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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Bauteilen.
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Stand der Technik
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Mikromechanische Bauteile, insbesondere Mikrospiegel-Arrays, werden in einer Vielzahl von Vorrichtungen verbaut. Oft ist es gewünscht, mehrere gleiche oder ähnliche Mikrospiegel-Arrays dicht aneinander platzieren zu können, um große Flächen etwa mit Mikrospiegeln abzudecken.
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In der
US 8 361 331 B2 ist ein mikroelektromechanischer Spiegel und ein entsprechendes Herstellungsverfahren beschrieben. Dabei sind flache Elektroden, durch welche der Spiegel bewegbar ist, an einer Oberfläche eines CMOS-Chips, an welcher der Spiegel ausgebildet ist, parallel zu der Oberfläche angeordnet.
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Außerdem beschreiben die
US 2003 / 0 122 206 A1 , die
DE 10 2011 006 100 A1 , die
DE 10 2008 025 599 A1 , die
US 2013 / 0 249 109 A1 und die
US 2012 / 0 018 852 A1 mikromechanische Bauteile, welche jeweils ein Substrat mit ersten Leiterbahnen auf einer ersten Seite des Substrats, zweiten Leiterbahnen auf einer zweiten Seite des Substrats und mit mehreren Aktoreinrichtungen mit je mindestens einer Statorelektrode und je mindestens einer Aktorelektrode und mindestens einen ASIC haben. Ähnliche mikromechanische Bauteile sind auch in der
US 2005 / 0 161 749 A1 offenbart.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Bauteilen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf der Oberfläche eines mikromechanischen Bauteils eine stabile Rahmenstruktur vorgesehen werden, um die einzelnen Bauteile von oben greifen oder bearbeiten zu können. Insbesondere können die beispielsweise im Waferverbund erzeugten Bauteile vereinzelt werden, ohne die empfindliche aktive Oberfläche der Bauteile, beispielsweise Spiegelelemente von Mikrospiegeln, mechanisch zu belasten. Die erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteile können zudem je nach einer erreichbaren oder gewünschten Positionierungsgenauigkeit des Bauteils unterschiedlich ausgebildet werden. Dadurch kann eine sehr gute Balance zwischen einer möglichst großen aktiven Oberfläche der Bauteile und einer verringerten Gefahr der seitlichen Beschädigung (Partikelrisiko) bereitgestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein zweites Substrat mit einer zweiten Vorderseite und einer von der zweiten Vorderseite abgewandten zweiten Rückseite über seine zweite Vorderseite an, über und/oder auf den zweiten Leiterbahnen befestigt, wobei die mindestens eine Ansteuer-ASIC in mindestens einer an der zweiten Vorderseite des zweiten Substrat ausgebildeten Aussparung angeordnet wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden mehrere voneinander beabstandete Spiegelelemente aus einer Halbleiterschicht eines Wafers unter Nutzung einer zwischen der Halbleiterschicht und einem Grundsubstrat des Wafers liegenden Isolierschicht als Ätzstoppschicht herausgeätzt, wobei die Spiegelelemente an, über und/oder auf den ersten Leiterbahnen befestigt werden, wobei zum Freistellen der Spiegelelemente das Grundsubstrat und die Isolierschicht entfernt werden, und wobei spiegelnde Oberflächen auf den freigestellten Spiegelelementen ausgebildet werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1a bis 1g querschnittsartige Seitenansichten und draufsichtsartige Ansichten eines mittels einer Ausführungsform des Verfahrens hergestellten mikromechanischen Bauteils, wobei 1e-i bis 1e-iv die draufsichtsartigen Ansichten verschiedener Abschnitte schematisch wiedergeben;
- 2 eine querschnittsartige Seitenansicht eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt; und
- 3 eine querschnittsartige Seitenansicht eines weiteren mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1a bis 1g zeigen querschnittsartige Seitenansichten und draufsichtsartige Ansichten eines mittels einer Ausführungsform des Verfahrens hergestellten mikromechanischen Bauteils, wobei 1e-i - 1e-iv die draufsichtsartigen Ansichten verschiedener Abschnitte schematisch wiedergeben.
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In einem ersten Verfahrensschritt werden gemäß 1a auf einer ersten Vorderseite F2 eines ersten Substrats 2 erste Leiterbahnen 3 ausgebildet. Das Substrat 2 kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Siliziumsubstrat (bzw. ein einkristallines Siliziumsubstrat) sein. Das Substrat 2 kann zumindest teilweise derart dotiert sein, dass es elektrisch leitfähige Bereiche aufweist. An einer von der ersten Vorderseite F2 abgewandten Seite des ersten Substrats 2 befindet sich die erste Rückseite B2 des ersten Substrats 2.
