DE102017220413A1

DE102017220413A1 - Mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil

Info

Publication number: DE102017220413A1
Application number: DE102017220413.3A
Authority: DE
Inventors: Joerg Muchow; Helmut Grutzeck; Rainer Straub; Stefan Mark; Corinna Koepernik; Thorsten BALSLINK; Daniel Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-05-16
Also published as: CN109799606A; US20190146210A1; US10866407B2; CN109799606B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil mit einer Halterung (12), einem Mikrospiegel (10) mit einer reflektierenden Oberfläche, und mindestens einer Feder (14a, 14b), wobei der Mikrospiegel (10) über zumindest die mindestens eine Feder (14a, 14b) derart mit der Halterung (12) verbunden ist, dass der Mikrospiegel (10) in Bezug zu der Halterung (12) um mindestens eine Drehachse (16) verstellbar ist, und wobei die reflektierende Oberfläche zumindest teilweise auf einer ersten Membranoberfläche (18a) einer aufgespannten Membran (18) des Mikrospiegels (10) mit einer von der ersten Membranoberfläche (18a) weg gerichteten in Luft oder Vakuum aufgespannten zweiten Membranoberfläche (18b) ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil.
Stand der Technik
In der DE 10 2015 222 300 A1 sind mikromechanische Bauteile und Herstellungsverfahren für mikromechanische Bauteile beschrieben. Jedes dieser mikromechanischen Bauteile umfasst eine Halterung, einen Mikrospiegel mit einer reflektierenden Oberfläche und mindestens eine Feder, wobei der Mikrospiegel über zumindest die mindestens eine Feder derart mit der Halterung verbunden ist, dass der Mikrospiegel in Bezug zu der Halterung um mindestens eine Drehachse verstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische Bauteile, deren um mindestens eine Drehachse verstellbarer Mikrospiegel aufgrund der Ausbildung seiner reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der aufgespannten Membran des Mikrospiegels eine vergleichsweise kleine Masse aufweist. Wie unten genauer erläutert wird, bewirkt die vergleichsweise geringe Masse des Mikrospiegels eine Reduzierung einer Amplitude von ungewollten Schwingungen, welche durch (äußere) Vibrationen ausgelöst werden. Aufgrund der Reduzierung der Amplitude der ungewollten Schwingungen weist ein mittels der vorliegenden Erfindung realisiertes mikromechanisches Bauteil eine relativ hohe Vibrationsrobustheit und/oder eine gute Anstoß- und/oder Fallfestigkeit auf. Mittels der vorliegenden Erfindung können somit mikromechanische Bauteile geschaffen werden, welche aufgrund ihrer hohen Vibrationsrobustheit und/oder guten Anstoß- und/oder Fallfestigkeit verlässlich in Anwendungspositionen mit einem häufigen Auftreten von Vibrationen, wie beispielsweise in einem Fahrzeug/Kraftfahrzeug, und/oder in Anwendungspositionen mit einem hohen Anstoß- und/oder Fall-Risiko problemlos eingesetzt werden können.
Die mittels der vorliegenden Erfindung geschaffenen mikromechanischen Bauteile können als Bauteile von Sensoren oder Aktoren verwendet werden. Ein erfindungsgemäßes mikromechanisches Bauteil kann beispielsweise in einem Projektor/einem Projektionssystem oder in einer Abrastervorrichtung/einem Scanner eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil ist somit vielseitig einsetzbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Membrangesamtdicke der aufgespannten Membran von der ersten Membranoberfläche zu der zweiten Membranoberfläche kleiner-gleich 5 µm. Beispielsweise kann die senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Membrangesamtdicke der aufgespannten Membran (von der ersten Membranoberfläche zu der zweiten Membranoberfläche) kleiner-gleich 2 µm, insbesondere kleiner-gleich 1 µm, sein. Der mittels der jeweiligen Membran realisierte Mikrospiegel hat damit eine vergleichsweise geringe Masse, was, wie oben erläutert, zur vorteilhaften Steigerung der Vibrationsrobustheit und/oder Verbesserung der Anstoß- und/oder Fallfestigkeit der jeweiligen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils beiträgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist die reflektierende Oberfläche eine Außenfläche einer Platinschicht ist. Mittels der Platinschicht kann eine mechanische Spannung bis 30 bar an die jeweilige Membran angelegt werden, was eine hohe Robustheit der Membran gewährleistet.
