Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mikromechanisches Bauelement mit einer schwingfähigen Platte und ein Verfahren zum Herstellen desselben.The present invention relates to a micromechanical device having a vibratable plate and a method of manufacturing the same.
Immer häufiger werden in elektrischen Geräten MEMS (MEMS = Mikro-Electro-Mechanical System) eingesetzt, bei denen mechanische Elemente, wie z. B. Sensoren oder Aktoren, mit elektronischen Schaltungen auf einem Chip bzw. einem Substrat kombiniert werden. Solche MEMS werden beispielsweise als Beschleunigungssensoren für die Auslösung von Airbags verwendet oder in Videoprojektoren zur Ablenkung eines Lichtstrahls. Ein weiterer Einsatz derartiger MEMS ist in sogenannten Mikroscannerspiegeln zur Lichtablenkung.More and more often MEMS (MEMS = Micro-Electro-Mechanical System) are used in electrical devices in which mechanical elements such. As sensors or actuators combined with electronic circuits on a chip or a substrate. Such MEMS are used, for example, as acceleration sensors for the deployment of airbags or in video projectors for the deflection of a light beam. Another use of such MEMS is in so-called microscanner mirrors for light deflection.
Die Herstellungsprozesse für derartige Mikroscannerspiegel verwenden dabei zur Realisierung der auslenkbaren Platten Schichten, deren Dicke typischerweise in einem Bereich von 30 μm bis 100 μm liegt. Bei einigen Anwendungen, wie z. B. Displays (Display = Anzeige), werden die auf auslenkbaren Platten implementierten Spiegelplatten mit einer hohen Schwingungsfrequenz angesteuert. Dabei wird an die bei diesen Anwendungen eingesetzten MEMS die Anforderung gestellt, dass die so implementierten Systeme einen großen Spiegelplattendurchmesser aufweisen, während zugleich ein hoher Ablenkwinkel erzielt werden soll. Dies führt dazu, dass sich die Spiegelplatten aufgrund ihrer Trägheit relativ zu der Winkelbeschleunigung, die sie erfahren, deformieren bzw. verformen.The production processes for such microscanner mirrors use layers for the realization of the deflectable plates, the thickness of which is typically in a range of 30 μm to 100 μm. For some applications, such as As displays (display = display), the mirror plates implemented on deflectable plates are driven with a high oscillation frequency. In this case, the requirements placed on the MEMS used in these applications are that the systems implemented in this way have a large mirror plate diameter, while at the same time a high deflection angle is to be achieved. This causes the mirror plates to deform due to their inertia relative to the angular acceleration they experience.
Nachteilhaft ist dabei insbesondere, dass ein auf eine deformierte Spiegelplatte einfallender Lichtstrahl gebeugt wird, so dass es in Folge der Beugung an der deformierten Spiegelplatte zu einer Aufweitung eines Lichtstrahlprofils eines reflektierten Lichtstrahls kommt, was auch als Bildung von Satelliten bezeichnet wird. Insbesondere wenn die so realisierten Mikrospiegelsysteme in Displays eingesetzt werden, kann dies zu einer erheblichen Reduzierung der Bildqualität führen, da sich die von den einzelnen Spiegelplatten reflektierten Lichtstrahlprofile teilweise überlappen, so dass sich eine Überlappung der darzustellenden Bildpunkte (Pixel) ergibt.A particular disadvantage here is that a light beam incident on a deformed mirror plate is diffracted so that, as a result of the diffraction on the deformed mirror plate, a light beam profile of a reflected light beam expands, which is also referred to as the formation of satellites. In particular, if the micromirror systems realized in this way are used in displays, this can lead to a considerable reduction of the image quality, since the light beam profiles reflected by the individual mirror plates partially overlap, resulting in an overlap of the pixels (pixels) to be displayed.
8a–b zeigen eine schematische Querschnittsansicht einer Spiegelplatte 11 in einer Ruhelage und in einem deformierten Zustand. 8a zeigt dabei einen nicht-deformierten Zustand 11a der Spiegelplatte 11, wobei der in 8a gezeigte Zustand 11a der Spiegelplatte 11 vor allem in Ruhe oder bei geringen Winkelgeschwindigkeiten vorliegt. Bei einem in 8b gezeigten Zustand 11b der Spiegelplatte 11 ist diese in Folge einer Winkelbeschleunigung um eine senkrecht zur Zeichnungsebene stehende Achse durch die Mitte der Spiegelplatte deformiert bzw. verformt, wobei die Ursache für die Verformung der Spiegelplatte 11 deren Trägheitsmoment ist. Dabei führt die Winkelbeschleunigung zu einem beschleunigenden Drehmoment, dessen Vektor in die Zeichenebene hineingerichtet ist. 8a Figure-b shows a schematic cross-sectional view of a mirror plate 11 in a rest position and in a deformed state. 8a shows a non-deformed state 11a the mirror plate 11 , where the in 8a shown condition 11a the mirror plate 11 especially at rest or at low angular velocities. At an in 8b shown state 11b the mirror plate 11 this is deformed or deformed as a result of an angular acceleration about an axis perpendicular to the plane of the drawing through the center of the mirror plate, the cause of the deformation of the mirror plate 11 whose moment of inertia is. The angular acceleration leads to an accelerating torque whose vector is directed into the plane of the drawing.
Durch eine Erhöhung der Steifigkeit der Spiegelplatte 11 kann einer Verformung der Spiegelplatte entgegengewirkt werden bzw. eine auftretende Deformation der Spiegelplatte reduziert werden, um einen Einsatz der Spiegelplatte z. B. in Displayanwendungen mit hoher Schwingungsfrequenz zu ermöglichen. Hierzu sind zwei Ansätze bekannt.By increasing the rigidity of the mirror plate 11 can be counteracted deformation of the mirror plate or an occurring deformation of the mirror plate can be reduced to prevent the use of the mirror plate z. B. in display applications with high vibration frequency to allow. For this purpose, two approaches are known.
Grundsätzlich kann die Steifigkeit der Spiegelplatte 11 vergrößert werden, indem eine Dicke der Spiegelplatte erhöht wird. Letzteres hat jedoch auch eine Erhöhung des Trägheitsmoments zur Folge, wodurch sich bei gleicher Federstärke die Eigenfrequenz des Schwingungssystems aus Spiegelplatte und Feder erhöht, was wiederum bei vielen Anwendungen nicht akzeptabel ist. Für ein Beibehalten der Eigenfrequenz müsste somit die Federkonstante vergrößert werden, was allerdings wiederum zu einer größeren mechanischen Torsionsspannung in der/den Federn wird. Die Erhöhung der Torsionsspannung ist aber aus Gründen der Zuverlässigkeit nicht erwünscht. Darüber hinaus erfordert ein größeres Trägheitsmoment natürlich auch ein größeres Antriebsmoment, um in einem gleichen Zeitintervall die Spiegelplatte von einer Position in eine andere zu verkippen bzw. schalten.Basically, the rigidity of the mirror plate 11 be increased by a thickness of the mirror plate is increased. The latter, however, also results in an increase in the moment of inertia, which increases the natural frequency of the vibration system of mirror plate and spring with the same spring strength, which in turn is unacceptable in many applications. For maintaining the natural frequency, therefore, the spring constant would have to be increased, which in turn, however, will lead to a greater mechanical torsional stress in the spring (s). The increase in the torsional stress is not desirable for reasons of reliability. In addition, of course, a larger moment of inertia also requires a larger drive torque in order to tilt or shift the mirror plate from one position to another in the same time interval.
Ein weiterer Ansatz, die Steifigkeit einer Spiegelplatte zu erhöhen, ist in 9 gezeigt, die einen Querschnitt eines herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 erläutert, bei dem eine Spiegelplatte mittels zusätzlicher Strukturen auf ihrer Rückseite versteift wird.Another approach to increase the rigidity of a mirror plate is in 9 shown a cross section of a conventional micromechanical device 21 explained, in which a mirror plate is stiffened by means of additional structures on its back.
Das herkömmliche mikromechanische Bauelement 21 weist ein Substrat 23 auf, auf dem ein Rahmenstruktur-Bereich 25 angeordnet ist. Auf einer dem Substrat 23 abgewandten Oberfläche des Rahmenstruktur-Bereichs 25 ist ein Rahmen-Oxid-Bereich 27 gebildet, auf dem wiederum auf einer dem Rahmenstruktur-Bereich 25 abgewandten Oberfläche ein Rahmen-Befestigungsbereich 29 erzeugt ist. Über zwei senkrecht zu der Zeichenebene angebrachte und in der 9 nicht dargestellte Federelemente ist eine rotatorisch aufgehängte Struktur 31 an dem Rahmen-Befestigungsbereich 29 und damit an dem aus dem Rahmenstruktur-Bereich 25, dem Rahmen-Oxid-Bereich 27 und dem Rahmen-Befestigungsbereich 29 gebildeten Rahmen aufgehängt. Die rotatorisch aufgehängte Struktur 31 umfasst einen Basiskörper 33, auf dem auf einer dem Substrat 23 abgewandten Oberfläche des Basiskörpers 33 eine Spiegel-Schicht 35 gebildet ist. Auf einer dem Substrat 23 zugewandten Oberfläche des Basiskörpers 33 ist ein Versteifungs-Oxid-Bereich 37 gebildet, auf dem wiederum auf einer dem Basiskörper 33 abgewandten Oberfläche des Versteifungs-Oxid-Bereichs 37 ein Versteifungs-Element 39 erzeugt ist.The conventional micromechanical device 21 has a substrate 23 on top of which a frame structure area 25 is arranged. On a the substrate 23 remote surface of the frame structure area 25 is a frame oxide area 27 formed on the turn on a the frame structure area 25 facing away from a frame attachment area 29 is generated. About two vertically attached to the plane and in the 9 not shown spring elements is a rotationally suspended structure 31 on the frame attachment area 29 and thus at the frame structure area 25 , the frame oxide area 27 and the frame attachment area 29 formed frame hung. The rotationally suspended structure 31 includes a base body 33 on the substrate 23 remote surface of the base body 33 a mirror layer 35 is formed. On a the substratum 23 facing surface of the base body 33 is a stiffening oxide area 37 formed on the turn on a the base body 33 remote surface of the stiffening oxide region 37 a stiffening element 39 is generated.
Das Versteifungs-Element 39 ist dabei so platziert bzw. angeordnet, dass es eine dynamische Deformation des Basiskörpers 33 unterdrücken kann. Aufgrund der schmalen Struktur des Versteifungs-Oxid-Bereichs 37 und des Versteifungs-Elements 39 wird zwar das Trägheitsmoment der rotatorisch aufgehängten Struktur 31 nur in geringem Umfang erhöht, jedoch ist die mechanische Verbindung zwischen dem Versteifungs-Element 39 und dem Basiskörper 33 sehr instabil.The stiffening element 39 is placed or arranged so that there is a dynamic deformation of the base body 33 can suppress. Due to the narrow structure of the stiffening oxide area 37 and the stiffening element 39 Although the moment of inertia of the rotationally suspended structure 31 increased only slightly, but the mechanical connection between the stiffening element 39 and the base body 33 very unstable.
Der Rahmenstruktur-Bereich 25, der Rahmen-Befestigungsbereich 29, der Basiskörper 33 und das Versteifungs-Element 39 sind aus Silizium hergestellt. Dabei werden für die Herstellung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 sogenannte BSOI-Scheiben (BSOI = Bonded-Silicon-on-Insulator) verwendet. Diese BSOI-Scheiben bestehen dabei typischerweise aus einer 400 μm bis 700 μm dicken einkristallinen unteren Schicht bzw. einer sogenannten Handlelayer (Handlelayer = Handhabungs-Schicht) und einer einkristallinen oberen Schicht bzw. Devicelayer (Devicelayer = Bauelemente-Schicht), deren Dicke typischerweise in einem Bereich von 100 μm bis 200 μm liegt. Die beiden Schichten, nämlich die Handlelayer und die Devicelayer sind, durch eine sogenannte vergrabene Oxidschicht ganzflächig verbunden, in der der Rahmen-Oxid-Bereich 27 und der Versteifungs-Oxid-Bereich 37 implementiert sind, und deren Dicke typischerweise zwischen einigen 10 nm bis 3 μm beträgt. Die Oxidschicht dient im Wesentlichen als Ätzstopp, um die beiden Schichten voneinander unabhängig strukturieren zu können.The frame structure area 25 , the frame attachment area 29 , the basic body 33 and the stiffening element 39 are made of silicon. In this case, for the production of the conventional micromechanical device 21 so-called BSOI disks (BSOI = bonded silicone on insulator) used. These BSOI disks typically consist of a 400 μm to 700 μm thick monocrystalline lower layer or a so-called Handlelayer (Handlelayer = handling layer) and a monocrystalline upper layer or Devicelayer (Devicelayer = component layer), the thickness typically in a range of 100 microns to 200 microns. The two layers, namely the handlelayer and the devicelayer are connected by a so-called buried oxide layer over the entire surface, in the frame-oxide region 27 and the stiffening oxide region 37 are implemented, and whose thickness is typically between a few 10 nm to 3 microns. The oxide layer essentially serves as an etch stop in order to be able to structure the two layers independently of each other.
Dabei ergeben sich bei der Herstellung des in 9 gezeigten herkömmlichen mikromechanischen Bauelements eine Reihe von Nachteilen. Zum einen birgt die Anordnung der Spiegel-Schicht 35 auf einer von außen einfach zugänglichen Oberfläche des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 die Gefahr einer Verkratzung der Spiegelschicht bei der Herstellung, während das Versteifungs-Element 39 bzw. die Versteifungsstrukturen auf der Rückseite des Basiskörpers 33 bzw. der Spiegelplatte gebildet sind. Denn eine Siliziumscheibe, auf der eine Mehrzahl der miteinander verbundenen herkömmlichen mikromechanischen Bauelemente 21 implementiert ist, liegt z. B. während der Massenfertigung der herkömmlichen mikromechanischen Bauelemente 21 auf der Seite auf, auf der später die Verspiegelung aufgebracht wird bzw. bereits aufgebracht ist. Abhängig von der Prozessführung kann sich die Spiegel-Schicht 35 bereits auf der Vorderseite des Basiskörpers 33 bzw. der Oberfläche des Basiskörpers 33 befinden, wenn die Scheibe mit der Vorderseite während der Fertigung aufliegt, weshalb die Vorderseite bzw. die Oberseite des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 in jedem Fall vor einem Verkratzen während der Fertigung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 geschützt werden muss.This results in the production of in 9 shown conventional micromechanical device has a number of disadvantages. On the one hand, the arrangement of the mirror layer harbors 35 on an easily accessible from the outside surface of the conventional micromechanical device 21 the risk of scratching the mirror layer during manufacture, while the stiffening element 39 or the stiffening structures on the back of the base body 33 or the mirror plate are formed. For a silicon wafer on which a plurality of interconnected conventional micromechanical components 21 is implemented, z. B. during mass production of conventional micromechanical components 21 on the side on which the mirror coating is applied later or is already applied. Depending on the process control, the mirror layer may 35 already on the front of the base body 33 or the surface of the base body 33 located when the disc rests with the front during manufacture, which is why the front or the top of the conventional micromechanical device 21 in any case, from scratching during fabrication of the conventional micromechanical device 21 must be protected.
