DE102022117679A1 - Verfahren zur herstellung eines schichtaufbaus für eine mems-vorrichtung und mems-vorrichtung mit einem derartigen schichtaufbau - Google Patents

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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 hergestellt ist, und eine MEMS-Vorrichtung 200 (300, 400, 500), die den Schichtaufbau umfasst. Für den Schichtaufbau wird im Herstellungsprozess beispielhaft nach dem Strukturieren der Funktionsschicht 3 ein Hochtemperatur-Ausheilungsschritt vorgesehen. Die strukturierten Bereiche und Gräben der Funktionsschicht 3 und insbesondere die Federstruktur, die in der Funktionsschicht 3 ausgebildet ist, weisen nach dem Ausheilungsschritt in Bereichen 3a geglättete Seitenwände und/oder abgerundete Ecken auf, so dass deren Bruchgrenzen so erhöht werden können und frühzeitige Brüche der Funktionsschicht 3 im Betrieb der MEMS-Vorrichtung 200 (300, 400, 500) vorteilhaft vermieden werden können.

Description

  • 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.
  • Hintergrund
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung sowie eine gattungsgemäße MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, ist beispielsweise aus der US 2009/0185253 A1 bekannt.
  • Bei den im Stand der Technik üblichen Verfahren wird bei der Strukturierung einer mechanisch wirksamen Funktionsschicht (engl. oftmals als Device Layer bezeichnet) des Schichtaufbaus des MEMS (Mikro-Elektro-Mechanisches System, engl. Micro-Electro-Mechanical System) 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 auszubilden, insbesondere beispielsweise, um die beweglichen bzw. schwingenden Körper und die entsprechende Federstruktur, die die beweglichen bzw. schwingenden Körper hält, in der Funktionsschicht auszubilden bzw. herauszuarbeiten. Dies wird auf dem Gebiet der Herstellung von MEMS-Vorrichtungen manchmal auch als sog. Bosch-Prozess bezeichnet, da es auf einem von der Firma Bosch in den 1990er Jahren entwickelten Verfahren basiert.
  • Hierbei treten bei Anwendung derartiger Trockenätzverfahren zur Strukturierung der beweglichen bzw. schwingenden Körper und der Federstruktur, die die beweglichen bzw. schwingenden Körper hält, in der Funktionsschicht prozessbedingt an den geätzten Seitenwänden in den strukturierten Bereichen der Funktionsschicht Schädigungen bzw. Unebenheiten auf, insbesondere sog. Scallops (d.h. z.B. oberflächige Wellungen, oberflächige Nasenstrukturen, etc.). Zudem verursacht die Maske, die zur Strukturierung verwendet wird, eine direkte Übertragung in das Material der Funktionsschicht (meist Silizium) und daher weisen die erzeugten Strukturen meist rechtwinklige Ecken auf.
  • An den Stellen der Oberflächenschädigungen (z.B. sog. Scallops, Notches, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte etc.) an den Seitenwänden der Gräben (engl. Trenches) der strukturierten Funktionsschicht und an den ausgebildeten rechtwinkligen Ecken treten bei den resonanten Schwingungen hohe Spannungen im MEMS-Aufbau auf, die nachteilig zu frühzeitigen Brüchen an Strukturen der Funktionsschicht führen können.
  • 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 um MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, mit höheren mechanischen Bruchgrenzen der mechanisch wirkenden Bestandteile des Schichtaufbaus bzw. niedrigerer Bruchanfälligkeit bereitstellen zu können.
  • 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 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 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, umfassend: Bereitstellen eines Schichtaufbaus, der eine Substratschicht und/oder eine Funktionsschicht umfasst; Aufbringen einer piezoelektrischen Schicht, z.B. auf und/oder über der Funktionsschicht, insbesondere auf einer der Substratschicht gegenüberliegenden Seite der Funktionsschicht, d.h. insbesondere bevorzugt auf einer der Substratschicht gegenüberliegenden Seite der Funktionsschicht; und/oder Strukturieren der piezoelektrischen Schicht, insbesondere zum Ausbilden von strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann zwischen der Funktionsschicht und der piezoelektrischen Schicht noch eine Elektrodenschicht (Bodenelektrodenschicht) vorgesehen sein, die eine die piezoelektrische Schicht von unten elektrisch kontaktierende Bodenelektrode, z.B. aus Metall (z.B. Molybdän), ausbilden kann. In derartigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vor Aufbringen der piezoelektrischen Schicht noch ein Aufbringen einer Elektrodenschicht auf der Funktionsschicht umfassen, wobei die piezoelektrische Schicht auf der Elektrodenschicht aufgebracht werden kann. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Funktionsschicht (z.B. in dotierten Bereichen) zumindest teilweise elektrisch leitend ausgebildet sein, so dass die Funktionsschicht zumindest teilweise eine Bodenelektrode für die piezoelektrische Schicht bereitstellen kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ein Strukturieren der Funktionsschicht umfassen, insbesondere bevorzugt zum Ausbilden von strukturierten Bereichen und/oder Gräben (d.h. z.B. die strukturierten Bereiche umgebende Gräben) in der Funktionsschicht, insbesondere vorzugsweise gegebenenfalls mittels Hochratenätzen bzw. reaktivem Ionentiefenätzen (engl. Deep Reactive Ion Etching bzw. kurz DRIE).
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise weiterhin ein Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht bzw. von Gräben in den strukturierten Bereichen umfassen (z.B. insbesondere vorzugsweise zur zumindest teilweisen Glättung von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht und/oder zur Abrundung von Ecken der Gräben in der Funktionsschicht), vorzugsweise bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht zur zumindest teilweisen Glättung von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht und/oder zur Abrundung von Ecken der Gräben in der Funktionsschicht ausgeführt werden.
  • Unter Glättung von Seitenwänden der Gräben in den strukturierten Bereichen der Funktionsschicht ist hierbei insbesondere zu verstehen, dass die Unebenheiten und/oder Oberflächeneffekte bzw. -defekte, die an den Seitenwänden bei dem Strukturieren der Funktionsschicht prozessbedingt entstehen, verringert werden, so dass relativ zum Zustand der Seitenwandoberflächen nach dem Strukturieren der Funktionsschicht gesehen nach dem Ausheilen glattere Seitenwandoberflächen vorliegen, bis hin zu einer möglicherweise vollständig glatten und/oder kristallfehlerfreien Seitenwand. Bevorzugt können die Seitenwandoberflächen nach dem Ausheilen eine Rauigkeit im Wesentlichen kleiner oder gleich 50nm haben, bevorzugt insbesondere eine Rauigkeit im Wesentlichen kleiner oder gleich 30nm und besonders bevorzugt insbesondere eine Rauigkeit im Wesentlichen kleiner oder gleich 10nm.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht bevorzugt bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 800°C ausgeführt werden. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht bei Temperaturen im Wesentlichen kleiner oder gleich 1400°C ausgeführt werden, insbesondere vorzugsweise bei Temperaturen im Wesentlichen kleiner oder gleich 1350°C, insbesondere bevorzugt bei Temperaturen im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1200°C.
  • Bevorzugt sollten in einigen Ausführungsbeispielen die Temperaturen im Ausheilungsschritt bzw. bevorzugt im gesamten Herstellungsverfahren 1400°C, insbesondere bevorzugt 1350°C, nicht überschreiten, da der Schmelzpunkt von Silizium bei ca. 1410°C liegt, da die Substratschicht und/oder die Funktionsschicht typischerweise Silizium umfassen kann.
  • Hierbei ermöglicht die Integration eines Hochtemperatur-Ausheilungsschritts gemäß Ausführungsbeispielen (z.B. durch Wasserstoff-Annealing und/oder durch eine Opferoxidation gemäß Ausführungsbeispielen) es erfolgreich vorteilhaft, etwaige strukturierte bzw. ggf. tiefengeätzten Seitenwände der strukturierten Funktionsschicht zumindest teilweise zu glätten, um etwaige bei dem Ätzprozess (z.B. DRIE) entstandene Fehler und Rauigkeiten (z.B. oberflächige Scallops, oberflächige Nasenstrukturen, oberflächige Wellungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) an der Oberfläche der Seitenwände abzuglätten und/oder auch etwaige beim Ätzen entstandene rechtwinklige Ecken abzurunden.
  • Dies führt gemäß Ausführungsbeispielen vorteilhaft zu einer signifikant erhöhten Stabilität bzw. Bruchstabilität der beweglichen Elemente des Schichtaufbaus und/oder der MEMS-Vorrichtung, die einen derartigen Schichtaufbau umfasst, mit höheren Bruchgrenzen und insbesondere der aus der Funktionsschicht herausgebildeten Federstruktur mit erhöhten Bruchgrenzen, wodurch insgesamt frühzeitige Brüche vermieden werden können. Im Vergleich zu Verfahren im Stand der Technik ohne Ausheilungsschritt können gemäß Ausführungsbeispielen mit Ausheilungsschritt die Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der in der Funktionsschicht ausgebildeten Federstruktur mindestens verdoppelt werden, bzw. sogar verfünffacht bzw. verzehnfacht werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht vorzugsweise ein Wasserstoff-Annealing umfassen, insbesondere vorzugsweise bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 900°C und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1350°C, insbesondere bevorzugt bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 1000°C und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C (oder beispielhaft im Wesentlichen kleiner oder gleich 1200°C).
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht vorzugsweise ein Oxidieren von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht umfassen, vorzugsweise bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 700°C, insbesondere bei im Wesentlichen größer oder gleich 800°C, und/oder bei im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C (oder beispielhaft im Wesentlichen kleiner oder gleich 1200°C).
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht vorzugsweise weiterhin ein Abtragen einer auf Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht gebildeten Oxidationsschicht umfassen, z.B. insbesondere Abtragen einer Oxidationsschicht, die auf Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht gebildet ist, insbesondere bevorzugt durch Ätzen (z.B. Rückätzen der Opferoxidationsschicht).
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise weiterhin umfassen: Aufbringen einer Elektrodenschicht vorzugsweise nach dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht zum Ausbilden einer Elektrodenstruktur für die strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht und/oder zum Ausbilden eines Spiegels und/oder einer Spiegelschicht auf einem oder mehreren strukturierten Bereichen der Funktionsschicht.
  • Die Elektrodenschicht kann in einigen Ausführungsbeispielen als Topelektrode der piezoelektrischen Schicht dienen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Elektrodenschicht auch als Umverdrahtung (Routing) und/oder als Bondpad (z.B. zur elektrischen Verbindung an eine Bodenelektrode) verwendet werden.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise umfassen: Aufbringen einer hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht vorzugsweise vor dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht zum Ausbilden einer Elektrodenstruktur für die strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht.
  • Die hochtemperaturstabile Elektrodenschicht kann in einigen Ausführungsbeispielen als Topelektrode der piezoelektrischen Schicht dienen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die hochtemperaturstabile Elektrodenschicht auch als Umverdrahtung (Routing) und/oder als Bondpad (z.B. zur elektrischen Verbindung an eine Bodenelektrode) verwendet werden.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material der Elektrodenschicht bzw. der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht ein elektrisch leitfähig dotiertes Silizium, insbesondere dotiertes polykristallines Silizium, umfassen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material der Elektrodenschicht bzw. hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht ein hochtemperaturstabiles Metall, eine hochtemperaturstabile Metalllegierung oder Metallverbindung, insbesondere bevorzugt ein hochschmelzendes Metall, insbesondere bevorzugt Platin, Molybdän (Schmelzpunkt bei ca. 2623°C) und/oder eine hochtemperaturstabile Molybdänlegierung und/oder Molybdänverbindung, Wolfram (Schmelzpunkt bei ca. 3422°C) und/oder eine hochtemperaturstabile Wolframlegierung und/oder Wolframverbindung, insbesondere Wolframtitan und/oder Wolframcarbid, umfassen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise weiterhin umfassen: Aufbringen einer weiteren Schicht vorzugsweise nach dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht zum Ausbilden eines Spiegels und/oder einer Spiegelschicht auf einem oder mehreren strukturierten Bereichen der Funktionsschicht.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise weiterhin umfassen: Aufbringen einer dielektrischen Schicht, insbesondere zumindest auf den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Aufbringen der dielektrischen Schicht nach Aufbringen und/oder Strukturieren der piezoelektrischen Schicht erfolgen. In derartigen Ausführungsbeispielen kann das Aufbringen der dielektrischen Schicht bevorzugt vor dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht erfolgen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Aufbringen der dielektrischen Schicht auch nach dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht erfolgen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht vorzugsweise zwischen der Funktionsschicht und der auf die strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht aufgebrachten dielektrischen Schicht eingekapselt sein bzw. werden, insbesondere bevorzugt wenn das Aufbringen der dielektrischen Schicht vor dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht erfolgt.
