DE102022117678A1 - Verfahren zur herstellung eines schichtaufbaus für eine mems-vorrichtung und mems-vorrichtung mit einem derartigen schichtaufbau - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines schichtaufbaus für eine mems-vorrichtung und mems-vorrichtung mit einem derartigen schichtaufbau Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung, einen Schichtaufbau, der mittels des Verfahrens hergestellten Schichtaufbau ist, und eine MEMS-Vorrichtung 200, die einen derartigen Schichtaufbau umfasst. Für den Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung 200 wird im Herstellungsprozess beispielhaft ein Ausgangssubstrat verwendet, das die mechanisch wirksame Funktionsschicht 10 ausbildet, wobei die mechanisch wirksame Funktionsschicht 10 ein ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung, einen Schichtaufbau für eine MEMS-Vorrichtung und eine MEMS-Vorrichtung, die einen derartigen Schichtaufbau umfasst.
  • Hintergrund
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine piezoelektrisch angetriebene MEMS-Vorrichtung, sowie ein gattungsgemäßer Schichtaufbau für eine MEMS-Vorrichtung und eine gattungsgemäße MEMS-Vorrichtung, die einen derartigen Schichtaufbau umfasst, sind beispielsweise aus der US 2009/0185253 A1 bekannt.
  • Bei den im Stand der Technik, z.B. gemäß US 2009/0185253 A1 , bekannten piezoelektrisch angetriebenen MEMS-Vorrichtungen wird üblicherweise die mechanisch wirksame Funktionsschicht (engl. oftmals als Device Layer bezeichnet) des Schichtaufbaus des MEMS (Mikro-Elektro-Mechanisches System, engl. Micro-Electro-Mechanical System) durch eine tragende, nicht-piezoelektrische Schicht (z.B. Silizium) ausgebildet, in der die beweglichen bzw. schwingenden Bauteile, wie z.B. spiegeltragende Trägerelemente als auch die haltende Federstruktur, strukturiert werden, z.B. durch das sogenannte Hochratenätzen bzw. reaktive Ionentiefenätzen (engl. Deep Reactive Ion Etching bzw. kurz DRIE).
  • Im Herstellungsverfahren des Schichtaufbaus wird piezoelektrisches Material üblicherweise auf die tragende Funktionsschicht aufgebracht bzw. darauf abgeschieden. Es wird somit ein Schichtaufbau (auch MEMS-Wafer genannt) verwendet, bei dem piezoelektrisches Material durch zusätzliche Bearbeitungsschritte im Herstellungsverfahren auf die spätere mechanisch bewegliche Struktur (z.B. Silizium) der Funktionsschicht aufgebracht werden muss und danach zur Strukturierung lokal, z.B. durch photolithographische Masken und Ätzprozesse (z.B. mit einer nachgelagerten Ätzung der durch Photolack der photolithographischen Maske ungeschützten Flächen), wieder entfernt werden muss.
  • Hierbei sind sämtliche Prozessschritte mit Kosten und Zeit verbunden. Zudem ist das Aufwachsen der ferro-/piezoelektrischen Schichten vom jeweiligen Abscheideprozess und auch vom jeweiligen Wachstumsuntergrund abhängig, so dass sich herstellungsbedingte Schwankungen als auch integrationsbedingte Limitierungen ergeben, und dies auch betreffend die resultierenden Piezokoeffizienten der antreibenden piezoelektrischen Schicht.
  • Zudem sind die Schichtdicken der ferro-/piezoelektrischen Schichten, die durch Abscheidung aufgebracht werden, limitiert (typischerweise auf ca. 0,5 bis 5 µm), und somit wird auch das Erzeugen von Kräften bzw. Drehmomenten begrenzt als auch die anzulegende elektrische Antriebsspannung eingeschränkt (Durchbruchfeldstärke typischerweise ca. 1-2 MV/cm).
  • Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile ist es ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung bereitzustellen, insbesondere mit Kosten- und/oder Zeitersparnis und/oder verbesserten Eigenschaften des hergestellten Schichtaufbaus.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung, einen Schichtaufbau, der mittels des Verfahrens hergestellt ist, und eine MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, insbesondere bevorzugt eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung.
  • Insbesondere werden zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung und ein Schichtaufbau, der mittels des Verfahrens hergestellt ist, gemäß den unabhängigen Ansprüchen sowie eine MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, insbesondere bevorzugt eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung, vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen einige beispielhafte bevorzugte Ausführungsformen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine MEMS-Spiegelvorrichtung bzw. eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung, vorgeschlagen.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung umfasst beispielhaft ein Bereitstellen eines Ausgangssubstrats, das beispielhaft zumindest eine Funktionsschicht (d.h. z.B. eine oder mehrere Funktionsschichten) umfasst, und/oder ein Strukturieren der zumindest einen Funktionsschicht des Ausgangssubstrats.
  • Das Strukturieren der zumindest einen Funktionsschicht kann bevorzugt zum Ausbilden von einem oder mehreren beweglichen Elementen der MEMS-Vorrichtung in der zumindest einen Funktionsschicht ausgeführt werden und/oder zum Ausbilden einer Federstruktur, die vorzugsweise die einen oder mehreren beweglichen Elemente der MEMS-Vorrichtung hält, in der zumindest einen Funktionsschicht.
  • In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die zumindest eine Funktionsschicht des Ausgangssubstrats ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassen.
  • Hierbei liegt unter anderem in einigen Ausführungsbeispielen eine Idee zugrunde, dass beispielsweise statt eines Siliziumsubstrats als Ausgangssubstrat ein Substrat verwendet werden kann, welches ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst, und insbesondere zumindest eine Funktionsschicht umfasst, die ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst. Insbesondere kann das Ausgangssubstrat in einigen Ausführungsbeispielen bevorzugt eine oder mehrere ferro- und/oder piezoelektrische Schichten bzw. eine oder mehrere Funktionsschichten aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material umfassen.
  • So können zahlreiche Prozessschritte kosten- und zeitsparend eingespart werden, insbesondere da Abscheideprozesse, z.B. einer piezoelektrischen Schicht, vermieden werden können.
  • Zudem kann das ferro- und/oder piezoelektrische Substrat die zumindest eine Funktionsschicht ausbilden, in der später die beweglichen Elemente des MEMS und/oder die diese haltende Federstruktur ausgebildet werden kann.
  • Die zumindest eine Funktionsschicht kann vorzugsweise sowohl die mechanisch wirksame Schicht ausbilden und gleichzeitig auch als Aktuator und/oder Sensor die schwingenden Bewegungen antreiben und/oder erfassen.
  • Unter „mechanisch wirksam“ ist hier in Bezug auf ein MEMS insbesondere zu verstehen, dass die mechanisch wirksame Schicht bzw. die zumindest eine mechanisch wirksame Funktionsschicht (engl. Device Layer) des MEMS-Schichtaufbaus bevorzugt diejenige Schicht ausbildet, die entsprechend ihrer Strukturierung dazu ausgelegt bzw. ausgebildet ist, eine eindimensionale oder zweidimensionale Schwingungsbewegung auszuführen, bzw. derart, dass ein oder mehrere Strukturen oder Körper, die in der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht herausgebildet sind, eine eindimensionale oder zweidimensionale Schwingungsbewegung ausführen können (z.B. um eine Schwing-/Torsionsachse oder um zwei bevorzugt quer bzw. insbesondere senkrecht zueinander stehenden Schwing-/Torsionsachsen, z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern, insbesondere z.B. für Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante Lissajous-Scanbewegungen).
  • Bevorzugt kann hierfür auch die Halte- und/oder Federstruktur für die beweglichen Strukturen oder Körper der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht in dieser mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht ausgebildet sein.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Halte- und/oder Federstruktur Federn umfassen, insbesondere bevorzugt Biegefedern, Meanderfedern und/oder Torsionsfedern, die bevorzugt dazu ausgelegt sein können, ein oder mehrere bewegliche Strukturen oder Körper der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht zu halten, z.B. derart, dass die beweglichen Strukturen oder Körper um ein oder mehrere jeweilige Schwing- und/oder Torsionsachsen eine jeweilige schwingende Rotationsbewegung um die entsprechende Achse (z.B. Torsionsschwingungen) ausführen können.
  • Weiterhin kann die Ausbildung der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht bevorzugt die Resonanzfrequenz bzw. Resonanzfrequenzen des MEMS, die Auslenkamplituden und/oder etwaige dynamische Deformationen (z.B. in einer in der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht ausgebildeten Halte- und/oder Federstruktur bzw. der herausgebildeten Strukturen bzw. Körper, wie z.B. eines Spiegelträgerelements mit einer Spiegelplatte) bestimmen.
  • Zudem kann das Ausgangssubstrat bzw. die eine oder mehreren Funktionsschichten im Ausgangssubstrat in einigen Ausführungsbeispielen als ferro- und/oder piezoelektrisches Einkristall oder Polykristall bereitgestellt werden und somit können optimale ferro-/piezoelektrische Eigenschaften mit optimalen ferro-/piezoelektrischen Koeffizienten bereitgestellt werden, was in üblichen Abscheideprozessen aufgrund der Prozessschwankungen und Aufwachsbedingungen nicht möglich ist.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material bestehen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können eine oder mehrere Funktionsschichten des Ausgangssubstrats aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material bestehen.
  • Bevorzugt kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, eine oder mehrere piezoelektrische Schichten aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material umfassen, insbesondere eine oder mehrere Funktionsschichten aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, und/oder die zumindest eine Funktionsschicht des Ausgangssubstrats ein Einkristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials umfassen und/oder aus einem Einkristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials bestehen.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, und/oder zumindest eine Funktionsschicht des Ausgangssubstrats ein Polykristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials umfassen und/oder aus einem Polykristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials bestehen.
  • Zudem können in Ausführungsbeispielen mit mehreren Funktionsschichten im Ausgangssubstrat eine oder mehrere Funktionsschichten des Ausgangssubstrats ein Einkristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials umfassen und/oder aus einem Einkristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials bestehen, wobei eine oder mehrere weitere Funktionsschichten des Ausgangssubstrats ein Polykristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials umfassen und/oder aus einem Polykristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials bestehen.
  • Insbesondere bevorzugt ist das Ausgangssubstrat kein Siliziumsubstrat und vorzugsweise umfasst das Ausgangssubstrat kein Silizium bzw. keine Silizium umfassende Funktionsschicht.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das ferro- und/oder piezoelektrisches Material Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN), Lithiumniobat (LiNbO3), Lithiumtantalat (LiTaO3), Bleizirkonat-Titanat (PZT), Niob-dotiertes PZT (PZT-Nb) und/oder Quarz umfassen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, und/oder zumindest eine Funktionsschicht des Ausgangssubstrats ein zumindest teilweise amorph vorliegendes ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassen und/oder aus einem zumindest teilweise amorph vorliegenden ferro- und/oder piezoelektrischen Material bestehen.
