DE102017203722A1

DE102017203722A1 - Mems und verfahren zum herstellen derselben

Info

Publication number: DE102017203722A1
Application number: DE102017203722.9A
Authority: DE
Inventors: Sergiu Langa; Holger Conrad; Matthieu Gaudet; Klaus Schimmanz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: CN110621612A; US11186478B2; KR20190126370A; WO2018162417A1; DE102017203722B4; US20190382257A1; EP3592694A1

Abstract

Ein MEMS umfasst ein Substrat, das eine Kavität aufweist und ein in der Kavität angeordnetes bewegliches Element umfassend eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnete und von denselben an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixierte dritte Elektrode. Das bewegliche Element ist ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode oder um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substratebene auszuführen. Eine Abmessung der dritten Elektrode senkrecht zu der Substratebene ist geringer als eine Abmessung der ersten Elektrode und eine Abmessung der zweiten Elektrode senkrecht zu der Substratebene.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mikroelektromechanische Aktoren (MEMS), welche in der Chipebene (lateral) bewegt werden können, bei denen das Auftreten eines vertikalen Pull-in-Effektes erschwert ist und/oder bei denen große Abmessungen in Dickenrichtung möglich sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf Verfahren zum Herstellen solcher MEMS. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Einzug einer spannungsgeführten Elektrode eines lateral auslenkbaren, elektrostatischen Biegeaktors LNED (Lateral Nanoscopic Electrostatic Drive) zur Vermeidung von vertikalen Pull-in-Effekten bei der Verkapselung von LNED-Aktoren.
Nanoscopic Electrostatic Drive (NED) -Aktoren können vertikale (VNED) oder laterale (LNED) Konfigurationen aufweisen. NED können beispielsweise für MEMS-Lautsprecher verwendet werden. Der MEMS-Lautsprecher, der auf LNED basiert ist durch 3D-Integration mittels Waferbonden herstellbar. Der LNED-Aktor bewegt sich lateral, das bedeutet, in einer Substratebene. Wenn das LNED-Bauelement mit Steuerspannung versorgt wird, entsteht zwischen unterschiedlich aufgeladenen Bereichen eine elektrische Spannungsdifferenz. Zum einen wird die Spannungsdifferenz für den Betrieb des elektrostatischen Biegeaktor LNED genutzt und ist daher nicht elementar notwendig. Zum anderen kann die Spannungsdifferenz zu einem vertikalen Pull-in-Effekt zwischen dem LNED-Aktor und dem gebondeten Deckel- bzw. Bodensubstrat führen. Pull-in-Effekte sind nicht erwünscht, da in diesem Fall der LNED-Aktor in mechanischem Kontakt mit dem Deckel- bzw. Bodensubstrat kommt, was zu Funktionalitätsstörungen und Totalversagen des Bauelementes führen kann. Hierzu gehören ein mechanisches Reiben oder „Sticken“, das heißt ein mechanisches und endgültiges Anhaften, der Aktoren am Boden- oder Deckelwafer. Der Boden- oder Deckelwafer kann in vertikaler Richtung angeordnet sein, so dass dieser Effekt als vertikaler Pull-in-Effekt bezeichnet werden kann. Der Begriff vertikal bezieht sich hierbei auf die Anordnung in Schichtstapelrichtung entfaltet aber keine einschränkende Wirkung.
Zwar existieren Konzepte, um den Pull-in-Effekt durch eine Abschirmung des Steuerpotenzials zu vermeiden. Demgegenüber stehen jedoch Bestrebungen, einen Abstand zwischen beweglichen Elementen und dem umliegenden Substrat so klein, wie möglich zu gestalten, so dass geringe Verluste durch Umströmungen der LNED-Aktoren durch das zu bewegende Fluid (gasförmig wie etwa Luft oder eine Flüssigkeit) entstehen, was die Gefahr des Pull-in-Effektes aufgrund des kleinen Abstandes erhöht.
Ein weiterer Nachteil derzeitiger Aktoren liegt in der geringen Dicke derselben. Derzeitige Aktoren sind lediglich zwischen 10 und 75 µm dick. Dies ist nachteilig für die Funktionalität des Bauelementes als Lautsprecher, weil bei einer lateralen Bewegung des LNED-Aktors vergleichsweise wenig Luft bewegt wird. Ferner weisen derartige dünne Strukturen eine geringe vertikale Biegesteifigkeit auf. Dies führt zu einer Erhöhung der Gefahr des vertikalen Pull-in-Effektes.
MEMS-Lautsprecher sind beispielsweise in WO 2012/095185 A1 beschrieben. Die dort aufgeführten Probleme gelten ebenso für Mikropumpen auf MEMS-Basis.
Wünschenswert wäre demnach ein Konzept, das die Gefahr eines vertikalen Pull-in-Effektes bei MEMS-Aktoren zumindest verringert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, MEMS und Verfahren zum Herstellen derselben zu schaffen, die robust gegen das Auftreten eines vertikalen Pull-in-Effektes sind.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein MEMS ein Substrat, das eine Kavität aufweist. Das MEMS umfasst ein in der Kavität angeordnetes bewegliches Element umfassend eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnete und von denselben an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixierte dritte Elektrode. Das bewegliche Element ist ausgebildet, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode und/oder um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substratebene auszuführen. Eine Abmessung der dritten Elektrode senkrecht zu der Substratebene ist geringer als eine Abmessung der ersten Elektrode und eine Abmessung der zweiten Elektrode senkrecht zu der Substratebene. Die geringere Abmessung der dritten Elektrode senkrecht zu der Substratebene und verglichen mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ermöglicht es, dass auftretende Feldlinien und damit elektrostatische Anziehungskräfte auf benachbarte Elektroden treffen, so dass ein Anteil elektrostatischer Kräfte auf das umliegende, etwa darunterliegende und/oder darüberliegende Substrat gering ist, was zu geringen Anziehungskräften gegenüber dem Substrat führt und das Auftreten eines vertikalen Pull-in-Effektes verringert oder verhindert. Damit kann das Auftreten des vertikalen Pull-in-Effektes zumindest in einen Bereich verlagert werden, der für den Betrieb nicht störend ist.
Ein MEMS gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, das eine Kavität aufweist. Das MEMS umfasst ein in der Kavität angeordnetes bewegliches Element umfassend eine mit dem Substrat verbundene erste Elektrode, eine mit dem Substrat verbundene zweite Elektrode und eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnete mit dem Substrat verbundene dritte Elektrode, die mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode an diskreten Bereichen elektrisch isoliert mit einer Fixierung fixiert ist. Das bewegliche Element ist ausgebildet, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode und/oder um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substratebene auszuführen. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode stehen in einem Zustand ohne das elektrische Potential unter mechanischer Spannung, so dass sich die erste und die zweite Elektrode von der dritten Elektrode infolge einer Trennung der Fixierung entfernen. Die Anordnung der ersten und zweiten Elektrode unter der mechanischen Spannung ermöglicht es Aktoren mit einer großen Ausdehnung entlang der Richtung senkrecht zu der Substratebene herzustellen. So können die erzielbaren Aspektverhältnisse so eingesetzt werden, dass eine große Abmessung entlang der Richtung senkrecht zur Substratebene erhalten wird und dabei entstehende Spalte nachträglich unter Verwendung der mechanischen Spannung verringert werden, um ein effizientes MEMS zu erhalten. Die große Abmessung entlang der Richtung senkrecht zur Substratebene ermöglicht eine hohe vertikale Steifigkeit, die das Auftreten eines vertikalen Pull-in-Effektes reduziert oder verhindert. Ferner kann durch die hohe oder große Abmessung entlang der Richtung senkrecht zur Substratebene ein hohes Maß ein Fluid bewegt werden, was die Effizienz und Leistungsdichte des MEMS-Bauteils erhöht.
Ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Bereitstellen eines Substrats. Das Verfahren umfasst ferner ein Anordnen, in einer Kavität des Substrats, eines beweglichen Elementes umfassend eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnete dritte Elektrode, so dass die dritte Elektrode mit der ersten und zweiten Elektrode an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixiert ist. Die erste, zweite und dritte Elektrode werden so angeordnet, dass das bewegliche Elemente ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substratebene ausführt. Die dritte Elektrode ist so angeordnet, dass eine Abmessung der dritten Elektrode senkrecht zu der Substratebene geringer ist als eine Abmessung der ersten Elektrode und eine Abmessung der zweiten Elektrode senkrecht zu der Substratebene, die dritte Elektrode weist somit einen Einzug oder Rückversatz gegenüber der ersten und zweiten Elektrode auf.
Ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Bereitstellen eines Substrats. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden einer ersten Elektrode in einer Kavität des Substrats, so dass die erste Elektrode an dem Substrat aufgehängt ist. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer zweiten Elektrode in der Kavität des Substrats, so dass die zweite Elektrode an dem Substrat aufgehängt ist. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden einer dritten Elektrode in der Kavität des Substrats zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Das Verfahren umfasst ein Fixieren der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode miteinander und elektrisch isoliert an diskreten Bereichen, so dass die erste, zweite und dritte Elektrode ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substratebene ausführen, und so dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einem Zustand ohne das elektrische Potential unter mechanischer Spannung stehen, so dass sich die erste und die zweite Elektrode von der dritten Elektrode infolge einer Trennung der Fixierung entfernen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel und gemäß einem ersten Aspekt;
2a eine schematische Draufsicht bzw. Längsschnitt eines MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspektes vor einer Fixierung von Elektroden miteinander;
2b das MEMS aus 2a in einem Zustand, in dem die Elektroden gegenüber einander an diskreten Bereichen fixiert sind;
2c eine schematische Draufsicht auf ein gegenüber 2b modifiziertes MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem ein Federelement entfernt ist;
2d eine schematische Draufsicht bzw. Längsschnitt eines MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspektes das bistabile Federn aufweist;
2e das MEMS aus 2d in einem Zustand, in dem die Elektroden gegenüber einander an diskreten Bereichen fixiert sind;
2f eine schematische Ansicht einer Federaufhängung, die für verwendbar ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3a eine schematische Querschnittsansicht eines MEMS, das Merkmale des ersten Aspektes und des zweiten Aspektes aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3b eine schematische Querschnittsansicht des MEMS aus Fig. 3a während oder nach der Fixierung von Elektroden an den diskreten Bereichen;
4 eine schematische Seitenschnittansicht eines MEMS-Wandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5a bis 5l ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von MEMS-Strukturen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
6a bis 6q ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von MEMS-Strukturen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
1 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines MEMS 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel und gemäß einem ersten Aspekt. Das MEMS 10 umfasst ein Substrat 12, das eine Kavität 14 aufweist. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um ein Halbleitermaterial handeln, etwa um ein Siliziummaterial oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich kann es sich um ein Material handeln, das aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen. Allgemein kann das Material aus einer leitfähigen oder nicht-leitfähigen Schicht bestehen oder diese umfassen. Bevorzugt handelt es sich bei einem Material des Substrats 12 um ein Material, das auf Wafer-Ebene verarbeitbar und/oder herstellbar ist, um eine Herstellung des MEMS 10 auf Wafer-Ebene zu ermöglichen. Praktisch wird das Substrat 12 durch thermisches Bonden von Siliziumwafern bzw. durch die Verwendung eines Halbzeugs - den so genannten BSOI-Wafern (Bonded Silicon On Insulator Wafer) - bereitgestellt.