  • Vorteilhaft wurde hierbei erkannt, dass die Bereitstellung eines Schichtaufbaus gemäß Ausführungsbeispielen mit unter einer hochtemperaturstabilen Schicht (z.B. unter einer dielektrischen Schicht) eingekapselten, strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht die Integration von einem oder mehreren Hochtemperatur-Ausheilungsschritten (wie z.B. Wasserstoff-Annealing von tiefengeätzten Oberflächen (z.B. bei ca. 1000°C-1250°C) und/oder Opferoxidation, z.B. bei ca. 800°C-1250°C, mit Rückätzung der Opferoxidschicht) verbessert ermöglicht werden kann, insbesondere auch mit weniger hochtemperaturstabilen piezoelektrischen Materialien und insbesondere auch mit weniger chemisch widerstandsfähigen piezoelektrischen Materialien, die durch die Einkapselung von aggressiven Medien, wie z.B. Sauerstoff (z.B. in einem Ausheilungsschritt mit Opferoxidation) und/oder Wasserstoff (z.B. in einem Ausheilungsschritt mit Wasserstoff-Annealing), geschützt werden können.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise folglich weiterhin umfassen: Aufbringen einer dielektrischen Schicht zumindest auf den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht, vor dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht und insbesondere bevorzugt vor Aufbringen einer Elektrodenschicht, vorzugsweise derart, dass die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht zwischen der Funktionsschicht und der auf die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht aufgebrachten dielektrischen Schicht eingekapselt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die piezoelektrische Schicht in einigen Ausführungsbeispielen auch durch Einkapseln unter der Elektrodenschicht aus hochtemperaturstabilem Material bzw. hochtemperaturstabilem Metall (siehe Ausführungen mit beispielhafter hochtemperaturstabiler Elektrodenschicht) geschützt werden.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht vorzugsweise zwischen der Funktionsschicht und der auf die strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht aufgebrachten hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht (optional mit dazwischenliegender oder bereichsweise dazwischenliegender dielektrischer Schicht) eingekapselt sein bzw. werden, insbesondere bevorzugt wenn das Aufbringen der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht vor dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht erfolgt.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise folglich weiterhin umfassen: Aufbringen und/oder Strukturieren der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht, insbesondere bevorzugt vor dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht, vorzugsweise derart, dass die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht zwischen der Funktionsschicht und der aufgebrachten hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht (optional mit dazwischenliegender oder bereichsweise dazwischenliegender dielektrischer Schicht) eingekapselt werden.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise weiterhin umfassen: Strukturieren und/oder Öffnen von Bereichen der dielektrischen Schicht vorzugsweise während oder vor dem Strukturieren der Funktionsschicht, insbesondere vorzugsweise derart, dass die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht zwischen der Funktionsschicht und der auf die strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht aufgebrachten dielektrischen Schicht eingekapselt verbleiben.
  • In Ausführungsbeispielen, in denen die der piezoelektrischen Schicht eingekapselt wird bzw. ist, kann das Material der piezoelektrischen Schicht ein ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassen, insbesondere bevorzugt Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN), Bleizirkonat-Titanat (PZT) und/oder Niob dotiertes PZT (PZT-Nb).
  • In einigen anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise weiterhin umfassen: Aufbringen einer dielektrischen Schicht zumindest auf den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht nach dem Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren vorzugsweise weiterhin umfassen: Strukturieren und/oder Öffnen von Bereichen der dielektrischen Schicht.
  • In derartigen Ausführungsbeispielen kann das Material der piezoelektrischen Schicht ein hochtemperaturstablies ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfassen, insbesondere bevorzugt Aluminiumnitrid (AlN) und/oder Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN).
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die strukturierten Bereiche der Funktionsschicht ein oder mehrere bewegliche Elemente, die vorzugsweise in der Funktionsschicht ausgebildet sind, und/oder eine Federstruktur, die vorzugsweise in der Funktionsschicht ausgebildet ist, umfassen, wobei die Federstruktur insbesondere bevorzugt die einen oder mehreren beweglichen Elemente halten kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die einen oder mehreren bewegliche Elemente der strukturierten Bereiche der Funktionsschicht ein Spiegelträgerelement umfassen, wobei der Spiegel bevorzugt auf dem Spiegelträgerelement angeordnet sein kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur der strukturierten Bereiche der Funktionsschicht das Spiegelträgerelement mit Spiegel halten. Die Federstruktur in der Funktionsschicht kann vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass das Spiegelträgerelement mit Spiegel um eine oder zwei Achsen, insbesondere Schwing- und/oder Torsionsachsen, schwingbar gehalten wird, insbesondere bevorzugt für eine zweidimensionale Lissajous-Scanbewegung des Spiegelträgerelements mit Spiegel.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biege- 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 bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Strukturieren der Funktionsschicht ein Hochratenätzen und/oder reaktives Ionentiefenätzen umfassen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen weiterhin ein mittels des Verfahrens gemäß zumindest einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele hergestellter Schichtaufbau vorgeschlagen.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Schichtaufbau umfassen: eine Substratschicht, eine strukturierte Funktionsschicht, eine strukturierte piezoelektrische Schicht vorzugsweise auf einer Seite der Funktionsschicht, die der Substratschicht gegenüberliegt, d.h. insbesondere auf einer der Substratschicht gegenüberliegenden Seite der Funktionsschicht, und/oder eine dielektrische Schicht vorzugsweise zumindest auf den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht vorzugsweise zwischen der Funktionsschicht und der vorzugsweise auf die strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht aufgebrachten dielektrischen Schicht eingekapselt sein.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann zwischen der Funktionsschicht und der piezoelektrischen Schicht noch eine Elektrodenschicht vorgesehen sein, die eine die piezoelektrische Schicht von unten elektrisch kontaktierende Bodenelektrode, z.B. aus Metall (z.B. Molybdän), ausbilden kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können bevorzugt Gräben in der Funktionsschicht in strukturierten Bereichen der Funktionsschicht ausgeheilt sein, insbesondere an Seitenwänden der Gräben und insbesondere bevorzugt geglättete Seitenwände und/oder abgerundete Ecken haben.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können Gräben in der Funktionsschicht in strukturierten Bereichen der Funktionsschicht vorzugsweise geglättete Seitenwände und/oder abgerundete Ecken haben und/oder die Seitenwände und/oder strukturierte Bereiche der Funktionsschicht können abgerundete Ecken haben.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann eine Oberflächenrauigkeit von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht in strukturierten Bereichen der Funktionsschicht im Wesentlichen kleiner oder gleich 50nm sein, insbesondere im Wesentlichen kleiner oder gleich 30nm, insbesondere bevorzugt kleiner oder gleich 10nm
  • Gemäß einem dritten Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen weiterhin eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere MEMS-Spiegelvorrichtung bzw. vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung, umfassend einen mittels des Verfahrens gemäß zumindest einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele hergestellten Schichtaufbau vorgeschlagen.
  • 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
    • 1 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß einem Hintergrundbeispiel,
    • 2A-2C zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 1,
    • 3 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung,
    • 4A-4B zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 3,
    • 5 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer gemäß der beispielhaften Herstellungsabfolge der 4A-4B hergestellten MEMS-Vorrichtung,
    • 6A-6B zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer weiteren beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 3,
    • 7 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer gemäß der beispielhaften Herstellungsabfolge der 6A-6B hergestellten MEMS-Vorrichtung,
    • 8 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung,
    • 9A-9B zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 8,
    • 10 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer gemäß der beispielhaften Herstellungsabfolge der 9A-9B hergestellten MEMS-Vorrichtung,
    • 11 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung,
    • 12A-12B zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 11, und
    • 13 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer gemäß der beispielhaften Herstellungsabfolge der 12A-12C hergestellten 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 umfasst, 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.
  • Hinsichtlich der in dieser Offenbarung verwendeten Begrifflichkeiten sei vermerkt, dass im Folgenden teils von „hochtemperaturstabilen“ Materialien bzw. von einer Materialeigenschaft „hochtemperaturstabil“ die Rede ist. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung soll mit dem Begriff „hochtemperaturstabiles“ Material bzw. der Materialeigenschaft „hochtemperaturstabil“ ausgedrückt sein, dass derartige Materialien Temperaturen größer oder gleich im Wesentlichen 1200°C, insbesondere bevorzugt größer oder gleich im Wesentlichen 1250°C oder im Wesentlichen größer 1250°C, standhalten und insbesondere einen Schmelzpunkt größer oder gleich im Wesentlichen 1200°C, insbesondere größer oder gleich im Wesentlichen 1250°C oder im Wesentlichen größer 1250°C, insbesondere bevorzugt größer oder gleich im Wesentlichen 1400°C, haben.
  • Zunächst wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 und 2A-2C ein Hintergrundbeispiel beschrieben, dass das Verständnis der darauffolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele und der Vorteile erleichtern soll. Bei dem den 1 und 2A-2C zugrundeliegenden Verfahren handelt es sich jedoch nicht um tatsächlich bereits öffentlich bekannten Stand der Technik. Ein gattungsgemäßes Verfahren aus dem Stand der Technik kann beispielsweise in US 2009/0185253 A1 nachgelesen werden.
  • Auch wenn die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die 1 und 2A-2C sich auf ein Hintergrundbeispiel bezieht, so können dennoch etwaig beschriebene technische Details und/oder Merkmale des Verfahrens, der Herstellungsabfolge, des Schichtaufbaus und insbesondere zu einzelnen Schritten und/oder Schichten des Schichtaufbaus und/oder zu deren möglichen Materialien auch entsprechende Details und/oder Merkmale der darauffolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen, es sei denn es wird explizit auf einen Unterschied hingewiesen.
  • Insbesondere ist zu beachten, dass die Schritte S101 bis S104 der 1 als auch die Herstellungsabfolge (i) bis (iv) der 2A und deren Beschreibung stets für die Ausführungsbeispiele der 3 bis 10 heranzuziehen sind und die Schritte S101 bis S103 der 1 als auch die Herstellungsabfolge (i) bis (iii) der 2A und deren Beschreibung auch für die Ausführungsbeispiele der 11 bis 13 heranzuziehen sind.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß einem Hintergrundbeispiel und 2A-2C zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 1.
  • Bezugnehmend auf 1 wird in einem beispielhaften Schritt S101 ein Schichtaufbau bereitgestellt, der eine Substratschicht 1 und eine Funktionsschicht 3 (engl. oftmals als Device Layer bezeichnet) umfasst. Ein entsprechender beispielhafter Schichtaufbau liegt auch dem in 2A (i) gezeigten Schichtaufbau zugrunde. Der Schichtaufbau gemäß 2A (i) umfasst beispielhaft eine Zwischenschicht 2 (z.B. eine Passivierungsschicht), die beispielhaft zwischen der Substratschicht 1 und der Funktionsschicht 3 angeordnet ist, wobei auf der Zwischenschicht 2 beispielhaft die Funktionsschicht 3 ausgebildet ist.
  • In einem beispielhaften Schritt S102 des Verfahrens gemäß 1 wird eine piezoelektrische Schicht 4 auf der Funktionsschicht 3 aufgebracht. Der Schichtaufbau gemäß 2A (i) umfasst gemäß den Schritten S101 und S102 somit beispielhaft eine piezoelektrische Schicht 4, die auf der Funktionsschicht 3 ausgebildet ist, wobei die piezoelektrische Schicht 4 beispielhaft im Schritt S102 gemäß 1 auf den Schichtaufbau über der Funktionsschicht 3 aufgebracht wird.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S103 des Verfahrens gemäß 1 wird beispielhaft die piezoelektrische Schicht 4, die auf bzw. über der Funktionsschicht 3 aufgebracht ist, strukturiert; siehe auch 2A (ii).
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S104 des Verfahrens gemäß 1 wird beispielhaft eine dielektrische Schicht 5 aufgebracht; siehe auch 2A (iii). Die dielektrische Schicht 5 wird gemäß 2A (iii) beispielhaft auf Bereichen der piezoelektrischen Schicht 4 aufgebracht und wird weiterhin beispielhaft auf Bereichen der Funktionsschicht 3 aufgebracht, die nach Strukturierung der piezoelektrischen Schicht 4 offenen sind.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die aufgebrachte dielektrische Schicht 5 in ausgewählten Bereichen geöffnet werden. Gemäß 2A (iv) ist beispielsweise im Bereich 5b die dielektrische Schicht 5 zur Funktionsschicht 3 hin geöffnet, insbesondere vor Aufbringen einer Elektrodenschicht (siehe weiter unten), um einen für ein späteres Bondpad vorgesehenen Bereich 5b bereitzustellen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Aspekte und Merkmale des Hintergrundbeispiels analog auch die anfänglichen Herstellungsschritte der später beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen. Insbesondere beginnen sämtliche später beschriebenen Ausführungsbeispiele der Herstellungsabfolgen gemäß 4A, 6A und 9A bereits mit einem beispielhaften Schritt (iv), dem ein oder mehrere der Schritte (i) bis (iv) gemäß 2A vorangegangen sein können.
  • Wieder bezugnehmend auf 1 wird in einem weiteren beispielhaften Schritt S105 des Verfahrens beispielhaft eine Elektrodenschicht 6 auf der dielektrischen Schicht 5 aufgebracht, die optional zuvor in Bereichen geöffnet worden sein kann (z.B. geöffneter Bereich 5b für ein späteres Bondpad); siehe auch 2A (v). Hierbei wird bei dem Aufbringen der Elektrodenschicht 6 beispielhaft auch der zuvor in der dielektrischen Schicht 5 geöffnete Bereich 5b mit dem Material der Elektrodenschicht 6 gefüllt, zur Ausbildung eines Bondpads.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S106 des Verfahrens gemäß 1 wird beispielhaft die Elektrodenschicht 6, die auf bzw. über der dielektrischen Schicht 5 aufgebracht ist, strukturiert; siehe auch 2A (vi). Hierbei wird beispielhaft in dem Bereich 5b, der in der dielektrischen Schicht 5 geöffnet wurde, mit dem Material der Elektrodenschicht 6 ein Bondpad 6b ausgebildet, das einen elektrischen Kontakt zu der Oberseite der Funktionsschicht 3 (und/oder in Ausführungsbeispielen zu einer Bodenelektrode, die mit der Unterseite der strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 elektrisch verbunden sein kann) bereitstellt.
  • Im beispielhaften Schritt S106 des Strukturierens der Elektrodenschicht 6 wird die gewünschte Struktur der oben liegenden Elektrode (Topelektrode) für die obere elektrische Kontaktierung der piezoelektrischen Schicht 4 ausgebildet. Weiterhin wird beispielhaft im Schritt S106 des Strukturierens der Elektrodenschicht 6 in der Mitte des Schichtaufbaus gemäß 2A (vi) mittels des Materials der Elektrodenschicht 6 ein Spiegel 6a (Spiegelschicht mit reflektierender Oberfläche) ausgebildet.