Beispielsweise umfasst die aufgespannte Membran einen Schichtstapel aus mindestens einer Siliziumoxidschicht und mindestens einer die zumindest eine benachbarte Siliziumoxidschicht abdeckenden Siliziumnitridschicht. Mittels eines derartigen Schichtstapels aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid kann selbst bei einer vergleichsweise geringen Membrangesamtdicke eine unter mechanischer Spannung stehende Membran realisiert sein.
Vorzugsweise ist eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Gesamtschichtdicke der mindestens einen Siliziumoxidschicht um einen Faktor von mindestens 2 größer als eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Gesamtschichtdicke der mindestens einen Siliziumnitridschicht. Siliziumoxid weist eine mechanische Spannung von -300 MPa auf, während eine mechanische Spannung von Siliziumnitrid bei 1000 MPa liegt. Mittels des hier angegebenen Verhältnisses zwischen der Gesamtschichtdicke der mindestens einen Siliziumoxidschicht und der Gesamtschichtdicke der mindestens einen Siliziumnitridschicht ergibt eine Summe der mechanischen Spannungen eine vorteilhafte/positive Eigenspannung der aufgespannten Membran. Die aufgespannte Membran ist damit extrem robust. Dabei kann die Membran aber auch aus nur einer unter Zugspannung stehenden Schicht bestehen.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann mindestens eine bestrombare Leiterschleife und/oder Spule auf der ersten Membranoberfläche, auf der zweiten Membranoberfläche und/oder in der Membran ausgebildet sein. Damit kann der Mikrospiegel mittels eines Bestromens der mindestens einen Leiterschleife und/oder Spule in einem externen Magnetfeld in eine Schwingung um die mindestens eine Drehachse versetzt werden. Die Vorteile eines magnetischen Aktors können somit für diese Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils genutzt werden.
Vorteilhafterweise kann die die Membran mittels mindestens eines Balkens, mindestens einer Teilrahmenstruktur und/oder mittels mindestens einer Rahmenstruktur aufgespannt sein. Als Alternative dazu kann die Membran jedoch auch ausschließlich mittels mindestens einer von der mindestens einen Feder und/oder der Halterung darauf ausgeübten Zugkraft aufgespannt sein. Eine Stabilität der aufgespannten Membran ist somit leicht gewährleistbar.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil bewirkt. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weiterbildbar ist.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1a und 1b schematische Gesamt- und Teildarstellungen einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
2 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.

Ausführungsformen der Erfindung
1a und 1b zeigen schematische Gesamt- und Teildarstellungen einer Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das 1 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil weist einen als Schwingkörper ausgebildeten Mikrospiegel 10 mit einer (nicht skizzierten) reflektierenden Oberfläche, welche beispielhaft in einem mittleren Spiegelbereich 10a des Mikrospiegels 10 ausgebildet ist, auf. Das mikromechanische Bauteil umfasst auch eine Halterung 12 und mindestens eine Feder 14a und 14b. Der Mikrospiegel 10 ist über zumindest die mindestens eine Feder 14a und 14b derart mit der Halterung 12 verbunden, dass der Mikrospiegel 10 in Bezug zu der Halterung 12 um mindestens eine Drehachse 16 verstellbar ist. In der Ausführungsform der 1a und 1b ist der Mikrospiegel 10 lediglich um die (einzige) Drehachse 16 in Bezug zu der Halterung 12 verstellbar. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass in einer Weiterbildung des mikromechanischen Bauteils der Mikrospiegel 10 auch noch (zusätzlich zu der Drehachse 16) um eine geneigt/senkrecht zu der Drehachse 16 ausgerichtete weitere Drehachse verstellbar sein kann. Als Weiterbildung kann auch mindestens eine Leiterbahn über die mindestens eine Feder 14a und 14b geführt sein.
