Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für
ein mikromechanisches Bauelement. Des Weiteren betrifft die Erfindung
ein entsprechendes mikromechanisches Bauelement.The
The present invention relates to a manufacturing method for
a micromechanical component. Furthermore, the invention relates
a corresponding micromechanical device.
Stand der TechnikState of the art
Elektrostatische
Antriebe oder Sensoren werden in der Mikromechanik oft verwendet.
Beispielsweise weisen Beschleunigungssensoren und Torsionsaktoren,
wie Mikrospiegel, häufig einen elektrostatischen Antrieb
auf. Derartige Systeme mit einem elektrostatischen Antrieb sind
beispielsweise in der DE
197 28 598 A1 und in der US 6 891 650 B2 beschrieben.Electrostatic actuators or sensors are often used in micromechanics. For example, acceleration sensors and torsional actuators, such as micromirrors, often have an electrostatic drive. Such systems with an electrostatic drive are for example in the DE 197 28 598 A1 and in the US Pat. No. 6,891,650 B2 described.
Aufgrund
der häufigen Verwendung von elektrostatischen Antrieben
oder Sensoren ist es Wünschenswert, über eine
Möglichkeit zur kostengünstigen Herstellung eines
derartigen mikromechanischen Bauelements zu verfügen.by virtue of
the frequent use of electrostatic drives
or sensors it is desirable to have one over
Possibility for cost-effective production of a
Such micromechanical device to have.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die
Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches
Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 9 und
ein mikromechanisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs
10.The
The invention provides a manufacturing method for a micromechanical
Component with the features of claim 1 and claim 9 and
a micromechanical device having the features of the claim
10th
Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die relativ
hohe Anzahl von Arbeitsschritten eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens
für ein mikromechanisches Bauelement reduzierbar ist, wenn
die isolierten Halbleiterbereiche des mikromechanisches Bauelement,
beispielsweise Elektroden, so aus einem Halbleitersubstrat herausgebildet
werden, dass sich die fertig geformten Halbleiterbereiche bereits
automatisch in einer Schutzisolierung befinden. Auf diese Weise
entfallen Arbeitsschritte zum Anbringen einer Schutzisolierung an den
fertig ausgebildeten Halbleiterbereichen des mikromechanischen Bauelements,
Da diese herkömmlicherweise nötigen Arbeitsschritte
in einer relativ sterilen Umgebung ausgeführt werden müssen,
sind sie mit hohen Herstellungskosten verbunden.The
The present invention is based on the recognition that the relative
high number of working steps of a conventional manufacturing process
is reducible for a micromechanical device, if
the isolated semiconductor regions of the micromechanical device,
For example, electrodes, so formed from a semiconductor substrate
be that the finished shaped semiconductor regions already
automatically in a protective insulation. In this way
eliminates steps for attaching a protective insulation to the
fully formed semiconductor regions of the micromechanical device,
As these conventionally necessary steps
in a relatively sterile environment,
they are associated with high production costs.
Die
vorliegende Erfindung macht diese herkömmlicherweise notwendigen
Arbeitsschritte überflüssig, indem zuerst ein
Halbleitersubstrat, aus welchem die isolierten Halbleiterbereiche
gebildet werden sollen, an einer Isolierschicht angeordnet wird. Anschließend
wird mittels mindestens eines Trenngrabens das Halbleitersubstrat
in ein Mittelteil und cm das Mittelteil umgreifendes Rahmenteil
unterteilt. Das Rahmenteil dient zusammen mit der Isolierschicht
als Schutzvorrichtung des Mittelteils oder der noch aus dem Mittelteil
auszubildenden Halbleiterbereiche.The
The present invention makes this conventionally necessary
Work steps superfluous, by first a
Semiconductor substrate from which the isolated semiconductor regions
are to be formed, is disposed on an insulating layer. Subsequently
is at least one Trenngrabens the semiconductor substrate
in a central part and cm the center part encompassing frame part
divided. The frame part is used together with the insulating layer
as a protective device of the middle part or still from the middle part
trainees semiconductor areas.
Die
auf dem Halbleitersubstrat aufgebrachte Isolierschicht dient damit
sowohl als Halterung für die fertig gebildeten isolierten
Halbleiterbereiche als auch als Isolierung und Verschmutzungsschutz. Durch
diese Multifunktion der Isolierschicht können herkömmlicherweise
notwendige Komponenten zum Fixieren der Halbleiterbereiche eingespart
werden.The
Insulating layer applied to the semiconductor substrate thus serves
both as a holder for the finished formed isolated
Semiconductor areas as well as insulation and pollution protection. By
This multifunction of the insulating layer can conventionally
necessary components for fixing the semiconductor areas saved
become.
Durch
das Einsparen von herkömmlicherweise notwendigen Arbeitsschritten
und nach dem Stand der Technik erforderlichen Komponenten eines mikromechanischen
Bauelements gewährleistet die vorliegende Erfindung ein
kostengünstigeres Herstellen von mikromechanischen Bauelementen.By
the saving of conventionally necessary work steps
and the prior art required components of a micromechanical
Component ensures the present invention
more cost-effective production of micromechanical components.
Bei
dem mikromechanischen Bauelement kann es sich um eine elektrostatische
Sensorvorrichtung oder eine elektrostatische Aktorvorrichtung, beispielsweise
einen Torsionsaktor, handeln. Das Herstellungsverfahren verwendet
dabei gebräuchliche und etablierte Methoden der Mikrosystemtechnik
in der Hochvolumenfertigung. Damit lässt sich das erfindungsgemäße
Herstellungsverfahren leicht durchführen.at
The micromechanical component may be an electrostatic
Sensor device or an electrostatic actuator device, for example
a Torsionsaktor, act. The manufacturing process used
thereby common and established methods of microsystems technology
in high volume production. This allows the invention
Easily perform the manufacturing process.
Weitere
Vorteile der erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
bestehen in der hohen Ausbeute an fehlerlos hergestellten elektrostatischen
Aktoren aufgrund der einfach auszuführenden Prozess-Schritte
und dem fertigungssicheren Prozess. Durch die Ausbildung von isolierten
Halbleiterbereichen, welche von einer Isolierschicht und einem Rahmenteil
umgeben sind, weisen die mikromechanischen Bauelemente einen guten
Schutz vor Verunreinigungen, vor Schädigungen bei einem
Handling, während der Verpackung oder während
des Betriebs auf.Further
Advantages of the production method according to the invention
consist in the high yield of flawlessly produced electrostatic
Actuators due to the easy process steps
and the production-safe process. Through the training of isolated
Semiconductor regions, which of an insulating layer and a frame part
are surrounded, the micromechanical components have a good
Protection against contamination, against damage to one
Handling, during packaging or during
of operation.
In
einer bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine
elektrisch isolierte Mittelteil als mindestens eine elektrisch isolierte
Elektrode ausgebildet. Die mindestens eine Elektrode ist in diesem Fall
automatisch durch die Isolierschicht und das Rahmenteil vor Verschmutzungen
und/oder Beschädigungen geschützt.In
In a preferred embodiment, the at least one
electrically insulated middle part as at least one electrically insulated
Electrode formed. The at least one electrode is in this case
automatically through the insulating layer and the frame part from dirt
and / or damage protected.
Beispielsweise
wird die mindestens eine elektrisch isolierte Elektrode kamm- oder
dreiecksförmig ausgebildet, Elektrodenkämme können
eine relativ hohe elektrostatische Kraft auf einer vergleichs weise
kleinen Fläche generieren. Sie erlauben damit hohe Auslenkwinkel,
die nicht durch mechanischen Kontakt der Elektrodenflächen
begrenzt sind.For example
the at least one electrically insulated electrode is comb or
triangular shaped, electrode combs can
a relatively high electrostatic force on a comparatively
generate small area. They allow high deflection angles,
not by mechanical contact of the electrode surfaces
are limited.
In
einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Herstellungsverfahren
folgende zusätzliche Schritten: Ätzen einer Kaverne
in ein Bodenhalbleitersubstrat; Bilden einer Zwischenisolierschicht
auf einer Oberseite des Bodenhalbleitersubstrats; Befestigen eines
zweiten Halbleitersubstrats auf der Zwischenisolierschicht; Ätzen
eines Aktors und eines den Aktor umgebenden Aktorrahmens aus einem Material
des zweiten Halbleitersubstrats; und Befestigen des Rahmenteils
auf einer Oberseite des Aktorrahmens. Auf diese Weise kann ein Aktor
hergestellt werden, welcher schon während des leicht ausführbaren
Herstellungsverfahrens von einer Kapselung geschützt wird.