  • Hierbei kann das zumindest teilweise amorph (z.B. (teil)-amorph) vorliegende ferro- und/oder piezoelektrische Material beispielhaft PVDF (Polyvinylidenfluorid (CF2-CH2)n) umfassen oder aus PVDF bestehen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen mit mehreren Funktionsschichten im Ausgangssubstrat kann das Ausgangssubstrat derart bereitgestellt werden, dass das Ausgangssubstrat beispielsweise zumindest eine Funktionsschicht, die ein ferro- und/oder piezoelektrisches Einkristall umfasst oder daraus besteht, zumindest eine Funktionsschicht, die ein ferro- und/oder piezoelektrisches Polykristall umfasst oder daraus besteht, und/oder zumindest eine Funktionsschicht, die ein zumindest teilweise amorph vorliegendes ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst oder daraus besteht, umfasst.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann eine Schichtdicke der zumindest einen Funktionsschicht des Ausgangssubstrats, die ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst, im Wesentlichen größer oder gleich 50 µm, insbesondere im Wesentlichen größer oder gleich 100 µm, sein und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1mm.
  • Insbesondere bevorzugt ist in Ausführungsbeispielen mit mehreren ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassenden Funktionsschichten die Schichtdicke jeder Funktionsschicht jeweils bevorzugt im Wesentlichen größer oder gleich 50 µm, insbesondere bevorzugt im Wesentlichen größer oder gleich 100 µm, und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1mm
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren weiterhin umfassen: Aufbringen und/oder Bereitstellen von elektrisch leitfähigen Elektrodenschichten auf jeweiligen gegenüberliegenden Seiten (z.B. auf Vorder- und Rückseite) der zumindest einen Funktionsschicht (z.B. bereits im Ausgangssubstrat zwischen benachbarten Funktionsschichten des Ausgangssubstrats, falls das Ausgangssubstrat mehr als eine ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschicht umfasst), und/oder Strukturieren der Elektrodenschichten zur Ausbildung von strukturierten Elektrodenflächen auf jeweiligen gegenüberliegenden Seiten (z.B. auf Vorder- und Rückseite) der zumindest einen Funktionsschicht.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann bei dem Strukturieren einer der Elektrodenschichten ein Spiegel der MEMS-Vorrichtung ausgebildet werden, insbesondere bevorzugt beim Strukturieren einer außen liegenden Elektrodenschicht bzw. beim Strukturieren der oberen bzw. vorderseitigen Elektrodenschicht.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine weitere Spiegelschicht zur Ausbildung eines Spiegel der MEMS-Vorrichtung aufgebracht werden. Die Spiegelschicht kann Metall, z.B. Aluminium, umfassen oder daraus bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann je nach Anwendungsbereich bzw. Wellenlängenbereich eine Elektroden- und/oder Spiegelschicht aus Gold, Platin oder Silber verwendet werden. Beispielsweise kann eine Spiegelschicht aus kostspieligerem Metall, wie z.B. Gold, Platin und/oder Silber, auf eine aus kostengünstigerem Metall bestehende Elektrodenschicht, z.B. Aluminium, aufgebracht werden).
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann bei dem Strukturieren der zumindest einen Funktionsschicht des Ausgangssubstrats ein Spiegelträgerelement in der zumindest einen Funktionsschicht ausgebildet werden, wobei insbesondere bevorzugt ein Spiegel (z.B. der vorstehend genannte Spiegel) auf dem Spiegelträgerelement angeordnet und/oder ausgebildet werden bzw. sein kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann, insbesondere bei dem Strukturieren der zumindest einen Funktionsschicht, eine Federstruktur, die das Spiegelträgerelement mit Spiegel hält, in der zumindest einen Funktionsschicht ausgebildet werden, insbesondere ein einigen Ausführungsbeispielen bevorzugt derart, dass das Spiegelträgerelement mit Spiegel beispielsweise um eine oder zwei Achsen, insbesondere bevorzugt Schwing- und/oder Torsionsachsen, z.B. durch Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern, schwingbar gehalten wird.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Meanderfedern, Biegefedern und/oder Torsionsfedern, umfassen, die bevorzugt dazu ausgelegt sind, das Spiegelträgerelement derart zu halten, dass das Spiegelträgerelement um die jeweilige Schwing- und/oder Torsionsachse eine schwingende Rotationsbewegung um die entsprechende Achse (z.B. Torsionsschwingungen) ausführen kann.
  • In Ausführungsbeispielen mit zwei Achsen, insbesondere zwei Schwing- und/oder Torsionsachsen, ist das Spiegelträgerelement mit Spiegel und/oder die Federstruktur insbesondere bevorzugt für eine zweidimensionale Lissajous-Scanbewegung oder bevorzugt resonante zweidimensionale Lissajous-Scanbewegung des Spiegelträgerelements mit Spiegel ausgelegt.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die leitfähigen Elektrodenschichten zur elektrischen Kontaktierung auf gegenüberliegenden Seiten der zumindest einen Funktionsschicht ausgebildet sein.
  • In anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann eine der Elektrodenschichten (z.B. eine zweite Elektrodenschicht) mittels einer Durchkontaktierung in einem Bereich, insbesondere bevorzugt in einem mittigen und/oder seitlichen Bereich, der zumindest einen Funktionsschicht auf die Seite der anderen (ersten) Elektrodenschicht geführt werden, vorzugsweise derart, dass die leitfähigen (ersten und zweiten) Elektrodenschichten zur elektrischen Kontaktierung auf der gleichen Seite der zumindest einen Funktionsschicht ausgebildet sein können.
  • Insbesondere bevorzugt kann zumindest eine zweite Elektrodenschicht der leitfähigen Elektrodenschichten mittels einer Durchkontaktierung in einem Bereich der zumindest einen Funktionsschicht von einer zweiten Seite der zumindest einen Funktionsschicht auf eine erste Seite der zumindest einen Funktionsschicht, auf der eine erste Elektrodenschicht der leitfähigen Elektrodenschichten angeordnet ist, geführt werden.
  • Insbesondere bevorzugt können zumindest die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht mittels der Durchkontaktierung der zweiten Elektrodenschicht dazu ausgebildet sein, eine elektrische Kontaktierung der ersten und zweiten Elektrodenschichten auf der gleichen ersten Seite der Funktionsschicht bereitzustellen.
  • Beispielsweise kann in einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen die auf einer Rückseite der zumindest einen Funktionsschicht liegende (zweite) Elektrodenschicht mittels einer Durchkontaktierung in einem Bereich, insbesondere in einem mittigen oder seitlichen Bereich, der zumindest einen Funktionsschicht auf die Vorderseite, auf der die andere (erste) Elektrodenschicht aufgebracht ist, geführt werden, vorzugsweise derart, dass die leitfähigen (ersten und zweiten) Elektrodenschichten zur elektrischen Kontaktierung auf Vorderseite der zumindest einen Funktionsschicht ausgebildet sein können, indem bevorzugt auch die Kontaktierung der auf der Rückseite der zumindest einen Funktionsschicht aufgebrachten (zweiten) Elektrodenschicht auf der Vorderseite erfolgen kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat eine (z.B. genau eine) ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschicht umfassen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat auch mehrere ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschichten umfassen.
  • Beispielsweise kann das Ausgangssubstrat zwei ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschichten, insbesondere bevorzugt mit einer dazwischenliegenden (zweiten) Elektrodenschicht, umfassen. Hierbei können entsprechende (erste) Elektrodenschichten oben und unten (außen) angeordnet sein.
  • Weiterhin kann das Ausgangssubstrat beispielsweise drei oder mehr ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschichten umfassen, wobei bevorzugt jeweils zwischen benachbarten ferro- und/oder piezoelektrischen Funktionsschichten eine jeweilige Elektrodenschicht angeordnet sein kann, insbesondere bevorzugt derart, dass eine, mehrere oder jede ferro- und/oder piezoelektrischen Funktionsschicht jeweils zwischen zwei entsprechenden (ersten und zweiten) Elektrodenschichten angeordnet ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen weiterhin ein Schichtaufbau vorgeschlagen, der bevorzugt insbesondere mittels des Verfahrens gemäß zumindest einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele hergestellt sein kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Schichtaufbau umfassen: zumindest eine strukturierte Funktionsschicht, in der vorzugsweise ein oder mehrere bewegliche Elemente der MEMS-Vorrichtung und/oder eine Federstruktur, die die einen oder mehreren beweglichen Elementen der MEMS-Vorrichtung hält, ausgebildet sein können.
  • Das bzw. die beweglichen Elemente können insbesondere in einigen Ausführungsbeispielen ein Spiegelträgerelement umfassen, auf dem beispielhaft eine Spiegelplatte und/oder Spiegelschicht aufgebracht sein kann, insbesondere zur Reflektion von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere bevorzugt Licht im sichtbaren und/oder infraroten Bereich.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die zumindest eine Funktionsschicht ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassen.
  • Gemäß einem dritten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen weiterhin eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere MEMS-Spiegelvorrichtung bzw. vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung, umfassend einen Schichtaufbau, der mittels des Verfahrens gemäß zumindest einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele hergestellt ist, vorgeschlagen.
  • Im Betrieb können derartige MEMS-Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsbeispielen für periodische Bewegungen bzw. Schwingungen im Frequenzbereich von ca. 1 Hz bis in den kHz-Bereich eingerichtet werden, in Ausführungsbeispielen bevorzugt für Frequenzen im Wesentlichen kleiner oder gleich 200 kHz und insbesondere bevorzugt für Frequenzen im Wesentlichen kleiner oder gleich 100 kHz.
  • Dies unterscheidet derartige MEMS-Vorrichtungen unter anderem auch im Anwendungsbereich von sog. Schwingquarzvorrichtungen, die für den Frequenzbereich im MHz-Bereich eingerichtet sind.
  • Weitere Aspekte und Ausführungsbeispiele als auch Vorteile und speziellere Ausführungsmöglichkeiten der vorstehend beschriebenen Aspekte und Merkmale können weiterhin den folgenden, jedoch in keinster Weise einschränkend aufzufassenden Beschreibungen und Erläuterungen zu den angehängten Figuren entnommen werden.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
    • 1A zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß einem Hintergrundbeispiel,
    • 1B zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer den Schichtaufbau gemäß 1A umfassenden MEMS-Vorrichtung,
    • 2 zeigt beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während eines Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge eines Ausführungsbeispiels,
    • 3 zeigt eine beispielhafte funktionale schematische Schnittdarstellung eines gemäß 2 hergestellten Schichtaufbaus,
    • 4 zeigt eine beispielhafte funktionale schematische Schnittdarstellung eines Schichtaufbaus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
    • 5 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung einer den Schichtaufbau gemäß 3 umfassenden MEMS-Vorrichtung,
    • 6 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung einer den Schichtaufbau gemäß 4 umfassenden MEMS-Vorrichtung,
    • 7 zeigt beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während eines Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge eines weiteren Ausführungsbeispiels,
    • 8 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung einer den Schichtaufbau gemäß 7 umfassenden MEMS-Vorrichtung,
    • 9 zeigt beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während eines Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
    • 10 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung einer den Schichtaufbau gemäß 9 umfassenden MEMS-Vorrichtung.
  • Detaillierte Beschreibung der Figuren und bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, manchmal allerdings auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen.
  • Es sei hervorgehoben, dass die Gegenstände der vorliegenden Offenbarung jedoch in keinster Weise auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt sind, sondern weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele umfassen, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.