Die reflektierende Oberfläche ist zumindest teilweise auf einer ersten Membranoberfläche 18a einer aufgespannten Membran 18 des Mikrospiegels 10 ausgebildet. Die aufgespannte Membran 18 ist derart an dem Mikrospiegel 10 ausgebildet, dass eine von der ersten Membranoberfläche 18a weg gerichtete zweite Membranoberfläche 18b in Luft oder Vakuum aufgespannt ist. (Unter der als „Träger der reflektierenden Oberfläche“ eingesetzten Membran 18 ist somit keine abdeckende Schicht zu verstehen.) Sofern gewünscht, kann die reflektierende Oberfläche auch auf beiden Membranoberflächen 18a und 18b ausgebildet sein. Wahlweise kann auch entweder nur eine Teilfläche der jeweiligen Membranoberfläche 18a oder 18b oder eine Gesamtfläche der jeweiligen Membranoberfläche 18a oder 18b als reflektierende Oberfläche genutzt/ausgebildet sein. (Selbstverständlich kann auch die „Rückseite“ der 1a als erste Membranoberfläche 18a, evtl. zusammen mit der „Vorderseite“ der 1a als zweite Membranoberfläche 18b, verspiegelt sein.)
Aufgrund der Ausbildung der reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der ersten Membranoberfläche 18a der aufgespannten Membran 18 weist der Mikrospiegel 10 im Vergleich mit dem Stand der Technik eine relativ geringe Masse m auf. Die Reduzierung der Masse m des Mikrospiegels 10 führt auch zu einer Reduzierung eines Trägheitsmoments I des Mikrospiegels 10 für seine Schwingbewegung um die Drehachse 16. (Dies gilt entsprechend auch im Falle einer geneigt/senkrecht zu der Drehachse 16 ausgerichteten weiteren Drehachse.) Für eine Eigenfrequenz f der Schwingbewegung des Mikrospiegels 10 um die Drehachse 16 gilt bei einer Federsteifigkeit k der mindestens einen Feder 14a und 14b nach Gleichung (Gl. 1): $f = \sqrt{\frac{k}{I}}$
Die Eigenfrequenz f der Schwingbewegung des Mikrospiegels 10 um die Drehachse 16 kann somit mittels der Ausbildung des Mikrospiegels 10 mit der aufgespannten Membran 18 als „Träger der reflektierenden Oberfläche“ gesteigert werden, ohne dass dazu die Federsteifigkeit k der mindestens einen Feder 14a und 14b gesteigert werden muss. Die Eigenfrequenz f der Schwingung des Mikrospiegels 10 um die Drehachse 16 kann beispielsweise zumindest bei 1 kHz (Kilohertz) liegen. (Dies gilt entsprechend auch für die geneigt/senkrecht zu der Drehachse 16 ausgerichtete weitere Drehachse.)
Außerdem gilt für eine mittels eines Drehmoments M bewirkte maximale Auslenkung Θ der Schwingbewegung des Mikrospiegels 10 um die Drehachse 16 (und entsprechend im Falle der geneigt/senkrecht zu der Drehachse 16 ausgerichteten weiteren Drehachse) nach Gleichung (Gl. 2): $Θ= \frac{M}{k}$
Eine Generierung eines hohen Drehmoments M ist somit bei einer geringe Federsteifigkeit k der mindestens einen Feder 14a und 14b nicht erforderlich, um eine vergleichsweise große maximale Auslenkung Θ der Schwingbewegung des Mikrospiegels 10 (z.B. von mindestens von 0,4 µm) um die Drehachse 16 (und entsprechend um die weitere Drehachse) zu bewirken. Eine geringe Federsteifigkeit k der mindestens einen Feder 14a und 14b wirkt sich deshalb positiv auf einen Leistungsverbrauch des mikromechanischen Bauteils zum Anregen der Schwingbewegung des Mikrospiegels 10 um die Drehachse 16 (und/oder die weitere Drehachse) aus.