Darüber hinaus sind für eine Herstellung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements zwei voneinander unabhängige Ätzprozessschritte erforderlich, um in einer Ausgangsschicht den Rahmenstruktur-Bereich 25 und das Versteifungs-Element 39 zu erzeugen, die wie aus 9 zu erkennen ist, durch unterschiedliche Höhenniveaus gekennzeichnet sind. Somit ist mindestens ein photolithographischer Schritt bei, der Bearbeitung einer Rückseite der Scheibe zu einem Zeitpunkt bei der Herstellung bzw. an einer Stelle in der Fertigungskette erforderlich, an dem bzw. an der dort bereits Höhenunterschiede bei der Erzeugung der auf der Rückseite des Basiskörpers 33 befindlichen Struktur vorhanden sind. Diese Höhenunterschiede liegen dabei in einer Größenordnung von mehreren 100 μm. Somit werden hohe Anforderungen an die Belackung und Belichtung bei einem Strukturieren bzw. Erzeugen der strukturierten Bereiche des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 von einer Seite des Substrats 23 aus gestellt.Moreover, for manufacturing the conventional micromechanical device, two independent etching process steps are required to form the frame structure region in an output layer 25 and the stiffening element 39 to produce that like out 9 can be seen, are characterized by different height levels. Thus, at least one photolithographic step in, the processing of a back of the disc at a time in the production or at a point in the production chain is required at or at the there already height differences in the generation of the on the back of the base body 33 existing structure are present. These height differences are in the order of several 100 microns. Thus, high demands are made on the lacquering and exposure in structuring or producing the structured regions of the conventional micromechanical component 21 from one side of the substrate 23 issued.
Nachteilhaft ist des Weiteren auch, dass zur Herstellung bzw. Bildung des Versteifungs-Elements 39 kein Ätzstopp verwendet werden kann. Die Höhe des Versteifungs-Elements muss daher über die Prozessdauer eingestellt werden und unterliegt damit einer über die Scheibe auftretenden signifikanten Variation der Ätzrate bzw. den bei der Fertigung auftretenden Inhomogenitäten in der Ätzrate. Da die Höhe des Versteifungs-Elements 39 bzw. die Struktur das Trägheitsmoment der mechanisch aufgehängten Struktur 31 beeinflusst, kommt es daher zu einer Variation der Resonanzfrequenz über die Mehrzahl der herkömmlichen mikromechanischen Bauelemente 21 auf der Scheibe. Wenn an das herkömmliche mikromechanische Bauelement die Anforderung einer geringen Toleranz des Werts der Resonanzfrequenz bzw. eine genau Definition der Resonanzfrequenz gestellt wird, so geht dies einher mit einer geringen Ausbeute bei der Fertigung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 in Folge der auftretenden Inhomogenitäten der Ätzrate über die Scheibe.A further disadvantage is that for the production or formation of the stiffening element 39 no etch stop can be used. The height of the stiffening element therefore has to be adjusted over the duration of the process and is therefore subject to a significant variation of the etching rate or the inhomogeneities in the etching rate occurring during the production. As the height of the stiffening element 39 or the structure of the moment of inertia of the mechanically suspended structure 31 Thus, there is a variation of the resonant frequency over the majority of conventional micromechanical devices 21 on the disc. If the requirement of a low tolerance of the value of the resonant frequency or a precise definition of the resonant frequency is set for the conventional micromechanical component, this is accompanied by a low yield in the production of the conventional micromechanical component 21 due to the occurring inhomogeneities of the etch rate across the disk.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein Schwerpunkt der aufgehängten Struktur 31 nicht auf einer Achse durch das hier nicht gezeigte Federelement liegt, da das Federelement in der gleichen Schicht wie der Basiskörper 33 und der Rahmen-Befestigungsbereich 29 implementiert sind. Dies führt bei einem Betrieb des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements dazu, dass zusätzliche unerwünschte Schwingungsmoden auftreten können. Diese unerwünschten Schwingungsmoden können bei der Anwendung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements in einem elektronischen System zu unerwünschten Effekten führen und stellen zusätzlich eine mechanische Belastung der Aufhängungen bzw. der Federelemente dar, wodurch z. B. die Zuverlässigkeit bzw. die Lebensdauer des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 reduziert ist.Another disadvantage is that one focus of the suspended structure 31 not on an axis by the spring element, not shown here, since the spring element in the same layer as the base body 33 and the frame attachment area 29 are implemented. this leads to in an operation of the conventional micromechanical device to the fact that additional undesirable vibration modes can occur. These undesirable vibration modes can lead to undesirable effects in the application of the conventional micromechanical device in an electronic system and additionally provide a mechanical load on the suspensions or the spring elements, whereby z. B. the reliability or the life of the conventional micromechanical device 21 is reduced.
Nachteilhaft ist an dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21 und im speziellen an dessen Aufbau außerdem, dass die Versteifungsstruktur durch das Versteifungs-Element 39 gebildet ist, das über der den Versteifungs-Oxid-Bereich 37 mit dem Basiskörper 33 verbunden ist, wobei die während der Schwingung auftretenden mechanischen Belastungen, wie z. B. Zug- oder Druckspannungen zu der Zerstörung des Bauelements führen können, indem sie z. B. eine Ablösung des Versteifungs-Elements 39 von dem Basiskörper 33 hervorrufen. Denn insbesondere, wenn der Basiskörper 33 und das Versteifungs-Element 39 als einkristallines Silizium ausgeführt sind, führt die auftretende mechanische Spannung zu einem Lösen des Versteifungs-Elements 39 von dem Basiskörper 33, da die maximal akzeptable Zugspannung für die Dauerbelastung des in der dazwischen liegenden Oxidschicht ausgeführten Versteifungs-Oxid-Bereichs deutlich unter einem Wert der maximal akzeptablen Zugspannung für einkristallines Silizium liegt. Somit ist eine Zuverlässigkeit der mechanischen Verbindung zwischen dem Versteifungs-Element 39 und dem Basiskörper 33 reduziert und damit eine Festigkeit des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements verringert.A disadvantage of the conventional micromechanical device 21 and in particular to its construction also, that the stiffening structure by the stiffening element 39 is formed, that over the stiffening oxide area 37 with the base body 33 is connected, wherein the occurring during the vibration mechanical loads such. B. tensile or compressive stresses can lead to the destruction of the device by z. B. a detachment of the stiffening element 39 from the base body 33 cause. Because especially if the base body 33 and the stiffening element 39 are designed as single-crystal silicon, the occurring mechanical stress leads to a release of the stiffening element 39 from the base body 33 in that the maximum acceptable tensile stress for the permanent loading of the stiffening oxide region carried out in the intervening oxide layer is well below a value of the maximum acceptable tensile stress for monocrystalline silicon. Thus, a reliability of the mechanical connection between the stiffening element 39 and the base body 33 reduces and thus reduces a strength of the conventional micromechanical device.
Eine Veröffentlichung von Chang-Hyeon Ji, Moongoo Choi, Sang-Cheon Kim, See-Hyung Lee, Seong-Hyok Kim, Youngjoo Yee und Jong-Uk Bu ”An electrostatic scanning micromirror with diaphragm mirror plate and diamond shaped reinforcement frame”, Journal of Micromechanics and Microengineering, 7. April 2006, zeigt eine schematische Ansicht eines mikromechanischen Bauelements mit einer auslenkbaren Spiegelplatte. Das mikromechanische Bauelement ist auf einem SOI-Wafer implementiert, wobei in einer Device-Layer ein diamanten-förmiger Rahmen und ein Elektrodenbereich gebildet sind. Die Spiegelplatte ist dabei auf dem Rahmen aufgebracht, während in der Device-Layer lateral neben dem Rahmen ein Elektrodenbereich strukturiert ist. Die dort gebildeten Elektroden sind so strukturiert, dass beim Anlegen einer Spannung zwischen diesen Elektroden und statischen Elektroden, die in einem Bereich unterhalb der Isolationsschicht gebildet sind, sich auf den statischen Elektroden und den beweglichen Elektroden des Elektrodenbereichs in der Device-Layer Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens beim Anlegen einer Spannung bilden. Die Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens ziehen sich dann an, so dass sich die Elektroden überlappen und es zu einer Auslenkung des beweglichen Rahmens kommt.A publication by Chang-Hyeon Ji, Moongoo Choi, Sang-Cheon Kim, See-Hyung Lee, Seong-Hyok Kim, Youngjoo Yee and Jong-Uk Bu "An electrostatic scanning micromirror with diaphragm mirror plate and diamond shaped reinforcement frame", Journal of Micromechanics and Microengineering, April 7, 2006, shows a schematic view of a micromechanical device with a deflectable mirror plate. The micromechanical component is implemented on an SOI wafer, wherein a diamond-shaped frame and an electrode region are formed in a device layer. The mirror plate is applied to the frame, while an electrode region is laterally structured in the device layer next to the frame. The electrodes formed there are structured such that upon application of a voltage between these electrodes and static electrodes formed in a region below the insulating layer, charges of opposite sign on the static electrodes and the movable electrodes of the electrode region in the device layer Apply a voltage. The charges of opposite sign then attract each other, so that the electrodes overlap and there is a deflection of the movable frame.
Nachteilhaft ist bei dem in der Veröffentlichung vorgestellten Spiegel, dass dadurch, dass die Spiegelplatte auf einer Seite der Platte angeordnet ist, die keine Vertiefungen aufweist und in der nicht die diamantenförmigen Ausnehmungen gebildet sind, die Spiegelplatte in aufwendiger Weise in einer in dem SOI-Wafer gebildeten Aushöhlung aufgebracht werden muss. Ein weiterer Nachteil des in der Veröffentlichung gezeigten mikromechanischen Spiegels besteht darin, dass der so ausgeführte mikromechanische Spiegel nur in aufwendiger Weise an einer Platine befestigbar ist, da die reflektierende Schicht in der Aushöhlung angeordnet ist, so dass der mikromechanische Spiegel derart angeordnet werden muss, dass der Lichtstrahl uneingeschränkt auf den mikromechanischen Spiegel auftreffen kann. Dies erfordert ein aufwendiges Befestigen des mikromechanischen Spiegels an der Platine.What is disadvantageous in the mirror presented in the publication is that, because the mirror plate is arranged on one side of the plate, which has no recesses and in which the diamond-shaped recesses are not formed, the mirror plate is complexly located in one in the SOI wafer formed cavity must be applied. A further disadvantage of the micromechanical mirror shown in the publication is that the micromechanical mirror embodied in this way can be fastened to a circuit board in a complicated manner, since the reflective layer is arranged in the hollow, so that the micromechanical mirror must be arranged such that the beam of light can impinge unrestricted on the micromechanical mirror. This requires a complicated attachment of the micromechanical mirror to the board.
In Nee et al: „Leightweight, optically flat micromirrors for fast beam steering”, Optical MEMS, IEEE/LEOS Conference, 21.–24. August 2000, S. 9 und 10, wird die Herstellung eines Mikrospiegels mit sehr dünner Membran beschrieben. Zur Herstellung der dünnen Membran wird der Spiegelbereich des Spiegels bis auf einen Rahmen und bis hinab zu einer Opferschicht weggeätzt, woraufhin dieser Bereich durch eine dünne Polysiliziumschicht gebildet wird. Die Opferschicht wird hernach entfernt und eine Verspiegelung aus beispielsweise Gold wird vorgesehen. Das leichtere Gewicht der Membran sorge für weniger dynamische Deformation bei gleichzeitig höherer Resonanzfrequenz.In Nee et al: "Lightweight, optically flat micromirrors for fast beam steering", Optical MEMS, IEEE / LEOS Conference, 21-24. August 2000, pages 9 and 10, the preparation of a micromirror with a very thin membrane is described. To produce the thin membrane, the mirror region of the mirror is etched away down to a frame and down to a sacrificial layer, whereupon this region is formed by a thin polysilicon layer. The sacrificial layer is removed afterwards and a mirroring of, for example, gold is provided. The lighter weight of the membrane ensures less dynamic deformation with a higher resonance frequency.
Die US 2005/0179985 A1 beschäftigt sich mit einer optischen Ablenkvorrichtung und einem Verfahren zum Herstellen derselben. Insbesondere geht die Druckschrift von einem Stand der Technik aus, bei dem solche Ablenkvorrichtungen entweder durch einen elektrostatischen Antrieb oder einen magnetischen Antrieb angetrieben wurde. Die elektrostatischen Antriebe seien u. a. aufgrund des begrenzten Ablenkwinkelbereichs nachteilhaft. Optische Ablenkvorrichtungen mit magnetischen Antrieben gemäß früheren Realisierungen besäßen die Nachteile, dass der einseitig aufgebrachte Permanentmagnet auf der Platte zur Erzielung eines größeren Drehmoments zu einer Verschiebung des Schwerpunkts der Ablenkplatte führe, weshalb keine stabile Drehschwingung erzielt werden könne. Die Druckschrift schlägt vor, eine optische Abtastvorrichtung mit magnetischem Antrieb zu realisieren, indem die Platte mit Ausnehmungen versehen wird, in denen sich ein Permanentmagnet befindet, wodurch das Drehmoment um die Torsionsachse reduziert wird. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel beschrieben, wonach der Permanentmagnet die Ausnehmungen lediglich überdeckt, um Hohlräume zu bilden, wobei hierzu ausgeführt wird, dass die Reduktion der Starrheit der beweglichen Platte, wie sie durch das Vorsehen der Ausnehmungen bewirkt werde, effektiv durch den Permanentmagneten kompensiert werden könnte, und zwar mit weniger Permanentmagnetmaterial.The US 2005/0179985 A1 is concerned with an optical deflection device and a method of manufacturing the same. In particular, the document is based on a prior art, in which such deflecting devices was driven either by an electrostatic drive or a magnetic drive. The electrostatic drives are disadvantageous, inter alia because of the limited deflection angle range. Optical deflection devices with magnetic drives according to previous implementations have the disadvantages that the single-sided permanent magnet on the plate for a larger torque to a displacement of the center of gravity of the baffle lead, so no stable torsional vibration can be achieved. The document proposes to realize a magnetic drive optical scanning device by providing the plate with recesses in which a Permanent magnet is located, whereby the torque is reduced around the torsion axis. There is also described an embodiment wherein the permanent magnet only covers the recesses to form cavities, to which it is stated that the reduction of the rigidity of the movable plate caused by the provision of the recesses is effectively compensated by the permanent magnet could, with less permanent magnet material.
In Walter et al: „Improved layout for a resonant 2D Micro Scanning Mirror with low Operation voltages”, SPIE-INT, Bd. 4985, 2003, S. 72–82, wird ein verbessertes Layout für einen resonanten 2D-Mikroabtastspiegel mit niedrigen Betriebsspannungen beschrieben. Die Herstellung basiert auf BSOI-Wavern. Gräben werden in der SOI-Schicht gebildet und nach einer thermischen Oxidation mit Polysilizium wieder aufgefüllt. Auch in der WO 03/036737 A2 werden mit Versteifung versehene Oberflächen-mikrohergestellte Strukturen beschrieben.In Walter et al: "Improved layout for a resonant 2D micro scanning mirror with low operation voltages", SPIE-INT, vol. 4985, 2003, pages 72-82, an improved layout for a resonant 2D micro-scanning mirror with low operating voltages is disclosed described. The production is based on BSOI-Wavern. Trenches are formed in the SOI layer and refilled with polysilicon after thermal oxidation. Also in the WO 03/036737 A2 describes stiffened surface microfabricated structures.