Dies gewährleistet auch für den automatisch gekapselten
Aktor einen sicheren Schutz.In a preferred development, the production method comprises the following additional steps: etching a cavern into a bottom semi-conductor tersubstrat; Forming an intermediate insulating layer on an upper surface of the bottom semiconductor substrate; Attaching a second semiconductor substrate on the interlayer insulating layer; Etching an actuator and an actuator frame surrounding the actuator of a material of the second semiconductor substrate; and securing the frame member on an upper surface of the actuator frame. In this way, an actuator can be produced, which is already protected during the easily executable manufacturing process of an encapsulation. This also ensures safe protection for the automatically encapsulated actuator.
Als
Alternative dazu kann das Herstellungsverfahren folgende zusätzliche
Schritten umfassen: Bilden einer Zwischenisolierschicht auf einer
der Isolierschicht entgegen gerichteten Seite des Rahmenteils; Befestigen
eines zweiten Halbleitersubstrats auf der Zwischenisolierschicht;
und Ätzen eines Aktors und eines den Aktor umgebenden Aktorrahmens aus
einem Material des zweiten Halbleitersubstrats. Auch dies gewährleistet
auf einfache Weise eines sicheren Schutz vor Verschmutzungen für
den Aktor.When
Alternatively, the manufacturing process may have the following additional
Steps include: forming an intermediate insulating layer on one
the insulating layer opposite side of the frame part; secure
a second semiconductor substrate on the interlayer insulating layer;
and etching an actuator and an actuator frame surrounding the actuator
a material of the second semiconductor substrate. This also ensures
in a simple way a safe protection against contamination for
the actor.
Vorzugsweise
wird das zweite Halbleitersubstrat mittels eines Aufglasverfahrens,
eines Lötverfahrens, eines Klebeverfahrens, eines eutektisches Bondverfahrens
und/oder mittels eines Thermokompressionsbondens auf der Zwischenisolierschicht
befestigt. Die hier vorgestellten Verfahren sind einfach ausführbar
und gewährleisten einen sicheren Halt für das
zweite Halbleitersubstrat.Preferably
is the second semiconductor substrate by means of a Aufglasverfahrens,
a soldering process, an adhesive process, a eutectic bonding process
and / or by means of thermocompression bonding on the intermediate insulating layer
attached. The methods presented here are easy to carry out
and ensure a secure fit for the
second semiconductor substrate.
Vorteilhafterweise
wird aus einer Richtung, welche mit einer Oberfläche der
Zwischenisolierschicht einen Winkel ungleich 90 Grad einschließt, eine
Metallschicht auf eine der Zwischenisolierschicht entgegen gerichteten
Seite des Aktors aufgesputtert. Die Gräben, welche zur
Strukturierung des Aktors ausgebildet sind, schatten sich dabei
gegenseitig ab, und verhindern somit die Bildung einer Metallschicht
auf dem Boden der Gräben. Auf diese Weise können
Kurzschlüsse beim späteren Betrieb des mikromechanischen
Bauelements vermieden werden.advantageously,
is from a direction, which with a surface of
Interlayer insulating layer includes an angle not equal to 90 degrees, a
Metal layer on one of the Zwischenisolierschicht opposing
Sputtered on the side of the actor. The trenches leading to
Structure of the actuator are formed, shadow it
each other, thus preventing the formation of a metal layer
on the bottom of the trenches. That way you can
Short circuits during later operation of the micromechanical
Component to be avoided.
In
eine weiteren Alternative umfasst das Herstellungsverfahren die
zusätzlichen Schritte: Ausbilden der Isolierschicht als
Zwischenisolierschicht durch Befestigen eines zweiten Halbleitersubstrats auf
einer dem ersten Halbleitersubstrat entgegen gerichteten Seite der
Isolierschicht vor dem Ätzen des Trenngrabens; und Ätzen
eines Aktors und eines den Aktor umgebenden Aktorrahmens aus einem
Material des zweiten Halbleitersubstrats. Auch dieses Verfahren
lässt sich mit geringem Arbeitsaufwand ausführen.In
a further alternative, the manufacturing method comprises
additional steps: forming the insulating layer as
Zwischenisolierschicht by attaching a second semiconductor substrate
a side facing the first semiconductor substrate side of
Insulating layer before etching the separation trench; and etching
an actuator and an actuator frame surrounding the actuator of a
Material of the second semiconductor substrate. Also this procedure
can be carried out with little effort.
Eine
Weiterbildung des Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches
Bauelement umfasst zusätzlich zum Ätzen mindestens
einer Elektrodenstruktur in eine Unterseite eines ersten Halbleitersubstrats
die Schritte: Bilden eine Zwischenisolierschicht auf einer Unterseite
eines ersten Halbleitersubstrats, Strukturieren der Zwischenisolierschicht
mit mindestens eine Elektrodenstruktur, und Übertragen
der Struktur der Zwischenisolierschicht mittels eines Ätzschritts
in eine Unterseite des ersten Halbleitersubstrats. Auf diese Weise
lässt sich die Elektrodenstruktur ohne einen großen
Aufwand aus dem Material des ersten Halbleitersubstrats bilden.A
Further development of the manufacturing process for a micromechanical
Component comprises in addition to etching at least
an electrode structure in an underside of a first semiconductor substrate
the steps: forming an intermediate insulating layer on a bottom
a first semiconductor substrate, patterning the interlayer insulating layer
with at least one electrode structure, and transmitting
the structure of the Zwischenisolierschicht by means of an etching step
in an underside of the first semiconductor substrate. In this way
can the electrode structure without a large
Form expense from the material of the first semiconductor substrate.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:Further
Features and advantages of the present invention will become apparent below
explained with reference to the figures. Show it:
1A bis 1E zeigen
ein Halbleitersubstrat zur Darstellung einer ersten Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauelement,
dabei zeigen 1A bis 1C Querschnitte
durch das Halbleitersubstrat, 1D eine
Unterseite des Halbleitersubstrats und 1E eine
Oberseite des Halbleitersubstrats; 1A to 1E show a semiconductor substrate for illustrating a first embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device, thereby show 1A to 1C Cross sections through the semiconductor substrate, 1D a bottom of the semiconductor substrate and 1E an upper surface of the semiconductor substrate;
2A bis 2D zeigen
Querschnitte durch ein Halbleitersubstrat zur weiteren Darstellung der
ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für
ein mikromechanisches Bauelement; 2A to 2D show cross sections through a semiconductor substrate to further illustrate the first embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device;
3 zeigt
einen Querschnitt durch eine elektrostatische Aktorvorrichtung zur
weiteren Darstellung der ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens
für ein mikromechanisches Bauelement; 3 shows a cross section through an electrostatic actuator device to further illustrate the first embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device;
4 zeigt
in Draufsicht ein erstes Beispiel einer Kontaktierung einer elektrostatischen
Aktorvorrichtung; 4 shows in plan view a first example of a contacting of an electrostatic actuator device;
5 zeigt
in Draufsicht ein zweites Beispiel einer Kontaktierung einer elektrostatischen
Aktorvorrichtung; 5 shows in plan view a second example of a contacting of an electrostatic actuator device;
6A bis 6D zeigen
einen Querschnitt durch ein Halbleitersubstrat zur Darstellung einer zweiten
Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für
ein mikromechanisches Bauelement; 6A to 6D show a cross section through a semiconductor substrate for illustrating a second embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device;
7A bis 7E zeigen
ein Halbleitersubstrat zur Darstellung einer dritten Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauelement,
dabei zeigen 7A bis 7C und 7E einen
Querschnitt durch das Halbleitersubstrat und 7D eine
Unterseite des Halbleitersubstrats; 7A to 7E show a semiconductor substrate for illustrating a third embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device, thereby show 7A to 7C and 7E a cross section through the semiconductor substrate and 7D a bottom surface of the semiconductor substrate;
8 zeigt
einen Querschnitt durch zwei zusammengehaltene Halbleitersubstrate
zur Darstellung einer vierten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens
für eine ein mikromechanisches Bauelement; und 8th shows a cross section through two held together semiconductor substrates for illustration a fourth embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device; and
9 zeigt
eine Draufsicht auf eine elektrostatische Aktorvorrichtung zur Veranschaulichung
einer Funktionsweise einer elektrostatischen Aktorvorrichtung. 9 shows a plan view of an electrostatic actuator device for illustrating an operation of an electrostatic actuator device.