Zumindest manchmal kann durch auf das mikromechanische Bauteil übertragene Vibrationen oder ein Anstoßen des mikromechanischen Bauteils eine (ungewollte) Störschwingung des Mikrospiegels 10 mit einer Beschleunigung a ausgelöst werden. (Unter der Störschwingung des Mikrospiegels 10 ist keine Schwingbewegung des Mikrospiegels 10 um die mindestens eine Drehachse 16 zu verstehen.) Für eine Amplitude u der Störschwingung gilt nach Gleichung (Gl. 3): $u = \frac{a * Q}{{(2 π f)}^{2}}$
, wobei Q ein Gütefaktor (bzw. eine Güte) ist. Der Gütefaktor ist nach Gleichung (Gl. 4) für Schwingbewegungen definiert mit: $Q = \frac{\sqrt{m * k}}{d}$
, mit d als einer Dämpfungskonstante der jeweiligen Schwingbewegung. Mittels der Gleichungen (Gl. 1) und (Gl. 4) ergibt sich für die Amplitude u der Störschwingung somit Gleichung (Gl. 5) mit: $u = \frac{a}{{(2 π)}^{2} * d} * \frac{m^{1,5}}{k^{0,5}}$
Die mittels der Ausbildung des Mikrospiegels 10 mit der aufgespannten Membran 18 als „Träger der reflektierenden Oberfläche“ bewirkte Reduzierung der Masse m des Mikrospiegels 10 löst damit auch eine Reduzierung der Amplitude u der Störschwingung des Mikrospiegels 10 aus. Man kann dies auch als eine „gezielte Dämpfung“ der Störschwingung ohne eine Beeinträchtigung der (gewünschten) Schwingbewegung des Mikrospiegels 10 um seine mindestens eine Drehachse 16 umschreiben. Die Reduzierung der Masse m des Mikrospiegels 10 (mittels der Ausbildung der aufgespannten Membran 18 als „Träger der reflektierenden Oberfläche“) bewirkt damit eine Unterdrückung der unerwünschten Störschwingung, eine Steigerung einer Vibrationsfestigkeit des mikromechanischen Bauteils und eine Steigerung einer Fallfestigkeit des mikromechanischen Bauteils. Insbesondere kann mittels der Reduzierung der Masse m des Mikrospiegels 10 (durch Verwendung der Membran 18 als „Träger der reflektierenden Oberfläche“) ein Anschlagen des in die Störschwingung versetzten Mikrospiegels 10 an der Halterung 12 (oder einer anderen benachbarten Komponente des mikromechanischen Bauteils) selbst bei einem starken Schütteln des mikromechanischen Bauteils oder einem Fall des mikromechanischen Bauteils unterbunden werden. Die mittels des mikromechanischen Bauteils (z.B. in einem Sensor oder in einem Aktor) ausgeführte Funktion wird somit selbst in einer derartigen Situation nicht/kaum beeinträchtigt/gestört. Das mikromechanische Bauteil kann deshalb auch vorteilhaft in Umgebungen, in welchen Vibrationen häufig auftreten oder ein Anstoß- oder Fall-Risiko für das mikromechanische Bauteil hoch ist, wie beispielsweise in einem Fahrzeug/Kraftfahrzeug, eingesetzt werden.
Vorzugsweise ist eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Membrangesamtdicke der aufgespannten Membran 18 von der ersten Membranoberfläche 18a zu der zweiten Membranoberfläche 18b kleiner-gleich 5 µm (Mikrometer), beispielsweise kleiner-gleich 2 µm (Mikrometer), insbesondere kleiner-gleich 1 µm (Mikrometer). Mittels einer derart geringen Membrangesamtdicke der aufgespannten Membran 18 ist eine relativ geringe Masse m des Mikrospiegels 10 realisierbar.
Die Membran 18 kann aus mindestens einem Metall, Halbleitermaterial und/oder elektrisch isolierendem Material gebildet sein. Beispielsweise besteht die aufgespannte Membran 18 aus einem Halbleitermaterial, wie insbesondere Silizium, wobei eine Schichtdicke des Halbleitermaterials mittels eines Ätzens (zumindest stellenweise) so reduziert ist, dass die gewünschte Membrangesamtdicke vorliegt. Vorteilhafte Materialien für die aufgespannte Membran 18 sind auch Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid. (Als Nitrid kann ein Plasmanitrid oder ein LP-Nitrid eingesetzt sein.) In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die aufgespannte Membran 18 einen Schichtstapel aus mindestens einer Siliziumoxidschicht und mindestens einer die mindestens eine benachbarte Siliziumoxidschicht abdeckenden Siliziumnitridschicht. Beispielsweise kann der Schichtstapel mindestens zwei sich abwechselnde Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten aufweisen. Alternativ kann der Schichtstapel jedoch auch nur eine einzige Siliziumoxidschicht und eine einzige Siliziumnitridschicht aufweisen. Die gemeinsame Verwendung von Siliziumoxid und Siliziumnitrid für die aufgespannte Membran 18 ist vorteilhaft, da sich Siliziumoxid mit einer mechanischen Spannung von -300 MPa und Siliziumnitrid mit einer mechanischen Spannung von 1000 MPa gut zum „Einstellen“ einer gewünschten Eigenspannung der aufgespannten Membran 18 eignen.