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Auf der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 wird mindestens ein Überbrückungselement 40, insbesondere aus einem Oxid, wie z.B. einem Siliziumdioxid, ausgebildet. Das mindestens eine Überbrückungselement 40 kann im weiteren Herstellungsverfahren dazu dienen, miteinander gemeinsam hergestellte mikromechanische Bauteile bis zu ihrer Vereinzelung mechanisch zusammenzuhalten. Außerdem können in und/oder an den ersten Leiterbahnen 3 erste Kontakte 25, insbesondere Aluminiumkontakte 25, ausgebildet werden, auf deren Funktion unten noch eingegangen wird.
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1b zeigt einen Wafer 50, insbesondere einen SOI-Wafer, welcher ein Grundsubstrat 56, eine Halbleiterschicht 52 sowie eine zwischen dem Grundsubstrat 56 und der Halbleiterschicht 52 eingeschlossene Isolierschicht 54 aufweist. Die Abmessungen der Grundfläche des Wafers 50 können denen der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2, der ersten Rückseite B2 des ersten Substrats 2, einer zweiten Vorderseite F14 eines zweiten Substrats 14 und/oder einer zweiten Rückseite B14 des zweiten Substrats 14 (siehe 1d) entsprechen. Die Isolierschicht 54 weist insbesondere ein Oxid, wie z.B. Siliziumdioxid, auf. Vorteilhafterweise besteht die Isolierschicht 54 aus demselben Material oder denselben Materialien wie das mindestens eine Überbrückungselement 40, sodass die Isolierschicht 54 und das mindestens eine Überbrückungselement 40 in einem späteren Verfahrensschritt gemeinsam geätzt werden können.
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Aus der Halbleiterschicht 52 werden Spiegelelemente 6, 6' herausstrukturiert, beispielsweise durch Ätzen, insbesondere unter Verwendung eines Trench-Prozesses, wobei die Isolierschicht 54 als Ätzstoppschicht dienen kann. Dazu wird mindestens ein durchgehender Graben 22 durch die Halbleiterschicht 52 strukturiert. Die Spiegelelemente 6 können an ihrer zu der Isolierschicht 54 ausgerichteten Seite eine quadratische Grundfläche aufweisen. Vorteilhafterweise ist ein Abstandselement 24 im Zentrum ihrer von der Isolierschicht 54 weg gewandten Seite ausgebildet. Die Form der Spiegelelemente 6, 6' kann somit als „Pilzform“ mit dem Abstandselement 24 als „Stiel“ und der quadratischen Grundfläche als „Hut“ umschreibbar sein. Das Abstandselement 24 kann nach Abschluss des Herstellungsverfahrens eine bessere Beweglichkeit des jeweiligen Spiegelelements 6, 6' ermöglichen, indem ein Abstand zwischen dem „Hut“ der „Pilzform“ und einer Oberfläche am „Fuß des Stiels“ erhöht wird. Die Spiegelelemente 6, 6' können alle mit der gleichen Form und/oder den gleichen Abmessungen ausgebildet sein. Jedoch können die Spiegelelemente 6, 6` auch mit jeweils unterschiedlichen Formen und/oder unterschiedlichen Abmessungen ausgebildet werden.
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An einem von der Isolierschicht 54 weg gerichteten Ende jedes Abstandselements 24 können zweite Kontakte 23, insbesondere Germaniumkontakte 23, ausgebildet werden. Bei der Herstellung können die Abstandselemente 24 und die zweiten Kontakte 23 gemeinsam herausstrukturiert/herausgeätzt werden. Dies kann vorteilhafterweise ebenfalls während des oben erwähnten Trench-Prozesses erfolgen.
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Gemäß 1c wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Wafer 50 auf das erste Substrat 2 aufgebondet. Dazu werden die ersten Kontakte 25 mit den zweiten Kontakten 23 zusammengefügt und gebondet. Beispielsweise ist eine AlGe- oder eine AIGeSi-Bondung möglich. (Das Aufbonden erfolgt derart, dass die Spiegelelemente 6,6` jeweils mechanisch mit mindestens einer (später gebildeten) Aktorelektrode 10 so verbunden werden, dass bei einem Verstellen der mindestens einen Aktorelektrode 10 die Spiegelelemente 6, 6' ebenfalls verstellbar sind.) Außerdem können nach dem Aufbonden des Wafers 50 auf das erste Substrat 2 zumindest einige der Gräben 22 über dem mindestens einen Überbrückungselement 40 liegen.
