-Mikromotor hat nur eine begrenzte kommerzielle Anwendung aufgrund seiner hohen Betriebsspannung und kurzen Betriebsdauer. 1 zeigt die wesentlichen Strukturen eines herkömmlichen und eines neuen SDA-Mikromotors aufgrund der simulierten Ergebnisses der L-Edit-Software. Um den Bruchwiderstand (Ergebnisse von Drehkräften auf den Stützarm (05) zu verbessern, benutzt die vorliegende Erfindung die Polysilizium-3-Schicht (03), um gleichzeitig die SDA-Platte 04, den Stützarm 05, den Ring 06 und die Abdeckung 08 zu konstruieren, die eine dickere „Rippenstruktur" (7) (geschichtet aus Polysilizium-2-Schichten (2) und Polysilizium-3-Schichten (3)) in Nachbarschaft zu dem Ringteil (06) bildet. Auf diese Weise wird die Biegesteifigkeit und die Betriebsdauer des SDA-Mikromotors verbessert. 2 zeigt ein neues Layout für den „Flansch (09)", das mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird. Das Flansch-Design kann ferner die Robustheit des Stützarmes verbessern, was weiterhin die Leistung des SDA-Mikromotors verbessert und das Risiko bei Betriebsbedingungen reduziert. Das Design der neuartigen Rippen und Flansche für die Verbesserung der Lebensdauer (> 75 h) und der Drehgeschwindigkeit (bis 30 U/m) des SDA-Mikromotors werden in diesem Patent aufgezeigt.
Um ferner die Betriebsspannung von 30 bis 150 V_o-p auf 12 bis 20 V_o-p einer Wechselstromamplitude wesentlich zu reduzieren, wurde zunächst ein Silizium-Wafer (10) mit sehr geringem spezifischen Widerstand (0,004 Ωcm) als Substrat für den SDA-Mikromotor verwendet.
3 zeigt die Herstellungsschritte für einen SDA-Mikromotor, die in dieser Erfindung verwendet werden. Die vollständigen Prozesse verlangen zumindest acht fotolithografische Schritte und sieben Ablageschritte von dünnen Schichten. Die wesentliche Herstellungstechnologie gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Mikrobearbeitung der Polysilizium-Oberfläche. Die Hauptverfahrensschritte werden im Folgenden detailliert beschrieben:

(a) Ausbilden eines Musters auf der Schicht des 600 nm dicken spannungsarmen Isolationsmaterials aus Siliziumnitrid (11), das auf einem Siliziumsubstrat (10) mit sehr niedrigem spezifischen Widerstand durch ein LPCVD-Verfahren, d. h. durch eine chemische Ablagerung aus der Dampfphase bei niedrigem Druck („Low pressure” LP) abgelegt wird. Wie 3(a) zeigt, kann zumindest ein elektrisches Kontaktfenster im Substrat (12) in dem ersten fotolithografischen und Ätz-Verfahren definiert werden.
(b) Verwenden eines LPCVD-Verfahrens, um eine 1,5 μm dicke spannungsarme und in-situ dotierte Polysiliziumschicht (13) auf dem Siliziumsubstrat abzulegen. Wie 3(b) zeigt, verwendet diese Erfindung ein Ätzverfahren mit induktiver Plasmakopplung (ICP), um präzise die Bereiche der Spur (14), d. h. eines schmalen Streifens am Rand des Ringes, und des Ankeranschlusses (15) in dem zweiten Schritt zum Ausbilden eines fotolithografischen Musters zu definieren.
(c) Plasma verstärkte chemische Ablagerung aus der Dampfphase (PECVD) einer 2 μm dicken spannungsarmen PSG-Opferschicht (16) auf dem Substrat. Um präzise die kritischen Dimensionen zu kontrollieren und die Ätz-Anisotropie zu stärken, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein ICP-Trockenätzverfahren verwendet, um zumindest ein 750 μm tiefes Absenkungsfenster (17) und ein Hülsenfenster (18) des SDA-Mikromotors nach dem dritten fotolithografischen Prozess auszubilden (3(c)).
