DE102017215236A1

DE102017215236A1 - MEMS switch and method of manufacturing a MEMS switch

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Publication number: DE102017215236A1
Application number: DE102017215236.2A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Kisban
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Der MEMS-Schalter weist ein auslenkbar angelenktes Biegeelement auf, wobei der MEMS-Schalter ein ein Silicon-On-Insulator-Substrat aufweist.
Bei dem Verfahren zur Herstellung mindestens eines MEMS-Schalters wird ein Silicon-On-Insulator-Substrat herangezogen.
Die Anordnung umfasst zwei oder mehr MEMS-Schalter, wobei die MEMS-Schalter solche MEMS-Schalter wie vorgenannt sind oder nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt sind.

The MEMS switch has a deflectable articulated flexure, the MEMS switch having a silicon on insulator substrate.
In the method for producing at least one MEMS switch, a silicon-on-insulator substrate is used.
The arrangement comprises two or more MEMS switches, wherein the MEMS switches are such MEMS switches as mentioned above or manufactured according to the aforementioned method.

Description

Die Erfindung betrifft einen MEMS-Schalter sowie ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Schalters.The invention relates to a MEMS switch and to a method for producing a MEMS switch.

MEMS-Schalter (MEMS = engl.: „Microelectromechanical Systems“ = mikroelektromechanische Systeme) umfassen typischerweise elektrostatisch aktuierte Biegeelemente im Mikrometerbereich. Häufig wird eine Mehrzahl solcher MEMS-Schalter zu einem Array angeordnet, insbesondere zur Schaltung hinreichend großer Ströme.Microelectromechanical Systems (MEMS) switches typically comprise micrometer-sized electrostatically actuated flexures. Frequently, a plurality of such MEMS switches are arranged in an array, in particular for the circuit of sufficiently large currents.

Allerdings variieren die Schaltzeiten solcher Schalter in einer Anordnung. Für typische Anwendungsfälle ist eine solche Variation der Schaltzeiten jedoch unerwünscht.However, the switching times of such switches vary in an arrangement. For typical applications, however, such a variation of the switching times is undesirable.

Vor diesem Hintergrund des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen MEMS-Schalter zu schaffen, welcher sich präzise, insbesondere verlässlich hinsichtlich seiner Schaltzeiten, ausbilden lässt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Schalters anzugeben, mittels welchem sich MEMS-Schalter präzise und insbesondere hinsichtlich der Schaltzeiten genau fertigen lassen. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung von MEMS-Schaltern zu schaffen, bei welcher die Variation von Schaltzeiten verschiedener MEMS-Schalter verringert ist.Against this background of the prior art, it is therefore an object of the invention to provide a MEMS switch which can be formed precisely, in particular reliably with respect to its switching times. It is a further object of the invention to provide a method for producing a MEMS switch, by means of which MEMS switches can be precisely manufactured precisely and in particular with regard to the switching times. In addition, it is an object of the invention to provide an arrangement of MEMS switches, in which the variation of switching times of different MEMS switches is reduced.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem MEMS-Schalter mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren mit den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Anordnung umfassend zwei oder mehr MEMS-Schalter mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.This object of the invention is achieved with a MEMS switch having the features specified in claim 1 and with a method having the features specified in claim 5 and with an arrangement comprising two or more MEMS switches having the features specified in claim 13. Preferred embodiments of the invention are set forth in the appended subclaims, the following description and the drawing.

Der erfindungsgemäße MEMS-Schalter weist ein auslenkbar angeordnetes Biegeelement auf. Der erfindungsgemäße MEMS-Schalter weist ein Silicon-On-Insulator-Substrat auf. Bei dem erfindungsgemäßen MEMS-Schalter sind die Biegeelemente infolge des Silicon-On-Insulator-Substrats hochpräzise, insbesondere hinsichtlich ihrer Dicken, herstellbar. Im Gegensatz dazu ist eine präzise Ausbildung von galvanischen Schichten und damit eine hinreichend präzise Realisierung einer vorgegebenen Schaltzeit bei bislang bekannten MEMS-Schaltern schwierig. Erfindungsgemäß jedoch weisen Silicon-On-Insulator-Substrate bereits sehr homogene Silizium-Schichten auf, sodass mit Silicon-On-Insulator-Substraten hochpräzise MEMS-Schalter mit präzise definierter Schaltzeit herstellbar sind. Zudem ist bei dem erfindungsgemäßen MEMS-Schalter das Biegeelement mit monokristallinem Silizium realisierbar, welches einen präzise kontrollierbaren Elastizitätsmodul aufweist, sodass auch in dieser Hinsicht unbeabsichtigte Abweichungen und dadurch bedingt eine Inhomogenität der Schaltzeiten vermeidbar sind.The inventive MEMS switch has a deflectable arranged bending element. The MEMS switch according to the invention has a silicon-on-insulator substrate. In the case of the MEMS switch according to the invention, the bending elements as a result of the silicon-on-insulator substrate can be produced with high precision, in particular with regard to their thicknesses. In contrast, a precise formation of galvanic layers and thus a sufficiently precise realization of a predetermined switching time in previously known MEMS switches is difficult. According to the invention, however, silicon-on-insulator substrates already have very homogeneous silicon layers, so that high-precision MEMS switches with a precisely defined switching time can be produced with silicon-on-insulator substrates. In addition, in the MEMS switch according to the invention, the bending element can be realized with monocrystalline silicon, which has a precisely controllable modulus of elasticity, so that unintentional deviations and, as a result, an inhomogeneity of the switching times can be avoided in this regard as well.