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Wahlweise kann das erste Substrat 2 von der ersten Rückseite B2 her anschließend gedünnt werden. Außerdem werden mehrere Aktoreinrichtungen 30 an und/oder in dem ersten Substrat 2 ausgebildet und an die ersten Leiterbahnen 3 elektrisch und/oder mechanisch angebunden. Die Aktoreinrichtungen 30 weisen jeweils mindestens eine Statorelektrode 9 und jeweils mindestens eine Aktorelektrode 10, welche mit der mindestens einen Statorelektrode 9 zusammenwirkt, auf. Durch Anlegen einer Spannung zwischen der mindestens einen Statorelektroden 9 und der mindestens einen zusammenwirkenden Aktorelektrode 10 ist die entsprechende Aktorelektrode 10 in Bezug auf die entsprechende Statorelektrode 9 verstellbar. Die Aktorelektroden 10 sind also in Bezug auf das restliche Bauteil beweglich, während die Statorelektroden 9 in Bezug auf das restliche Bauteil mit Ausnahme der Aktorelektroden 10 statisch bleiben.
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Die Aktoreinrichtungen 30, insbesondere die Elektroden 9 und 10, können beispielsweise aus dem ersten Substrat 2 herausstrukturiert werden. Dazu können durchgehende Strukturierungsgräben durch das erste Substrat 2 gezogen werden, wodurch die Elektroden 9 und 10 mit einer maximalen Ausdehnung gleich einer Schichtdicke des ersten Substrats 2 gebildet werden. Das Anlegen der Spannung zwischen den Elektroden 9 und 10 kann somit vergleichsweise große Kräfte zum Verstellen der Spiegelelemente 6, 6' bewirken. Alternativ können die Stator- und Aktorelektroden 9, 10 jedoch auch parallel zu der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 ausgerichtet werden. Die Aktoreinrichtungen 30 können beispielsweise über Federeinrichtungen, welche an, auf und/oder über der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 ausgebildet sind, an dem ersten Substrat 2 aufgehängt sein.
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Außerdem wird in dem ersten Substrat 2 mindestens ein durchgehender erster Trenngraben 41 derart ausgebildet, dass Bereiche 2A, 2B, 2C des ersten Substrats 2 herausstrukturiert werden. Der mindestens eine erste Trenngraben 41 wird benachbart zu den mindestens einen Überbrückungselement 40 so gebildet, dass die Bereiche 2A, 2B, 2C des ersten Substrats 2 weiterhin mechanisch miteinander verbunden bleiben. Der mindestens eine erste Trenngraben 41 kann z.B. mittels eines Trench-Prozesses von der ersten Rückseite B2 des ersten Substrats 2 her geätzt werden, wobei das mindestens eine Überbrückungselement 40 als Ätzstoppschicht dienen kann. Der mindestens eine erste Trenngraben 41 kann außerdem zu den Gräben 22 so angeordnet werden, dass mindestens eine (nicht skizzierte) Achse definierbar ist, welche durch den mindestens einen ersten Trenngraben 41 und durch mindestens einen der Gräben 22 verläuft. Eine Breite des ersten Trenngrabens 41 kann größer als eine Breite der Gräben 22 sein. Je nach spezieller Ausbildung der Stator- und Aktorelektroden 9 und 10 können diese mittels des gleichen Trenchprozesses wie der erste Trenngraben 41 ausgebildet werden.
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Danach werden auf der ersten Rückseite B2 des ersten Substrats 2 zweite Leiterbahnen 16 ausgebildet. Gemäß 1c können die zweiten Leiterbahnen 16 vielfältige mechanische und/oder elektrische Verbindungen mit dem zweiten Substrat 2 aufweisen. Die jeweilige konkrete Ausgestaltung hängt beispielsweise von der konkreten Ausbildung der Aktoreinrichtungen 30 ab.
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Zusätzlich wird mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 an, über und/oder auf der ersten Rückseite B2 des ersten Substrats 2 befestigt. Dafür können in, an und/oder über den zweiten Leiterbahnen 16 Kontaktflächen 13, insbesondere Aluminium- oder Goldkontaktflächen, ausgebildet sein, auf welche die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 aufgebondet wird. Die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 kann günstigerweise mittels einer Gold/Gold oder einer Gold/Aluminiumverbindung elektrisch und/oder mechanisch mit dem ersten Substrat 2 verbunden werden. Insbesondere ist die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 über die zweiten Leiterbahnen 16 derart elektrisch mit den Statorelektroden 9 und den Aktorelektroden 10 verbunden, dass die zwischen der mindestens einen Statorelektrode 9 und der mindestens einen zusammenwirkenden Aktorelektrode 10 jeder Aktoreinrichtung 30 anlegbare Spannung mittels der mindestens einen Ansteuer-ASIC 12 steuerbar ist.