Die US 2005/0139542 A1 bezieht sich auf versteifte, mikrogefertigte Oberflächenstrukturen und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Ein Siliziumsubstrat wird zuerst geätzt, um eine Form zu erzeugen, die eine Mehrzahl von Gräben oder Rillen in einer Gitterkonfiguration enthält. Opferoxid wird dann auf dem Siliziumsubstrat gewachsen und dann wird ein Versteifungsbauglied (Siliziumnitrid) über der Oberfläche des Substrats aufgebracht, wodurch die Rillen mit Siliziumnitrid verfüllt werden. Das Siliziumnitrid wird strukturiert, um mechanische Bauglieder zu bilden und Metall wird dann aufgebracht und strukturiert, um die Anschlussleitungen und Kondensatoren für elektrostatische Betätigung mechanischer Bauglieder zu bilden. Das darunter liegende Silizium und die Opferoxide werden entfernt durch Herausätzen der Form unter den hergestellten, mikrobearbeiteten Vorrichtungen, was freistehende Siliziumnitridvorrichtungen mit vertikalen Rippen übrig lässt. Die Vorrichtungen zeigen eine erhöhte ungeplante Biegesteifigkeit aufgrund des Vorhandenseins von Versteifungsrippen. Biaxiale Siliziumnitrid-Richtspiegel mit Versteifungsrippen sind ebenfalls beschrieben.The US 2005/0139542 A1 refers to stiffened microfabricated surface structures and a method of making same. A silicon substrate is first etched to produce a mold containing a plurality of trenches or grooves in a lattice configuration. Sacrificial oxide is then grown on the silicon substrate and then a stiffening member (silicon nitride) is deposited over the surface of the substrate, whereby the grooves are filled with silicon nitride. The silicon nitride is patterned to form mechanical members and metal is then deposited and patterned to form the leads and capacitors for electrostatic actuation of mechanical members. The underlying silicon and the sacrificial oxides are removed by etching out the mold under the fabricated micromachined devices, leaving freestanding vertical-ribbed silicon nitride devices. The devices show increased unplanned bending stiffness due to the presence of stiffening ribs. Biaxial silicon nitride straightening mirrors with stiffening ribs are also described.
Die DE 10 2004 005 804 A1 beschreibt ein Verfahren, das die Verfüllung von Isolationsgräben unter ausschließlicher Nutzung von CMOS-Standardprozessen ermöglicht. Dabei wird zur Grabenverfüllung nur Siliziumoxid verwendet. Es verbleiben Hohlräume im Grabeninneren, was aus Gründen der Reduzierung elastischer Spannungen als Vorteil angesehen wird. Die Tiefenlage des Verschlusspunkts eines verbleibenden Hohlraums ist steuerbar. Der Verschlusspunkt wird so tief unter die Oberfläche gelegt, dass ein nachträgliches Öffnen der Hohlräume bei den folgenden Prozessschritten sicher verhindert wird. Das Verschließen des verbleibenden Hohlraums erfolgt mit einem Abscheidungsverfahren, das bei niedrigem Druck arbeitet. Das Verfahren zur Verfüllung von Isolationsgräben nutzt. CVD-Abscheidungen und RIE-Ätzungen.The DE 10 2004 005 804 A1 describes a method that allows the filling of isolation trenches using only standard CMOS processes. Only silicon oxide is used for trench filling. There remain cavities in the trench interior, which is considered to be advantageous for reasons of reducing elastic stresses. The depth of the closure point of a remaining cavity is controllable. The closing point is placed so deeply under the surface that subsequent opening of the cavities is reliably prevented during the following process steps. The closing of the remaining cavity is done with a deposition process that operates at low pressure. The method for filling isolation trenches uses. CVD deposits and RIE etches.
Die US 6,303,464 B1 beschreibt ein reduziertes Kapazitätsverbindungssystem. Eine erste Metallschicht ist auf einer vorbestimmten Ebene über einer ersten dielektrischen Schicht gebildet, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist. Die erste Metallschichtebene bildet mehrere Verbindungsleitungen, wobei jede Verbindungsleitung von jeder benachbarten Verbindungsleitung durch einen Graben getrennt ist, was einen Graben mit einem höchsten Seitenverhältnis umfasst. Eine zweite dielektrische Schicht ist auf der ersten Metallschicht und in den Gräben zwischen den Verbindungsleitungen derart gebildet, dass ein eingeschlossener Leerraum mit einer leeren Spitze, im Wesentlichen gleich auf mit der Oberseite der Metallschicht, in zumindest jedem Graben gebildet ist, der ein Seitenverhältnis über einem vorbestimmen Minimalseitenverhältnis aufweist, wobei der eingeschlossene Leerraum in dem Graben mit dem höchsten Seitenverhältnis ein Leerraumvolumen aufweist, das zumindest 15% des Volumens des Grabens ist.The US 6,303,464 B1 describes a reduced capacity connection system. A first metal layer is formed on a predetermined plane above a first dielectric layer formed on a semiconductor substrate. The first metal layer plane forms a plurality of connection lines, each connection line of each adjacent connection line being separated by a trench, which includes a trench with a highest aspect ratio. A second dielectric layer is formed on the first metal layer and in the trenches between the interconnect lines such that an enclosed void having an empty void substantially equal to the top of the metal layer is formed in at least each trench having an aspect ratio above one predetermined minimum side ratio, wherein the trapped void in the trench with the highest aspect ratio has a void volume that is at least 15% of the volume of the trench.
Die US 2006/0228866 A1 beschreibt Verfahren, bei denen Oxid in Öffnungen in einem Dreischrittprozess gebildet wird. Ein erster Schritt ist die Aufbringung von Oxid unter einem größeren Druck als 15 mTorr. Ein zweiter Schritt ist das Entfernen eines Abschnitts des Oxids mit einem Ätzen. Ein dritter Schritt ist eine Oxidaufbringung unter einem Druck von weniger als oder gleich 10 mTorr. Der methodische Ansatz der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden zum Bilden von mit Gräben versehenen Isolationsregionen, so wie z. B. Isolationsregionen mit seichten Gräben.The US 2006/0228866 A1 describes methods in which oxide is formed in openings in a three-step process. A first step is the application of oxide at a pressure greater than 15 mTorr. A second step is to remove a portion of the oxide with an etch. A third step is an oxide application under a pressure of less than or equal to 10 mTorr. The methodological approach of the present invention can be used to form trenched isolation regions such as, for example B. isolation regions with shallow trenches.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mikromechanisches Bauelement mit einer beweglichen Spiegelplatte und ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen, wobei das mikromechanische Bauelement verbesserte Eigenschaften aufweist und/oder kostengünstiger bzw. einfacher herzustellen ist.The present invention has for its object to provide a micromechanical device with a movable mirror plate and a method for producing the same, wherein the micromechanical device has improved properties and / or less expensive or easier to manufacture.
Diese Aufgabe wird durch ein mikromechanisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1, 35, 37 und 41 und ein Verfahren zum Herstellen desselben gemäß einem der Ansprüche 27, 38, 40 und 42 gelöst.This object is achieved by a micromechanical component according to any one of claims 1, 35, 37 and 41 and a method for producing the same according to one of claims 27, 38, 40 and 42.
Die vorliegende Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauelement mit einer Schicht, die strukturiert ist, um eine Feder und eine mittels der Feder schwingfähig aufgehängte Platte zu bilden, wobei in der Platte zumindest eine Ausnehmung gebildet ist und auf einer Oberfläche der Platte eine Abdeck-Schicht angeordnet ist, die die Ausnehmung an der Oberfläche verschließt. Zugleich schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements, das ein Strukturieren einer Schicht, so dass sich in der Schicht eine Feder, eine mittels der Feder schwingfähig aufgehängte Platte und ein Rahmenabschnitt bilden, der über die Feder mit der Platte verbunden ist, ein Bilden einer Ausnehmung in der Platte und ein Aufbringen einer Abdeck-Schicht auf einer Oberfläche der Platte, die die Ausnehmung an de Oberfläche verschließt, umfasst.The present invention provides a micromechanical device having a layer that is patterned to form a spring and a spring-suspended suspended plate by the spring, wherein in the plate at least one recess is formed and on a surface of the plate, a cover layer is arranged, which closes the recess on the surface. At the same time, the present invention provides a method for producing a micromechanical device, which comprises structuring a layer such that a spring, a spring-suspended plate suspended by the spring and a frame section which is connected to the plate via the spring form in the layer, forming a recess in the panel and applying a cover layer on a surface of the panel closing the recess to the surface.
Dadurch dass bei dem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung in der Platte eine Ausnehmung gebildet ist, kann das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement eine Platte mit einer höheren Dicke aufweisen, ohne dass eine Masse bzw. ein Trägheitsmoment der Platte erhöht ist. Aufgrund der größeren Dicke der Platte weist die Platte eine höhere Steifigkeit auf, wodurch eine Wahrscheinlichkeit, dass sich die Platte in Folge einer Winkelbeschleunigung deformiert, reduziert ist. Somit lassen sich mikromechanische Bauelemente herstellen, bei denen die Platte trotz einer erhöhten Steifigkeit dasselbe Trägheitsmoment aufweist, wodurch bei gleichbleibender Federkonstante einer Aufhängung bei dem mikromechanischen Bauelement eine Änderung der Eigenfrequenz des mikromechanischen Bauelements vermieden werden kann.Since a recess is formed in the plate in the micromechanical component according to the present invention, the micromechanical component according to the invention can have a plate with a higher thickness, without a mass or an inertia moment of the plate being increased. Due to the greater thickness of the plate, the plate has a higher rigidity, whereby a probability that the plate deforms as a result of angular acceleration is reduced. Thus, micromechanical components can be produced in which the plate has the same moment of inertia despite increased rigidity, whereby a change in the natural frequency of the micromechanical device can be avoided with constant spring constant of a suspension in the micromechanical device.
Anders ausgedrückt lässt sich eine Erhöhung der Steifigkeit der Platte durch eine Erhöhung der Dicke der Platte erzielen, während zugleich durch ein Wegätzen bestimmter Plattenteile bzw. einem Bilden von Ausnehmungen in der Platte durch eine derart erzeugte Struktur das Trägheitsmoment der Platte konstant gehalten werden kann bzw. gegenüber einer dicken Platte ohne Ausnehmung reduziert ist. Ein niedriges Trägheitsmoment bzw. eine Reduktion des Trägheitsmoments der Platte ist dabei erforderlich, um eine hohe Schwingungsfrequenz des mikromechanischen Bauelements zu erzielen und einen Betrieb mit einer geringen Antriebskraft bzw. eine Auslenkung der Platte mit geringem Kraftaufwand zu ermöglichen. Dabei kann die schwingfähig aufgehängte Platte mit einem gleich großen Antriebsmoment im gleichen Zeitintervall von einer Position in eine andere verkippt werden, da das Trägheitsmoment der Platte eben trotz erhöhter Steifigkeit konstant bleibt.In other words, an increase in the rigidity of the plate can be achieved by increasing the thickness of the plate, while at the same time by etching away certain plate parts or forming recesses in the plate by a structure thus produced, the moment of inertia of the plate can be kept constant is reduced compared to a thick plate without recess. A low moment of inertia or a reduction of the moment of inertia of the plate is required in order to achieve a high oscillation frequency of the micromechanical device and to allow operation with a low driving force or a deflection of the plate with little effort. In this case, the oscillating suspended plate can be tilted with a drive torque of the same size in the same time interval from one position to another, since the moment of inertia of the plate remains constant despite increased rigidity.
Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, in Folge eines Einsatzes einer dickeren Platte bei dem mikromechanischen Bauelement die Federkonstante bei dem mikromechanischen Bauelement zu erhöhen, um die Auswirkungen der dickeren Platte zu kompensieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da eine Erhöhung der Federkonstanten einhergeht mit größeren mechanischen Torsionsspannungen in Federelementen, was aus Zuverlässigkeitsgründen unerwünscht ist.For this reason, it is not necessary to increase the spring constant in the micromechanical device due to a use of a thicker plate in the micromechanical device in order to compensate for the effects of the thicker plate. This is particularly advantageous because an increase in the spring constant is accompanied by greater mechanical torsional stresses in spring elements, which is undesirable for reasons of reliability.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei dem mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Federelemente und die Ausnehmung in der Platte in einem einzigen Verfahrensschritt gemeinsam strukturiert werden können, was eine effizientere Fertigung des mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht.A further advantage is that, in the micromechanical component according to an exemplary embodiment of the present invention, the spring elements and the recess in the plate can be jointly structured in a single method step, which enables a more efficient production of the micromechanical component according to the present invention.
Vorteilhaft ist bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, dass die Verspiegelung in einer Vertiefung, wie z. B. einer Aushöhlung in der Rahmenstruktur angeordnet werden kann, wodurch eine Wahrscheinlichkeit eines Verkratzens der Verspiegelung während der Herstellung des mikromechanischen Bauelements reduziert ist. Dies ermöglicht mikromechanische Bauelemente mit einer verbesserten Qualität bzw. einer höheren Ausbeute herzustellen, da ein geringerer Anteil der hergestellten mikromechanischen Bauelemente aufgrund von Verkratzungen der Verspiegelung verworfen werden muss. Somit lassen sich die Herstellungskosten bei dem mikromechanischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung reduzieren. Da bei dem mikromechanischen Bauelement, wie bereits erläutert, die Platte durch eine höhere Steifigkeit gekennzeichnet ist, ist ein strukturiertes Erzeugen eines Versteifungs-Elements auf der Platte nicht mehr erforderlich, weshalb das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement einfacher zu fertigen ist als das herkömmliche mikromechanische Bauelement 21.It is advantageous in a micromechanical device according to an embodiment of the present invention that the mirror coating in a depression, such as. B. a cavity can be arranged in the frame structure, whereby a likelihood of scratching of the reflective coating during the production of the micromechanical device is reduced. This makes it possible to produce micromechanical components having an improved quality or a higher yield, since a smaller proportion of the micromechanical components produced must be discarded due to scratches on the mirror coating. Thus, the manufacturing cost of the micromechanical device according to the embodiment of the present invention can be reduced. Since in the micromechanical device, as already explained, the plate is characterized by a higher rigidity, a structured production of a stiffening element on the plate is no longer required, which is why the micromechanical device according to the invention is easier to manufacture than the conventional micromechanical device 21 ,
Die monolithische Ausführung der Platte zusammen mit der Versteifungsstruktur führt auch bei einer dauerhaften Schwingungsbelastung nicht zu einem Ablösen des Versteifungs-Elements von der Platte bzw. dem Basiskörper 33 im Gegensatz zu dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21. Somit weist das so aufgebaute schwingende Element bei dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelement eine höhere Stabilität auf als bei dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21.The monolithic design of the plate together with the stiffening structure does not lead to a detachment of the stiffening element from the plate or the base body even with a permanent vibration load 33 in contrast to the conventional micromechanical device 21 , Thus, the vibrating element thus constructed in the micromechanical device according to the invention has a higher stability than in the conventional micromechanical device 21 ,
Darüber hinaus lässt sich bei der Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Fertigungsausbeute erhöhen, wobei eine Mehrzahl der mikromechanischen Bauelemente auf einer Scheibe angeordnet ist, da sich die mikromechanischen Bauelemente mit einer homogenen Verteilung der Dicken der Platten und der Tiefen der Ausnehmungen in den Platten über die gesamte Scheibe bzw. den gesamten Wafer hinweg in einfacherer Weise herstellen lassen, und somit das Trägheitsmoment der Platten in dem Verbund der mikromechanischen Bauelemente über den gesamten Wafer hinweg eine homogene Verteilung aufweist. Dies ermöglicht mikromechanische Bauelemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer hohen Ausbeute herzustellen.In addition, in the manufacture of a micromechanical device according to an exemplary embodiment of the present invention, the production yield can be increased, with a plurality of the micromechanical components being arranged on a disk, since the micromechanical components have a homogeneous distribution of the thicknesses of the plates and the depths of the recesses in the plates over the entire disc or the entire wafer away in a simpler way, and thus the moment of inertia the plates in the composite of micromechanical components has a homogeneous distribution over the entire wafer. This makes it possible to produce micromechanical devices according to an embodiment of the present invention with a high yield.