  • Zunächst wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1A und 1B ein Hintergrundbeispiel beschrieben, dass das Verständnis der darauffolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele und der Vorteile erleichtern soll. Bei dem den 1A und 1B zugrundeliegenden Schichtaufbau handelt es sich jedoch nicht um tatsächlich bereits öffentlich bekannten Stand der Technik.
  • Ein gattungsgemäßer Schichtaufbau aus dem Stand der Technik sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren kann beispielsweise in US 2009/0185253 A1 nachgelesen werden.
  • Auch wenn die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die 1A und 1B sich auf ein Hintergrundbeispiel bezieht, so können dennoch etwaige beschriebene technische Details und/oder Merkmale des Verfahrens, der Herstellungsabfolge, des Schichtaufbaus und insbesondere zu einzelnen Schritten und/oder Schichten des Schichtaufbaus auch entsprechende Details und/oder Merkmale der darauffolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen, es sei denn es wird explizit auf einen Unterschied hingewiesen.
  • 1A zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß einem Hintergrundbeispiel. 1B zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer den Schichtaufbau gemäß dem Hintergrundbeispiel aus 1A umfassenden MEMS-Vorrichtung.
  • Der Schichtaufbau umfasst beispielhaft eine Substratschicht 1, eine Funktionsschicht 3, die (beispielhaft mit einer dazwischenliegenden Passivierungsschicht 2) auf der Substratschicht 1 aufgebracht ist, eine piezoelektrische Schicht 4 (z.B. mit Bodenelektrode bzw. Gegenelektrode der Topelektrode), die (beispielhaft mit einer dazwischenliegenden Passivierungsschicht 2b) auf der Funktionsschicht 3 aufgebracht ist, und eine Elektrodenschicht 5, die auf der piezoelektrischen Schicht 4 bzw. auf Bereichen der Funktionsschicht 3 aufgebracht ist.
  • Die Elektrodenschicht 5 bildet einerseits beispielhaft die Topelektrode der piezoelektrischen Schicht 4 und bildet beispielhaft in einem Bereich (z.B. im mittleren Bereich) einen Spiegel 5a, der auf der Funktionsschicht 3 angeordnet ist.
  • Im Folgenden werden Erläuterungen zum möglichen Herstellungsprozess für einen Schichtaufbau gemäß 1A beispielhaft wiedergegeben.
  • Es können im beispielhaften Herstellungsprozess an Ober- und Unterseite (bzw. Vorder- und Rückseite) der Substratschicht 1 jeweilige Passivierungsschichten 2 und/oder 2b (beispielhafte Zwischenschichten) aufgebracht werden. Weiterhin kann auf der Oberseite der Substratschicht 1 mit beispielhaft dazwischenliegender Passivierungsschicht 2 (Zwischenschicht) die Funktionsschicht 3 (engl. oftmals als Device Layer bezeichnet) auf die Substratschicht 1 aufgebracht werden.
  • Die Substratschicht 1 kann beispielsweise aus Silizium ausgebildet sein oder Silizium umfassen. In zweckmäßigen Ausführungen kann die Substratschicht 1 beispielsweise als SCS-Wafer (SCS, engl.: „single-crystal-silicon“, d.h. z.B. als kristallines Bulk-Siliziumsubstrat) bereitgestellt werden.
  • Weiterhin kann die Substratschicht auch mittels eines SOI-Wafers (SOI, engl.: „siliconon-insulator“) bereitgestellt werden, der bereits die Substratschicht 1 und beispielhaft auch die Funktionsschicht 3 und/oder die Zwischenschicht(en) 2 umfassen kann.
  • Beispielhafte SOI-Wafer können einen Handlingswafer umfassen, welcher z.B. aus kristallinem Bulk-Siliziumsubstrat bestehen kann, beispielhaft gefolgt von einer Zwischenschicht (typischerweise einem Siliziumoxid, z.B. 100 - 2000 nm).
  • Die Zwischenschichten (z.B. die Zwischenschichten 2 und/oder 2b) können in anderen Beispielen auch aus anderen (beispielsweise dielektrischen) Schichten bestehen, wie z.B. Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder aber Aluminiumoxid. Insbesondere können verschiedene Zwischenschichten aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
  • Die Funktionsschicht 3 (beispielsweise bei Schichtdicken von z.B. 5-300 µm) bildet die später mechanisch wirksame Schicht aus. Die Funktionsschicht 3 kann beispielsweise aus Silizium ausgebildet sein oder Silizium umfassen, und kann beispielsweise ebenfalls aus einem reinen kristallinen Substrat bestehen (z.B. SCS, engl.: „single-crystal-silicon“) oder aber mittels epitaktischen Abscheideverfahren, z.B. auch in polykristalliner Form, aufgebracht werden.
  • Weiterhin kann, beispielhaft mit einer weiteren dazwischenliegenden Passivierungsschicht 2b, eine piezoelektrische Schicht 4 auf der Funktionsschicht 3 aufgebracht werden. Hierbei kann bevorzugt auf der Unterseite der piezoelektrischen Schicht 4 eine elektrisch leitfähige Schicht bereitgestellt werden, die als Bodenelektrode der piezoelektrischen Schicht 4 verwendet werden kann.
  • Die piezoelektrische Schicht 4 kann bevorzugt piezoelektrisches Material umfassen bzw. aus piezoelektrischem Material ausgebildet sein, das bevorzugt hohe piezoelektrische und/oder ferroelektrische Konstanten hat.
  • Beispielsweise kann die piezoelektrische Schicht 4 Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN), Bleizirkonat-Titanat (PZT) oder Niob-dotiertes PZT (PZT-Nb) umfassen. Die piezoelektrische Schicht 4 kann auch teilkristalline Polymerwerkstoffe wie z.B. PVDF (Polyvinylidenfluorid (CF2-CH2)n) umfassen.
  • Weiterhin kann beispielhaft die piezoelektrische Schicht 4, die auf bzw. über der Funktionsschicht 3 aufgebracht ist, im nächsten Schritt oder auch in späteren Verfahrensschritten strukturiert werden, insbesondere bevorzugt mittels eines Nass- und/oder Trockenätzverfahrens.
  • Die stehenbleibenden Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 definieren bevorzugt im späteren MEMS-Aufbau die piezoelektrischen Elemente und/oder Antriebs- und/oder Erfassungselemente (z.B. Aktuator- und/oder Sensorflächen) zum Erzeugen, Antreiben, Steuern und/oder Erfassen der Bewegungen bzw. Schwingungen der beweglich gehaltenen Bauteile bzw. Elemente des MEMS.
  • In einem weiteren Schritt kann beispielhaft eine Elektrodenschicht 5 auf der piezoelektrischen Schicht 4 (die optional vorher bereits strukturiert werden kann) aufgebracht werden.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt kann beispielhaft die Elektrodenschicht 5, die auf bzw. über der piezoelektrischen Schicht 4 aufgebracht ist, strukturiert werden. Im beispielhaften Schritt des Strukturierens der Elektrodenschicht 5 kann beispielsweise die gewünschte Struktur der oben liegenden Elektrode (Topelektrode) für die obere elektrische Kontaktierung der piezoelektrischen Schicht 4 ausgebildet werden.
  • Weiterhin kann im Schritt des Strukturierens der Elektrodenschicht 5 in einem Bereich, z.B. in der Mitte des Schichtaufbaus, beispielhaft mittels des Materials der Elektrodenschicht 5 ein Spiegel 5a (z.B. eine Spiegelschicht mit reflektierender Oberfläche) ausgebildet werden.
  • In derartigen Beispielen kann z.B. die Elektrodenschicht Metall, insbesondere Aluminium, umfassen, so dass die Oberfläche der Elektrodenschicht 5 bereits eine reflektierende Oberfläche hat und zur Ausbildung des Spiegels 5a geeignet ist. Beispielsweise kann hierbei eine ganzflächig abgeschiedene Topelektrodenschicht, z.B. aus Metall, insbesondere beispielsweise Aluminium, über photolithographische Schritte nass- und oder trockenchemisch strukturiert werden, z.B. mittels einer Spray-Coat-Lithographie, über einen Lift-Off-Prozess, in dem die Lithographie vor der Metallabscheidung erfolgt, oder beispielweise mittels Positiv-Fotolack-Lithographie.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt kann beispielhaft die Funktionsschicht 3 in Bereichen 3a strukturiert werden. Hierbei können insbesondere die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in der Funktionsschicht ausgebildet werden. Dies umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen des z.B. aus mittleren Bereichen der Funktionsschicht 3 gebildeten Spiegelträgerelements (hier beispielhaft der Bereich der Funktionsschicht 3 unter der Spiegelschicht 5a) sowie etwaige Haltestege, die aus der Funktionsschicht 3 herausgebildet werden können und die beispielsweise als haltende Federstruktur wirken können, und die das Spiegelträgerelement beispielsweise um eine, zwei oder mehrere Schwing- bzw. Torsionsachsen schwingbar halten können (z.B. um eine Schwing-/Torsionsachse oder um zwei bevorzugt quer bzw. insbesondere senkrecht zueinander stehenden Schwing-/Torsionsachsen, z.B. über Federn der Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern, insbesondere z.B. für Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante Lissajous-Scanbewegungen).
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biegefedern, Meanderfedern und/oder Torsionsfedern, umfassen, die bevorzugt dazu ausgelegt sind, das Spiegelträgerelement derart zu halten, dass das Spiegelträgerelement um die jeweilige Schwing- und/oder Torsionsachse eine schwingende Rotationsbewegung um die entsprechende Achse (z.B. Torsionsschwingungen) ausführen kann.
  • Bei den im Stand der Technik üblichen Verfahren wird bei der Strukturierung der Funktionsschicht 3 üblicherweise das sogenannte Hochratenätzen bzw. reaktive Ionentiefenätzen (engl. Deep Reactive Ion Etching bzw. kurz DRIE) angewendet, um die tiefen Gräben (engl. Trenches) in der Funktionsschicht 3 (z.B. Bereiche 3a) auszubilden. Beispielsweise kann das reaktive Ionentiefenätzen zum Strukturieren der Funktionsschicht 3 unter der Verwendung einer Photolithographiemaske durchgeführt werden.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt kann der Schichtaufbau rückseitig geöffnet werden, um die Funktionsschicht 3 auf der Seite (Rückseite), die der piezoelektrischen Schicht 4 gegenüberliegt, freizulegen.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt kann der hergestellte Schichtaufbau in einer vakuumgepackten MEMS-Vorrichtung 100 gemäß 1B bereitgestellt werden.
  • Hierbei kann beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 6 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) und/oder von unten mit einem Bodenelement bzw. Grundkörperelement 7 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen werden (z.B. Vakuumverkapselung). In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch anders geformte Abdeckelemente bzw. 3D-geformte Abdeckelemente möglich (z.B. eckig oder planar, z.B. auch ein schräges Fenster oder ein planares Fenster). Das Material der Abdeckelemente ist bevorzugt lichtdurchlässig, z.B. aus Glas bzw. anderen optisch transparente Materialien (z.B. ca. 400-2500 nm), wie z.B. Borosilikatglas (z.B. Borofloat® BF33 der Fa. SCHOTT).