Bei dem erfindungsgemäßen MEMS-Schalter bildet das Silicon-On-Insulator-Substrat zweckmäßig eine Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge oder weist eine Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge auf. In dieser Weiterbildung der Erfindung ist das Biegeelement des erfindungsgemäßen MEMS-Schalters vorteilhaft mittels eines der Silizium-Schichten der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge ausbildbar. Vorzugsweise werden weitere Schichten der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge zumindest bereichsweise mittels Ätzens entfernt, sodass ein zumindest abschnittsweise freistehendes Biegeelement realisierbar ist.In the case of the MEMS switch according to the invention, the silicon-on-insulator substrate expediently forms a silicon-insulator-silicon layer sequence or has a silicon-insulator-silicon layer sequence. In this development of the invention, the bending element of the MEMS switch according to the invention can advantageously be formed by means of one of the silicon layers of the silicon-insulator-silicon layer sequence. Preferably, further layers of the silicon-insulator-silicon layer sequence are at least partially removed by etching, so that an at least partially free-standing bending element can be realized.

Bei dem MEMS-Schalter gemäß der Erfindung weist bevorzugt das Biegeelement das Silicon-On-Insulator-Substrat auf und/oder das Silicon-On-Insulator-Substrat weist das Biegeelement auf. In the case of the MEMS switch according to the invention, the bending element preferably has the silicone-on-insulator substrate and / or the silicone-on-insulator substrate has the bending element.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen MEMS-Schalter das Biegeelement an einer Isolatorschicht des Silicon-On-Insulator-Substrats angeordnet. Besonders bevorzugt weist bei dem erfindungsgemäßen MEMS-Schalter das Silicon-On-Insulator-Substrat eine Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge auf, wobei mittels bereichsweisen Ätzens mindestens einer Silizium-Schicht der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge das Biegeelement des MEMS-Schalters gebildet ist und wobei ein Teil der Isolator-Schicht der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge eine Anbindung bildet, mittels welcher das Biegeelement an eine weitere Silizium-Schicht der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge angeordnet ist. Zweckmäßig fungiert diese weitere Silizium-Schicht der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge als Fuß für das Biegeelement, d.h. einen auch im Betrieb des MEMS-Schalters in sich starren und fixpunktartigen Bereich des MEMS-Schalters, an welchen das Biegeelement beweglich angeordnet ist.Preferably, in the MEMS switch according to the invention, the bending element is arranged on an insulator layer of the silicon-on-insulator substrate. Particularly preferably, in the MEMS switch according to the invention, the silicon-on-insulator substrate has a silicon-insulator-silicon layer sequence, wherein by means of etching in portions of at least one silicon layer of the silicon-insulator-silicon layer sequence, the bending element of the MEMS switch is formed and wherein a part of the insulator layer of the silicon-insulator-silicon layer sequence forms a connection, by means of which the bending element is arranged on a further silicon layer of the silicon-insulator-silicon layer sequence. Suitably, this further silicon layer of the silicon-insulator-silicon layer sequence acts as a foot for the flexure, i. a in the operation of the MEMS switch in itself rigid and fixed point-like region of the MEMS switch, on which the bending element is movably arranged.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines MEMS-Schalters, insbesondere eines erfindungsgemäßen MEMS-Schalters mit einem Biegeelement wie oben beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Silicon-On-Insulator-Substrat herangezogen, vorzugsweise ein solches Silicon-On-Insulator-Substrat, welches eine Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge bildet oder aufweist.The inventive method is a method for producing at least one MEMS switch, in particular a MEMS switch according to the invention with a bending element as described above. In the method according to the invention, a silicon-on-insulator substrate is used, preferably such a silicon-on-insulator substrate, which forms or has a silicon-insulator-silicon layer sequence.