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Es kann für jede Aktoreinrichtung 30 genau eine Ansteuer-ASIC 12 vorgesehen sein. Ebenso können aber auch mehrere Aktoreinrichtungen 30 von derselben Ansteuer-ASIC 12 gesteuert werden. Alternativ können auch mindestens zwei Ansteuer-ASIC 12 pro Aktoreinrichtung 30 vorgesehen sein. Die Ansteuer-ASIC 12 können, wie in 1c dargestellt, symmetrisch zwischen je zwei Aktoreinrichtungen 30 ausgebildet sein. Alternativ ist aber auch jegliche andere Anordnung der Ansteuer-ASIC 12 möglich.
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Weiterhin wird ein zweites Substrat 14 gemäß 1d strukturiert, welches eine zweite Vorderseite F14 und eine zweite Rückseite B14 aufweist. An der zweiten Vorderseite F14 des zweiten Substrats 14 wird mindestens eine Aussparung 17 derart ausgebildet, dass sie jeweils mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 vollständig aufnehmen kann. Auf den Bereichen der zweiten Vorderseite F14 des zweiten Substrats 14, in denen keine Aussparung 17 ausgebildet ist, werden Kontaktflächen 28, insbesondere Germanium oder Gold aufweisende Kontaktflächen 28, ausgebildet. Beispielweise kann erst eine Germanium- oder Goldschicht auf der zweiten Vorderseite F14 des zweiten Substrats 14 abgeschieden werden, welche dann im gleichen Prozess, in welchem die mindestens eine Aussparung 17 ausgebildet wird, strukturiert wird, etwa unter Verwendung einer Fotomaske. Die in 1d dargestellte Strukturierung der Kontaktflächen 28 ist lediglich beispielhaft zu interpretieren. Zur verbesserten Stabilität sind auch Kontaktflächen 28 in der mindestens einen Aussparung 17 ausbildbar, auf welche die Ansteuer-ASIC 12 aufbondbar sind (nicht dargestellt).
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Auf der zweiten Vorderseite F14 kann weiterhin mindestens ein Überdeckungselement 42' derart ausgebildet werden, dass das mindestens eine Überdeckungselement 42' nach dem Zusammenfügen der Substrate 2 und 14 an dem mindestens einen Überdeckungselement 42 aufliegt. Dadurch kann dem gewonnenen Schichtaufbau weitere Stabilität verliehen werden.
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Gemäß 1e wird in einem weiteren Verfahrensschritt das zweite Substrat 14 über die zweite Vorderseite F14 auf, an und/oder über den zweiten Leiterbahnen 16 befestigt, beispielsweise aufgebondet. Bevorzugt wird eine Gold/Gold-Direktbondung oder eine eutektische Al/Ge-Verbindung über die Kontaktflächen 28 verwendet.
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Das zweite Substrat 14 kann wahlweise von der zweiten Rückseite B14 her gedünnt werden, beispielsweise durch Schleifen und/oder Ätzen. Außerdem kann mindestens eine Durchkontaktierung 18 ausgebildet werden, welche sich von der zweiten Rückseite B14 bis zu der zweiten Vorderseite F14 durch das zweite Substrat 14 erstreckt. Die mindestens eine Durchkontaktierung 18 ist elektrisch mit den zweiten Leiterbahnen 16 verbunden. Über die mindestens eine Durchkontaktierung 18 und die zweiten Leiterbahnen 16 ist die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 vorzugsweise ansteuerbar.
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Zusätzlich wird in dem zweiten Substrat 14 mindestens ein durchgehender zweiter Trenngraben 43 derart ausgebildet, dass Bereiche 14A, 14B, 14C des zweiten Substrats 2 herausstrukturiert werden. Der mindestens eine zweite Trenngraben 43 wird an dem mindestens einen Überbrückungselement 42, 42' derart gebildet, dass die Bereiche 14A, 14B, 14C über das mindestens eine Überbrückungselement 42, 42' weiterhin mechanisch miteinander verbunden sind. Der mindestens eine zweite Trenngraben 43 kann mittels eines Trench-Prozesses von der zweiten Rückseite B14 des zweiten Substrats 14 her geätzt werden, wobei das mindestens eine Überbrückungselement 42' als Ätzstoppschicht dienen kann. Der mindestens eine zweite Trenngraben 43 kann weiterhin entlang mindestens einer Achse ausgebildet werden, welche durch mindestens einen der Gräben 22 und den mindestens einen ersten Trenngraben 41 verläuft.
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Der mindestens eine zweite Trenngraben 43 kann im gleichen Herstellungsschritt wie die mindestens eine Durchkontaktierung 18 erzeugt werden. Der mindestens eine zweite Trenngraben 43 kann weiterhin an der zweiten Rückseite B14 des zweiten Substrats 14 mit mindestens einem Überbrückungselement 44 verschlossen werden. Auf diese Weise lässt sich die mechanische Stabilität des Bauteils erhöhen. Das mindestens eine Überbrückungselement 44 kann z.B. ein Oxid, insbesondere Siliziumdioxid, aufweisen.