(d) Ablegen einer 2 μm dicken spannungsarmen und in-situ dotierten Polysiliziumschicht (19) auf oder oberhalb des Substrates, wobei ein LPCVD-Verfahren verwendet wird, und Ausbilden eines Musters, um zumindest eine Rippen-Mikrostruktur (20) des SDA-Mikromotors zu definieren, indem fotolithografische Prozesse und Trockenätzprozesse verwendet werden (3(d)).
(e) Ablegen einer 1,5 μm dicken spannungsarmen PSG-Opferschicht (21), auf oder oberhalb des Substrats, wobei ein PECVD-Verfahren verwendet wird. Die fünf te Fotomaske wird dazu verwendet, die Bereiche des Vertiefungsfensters (22), des Abdeckungsfensters (23) und des Hülsenfensters (24) des SDA-Mikromotors als Muster auszubilden, wie in 3(e) gezeigt.
(f) Durch einen sechsten fotolithografischen Prozess und einen Trockenätzprozess kann die vorliegende Erfindung ferner die Bereiche des Ankerfensters (25) des SDA-Mikromotors definieren, wie dies in 3(f) gezeigt ist.
(g) Ablegen der dritten 2 μm dicken spannungsarmen und in-situ dotierten Polysiliziumschicht (26) auf dem Substrat, in dem ein LPCVD-Verfahren verwendet wird und Ausbilden eines Musters, um zumindest eine Vertiefung (27), den Stützarm (28), den Ring (29), die Abdeckung (30), die Hülse (31) und den SDA-Rotor (32) des SDA-Mikromotors zu definieren, indem der siebente fotolithografische Prozess und Trockenätzprozess verwendet wird (3(g)).
(h) Ablegen einer 200 nm dicken Chrom-Metallschicht und einer 250 nm dicken Goldschicht (33) auf dem Substrat, indem ein Dampfablagerungsverfahren mit einem Elektronenstrahl (E-Beam) verwendet wird. In dem achten fototlithografischen Prozess wird gemäß dieser Erfindung ein Abhebeverfahren verwendet, um die Chrom- und Goldmetallschichten mit einem Muster zu versehen und zumindest einen Spannungsanschluss (34) und einen Massenanschluss (35) des SDA-Mikromotors zu definieren (3(h)).
(i) Unterschneid-Ätzen der ersten und der zweiten PSG-Opferschicht, indem eine 49%-ige Flusssäurelösung verwendet wird, um den SDA-Rotor des SDA-Mikromotors von dem Substrat freizugeben, wobei die Bereiche der Abdeckung und der Spur des SDA-Mikromotors fest mit dem Substrat verbunden bleiben. Nach dem Freigebeprozess kann der freistehende SDA-Rotor auf der Isolationsschicht des Siliziumnitrids bei einem geeigneten elektrostatischen Antrieb rotieren (3(i)).

4 zeigt die Konstruktion und einen Querschnitt durch die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung, d. h. den kleinsten SDA-Mikromotor in der Welt mit einem Durchmesser von lediglich etwa 475 μm.
Auf der Basis der Spannungsteilertheorie, sinkt die Betriebsspannung des SDA-Mikromotors mit dem spezifischen Widerstand des Substrats. 5 vergleicht zwei SDA-Aktuatoren mit einer einzigen SDA-Platte bei gleichem Layout und gleichen Herstellungsprozessen, jedoch bei unterschiedlichen spezifischen Widerständen des Substrats. Der SDA mit einer einzigen Platte auf dem Wafer mit niedrigem spezifischem Widerstand zeigte eine geringere Betriebsspannung von lediglich etwa 4 bis 7 V_o-p. Auf der anderen Seite wird die Betriebsspannung eines SDA-Mikromotors mit acht Platten zu 12 bis 30 V_o-p gemessen. Dieser Wert ist wesentlich geringer, als die Ergebnisse, die in anderen Literaturstellen präsentiert wurden.