  • In derartigen Beispielen kann z.B. die Elektrodenschicht Metall, insbesondere Aluminium, umfassen, so dass die Oberfläche der Elektrodenschicht 6 bereits eine reflektierende Oberfläche hat und zur Ausbildung des Spiegels 6a geeignet ist. In weiteren Beispielen ist es möglich, eine nicht-reflektierende bzw. eine nicht-metallische Elektrodenschicht vorzusehen (z.B. dotiertes polykristallines Silizium), wobei dann eine weitere, beispielsweise metallische Spiegelschicht (z.B. als dünnschichtiger Metallfilm, z.B. mit einer Schichtdicke von im Wesentlichen größer oder gleich 100 nm und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 2000 nm) im Bereich der Schicht 6a aufgebracht werden kann.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S107 des Verfahrens gemäß 1 wird beispielhaft die dielektrischen Schicht 5 in Bereichen 5a zur Funktionsschicht 3 hin geöffnet, siehe auch 2B (vii). Dies sind insbesondere zu öffnende Bereiche 5a der dielektrischen Schicht 5, in denen die darunter liegende Funktionsschicht 3 zur Ausbildung der mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung strukturiert wird.
  • 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 Schwingungsbewegung, insbesondere eine eindimensionale oder zweidimensionale Schwingungsbewegung, auszuführen, bzw. derart, dass ein oder mehrere in der mechanisch wirksamen Schicht bzw. mechanisch wirksamen Funktionsschicht ausgebildete Strukturen oder Körper eine Schwingungsbewegung, insbesondere 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, insbesondere z.B. für 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 Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biege- 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.
  • 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) bestimmen.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S108 des Verfahrens gemäß 1 wird beispielhaft die Funktionsschicht 3 in Bereichen 3a strukturiert, siehe auch 2B (viii). Hierbei werden insbesondere die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in der Funktionsschicht ausgebildet. Dies umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen eines Spiegelträgerelements (hier beispielhaft der Bereich der Funktionsschicht 3 unter der Spiegelschicht 6a), das beispielhaft aus mittleren Bereichen der Funktionsschicht 3 gebildet wird, sowie etwaige Haltestege, die aus der Funktionsschicht 3 gebildet werden, wobei die Haltestege beispielhaft als Federstruktur wirken und das Spiegelträgerelement um eine, zwei oder mehrere Schwing- bzw. Torsionsachsen schwingbar halten können.
  • Bei den im Stand der Technik üblichen Verfahren wird bei der Strukturierung der Funktionsschicht 3 im Schritt S108 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 in 2B (viii)) auszubilden. Dies wird auf dem Gebiet der Herstellung von MEMS-Vorrichtungen manchmal auch als sog. Bosch-Prozess bezeichnet, da es auf einem von der Firma Bosch in den 1990er Jahren entwickelten Verfahren basiert.
  • Hierbei tritt bei Anwendung derartiger Trockenätzverfahren zur Strukturierung der schwingenden Körper und haltenden Federstruktur in der Funktionsschicht 3 prozessbedingt an den geätzten Seitenwänden in den strukturierten Bereichen der Funktionsschicht Schädigungen bzw. Unebenheiten auf, insbesondere sog. Scallops (d.h. z.B. oberflächige Wellungen, oberflächige Nasenstrukturen, etc.; siehe z.B. die durch schwarze Punkte angedeuteten Unebenheiten in den Bereichen 3a in 2B (ix)) oder z.B. auch etwaige Seitenwanddurchbrüche und/oder atomare Defekte. Zudem verursacht die Maske, die zur Strukturierung verwendet wird, eine direkte Übertragung in das Material der Funktionsschicht 3 (meist Silizium) und daher weisen die erzeugten Strukturen meist rechtwinklige Ecken auf.
  • An den Stellen der Oberflächenschädigungen (wie z.B. sog. Scallops, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte) an den Seitenwänden der Gräben (engl. Trenches) der strukturierten Funktionsschicht 3 und an den ausgebildeten rechtwinkligen Ecken treten bei den resonanten Schwingungen hohe Spannungen auf, die nachteilig zu frühzeitigen Brüchen an Strukturen der Funktionsschicht 3 führen können. Diese Nachteile können in weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen vorteilhaft vermieden werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S109 des Verfahrens gemäß 1 wird beispielhaft der Schichtaufbau rückseitig geöffnet, um die Funktionsschicht 3 auf der Seite, die der piezoelektrischen Schicht 4 gegenüberliegt, freizulegen; siehe auch 2B (ix), in der beispielhaft die Substratschicht 1 zur Zwischenschicht 2 hin rückseitig geöffnet wird, und 2B (x), in der beispielhaft die Zwischenschicht 2 zur Funktionsschicht 3 hin rückseitig geöffnet wird.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S110 des Verfahrens gemäß 1 wird beispielhaft der hergestellte Schichtaufbau in einer vakuumgepackten MEMS-Vorrichtung 100 gemäß 2B (xi) bereitgestellt. Hierbei wurde beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Kuppelelement 7 (z.B. eine Glaskuppel) und von unten mit einem Grundkörperelement 8 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen.
  • Somit kann eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung 100 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner), die den hergestellten Schichtaufbau umfasst, mit piezoelektrisch auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 6a bereitgestellt werden, siehe z.B. 2B (xi).
  • 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.
  • Im Unterschied zu dem vorstehenden Ausführungsbeispiel sehen Ausführungsbeispiele vorzugsweise einen Ausheilungsschritt, insbesondere zum Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht, bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C vor.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht zur zumindest teilweisen Glättung von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht und/oder zur Abrundung von Ecken der Gräben in der Funktionsschicht ausgeführt werden. Unter Glättung von Seitenwänden der Gräben in den strukturierten Bereichen der Funktionsschicht ist hierbei insbesondere zu verstehen, dass die Unebenheiten und/oder Oberflächeneffekte bzw. -defekte, die an den Seitenwänden bei dem Strukturieren der Funktionsschicht prozessbedingt entstehen, verringert werden, so dass relativ zum Zustand der Seitenwandoberflächen nach dem Strukturieren der Funktionsschicht gesehen nach dem Ausheilen glattere Seitenwandoberflächen vorliegen, bis hin zu einer möglicherweise vollständig glatten und/oder kristallfehlerfreien Seitenwand. Bevorzugt können die Seitenwandoberflächen nach dem Ausheilen eine Rauigkeit im Wesentlichen kleiner oder gleich 50nm haben, bevorzugt insbesondere im Wesentlichen kleiner oder gleich 30nm und besonders bevorzugt insbesondere im Wesentlichen kleiner oder gleich 10nm.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht bevorzugt bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 800°C ausgeführt werden. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Ausheilen von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht bei Temperaturen im Wesentlichen kleiner oder gleich 1400°C ausgeführt werden, insbesondere vorzugsweise bei Temperaturen im Wesentlichen kleiner oder gleich 1350°C. Bevorzugt sollten in einigen Ausführungsbeispielen die Temperaturen im Ausheilungsschritt bzw. bevorzugt im gesamten Herstellungsverfahren 1400°C, insbesondere bevorzugt 1350°C, nicht überschreiten, da der Schmelzpunkt von Silizium bei ca. 1410°C liegt, da die Substratschicht und/oder die Funktionsschicht typischerweise Silizium umfassen kann.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
  • Die ersten Schritte des Verfahrens gemäß 3 entsprechen hierbei beispielhaft den Schritten S101 bis S104 des Verfahrens gemäß 1 bzw. der beispielhaften Herstellungsabfolge (i) bis (v) gemäß 2A. Im Anschluss an 2A (v) zeigen die darauffolgenden 4A-4B beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 3.
  • Bezugnehmend auf 3 und 2A (i) bis (v) wird in einem beispielhaften Schritt S301 (z.B. analog zu S101 in 1) ein Schichtaufbau, der die Substratschicht 1 und die Funktionsschicht 3 umfasst, bereitgestellt. Im beispielhaften Schritt S302 (z.B. analog zu S102 in 1) wird die piezoelektrische Schicht 4 auf der Funktionsschicht 3 aufgebracht.
  • In Ausführungsbeispielen kann die Substratschicht 1 beispielsweise aus Silizium ausgebildet sein oder Silizium umfassen. In zweckmäßigen Ausführungsbeispielen 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 bereitgestellt werden, der bereits die Substratschicht 1 und beispielhaft auch die Funktionsschicht 3 und/oder die Zwischenschicht(en) 2 umfassen kann. SOI-Wafer können einen Handlingswafer umfassen, welcher z.B. aus kristallinem Bulk-Siliziumsubstrat bestehen kann, beispielhaft gefolgt von einer Zwischenschicht (typischerweise z.B. einem Siliziumoxid mit ca. 100 - 2000 nm), kann aber auch aus anderen bevorzugt dielektrischen Schichten bestehen, wie z.B. Siliziumnitrid, Silizium-Oxynitrid oder aber Aluminiumoxid. Insbesondere können verschiedene Zwischenschichten aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
  • Die Zwischenschicht 2 kann somit in Ausführungsbeispielen als Siliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, vorliegen oder zumindest Siliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, umfassen. Die Zwischenschicht 2 kann dann beispielsweise durch Nass- und/oder Trockenoxidation hergestellt werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Zwischenschicht 2 auch zusätzlich oder alternativ Siliziumnitrid (z.B. Si3N4), Aluminiumoxid (z.B. Al2O3) und/oder Silizium-Oxynitrid (z.B. SiON) umfassen.
  • Die Funktionsschicht 3 (engl. Device Layer) kann beispielsweise aus Silizium ausgebildet sein oder Silizium umfassen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Funktionsschicht 3 eine Schichtdicke von im Wesentlichen 5-300 µm haben. Die Funktionsschicht 3 kann in einigen Ausführungsbeispielen als reines kristallines Substrat vorliegen, insbesondere bevorzugt als Einkristall (z.B. SCS), oder in weiteren Ausführungsbeispielen mittels epitaktischer Abscheideverfahren, insbesondere in polykristalliner Form (Polykristall), aufgebracht werden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann zwischen der Funktionsschicht 3 und der piezoelektrischen Schicht 4 noch eine Elektrodenschicht vorgesehen sein, die eine die piezoelektrische Schicht von unten elektrisch kontaktierende Bodenelektrode, z.B. aus Metall (z.B. Molybdän), ausbilden kann.
  • Eine derartige beispielhafte Bodenelektrodenschicht unter der piezoelektrischen Schicht 4 kann in bevorzugten Ausführungsbeispielen hochtemperaturstabil ausgebildet sein, z.B. als dotiertes polykristallines Silizium. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Funktionsschicht 3 zumindest in den Bereichen der später strukturierten piezoelektrische Schicht 4 selbst dotiertes polykristallines Silizium umfassen oder aus dotiertem polykristallinen Silizium ausgebildet sein. In derartigen Ausführungsbeispielen kann die Funktionsschicht 3 einerseits die mechanisch wirksamen Elemente (z.B. Spiegelträgerelement und/oder Halte- und Federstruktur) ausbilden und zudem als hochtemperaturstabile Bodenelektrode für die piezoelektrische Schicht 4 dienen.
  • Die piezoelektrische Schicht 4 kann bevorzugt piezoelektrisches Material umfassen bzw. aus piezoelektrischem Material ausgebildet sein, das bevorzugt hohe piezoelektrische, pyroelektrische und/oder ferroelektrische Konstanten hat.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die piezoelektrische Schicht 4 beispielsweise Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN), Bleizirkonat-Titanat (PZT) und/oder Niob dotiertes PZT (PZT-Nb) umfassen. Die piezoelektrische Schicht 4 kann auch teilkristalline Polymerwerkstoffe wie PVDF (Polyvinylidenfluorid (CF2-CH2)n) umfassen.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S303 (z.B. analog zu S103 in 1) wird beispielhaft die piezoelektrische Schicht 4, die auf bzw. über der Funktionsschicht 3 aufgebracht ist, strukturiert, insbesondere bevorzugt mittels eines Nass- und/oder Trockenätzverfahrens.
  • Die stehenbleibenden Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 definieren in Ausführungsbeispielen 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 gehaltener Bauteile bzw. Elemente des MEMS.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S304 (z.B. analog zu S104 in 1) wird beispielhaft die dielektrische Schicht 5 aufgebracht. Die dielektrische Schicht 5 wird beispielhaft auf Bereichen der piezoelektrischen Schicht 4 aufgebracht und wird weiterhin beispielhaft auf Bereichen der Funktionsschicht 3 aufgebracht, die nach Strukturierung der piezoelektrischen Schicht 4 offen vorliegen.
  • Die dielektrische Schicht 5 kann beispielsweise Siliziumoxid, insbesondere SiO2, umfassen bzw. aus Siliziumoxid, insbesondere SiO2, ausgebildet sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die dielektrische Schicht 5 Siliziumnitrid (z.B. Si3N4) und/oder Aluminiumoxid (Al2O3), Oxinitrid und/oder Silizium-Oxynitrid (z.B. SiON) umfassen oder daraus ausgebildet sein.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die aufgebrachte dielektrische Schicht 5 in ausgewählten Bereichen geöffnet werden, z.B. durch Nass- und/oder Trockenätzen, beispielsweise um einen Bereich 5b bereitzustellen, der für ein späteres Bondpad vorgesehen sein kann. In einigen Ausführungsbeispielen kann die aufgebrachte dielektrische Schicht 5 auch über den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht 4 geöffnet oder teilgeöffnet werden.
  • Im Unterschied zu der Abfolge des Hintergrundbeispiels gemäß 1 wird im Verfahren gemäß 3 das Aufbringen der Elektrodenschicht beispielhaft vor dem Strukturieren der Funktionsschicht 3 noch nicht durchgeführt, um bevorzugt einen Ausheilungsschritt, der auf das Strukturieren der Funktionsschicht 3 folgen kann, bei Hochtemperaturen über ca. 700°C (d.h. bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C) bis möglicherweise ca. 1250°C (d.h. bei Temperaturen im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C) zu ermöglichen, dem eine bereits üblich aufgebrachte Elektrodenschicht, z.B. aus Aluminium (Schmelzpunkt bei ca. 660°C), nicht standhalten könnte.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S305 des Verfahrens gemäß 3 (z.B. analog zu Schritt S107 in 1) wird beispielhaft die dielektrischen Schicht 5 in Bereichen 5a zur Funktionsschicht 3 hin geöffnet. Dies sind insbesondere zu öffnende Bereiche 5a der dielektrischen Schicht 5, in denen die darunter liegende Funktionsschicht 3 zur Ausbildung der mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung strukturiert wird.