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Auf der zweiten Rückseite B14 des zweiten Substrats 14 werden dritte Leiterbahnen 19' mit mehreren Kontaktflächen 19 ausgebildet. Die Kontaktflächen 19 sind elektrisch mit der mindestens einen Durchkontaktierung 18 so verbunden, dass über die Kontaktflächen 19 die Ansteuer-ASIC 12 zum Betreiben der Aktoreinrichtungen 30 (bzw. der Stator- und Aktorelektroden 9, 10) ansteuerbar sind.
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In einem weiteren Verfahrensschritt können auf der zweiten Rückseite B14 des zweiten Substrats 14 Montageelemente 20 vorgesehen werden. Die Montageelemente 20 können insbesondere als ferromagnetische, mittels einer Klebeschicht 22 aufgeklebte Streifen ausgebildet sein. Die Kontaktflächen 19 werden durch die Montageelemente 20 zumindest nicht vollständig überdeckt.
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In 1e sind weiterhin vier Schnittebenen A-A', B-B' und C-C' eingezeichnet, welche in Bezug auf die folgenden 1e-i bis 1e-iv genauer erläutert werden:
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1e-i zeigt eine schematische draufsichtsartige Ansicht eines ersten Abschnitts des Schichtaufbaus entlang der Schnittebene A-A`, welche parallel zu der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 durch die miteinander gebondeten ersten und zweiten Kontakte 23 und 25 verläuft. Die Bezugszeichen 100 und 100' geben die Komponenten des ersten Abschnitts an, welche einem (späteren) ersten mikromechanischen Bauteils 100 und einem (späteren) zweiten mikromechanischen Bauteils 100' zugeordnet werden.
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Vorzugsweise weisen die Spiegelelemente 6, 6', welche an den späteren mikromechanischen Bauteilen 100 und 100' mittig liegen, jeweils einen ersten Kontakt 25, insbesondere aus Aluminium, mit quadratischer Form auf. Spiegelelemente 6", welche an den Ecken der späteren mikromechanischen Bauteile 100 und 100' angeordnet sind, weisen vorzugsweise L-förmige erste Kontakte 25' mit größerer Fläche, insbesondere aus Aluminium, auf, wobei die Spitze der L-Form in Richtung der jeweiligen Ecke des späteren mikromechanischen Bauteils 100 und 100', welchem das Spiegelelement 6" zugeordnet wird, weist. Die an den Ecken der späteren mikromechanischen Bauteile 100 und 100' angeordneten Spiegelelemente 6" können zur verbesserten Stabilität der Bauteile beitragen, indem an den Rändern und/oder den Ecken der Bauteile sie als passive, d.h. nicht bewegbare Spiegelelemente 6" angebracht werden. Die passiven Spiegelelemente 6" können baugleich mit den bewegbaren Spiegelelementen 6, 6', welche an den späteren mikromechanischen Bauteilen 100 und 100' mittig liegen, ausgebildet werden. Unter den passiven Spiegelelementen 6" können zwischen dem ersten Substrat 2 und dem zweiten Substrat 14 Bond-Kontaktflächen ausgebildet sein, welche die Stabilität des mikromechanischen Bauteils weiter erhöhen können. Diese Bond-Kontaktflächen zwischen dem ersten Substrat 2 und dem zweiten Substrat 14 können die gleiche Form und/oder die gleichen Materialien aufweisen wie die L-förmigen ersten Kontakte 25' und mit diesen deckungsgleich angeordnet sein.
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Abstände d11, d12, d13, d14, d21, d22, d23 zwischen jeweils zwei benachbarten Spiegelelementen 6, 6', 6" in mindestens einer parallel zu der ersten Vorderseite F2 ausgerichteten Richtung können beispielsweise um zumindest einen Faktor 8, insbesondere um einen Faktor 10, vorzugsweise um einen Faktor 15, bevorzugter Weise um einen Faktor 20 kleiner als eine Breite der Spiegelelemente 6, 6' in derselben Richtung (z.B. eine Kantenlänge d3) sein. In dieser Ausführungsform sind die Abstände d11, d12, d13, d14, d21, d22, d23 alle gleich ausgebildet. Die Breite der Abstände d11, d12, d13, d14, d21, d22, d23 entspricht insbesondere einer Breite der Gräben 22. Die Breite der Abstände d11, d12, d13, d14, d21, d22, d23 kann jedoch auch unterschiedlich sein.
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1e-ii zeigt eine schematische draufsichtsartige Ansicht eines zweiten Abschnitts des Schichtaufbaus entlang der Schnittebene B-B', welche parallel zu der ersten Vorderseite F2 mittig durch das erste Substrat 2 verläuft.