Ausführungsformen
der Erfindungembodiments
the invention
Die
vorliegende Erfindung wird im Weiteren anhand einer elektrostatischen
Aktorvorrichtung beschrieben. Sie ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel
beschränkt, sondern auch auf andere mikromechanische Bauelemente,
wie beispielsweise Sensoren anwendbar.The
The present invention will be further described with reference to an electrostatic
Actuator described. However, it is not on this embodiment
limited, but also to other micromechanical components,
such as sensors applicable.
1A bis 1E zeigen
ein Halbleitersubstrat zur Darstellung einer ersten Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauelement,
dabei zeigen 1A bis 1C Querschnitte
durch das Halbleitersubstrat, 1D eine
Unterseite des Halbleitersubstrats und 1E eine
Oberseite des Halbleitersubstrats. 1A to 1E show a semiconductor substrate for illustrating a first embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device, thereby show 1A to 1C Cross sections through the semiconductor substrate, 1D a bottom of the semiconductor substrate and 1E an upper surface of the semiconductor substrate.
1E zeigt
einen Querschnitt durch ein Halbleitersubstrat 10 mit einer
auf einer Oberseite 12 des Halbleitersubstrats 10 gebildeten
Isolierschicht 14. Das Halbleitersubstrat 10 kann
aus Silizium oder einem siliziumhaltigen Material bestehen. Die
Isolierschicht 14 enthält ein elektrisch isolierendes
Material, vorzugsweise ein Glas, wie beispielsweise Borosilikatglas.
Das Aufbringen der isolierenden Schicht 14 auf der Oberseite 12 des
Halbleitersubstrats 10 wird vorzugsweise so ausgeführt,
dass ein stabiler und hermetischer Verbund aus dem Halbleitersubstrat 10 und
der Isolierschicht 14 entsteht. 1E shows a cross section through a semiconductor substrate 10 with one on a top 12 of the semiconductor substrate 10 formed insulating layer 14 , The semiconductor substrate 10 may consist of silicon or a silicon-containing material. The insulating layer 14 contains an electrically insulating material, preferably a glass, such as borosilicate glass. The application of the insulating layer 14 on the top 12 of the semiconductor substrate 10 is preferably carried out so that a stable and hermetic composite of the semiconductor substrate 10 and the insulating layer 14 arises.
Eventuell
kann nach dem Aufbringen der Isolierschicht 14 auf dem
Halbleitersubstrat 10 ein chemisches und/oder mechanisches
Polierverfahren (CMP-Verfahren) ausgeführt werden, um die
Oberfläche der Isolierschicht 14 zu glätten.Eventually, after the application of the insulating layer 14 on the semiconductor substrate 10 a chemical and / or mechanical polishing (CMP) process are performed to the surface of the insulating layer 14 to smooth.
1B zeigt
einen Querschnitt durch das Halbleitersubstrat 10 nach
einem chemischen und/oder mechanischen Polierverfahren zum Glätten und
gegebenenfalls Rückdünnen einer Unterseite 16 des
Halbleitersubstrats 10. Dabei kann die Schichtdicke des
Halbleitersubstrats 10 auf eine Höhe h1 redu ziert
werden, welche der gewünschten Höhe der im weiteren
Verlauf des Verfahrens gebildeten elektrisch isolierten Halbleiterbereiche
entspricht. Gegebenenfalls kann dieses Verfahren auch weitere CMP-Schritte
zum Glätten der Randbereiche 18 umfassen. 1B shows a cross section through the semiconductor substrate 10 after a chemical and / or mechanical polishing process for smoothing and optionally thinning a bottom 16 of the semiconductor substrate 10 , In this case, the layer thickness of the semiconductor substrate 10 be reduced to a height h1, which corresponds to the desired height of the electrically isolated semiconductor regions formed in the further course of the process. Optionally, this method may also include additional CMP steps to smooth out the edge areas 18 include.
Nach
dem Glätten der Unterseite 16 wird eine (nicht
skizzierte) Maske auf die Unterseite 16 des Halbleitersubstrats 10 aufgebracht
und strukturiert. Dabei werden in der Maske Aussparungen geformt,
deren Lagen und Ausdehnungen den später in das Halbleitersubstrat 10 eingeätzten
Hohlräumen entsprechen. Vorzugsweise ist die Maske eine
Kohlenstoffhartmaske.After smoothing the bottom 16 will make a mask (not sketched) on the underside 16 of the semiconductor substrate 10 applied and structured. In this case, recesses are formed in the mask, whose layers and expansions later into the semiconductor substrate 10 correspond etched cavities. Preferably, the mask is a carbon hard mask.
Anschließend
werden die von der Maske nicht abgedeckten Bereiche des Halbleitersubstrats 10 mit
einem geeigneten Ätzmaterial weggeätzt. Beispielsweise
handelt es sich bei dem Ätzverfahren um ein RIE-Verfahren
(Reactive Ion Etch). Allerdings können auch andere Ätzverfahren
eingesetzt werden, um die elektrisch isolierten Halbleiterbereiche aus
dem Halbleitersubstrat 10 zu bilden. Das Ätzverfahren
wird solange ausgeführt, bis die in das Halbleitersubstrat 10 geätzten
Hohlräume 20 eine Höhe gleich der Höhe
h1 aufweisen. Dabei wird für das Ätzverfahren
vorzugsweise ein Ätzmaterial verwendet, welches das Material
der Isolierschicht 14 kaum angreift.Subsequently, the areas of the semiconductor substrate not covered by the mask become 10 etched away with a suitable etching material. For example, the etching process is an RIE (Reactive Ion Etch) process. However, other etching methods may be used to separate the electrically isolated semiconductor regions from the semiconductor substrate 10 to build. The etching process is carried out as long as in the semiconductor substrate 10 etched cavities 20 have a height equal to the height h1. In this case, an etching material is preferably used for the etching process, which is the material of the insulating layer 14 hardly attacks.
1C zeigt
einen Querschnitt durch das Halbleitersubstrat 10 (ohne
die Maske) nach einem Ausbilden einer Vielzahl von dünnen
Halbleiterplatten 22, welche von einem ersten Rahmenteil 24 umgeben
sind. Die Halbleiterplatten 22 und das erste Rahmenteil 24 sind
aus dem Material des Halbleitersubstrats 10 geformt. Die
parallel zueinander ausgebildeten Halbleiterplatten 22 sind
durch die dazwischen liegenden Hohlräume 20 voneinander
getrennt. In dem in 1C gezeigten Zwischenzustand sind
die Halbleiterplatten 22 an ihren (nicht gezeigten) Enden
noch mit dem ersten Rahmenteil 24 verbunden. Die Stabilität
der dünnen Halbleiterplatten 22 ist jedoch hauptsächlich
durch die Isolierschicht 14 gewährleistet, da
die Halbleiterplatten 22 im direkten Kontakt mit der Isolierschicht 14 ausgebildet
sind. Dieser Kontakt zwischen den Halbleiterplatten 22 und
der Isolierschicht 14 erstreckt sich über die
gesamte Länge der Halbleiterplatten 22. Dies gewährleistet
einen sicheren Halt für die Halbleiterplatten 22. 1C shows a cross section through the semiconductor substrate 10 (without the mask) after forming a plurality of thin semiconductor plates 22 , which from a first frame part 24 are surrounded. The semiconductor plates 22 and the first frame part 24 are made of the material of the semiconductor substrate 10 shaped. The semiconductor plates formed parallel to one another 22 are through the intervening voids 20 separated from each other. In the in 1C shown intermediate state are the semiconductor plates 22 at their (not shown) ends still with the first frame part 24 connected. The stability of the thin semiconductor plates 22 however, is mainly through the insulating layer 14 ensured, because the semiconductor plates 22 in direct contact with the insulating layer 14 are formed. This contact between the semiconductor plates 22 and the insulating layer 14 extends over the entire length of the semiconductor plates 22 , This ensures a secure hold for the semiconductor plates 22 ,
1D zeigt
eine Unterseite des Halbleitersubstrats 10 (ohne die Maske)
nach einem Ätzen eines Trenngrabens 26 in das
erste Rahmenteil 24. Der Trenngraben 26 unterteilt
das Halbleitersubstrat 10 in ein Mittelteil 28 und
in ein zweites Rahmenteil 30. Dabei weist der Trenngraben 26 eine
Höhe auf, welche der Höhe h1 entspricht. Nach
dem Ätzen des Trenngrabens 26 sind das Mittelteil 28 und
das zweite Rahmenteil 30 deshalb voneinander elektrisch
isoliert. 1D shows a bottom of the semiconductor substrate 10 (without the mask) after etching a separation trench 26 in the first frame part 24 , The dividing line 26 divides the semiconductor substrate 10 in a middle part 28 and in a second frame part 30 , This shows the dividing trench 26 a height corresponding to the height h1. After etching the separation trench 26 are the middle part 28 and the second frame part 30 therefore electrically isolated from each other.