Das MEMS 10 umfasst ein bewegliches Element 16, das in der Kavität 14 angeordnet ist. Das bewegliche Element umfasst beispielsweise drei Elektroden 18a, 18b und 18c, wobei die Elektrode 18c zwischen den Elektroden 18a und 18b angeordnet ist. Die Elektroden 18a, 18b und 18c können aus einem dotierten, leitfähigen Halbleiter (z.B. Silizium) aber auch aus einem leitfähigen Metall bestehen. Bei Anlegen einer Spannungsdifferenz bzw. eines elektrischen Potentials zwischen den Elektroden 18a und 18c können elektrostatische Kräfte zwischen den Elektroden 18a und 18c erhalten werden, die bspw. zu einer Anziehung oder Abstoßung zwischen den Elektroden führen können. Eine anziehende Kraft kann bspw. basierend auf einer Spannungsdifferenz erhalten werden. Eine abstoßende Kraft kann erhalten werden, indem beide Elektroden auf gleichem Potential gehalten und gegenüber einem weiteren (äußeren) Potential eine Spannungsdifferenz aufgebaut wird. In gleicher Weise kann eine elektrische Spannung zwischen den Elektroden 18b und 18c zu einer Anziehung oder Abstoßung zwischen diesen Elektroden führen. Das bewegliche Element 16 ist ausgebildet, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der Elektrode 18a und 18c und/oder um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen den Elektroden 18b und 18c, das bedeutet, basierend auf den Anziehungskräften oder den abstoßenden Kräften eine Bewegung entlang einer positiven oder negativen y-Richtung, die sich in einer Substratebene befindet, auszuführen. Hierfür ist die Elektrode 18a gegenüber der Elektrode 18c an zumindest einem diskreten Bereich 21a elektrisch isoliert fixiert. Das bedeutet, die Elektroden 18a und 18b sind an dem zumindest einen diskreten Bereich 21a mechanisch miteinander verbunden, so dass die anziehende oder abstoßende Kraft zwischen den Elektroden in eine Bewegung entlang der positiven oder negativen y-Richtung umgesetzt wird, wie es später ausführlich beschrieben wird. In gleicher Weise sind die Elektroden 18b und 18c an zumindest einem diskreten Bereich 21b elektrisch isoliert gegenüber einander fixiert, das bedeutet, mechanisch verbunden. Die Bereiche 21a und 21b erstrecken sich lediglich über einen begrenzten Bereich entlang der x-Richtung. Entlang der z-Richtung können die Bereiche 21a und/oder 21b einen Teilbereich der Elektrode 18c bedecken oder die Elektrode 18c flächig bedecken. Die diskreten Bereiche 21a und 21b können entlang einer Balkenlänge (also in x-Richtung) diskret sein. Bei den Bereichen 21a und 21b kann es sich um zumindest einen Abstandshalter oder Spacer handeln, der alle drei Elektroden 18a bis 18c voneinander mechanisch und elektrisch trennt. Es ist aber auch möglich, dass die Bereiche 21a und/oder 21b entlang der z-Richtung in der gleichen Höhe, wie die erste Elektrode 18a und die zweite Elektrode 18b ausgeführt werden, etwa wenn ein Einzug der mittleren Elektrode implementiert wird.
Die zwischen den Elektroden 18a und 18b angeordnete Elektrode 18c weist entlang einer z-Richtung eine geringere Abmessung auf als die Elektroden 18a und 18b entlang der z-Richtung. Die z-Richtung kann auch als Dickenrichtung bezeichnet werden, wobei die Substratebene durch die y-Richtung und eine dritte Raumkoordinate senkrecht zu der y-Richtung und der z-Richtung aufgespannt wird. Eine Abmessung 24 der Elektroden 18a und 18b entlang der z-Richtung weist somit einen größeren Wert auf als eine Abmessung 26 der Elektrode 18c. Bevorzugt weisen die Elektroden 18a und 18b entlang der positiven und negativen z-Richtung ausgehend von der Elektrode 18c einen Überhang 28a bzw. 28b auf, das bedeutet, sie überragen die Elektrode 18c entlang der positiven und negativen z-Richtung. Dies ermöglicht, dass ein elektrisches Feld, dargestellt durch Feldlinien 32 der Elektrode 18c von den Elektroden 18a und 18b abgeschirmt wird, beispielsweise gegenüber dem Substrat 12.
Obwohl die Elektroden 18a und 18b so dargestellten sind, dass sie eine gleiche Abmessung 24 entlang der z-Richtung aufweisen, können die Elektroden 18a und 18b auch mit einer voneinander verschiedenen Abmessung 24 entlang der z-Richtung ausgeführt sein. Obwohl die Elektroden 18a und 18b so dargestellt sind, dass sie eine gleiche Position entlang der z-Richtung aufweisen, können die Elektroden 18a und 18b auch versetzt zueinander entlang der z-Richtung angeordnet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Abmessung 26 der Elektroden 18c verglichen mit der Abmessung 24 der Elektroden 18a und 18b um zumindest 2 % geringer, um zumindest 10 % geringer, um zumindest 15 % geringer oder um zumindest 20 % geringer. Das bedeutet, dass eine Summe der Überhänge 28a und 28b einen Anteil von zumindest 2 %, zumindest 10 %, zumindest 15 % oder zumindest 20 % an der Abmessung 24 beträgt. Die Abmessung 26 kann basierend auf unterschiedlichen Auslegungskriterien gegenüber der Abmessung 24 eingestellt werden. So kann eine verringerte Abmessung 26 zu geringeren anziehenden oder abstoßenden Kräften zwischen den Elektroden führen, was zu einer geringeren Auslenkungsamplitude oder Auslenkungskraft des beweglichen Elementes 16 führen kann. Gleichzeitig können jedoch verringerte Feldeffekte gegenüber dem Substrat 12 erhalten werden und im Gegenteil durch eine vergrößerte Abmessung 26 stärkere Kräfte zwischen den Elektroden unter Verringerung der Abschirmung des elektrischen Feldes. Die Überhänge oder Einzüge 28a und/oder 28b der mittleren Elektrode 18c können einen beliebigen Wert aufweisen. Bevorzugt weisen sie eine Ausdehnung entlang der z-Richtung auf, die zumindest dem Abstand (Spaltbreite) zwischen der Elektrode 18c und der benachbarten Elektrode 18a und/oder 18b entlang der y-Richtung beträgt. Besonders bevorzugt sind Einzüge, die ein mehrfaches des Abstandes entlang der y-Richtung betragen, etwa zumindest um einen Faktor 2, zumindest um einen Faktor 3 oder zumindest um einen Faktor 5 größer sind, als der Abstand. Ein zunehmender Einzug ermöglicht eine zunehmende Abschirmung der mittleren Elektrode 18c gegenüber dem Substrat 12.
Für den Erhalt des Abschirmungseffektes kann es vorteilhaft sein, ein Referenzpotential an die Elektroden 18a und 18b und das Substrat 12 anzulegen, während ein hiervon verschiedenes elektrisches Potential an die Elektrode 18c angelegt wird. Es ist aber auch möglich, das Referenzpotenzial nur auf die Elektrode 18a und 18b anzulegen, während ein hiervon verschiedenes elektrisches Potenzial an die Elektrode 18c und an das Substrat 12 angelegt wird.
Die gegenüber der Abmessung 24 reduzierte Abmessung 26 der Elektrode 18c ermöglicht eine Abschirmung des elektrischen Feldes gegenüber umliegenden Strukturen, etwa dem Substrat 12. Dies ermöglicht einen geringen Abstand zwischen dem beweglichen Element 16 und dem Substrat 12. Ein Abstand 34 zwischen dem beweglichen Element 16 und dem Substrat 12 entlang der z-Richtung kann einen Umströmungsverlust des MEMS 10 beeinflussen. Durch die Abschirmung des elektrischen Feldes kann der Abstand 34 einen Wert von höchstens 1 µm, höchstens 0,5 µm, höchstens 0,25 µm oder gar höchstens 0,1 µm betragen.
In anderen Worten, um das elektrische Feld zwischen der mit einer von dem Referenzpotential verschiedenen Potential beaufschlagten Elektrode 18c und dem umliegenden Substrat zu verkleinern und um den vertikalen Pull-in-Effekt zu vermeiden oder zu verringern, wird die mittlere Elektrode 18c des LNED-Aktuators mit einem Einzug jeweils an der Oberseite und der Unterseite, das heißt entlang der positiven und negativen z-Richtung versehen. Mit dem Begriff Einzug ist hier die Möglichkeit gemeint, die Elektrode 18c so zu strukturieren, dass sowohl die obere als auch die untere Seite der Elektrode 18c kürzer ist als die der Elektroden 18a und 18b. Auf diese Art und Weise wird die Elektrode 18c von den äußeren Elektroden 18a und 18b gegenüber dem Substrat 12 elektrisch teilweise bis stark abgeschirmt. Wenn weniger oder gar keine elektrischen Feldlinien von der Elektrode 18c hin zum Substrat ausgebildet werden, dann entsteht entsprechend eine geringe oder keine elektrische Kraft zwischen der Elektrode 18c und dem umliegenden Substrat 12. In diesem Fall findet der Pull-in-Effekt erst bei viel höheren Spannungen statt, verglichen mit dem Fall, in welchem die Elektrode 18c keinen Einzug besitzt, das heißt kein Überhang durch die äußeren Elektroden bereitgestellt wird. Die vertikale Pull-in-Spannung kann dadurch größer sein als die normale Ansteuerspannung der Aktuatoren, so dass im regulären Betrieb des MEMS 10 kein vertikaler Pull-in-Effekt auftritt.