  • In einigen besonders zweckmäßigen Ausführungsbeispielen kann hierbei beispielhaft vorgesehen sein, dass die stehengebliebenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 vollständig von der dielektrischen Schicht 5 eingekapselt verbleiben (siehe z.B. 4A (v) und auch 6A (v)), d.h. die stehengebliebenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 sind bzw. verbleiben insbesondere bevorzugt beispielhaft vollständig zwischen der Funktionsschicht 3 und der dielektrischen Schicht 5 eingekapselt.
  • Dies hat den Vorteil, dass der Schichtaufbau ohne nachteilige Beeinträchtigung der eingekapselten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 dennoch Hochtemperaturprozessen (z.B. bei über ca. 700°C bis 1250°C) unterzogen werden können. Dies ermöglich beispielsweise vorteilhaft weitere Ausführungsbeispiele mit einem oder mehreren Ausheilungsschritten bei Hochtemperaturen größer oder gleich 700°C, wie z.B. die weiter unten beschriebenen Prozesse der Opferoxidation bei z.B. ca. 800°C-1250°C (siehe z.B. die beispielhafte Herstellungsabfolge gemäß 4A-4B) und/oder des Wasserstoff-Annealings z.B. bei ca. 1000°C-1250°C (siehe z.B. die beispielhafte Herstellungsabfolge gemäß 6A-6B).
  • Es wurde beispielweise erkannt, dass diese Einkapselung der strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4, z.B. mittels der dielektrischen Schicht, trotz der hohen Temperaturen im Ausheilungsschritt und trotz der chemisch aggressiven Medien (z.B. Sauerstoff bzw. Wasserstoff) die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 vorteilhaft schützt, so dass sogar nicht hochtemperaturstabile bzw. nicht so chemisch widerstandsfähige piezoelektrische Materialien, wie z.B. PZT, doch noch als (im Ausheilungsschritt eingekapseltes) piezoelektrisches Material weiterhin verwendet werden können. In Ausführungsbeispielen mit der Verwendung von hochtemperaturstabilen und/oder chemisch widerstandsfähigen piezoelektrischen Materialien ist es nicht erforderlich, die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 einzukapseln.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S306 des Verfahrens gemäß 3 (z.B. analog zu Schritt S108 in 1) wird beispielhaft die Funktionsschicht 3 in Bereichen 3a strukturiert, siehe auch 4A (v). Hierbei werden insbesondere die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in der Funktionsschicht 3 ausgebildet, bevorzugt durch Hochratenätzen bzw. reaktives Ionentiefenätzen (engl. Deep Reactive Ion Etching bzw. kurz DRIE).
  • Das Strukturieren der Funktionsschicht 3 umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen des aus der Funktionsschicht 3 gebildeten Spiegelträgerelements (unter der später aufgebrachten Spiegelschicht 6a, siehe z.B. 5) sowie die Haltestege (Federstruktur), die aus der Funktionsschicht 3 gebildet werden und als haltende Federstruktur wirken, und die das Spiegelträgerelement um eine, zwei oder mehrere Schwing- und/oder Torsionsachsen schwingbar halten können. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biege- 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 kann das reaktive Ionentiefenätzen zum Strukturieren der Funktionsschicht 3 beispielsweise unter der Verwendung einer Photolithographiemaske durchgeführt werden.
  • Das bereichsweise Öffnen der dielektrischen Schicht 5 kann separat vorher durchgeführt werden oder im gleichen Schritt unter Verwendung der gleichen Photolithographiemaske. Die Photolithographiemaske kann beispielhaft anschließend mittels eines Plasmas oder eines nasschemischen Verfahrens entfernt werden.
  • Im Allgemeinen können sämtliche Strukturierungsschritte der vorliegenden Offenbarung mittels Photolithographiemasken durchgeführt werden, die mittels eines Plasmas oder eines nasschemischen Verfahrens entfernt werden können.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S307 des Verfahrens gemäß 3 wird beispielhaft ein Ausheilungsschritt bei Hochtemperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C ausgeführt, um die Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3, die im Schritt S306 tiefengeätzt wurde, zu glätten und Ecken der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 abzurunden.
  • Der Ausheilungsschritt S307 kann in einigen Ausführungsbeispielen einen Schritt umfassen, in dem die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 bei Oxidationstemperaturen (z.B. Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 700°C, insbesondere im Wesentlichen größer oder gleich 800°C oder mehr, ggf. bevorzugt im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C) oxidiert werden; siehe z.B. die beispielhaft dargestellte Oxidationsschicht 11 in 4A (vi).
  • Beispielhaft wird in der Herstellungsabfolge gemäß 4A und 4B nachfolgend auf das Strukturieren S306 der Funktionsschicht 3 als Ausheilungsschritt gemäß S307 eine Opferoxidation durchgeführt (siehe z.B. 4A (vi)).
  • Durch diese Oxidation bzw. Opferoxidation in derartigen Ausführungsbeispielen des Ausheilungsschritts S307 können die beim Ätzen entstandenen Oberflächeneffekte bzw. Oberflächendefekte (z.B. Unebenheiten, wie z.B. ausgebildete Nasen, Wellen, sog. Scallops, als auch etwaige weitere Oberflächendefekte wie z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) auf den Seitenwänden der tiefengeätzten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 oxidiert werden.
  • Nach der Opferoxidation kann die Opferoxidationsschicht 11 in Ausführungsbeispielen des Ausheilungsschritts S307 bevorzugt selektiv entfernt werden und in derartigen Ausführungsbeispielen des Ausheilungsschritts S307 verbleiben nach selektivem Entfernen der Opferoxidationsschicht 11 vorteilhaft geglättete Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 mit reduzierten Unebenheiten der Seitenwände und abgerundeten Ecken; siehe z.B. 4A (vii).
  • Insbesondere können etwaige Ätzscallops als auch etwaige weitere Oberflächendefekte (z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) reduziert bzw. beseitigt werden, so dass sich geglättete Seitenwände ausbilden, bis hin zur vollständigen Umwandlung in eine vollständig glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwand. Zudem können die rechtwinkligen Strukturecken, die im Strukturieren der Funktionsschicht entstanden sind, abgerundet werden (runde bzw. abgerundete Strukturecken).
  • Der entsprechende Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, hat nach dem entsprechenden Ausheilungsschritt S307 vorteilhaft geglättete Seitenwände mit reduzierten Unebenheiten oder gar glatte und/oder kristallfehlerfreie (z.B. vollständig geglättete) Seitenwände und abgerundete Ecken an den strukturierten Bereichen und Gräben der Funktionsschicht, so dass Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere Federstruktur, die in der Funktionsschicht ausgebildet ist, signifikant erhöht werden können und das Auftreten frühzeitiger Brüche der Federstruktur erfolgreich reduziert werden kann. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S308 des Verfahrens gemäß 3 wird beispielhaft nach dem Ausheilungsschritt S307 die Elektrodenschicht 6 aufgebracht; siehe auch 4A (viii). Hierbei wird beispielhaft auch der Bereich 5b, der zuvor in der dielektrischen Schicht 5 geöffnet wurde, mit dem Material der Elektrodenschicht gefüllt, insbesondere zur Ausbildung eines Bondpads.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann hierbei ganzflächig eine Topelektrodenschicht 6 abgeschieden werden, z.B. aus Metall, insbesondere beispielsweise Aluminium. In weiteren Ausführungsbeispielen können auch hochtemperaturstabile Materialien, insbesondere z.B. hochtemperaturstabile Metalle, für die Elektrodenschicht verwendet werden. In derartigen Ausführungsbeispielen kann der Ausheilungsschritt auch nach dem Aufbringen und /oder Strukturieren der Elektrodenschicht und optional nach dem rückseitigen Öffnen des Schichtaufbaus, der bevorzugt hochtemperaturstabile und chemisch widerstandsfähige Materialien umfasst, erfolgen; siehe beispielsweise die weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäß 8 bis 10.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S309 des Verfahrens gemäß 3 wird beispielhaft die Elektrodenschicht 6, die auf bzw. über der dielektrischen Schicht 5 aufgebracht ist, strukturiert; siehe auch 4B (ix). Hierbei kann weiterhin beispielhaft in dem Bereich 5b, in dem die dielektrische Schicht 5 geöffnet wurde, mit dem Material der Elektrodenschicht 6 ein Bondpad 6b ausgebildet werden, das einen elektrischen Kontakt zu der Oberseite der Funktionsschicht 3 (und/oder in Ausführungsbeispielen zu einer Bodenelektrode, die mit der Unterseite der strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 elektrisch verbunden sein kann) bereitstellt.
  • Im beispielhaften Schritt S309 des Strukturierens der Elektrodenschicht 6 wird die gewünschte Struktur der oben liegenden Elektrode (Topelektrode) für die obere elektrische Kontaktierung der piezoelektrischen Schicht 4 ausgebildet. Weiterhin wird beispielhaft im Schritt S309 des Strukturierens der Elektrodenschicht 6 beispielhaft in der Mitte des Schichtaufbaus gemäß 4B (iv) mittels des Materials der Elektrodenschicht 6 ein Spiegel 6a (Spiegelschicht mit reflektierender Oberfläche) ausgebildet.
  • In derartigen Ausführungsbeispielen kann z.B. die Elektrodenschicht Metall, insbesondere Aluminium, umfassen, so dass die Oberfläche der Elektrodenschicht 6 bereits eine reflektierende Oberfläche hat und zur Ausbildung des Spiegels 6a geeignet ist. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen 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-Lithografie oder alternativ über einen Lift-Off-Prozess, in dem die Lithografie vor der Metallabscheidung erfolgt. Das Aufbringen der Elektrodenschicht kann in einigen Ausführungsbeispielen auch mittels einer Schattenmaskenabscheidung erfolgen.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen ist es möglich, eine nicht-reflektierende bzw. eine nicht-metallische Elektrodenschicht vorzusehen (z.B. dotiertes polykristallines Silizium), wobei dann eine weitere, beispielsweise metallische Spiegelschicht (z.B. als dünnschichtiger Metallfilm, z.B. mit einer Schichtdicke von im Wesentlichen größer oder gleich 100 nm und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 2000 nm) im Bereich der Schicht 6a aufgebracht werden kann. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material der metallischen Spiegelschicht hierbei 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).
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S310 des Verfahrens gemäß 3 (z.B. analog zu S109 in 1) wird beispielhaft der Schichtaufbau rückseitig geöffnet, um die Funktionsschicht 3 auf der Seite, die der piezoelektrischen Schicht 4 gegenüberliegt, freizulegen; siehe auch 4B (x), in der beispielhaft die Substratschicht 1 zur Zwischenschicht 2 hin rückseitig geöffnet wird (z.B. durch Hochratenätzen bzw. reaktives Ionentiefenätzen), und 4B (xi), in der beispielhaft die Zwischenschicht 2 zur Funktionsschicht 3 hin rückseitig geöffnet wird.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S311 des Verfahrens gemäß 3 (z.B. analog zu S110 in 1) wird beispielhaft der hergestellte Schichtaufbau in einer vakuumgepackten MEMS-Vorrichtung 200 gemäß 5 bereitgestellt. Hierbei wurde beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 7 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) und von unten mit einem Grundkörperelement 8 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen (z.B. Vakuumverkapselung). In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch anders geformte Abdeckelemente bzw. 3D-geformte Abdeckelemente möglich (z.B. eckig oder planar). 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).
  • 5 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer gemäß der beispielhaften Herstellungsabfolge der 4A-4B hergestellten MEMS-Vorrichtung 200. Folglich kann eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung 200 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner), die den hergestellten Schichtaufbau umfasst, mit piezoelektrisch auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 6a bereitgestellt werden, wobei der entsprechende Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung 200, die den Schichtaufbau umfasst, vorteilhaft geglättete bzw. glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwände und abgerundete Ecken an den strukturierten Bereichen und Gräben der Funktionsschicht hat, so dass Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der Federstruktur, die in der Funktionsschicht ausgebildet ist, signifikant erhöht werden können und das Auftreten frühzeitiger Brüche der Federstruktur erfolgreich reduziert werden kann. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • 6A-6B zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer weiteren beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 3. Folglich handelt es sich bei der beispielhaften Abfolge gemäß 6A-6B um eine weitere beispielhafte Ausführung des Verfahrens gemäß 3.
  • Die ersten Schritte des Verfahrens gemäß 3 entsprechen erneut beispielhaft den Schritten S101 bis S104 des Verfahrens gemäß 1 bzw. der beispielhaften Herstellungsabfolge (i) bis (v) gemäß 2A. Im Anschluss an 2A (v) illustrieren die 6A-6B die beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage weiterer Ausführungsbeispiele des Verfahrens gemäß 3.
  • Auch hier wird im Unterschied zu der Abfolge des Hintergrundbeispiels gemäß 1 im Verfahren gemäß 3 in Verbindung mit 6A-6B das Aufbringen der Elektrodenschicht beispielhaft vor dem Strukturieren der Funktionsschicht 3 noch nicht durchgeführt, um bevorzugt einen auf das Strukturieren der Funktionsschicht 3 folgenden Ausheilungsschritt bei Hochtemperaturen über im Wesentlichen größer oder gleich 700°C zu ermöglichen, dem eine bereits üblich aufgebrachte Elektrodenschicht, z.B. aus Aluminium, nicht standhalten könnte.
  • Im beispielhaften Schritt S306 des Verfahrens gemäß 3 (z.B. analog zu Schritt S108 in 1) wird auch in der Herstellungsabfolge gemäß 6A-6B beispielhaft die Funktionsschicht 3 in Bereichen 3a strukturiert, siehe 6A (v).
