WO2020216776A1 - Micromechanical component with a membrane and a cavity, and method for producing same - Google Patents

Micromechanical component with a membrane and a cavity, and method for producing same Download PDF

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WO2020216776A1
WO2020216776A1 PCT/EP2020/061170 EP2020061170W WO2020216776A1 WO 2020216776 A1 WO2020216776 A1 WO 2020216776A1 EP 2020061170 W EP2020061170 W EP 2020061170W WO 2020216776 A1 WO2020216776 A1 WO 2020216776A1
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medium
substrate
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Stefan Majoni
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a micromechanical component and a
  • Manufacturing processes for micromechanical components each with a medium space delimited by a membrane are known from the prior art, in which a recess in the form of the later medium space is structured in a first substrate and then the first substrate on a second substrate with the membrane formed thereon is firmly bonded.
  • Such a method for producing a micromechanical component is disclosed, for example, in DE 10 2014 214 532 B3.
  • the invention creates a micromechanical component with the features of claim 1 and a production method for a micromechanical component with the features of claim 7.
  • the present invention creates micromechanical components in which a medium present in the respective medium space of the micromechanical component comes into contact exclusively with silicon of the silicon substrate of the respective micromechanical component.
  • the silicon substrate of the respective micromechanical component has a reliable resistance to a large number of media, which can be in the form of a fluid / liquid, a gel, a gas and / or as grains / microparticles.
  • media can be in the form of a fluid / liquid, a gel, a gas and / or as grains / microparticles.
  • Invention created micromechanical components therefore for a variety of purposes for a comparatively long life.
  • micromechanical components created by means of the present invention can also be produced relatively inexpensively. Furthermore, the micromechanical components can be designed with great design freedom.
  • the silicon substrate is completely grown in at least two silicon growth steps, starting from an initial layer made of silicon
  • Silicon substrate Such a completely grown silicon substrate has a reliable resistance to a large number of media, such as, for example, oxidative, organic, alkaline and / or acidic media.
  • the silicon substrate encompassed by the embodiment of the micromechanical component described here thus withstands a large number of media present / filled in its medium space for a relatively long time, often (almost) indefinitely.
  • the substrate surface is free of bond layers.
  • the silicon substrate is thus between its first substrate surface and its second
  • Substrate surface also free of aluminum / germanium bond layers, compression bond layers, such as in particular gold / gold bond layers, seal glass bond layers and organic bond layers, such as special BCB bond layers.
  • Such bonding layers are chemically attacked by a large number of media.
  • the silicon substrate is free from between its first substrate surface and its second substrate surface
  • Bond layers there does not have to be a contamination of the at least one medium present in its medium space with at least one Bond layer material are still feared with a decomposition of the medium space due to a chemical reaction of the bond layer with the at least one medium present in the medium space.
  • At least one further opening of the medium space is formed in the silicon substrate such that the medium space can be filled and / or emptied via the at least one further opening, the at least one further opening being through the first substrate surface, the second substrate surface and / or through at least one substrate side surface of the silicon substrate that extends from the first substrate surface to the second substrate surface. Filling or emptying the medium space of the embodiment of the micromechanical component described here is thus easily possible.
  • At least one screen structure can be formed on and / or within the at least one further opening.
  • micromechanical component can be reliably prevented.
  • the micromechanical component can be a print head, a
  • micromechanical component according to the invention is thus versatile
  • micromechanical components are not to be interpreted restrictively.
  • the medium space in the silicon substrate is designed so that the medium space can be filled and / or emptied via the at least one further opening, the at least one further opening through the first substrate surface, the second substrate surface and / or through at least one extending from the first substrate surface to the Second substrate surface extending substrate side surface of the silicon substrate runs.
  • the micromechanical component with the medium space that can be easily filled and / or emptied can thus be produced with comparatively little effort.
  • the silicon substrate is based on a
  • Starting layer made of silicon completely formed in at least two silicon growth steps. Silicon growth methods which can be used as the at least two silicon growth steps are known from the prior art. The silicon substrate is therefore comparatively easy to manufacture.
  • At least one intermediate silicon growth step and a final silicon growth step are carried out as the at least two silicon growth steps, the following method steps being carried out one after the other:
  • the side of the starting layer facing away from the substrate surface or an intermediate product grown starting from the starting layer is grown, with a partial area of the side of the intermediate product facing away from the first substrate surface being covered with a further etch stop layer after each intermediate silicon growth step carried out, and with etching stop walls being formed , which connect the first etch stop layer and the at least one further etch stop layer to one another in such a way that the first etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the etch stop walls form an etch stop delimitation which surrounds a volume filled with silicon except for at least one etch opening, and the membrane is formed by Carrying out the last silicon growth step by growing silicon on the side facing away from the first substrate surface starting from the starting layer in the at least one intermediate silicon growth step en intermediate product is grown up.
  • the embodiment of the manufacturing method described here can be carried out comparatively easily. As a starting material for those described here
  • an SOI wafer silicon on isolator wafer
  • a silicon substrate / silicon wafer can optionally be used.
  • the medium space is structured into the silicon substrate, which has grown completely in the at least two silicon growth steps starting from the starting layer, by etching the volume surrounded by the etch stop delimitation, and then the inner walls of the medium space from the first etch stop layer, which at least one further etch stop layer and the etch stop walls are exposed.
  • the structuring of the medium space in the fully grown silicon substrate is thus easy to carry out, wherein, as will be explained in more detail below, advantageous shapes of the medium space can be implemented by means of the first etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the etch stop walls.
  • the first etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the etch stop walls can be formed from silicon oxide, with that of the first etch stop layer, the at least one further
  • Etch stop layer and the etch stop walls surrounding silicon by means of
  • Xenon difluoride and / or sulfur hexafluoride is etched.
  • the structuring of the medium space in the completely grown silicon substrate is therefore possible without any problems, without undesired areas of the silicon substrate being etched at the same time.
  • the first etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the etch stop walls are formed from silicon oxide, the
  • Inner walls of the medium space are preferably exposed by the first
  • Etch stop layer the at least one further etch stop layer and the
  • Etch stop walls are removed in a gas phase etching process. Silicon oxide can be removed easily and reliably using a gas phase etching process. Thus, during a later operation of the micromechanical component produced by means of the embodiment of the production method described here, there is no need to fear contamination of the at least one medium present in its medium space with silicon dioxide.
  • At least two intermediate silicon growth steps are carried out before the last silicon growth step.
  • various advantageous shapes of the medium space can be formed in this way without any problems.
  • At least one screen structure can be formed on and / or within the at least one further opening by growing silicon on the side of the intermediate product facing away from the first substrate surface.
  • the formation of the at least one screen structure on and / or within the at least one further opening is thus easily possible.
  • further design elements can be formed by the mentioned or further intermediate silicon growth steps, such as for example at least one support structure and / or at least one structure for preventing the propagation of pressure waves.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a first specific embodiment of the micromechanical component
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through an intermediate product for explaining a second embodiment of the
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a second specific embodiment of the micromechanical component
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a third specific embodiment of the micromechanical component
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a fourth specific embodiment of the micromechanical component
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a fifth specific embodiment of the micromechanical component
  • FIG. 8a to 8c schematic cross sections through intermediate products for
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a sixth embodiment of the micromechanical component; 10 shows a schematic illustration of a seventh specific embodiment of the micromechanical component;
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of an eighth embodiment of the micromechanical component
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of a ninth specific embodiment of the micromechanical component.
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a tenth embodiment of the micromechanical component.
  • the micromechanical component described have a plurality of such cells, or can be produced with a plurality of such cells.
  • FIGS. 1 a to 1e show schematic cross-sections through intermediate products to explain a first embodiment of the production method for a micromechanical component.
  • a completely grown silicon substrate 10 with a first substrate surface 12a and a second one directed away from the first substrate surface 12a is produced
  • Substrate surface 12b is formed in that the silicon substrate 10 is completely formed starting from an initial layer 10a of silicon in at least two silicon growth steps or epitaxial steps.
  • At least one intermediate silicon growth step and a final silicon growth step are carried out as the at least two silicon growth steps.
  • Each of the at least two silicon growth steps can be referred to as a silicon epitaxy step.
  • 1 a shows a cross section through the starting layer 10a made of silicon with the first present as the surface of the starting layer 10a
  • the starting layer 10a can, for example, be part of an SOI wafer (Silicone On Isolator Wafer), the first substrate surface 12a being aligned with a semiconductor wafer 14 and an insulating layer 16 arranged between the semiconductor wafer 14 and the starting layer 10a made of silicon.
  • SOI wafer Silicon On Isolator Wafer
  • the semiconductor wafer 14 can during the
  • Manufacturing process fulfill the functions of a "handling wafer”.
  • Medium outlet opening 18 is structured by the output layer 10a.
  • the medium outlet opening 18 can, for example, be etched / separated by the starting layer 10.
  • the starting layer 10a formed with the medium outlet opening 18 forms a first supporting wall 19 of the later medium space on its side aligned with the first substrate surface 12a.
  • only the semiconductor wafer 14 (consisting of silicon in this case) can also be used as the starting material.
  • the semiconductor wafer 14 consisting of silicon in this case
  • the medium outlet opening 18 is structured through the first substrate surface 12a, which is later thinned back (from the starting layer 10a), in that the medium outlet opening 18 is structured in / through the semiconductor wafer 14 and the first substrate surface 12a with the exposed medium outlet opening 18 is formed later for thinning back the semiconductor wafer 14.
  • the semiconductor wafer 14 can be thinned back, for example, a chemical or physical grinding back of the semiconductor wafer 14 can be carried out.
  • a partial area of a side 20 of the starting layer 18 facing away from the first substrate surface 12a is coated with a first
  • Etch stop layer 22 covered.
  • the first etch stop layer 22 defines the positions and dimensions of inner walls of the later medium space on its to the first
  • Substrate surface 12a facing side firmly.
  • a first intermediate silicon growth step is then carried out in that silicon is grown on the side 20 of the starting layer 10a facing away from the first substrate surface 12a.
  • a first silicon region 24 is formed, which at least in regions merges into the starting layer 10a which is only partially covered by the first etch stop layer 22.
  • the first silicon region 24 is thus grown directly / compactly on the starting layer 10a.
  • etch stop walls (not shown) are formed, via which the first etch stop layer 22 and the second etch stop layer 26 are connected to one another.
  • the etch stop walls can be formed by structuring separating trenches through the first silicon region 24 and filling the separating trenches with at least one etch stop material of the etching stop walls. The intermediate product produced in this way is shown in FIG.
  • a second intermediate silicon growth step is then carried out, in which silicon is grown on the side 20 of the side 20 which is grown starting from the starting layer 10a and which faces away from the first substrate surface 12a
  • a second silicon region 28 is grown on a side of the first silicon region 24 facing away from the starting layer 10a, which is at least regionally in the first silicon region which is only partially covered by the second etch stop layer 26 Silicon area 24 passes over.
  • the second silicon region 28 is thus also grown directly / compactly on the first silicon region 24 and the starting layer 10a.
  • the second silicon region 28 forms a large part of a second supporting wall 30 of the later medium space on its to the second
  • Substrate surface 12b aligned side.
  • etch stop walls 32 are formed which extend through the second silicon region 28.
  • the formation of the etch stop walls 32 can be carried out by structuring separating trenches through the second silicon region 28 and then filling the
  • Separating trenches are made with at least one etch stop material of the etch stop walls 32.
  • the intermediate product obtained is shown in FIG.
  • a third etch stop layer 34 is formed on a partial area of the side 20 of the intermediate product directed away from the first substrate surface 12a.
  • the etch stop walls 32 connect the second etch stop layer 26 and the third etch stop layer 34 to one another.
  • the second etch stop layer 26, the third etch stop layer 34 and the etch stop walls 32 define positions and extensions of inner walls of the later
  • the first etch stop layer 22, the second etch stop layer 26, the third etch stop layer 34 and the etch stop walls 32 are formed such that the first etch stop layer 22, the second etch stop layer 26, the third etch stop layer 34 and the etch stop walls 32 a
  • Etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 form which surrounds a volume filled with silicon apart from at least one etching opening 35.
  • the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 defines a shape and a spatial extent of the later medium space.
  • FIG. 1D also shows the formation of a membrane 36 on the second substrate surface 12b, which is directed away from the first substrate surface 12a, by adding silicon in the last silicon growth step to that of the first
  • Substrate surface 12a facing away side 20 of the intermediate product grown starting from the starting layer 10a is grown.
  • the silicon of the membrane 36 can in particular directly on the third Etch stop layer 34 are deposited, which ensures that the membrane 36 formed in this way delimits the later medium space.
  • the completely grown silicon substrate 10 is ready. To protect the second
  • a protective and / or insulating layer 37 such as an oxide layer, can be formed on the second substrate surface 12b of the silicon substrate 10. That won in this way
  • an actuator device 38 can now be arranged / formed on the membrane 36 in such a way that, during later operation of the micromechanical component formed with the actuator device 38, the membrane 36 is set into a deforming movement by means of the actuator device 38 in such a way that at least one is in the subsequent medium space present medium is pressed out of the medium space via the medium outlet opening 18.
  • the actuator device 38 is, for example, a piezoelectric actuator device with at least one piezoelectric functional layer 38a, electrodes 38b and at least one conductor track 38c with at least one contact area 38d.
  • the at least one piezoelectric functional layer 38a can be, for example, a PZT functional layer (lead zirconate titanate). Since the possibility of designing the micromechanical component produced by means of the manufacturing method described here is not limited to a specific type of its actuator device 38, the actuator device 38 is not discussed in more detail here.
  • the structuring of the medium space 40 in the silicon substrate 10 is also shown graphically in FIG.
  • the medium space 40 is structured in the silicon substrate 10, which has grown completely starting from the starting layer 10a, by etching the silicon surrounded by the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34.
  • the silicon substrate 10 which are not to be etched, such as in particular the membrane 36, by means of the at least one Etch stop material of the etch stop limitation 22, 26, 32 and 34 reliably protected.
  • the inner walls of the medium space 40 are covered by the first etch stop layer 22, the second etch stop layer 26 and the third
  • the medium space 40 can first be freely etched before the formation of the actuator device 38 on / in the membrane 36 is started.
  • the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 is preferably formed from silicon oxide (as its at least one etch stop material).
  • the components of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 can thus each be formed by means of a comparatively low amount of work, such as, for example, by performing a thermal oxidation or by means of an oxide deposition.
  • Another advantage of using silicon oxide as the (only) etch stop material of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 is that the silicon surrounded by the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 in this case is preferably by means of xenon difluoride and / or
  • Sulfur hexafluoride can be etched, as a result of which the silicon to be etched can be reliably removed, and nevertheless (almost) no etching of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 is to be feared.