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Gemäß 1e-ii ist eine Mehrzahl von Aktoreinrichtungen 30, welche lediglich schematisch dargestellt sind, voneinander beabstandet in dem ersten Substrat 2 ausgebildet. In Bereichen 30' des ersten Substrats 2, welche an den Ecken der späteren mikromechanischen Bauteile 100 und 100' liegen, sind keine Aktoreinrichtungen 30 ausgebildet. Das Substrat 2 kann in den Bereichen 30' massiv bleiben. Der Abstand d4 zwischen den späteren mikromechanischen Bauteilen 100 und 100' entspricht einer Breite des mindestens einen ersten Trenngrabens 41.
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1e-iii zeigt eine schematische draufsichtsartige Ansicht eines dritten Abschnitts des Schichtaufbaus entlang der Schnittebene C-C', welche parallel zu der ersten Rückseite R2 mittig durch die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 verläuft.
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Die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 ist von der mindestens einen Aussparung 17 in dem zweiten Substrat 14 umfasst. Die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 überlappt bei einer geometrischen Projektion auf die erste Vorderseite F2 des ersten Substrats (oder eine zu ihr parallele Fläche) jeweils entweder vier Aktoreinrichtungen 30 oder drei Aktoreinrichtungen 30 und einen der Bereiche 30'. Die Lage der mindestens einen Durchkontaktierung 18 ist durch eine Durchkontaktierungseinrichtung 18', welche die mindestens eine Durchkontaktierung 18 umfasst, eingezeichnet. Die genaue Ausbildung der mindestens einen Durchkontaktierung 18 hängt von der Ausbildung der ersten, zweiten und dritten Leiterbahnen 3, 16, 19' ab.
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Der Abstand d5 zwischen aus dem zweiten Substrat 14 herausstrukturierten Randflächen der späteren mikromechanischen Bauteile 100 und 100' kann ebenso groß wie der Abstand d4 sein.
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1e-iv zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Rückseite des Schichtaufbaus.
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Gemäß 1e-iv sind die Kontaktflächen 19 über eine Vielzahl von Verdrahtungen 50 beispielweise mit Kontaktflächen 52 elektrisch verbunden, welche elektrisch mit der mindestens einen Durchkontaktierung 18 verbunden sind.
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Wie in 1f dargestellt kann in einem weiteren Verfahrensschritt der Schichtaufbau (Substratstapel) über die Montageelemente 20 auf ein Trägersubstrat 32 aufgebracht werden. Der Substratstapel kann dabei insbesondere über eine magnetische Kraft auf dem Trägersubstrat 32 fixiert werden. Im Trägersubstrat können Aussparungen 33 ausgebildet sein. Die Aussparungen 33 können beispielsweise das Abnehmen des Bauteils von dem Trägersubstrat 33 erleichtern oder eine Messung ermöglichen. Die Aussparungen 33 können unterhalb einiger oder aller Ansteuer-ASIC 12 und/oder unterhalb einiger oder aller Kontaktflächen 19 ausgebildet werden.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Grundsubstrat 56 des SOI-Wafers 50 entfernt. Günstigerweise geschieht dies über einen Schleifprozess oder mittels eines nassen oder trockenen Ätzprozesses, insbesondere mittels eines CIF3-Gasphasenätzprozesses oder eines SF6-Plasmaätzprozesses.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein HF-Gasphasenätzprozess durchgeführt, in welchem die Isolierschicht 54 des Wafers sowie die Überdeckungselemente 41, 42, 42', 44 entfernt werden. Dadurch werden die mikromechanischen Bauteile 100 und 100' vereinzelt, wobei sowohl die Bereiche 2A, 2B und 2C des ersten Substrats voneinander getrennt als auch die Bereiche 14A, 14B und 14C des zweiten Substrats voneinander getrennt werden. Durch das Entfernen der Isolierschicht 54 des Wafers erhalten die Spiegelelemente 6 ihre Bewegungsfreiheit.
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Gemäß 1g wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine reflektierende Beschichtung 32 auf eine (von den (Rest-)Substraten 2 und 14 weg gerichtete) Oberfläche der Spiegelelemente 6, 6', 6" zum Ausbilden von spiegelnden Oberflächen 32 aufgetragen, beispielsweise mittels eines Spiegelmetallisierungsverfahrens. In einem weiteren Verfahrensschritt können die mikromechanischen Bauteile von dem Trägersubstrat 33 abgenommen werden, etwa mit Hilfe von durch die Aussparungen 33 eingeführten Stäben.