2a zeigt eine schematische Ansicht eines Längsschnitts eines MEMS 20, wobei der Längsschnitt parallel zur Substratebene, das bedeutet, der x/y-Ebene dargestellt ist. 2a zeigt das MEMS 20 in einem Zustand, bevor eine Fixierung zwischen den Elektroden 18a bzw. 18b mit der Elektrode 18c erfolgt ist bzw., nachdem diese Fixierung gelöst worden ist. Zwischen den Elektroden 18a und 18c und/oder zwischen den Elektroden 18b und 18c kann ein Spalt 42 angeordnet sein, der beispielsweise von Prozessparametern oder Möglichkeit des Prozesses beeinflusst ist. Beispielsweise kann der Spalt 42 bzw. eine Abmessung des Spaltes 42 ein Ergebnis des verwendeten Aspektverhältnisses zwischen der Ausdehnung entlang der z-Richtung und einem daraus resultierenden Spalt 42 sein. Die Herstellung des Spaltes 42 kann beispielsweise durch Grabenätzung bzw. tiefes reaktives lonenätzen (engl. DRIE: deep reactive ion etch) erfolgen, wobei derzeit das technologisch sicher erreichbare Aspektverhältnis 25 bis 30 beträgt. In der Zukunft kann dieses Verhältnis möglicherweise noch weiter vergrößert werden. Für die Funktion des durch das Substrat 12 eingekapselten LNED Aktors 14 und für die Verhinderung des vertikalen Pull-In ist jedoch ein Aspektverhältnis von 400 bis 10.000 sinnvoll - was jedoch mit dem Stand der Technik heute nicht erreichbar ist. Beispielsweise kann bei einem Aspektverhältnis einer Grabentiefe im Verhältnis zu einer Grabenbreite von 25-30 und einer Ausdehnung der Elektroden 18a und 18b entlang der z-Richtung von 700 µm die Abmessung des Spaltes 42 in etwa 10 µm bis 30 µm betragen. Beispielsweise kann bei einem Aspektverhältnis von 25-30 und einer Ausdehnung der Elektroden 18a und 18b entlang der z-Richtung von 400 µm die Abmessung des Spaltes 42 in etwa 13 µm bis 16 µm betragen. Ausführungsformen können unterschiedliche Aspektverhältnisse mit einem Wert zumindest 50 aufweisen, von zumindest 100, von zumindest 400 oder gar höher. Gleichzeitig kann das Aspektverhältnis von zumindest 50 einen oberen Grenzwert von 10.000 oder mehr aufweisen, das Aspektverhältnis von zumindest 100 einen oberen Grenzwert von 7.000 oder mehr aufweisen und/oder das Aspektverhältnis von zumindest 400 einen oberen Grenzwert von 3.500 oder mehr aufweisen.
Die mittlere Elektrode 18c weist an diskreten Bereichen 22a bis 22f Vorsprünge auf, während die im Wesentlichen parallel zu der Elektrode 18c verlaufenden Elektroden 18a und 18b an korrespondierenden Stellen oder Bereichen ebenfalls Anbringungsbereiche aufweisen, etwa in Form einer Nut. Die Vorsprünge können als Bereiche 21 gemäß 1 ausgeführt sein, oder ein beliebiges anderes, bevorzug elektrisch isolierendes Material umfassen. Das bedeutet, dass durch eine Aneinanderfügung der diskreten Bereiche 22a bis 22f mit korrespondierenden Bereichen der Elektroden 18a und 18b eine Fixierung der Elektrode 18a mit der Elektrode 18c und eine Fixierung der Elektrode 18b mit der Elektrode 18c erfolgen kann. Beispielsweise zeigt die 2a einen Zustand, nachdem die Strukturen der Elektroden 18a bis 18c aus dem Substrat 12 herausgebildet wurden, etwa durch ein Ätzverfahren. Hierfür eignet sich beispielsweise ein reaktives lonenätzverfahren (engl.: Deep Reactive ion Etching - /DRIE) etwa in Silizium-Wafersubstraten. Das Herausbilden der Elektroden 18a bis 18c in der Kavität 14 des Substrats 12 kann so erfolgen, dass die Elektrode 18a und die Elektrode 18b über Federelemente 36a bzw. 36b mit dem Substrat 12 verbunden sind. Die Elektrode 18c kann über ein Federelement 37 mit dem Substrat 12 verbunden sein, das eine Auslenkung der Elektrode 18c entlang der Bewegungsrichtung y ermöglicht. Anders ausgedrückt sind die Elektroden 18a, 18b und 18c mit dem Substrat verbunden bzw. an dem Substrat 12 aufgehängt, wobei zwischen dem Substrat 12 und der Elektrode 18a das Federelement 36a angeordnet sein kann, während zwischen dem Substrat 12 und der Elektrode 18b das Federelement 36b angeordnet sein kann.
Um eine elektrische Kontaktierung bzw. einen elektrischen Kurzschluss zwischen den Elektroden zu verhindern, kann an Seitenwänden des Substrats 12 und/oder an Seitenwänden der Elektroden 18a bis 18c, zumindest im Bereich der Fixierungen 22a bis 22f aber auch allgemein auf allen Oberflächen eine elektrisch nicht leitfähige oder elektrisch isolierende Schicht 38 angeordnet sein, beispielsweise umfassend Siliziumnitrid (Si₃N₄), Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Aluminiumnitrid (AIN).
In 2b ist das MEMS 20 in einem Zustand dargestellt, in dem die Elektrode 18a gegenüber der Elektrode 18c und die Elektrode 18b gegenüber der Elektrode 18c an den diskreten Bereichen 22a bis 22f fixiert ist. Durch die Annäherung der Elektroden kann der Spalt 42 auf einen Spalt 42' verringert werden, der beispielsweise weniger als 5 µm, weniger als 3 µm oder höchstens 1 µm beträgt. Es sind auch geringere Abmessungen möglich, beispielsweise höchstens 0,8 µm oder höchstens 0,2 µm.
Das bewegliche Element 16 umfassend die Elektroden 18a, 18b und 18c ist ausgebildet, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der Elektrode 18a und der Elektrode 18c und/oder zwischen der Elektrode 18b und der Elektrode 18c eine Bewegung entlang der y-Richtung in der x/y-Ebene auszuführen. Hierfür kann das bewegliche Element eine aus einer Mehrzahl von Geometrien aufweisen. Bspw. kann das bewegliche Element 16 bzw. die Elektroden 18a bis 18c einen mehrfach geknickten Verlauf entlang der x-Richtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Elektroden 18a bis 18c bspw. im Wesentlichen parallel oder bspw. in einem domförmig-geknickten Verlauf zueinander verlaufen. Andere Ausgestaltungen sind ebenfalls möglich. Durch die Fixierung in den diskreten Bereichen 22a bis 22f führt beispielsweise eine anziehende Kraft zwischen den Elektroden 18b und 18c oder eine abstoßende Kraft zwischen den Elektroden 18a und 18c zu einer Bewegung des verformbaren Elementes 16 entlang der negativen y-Richtung. Eine abstoßende Kraft zwischen den Elektroden 18b und 18c und/oder eine anziehende Kraft zwischen den Elektroden 18c und 18c kann hingegen zu einer Bewegung des beweglichen Elementes 16 entlang der positiven y-Richtung führen. Andere Geometrien sind ebenfalls implementierbar, das bedeutet die Elektroden 18a, 18b und/oder 18c können einen anderen Verlauf oder eine andere Form aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann eine andere Anordnung und/oder eine andere Anzahl von diskreten Bereichen 22a bis 22f genutzt werden, um die Elektroden gegeneinander zu fixieren. Beispielsweise ist in der 2b dargestellt, dass sich die Vorsprünge der Elektrode 18c im Wesentlichen parallel zur y-Richtung von der Elektrode 18c erheben. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen kann zumindest ein diskreter Bereich 22a bis 22f unter einem Winkel zur y-Richtung angeordnet sein. Gemäß alternativen oder zusätzlichen Ausführungsbeispielen kann auch ein Vorsprung an einer Elektrode 18a oder 18b angeordnet sein, während ein entsprechendes Passstück, das ebenfalls als Nut oder Feder gebildet sein kann, an der Elektrode 18c angeordnet ist. Das Passstück kann beispielsweise die Form eines Schwalbenschwanzes oder eine andere Verzahnungsgeometrie besitzen.
Anders ausgedrückt, sind die Elektroden 18a und 18b in Richtung der Elektrode 18c bewegt, wenn die 2a vergleichsweise herangezogen wird. Hierdurch sind die Federelemente 36a und 36b zumindest teilweise gespannt, das heißt es herrscht eine Zugspannung vor, so dass sich bei einer Lösung der Fixierung in den diskreten Bereichen 22a bis 22f, das heißt bei einer Trennung der Fixierung, die Elektroden 18a und 18b von der Elektrode 18c entfernen, etwa indem sich die Federelemente 36a und 36b entspannen und/oder zusammenziehen und zumindest teilweise die Anordnung aus 2a einnehmen. Die Trennung der Fixierung kann ein theoretischer Betriebszustand sein, der für den tatsächlichen Betrieb des MEMS nicht vorgesehen ist.
Die mechanische Spannung, die zu einer Entfernung der Elektroden 18a und 18b von der Elektrode 18c führen, kann von den Federelementen 36a und 36b bereitgestellt werden.
Ein Verbinden der Elektroden 18a und 18b mit der Elektrode 18c kann beispielsweise durch Erzeugen von elektrischen Anziehungskräften erfolgen, etwa indem an die Elektrode 18c ein Steuerpotential und an die Elektroden 18a und 18b ein Referenzpotential angelegt wird. Durch die so entstehenden Anziehungskräfte können die Elektroden 18a und 18c bzw. 18b und 18c miteinander in mechanischem Kontakt gebracht werden, wobei eine elektrische Isolierung der Elektroden voneinander durch die Isolationsschicht 38 bereitgestellt werden kann. Um einen wirksamen, ggf. endgültigen oder irreversiblen mechanischen Zusammenschluss der Elektroden zu erzeugen, können einer oder mehrere Wirkmechanismen eingesetzt werden. So kann eine Fixierung zwischen der Elektrode 18a und der Elektrode 18c und/oder zwischen der Elektrode 18b und der Elektrode 18c an den diskreten Bereichen 22a bis 22f durch eine mechanische Einrastung unter Verwendung mechanischer Einrastgeometrien, etwa Nut-Feder-Verbindungen, Schwalbenschwanzverbindungen oder dergleichen erhalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein elektrostatisches Sticking eingesetzt werden, eine Fixierung durch nachträgliches Abscheiden einer Dünnschicht und/oder eine feste Verbindung durch Oberflächenkräfte, wie etwa Van-der-Waals-Kräfte erhalten werden. Die Fixierung durch nachträgliches Abscheiden von Dünnschichten kann bspw. so erfolgen, dass die Elektroden zuerst aneinander angenähert werden, etwa durch elektrostatisches Sticking oder ein anderes hierin beschriebenes Verfahren, und in diesem Zustand eine Schicht abgeschieden wird, die Kräfte in das System einbringt, die die Elektroden zusammenhalten. Alternativ oder zusätzlich kann durch ein Aufladen (Charging) der Isolationsschicht 38 ein Zusammenhalten der Elektroden erhalten werden. So kann die Isolationsschicht 38 beispielsweise aufgrund der Herstellung elektrisch aufgeladen sein und als zusätzliche Spannungsquelle wirken, die die Elektroden zusammenhält. Es kann somit eine elektrostatische Anziehung genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine nachträgliche Sicherung eingesetzt werden, mit der die mechanische Verbindung zwischen den Elektroden durch eine thermische Aktivierung, etwa der Isolationsschicht 38, erhalten wird. Bei der Aktivierung kann an Grenzflächen zwischen zwei Materialoberflächen, etwa zwischen einer Oberfläche der Isolationsschicht 38 und einer benachbarten Schicht eine Kraft erhalten werden. Die Isolationsschicht 38 kann beispielsweise aus einem sogenannten thermischen SiO₂ bestehen oder dieses umfassen und kann nach dem mechanischen miteinander Inverbindungbringen thermisch aktiviert werden, so dass die Isolationsschicht 38 die Fixierung bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine chemische Verbindung, etwa eine Klebeverbindung genutzt werden, etwa durch Verwendung eines Polymers, das ausgehärtet wird. Es ist ferner möglich, eine Flüssigkeit einzubringen, die nach dem Zusammenfügen verdampft oder verdunstet wird. Durch einen derartigen Trocknungsprozess können Oberflächenkräfte zwischen den Elektroden erhalten werden, die ebenfalls eine Fixierung bereitstellen.