  • silicon oxide as the (only) etching material
  • Etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 the inner walls of the medium space 40 can be exposed comparatively easily by removing the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 in a gas phase etching process.
  • silicon oxide silicon nitride can also be used as the etch stop material of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34.
  • at least one further opening 42 and 44 of the medium space 40 is formed in the silicon substrate 10 in such a way that the medium space 40 over the at least one further Opening 42 and 44 can be filled / emptied.
  • the at least one etching opening 35 can thus be used in many ways.
  • the at least one further opening 42 and 44 runs through at least one extending from the first substrate surface 12a to the second substrate surface 12b
  • a cap (not shown) can be attached to an outer side of the membrane 36 and the actuator device 38 facing away from the medium space 40.
  • the capping can be
  • sealing glass bonding and / or eutectic bonding using aluminum and germanium can be carried out as the bonding method for fastening the capping.
  • the semiconductor wafer 14 can also be removed.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a first specific embodiment of the micromechanical component.
  • micromechanical component shown schematically in FIG. 2 can, for example, by means of the previously described embodiment of the micromechanical component shown schematically in FIG. 2
  • the micromechanical component has a completely grown silicon substrate 10 with a first substrate surface 12a and a second substrate surface 12b directed away from the first substrate surface 12a.
  • the silicon substrate 10 is a silicon substrate 10 that is completely grown in at least two silicon growth steps starting from an initial layer 10a made of silicon.
  • the silicon substrate 10 is free of bonding layers between its first substrate surface 12a and its second substrate surface 12b.
  • a medium space 40 is structured in the silicon substrate 10.
  • the medium space 40 has a structure structured by the first substrate surface 12a Medium outlet opening 18.
  • the medium outlet opening 18 can also be referred to as a nozzle.
  • a membrane 36 which delimits the medium space 40, is formed on the second substrate surface 12b.
  • An actuator device 38 is arranged on the membrane 36 in such a way that the membrane 36 can be set into a deforming movement by means of the actuator device 38 such that at least one medium present in the medium space 40 can be pushed out of the medium space 40 via the medium outlet opening 18.
  • a bulge of the membrane 36 into the medium space 40 can in particular cause a drop at the medium outlet opening 18.
  • the actuator device 38 is preferably in a direction away from the medium space 40
  • Substrate surface 12b need not fear that the at least one medium present in medium space 40 will chemically attack a bond and thus lead to decomposition of the micromechanical component. Likewise, the at least one medium present in the medium space 40 does not have to be contaminated by at least one bonding material
  • Bond connection are feared.
  • a high demand for purity of the at least one medium present in the medium space 40 such as for a medical / medical technology or a medium
  • the micromechanical component is therefore versatile, such as an insulin pump, a laboratory chip, a sensor or a probe. In the embodiment of FIG. 2 this is
  • micromechanical component a printhead / printhead part, whereby even strongly alkaline or organic inks can be filled into the interior of the medium space 40 without any problems, since an ink filled in the medium space 40 only contacts the inner walls of the medium space 40 made of silicon and thus does not / hardly attack the micromechanical component .
  • Medium space 40 made of (pure) silicon also simplifies the application of a continuous protective layer for media that attack silicon, since the Protective layer only has to adhere to silicon and not to a bonding material. .
  • the medium space 40 has, on its side aligned with the first substrate surface 12a, a first support wall 19, the wall thickness of which, aligned perpendicular to the first substrate surface 12a, is defined by the layer thickness of the previous starting layer 10a. His to the second
  • the medium space 40 is delimited by a second support wall 30 and the membrane 36, an overhang of the second support wall 30 aligned perpendicular to the second substrate surface 12b relative to the membrane 36 being defined by the layer thickness of the previous second silicon region 28.
  • at least one further opening 42 and 44 of the medium space 40 (as a medium supply opening 42 and as a medium discharge opening 44) is structured in the silicon substrate 10 so that the medium space 40 can be filled via the at least one further opening 42 and 44 / or can be emptied.
  • the at least one further opening 42 and 44 runs through at least one substrate side surface 12c and 12d of the silicon substrate 10 that extends from the first substrate surface 12a to the second substrate surface 12b.
  • Actuator device 38 attached.
  • the capping 46 is fastened to the outside of the membrane 36 and the actuator device 38 by means of at least one bond connection 48.
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through an intermediate product for explaining a second embodiment of the manufacturing method.
  • the medium space 40 becomes at one of the medium outlet opening 18
  • Adjacent area is expanded by an exit opening antechamber 50 designed as a recess in the first support wall 19, in that the first support wall 19 by means of an additional intermediate silicon growth step, which is carried out before the first intermediate silicon growth step, by a growth directly on the starting layer 10a further silicon area 52 is reinforced.
  • An etch stop layer 54 and etch stop walls 56, which define the subsequent shape of the exit opening vestibule 50, can also be seen.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a second specific embodiment of the micromechanical component.
  • the micromechanical component shown schematically in FIG. 4 can be produced, for example, by means of the production method explained with reference to FIG. 3.
  • the outlet opening antechamber 50 formed on an area of the medium chamber 40 adjacent to the medium outlet opening 18 offers volume for an advantageous eddy current in front of that of the medium outlet opening 18.
  • the outlet opening antechamber 50 enables the formation of a very short medium outlet opening 18 without restricting the stability of the first supporting wall 19 of the medium chamber 40 .
  • the micromechanical component of FIG. 4 also has a medium outlet opening 18 with a smaller length perpendicular to the first substrate surface 12a.
  • a desired diameter and an advantageous shape of the medium outlet opening 18 can thus be adhered to more easily and more accurately in the production of the micromechanical component of FIG. 4, whereby a desired drop size of a drop emerging from the medium outlet opening 18 or a defined tear-off of the drop can be better guaranteed and bubbles and drying residue on the
  • Forming the exit opening antechamber 50 as a recess in the first support wall 19 by means of the additional intermediate silicon growth step ensures at the same time that the first support wall 19 continues to have advantageous stability.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a third specific embodiment of the micromechanical component.
  • the micromechanical component shown schematically in FIG. 5 differs from the previously described embodiment only by a funnel-shaped design of its medium outlet opening 18 with a diameter that decreases in the direction of the first substrate surface 12a.
  • the funnel-shaped design of the medium outlet opening 18 is e.g. can be implemented using a KOH / potassium hydroxide etching process or a conical trench etching (tapered trench etching).
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a fourth specific embodiment of the micromechanical component.
  • Throttle valve 58 designed as constrictions at the respective further openings 42 and 44.
  • an antechamber 60 of the medium chamber 40 is created as an (additional) recess in the first support wall 19 by means of an additional intermediate silicon growth step which is carried out prior to the first intermediate silicon growth step by another
  • Silicon area 62 is reinforced.
  • Throttle valve 58 is deposited in the first intermediate silicon growth step, using previously formed etch stop layers and Etch stop walls an etching of the silicon of the at least one throttle valve 58 is prevented during the structuring of the medium space 40.
  • the at least one throttle valve 58 By means of the at least one throttle valve 58, a transmission of vibrations from the membrane 36 of the illustrated cell via the at least one medium filled in the medium space 40 to a membrane 36 of an adjacent cell (not illustrated) can be prevented. In this way, crosstalk between cells of a micromechanical component formed with a plurality of cells, which could lead to an undesired increase in the size of a droplet emerging from the medium outlet opening 18 of a cell, can be reliably prevented.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a fifth specific embodiment of the micromechanical component.
  • the micromechanical component shown schematically in FIG. 7 has, as a supplement to the embodiment described above, at least one screen structure 64 and / or within its at least one further opening 42 and 44.
  • the at least one screen structure 64 is preferably on and / or within the at least one further opening 42 and 44
  • FIGS. 8a to 8c show schematic cross-sections through intermediate products to explain a third embodiment of the production method.
  • the micromechanical component shown schematically by means of FIGS. 8a to 8c differs from the embodiment of FIG. 2 in that the at least one further opening 42 and 44 runs through the second substrate surface 12b.
  • a capping 46 is firmly bonded to the outside of the membrane 36 and the actuator device 38 facing away from the medium space 40, in which a medium storage space 66 and a medium outflow space 68 are structured so that the at least one further Opening 42 and 44 in the medium storage space 66 or in the medium outflow space 68 opens. This is shown schematically in Fig. 8a.
  • FIG. 8b shows the structuring of the medium space 40 and the gas phase etching, both processes being carried out after the solid bonding of the capping 46 via the medium storage space 66, via the at least one further opening 42 and 44 and via the medium drainage space 68.
  • a silicon protective layer 70 is deposited in order to protect the bond connections 48 from being wetted with the at least one medium before the at least one medium is filled into the medium space 40.
  • the silicon protective layer 70 can be applied, for example, by sputtering.
  • the protrusions 72 shown of the capping 46 can then be removed by sawing or grinding back.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a sixth specific embodiment of the micromechanical component.
  • micromechanical component shown schematically in FIG. 9 can be produced, for example, by means of the production method of FIGS. 8a to 8c. With regard to further properties of the micromechanical component of FIG. 9, reference is therefore made to the statements relating to those described above
  • Embodiments referenced. 10 shows a schematic illustration of a seventh specific embodiment of the micromechanical component.
  • At least one screen structure 74 is formed on and / or within the at least one further opening 42 and 44.
  • the at least one screen structure 74 can be produced together with the membrane 36 in the last silicon growth step.
  • the at least one screen structure 74 can be designed as a "membrane with holes”.
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of an eighth specific embodiment of the micromechanical component.
  • damper membrane 76 in addition to the membrane 36.
  • the damper membrane 76 can be used to ensure that pressure waves generated by the actuator device 38 with deformation of the membrane 36 in the at least one in the
  • Medium space 40 present medium are attenuated and not transferred to at least one neighboring cell.
  • the damper membrane 76 is a polyimide membrane.
  • the polyimide of the damper membrane 76 can in this case after the formation of the
  • Actuator device 38 are deposited and structured.
  • FIGS. 12a to 12d show schematic cross sections through intermediate products for explaining a fourth embodiment of the production method.
  • a separate etching opening 78 of the later medium space 40 is formed. Also, the second
  • Substrate surface 12b is covered with a thick etch protection layer 80, such as an oxide layer, except for the etching opening 78 / an area surrounding the etching opening 78 (see FIG. 12a).
  • etch protection layer 80 such as an oxide layer
  • the etching opening 78 is closed (see FIG. 12c). This can be done for example by means of a local melting of silicon, e.g. by means of a laser sealing process (laser reseal), or by means of a material deposition.
  • the bond connections 48 for fastening the capping 46 are made on a direction away from the medium space 40
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of a ninth specific embodiment of the micromechanical component.
  • the micromechanical component shown schematically in FIG. 13 can be manufactured, for example, by means of the manufacturing method of FIGS. 1 a to 1e and 12a to 12d described above.
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a tenth embodiment of the micromechanical component.
  • the at least one further opening 42 and 44 runs through the first substrate surface 12a.
  • the at least one screen structure 82 at the at least one further opening 42 and 44 can be through the
  • Output layer 10a be structured.

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Abstract

The invention relates to micromechanical component with a completely grown silicon substrate (10) with a first substrate surface (12a) and a second substrate surface (12b) facing away from the first substrate surface (12a), a medium chamber (40) which is structured into the silicon substrate (10) and which comprises a medium outlet opening (18) structured through the first substrate surface (12a), and a membrane (36) which is formed on the second substrate surface (12b) and which delimits the medium chamber (40). An actuator device (38) is arranged or can be arranged on the membrane (36) such that the membrane (36) can be moved so as to be deformed by the actuator device (38) such that at least one medium present in the medium chamber (40) is pushed out of the medium chamber (40) via the medium outlet opening (18). The invention likewise relates to a method for producing such a micromechanical component.

Description

Beschreibung description
Titel title
MIKROMECHANISCHES BAUTEIL MIT MEMBRAN UND HOHLRAUM UND HERSTELLUNGSVERFAHREN DAFÜR MICROMECHANICAL COMPONENT WITH MEMBRANE AND CAVITY AND MANUFACTURING PROCESS FOR IT
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil und ein The invention relates to a micromechanical component and a
Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil. Manufacturing process for a micromechanical component.
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik sind Herstellungsverfahren für mikromechanische Bauteile mit jeweils einem von einer Membran begrenzten Mediumraum bekannt, bei welchen eine Vertiefung in Form des späteren Mediumraums in ein erstes Substrat strukturiert wird und anschließend das erste Substrat an einem zweiten Substrat mit der jeweils daran ausgebildeten Membran festgebondet wird. Ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils ist beispielsweise in der DE 10 2014 214 532 B3 offenbart. Manufacturing processes for micromechanical components each with a medium space delimited by a membrane are known from the prior art, in which a recess in the form of the later medium space is structured in a first substrate and then the first substrate on a second substrate with the membrane formed thereon is firmly bonded. Such a method for producing a micromechanical component is disclosed, for example, in DE 10 2014 214 532 B3.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 7. The invention creates a micromechanical component with the features of claim 1 and a production method for a micromechanical component with the features of claim 7.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische Bauteile, bei welchen ein in dem jeweiligen Mediumraum des mikromechanischen Bauteils vorliegendes Medium ausschließlich mit Silizium des Siliziumsubstrats des jeweiligen mikromechanischen Bauteils in Kontakt kommt. Das Silizium des The present invention creates micromechanical components in which a medium present in the respective medium space of the micromechanical component comes into contact exclusively with silicon of the silicon substrate of the respective micromechanical component. The silicon of the
Siliziumsubstrats des jeweiligen mikromechanischen Bauteils weist jedoch gegenüber einer Vielzahl von Medien, welche als Fluid/Flüssigkeit, als Gel, als Gas und/oder als Körner/Mikropartikel vorliegen können, eine verlässliche Resistenz auf. Somit muss weder eine Kontamination des in dem Mediumraum des jeweiligen mikromechanischen Bauteils vorliegenden Mediums noch eine Beschädigung/eine Zersetzung des jeweiligen mikromechanischen Bauteils aufgrund des in seinem Mediumraum vorliegenden Mediums befürchtet werden. Wie nachfolgend erläutert wird, eignen sich die mittels der vorliegenden However, the silicon substrate of the respective micromechanical component has a reliable resistance to a large number of media, which can be in the form of a fluid / liquid, a gel, a gas and / or as grains / microparticles. Thus, there does not have to be a contamination of the medium space of the respective micromechanical component present medium, damage / decomposition of the respective micromechanical component due to the medium present in its medium space are feared. As will be explained below, those using the present are suitable
Erfindung geschaffenen mikromechanischen Bauteile deshalb für eine Vielzahl von Verwendungszwecken für eine vergleichsweise lange Lebensdauer. Invention created micromechanical components therefore for a variety of purposes for a comparatively long life.
Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die mittels der vorliegenden Erfindung geschaffenen mikromechanischen Bauteile auch relativ kostengünstig herstellbar sind. Des Weiteren sind die mikromechanischen Bauteile mit einer großen Designfreiheit gestaltbar. It is expressly pointed out here that the micromechanical components created by means of the present invention can also be produced relatively inexpensively. Furthermore, the micromechanical components can be designed with great design freedom.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist das Siliziumsubstrat ein ausgehend von einer Ausgangsschicht aus Silizium in mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritten vollständig gewachsenes In an advantageous embodiment of the micromechanical component, the silicon substrate is completely grown in at least two silicon growth steps, starting from an initial layer made of silicon
Siliziumsubstrat. Ein derartiges vollständig gewachsenes Siliziumsubstrat weist eine zuverlässige Resistenz gegenüber einer Vielzahl von Medien, wie beispielsweise oxidativen, organischen, alkalischen und/oder sauren Medien, auf. Das von der hier beschriebenen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils umfasste Siliziumsubstrat widersteht somit einer Vielzahl von in seinem Mediumraum vorliegenden/eingefüllten Medien für eine relativ lange Zeit, oft (nahezu) unbegrenzt. Silicon substrate. Such a completely grown silicon substrate has a reliable resistance to a large number of media, such as, for example, oxidative, organic, alkaline and / or acidic media. The silicon substrate encompassed by the embodiment of the micromechanical component described here thus withstands a large number of media present / filled in its medium space for a relatively long time, often (almost) indefinitely.
Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Siliziumsubstrat zwischen seiner ersten Substratoberfläche und seiner zweiten It is expressly pointed out here that the silicon substrate between its first substrate surface and its second
Substratoberfläche frei von Bondschichten ist. Somit ist das Siliziumsubstrat zwischen seiner ersten Substratoberfläche und seiner zweiten The substrate surface is free of bond layers. The silicon substrate is thus between its first substrate surface and its second
Substratoberfläche auch frei von Aluminium/Germanium-Bondschichten, Kompressions-Bondschichten, wie insbesondere Gold/Gold-Bondschichten, Sealglas-Bondschichten und organischen Bondschichten, wie spezielle BCB- Bondschichten. Derartige Bondschichten werden von einer Vielzahl von Medien chemisch angegriffen. Da das Siliziumsubstrat jedoch zwischen seiner ersten Substratoberfläche und seiner zweiten Substratoberfläche frei von Substrate surface also free of aluminum / germanium bond layers, compression bond layers, such as in particular gold / gold bond layers, seal glass bond layers and organic bond layers, such as special BCB bond layers. Such bonding layers are chemically attacked by a large number of media. However, since the silicon substrate is free from between its first substrate surface and its second substrate surface
Bondschichten ist, muss weder eine Kontamination des mindestens einen in seinem Mediumraum vorliegenden Mediums mit mindestens einem Bondschichtmaterial noch mit einer Zersetzung des Mediumraums aufgrund einer chemischen Reaktion der Bondschicht mit dem mindestens einen in dem Mediumraum vorliegenden Medium befürchtet werden. Bond layers, there does not have to be a contamination of the at least one medium present in its medium space with at least one Bond layer material are still feared with a decomposition of the medium space due to a chemical reaction of the bond layer with the at least one medium present in the medium space.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist zusätzlich zu der Mediumaustrittsöffnung noch mindestens eine weitere Öffnung des Mediumsraums in dem Siliziumsubstrat so ausgebildet, dass der Mediumraum über die mindestens eine weitere Öffnung befüllbar und/oder entleerbar ist, wobei die mindestens eine weitere Öffnung durch die erste Substratoberfläche, die zweite Substratoberfläche und/oder durch mindestens eine sich von der ersten Substratoberfläche zu der zweiten Substratoberfläche erstreckende Substratseitenfläche des Siliziumsubstrats verläuft. Ein Befüllen oder Entleeren des Mediumraums der hier beschriebenen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist somit leicht möglich. In a further advantageous embodiment of the micromechanical component, in addition to the medium outlet opening, at least one further opening of the medium space is formed in the silicon substrate such that the medium space can be filled and / or emptied via the at least one further opening, the at least one further opening being through the first substrate surface, the second substrate surface and / or through at least one substrate side surface of the silicon substrate that extends from the first substrate surface to the second substrate surface. Filling or emptying the medium space of the embodiment of the micromechanical component described here is thus easily possible.
Zusätzlich kann mindestens eine Siebstruktur an und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Öffnung ausgebildet sein. Mittels der mindestens einen Siebstruktur kann ein Einbringen von unerwünschten Fremdpartikeln in den Mediumraum der hier beschriebenen Ausführungsform des In addition, at least one screen structure can be formed on and / or within the at least one further opening. By means of the at least one screen structure, undesired foreign particles can be introduced into the medium space of the embodiment of the described here
mikromechanischen Bauteils verlässlich verhindert werden. micromechanical component can be reliably prevented.
Beispielsweise kann das mikromechanische Bauteil ein Druckkopf, eine For example, the micromechanical component can be a print head, a
Insulinpumpe, ein Laborchip, ein Sensor oder eine Sonde sein. Das Be an insulin pump, a laboratory chip, a sensor or a probe. The
erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil ist somit vielseitig The micromechanical component according to the invention is thus versatile
ausbildbar/verwendbar. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße trainable / usable. It is pointed out, however, that the exemplary embodiments listed here for the inventive
mikromechanische Bauteil nicht einschränkend zu interpretieren sind. micromechanical components are not to be interpreted restrictively.
Auch ein Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil schafft die oben erläuterten Vorteile, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst: Bilden eines vollständig Executing a corresponding manufacturing method for a micromechanical component also creates the advantages explained above, the manufacturing method comprising the steps of: forming a completely
gewachsenen Siliziumsubstrats mit einer ersten Substratoberfläche und einer von der ersten Substratoberfläche weg gerichteten zweiten Substratoberfläche, Strukturieren eines Mediumraums in das Siliziumsubstrat, für welchen eine Mediumaustrittsöffnung durch die erste Substratoberfläche strukturiert wird, und Ausbilden einer Membran an der zweiten Substratoberfläche, welche den Mediumraum begrenzt, wobei eine Aktoreinrichtung derart an der Membran anordbar ist oder angeordnet wird, dass bei einem späteren Betrieb des mit der Aktoreinrichtung ausgebildeten mikromechanischen Bauteils die Membran mittels der Aktoreinrichtung so in eine Verformbewegung versetzt wird, dass mindestens ein in dem Mediumraum vorliegendes Medium über die Mediumaustrittsöffnung aus dem Mediumraum herausgedrückt wird. grown silicon substrate with a first substrate surface and a second substrate surface directed away from the first substrate surface, structuring of a medium space in the silicon substrate, for which a medium outlet opening is structured through the first substrate surface, and Forming a membrane on the second substrate surface, which delimits the medium space, wherein an actuator device can be or will be arranged on the membrane in such a way that during subsequent operation of the micromechanical component formed with the actuator device, the membrane is set into a deforming movement by means of the actuator device that at least one medium present in the medium space is pressed out of the medium space via the medium outlet opening.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Herstellungsverfahrens wird zusätzlich zu der Mediumaustrittsöffnung noch mindestens eine weitere Öffnung des In an advantageous development of the manufacturing method, in addition to the medium outlet opening, at least one further opening of the
Mediumsraums in dem Siliziumsubstrat so ausgebildet, dass der Mediumraum über die mindestens eine weitere Öffnung befüllbar und/oder entleerbar ist, wobei die mindestens eine weitere Öffnung durch die erste Substratoberfläche, die zweite Substratoberfläche und/oder durch mindestens eine sich von der ersten Substratoberfläche zu der zweiten Substratoberfläche erstreckende Substratseitenfläche des Siliziumsubstrats verläuft. Das mikromechanische Bauteil mit dem leicht befüllbaren und/oder entleerbaren Mediumraum kann somit mittels eines vergleichsweise geringen Arbeitsaufwands hergestellt werden. The medium space in the silicon substrate is designed so that the medium space can be filled and / or emptied via the at least one further opening, the at least one further opening through the first substrate surface, the second substrate surface and / or through at least one extending from the first substrate surface to the Second substrate surface extending substrate side surface of the silicon substrate runs. The micromechanical component with the medium space that can be easily filled and / or emptied can thus be produced with comparatively little effort.
Bevorzugter Weise wird das Siliziumsubstrat ausgehend von einer Preferably, the silicon substrate is based on a
Ausgangsschicht aus Silizium in mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritten vollständig gebildet. Silizium-Aufwachsverfahren, welche als die mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritte verwendbar sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das Siliziumsubstrat ist somit vergleichsweise einfach herstellbar. Starting layer made of silicon completely formed in at least two silicon growth steps. Silicon growth methods which can be used as the at least two silicon growth steps are known from the prior art. The silicon substrate is therefore comparatively easy to manufacture.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens werden als die mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritte mindestens ein Zwischen- Silizium-Aufwachsschritt und ein letzter Silizium-Aufwachsschritt ausgeführt, wobei die folgenden Verfahrensschritte nacheinander ausgeführt werden: In an advantageous embodiment of the production method, at least one intermediate silicon growth step and a final silicon growth step are carried out as the at least two silicon growth steps, the following method steps being carried out one after the other:
Strukturieren der Mediumaustrittsöffnung durch die als Oberfläche der Structuring the medium outlet opening through the surface of the
Ausgangsschicht vorliegende oder später aus der Ausgangsschicht Starting layer present or later from the starting layer
zurückverdünnte erste Substratoberfläche, Abdecken einer Teilfläche einer von der ersten Substratoberfläche weg gerichteten Seite der Ausgangsschicht mit einer ersten Ätzstoppschicht, Ausführen des mindestens einen Zwischen- Silizium-Aufwachsschritts, indem Silizium auf der von der ersten thinned back first substrate surface, covering a partial area of a side of the starting layer facing away from the first substrate surface with a first etch stop layer, executing the at least one intermediate Silicon growth step by adding silicon on top of the first
Substratoberfläche weg gerichteten Seite der Ausgangsschicht oder eines ausgehend von der Ausgangsschicht gewachsenen Zwischenprodukts aufgewachsen wird, wobei nach jedem ausgeführten Zwischen-Silizium- Aufwachsschritt eine Teilfläche der von der ersten Substratoberfläche weg gerichteten Seite des Zwischenprodukts mit einer weiteren Ätzstoppschicht abgedeckt wird, und wobei Ätzstoppwände gebildet werden, welche die erste Ätzstoppschicht und die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht derart miteinander verbinden, dass die erste Ätzstoppschicht, die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht und die Ätzstoppwände eine Ätzstoppbegrenzung bilden, welche ein mit Silizium gefülltes Volumen bis auf mindestens eine Ätzöffnung umgeben, und Ausbilden der Membran durch Ausführen des letzten Silizium- Aufwachsschritts, indem Silizium auf der von der ersten Substratoberfläche weg gerichteten Seite des ausgehend von der Ausgangsschicht in dem zumindest einen Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt gewachsenen Zwischenprodukts aufgewachsen wird. Wie nachfolgend genauer erläutert wird, ist die hier beschriebene Ausführungsform des Herstellungsverfahrens vergleichsweise leicht ausführbar. Als Ausgangsmaterial für die hier beschriebenen The side of the starting layer facing away from the substrate surface or an intermediate product grown starting from the starting layer is grown, with a partial area of the side of the intermediate product facing away from the first substrate surface being covered with a further etch stop layer after each intermediate silicon growth step carried out, and with etching stop walls being formed , which connect the first etch stop layer and the at least one further etch stop layer to one another in such a way that the first etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the etch stop walls form an etch stop delimitation which surrounds a volume filled with silicon except for at least one etch opening, and the membrane is formed by Carrying out the last silicon growth step by growing silicon on the side facing away from the first substrate surface starting from the starting layer in the at least one intermediate silicon growth step en intermediate product is grown up. As will be explained in more detail below, the embodiment of the manufacturing method described here can be carried out comparatively easily. As a starting material for those described here
Ausführungsform des Herstellungsverfahrens können wahlweise ein SOI-Wafer (Silicone On Isolator Wafer) oder ein Siliziumsubstrat/Siliziumwafer verwendet werden. Embodiment of the production method, an SOI wafer (silicone on isolator wafer) or a silicon substrate / silicon wafer can optionally be used.
Vorzugsweise wird nach dem Ausbilden der Membran der Mediumraum in das ausgehend von der Ausgangsschicht in den mindestens zwei Silizium- Aufwachsschritten vollständig gewachsene Siliziumsubstrat strukturiert wird, indem das von der Ätzstoppbegrenzung umgebene Volumen geätzt wird, und anschließend die Innenwände des Mediumraums von der ersten Ätzstoppschicht, der mindestens einen weiteren Ätzstoppschicht und den Ätzstoppwänden freigelegt werden. Das Strukturieren des Mediumraums in das vollständig gewachsene Siliziumsubstrat ist somit leicht ausführbar, wobei, wie nachfolgend genauer erläutert wird, mittels der ersten Ätzstoppschicht, der mindestens einen weiteren Ätzstoppschicht und den Ätzstoppwänden vorteilhafte Formen des Mediumraums realisierbar sind. Beispielsweise können die erste Ätzstoppschicht, die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht und die Ätzstoppwände aus Siliziumoxid gebildet werden, wobei das von der ersten Ätzstoppschicht, der mindestens einen weiteren Preferably, after the formation of the membrane, the medium space is structured into the silicon substrate, which has grown completely in the at least two silicon growth steps starting from the starting layer, by etching the volume surrounded by the etch stop delimitation, and then the inner walls of the medium space from the first etch stop layer, which at least one further etch stop layer and the etch stop walls are exposed. The structuring of the medium space in the fully grown silicon substrate is thus easy to carry out, wherein, as will be explained in more detail below, advantageous shapes of the medium space can be implemented by means of the first etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the etch stop walls. For example, the first etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the etch stop walls can be formed from silicon oxide, with that of the first etch stop layer, the at least one further
Ätzstoppschicht und den Ätzstoppwänden umgebene Silizium mittels Etch stop layer and the etch stop walls surrounding silicon by means of
Xenondifluorid und/oder Schwefelhexafluorid geätzt wird. Die Strukturierung des Mediumraums in das vollständig gewachsene Siliziumsubstrat ist somit problemlos so möglich, ohne dass unerwünschte Bereiche des Siliziumsubstrats mitgeätzt werden. Xenon difluoride and / or sulfur hexafluoride is etched. The structuring of the medium space in the completely grown silicon substrate is therefore possible without any problems, without undesired areas of the silicon substrate being etched at the same time.