6 zeigt ein neues Design einer möglichen Anwendung eines SDA-Mikromotors (40), nämlich einen SDA-Mikroventilator, der aus einem SDA-Mikromotor (40) und acht Mikroflügeln (41) aus Polyimid in Selbstmontage konstruiert wurde. Der Betätigungsmechanismus einer Selbstmontage eines Polyimids verwendet die Oberflächenspannungskraft des elastischen Polyimidgelenkes (42), die während des Reflow-Prozesses mit hoher Temperatur erzeugt wurde, um die Strukturschicht abzuheben.
Referenzen

R. J. Linderman, P. E. Kladitis, V. M. Bright, „Development of the micro rotary fan", Sensors and Actuators A, Band 95, 2002, Seiten 135–142.
R. J. Linderman, V. M. Bright, "Nanometer Precision Positioning Robots Utilizing Optimized Scratch Drive Actuators", Sensors and Actuators A, Band 91, 2001, Seiten 292–300.

01: Herkömmlicher Silizium-Wafer
02: Poly-Si-2
03: Poly-Si-3
04: SDA-Platte
05: Stützarm
06: Ring
07: Rippe
08: Abdeckung
09: Flansch
10: Siliziumsubstrat mit niedrigem spezifischen Widerstand
11: Spannungsarmes Si₃N₄
12: Kontaktfenster des Substrats
13: Spannungsarmes, in-situ dotiertes Poly Si-1
14: Spur
15: Ankeranschluss
16: Spannungsarmes Phospho-Silicat PSG-1
17: Absenkungsfenster
18: Hülsenfenster
19: Spannungsarmes, in-situ dotiertes Poly Si-2
20: Rippe
21: Spannungsarmes PSG-2
22: Absenkungsfenster
23: Abdeckungsfenster
24: Hülsenfenster
25: Ankerfenster
26: Spannungsarmes, in-situ dotiertes Poly Si-3
27: Absenkung
28: Stützarm
29: Ring
30: Abdeckung
31: Hülse
32: SDA-Rotor
33: Cr/Au-Metall
34: Spannungsanschluss
35: Massenanschluss
40: SDA-Mikromotor
41: Mikroflügel
42: Polyimid-Gelenk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- R. J. Linderman, P. E. Kladitis, V. M. Bright, „Development of the micro rotary fan", Sensors and Actuators A, Band 95, 2002, Seiten 135–142 [0021]
- R. J. Linderman, V. M. Bright, "Nanometer Precision Positioning Robots Utilizing Optimized Scratch Drive Actuators", Sensors and Actuators A, Band 91, 2001, Seiten 292–300 [0021]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Mikromotors auf Basis eines Scratch-Antrieb-Aktuators (SDA) mit den Schritten a. Ablegen einer ersten Schicht eines Siliziumnitrid-Isolationsmateriales auf oder über einem Siliziumsubstrat mit sehr niedrigem spezifischen Widerstand, wobei der Isolator aus Siliziumnitrid nur eine geringe mechanische oder Zugspannung und einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist; b. Ausbilden eines Musters auf der Schicht aus dem Nitrid-Isolationsmaterial mit niedriger Spannung, um zumindest ein elektrisches Kontaktfenster auf dem Siliziumsubstrat mit niedrigem spezifischen Widerstand auszubilden; c. Ablegen einer zweiten Schicht eines Materiales auf oder oberhalb der Nitridschicht, die auf dem Siliziumsubstrat abgelegt wurde, wobei dieses Material ein in-situ-dotiertes Polysiliziummaterial mit einer sehr niedrigen mechanischen Spannung ist; d. Ausbilden eines Musters auf der ersten in-situ-dotierten Polysilizium-Strukturschicht mit niedriger Spannung auf fotolithografische Weise, um zumindest eine Spur des SDA-Mikromotors und einen Ankeranschluss auszubilden; e. Ablegen einer dritten Schicht eines Materials auf oder oberhalb des Substrates, wobei dieses Material ein Phosphosilikat (PSG) mit einem niedrigen Spannungsgradienten ist und als eine Opferschicht der Strukturschicht des SDA-Mikromotors dient; f. Ausbilden eines Musters auf der ersten PSG-Opferschicht mit niedriger Spannung auf fotolithografische Weise, um zumindest ein Hülsenfenster und ein