In anderen Worten kann die Annäherung der Elektroden durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden 18a und 18c bzw. und/oder zwischen den Elektroden 18a und 18c und der damit verbundenen Anziehungskräfte erfolgen. Die Elektroden werden dabei soweit angenähert, bis sie in den mechanischen Kontakt im Bereich der Fixierungen 22a bis 22f geraten und aufgrund von Oberflächenkräften temporär oder dauerhaft haften bleiben. Alternativ oder zusätzlich ist eine Annäherung durch Aufbringen geeigneter elektrischer Ladungen, die auf den Elektroden verbleibt möglich. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch die Annäherung erreicht werden, in dem in den Spalt 42 eine geeignete Flüssigkeit eingebracht wird, diese anschließend durch Trocknung verdunstet und infolge der wirkenden Oberflächenkräfte die Elektroden 18a und 18c und/oder 18b und 18c aufeinander zu bewegt werden, bis sie in den mechanischen Kontakt im Bereich der Fixierungen 22a bis 22f geraten und aufgrund von Oberflächenkräften temporär oder dauerhaft haften bleiben. Für den Fall, dass die zuvor beschriebene Annäherung der Elektroden und der mechanische Kontakt nur temporär - das heißt nur für eine bestimmte Zeit erfolgt, können die Elektroden 18a, 18b und 18c des MEMS 20, welches in 2b gezeigte ist, durch eine Abscheidung einer weiteren, geeigneten Dünnschicht dauerhaft miteinander fixiert werden. Die Dünnschicht kann ein elektrisch isolierendes Material umfassen, etwa Siliziumnitrid (Si₃N₄), Siliziumdioxid (SiO₂) und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Aluminiumnitrid (AIN).
Der gegenüber der 2a verringerte Abstand zwischen den Elektroden ermöglicht die Erzeugung hoher elektrostatischer Kräfte zwischen den Elektroden. Ferner ermöglicht die Ausformung der Elektroden gemäß der Darstellung der Fig. 2a, dass sich die bestehenden Limitierungen eingesetzter Prozesse zum Ausformen der Elektroden 18a, 18b und 18c nicht oder nur in geringem Maße einschränkend auf eine Ausdehnung der Elektroden und mithin des MEMS 20 entlang der z-Richtung auswirken. Dies ermöglicht eine hohe Ausdehnung des MEMS 20 entlang der Dickenrichtung z, so dass auch durch die hohe Ausdehnung und die dadurch erhaltene hohe Stabilität der Elektroden ein vertikalen, d. h., entlang der z-Richtung, Pull-in-Effekt verringert oder vermieden werden kann. Eine laterale Abmessung des MEMS 20 bzw. der Elektroden 18a und 18b senkrecht zu der Bewegungsrichtung x, das heißt entlang der Dickenrichtung z, kann beispielsweise größer sein als 150 µm, größer sein als 400 µm, größer als 600 µm oder zumindest 700 µm betragen.
In anderen Worten kann eine Rahmenbedingung vorgegeben werden, gemäß der eine 700 µm Device-Schicht herzustellen ist, das heißt die Abmessung der Elektroden 18a und 18b, ggf. auch der Elektrode 18c entlang der z-Richtung beträgt zumindest 700 µm. Ferner kann DRIE weiterhin für die Ätzung des NED-Spaltes genutzt werden, das heißt, bei der Tiefenätzung soll weiterhin ein aktuell technologisch realisierbares Aspektverhältnis von 25 bis 30 genutzt werden. Dies kann dadurch erhalten werden, dass der LNED-Spalt beispielsweise ca. 25 µm breit und 700 µm tief geätzt wird und nachträglich, das heißt zwischen den Darstellungen der Fig. 2a und 2b, etwa in einer elektrischen Testphase des Bauelementes auf 1 µm oder weniger verringert wird. Mit nochmals anderen Worten: Der Spalt wird bereitgestellt, nachträglich durch Zusammenführen der Elektroden verringert und die Elektroden werden fest miteinander verbunden.
Eine derart dicke Device-Schicht von zumindest 400 µm, zumindest 600 µm oder zumindest 700 µm ist vorteilhaft. Durch die nachträgliche Annäherung der Elektrodenschichten können technologische Einschränkungen überwunden werden, die basierend auf den Aspektverhältnissen eine derartige Ausformung behindern können. Limitierend kann bspw. der zu erhaltende Abstand zwischen den Elektroden sein, der mit üblichen Aspektverhältnissen und den genannten Dicken schwer oder nicht erreichbar ist. Allerdings kann die Effizienz des Aktuators von dem Abstand zwischen den Elektroden, was auch als LNED Spalt, Gap oder Elektrodenabstand bezeichnet wird, zumindest beeinflusst sein. Je kleiner der Spalt, desto größer können elektrostatische Kräfte des Aktuators sein; desto effizienter kann der der LNED-Aktuator im Hinblick auf große Biegemomente und große Auslenkungen sein; desto kleinere Steuerspannungen können eingesetzt werden; desto größer werden bspw. erzielbare Schalldruckpegel, wenn der LNED-Aktuator als Lautsprecher eingesetzt wird; und/oder desto weniger Chipfläche kann nötig sein, um einen vergleichbaren Schallleistungsdruck zu erzeugen, was sich vorteilhaft auf einen Bauelementepreis auswirken kann. Der LNED-Spalt kann mittels DRIE-Ätzung hergestellt werden. Weil DRIE sehr stark von den Seitenverhältnissen (Aspektverhältnis von Grabentiefe zu Grabenbreite) des Grabens abhängig ist und bei Aspektverhältnissen von mehr als 30 Probleme mit der Stabilität der Ätzung auftreten können, kann ein derartiges Aspektverhältnis zur Herstellung hierein beschriebener Ausführungsbeispiele eingehalten werden, etwa indem eine Device-Schicht mit 75 µm gefertigt wird und ein Spalt mit einer Breite von 3 µm oder weniger gebildet wird, so dass sich ein Aspektverhältnis für die DRIE-Ätzung von 25 ergibt, wobei diese Maße beliebig anpassbar sind. So können durch das beschriebene Vorgehen auch Aktuatoren mit einer Schichtdicke von 700 µm (oder mehr) erhalten werden, bei denen der NED-Spalt lediglich 200 nm (oder weniger) beträgt. Dies kann zu einem nachträglichen Aspektverhältnis von 3500 oder mehr führen, was mit DRIE-Ätzung schwer oder nicht erreicht werden kann. Ausführungsformen können unterschiedliche Aspektverhältnisse mit einem Wert bis zu 3.500, bis zu 7.000 oder gar bis zu 10.000 bereitzustellen.
Gemäß dem ersten Aspekt wird somit der Pull-in-Effekt reduziert oder verhindert, indem die Elektrode 18c entlang der z-Richtung kleiner ausgeführt ist als die sie umgebenden Elektroden 18a und 18b. Gemäß dem zweiten Aspekt wird eine erhöhte Stabilität ebenfalls zur Verringerung oder Vermeidung des vertikalen Pull-in-Effektes, dadurch erhalten, dass eine hohe Abmessung entlang der z-Richtung erhalten wird. Der erste Aspekt und der zweite Aspekt sowie die in deren Zusammenhang beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen können unabhängig von einander bereitgestellt werden, aber auch beliebig miteinander kombiniert werden, das bedeutet, auch das MEMS 20 kann mit unterschiedlich großen Elektroden gemäß den Ausführungen im Zusammenhang mit dem MEMS 10 ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Abmessung der Elektroden 18a und 18b des MEMS 10 in 1 400 µm oder mehr betragen. Hierfür kann die Elektrode 18a über ein unter Zugspannung stehendes Federelement, etwa das Federelement 36a, mit dem Substrat 12 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektrode 18b über ein unter Zugspannung stehendes, d. h., gespanntes Federelement, etwa das Federelement 36b, mit dem Substrat 12 verbunden sein. Es ist ebenfalls möglich, die Ausführungen gemäß dem ersten Aspekt und die Ausführungen gemäß dem zweiten Aspekt unabhängig von einander in Abwesenheit des anderen Aspektes zu realisieren.
2c zeigt eine schematische Aufsicht auf ein modifiziertes MEMS 20', bei dem gegenüber dem MEMS 20 das Federelement 36a entfernt ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eines der Federelemente 36b oder 37 entfernt sein, wobei zumindest eines der Federelemente erhalten bleibt, um das bewegliche Element gegenüber dem Substrat 12 abzustützen. Das Entfernen eines oder mehrerer der Federelemente 36a und/oder 36b und/oder 37 kann nach dem Erhalt der Fixierung erfolgen, etwa wenn ein MEMS hergestellt werden soll, das eine geringe Eigenfrequenz aufweist, etwa für Lautsprecher, die ausgebildet sind, um niederfrequenten Hörschall auszusenden. Das bedeutet, dass das MEMS 20, obwohl es als herzustellendes Produkt beschrieben ist, weiter bearbeitet werden kann und dann als Zwischenprodukt gelten kann. Trotz des Entfernens von Federelementen verbleibt das Aspektverhältnis des MEMS und/oder das Befestigen der Elektroden aneinander. Es versteht sich, dass bei einem beabsichtigten Entfernen des Federelementes 36a, 36b oder 37 selbiges zwar als auslenkbare Feder gebildet werden kann, dies aber nicht erforderlich ist, insbesondere bezüglich des Federelementes 37. Das bedeutet, dass eine zu entfernende Struktur als Opferstruktur gebildet werden kann, die während des Fixierens unbewegt bleibt (Feder 37), ausgelenkt werden kann oder ggf. brechen kann. Eine Beschädigung kann im Hinblick auf die nachfolgende Entfernung unbeachtlich sein.
Das MEMS 20' kann als MEMS beschrieben werden, das das Substrat 12 umfasst, das die Kavität 14 aufweist. Das in der Kavität 14 angeordnete bewegliche Element 16 umfasst die erste Elektrode 18a, die zweite Elektrode 18b und die zwischen der ersten Elektrode 18a und zweiten Elektrode 18b angeordnete dritte Elektrode 18c, die mit der ersten Elektrode 18a und der zweiten Elektrode 18b an den diskreten Bereichen 22a-f elektrisch isoliert mit einer Fixierung fixiert ist. Das bewegliche Element 16 ist ausgebildet, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode 18a und der dritten Elektrode 18c und/oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode 18b und der dritten Elektrode 18c eine Bewegung entlang der Bewegungsrichtung y in der Substratebene x/y auszuführen. Insofern kann das MEMS 20' gleich gebildet sein, wie das MEMS 20. Die erste Elektrode 18a und die zweite Elektrode 18b kann an den diskreten Bereichen durch eine Funktionsschicht 38' von der dritten Elektrode 18c beabstandet sein und miteinander mechanisch fest verbunden sein. Die Funktionsschicht 38' kann zumindest eine Materialschicht - wie beispielsweise eine konform abgeschiedene Dünnschicht - umfassen und stellt die Funktion einer elektrischen Isolierung der Elektroden 18a und 18c und 18b und 18c gegeneinander bereit. Darüber hinaus stellt die Funktionsschicht 38' die Funktion der mechanischen Verbindung oder Anhaftung bereit. Zumindest eine der Elektroden 18a, 18b und/oder 18c ist über ein Federelement mit dem Substrat 12 verbunden, wie es für die Federelemente 36b und 37 dargestellt ist. Zumindest eine der Elektroden 18a, 18b und/oder 18c sind ausschließlich mittelbar über eine benachbarte Elektrode mit dem Substrat 12 verbunden. Das bedeutet, etwa die Elektrode 18a ist an den diskreten Bereichen 22b, 22d und 22f mit der Elektrode 18c mechanisch fest verbunden und über diese gegenüber dem Substrat 12 abgestützt.