Sofern die erste Ätzstoppschicht, die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht und die Ätzstoppwände aus Siliziumoxid gebildet werden, werden die If the first etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the etch stop walls are formed from silicon oxide, the
Innenwände des Mediumraums vorzugsweise freigelegt, indem die erste Inner walls of the medium space are preferably exposed by the first
Ätzstoppschicht, die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht und die Etch stop layer, the at least one further etch stop layer and the
Ätzstoppwände in einem Gasphasenätzverfahren entfernt werden. Siliziumoxid ist mittels eines Gasphasenätzverfahrens leicht und verlässlich entfernbar. Somit muss während eines späteren Betriebs des mittels der hier beschriebenen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens hergestellten mikromechanischen Bauteils keine Kontamination des mindestens einen in seinem Mediumraum vorliegenden Mediums mit Siliziumdioxid befürchtet werden. Etch stop walls are removed in a gas phase etching process. Silicon oxide can be removed easily and reliably using a gas phase etching process. Thus, during a later operation of the micromechanical component produced by means of the embodiment of the production method described here, there is no need to fear contamination of the at least one medium present in its medium space with silicon dioxide.
Bevorzugter Weise werden vor dem letzten Silizium-Aufwachsschritt zumindest zwei Zwischen-Silizium-Aufwachsschritte ausgeführt. Wie unten genauer erläutert wird, können auf diese Weise verschiedene vorteilhafte Formen des Mediumraums problemlos ausgebildet werden. Preferably, at least two intermediate silicon growth steps are carried out before the last silicon growth step. As will be explained in more detail below, various advantageous shapes of the medium space can be formed in this way without any problems.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann zwischen den mindestens zwei ausgeführten Zwischen-Silizium-Aufwachsschritten mindestens eine Siebstruktur an und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Öffnung ausgebildet werden, indem Silizium auf der von der ersten Substratoberfläche weg gerichteten Seite des Zwischenprodukts aufgewachsen wird. Das Ausbilden der mindestens einen Siebstruktur an und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Öffnung ist somit leicht möglich. Darüber hinaus können weitere Designelemente durch die genannten oder weitere Zwischen-Silizium-Aufwachsschritte ausgebildet werden, wie z.B. mindestens eine Stützstruktur und/oder mindestens eine Struktur zur Behinderung einer Ausbreitung von Druckwellen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen As an advantageous further development, between the at least two performed intermediate silicon growth steps, at least one screen structure can be formed on and / or within the at least one further opening by growing silicon on the side of the intermediate product facing away from the first substrate surface. The formation of the at least one screen structure on and / or within the at least one further opening is thus easily possible. In addition, further design elements can be formed by the mentioned or further intermediate silicon growth steps, such as for example at least one support structure and / or at least one structure for preventing the propagation of pressure waves. Brief description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it:
Fig. la bis le schematische Querschnitte durch Zwischenprodukte zum Fig. La to le schematic cross-sections through intermediate products for
Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; Explaining a first specific embodiment of the manufacturing method for a micromechanical component;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 2 shows a schematic illustration of a first specific embodiment of the micromechanical component;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ein Zwischenprodukt zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des 3 shows a schematic cross section through an intermediate product for explaining a second embodiment of the
Herstellungsverfahrens; Manufacturing process;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 4 shows a schematic illustration of a second specific embodiment of the micromechanical component;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 5 shows a schematic illustration of a third specific embodiment of the micromechanical component;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 6 shows a schematic illustration of a fourth specific embodiment of the micromechanical component;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 7 shows a schematic illustration of a fifth specific embodiment of the micromechanical component;
Fig. 8a bis 8c schematische Querschnitte durch Zwischenprodukte zum Fig. 8a to 8c schematic cross sections through intermediate products for
Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens; Explaining a third embodiment of the manufacturing method;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; Fig. 10 eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 9 shows a schematic illustration of a sixth embodiment of the micromechanical component; 10 shows a schematic illustration of a seventh specific embodiment of the micromechanical component;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; 11 shows a schematic illustration of an eighth embodiment of the micromechanical component;
Fig. 12a bis 12d schematische Querschnitte durch Zwischenprodukte zum 12a to 12d are schematic cross-sections through intermediate products for
Erläutern einer vierten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens; Explaining a fourth embodiment of the manufacturing method;
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und 13 shows a schematic illustration of a ninth specific embodiment of the micromechanical component; and
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer zehnten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 14 shows a schematic illustration of a tenth embodiment of the micromechanical component.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die im Weiteren beschriebenen Figuren können sowohl als Darstellungen des jeweiligen mikromechanischen Bauteils als auch als Darstellungen lediglich einer Zelle des jeweiligen mikromechanischen Bauteils, wobei das jeweilige mikromechanische Bauteil mehrere derartige Zellen umfasst und jede der Zellen des mikromechanischen Bauteils jeweils die bildlich wiedergegebenen Strukturen aufweist, interpretiert werden. Insbesondere kann jedes nachfolgend The figures described below can be interpreted both as representations of the respective micromechanical component and as representations of only one cell of the respective micromechanical component, the respective micromechanical component comprising several such cells and each of the cells of the micromechanical component each having the structures shown in the image . In particular, each of the following
beschriebene mikromechanische Bauteil eine Vielzahl derartiger Zellen haben, bzw. mit einer Vielzahl derartiger Zellen hergestellt werden. The micromechanical component described have a plurality of such cells, or can be produced with a plurality of such cells.
Fig. la bis le zeigen schematische Querschnitte durch Zwischenprodukte zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil. FIGS. 1 a to 1e show schematic cross-sections through intermediate products to explain a first embodiment of the production method for a micromechanical component.
Bei einem Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens wird ein vollständig gewachsenes Siliziumsubstrat 10 mit einer ersten Substratoberfläche 12a und einer von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten zweiten Substratoberfläche 12b gebildet, indem das Siliziumsubstrat 10 ausgehend von einer Ausgangsschicht 10a aus Silizium in mindestens zwei Silizium- Aufwachsschritten beziehungsweise Epitaxieschritten vollständig gebildet wird. Als die mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritte werden mindestens ein Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt und ein letzter Silizium-Aufwachsschritt ausgeführt. Jeder der mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritte kann als ein Silizium-Epitaxie-Schritt bezeichnet werden. When carrying out the production method described here, a completely grown silicon substrate 10 with a first substrate surface 12a and a second one directed away from the first substrate surface 12a is produced Substrate surface 12b is formed in that the silicon substrate 10 is completely formed starting from an initial layer 10a of silicon in at least two silicon growth steps or epitaxial steps. At least one intermediate silicon growth step and a final silicon growth step are carried out as the at least two silicon growth steps. Each of the at least two silicon growth steps can be referred to as a silicon epitaxy step.
Fig. la zeigt einen Querschnitt durch die Ausgangsschicht 10a aus Silizium mit der als Oberfläche der Ausgangsschicht 10a vorliegenden ersten 1 a shows a cross section through the starting layer 10a made of silicon with the first present as the surface of the starting layer 10a
Substratoberfläche 12a. Die Ausgangsschicht 10a kann beispielsweise Teil eines SOI-Wafers (Silicone On Isolator Wafer) sein, wobei die erste Substratoberfläche 12a zu einem Halbleiterwafer 14 und einer zwischen dem Halbleiterwafer 14 und der Ausgangsschicht 10a aus Silizium angeordneten Isolierschicht 16 ausgerichtet ist. Der Halbleiterwafer 14 kann während des Substrate surface 12a. The starting layer 10a can, for example, be part of an SOI wafer (Silicone On Isolator Wafer), the first substrate surface 12a being aligned with a semiconductor wafer 14 and an insulating layer 16 arranged between the semiconductor wafer 14 and the starting layer 10a made of silicon. The semiconductor wafer 14 can during the
Herstellungsverfahrens die Funktionen eines„Handlingwafers“ erfüllen. Manufacturing process fulfill the functions of a "handling wafer".
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird eine Mediumaustrittsöffnung 18 eines späteren Mediumraums des In the embodiment of the production method described here, a medium outlet opening 18 of a later medium space of the
mikromechanischen Bauteils durch die als Oberfläche der Ausgangsschicht 10a vorliegende erste Substratoberfläche 12a strukturiert, indem die micromechanical component structured by the first substrate surface 12a present as the surface of the starting layer 10a by the
Mediumaustrittsöffnung 18 durch die Ausgangsschicht 10a strukturiert wird. Die Mediumaustrittsöffnung 18 kann beispielsweise durch die Ausgangsschicht 10 geätzt/getrencht werden. Die mit der Mediumaustrittsöffnung 18 ausgebildete Ausgangsschicht 10a bildet eine erste Stützwand 19 des späteren Mediumraums auf seiner zu der ersten Substratoberfläche 12a ausgerichteten Seite. Medium outlet opening 18 is structured by the output layer 10a. The medium outlet opening 18 can, for example, be etched / separated by the starting layer 10. The starting layer 10a formed with the medium outlet opening 18 forms a first supporting wall 19 of the later medium space on its side aligned with the first substrate surface 12a.
In einer alternativen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens kann auch lediglich der (in diesem Fall aus Silizium bestehende) Halbleiterwafer 14 als Ausgangsmaterial verwendet werden. In diesem Fall kann die In an alternative embodiment of the production method, only the semiconductor wafer 14 (consisting of silicon in this case) can also be used as the starting material. In this case the
Mediumaustrittsöffnung 18 durch die später (aus der Ausgangsschicht 10a) zurückverdünnte erste Substratoberfläche 12a strukturiert werden, indem die Mediumaustrittsöffnung 18 in/durch den Halbleiterwafer 14 strukturiert wird und die erste Substratoberfläche 12a mit der freiliegenden Mediumaustrittsöffnung 18 später zur Zurückverdünnung des Halbleiterwafers 14 gebildet wird. Als Zurückverdünnung des Halbleiterwafers 14 kann z.B. ein chemisches oder physikalisches Zurückschleifen des Halbleiterwafers 14 ausgeführt werden. The medium outlet opening 18 is structured through the first substrate surface 12a, which is later thinned back (from the starting layer 10a), in that the medium outlet opening 18 is structured in / through the semiconductor wafer 14 and the first substrate surface 12a with the exposed medium outlet opening 18 is formed later for thinning back the semiconductor wafer 14. When The semiconductor wafer 14 can be thinned back, for example, a chemical or physical grinding back of the semiconductor wafer 14 can be carried out.
Anschließend wird eine Teilfläche einer von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten Seite 20 der Ausgangsschicht 18 mit einer ersten Subsequently, a partial area of a side 20 of the starting layer 18 facing away from the first substrate surface 12a is coated with a first
Ätzstoppschicht 22 abgedeckt. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, legt die erste Ätzstoppschicht 22 Positionen und Ausdehnungen von Innenwänden des späteren Mediumraums an seiner zu der ersten Etch stop layer 22 covered. As will become clear from the following description, the first etch stop layer 22 defines the positions and dimensions of inner walls of the later medium space on its to the first
Substratoberfläche 12a gerichteten Seite fest. Substrate surface 12a facing side firmly.
Danach wird ein erster Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt ausgeführt, indem Silizium auf der von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten Seite 20 der Ausgangsschicht 10a aufgewachsen wird. Auf diese Weise wird in dem ersten Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt ein erster Siliziumbereich 24 gebildet, welcher zumindest bereichsweise in die von der ersten Ätzstoppschicht 22 nur teilweise abgedeckte Ausgangsschicht 10a übergeht. Der erste Siliziumbereich 24 wird somit direkl/kompakt auf der Ausgangsschicht 10a aufgewachsen. A first intermediate silicon growth step is then carried out in that silicon is grown on the side 20 of the starting layer 10a facing away from the first substrate surface 12a. In this way, in the first intermediate silicon growth step, a first silicon region 24 is formed, which at least in regions merges into the starting layer 10a which is only partially covered by the first etch stop layer 22. The first silicon region 24 is thus grown directly / compactly on the starting layer 10a.
Nach dem ersten Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt wird eine Teilfläche der von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten Seite 20 des After the first intermediate silicon growth step, a partial area of the side 20 of the side facing away from the first substrate surface 12a becomes
Zwischenprodukts mit einer zweiten Ätzstoppschicht 26 abgedeckt. Außerdem werden (nicht dargestellte) Ätzstoppwände gebildet, über welche die erste Ätzstoppschicht 22 und die zweite Ätzstoppschicht 26 miteinander verbunden werden. Das Ausbilden der Ätzstoppwände kann durch Strukturieren von Trenngräben durch den ersten Siliziumbereich 24 und Füllen der Trenngräben mit mindestens einem Ätzstoppmaterial der Ätzstoppwände erfolgen. Das auf diese Weise hergestellte Zwischenprodukt ist in Fig. lb dargestellt. Intermediate product covered with a second etch stop layer 26. In addition, etch stop walls (not shown) are formed, via which the first etch stop layer 22 and the second etch stop layer 26 are connected to one another. The etch stop walls can be formed by structuring separating trenches through the first silicon region 24 and filling the separating trenches with at least one etch stop material of the etching stop walls. The intermediate product produced in this way is shown in FIG.
Anschließend wird ein zweiter Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt ausgeführt, indem Silizium auf der von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten Seite 20 des ausgehend von der Ausgangsschicht 10a gewachsenen A second intermediate silicon growth step is then carried out, in which silicon is grown on the side 20 of the side 20 which is grown starting from the starting layer 10a and which faces away from the first substrate surface 12a
Zwischenprodukts aufgewachsen wird. Auf einer von der Ausgangsschicht 10a weg gerichteten Seite des ersten Siliziumbereichs 24 wird auf diese Weise ein zweiter Siliziumbereich 28 aufgewachsen, welcher zumindest bereichsweise in den von der zweiten Ätzstoppschicht 26 nur teilweise abgedeckten ersten Siliziumbereich 24 übergeht. Auch der zweite Siliziumbereich 28 wird somit direkt/kompakt auf dem ersten Siliziumbereich 24 und der Ausgangsschicht 10a aufgewachsen. Der zweite Siliziumbereich 28 bildet einen Großteil einer zweiten Stützwand 30 des späteren Mediumraums auf seiner zu der zweiten Intermediate is grown. In this way, a second silicon region 28 is grown on a side of the first silicon region 24 facing away from the starting layer 10a, which is at least regionally in the first silicon region which is only partially covered by the second etch stop layer 26 Silicon area 24 passes over. The second silicon region 28 is thus also grown directly / compactly on the first silicon region 24 and the starting layer 10a. The second silicon region 28 forms a large part of a second supporting wall 30 of the later medium space on its to the second
Substratoberfläche 12b ausgerichteten Seite. Substrate surface 12b aligned side.