  • Hierbei werden erneut insbesondere die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in der Funktionsschicht ausgebildet, bevorzugt durch Hochratenätzen bzw. reaktives Ionentiefenätzen (engl. Deep Reactive Ion Etching bzw. kurz DRIE). Das Strukturieren der Funktionsschicht 3 umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen des Spiegelträgerelements unter der Spiegelschicht 6a, wobei das Spiegelträgerelement aus der Funktionsschicht 3 herausgebildet wird, sowie die Haltestege (Federstruktur), die aus der Funktionsschicht 3 herausgebildet werden können und als Federsystem wirken können, und die das Spiegelträgerelement um eine, zwei oder mehrere Schwing- und/oder Torsionsachsen schwingbar halten können. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biege- 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.
  • Des Weiteren sind sämtliche Beschreibungen zu den Schritten S301 bis S306 von weiter oben auch für die Herstellungsabfolge gemäß 6A-6B anwendbar.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S307 des Verfahrens gemäß 3 wird auch in der Herstellungsabfolge gemäß 6A-6B beispielhaft ein Ausheilungsschritt bei Hochtemperaturen über im Wesentlichen größer oder gleich 700°C ausgeführt, um die im Schritt S306 tiefengeätzten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 zu glätten und Ecken der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 abzurunden.
  • Der Ausheilungsschritt S307 kann in einigen Ausführungsbeispielen einen Schritt umfassen, in dem die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 1000°C und bevorzugt im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C einem Schritt des Wasserstoffglühens bzw. Wasserstoff-Annealings (engl. Hydrogen-Annealing) unterzogen wird (alternativ oder auch zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Opferoxidation).
  • Beispielhaft wird in der Herstellungsabfolge gemäß 6A und 6B nachfolgend auf das Strukturieren S306 der Funktionsschicht 3 als Ausheilungsschritt gemäß S307 die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 900°C, insbesondere im Wesentlichen größer oder gleich 1000°C, und bevorzugt im Wesentlichen kleiner oder gleich 1350°C, insbesondere im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C, einem Schritt des Wasserstoffglühens bzw. Wasserstoff-Annealings (engl. Hydrogen-Annealing) unterzogen (siehe z.B. 6A (vi)).
  • Nach dem Wasserstoff-Annealing in derartigen Ausführungsbeispielen des Ausheilungsschritts S307 verbleiben vorteilhaft geglättete Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 mit abgerundeten Ecken; siehe z.B. 6A (vi).
  • Durch das Wasserstoff-Annealing bzw. durch den Annealingschritt bilden sich an der Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 geglättete bzw. glatte Seitenwände und abgerundete Ecken aus. Insbesondere können etwaige Ätzscallops als auch etwaige weitere Oberflächendefekte (z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) reduziert bzw. beseitigt werden, so dass sich geglättete Seitenwände ausbilden, bis hin zur vollständigen Umwandlung in eine vollständig glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwand. Zudem können die rechtwinkligen Strukturecken, die im Strukturieren der Funktionsschicht entstanden sind, abgerundet werden (runde bzw. abgerundete Stru ktu recken).
  • Der entsprechende Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, hat nach dem entsprechenden Ausheilungsschritt S307 vorteilhaft geglättete bzw. glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwände und abgerundete Ecken an den strukturierten Bereichen und Gräben der Funktionsschicht, so dass Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der Federstruktur, die in der Funktionsschicht ausgebildet ist, signifikant erhöht werden können und das Auftreten frühzeitiger Brüche der Federstruktur erfolgreich reduziert werden kann. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • Im beispielhaften Schritt S308 des Verfahrens gemäß 3 wird beispielhaft nach dem Ausheilungsschritt S307 die Elektrodenschicht 6 aufgebracht; siehe auch 6A (vii). Hierbei wird beispielhaft auch der zuvor in der dielektrischen Schicht 5 geöffnete Bereich 5b mit dem Material der Elektrodenschicht gefüllt, insbesondere beispielhaft zur Ausbildung eines Bondpads.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann hierbei ganzflächig eine Elektrodenschicht 6 (Topelektrodenschicht) abgeschieden werden, z.B. aus Metall, insbesondere beispielsweise Aluminium. In weiteren Ausführungsbeispielen können auch hochtemperaturstabile Materialien, insbesondere z.B. hochtemperaturstabile Metalle, für die Elektrodenschicht verwendet werden. In derartigen Ausführungsbeispielen kann der Ausheilungsschritt auch nach dem Aufbringen und /oder Strukturieren der Elektrodenschicht und optional dann auch nach dem rückseitigen Öffnen des Schichtaufbaus, der bevorzugt hochtemperaturstabile und chemisch widerstandsfähige Materialien umfasst, erfolgen; siehe beispielsweise die weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäß 8 bis 10.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S309 des Verfahrens gemäß 3 wird beispielhaft die Elektrodenschicht 6, die auf bzw. über der dielektrischen Schicht 5 aufgebracht ist, strukturiert; siehe auch 6B (viii). Hierbei wird beispielhaft in dem Bereich 5b, der in der dielektrischen Schicht 5 geöffnet ist, mit dem Material der Elektrodenschicht ein Bondpad 6b ausgebildet, das einen elektrischen Kontakt zu der Oberseite der Funktionsschicht 3 bereitstellen kann.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S310 des Verfahrens gemäß 3 (z.B. analog zu S109 in 1) wird beispielhaft der Schichtaufbau rückseitig geöffnet, um die Funktionsschicht 3 auf Seite, die der piezoelektrischen Schicht 4 gegenüberliegt, freizulegen; siehe auch 6B (ix), in der beispielhaft die Substratschicht 1 zur Zwischenschicht 2 hin rückseitig geöffnet wird, und 6B (x), in der beispielhaft die Zwischenschicht 2 zur Funktionsschicht 3 hin rückseitig geöffnet wird.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S311 des Verfahrens gemäß 3 (z.B. analog zu S110 in 1) wird beispielhaft der hergestellte Schichtaufbau in einer vakuumgepackten MEMS-Vorrichtung 300 gemäß 6 bereitgestellt. Hierbei wurde beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 7 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) hermetisch abgeschlossen (siehe z.B. 6B (xi)) und von unten mit einem Grundkörperelement 8 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen (z.B. Vakuumverkapselung). In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch anders geformte Abdeckelemente bzw. 3D-geformte Abdeckelemente möglich (z.B. eckig oder planar). 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).
  • Des Weiteren sind sämtliche Beschreibungen zu den Schritten S308 bis S311 von weiter oben auch für die Herstellungsabfolge gemäß 6A-6B anwendbar.
  • 7 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung 300, die gemäß der beispielhaften Herstellungsabfolge der 6A-6B hergestellt werden kann. Folglich kann eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung 300 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner), die den hergestellten Schichtaufbau umfasst, mit piezoelektrisch auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 6a bereitgestellt werden, wobei der entsprechende Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung 300, die den Schichtaufbau umfasst, vorteilhaft geglättete bzw. glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwände und abgerundete Ecken an den strukturierten Bereichen und Gräben der Funktionsschicht hat, so dass Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der Federstruktur, die in der Funktionsschicht ausgebildet ist, signifikant erhöht werden können und das Auftreten frühzeitiger Brüche der Federstruktur erfolgreich reduziert werden kann. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • 8 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. 9A-9B zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 8.
  • Die ersten Schritte des Verfahrens gemäß 8 entsprechen jedoch zunächst beispielhaft erneut den Schritten S101 bis S104 des Verfahrens gemäß 1 bzw. der beispielhaften Herstellungsabfolge (i) bis (v) gemäß 2A. Im Anschluss an 2A (v) zeigen die darauffolgenden 9A-9B beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 8.
  • Bezugnehmend auf 8 und 2A (i) bis (v) wird in einem beispielhaften Schritt S801 (z.B. analog zu S101 in 1) ein Schichtaufbau bereitgestellt, der beispielhaft bereits die Substratschicht 1 und die Funktionsschicht 3 umfasst. Im beispielhaften Schritt S802 (z.B. analog zu S102 in 1) wird die piezoelektrische Schicht 4 auf der Funktionsschicht 3 aufgebracht. Im weiteren beispielhaften Schritt S803 (z.B. analog zu S103 in 1) wird beispielhaft die piezoelektrische Schicht 4, die auf bzw. über der Funktionsschicht 3 aufgebracht ist, strukturiert.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S804 (z.B. analog zu S104 in 1) wird beispielhaft die dielektrische Schicht 5 aufgebracht. Die dielektrische Schicht 5 wird beispielhaft auf Bereichen der piezoelektrischen Schicht 4 aufgebracht und wird weiterhin beispielhaft auf Bereichen der Funktionsschicht 3, die nach Strukturierung der piezoelektrischen Schicht 4 geöffnet sind, aufgebracht. In einigen Ausführungsbeispielen kann die aufgebrachte dielektrische Schicht 5 in ausgewählten Bereichen geöffnet werden, beispielsweise um einen für ein späteres Bondpad vorgesehenen Bereich 5b bereitzustellen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die aufgebrachte dielektrische Schicht 5 auch über den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht 4 geöffnet oder teilgeöffnet werden.
  • Des Weiteren sind sämtliche Beschreibungen zu den Schritten S301 bis S304 von weiter oben beispielhaft auch für die Herstellungsabfolge gemäß 9A-9B im Zusammenhang mit den Schritten S801 bis S804 gemäß 8 anwendbar.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S805 des Verfahrens gemäß 1 wird beispielhaft eine Elektrodenschicht 9 auf der dielektrischen Schicht 5, die optional zuvor in Bereichen geöffnet werden kann, aufgebracht; siehe auch 9A (v).
  • Hierbei wird im Unterschied zu der Abfolge des Hintergrundbeispiels gemäß 1 im Schritt S805 bei dem Aufbringen der Elektrodenschicht 9 ein hochtemperaturstabiles, elektrisch leitendes Material verwendet. In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann (statt z.B. Aluminium der Elektrodenschicht 6 in 2A bis 2C) ein hochtemperaturstabiles Material verwendet werden, das Temperaturen über im Wesentlichen größer oder gleich 700°C standhalten kann, in weiteren Ausführungsbeispielen bevorzugt im Wesentlichen größer oder gleich 800°C und bevorzugt größer oder gleich 1000°C standhalten kann, und in weiteren Ausführungsbeispielen besonders bevorzugt im Wesentlichen größer oder gleich 1250°C standhalten kann.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen kann beispielsweise eine leitfähige Siliziumschicht als hochtemperaturstabiles Material der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht 9 verwendet werden (z.B. durch Physikalische Gasphasenabscheidung bzw. engl. Physical Vapour Deposition, PVD, abgeschieden, durch Chemische Gasphasenabscheidung bzw. engl. Chemical Vapour Deposition, CVD, abgeschieden bzw. durch plasma-unterstützte Chemische Gasphasenabscheidung bzw. engl. plasma-enhanced Chemical, Vapour Deposition PECVD, etc.). Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung eines dotierten Polysiliziums als (nicht-metallisches) hochtemperaturstabiles Material der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht 9.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen kann alternativ oder zusätzlich beispielsweise ein hochtemperaturstabiles Metall als Material der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht 9 verwendet werden (z.B. Molybdän, Platin, Wolfram, Wolframtitan bzw. WTi, Wolframcarbid bzw. WC, etc.).
  • Derartige hochtemperaturstabile Materialien zur Verwendung als Material der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht 9 ermöglichen es, dass der Schichtaufbau weiterhin kompatibel mit einer hochtemperaturstabilen Prozesssequenz bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C bzw. im Wesentlichen größer oder gleich 800°C ist, wobei insbesondere die bereits aufgebrachte Elektrodenschicht 9 auch einem späteren Ausheilungsschritt (z.B. Opferoxidation und/oder Wasserstoff-Annealing gemäß der vorstehenden Ausführungsbeispiele) bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C, insbesondere zwischen im Wesentlichen 700°C und 1250°C, standhalten kann.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S806 des Verfahrens gemäß 8 (z.B. analog zu S106 in 1) wird beispielhaft die Elektrodenschicht 9, die auf bzw. über der dielektrischen Schicht 5 aufgebracht ist, strukturiert; siehe auch 9A (vi). Im beispielhaften Schritt S806 des Strukturierens der Elektrodenschicht 9 kann die gewünschte Struktur der oben liegenden Elektrode (Topelektrode) für die Ansteuerung der piezoelektrischen Schicht 4 ausgebildet werden.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S807 des Verfahrens gemäß 8 (z.B. analog zu S107 in 1) wird beispielhaft die dielektrischen Schicht 5 in Bereichen 5a zur Funktionsschicht 3 hin geöffnet, siehe auch 9A (vii). Dies sind insbesondere zu öffnende Bereiche 5a der dielektrischen Schicht 5, in denen die darunter liegende Funktionsschicht 3 zur Ausbildung der mechanisch wirksamen Strukturen (z.B. der Federstruktur) der MEMS-Vorrichtung strukturiert wird.
  • Auch hier ist in einigen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass die stehengebliebenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 vollständig von der dielektrischen Schicht 5 eingekapselt verbleiben (siehe z.B. 9A (vii)), d.h. die stehengebliebenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 sind bzw. verbleiben insbesondere bevorzugt beispielhaft vollständig zwischen der Funktionsschicht 3 und der dielektrischen Schicht 5 eingekapselt. Dies hat den Vorteil, dass der Schichtaufbau ohne Beeinträchtigung der eingekapselten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 dennoch Hochtemperaturprozessen bei im Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C, z.B. bei über ca. 700°C bis 1250°C, unterzogen werden können. Dies ermöglich beispielsweise weitere Ausheilungsschritte wie z.B. die weiter unten beschriebenen Prozesse der Opferoxidation (bei z.B. ca. 800°C-1250°C) und/oder des Wasserstoff-Annealings (bei z.B. ca. 1000°C-1250°C), selbst wenn unter der Einkapselung weniger hochtemperaturstabile und/oder weniger chemisch widerstandsfähige Materialien verwendet werden (z.B. für eine etwaige Bodenelektrode und/oder für die piezoelektrische Schicht).