Zugleich verläuft bei dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelement, das ja kein von der Platte hervorstehendes Versteifungs-Elemente aufweist, die Achse durch den Schwerpunkt und zugleich durch die Federelemente, an denen die Platte aufgehängt ist, was dazu führt, dass keine parasitären Schwingungsmoden auftreten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da die parasitären Schwingungsmoden sich störend auf eine Funktionalität des mikromechanischen Bauelements auswirken und zugleich eine Verringerung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer des mikromechanischen Bauelements nach sich ziehen.At the same time runs in the micromechanical device according to the invention, which does not have protruding from the plate stiffening elements, the axis through the center of gravity and at the same time by the spring elements on which the plate is suspended, resulting in that no parasitic vibration modes occur. This is particularly advantageous since the parasitic oscillation modes have a disruptive effect on a functionality of the micromechanical component and at the same time result in a reduction in the reliability and the service life of the micromechanical component.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
1a eine Querschnittsansicht eines Vergleichsbeispiels einer Spiegelplatte bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Ausnehmung in einer Platte und eine Verspiegelung auf einander abgewandten Oberflächen der Platte angeordnet sind; 1a a cross-sectional view of a comparative example of a mirror plate in a micromechanical device according to an embodiment of the present invention, wherein a recess in a plate and a mirror coating on opposite surfaces of the plate are arranged;
1b eine Draufsicht von oben auf das in 1a dargestellte Vergleichsbeispiel einer Spiegelplatte; 1b a top view from the top of the 1a illustrated comparative example of a mirror plate;
2 eine Querschnittsansicht eines mikromechanischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a cross-sectional view of a micromechanical device according to an embodiment of the present invention;
3 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Spiegelplatte bei einen mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Abdeck-Schicht und eine Verspiegelung auf einander abgewandten Oberflächen einer Platte angeordnet sind; 3 a cross-sectional view of another embodiment of a mirror plate in a micromechanical device according to an embodiment of the present invention, wherein a cover layer and a mirror on opposing surfaces of a plate are arranged;
4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Spiegelplatte bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Abdeck-Schicht zwischen einer Verspiegelung und einer Platte angeordnet ist; 4 a cross-sectional view of an embodiment of a mirror plate in a micromechanical device according to the present invention, wherein a cover layer between a mirror and a plate is arranged;
5 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Spiegelplatte mit Durchgangsöffnungen bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung; 5 a cross-sectional view of an embodiment of a mirror plate with through holes in a micromechanical device according to the present invention;
6 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Spiegelplatte mit symmetrisch angeordneten Sacklöchern bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung; 6 a cross-sectional view of an embodiment of a mirror plate with symmetrically arranged blind holes in a micromechanical device according to the present invention;
7A einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung; 7A a sequence of a method for producing a micromechanical device according to the present invention;
7B einen Ablauf eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung; 7B a sequence of a further method for producing a micromechanical device according to the present invention;
7C bis E Draufsichten weiterer Ausführungsbeispiele von Spiegelplatten zur Veranschaulichung weiterer Möglichkeiten der Anordnung der Ausnehmungen; 7C to E top views of further embodiments of mirror plates to illustrate further possibilities of the arrangement of the recesses;
8a eine Spiegelplatte in Ruhelage; 8a a mirror plate in rest position;
8b eine aufgrund einer hohen anliegenden Winkelbeschleunigung deformierte Spiegelplatte; 8b a mirror plate deformed due to high applied angular acceleration;
9 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen mikromechanischen Bauelements. 9 a cross-sectional view of a conventional micromechanical device.
In 1a ist eine Querschnittsansicht eines Vergleichsbeispiels einer Spiegelplatte 51 bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, die hier zylinderförmig ist. Die Spiegelplatte 51 umfasst eine Grundplatte 53, in der eine Mehrzahl von Sacklöchern 55 unterschiedlicher Breite gebildet ist, wobei die Sacklöcher 55 auf einer Vorderseite der Grundplatte 53 gebildet sind und auf einer Rückseite bzw. einer der Vorderseite abgewandten Oberfläche der Grundplatte 53 eine Verspiegelung 57 gebildet ist. Die Grundplatte 53 besteht aus einem Basisbereich 53a und mehreren hervorstehenden Abschnitten 53b, zwischen denen die Ausnehmungen 55 angeordnet sind. Am linken und rechten Rand der Spiegelplatte 51 ist in 1a zu erkennen, wie die Spiegelplatte 51 an einem Rahmen 79 über Torsionsfedern 81 aufgehängt ist, wobei Rahmen 79 und Federn 81 in der selben Schicht wie die Platte 53 gebildet sind. über die Federn 81 bzw. den Rahmen 79 sind die Grundplatte 53 und damit die Spiegelplatte 51 an einem mikromechanischen Bauelement befestigt, wobei in 1a nur ein Ausschnitt aus dem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.In 1a FIG. 12 is a cross-sectional view of a comparative example of a mirror plate. FIG 51 in a micromechanical device according to an embodiment of the present invention, which is cylindrical here. The mirror plate 51 includes a base plate 53 in which a plurality of blind holes 55 different width is formed, with the blind holes 55 on a front side of the base plate 53 are formed and on a rear side or a front side facing away from the surface of the base plate 53 a mirroring 57 is formed. The base plate 53 consists of a base area 53a and several protruding sections 53b between which the recesses 55 are arranged. At the left and right edge of the mirror plate 51 is in 1a to recognize, like the mirror plate 51 on a frame 79 over torsion springs 81 is suspended, being frame 79 and feathers 81 in the same layer as the plate 53 are formed. over the springs 81 or the frame 79 are the base plate 53 and thus the mirror plate 51 attached to a micromechanical device, wherein in 1a only a portion of the micromechanical device according to the present invention is shown.
1b zeigt eine Draufsicht auf die in 1a gezeigte kreisförmige Spiegelplatte 51 und somit wiederum einen Ausschnitt aus dem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Draufsicht in 1b sind die Sacklöcher 55 unterschiedlicher Breite in der Grundplatte 53 dargestellt. Darüber hinaus zeigt 1b einen zwischen dem nur ansatzweise gezeigten Rahmen 79 und der Spiegelplatte 53 gebildeten Graben 59, der die Platte 51 unterbrochen durch die Federn 81 umgibt, und in Dickerichtung sich vollständig durch die Schicht 53 erstreckt. Die Spiegelplatte 51 ist über den Rahmen 79 beispielsweise an einem Substrat angebracht, wie es im folgenden Bezug nehmend auf 2 gezeigt ist, so dass sie Platte 51 um die einander gegenüberliegenden Federn 81 schwingfähig aufgehängt ist. 1b shows a plan view of the in 1a shown circular mirror plate 51 and thus again a section of the micromechanical component according to the present invention Invention. In the plan view in 1b are the blind holes 55 different width in the base plate 53 shown. In addition, shows 1b one between the frame shown only slightly 79 and the mirror plate 53 formed ditch 59 who the plate 51 interrupted by the springs 81 surrounds, and in thickness direction completely through the layer 53 extends. The mirror plate 51 is over the frame 79 For example, attached to a substrate, as in the following reference to 2 is shown, so she plate 51 around the opposite springs 81 is suspended vibratory.
Wie es zu erkennen ist, sind die Ausnehmungen bzw. Sacklöcher 55 lateral spiegelsymmetrisch zu einer durch eine Mitte der Platte 51 verlaufenden Ebene angeordnet, wie zu der in 1b gezeigten Schnittebene von 1a. In dieser Eben sitzen die Federn 81. Die Verspiegelung 57 ist mittig zu den Federn 81 angebracht.As can be seen, the recesses or blind holes 55 laterally mirror symmetric to one through a center of the plate 51 arranged level, as in the 1b shown section plane of 1a , The feathers sit in this plane 81 , The mirroring 57 is central to the springs 81 appropriate.
Bei dem in 1a–b gezeigten Vergleichsbeispiel ergibt sich der Nachteil, dass die so ausgeführte Platte auf einer Oberfläche, die wie später noch erläutert wird, sogar eine Außenfläche des mikromechanischen Bauelements darstellt, Aushöhlungen bzw. Gräben aufweist, und somit eine unebene Oberfläche aufweist. Die Spiegelplatte ist daher bei dem Vergleichsbeispiel wie in 1a gezeigt, auf einer glatten Oberfläche auf der Unterseite der Platte 53 aufzubringen. Nachteilhaft ist an der Ausführungsform der Platte 51, dadurch dass die Verspiegelung 57 auf der Unterseite angeordnet ist, diese, wie später noch erläutert wird, auf einer einem Substrat des mikromechanischen Bauelements zugewandten Fläche der Platte 53 aufzubringen ist, so dass das Bilden der Verspiegelung 57 in einem Hohlraum zwischen dem Substrat, auf dem das mikromechanische Bauelement angeordnet ist, und der Platte aufwendig ist, und zugleich in aufwendiger Weise Vorkehrungen getroffen werden müssen, dass der Lichtstrahl uneingeschränkt auf die Verspiegelung 57 auftreffen kann, um einen störungsfreien Betrieb des mikromechanischen Bauelements, in dem die Spiegelplatte 51 implementiert ist, sicherzustellen.At the in 1a The comparative example shown in FIG. 1b has the disadvantage that the plate thus executed on a surface which, as will be explained later, even constitutes an outer surface of the micromechanical component, has cavities or trenches, and thus has an uneven surface. The mirror plate is therefore in the comparative example as in 1a shown on a smooth surface on the bottom of the plate 53 applied. A disadvantage of the embodiment of the plate 51 , in that the mirroring 57 is arranged on the bottom, this, as will be explained later, on a substrate of the micromechanical device facing surface of the plate 53 is to apply, so that forming the mirroring 57 in a cavity between the substrate on which the micromechanical component is arranged, and the plate is expensive, and at the same time precautions must be taken in a complex manner, that the light beam unrestricted to the mirroring 57 can impinge on trouble-free operation of the micromechanical device in which the mirror plate 51 is implemented.
Nachteilhaft ist des Weiteren, dass die Spiegelplatte 51 auf einer Oberfläche der Platte 53, die nach der Implementierung in dem mikromechanischen Bauelement an einer Außenseite angeordnet ist, Unebenheiten aufweist, wobei sich in diesen Unebenheiten Rückstände der bei der Fertigung des mikromechanischen Bauelements eingesetzten Substanzen, wie organische Rückstände, Lösungsmittel oder Partikel absorbiert werden können, die die Eigenschaften des Bauelements beeinträchtigen bzw. verschlechtern.Another disadvantage is that the mirror plate 51 on a surface of the plate 53 , which is arranged after implementation in the micromechanical device on an outer side, has unevenness, wherein residues of the substances used in the manufacture of the micromechanical device, such as organic residues, solvents or particles can be absorbed in these bumps, the properties of the device impair or worsen.
Nachteilhaft ist an der unebenen Oberfläche der Spiegelplatte 53 außerdem, dass sich bei einem Betrieb des mikromechanischen Bauelements, in dem die Platte 53 implementiert ist bei der Auslenkung der Spiegelplatte 51 an den hervorstehenden Abschnitten 53b und in den zwischen diesen Abschnitten gebildeten Gräben 55 Verwirbelungen bilden, die dazu führen, dass der einer Auslenkung der Spiegelplatte 51 entgegenwirkende Strömungswiderstand erhöht ist. Diese Erhöhung des Strömungswiderstands kann zwar dadurch kompensiert werden, dass eine zur Auslenkung der Platte eingesetzte Kraft erhöht wird, jedoch erhöhen sich durch die Vergrößerung der eingesetzten Kraft die an dem mikromechanischen Bauelement und insbesondere auch an der Platte 53 und der Feder 81 auftretenden mechanischen Spannungen, was zu einer Reduzierung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer des mikromechanischen Bauelements führt. Denn die Wahrscheinlichkeit, dass das mikromechanische Bauelement z. B. in einem Abschnitt der Feder 81 bricht, ist aufgrund der mechanischen Spannungen erhöht.A disadvantage is the uneven surface of the mirror plate 53 Moreover, that in an operation of the micromechanical device in which the plate 53 is implemented at the deflection of the mirror plate 51 at the protruding sections 53b and in the trenches formed between these sections 55 Create turbulences that cause a deflection of the mirror plate 51 counteracting flow resistance is increased. Although this increase in the flow resistance can be compensated for by increasing a force used to deflect the plate, the increase in the force used increases the force on the micromechanical component and in particular also on the plate 53 and the spring 81 occurring mechanical stresses, which leads to a reduction in the reliability and the life of the micromechanical device. Because the probability that the micromechanical device z. B. in a portion of the spring 81 breaks, is increased due to the mechanical stresses.
Anhand von 2, die eine Querschnittsansicht eines mikromechanischen Bauelements 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wird eine Anwendung der Spiegelplatte 51 indem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelement 71 erläutert. Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Das mikromechanische Bauelement 71 weist ein Substrat 73 auf, auf dem ein Rahmenelement 75 angeordnet ist. Auf dem Rahmenelement 75 ist auf einer dem Substrat 73 abgewandten Oberfläche ein Rahmenoxid 77 gebildet, das als Ätzstoppschicht dient. Auf einer dem Rahmenelement 75 abgewandten Oberfläche des Rahmenoxids 77 ist eine Rahmenbefestigung 79 erzeugt. An der Rahmenbefestigung 79 sind die beiden Federn 81 befestigt, an denen die Grundplatte 53 aufgehängt ist. Auf der Rückseite der Grundplatte ist wie bereits in 1a dargestellt die Verspiegelung 57 gebildet. Die Spiegelplatte 51, die Federn 81 und die Rahmenbefestigung 79 sind in einer Plattenschicht 82 implementiert und können bevorzugt sogar einstückig ausgeführt sein.Based on 2 , which is a cross-sectional view of a micromechanical device 71 According to an embodiment of the present invention, there will be an application of the mirror plate 51 in the micromechanical component according to the invention 71 explained. In the following, the same or equivalent elements are provided with the same reference numerals. The micromechanical component 71 has a substrate 73 on top of which a frame element 75 is arranged. On the frame element 75 is on a the substrate 73 facing away from a frame oxide 77 formed, which serves as Ätzstoppschicht. On a the frame element 75 remote surface of the frame oxide 77 is a frame attachment 79 generated. At the frame attachment 79 are the two springs 81 attached to which the base plate 53 is suspended. On the back of the base plate is like already in 1a represented the mirroring 57 educated. The mirror plate 51 , the feathers 81 and the frame attachment 79 are in a plate layer 82 implemented and may preferably be carried out in one piece.
Auf dem Substrat 73 ist eine Elektrode 83a gebildet, während auf einer dem Substrat 73 gegenüberliegenden Oberfläche der Grundplatte 53 eine Gegenelektrode 83b erzeugt ist. Auf dem Substrat 73 sind hier nicht gezeigte Schaltungsstrukturen angeordnet, die zu einer Ansteuerung der Elektrode 83a und der Gegenelektrode 83b dienen.On the substrate 73 is an electrode 83a formed while on a the substrate 73 opposite surface of the base plate 53 a counter electrode 83b is generated. On the substrate 73 not shown here, circuit structures are arranged, which leads to a control of the electrode 83a and the counter electrode 83b serve.