Das
zweite Rahmenteil 30 umgibt das Mittelteil 28 auf
vier Seiten. Das zweiten Rahmenteil 30 bildet somit zusammen
mit der Isolierschicht 14 eine Schutzvorrichtung für
das Mittelteil 28, bzw. für die daraus gebildeten,
voneinander elektrisch isolierten vier Halbleiterbereiche 32 bis 38.
Vorzugsweise können die aus dem Mittelteil 28 gebildeten
elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32 bis 38 eine
Kamm- oder Dreiecksform aufweisen. In dem Beispiel aus 1D sind
die elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32 bis 38 als
Elektrodenkämme ausgebildet.The second frame part 30 surrounds the middle part 28 on four sides. The second frame part 30 thus forms together with the insulating layer 14 a protection device for the middle part 28 or for the four semiconductor regions formed therefrom and electrically insulated from one another 32 to 38 , Preferably, the from the middle part 28 formed electrically isolated semiconductor regions 32 to 38 have a comb or triangle shape. In the example off 1D are the electrically isolated semiconductor regions 32 to 38 designed as electrode combs.
Die
Halbleiterbereiche 32 bis 38 sind nur über
die Isolierschicht 14 miteinander verbunden. Die Halbleiterbereiche 32 bis 38 können
somit getrennt voneinander kontaktiert werden. Da die Halbleiterbereiche 32 bis 38 im
direkten Kontakt mit der Isolierschicht 14 ausgebildet
sind, haben sie einen festen Halt an der Isolierschicht 14,
ohne dass noch ein zusätzliches Befestigungselement zum
Befestigen der Halbleiterbereiche 32 bis 38 an
der Isolierschicht 14 notwendig ist. Auf diese Weise lässt
sich der Bauraum, welchen ein entsprechendes zusätzliches
Befestigungselement benötigen würde, einsparen.The semiconductor areas 32 to 38 are only over the insulating layer 14 connected with each other. The semiconductor areas 32 to 38 can thus be contacted separately. As the semiconductor areas 32 to 38 in direct contact with the insulating layer 14 are formed, they have a firm grip on the insulating layer 14 without even an additional fastener for attaching the semiconductor regions 32 to 38 on the insulating layer 14 necessary is. In this way, the space, which would require a corresponding additional fastener, can be saved.
Die
anhand der 1C und 1D dargestellten Ätzschritte
können selbstverständlich auch gleichzeitig ausgeführt
werden. Die Hohlräume 20 und der Trenngraben 26 können
in diesem Fall durch ein einziges Ätzverfahren in das Halbleitersubstrat 10 geätzt
werden. Dies reduziert die Anzahl der Verfahrensschritte zusätzlich.The basis of the 1C and 1D Of course, the etching steps shown can also be carried out simultaneously. The cavities 20 and the divider 26 can in this case by a single etching process in the semiconductor substrate 10 be etched. This additionally reduces the number of process steps.
Anschließend
kann die Maske von der Unterseite 16 des Halbleitersubstrats 10 entfernt
werden.Subsequently, the mask can from the bottom 16 of the semiconductor substrate 10 be removed.
1E zeigt
eine Oberseite 12 des Halbleitersubstrats 10 mit
der Isolierschicht 14 nach einem Ätzen von Kontaktierungsöffnungen 40 durch
die Isolierschicht 14. Unter der Isolierschicht 14 sind
die aus dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildeten elektrisch isolierten
Halbleiterbereiche 32 bis 38 zu erkennen. 1E shows a top 12 of the semiconductor substrate 10 with the insulating layer 14 after etching contact holes 40 through the insulating layer 14 , Under the insulating layer 14 are the ones from the semiconductor substrate 10 formed electrically insulated semiconductor regions 32 to 38 to recognize.
Das Ätzen
der Kontaktierungsöffnungen 40 kann dabei nach
einem Aufbringen und einem entsprechenden Strukturieren einer Maske
auf der Isolierschicht 14 erfolgen, wie es oben bereits
erklärt ist. Die Kontaktierungsöffnungen 40 bieten
eine Möglichkeit zum getrennten Ansteuern der Halbleiterbereiche 32 bis 38.
Auf die genaue Funktion der Halbleiterbereiche 32 bis 38 wird
unten noch genauer eingegangen.The etching of the contacting openings 40 can after applying and a corresponding structuring of a mask on the insulating layer 14 done as already explained above. The contacting openings 40 offer a possibility for separately driving the semiconductor regions 32 to 38 , On the exact function of the semiconductor regions 32 to 38 will be discussed in more detail below.
2A bis 2D zeigen
Querschnitte durch ein Halbleitersubstrat zur weiteren Darstellung der
ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für
ein mikromechanisches Bauelement. 2A to 2D show cross sections through a semiconductor substrate to further illustrate the first embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device.
2A zeigt
einen Querschnitt durch ein Bodenhalbleitersubstrat 50 nach
einem Aufbringen einer Zwischenisolierschicht 54 auf einer
Oberseite 56 eines Bodenhalbleitersubstrats 50 und
einem Ausbilden einer Kaverne 52 in dem Bodenhalbleitersubstrat 50.
Beispielsweise wird die Kaverne 52 in das Bodenhalbleitesubstrat 50,
beispielsweise ein Siliziumsubstrat, geätzt. Das Ätzen
der Kaverne 52 kann entsprechend dem oben beschriebenen Ätzverfahren geschehen.
Die Kaverne 52 weist dabei eine Brei te b1 auf, welche der
Ausdehnung des im Weiteren gebildeten gekapselten Aktors entsprechen
kann. Anschließend kann die Zwischenisolierschicht 54,
beispielsweise aus Glas wie Borosilikatglas, auf die nicht geätzten
Flächen der Oberseite 56 aufgebracht werden. Als
Alternative zu diesem Verfahren ist es auch möglich, unter
Verwendung eines Ätzmaterials, welches die Zwischenisolierschicht 54 angreift,
die Kaverne 52 zu ätzen und anschließend
die Zwischenisolierschicht 54, beispielsweise aus Glas
wie Borosilikatglas, auf die nicht geätzten Flächen
der Oberseite 56 aufzubringen. 2A shows a cross section through a bottom semiconductor substrate 50 after application of an intermediate insulating layer 54 on a top 56 a bottom semiconductor substrate 50 and forming a cavern 52 in the bottom semiconductor substrate 50 , For example, the cavern 52 in the bottom semiconductor substrate 50 , For example, a silicon substrate, etched. The etching of the cavern 52 can be done according to the etching method described above. The cavern 52 has a porridge te b1, which may correspond to the extent of the encapsulated actuator formed in the following. Subsequently, the Zwischenisolierschicht 54 For example, of glass such as borosilicate glass, on the non-etched surfaces of the top 56 be applied. As an alternative to this method, it is also possible to use an etching material comprising the intermediate insulating layer 54 attacks, the cavern 52 to etch and then the Zwischenisolierschicht 54 For example, of glass such as borosilicate glass, on the non-etched surfaces of the top 56 applied.
2B zeigt
einen Querschnitt durch das Bodenhalbleitersubstrat 50 und
ein auf der Zwischenisolierschicht 54 befestigtes zweites
Halbleitersubstrat 58. Das zweite Halbleitersubstrat 58,
vorzugsweise aus Silizium, kann über ein Aufglasverfahren, ein
Lötverfahren, ein Klebeverfahren, ein eutektisches Bondverfahren
oder über ein Thermokompressionsbonden an der Zwischenisolierschicht 54 befestigt
werden. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Zwischenisolierschicht 54 und
dem zweiten Halbleitersubstrat 58 stabil und hermetisch. 2 B shows a cross section through the bottom semiconductor substrate 50 and one on the intermediate insulating layer 54 attached second semiconductor substrate 58 , The second semiconductor substrate 58 , preferably of silicon, may be deposited on the interlayer insulating layer by a overglaze process, a soldering process, an adhesive process, a eutectic bonding process or a thermocompression bonding 54 be attached. Preferably, the connection is between the intermediate insulating layer 54 and the second semiconductor substrate 58 stable and hermetic.