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Gemäß 1g weisen die Spiegelelemente 6', welche an einem seitlichen Rand des Bauteils ausgebildet sind, das heißt, welche an einer Außenseite des Bauteils, welche im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 angeordnet ist, ausgebildet sind, an demselben seitlichen Rand des Bauteils eine seitliche Randfläche R6, R6' auf. Die seitliche Randfläche R6, R6' ist ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 und im Wesentlichen parallel zu der Außenseite des Bauteils an dem seitlichen Rand des Bauteils, an welchem das Spiegelelemente 6` ausgebildet ist, ausgebildet.
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Gemäß 1f überragt in der Ruhelage des Spiegelelements 6' die seitliche Randfläche R6, R6' des Spiegelelements 6' die seitliche Randfläche R2, R2` des ersten Substrats, welche an demselben seitlichen Rand des Bauteils wie die seitliche Randfläche R6, R6' des Spiegelelements 6' im Wesentlichen senkrecht zur ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 ausgebildet ist. Zudem überragt in der Ruhelage des Spiegelelements 6' die seitliche Randfläche R6, R6' des Spiegelelements 6' die seitliche Randfläche R14, R14` des zweiten Substrats, welche an demselben seitlichen Rand des Bauteils wie die seitliche Randfläche R6, R6' des Spiegelelements 6' im Wesentlichen senkrecht zur ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 ausgebildet ist. Mit „überragen“ ist dabei jeweils gemeint, dass die seitliche Randfläche R6, R6' in der Ruhelage des Spiegelelements 6' in einem Abstand d6, d6` von der seitlichen Randfläche R2, R2`, R14, R14` des ersten und/oder zweiten Substrats 2, 14 ausgebildet ist, wobei der Abstand d6, d6` positive Werte annimmt. Der Abstand d6, d6` wird entlang einer Richtung parallel zu der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 und senkrecht zu der entsprechenden seitlichen Spiegelfläche R6, R6' gemessen und wird weiterhin in Richtung eines weiteren seitlichen Rands des Bauteils, welcher von dem seitlichen Rand des Bauteils abgewandt ist, an welchem das entsprechende Spiegelelement 6' ausgebildet ist, positiv gemessen.
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Dies kann an allen seitlichen Rändern des Bauteils der Fall sein, wobei seitliche Ränder, wie beschrieben, solche Ränder sind, welche im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Vorderseite F2 des ersten Substrats ausgebildet sind und/oder welche nicht parallel zu der zweiten Vorderseite F2 des ersten Substrats sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zumindest an einem seitlichen Rand des Bauteils die Randfläche R2, R2` des ersten Substrats 2 und/oder die Randfläche R14, R14` des zweiten Substrats 14 die an demselben Rand des Bauteils ausgebildete Randfläche R6, R6' des Spiegelelements 6' überragt. In diesem Fall nähme der Abstand d6, d6', wie oben definiert, negative Werte an.
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Vorteilhafterweise ist die Randfläche R6, R6' der Spiegelelemente 6' in einem Abstand d6 mit einem Wert in einem Bereich von 10 bis 100 µm, insbesondere von 30 bis 80 µm, insbesondere von 40 bis 60 µm oder jeweils weniger, von derjenigen Randfläche R2, R2`, R14, R14` ausgebildet, welche sich, mit Ausnahme der Randflächen R6, R6' der Spiegelelemente 6`, an dem entsprechenden Rand des Bauteils am weitesten nach außen erstreckt. Gemäß 1g erstrecken sich die Randflächen R2 und R14 an einem ersten Rand des Bauteils (links in 1g) sowie die Randflächen R2` und R14` an einem zweiten Rand des Bauteils (rechts in 1g), welcher von dem ersten Rand des Bauteils abgewandt ist, jeweils gleich weit nach außen. Eine alternative Ausbildung der Randflächen R6, R6`, R2, R2` ist in Bezug auf 2 erläutert.
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2 zeigt eine querschnittsartige Seitenansicht eines mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
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In der 2 weist das mikromechanische Bauteil keinen aus dem zweiten Substrat 14 herausstrukturierten Bereich auf. Stattdessen ist mindestens ein Montageelement 20` auf je mindestens einer Ansteuer-ASIC 12' angeordnet. Insbesondere ist ein einzelnes Montageelement 20` über eine Klebeschicht 22' auf mehrere ASIC 12' aufgeklebt, wobei die an dem mikromechanischen Bauteil ausgebildeten Randflächen R2, R2', R6, R6' zumindest auf einer, insbesondere zumindest auf zwei Seiten, insbesondere auf allen Seiten, über die Montageelemente 20' hinausragen.