  • Diese Einkapselung der strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4, z.B. mittels der dielektrischen Schicht, vermag es, trotz der hohen Temperaturen im Ausheilungsschritt die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 und trotz der chemisch aggressiven Medien (z.B. Sauerstoff bzw. Wasserstoff) vorteilhaft zu schützen, so dass sogar nicht hochtemperaturstabile bzw. nicht so chemisch widerstandsfähige piezoelektrische Materialien, wie z.B. PZT, doch noch als (im Ausheilungsschritt eingekapseltes) piezoelektrisches Material weiterhin verwendet werden können. In Ausführungsbeispielen mit der Verwendung von hochtemperaturstabilen und/oder chemisch widerstandsfähigen piezoelektrischen Materialien ist es nicht erforderlich, die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 einzukapseln.
  • Zusätzlich oder alternativ zur Einkapselung der piezoelektrischen Schicht 4, z.B. mittels der dielektrischen Schicht bzw. mit einkapselnden Bereichen der dielektrischen Schicht, kann auch die hochtemperaturstabile Elektrodenschicht 9 dazu verwendet werden, die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 einzukapseln. Hierzu kann es in einigen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass die stehengebliebenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 vollständig von der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht 9 eingekapselt werden bzw. verbleiben, d.h. die stehengebliebenen Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 sind bzw. verbleiben insbesondere bevorzugt beispielhaft vollständig zwischen der Funktionsschicht 3 und der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht 9 (optional mit dazwischenliegender oder bereichsweise dazwischenliegender dielektrischer Schicht 5) eingekapselt.
  • Auch dies hat den Vorteil, dass der Schichtaufbau ohne Beeinträchtigung der eingekapselten Bereiche der piezoelektrischen Schicht 4 dennoch Hochtemperaturprozessen bei im Wesentlichen größer oder gleich 700°C, z.B. bei über ca. 700°C bis 1250°C, unterzogen werden kann, wobei insbesondere auch etwaige weniger chemisch widerstandsfähigen piezoelektrischen Materialien durch die Einkapselung von aggressiven Medien, wie z.B. Sauerstoff (z.B. in einem Ausheilungsschritt mit Opferoxidation) und/oder Wasserstoff (z.B. in einem Ausheilungsschritt mit Wasserstoff-Annealing), geschützt werden können.
  • Dies ermöglich beispielsweise weitere Ausheilungsschritte wie z.B. die weiter unten beschriebenen Prozesse der Opferoxidation (bei z.B. ca. 800°C-1250°C) und/oder des Wasserstoff-Annealings (bei z.B. ca. 1000°C-1250°C), selbst wenn unter der Einkapselung weniger hochtemperaturstabile und/oder weniger chemisch widerstandsfähige Materialien verwendet werden (z.B. für eine etwaige Bodenelektrode und/oder für die piezoelektrische Schicht).
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S808 des Verfahrens gemäß 8 (z.B. analog zu S108 in 1) wird beispielhaft die Funktionsschicht 3 in Bereichen 3a strukturiert, siehe auch 9A (viii).
  • Hierbei werden erneut insbesondere die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in der Funktionsschicht ausgebildet, bevorzugt durch Hochratenätzen bzw. reaktives Ionentiefenätzen (engl. Deep Reactive Ion Etching bzw. kurz DRIE). Das Strukturieren der Funktionsschicht 3 umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen des Spiegelträgerelements, das aus der Funktionsschicht 3 herausgebildet wird, sowie die Haltestege (Federstruktur), die aus der Funktionsschicht 3 herausgebildet werden und als Federsystem wirken, und die das Spiegelträgerelement um eine, zwei oder mehrere Schwing- und/oder Torsionsachsen schwingbar halten können. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biege- 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.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S809 des Verfahrens gemäß 8 (z.B. analog S307 in 3) wird auch in der Herstellungsabfolge gemäß 6A-6B beispielhaft ein Ausheilungsschritt bei Hochtemperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C ausgeführt, insbesondere um die im Schritt S808 tiefengeätzten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 zu glätten und Ecken der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 abzurunden.
  • Der Ausheilungsschritt S809 kann in einigen Ausführungsbeispielen einen Schritt umfassen, in dem die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 700°C, bevorzugt bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 800°C (z.B. bei ca. 800°C-1250°C) oxidiert werden. Beispielhaft kann nach dem Strukturieren S808 der Funktionsschicht 3 als Ausheilungsschritt gemäß S809 eine Opferoxidation durchgeführt werden.
  • Durch diese Oxidation können die beim Ätzen entstandenen Oberflächeneffekte (z.B. Unebenheiten, wie z.B. ausgebildete Nasen, Wellen, sog. Scallops, als auch etwaige weitere Oberflächendefekte wie z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) auf den Seitenwänden der tiefengeätzten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 oxidiert werden.
  • Nach der Opferoxidation kann die Opferoxidationsschicht 11 bevorzugt selektiv entfernt werden und insbesondere können etwaige Ätzscallops als auch etwaige Oberflächendefekte (z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) reduziert bzw. beseitigt werden, so dass sich geglättete Seitenwände ausbilden, bis hin zur vollständigen Umwandlung in eine vollständig glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwand.
  • Zudem können die rechtwinkligen Strukturecken, die im Strukturieren der Funktionsschicht entstanden sind, abgerundet werden (runde bzw. abgerundete Strukturecken). In derartigen Ausführungsbeispielen des Ausheilungsschritts S809 verbleiben nach selektivem Entfernen der Opferoxidationsschicht 11 folglich vorteilhaft geglättete Seitenwände und abgerundete Strukturecken der Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3; siehe z.B. 9B (ix).
  • Der Ausheilungsschritt S809 kann in einigen Ausführungsbeispielen (alternativ oder zusätzlich zu der Oberflächenoxidation) auch wieder einen Schritt umfassen, in dem die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3, z.B. bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 1000°C, z.B. von ca. 1000°C bis 1250°C, einem Schritt des Wasserstoffglühens (engl. Hydrogen-Annealing) unterzogen wird. Beispielhaft kann somit nach dem Strukturieren S808 der Funktionsschicht 3 als Ausheilungsschritt gemäß S809 die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3, bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 1000°C, z.B. von ca. 1000°C bis 1250°C, einem Schritt des Wasserstoffglühens (engl. Hydrogen-Annealing) unterzogen werden.
  • Durch das Wasserstoff-Annealing bzw. durch den Annealingschritt bilden sich an der Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 glatte Seitenwände und abgerundete Ecken aus. Insbesondere können etwaige Ätzscallops als auch etwaige Oberflächendefekte (z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) reduziert bzw. beseitigt werden, so dass sich geglättete Seitenwände ausbilden, bis hin zur vollständigen Umwandlung in eine vollständig glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwand; siehe z.B. 9B (ix).
  • Durch das Ausheilen mittels Oxidation bzw. Opferoxidation und/oder mittels des Wasserstoff-Annealings können in derartigen Ausführungsbeispielen des Ausheilungsschritts S809 die beim Ätzen entstandenen Oberflächeneffekte bzw. Oberflächendefekte (z.B. ausgebildete Nasen, Wellen, sog. Scallops, etc.) auf den Seitenwänden der tiefengeätzten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 geglättet werden (analog S307 gemäß 3).
  • Insbesondere können etwaige Ätzscallops als auch etwaige weitere Oberflächendefekte (z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) reduziert bzw. beseitigt werden, so dass sich geglättete Seitenwände ausbilden, bis hin zur vollständigen Umwandlung in eine vollständig glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwand. Zudem können die rechtwinkligen Strukturecken, die im Strukturieren der Funktionsschicht entstanden sind, abgerundet werden (runde bzw. abgerundete Strukturecken). Nach dem Ausheilungsschritt S809 verbleiben folglich vorteilhaft geglättete Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 mit abgerundeten Ecken; siehe z.B. 9A (ix).
  • Der entsprechende Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, hat nach dem entsprechenden Ausheilungsschritt S809 vorteilhaft geglättete bzw. glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwände und abgerundete Ecken an den strukturierten Bereichen und Gräben der Funktionsschicht, so dass Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der in der Funktionsschicht ausgebildeten Federstruktur signifikant erhöht werden können und das Auftreten frühzeitiger Brüche der Federstruktur erfolgreich reduziert werden kann. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden
  • Weiterhin kann es zweckmäßig sein, insbesondere wenn eine elektrisch leitende silizium-basierte Elektrodenschicht 9 in Schritt S806 aufgebracht wurde, dass auf dem Spiegelträgerelement der Funktionsschicht 3, das im Schritt S806 ausgebildet wird, auf den Ausheilungsschritt S809 folgend noch eine Spiegelschicht ausgebildet wird.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren gemäß 8 daher beispielhaft einen weiteren Schritt S810 des Aufbringens einer Spiegelschicht 10 zur Ausbildung des Spiegels 10a auf dem Spiegelträgerelement der Funktionsschicht 3 umfassen; siehe beispielsweise auch 9B (x).
  • Hierbei kann auch wieder ein einfaches Metall, wie z.B. Aluminium, verwendet werden. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material der metallischen Spiegelschicht hierbei 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). Bei Verwendung eines leitfähigen Materials kann dieses beispielhaft zudem zur Ausbildung des Bondpads 10b verwendet werden; siehe beispielsweise auch 9B (x).
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S811 des Verfahrens gemäß 8 (z.B. analog zu S109 in 1) wird beispielhaft der Schichtaufbau rückseitig geöffnet, insbesondere um die Funktionsschicht 3 auf der Seite, die der piezoelektrischen Schicht 4 gegenüberliegt, freizulegen; siehe auch 9B (xi), in der beispielhaft die Substratschicht 1 und die Zwischenschicht 2 zur Funktionsschicht 3 hin rückseitig geöffnet wird.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S812 des Verfahrens gemäß 8 (z.B. analog zu S110 in 1) wird beispielhaft der hergestellte Schichtaufbau in einer vakuumgepackten MEMS-Vorrichtung 400 gemäß 10 bereitgestellt. Hierbei wurde beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 7 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) hermetisch abgeschlossen und von unten mit einem Grundkörperelement 8 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen (z.B. Vakuumverkapselung).
  • In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch anders geformte Abdeckelemente bzw. 3D-geformte Abdeckelemente möglich (z.B. eckig oder planar). 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).
  • 10 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung 400, die gemäß der beispielhaften Herstellungsabfolge der 9A-9B hergestellt ist. Folglich kann eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung 400 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner) bereitgestellt werden, die den hergestellten Schichtaufbau umfasst, z.B. mit piezoelektrisch auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 10a, wobei der entsprechende Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung 400, die den Schichtaufbau umfasst, vorteilhaft geglättete bzw. glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwände und abgerundete Ecken an den strukturierten Bereichen und Gräben der Funktionsschicht hat, so dass Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der Federstruktur, die in der Funktionsschicht herausgebildet ist, signifikant erhöht werden können und das Auftreten frühzeitiger Brüche der Federstruktur erfolgreich reduziert werden kann. Im Vergleich zu Verfahren im Stand der Technik ohne Ausheilungsschritt können gemäß Ausführungsbeispielen mit Ausheilungsschritt die Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der in der Funktionsschicht ausgebildeten Federstruktur mindestens verdoppelt werden, bzw. sogar verfünffacht bzw. verzehnfacht werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • 11 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagram eines Verfahrens zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
  • Die ersten Schritte des Verfahrens gemäß 11 entsprechen jedoch zunächst beispielhaft erneut den Schritten S101 bis S103 des Verfahrens gemäß 1.
  • 12A-12B zeigen beispielhafte Schnittdarstellungen des Schichtaufbaus während des Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Herstellungsabfolge auf Grundlage des Verfahrens gemäß 11.
  • Bezugnehmend auf 11 und 12A (i) bis (iii) wird in einem beispielhaften Schritt S1101 (z.B. analog zu S101 in 1) der Schichtaufbau bereitgestellt, der beispielhaft die Substratschicht 1 und die Funktionsschicht 3 umfasst. Im beispielhaften Schritt S1102 (z.B. analog zu S102 in 1) wird die piezoelektrische Schicht 4 auf der Funktionsschicht 3 aufgebracht. Im weiteren beispielhaften Schritt S1103 (z.B. analog zu S103 in 1) wird beispielhaft die piezoelektrische Schicht 4, die auf bzw. über der Funktionsschicht 3 aufgebracht ist, strukturiert.
  • Des Weiteren sind sämtliche Beschreibungen zu den Schritten S301 bis S303 von weiter oben beispielhaft auch für die Herstellungsabfolge gemäß 12A-12C im Zusammenhang mit den Schritten S1101 bis S1104 gemäß 11 anwendbar.
  • Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird nun gemäß einigen Ausführungsbeispielen gemäß 11 vor Aufbringen der dielektrischen Schicht 5 direkt die Funktionsschicht 3 strukturiert (Schritt S1104 der 11) und dann erfolgt beispielhaft der Ausheilungsschritt S1105 in einem Zustand des Schichtaufbaus, in dem bei strukturierte Bereichen der piezoelektrischen Schicht 4 nach oben offen vorliegen.
  • Demzufolge kann bevorzugt in derartigen Ausführungsbeispielen im Schritt S1102 eine piezoelektrische Schicht 4 aus einem hochtemperaturstabilen und/oder chemisch widerstandsfähigen piezoelektrischen Material aufgebracht werden. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die hochtemperaturstabile und/oder chemisch widerstandsfähige piezoelektrische Schicht 4 beispielsweise Aluminiumnitrid (AlN) und/oder Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN) umfassen.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S1104 des Verfahrens gemäß 11 (z.B. analog zu Schritt S108 in 1) wird beispielhaft die Funktionsschicht 3 in Bereichen 3a strukturiert, siehe auch 12A (iii). Hierbei werden insbesondere die mechanisch wirksamen Strukturen der MEMS-Vorrichtung in der Funktionsschicht ausgebildet, bevorzugt durch Hochratenätzen bzw. reaktives Ionentiefenätzen (engl. Deep Reactive Ion Etching bzw. kurz DRIE).