Anschließend
kann ein chemisches und/oder mechanisches Polierverfahren ausgeführt
werden, um eine Oberfläche 60 des zweiten Halbleitersubstrats 58 zu
glätten und/oder die Schichtdicke des zweiten Halbleitersubstrats 58 auf
eine Höhe h2 zu reduzieren, welche der gewünschten
Höhe des zu bildenden Aktors entspricht.Subsequently, a chemical and / or mechanical polishing process may be performed to form a surface 60 of the second semiconductor substrate 58 to smooth and / or the layer thickness of the second semiconductor substrate 58 to reduce to a height h2, which corresponds to the desired height of the actuator to be formed.
2C zeigt
einen Querschnitt durch die beiden Halbleitersubstrate 50 und 58 nach
einem Aufbringen von Metallschichten 62 und isolierenden Pufferschichten 64 auf
der Oberfläche 60 des zweiten Halbleitersubstrats 58.
Auf die Funktion der Metallschichten 62 und der isolierenden
Pufferschichten 64 wird unten noch genauer eingegangen.
Gegebenenfalls kann auch eine reflektierende Schicht als Spiegelschicht
auf die Oberfläche 60 des zweiten Halbleitersubstrats 58 aufgebracht
werden, falls der hergestellte gekapselte Aktor als Bestandteil
einer Mikrospiegelvorrichtung verwendet wird und die Oberflächengüte
des zweiten Halbleitersubstrats 58 für die spätere
Verwendung nicht genügt. 2C shows a cross section through the two semiconductor substrates 50 and 58 after application of metal layers 62 and insulating buffer layers 64 on the surface 60 of the second semiconductor substrate 58 , On the function of the metal layers 62 and the insulating buffer layers 64 will be discussed in more detail below. Optionally, a reflective layer as a mirror layer on the surface 60 of the second semiconductor substrate 58 are applied, if the produced encapsulated actuator is used as part of a micromirror device and the surface quality of the second semiconductor substrate 58 not enough for later use.
2D zeigt
einen Querschnitt durch die beiden Halbleitersubstrate 50 und 58 nach
einem Ätzverfahren zum Bilden des Aktors 66 aus
dem Material des zweiten Halbleitersubstrats 58. Ein Verfahren
zum Bilden von Strukturen aus einem Halbleitersubstrat 58 ist
oben schon beschrieben und wird hier deshalb nicht noch einmal erläutert. 2D shows a cross section through the two semiconductor substrates 50 and 58 after an etching process to form the actuator 66 from the material of the second semiconductor substrate 58 , A method of forming structures from a semiconductor substrate 58 has already been described above and will therefore not be explained again here.
Der
aus dem zweiten Halbleitersubstrat 58 gebildete Aktor 66 ist
auf vier Seiten von einem ebenfalls aus dem zweiten Halbleitersubstrat 58 gebildeten
Aktorrahmen 68 umgeben. Der Aktorrahmen 68 bildet
somit zusammen mit der Zwischenisolierschicht 54 und dem
Bodenhalbleitersubstrat 50 eine Schutzeinrichtung bzw.
Kapsel für den Aktor 66. Der Aktor 66 kann
deshalb auch als gekapselter Aktor 66 bezeichnet werden.The from the second semiconductor substrate 58 educated actor 66 is on four sides of one also from the second semiconductor substrate 58 shape Actuator frame 68 surround. The actuator frame 68 thus forms together with the Zwischenisolierschicht 54 and the bottom semiconductor substrate 50 a protective device or capsule for the actuator 66 , The actor 66 can therefore also be used as an encapsulated actuator 66 be designated.
Der
Aktor 66 ist einstückig mit dem Aktorrahmen 68 ausgebildet.
Auf die Funktionsweise des Aktors wird unten noch genauer eingegangen.The actor 66 is integral with the actuator frame 68 educated. The operation of the actuator will be discussed in more detail below.
3 zeigt
einen Querschnitt durch eine elektrostatische Aktorvorrichtung zur
weiteren Darstellung der ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens
für ein mikromechanisches Bauelement. 3 shows a cross section through an electrostatic actuator device to further illustrate the first embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device.
Die
gezeigte elektrostatische Aktorvorrichtung 100 umfasst
die elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32 und 34 mit
der aus der Isolierschicht 14 und dem zweiten Rahmenteil 30 gebildeten
Schutzvorrichtung (siehe 1D) und
den gekapselten Aktor 66 (siehe 2D). Die
Kapselung des Aktors 66 ist realisiert durch den Aktorrahmen 68,
die Zwischenisolierschicht 54 und das Bodenhalbleitersubstrat 50 mit
der Kaverne 52.The electrostatic actuator device shown 100 includes the electrically isolated semiconductor regions 32 and 34 with the out of the insulating layer 14 and the second frame part 30 formed protection device (see 1D ) and the encapsulated actuator 66 (please refer 2D ). The encapsulation of the actuator 66 is realized by the actuator frame 68 , the intermediate insulating layer 54 and the bottom semiconductor substrate 50 with the cavern 52 ,
Zum
Zusammensetzen der elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32 und 34 mit
der Schutzvorrichtung und des gekapselten Aktors 66 ist
das zweite Rahmenteil 30 ist mit dem Aktorrahmen 68 fest verbunden.
Diese feste Verbindung kann beispielsweise über Sealglass-Ronden 102 realisiert
werden, wozu das Sealglass geeignet strukturiert zwischen dem zweiten
Rahmenteil 30 und dem Aktorrahmen 68 aufgebracht
wird.For assembling the electrically isolated semiconductor regions 32 and 34 with the protection device and the encapsulated actuator 66 is the second frame part 30 is with the actuator frame 68 firmly connected. This solid compound can for example via Sealglass round blanks 102 be realized, including the Sealglass suitable structured between the second frame part 30 and the actuator frame 68 is applied.
Die
elektrisch isolierten Bereiche 32 und 34 und der
Aktor 66 sind in allen Raumrichtungen von der Isolierschicht 14,
dem zweiten Rahmenteil 30, den Sealglass-Ronden 102,
dem Aktorrahmen 68, der Zwischenisolierschicht 54 und
der Kaverne 52 des Bodenhalbleitersubstrats 50 umgeben.
Die Komponenten 32, 34 und 66 sind damit
gut vor Verschmutzungen geschützt.The electrically isolated areas 32 and 34 and the actor 66 are in all spatial directions of the insulating layer 14 , the second frame part 30 , the Sealglass discs 102 , the actuator frame 68 , the intermediate insulation layer 54 and the cavern 52 of the bottom semiconductor substrate 50 surround. The components 32 . 34 and 66 are thus well protected against contamination.
4 zeigt
in Draufsicht ein erstes Beispiel einer Kontaktierung einer elektrostatischen
Aktorvorrichtung. Die Kontaktierung umfasst dabei die schon genannten
Metallschichten 62, welche als Leitungen zum Verbinden
der elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32, 34, 36 und 38 und
des Aktors 66 mit einer nicht dargestellten Steuervorrichtung
ausgebildet sind. 4 shows in plan view a first example of a contacting of an electrostatic actuator device. The contacting comprises the already mentioned metal layers 62 , which are used as lines for connecting the electrically insulated semiconductor regions 32 . 34 . 36 and 38 and the actor 66 are formed with a control device, not shown.
Die
Metallschichten 62 sind fast vollständig von den
(nicht gezeigten) isolierenden Pufferschichten umgeben. Nur die
an den Enden der Leitungen gebildeten Kontaktpunkte 104 sind
nicht in die isolierenden Pufferschichten eingebettet. Jedem der
vier elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32, 34, 36 und 38 ist
ein Kontaktpunkt 104 zugeordnet. Damit besteht die Möglichkeit,
jeden der vier elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32, 34,36 und 38 getrennt
anzusteuern. Auch der Aktor 66 weist einen Kontaktpunkt 104 auf.The metal layers 62 are almost completely surrounded by the insulating buffer layers (not shown). Only the contact points formed at the ends of the lines 104 are not embedded in the insulating buffer layers. Each of the four electrically isolated semiconductor regions 32 . 34 . 36 and 38 is a contact point 104 assigned. This gives the possibility of each of the four electrically isolated semiconductor regions 32 . 34 . 36 and 38 to drive separately. Also the actor 66 has a contact point 104 on.