Nach dem zweiten Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt werden Ätzstoppwände 32 gebildet, welche sich durch den zweiten Siliziumbereich 28 erstrecken. Das Ausbilden der Ätzstoppwände 32 kann durch Strukturieren von Trenngräben durch den zweiten Siliziumbereich 28 und anschließendes Füllen der After the second intermediate silicon growth step, etch stop walls 32 are formed which extend through the second silicon region 28. The formation of the etch stop walls 32 can be carried out by structuring separating trenches through the second silicon region 28 and then filling the
Trenngräben mit mindestens einem Ätzstoppmaterial der Ätzstoppwände 32 erfolgen. Das erhaltene Zwischenprodukt ist in Fig. lc dargestellt. Separating trenches are made with at least one etch stop material of the etch stop walls 32. The intermediate product obtained is shown in FIG.
Nach dem Bilden der Ätzstoppwände 32 wird eine dritte Ätzstoppschicht 34 auf einer Teilfläche der von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten Seite 20 des Zwischenprodukts gebildet. Die Ätzstoppwände 32 verbinden die zweite Ätzstoppschicht 26 und die dritte Ätzstoppschicht 34 miteinander. Die zweite Ätzstoppschicht 26, die dritte Ätzstoppschicht 34 und die Ätzstoppwände 32 legen Positionen und Ausdehnungen von Innenwänden des späteren After the formation of the etch stop walls 32, a third etch stop layer 34 is formed on a partial area of the side 20 of the intermediate product directed away from the first substrate surface 12a. The etch stop walls 32 connect the second etch stop layer 26 and the third etch stop layer 34 to one another. The second etch stop layer 26, the third etch stop layer 34 and the etch stop walls 32 define positions and extensions of inner walls of the later
Mediumraums an seiner zu der zweiten Oberfläche 12b ausgerichteten Seite fest. Wie in Fig. Id erkennbar ist, werden die erste Ätzstoppschicht 22, die zweite Ätzstoppschicht 26, die dritte Ätzstoppschicht 34 und die Ätzstoppwände 32 derart gebildet, dass die erste Ätzstoppschicht 22, die zweite Ätzstoppschicht 26, die dritte Ätzstoppschicht 34 und die Ätzstoppwände 32 eine Medium space on its side facing the second surface 12b. As can be seen in Fig. Id, the first etch stop layer 22, the second etch stop layer 26, the third etch stop layer 34 and the etch stop walls 32 are formed such that the first etch stop layer 22, the second etch stop layer 26, the third etch stop layer 34 and the etch stop walls 32 a
Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 bilden, welche ein mit Silizium gefülltes Volumen bis auf mindestens eine Ätzöffnung 35 umgibt. Die Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 legt eine Form und eine räumliche Ausdehnung des späteren Mediumraums fest. Etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 form which surrounds a volume filled with silicon apart from at least one etching opening 35. The etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 defines a shape and a spatial extent of the later medium space.
Fig. Id zeigt auch ein Ausbilden einer Membran 36 an der von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten zweiten Substratoberfläche 12b, indem Silizium in dem letzten Silizium-Aufwachsschritt auf der von der ersten FIG. 1D also shows the formation of a membrane 36 on the second substrate surface 12b, which is directed away from the first substrate surface 12a, by adding silicon in the last silicon growth step to that of the first
Substratoberfläche 12a weg gerichteten Seite 20 des ausgehend von der Ausgangsschicht 10a gewachsenen Zwischenprodukts aufgewachsen wird. Das Silizium der Membran 36 kann insbesondere direkt auf der dritten Ätzstoppschicht 34 abgeschieden werden, was sicherstellt, dass die auf diese Weise gebildete Membran 36 den späteren Mediumraum begrenzt. Substrate surface 12a facing away side 20 of the intermediate product grown starting from the starting layer 10a is grown. The silicon of the membrane 36 can in particular directly on the third Etch stop layer 34 are deposited, which ensures that the membrane 36 formed in this way delimits the later medium space.
Nach dem Ausführen des letzten Silizium-Aufwachsschritts liegt das vollständig gewachsene Siliziumsubstrat 10 fertig vor. Zum Schutz der zweiten After the last silicon growth step has been carried out, the completely grown silicon substrate 10 is ready. To protect the second
Substratoberfläche 12b des Siliziumsubstrats 10 während des weiteren Substrate surface 12b of the silicon substrate 10 during the further
Herstellungsverfahrens kann eine Schutz- und/oder Isolierschicht 37, wie beispielsweise eine Oxidschicht, auf der zweiten Substratoberfläche 12b des Siliziumsubstrats 10 gebildete werden. Das auf diese Weise gewonnene Manufacturing method, a protective and / or insulating layer 37, such as an oxide layer, can be formed on the second substrate surface 12b of the silicon substrate 10. That won in this way
Zwischenprodukt ist in Fig. Id wiedergegeben. Intermediate product is shown in Fig. Id.
Wahlweise kann nun eine Aktoreinrichtung 38 derart an der Membran 36 angeordnet/ausgebildet werden, dass bei einem späteren Betrieb des mit der Aktoreinrichtung 38 ausgebildeten mikromechanischen Bauteils die Membran 36 mittels der Aktoreinrichtung 38 so in eine Verformbewegung versetzt wird, dass mindestens ein in dem späteren Mediumraum vorliegendes Medium über die Mediumaustrittsöffnung 18 aus dem Mediumraum herausgedrückt wird. In der Ausführungsform der Fig. la bis le ist die Aktoreinrichtung 38 beispielhaft eine piezoelektrische Aktoreinrichtung mit mindestens einer piezoelektrischen Funktionsschicht 38a, Elektroden 38b und mindestens einer Leiterbahn 38c mit mindestens einem Kontaktbereich 38d. Die mindestens eine piezoelektrische Funktionsschicht 38a kann beispielsweise eine PZT- Funktionsschicht (Blei- Zirkonat-Titanat) sein. Da eine Ausbildbarkeit des mittels des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellten mikromechanischen Bauteils jedoch nicht auf einen bestimmten Typ seiner Aktoreinrichtung 38 limitiert ist, wird hier nicht genauer auf die Aktoreinrichtung 38 eingegangen. Optionally, an actuator device 38 can now be arranged / formed on the membrane 36 in such a way that, during later operation of the micromechanical component formed with the actuator device 38, the membrane 36 is set into a deforming movement by means of the actuator device 38 in such a way that at least one is in the subsequent medium space present medium is pressed out of the medium space via the medium outlet opening 18. In the embodiment of FIGS. 1 a to 1e, the actuator device 38 is, for example, a piezoelectric actuator device with at least one piezoelectric functional layer 38a, electrodes 38b and at least one conductor track 38c with at least one contact area 38d. The at least one piezoelectric functional layer 38a can be, for example, a PZT functional layer (lead zirconate titanate). Since the possibility of designing the micromechanical component produced by means of the manufacturing method described here is not limited to a specific type of its actuator device 38, the actuator device 38 is not discussed in more detail here.
In Fig. le ist auch das Strukturieren des Mediumraums 40 in das Siliziumsubstrat 10 bildlich wiedergegeben. Dazu wird, nachdem die Membran 36 bereits geformt ist, der Mediumraum 40 in das ausgehend von der Ausgangsschicht 10a vollständig gewachsene Siliziumsubstrat 10 strukturiert, indem das von der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 umgebene Silizium geätzt wird. Während des Ätzens des von der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 umgebenen Siliziums sind weitere Bereiche des Siliziumsubstrats 10, welche nicht geätzt werden sollen, wie insbesondere die Membran 36, mittels des mindestens einen Ätzstoppmaterials der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 verlässlich geschützt. Nach dem Ätzen des von der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 umgebenen Siliziums werden die Innenwände des Mediumraums 40 von der ersten Ätzstoppschicht 22, der zweiten Ätzstoppschicht 26, der dritten The structuring of the medium space 40 in the silicon substrate 10 is also shown graphically in FIG. For this purpose, after the membrane 36 has already been formed, the medium space 40 is structured in the silicon substrate 10, which has grown completely starting from the starting layer 10a, by etching the silicon surrounded by the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34. During the etching of the silicon surrounded by the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34, there are further regions of the silicon substrate 10 which are not to be etched, such as in particular the membrane 36, by means of the at least one Etch stop material of the etch stop limitation 22, 26, 32 and 34 reliably protected. After the silicon surrounded by the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 has been etched, the inner walls of the medium space 40 are covered by the first etch stop layer 22, the second etch stop layer 26 and the third
Ätzstoppschicht 34 und den Ätzstoppwänden 32 freigelegt. Eine Kontaminierung mindestens eines in den Mediumraum 40 später eingefüllten Mediums durch das mindestens eine Ätzstoppmaterial der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 muss somit bei einem Betrieb des mikromechanischen Bauteils nicht befürchtet werden. Etch stop layer 34 and the etch stop walls 32 exposed. A contamination of at least one medium later filled into the medium space 40 by the at least one etch stop material of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 therefore need not be feared when the micromechanical component is in operation.
In einer alternativen Ausführungsform des hier beschriebenen In an alternative embodiment of that described here
Herstellungsverfahrens kann der Mediumraum 40 zuerst frei geätzt werden, bevor mit der Ausbildung der Aktoreinrichtung 38 an/in der Membran 36 begonnen wird. In the manufacturing process, the medium space 40 can first be freely etched before the formation of the actuator device 38 on / in the membrane 36 is started.
Vorzugsweise wird die Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 aus Siliziumoxid (als ihrem mindestens einen Ätzstoppmaterial) gebildet. Die Komponenten der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 können somit jeweils mittels eines vergleichsweise geringen Arbeitsaufwands, wie beispielsweise mittels eines Ausführens einer thermischen Oxidation oder mittels einer Oxidabscheidung, gebildet werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Siliziumoxid als dem (einzigen) Ätzstoppmaterial der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 liegt darin, dass das von der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 umgebene Silizium in diesem Fall bevorzugt mittels Xenondifluorid und/oder The etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 is preferably formed from silicon oxide (as its at least one etch stop material). The components of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 can thus each be formed by means of a comparatively low amount of work, such as, for example, by performing a thermal oxidation or by means of an oxide deposition. Another advantage of using silicon oxide as the (only) etch stop material of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 is that the silicon surrounded by the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 in this case is preferably by means of xenon difluoride and / or
Schwefelhexafluorid geätzt werden kann, wodurch das zu ätzende Silizium verlässlich entfernt werden kann, und trotzdem (nahezu) keine Ätzung der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 zu befürchten ist. Außerdem können bei einer Verwendung von Siliziumoxid als dem (einzigen) Ätzmaterial der Sulfur hexafluoride can be etched, as a result of which the silicon to be etched can be reliably removed, and nevertheless (almost) no etching of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 is to be feared. In addition, when using silicon oxide as the (only) etching material, the
Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 die Innenwände des Mediumraums 40 vergleichsweise einfach freigelegt werden, indem die Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 in einem Gasphasenätzverfahren entfernt wird. Als Alternative oder als Ergänzung zu Siliziumoxid kann auch Siliziumnitrid als Ätzstoppmaterial der Ätzstoppbegrenzung 22, 26, 32 und 34 verwendet werden. Bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren wird zusätzlich zu der Mediumaustrittsöffnung 18 als noch mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 des Mediumraums 40, wie beispielsweise eine Mediumzufuhröffnung 42 und eine Mediumentleerungsöffnung 44, derart in dem Siliziumsubstrat 10 ausgebildet, dass der Mediumraum 40 über die mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 befüllbar/entleerbar ist. Die mindestens eine Ätzöffnung 35 ist somit vielseitig nutzbar. Beispielhaft verläuft bei der hier beschriebenen Ausführungsform die mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 durch mindestens eine sich von der ersten Substratoberfläche 12a zu der zweiten Substratoberfläche 12b Etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 the inner walls of the medium space 40 can be exposed comparatively easily by removing the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34 in a gas phase etching process. As an alternative or in addition to silicon oxide, silicon nitride can also be used as the etch stop material of the etch stop delimitation 22, 26, 32 and 34. In the production method described here, in addition to the medium outlet opening 18, at least one further opening 42 and 44 of the medium space 40, such as a medium supply opening 42 and a medium emptying opening 44, is formed in the silicon substrate 10 in such a way that the medium space 40 over the at least one further Opening 42 and 44 can be filled / emptied. The at least one etching opening 35 can thus be used in many ways. For example, in the embodiment described here, the at least one further opening 42 and 44 runs through at least one extending from the first substrate surface 12a to the second substrate surface 12b
erstreckende Substratseitenfläche 12c und 12d des Siliziumsubstrats 10. extending substrate side surfaces 12c and 12d of the silicon substrate 10.
Als optionale Ergänzung kann noch eine (nicht dargestellte) Verkappung auf einer von dem Mediumraum 40 weg gerichteten Außenseite der Membran 36 und der Aktoreinrichtung 38 befestigt werden. Die Verkappung kann As an optional addition, a cap (not shown) can be attached to an outer side of the membrane 36 and the actuator device 38 facing away from the medium space 40. The capping can
beispielsweise festgebondet werden. Als Bondverfahren zum Befestigen der Verkappung kann insbesondere ein Sealglasbonden und/oder ein eutektisches Bonden mittels Aluminium und Germanium ausgeführt werden. Wahlweise kann auch der Halbleiterwafer 14 entfernt werden. for example be firmly bonded. In particular, sealing glass bonding and / or eutectic bonding using aluminum and germanium can be carried out as the bonding method for fastening the capping. Optionally, the semiconductor wafer 14 can also be removed.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 2 shows a schematic illustration of a first specific embodiment of the micromechanical component.
Das in Fig. 2 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil kann beispielsweise mittels der zuvor beschriebenen Ausführungsform des The micromechanical component shown schematically in FIG. 2 can, for example, by means of the previously described embodiment of the
Herstellungsverfahrens hergestellt sein. Das mikromechanische Bauteil weist ein vollständig gewachsenes Siliziumsubstrat 10 mit einer ersten Substratoberfläche 12a und einer von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten zweiten Substratoberfläche 12b auf. Wie oben bereits erläutert ist, ist das Siliziumsubstrat 10 ein ausgehend von einer Ausgangschicht 10a aus Silizium in mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritten vollständig gewachsenes Siliziumsubstrat 10. Manufacturing process be made. The micromechanical component has a completely grown silicon substrate 10 with a first substrate surface 12a and a second substrate surface 12b directed away from the first substrate surface 12a. As has already been explained above, the silicon substrate 10 is a silicon substrate 10 that is completely grown in at least two silicon growth steps starting from an initial layer 10a made of silicon.