  • Somit kann eine vakuumgepackte (bzw. vakuumverkapselte) MEMS-Spiegelvorrichtung 100 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner), die den hergestellten Schichtaufbau umfasst, mit piezoelektrisch angetriebenem, auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 5a gemäß 1B bereitgestellt werden.
  • Im Folgenden werden verschiedene beispielhafte Ausführungsbeispiele beschrieben. Etwaige Details bzw. beispielhafte Merkmale aus den vorstehenden Beispielen, insbesondere zu einzelnen Verfahrensschritten und Materialien, können auch für die untenstehenden Ausführungsbeispiele analog gelten, es sei denn, es wird explizit auf Unterschiede hingewiesen. Weiterhin können auch Beschreibungen zu Details bzw. beispielhaften Merkmale aus den folgenden Ausführungsbeispielen, insbesondere zu einzelnen Verfahrensschritten und Materialien, auch für andere Ausführungsbeispiele analog gelten, es sei denn, es wird explizit auf Unterschiede hingewiesen.
  • 2 zeigt beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während eines Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge eines Ausführungsbeispiels. In weiteren möglichen Ausführungsbeispielen können auch die Reihenfolgen der Schritte unterschiedlich sein, Schritte weggelassen und/oder zusätzliche Schritte hinzugefügt werden.
  • Eine Grundidee einiger Ausführungsbeispiele ist, dass die zumindest eine Funktionsschicht, die später die mechanisch wirksame Schicht der MEMS-Vorrichtung ausbildet, im Unterschied zu dem vorstehenden Hintergrundbeispiel aus piezoelektrischem und/oder ferroelektrischem Material ausgebildet wird.
  • Somit wird beispielhaft bereits die mechanisch wirkende Funktionsschicht (d.h. insbesondere die Schicht oder die Schichten, die die beweglichen bzw. schwingenden Elemente des MEMS ausbildet bzw. ausbilden) ferro- und/oder piezoelektrisch ausgebildet, wobei diese ferro- und/oder piezoelektrisch ausgebildete Funktionsschicht zudem auch die Amplitude und/oder Frequenz der Bewegungen bzw. Schwingungen im MEMS als Aktuator funktionierend antreibt und/oder als Sensor funktionierend erfasst. Es muss somit keine weitere piezoelektrische Schicht auf der Funktionsschicht abgeschieden werden.
  • Dies ermöglicht somit beispielhaft im Unterschied zum vorstehenden Hintergrundbeispiel und insbesondere auch im Gegensatz zum Stand der Technik vorteilhaft die Einsparung vieler Herstellungsschritte, einschließlich verschiedener Abscheidungsschritte, wie z.B. der Abscheidung der Funktionsschicht 3 und die Abscheidung der piezoelektrischen Schicht 4, und auch das rückseitige Öffnen bzw. Freilegen der Funktionsschicht 3 (z.B. durch rückseitiges Öffnen der Substratschicht 1 im vorstehenden Hintergrundbeispiel). Folglich können erhebliche Kosten- und Zeitersparnisse im Herstellungsprozess ermöglicht werden.
  • Zudem kann in einigen Ausführungsbeispielen das Ausgangssubstrat, das die Funktionsschicht 3 umfasst, in einigen Ausführungsbeispielen als ein oder mehrschichtiges piezoelektrisches Einkristall oder Polykristall bereitgestellt werden. Dies ermöglicht verbesserte bzw. optimierte piezoelektrische Eigenschaften mit optimierten piezoelektrischen Koeffizienten, insbesondere im Vergleich zu vorbekannten Verfahren, in denen die piezoelektrische Schicht im Prozess auf das Ausgangssubstrat abgeschieden wird.
  • Hierbei kann (z.B. statt eines Schichtaufbaus mit Substratschicht 1 und Funktionsschicht 3) direkt eine Substratschicht 10 eines ferro-/piezoelektrischen Materials bereitgestellt werden, im Folgenden piezoelektrische Funktionsschicht 10 genannt; siehe z.B. 2 (i).
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die piezoelektrische Funktionsschicht 10 als Substrat eines ferro-/piezoelektrischen Einkristalls oder Polykristalls bereitgestellt werden. Die piezoelektrische Funktionsschicht 10 kann jedoch auch zumindest teilweise amorph vorliegen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Schichtdicke der piezoelektrischen Funktionsschicht 10 im Wesentlichen größer oder gleich 50 µm, bevorzugt im Wesentlichen größer oder gleich 100 µm, beispielhaft sogar im Wesentlichen größer oder gleich 200 µm betragen. In Ausführungsbeispielen kann die piezoelektrischen Funktionsschicht 10 mit einer Schichtdicke von im Wesentlichen größer oder gleich 100µm und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1 mm bereitgestellt werden.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die piezoelektrische Funktionsschicht 10 ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassen bzw. aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material ausgebildet sein, das bevorzugt hohe piezoelektrische und/oder ferroelektrische Konstanten hat.
  • Beispielsweise kann die piezoelektrische Funktionsschicht 10 Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN), Lithiumniobat (LiNbO3), Lithiumtantalat (LiTaO3), Bleizirkonat-Titanat (PZT), Niob-dotiertes PZT (PZT-Nb) und/oder Quarz umfassen oder aus einem der genannten Materialien bestehen.
  • In einem weiteren Schritt kann auf einer Seite der bereitgestellten piezoelektrischen Funktionsschicht 10 eine elektrisch leitende Schicht, im Folgenden als erste Elektrodenschicht 11 bezeichnet, aufgebracht bzw. auf dieser abgeschieden werden; siehe z.B. 2 (ii).
  • In einem weiteren Schritt kann die erste Elektrodenschicht 11 strukturiert werden; siehe z.B. 2 (iii). Hierbei können in Ausführungsbeispielen die oberen (vorderseitigen) Elektrodenflächen für die Auslenkung des Piezokristalls bzw. der piezoelektrischen Funktionsschicht 10 ausgebildet werden. Im beispielhaften Schritt des Strukturierens der ersten Elektrodenschicht 11 kann so die gewünschte Struktur der oben liegenden Elektrode (Topelektrode) für die obere (vorderseitige) elektrische Kontaktierung der piezoelektrischen Funktionsschicht 10 ausgebildet werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen, z.B. bei der Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Spiegelvorrichtung, können in diesem Schritt auch ein oder mehrere Spiegel bzw. Spiegelplatten, wie z.B. Spiegel 111 in 2(iii), herausgearbeitet werden. So kann im Schritt des Strukturierens der ersten Elektrodenschicht 11 in Bereichen, z.B. in der Mitte, des Schichtaufbaus mittels des Materials der Elektrodenschicht 11 beispielhaft ein Spiegel 111 (z.B. eine Spiegelschicht mit elektromagnetische Strahlung reflektierender Oberfläche) ausgebildet werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrodenschicht 11 beispielsweise Metall, insbesondere Aluminium, umfassen, so dass die Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 11 bevorzugt bereits eine reflektierende Oberfläche haben kann und/oder zur Ausbildung des Spiegels 111 geeignet ist.
  • Beispielsweise kann hierbei eine ganzflächig abgeschiedene Topelektrodenschicht, z.B. aus Metall, insbesondere beispielsweise Aluminium, über photolithographische Schritte nass- und oder trockenchemisch strukturiert werden, z.B. mittels einer Spray-Coat-Lithographie oder alternativ über einen Lift-Off-Prozess, in dem die Lithographie vor der Metallabscheidung erfolgt. Das Aufbringen der Elektrodenschicht kann in einigen Ausführungsbeispielen auch mittels einer Schattenmaskenabscheidung erfolgen.
  • In weiteren Beispielen ist es möglich, eine nicht-reflektierende Elektrodenschicht (oder auch z.B. eine weniger gut reflektierende Elektrodenschicht, z.B. Reflektion im Wesentlichen kleiner oder gleich 60% im relevanten Wellenlängenbereich) und/oder eine nicht-metallische Elektrodenschicht vorzusehen (z.B. dotiertes polykristallines Silizium), wobei dann eine weitere, beispielsweise metallische, Spiegelschicht (z.B. als dünnschichtiger Metallfilm) in einem weiteren Prozessschritt, z.B. in der Mitte, zur Ausbildung eines Spiegels aufgebracht werden kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material der (vorderseitigen) metallischen Elektrodenschicht 11 bzw. Spiegelschicht 111 je nach gewünschter Anwendung für den jeweiligen Wellenlängenbereich gewählt werden, insbesondere mit sehr gutem Reflexionsverhalten im Wellenlängenbereich der gewünschten Anwendung (z.B. im Wesentlichen größer oder gleich 85% im relevanten Wellenlängenbereich), beispielweise Aluminium oder Silber für sichtbares Licht (z.B. im Wesentlichen bei Wellenlängen von 400-700nm) oder Gold für Infrarotlicht bzw. Infrarotstrahlung (z.B. im Wesentlichen bei Wellenlängen von 850-2000nm).
  • In einem weiteren Schritt kann auf einer Seite der piezoelektrischen Funktionsschicht 10, die der ersten Elektrodenschicht 11 gegenüberliegt (d.h. z.B. rückseitig), eine weitere elektrisch leitende Schicht, im Folgenden als zweite Elektrodenschicht 12 (bzw. Gegenelektrode) bezeichnet, aufgebracht bzw. auf dieser abgeschieden werden; siehe z.B. 2 (iv).
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrodenschicht 12 beispielweise Metall, insbesondere Aluminium, umfassen.
  • Beispielsweise kann hierbei eine ganzflächig abgeschiedene Bodenelektrodenschicht, z.B. aus Metall, insbesondere beispielsweise Aluminium, über photolithographische Schritte nass- und oder trockenchemisch strukturiert werden, z.B. mittels einer Spray-Coat-Lithographie oder alternativ über einen Lift-Off-Prozess, in dem die Lithographie vor der Metallabscheidung erfolgt. Das Aufbringen der Elektrodenschicht kann in einigen Ausführungsbeispielen auch mittels einer Schattenmaskenabscheidung erfolgen.
  • In weiteren Beispielen ist es möglich, eine nicht-reflektierende bzw. eine nicht-metallische Elektrodenschicht vorzusehen (z.B. dotiertes polykristallines Silizium).
  • In einem weiteren Schritt kann die zweite Elektrodenschicht 12 strukturiert werden; siehe z.B. 2 (v). Hierbei können in Ausführungsbeispielen die unteren Elektrodenflächen für die Auslenkung des Piezokristalls bzw. der piezoelektrischen Funktionsschicht 10 ausgebildet werden. Im beispielhaften Schritt des Strukturierens der zweiten Elektrodenschicht 12 kann so die gewünschte Struktur der unten liegenden Elektrode (z.B. rückseitige Bodenelektrode) für die untere elektrische Kontaktierung der piezoelektrischen Funktionsschicht 10 ausgebildet werden. Die strukturierte Elektrodenschicht 12 kann somit als Gegenelektrode bzw. Gegenelektrodenfläche(n) zu den Elektroden der ersten Elektrodenschicht 11 verwendet werden, z.B. für das negative Potential.