5 zeigt
in Draufsicht ein zweites Beispiel einer Kontaktierung einer elektrostatischen
Aktorvorrichtung. Die Aktorvorrichtung 110 umfasst die
elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32 bis 38 mit
der Schutzvorrichtung mit den durch die Isolierschicht 14 geätzten
Kontaktierungsöffnungen 40 (siehe 1E) und
den gekapselten Aktor 66. Allerdings weist der gekapselte
Aktor 66 der Aktorvorrichtung 110 keine Metallschichten
auf dem Aktorrahmen 68 auf. 5 shows in plan view a second example of a contacting of an electrostatic actuator device. The actuator device 110 includes the electrically isolated semiconductor regions 32 to 38 with the protective device with the through the insulating layer 14 etched contacting openings 40 (please refer 1E ) and the encapsulated actuator 66 , However, the encapsulated actuator 66 the actuator device 110 no metal layers on the actuator frame 68 on.
Die
Kontaktierung der elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32 bis 38 erfolgt über
die Kontaktierungsöffnungen 40, wobei jedem der
vier elektrisch isolierten Halbleiterbereiche 32 bis 38 je
eine Kontaktierungsöffnung 40 zugeordnet ist.
Eine derartige Kontaktierung erfordert einen geringen Fertigungsaufwand
und reduziert somit die Herstellungskosten für die Aktorvorrichtung 110.The contacting of the electrically isolated semiconductor regions 32 to 38 takes place via the contacting openings 40 wherein each of the four electrically isolated semiconductor regions 32 to 38 one contact opening each 40 assigned. Such contacting requires a low production cost and thus reduces the manufacturing cost of the actuator device 110 ,
6A bis 6D zeigen
einen Querschnitt durch ein Halbleitersubstrat zur Darstellung einer zweiten
Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für
ein mikromechanisches Bauelement. 6A to 6D show a cross section through a semiconductor substrate for illustrating a second embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device.
6A zeigt
ein erstes Halbleitersubstrat 200 nach einem Aufbringen
einer Oxidmaske 204 auf einer Unterseite 202 des
ersten Halbleitersubstrats 200, einem Strukturieren der
Oxidmaske 204 und einem anschließendem Ätzen
von Gräben 206 in das erste Halbleitersubstrat 200.
Das Strukturieren der Oxidmaske 204 und das Ätzen
der Gräben 206 kann dabei mittel herkömmlicher
Verfahren ausgeführt werden. 6A shows a first semiconductor substrate 200. after applying an oxide mask 204 on a bottom 202 of the first semiconductor substrate 200. , a structuring of the oxide mask 204 and then etching trenches 206 in the first semiconductor substrate 200. , The structuring of the oxide mask 204 and the etching of the trenches 206 can be carried out by conventional methods.
Die
in das erste Halbleitersubstrat 200 eingeätzten
Graben 206 weisen eine Tiefe auf, welche deutlich unter
der Schichtdicke des Halbleitersubstrats 200 liegt. Die
aus dem Material des Halbleitersubstrats 200 gebildeten
Halbleiterplatten 208 sind damit auch nach dem Ätzverfahren
noch mit dem Halbleitersubstrat 200 einstückig
verbunden.The in the first semiconductor substrate 200. etched trench 206 have a depth which is well below the layer thickness of the semiconductor substrate 200. lies. The from the material of the semiconductor substrate 200. formed semiconductor plates 208 are thus still after the etching process still with the semiconductor substrate 200. integrally connected.
6B zeigt
einen Querschnitt durch das erste Halbleitersubstrat 200 und
ein an der Oxidmaske 204 befestigtes zweites Halbleitersubstrat 210. Das
zweite Halbleitersubstrat 210 kann unter Verwendung der
oben schon genannten Verfahren an der Oxidmaske 204 befestigt
werden. Als Alternative dazu kann die Oxidmaske 204 auch
von der Unterseite 202 entfernt werden und durch eine Zwischenisolierschicht
ersetzt werden. 6B shows a cross section through the first semiconductor substrate 200. and one on the oxide mask 204 attached second semiconductor substrate 210 , The second semiconductor substrate 210 can be done using the above-mentioned methods on the oxide mask 204 be attached. Alternatively, the oxide mask 204 also from the bottom 202 are removed and replaced by an intermediate insulating layer.
Anschließend
kann ein chemisches und/oder mechanisches Polierverfahren ausgeführt
werden, um die Schichtdicke des zweiten Halbleitersubstrats 210 auf
eine gewünschte Höhe h3 für den mittels
des beschriebenen Verfahrens gebildeten Aktor zu reduzieren.Subsequently, a chemical and / or mechanical polishing method are performed to the layer thickness of the second semiconductor substrate 210 to reduce to a desired height h3 for the actuator formed by the described method.
6C zeigt
einen Querschnitt durch die beiden Halbleitersubstrate 200 und 210 nach
einem Ätzen eines Aktors 212 aus dem Material
des zweiten Halbleitersubstrats 210. Der Aktor 212 ist über
einen Isoliergraben 214 von einem ebenfalls aus dem zweiten
Halbleitersubstrat 210 gebildeten Aktorrahmen 216 getrennt.
Das Ätzverfahren zum Bilden des Aktors 212 und
des Aktorrahmens 216 ist ähnlich dem oben schon
beschriebenen Verfahren und wird deshalb hier nicht genauer beschrieben. 6C shows a cross section through the two semiconductor substrates 200. and 210 after etching an actuator 212 from the material of the second semiconductor substrate 210 , The actor 212 is over an isolation trench 214 from one also from the second semiconductor substrate 210 formed Aktorrahmen 216 separated. The etching process for forming the actuator 212 and the actuator frame 216 is similar to the method already described above and therefore will not be described in detail here.
6D zeigt
einen Querschnitt durch die beiden Halbleitersubstrate 200 und 210 nach
einem Aufbringen einer Metallbeschichtung 218 auf eine Unterseite 220 des
zweiten Halbleitersubstrats 210. Die Metallbeschichtung 218,
beispielsweise aus Aluminiumkupfer (AlCu), dient zur Kontaktierung
des aus dem zweiten Halbleitersubstrat 210 gebildeten Aktors 212.
Um Kurzschlüsse durch die Metallbeschichtung zu vermeiden,
kann das Material der Metallbeschichtung 218 aus einer
Richtung 221, welche mit einer Oberfläche der
Oxidmaske 204, der Zwischenisolierschicht und/oder eines
der beiden Halbleitersubstrate 200 und 210 einen
Winkel ungleich 90 Grad einschließt, auf die Unterseite 220 gesputtert werden.
Die Richtung, aus welcher das Material gesputtert wird, weicht damit
mit einem Winkel α ungleich Null von der in einem rechten
Winkel durch die beiden Halbleitersubstrate 200 und 210 verlaufenden Senkrechten 219 ab.
In diesem Fall schatten sich die Gräben gegenseitig ab
und verhindern somit die Bildung einer Metallschicht an den Boden
der Gräben. 6D shows a cross section through the two semiconductor substrates 200. and 210 after applying a metal coating 218 on a bottom 220 of the second semiconductor substrate 210 , The metal coating 218 For example, of aluminum copper (AlCu), is used for contacting the from the second semiconductor substrate 210 formed actor 212 , To avoid short circuits due to the metal coating, the material of the metal coating can 218 from one direction 221 , which with a surface of the oxide mask 204 , the interlayer insulating layer and / or one of the two semiconductor substrates 200. and 210 an angle not equal to 90 degrees, on the underside 220 be sputtered. The direction from which the material is sputtered, thus deviates at an angle α not equal to zero from that at a right angle through the two semiconductor substrates 200. and 210 extending vertical 219 from. In this case, the trenches shadow each other and thus prevent the formation of a metal layer at the bottom of the trenches.
Als
Alternative zu diesem Verfahren kann vor einem Ätzen der
Gräben in das zweite Halbleitersubstrat 210 eine
strukturierte Metallbeschichtung auf die Unterseite 220 aufgebracht
werden. Anschließend werden die Gräben in die
unbedeckten Teilflächen der Unterseite 220 geätzt.As an alternative to this method, prior to etching the trenches into the second semiconductor substrate 210 a textured metal coating on the bottom 220 be applied. Subsequently, the trenches are in the uncovered faces of the bottom 220 etched.