Über eine Spannung zwischen der Elektrode 83a und der Gegenelektrode 83b wird eine Ladungsträgerverteilung auf der Elektrode 83a und der Gegenelektrode 83b eingestellt, so dass sich beim Anlegen einer Spannung der Elektrode 83a und der Elektrode 83b Ladungsträger entgegengesetzten Vorzeichens anhäufen. In Folge dieser Ladungsträgeranhäufungen kommt es zu einer Anziehung zwischen der Elektrode 83a und der Gegenelektrode 83b, was zu einer Auslenkung der an den beiden Federn 81 aufgehängten Grundplatte 53 führt. Somit kann über die an den Elektroden 83a, 83b anliegende Spannung eine Auslenkung der Platte 53 und damit eine Ausrichtung der Verspiegelung 57 eingestellt werden. Eine Eigenfrequenz des aus den Federn 81 und der Platte 53 mit der Verspiegelung 57 gebildeten Schwingkörpers hängt von einer Masse des aus der Grundplatte 53 und der Verspiegelung 57 gebildeten Rotationskörpers und einer Federkonstanten der Federn 81 ab.About a voltage between the electrode 83a and the counter electrode 83b becomes a charge carrier distribution on the electrode 83a and the counter electrode 83b adjusted so that when applying a voltage of the electrode 83a and the electrode 83b Accumulate charge carriers of opposite sign. In consequence of this Carrier clusters cause an attraction between the electrode 83a and the counter electrode 83b , causing a deflection of the two springs 81 suspended base plate 53 leads. Thus, over the on the electrodes 83a . 83b voltage applied a deflection of the plate 53 and thus an alignment of the mirroring 57 be set. A natural frequency of the springs 81 and the plate 53 with the mirroring 57 formed oscillating body depends on a mass of the base plate 53 and the mirroring 57 formed rotational body and a spring constant of the springs 81 from.
Vorteilhaft ist bei dem in 2 gezeigten mikromechanischen Bauelement 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, dass eine Dicke der Grundplatte 53 im Vergleich zu einer Dicke des Basiskörpers 33 bei dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21 erhöht ist, so dass eine Steifigkeit der Grundplatte 53 in Relation zu einer Steifigkeit des Basiskörpers 33 erhöht ist, während z. B. aufgrund der in der Grundplatte 53 vorhandenen Sacklöcher 55 bzw. Sacköffnungen die Masse der Grundplatte 53 gleich der Masse des Basiskörpers 33 bei dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21 ist. Somit ist die Resonanzfrequenz des mikromechanischen Bauelements 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gleich der Resonanzfrequenz des herkömmlichen Bauelements 21, während jedoch die Steifigkeit der Grundplatte 53 höher als die Steifigkeit des Basiskörpers 33 ist.It is advantageous in the in 2 shown micromechanical device 71 According to an embodiment of the present invention, that a thickness of the base plate 53 compared to a thickness of the base body 33 in the conventional micromechanical device 21 is increased, so that rigidity of the base plate 53 in relation to a rigidity of the base body 33 is increased while z. B. due to in the base plate 53 existing blind holes 55 or blind holes the mass of the base plate 53 equal to the mass of the base body 33 in the conventional micromechanical device 21 is. Thus, the resonant frequency of the micromechanical device 71 according to an embodiment of the present invention, equal to the resonant frequency of the conventional device 21 while, however, the rigidity of the base plate 53 higher than the stiffness of the base body 33 is.
Darüber hinaus ist das mikromechanische Bauelement 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung insofern vorteilhaft, indem die Verspiegelung 57 auf der Rückseite der Grundplatte 53 angeordnet ist, so dass die Verspiegelung sich in einer Vertiefung der in 2 gezeigten Struktur befindet. Dadurch dass die Verspiegelung 57 in einer Vertiefung positioniert ist, kommt es nicht zu einem Verkratzen der Verspiegelung während einer Fertigung des mikromechanischen Bauelements 71 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Massenfertigung, bei der eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelemente 71 auf einem Wafer bzw. einer Scheibe miteinander verbunden angeordnet sind und prozessiert werden, da das mikromechanische Bauelement 71 bei einem Aufliegen der Scheibe in der Fertigung nicht an der Verspiegelung 57 mit einer Auflage in Kontakt kommen kann. Ein Verkratzen der Verspiegelung 57 ist somit ausgeschlossen.In addition, the micromechanical device 71 according to an embodiment of the present invention in that the mirror coating 57 on the back of the base plate 53 is arranged so that the mirroring in a depression of in 2 structure shown. Because of the mirroring 57 is positioned in a recess, there is no scratching of the mirroring during manufacture of the micromechanical device 71 according to the present invention in a mass production, in which a plurality of micromechanical components according to the invention 71 are arranged connected to each other on a wafer or a wafer and are processed, since the micromechanical device 71 in a resting of the disc in the production not on the mirroring 57 can come in contact with an edition. A scratching of the mirroring 57 is thus excluded.
Außerdem ist das mikromechanische Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung einfacher herzustellen als das herkömmliche mikromechanische Bauelement 21, da sich auf der Rückseite der Grundplatte keine Versteifungsstrukturen befinden, die nur in sehr aufwendiger Weise gebildet werden können. Die Bildung der Verspiegelung 57 selbst ist mittels eines einfachen photolithographischen Prozesses möglich, der aufgrund entsprechend hoher Toleranzen bezüglich der Abmessungen der Verspiegelung 57 in einfacher Weise durchgeführt werden kann. Gegebenenfalls kann sogar bei einer Verwendung einer Schattenmaske zur Bildung der Verspiegelung 57 vollständig auf einen photolithographischen Prozess verzichtet werden.In addition, the micromechanical component 71 According to the present invention easier to manufacture than the conventional micromechanical device 21 because there are no stiffening structures on the back of the base plate, which can be formed only in a very complex manner. The formation of the mirroring 57 itself is possible by means of a simple photolithographic process, due to correspondingly high tolerances with respect to the dimensions of the mirror coating 57 can be done in a simple way. Optionally, even when using a shadow mask to form the mirror coating 57 completely dispensed with a photolithographic process.
Vorteilhaft ist bei dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darüber hinaus, dass die Feder 81 sich über die gesamte Höhe der Grundplatte 53 erstreckt, so dass die Anordnung des Schwerpunkts der aufgehängten Struktur 53, 57 wesentlich naher an der Drehachse ist als beim herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21. Somit werden bei dem mikromechanischen Bauelement 71 die parasitären Schwingungsmoden wesentlich effizienter unterdrückt.It is advantageous in the case of the micromechanical component 71 According to the embodiment of the present invention, moreover, that the spring 81 over the entire height of the base plate 53 extends so that the arrangement of the center of gravity of the suspended structure 53 . 57 is much closer to the axis of rotation than the conventional micromechanical device 21 , Thus, in the micromechanical device 71 suppresses the parasitic vibration modes much more efficiently.
Die Grundplatte 53 lässt sich bei dem mikromechanischen Bauelement 71 besonders einfach herstellen, wenn wie bei der in 1a gezeigten Detailansicht der Grundplatte 53 die hervorstehenden Abschnitte 53b und der Basisbereich 53a der Grundplatte 53 jeweils als einkristallines Silizium, jedoch mit einem unterschiedlichen Dotierungstyp ausgeführt sind. Dabei können dann die hervorstehende Abschnitte 53b, bzw. die die Versteifungsstrukturen bildende Teilschicht z. B. p-dotiert sein, während der Basisbereich 53a bzw. die untere Teilschicht n-dotiert ist, so dass durch einen Einsatz eines dotierungsselektiven nasschemischen Ätzmittels der Ätzprozess an dem n-dotierten Basisbereich 53a zum Erliegen kommt. Somit können die bei einer Massenfertigung auftretenden Inhomogenitäten der Ätzrate, wenn eine Vielzahl von gemeinsam auf einem Wafer angeordneten mikromechanischen Bauelementen 71 verarbeitet wird, und die damit verbundenen Variationen und Abmessungen der Sacklöcher bzw. der Trägheitsmomente der Grundplatte 53 über die Scheibe hinweg vermieden werden, so dass sich eine homogene Verteilung der Resonanzfrequenzen der auf der Scheibe angeordneten mikromechanischen Bauelemente ergibt.The base plate 53 can be in the micromechanical device 71 especially easy to produce, if like in the 1a shown detail view of the base plate 53 the protruding sections 53b and the base area 53a the base plate 53 are each designed as single-crystal silicon, but with a different doping type. It can then the protruding sections 53b or the partial structure forming the stiffening structures z. B. p-doped, while the base region 53a or the lower sub-layer is n-doped, so that by using a doping-selective wet-chemical etchant of the etching process at the n-doped base region 53a comes to a halt. Thus, the mass rate inhomogeneities of the etch rate may occur when a plurality of micromechanical devices commonly disposed on a wafer 71 is processed, and the associated variations and dimensions of the blind holes and the moments of inertia of the base plate 53 be avoided over the disc, so that there is a homogeneous distribution of the resonance frequencies of the arranged on the disc micromechanical components.
Die Spiegelplatte 51 kann bei dem mikromechanischen Bauelement 71 in verschiedenen Ausführungsformen implementiert werden, wie im Folgenden dargelegt wird. 3 zeigt dabei eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Spiegelplatte 101 bei dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 3 beschränkt sich dabei auf die Spiegelplatte 101 und zeigt keine weiteren Elemente des mikromechanischen Bauelements 71, an dem die Spiegelplatte 101 befestigt ist. Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Des Weiteren beschränkt sich eine Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der in 3 gezeigten Spiegelplatte 101 auf eine Beschreibung der Unterschiede zu dem in 1a gezeigten Vergleichsbeispiel einer Spiegelplatte 51.The mirror plate 51 can in the micromechanical device 71 in various embodiments, as set forth below. 3 shows a cross-sectional view of another embodiment of a mirror plate 101 in the micromechanical device 71 according to the present invention. The representation in 3 limited to the mirror plate 101 and shows no further elements of the micromechanical device 71 on which the mirror plate 101 is attached. Hereinafter are the same or equivalent elements provided with the same reference numerals. Furthermore, a description of the structure and operation of the in 3 shown mirror plate 101 to a description of the differences to the in 1a shown comparative example of a mirror plate 51 ,
Im Gegensatz zu der in 1a gezeigten Spiegelplatte 51 weist die Ausführungsform der Spiegelplatte 101 auf einer Vorderseite eine Abdeck-Schicht 103 auf, die auf einer Oberfläche der Grundplatte 53 abgeschieden ist. Die Abdeck-Schicht 103 erstreckt sich dabei so in die Sacklöcher 55 hinein, dass die Seitenwände der Sacklöcher von der Abdeck-Schicht 103 bedeckt sind, während die Abdeck-Schicht 103 so bei dem Herstellungsprozess auf der Oberfläche der Grundplatte 53 aufgebracht worden ist, dass sie auch die Sacklöcher 55 überdeckt und sich in den Sacklöchern 55 verschlossene Hohlräume 105 bilden. Die Anzahl der Hohlräume 105, deren Abmessungen und deren Anordnung sind dabei entscheidend für die Steifigkeit und die Eigenfrequenz des aus der Grundplatte 53, der Verspiegelung 57 und der Abdeck-Schicht 103 gebildeten Schwingkörpers. Zusätzlich zu der in 1a gezeigten Spiegelplatte 51 ist die Spiegelplatte 101 aufgrund des so erzielten Abschlusses bzw. der so erreichten Versiegelung der Sacklöcher 55 durch eine erhöhte Versteifung gekennzeichnet, da die Abdeck-Schicht 103, die sich über die gesamte Oberfläche der Grundplatte 53 hinweg erstreckt, eine Verbiegung der Grundplatte 53 verhindert, indem sie eine laterale Verschiebung der hervorstehenden Abschnitte 53b in Folge an der Grundplatte 53 auftretender mechanischer Spannungen unterbindet.Unlike the in 1a shown mirror plate 51 shows the embodiment of the mirror plate 101 on a front side a cover layer 103 on that on a surface of the base plate 53 is deposited. The cover layer 103 extends so in the blind holes 55 into it, that the side walls of the blind holes of the covering layer 103 are covered while the cover layer 103 so in the manufacturing process on the surface of the base plate 53 it has been applied that they also blind holes 55 covered and in the blind holes 55 closed cavities 105 form. The number of cavities 105 , whose dimensions and their arrangement are crucial for the stiffness and the natural frequency of the base plate 53 , the mirroring 57 and the cover layer 103 formed oscillating body. In addition to the in 1a shown mirror plate 51 is the mirror plate 101 due to the thus obtained conclusion or the so achieved sealing of the blind holes 55 characterized by an increased stiffening, as the cover layer 103 extending over the entire surface of the base plate 53 extends, a bending of the base plate 53 prevents it by making a lateral shift of the protruding sections 53b in a row on the base plate 53 occurring mechanical stresses prevented.
Vorteilhaft ist bei der Spiegelplatte 101, dass sich an der Oberfläche der Grundplatte 53 keine unerwünschten Substanzen, wie z. B. organische Rückstände, Lösungsmittel oder Partikel anlagern bzw. dort absorbiert werden, die die Eigenschaften des mikromechanischen Bauelements 71 negativ beeinträchtigen oder beeinflussen würden, da die Holräume 105 durch die Abdeck-Schicht 103 versiegelt sind.It is advantageous in the mirror plate 101 that attach to the surface of the base plate 53 no unwanted substances, such as. As organic residues, solvents or particles are deposited or absorbed there, the properties of the micromechanical device 71 negatively affect or affect, as the hollows 105 through the cover layer 103 are sealed.
In 4 ist ebenfalls eine Ausführungsform einer Spiegelplatte 111 bei einem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Darstellung beschränkt sich dabei wiederum auf die Spiegelplatte 111, die an dem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung, wie bei 2 ausgeführt, angebracht ist. Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Des Weiteren beschränkt sich eine Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der in 4 gezeigten Ausführungsform der Spiegelplatte 111 auf eine Beschreibung der Unterschiede zu dem Aufbau und der Funktionsweise zu der in 3 gezeigten Spiegelplatte 101.In 4 is also an embodiment of a mirror plate 111 in a micromechanical device 71 according to an embodiment of the present invention. The presentation is again limited to the mirror plate 111 attached to the micromechanical device according to the present invention, as in 2 executed, is attached. In the following, the same or equivalent elements are provided with the same reference numerals. Furthermore, a description of the structure and operation of the in 4 shown embodiment of the mirror plate 111 to a description of the differences to the structure and functioning of the in 3 shown mirror plate 101 ,
Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Spiegelplatte 101 ist die Verspiegelung 57 nicht auf der Rückseite der Grundplatte 53 aufgebracht, sondern auf der Abdeck-Schicht 103 angeordnet. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung des mikromechanischen Bauelements 71, da sämtliche Verfahrensschritte zur Bearbeitung der Grundplatte 53 von der Oberseite aus bei den z. B. auf der Scheibe angeordneten, mikromechanischen Bauelementen 71 ausgeführt werden können. Insbesondere ist auch ein Ätzen, um einen Hohlraum zwischen dem Substrat 73, der Rahmenstruktur 75, 79 und der Spiegelplatte 111 zu bilden, bei den mikromechanischen Bauelementen 71 durch ein Ätzen über die zwischen der Spiegelplatte 111 und der Rahmenbefestigung 79 gebildeten Gräben 59 möglich, so dass nunmehr keine Prozessschritte auf der Rückseite der Scheiben ausgeführt werden müssen, um z. B. wie bei dem herkömmlichen Bauelement 21 Versteifungs-Elemente herzustellen oder die Verspiegelung 57 zu erzeugen. Stattdessen ist die Verspiegelung 57 direkt auf die Abdeck-Schicht 103 aufgebracht.Unlike the in 3 shown mirror plate 101 is the mirroring 57 not on the back of the base plate 53 applied but on the cover layer 103 arranged. This is particularly advantageous in the production of the micromechanical component 71 , as all process steps for machining the base plate 53 from the top of the z. B. arranged on the disk, micromechanical components 71 can be executed. In particular, etching is also to a cavity between the substrate 73 , the frame structure 75 . 79 and the mirror plate 111 to form, in the micromechanical components 71 by etching over the between the mirror plate 111 and the frame attachment 79 formed trenches 59 possible, so now no process steps must be performed on the back of the discs to z. B. as in the conventional device 21 To produce stiffening elements or the mirroring 57 to create. Instead, the mirroring is 57 directly on the cover layer 103 applied.