Die Elektrode 18a, 18b und/oder 18c, die ausschließlich mittelbar gegenüber dem Substrat abgestützt wird, kann nach einer Fixierung dieser Elektrode an einer anderen Elektrode, die gegenüber dem Substrat mittelbar oder unmittelbar abgestützt ist, von dem Federelement getrennt werden.
Alternativ kann eine oder können mehrere andere Federelemente entfernt sein. Bevorzugt wird hierbei eine Symmetrie erhalten, etwa indem eine mittlere Feder entfernt wird, bspw. die Feder 37, und äußere beibehalten oder umgekehrt.
Die Federelemente 36a, 36b und 37 des MEMS 37 dienen auch als elektrischer Pfad zu den Elektroden 18a, 18b und 18c. Wird eine solche Feder entfernt, so kann ein Pfad über eine verbleibende Feder erhalten werden, ggf. elektrisch isoliert von einer durchquerten Elektrode. Bspw. kann ein elektrisch von der Elektrode 18c isolierter Pfad vom Substrat 12 über die Elektrode 18c hin zur Elektrode 18a geführt werden. Alternativ kann auch eine drahtlose Energieübertragung oder ein Schleifkontakt zwischen Substrat und Elektrode 18a implementiert werden. Eine elektrische Kontaktierung der Elektroden 18a, 18b und/oder 18c mit einer Metallbahn die entlang 18c und isoliert von unten von 18c kann bspw. über die diskreten Bereiche 22b, 22d und/oder 22f geführt werden. Die Metallisierung bzw. Abscheidung und Strukturierung kann nach der Zusammenführung der Elektroden 18a-c erfolgen, es ist aber ebenfalls möglich, die Metallisierung zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt anzuordnen.
Ohne Einschränkungen ermöglicht dies, ebenso wie andere Ausführungsbeispiele, dass ein Aspektverhältnis eines Abstands zwischen der ersten Elektrode 18a und/oder der zweiten Elektrode 18b bezüglich der dritten Elektrode 18c und einer Abmessung der ersten Elektrode 18a entlang einer Richtung z senkrecht zur Bewegungsrichtung y größer ist als 100. Der Aspekt des Entfernens eines oder mehrerer Federelemente kann mit sämtlichen anderen hierein beschriebenen Ausführungen kombiniert werden.
2d zeigt eine schematische Ansicht eines Längsschnitts eines MEMS 20", wobei der Längsschnitt parallel zur Substratebene ausgeführt ist. Gegenüber dem MEMS 20 aus Fig. 2a, kann das MEMS 20" Federelemente 36‘a bis 36‘d umfassen, die bspw. als Biegefedern oder Biegebalken gebildet sind. Je ein Federelement 36‘a bis 36‘d kann an je einem distalen und an einem proximalen Ende der Elektrode 18a und der Elektrode 18b angeordnet sein, wobei das proximale Ende bspw. benachbart zu einer Einspannung der Elektrode 18c angeordnet sein kann. Es versteht sich, dass diese relativen Lagebegriffe ohne Einschränkung beliebig mit einander vertauschbar sind, ohne die im Zusammenhang mit hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen erläuterte Lehre einzuschränken. Alternativ zu einer Anordnung der Federelemente an distalen und proximalen Enden kann auch eine Anordnung in jeder Zelle einer Mehrzahl oder Vielzahl von Zellen des als balkenförmig gebildeten MEMS 20" erfolgen. Eine Zelle beschreibt einen Balkenabschnitt zwischen den beiden Punkten oder Bereichen 22a-22c wo die Elektroden in mechanischen Kontakt kommen.
2e zeigt eine schematische Ansicht des Längsschnitts des MEMS 20", bei dem die Elektroden 18a bis 18c an einander angenähert sind. Für das Annähern und/oder das Erhalten der Fixierung können gleiche oder zumindest vergleichbare Schritte ausgeführt werden, die im Zusammenhang mit der Fig. 2a und 2b erläutert sind. Die Federelemente 36‘a bis 36‘d können bspw. als bistabile Feder ausgebildet sein, um die Kräfte, die die Elektroden 18a bis 18c zu auseinanderziehen oder -drücken, gering zu halten. Eine andere Ausformung, etwa als monostabile Federn oder al Federn, die eine höhere Anzahl stabiler Zustände aufweisen, ist ebenfalls möglich. Im Gegensatz zum MEMS 20, wo die Federelemente 36a und 36b als unter Zugspannung stehend beschrieben sind, kann das MEMS 20" dahingehend modifiziert sein, dass die Federelemente 36‘a bis 36‘d unter einer mechanischen Spannung stehen, die durch eine Balkenbiegung der Federelemente 36‘a und 36‘b erhalten ist. Dies kann auch so verstanden werden, dass alternativ oder zusätzlich zu den unter Spannung stehenden Federn, eine mehrfachstabile Struktur angeordnet sein kann die die Elektrode 18a und/oder 18b gegenüber der Elektrode 18c hält oder positioniert.
Wie es im Zusammenhang mit dem MEMS 20' beschreiben ist, kann zumindest eine der Federn 36‘a-d oder 37 entfernt werden.
In anderen Worten kann das Zusammenführen und nachträgliche Fixieren der Elektroden auch durch bistabile Federn erfolgen. Es existieren, auch im MEMS-Bereich, mechanisch bistabile Geometrien, die bei Aktivierung, etwa einer Bewegung durch elektrostatische Felder, einen zweiten ausgelenkten Zustand einnehmen können, der nach einer Entfernung der Aktivierungskraft, etwa nach Entfernen des elektrostatischen Feldes so verharrt. Solch ein Effekt kann auch als Knackfrosch-Effekt beschrieben werden oder ist im Bereich der Haarspangen bekannt. Die Federn 36‘a bis 36‘d können in x-Richtung angeordnet und in ihrer Geometrie ausgeführt, etwa durch ihr Design S-förmig gekrümmt hergestellt, sein, dass sich nach dem Zusammenführender Elektroden in einer zweiten stabilen Position, etwa in einer gespiegelten S-Position, verharren und dadurch den Spaltabstand 42 dauerhaft verkleinern. Hierfür können Federelemente 36‘a und 36‘b bzw. 36‘c und 36‘d beidseitig am Balken angeordnet sein, um einen beidseitig eingespannten Balken zu erhalten.
2f zeigt eine schematische Ansicht einer Federaufhängung, die für das MEMS 20, 20' und/oder 20" verwendbar ist. Die drei Elektroden 18a bis 18c sind durch DRIE-geätzten Gräben beabstandet und in einem Zustand vor dem Zusammenbringen der Elektroden dargestellt. Beide Federn, die als wellenförmige Gebilde dargestellt sind, können während einem Aneinanderbringen der Elektroden gebogen werden und können auch ihre Länge geringfügig verändern. Damit können sowohl Zug- als auch Druckspannungen in den gebogenen Federn eingebracht werden. In der Darstellung der 2f stellen dunkle Flächen ein Material, etwa Silizium, dar, während hellere Flächen Grabenstrukturen darstellen. Ein Bereich 39a und/oder ein Bereich 39b und/oder ein Bereich 39c kann als Kontaktfläche zum Kontaktieren des MEMS nutzbar sein, etwa zum Kontaktieren der Elektroden 18a bis 18c. Die Elektroden 18a und 18b können durch ihre gebogene Struktur selbst als Federn nutzbar sein, die beim Anlegen der elektrischen Spannung zum Annähern der Elektroden 18a bis 18c aneinander flexibel nachgeben. Die Elektrode 18c kann relativ starr oder unbeweglich, d. h., fest gebildet sein, das bedeutet, die Elektroden 18a und 18b können sich auf die Elektrode 18c zubewegen.
3a zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines MEMS 30, das die entlang der z-Richtung unterschiedlichen ausgedehnten Elektroden 18a, 18b und 18c aufweist, wie es im Zusammenhang mit dem MEMS 10 beschrieben wurde und das einen Zustand aufweist, wie er für das MEMS 20 im Zusammenhang mit der 2a beschrieben wurde. Das bedeutet, zwischen der Elektrode 18a und der Elektrode 18c ist der Spalt 42 angeordnet. Ferner ist zwischen der Elektrode 18b und der Elektrode 18c der Spalt 42 angeordnet.
3b zeigt eine schematische Querschnittsansicht des MEMS 30 während oder nach der Fixierung der Elektroden 18a, 18b und 18c an den diskreten Bereichen 22a und 22b. Beispielsweise ist die Elektrode 18c mit einem Potential gegenüber den Elektroden 18a und 18b beaufschlagt, so dass sich zwischen der Elektrode 18a und 18c eine Spannung U₁ einstellt und so dass sich zwischen der Elektrode 18c und der Elektrode 18b ein Potential U₂ einstellt. Die Potentiale U₁ und U₂ können einen gleichen Betragswert aufweisen. Beispielsweise kann eine Spannung, die an die Elektrode 18c angelegt wird größer sein als eine Ansteuerspannung. Beispielsweise kann das MEMS später mit einer Spannung in einem Bereich von 0 bis 10 V ansteuerbar sein. Eine für die Fixierung anlegbare Spannung U₁ und/oder U₂ kann einen Wert von in etwa 100 V aufweisen. Vor der Zusammenführung sind die Elektroden 18a, 18b und 18c mit der nicht leitfähigen Schicht 38 verhüllt worden.
In anderen Worten sind die Elektroden vor der Zusammenführung mit einer nicht leitfähigen Schicht verhüllt worden. Die Verhüllung kann alternativ auch nur an den Stellen erfolgen, wo die mechanische Verbindung der Elektroden stattfinden soll, etwa an den Einrastgeometrien. Alternativ hierzu kann die isolierende Schicht auch an weiteren zusätzlichen Stellen angeordnet sein.