Zweckmäßig wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zur Ausbildung des Biegeelements eine mit Silizium gebildete Schicht zumindest teilweise entfernt. Vorzugsweise wird dazu ein Silicon-On-Insulator-Substrat mit einer Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge herangezogen, wobei zur Ausbildung des Biegeelements eine Silizium-Schicht und eine Isolator-Schicht der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge entfernt werden.Suitably, in the method according to the invention for forming the bending element, a layer formed with silicon at least partially removed. Preferably, a silicon-on-insulator substrate having a silicon-insulator-silicon layer sequence is used for this purpose, wherein a silicon layer and an insulator layer of the silicon-insulator-silicon layer sequence are removed to form the bending element.

Geeigneterweise wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung eine Schicht entfernt, indem Lithographie und nachfolgendes Ätzen eingesetzt wird. Bei den genannten Verfahren handelt es sich vorteilhaft um routinemäßig zur Herstellung von MEMS-Schaltern herangezogene Fertigungsschritte.Suitably, in the method according to the invention, a layer is removed by using lithography and subsequent etching. The above methods are advantageously routinely used for the production of MEMS switches manufacturing steps.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kontaktierung des Biegeelements zumindest in Bereichen eine Isolatorschicht des Silicon-On-Insulator-Substrats entfernt wird und es werden diese Bereiche metallisiert oder eine Isolatorschicht des Silicon-On-Insulator-Substrats, zumindest bereichsweise, metallisiert.Preferably, in the method according to the invention for contacting the bending element, an insulator layer of the silicon-on-insulator substrate is removed at least in areas and these areas are metallized or an insulator layer of the silicon-on-insulator substrate is metallized, at least in some areas.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird geeigneterweise zur Kontaktierung des Biegeelements eine Siliziumschicht des Silicon-On-Insulator-Substrats zumindest teilweise dotiert.In the method according to the invention, a silicon layer of the silicon-on-insulator substrate is suitably at least partially doped for contacting the bending element.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Gegenkontakt zum Biegeelement, insbesondere zu einer Kontaktierung des Biegelements, des MEMS-Schalters hergestellt, indem ein mit Glas gebildetes Substrat herangezogen wird. Vorzugsweise wird zur Ausbildung von Ausnehmungen im Substrat zumindest bereichsweise Glas entfernt und das Substrat nachfolgend metallisiert. Vorteilhaft werden Fertigungstechniken zur Entfernung von Glas routinemäßig mit hoher Präzision eingesetzt. Mittels dieses Verfahrensschritts lässt sich eine präzise Dimensionierung der Ausnehmung erreichen und somit ein definierter Abstand zwischen Biegeelement und Gegenkontakt gewährleisten. In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein MEMS-Schalter mit einer definierten und homogenen Schaltzeit herstellbar.In an advantageous development of the method according to the invention, a mating contact with the bending element, in particular with a contacting of the bending element, of the MEMS switch is produced by using a substrate formed with glass. Preferably, for the formation of recesses in the substrate at least partially glass is removed and the substrate is subsequently metallized. Advantageously, manufacturing techniques for removing glass are routinely used with high precision. By means of this method step, a precise dimensioning of the recess can be achieved and thus ensure a defined distance between the bending element and the mating contact. In this development of the method according to the invention, a MEMS switch with a defined and homogeneous switching time can be produced.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise zwei oder mehr MEMS-Schalter hergestellt, wobei die MEMS-Schalter mit demselben Silicon-On-Insulator-Substrat hergestellt werden. Aufgrund der mittels des Silicon-On-Insulator-Substrats möglichen Herstellung von MEMS-Schaltern mit Biegeelementen mit definierten Dicken lassen sich erfindungsgemäß zwei oder mehr MEMS-Schalter mit äußerst gering voneinander abweichenden Schaltzeiten herstellen.In the method according to the invention, preferably two or more MEMS switches are produced, wherein the MEMS switches are produced with the same silicon-on-insulator substrate. Due to the production of MEMS switches with bending elements with defined thicknesses, which is possible by means of the silicon-on-insulator substrate, it is possible according to the invention to produce two or more MEMS switches with switching times which differ from one another extremely small.

Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst zwei oder mehr MEMS-Schalter, wobei bei der Anordnung die MEMS-Schalter erfindungsgemäße MEMS-Schalter wie oben beschrieben sind und/oder MEMS-Schalter sind, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wie oben erläutert hergestellt sind. Damit kann die erfindungsgemäße Anordnung mit besonders gering voneinander abweichenden Schaltzeiten der MEMS-Schalter voneinander realisiert werden.The arrangement according to the invention comprises two or more MEMS switches, wherein in the arrangement the MEMS switches according to the invention are MEMS switches as described above and / or MEMS switches which are manufactured according to the method according to the invention as explained above. Thus, the arrangement according to the invention can be realized with particularly small deviating switching times of the MEMS switches from each other.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind bei der Anordnung die MEMS-Schalter mit demselben Silicon-On-Insulator-Substrat gebildet. Insbesondere bei der Herstellung mit demselben Silicon-On-Insulator-Substrat lassen sich die Biegeelemente der zwei oder mehreren MEMS-Schalter aus derselben Schicht ausbilden, sodass die Dicke und damit die Schaltzeit der zwei oder mehreren MEMS-Schalter besonders geringe Abweichungen voneinander aufweisen.In an advantageous embodiment of the invention, in the arrangement, the MEMS switches are formed with the same silicon-on-insulator substrate. In particular when manufactured with the same silicon-on-insulator substrate, the bending elements of the two or more MEMS switches can be formed from the same layer, so that the thickness and thus the switching time of the two or more MEMS switches have particularly small deviations from one another.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing.

Es zeigen:

1 bis 7 einen Teil eines Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung erfindungsgemäßer MEMS-Schalter, in welchem Biegebalken der MEMS-Schalter einer erfindungsgemäßen Anordnung hergestellt werden, in aufeinanderfolgenden Prozessstadien schematisch im Längsschnitt,
8 bis 12 einen weiteren Teil des Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens gem. 1 bis 7, in welchem Gegenkontakte des Biegebalkens der MEMS-Schalter hergestellt werden, in aufeinanderfolgenden Prozessstadien schematisch im Längsschnitt sowie
13 und 14 zwei Ausführungsbeispiele von mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gem. 1 bis 12 hergestellter erfindungsgemäßer MEMS-Schalter schematisch im Längsschnitt.

Show it:

1 to 7 a part of a sequence of the method according to the invention for the production of MEMS switches according to the invention, in which bending beams of the MEMS switches of an inventive arrangement are produced, in successive process stages, schematically in longitudinal section,
8th to 12 another part of the process of the method according to the invention. 1 to 7 , in which mating contacts of the bending beam of the MEMS switches are produced, in successive stages of the process schematically in longitudinal section and
13 and 14 two embodiments of means of the method according to the invention. 1 to 12 produced inventive MEMS switch schematically in longitudinal section.

Wie in den 1 bis 7 dargestellt wird zur erfindungsgemäßen Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung erfindungsgemäßer MEMS-Schalter ein SOI-Substrat 10 („Silicon-On-Insulator“-Substrat) herangezogen, welches eine Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge 20 aufweist, die auf einer mit Glas gebildeten Isolationsschicht 30 angeordnet ist. Die Isolationsschicht 30 und ein schichtartige Isolator 40 der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge 20 des SOI-Substrats 10 sind jeweils aus Glas, d.h. Siliziumdioxid, gebildet. Somit weist das SOI-Substrat 10 eine Schichtfolge auf, die eine homogene Glasschicht 30 (in 1 zuunterst dargestellt), darauf aufbauend eine 300 Mikrometer dicke homogene Siliziumschicht 70, darauffolgend den als Glasschicht ausgebildeten einen Mikrometer dicken Isolator 40 sowie abschließend eine 10 Mikrometer dicke, äußere Siliziumschicht 80 aufweist.As in the 1 to 7 is shown for the inventive production of an inventive arrangement of inventive MEMS switch an SOI substrate 10 ("Silicon On Insulator" substrate) used, which is a silicon-insulator-silicon layer sequence 20 having on an insulating layer formed with glass 30 is arranged. The insulation layer 30 and a layered insulator 40 the silicon-insulator-silicon layer sequence 20 of the SOI substrate 10 are each made of glass, ie silicon dioxide. Thus, the SOI substrate has 10 a layer sequence on which a homogeneous glass layer 30 (in 1 at the bottom), building on this a 300 micron thick homogeneous silicon layer 70 , then the one micrometer thick layer formed as a glass layer insulator 40 and finally a 10 micron thick outer silicon layer 80 having.

Zur Fertigung von Biegebalken der MEMS-Schalter wird auf das SOI-Substrat 10 zunächst eine Metallisierung aufgebracht:To fabricate bending beams the MEMS switch is placed on the SOI substrate 10 initially applied a metallization:

Dazu wird auf das SOI-Substrat 10 an die äußere Siliziumschicht 80 eine homogene 300 Nanometer dicke äußere Glasschicht 90 aufgesputtert. Die homogene Glasschicht 90 wird mittels Lithographie derart strukturiert, sodass diese Glasschicht 90 entlang zweier zueinander paralleler Streifen 100 (in der Zeichnung gem. 2 senkrecht zur Zeichenebene) mittels Ätzens entfernbar ist. Nachfolgend wird die Glasschicht entlang der Streifen 100 mittels Ätzens gemäß dem RIE-Verfahren (RIE = engl.: „Reactive Ion Etching“) entfernt. Folglich ist in dem in 2 dargestellten Prozessstadium die Glasschicht 90 entlang zweier zueinander paralleler Streifen 100 entfernt.This is done on the SOI substrate 10 to the outer silicon layer 80 a homogeneous 300 nanometer thick outer glass layer 90 sputtered. The homogeneous glass layer 90 is structured by means of lithography such that this glass layer 90 along two parallel stripes 100 (in the drawing acc. 2 perpendicular to the plane of the drawing) can be removed by etching. Below is the glass layer along the strips 100 removed by etching according to the RIE (Reactive Ion Etching) method. Consequently, in the in 2 process stage represented the glass layer 90 along two parallel stripes 100 away.

Die Glasschicht 90 bildet folglich eine Maske für eine nachfolgende Dotierung der oberen Siliziumschicht 80. Die obere Siliziumschicht 80 wird wie in 3 dargestellt in einem oberflächlichen Bereich 102 stark mittels Phosphors dotiert. Nachfolgend wird die äußere Siliziumschicht 80 mit der Glasschicht 90 mittels Flusssäure angeätzt und daraufhin mittels einer 300 Nanometer dicken Goldschicht 110 metallisiert. Die Goldschicht erstreckt sich somit entlang der beiden Streifen 100, entlang welchen das Silizium der äußeren Siliziumschicht 80 mittels Phosphors dotiert ist sowie entlang eines zwischen den Streifen 100 zwischenliegenden Bereichs 105, welcher mittels eines zwischen den Streifen 100 verbleibenden Bereichs der Glasschicht 90 von der äußeren Siliziumschicht 80 elektrisch isoliert ist.The glass layer 90 thus forms a mask for subsequent doping of the upper silicon layer 80 , The upper silicon layer 80 will be like in 3 represented in a superficial area 102 heavily doped with phosphorus. The following is the outer silicon layer 80 with the glass layer 90 Etched using hydrofluoric acid and then by means of a 300 nanometer thick gold layer 110 metallized. The gold layer thus extends along the two strips 100 along which the silicon of the outer silicon layer 80 doped by phosphorus and along one between the strips 100 intermediate area 105 , which by means of one between the strips 100 remaining area of the glass layer 90 from the outer silicon layer 80 is electrically isolated.

Ferner wird auch ein von den Streifen 100 entfernt liegender Bereich der Glasschicht 90 mittels einer 300 Nanometer dicken Goldschicht 120 metallisiert. In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Metallisierung auch mit einer 20 Nanometer dicken Chromschicht gebildet werden. Die Metallisierung wird wie an sich bekannt mittels Lithographie und einem nachfolgenden Ätzschritt durchgeführt ( 4). Die beiden Goldschichten 110, 120 werden bei dem MEMS-Schalter eine Anbindung (Goldschicht 110) und ein freies Ende (Goldschicht 120) des Biegebalkens bilden.Furthermore, one of the stripes will be added 100 remote area of the glass layer 90 by means of a 300 nanometer thick gold layer 120 metallized. In further, not specifically illustrated embodiments, the metallization can also be formed with a 20 nanometer thick chromium layer. The metallization is carried out as known per se by means of lithography and a subsequent etching step ( 4 ). The two gold layers 110 . 120 At the MEMS switch, a connection (gold layer 110 ) and a free end (gold layer 120 ) of the bending beam form.

Anschließend wird das SIO-Substrat 10 räumlich strukturiert (5):Subsequently, the SIO substrate 10 spatially structured ( 5 ):

Dazu werden angrenzend an die Goldschichten 110, 120 an ihrer der jeweils anderen Goldschicht 110, 120 fernen Seite zu den Streifen 100 parallel sich erstreckende Spalte 130, 140 in die äußere Glasschicht 90 und die äußere Siliziumschicht 80 eingebracht, welche in Dickenrichtung d durch die äußere Glasschicht 90 bis an den Isolator 40 angrenzend in das SIO-Substrat 10 einragen. Die Spalte verlaufen zu den Streifen 100 parallel.These will be adjacent to the gold layers 110 . 120 at their respective other gold layer 110 . 120 far side to the stripes 100 parallel extending column 130 . 140 in the outer glass layer 90 and the outer silicon layer 80 introduced, which in the thickness direction d through the outer glass layer 90 to the insulator 40 adjacent to the SIO substrate 10 protrude. The gaps run to the stripes 100 parallel.