Als
weitere Alternative kann vor einem Ätzen der Gräben
die Unterseite 220 vollständig mit einer Metallschicht
bedeckt werden. Dann wird eine Lackmaske auf die Metallschicht aufgebracht
und entsprechend der gewünschten Lagen und Ausdehnungen
der Gräben strukturiert. Anschließend wird zuerst
die Metallschicht und dann das zweite Halbleitersubstrat 210 unter
Verwendung der gleichen strukturierten Lackmaske geätzt.As another alternative, prior to etching the trenches, the underside 220 completely covered with a metal layer. Then, a resist mask is applied to the metal layer and patterned according to the desired positions and dimensions of the trenches. Subsequently, first the metal layer and then the second semiconductor substrate 210 etched using the same textured resist mask.
Die
auf diese Weise hergestellte, in 6D in
einem Zwischenzustand gezeigte elektrostatische Aktorvorrichtung
umfasst nur zwei Elektroden, welche getrennt angesteuert werden
können. Die elektrostatische Aktorvorrichtung eignet sich
deshalb ausschließlich für den einachsigen, resonanten
Betrieb. Allerdings weist die elektrostatische Aktorvorrichtung
einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf und lässt sich
relativ kostengünstig herstellen. Des Weiteren bietet sich
die Möglichkeit, für einen zweiachsigen Betrieb
zwei derartige elektrostatische Aktorvorrichtung zu kombinieren.The produced in this way, in 6D The electrostatic actuator device shown in an intermediate state comprises only two electrodes which can be driven separately. The electrostatic actuator device is therefore suitable exclusively for uniaxial, resonant operation. However, the electrostatic actuator device has a comparatively simple structure and can be produced relatively inexpensively. Furthermore, it is possible to combine two such electrostatic actuator device for a biaxial operation.
7A bis 7E zeigen
einen Querschnitt durch ein Halbleitersubstrat zur Darstellung einer dritten
Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für
ein mikromechanisches Bauelement. 7A to 7E show a cross section through a semiconductor substrate to illustrate a third embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device.
7A zeigt
ein Halbleitersubstrat 300 nach einem Aufbringen einer
Isolierschicht 302 auf eine Oberseite 304 des
Halbleitersubstrats 300 und nach einem anschließenden
Strukturieren des Halbleitersubstrats 300. Die Isolierschicht 302 kann
vorzugsweise eine Glasschicht sein. Zum Strukturieren des Halbleitersubstrats 300 wird
beispielsweise eine Oxidmaske 306 auf eine Unterseite 308 des
Halbleitersubstrats 300 aufgetragen. Anschließend
wird die Oxidmaske 306 so strukturiert, dass sie Aussparungen
aufweist, deren Größe und Lage den anschließend
zu ätzenden Hohlräumen 310, welche die
später als Elektroden dienenden Halbleiterbereiche 312 und 314 voneinander
trennen, entsprechen. Zusätzlich wird in der Maske 314 eine
Aussparung ausgebildet, welche einen in das Halbleitersubstrat 300 einzuätzenden
Trenngraben 316 entspricht, zur Unterteilung des Halbleitersubstrats 300 in
die Halbleiterbereiche 312 und 314 und in ein
Rahmenteil 318. Anschließend wird ein Ätzverfahren,
vorzugsweise ein RIE-Verfahren, ausgeführt, um die Halbleiterbereiche 312 und 314 und
das Rahmenteil 318 aus dem Material des Halbleitersubstrats 300 zu
bilden. 7A shows a semiconductor substrate 300 after applying an insulating layer 302 on a top 304 of the semiconductor substrate 300 and after a subsequent patterning of the semiconductor substrate 300 , The insulating layer 302 may preferably be a glass layer. For structuring the semiconductor substrate 300 For example, an oxide mask 306 on a bottom 308 of the semiconductor substrate 300 applied. Subsequently, the oxide mask 306 structured so that it has recesses whose size and location to be subsequently etched cavities 310 , which serve the later serving as electrodes semiconductor regions 312 and 314 separate from each other. Additionally, in the mask 314 formed a recess, which in the semiconductor substrate 300 to be etched separation trench 316 corresponds to the subdivision of the semiconductor substrate 300 into the semiconductor areas 312 and 314 and in a frame part 318 , Subsequently, an etching process, preferably an RIE process, is performed around the semiconductor regions 312 and 314 and the frame part 318 from the material of the semiconductor substrate 300 to build.
7B zeigt
einen Querschnitt durch das erste Halbleitersubstrat 300 und
ein an der Oxidschicht 306 befestigtes zweites Halbleitersubstrat 320.
Beispielsweise kann das Befestigen des zweiten Halbleitersubstrats 320 an
der Oxidschicht 306 durch ein eutektisches Ronden oder
ein Thermokompressionsbonden erfolgen. Als Alternative dazu besteht
auch die Möglichkeit, die Oxidschicht 306 von der
Unterseite 308 zu entfernen und eine andere Zwischenisolierschicht
anstelle der Oxidschicht 306 auf die Unterseite 308 aufzubringen. 7B shows a cross section through the first semiconductor substrate 300 and one on the oxide layer 306 attached second semiconductor substrate 320 , For example, attaching the second semiconductor substrate 320 at the oxide layer 306 by eutectic blanks or thermocompression bonding. As an alternative, there is also the possibility of the oxide layer 306 from the bottom 308 to remove and another Zwischenisolierschicht instead of the oxide layer 306 on the bottom 308 applied.
Das
zweite Halbleitersubstrat 320 kann gegebenenfalls um funktionale
Zwischenschichten erweitert werden. Beispielsweise können
dabei die Form und die Eigenschaft des später aus dem zweiten
Halbleitersubstrat 320 gebildeten Aktors verändert
werden. Ein Beispiel dafür wäre eine epitaktische
Polysiliziumschicht (Epipoly).The second semiconductor substrate 320 may optionally be extended by functional interlayers. For example, while the shape and the property of the later from the second semiconductor substrate 320 formed actuator to be changed. An example would be an epitaxial polysilicon layer (Epipoly).
7C zeigt
einen Querschnitt durch die beiden Halbleitersubstrate 300 und 320 nach
einem Ausbilden eines Aktors 322 aus dem Material des zweiten
Halbleitersubstrats 320. 7D zeigt
eine Unterseite 324 des Aktors 322 und des den
Aktor 322 auf vier Seiten vollständig umgebenden
Aktorrahmens 326. Da das Verfahren zum Bilden des Aktors 322 und
des Aktorrahmens 326 oben bereits beschrieben ist, wird
es hier nicht noch einmal erläutert. 7C shows a cross section through the two semiconductor substrates 300 and 320 after one Forming an actor 322 from the material of the second semiconductor substrate 320 , 7D shows a bottom 324 of the actor 322 and of the actor 322 on four sides completely surrounding Aktorrahmens 326 , As the method of forming the actuator 322 and the actuator frame 326 already described above, it will not be explained again here.
Zusätzlich
zu der Strukturierung des Aktors 322 können auch
Kontaktierungsöffnungen 328 durch das zweite Halbleitersubstrat 320 geätzt
werden. Über die Kontaktierungsöffnungen 328 können beispielsweise
die aus dem ersten Halbleitersubstrat 300 gebildeten elektrisch
isolierten Halbleiterbereiche 312 und 314 getrennt
voneinander angesteuert werden.In addition to the structuring of the actuator 322 can also contact openings 328 through the second semiconductor substrate 320 be etched. About the contact openings 328 For example, those from the first semiconductor substrate 300 formed electrically isolated semiconductor regions 312 and 314 be controlled separately from each other.