4 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines MEMS-Wandlers 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem MEMS-Wandler 40 kann es sich beispielsweise um einen Schallwandler, etwa einen Lautsprecher oder ein Mikrofon handeln. Obwohl der MEMS-Wandler 40 nachfolgend als MEMS-Lautsprecher beschrieben wird, kann die Funktionsweise auch auf ein MEMS-Mikrofon übertragen werden, wenn eine angelegte Spannung erfasst, das heißt gemessen wird, anstelle sie im Falle eines Lautsprechers anzulegen, um eine Bewegung des beweglichen Elementes 16 zu erhalten. Der MEMS-Lautsprecher 40 kann beispielsweise das MEMS 10, 20 und/oder 30 umfassen. Anstelle eines Schallwandlers kann der MEMS-Wandler 40 auch eine Pumpe, ein Ventil, ein Dosiersystem, einen Beschleunigungssensor, einen Drehratensensor, ein Mikropositioniersystem, einen Mikrostabilisator ,z. B. für Bildsensoren, und/oder einen Mikroschalter (etwa für Hochfrequenz- bzw. Hochspannungsanwendungen, bilden.
Die diskreten Bereiche 22a und 22b bzw. die entsprechenden Ausbildungen von Verbindungselementen können schräg im Raum angeordnet sein, das bedeutet, innerhalb der Substratebene geneigt sein, so dass in der dargestellten Querschnittsebene lediglich Teile der Verbindungselemente dargestellt sind, die die Elektroden 18a und 18c bzw. 18b und 18c miteinander verbinden. Das Substrat 12 kann mehrere Lagen 12a, 12b und 12c aufweisen. Beispielsweise kann die Schicht 12a als Deckel-Wafer, die Schicht 12b als Device-Schicht und die Schicht 12c als Handle-Wafer bezeichnet werden. Zwischen den Schichten 12a und 12b kann eine Isolations- oder Ätzstoppschicht, etwa umfassend SiO₂ oder dergleichen angeordnet sein. Die Schicht 44a kann eine Dicke von beispielsweise 1 µm aufweisen. Zwischen den Schichten 12b und 12c kann eine gleichartige Schicht angeordnet sein, etwa ebenfalls umfassend SiO₂ und ebenfalls eine Schichtdicke von in etwa 1 µm aufweisen. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Schichten auch eine andere Schichtdicke aufweisen. Wie es durch Pfeile 46a und 46b dargestellt ist, kann durch die Bewegung des beweglichen Elementes 16 in der Substratebene x/y eine Bewegung des das bewegliche Elemente umgebenden Fluids entlang der Pfeilrichtungen der Pfeile 46a und/oder 46b erfolgen, so dass eine Abstrahlung des Fluiddrucks entlang positiver und negativer Dickenrichtung ermöglicht ist. Durch Verschließen einer der Öffnungen kann der Fluidfluss auch mit einer Vorzugsrichtung versehen werden. Durch Anordnen eines passiven Ventils, das ähnlich wie ein Rückschlagventil einen Fluidfluss entlang einer Richtung reduziert oder verhindern, kann der MEMS-Wandler 40 auch als MEMS-Pumpe einsetzbar sein. Gemäß weiteren Ausführungen ist der MEMS-Wandler 40 als Ventil, Dosiersystem, Beschleunigungssensor, Drehratensensor, Mikropositioniersystem, Mikrostabilisator (etwa für Bildsensoren), Mikroschalter (etwa für Hochfrequenz- und/oder Hochspannungsanwendungen) einsetzbar.
In anderen Worten bewegt sich der LNED-Aktor 40 lateral in der x/y-Ebene, wenn zwischen den Elektroden 18a/18b und 18c eine Steuerspannung U angelegt wird. Wenn der LNED-Aktor unter Spannung ist können die Schichten 12a, 12b und 12c auch mit einem Potential kontaktiert werden, etwa geerdet, um eine reproduzierbare Bewegung des LNED-Aktors zu gewährleisten oder zu ermöglichen. Eine nachfolgend wiedergegebene Belegung der elektrischen Steuerspannung kann in einem Normalbetrieb sinnvoll oder erforderlich sein. Die Elektroden 18a und 18b können auf Ground gelegt werden, das heißt geerdet oder mit 0 V verbunden werden. Selbiges kann auf die Schichten 12a, 12b und 12c zutreffen. An die Elektrode 18c kann eine Steuerspannung angelegt werden, etwa ein analoges Audiosignal zum Betrieb als MEMS-Lautsprecher oder ein entsprechendes Signal zum Betrieb als MEMS-Pumpe.
Anhand der 5a bis 5l wird nachfolgend ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von MEMS-Strukturen gemäß Ausführungsbeispielen beschrieben.
5a zeigt das Bereitstellen eines Substrats umfassend die Schichten 12b und 12c, die durch die Schicht 44b getrennt sind. In die Schicht 12b können Gräben 48a und 48b eingebracht werden, welche später die Elektrodenspalte definieren, etwa die noch zu verringerten Spalten zwischen den Elektroden. Dies kann beispielsweise durch eine DRIE-Ätzung mit einer Begrenzung (Stopp) auf Box, der Schicht 44b erfolgen.
5b zeigt die Füllung der Gräben 48a und 48b mit einem Isolationsmaterial, beispielsweise SiO₂, wobei auch eine der Schicht 12c abgewandte Hauptseitenoberfläche der Schicht 12b mit dem SiO₂ bedeckt werden kann.
5c zeigt eine schematische Ansicht des Schichtstapels, bei dem eine Ätzung eines Grabens 48c, etwa eine Einzugs- (engl.: Recess-RC-)Graben-Ätzung erfolgt. Zum Definieren des Überhangs 28b kann die Ätzung des Grabens 48c so ausgeführt werden, dass die Schicht 44b nicht erreicht wird, das bedeutet, die Schicht 12b wird nicht vollständig durchdrungen und die DRIE-Ätzung wird nach einer Anzahl Zeit- bzw. Prozesszyklen gestoppt.
5d zeigt eine schematische Ansicht des Schichtstapels, bei dem in den Graben 48c eine isolierende oder eine den Ätzprozess des Substrats 12b oder 12c hemmende Schicht 52 abgeschieden wurde, beispielsweise eine SiO₂-Schicht oder eine andere elektrisch isolierende Schicht.
5e zeigt eine schematische Ansicht des Schichtstapels, bei dem die zuvor abgeschiedene Schicht 52 von einem Bodens des Grabens 48c entfernt wird, etwa durch eine SiO₂-Ätzung am Boden des RC-Grabens.
5f zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des Schichtstapels, bei dem im Nachgang zur Entfernung der Schicht 52 vom Boden des Grabens eine isotrope Si-Ätzung erfolgt, so dass die Schicht 12b zwischen den Gräben 48a und 48b entfernt wird. Durch die isotrope Ätzung kann der Einzug 28b bzw. der Überhang 28b erzeugt werden, indem das verbleibende Material eine verringerte Ausdehnung aufweist. Zwischen dem verbleibenden Material der Schicht 12b und der Schicht 12c und/oder 44b kann ein Hohlraum 54 verbleiben.
5g zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des Stapels, bei dem der RC-Graben 48c mit einem Ätzstopp-Material, etwa SiO₂ befüllt wird. Dies kann so erfolgen, dass eine der Schicht 12c zugewandte Oberfläche der durch den Hohlraum 54 freigelegten Breite der Schicht 12b durch die Schicht 52 bedeckt wird.
5h zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des Stapels, bei dem das Material der Schicht 52 im Bereich zwischen den Gräben 48a und 48b und im Bereich, der den Hohlraum 54 bedeckt, abgetragen wird. Darüber hinaus kann die Schicht 12b teilweise zurückgeätzt werden, um den oberen Überhang 28a zu erzeugen. Es wird deutlich, dass durch die zeitlich versetzte Erzeugung der Überhänge 28a und 28b diese auch verschiedene Abmessungen voneinander aufweisen können.
5i zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des Stapels, bei dem der in 5h freigelegte Bereich und das Volumen der zurückgeätzten Schicht 12b mit dem Material der Schicht 52 aufgefüllt wird, das heißt, es erfolgt eine Füllung beispielsweise mit SiO₂.
5j zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des Stapels, bei dem in einem lateral bezüglich der Gräben 48a und 48b außenliegenden Bereich offene Gräben 56a und 56b geätzt werden. Bei dem offenen Graben 56a und/oder 56b kann es sich um Öffnungen handeln, welche die Luftkammern bzw. die Pumpkammern definieren.
Die 5k zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des Schichtstapels, bei dem Elemente 18‘a, 18‘b und 18‘c, die später die Elektroden 18a, 18b bzw. 18c bilden, freigelegt werden. Das bedeutet, es erfolgt einen Release-Ätzung, etwa mit einer Flusssäure-Gasphasenätzung des LNED-Balkens. Sobald eine Kontaktierung der Elemente 18‘a, 18‘b und/oder 18‘c erfolgt, können diese als Elektroden genutzt werden.
5l zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des Stapels, bei dem die Kavität 14 durch Anbringung der Schicht 12a verschlossen ist, wobei die Schicht 12a, die Schicht 12b und/oder die Schicht 12c optionale Öffnungen 38 aufweisen kann, um einen Zustrom oder einen Abstrom eines Fluids in oder aus der Kavität 14 zu ermöglichen. In dem so erhaltenen MEMS 50 weist das bewegliche Element zwei Elektroden 18c-1 und 18c-2 auf, die gegenüber den Elektroden 18a und 18b eine Potentialdifferenz aufweisen können. Die Elektroden 18c-1 und 18c-2 können ausgebildet sein, um stets ein gleiches elektrisches Potential aufzuweisen, etwa indem sie elektrisch mit einander verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei den Elektroden 18c-1 und 18c-2 einstückig mit einander verbundene Elemente handeln, zwischen denen ein Graben oder eine Lochstruktur angeordnet ist, etwa um ein darunterliegendes Ätzen zu ermöglichen. Eine derartige Anordnung zweier Elektroden zwischen den äußeren Elektroden 18a und 18b kann eine individuelle Auslenkung des beweglichen Elementes entlang einer jeden Richtung in der Substratebene ermöglichen. Anstelle der Elektroden 18c-1 und 18c-2 kann auch lediglich die Elektrode 18c angeordnet sein oder eine andere Anzahl von Elektroden angeordnet sein, etwa mehr als 2, mehr als 3 oder mehr als 4.
Wie es beschrieben wurde, umfasst somit ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS gemäß dem ersten Aspekt, etwa des MEMS 10, ein Bereitstellen eines Substrats. Hierbei kann das Substrat so bereitgestellt werden, dass eine Kavität im weiteren Verlauf erzeugt wird oder dass die Kavität bereits erzeugt wurde. Eine Kavität kann im weiteren Verlauf erzeugt werden, wenn einige Elemente in dem Substrat ausgebildet und freigelegt werden. Ein bewegliches Element wird in der Kavität 14 angeordnet, wobei das bewegliche Elemente eine erste Elektrode, etwa die Elektrode 18a, eine zweite Elektrode, etwa die Elektrode 18b und eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode angeordnete dritte Elektrode, etwa die Elektrode 18c, aufweist. Die dritte Elektrode ist mit der ersten und zweiten Elektrode an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixiert, wie es im Zusammenhang mit dem MEMS 10 beschrieben ist. Die erste, zweite und dritte Elektroden werden so angeordnet, dass das bewegliche Element ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substratebene, das heißt der x/y-Ebene ausführt. Die dritte Elektrode ist so angeordnet, dass eine Abmessung der dritten Elektrode senkrecht zu der Substratebene, das heißt entlang der z-Richtung, geringer ist als eine Abmessung der ersten Elektrode 18a und eine Abmessung der zweiten Elektrode 18b senkrecht zu der Substratebene.