  • In einem weiteren Schritt kann die piezoelektrische Funktionsschicht 3 strukturiert werden; siehe z.B. 2 (vi). Hierbei können insbesondere die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in der Funktionsschicht ausgebildet werden. Dies umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen des aus (z.B. mittleren) Bereichen der Funktionsschicht 10 gebildeten Spiegelträgerelements (hier beispielhaft der Bereich der Funktionsschicht 10 unter der Spiegelschicht 111) sowie der Haltestege, die aus der Funktionsschicht 10 herausgebildet werden können und beispielsweise als haltende Federstruktur wirken können, und die das Spiegelträgerelement beispielsweise um eine, zwei oder mehrere Schwing- bzw. Torsionsachsen schwingbar halten können (z.B. um eine Schwing-/Torsionsachse oder um zwei bevorzugt quer bzw. insbesondere senkrecht zueinander stehenden Schwing-/Torsionsachsen (z.B. über Federn der Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern), insbesondere z.B. für Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante Lissajous-Scanbewegungen).
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biegefedern, Meanderfedern und/oder Torsionsfedern, umfassen, die bevorzugt dazu ausgelegt sind, das Spiegelträgerelement derart zu halten, dass das Spiegelträgerelement um die jeweilige Schwing- und/oder Torsionsachse eine schwingende Rotationsbewegung um die entsprechende Achse (z.B. Torsionsschwingungen) ausführen kann.
  • Die Strukturierung der Funktionsschicht 10 kann über photolithographische Schritte nass- und oder trockenchemisch erfolgen. Hierbei kann die Strukturierung der Funktionsschicht 10 zusammen mit der Strukturierung der zweiten Elektrodenschicht 12 oder zumindest mit der gleichen Maske erfolgen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Strukturierung der Funktionsschicht 10 auch unabhängig von der Strukturierung der zweiten Elektrodenschicht 12 und/oder mit einer weiteren photolithographischen Maske erfolgen (z.B. mit einer nachgelagerten Ätzung der durch Photolack der photolithographischen Maske ungeschützten Flächen).
  • Auch andere Strukturierungsverfahren sind in weiteren Ausführungsbeispielen möglich, z.B. mittels Laserabtragung oder auch mittels des sog. LIDE-Verfahrens (engl.: Laser Induced Deep Etching), bei dem beispielsweise der Kristall chemisch-physikalisch verändert wird, in Bereichen, in denen der Kristall belichtet bzw. bestrahlt wurde, derart, dass dort wesentlich höhere Ätzraten auftreten (z.B. in Nasschemie) als in denjenigen Bereichen, die nicht belichtet bzw. bestrahlt worden sind.
  • In vorstehenden Ausführungsbeispielen kann beispielhaft vorgesehen sein, dass die Elektrodenschichten 11 und 12 auf jeweiligen Seiten (z.B. vorderseitig und rückseitig) der ferro- und/oder piezoelektrischen Funktionsschicht 10 aufgebracht bzw. abgeschieden werden.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen ist es zweckmäßig möglich, bereits ein Ausgangssubstrat bereitzustellen, das die ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschicht 10 umfasst und bei dem beispielsweise eine oder beide der Elektrodenschichten 11 und 12 bereits aufgebracht sind, z.B. mit der Funktionsschicht 10 verklebt, bzw. als ein laminierter Schichtverbund, der bereits die Funktionsschicht 10 sowie die erste Elektrodenschicht 11 und/oder die zweite Elektrodenschicht 12 umfasst.
  • 3 zeigt eine beispielhafte schematische funktionale Schnittdarstellung eines Schichtaufbaus, der beispielsweise gemäß 2 hergestellt ist, in einer beispielhaften elektrischen Verschaltung für den Antrieb.
  • Auf der rechten Seite in 3 ist beispielhaft schematisch gezeigt, dass zwischen zumindest einer Elektrode der ersten Elektrodenschicht 11 und zumindest einer Elektrode der zweiten Elektrodenschicht 12 bevorzugt mindestens eine Wechselspannung angelegt werden kann, um beispielsweise die Spannungserzeugung bzw. den Spannungsabfall über das Piezosubstrat bzw. die piezoelektrische Funktionsschicht 10 zu steuern (und/oder zu erfassen). In weiteren Ausführungsbeispielen können auch mehrere Wechselspannungsquellen für unterschiedliche Aktuator-Flächen verwendet werden (z.B. mit unterschiedlichen Frequenzen für Schwingungen in quer bzw. senkrecht zueinanderstehenden Torsions- bzw. Schwingachsen (z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern), z.B. für 2D-Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante 2D-Lissajous-Scanbewegungen des Spiegels 111).
  • Die dünn gestrichelten Pfeile in 3 illustrieren beispielhaft schematisch die steuerbare bzw. anregbare und/oder erfassbare Auslenkung der piezoelektrischen Funktionsschicht 10, wodurch eine Schwingung bzw. oszillierende Bewegung des Spiegelträgerelements der piezoelektrischen Funktionsschicht 10, das unter dem Spiegel 111 angeordnet ist, angetrieben und/oder erfasst werden kann. Der dicke gestrichelte Pfeil in 3 illustriert beispielhaft schematisch die Reflektion eines Lichtstrahls auf dem (schwingenden bzw. bewegten) Spiegel 111.
  • 4 zeigt eine beispielhafte schematische funktionale Schnittdarstellung eines Schichtaufbaus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer weiteren beispielhaften elektrischen Verschaltung für den Antrieb.
  • Im Unterschied zu dem Beispiel aus 3 kann in weiteren Ausführungsbeispielen, wie z.B. in 4 beispielhaft gezeigt ist, eine Durchkontaktierung der zweiten (rückseitigen) Elektrodenschicht 12 erfolgen, bei der zumindest in einem beispielhaft seitlichen (oder mittleren) Bereich der Funktionsschicht 10 die zweite Elektrodenschicht 12 (beispielhaft auf der linken Seite in 4) bzw. zumindest ein Abschnitt der zweiten Elektrodenschicht 12 (oder ein mit der zweiten Elektrodenschicht 12 elektrisch verbundener Elektrodenabschnitt) auf die Seite (Vorderseite) der Funktionsschicht 10 geführt wird, auf der die erste Elektrodenschicht 11 angeordnet ist. Eine derartige Durchkontaktierung kann beispielsweise durch oder entlang eines oder mehrerer strukturierter Bereiche der Funktionsschicht 10 erfolgen (z.B. an einer oder mehreren Seitenwänden eines oder mehrerer strukturierten Bereiche bzw. strukturierter Gräben der Funktionsschicht 10).
  • Dies ermöglicht vorteilhaft, die elektrische Kontaktierung der Elektroden der ersten und zweiten Elektrodenschichten 11 und 12 auf der gleichen Seite (vorderseitig) der Funktionsschicht 10 bereitzustellen. So kann die Komplexität des Aufbaus des MEMS und insbesondere der Kontaktierung- bzw. Verbindungstechnik vereinfacht werden. Beispielsweise können einfache Drahtbonds auf der Vorderseite gesetzt werden und/oder einfache Solderballs auf der Rückseite bereitgestellt werden.
  • Auf der Oberseite (Vorderseite) ist beispielhaft schematisch gezeigt, dass zwischen zumindest einer Elektrode der ersten Elektrodenschicht 11 und zumindest einer Elektrode der zweiten Elektrodenschicht 12 mit beispielhafter Kontaktierung auf der Oberseite (Vorderseite) bevorzugt mindestens eine Wechselspannung angelegt werden kann, um beispielsweise die Spannungserzeugung bzw. den Spannungsabfall über das Piezosubstrat bzw. die piezoelektrische Funktionsschicht 10 zu steuern (und/oder zu erfassen). In Ausführungsbeispielen können auch hier bevorzugt mehrere Wechselspannungsquellen für unterschiedliche Aktuator-Flächen verwendet werden (z.B. mit unterschiedlichen Frequenzen für Schwingungen in quer bzw. senkrecht zueinanderstehenden Torsions- bzw. Schwingachsen (z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern), z.B. für 2D-Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante 2D-Lissajous-Scanbewegungen des Spiegels 111).
  • 5 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung 200, die beispielhaft den Schichtaufbau gemäß 3 umfasst. Hierbei kann beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 6 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) und/oder von unten mit einem Bodenelement bzw. Grundkörperelement 7 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen werden (z.B. Vakuumverkapselung).
  • 6 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung 300, die beispielhaft den Schichtaufbau gemäß 4 umfasst. Hierbei kann beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 6 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) und/oder von unten mit einem Bodenelement bzw. Grundkörperelement 7 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen werden (z.B. Vakuumverkapselung).
  • In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch anders geformte Abdeckelemente bzw. 3D-geformte Abdeckelemente möglich (z.B. eckig oder planar, z.B. auch ein schräges Fenster oder ein planares Fenster). Das Material der Abdeckelemente ist bevorzugt lichtdurchlässig, z.B. Glas bzw. andere optisch transparente Materialien (z.B. ca. 400-2500 nm), wie z.B. Borosilikatglas (z.B. Borofloat® BF33 der Fa. SCHOTT).
  • Folglich kann beispielhaft eine vakuumgepackte (bzw. vakuumverkapselte) MEMS-Spiegelvorrichtung 200 bzw. 300 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner), die den jeweils hergestellten Schichtaufbau umfasst, mit piezoelektrisch auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 111 bereitgestellt werden, die beispielhaft für 1D- und/oder 2D-Scanbewegungen des Spiegels 111 (z.B. 2D-Scanbewegungen für Lissajous-Scans oder bevorzugt resonante 2D-Scanbewegungen für Lissajous-Scans, d.h. z.B. ein bi-resonanter Spiegel 111 mit zwei resonanten Achsen für Lissajous-Scans, z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern) eingerichtet sein kann.
  • In 5 und 6 wird eine beispielhafte feste Einspannung des Schichtaufbaus (insbesondere um im Außenbereich die Federstrukturen zu halten, die das Spiegelträgerelement bzw. den Spiegel 111 halten), die in den 3 und 4 nur beispielhaft schematisch dargestellt ist, beispielhaft durch die Befestigung an dem beispielhaften Bodenelement bzw. Grundkörperelement 7 bereitgestellt.
  • 7 zeigt beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während eines Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge eines weiteren Ausführungsbeispiels. In weiteren möglichen Abfolgen können auch die Reihenfolgen der Schritte unterschiedlich sein, Schritte weggelassen und/oder zusätzliche Schritte hinzugefügt werden.
  • Während in vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen das jeweilige Ausgangssubstrat beispielhaft mit einer ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht 10 bereitgestellt ist, wird nun im Unterschied zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen beispielhaft ein Ausgangssubstrat gemäß 7 (i) bereitgestellt, das beispielhaft zwei ferro- bzw. piezoelektrische Funktionsschichten 10a und 10b umfasst. Diese beiden ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a und 10b (bzw. die ferro- bzw. piezoelektrischen Schichten 10a und 10b, die die Funktionsschicht ausbilden) können das gleiche ferro- bzw. piezoelektrische Material umfassen und/oder auch unterschiedliche ferro- bzw. piezoelektrische Materialien.