  • Das Strukturieren der Funktionsschicht 3 umfasst beispielsweise das Ausbilden bzw. Freilegen des Spiegelträgerelements (unter der später aufgebrachten Spiegelschicht 6a, siehe z.B. 13), das aus der Funktionsschicht 3 beispielhaft herausgebildet wird, sowie die Haltestege (Federstruktur), die aus der Funktionsschicht 3 beispielhaft herausgebildet werden und als haltende Federstruktur wirken können, , und die das Spiegelträgerelement um eine, zwei oder mehrere Schwing- und/oder Torsionsachsen schwingbar halten können. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Federstruktur Federn, insbesondere bevorzugt Biege- 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 kann das reaktive Ionentiefenätzen zum Strukturieren der Funktionsschicht 3 beispielsweise unter der Verwendung einer Photolithographiemaske durchgeführt werden.
  • Im weiteren beispielhaften Schritt S1105 des Verfahrens gemäß 11 (z.B. analog S307 in 3) wird auch in der Herstellungsabfolge gemäß 12A-12C beispielhaft ein Ausheilungsschritt bei Hochtemperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C ausgeführt, insbesondere um die im Schritt S1104 tiefengeätzten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 zu glätten und Ecken der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 abzurunden.
  • Der Ausheilungsschritt S1105 kann in einigen Ausführungsbeispielen einen Schritt umfassen, in dem die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 700°C, bevorzugt bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 800°C (z.B. bei ca. 800°C bis 1250°C) oxidiert werden. Beispielhaft kann nach dem Strukturieren S1104 der Funktionsschicht 3 als Ausheilungsschritt gemäß S1105 eine Opferoxidation durchgeführt werden.
  • Durch diese Oxidation können die beim Ätzen entstandenen Oberflächeneffekte (z.B. Unebenheiten, wie z.B. ausgebildete Nasen, Wellen, sog. Scallops, als auch etwaige weitere Oberflächendefekte wie z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) auf den Seitenwänden der tiefengeätzten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 oxidiert werden. Nach der Opferoxidation kann die Opferoxidationsschicht bevorzugt selektiv entfernt werden und insbesondere können etwaige Ätzscallops als auch etwaige Oberflächendefekte (z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) reduziert bzw. beseitigt werden, so dass sich geglättete Seitenwände ausbilden, bis hin zur vollständigen Umwandlung in eine vollständig glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwand. Zudem können die rechtwinkligen Strukturecken, die im Strukturieren der Funktionsschicht entstanden sind, abgerundet werden (runde bzw. abgerundete Strukturecken). In derartigen Ausführungsbeispielen des Ausheilungsschritts S1105 verbleiben nach selektivem Entfernen der Opferoxidationsschicht 11 folglich vorteilhaft geglättete Seitenwände und abgerundete Strukturecken der Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3; siehe z.B. 12A (iv).
  • Der Ausheilungsschritt S1105 kann in einigen Ausführungsbeispielen (alternativ oder zusätzlich zu der Oberflächenoxidation) auch wieder einen Schritt umfassen, in dem die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3, z.B. bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 1000°C, z.B. von ca. 1000°C bis 1250°C, einem Schritt des Wasserstoffglühens (engl. Hydrogen-Annealing) unterzogen wird. Beispielhaft kann somit nach dem Strukturieren S1104 der Funktionsschicht 3 als Ausheilungsschritt gemäß S1105 die Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3, z.B. bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 1000°C, z.B. von ca. 1000°C bis 1250°C, einem Schritt des Wasserstoffglühens (engl. Hydrogen-Annealing) unterzogen werden.
  • Durch das Wasserstoff-Annealing bzw. durch den Annealingschritt bilden sich an der Oberfläche der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 glatte Seitenwände und abgerundete Ecken aus. Insbesondere können etwaige Ätzscallops als auch etwaige Oberflächendefekte (z.B. Kristalldefekte, Anätzungen, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) reduziert bzw. beseitigt werden, so dass sich geglättete Seitenwände ausbilden, bis hin zur vollständigen Umwandlung in eine vollständig glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwand; siehe z.B. 12A (iv).
  • Durch das Ausheilen mittels Oxidation bzw. Opferoxidation und/oder mittels des Wasserstoff-Annealings können in derartigen Ausführungsbeispielen des Ausheilungsschritts S1105 die beim Ätzen entstandenen Oberflächeneffekte bzw. Oberflächendefekte (z.B. Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, oder auch ausgebildete Nasen, Wellen, sog. Scallops, etc.) auf den Seitenwänden der tiefengeätzten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 geglättet werden (analog S307 gemäß 3). Nach dem Ausheilungsschritt S1105 verbleiben vorteilhaft geglättete Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 mit abgerundeten Ecken; siehe z.B. 12A (iv).
  • Der entsprechende Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, hat nach dem entsprechenden Ausheilungsschritt S1105 vorteilhaft geglättete bzw. glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwände und abgerundete Ecken an den strukturierten Bereichen und Gräben der Funktionsschicht, so dass Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der in der Funktionsschicht ausgebildeten Federstruktur signifikant erhöht werden können und das Auftreten frühzeitiger Brüche der Federstruktur erfolgreich reduziert werden kann. Im Vergleich zu Verfahren im Stand der Technik ohne Ausheilungsschritt können gemäß Ausführungsbeispielen mit Ausheilungsschritt die Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der in der Funktionsschicht ausgebildeten Federstruktur mindestens verdoppelt werden, bzw. sogar verfünffacht bzw. verzehnfacht werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S1106 des Verfahrens gemäß 11 wird beispielhaft eine dielektrische Schicht 5 aufgebracht; siehe auch 12B (v). Die dielektrische Schicht 5 wird gemäß 12B (v) beispielhaft auf Bereichen der piezoelektrischen Schicht 4 aufgebracht und weiterhin beispielhaft auf Bereichen der Funktionsschicht 3, die nach Strukturierung der piezoelektrischen Schicht 4 offen vorliegen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann die aufgebrachte dielektrische Schicht 5 in ausgewählten Bereichen geöffnet werden (Schritt S1107 gemäß 11). Gemäß 12B (vi) ist beispielsweise im Bereich 5b die dielektrische Schicht 5 zur Funktionsschicht 3 hin geöffnet, um einen Bereich 5b bereitzustellen, der für ein späteres Bondpad vorgesehen sein kann. In einigen Ausführungsbeispielen kann die aufgebrachte dielektrische Schicht 5 auch über den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht 4 geöffnet oder teilgeöffnet werden.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S1108 des Verfahrens beispielhaft eine Elektrodenschicht 6 auf der dielektrischen Schicht 5, die optional zuvor in Bereichen geöffnet wurde, aufgebracht; siehe auch 12B (vii). Hierbei wird beispielhaft auch der Bereich 5b, der zuvor in der dielektrischen Schicht 5 geöffnet wurde, insbesondere zur Ausbildung eines Bondpads, und geöffneten Bereiche 3a der Gräben der Funktionsschicht 3 mit dem Material der Elektrodenschicht 6 zumindest teilweise gefüllt.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S1109 des Verfahrens gemäß 11 wird beispielhaft die Elektrodenschicht 6, die auf bzw. über der dielektrischen Schicht 5 aufgebracht ist, strukturiert; siehe auch 12B (viii). Hierbei wird in dem Bereich 5b, der in der dielektrischen Schicht 5 geöffnet ist, mit dem Material der Elektrodenschicht ein Bondpad 6b ausgebildet, das einen elektrischen Kontakt zu der Oberseite der Funktionsschicht 3 bereitstellt. Zudem kann etwaiges Material der Elektrodenschicht 6 wieder aus den geöffneten Bereichen 3a der Gräben der Funktionsschicht 3 entfernt werden.
  • Im beispielhaften Schritt S1109 des Strukturierens der Elektrodenschicht 6 wird die gewünschte Struktur der oben liegenden Elektrode (Topelektrode) für die obere elektrische Kontaktierung der piezoelektrischen Schicht 4 ausgebildet. Weiterhin wird beispielhaft im Schritt S1109 des Strukturierens der Elektrodenschicht 6, z.B. in der Mitte des Schichtaufbaus, gemäß 12B (viii) mittels des Materials der Elektrodenschicht 6 ein Spiegel 6a (Spiegelschicht mit reflektierender Oberfläche) ausgebildet.
  • In derartigen Beispielen kann z.B. die Elektrodenschicht Metall, insbesondere Aluminium, umfassen, so dass die Oberfläche der Elektrodenschicht 6 bereits eine reflektierende Oberfläche hat und zur Ausbildung des Spiegels 6a geeignet ist. In weiteren Beispielen ist es möglich, eine nicht-reflektierende bzw. eine nicht-metallische Elektrodenschicht vorzusehen (z.B. dotiertes polykristallines Silizium), wobei dann eine weitere, beispielsweise metallische Spiegelschicht (z.B. als dünnschichtiger Metallfilm, z.B. mit einer Schichtdicke von im Wesentlichen größer oder gleich 100 nm und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 2000 nm) im Bereich der Schicht 6a aufgebracht werden kann.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Material der metallischen Spiegelschicht hierbei 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).
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S1110 des Verfahrens gemäß 11 wird beispielhaft der Schichtaufbau rückseitig geöffnet, insbesondere um die Funktionsschicht 3 auf der Seite, die der piezoelektrischen Schicht 4 gegenüberliegt, freizulegen; siehe auch 12C (ix), in der beispielhaft die Substratschicht 1 zur Zwischenschicht 2 hin rückseitig geöffnet wird, und 12C (x), in der beispielhaft die Zwischenschicht 2 zur Funktionsschicht 3 hin rückseitig geöffnet wird.
  • In einem weiteren beispielhaften Schritt S1111 des Verfahrens gemäß 11 wird beispielhaft der hergestellte Schichtaufbau in einer vakuumgepackten MEMS-Vorrichtung 500 gemäß 13 bereitgestellt. Hierbei wurde beispielhaft der Schichtaufbau von oben mit einem lichtdurchlässigen Abdeckelement 7 (z.B. ein lichtdurchlässiges Kuppelelement bzw. eine Glaskuppel) und von unten mit einem Grundkörperelement 8 unter Vakuumatmosphäre hermetisch abgeschlossen (z.B. Vakuumverkapselung). In weiteren Ausführungsbeispielen sind auch anders geformte Abdeckelemente bzw. 3D-geformte Abdeckelemente möglich (z.B. eckig oder planar). 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).
  • In den vorstehenden Ausführungsbeispielen können insbesondere die Schritte S1106 und S1107 analog zu den Schritten S304 und S305 ausgeführt werden und entsprechende Beschreibungen zu 3 und den dazugehörenden beispielhaften Herstellungsabfolgen können beispielhaft anwendbar sein. Zudem können insbesondere die Schritte S1108 bis S1111 analog den Schritten S308 bis S311 ausgeführt werden und entsprechende Beschreibungen zu 3 und den dazugehörenden beispielhaften Herstellungsabfolgen können beispielhaft anwendbar sein.
  • 13 zeigt eine beispielhafte Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung 500, die gemäß der beispielhaften Herstellungsabfolge der 12A-12C hergestellt ist. Folglich kann eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung 500 (z.B. ein MEMS-Spiegelscanner), die den hergestellten Schichtaufbau umfasst, insbesondere mit piezoelektrisch auslenkbaren bzw. steuerbaren Spiegel 6a bereitgestellt werden, wobei der entsprechende Schichtaufbau bzw. die MEMS-Vorrichtung 500, die den Schichtaufbau umfasst, vorteilhaft geglättete bzw. glatte und/oder kristallfehlerfreie Seitenwände und abgerundete Ecken an den strukturierten Bereichen und Gräben der Funktionsschicht hat, so dass Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der Federstruktur, die in der Funktionsschicht herausgebildet ist, signifikant erhöht werden können und das Auftreten frühzeitiger Brüche der Federstruktur erfolgreich reduziert werden kann. Im Vergleich zu Verfahren im Stand der Technik ohne Ausheilungsschritt können gemäß Ausführungsbeispielen mit Ausheilungsschritt die Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der in der Funktionsschicht ausgebildeten Federstruktur mindestens verdoppelt werden, bzw. sogar verfünffacht bzw. verzehnfacht werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele beschrieben, die ausgehend vom Stand der Technik verbesserte Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung bereitzustellen vermögen, insbesondere um die MEMS-Vorrichtung, die den Schichtaufbau umfasst, mit höheren mechanischen Bruchgrenzen der mechanisch wirkenden Bestandteile des Schichtaufbaus bzw. niedrigerer Bruchanfälligkeit bereitstellen zu können.
  • Besonders vorteilhaft ermöglicht eine Bereitstellung eines Schichtaufbaus gemäß Ausführungsbeispielen mit unter einer hochtemperaturstabilen Schicht (z.B. unter einer dielektrischen Schicht) eingekapselten, strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht die Integration von einem oder mehreren Hochtemperatur-Ausheilungsschritten (wie z.B. Wasserstoff-Annealing von tiefengeätzten Oberflächen, z.B. bei ca. 1000°C-1250°C, und/oder Opferoxidation, z.B. bei ca. 800°C-1250°C, mit Rückätzung der Opferoxidschicht), selbst wenn unter der Einkapselung weniger hochtemperaturstabile und/oder weniger chemisch widerstandsfähige Materialien verwendet werden (z.B. für eine etwaige Bodenelektrode und/oder für die piezoelektrische Schicht, z.B. PZT). In weiteren Ausführungsbeispielen können auch für die Bodenelektrode und/oder für die piezoelektrische Schicht hochtemperaturstabile und/oder chemisch widerstandsfähigere Materialien verwendet werden, so dass derartige Ausheilungsschritte auch ohne Einkapselung erfolgen kann.
  • Es konnte insbesondere festgestellt werden, dass die Integration eines Hochtemperatur-Ausheilungsschritts gemäß Ausführungsbeispielen (z.B. durch Wasserstoff-Annealing und/oder durch eine Opferoxidation gemäß Ausführungsbeispielen) es erfolgreich vorteilhaft ermöglicht, die tiefengeätzten Seitenwände der strukturierten Funktionsschicht zu glätten, um die bei dem Ätzprozess (z.B. DRIE) entstandenen Fehler und Rauigkeiten (z.B. Scallops, Seitenwanddurchbrüche und atomare Defekte, etc.) an der Oberfläche abzuglätten und auch beim Ätzen entstandene rechtwinklige Ecken abzurunden.