Selbst die in Folge der Hohlräume 105 auftretenden Vertiefungen in der Abdeck-Schicht 103, die bei dem lateralen Zuwachsen der Sacklöcher 105 entstehen, können durch eine geeignete Wahl der Schichtdicke der Abdeck-Schicht 103 vermieden werden. Denkbar ist auch auf der Abdeck-Schicht 103 vor einem Aufbringen der Verspiegelung 57 eine Schicht mit einer planarisierenden Wirkung anzuordnen, so dass die Verspiegelung auf der planaren Oberfläche dieser Schicht gebildet wird. Eine weitere Möglichkeit, die Vertiefungen in der Abdeck-Schicht bei der Herstellung der Platte 111 zu vermeiden, besteht darin, die Abdeck-Schicht 103 vor einem Aufbringen der Verspiegelung 57 mittels eines CMP-Verfahrensschritts (CMP-Verfahrensschritt = Chemisch-mechanisches-Polieren-Verfahrensschritt) zu behandeln und die Vertiefungen in der Abdeck-Schicht 103 damit zu entfernen.Even the result of the cavities 105 occurring depressions in the cover layer 103 , which in the lateral growth of the blind holes 105 can arise, by a suitable choice of the layer thickness of the cover layer 103 be avoided. It is also conceivable on the cover layer 103 before applying the mirroring 57 To arrange a layer with a planarizing effect, so that the mirror coating is formed on the planar surface of this layer. Another way of making the recesses in the cover layer in the manufacture of the plate 111 To avoid, is the cover layer 103 before applying the mirroring 57 by means of a CMP process step (CMP process step = chemical mechanical polishing process step) and to treat the depressions in the cover layer 103 to remove it.
In 5 ist eine Modifikation der in 4 gezeigten Ausführungsform der Spiegelplatte 111 gezeigt, eine Spiegelplatte 121. Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Des Weiteren beschränkt sich eine Beschreibung des Aufbaus der Spiegelplatte 121 auf eine Beschreibung der Unterschiede des Aufbaus der Spiegelplatte 121 zu dem Aufbau der Spiegelplatte 111. Wie bei 4 gilt auch für die Spiegelplatte 121, dass diese an dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung in der unter 2 erläuterten Art und Weise befestigt ist. Im Gegensatz zu der Spiegelplatte 111 sind bei der in 5 gezeigten Spiegelplatte 121 Durchgangsöffnungen 123 bzw. Durchgangslöcher gebildet, die sich durch die gesamte Grundplatte 53 hindurch erstrecken. Bei der in 5 gezeigten Spiegelplatte 121 ist die Abdeck-Schicht 103 so auf der Grundplatte 53 gebildet, dass sie die gesamte Vorderseite bzw. die der Verspiegelung 57 zugewandte Oberfläche bedeckt, sich in die Durchgangsöffnungen 123 hinein und durch diese hindurch erstreckt und die Rückseite bzw. die der Verspiegelung abgewandte Oberfläche der Grundplatte 53 bedeckt.In 5 is a modification of in 4 shown embodiment of the mirror plate 111 shown a mirror plate 121 , In the following, the same or equivalent elements are provided with the same reference numerals. Furthermore, a description of the structure of the mirror plate is limited 121 to a description of the differences in the structure of the mirror plate 121 to the structure of the mirror plate 111 , As in 4 also applies to the mirror plate 121 in that these are attached to the micromechanical component 71 according to the present invention in the 2 explained manner is attached. In contrast to the mirror plate 111 are at the in 5 shown mirror plate 121 Through openings 123 respectively. Through holes formed, extending through the entire base plate 53 extend through. At the in 5 shown mirror plate 121 is the cover layer 103 so on the base plate 53 formed that they the entire front or the mirroring 57 facing surface covered in the through holes 123 extends into and through this and the back or the surface facing away from the mirroring surface of the base plate 53 covered.
Zwar ist bei einem Entwurf bzw. einem Design der Spiegelplatte 121 darauf zu achten, dass die nicht zu ätzenden Gebiete der Grundplatte 53, sprich die Bereiche der Grundplatte 53, in denen nicht die Durchgangsöffnungen 121 gebildet werden sollen, in geeigneter Weise über Stege miteinander verbunden werden, jedoch lassen sich in vorteilhafter Weise die bei einer Massenfertigung mit einer Vielzahl von auf einer Scheibe angeordneten mikromechanischen Bauelementen sich unterschiedlich ausbildenden Lochtiefen vermeiden, die aus einer lateral auftretenden Ätzrateninhomogenität resultieren, da sich sämtliche Durchgangsöffnungen 123 durch die gesamte Grundplatte 52 hindurch erstrecken.While there is a design or a design of the mirror plate 121 Make sure that the non-corrosive areas of the base plate 53 , ie the areas of the base plate 53 in which are not the passage openings 121 be formed are connected to each other in a suitable manner via webs, but can be advantageously avoided in a mass production with a plurality of arranged on a disk micromechanical devices differently forming hole depths, resulting from a laterally occurring Ätzrateninhomogenität, since all through openings 123 through the entire base plate 52 extend through.
Damit ist die Tiefe der Löcher 123 jeweils identisch, so dass die Ätzrateninhomogenität über die Scheibe keine Auswirkung auf die Struktur der mikromechanischen Bauelemente 71 hat. Somit haben lediglich noch die Inhomogenitäten des Ätzprofils und die Unterätzung der verwendeten Ätzmasken bei einer Herstellung des mikromechanischen Bauelements 71 mit der Spiegelplatte 121 störende Auswirkungen auf das Verhalten und die Struktur des mikromechanischen Bauelements 71. Der Einfluss der Inhomogenitäten des Ätzprofils und der Unterätzung der verwendeten Ätzmasken ist dabei jedoch von erheblich geringerer Bedeutung als der Einfluss der Ätzrateninhomogenitäten über der Scheibe.This is the depth of the holes 123 each identical so that the etch rate inhomogeneity across the disk has no effect on the structure of the micromechanical devices 71 Has. Thus, only the inhomogeneities of the etch profile and the undercut of the etch masks used in a production of the micromechanical device have only 71 with the mirror plate 121 disturbing effects on the behavior and structure of the micromechanical device 71 , However, the influence of the inhomogeneities of the etch profile and the undercutting of the etching masks used is of considerably less importance than the influence of etch rate inhomogeneities over the wafer.
Die so ausgeführte Spiegelplatte 121 ist bei einem Einsatz in dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere vorteilhaft, da somit eine punkt- oder achsensymmetrische symmetrische Verteilung der Masse der Spiegelplatte 121 mit den sich durch die gesamte Grundplatte 53 hindurch erstreckenden Durchgangsöffnungen 123 erzielt werden kann.The thus executed mirror plate 121 is in use in the micromechanical device 71 According to the present invention particularly advantageous, since thus a point- or axisymmetric symmetrical distribution of the mass of the mirror plate 121 with the through the entire base plate 53 extending through openings 123 can be achieved.
Bei einer geeigneten Anordnung der Federelemente 81 über die gesamte Höhe der Grundplatte 53 liegt dann der Schwerpunkt der Spiegelplatte 121 in der Nähe der Schwingungsachse bzw. in einem Bereich, der weniger als ein 0,1-faches einer Schichtdicke der Grundplatte 53 von der Schwingungsachse entfernt ist, oder sogar exakt auf der Schwingungsachse, wobei der Einfluss der Masse der Verspiegelung bzw. der Verspiegelungsschicht 57 so gering ist, dass er vernachlässigt werden kann. Dies ermöglicht eine äußerst effiziente Unterdrückung der parasitären Schwingungsmoden.In a suitable arrangement of the spring elements 81 over the entire height of the base plate 53 then lies the focus of the mirror plate 121 in the vicinity of the vibration axis or in a range of less than 0.1 times a layer thickness of the base plate 53 is removed from the axis of oscillation, or even exactly on the axis of oscillation, wherein the influence of the mass of the mirroring or the mirroring layer 57 so small is that it can be neglected. This allows extremely efficient suppression of parasitic vibration modes.
Wenn auch noch auf der Unterseite der Spiegelplatte 121 bzw. einer der Verspiegelung 57 abgewandten Oberfläche der Spiegelplatte 121 eine weitere Verspiegelung aufgebracht werden würde, so ließe sich sogar bei der Spiegelseite 121 eine vollständige Symmetrie der Masseverteilung erzielen, was jedoch aufgrund der geringen Schichtdicke der Verspiegelung 57, die typischerweise in einem Bereich von 100 nm bis 1 μm liegt und der damit verbundenen geringen Masse der Verspiegelung 57 nur in seltenen Fällen überhaupt erforderlich erscheint. Da erst im letzten Verfahrensschritt des Herstellungsprozesses die Verspiegelung 57 auf der Abdeck-Schicht 103 gebildet wird, ist auch die Gefahr eines Verkratzens der Verspiegelung 57 während der Herstellung der Spiegelplatte 121 ausgeschlossen. Damit ist die Spiegelplatte 121, wie erläutert, in einfacher Weise herzustellen, während das mikromechanische Bauelement 71, in dem die Spiegelplatte 121 implementiert ist, in vorteilhafter Weise keine parasitären Schwingungsmoden aufweist aufgrund der symmetrischen Verteilung des Trägheitsmoments.If still on the bottom of the mirror plate 121 or one of the mirroring 57 remote surface of the mirror plate 121 another mirroring would be applied, so could be even at the mirror side 121 achieve a complete symmetry of the mass distribution, but due to the small layer thickness of the mirror coating 57 which is typically in the range of 100 nm to 1 μm, and the associated low bulk of the mirror coating 57 only in rare cases seems necessary at all. Because only in the last step of the manufacturing process, the mirroring 57 on the cover layer 103 is formed, is also the risk of scratching the mirroring 57 during the production of the mirror plate 121 locked out. This is the mirror plate 121 as explained, in a simple manner, while the micromechanical device 71 in which the mirror plate 121 is implemented, advantageously no parasitic vibration modes due to the symmetrical distribution of the moment of inertia.
Ein weiterer Ansatz einer Ausführungsform einer bei dem mikromechanischen Bauelement 71 implementierten Spiegelplatte 131 ist in 6 gezeigt. Auch 6 erläutert dabei nur einen Aufbau der Spiegelplatte, die ebenfalls wie bei 2 beschrieben, an dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt ist. Im Folgenden werden gleiche oder gleich wirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Des Weiteren beschränkt sich eine Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der Spiegelplatte 131 auf eine Beschreibung der Unterschiede zu dem Aufbau und der Funktionsweise der in 4 gezeigten Spiegelplatte 111.Another approach of an embodiment of the micromechanical device 71 implemented mirror plate 131 is in 6 shown. Also 6 explains only a structure of the mirror plate, which also as in 2 described on the micromechanical device 71 is attached according to the present invention. In the following, the same or the same elements are provided with the same reference numerals. Furthermore, a description of the structure and operation of the mirror plate is limited 131 to a description of the differences to the structure and functioning of in 4 shown mirror plate 111 ,
Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Spiegelplatte 111 ist bei der Spiegelplatte 131 auch auf der Rückseite bzw. einer der Verspiegelung 57 abgewandten Oberfläche der Grundplatte 53 eine Mehrzahl an weiteren Sacklöchern 132 bzw. weiteren Sacköffnungen gebildet, die sich von der Rückseite in die Grundplatte 53 hinein erstrecken. Auf der Rückseite der Grundplatte 53 ist eine weitere Abdeck-Schicht 133 erzeugt, die sich bis in die weiteren Sacklöcher 132 erstreckt, so dass sie die Seitenwände der weiteren Sacklöcher 132 bedeckt und die weiteren Sacklöcher 132 verschließt, so dass in den weiteren Sacklöchern 132 weitere Hohlräume 135 gebildet sind. Auf einer der Grundplatte 53 abgewandten Oberfläche der weiteren Abdeck-Schicht 133 ist die weitere Verspiegelung 137 gebildet.Unlike the in 4 shown mirror plate 111 is at the mirror plate 131 also on the back or one of the mirroring 57 remote surface of the base plate 53 a plurality of further blind holes 132 or further blind openings formed, extending from the back into the base plate 53 extend into it. On the back of the base plate 53 is another cover layer 133 produced, extending into the other blind holes 132 extends so that it faces the side walls of the further blind holes 132 covered and the other blind holes 132 closes, leaving in the other blind holes 132 more cavities 135 are formed. On one of the base plate 53 remote surface of the further covering layer 133 is the further mirroring 137 educated.
Zwar erfordert die Herstellung der Spiegelplatte 131 sowohl eine Prozessierung der Grundplatte 53 von der Vorderseite aus als auch von der Rückseite aus, jedoch weist die weitere Spiegelplatte eine vollständige Symmetrie der Masse gegenüber dem Schwerpunkt bzw. eine Symmetrie der Verteilung des Trägheitsmoments gegenüber dem Schwerpunkt auf, so dass sich durch den derartigen Aufbau der Spiegelplatte 131 die parasitären Schwingungsmoden äußerst effizient unterdrücken lassen.Although requires the production of the mirror plate 131 both a processing of baseplate 53 from the front as well as from the back, however, the further mirror plate has a complete symmetry of the mass with respect to the center of gravity or a symmetry of the distribution of the moment of inertia with respect to the center of gravity, so that such a construction of the mirror plate 131 suppress the parasitic vibration modes extremely efficiently.
Besonders vorteilhaft ist der in 6 gezeigte Aufbau der Spiegelplatte 131 nämlich dann, wenn die auf der Rückseite angeordneten weiteren Sacklöcher 135 dieselben Abmessungen wie die Sacklöcher 55 auf der Vorderseite aufweisen bzw. die auf der Rückseite angeordneten weiteren Sacklöcher 135 denselben Abstand von einem Symmetriesystem der Spiegelplatte 131 aufweisen wie die auf der Vorderseite angeordneten Sacklöcher 55. Anders ausgedruckt weist eine punktsymmetrische Anordnung der Sacklöcher 55 zu den weiteren Sacklöchern 135, wobei jeweils ein Sackloch 55 und ein weiteres Sackloch 135 punktsymmetrisch zu dem Schwerpunktzentrum angeordnet sind, erhebliche Vorteile auf wegen der damit erzielten Unterdrückung der parasitären Schwingungsmoden.Particularly advantageous is the in 6 shown construction of the mirror plate 131 namely, if the arranged on the back further blind holes 135 the same dimensions as the blind holes 55 have on the front or arranged on the back of other blind holes 135 the same distance from a symmetry system of the mirror plate 131 have as the arranged on the front blind holes 55 , Expressed differently, a point-symmetrical arrangement of the blind holes 55 to the other blind holes 135 , each with a blind hole 55 and another blind hole 135 point symmetrical to the center of gravity, considerable advantages due to the suppression of the parasitic vibration modes achieved thereby.