  • Beispielhaft kann das Ausgangssubstrat gemäß 7 (i) auch bereits derart bereitgestellt sein, dass zwischen den zwei ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a und 10b eine (zweite) Elektrodenschicht 12, z.B. eine metallische Elektrodenschicht, angeordnet ist. Beispielhaft kann das Ausgangssubstrat gemäß 7 (i) in einigen Ausführungsbeispielen derart bereitgestellt werden, dass die zwei ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a und 10b und die beispielhaft dazwischenliegende (zweite) Elektrodenschicht 12 geklebt bzw. laminiert verbunden sind.
  • Auf gegenüberliegenden äußeren Seiten (z.B. Vorder- und Rückseite) des Ausgangssubstrats gemäß 7 (i) sind beispielhaft jeweilige (erste) Elektrodenschichten 11a und 11b angeordnet. Diese (ersten) Elektrodenschichten 11a und 11b können beispielsweise entweder auf das Ausgangssubstrat aufgebracht werden (z.B. durch Abscheideprozesse) oder auch beispielhaft bereits im Ausgangssubstrat umfasst bereitgestellt werden (z.B. an der jeweiligen Funktionsschicht 10a/10b verklebt bzw. laminiert).
  • Im beispielhaften Herstellungsverfahren gemäß 7 kann weiterhin die oben (vorderseitig) liegende (erste) Elektrodenschicht 11a strukturiert werden (z.B. analog zu Elektrodenschicht 11 in 2 (iii)); siehe z.B. 7 (ii).
  • So kann im Schritt des Strukturierens der (ersten) Elektrodenschicht 11a, z.B. in der Mitte des Schichtaufbaus, mittels des Materials der Elektrodenschicht 11a beispielhaft ein Spiegel 111 (z.B. Spiegelschicht mit reflektierender Oberfläche) ausgebildet werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die (erste) Elektrodenschicht 11a beispielsweise Metall, insbesondere Aluminium, umfassen, so dass die Oberfläche der (ersten) Elektrodenschicht 11a beispielsweise bereits eine reflektierende Oberfläche umfasst und/oder zur Ausbildung des Spiegels 111 geeignet ist.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material der metallischen (ersten) Elektrodenschicht 11a bzw. Spiegelschicht 111 je nach gewünschter Anwendung für den jeweiligen Wellenlängenbereich gewählt werden, insbesondere mit sehr gutem Reflexionsverhalten im Wellenlängenbereich der gewünschten Anwendung, beispielweise Aluminium oder Silber für sichtbares Licht (z.B. im Wesentlichen bei Wellenlängen von 400-700nm) oder Gold für Infrarotlicht bzw. Infrarotstrahlung (z.B. im Wesentlichen bei Wellenlängen von 850-2000nm).
  • Im beispielhaften Herstellungsverfahren gemäß 7 kann weiterhin die erste ferro- bzw. piezoelektrische Funktionsschicht 10a analog zu 2 (vi) strukturiert werden; siehe beispielsweise 7 (iii).
  • Die (vorderseitige) Strukturierung der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht 10a kann über photolithographische Schritte nass- und oder trockenchemisch erfolgen. Hierbei kann die Strukturierung der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht 10a in einigen Ausführungsbeispielen zusammen mit der Strukturierung der Elektrodenschicht 12 oder zumindest mit der gleichen Maske erfolgen.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Strukturierung der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht 10a unabhängig von der Strukturierung der Elektrodenschichten 11a und/oder 12 und/oder mit einer weiteren photolithographischen Maske erfolgen (z.B. mit einer nachgelagerten Ätzung der durch Photolack der photolithographischen Maske ungeschützten Flächen) . Auch andere Strukturierungsverfahren sind in weiteren Ausführungsbeispielen möglich, z.B. Struktmittels Laserabtragung oder auch mittels des sog. LIDE-Verfahrens (engl.: Laser Induced Deep Etching).
  • Im beispielhaften Herstellungsverfahren gemäß 7 kann weiterhin die unten (rückseitig) liegende (erste) Elektrodenschicht 11b strukturiert werden; siehe z.B. 7 (iv). In einigen Ausführungsbeispielen kann die (erste) Elektrodenschicht 11b beispielsweise Metall, insbesondere Aluminium, umfassen.
  • Im beispielhaften Herstellungsverfahren gemäß 7 kann weiterhin die zweite ferro- bzw. piezoelektrische Funktionsschicht 10b (analog zur Funktionsschicht 10a) strukturiert werden; siehe beispielsweise 7 (v).
  • Die (rückseitige) Strukturierung der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht 10b kann über photolithographische Schritte nass- und oder trockenchemisch erfolgen. Hierbei kann die Strukturierung der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht 10b zusammen mit der Strukturierung der Elektrodenschicht 12 oder zumindest mit der gleichen Maske erfolgen.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Strukturierung der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht 10b unabhängig von der Strukturierung der Elektrodenschichten 11b und/oder 12 und/oder mit einer weiteren photolithographischen Maske erfolgen (z.B. mit einer nachgelagerten Ätzung der durch Photolack der photolithographischen Maske ungeschützten Flächen). Auch andere Strukturierungsverfahren sind in weiteren Ausführungsbeispielen möglich, z.B. mittels Laserabtragung oder auch mittels des sog. LIDE-Verfahrens (engl.: Laser Induced Deep Etching).
  • Im beispielhaften Herstellungsverfahren gemäß 7 kann weiterhin die (zweite) Elektrodenschicht 12 (Gegenelektrode) strukturiert werden; siehe z.B. 7 (vi). In einigen Ausführungsbeispielen kann die (zweite) Elektrodenschicht 12 beispielsweise Metall, insbesondere Aluminium, umfassen.
  • Hierbei können durch das Strukturieren der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht(en), insbesondere durch das Strukturieren der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a und 10b (und die Strukturierung der Elektrodenschicht 12), die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in den ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a und 10b ausgebildet werden.
  • Dies umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen des aus (z.B. mittleren) Bereichen der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a und 10b gebildeten Spiegelträgerelements (hier beispielhaft der Bereich unter der Spiegelschicht 111) sowie die Haltestege, die aus den Funktionsschichten 10a und 10b herausgebildet werden können und beispielsweise als haltende Federstruktur wirken können, und die beispielsweise das Spiegelträgerelement um eine, zwei oder mehrere Schwing- bzw. Torsionsachsen schwingbar halten können (z.B. um eine Schwing-/Torsionsachse oder um zwei bevorzugt quer bzw. insbesondere senkrecht zueinander stehenden Schwing-/Torsionsachsen, z.B. über Federn der Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern, insbesondere z.B. für Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante Lissajous-Scanbewegungen).
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biegefedern, Meanderfedern und/oder Torsionsfedern, umfassen, die bevorzugt dazu ausgelegt sind, das Spiegelträgerelement derart zu halten, dass das Spiegelträgerelement um die jeweilige Schwing- und/oder Torsionsachse eine schwingende Rotationsbewegung um die entsprechende Achse (z.B. Torsionsschwingungen) ausführen kann.
  • In einigen Ausführungsbeispielen mit zwei oder mehr ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten können im Vergleich zu vorhergehenden Ausführungsbeispielen mit einer ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht bei Bedarf vorteilhaft noch größere Auslenkungen und/oder noch größere wirkende Kräfte bzw. Drehmomente ermöglicht werden, falls dies je nach Anwendungsfall erforderlich oder gewünscht ist. In weiteren Ausführungsbeispielen mit zwei oder mehr ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten kann im Vergleich zu vorhergehenden Ausführungsbeispielen mit einer ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht bei Bedarf vorteilhaft die Antriebsspannung bei gleichbleibenden Auslenkwinkeln verringert werden, falls dies je nach Anwendungsfall erforderlich oder gewünscht ist.
  • Bevorzugt können hierbei zwischen der (ersten) Elektrodenschicht 11a und der (zweiten) Elektrodenschicht 12 (Gegenelektrode) und/oder zwischen der (ersten) Elektrodenschicht 11b und der (zweiten) Elektrodenschicht 12 (Gegenelektrode) jeweilige ein oder mehrere Wechselspannungen angelegt werden, wobei die an den (ersten) Elektrodenschichten 11a und 11b angelegten Wechselspannungen relativ zueinander phasengleich oder phasenverschoben sein können, bei gleicher oder unterschiedlicher Frequenz liegen können und/oder auch bei gleicher oder unterschiedlicher Amplitude liegen können. In einigen Ausführungsbeispielen können auch mehrere Wechselspannungsquellen für unterschiedliche Aktuator-Flächen verwendet werden (z.B. mit unterschiedlichen Frequenzen für Schwingungen in quer bzw. senkrecht zueinanderstehenden Torsions- bzw. Schwingachsen z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern, z.B. für 2D-Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante 2D-Lissajous-Scanbewegungen des Spiegels 111).
  • 8 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung 400, die beispielhaft den Schichtaufbau gemäß 7 (vi) umfasst. Auch hierbei kann beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 6 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) und/oder von unten mit einem Bodenelement bzw. Grundkörperelement 7 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen werden (z.B. Vakuumverkapselung).
  • In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch anders geformte Abdeckelemente bzw. 3D-geformte Abdeckelemente möglich (z.B. eckig oder planar, z.B. auch ein schräges Fenster oder ein planares Fenster). Das Material der Abdeckelemente ist bevorzugt lichtdurchlässig, z.B. Glas bzw. andere optisch transparente Materialien (z.B. ca. 400-2500 nm), wie z.B. Borosilikatglas (z.B. Borofloat® BF33 der Fa. SCHOTT).
  • Folglich kann beispielhaft eine vakuumgepackte (bzw. vakuumverkapselte) MEMS-Spiegelvorrichtung 400 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner), die den hergestellten Schichtaufbau umfasst, mit piezoelektrisch auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 111 bereitgestellt werden, die beispielhaft für 1D- und/oder 2D-Scanbewegungen des Spiegels 111 (z.B. 2D-Scanbewegungen oder bevorzugt resonanten 2D-Scanbewegungen für Lissajous-Scans, d.h. z.B. ein bi-resonanter Spiegel 111 mit zwei resonanten Achsen für Lissajous-Scans, z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern) eingerichtet sein kann.
  • 9 zeigt beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während eines Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge eines weiteren Ausführungsbeispiels. Hierbei ist beispielhaft nur das beispielhafte Ausgangssubstrat (siehe 9 (i)) und der beispielhaft fertige Schichtaufbau (siehe 9 (ii)) gezeigt. Etwaige dazwischenliegende Strukturierungsschritte der Funktions- und Elektrodenschichte können analog zu vorstehenden Ausführungsbeispielen in verschiedenen möglichen Weisen und Reihenfolgen ausgeführt werden.
  • Beispielhaft wird nun im Unterschied zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen beispielhaft ein Ausgangssubstrat gemäß 9 (i) bereitgestellt, das beispielhaft drei ferro- bzw. piezoelektrische Funktionsschichten 10a, 10b und 10c umfasst. Diese drei ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a, 10b und 10c (bzw. die ferro- bzw. piezoelektrischen Schichten 10a, 10b und 10c, die die Funktionsschicht ausbilden) können das gleiche ferro- bzw. piezoelektrische Material umfassen und/oder auch unterschiedliche ferro- bzw. piezoelektrische Materialien.