Das Fixieren der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode mit der dritten Elektrode kann so erfolgen, dass diese in einem Zustand ohne das elektrische Potential unter mechanischer Spannung stehen, so dass sich die erste und die zweite Elektrode von der dritten Elektrode infolge einer Trennung der Fixierung entfernen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS gemäß dem zweiten Aspekt umfasst ein Bereitstellen eines Substrats. Ferner erfolgt ein Ausbilden einer ersten Elektrode in einer Kavität des Substrats, so dass die erste Elektrode an dem Substrat aufgehängt ist. Ferner folgt ein Ausbilden einer zweiten Elektrode in der Kavität des Substrats, so dass die zweite Elektrode an dem Substrat aufgehängt ist. Es erfolgt ein Ausbilden einer dritten Elektrode in einer Kavität des Substrats zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Das Verfahren umfasst ein Fixieren der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode miteinander und elektrisch isoliert an diskreten Bereichen, so dass die erste, zweite und dritte Elektrode ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode und der dritten Elektrode oder zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substratebene ausführen, und so dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einem Zustand ohne das elektrische Potential unter mechanischer Spannung stehen, so dass sich die erste und die zweite Elektrode von der dritten Elektrode infolge einer Trennung der Fixierung entfernen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die im Zusammenhang mit den 5a bis 5l beschriebenen Zwischenprodukte sowohl den Anforderungen des ersten Aspekts als auch alternativ oder zusätzlich den Anforderungen des zweiten Aspekts entsprechen können. Das bedeutet, dass auf eine Ausbildung der Überhänge 28a und/oder 28b verzichtet werden kann und/oder dass die Elektroden 18a und 18b so aus der Substratschicht 12b herausgebildet werden können, dass die im Zusammenhang mit den 2a und 2b erläuterten Federelemente ausgebildet werden.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Bauelemente, die auf LNED basieren und bei denen ein Einzug an der Unterseite und der Oberseite der mittleren Elektrode ausgebildet ist, wobei die äußeren Elektroden als eine elektrische Abschirmungsfunktion fungieren. Andere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Lautsprecher und/oder Mikropumpen mit einem derartigen MEMS. Ausführungsbeispiele beziehen sich ferner auf Bauelemente, die auf LNED basieren und ein Aspektverhältnis des LNED-Spaltes aufweisen, aufgrund dessen und aufgrund eines nachträglichen Zusammenführens der Elektroden ein Aspektverhältnis von mehr als 30 erzeugt wird. Beispielsweise können Aspektverhältnisse mit einem Wert in einem Bereich von zumindest 50 aufweisen, von zumindest 100, von zumindest 200, zumindest 400 oder gar höher. Gleichzeitig kann das Aspektverhältnis von zumindest 50 einen oberen Grenzwert von 10.000 oder mehr aufweisen, das Aspektverhältnis von zumindest 100 oder zumindest 200 einen oberen Grenzwert von 7.000 oder mehr aufweisen und/oder das Aspektverhältnis von zumindest 400 einen oberen Grenzwert von 3.500 oder mehr aufweisen. Das bedeutet, dass die Ausdehnung 24 des MEMS in 3b um den Wert des Aspektverhältnisses größer ist als eine Abmessung des Spaltes 42'.
LNED Aktoren gemäß hierin beschriebener Ausführungsbeispiele können für Beschleunigungssensoren, Gyroskope und Drehratensensoren auf MEMS-Basis und generell für alle MEMS, in denen eine Mikrokomponente mechanisch in der Substratebene bewegt werden soll und diese durch eine Deckel- und Bodensubstrat verkapselt ist, eingesetzt werden.
Anhand der 6a bis 6q wird nachfolgend ein weiteres Herstellungsverfahren beschrieben, mit dem bspw. das MEMS 20 hergestellt werden kann.
6a zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Schichtstapels oder Wafer-Bonds, der die Schichten 12c und 12b umfasst. Die Schicht 12b kann von der Schicht 44b zumindest teilweise aber auch vollständig umhüllt sein, so dass die Schichten 12b und 12c durch die Schicht 44b von einander beabstandet und ggf. elektrisch voneinander isoliert sind.
6b zeigt eine schematische Aufsicht auf den Schichtstapel aus 6a.
6c zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Schichtstapel, der bspw. aus dem Schichtstapel gemäß 6a erhalten werden kann und bei dem die Schicht 12c ebenfalls von einem Material der Schicht 44b umhüllt ist. An einer der der Schicht 12b abgewandten Seite kann diese Umhüllung eine Öffnung 58 aufweisen.
6d zeigt eine schematische Aufsicht auf den Schichtstapel aus 6c.
6e zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Schichtstapels, der aus dem Schichtstapel gemäß 6c gebildet werden kann, etwa indem Gräben 48a bis 48d in die Schicht 12b geätzt werden. Die Gräben können eine Tiefe von bspw. 725 µm aufweisen.
6f zeigt eine schematische Aufsicht auf den Schichtstapel aus 6e. Die Gräben 48a bis 48d können Strukturen der Elektroden 18a bis 18c herausbilden. Einige oder alle der Gräben 48a bis 48d können mit einander fluidisch verbunden sein und einen gemeinsamen Graben bilden.
6g zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Schichtstapels, der aus dem Schichtstapel gemäß 6e gebildet werden kann, etwa indem die Schicht 44 an Wänden der Gräben 48a bis 48d abgeschieden werden. Hierfür kann eine plasmaunterstützte (plasma enhanced - PE) Abscheidung von undotiertem Siliziumdioxid (undoped silicon glass - USG) an einer Vorderseite des Wafers erfolgen.
6h zeigt eine schematische Aufsicht auf den Schichtstapel aus 6g.
6i zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Schichtstapels, der aus dem Schichtstapel gemäß 6g gebildet werden kann, etwa indem die Lage 12c durch die Öffnung 58 hindurch teilweise entfernt ist, um einen Graben 48e zu bilden. Obwohl die Öffnung 58 bereits in 6c dargestellt ist, kann sie auch erst später erzeugt werden. Der Graben kann bis hin zu der Schicht 44, etwa umfassend SiO₂, gebildet werden.
6j zeigt eine schematische Aufsicht auf den Schichtstapel aus Fig. 6i, wobei die Aufsicht der 6h entspricht.
6k zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Schichtstapels, der aus dem Schichtstapel gemäß 6i gebildet werden kann, etwa indem die Schicht 44 bereichsweise entfernt ist, so dass die Elektroden 18a bis 18c freigelegt sind und der Schichtstapel zumindest teilweise oder vollständig an äußeren Umfangsflächen von der Schicht 44 befreit ist, die Schicht 44 jedoch noch zwischen den Lagen 12b und 12c angeordnet ist. Es kann ein Release, d. h., Freilegen, der beweglichen Elemente erfolgen.
6l zeigt eine schematische Aufsicht auf den Schichtstapel aus Fig. 6k, der einen Abstand der Elektroden 18a bis 18 c gemäß dem Zustand des MEMS 20 der 2a zeigt.
6m zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Schichtstapels, der aus dem Schichtstapel gemäß 6k gebildet werden kann, etwa indem die Elektroden 18a bis 18c aufeinander zu bewegt und fixiert sind. Die Fixierung kann durch das Anordnen der Schicht 38 erfolgen. Alternativ kann die Schicht 38 auch zu einem anderen Zeitpunkt, etwa früher, angeordnet werden und die Fixierung durch ein anderes hierin beschriebenes Konzept erhalten werden. Die Schicht 38 kann bspw. mittels eines Atomlagen-Abscheideverfahrens (Atomic Layer deposition - ALD) angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schicht 38 auch als Sprühlack angeordnet werden.
6n zeigt eine schematische Aufsicht auf den Schichtstapel aus Fig. 6m, der das MEMS 20 im Zustand gemäß der 2b zeigt.
6o zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Schichtstapels, der aus dem Schichtstapel gemäß 6m gebildet werden kann. Die Lage 12b kann mit einer isolierenden Schicht, etwa der Schicht 38 umhüllt sein, wobei Aussparungen 62 erzeugt werden können, die eine Kontaktierung der Schicht 12b durch die Schicht 38 hindurch ermöglichen.
6p zeigt eine schematische Aufsicht auf den Schichtstapel aus 6o.
6q zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Schichtstapels, der aus dem Schichtstapel gemäß 6o gebildet werden kann, etwa indem die Lage 12a angeordnet wird. Hierfür kann ein Waferbonden verwendet werden. Die Lage 12a kann, durch die Isolationsschicht 52 von der Lage 12b beabstandet an dem Stapel angeordnet sein und Öffnungen 64a und/oder 64b aufweisen, die eine Kontaktierung darunterliegender Schichten 12b ermöglichen, siehe Öffnung 64a, und/oder einen fluidischen Kontakt des MEMS mit der Umwelt ermöglichen, siehe Öffnung 64b. Weitere Schritte können ausgeführt werden, um Schichten abzuscheiden oder ganz oder teilweise zu entfernen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/095185 A1 [0005]

Claims

MEMS (10; 20; 30; 50) umfassend: ein Substrat (12), das eine Kavität (14) aufweist; ein in der Kavität (14) angeordnetes bewegliches Element (16) umfassend eine erste Elektrode (18a), eine zweite Elektrode (18b) und eine zwischen der ersten Elektrode (18a) und zweiten Elektrode (18b) angeordnete und von denselben an diskreten Bereichen (22a-f) elektrisch isoliert fixierte dritte Elektrode (18c); wobei das bewegliche Element (16) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung (y) in einer Substratebene (x/y) auszuführen; wobei eine Abmessung (26) der dritten Elektrode (18c) senkrecht zu der Substratebene (x/y) geringer ist als eine Abmessung (24) der ersten Elektrode (18a) und eine Abmessung (24) der zweiten Elektrode (18b) senkrecht zu der Substratebene (x/y).
MEMS gemäß Anspruch 1, wobei die Abmessung (26) der dritten Elektrode (18c) senkrecht zu der Substratebene (x/y) um zumindest 2 % geringer ist als die Abmessung (24) der ersten Elektrode (18a) und die Abmessung (24) der zweiten Elektrode (18b) senkrecht zu der Substratebene (x/y).
MEMS gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) gegenüber der dritten Elektrode (18c) entlang einer positiven und einer negativen Richtung (z) senkrecht zu der Substratebene (x/y) einen Überhang (28a, 28b) aufweisen.
MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode (18a) über ein gespanntes erstes Federelement (36a) mit dem Substrat (12) verbunden ist, und die zweite Elektrode (18b) über ein gespanntes zweites Federelement (36b) mit dem Substrat (12) verbunden ist.
MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen der ersten Elektrode (18a) und dem Substrat (12) und zwischen der zweiten Elektrode (18b) und dem Substrat (12) entlang einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung (y) kleiner ist als 1 µm.