Anhand der 7A–B wird im Folgenden eine Herstellung verschiedener Ausführungsformen eines mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. 7A zeigt hierbei einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements, bei dem eine Verspiegelung auf einer Oberseite bzw. einer Vorderseite des mikromechanischen Bauelements gebildet wird. Dabei wird in einem Schritt S11 eine Schicht auf einem Substrat derart strukturiert, dass sich in der Schicht eine Feder, eine mittels der Feder schwingfähig aufgehängte Platte und ein Rahmenabschnitt bilden, der über die Feder mit der Platte verbunden ist. Der Schritt S11 des Strukturierens einer Schicht wird dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass sich zwischen einer Rahmenstruktur, einem Substrat und der Platte eine Aushöhlung bildet, die so angeordnet ist, dass ein Verkippen bzw. eine Auslenkung der schwingfähig aufgehängten Platte möglich ist.Based on 7A In the following, production of various embodiments of a micromechanical device according to the present invention will be explained. 7A 1 shows a sequence of a method for producing a micromechanical component, in which a mirror coating is formed on an upper side or a front side of the micromechanical component. In this case, in a step S11, a layer is patterned on a substrate in such a way that a spring, a plate suspended in a swingable manner by means of the spring and a frame section, which is connected to the plate via the spring, form in the layer. The step S11 of structuring a layer is preferably carried out such that a cavity forms between a frame structure, a substrate and the plate, which is arranged such that a tilting or a deflection of the oscillatable suspended plate is possible.
Danach wird in einem Schritt S13 eine Ausnehmung gebildet, wobei die Ausnehmung z. B. durch einen Schritt eines Trockenätzens erzeugt wird, oder die Ausnehmung als ein Sackloch bzw. eine Sacköffnung durch einen nasschemischen Ätzvorgang strukturiert wird. Besonders einfach kann der Schritt des Bildens der Ausnehmung durchgeführt werden, wenn die Platte zwei Dotierungsbereiche unterschiedlichen Dotierungstyps aufweist, und die Ausnehmung so gebildet wird, dass sie sich von einer Oberfläche eines Dotierungsbereichs des ersten. Dotierungstyps in die Platte bis zu dem Dotierungsbereich des zweiten dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps erstreckt, der dann als Ätzstopp dient.Thereafter, a recess is formed in a step S13, wherein the recess z. B. is generated by a step of dry etching, or the recess is structured as a blind hole or a blind opening by a wet-chemical etching. Particularly simply, the step of forming the recess may be performed when the plate has two doping regions of different doping type and the recess is formed to extend from a surface of a doping region of the first. Doping type extends into the plate up to the doping region of the second of the first doping type opposite doping type, which then serves as an etch stop.
Anschließend wird in einem Schritt S15 auf der Oberfläche, von der sich die Ausnehmung weg erstreckt, eine Abdeck-Schicht aufgebracht bzw. gebildet, die sich z. B. in die Ausnehmung erstrecken kann, und dabei sogar beispielsweise die Seitenwände der Ausnehmung bzw. des Sacklochs vollständig bedecken kann. Das Aufbringen der Abdeck-Schicht kann dabei so erfolgen, dass sich in der Ausnehmung ein verschlossener Hohlraum bildet. Daraufhin wird in einem Schritt S17 eine der Platte abgewandte Oberfläche der Abdeck-Schicht planarisiert bzw. poliert, wobei das Polieren z. B. mittels eines chemisch-mechanischen Polierens erfolgen kann. Das Polieren der Oberfläche der Abdeck-Schicht dient dazu, eine sich an der Oberfläche der Abdeck-Schicht über dem verschlossenen Hohlraum auszubildende Vertiefung zu entfernen und somit eine planare Oberfläche der Abdeck-Schicht zu erzeugen. Abschließend wird in einem Schritt S19 auf einer der Platte abgewandten Oberfläche der Abdeck-Schicht, die mittels der vorher genannten Verfahrensschritte planarisiert worden ist, die Verspiegelung gebildet.Subsequently, in a step S15 on the surface from which the recess extends away, a cover layer is applied or formed, which is z. B. can extend into the recess, and even completely cover, for example, the side walls of the recess or the blind hole. The application of the cover layer can be carried out so that forms a closed cavity in the recess. Then, in a step S17, a surface of the cover layer facing away from the plate is planarized or polished, wherein the polishing z. B. can be done by means of a chemical-mechanical polishing. Polishing the surface of the capping layer serves to remove a recess to be formed on the surface of the capping layer over the closed cavity, thus creating a planar surface of the capping layer. Finally, in a step S19 on a surface facing away from the plate of the cover layer, which has been planarized by means of the aforementioned method steps, the mirror coating is formed.
In 7B ist ebenfalls ein Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei bei dem in 7B erläuterten Ablauf das mikromechanische Bauelement mittels eines Ätzens von zwei einander abgewandten Seiten des Bauelements erzeugt wird. Dabei wird in einem Schritt S21, in einem Mehrschichtenaufbau, der sich in ein Substrat, eine Opferschicht, eine Ätzstoppschicht und eine Plattenschicht in der genannten Abfolge untergliedert, von einer Vorderseite bzw. einer Oberfläche der Plattenschicht aus in einem Schritt S21 die Plattenschicht derart strukturiert, dass sich in der Plattenschicht eine Feder, ein Ätzgraben, der sich von der Oberfläche der Platte bis zu der Ätzstoppschicht erstreckt, und ein Rahmenabschnitt bilden.In 7B is also shown a sequence of a method for producing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention, wherein the in 7B explained process the micromechanical device is produced by means of etching of two opposite sides of the device. In this case, in a step S21, in a multi-layer structure which is subdivided into a substrate, a sacrificial layer, an etch stop layer and a plate layer in the sequence mentioned, the plate layer is structured from a front side or a surface of the plate layer in a step S21 in such a way that a spring, an etching trench extending from the surface of the plate to the etching stop layer, and a frame portion are formed in the plate layer.
In der Platte wird danach in einem Schritt S23 eine Ausnehmung gebildet, wobei der Schritt des Bildens der Ausnehmung z. B. durch ein nass-chemisches Ätzen oder ein trocken-chemisches Ätzen erfolgen kann. Danach wird in einem Schritt S25 von einer der Platte abgewandten Oberfläche des Substrats aus eine Aushöhlung in der Opferschicht durch ein Entfernen eines Materials der Opferschicht durchgeführt, so dass sich die Aushöhlung in dem Opfermaterial von dem Substrat bis zu der Ätzstoppschicht erstreckt. Die Ätzstoppschicht dient somit dazu, sowohl den Ätzvorgang beim Strukturieren S21 der Schicht anzuhalten, als auch zugleich den Ätzvorgang zum Bilden S25 der Aushöhlung zu stoppen und damit die Ätzprozesse, die von zwei zueinander abgewandten Oberflächen des Bauelements aus durchgeführt werden, anzuhalten. Das Entfernen. eines Opfermaterials in der Opferschicht kann dabei mittels eines nass-chemischen Ätzens oder eines trocken-chemischen Ätzens durchgeführt werden.In the plate is then formed in a step S23, a recess, wherein the step of forming the recess z. B. by a wet-chemical etching or dry-chemical etching can take place. Thereafter, in a step S25, a cavity in the sacrificial layer is removed from a surface of the substrate remote from the plate by removing a material of the sacrificial layer, so that the cavity in the sacrificial material extends from the substrate to the etching stop layer. The etch stop layer thus serves to both stop the etching process in structuring S21 of the layer, and at the same time to stop the etching process for forming S25 of the cavity and thus the etching processes, the two facing away from each other surfaces of the device be carried out to stop. The removal. a sacrificial material in the sacrificial layer can be carried out by means of a wet-chemical etching or a dry-chemical etching.
Anschließend wird in einem Schritt S27 eine dem Substrat zugewandte Oberfläche der Ätzstoppschicht derart behandelt, so dass ein Teilbereich der Ätzstoppschicht entfernt wird, und sich die Aushöhlung von dem Substrat bis zu der Platte erstreckt. Der Schritt S25 des Bildens der Aushöhlung und der Schritt S27 des Entfernens der Ätzstoppschicht werden dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass sich eine Rahmenstruktur bildet, an der die Platte mittels der Feder aufgehängt ist, und die aus dem Rahmenabschnitt, einem verbliebenen Teil der Ätzstoppschicht und einem verbliebenen Teil der Opferschicht besteht. Vorzugsweise findet nach einem Ätzen der Oberfläche der Aushöhlung ein Spülen oder Reinigen der Oberfläche der Aushöhlung statt, um Partikel des Ätzmaterials zuentfernen und eine plane bzw. glatte Oberfläche zu erzeugen.Subsequently, in a step S27, a surface of the etching stopper layer facing the substrate is treated so that a portion of the etching stopper layer is removed, and the cavity extends from the substrate to the disk. The step S25 of forming the cavity and the step S27 of removing the etching stop layer are thereby preferably carried out so that a frame structure is formed, on which the plate is suspended by the spring, and the frame portion, a remaining part of the etch stop layer and a remaining part of the sacrificial layer. Preferably, after etching the surface of the cavity, rinsing or cleaning of the surface of the cavity occurs to remove particles of the etchant and to produce a planar or smooth surface.
Dann wird in der Aushöhlung an einer Rückseite der Platte in einem Schritt S29 eine Verspiegelung gebildet. Das Bilden der Verspiegelung auf einer dem Substrat zugewandten Oberfläche der Platte ist insofern vorteilhaft, dass die Verspiegelung in der Aushöhlung positioniert wird, und selbst wenn das mikromechanische Bauelement auf der Vorderseite oder an einer der Aushöhlung abgewandten Oberfläche der Platte aufliegt, die Verspiegelung dann nicht verkratzt werden kann. Abschließend wird in einem Schritt S31 auf einer dem Substrat abgewandten Oberfläche eine Abdeck-Schicht aufgebracht, um u. a. den Strömungswiderstand der Platte bei den Auslenkvorgängen zu reduzieren.Then, in the cavity on a back side of the plate, a mirror coating is formed in a step S29. Forming the reflective coating on a surface of the plate facing the substrate is advantageous in that the reflective coating is positioned in the cavity, and even if the micromechanical device rests on the front side or on a surface of the plate facing away from the cavity, then the mirror coating does not scratch can be. Finally, in a step S31 on a surface facing away from the substrate, a cover layer is applied to u. a. To reduce the flow resistance of the plate in the Auslenkvorgängen.
Bei den Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 ist die Grundplatte 53 aus einem beliebigen Material, wie z. B. einem Halbleitermaterial ausgeführt, und bevorzugt aus einem Silizium ausgeführt. Des Weiteren ist bei den Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 die Abdeck-Schicht 103 oder die weitere Abdeck-Schicht 133 aus einem beliebigen Material, wie z. B. einem thermischen Oxid, einem abgeschiedenen Oxid, wie z. B. einem undotierten Oxid oder einem dotierten Siliziumoxid, einem Siliziumnitrid, einem Polysilizium, einem Metall, wie z. B. Aluminium, Nickel, Gold, einer Legierung aus Titan und Aluminium, einer Legierung aus Aluminium, Silizium und Kupfer, einer Legierung aus Aluminium und Mangan, einer Legierung aus Aluminium, Mangan und Silizium oder einer organischen Substanz, wie z. B. einem Photolack, einem BCB-Material bzw. einem Polyimid, ausgeführt. Denkbar sind auch Mischungen der genannten Materialien oder auch eine Ausführung der Abdeck-Schicht, die aus unterschiedlichen Bereichen verschiedener Materialien besteht, wobei beispielsweise insbesondere der auf der unteren Seite der Grundplatte 53 angeordnete Bereich der Abdeck-Schicht 103 bei der Spiegelplatte 121 beispielsweise aus einem anderen Material ausgeführt sein könnte als der Bereich der Abdeck-Schicht 103 auf der Vorderseite bzw. oberen Seite der Grundplatte 53.At the mirror plates 101 . 111 . 121 . 131 is the base plate 53 from any material, such. B. a semiconductor material, and preferably made of a silicon. Furthermore, with the mirror plates 101 . 111 . 121 . 131 the cover layer 103 or the further cover layer 133 from any material, such. As a thermal oxide, a deposited oxide, such as. B. an undoped oxide or a doped silica, a silicon nitride, a polysilicon, a metal such. Example, aluminum, nickel, gold, an alloy of titanium and aluminum, an alloy of aluminum, silicon and copper, an alloy of aluminum and manganese, an alloy of aluminum, manganese and silicon or an organic substance such. B. a photoresist, a BCB material or a polyimide executed. Also conceivable are mixtures of said materials or also an embodiment of the cover layer, which consists of different regions of different materials, wherein, for example, in particular the on the lower side of the base plate 53 arranged area of the cover layer 103 at the mirror plate 121 for example, could be made of a different material than the area of the cover layer 103 on the front or upper side of the base plate 53 ,
Die Elektroden 83a, 83b sind aus einem beliebigen leitfähigen Material, wie z. B. einem Polysilizium oder einem Metall, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, ausgeführt. Denkbar ist auch bei den Spiegelplatten 101, 111, 131 eine beliebige Anzahl an Sacklöchern 55, wie z. B. auch nur ein Sackloch 55, wobei die Sacklocher bzw. das Sackloch beliebige Abmessungen aufweisen können. Bei den Spiegelplatten 101, 111, 131 erstreckt sich die Abdeck-Schicht so in die Sacklöcher 55 hinein, dass die Abdeck-Schicht 103, 13 3 die Seitenwände der Sacklöcher 55 132 vollständig bedeckt. Denkbar ist jedoch auch, dass sich die Abdeck-Schicht so in die Sacklöcher 55 erstreckt, dass die Sacklöcher 55, 132 vollständig mit dem Material der Abdeck-Schicht 103 gefüllt sind, so dass eine Versteifung der Spiegelplatte 51, 101, 111, 131 verbessert ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Material der Abdeck-Schicht 103 eine geringere Dichte aufweist als das Material der Grundplatte 53 oder ein höheres Elastizitätsmodul aufweist als das Material, aus dem die Grundplatte 53 ausgeführt ist.The electrodes 83a . 83b are made of any conductive material, such. As a polysilicon or a metal such as aluminum or copper, running. It is also conceivable with the mirror plates 101 . 111 . 131 any number of blind holes 55 , such as B. also only one blind hole 55 , wherein the blind holes or the blind hole can have any dimensions. At the mirror plates 101 . 111 . 131 The cover layer extends into the blind holes 55 into that covering layer 103 . 13 3 the side walls of the blind holes 55 132 completely covered. However, it is also conceivable that the cover layer so in the blind holes 55 that extends the blind holes 55 . 132 completely with the material of the cover layer 103 are filled, allowing a stiffening of the mirror plate 51 . 101 . 111 . 131 is improved. This is particularly advantageous if the material of the cover layer 103 has a lower density than the material of the base plate 53 or has a higher modulus of elasticity than the material from which the base plate 53 is executed.
Auch können bei der Spiegelplatte 121 die Durchgangsöffnungen 123 vollständig mit dem Material der Abdeck-Schicht 103 oder einem beliebigen anderen Material gefüllt sein, wobei, auch bei der Spiegelplatte 121 das in der Durchgangsöffnung 123 angeordnete Material vorzugsweise eine geringere Dichte als das Material der Grundplatte 53 oder ein höheres Elastizitätsmodul als das Material der Grundplatte 53 aufweist.Also, with the mirror plate 121 the passageways 123 completely with the material of the cover layer 103 or be filled with any other material, wherein, even with the mirror plate 121 that in the passage opening 123 arranged material preferably a lower density than the material of the base plate 53 or a higher modulus of elasticity than the material of the base plate 53 having.
Die in den Sacklöchern 55 angeordneten Hohlräume 57 oder die in den weiteren Sacklöchern 132 angeordneten Hohlräume 135 sind vorzugsweise verschlossen, so dass ein Strömungswiderstand bei einem Schwingen der Platte reduziert ist. Denkbar sind jedoch auch Ausführungsformen der Spiegelplatten 101, 111, 131, bei denen die Hohlräume 105 bzw. der weitere Hohlraum 135 nicht abgeschlossen bzw. geöffnet sind.The in the blind holes 55 arranged cavities 57 or in the other blind holes 132 arranged cavities 135 are preferably closed, so that a flow resistance is reduced with a swing of the plate. However, embodiments of the mirror plates are also conceivable 101 . 111 . 131 in which the cavities 105 or the further cavity 135 not completed or opened.