  • Beispielhaft kann das Ausgangssubstrat gemäß 9 (i) auch bereits derart bereitgestellt sein, dass zwischen jeweiligen benachbarten ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten eine jeweilige Elektrodenschicht 11b (erste Elektrodenschicht) bzw. Elektrodenschicht 12a (zweite Elektrodenschicht), z.B. als metallische Elektrodenschicht(en), angeordnet sind. Beispielhaft kann das Ausgangssubstrat gemäß 9 (i) in einigen Ausführungsbeispielen derart bereitgestellt werden, dass die ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a, 10b und 10c und die beispielhaft jeweils dazwischenliegenden (ersten und/oder zweiten) Elektrodenschichten 11b bzw. 12a bereits geklebt bzw. laminiert verbunden sind.
  • Auf gegenüberliegenden äußeren Seiten (z.B. Vorder- und Rückseite) des Ausgangssubstrats gemäß 9 (i) sind beispielhaft jeweilige Elektrodenschichten 11a (erste Elektrodenschicht) und 12b (zweite Elektrodenschicht) angeordnet. Die Elektrodenschichten 11a und 12b können beispielsweise entweder auf das Ausgangssubstrat aufgebracht werden (z.B. durch Abscheideprozesse) oder auch beispielhaft bereits im Ausgangssubstrat umfasst bereitgestellt werden (z.B. an der jeweiligen Funktionsschicht 10a/10c verklebt bzw. laminiert).
  • Die (zweiten) Elektrodenschichten 12a und 12b bilden beispielhaft jeweils die entsprechenden Gegenelektroden zu den jeweiligen (ersten) Elektrodenschichten 10a, 10b und 10c, so dass beispielhaft jede ferro- bzw. piezoelektrische Funktionsschicht jeweils zwischen einer jeweiligen ersten Elektrodenschicht und einer jeweiligen zweiten Elektrodenschicht (entsprechende Gegenelektrode) angeordnet ist. Die Elektrodenschichten 12a und/oder 12b können beispielweise analog zu den Elektrodenschichten 11a und/oder 11b strukturiert werden. Im Allgemeinen müssen die Elektrodenschichten 11a und/oder 12a und/oder die Elektrodenschichten 11b und/oder 12b nicht symmetrisch ausgeprägt sein.
  • Hierbei können durch das Strukturieren der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschicht(en), insbesondere durch das Strukturieren der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a, 10b und 10c (und z.B. auch die Strukturierung der Elektrodenschichten 12a und 11b), die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in den ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a, 10b und 10c ausgebildet werden; siehe z.B. 9 (ii).
  • Dies umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen des aus (z.B. mittleren) Bereichen der ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a, 10b und 10c gebildeten Spiegelträgerelements (hier beispielhaft der Bereich unter der Spiegelschicht 111) sowie die Haltestege, die aus den Funktionsschichten 10a, 10b und 10c herausgebildet werden können und beispielsweise als haltende Federstruktur wirken können, und die beispielsweise das Spiegelträgerelement um eine, zwei oder mehrere Schwing- bzw. Torsionsachsen schwingbar halten können (z.B. um eine Schwing-/Torsionsachse oder um zwei bevorzugt quer bzw. insbesondere senkrecht zueinander stehenden Schwing-/Torsionsachsen, z.B. über Federn der Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern, insbesondere z.B. für Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante Lissajous-Scanbewegungen). Im Allgemeinen müssen die ferro- bzw. piezoelektrischen Funktionsschichten 10a, 10b und/oder 10c nicht symmetrisch strukturiert werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biegefedern, Meanderfedern und/oder Torsionsfedern, umfassen, die bevorzugt dazu ausgelegt sind, das Spiegelträgerelement derart zu halten, dass das Spiegelträgerelement um die jeweilige Schwing- und/oder Torsionsachse eine schwingende Rotationsbewegung um die entsprechende Achse (z.B. Torsionsschwingungen) ausführen kann.
  • Die jeweiligen Elektrodenschichten 11a, 12a, 11b und/oder 12b können beispielhaft aus Metall, bevorzugt Aluminium, bestehen oder Metall, bevorzugt Aluminium, umfassen, z.B. entweder aus dem gleichen Metall oder auch aus unterschiedlichen Metallen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material der metallischen Elektrodenschicht 11a bzw. Spiegelschicht 111 je nach gewünschter Anwendung für den jeweiligen Wellenlängenbereich gewählt werden, insbesondere mit sehr gutem Reflexionsverhalten im Wellenlängenbereich der gewünschten Anwendung, beispielweise Aluminium oder Silber für sichtbares Licht (z.B. im Wesentlichen bei Wellenlängen von 400-700nm) oder Gold für Infrarotlicht bzw. Infrarotstrahlung (z.B. im Wesentlichen bei Wellenlängen von 850-2000nm).
  • 10 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung 500, die beispielhaft den Schichtaufbau gemäß 9 (ii) umfasst. Auch hierbei kann beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 6 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) und/oder von unten mit einem Bodenelement bzw. Grundkörperelement 7 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen werden (z.B. Vakuumverkapselung).
  • In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch anders geformte Abdeckelemente bzw. 3D-geformte Abdeckelemente möglich (z.B. eckig oder planar, z.B. auch ein schräges Fenster oder ein planares Fenster). Das Material der Abdeckelemente ist bevorzugt lichtdurchlässig, z.B. Glas bzw. andere optisch transparente Materialien (z.B. ca. 400-2500 nm), wie z.B. Borosilikatglas (z.B. Borofloat® BF33 der Fa. SCHOTT).
  • Folglich kann beispielhaft eine vakuumgepackte (bzw. vakuumverkapselte) MEMS-Spiegelvorrichtung 500 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner), die den hergestellten Schichtaufbau umfasst, mit piezoelektrisch auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 111 bereitgestellt werden, die beispielhaft für (bevorzugt resonante) 1D- und/oder 2D-Scanbewegungen des Spiegels 111 (z.B. 2D-Scanbewegungen für Lissajous-Scans, d.h. z.B. ein bi-resonanter Spiegel 111 mit zwei resonanten Achsen für Lissajous-Scans, z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern) eingerichtet sein kann.
  • Im Betrieb können derartige vorstehend beispielhaft beschriebene Schichtaufbauten mit ein, zwei, drei oder mehr ferro- und/oder piezoelektrischen Funktionsschichten für eine MEMS-Vorrichtung bzw. derartige MEMS-Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsbeispielen für periodische Bewegungen bzw. Schwingungen im Frequenzbereich von ca. 1 Hz bis in den kHz-Bereich eingerichtet werden, in Ausführungsbeispielen bevorzugt für Frequenzen im Wesentlichen kleiner oder gleich 200 kHz und insbesondere bevorzugt für Frequenzen im Wesentlichen kleiner oder gleich 100 kHz. Dies unterscheidet derartige MEMS-Vorrichtungen unter anderem auch im Anwendungsbereich von sog. Schwingquarzvorrichtungen, die für den Frequenzbereich im MHz-Bereich eingerichtet sind.
  • In vorstehenden Ausführungsbeispielen liegt insbesondere eine Idee zugrunde, dass beispielsweise statt eines Siliziumsubstrats als Ausgangssubstrat ein Substrat verwendet werden kann, welches ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst, und insbesondere zumindest eine Funktionsschicht umfasst, die ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst. Insbesondere kann das Ausgangssubstrat in einigen Ausführungsbeispielen bevorzugt eine oder mehrere ferro- und/oder piezoelektrische Schichten bzw. eine oder mehrere Funktionsschichten aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material umfassen.
  • So können zahlreiche Prozessschritte kosten- und zeitsparend eingespart werden, insbesondere da Abscheideprozesse, z.B. einer piezoelektrischen Schicht, vermieden werden können. Zudem kann das ferro- und/oder piezoelektrische Substrat die zumindest eine Funktionsschicht ausbilden, in der später die beweglichen Elemente des MEMS und/oder die diese haltende Federstruktur ausgebildet werden kann. Die zumindest eine Funktionsschicht kann vorzugsweise sowohl die mechanisch wirksame Schicht ausbilden und gleichzeitig auch als Aktuator und/oder Sensor die schwingenden Bewegungen antreiben und/oder erfassen.
  • Unter „mechanisch wirksam“ ist hier in Bezug auf ein MEMS insbesondere zu verstehen, dass die mechanisch wirksame Schicht bzw. die zumindest eine mechanisch wirksame Funktionsschicht (engl. Device Layer) des MEMS-Schichtaufbaus bevorzugt diejenige Schicht ausbildet, die entsprechend ihrer Strukturierung dazu ausgelegt bzw. ausgebildet ist, eine eindimensionale oder zweidimensionale Schwingungsbewegung auszuführen, bzw. derart, dass ein oder mehrere Strukturen oder Körper, die in der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht herausgebildet sind, eine eindimensionale oder zweidimensionale Schwingungsbewegung ausführen können (z.B. um eine Schwing-/Torsionsachse oder um zwei bevorzugt quer bzw. insbesondere senkrecht zueinander stehenden Schwing-/Torsionsachsen, z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Biegefedern, Torsionsfedern und/oder Meanderfedern, insbesondere z.B. für Lissajous-Scanbewegungen oder bevorzugt resonante Lissajous-Scanbewegungen).
  • Bevorzugt kann hierfür auch die Halte- und/oder Federstruktur für die beweglichen Strukturen oder Körper der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht in dieser mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht ausgebildet sein.
  • Weiterhin kann die Ausbildung der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht bevorzugt die Resonanzfrequenz bzw. Resonanzfrequenzen des MEMS, die Auslenkamplituden und/oder etwaige dynamische Deformationen (z.B. in einer in der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht ausgebildeten Halte- und/oder Federstruktur bzw. der herausgebildeten Strukturen bzw. Körper, wie z.B. des Spiegelträgerelements mit der Spiegelplatte 111) bestimmen.
  • Zudem kann das Ausgangssubstrat bzw. die eine oder mehreren Funktionsschichten im Ausgangssubstrat in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen als ferro- und/oder piezoelektrisches Einkristall oder Polykristall bereitgestellt werden und somit können optimale ferro-/piezoelektrische Eigenschaften mit optimalen ferro-/piezoelektrischen Koeffizienten bereitgestellt werden, was in üblichen Abscheideprozessen aufgrund der Prozessschwankungen und Aufwachsbedingungen nicht möglich ist. Weiterhin können im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem ferro-/piezoelektrische Schichten auf einem Siliziumsubstrat abgeschieden werden, in einigen Ausführungsbeispielen vergleichsweise dickere ferro-/piezoelektrische Schichten im Ausgangssubstrat bereitgestellt werden, so dass vorteilhaft eine höhere Kraftentwicklung ermöglicht wird.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material bestehen. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können eine oder mehrere Funktionsschichten des Ausgangssubstrats aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material bestehen. Bevorzugt kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, eine oder mehrere piezoelektrische Schichten aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material umfassen, insbesondere eine oder mehrere Funktionsschichten aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, und/oder die zumindest eine Funktionsschicht des Ausgangssubstrats ein Einkristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials umfassen und/oder aus einem Einkristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials bestehen.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, und/oder zumindest eine Funktionsschicht des Ausgangssubstrats ein Polykristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials umfassen und/oder aus einem Polykristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials bestehen.