Vorzugsweise ist eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Gesamtschichtdicke der mindestens einen Siliziumoxidschicht um einen Faktor von mindestens 2, z.B. um einen Faktor von mindestens 2,3, insbesondere um einen Faktor von mindestens 2,5, größer als eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Gesamtschichtdicke der mindestens einen Siliziumnitridschicht. Auf diese Weise kann die aufgespannte Membran mit einer positiven Eigenspannung ausgebildet sein, ohne dass eine unerwünschte Verwölbung der Membran 18 (aufgrund von deren zu hoher Eigenspannung) zu befürchten ist. Vorzugsweise weist die Membran 18 eine Eigenspannung zwischen 50 MPa (Megapascal) bis 100 MPa (Megapascal) auf.
Die reflektierende Oberfläche kann beispielsweise eine Außenfläche einer Metall- und/oder Halbleiterschicht sein. Bei einer Ausbildung der aufgespannten Membran 18 zumindest teilweise oder vollständig aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, kann eine geätzte Fläche, eine polierte Fläche oder eine unbehandelte Fläche des Halbleitermaterials/Siliziums als reflektierende Oberfläche genutzt werden. Eine Reflektivität der reflektierenden Oberfläche kann optionaler Weise auch mittels einer Dotierung gesteigert sein. Ebenso können mindestens eine Goldschicht, Aluminiumschicht, Platinschicht und/oder λ/4-Schicht der Membran 18 für die reflektierende Oberfläche genutzt sein. (Eine plastische Verformung der reflektierenden Oberfläche ist mittels einer geeigneten Festlegung der Eigenspannung der Membran 18 leicht verhinderbar.) Insbesondere eine Außenfläche einer Platinschicht ist als reflektierende Oberfläche vorteilhaft, da mittels der Platinschicht leicht eine mechanische Spannung von 30 bar an die aufgespannte Membran 18 anlegbar ist, was eine Robustheit der aufgespannten Membran 18 steigert.
In der Ausführungsform der 1a und 1b ist die Membran 18 mittels mindestens eines Balkens 20, bzw. mittels mindestens einer Teilrahmen- und/oder Rahmenstruktur 22, aufgespannt. Der mindestens eine Balken 20, bzw. die mindestens eine Teilrahmen- und/oder Rahmenstruktur 22, kann senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche eine Ausdehnung größer als die Membrangesamtdicke der aufgespannten Membran 18 haben. Vorzugsweise ist die (senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete) maximale Ausdehnung des mindestens einen Balkens 20, bzw. der mindestens einen Teilrahmen- und/oder Rahmenstruktur 22, kleiner-gleich 50 µm (Mikrometer), bevorzugter Weise kleiner-gleich 30 µm (Mikrometer), insbesondere kleiner-gleich 20 µm (Mikrometer). Die Masse m des Mikrospiegels 10 wird somit durch die Ausbildung des mindestens einen Balkens 20, bzw. der mindestens einen Teilrahmen- und/oder Rahmenstruktur 22, kaum gesteigert. Lediglich beispielhaft weist der Mikrospiegel 10 der 1a und 1b eine innere Teilrahmen- und/oder Rahmenstruktur 22 und eine die innere Teilrahmen- und/oder Rahmenstruktur 22 umrahmende äußere Teilrahmen- und/oder Rahmenstruktur 22 zum Aufspannen der Membran 18 auf. Alternativ kann die Membran 18 z.B. auch ausschließlich mittels mindestens einer von der mindestens einen Feder 14a und 14b und/oder der Halterung 12 darauf ausgeübten Zugkraft aufgespannt sein.