Dazu werden die äußere Glasschicht 90 mittels Lithographie und des RIE-Verfahrens sowie die äußere Siliziumschicht 80 mittels des DRIE-Verfahrens (DRIE = engl.: „Deep reacive-ionetching“) zur Bildung der Spalte 130, 140 entfernt. Nachfolgend wird wie in 6 dargestellt die Isolationsschicht 30 und die Siliziumschicht 70 und der Isolator 40 mittels Lithographie und aufeinanderfolgender Ausführung des RIE-Verfahrens, des DRIE-Verfahrens und des RIE-Verfahrens in demjenigen Bereich des SIO-Substrats 10 entfernt, welcher an dem an der Goldschicht 120 liegenden Spalt 140 sowie an der Goldschicht 120 und dem zwischen Goldschicht 110 und Goldschicht 120 liegenden Bereich der äußeren Siliziumschicht 80 angrenzen.These are the outer glass layer 90 by lithography and the RIE process and the outer silicon layer 80 by means of the DRIE method (DRIE = Deep Reacive Ionetching) for the formation of the column 130 . 140 away. Below is how in 6 represented the insulation layer 30 and the silicon layer 70 and the insulator 40 by lithography and sequential execution of the RIE method, the DRIE method and the RIE method in the region of the SIO substrate 10 removed, which at the on the gold layer 120 lying gap 140 as well as the gold layer 120 and between the gold layer 110 and gold layer 120 lying region of the outer silicon layer 80 adjoin.

Folglich ist mittels der die Goldschichten 110 und 120 tragenden äußeren Siliziumschicht 80 der Biegebalken 150 ausgebildet, dessen freies Ende mit der Goldschicht 120 gebildet ist und welcher mittels des Isolators 40 nah der Goldschicht 110 an dem SIO-Substrat angebunden ist. Infolge des Spalts 130 ist der Biegebalken von übrigen Bereichen der äußeren Siliziumschicht 80 mechanisch entkoppelt.Consequently, by means of the gold layers 110 and 120 bearing outer silicon layer 80 the bending beam 150 formed, whose free end with the gold layer 120 is formed and which by means of the insulator 40 close to the gold layer 110 attached to the SIO substrate. As a result of the gap 130 is the bending beam of other areas of the outer silicon layer 80 mechanically decoupled.

Nachfolgend wird die äußere Glasschicht 90 an denjenigen Bereichen der äußeren Siliziumschicht 80, welche nicht metallisiert sind, mittels Flusssäure entfernt. Folglich verbleibt lediglich die äußere Siliziumschicht 80, an welche in einem der nachfolgenden Fertigungsschritte weitere Teile des MEMS-Schalters angebunden werden können.Below is the outer glass layer 90 at those areas of the outer silicon layer 80 , which are not metallized, removed by means of hydrofluoric acid. Consequently, only the outer silicon layer remains 80 to which further parts of the MEMS switch can be connected in one of the subsequent production steps.

Bei dem Biegebalken 150 bildet die Goldschicht 120 einen ersten Kontakt Biegebalkens 150 des MEMS-Schalters. Der zum ersten Kontakt des Biegebalkens 150 korrespondierende Gegenkontakt wird erfindungsgemäß mit einem Glaswafer 200 gebildet:At the bending beam 150 forms the gold layer 120 a first contact bending beam 150 of the MEMS switch. The first contact of the bending beam 150 corresponding mating contact according to the invention with a glass wafer 200 educated:

Dazu wird ein 700 Mikrometer dicker Glaswafer 200 herangezogen, in welchen zwei wannenförmige Gräben 210, 220 eingebracht werden, welche zueinander parallel und senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Der Graben 220 ist dabei um ein mehrfaches so breit wie der Graben 210. Dazu wird der Glaswafer zunächst an denjenigen Stellen des Glaswafers 200, welche unverändert bleiben sollen, mittels einer 100 Nanometer dicken Siliziumschicht 230 beschichtet. Dazu wird Silizium mittels LPCVD (LPCVD = engl.: „Low-Pressure Chemical Vapor Deposition“ = Chemische Gasphasenabscheidung bei Niederdruck) auf den Glaswafer 200 aufgebracht. Die aufgebrachte Siliziumschicht 230 wird nachfolgend mittels Lithographie strukturiert und unerwünschte Bereiche der Siliziumschicht 230 mittels des RIE-Verfahrens entfernt.This is a 700 micrometer thick glass wafer 200 used in which two trough-shaped trenches 210 . 220 are introduced, which are parallel to each other and perpendicular to the plane of the drawing. The ditch 220 is a multiple as wide as the ditch 210 , For this purpose, the glass wafer is first at those points of the glass wafer 200 , which are to remain unchanged, by means of a 100 nanometer thick silicon layer 230 coated. For this purpose, silicon is deposited on the glass wafer by means of LPCVD (LPCVD = Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 200 applied. The applied silicon layer 230 is subsequently structured by means of lithography and unwanted areas of the silicon layer 230 removed by the RIE method.