Vertiefungsfenster des SDA-Mikromotors zu definieren. g. Ablegen einer vierten Schicht auf oder oberhalb der ersten PSG-Opferschicht, wobei diese Schicht aus einem in-situ-dotierten Polysiliziummaterial mit einem sehr niedrigen Spannungsgradienten besteht, h. Ausbilden eines Musters in der zweiten in-situ-dotieren Polysiliziumschicht mit niedriger Spannung auf fotolithografische Weise, um zumindest eine Mikro-Rippenstruktur des SDA-Motors zu definieren; i. Ablegen einer fünften Materialschicht auf dem Reippenteich und einem Teil der ersten PSG-Opferschicht, wobei dieses Material ein Phosphosilikat-Material (PSG) mit einem niedrigen Spannungsgradienten ist und als eine zweite Opferschicht der Strukturschicht des SDA-Mikromotors dient; j. Ausbilden eines Musters in der zweiten PSG-Opferschicht auf fotolithografische Weise, um zumindest ein Vertiefungsfenster und ein Hülsenfenster zu definieren; k. Ausbilden eines Muster in der ersten und zweiten PSG-Opferschicht auf fotolithografische Weise, um zumindest ein Abdeckungsfenster des SDA-Mikromotors zu definieren; l. Ablegen einer sechsten Schicht eines Materiales auf oder oberhalb dem Rippenbereich und einem Bereich der zweiten PSG-Opferschicht, wobei dieses Material ein in-situ-dotiertes Polysiliziummaterial mit einem sehr niedrigen Spannungsgradienten ist und als Hauptstrukturschicht des SDA-Mikromotors dient; m. Ausbilden eines Musters in der dritten Polysilizium-Strukturschicht mit niedriger Spannung auf fotolithografische Weise, um den Abdeckungsbereich und zumindest einen SDA-Rotorbereich des Mikromotors zu definieren; n. Ablegen einer siebenten Schicht eines Materiales auf oder oberhalb der dritten Polysiliziumschicht mit niedriger Spannung und einem Bereich der zweiten PSG-Opferschicht, wobei dieses Material Metallschichten aus Chrom und Gold enthält; o. Ausbilden eines Musters auf den Chrom- und Gold-Metallschichten auf fotolithografische Weise, um die Spannungs- und Massenanschlüsse des SDA-Mikromotors zu definieren; p. Unterschneidätzen der ersten und zweiten PSG-Opferschichten, um den SDA-Rotorbereich des SDA-Mikromotors von dem Substrat freizugeben, wobei die Abdeckungs- und Spurbereiche des SDA-Mikromotors fest auf dem Substrat verbleiben, wobei nach diesem Freigabeprozess der freistehende SDA-Rotor auf dem Silizium-Nitrid-Isolator bei geeignetem elektrostatischen Antrieb rotieren kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Siliziumsubstrat mit sehr niedrigem spezifischen Widerstand einen spezifischen Widerstandswert kleiner als 0,004 Ω-cm aufweist, wobei dieser Silizium-Wafer mit dem sehr niedrigen spezifischen Widerstand (kleiner als 0,004 Ω-cm) zunächst als Substrat des SDA-Mikromotors eingesetzt wurde, um effektiv die Betriebsspannung von 30 bis 150 V_o-p auf 12 bis 30 V_o-p, gemessen zwischen den Spitzen der Amplitude, zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ablegen der Schicht des Isolationsmateriales einen Ablegeschritt und einen nachfolgenden Ausglühschritt umfasst, indem ein System für eine chemische Ablagerung aus der Dampfphase bei niedrigem Druck (LPCVD-System) verwendet wird, wobei das Siliziumnit rid-Isolationsmaterial mit niedriger Spannung eine mechanische Spannung unter 250 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrische Kontaktfenster des Siliziumsubstrates mit niedrigem spezifischen Widerstand für den elektrischen Kontakt der Metallschicht und des Siliziumsubstrates vorbehalten ist, wobei beim Antrieb des SDA-Mikromotors dieses Siliziumsubstrat mit sehr niedrigem spezifischen Widerstand als Massenelektrode und als mechanische Stützeinrichtung dient.