Außerdem ist das Siliziumsubstrat 10 zwischen seiner ersten Substratoberfläche 12a und seiner zweiten Substratoberfläche 12b frei von Bondschichten. In addition, the silicon substrate 10 is free of bonding layers between its first substrate surface 12a and its second substrate surface 12b.
In das Siliziumsubstrat 10 ist ein Mediumraum 40 strukturiert. Der Mediumraum 40 weist eine durch die erste Substratoberfläche 12a strukturierte Mediumaustrittsöffnung 18 auf. Die Mediumaustrittsöffnung 18 kann auch als eine Düse bezeichnet werden. Außerdem ist an der zweiten Substratoberfläche 12b eine Membran 36 ausgebildet, welche den Mediumraum 40 begrenzt. Eine Aktoreinrichtung 38 ist derart an der Membran 36 angeordnet, dass die Membran 36 mittels der Aktoreinrichtung 38 so in eine Verformbewegung versetzbar ist, dass mindestens ein in dem Mediumraum 40 vorliegendes Medium über die Mediumaustrittsöffnung 18 aus dem Mediumraum 40 herausdrückbar ist. Eine Einwölbung der Membran 36 in den Mediumraum 40 kann insbesondere einen Tropfen an der Mediumaustrittsöffnung 18 bewirken. Vorzugsweise ist die Aktoreinrichtung 38 auf einer von dem Mediumraum 40 weg gerichteten A medium space 40 is structured in the silicon substrate 10. The medium space 40 has a structure structured by the first substrate surface 12a Medium outlet opening 18. The medium outlet opening 18 can also be referred to as a nozzle. In addition, a membrane 36, which delimits the medium space 40, is formed on the second substrate surface 12b. An actuator device 38 is arranged on the membrane 36 in such a way that the membrane 36 can be set into a deforming movement by means of the actuator device 38 such that at least one medium present in the medium space 40 can be pushed out of the medium space 40 via the medium outlet opening 18. A bulge of the membrane 36 into the medium space 40 can in particular cause a drop at the medium outlet opening 18. The actuator device 38 is preferably in a direction away from the medium space 40
Außenseite der Membran 36 angeordnet, sodass die Aktoreinrichtung 38 mit dem mindestens einen in dem Mediumraum 40 vorliegenden Medium nicht in Kontakt kommt. Arranged on the outside of the membrane 36 so that the actuator device 38 does not come into contact with the at least one medium present in the medium space 40.
Aufgrund der Ausbildung des Siliziumsubstrats 10 frei von Bondschichten zwischen seiner ersten Substratoberfläche 12a und seiner zweiten Due to the formation of the silicon substrate 10 free of bonding layers between its first substrate surface 12a and its second
Substratoberfläche 12b muss nicht befürchtet werden, dass das mindestens eine in dem Mediumraum 40 vorliegende Medium eine Bondverbindung chemisch angreift, und damit zu einer Zersetzung des mikromechanischen Bauteils führt. Ebenso muss keine Kontaminierung des mindestens einen in dem Mediumraum 40 vorliegenden Mediums durch mindestens ein Bondmaterial einer Substrate surface 12b need not fear that the at least one medium present in medium space 40 will chemically attack a bond and thus lead to decomposition of the micromechanical component. Likewise, the at least one medium present in the medium space 40 does not have to be contaminated by at least one bonding material
Bondverbindung befürchtet werden. Ein hoher Anspruch an Reinheit des mindestens einen in dem Mediumraum 40 vorliegenden Mediums, wie beispielsweise für eine medizinische/medizintechnische oder eine Bond connection are feared. A high demand for purity of the at least one medium present in the medium space 40, such as for a medical / medical technology or a medium
sensortechnische Anwendung des mindestens einen Mediums häufig erforderlich ist, kann somit verlässlich eingehalten werden. Das mikromechanische Bauteil ist deshalb vielseitig einsetzbar, wie beispielsweise als Insulinpumpe, als Laborchip, als Sensor oder als Sonde. In der Ausführungsform der Fig. 2 ist das sensor application of the at least one medium is often required, can thus be reliably observed. The micromechanical component is therefore versatile, such as an insulin pump, a laboratory chip, a sensor or a probe. In the embodiment of FIG. 2 this is
mikromechanische Bauteil ein Druckkopf/Druckkopfteil, wobei selbst stark alkalische oder organische Tinten problemlos im Inneren des Mediumraums 40 eingefüllt sein können, da eine in dem Mediumraum 40 eingefüllte Tinte lediglich die Innenwände des Mediumraums 40 aus Silizium kontaktiert und somit das mikromechanische Bauteil nicht/kaum angreift. Die Ausbildung des micromechanical component a printhead / printhead part, whereby even strongly alkaline or organic inks can be filled into the interior of the medium space 40 without any problems, since an ink filled in the medium space 40 only contacts the inner walls of the medium space 40 made of silicon and thus does not / hardly attack the micromechanical component . The training of the
Mediumraums 40 aus (reinem) Silizium vereinfacht auch die Aufbringung einer durchgängigen Schutzschicht für Medien, die Silizium angreifen, da die Schutzschicht nur an Silizium, und nicht auch an einem Bondmaterial, zu haften hat. . Medium space 40 made of (pure) silicon also simplifies the application of a continuous protective layer for media that attack silicon, since the Protective layer only has to adhere to silicon and not to a bonding material. .
Der Mediumraum 40 weist auf seiner zu der ersten Substratoberfläche 12a ausgerichteten Seite eine erste Stützwand 19 auf, deren senkrecht zu der ersten Substratoberfläche 12a ausgerichtete Wanddicke durch die Schichtdicke der zuvorigen Ausgangsschicht 10a definiert ist. An seiner zu der zweiten The medium space 40 has, on its side aligned with the first substrate surface 12a, a first support wall 19, the wall thickness of which, aligned perpendicular to the first substrate surface 12a, is defined by the layer thickness of the previous starting layer 10a. His to the second
Substratoberfläche 12b ausgerichteten Seite wird der Mediumraum 40 von einer zweiten Stützwand 30 und der Membran 36 begrenzt, wobei ein senkrecht zu der zweiten Substratoberfläche 12b ausgerichteter Überstand der zweiten Stützwand 30 gegenüber der Membran 36 durch die Schichtdicke des zuvorigen zweiten Siliziumbereichs 28 festgelegt ist. Zusätzlich zu der Mediumaustrittsöffnung 18 ist noch mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 des Mediumraums 40 (als eine Mediumzufuhröffnung 42 und als eine Mediumentleerungsöffnung 44) so in das Siliziumsubstrat 10 strukturiert, dass der Mediumraum 40 über die mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 befüllbar und/oder entleerbar ist. Beispielhaft verläuft die mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 durch mindestens eine sich von der ersten Substratoberfläche 12a zu der zweiten Substratoberfläche 12b erstreckende Substratseitenfläche 12c und 12d des Siliziumsubstrats 10. On the side facing the substrate surface 12b, the medium space 40 is delimited by a second support wall 30 and the membrane 36, an overhang of the second support wall 30 aligned perpendicular to the second substrate surface 12b relative to the membrane 36 being defined by the layer thickness of the previous second silicon region 28. In addition to the medium outlet opening 18, at least one further opening 42 and 44 of the medium space 40 (as a medium supply opening 42 and as a medium discharge opening 44) is structured in the silicon substrate 10 so that the medium space 40 can be filled via the at least one further opening 42 and 44 / or can be emptied. For example, the at least one further opening 42 and 44 runs through at least one substrate side surface 12c and 12d of the silicon substrate 10 that extends from the first substrate surface 12a to the second substrate surface 12b.
Als optionale Ergänzung ist noch eine Verkappung 46 auf einer von dem As an optional addition there is a cap 46 on one of the
Mediumraum 40 weg gerichteten Außenseite der Membran 36 und der Medium space 40 facing away from the outside of the membrane 36 and the
Aktoreinrichtung 38 befestigt. Beispielhaft ist die Verkappung 46 mittels mindestens einer Bondverbindung 48 an der Außenseite der Membran 36 und der Aktoreinrichtung 38 befestigt. Actuator device 38 attached. By way of example, the capping 46 is fastened to the outside of the membrane 36 and the actuator device 38 by means of at least one bond connection 48.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 2 wird auf das zuvor beschriebene Herstellungsverfahren verwiesen. With regard to further properties and features of the micromechanical component of FIG. 2, reference is made to the production method described above.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Zwischenprodukt zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens. 3 shows a schematic cross section through an intermediate product for explaining a second embodiment of the manufacturing method.
Bei dem mittels der Fig. 3 schematisch wiedergegebenen Herstellungsverfahren wird der Mediumraum 40 an einem zu der Mediumaustrittsöffnung 18 benachbarten Bereich um einen als Aussparung in der ersten Stützwand 19 ausgebildeter Austrittsöffnungsvorraum 50 erweitert, indem die erste Stützwand 19 mittels eines zusätzlichen Zwischen-Silizium-Aufwachsschritts, welcher vor dem ersten Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt ausgeführt wird, um einen direkt auf die Ausgangsschicht 10a aufgewachsenen weiteren Siliziumbereich 52 verstärkt wird. Erkennbar sind auch eine Ätzstoppschicht 54 und Ätzstoppwände 56, welche die spätere Form des Austrittsöffnungsvorraums 50 festlegen. In the production method shown schematically by means of FIG. 3, the medium space 40 becomes at one of the medium outlet opening 18 Adjacent area is expanded by an exit opening antechamber 50 designed as a recess in the first support wall 19, in that the first support wall 19 by means of an additional intermediate silicon growth step, which is carried out before the first intermediate silicon growth step, by a growth directly on the starting layer 10a further silicon area 52 is reinforced. An etch stop layer 54 and etch stop walls 56, which define the subsequent shape of the exit opening vestibule 50, can also be seen.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des Herstellungsverfahrens der Fig. 3 wird auf das Herstellungsverfahren der Fig. la bis le verwiesen. With regard to further properties and features of the manufacturing method of FIG. 3, reference is made to the manufacturing method of FIGS. La to le.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 4 shows a schematic illustration of a second specific embodiment of the micromechanical component.
Das in Fig. 4 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil kann beispielsweise mittels des anhand der Fig. 3 erläuterten Herstellungsverfahrens hergestellt sein. Der an einem zu der Mediumaustrittsöffnung 18 benachbarten Bereich des Mediumraums 40 ausgebildete Austrittsöffnungsvorraum 50 bietet Volumen für einen vorteilhaften Wirbelstrom vor der der Mediumaustrittsöffnung 18. Zudem ermöglicht der Austrittsöffnungsvorraum 50 die Ausbildung einer sehr kurzen Mediumaustrittsöffnung 18 ohne die Stabilität der ersten Stützwand 19 des Mediumraums 40 einzuschränken. Im Unterschied zu der Ausführungsform der Fig. 2 weist das mikromechanische Bauteil der Fig. 4 außerdem eine Mediumaustrittsöffnung 18 mit einer kleineren Länge senkrecht zu der ersten Substratoberfläche 12a auf. Ein gewünschter Durchmesser und eine vorteilhafte Form der Mediumaustrittsöffnung 18 sind somit bei der Herstellung des mikromechanischen Bauteils der Fig. 4 leichter und genauer einhaltbar, wodurch eine gewünschte Tropfengröße eines aus der Mediumaustrittsöffnung 18 austretenden Tropfens, bzw. ein definierter Abriss des Tropfens, besser gewährleistbar ist und Blasen und Trocknungsreste an der The micromechanical component shown schematically in FIG. 4 can be produced, for example, by means of the production method explained with reference to FIG. 3. The outlet opening antechamber 50 formed on an area of the medium chamber 40 adjacent to the medium outlet opening 18 offers volume for an advantageous eddy current in front of that of the medium outlet opening 18. In addition, the outlet opening antechamber 50 enables the formation of a very short medium outlet opening 18 without restricting the stability of the first supporting wall 19 of the medium chamber 40 . In contrast to the embodiment of FIG. 2, the micromechanical component of FIG. 4 also has a medium outlet opening 18 with a smaller length perpendicular to the first substrate surface 12a. A desired diameter and an advantageous shape of the medium outlet opening 18 can thus be adhered to more easily and more accurately in the production of the micromechanical component of FIG. 4, whereby a desired drop size of a drop emerging from the medium outlet opening 18 or a defined tear-off of the drop can be better guaranteed and bubbles and drying residue on the
Mediumaustrittsöffnung 18 verlässlicher unterdrückbar sind. Mittels der Medium outlet opening 18 can be suppressed more reliably. Using the
Ausbildung des Austrittsöffnungsvorraums 50 als Aussparung in der ersten Stützwand 19 mittels des zusätzlichen Zwischen-Silizium-Aufwachsschritts ist gleichzeitig sichergestellt, dass die erste Stützwand 19 weiterhin eine vorteilhafte Stabilität aufweist. Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 4 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. Forming the exit opening antechamber 50 as a recess in the first support wall 19 by means of the additional intermediate silicon growth step ensures at the same time that the first support wall 19 continues to have advantageous stability. With regard to further properties and features of the micromechanical component of FIG. 4, reference is made to the embodiments described above.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 5 shows a schematic illustration of a third specific embodiment of the micromechanical component.
Das in Fig. 5 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform lediglich durch eine trichterförmige Ausbildung seiner Mediumaustrittsöffnung 18 mit einem sich in Richtung zu der ersten Substratoberfläche 12a reduzierenden Durchmesser. Die trichterförmige Ausbildung der Mediumaustrittsöffnung 18 ist z.B. mittels eines KOH/Kaliumhydroxid-Ätzprozesses oder einer konischen Trench-Ätzung (Tapered Trench Etching) realisierbar. The micromechanical component shown schematically in FIG. 5 differs from the previously described embodiment only by a funnel-shaped design of its medium outlet opening 18 with a diameter that decreases in the direction of the first substrate surface 12a. The funnel-shaped design of the medium outlet opening 18 is e.g. can be implemented using a KOH / potassium hydroxide etching process or a conical trench etching (tapered trench etching).
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 5 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. With regard to further properties and features of the micromechanical component of FIG. 5, reference is made to the embodiments described above.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 6 shows a schematic illustration of a fourth specific embodiment of the micromechanical component.