Als optionale Weiterbildung kann noch mindestens eine bestrombare Leiterschleife und/oder Spule auf der ersten Membranoberfläche 18a, auf der zweiten Membranoberfläche 18b und/oder in der Membran 18 ausgebildet sein. Mittels einer geeigneten Festlegung der Eigenspannung der Membran 18 kann eine plastische Verformung der mindestens einen bestrombaren Leiterschleife und/oder Spule verlässlich unterbunden werden.) In der Ausführungsform der 1a und 1b weist der Mikrospiegel 10 auf jeder Seite der Drehachse 16 je einen (an dem mittleren Spiegelbereich 10a angebundenen) Spulenträgerbereich 10b und 10c auf, wobei auf jedem Spulenträgerbereich 10b und 10c jeweils mindestens eine (in 1a und 1b nicht dargestellte) bestrombare Leiterschleife und/oder Spule ausgebildet ist. Aufgrund des relativ großen Abstandes jedes Spulenträgerbereichs 10b und 10c zu der Drehachse 16 können vergleichsweise hohe Drehmomente mittels eines Bestromens der Leiterschleifen und/oder Spulen in einem (in 1a und 1b nicht eingezeichneten) konstanten oder zeitlich variierenden Magnetfeld bewirkt werden. (Messungen haben beispielsweise gezeigt, dass ein Bestromen der Leiterschleifen und/oder Spulen mit einer Stromstärke von 50 mA ausreichend zum Anregen der gewünschten Schwingbewegung des Mikrospiegels 10 um die Drehachse 16 ist.) Der Mikrospiegel 10 eignet sich somit vorteilhaft zum Zusammenwirken mit dem jeweiligen Magnetfeld.
Beispielhaft weist das mikromechanische Bauteil der 1a und 1b als seine mindestens eine Feder 14a und 14b zwei Federn 14a und 14b auf, zwischen welchen die Membran 18 aufgespannt ist. 1b zeigt als vergrößerte Teildarstellung einen Angriffspunkt/Verankerungsbereich einer der Federn 14a und 14b an dem Mikrospiegel 10. Jede der Federn 14a und 14b ist beispielhaft eine Balkenfeder 14a und 14b, welche sich entlang der Drehachse 16 erstreckt. Insbesondere kann die jeweilige Balkenfeder 14a und 14b senkrecht zu der Drehachse 16 einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, indem die jeweilige Balkenfeder 14a und 14b aus zwei Balken und eine zwischen den zwei Balken aufgespannte Membran umfasst. Eine derartige Federform ist stressoptimiert. Die in 1a und 1b dargestellte Federform der Federn 14a und 14b ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass das mikromechanische Bauteil der 1a und 1b aufgrund der vergleichsweise geringen Masse m des Mikrospiegels 10 eine hohe Vibrationsfestigkeit, eine gute Fallfestigkeit, eine hohe Eigenfrequenz f und gleichzeitig einen niedrigen Leistungsverbrauch aufweist. Das mikromechanische Bauteil der 1a und 1b kann beispielsweise für ein automatisches Lidar (Automative Lidar), für einen Autobahn-Piloten (Highway Pilot) oder für ein UAD (Urban Assisted Driving) eingesetzt sein.
2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
Das nachfolgend beschriebene Herstellungsverfahren schafft alle oben genannten Vorteile. Auf eine erneute Aufzählung der Vorteile wird deshalb hier verzichtet.
In einem Verfahrensschritt S1 des Herstellungsverfahrens wird ein Mikrospiegel mit einer reflektierenden Oberfläche über mindestens eine Feder derart an einer Halterung aufgehängt, dass der Mikrospiegel in Bezug zu der Halterung um mindestens eine Drehachse verstellbar ist. Außerdem umfasst das Herstellungsverfahren einen Verfahrensschritt S2, in welchem der Mikrospiegel mit einer aufgespannten Membran ausgebildet wird, wobei die reflektierende Oberfläche zumindest teilweise auf einer ersten Membranoberfläche der Membran, welche von einer in Luft oder Vakuum aufgespannten zweiten Membranoberfläche weg gerichtet ist, ausgebildet wird. Der Verfahrensschritt S2 kann vor, nach oder zeitlich überschneidend/gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt S1 ausgeführt werden. Z.B. werden zumindest ein Teil des Mikrospiegels, die mindestens eine Feder und zumindest ein Teil der Halterung aus mindestens einem Halbleitermaterial gleichzeitig herausstrukturiert und/oder freigestellt.