7E zeigt
einen Querschnitt durch die beiden Halbleitersubstrate 300 und 320 nach
einem Aufbringen einer Metallbeschichtung 330 auf eine Unterseite 324 des
Aktors 322 und des Aktorrahmens 326. Die Metallbeschichtung 330 dient
zur Kontaktierung des Aktors 322. 7E shows a cross section through the two semiconductor substrates 300 and 320 after applying a metal coating 330 on a bottom 324 of the actor 322 and the actuator frame 326 , The metal coating 330 serves to contact the actuator 322 ,
Auch
bei diesem Verfahren kann das Material der Metallbeschichtung 330,
beispielsweise Aluminiumkupfer, aus einer Richtung 332 abweichend
von einer die Halbleitersubstrate 300 und 320 im
rechten Winkel schneidenden Senkrechten 334 auf die Unterseite 324 des
Aktors 322 und des Aktorrahmens 326 gesputtert
werden. Die Gräben schatten sich dabei gegenseitig ab,
und verhindern somit die Bildung einer Metallschicht auf dem Boden
der Gräben. Auf diese Weise können Kurzschlüsse
beim späteren Betrieb der elektrostatische Aktorvorrichtung
vermieden werden. Selbstverständlich können auch
die oben bereits beschriebenen alternativen Verfahren zum vorteilhaften
Bilden der Metallbeschichtung 330 ausgeführt werden.Also in this method, the material of the metal coating 330 , For example, aluminum copper, from one direction 332 different from one the semiconductor substrates 300 and 320 right-angled verticals 334 on the bottom 324 of the actor 322 and the actuator frame 326 be sputtered. The trenches shadow each other, thus preventing the formation of a metal layer on the bottom of the trenches. In this way, short circuits during later operation of the electrostatic actuator device can be avoided. Of course, the alternative methods already described above for advantageously forming the metal coating can also be used 330 be executed.
8 zeigt
einen Querschnitt durch zwei zusammen gehaltene Halbleitersubstrate
zur Darstellung einer vierten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens
für ein mikromechanisches Bauelement. Die beiden Halbleitersubstrate 402 und 404 sind
mittels einer Isolierschicht 400 fest miteinander verbunden.
Das Befestigen der beiden Halbleitersubstrate 402 und 404 aneinander
kann mittels eines Aufglasverfahrens, eines Lötverfahrens,
eines Klebeverfahrens, eines eutektisches Bondverfahrens und/oder
mittels eines Thermokompressionsbondens realisiert werden. 8th shows a cross section through two semiconductor substrates held together to illustrate a fourth embodiment of the manufacturing method for a micromechanical device. The two semiconductor substrates 402 and 404 are by means of an insulating layer 400 firmly connected. The fastening of the two semiconductor substrates 402 and 404 can be realized by means of a Aufglasverfahrens, a soldering process, an adhesive method, a eutectic bonding method and / or by means of a thermocompression bonding.
Nach
einem Zusammenkoppeln der beiden Halbleitersubstrate 402 und 404 wird
das obere Halbleitersubstrat 402 so geätzt, dass
die später als Elektroden dienenden Halbleiterbereiche 406 und 408 und
ein die Halbleiterbereiche 406 und 408 auf vier Seiten
umgebendes Rahmenteil 410 aus dem Material des oberen Halbleitersubstrats 402 gebildet
wird. Zum Ätzen der Halbleiterbereiche 406 und 408 und des
Rahmenteils 410 wird auf das oben schon beschriebene Ätzverfahren
verwiesen.After a coupling together of the two semiconductor substrates 402 and 404 becomes the upper semiconductor substrate 402 etched so that the later serving as electrodes semiconductor regions 406 and 408 and one of the semiconductor regions 406 and 408 on four sides surrounding frame part 410 from the material of the upper semiconductor substrate 402 is formed. For etching the semiconductor regions 406 and 408 and the frame part 410 Reference is made to the above-described etching method.
Anschließend
kann eine (nicht skizzierte) Halbleiterschicht auf der dem zweiten
Halbleitersubstrat 404 entgegen gesetzten Seite 412 des
oberen Halbleitersubstrats 402 aufgebracht werden. Das Verfahren
wird dann gemäß den schon anhand der 7C bis 7E erläuterten
Schritten fortgesetzt.Subsequently, a (not shown) semiconductor layer on the second semiconductor substrate 404 opposite side 412 of the upper semiconductor substrate 402 be applied. The method is then according to already with reference to the 7C to 7E continued steps.
9 zeigt
eine Draufsicht auf eine elektrostatische Aktorvorrichtung zur Veranschaulichung
einer Funktionsweise einer elektrostatischen Aktorvorrichtung. 9 shows a plan view of an electrostatic actuator device for illustrating an operation of an electrostatic actuator device.
Die
elektrostatische Aktorvorrichtung 500 umfasst vier als
Elektroden ausgebildete elektrisch isolierte Halbleiterbereiche 502 bis 508,
einen in einer Ebene unter den vier Halbleiterbereichen 502 bis 508 angeordneten
Aktor 510 und einen Schutzrahmen 512. Der Schutzrahmen 512 umgibt
die Halbleiterbereiche 502 bis 508 und den Aktor 510 auf
vier Seiten. Auf der von dem Schutzrahmen 512 nicht abgedeckten
Oberseite der Halbleiterbereiche 502 bis 508 und
des Aktors 510 ist eine (nicht skizzierte) Isolierschicht
angeordnet. Auch die Unterseite der Halbleiterbereiche 502 bis 508 und
des Aktors 510 ist durch eine (nicht skizzierte) Schutzkapsel,
beispielsweise ein Bodenhalbleitersubstrat mit einer Kaverne, abgedeckt.
Die der Halbleiterbereiche 502 bis 508 und der
Aktor 510 sind somit vor Verschmutzungen geschützt.The electrostatic actuator device 500 comprises four electrically insulated semiconductor regions formed as electrodes 502 to 508 one in a plane below the four semiconductor areas 502 to 508 arranged actuator 510 and a protective frame 512 , The protective frame 512 surrounds the semiconductor regions 502 to 508 and the actor 510 on four sides. On the of the protective frame 512 uncovered top of the semiconductor regions 502 to 508 and the actor 510 a (not sketched) insulating layer is arranged. Also the bottom of the semiconductor areas 502 to 508 and the actor 510 is covered by a protective capsule (not shown), for example a bottom semiconductor substrate with a cavity. That of the semiconductor areas 502 to 508 and the actor 510 are thus protected against contamination.
Die
vier Halbleiterbereiche 502 bis 508 dienen zum
gezielten Verstellen des Aktors 510 in zwei Raumrichtungen.
Werden die Elektrodenbereiche 502 bis 508 nicht
angesteuert, so befindet sich der Aktor 510 in seiner in 9 gezeigten
Ausgangsstellung.The four semiconductor areas 502 to 508 serve for targeted adjustment of the actuator 510 in two spatial directions. Be the electrode areas 502 to 508 not activated, this is the actuator 510 in his in 9 shown starting position.
Beispielhaft
wird hier die Funktionsweise der als Mikrospiegelvorrichtung ausgebildeten
elektrostatischen Aktorvorrichtung 500 beschrieben:
Bei
einem Zusammenschalten der Halbleiterbereiche 502 und 504 wird
der Aktor 510 um seine Längsachse 514 in
eine Richtung gedreht. Entsprechend dreht sich der Aktor 510 um
seine Längsachse in die Gegenrichtung, wenn die Halbleiterbereiche 506 und 508 zusammen
geschaltet werden.By way of example, the mode of operation of the electrostatic actuator device embodied as a micromirror device becomes exemplary 500 described:
When interconnecting the semiconductor regions 502 and 504 becomes the actor 510 around its longitudinal axis 514 turned in one direction. The actuator rotates accordingly 510 about its longitudinal axis in the opposite direction when the semiconductor regions 506 and 508 be switched together.
Werden
hingegen die Halbleiterbereiche 502 und 506 zusammengeschlossen,
so wird der Aktor 510 horizontal leicht ausgelenkt. Entsprechend
verhält sich der Aktor 510 auch bei einem Zusammenschließen
der Halbleiterbereiche 504 und 508.On the other hand, the semiconductor regions become 502 and 506 joined together, so will the actor 510 horizontally slightly deflected. The actor behaves accordingly 510 even with a merger of the semiconductor regions 504 and 508 ,
Auf
diese Weise kann ein auf dem Aktor 510 ausgebildeter (nicht
skizzierter) Spiegel in alle drei Raumrichtungen verstellt werden.
Die Anschlusspunkte 516 dienen dabei für eine
gezielte Kontaktierung des Aktors 510 und der vier elektrisch
isolierten Halbleiterbereiche 502 bis 508.In this way, one on the actuator 510 trained (not sketched) mirror can be adjusted in all three directions. The connection Points 516 serve for a targeted contacting of the actuator 510 and the four electrically isolated semiconductor regions 502 to 508 ,
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list
The documents listed by the applicant have been automated
generated and is solely for better information
recorded by the reader. The list is not part of the German
Patent or utility model application. The DPMA takes over
no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
- DE 19728598
A1 [0002] DE 19728598 A1 [0002]
-
- US 6891650 B2 [0002] US 6891650 B2 [0002]