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ablegen der Schicht aus in-situ-dotiertem Polysiliziummaterial mit niedriger Spannung die Verfahrensschritte zum Ablegen, In-situ-dotieren und nachfolgendem Ausglühen in einem System zur chemischen Ablagerung aus der Dampfphase bei niedrigem Druck (LPCVD-System) einschließt, wobei jedes Subverfahren dieses Schrittes bei unterschiedlichen Drucken, Gasflüssen und Temperaturen erfolgt, und wobei die dünne Struktur-Filmschicht aus Polysilizium mit niedriger Spannung eine Spannung unterhalb 200 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ablegen der Schicht aus dem PSG-Opfermaterial mit niedriger Spannung die Verfahrensschritte zum Ablegen und nachfolgendem Ausglühen aufweist, wobei ein System zur Plasmaverstärkten chemischen Ablagerung aus der Dampfphase (PECVD-System) verwendet wird, wobei das PSG-Opfermaterial mit niedriger Spannung eine mechanische Spannung unterhalb von 300 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ablegen der Schicht aus Opfermaterial den Schritt aufweist, ein Phosphosilikat (PSG) mit niedriger mechanischer Spannung abzulegen.
Mikromotor auf SDA-Basis mit einem Rippenstruktur-Design und einem geometrischen Flansch-Design wie beschrieben zur Erhöhung der Betriebsdauer (größer 75 h) und der Drehgeschwindigkeit (ungefähr 30 U/m).
Verfahren zum Herstellen eines Mikroventilators mit folgenden Schritten: a. Herstellen eines SDA-Mikromotors entsprechend den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 1, wobei der letzte Freigabeprozess nicht durchgeführt wird; b. Schleuderbeschichten der dritten Schicht aus Polysilizium mit niedriger Spannung des SDA-Mikromotors mit einem dünnen Polyimidfilm; c. Ausbilden eines Musters auf fotolithografische Weise und Ätzen einer elastischen Gelenkform auf der dünnen Polyimidschicht; d. Unterschneid-Ätzen der ersten und zweiten PSG-Opferschichten, um den SDA-Rotorbereich und den Mikroflügelbereich des SDA-Mikroventilators freizugeben beziehungsweise abzuheben, wobei die Abdeckungsbereiche und die Spurbereiche des SDA-Mikromotors mit dem Substrat befestigt verbleiben; e. Ausführen eines Reflow-Prozesses, was zu einer Kontraktion des elastischen Polyimidgelenkes führt, um einen vorbestimmten Mikroflügelbereich zu drehen und anzuheben, wobei der Anhebe- und Drehwinkel des Mikroflügelbereiches durch Einstellen der Reflow-Temperatur der Polyimidschicht gesteuert werden kann, wobei nach dem Freigabeprozess der Struktur und der Aushärtung des Polyimids der freistehende SDA-Mikroventilator auf dem Siliziumsubstrat bei geeignetem elektrostatischen Antrieb rotieren kann.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren zum Ausbilden der angehobenen Mikroflügel in einer Selbstmontage-Mikrostruktur aus Polyimid resultiert, wobei der Betätigungsmechanismus der Polyimid-Selbstmontage im Wesentlichen die Oberflächenspannungskraft des elastischen Gelenkes aus Polyimid ver wendet, die während des Relfow-Prozesses bei hoher Temperatur erzeugt wurde, um die Strukturschicht anzuheben.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Ätzschritt ein Ätzverfahren mit Unterschneidungen verwendet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Ätzschritt ein selektives Ätzverfahren ist, wobei in dem Schritt gelöste Flusssäure (HF) verwendet wird, die die PSG-Opferschichten wesentlicher schneller als die Strukturschicht aus Polysilizium ätzt.