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Die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12' ist über zweite Leiterbahnen 16' ansteuerbar, welche auf der ersten Vorderseite F2 des ersten Substrats 2 ausgebildet sind. Insbesondere ist die mindestens eine Ansteuer-ASIC 12 über in den zweiten Leiterbahnen 16' ausgebildete Kontaktflächen 19' ansteuerbar, welche in den Bereichen der ersten Rückseite B2 des ersten Substrats 2 ausgebildet sind, welche nicht von dem Montageelement 20' überdeckt werden.
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Wie in 2 dargestellt, ragt mindestens eine Randfläche R2, R2` des ersten Substrats 2 über eine Randfläche R6, R6' von am Rand des mikromechanischen Bauteils angeordneten Spiegelelementen 6` hinaus. In Bezug auf das oben beschriebene Herstellungsverfahren kann dies dadurch erreicht werden, dass die Breite der Gräben 22 größer gewählt wird als die Breite der ersten Trenngräben 42 (siehe 1c und deren Beschreibung). Ein solches Verhältnis der Breiten der Gräben 22 und des ersten Trenngrabens 42 und/oder des zweiten Trenngrabens 44, bzw. der Abstände d12 (siehe 1e-i und deren Beschreibung) und d4 (siehe 1e-ii und deren Beschreibung) kann auch bei den mikromechanischen Bauteilen vorgesehen werden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Positionierung des Bauteils an seinem Bestimmungsort nicht mit großer Genauigkeit erfolgen kann. Das Bauteil kann dann etwa seitlich bis an eine Grenze geschoben werden, ohne dass die Spiegelelemente 6` dabei Schaden nehmen.
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Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der Abstand d6`, d6" der Randfläche R6, R6' der Spiegelelemente 6` von derjenigen Randfläche R2, R2` des ersten Substrats 2, welche sich, mit Ausnahme der Randflächen R6, R6' der Spiegelelemente 6', an dem entsprechenden Rand des Bauteils am weitesten nach außen, also in eine Richtung, welche von dem Bauteil weg zeigt und vorzugsweise senkrecht auf dem Rand des Bauteils steht, erstreckt, in einer Richtung senkrecht zu der Randfläche R6, R6`, mit einem Abstandswert d6`, d6" mit einem Wert in einem Bereich von 10 bis 100 µm, insbesondere von 30 bis 80 µm, insbesondere von 40 bis 60 µm oder jeweils weniger, ausgebildet ist.
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Im Gegensatz dazu ist die oben erläuterte Variante gemäß 1g, bei denen die Randflächen R6, R6` der am Rand des Bauteils angeordneten Spiegelelemente 6', 6" die entsprechenden Randflächen R2, R2`, R14, R14` der ersten und zweiten Substrate 2, 14 überragen, vorteilhaft, wenn eine Positionierung sehr genau möglich ist, sodass die Spiegelfläche in Bezug auf die für die Anbringung des Bauteils nötige Grundfläche möglichst groß sein kann.
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Vorteilhafterweise können auch ein oder mehrere oder alle Randflächen R6, R6' der Spiegelelemente 6', 6", welche am Rand des Bauteils angeordnet sind, innerhalb eines Bereichs von 10 bis 100 µm, insbesondere innerhalb eines Bereichs von 40 bis 60 µm, um eine entsprechende Randfläche R2, R2` des ersten und/oder zweiten Substrats 2, 14 ausgebildet sein.
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3 zeigt eine querschnittsartige Seitenansicht eines weiteren mikromechanischen Bauteils, welches nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
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Der Klarheit halber sind Elemente der 3, welche mit den entsprechenden oben beschriebenen Elementen identisch oder analog sind, teilweise nicht erneut beschrieben. In dem Beispiel der 3 erstreckt sich ein einzelnes Montageelement 20" im Wesentlichen über die gesamte Fläche des mikromechanischen Bauteils. Das Montageelement 20" ist über eine Klebschicht 22" auf mindestens eine Ansteuer-ASIC 12" aufgeklebt.
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Um eine Ansteuerung der Ansteuer-ASIC 12" über zweite Leiterbahnen 16", welche auf der ersten Rückseite B2 des ersten Substrats 2 ausgebildet sind, zu ermöglichen, ist in dem Montageelement 20" und der Klebschicht 22" mindestens eine Aussparung 33" ausgebildet, welche das Montageelement 20" und die Klebschicht 22" vertikal vollständig durchquert. Durch die mindestens eine Aussparung 33" können ein oder mehrere Stäbe eingeführt werden, um das mikromechanische Bauteil vom Trägersubstrat abzuheben. Durch die mindestens eine Aussparung 33" hindurch kann auch eine Ansteuerung der mindestens einen Ansteuer-ASIC 12" erfolgen, indem eine oder mehrere über der mindestens einen Aussparung 33" ausgebildete Kontaktflächen 19" kontaktiert und beispielsweise mit einem digitalen Signal beaufschlagt werden.