  • Insbesondere bevorzugt ist das Ausgangssubstrat kein Siliziumsubstrat und vorzugsweise umfasst das Ausgangssubstrat kein Silizium bzw. keine Silizium umfassende Funktionsschicht.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das ferro- und/oder piezoelektrisches Material Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN), Lithiumniobat (LiNbO3), Lithiumtantalat (LiTaO3), Bleizirkonat-Titanat (PZT), Niob-dotiertes PZT (PZT-Nb) und/oder Quarz umfassen.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht umfasst, und/oder zumindest eine Funktionsschicht des Ausgangssubstrats ein zumindest teilweise amorph vorliegendes ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassen und/oder aus einem zumindest teilweise amorph vorliegenden ferro- und/oder piezoelektrischen Material bestehen. Hierbei kann das (teil)-zumindest teilweise amorph (z.B. (teil)-amorph) vorliegende ferro- und/oder piezoelektrische Material beispielhaft PVDF (Polyvinylidenfluorid (CF2-CH2)n) umfassen oder aus PVDF bestehen.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen mit mehreren Funktionsschichten im Ausgangssubstrat kann das Ausgangssubstrat derart bereitgestellt werden, dass das Ausgangssubstrat beispielsweise zumindest eine Funktionsschicht, die ein ferro- und/oder piezoelektrisches Einkristall umfasst oder daraus besteht, zumindest eine Funktionsschicht, die ein ferro- und/oder piezoelektrisches Polykristall umfasst oder daraus besteht, und/oder zumindest eine Funktionsschicht, die ein zumindest teilweise amorph (z.B. (teil)-amorph) vorliegendes ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst oder daraus besteht, umfasst.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann eine Schichtdicke der zumindest einen Funktionsschicht des Ausgangssubstrats, die ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst, im Wesentlichen größer oder gleich 50 µm, insbesondere im Wesentlichen größer oder gleich 100 µm, sein und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1mm. Insbesondere bevorzugt ist in Ausführungsbeispielen mit mehreren ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassenden Funktionsschichten die Schichtdicke jeder Funktionsschicht jeweils bevorzugt im Wesentlichen größer oder gleich 50 µm, insbesondere bevorzugt im Wesentlichen größer oder gleich 100 µm, und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1mm
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann, insbesondere bei dem Strukturieren der zumindest einen Funktionsschicht, eine Federstruktur, die das Spiegelträgerelement mit Spiegel hält, in der zumindest einen Funktionsschicht ausgebildet werden, insbesondere ein einigen Ausführungsbeispielen bevorzugt derart, dass das Spiegelträgerelement mit Spiegel beispielsweise um eine oder zwei Achsen, insbesondere z.B. Schwing- und/oder Torsionsachsen, schwingbar gehalten wird, z.B. über Federn einer Federstruktur, z.B. mit Torsionsfedern und/oder Meanderfedern.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur beispielsweise Federn, insbesondere bevorzugt Biegefedern, Meanderfedern und/oder Torsionsfedern, umfassen, die bevorzugt dazu ausgelegt sind, das Spiegelträgerelement derart zu halten, dass das Spiegelträgerelement um die jeweilige Schwing- und/oder Torsionsachse eine schwingende Rotationsbewegung um die entsprechende Achse (z.B. Torsionsschwingungen) ausführen kann.
  • In Ausführungsbeispielen mit zwei Achsen, insbesondere Schwing- und/oder Torsionsachsen, ist das Spiegelträgerelement mit Spiegel und/oder die Federstruktur insbesondere bevorzugt für eine (bevorzugt resonante) zweidimensionale Lissajous-Scanbewegung des Spiegelträgerelements mit Spiegel ausgelegt.
  • Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele von Schichtaufbaustrukturen mit mehreren Schichten beschrieben. Hierbei ist festzustellen, dass derartige Ausführungen nicht dahingehend beschränkend aufgefasst werden sollen, dass keine weiteren Zwischenschichten in weiteren Ausführungsbeispielen vorhanden sein können. Im Gegenteil, in weiteren Ausführungsbeispielen können weitere Schichten und/oder Zwischenschichten vorgesehen sein und/oder beschriebene Schichten weggelassen werden.
  • Es sei darauf verwiesen, dass vorstehend lediglich Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sowie technische Vorteile detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben wurden. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch in keinster Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale bzw. deren beschriebene Kombinationen begrenzt bzw. eingeschränkt ist, sondern umfasst weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination bzw. Teilkombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.
  • Liste der Bezugszeichen
    • 1
    Substratschicht
    2
    Passivierungsschicht(en)
    2b
    Passivierungsschicht
    3
    Funktionsschicht (engl. Device Layer)
    3a
    Gräben bzw. strukturierte Bereiche der Funktionsschicht
    4
    piezoelektrische Schicht
    5
    Elektrodenschicht
    5a
    Spiegel
    6
    Abdeckelement
    7
    Bodenelement
    10
    piezoelektrische Funktionsschicht (engl. Device Layer)
    10a
    erste piezoelektrische Funktionsschicht
    10b
    zweite piezoelektrische Funktionsschicht
    10c
    dritte piezoelektrische Funktionsschicht
    11
    erste Elektrodenschicht (Topelektrode)
    11a
    erste Elektrodenschicht
    11b
    erste Elektrodenschicht
    111
    Spiegel
    12
    zweite Elektrodenschicht (Bodenelektrode; Gegenelektrode)
    12a
    zweite Elektrodenschicht (Gegenelektrode)
    12b
    zweite Elektrodenschicht (Gegenelektrode)
    100
    MEMS-Vorrichtung
    200
    MEMS-Vorrichtung
    300
    MEMS-Vorrichtung
    400
    MEMS-Vorrichtung
    500
    MEMS-Vorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2009/0185253 A1 [0002, 0003, 0063]

Claims (21)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung, umfassend: - Bereitstellen eines Ausgangssubstrats, das zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) umfasst, wobei die zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) des Ausgangssubstrats ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst, und - Strukturieren der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) des Ausgangssubstrats zum Ausbilden von einem oder mehreren beweglichen Elementen der MEMS-Vorrichtung (200; 300; 400; 500) in der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) und/oder zum Ausbilden einer Federstruktur, die die einen oder mehreren beweglichen Elemente der MEMS-Vorrichtung (200; 300; 400; 500) hält, in der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c).
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) umfasst, aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material besteht.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) umfasst, eine oder mehrere piezoelektrische Schichten aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material umfasst, insbesondere eine oder mehrere Funktionsschichten (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) aus ferro- und/oder piezoelektrischem Material.
  4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) umfasst, und/oder zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) des Ausgangssubstrats ein Einkristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials umfasst und/oder aus einem Einkristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials besteht.
  5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) umfasst, und/oder zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) des Ausgangssubstrats ein Polykristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials umfasst und/oder aus einem Polykristall eines ferro- und/oder piezoelektrischen Materials besteht.
  6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferro- und/oder piezoelektrisches Material Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN), Lithiumniobat (LiNbO3), Lithiumtantalat (LiTaO3), Bleizirkonat-Titanat (PZT), Niob-dotiertes PZT (PZT-Nb) und/oder Quarz umfasst.
  7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssubstrat, das die zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) umfasst, und/oder zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) des Ausgangssubstrats ein zumindest teilweise amorph vorliegendes ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst und/oder aus einem zumindest teilweise amorph vorliegenden ferro- und/oder piezoelektrischen Material besteht.
  8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) des Ausgangssubstrats, die ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst, im Wesentlichen größer oder gleich 50 µm, insbesondere im Wesentlichen größer oder gleich 100 µm, ist und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1mm.
  9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - Aufbringen und/oder Bereitstellen von elektrisch leitfähigen Elektrodenschichten (11,12; 11a, 12, 11b; 11a, 12a, 11b, 12b) auf jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c), und - Strukturieren der Elektrodenschichten (11,12; 11a, 12, 11b; 11a, 12a, 11b, 12b) zur Ausbildung von strukturierten Elektrodenflächen auf jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c).
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Strukturieren einer der Elektrodenschichten (11; 11a), insbesondere einer außen liegenden Elektrodenschicht (11; 11a), ein Spiegel (111) der MEMS-Vorrichtung ausgebildet wird.
  11. Verfahren einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Strukturieren der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) des Ausgangssubstrats ein Spiegelträgerelement in der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) ausgebildet wird, wobei ein Spiegel (111) auf dem Spiegelträgerelement angeordnet und/oder ausgebildet wird.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Strukturieren der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) eine Federstruktur, die das Spiegelträgerelement mit Spiegel (111) hält, in der zumindest einen Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) ausgebildet wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstruktur derart ausgebildet wird, dass das Spiegelträgerelement mit Spiegel (111) um eine oder zwei Achsen, insbesondere Schwing- und/oder Torsionsachsen, schwingbar gehalten wird, insbesondere bevorzugt für eine zweidimensionale Lissajous-Scanbewegung des Spiegelträgerelements mit Spiegel (111).
  14. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Elektrodenschichten (11,12) zur elektrischen Kontaktierung auf gegenüberliegenden Seiten der Funktionsschicht (10) ausgebildet sind.
  15. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Elektrodenschicht (12) der leitfähigen Elektrodenschichten mittels einer Durchkontaktierung in einem Bereich der zumindest einen Funktionsschicht (10) von einer zweiten Seite der zumindest einen Funktionsschicht (10) auf eine erste Seite der zumindest einen Funktionsschicht (10), auf der eine erste Elektrodenschicht (11) der leitfähigen Elektrodenschichten angeordnet ist, geführt wird.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Elektrodenschicht (11) und die zweite Elektrodenschicht (12) mittels der Durchkontaktierung der zweiten Elektrodenschicht (12) dazu ausgebildet sind, eine elektrische Kontaktierung der ersten und zweiten Elektrodenschichten (11,12) auf der gleichen ersten Seite der Funktionsschicht (10) bereitzustellen.
  17. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssubstrat eine ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschicht (10) umfasst.
  18. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssubstrat zwei ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschichten (10a, 10b) mit einer dazwischenliegenden Elektrodenschicht (12) umfasst.
  19. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssubstrat drei oder mehr ferro- und/oder piezoelektrische Funktionsschichten (10a, 10b, 10c) umfasst, wobei jeweils zwischen benachbarten ferro- und/oder piezoelektrischen Funktionsschichten (10a, 10b, 10c) eine jeweilige Elektrodenschicht (12a, 11b) angeordnet ist.
  20. Ein Schichtaufbau, der insbesondere mittels des Verfahrens gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist, umfassend: - zumindest eine strukturierte Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c), in der ein oder mehrere bewegliche Elemente der MEMS-Vorrichtung (200; 300; 400; 500) und/oder eine Federstruktur, die die einen oder mehreren beweglichen Elemente der MEMS-Vorrichtung (200; 300; 400; 500) hält, ausgebildet sind, wobei die zumindest eine Funktionsschicht (10; 10a, 10b; 10a, 10b, 10c) ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst.
  21. MEMS-Vorrichtung, insbesondere MEMS-Spiegelvorrichtung (200; 300; 400; 500), umfassend einen Schichtaufbau gemäß Anspruch 20.
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