Nachfolgend werden an den von der Siliziumschicht 230 nicht bedeckten Bereichen die wannenförmigen Gräben 210, 220 gefertigt. Dazu werden die Gräben 210, 220 mittels Flusssäure geätzt.The following are from the silicon layer 230 uncovered areas of the trough-shaped trenches 210 . 220 manufactured. These are the trenches 210 . 220 Etched using hydrofluoric acid.

Nach der Ätzung der Gräben 210, 220 wird die Siliziumschicht 230 mittels Kaliumhydroxids entfernt (11).After the etching of the trenches 210 . 220 becomes the silicon layer 230 removed by means of potassium hydroxide ( 11 ).

Die oberflächlichen Bereiche des Glaswafers 200, welche nicht mit Flusssäure geätzt worden sind, werden nachfolgend mit einer 300 Nanometer dicken Goldschicht 240 metallisiert. Insbesondere ist der zwischen den beiden Gräben 210, 220 befindliche Bereich des Glaswafers 200 mit einer Metallisierung 255 versehen. Zusätzlich wird auch ein dem schmaleren Graben 210 ferner Randbereich eines Bodens des breiteren Grabens 220 mit einer Metallisierung 250 versehen, welche einen Gegenkontakt für den Kontakt des Biegebalkens 150 bildet. Beabstandet von der Metallisierung 250 ist der dem schmaleren Graben 210 nähere Bereich des Bodens des breiteren Grabens 220 mit einer Gate-Metallisierung 260 versehen, welche nach Fertigstellung des MEMS-Schalters der Auslenkung des Biegebalkens 150 mittels Speisung mit Steuersignalen dient.The superficial areas of the glass wafer 200 , which have not been etched with hydrofluoric acid, subsequently become with a 300 nanometer thick gold layer 240 metallized. In particular, the one between the two trenches 210 . 220 located area of the glass wafer 200 with a metallization 255 Mistake. In addition, a narrower ditch is also included 210 also edge region of a floor of the wider trench 220 with a metallization 250 provided which a mating contact for the contact of the bending beam 150 forms. Distanced from the metallization 250 is the narrower ditch 210 closer area of the bottom of the wider trench 220 with a gate metallization 260 provided after completion of the MEMS switch of the deflection of the bending beam 150 by means of supply with control signals.

Dazu wird Gold abgeschieden, nachfolgend mittels Lithographie strukturiert und überschüssiges Gold mittels Ätzens der Goldes entfernt. Alternativ kann auch anstatt mittels einer Goldschicht 240 mittels einer 20 Nanometer dicken Chromschicht metallisiert werden.For this purpose, gold is deposited, subsequently structured by lithography and excess gold removed by etching the gold. Alternatively, instead of using a gold layer 240 be metallized by means of a 20 nanometer thick chromium layer.

Die erfindungsgemäße Herstellung des MEMS-Schalters wird abgeschlossen, indem die Goldschicht 240 des Glaswafers 200 an die äußere Siliziumschicht 80 des SOI-Wafers mit der Metallisierung des Glaswafers derart flächig zusammengefügt wird, dass die die Kontaktierung des Biegebalkens 150 bildende Goldschicht 120 der den Gegenkontakt bildenden Metallisierung 250 zugewandt wird.The inventive production of the MEMS switch is completed by the gold layer 240 of the glass wafer 200 to the outer silicon layer 80 of the SOI wafer with the metallization of the glass wafer is so flat joined together that the contacting of the bending beam 150 forming gold layer 120 the counter-contact forming metallization 250 is turned.