  • Insbesondere konnte festgestellt werden, dass an den tiefengeätzten Seitenwände der strukturierten Funktionsschicht üblicherweise Rauheitswerte von bis zu 200 nm und in der Regel jeweils über 50nm auftreten, die durch Ausheilung gemäß vorstehenden Ausführungsbeispielen (z.B. durch Wasserstoff-Annealing und/oder durch eine Opferoxidation gemäß Ausführungsbeispielen) signifikant auf Rauheitswerte unter ca. 50nm (insbesondere kleiner oder gleich 50nm) liegend geglättet werden konnten, insbesondere auf Rauheitswerte kleiner oder gleich 30nm, insbesondere kleiner oder gleich 10nm bis zu ca. kleiner oder gleich 2-3 nm. Zudem konnten die 90°-Ecken an den tiefengeätzten Seitenwände der strukturierten Funktionsschicht abgerundet werden (endlicher Eckradius).
  • Dies führt gemäß Ausführungsbeispielen vorteilhaft zu einer signifikant erhöhten Stabilität bzw. Bruchstabilität der beweglichen Elemente der MEMS-Vorrichtung und insbesondere der Federstruktur, die aus der Funktionsschicht herausgebildet ist, mit erhöhten Bruchgrenzen, wodurch frühzeitige Brüche der Federstruktur bzw. Brüche der Federstruktur bei geringen Auslenkwinkeln vermieden werden können.
  • Im Vergleich zu Verfahren im Stand der Technik ohne Ausheilungsschritt können gemäß Ausführungsbeispielen mit Ausheilungsschritt die Bruchgrenzen der beweglichen bzw. schwingenden Teile der Funktionsschicht bzw. insbesondere der in der Funktionsschicht ausgebildeten Federstruktur mindestens verdoppelt werden, bzw. sogar verfünffacht bzw. verzehnfacht werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, d.h. wenn Bauteile ohne ausgeheilte Seitenwände (d.h. insbesondere ohne geglättete Seitenwände und/oder ohne abgerundete Ecken) gefertigt werden, bei denen Brüche insbesondere bereits bei kleineren Auslenkwinkeln bzw. Auslenkamplituden auftreten können, kann das Auftreten von Brüchen der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur vorteilhaft signifikant reduziert werden und insbesondere können auch größere Auslenkwinkel bzw. Auslenkamplituden ermöglicht werden, bei denen bei gemäß Stand der Technik gefertigten Bauteilen bereits Brüche der Auslenkstrukturen bzw. der Federstruktur auftreten würden.
  • Insbesondere hat es den Vorteil, dass der Schichtaufbau gemäß Ausführungsbeispielen mit vorteilhaft geglätteten Seitenwände der Bereiche 3a der Funktionsschicht 3 mit abgerundeten Ecken erhöhte Belastbarkeit und Stabilität bzw. Bruchstabilität hat. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Schichten des Schichtaufbaus, einschließlich der Funktionsschicht 3 mit vorteilhaft geglätteten Seitenwänden und abgerundeten Ecken, dazu führen, dass die Funktionsschicht verbesserte Bruchgrenzen hat.
  • Insbesondere können durch Glätten/Ausheilen der Seitenwände bzw. das Ausheilen der Seitenwandbeschädigungen und das Abrunden der Ecken das ursprüngliche Bruchverhalten, z.B. von Silizium, wiederhergestellt werden, d.h. beispielsweise bei einem hohen Elastizitätsmodulwerte (>160 GPa) und einer hohen Härte (~ 10 GPa), so dass Bruchgrenzen im Vergleich zum Stand der Technik ohne Ausheilen signifikant erhöht werden können. Insbesondere konnte nachgewiesen werden, dass die Bruchgrenzen von ca. 0,5-1,5 GPa auf über 3 GPa bis zu mehr als 5 GPa erreicht werden können.
  • In Ausführungsbeispielen, in denen eine vakuumgepackte MEMS-Vorrichtung bereitgestellt wird, können durch den resonanten Schwingungsbetrieb im Vakuum (z.B. <1 mbar) höhere Gütefaktoren von mindestens größer 1000 bzw. größer 10000 bzw. größer 20000 erzielt werden (mindestens Faktor 5 bzw. 10 größer als bei Betrieb unter Raumatmosphäre (~ 1 bar)).
  • Es sei zudem darauf verwiesen, dass die ermöglichten, höheren mechanischen Bruchgrenzen des Schichtaufbaus der MEMS-Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen es vorteilhaft weiterhin ermöglichen, größere Auslenkungsamplituden der beweglichen Elemente (z.B. Scanamplituden der schwingenden Spiegelfläche) zu erhöhen. Dies hat wiederum gemäß Ausführungsbeispielen einen Vorteil, dass die MEMS-Vorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen anders bzw. kleiner dimensioniert, d.h. bei kompakterem Design, werden können, was wiederum signifikante Kostenersparnisse ermöglicht. Aufgrund der höheren Bruchgrenze können vorteilhaft höhere Stresswerte in den Federn erlaubt werden, wodurch es gemäß weiteren Ausführungsbeispielen vorteilhaft ermöglicht wird, gekürzte Federn zu verwenden. Dies bedeutet beispielsweise, dass man bei gleichbleibender Chipgröße, vorteilhaft mehr Platz für die Spiegelplatte zur Verfügung hat, so dass größere Spiegelplatten ermöglicht werden können, wodurch höhere optische Auflösungen bereitgestellt werden können.
  • Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele von Schichtaufbaustrukturen mit 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
    Zwischenschicht
    3
    Funktionsschicht (engl. Device Layer)
    3a
    Gräben bzw. strukturierte Bereiche der Funktionsschicht
    4
    piezoelektrische Schicht
    5
    dielektrische Schicht
    5a
    geöffneter Bereich der dielektrischen Schicht
    6
    Elektrodenschicht
    6a
    Spiegel
    6b
    Bondpad
    7
    Abdeckelement
    8
    Bodenelement bzw. Grundkörperelement
    9
    Elektrodenschicht (hochtemperaturstabil)
    11
    Opferoxidschicht
    10
    Elektrodenschicht bzw. Spiegelschicht
    10a
    Spiegel
    10b
    Bondpad
    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, 0056]

Claims (29)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine MEMS-Vorrichtung, insbesondere eine vakuumgepackte MEMS-Spiegelvorrichtung, umfassend: - Bereitstellen (S301; S801; S1101) eines Schichtaufbaus, der eine Substratschicht (1) und eine Funktionsschicht (3) umfasst, - Aufbringen (S302; S802; S1102) einer piezoelektrischen Schicht (4), insbesondere auf einer der Substratschicht (1) gegenüberliegenden Seite der Funktionsschicht (3), - Strukturieren (S303; S803; S1103) der piezoelektrischen Schicht (4) zum Ausbilden von strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht (4), - Strukturieren (S306; S805; S1104) der Funktionsschicht (3) zum Ausbilden von strukturierten Bereichen in der Funktionsschicht (3), und - Ausheilen (S307; S809; S1105) von Gräben in den strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 700°C.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheilen (S307; S809; S1105) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) zur zumindest teilweisen Glättung von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht (3) und/oder zur Abrundung von Ecken der Gräben in der Funktionsschicht (3) ausgeführt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheilen (S307; S809; S1105) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) bei Temperaturen im Wesentlichen größer oder gleich 800°C ausgeführt wird.
  4. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheilen (S307; S809; S1105) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) bei Temperaturen im Wesentlichen kleiner oder gleich 1400°C ausgeführt wird, insbesondere bei Temperaturen im Wesentlichen kleiner oder gleich 1350°C.
  5. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheilen (S307; S809; S1105) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) ein Wasserstoff-Annealing umfasst.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoff-Annealing bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 900°C und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1350°C ausgeführt wird, insbesondere bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 1000°C und/oder im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C.
  7. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheilen (S307; S809; S1105) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) ein Oxidieren von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht (3) umfasst.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidieren von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht (3) bei Temperaturen von im Wesentlichen größer oder gleich 700°C ausgeführt wird, insbesondere bei im Wesentlichen größer oder gleich 800°C, und/oder bei im Wesentlichen kleiner oder gleich 1250°C.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheilen (S307; S809; S1105) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) weiterhin ein Abtragen einer Oxidationsschicht (11), die auf Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht (3) gebildet wird, umfasst, insbesondere durch Ätzen.
  10. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - Aufbringen (S308; S1108) einer Elektrodenschicht (6) nach dem Ausheilen (S307; S1105) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) zum Ausbilden einer Elektrodenstruktur für die strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht (4) und/oder zum Ausbilden eines Spiegels und/oder einer Spiegelschicht (6a) auf einem oder mehreren strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3).
  11. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch - Aufbringen (S805) einer hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht (9) vor dem Ausheilen (S809) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) zum Ausbilden einer Elektrodenstruktur für die strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht (4).
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht (9) ein elektrisch leitfähig dotiertes Silizium, insbesondere dotiertes polykristallines Silizium, umfasst.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht (9) ein hochtemperaturstabiles Metall, eine hochtemperaturstabile Metalllegierung und/oder eine hochtemperaturstabile Metallverbindung, umfasst.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht (9) Platin, Molybdän und/oder eine hochtemperaturstabile Molybdänlegierung oder Molybdänverbindung, Wolfram oder eine hochtemperaturstabile Wolframlegierung oder Wolframverbindung, insbesondere Wolframtitan und/oder Wolframcarbid, umfasst.
  15. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die hochtemperaturstabile Elektrodenschicht (9) derart aufgebracht und/oder strukturiert wird, dass die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht (4) zwischen der Funktionsschicht (3) und der hochtemperaturstabilen Elektrodenschicht (9) mit optional dazwischenliegender oder bereichsweise dazwischenliegender dielektrischer Schicht (5) eingekapselt sind.
  16. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - Aufbringen (S810) einer weiteren Schicht nach dem Ausheilen (S809) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) zum Ausbilden eines Spiegels und/oder einer Spiegelschicht (10a) auf einem oder mehreren strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3).
  17. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - Aufbringen (S304; S804) einer dielektrischen Schicht (5) zumindest auf den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht (4) vor dem Ausheilen (S307; S809) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) und insbesondere vor Aufbringen einer Elektrodenschicht (6; 9).
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrischen Schicht (5) derart aufgebracht wird, dass die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht (4) zwischen der Funktionsschicht (3) und der auf die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht (4) aufgebrachten dielektrischen Schicht (5) eingekapselt werden.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch - Strukturieren und/oder Öffnen (S305; S807) von Bereichen der dielektrischen Schicht (5) während oder vor dem Strukturieren (S306; S805) der Funktionsschicht (3).
  20. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrischen Schicht (5) derart strukturiert und/oder geöffnet wird, dass die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht (4) zwischen der Funktionsschicht (3) und der auf die strukturierten Bereiche der piezoelektrischen Schicht (4) aufgebrachten dielektrischen Schicht (5) eingekapselt verbleiben.
  21. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der piezoelektrischen Schicht (4) ein ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst, insbesondere Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN), Bleizirkonat-Titanat (PZT) und/oder Niob dotiertes PZT (PZT-Nb).
  22. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch - Aufbringen (S1106) einer dielektrischen Schicht (5) zumindest auf den strukturierten Bereichen der piezoelektrischen Schicht (4) nach dem Ausheilen (S1105) von strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3), wobei das Material der piezoelektrischen Schicht (4) ein hochtemperaturstabiles ferro- und/oder piezoelektrisches Material umfasst, insbesondere Aluminiumnitrid (AlN) und/oder Aluminium-Scandium-Nitrid (AlScN).
  23. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierten Bereiche der Funktionsschicht (3) ein oder mehrere bewegliche Elemente, die in der Funktionsschicht (3) ausgebildet sind, und/oder eine Federstruktur, die in der Funktionsschicht (3) ausgebildet ist, umfasst, wobei die Federstruktur insbesondere die einen oder mehreren beweglichen Elemente hält.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die einen oder mehreren bewegliche Elemente der strukturierten Bereiche der Funktionsschicht (3) ein Spiegelträgerelement umfassen, wobei der Spiegel (6a; 10a) auf dem Spiegelträgerelement angeordnet ist.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstruktur der strukturierten Bereiche der Funktionsschicht (3) das Spiegelträgerelement mit Spiegel (6a; 10a) hält und die Federstruktur in der Funktionsschicht (3) derart ausgebildet wird, dass das Spiegelträgerelement mit Spiegel (6a; 10a) um eine oder zwei Achsen, insbesondere Schwing- und/oder Torsionsachsen, schwingbar gehalten wird, insbesondere bevorzugt für eine zweidimensionale Lissajous-Scanbewegung des Spiegelträgerelements mit Spiegel (6a; 10a).
  26. Verfahren gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren (S306; S805; S1104) der Funktionsschicht (3) ein Hochratenätzen und/oder reaktives Ionentiefenätzen umfasst.
  27. Ein Schichtaufbau, der mittels des Verfahrens gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist, umfassend: - eine Substratschicht (1), - eine strukturierte Funktionsschicht (3), und - eine strukturierte piezoelektrische Schicht (4) auf einer Seite der Funktionsschicht (3), die der Substratschicht (1) gegenüberliegt, wobei Gräben in der Funktionsschicht (3) in strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) ausgeheilt sind, und insbesondere geglättete und/oder kristallfehlerfreie Seitenwände und/oder abgerundete Ecken haben.
  28. Schichtaufbau gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächenrauigkeit von Seitenwänden der Gräben in der Funktionsschicht (3) in strukturierten Bereichen der Funktionsschicht (3) im Wesentlichen kleiner oder gleich 50nm ist, insbesondere im Wesentlichen kleiner oder gleich 30nm, insbesondere bevorzugt kleiner oder gleich 10nm.
  29. MEMS-Vorrichtung, insbesondere MEMS-Spiegelvorrichtung (200; 300; 400; 500), umfassend einen Schichtaufbau gemäß Anspruch 27 oder 28.
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