Als zumindest Teil des Mikrospiegels kann auch ein Schichtstapel aus mindestens einer Siliziumoxidschicht und mindestens einer Siliziumnitridschicht gebildet werden. Der Schichtstapel aus der mindestens einen Siliziumoxidschicht und der mindestens einen Siliziumnitridschicht ist leicht herstellbar, da diese Schichten mittels einfacher Abscheideverfahren auf einer Halbleiterschicht, wie beispielsweise einer Siliziumschicht, bildbar sind. Danach kann das Halbleitermaterial/Silizium selektiv von dem Siliziumoxid geätzt/entfernt werden, wodurch die aufgespannte Membran freigestellt wird.
Als optionale Weiterbildung kann das Herstellungsverfahren auch einen Verfahrensschritt S3 umfassen, in welchem mindestens eine bestrombare Leiterschleife und/oder Spule auf der ersten Membranoberfläche, auf der zweiten Membranoberfläche und/oder in der Membran ausgebildet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015222300 A1 [0002]

Claims

Mikromechanisches Bauteil mit: einer Halterung (12); einem Mikrospiegel (10) mit einer reflektierenden Oberfläche; und mindestens einer Feder (14a, 14b), wobei der Mikrospiegel (10) über zumindest die mindestens eine Feder (14a, 14b) derart mit der Halterung (12) verbunden ist, dass der Mikrospiegel (10) in Bezug zu der Halterung (12) um mindestens eine Drehachse (16) verstellbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Oberfläche zumindest teilweise auf einer ersten Membranoberfläche (18a) einer aufgespannten Membran (18) des Mikrospiegels (10) mit einer von der ersten Membranoberfläche (18a) weg gerichteten in Luft oder Vakuum aufgespannten zweiten Membranoberfläche (18b) ausgebildet ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Membrangesamtdicke der aufgespannten Membran (18) von der ersten Membranoberfläche (18a) zu der zweiten Membranoberfläche (18b) kleiner-gleich 5 µm ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die reflektierende Oberfläche eine Außenfläche einer Platinschicht ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aufgespannte Membran (18) einen Schichtstapel aus mindestens einer Siliziumoxidschicht und mindestens einer die zumindest eine benachbarte Siliziumoxidschicht abdeckenden Siliziumnitridschicht umfasst.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 4, wobei eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Gesamtschichtdicke der mindestens einen Siliziumoxidschicht um einen Faktor von mindestens 2 größer als eine senkrecht zu der reflektierenden Oberfläche ausgerichtete Gesamtschichtdicke der mindestens einen Siliziumnitridschicht ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine bestrombare Leiterschleife und/oder Spule auf der ersten Membranoberfläche (18a), auf der zweiten Membranoberfläche (18b) und/oder in der Membran (18) ausgebildet ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membran (18) mittels mindestens eines Balkens (20), mindestens einer Teilrahmenstruktur und/oder mittels mindestens einer Rahmenstruktur (22) aufgespannt ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Membran (18) ausschließlich mittels mindestens einer von der mindestens einen Feder (14a, 14b) und/oder der Halterung (12) darauf ausgeübten Zugkraft aufgespannt ist.
Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit dem Schritt: Aufhängen eines Mikrospiegels (10) mit einer reflektierenden Oberfläche über mindestens eine Feder (14a, 14b) derart an einer Halterung (12), dass der Mikrospiegel (10) in Bezug zu der Halterung (12) um mindestens eine Drehachse (16) verstellbar ist (S1); gekennzeichnet durch den Schritt: Ausbilden des Mikrospiegels (10) mit einer aufgespannten Membran (18), wobei die reflektierende Oberfläche zumindest teilweise auf einer ersten Membranoberfläche (18a) der Membran (18), welche von einer in Luft oder Vakuum aufgespannten zweiten Membranoberfläche (18b) weg gerichtet ist, ausgebildet wird (S2).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei mindestens eine bestrombare Leiterschleife und/oder Spule auf der ersten Membranoberfläche (18a), auf der zweiten Membranoberfläche (18b) und/oder in der Membran (18) ausgebildet wird (S3).