Bei dem in Fig. 6 schematisch wiedergegebenen mikromechanischen Bauteil ist an seiner mindestens einen weiteren Öffnungen 42 und 44 jeweils ein In the micromechanical component shown schematically in FIG. 6, there is a further opening 42 and 44 at its at least one
Drosselventil 58 als Verengungen an der jeweiligen weiteren Öffnungen 42 und 44 ausgebildet. Dazu ist an einem zu der Mediumaustrittsöffnung 18 oder dem Austrittsöffnungsvorraum 50 benachbarten Bereich des Mediumraums 40 ein Vorraum 60 des Mediumraums 40 als (zusätzliche) Aussparung in der ersten Stützwand 19 geschaffen, indem die erste Stützwand 19 mittels eines zusätzlichen Zwischen-Silizium-Aufwachsschritts, welcher vor dem ersten Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt ausgeführt wird, um einen weiteren Throttle valve 58 designed as constrictions at the respective further openings 42 and 44. For this purpose, in an area of the medium space 40 adjacent to the medium outlet opening 18 or the outlet opening antechamber 50, an antechamber 60 of the medium chamber 40 is created as an (additional) recess in the first support wall 19 by means of an additional intermediate silicon growth step which is carried out prior to the first intermediate silicon growth step by another
Siliziumbereich 62 verstärkt ist. Das Silizium des mindestens einen Silicon area 62 is reinforced. The silicon of at least one
Drosselventils 58 wird in dem ersten Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt abgeschieden, wobei mittels zuvor gebildeter Ätzstoppschichten und Ätzstoppwänden eine Ätzung des Siliziums des mindestens einen Drosselventils 58 während des Strukturierens des Mediumraums 40 verhindert wird. Throttle valve 58 is deposited in the first intermediate silicon growth step, using previously formed etch stop layers and Etch stop walls an etching of the silicon of the at least one throttle valve 58 is prevented during the structuring of the medium space 40.
Mittels des mindestens einen Drosselventils 58 kann einer Übertragung von Schwingungen von der Membran 36 der dargestellten Zelle über das mindestens eine in dem Mediumraum 40 eingefüllte Medium auf eine Membran 36 einer (nicht dargestellten) benachbarten Zelle unterbunden werden. Auf diese Weise kann ein Übersprechen (Crosstalk) zwischen Zellen eines mit mehreren Zellen ausgebildeten mikromechanischen Bauteils, welches zu einer unerwünschten Vergrößerung einer Tropfengröße eines aus der Mediumaustrittsöffnung 18 einer Zelle austretenden Tropfens führen könnte, verlässlich verhindert werden. By means of the at least one throttle valve 58, a transmission of vibrations from the membrane 36 of the illustrated cell via the at least one medium filled in the medium space 40 to a membrane 36 of an adjacent cell (not illustrated) can be prevented. In this way, crosstalk between cells of a micromechanical component formed with a plurality of cells, which could lead to an undesired increase in the size of a droplet emerging from the medium outlet opening 18 of a cell, can be reliably prevented.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 6 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. With regard to further properties and features of the micromechanical component of FIG. 6, reference is made to the embodiments described above.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 7 shows a schematic illustration of a fifth specific embodiment of the micromechanical component.
Das in Fig. 7 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil weist als Ergänzung zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform noch mindestens eine Siebstruktur 64 an und/oder innerhalb seiner mindestens einen weiteren Öffnung 42 und 44 auf. Die mindestens eine Siebstruktur 64 wird vorzugsweise an und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Öffnung 42 und 44 The micromechanical component shown schematically in FIG. 7 has, as a supplement to the embodiment described above, at least one screen structure 64 and / or within its at least one further opening 42 and 44. The at least one screen structure 64 is preferably on and / or within the at least one further opening 42 and 44
ausgebildet, indem zwischen den mindestens zwei ausgeführten Zwischen- Silizium-Aufwachsschritten Silizium auf der von der ersten Substratoberfläche 12a weg gerichteten Seite des Zwischenprodukts aufgewachsen wird. formed by growing silicon on the side of the intermediate product facing away from the first substrate surface 12a between the at least two intermediate silicon growth steps carried out.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 7 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. With regard to further properties and features of the micromechanical component of FIG. 7, reference is made to the previously described embodiments.
Fig. 8a bis 8c zeigen schematische Querschnitte durch Zwischenprodukte zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens. Das mittels der Fig. 8a bis 8c schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil unterscheiden sich von der Ausführungsform der Fig. 2 darin, dass die mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 durch die zweite Substratoberfläche 12b verläuft. Als Weiterbildung der Ausführungsform der Fig. la bis le wird eine Verkappung 46 auf der von dem Mediumraum 40 weg gerichteten Außenseite der Membran 36 und der Aktoreinrichtung 38 fest gebondet, in welche ein Mediumvorratsraum 66 und ein Mediumabflussraum 68 strukturiert sind, sodass die mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 in dem Mediumvorratsraum 66 oder in dem Mediumabflussraum 68 mündet. Dies ist in Fig. 8a schematisch wiedergegeben. FIGS. 8a to 8c show schematic cross-sections through intermediate products to explain a third embodiment of the production method. The micromechanical component shown schematically by means of FIGS. 8a to 8c differs from the embodiment of FIG. 2 in that the at least one further opening 42 and 44 runs through the second substrate surface 12b. As a further development of the embodiment of FIGS. 1 a to 1e, a capping 46 is firmly bonded to the outside of the membrane 36 and the actuator device 38 facing away from the medium space 40, in which a medium storage space 66 and a medium outflow space 68 are structured so that the at least one further Opening 42 and 44 in the medium storage space 66 or in the medium outflow space 68 opens. This is shown schematically in Fig. 8a.
Fig. 8b zeigt das Strukturieren des Mediumraums 40 und das Gasphasenätzen, wobei beide Prozesse nach dem Festbonden der Verkappung 46 über den Mediumvorratsraum 66, über die mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 und über den Mediumabflussraum 68 ausgeführt werden. Anschließend wird, wie in Fig. 8c wiedergegeben ist, eine Siliziumschutzschicht 70 abgeschieden, um die Bondverbindungen 48 vor einem Einfüllen des mindestens einen Mediums in den Mediumraum 40 vor einer Benetzung mit dem mindestens einen Medium zu schützen. Das Aufbringen der Siliziumschutzschicht 70 kann beispielsweise durch Sputtern erfolgen. Anschließend können die gezeigten Überstände 72 der Verkappung 46 durch Sägen oder Rückschleifen entfernt werden. 8b shows the structuring of the medium space 40 and the gas phase etching, both processes being carried out after the solid bonding of the capping 46 via the medium storage space 66, via the at least one further opening 42 and 44 and via the medium drainage space 68. Then, as shown in FIG. 8c, a silicon protective layer 70 is deposited in order to protect the bond connections 48 from being wetted with the at least one medium before the at least one medium is filled into the medium space 40. The silicon protective layer 70 can be applied, for example, by sputtering. The protrusions 72 shown of the capping 46 can then be removed by sawing or grinding back.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des Herstellungsverfahrens der Fig. 8a bis 8c wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. With regard to further properties and features of the production method of FIGS. 8a to 8c, reference is made to the embodiments described above.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 9 shows a schematic illustration of a sixth specific embodiment of the micromechanical component.
Das in Fig. 9 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil kann beispielsweise mittels des Herstellungsverfahrens der Fig. 8a bis 8c hergestellt sein. Bezüglich weiterer Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der Fig. 9 wird deshalb auf die Ausführungen zu den zuvor beschriebenen The micromechanical component shown schematically in FIG. 9 can be produced, for example, by means of the production method of FIGS. 8a to 8c. With regard to further properties of the micromechanical component of FIG. 9, reference is therefore made to the statements relating to those described above
Ausführungsformen verwiesen. Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. Embodiments referenced. 10 shows a schematic illustration of a seventh specific embodiment of the micromechanical component.
Auch bei der Ausführungsform der Fig. 10 ist mindestens eine Siebstruktur 74 an und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Öffnung 42 und 44 ausgebildet. Die mindestens eine Siebstruktur 74 kann zusammen mit der Membran 36 in dem letzten Silizium-Aufwachsschritt hergestellt werden. (Die mindestens eine Siebstruktur 74 kann als eine "Membran mit Löchern" ausgebildet sein.) In the embodiment of FIG. 10, too, at least one screen structure 74 is formed on and / or within the at least one further opening 42 and 44. The at least one screen structure 74 can be produced together with the membrane 36 in the last silicon growth step. (The at least one screen structure 74 can be designed as a "membrane with holes".)
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 10 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. With regard to further properties and features of the micromechanical component of FIG. 10, reference is made to the embodiments described above.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 11 shows a schematic illustration of an eighth specific embodiment of the micromechanical component.
Bei dem mittels der Fig. 11 schematisch wiedergegebenen mikromechanischen Bauteil wird sein Mediumraum 40 zusätzlich zu der Membran 36 noch von einer Dämpfermembran 76 begrenzt. Mittels der Dämpfermembran 76 kann sichergestellt werden, dass von der Aktoreinrichtung 38 unter Verformung der Membran 36 erzeugte Druckwellen in dem mindestens einen in dem In the micromechanical component shown schematically by means of FIG. 11, its medium space 40 is also delimited by a damper membrane 76 in addition to the membrane 36. The damper membrane 76 can be used to ensure that pressure waves generated by the actuator device 38 with deformation of the membrane 36 in the at least one in the
Mediumraum 40 vorliegenden Medium gedämpft werden, und nicht auf mindestens eine benachbarte Zelle übertragen werden. Medium space 40 present medium are attenuated and not transferred to at least one neighboring cell.
Vorzugsweise ist die Dämpfermembran 76 eine Polyimidmembran. Das Polyimid der Dämpfermembran 76 kann in diesem Fall nach dem Ausbilden der Preferably, the damper membrane 76 is a polyimide membrane. The polyimide of the damper membrane 76 can in this case after the formation of the
Aktoreinrichtung 38 abgeschieden und strukturiert werden. Actuator device 38 are deposited and structured.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 11 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. With regard to further properties and features of the micromechanical component of FIG. 11, reference is made to the previously described embodiments.
Fig. 12a bis 12d zeigen schematische Querschnitte durch Zwischenprodukte zum Erläutern einer vierten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens. Bei dem Herstellungsverfahren der Fig. 12a bis 12d wird als Weiterbildung zusätzlich zu den Öffnungen 18, 42 und 44 noch eine eigene Ätzöffnung 78 des späteren Mediumraums 40 ausgebildet. Außerdem wird die zweite FIGS. 12a to 12d show schematic cross sections through intermediate products for explaining a fourth embodiment of the production method. In the production method of FIGS. 12a to 12d, as a further development, in addition to the openings 18, 42 and 44, a separate etching opening 78 of the later medium space 40 is formed. Also, the second
Substratoberfläche 12b bis auf die Ätzöffnung 78/einen die Ätzöffnung 78 umgebenden Bereich mit einer dicken Ätzschutzschicht 80, wie beispielsweise einer Oxidschicht, abgedeckt (siehe Fig. 12a). Substrate surface 12b is covered with a thick etch protection layer 80, such as an oxide layer, except for the etching opening 78 / an area surrounding the etching opening 78 (see FIG. 12a).
Anschließend wird, wie in Fig. 12b schematisch wiedergegeben ist, der Then, as is shown schematically in FIG. 12b, the
Mediumraum 40 in das Siliziumsubstrat 10 strukturiert. Nach dem Strukturieren des Mediumraums 40 und dem Gasphasenätzen wird die Ätzöffnung 78 geschlossen (siehe Fig. 12c). Dies kann beispielsweise mittels eines lokalen Aufschmelzens von Silizium, wie z.B. mittels eines Laser- Versiegelung- Prozesses (Laserreseal), oder mittels einer Materialabscheidung erfolgen. Medium space 40 structured in the silicon substrate 10. After structuring the medium space 40 and the gas phase etching, the etching opening 78 is closed (see FIG. 12c). This can be done for example by means of a local melting of silicon, e.g. by means of a laser sealing process (laser reseal), or by means of a material deposition.
Zurück bleibt eine Ätzöffungsabdichtung 78a. An etch port seal 78a remains.
Wie in Fig. 12d erkennbar ist, werden die Bondverbindungen 48 zum Befestigen der Verkappung 46 auf einer von dem Mediumraum 40 weg gerichteten As can be seen in FIG. 12 d, the bond connections 48 for fastening the capping 46 are made on a direction away from the medium space 40
Außenseite der Membran 36 und der Aktoreinrichtung 38 erst nach dem Outside of the membrane 36 and the actuator device 38 only after
Strukturieren des Mediumraums 40 und dem Gasphasenätzen gebildet. Somit besteht nicht das Risiko, dass die Bondverbindungen beim Strukturieren des Mediumraums 40 oder beim Gasphasenätzen angegriffen werden. Structuring the medium space 40 and the gas phase etching formed. There is thus no risk that the bond connections will be attacked when structuring the medium space 40 or during gas phase etching.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des Herstellungsverfahrens der Fig. 12a bis 12d wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. With regard to further properties and features of the production method of FIGS. 12a to 12d, reference is made to the embodiments described above.
Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 13 shows a schematic illustration of a ninth specific embodiment of the micromechanical component.