Die Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 weisen vorzugsweise eine lateral runde Form bzw. zylindrische Form auf, jedoch sind beliebige Formen der Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 hierzu Alternativen. Bei den Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 liegt eine Dicke der Grundplatte 53 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche, in der die Sacklöcher bzw. Durchgangsöffnungen gebildet sind, oder anders ausgedrückt in einer Richtung senkrecht zu einer dem Substrat 73 abgewandten Oberfläche der Grundplatte 53 vorzugsweise in einem Bereich von 30 μm bis 100 μm, jedoch sind beliebige Dicken der Grundplatte 53 hierzu Alternativen.The mirror plates 101 . 111 . 121 . 131 preferably have a laterally round shape or cylindrical shape, but are any shapes of the mirror plates 101 . 111 . 121 . 131 alternatives. At the mirror plates 101 . 111 . 121 . 131 is a thickness of the base plate 53 in a direction perpendicular to the surface in which the blind holes or through holes are formed, or in other words in a direction perpendicular to the substrate 73 remote surface of the base plate 53 preferably in a range of 30 μm to 100 μm, but are any thicknesses of the base plate 53 alternatives.
Die Verspiegelung 57 ist vorzugsweise aus einem reflektierenden Material, wie z. B. Aluminium ausgeführt, und kann bei den mikromechanischen Bauelementen 101, 111, 121, 131 sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite oder nur auf einer der beiden Seiten angeordnet sein. Jedoch sind beliebige Materialien, aus denen die Verspiegelung 57 ausgeführt ist, sowie beliebige Anordnungen und Abmessungen der Verspiegelung 57 hierzu Alternativen. Auch könnte die Verspiegelung 57 bzw. die weitere Verspiegelung 137 weggelassen werden, wenn die Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 in einem beliebigen weiteren mikromechanischen Bauelement implementiert sind. Denkbar ist auch, dass das mikromechanische Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung, statt z. B. zum Ablenken von Licht oder zu einer Wellenlängenmodulation in beliebigen Anwendungen eingesetzt wird, wie beispielsweise dann auch ohne die Verspiegelung 57 bei einem Airbagsensor.The mirroring 57 is preferably made of a reflective material, such as. B. aluminum, and may in the micromechanical components 101 . 111 . 121 . 131 be arranged both on the front and on the back or only on one of the two sides. However, any materials that make up the mirror coating 57 is executed, as well as any arrangements and dimensions of the mirror coating 57 alternatives. Also could be the mirroring 57 or the further mirroring 137 be omitted when the mirror plates 101 . 111 . 121 . 131 implemented in any other micromechanical device. It is also conceivable that the micromechanical component 71 according to the present invention, instead of z. B. is used for deflecting light or wavelength modulation in any applications, such as then without the mirroring 57 in an airbag sensor.
Bei der Spiegelplatte 131 weisen die Verspiegelung 57 auf der Vorderseite und die weitere Verspiegelung 137 auf der Rückseite bevorzugt das gleiche Material auf und weisen innerhalb einer Toleranz von 1:1,2 die selben lateralen Abmessungen und/oder die gleichen Schichtdicken auf. Jedoch sind beliebige Relationen der Abmessungen der Verspieglung 57 und der weiteren Verspiegelung 137 hierzu Alternativen, wobei die Verspiegelung 57 und die weitere Verspielung 137 auch aus beliebigen zu einander unterschiedlichen Materialien ausgeführt sein können. Außerdem weisen bei der Spiegelplatte 121 die sich jeweils auf den beiden einander abgewandten Oberflächen der Grundplatte 53 angeordneten Bereiche der Abdeck-Schicht 103 jeweils innerhalb einer Toleranz von 1:1,2 die selben lateralen Abmessungen und/oder die selben Schichtdicken auf und sind aus dem gleichen Material ausgeführt, jedoch könnten die Abmessungen der Bereiche der Abdeck-Schicht 103 auf den beiden einander abgewandten Oberflächen der Grundplatte 53 beliebige Relationen zueinander aufweisen. Denkbar ist auch, dass die beiden Bereiche der Abdeck-Schicht 103 auf den einander abgewandten Oberflächen der Grundplatte 53 beliebige Materialien aufweisen, die auch zueinander unterschiedlich sein können.At the mirror plate 131 show the mirroring 57 on the front and the further mirroring 137 on the back side, the same material prefers and has within a tolerance of 1: 1.2 the same lateral dimensions and / or the same layer thicknesses. However, any relations of the dimensions of the mirror are 57 and the further mirroring 137 alternatives, the mirroring 57 and the further playfulness 137 can also be made of any different materials to each other. Also point at the mirror plate 121 each on the two opposite surfaces of the base plate 53 arranged areas of the cover layer 103 each within a tolerance of 1: 1.2 the same lateral dimensions and / or the same layer thicknesses and are made of the same material, however, could the dimensions of the areas of the cover layer 103 on the two opposite surfaces of the base plate 53 have any relations to each other. It is also conceivable that the two areas of the covering layer 103 on the opposite surfaces of the base plate 53 have any materials that may be different from each other.
Bei dem mikromechanischen Bauelement 71 ist die Grundplatte 53 über die beiden Federn 81 an der Rahmenbefestigung 79 aufgehängt, jedoch könnte die Grundplatte 71 mittels einer beliebigen Anzahl an Federn, wie z. B. auch nur einer Feder, an der Rahmenbefestigung 79 aufgehängt sein, die in beliebiger Art und Weise an der Grundplatte 53 befestigt bzw. angeordnet sein könnte, jedoch in der selben Schicht wie diese gebildet ist. Zudem könnten) die Feder(n) nicht nur als Torsionsfedern wirken sondern beispielsweise auch als Biegefedern.In the micromechanical device 71 is the base plate 53 over the two springs 81 at the frame attachment 79 hung, however, could be the base plate 71 by means of any number of springs, such as. B. also only one spring on the frame attachment 79 be hung in any way on the base plate 53 could be attached, but in the same layer as this is formed. In addition, the spring (s) could act not only as torsion springs but also, for example, as spiral springs.
Wie im vorhergehenden beschrieben sind Feder(n), Rahmen und Platte mit darin befindlicher Ausnehmung bzw. befindlichen Ausnehmengen in einer Schicht gebildet. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die zugrunde liegende Gitterstruktur der Schicht, die diese Elemente bildet, einheitlich und über die gesamte Schicht hinweg gleich ist, oder aber dass die Schicht ohne Schichtbonden lediglich durch Aufwachsen bzw. Beschichten ggf. in mehreren Stufen gebildet ist.As described above, spring (s), frame and plate with recess therein are formed in one layer. This may mean, for example, that the underlying lattice structure of the layer which forms these elements is uniform and the same over the entire layer, or else that the layer without layer bonding is merely formed in several stages merely by growth or coating.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Schritt S11, S13 des Strukturierens der Schicht in einer beliebigen Art und Weise, wie z. B. einem nasschemischen Ätzen oder einem Trockenätzen sowohl von einer Vorderseite des mikromechanischen Bauelements als auch von einer Rückseite des mikromechanischen Bauelements erfolgen..In the method of manufacturing a micromechanical device according to an embodiment of the present invention, the step S11, S13 of patterning the layer in any manner, such. As a wet-chemical etching or a dry etch both from a front side of the micromechanical device and from a back side of the micromechanical device ..
Der Schritt S13, S23 des Bildens einer Ausnehmung in der Platte bzw. der Grundplatte 53 kann mittels eines beliebigen Behandlungsschritts einer Oberfläche der Platte erfolgen, wie z. B. einem nasschemischen Ätzen oder einem trocken-chemischen Ätzen oder beispielsweise sogar einer Kombination eines nasschemischen und eines trockenchemischen Ätzens. Denkbar ist hierbei auch ein Bilden einer Ausnehmung sowohl auf der Oberseite der Platte als auch auf der Unterseite der Platte, indem z. B. sowohl von der Oberseite bzw. der Vorderseite der Platte als auch von der Unterseite bzw. der Rückseite der Platte Ausnehmungen, wie z. B. Sacklöcher oder Durchgangsöffnungen in die Platte geätzt werden. Denkbar wäre des Weiteren bei den in 7A dargestellten. Verfahren zum Herstellen des mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung statt einem Polieren der Abdeck-Schicht bei dem Schritt S17 auf der Abdeck-Schicht eine weitere Schicht aufzubringen, so dass sich auf einer der Platte abgewandten Oberfläche der Abdeck-Schicht eine planare Oberfläche bildet, auf der dann anschließend die Verspiegelung aufgebracht werden kann. Alternativ hierzu könnte jedoch auch die Abdeck-Schicht so aufgebracht werden,, dass diese eine ausreichend hohe Dicke aufweist, so dass die sich oberhalb der Ausnehmungen bildenden Vertiefungen nur geringe bzw. unkritische Abmessungen aufweisen.The step S13, S23 of forming a recess in the plate and the base plate, respectively 53 can be done by means of any treatment step of a surface of the plate, such as. As a wet chemical etching or dry-chemical etching or, for example, even a combination of a wet-chemical and a dry-chemical etching. It is also conceivable to form a recess both on the top of the plate and on the underside of the plate by z. B. both from the top or the front of the plate and from the bottom or the back of the plate recesses, such. B. blind holes or through holes are etched into the plate. It would also be possible with the in 7A shown. Method for producing the micromechanical device according to the present invention, instead of polishing the cover layer at step S17 on the cover layer to apply a further layer so that a planar surface forms on a surface of the cover layer facing away from the plate then the mirroring can then be applied. Alternatively, however, the cover layer could also be applied, that this has a sufficiently high thickness, so that the recesses forming above the recesses have only small or uncritical dimensions.
Bei dem Schritt S25 wird eine Aushöhlung in der Opferschicht gebildet, indem z. B. das Opfermaterial in der Opferschicht mittels eines nass-chemischen Ätzens, eines trocken-chemischen Ätzens und einer Kombination aus einem nass-chemischen Ätzen und eines trocken-chemischen Ätzens entfernt wird, so dass sich eine Aushöhlung bildet, die von einem Bereich der Opferschicht, der Ätzstoppschicht und dem Substrat umschlossen ist. Das Entfernen des Opfermaterials zum Bilden S25 der Aushöhlung kann dabei mittels eines beliebigen Ätzvorgangs erfolgen.At step S25, a concavity is formed in the sacrificial layer by, for. B. the sacrificial material is removed in the sacrificial layer by means of a wet-chemical etching, a dry-chemical etching and a combination of a wet-chemical etching and a dry-chemical etching, so that forms a hollow, which from a portion of the sacrificial layer , the etch stop layer and the substrate is enclosed. The removal of the sacrificial material to form S25 of the cavity can take place by means of any etching process.
Auch das Entfernen S27 der Ätzstoppschicht kann mittels eines beliebigen Verfahrens zum Behandeln einer Oberfläche, wie z. B. auch einem selektiven Ätzen erfolgen, bei dem z. B. das Material der Opferschicht nicht geätzt bzw. nicht entfernt wird, während das Materials der Ätzstoppschicht entfernt wird.Also, removal S27 of the etch stop layer may be accomplished by any method of treating a surface, such as a surface. B. also be carried out a selective etching, in which z. For example, the material of the sacrificial layer is not etched or removed while the material of the etch stop layer is removed.
Denkbar ist auch bei den Verfahren zum Herstellen des mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte S17, S19, S25, S27 und S29 wegzulassen oder durch beliebige andere Verfahrensschritte zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung zu ersetzen.It is also conceivable in the method for producing the micromechanical device according to the present invention to omit the steps S17, S19, S25, S27 and S29 or to replace it with any other method steps for producing the micromechanical device according to the present invention.
7C bis E zeigen schließlich noch Draufsichten weiterer Ausführungsbeispiele von kreisförmigen Spiegelplatten zur Veranschaulichung weiterer Möglichkeiten der Anordnung der Ausnehmungen. In diesen Figuren wurden für die Platte, die Federn und die Ausnehmungen die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in 2 bzw. 1a und b, so dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente insofern weggelassen wird. Lediglich die Besonderheiten der Lage und Anordnung der Ausnehmungen bzw. Verstrebungen gegenüber 1a und b werden beschrieben. In dem Fall von 7C–E befindet sich in der Mitte der Platte 51 eine Ausnehmung 55, d. h. ein dünner Plattenbereich. Dieser wird in dem Fall von 7C von vier weiteren dünnen Bereichen der Platte bzw. Ausnehmungen 55 umgeben, wodurch sich eine Verstrebung 200 ergibt, d. h. eine Gebiet, an dem die Plattenschicht ungedünnt ist, die bzw. der die Mitte der Platte zweimal umläuft. In dem Fall von 7D ist die Bereichseinteilung ein wenig komplizierter. Die Bereichsaufteilung von 7C ist hier in etwa auch enthalten, allerdings in einer in Richtung quer zur Drehachse gestauchter Form, wobei von außen weitere dünne Bereiche radial nach innen ragen, so dass die Verstrebung 200 mittig zwischen den beiden Achsen 81 weg von der Drehachse nach außen ragt, wo die größte Auslenkung der Platte 51 resultiert. In dem Fall von 7E kommt die Anordnung aus 7C in etwa in einer in Richtung der Drehachse gestauchter Form vor, wobei sich zusätzlich Abschnitte der Verstrebung 200 in radialer Richtung geneigt zu sowohl der Drehachse als auch der Mittelsenkrechten der Verbindungslinie zwischen den Federn 81 nach außen erstrecken. Der Fall von 7F ähnelt im Hinblick auf die Anordnung der Ausnehmungen dem Fall von 7C mit dem Unterschied, das bei 7F die mittlere Ausnehmung fehlt. Andere Anordnungen sind natürlich ebenfalls möglich und denkbar. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die durch die Ausnehmung(en) entstehende Verstrebungsstruktur in der lateralen Ebene sowohl Anteile aufweist, die quer zur Drehachse verlaufen, als auch Anteile, die tangential bzw. in Umfangsrichtung verlaufen, wie z. B. ein geschlossener Verstrebungsring um ein Zentrum der Platte herum. 7C Finally, E to E still show plan views of further embodiments of circular mirror plates for illustrating further possibilities of the arrangement of the recesses. In these figures, the same reference numerals have been used for the plate, the springs and the recesses as in 2 respectively. 1a and b, so that a repeated description of these elements is omitted. Only the peculiarities of the location and arrangement of the recesses or bracing opposite 1a and b are described. In the case of 7C -E is in the middle of the plate 51 a recess 55 ie a thin plate area. This one is in the case of 7C of four more thin areas of the plate or recesses 55 surrounded, resulting in a bracing 200 ie, an area where the plate layer is undiluted, which orbits the center of the plate twice. In the case of 7D the range is a little more complicated. The area division of 7C is here also included in approximately, but in a direction transverse to the axis of rotation compressed form, from the outside more thin areas protrude radially inward, so that the strut 200 centrally between the two axes 81 away from the axis of rotation protrudes outwards, where the largest deflection of the plate 51 results. In the case of 7E the arrangement comes out 7C approximately in a compressed in the direction of the axis of rotation form, with additional sections of the strut 200 in the radial direction inclined to both the axis of rotation and the perpendicular bisector of the connecting line between the springs 81 extend to the outside. The case of 7F with respect to the arrangement of the recesses resembles the case of 7C with the difference that at 7F the middle recess is missing. Other arrangements are of course also possible and conceivable. It is advantageous if the resulting by the recess (s) Verstrebungsstruktur in the lateral plane has both portions which extend transversely to the axis of rotation, as well as portions which extend tangentially or in the circumferential direction, such. B. a closed bracing ring around a center of the plate around.