MEMS (20; 30; 50) umfassend: ein Substrat (12), das eine Kavität (14) aufweist; ein in der Kavität (14) angeordnetes bewegliches Element (16) umfassend eine mit dem Substrat (12) verbundene erste Elektrode (18a), eine mit dem Substrat (12) verbundene zweite Elektrode (18b) und eine zwischen der ersten Elektrode (18a) und zweiten Elektrode (18b) angeordnete mit dem Substrat (12) verbundene dritte Elektrode (18c), die mit der ersten Elektrode (18a) und der zweiten Elektrode (18b) an diskreten Bereichen (22a-f) elektrisch isoliert mit einer Fixierung fixiert ist; wobei das bewegliche Element (16) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung (y) in einer Substratebene (x/y) auszuführen; wobei die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) in einem Zustand ohne das elektrische Potential unter mechanischer Spannung stehen, so dass sich die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) von der dritten Elektrode (18c) infolge einer Trennung der Fixierung entfernen, oder mittels einer mehrfachstabilen Struktur gegenüber der dritten Elektrode gehalten werden.
MEMS gemäß Anspruch 6, wobei die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) über Federelemente (36a, 36b) mit dem Substrat (12) verbunden sind, wobei die Federelemente (36a, 36b) die mechanische Spannung bereitstellen.
MEMS gemäß Anspruch 7, bei der die Federelemente (36a, 36b) unter Zugspannung stehende Federelemente sind, oder bei dem die Federelemente (36‘a-d) mehrfachstabile Elemente sind.
MEMS gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) eine Abmessung (24) senkrecht (z) zu einer Bewegungsrichtung (y) des beweglichen Elementes (16) aufweisen, die größer ist als 150 µm.
MEMS gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Abmessung (26) der dritten Elektrode (18c) senkrecht zu der Substratebene (x/y) geringer ist als eine Abmessung (24) der ersten Elektrode (18a) und eine Abmessung (24) der zweiten Elektrode (18b) senkrecht zu der Substratebene (x/y).
MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Fixierung zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) an den diskreten Bereichen (22a-f) zumindest eines aus einer mechanischen Einrastung; einem elektrostatischen Sticking; Oberflächenkräften; Oberflächenkräften während eines Trocknungsprozesses; einer elektrostatischen Anziehung; einer thermischen Aktivierung einer Grenzfläche zwischen zwei Oberflächen; einer Fixierung durch nachträgliches Abscheiden einer Dünnschicht; und/oder einer chemischen Klebeverbindung umfasst.
MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an zumindest einer der ersten Elektrode (18a), der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) eine Isolationsschicht (38; 52) angeordnet ist.
MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Aspektverhältnis eines Abstands zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) und einer Abmessung der ersten Elektrode (18a) entlang einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung (y) größer ist, als 100; oder bei dem ein Aspektverhältnis eines Abstands zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) und einer Abmessung der zweiten Elektrode (18b) entlang der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung (y) größer ist, als 100.
MEMS (20') umfassend: ein Substrat (12), das eine Kavität (14) aufweist; ein in der Kavität (14) angeordnetes bewegliches Element (16) umfassend eine mit erste Elektrode (18a), eine zweite Elektrode (18b) und eine zwischen der ersten Elektrode (18a) und zweiten Elektrode (18b) angeordnete dritte Elektrode (18c), die mit der ersten Elektrode (18a) und der zweiten Elektrode (18b) an diskreten Bereichen (22a-f) elektrisch isoliert mit einer Fixierung fixiert ist; wobei das bewegliche Element (16) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung (y) in einer Substratebene (x/y) auszuführen; wobei die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) an den diskreten Bereichen durch eine Funktionsschicht (38; 52) von der dritten Elektrode (18c) beabstandet sind und miteinander mechanisch fest verbunden sind; wobei zumindest eine der ersten Elektrode (18a), der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) über eine Federelement mit dem Substrat verbunden ist; und wobei zumindest eine der ersten Elektrode (18a), der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) ausschließlich mittelbar über eine benachbarte Elektrode mit dem Substrat verbunden ist.
MEMS gemäß Anspruch 14, bei dem ein Aspektverhältnis eines Abstands zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) und einer Abmessung der ersten Elektrode (18a) entlang einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung (y) größer ist, als 100; oder bei dem ein Aspektverhältnis eines Abstands zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) und einer Abmessung der zweiten Elektrode (18b) entlang der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung (y) größer ist, als 100.
MEMS (20; 20'; 20"; 30; 50) umfassend: ein Substrat (12), das eine Kavität (14) aufweist; ein in der Kavität (14) angeordnetes bewegliches Element (16) umfassend eine mit erste Elektrode (18a), eine zweite Elektrode (18b) und eine zwischen der ersten Elektrode (18a) und zweiten Elektrode (18b) angeordnete dritte Elektrode (18c), die mit der ersten Elektrode (18a) und der zweiten Elektrode (18b) an diskreten Bereichen (22a-f) elektrisch isoliert mit einer Fixierung fixiert ist; wobei das bewegliche Element (16) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung (y) in einer Substratebene (x/y) auszuführen; wobei die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) an den diskreten Bereichen durch eine Funktionsschicht (38; 52) von der dritten Elektrode (18c) beabstandet sind und miteinander mechanisch fest verbunden sind; wobei ein Aspektverhältnis eines Abstands zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) und einer Abmessung der ersten Elektrode (18a) entlang einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung (y) größer ist, als 100; oder bei dem ein Aspektverhältnis eines Abstands zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) und einer Abmessung der zweiten Elektrode (18b) entlang der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung (y) größer ist, als 100.
MEMS gemäß Anspruch 16, bei dem zumindest eine der ersten Elektrode (18a), der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) ausschließlich mittelbar über eine benachbarte Elektrode mit dem Substrat verbunden ist.
Vorrichtung mit einem MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die als akustischer Wandler, Pumpe, Ventil, Dosiersystem, Beschleunigungssensor, Drehratensensor, Mikropositioniersystem, Mikrostabilisator oder Mikroschalter ausgeführt ist.
Verfahren zum Herstellen eines MEMS mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats (12), das eine Kavität (14) aufweist; Anordnen, in der Kavität (14), eines beweglichen Elementes (16) umfassend eine erste Elektrode (18a), eine zweite Elektrode (18b) und eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode (18b) angeordnete dritte Elektrode (18c), so dass die dritte Elektrode (18c) mit der ersten und zweiten Elektrode (18b) an diskreten Bereichen (22a-f) elektrisch isoliert fixiert ist; wobei die erste, zweite und dritte Elektrode (18a, 18b, 18c) so angeordnet werden, dass das bewegliche Element (16) ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung (y) in einer Substratebene (x/y) ausführt; wobei die dritte Elektrode (18c) so angeordnet wird, dass eine Abmessung (26) der dritten Elektrode (18c) senkrecht zu der Substratebene (x/y) geringer ist als eine Abmessung (24) der ersten Elektrode (18a) und eine Abmessung (24) der zweiten Elektrode (18b) senkrecht zu der Substratebene (x/y).
Verfahren gemäß Anspruch 19, ferner umfassend: Fixieren der ersten Elektrode (18a) und der zweiten Elektrode (18b) mit der dritten Elektrode (18c), so dass die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) in einem Zustand ohne das elektrische Potential unter mechanischer Spannung stehen, so dass sich die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) von der dritten Elektrode (18c) infolge einer Trennung der Fixierung entfernen.
Verfahren zum Herstellen eines MEMS mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Substrats (12); Ausbilden einer ersten Elektrode (18a) in einer Kavität (14) des Substrats (12), so dass die erste Elektrode (18a) an dem Substrat (12) aufgehängt ist; Ausbilden einer zweiten Elektrode (18b) in der Kavität (14) des Substrats (12), so dass die zweite Elektrode (18b) an dem Substrat (12) aufgehängt ist; Ausbilden einer dritten Elektrode (18c) in der Kavität (14) des Substrats (12) zwischen der ersten Elektrode (18a) und der zweiten Elektrode (18b); Fixieren der ersten Elektrode (18a), der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) miteinander und elektrisch isoliert an diskreten Bereichen (22a-f), so dass die erste, zweite und dritte Elektrode (18a, 18b, 18c) ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung (y) in einer Substratebene (x/y) ausführen, und so dass die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) in einem Zustand ohne das elektrische Potential unter mechanischer Spannung stehen, so dass sich die erste Elektrode (18a) und die zweite Elektrode (18b) von der dritten Elektrode (18c) infolge einer Trennung der Fixierung entfernen.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei die dritte Elektrode (18c) so angeordnet wird, dass eine Abmessung (26) der dritten Elektrode (18c) senkrecht zu der Substratebene (x/y) geringer ist als eine Abmessung (24) der ersten Elektrode (18a) und eine Abmessung (24) der zweiten Elektrode (18b) senkrecht zu der Substratebene (x/y).
Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, wobei das Ausbilden der ersten, zweiten und dritten Elektrode (18a, 18b, 18c) eine tiefe reaktive lonenätzung von Elektrodenstrukturen aus dem Substrat (12) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei die tiefe reaktive lonenätzung mit einem Aspektverhältnis einer Grabentiefe im Verhältnis zu einer Grabenbreite mit einem Wert zwischen 25 und 30 ausgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei nach dem Fixieren das Aspektverhältnis einer Grabentiefe im Verhältnis zu einer Grabenbreite in einem Bereich zwischen der ersten und dritten Elektrode (18a, 18c) und in einem Bereich zwischen der zweiten und dritten Elektrode (18b, 18c) einen Wert von zumindest 100 aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei vor dem Schritt des Fixierens an zumindest einer der ersten Elektrode (18a), der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) eine Isolationsschicht (38; 52) angeordnet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 26, wobei das Fixieren unter Verwendung zumindest eines aus einer mechanischen Einrastung zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c); einem elektrostatischen Sticking zwischen der ersten Elektrode (18a) und dritten Elektrode (18c) oder zwischen der zweiten Elektrode (18b) und dritten Elektrode (18c); Oberflächenkräften zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c); Oberflächenkräften während eines Trocknungsprozesses; einer elektrostatischen Anziehung zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c); einer thermischen Aktivierung einer Oberfläche zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c); einer Fixierung durch nachträgliches Abscheiden einer Dünnschicht; und/oder einer chemischen Klebeverbindung zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) oder zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27, wobei eine Abmessung eines ersten Spaltes (42) zwischen der ersten Elektrode (18a) und der dritten Elektrode (18c) und eine Abmessung eines zweiten Spaltes (42) zwischen der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) während des Fixierens der Elektroden verringert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche, bei dem die erste Elektrode (18a), die zweite Elektrode (18b) und die dritte Elektrode (18c) so angeordnet werden, dass zumindest eine der ersten Elektrode (18a), der zweiten Elektrode (18b) und der dritten Elektrode (18c) ausschließlich mittelbar über eine benachbarte Elektrode mit dem Substrat verbunden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 29, bei dem ein Federelement (36a-b; 36‘a-d; 37), das die erste, zweite oder dritte Elektrode (18a-c) gegenüber dem Substrat (12) stützt, nach einer Fixierung der Elektrode an einer weiteren Elektrode entfernt wird, so dass die bezügliche Elektrode ausschließlich mittelbar über die weitere Elektrode mit dem Substrat (12) verbunden ist.