Das in Fig. 13 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil kann beispielsweise mittels der zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren der Fig. la bis le und 12a bis 12d hergestellt sein. Bezüglich der Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 13 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung einer zehnten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verläuft bei dem mikromechanischen Bauteil der Fig. 13 die mindestens eine weitere Öffnung 42 und 44 durch die erste Substratoberfläche 12a. Die mindestens eine Siebstruktur 82 an der mindestens einen weiteren Öffnung 42 und 44 kann durch die The micromechanical component shown schematically in FIG. 13 can be manufactured, for example, by means of the manufacturing method of FIGS. 1 a to 1e and 12a to 12d described above. With regard to the properties and features of the micromechanical component of FIG. 13, reference is made to the previously described embodiments. 14 shows a schematic illustration of a tenth embodiment of the micromechanical component. In contrast to the previously described embodiments, in the micromechanical component of FIG. 13 the at least one further opening 42 and 44 runs through the first substrate surface 12a. The at least one screen structure 82 at the at least one further opening 42 and 44 can be through the
Ausgangsschicht 10a strukturiert sein. Output layer 10a be structured.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der Fig. 14 wird auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. Die vorausgehend erläuterten Herstellungsverfahren ermöglichen somit eine große Designfreiheit beim Ausbilden des jeweiligen mikromechanischen Bauteils, insbesondere beim Formen von dessen Mediumraum 40. Im Unterschied zu Verfahren mit Bondschritten nach dem Stand der Technik entfällt bei einer Modifizierung des Mediumraums 40 die herkömmliche Notwendigkeit zur Strukturierung eines weiteren Wafers und zum Festbonden des weiteren Wafers an einem Zwischenprodukt. With regard to further properties and features of the micromechanical component of FIG. 14, reference is made to the embodiments described above. The manufacturing methods explained above thus allow great design freedom when forming the respective micromechanical component, in particular when forming its medium space 40. In contrast to methods with bonding steps according to the prior art, when the medium space 40 is modified, the conventional need to structure another wafer is eliminated and for bonding the further wafer to an intermediate product.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Mikromechanisches Bauteil mit: einem vollständig gewachsenen Siliziumsubstrat (10) mit einer ersten Substratoberfläche (12a) und einer von der ersten Substratoberfläche (12a) weg gerichteten zweiten Substratoberfläche (12b); einem in das Siliziumsubstrat (10) strukturierten Mediumraum (40) mit einer durch die erste Substratoberfläche (12a) strukturierten 1. A micromechanical component comprising: a completely grown silicon substrate (10) with a first substrate surface (12a) and a second substrate surface (12b) directed away from the first substrate surface (12a); a medium space (40) structured in the silicon substrate (10) with one structured by the first substrate surface (12a)
Mediumaustrittsöffnung (18); und einer an der zweiten Substratoberfläche (12b) ausgebildeten Membran (36), welche den Mediumraum (40) begrenzt; wobei eine Aktoreinrichtung (38) derart an der Membran (36) anordbar oder angeordnet ist, dass die Membran (36) mittels der Aktoreinrichtung (38) so in eine Verformbewegung versetzbar ist, dass mindestens ein in dem Mediumraum (40) vorliegendes Medium über die Mediumaustrittsöffnung (18) aus dem Mediumraum (40) herausdrückbar ist. Medium outlet opening (18); and a membrane (36) which is formed on the second substrate surface (12b) and delimits the medium space (40); wherein an actuator device (38) can be arranged or arranged on the membrane (36) in such a way that the membrane (36) can be caused to deform by means of the actuator device (38) in such a way that at least one medium present in the medium space (40) passes through the Medium outlet opening (18) can be pushed out of the medium space (40).
2. Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Siliziumsubstrat (10) ein ausgehend von einer Ausgangsschicht (10a) aus Silizium in mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritten vollständig gewachsenes Siliziumsubstrat (10) ist. 2. Micromechanical component according to claim 1, wherein the silicon substrate (10) is a silicon substrate (10) that is completely grown in at least two silicon growth steps starting from an initial layer (10a) made of silicon.
3. Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das 3. Micromechanical component according to claim 1 or 2, wherein the
Siliziumsubstrat (10) zwischen seiner ersten Substratoberfläche (12a) und seiner zweiten Substratoberfläche (12b) frei von Bondschichten ist. Silicon substrate (10) between its first substrate surface (12a) and its second substrate surface (12b) is free of bonding layers.
4. Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu der Mediumaustrittsöffnung (18) noch mindestens eine weitere Öffnung (42, 44) des Mediumsraums (40) in dem Siliziumsubstrat (10) so ausgebildet ist, dass der Mediumraum (40) über die mindestens eine weitere Öffnung (42, 44) befüllbar und/oder entleerbar ist, und wobei die mindestens eine weitere Öffnung (42, 44) durch die erste 4. Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein in addition to the medium outlet opening (18) at least one further opening (42, 44) of the medium space (40) in the silicon substrate (10) is designed so that the medium space (40) over the least a further opening (42, 44) can be filled and / or emptied, and wherein the at least one further opening (42, 44) through the first
Substratoberfläche (12a), die zweite Substratoberfläche (12b) und/oder durch mindestens eine sich von der ersten Substratoberfläche (12a) zu der zweiten Substratoberfläche (12b) erstreckende Substratseitenfläche (12c, 12d) des Siliziumsubstrats (10) verläuft. Substrate surface (12a), the second substrate surface (12b) and / or through at least one substrate side surface (12c, 12d) of the silicon substrate (10) extending from the first substrate surface (12a) to the second substrate surface (12b).
5. Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 4, wobei mindestens eine 5. Micromechanical component according to claim 4, wherein at least one
Siebstruktur (64, 74, 82) an und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Öffnung (42, 44) ausgebildet ist. Sieve structure (64, 74, 82) is formed on and / or within the at least one further opening (42, 44).
6. Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mikromechanische Bauteil ein Druckkopf, eine Insulinpumpe, ein Laborchip, ein Sensor oder eine Sonde ist. 6. Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the micromechanical component is a print head, an insulin pump, a laboratory chip, a sensor or a probe.
7. Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Schritten: 7. Manufacturing process for a micromechanical component with the following steps:
Bilden eines vollständig gewachsenen Siliziumsubstrats (10) mit einer ersten Substratoberfläche (12a) und einer von der ersten Forming a fully grown silicon substrate (10) having a first substrate surface (12a) and one of the first
Substratoberfläche (12a) weg gerichteten zweiten Substratoberfläche (12b); Substrate surface (12a) facing away second substrate surface (12b);
Strukturieren eines Mediumraums (40) in das Siliziumsubstrat (10), für welchen eine Mediumaustrittsöffnung (18) durch die erste Structuring of a medium space (40) in the silicon substrate (10), for which a medium outlet opening (18) through the first
Substratoberfläche (12a) strukturiert wird; und Substrate surface (12a) is structured; and
Ausbilden einer Membran (40) an der zweiten Substratoberfläche (12b), welche den Mediumraum (40) begrenzt, wobei eine Aktoreinrichtung (38) derart an der Membran (36) anordbar ist oder angeordnet wird, dass bei einem späteren Betrieb des mit der Aktoreinrichtung (38) ausgebildeten mikromechanischen Bauteils die Membran (36) mittels der Aktoreinrichtung (38) so in eine Verformbewegung versetzt wird, dass mindestens ein in dem Mediumraum (40) vorliegendes Medium über die Formation of a membrane (40) on the second substrate surface (12b), which delimits the medium space (40), wherein an actuator device (38) can be or will be arranged on the membrane (36) in such a way that during a later operation of the actuator device (38) formed micromechanical component, the membrane (36) is caused to deform by means of the actuator device (38) in such a way that at least one medium present in the medium space (40) passes through the
Mediumaustrittsöffnung (18) aus dem Mediumraum (40) herausgedrückt wird. Medium outlet opening (18) is pushed out of the medium space (40).
8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, wobei zusätzlich zu der 8. The manufacturing method of claim 7, wherein in addition to the
Mediumaustrittsöffnung (18) noch mindestens eine weitere Öffnung (42, Medium outlet opening (18) and at least one further opening (42,
44) des Mediumsraums (40) in dem Siliziumsubstrat (10) so ausgebildet wird, dass der Mediumraum (40) über die mindestens eine weitere Öffnung (42, 44) befüllbar und/oder entleerbar ist, und wobei die mindestens eine weitere Öffnung (42, 44) durch die erste Substratoberfläche (12a), die zweite Substratoberfläche (12b) und/oder durch mindestens eine sich von der ersten Substratoberfläche (12a) zu der zweiten Substratoberfläche (12b) erstreckende Substratseitenfläche (12c, 12d) des Siliziumsubstrats (10) verläuft. 44) of the medium space (40) in the silicon substrate (10) is formed in such a way that the medium space (40) can be filled and / or emptied via the at least one further opening (42, 44), and the at least one further opening (42 , 44) through the first substrate surface (12a), the second substrate surface (12b) and / or through at least one substrate side surface (12c, 12d) of the silicon substrate (10) extending from the first substrate surface (12a) to the second substrate surface (12b) runs.
9. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Siliziumsubstrat (10) ausgehend von einer Ausgangsschicht (10a) aus Silizium in mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritten vollständig gebildet wird. 9. Manufacturing method according to claim 7 or 8, wherein the silicon substrate (10) is completely formed starting from an initial layer (10a) made of silicon in at least two silicon growth steps.
10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei als die mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritte mindestens ein Zwischen-Silizium- Aufwachsschritt und ein letzter Silizium-Aufwachsschritt ausgeführt werden, und wobei die folgenden Verfahrensschritte nacheinander ausgeführt werden: 10. The manufacturing method according to claim 9, wherein at least one intermediate silicon growth step and a final silicon growth step are carried out as the at least two silicon growth steps, and the following method steps are carried out in succession:
- Strukturieren der Mediumaustrittsöffnung (18) durch die als Oberfläche der Ausgangsschicht (10a) vorliegende oder später aus der - Structuring the medium outlet opening (18) through the surface of the starting layer (10a) or later from the
Ausgangsschicht (10a) zurückverdünnte erste Substratoberfläche (12a); Starting layer (10a) thinned back first substrate surface (12a);
- Abdecken einer Teilfläche einer von der ersten Substratoberfläche (12a) weg gerichteten Seite (20) der Ausgangsschicht (10a) mit einer ersten Ätzstoppschicht (22); - Covering a partial area of a side (20) of the starting layer (10a) facing away from the first substrate surface (12a) with a first etch stop layer (22);
- Ausführen des mindestens einen Zwischen-Silizium-Aufwachsschritts, indem Silizium auf der von der ersten Substratoberfläche (12a) weg gerichteten Seite (20) der Ausgangsschicht (10a) oder eines - Carrying out the at least one intermediate silicon growth step by adding silicon to the side (20) of the starting layer (10a) facing away from the first substrate surface (12a) or a
ausgehend von der Ausgangsschicht (10a) gewachsenen starting from the starting layer (10a) grown
Zwischenprodukts aufgewachsen wird, wobei nach jedem ausgeführten Zwischen-Silizium-Aufwachsschritt eine Teilfläche der von der ersten Substratoberfläche (12a) weg gerichteten Seite (20) des Intermediate is grown, being executed after each Intermediate silicon growth step, a partial area of the side (20) of the facing away from the first substrate surface (12a)
Zwischenprodukts mit einer weiteren Ätzstoppschicht (26, 34) abgedeckt wird, und wobei Ätzstoppwände (32) gebildet werden, welche die erste Ätzstoppschicht (22) und die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht (26, 34) derart miteinander verbinden, dass die erste Ätzstoppschicht (22), die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht (26, 34) und die Ätzstoppwände (32) eine Ätzstoppbegrenzung (22, 26, 32, 34) bilden, welche ein mit Silizium gefülltes Volumen bis auf mindestens eine Ätzöffnung (35) umgeben; und Intermediate product is covered with a further etch stop layer (26, 34), and etch stop walls (32) are formed which connect the first etch stop layer (22) and the at least one further etch stop layer (26, 34) to one another in such a way that the first etch stop layer (22 ) which form at least one further etch stop layer (26, 34) and the etch stop walls (32) form an etch stop delimitation (22, 26, 32, 34) which surround a volume filled with silicon except for at least one etching opening (35); and
- Ausbilden der Membran (36) durch Ausführen des letzten Silizium- Aufwachsschritts, indem Silizium auf der von der ersten - Forming the membrane (36) by performing the last silicon growth step by placing silicon on top of the first
Substratoberfläche (12a) weg gerichteten Seite des ausgehend von der Ausgangsschicht (10a) in dem zumindest einen Zwischen-Silizium- Aufwachsschritt gewachsenen Zwischenprodukts aufgewachsen wird. Substrate surface (12a) facing away side of the intermediate product grown from the starting layer (10a) in the at least one intermediate silicon growth step is grown.
11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, wobei nach dem Ausbilden der Membran (36) der Mediumraum (40) in das ausgehend von der 11. Manufacturing method according to claim 10, wherein after the formation of the membrane (36) of the medium space (40) in the starting from the
Ausgangsschicht in den mindestens zwei Silizium-Aufwachsschritten vollständig gewachsene Siliziumsubstrat strukturiert wird, indem das von der Ätzstoppbegrenzung (22, 26, 32, 34) umgebene Volumen geätzt wird, und anschließend die Innenwände des Mediumraums (40) von der ersten Ätzstoppschicht (22), der mindestens einen weiteren Ätzstoppschicht (26, 34) und den Ätzstoppwänden (32) freigelegt werden. Starting layer, the silicon substrate completely grown in the at least two silicon growth steps is structured by etching the volume surrounded by the etch stop delimitation (22, 26, 32, 34), and then the inner walls of the medium space (40) from the first etch stop layer (22), the at least one further etch stop layer (26, 34) and the etch stop walls (32) are exposed.
12. Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Ätzstoppschicht (22), die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht (26, 34) und die 12. The manufacturing method according to claim 11, wherein the first etch stop layer (22), the at least one further etch stop layer (26, 34) and the
Ätzstoppwände (32) aus Siliziumoxid gebildet werden, und wobei das von der ersten Ätzstoppschicht (22), der mindestens einen weiteren Etch stop walls (32) are formed from silicon oxide, and wherein the first etch stop layer (22), the at least one further
Ätzstoppschicht (26, 34) und den Ätzstoppwänden (32) umgebene Silizium mittels Xenondifluorid und/oder Schwefelhexafluorid geätzt wird. Etch stop layer (26, 34) and the etch stop walls (32) surrounding silicon is etched by means of xenon difluoride and / or sulfur hexafluoride.
13. Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die erste 13. Manufacturing method according to claim 11 or 12, wherein the first
Ätzstoppschicht (22), die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht (26, 34) und die Ätzstoppwände (32) aus Siliziumoxid gebildet werden, und wobei die Innenwände des Mediumraums (40) freigelegt werden, indem die erste Ätzstoppschicht (22), die mindestens eine weitere Ätzstoppschicht (26, 34) und die Ätzstoppwände (32) in einem Gasphasenätzverfahren entfernt werden. Etch stop layer (22), the at least one further etch stop layer (26, 34) and the etch stop walls (32) are formed from silicon oxide, and wherein the inner walls of the medium space (40) are exposed by the first Etch stop layer (22), the at least one further etch stop layer (26, 34) and the etch stop walls (32) are removed in a gas phase etching process.
14. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei vor dem letzten Silizium-Aufwachsschritt zumindest zwei Zwischen-Silizium- Aufwachssch ritte ausgeführt werden. 14. Production method according to one of claims 10 to 13, wherein at least two intermediate silicon growth steps are carried out before the last silicon growth step.
15. Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 und einem Anspruch 14, wobei zwischen den mindestens zwei ausgeführten Zwischen-Silizium-15. Manufacturing method according to claim 8 and claim 14, wherein between the at least two executed intermediate silicon
Aufwachssch ritten mindestens eine Siebstruktur (64) an und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Öffnung (42, 44) ausgebildet wird, indem Silizium auf der von der ersten Substratoberfläche (12a) weg gerichteten Seite (20) des Zwischenprodukts aufgewachsen wird. At least one screen structure (64) is formed on and / or within the at least one further opening (42, 44) by growing silicon on the side (20) of the intermediate product facing away from the first substrate surface (12a).
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