Die an den Streifen 100 befindliche Metallisierung 110 wird (13) mit der zwischen den Gräben 210, 220 befindlichen Metallisierung 255 in flächiger Anlage gebracht und, beispielsweise galvanisch, stoffschlüssig verbunden. Auf diese Weise ist der Biegebalken 150 an zwei einander abgewandten Seiten fixiert, indem der Biegebalken 150 einerseits mittels des Isolators 40 mit dem übrigen Teil des SIO-Substrats 10 verbunden ist und andererseits über die miteinander verbundenen Metallisierungen 255 und 110 an dem Glaswafer 200 angebunden ist.The on the strip 100 located metallization 110 becomes ( 13 ) with the between the trenches 210 . 220 located metallization 255 placed in flat contact and, for example, galvanically connected cohesively. This is the bending beam 150 fixed on two opposite sides by the bending beam 150 on the one hand by means of the insulator 40 with the rest of the SIO substrate 10 connected on the other hand via the interconnected metallizations 255 and 110 on the glass wafer 200 is connected.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Biegebalken 150 nicht dotiert und - anders als in 13 dargestellt - stromleitend ausgebildet. Dazu ist der Biegebalken 150 nicht lediglich mit einer Metallisierung 120 am freien Ende des Biegebalkens 150 versehen, sondern der Biegebalken ist entlang seiner gesamten Längserstreckung (d.h. entlang seiner gesamten Erstreckung in Richtung der flächigen Erstreckungen der Schichten der Silizium-Isolator-Silizium-Schichtfolge 20, also senkrecht zur Dickenrichtung d) metallisiert. Entlang dieser Erstreckung bleibt auch die äußere Glasschicht 90 wie im Bereich der Metallisierung 120 des in 13 dargestellten Ausführungsbeispiels erhalten. Im Vergleich zur 13 entfällt im Ausführungsbeispiel auch die Dotierung des oberflächlichen Bereichs 102 und die Ausbildung von Streifen 100. Vielmehr sind die Metallisierungen 110 und 255 von SIO-Substrat 10 und Glaswafer 200 direkt miteinander mittels Galvanisierens verbunden.In a further embodiment, the bending beam 150 not doped and - unlike in 13 shown - formed electrically conductive. This is the bending beam 150 not just with a metallization 120 at the free end of the bending beam 150 but the bending beam is along its entire longitudinal extent (ie, along its entire extent in the direction of the planar extensions of the layers of the silicon-insulator-silicon layer sequence 20 , ie metallized perpendicular to the thickness direction d). Along this extension also remains the outer glass layer 90 as in the field of metallization 120 of in 13 obtained embodiment shown. In comparison to 13 omitted in the embodiment, the doping of the superficial region 102 and the training of stripes 100 , Rather, the metallizations 110 and 255 from SIO substrate 10 and glass wafers 200 directly connected to each other by means of electroplating.

Nicht eigens dargestellt umfasst die erfindungsgemäße Anordnung von MEMS-Schaltern mehrere MEMS-Schalter, die wie oben beschrieben hergestellt sind. Dazu sind die MEMS-Schalter mit ein- und demselben SIO-Substrat 10 hergestellt und weisen äußerst geringe Abweichungen der Schaltzeiten voneinander auf.Not specifically shown, the inventive arrangement of MEMS switches comprises a plurality of MEMS switches, which are manufactured as described above. These are the MEMS switches with the same SIO substrate 10 manufactured and have extremely small deviations of the switching times from each other.

Claims

A MEMS switch with a deflectable bending element (150), characterized in that the MEMS switch comprises a silicon-on-insulator substrate (10).

A MEMS switch according to the preceding claim, wherein the silicon-on-insulator substrate (10) forms or comprises a silicon-insulator-silicon layer sequence (20).

A MEMS switch according to any one of the preceding claims, wherein the flexure (150) comprises the silocon on insulator substrate (10) and / or the silicon on insulator substrate (10) comprises the flexure (150).

A MEMS switch according to any one of the preceding claims, wherein the flexure (150) is disposed on an insulator layer (40) of the silicon-on-insulator substrate (10).

Method for producing at least one MEMS switch, in particular according to one of the preceding claims, characterized in that in the method a silicon-on-insulator substrate (10) is used.

A method according to the preceding claim, wherein the silicon-on-insulator substrate (10) forms or comprises a silicon-insulator-silicon layer sequence (20).

Method according to one of the preceding claims, wherein for forming the / a bending element (150), a layer formed with silicon (70) is at least partially removed.

Method according to one of the preceding claims, in which a layer is removed by using lithography and subsequent etching.

Method according to one of the preceding claims, wherein for contacting the bending element (150) at least in areas an insulator layer (90) of the silicon-on-insulator substrate (10) is removed and these areas are metallized or an insulator layer (90) of the silicone On insulator substrate (10), at least partially metallized.

Method according to one of the preceding claims, wherein for contacting the bending element (150), a silicon layer (80) of the silicon-on-insulator substrate is at least partially doped.

Method according to one of the preceding claims, in which a mating contact (250) to the bending element (150) of the MEMS switch is produced by using a glass-formed substrate (200), preferably to form recesses (210, 220) in FIG Substrate (200) at least partially glass is removed, and is subsequently metallized.

The method of any one of the preceding claims, wherein two or more MEMS switches are fabricated, wherein the MEMS switches are fabricated with the same silicon-on-insulator substrate (10).

Arrangement comprising two or more MEMS switches, wherein the MEMS switches are MEMS switches according to one of the preceding claims or produced by a method according to one of the preceding claims.

Arrangement according to the preceding claim, in which the MEMS switches are formed with the same silicon-on-insulator substrate (10).